Materiali compositi: il kevlar

14 04 2017

     Molto spesso la combinazione di diversi materiali semplici può dare nuovi materiali, ibridi, con proprietà nuove ed eccezionali rispetto a quelle dei singoli componenti. Questi nuovi materiali, da alcuni decenni sono quelli più richiesti dalle industrie aerospaziali, automobilistiche, dello sport, in medicina, nelle costruzioni di impianti civili e industriali, nell’industria navale e in quelle dei settori militari e delle forze dell’ordine.

     Tralasciando i mattoni costruiti impastando paglia e fango dalle prime civiltà umane mediorientali, il primo materiale composito moderno è stata la fibra di carbonio, prodotta nel 1879 da Thomas Edison cuocendo il cotone. Ottanta anni dopo, Roger Bacon riusci a produrre fibre di carbonio ad elevate prestazioni, utilizzabili dalle indistrie. Il primo materiale composito in ambito aerospaziale fu utilizzato dalla NASA nel 1968 nel modulo di comando della missione Apollo: era l’Avcoat, capace di resistere a temperature di migliaia di gradi senza danneggiarsi. Una proprietà necessaria per gli scudi termici delle navicelle impegnate nel rientro in atmosfera e che devono resistere alle elevate temperature generate dall’attrito e dalla velocità di ingresso, sulle superfici esterne della navicella.

     Qualche anno dopo, nei jet militari F-4 si incominciarono ad utilizzare le resine sintetiche: resine epossidiche, polimeri a due componenti che uniti si solidificano e assumono particolari proprietà isolanti, oggi impiegate in moltissimi settori, dalle pavimentazioni alle industrie elettroniche, aeronautiche e navali.

     Un altro materiale composito che ha avuto un successo eccezionale è il kevlar, inventato nel 1965 da una ricercatrice chimica, Stephanie Kwolek (scomparsa nel 2014) dell’azienda americana DuPont. L’azienda nel 1973 acquisì i brevetti di questo nuovo materiale in fibra aramidica, superleggero e più resistente dell’acciaio a parità di massa e, alcuni anni dopo, incominciò a commercializzarlo col nome kevlar®. Si tratta di fibre estremamente resistenti alla trazione, dalla struttura chimica regolare costituita da innumerevoli gruppi ammidici che si ripetono lungo la catena, come nel nylon, ma molto più resistenti e affiancati da molti legami a idrogeno.

     Mentre nel nylon le catene dei gruppi ammidici si deformano, la presenza anche dei legami a idrogeno (nell’immagine in alto evidenziati dal tratteggio tra atomi di H e di O di catene diverse) rende il kevlar particolarmente resistente e rigido. I giubbotti antiproiettile delle forze dell’ordine e dei militari di mezzo mondo, da alcuni decenni sono a base di kevlar. Non sono comodissimi a causa della loro rigidità, ma assolvono egregiamente al loro compito: salvare la vita a chi li indossa. Inoltre questo materiale ha anche un’elevata resistenza al calore e alle fiamme.

Dai giubbotti antiproiettile, l’utilizzo del kevlar si è spostato a numerosi altri ambiti, alle automobili, agli aerei, alle attrezzature sportive, alle imbarcazioni, abbigliamento antinfortunistico da lavoro.

Crediti immagini e video: The Chemistry of Kevlar (5 min). Women in Chemistry: Stephanie Kwolek (16 min).

Il Sole24ore” Nascita dei caschi da moto, con kevlar e carbonio o in policarbonato (14 min). Stephanie Kwolek, the inventor of Kevlar.


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