Cómo se fabrica el Kevlar: del químico a la fibra
El Kevlar, cuyo nombre químico es parapoliclorotereftalato de para-fenileno (PPTA o poliparafenileno tereftalamida), fue inventado en 1965 por la química Stephanie Kowalski en los laboratorios de DuPont. Se trata de una fibra sintética aramida (aromática) cuya resistencia mecánica la convierte en un material estratégico para chalecos antibalásticos, neumáticos, cables náuticos y aplicaciones aeroespaciales.
La fabricación parte de dos reactivos principales: el paraaminofenol (PAP) y el cloruro de terftaloila (TCl). Ambos se disuelven en ácido sulfúrico concentrado (aproximadamente 96-98 %). Este medio ácido actúa como solvente para el polímero resultante, ya que el PPTA es insoluble en prácticamente todos los disolventes comunes.
La reacción central es una policondensación: el grupo amino (–NH₂) del paraaminofenol reacciona con el grupo cloruro (–COCl) del cloruro de terftaloila, liberando cloruro de hidrógeno (HCl) y formando el enlace amida (–CO–NH–) que repite la cadena polimérica. El resultado es una solución viscosa de alto peso molecular, conocida como solución de fusión, que se mantiene a temperaturas controladas entre 30 y 50 °C para evitar degradación.
Una vez obtenida la solución polimérica, se somete a un proceso de filtración en caliente (alrededor de 120-150 °C) mediante membranas de alta presión para eliminar impurezas y partículas no disueltas. Esta etapa es crítica porque cualquier partícula residual puede crear puntos débiles en la fibra final.
La solución filtrada se introduce en una bomba peristáltica que la impulsa hacia un fusillo (spinneret), una placa perforada con miles de agujeros de diámetro micrométrico (típicamente 20-100 μm). Al atravesar el fusillo, la solución emerge como filamentos continuos sumergidos en un baño de precipitación, generalmente agua con algo de ácido sulfúrico.
En el baño de coagulación, el polímero precipita y solidifica formando filamentos húmedos. Inmediatamente después, los filamentos pasan por una etapa de estirado en húmedo (wet drawing), donde se extienden a una ratio de entre 3 y 5 veces su longitud original. Este estirado alinea las cadenas moleculares de forma paralela al eje de la fibra, lo que es fundamental para alcanzar la resistencia final.
A continuación se realiza un estirado en caliente (hot drawing) a temperaturas de 200-300 °C y ratios de 3-6:1. En esta fase, las cadenas se reorganizan y cristalizan aún más, mejorando la densidad y la resistencia a la tracción. El Kevlar tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 3 000 MPa y una densidad de 1 440 kg/m³, muy inferior al acero (7 850 kg/m³).
Los filamentos se secan en un horno a ~120 °C, se recubren con un agente de tratamiento superficial (sizing) que mejora la adherencia con resinas poliméricas, y se bobinan. Finalmente, los hilos individuales se hacen trenza o tejido (plain weave, twill, o trefilado en cable) según la aplicación: chalecos, neumáticos, cuerdas, refuerzos composite, etc. El proceso completo, de reactivo a producto terminado, toma entre 48 y 72 horas por lote.
La producción industrial del Kevlar se realiza a gran escala en plantas de DuPont (hoy Arcomac, joint venture con Toray) en Estados Unidos, Japón y otros países. La capacidad mundial supera las 100 000 toneladas anuales. El Kevlar es solo una marca; la familia de aramidas también incluye Nomex (aramida meta, de Toray) y Twaron/Tectel (aramida para, de Teijin), que comparten un proceso de fabricación análogo con pequeñas variaciones en los monómeros.
La resistencia a la tracción del Kevlar 29 supera los 2 850 MPa con una densidad de solo 1 440 kg/m³, es decir, ~5 veces más ligero que el acero con resistencia comparable.
Dato clave
