Quels sont les principaux usages du Kevlar ?

Saviez-vous qu’il existe sur notre planète un matériau beaucoup plus résistant que l’acier ? Découvrez le Kevlar, un matériau qui résiste à la chaleur, aux coupures, et même aux perforations.

Le kevlar est reconnu comme l’un des matériaux les plus fascinants et les plus polyvalents de notre époque. Il a été découvert en 1964 par des chercheurs de la société DuPont. Grâce à sa résistance et à sa légèreté exceptionnelle, il a rapidement conquis un large éventail d’applications. Qu’il s’agisse de protection individuelle, d’équipements de haute technologie ou d’applications industrielles, le Kevlar s’est imposé comme une référence incontournable.

Les propriétés extraordinaires du Kevlar ont permis de concevoir un nouveau type de gilet pare-balles.

Dans cet article, nous explorons les principales utilisations de ce matériau révolutionnaire. Voyons comment il a repoussé les limites de la science et de l’ingénierie. Aujourd’hui encore, il est utilisé dans l’industrie aérospatiale, l’armée, l’exploitation minière, l’automobile, la construction, les sports de haute performance, etc.

Le Kevlar : l’étoffe qui résiste à tous les défis

Qu’est-ce que le kevlar ? Le kevlar est une fibre synthétique jaune de très haute résistance créée pour dépasser les limites de la solidité. Le matériau a été créé à partir de PPD-T (poly-para-phénylène téréphtalamide), un polymère thermoplastique composé de noyaux aromatiques divisés par des groupes amides. Il s’agit donc d’une fibre aramide, un matériau aux excellentes propriétés mécaniques. Les polyamides aromatiques, ou aramides, sont des matériaux spéciaux fort résistant à la chaleur. Le PPD-T, étant presque identique aux autres fibres textiles, ne fait pas partie des matières plastiques.

En 1964, la firme DuPont de Nemours cherche à élaborer un matériau capable de remplacer le cordon en acier utilisé dans l’industrie pneumatique. Après des années de recherche sur les polymères, Stéphanie Kwolek et Herbert Blades ont accidentellement créé le Kevlar. Ce matériau est ensuite devenu célèbre dans le monde entier. Il est convoité par de nombreuses structures industrielles. 

En 1971, le polymère est commercialisé sous le nom de « Kevlar ». Il s’agit d’un nom déposé par l’entreprise qui l’a créé. Il a fallu attendre une vingtaine d’années pour voir apparaître sur le marché un produit concurrent, tel que le Twaron de Teijin.

Quelles sont les propriétés du kevlar ?

Le Kevlar est souvent utilisé dans la fabrication de produits nécessitant une grande résistance à la traction. Il aurait une résistance à la traction de 3 100 MPa et un module compris entre 70 et 125 GPa. Il doit sa grande robustesse et sa rigidité à l’existence de liaisons hydrogène entre les chaînes de polymères. Ces chaînes sont bien alignées et ordonnées. C’est ce qui confère au Kevlar son aspect cristallin et sa grande résistance à tout type de coupure, de choc ou de chaleur.

Voici quelques-unes de ses principales propriétés :

• Résistance à la traction : le kevlar peut résister à des forces considérables sans se rompre. En fait, il est cinq fois plus résistant que l’acier pour un poids équivalent. 
• Légèreté (d= 1.45) : malgré sa grande résistance, le kevlar est un matériau très léger. Il constitue donc un choix idéal pour les applications où la légèreté est primordiale, comme les gilets pare-balles et les équipements de protection.
• Résistance à l’abrasion : le kevlar conserve ses propriétés mécaniques même lorsqu’il est exposé à une usure prolongée.
• Résistance à la chaleur : conserve sa résistance structurelle même lorsqu’il est exposé à des températures élevées. Il se décompose au-dessus de 400°C.
• Résistance chimique élevée : il résiste à de nombreux produits chimiques, tels que les acides, les solvants, et même les carburants.
• Isolation électrique : c’est un bon isolant électrique, ce qui le rend utile dans les applications nécessitant une protection contre les courants électriques.
• Faible conductivité thermique : il a une faible conductivité thermique, ce qui signifie qu’il ne s’échauffe pas rapidement au contact de la chaleur, offrant ainsi un certain degré de protection thermique.

Les défis et les perspectives d’amélioration du Kevlar

Malgré ses qualités, le Kevlar présente également un certain nombre de défauts liés à son utilisation dans différents domaines. Il est par exemple largement utilisé dans l’industrie de la sécurité. D’un point de vue optique, le Kevlar ne résiste malheureusement pas à une exposition prolongée aux rayons UV. Cela peut entraîner une détérioration de ses propriétés au fil du temps. En termes de sécurité, il est important de noter que ce matériau perd également sa résistance balistique lorsqu’il est soumis à l’humidité. Cela peut compromettre son efficacité dans certaines situations.

La spécificité du Kevlar le rend également difficile à travailler. Son usinage demande un énorme travail et nécessite un équipement spécifique adapté à ses propriétés. Contrairement aux tissus plus courants tels que le nylon, le jean ou le polyester, le kevlar ne peut pas être directement transformé en tissu. Il doit être combiné à une résine pour obtenir une structure utilisable. Ce constat est particulièrement valable pour la fabrication de vêtements résistants.

Il convient également de noter que d’autres matériaux, tels que la céramique, peuvent être utilisés en complément du Kevlar. Cela permet d’améliorer ses performances dans des applications spécifiques. Ces combinaisons améliorent la résistance aux chocs, ainsi que la protection balistique. 

Quels sont les différents types de Kevlar ?

Voici les différents grades de Kevlar couramment utilisés :

• Kevlar basique : principalement utilisé pour renforcer les pneus (voiture, moto…) ou d’autres matériaux en caoutchouc. 
• Kevlar 29 : le type de Kevlar le plus courant et le plus utilisé. Il offre une excellente résistance à la traction. Il est surtout utilisé dans la fabrication de gilets pare-balles, de casques et d’autres équipements de protection individuelle.
• Kevlar 49 : il s’agit d’une variante plus résistante du Kevlar 29. Le Kevlar 49 est utilisé dans des applications nécessitant une résistance supérieure, telles que les câbles, les tissus composites, les pneus renforcés et les applications marines.
• Kevlar XP : ce type de Kevlar a été développé pour offrir une meilleure protection contre les armes perforantes, telles que les balles d’armes de poing à grande vitesse. Ce variant de Kevlar utilise donc une technologie de fabrication spéciale pour améliorer les performances balistiques.
• Kevlar AP : il s’agit d’une version améliorée du Kevlar traditionnel, qui offre une plus grande résistance aux chocs, à la chaleur et aux coupures. Il est utilisé dans diverses applications industrielles, telles que les gants de protection et les équipements de protection contre les coupures.
• Kevlar KM2 : ce variant est conçu spécifiquement pour les applications marines, telles que les cordes et les câbles utilisés dans l’industrie offshore. Il offre une excellente résistance à l’abrasion et à la fatigue.

La société DuPont, fabricant d’origine du matériau, continue de développer de nouvelles variantes de cette fibre. Celles-ci seront adaptées à des applications spécifiques et offriront des performances accrues. Les noms et les spécifications des types de Kevlar peuvent donc évoluer au fil du temps.

Existe-t-il des matériaux plus résistants que le Kevlar ?

Oui, il existe des matériaux considérés comme plus résistants que le Kevlar dans certains contextes spécifiques. Le kevlar est connu pour sa grande résistance à la traction et à l’abrasion, ainsi que pour sa capacité à absorber l’énergie d’un impact. Toutefois, d’autres matériaux avancés peuvent offrir des performances supérieures dans certaines applications.

Par exemple, les fibres de carbone offrent une résistance exceptionnelle combinée à une faible densité. Elles sont utilisées dans des applications où un rapport résistance/poids élevé est essentiel, comme dans l’industrie aérospatiale et la construction de véhicules à hautes performances. En effet, la fibre de carbone peut supporter une résistance à la traction de 7000 MPa et un module de 520 GPa. 

Le dyneema est un autre matériau considéré comme plus résistant que le kevlar à certains égards. Il s’agit d’une fibre de polyéthylène. On fait souvent usage de cette matière pour la fabrication des gilets pare-balles ou des cordes de haute performance. Aussi, il convient de noter que la résistance d’un matériau varie en fonction de plusieurs facteurs. Les conditions environnementales, la méthode de fabrication et les propriétés spécifiques requises pour une application donnée sont autant d’éléments à prendre en compte. Par conséquent, le choix du matériau le plus résistant dépendra de l’utilisation prévue.

L’impact du Kevlar sur l’évolution des gilets pare-balles

Dans le passé, les gilets pare-balles étaient fabriqués en acier. Ils étaient donc lourds et peu maniables au combat. Les propriétés extraordinaires de ce matériau ont permis de concevoir un nouveau type de gilet pare-balles. Il était désormais possible de créer des gilets non seulement souples et légers, mais aussi fabriqués avec un matériau plus résistant que l’acier. Le potentiel prometteur de ce polymère innovant a incité l’Institut national américain de la justice à entreprendre une série de recherches. Plusieurs tests ont été effectués pour déterminer l’épaisseur de Kevlar nécessaire pour arrêter une balle. Ainsi, le premier prototype de gilet pare-balles en kevlar a vu le jour. 

Une fois les essais terminés, en 1973, les chercheurs de l’arsenal Edgewood de l’armée américaine ont élaboré un gilet pare-balles composé de sept couches de Kevlar, destiné à être testé sur le terrain. Mais la perte de résistance du matériau face à l’humidité lors du nettoyage a été confirmée. En effet, ce matériau, bien qu’il soit robuste, ne tolère pas d’être frotté souvent à l’eau. Heureusement, ce problème a été résolu en utilisant un matériau imperméable et résistant aux UV pour recouvrir les gilets.