Kevlar

Le poly est un polymère constitué de noyaux aromatiques scindés par des groupes amide. Il appartient à la famille des fibres d'aramides.


Catégories :

Polyamide - Fibre textile - Fibre - Matériau - Marque de matériau

Définitions :

  • Fibre synthétique aramide légère, robuste et particulièrement résistante au feu ainsi qu'à la corrosion (source : fr.wiktionary)

Le poly (p-phénylènetéréphtalamide) (PPD-T) est un polymère constitué de noyaux aromatiques scindés par des groupes amide. Il appartient à la famille des fibres d'aramides. Le poly-para-phénylène téréphtalamide a été découvert et commercialisé sous le nom déposé de Kevlar.

Ce matériau fut découvert en 1965 par Stéphanie Kwolek et Herbert Blades, chercheurs de la société Du Pont de Nemours. La société choisit d'appeler ce polymère Kevlar. Il fut commercialisé en 1972. Depuis, le brevet a expiré et sont apparus des produits concurrents comme le Twaron de Teijin.

Structure et propriétés

Représentation schématique du PPD-T
Structure chimique du PPD-T
Autre représentation de la structure chimique du PPD-T

Le Kevlar est une fibre synthétique qui possède de très bonnes propriétés mécaniques en traction (résistance à rupture de 3100 MPa et module entre 70 et 125 GPa) et fatigue. Il n'est cependant pas aussi performant que les céramiques telles que la fibre de carbone, pouvant atteindre une résistance à la traction de 7000 MPa (fibres particulièrement haute résistance) et un module de 520 GPa (fibres particulièrement haut module).

Le Kevlar possède un réseau de liaisons hydrogène entre les chaînes polymères qui lui confère une grande rigidité.

Le module spécifique (rapporté à la densité) en traction est supérieur à celui de l'acier, mais inférieur à celui des fibres de carbone ou du polyéthylène[1].

Du fait de la présence du groupe phényle dans la molécule de poly-para-phénylène téréphtalamide, il n'y a pas libre rotation autour de la liaison C-N, la conformation s-cis est impossible (encombrement stérique). La conformation s-trans est par conséquent la d'une façon plus générale observée. Les chaînes sont bien alignées, régulières et orientées. Par conséquent, le Kevlar est particulièrement cristallin, ce qui explique sa rigidité (E) et sa résistance à la rupture (σ).

Il existe plusieurs grades de Kevlar : Kevlar, Kevlar 52, Kevlar 49, etc.

Qualités :

Défauts :

Utilisation

Le poly-para-phénylène téréphtalamide possède différentes propriétés intéressantes, telles la résistance à la chaleur, à l'élongation ou au cisaillement. Il est par conséquent utilisé dans de nombreux domaines où ces caractéristiques sont recherchées :

Gilet pare-balles

Avant les années 1970, la majorité des gilets pare-balles étaient en acier, ce qui les rendait lourds et encombrants. La naissance du Kevlar de la compagnie Du Pont a permis le développement d'un nouveau type de gilet pare-balles flexible et bien plus léger. Ce matériau était cependant prévu à l'origine pour le renforcement de pneus, et ses réelles capacités antibalistiques étaient inconnues. Le grand potentiel de ce nouveau polymère poussa le National Institute of Justice américain à effectuer des recherches divisées en quatre phases. La première consista à tester la fibre de Kevlar pour découvrir si elle pouvait arrêter une balle. La seconde consistait à trouver quelle épaisseur de Kevlar était indispensable selon la vitesse et le type de projectile. Cette phase permit ainsi la création du premier prototype pouvant protéger contre les principales menaces des policiers de l'époque, soit les calibres ". 38 Special" et ". 22 Long Rifle".

En 1973, des chercheurs de l'Arsenal Edgewood de l'armée américaine développèrent un gilet pare-balles fait de 7 couches de Kevlar pour essai sur le terrain. Ces essais permirent de mettre en évidence la grande perte de résistance du Kevlar quand ce dernier était mouillé ou exposé aux ultraviolets, y compris via la simple exposition au soleil. Qui plus est , les agents de nettoyage à sec mais aussi les agents blanchissants diminuaient aussi les propriétés antibalistiques du Kevlar après plusieurs utilisations. Pour régler ces problèmes, les gilets pare-balles sont désormais recouverts d'un matériau étanche à l'eau, résistant aux UV ainsi qu'aux agents de nettoyage.

Synthèse

Schéma de synthèse du PPD-T (réaction de Schotten-Baumann)

La synthèse du poly (p-phénylènetéréphtalamide) consiste en la polycondensation du paraphénylènediamine (PPD) (ou son chlorhydrate) et du chlorure de téréphtaloyle, en milieu solvanté ainsi qu'à basse température.

Notes et références

  1. La fibre de polyéthylène est moins dense (d∼0, 97) que la fibre en Kevlar (d∼1, 45).
  2. Maurice Reyne, Technologie des composites, 2e édition, Éd. Hermes, 02-1998

Annexes

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"Kevlar."

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