Kevlar

Struktur molekul Kevlar: garisan tebal memandakan unit monomer manakala garis sengkang menunjukkan ikatan hidrogen molekul.

Kevlar adalah cap dagang berdaftar gentian buatan separa-aramid yang kuat dan ringan, dan berkait dengan aramid lain seperti Nomex dan Technora.

Dibangunkan di DuPont pada 1965 oleh Stephanie Kwolek. Ia digunakan secara komersil pada awal 1970-an sebagai pengganti besi dalam tayar lumba. Biasanya ia digelung menjadi tali atau kepingan kain fabrik yang boleh digunakan sebagai bahan dalam komponen bahan sebatian.

Kini, Kevlar mempunyai banyak kegunaan, dari tayar basikal dan kain layar hingga anak baju kalis peluru disebabkan nisbah kekuatan berbanding beratnya —terkenal: "...5 kali lebih kuat berbanding keluli pada asas berat yang sama..."

Gentian yang serupa dikenali sebagai Twaron dengan sturktur kimia yang sama diperkenalkan oleh Akzo pada 1978, dan kini dikilangkan oleh Teijin.

Ciri-ciri

Apabila Kevlar ditenun, gentian yang terhasil mempunyai kekuatan tegangan yang tinggi (kira-kira 3620 MPa) dan ketumpatan relatif sebanyak 1.44.

Kevlar yang dihasilkan terbahagi kepada tiga gred:

• Kevlar;
• Kevlar 29; dan,
• Kevlar 49.

Kebiasaannya, Kevlar gred pertama digunakan sebagai bahan pengukuhan tayar dan barangan mekanikal getah. Kevlar 29 pula digunakan dalam kabel, perisai badan serta sebagai pengganti asbestos. Kevlar 49 yang mempunyai kekuatan tegangan paling tinggi digunakan dalam rerangka plastik badan kapal, kapal terbang dan basikal. Sinar ultraungu daripada cahaya matahari akan menguraikan Kevlar, oleh itu bahan ini jarang diguna pakai untuk kegunaan luar.

Penghasilan

Kevlar dihasilkan dalam larutan monomer 1,4-fenilena-diamina (para-phenylenediamine) and tereftaloil klorida dalam satu tindak balas penyejatan dengan asid hidroklorik sebagai bahan sampingan. Hasilnya bersifat bendalir kristal dan penarikan secara mekanikal menghalakan rantain polimer mengikut arah gentian. Asalnya heksametilfosforamida (HMPA) merupakan pelarut polimerisasi yang digunakan namun uji kaji toksikologi menunjukkan bahan tersebut menyebabkan ketumbuhan pada hidung tikus ujikaji. Syarikat DuPont menggantikan pelarut tersebut dengan N-metil-pirolidon and kalsium klorida sebagai bahan alternatif.

The reaction of 1,4-phenylene-diamine (para-phenylenediamine) with terephthaloyl chloride yielding kevlar.

Penghasilan bahan ini mengambil kos yang mahal kerana kesukaran yang dialami dengan penggunaan asid sulfurik pekat sebagai bahan pelarut bukan air sewaktu penghasilan dan penenunan gentian tersebut.

Ciri-ciri kimia

Gentain Kevlar terdiri daripada rantaian molekular PPTA (poli-parafenilena tereftalamida). Terdapat banyak ikatan antara rantaian di dalamnya yang menjadikan sifat kuat Kevlar. Kevlar mendapat sebahagian kekuatan tingginya daripada ikatan hidrogen antara molekul yang terhasil di antara kumpulan karbonyl dan proton di rantaian polimer yang bersebelahan and the partial pi stacking of the benzenoid aromatic stacking interactions between stacked strands. Interaksi ini lebih memberi kesan kepada sifat Kevlar berbanding dengan hubungan van der Waals dan panjang rantaian yang biasanya mempengaruhi polimer dan gentian sintetik yang lain. Wujudnya garam-garam dan bendasing yang lain terutamanya kalsium boleh mengganggu dengan hubungan bebenang dan pengawasan dilakukan bagi mencegah kemasukan bahan tersebut semasa pembuatan gentian ini. Binaan Kevlar terdiri daripada molekul tegar yang membentuk struktur seakan kepingan mendatar seperti protein sutera.

Ciri-ciri termal

Polimer ini mempunyai rintangan bagus terhadap suhu yang tinggi, bahkan ia juga mengekalkan kekuatannya pada suhu yang begitu sejuk serendah -196°C.

Apabila suhu semakin meningkat, kekuatan tegangan berkurangan secara menerus sebanyak 10-20%, dan selepas beberapa jam kemudian, kekuatan gentian berkurangan dengan lebih jauh lagi. Misalnya pada 160°C, pengurangan kekuatan sebanyak 10% akan berlaku dalam masa 500 jam. Pada 260°C pula pengurangan kekuatan sebanyak 50% akan berlaku dalam masa 70 jam.

Kevlar mula memeruap pada 450°C.

Lihat juga

• Aramid
• Bulletproof vest
• DuPont (syarikat pencipta Kevlar)
• Interceptor body armor
• Personnel Armor System for Ground Troops

• Innegra S
• Nomex
• Vectran
• Spider silk
• Twaron

• Ultra high molecular weight polyethylene
• UV degradation
• Soap Shoes
• Fire dancing
• Stephanie Kwolek (pencipta Kevlar)

Pautan luar

• Kevlar Home Page
• Aramids
• Kevlar - Design Dictionary. Illustrated article about Kevlar
• Matweb material properties of Kevlar
• U.S. Patent 5,565,264
• Kevlar
• Synthesis of Kevlar Diarkibkan 2009-11-03 di Wayback Machine
• Aberfeldy Footbridge over the River Tay Diarkibkan 2011-10-02 di Wayback Machine