BRPI0609084A2

BRPI0609084A2 - métodos de fabricação de um laminado de fitas poliméricas unidirecionalmente arranjadas do tipo núcleo-bainha e de fabricação de um painel, painel, e, uso do mesmo

Info

Publication number: BRPI0609084A2
Application number: BRPI0609084-2A
Authority: BR
Inventors: Bart Clemens Kranz; Jan Adolph Dam Backer
Original assignee: Novameer Bv
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2010-11-16
Also published as: RU2007141404A; US8088239B2; RU2418681C2; JP2008534815A; KR101307770B1; PL1868808T3; DE602006013107D1; NZ562253A; KR20080016796A; MX2007012482A; AU2006231343A1; EP1868808B1; ES2339591T3; SI1868808T1; ZA200708541B; WO2006107197A1; IL186497A0; DK1868808T3; AU2006231343B2; CA2604023C

Abstract

MéTODOS DE FA]3RICAçAO DE UM LAMINADO DE FITAS POLIMERICAS UNIDIRECIONALMENTE ARRANJADAS DO TIPO NUCLEO-BAINHA E DE FABRICAçãO DE UM PAINEL, PAINEL, E, USO DO MESMO. E descrito um método de fabricação de um laminado de fitas poliméricas, caracterizado em que são usadas fitas poliméricas do tipo núcleo-bainha, em que o material do núcleo tem temperatura de fusão mais alta que o material da bainha, método este que compreende as seguintes etapas: i) solicitar as fitas poliméricas; ii) posicionar as fitas poliméricas, iii) consolidar as fitas poliméricas de maneira a obter o laminado.

Description

"MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM LAMINADO DE FITASPOLIMÉRICAS, LAMINADO, MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMPAINEL CONSTITUÍDO DE LAMINADOS INDIVIDUAIS, PAINELCONSTITUÍDO DE LAMINADOS INDIVIDUAIS, E, USO DE UMPAINEL"

A presente invenção diz respeito a um método de fabricaçãode um laminado de fitas poliméricas, bem como a um laminado constituído defitas poliméricas arranjadas unidirecionalmente. A presente invenção dizrespeito ainda a um painel constituído de laminados individuais, em que oslaminados são constituídos de fitas poliméricas arranjadasunidirecionalmente. A presente invenção diz respeito ainda ao uso de umpainel como esse.

A Patente U.S. 5.578.370 diz respeito a um material compósitotermoplástico que compreende uma base de polímero termoplásticomolecularmente orientado que tem dois lados, pelo menos um dos quais érevestido com uma camada polimérica superficial termoplástica. Esta camadapolimérica superficial é ligada na base de polímero por intercalamentomolecular, em que a camada polimérica superficial tem uma temperatura deamolecimento mais baixa que a da base de polímero. Um exemplo da base depolímero é polipropileno, em que ambos os lados são revestidos com umacamada superficial de um copolímero de etileno-polipropileno, em que aligação molecular entre a camada superficial e a base de polímero é feitaaplicando-se calor a fim de enfraquecer as camadas superficiais. Depois doresfriamento, o filme compósito assim feito é então cortado longitudinalmentepara formar uma fita, cada fita consistindo em uma base de polipropilenocentral ou núcleo que tem ligado a ele em cada face uma camada superficialdo copolímero de etileno-propileno, em que a fita assim formada é entãoestirado a uma razão de estiramento da ordem de 20:1 a fim de alterar aorientação molecular do polipropileno e aumentar a resistência da fitapropriamente dita.

Pelo pedido de patente europeu EP 1 277 573, uma fita ou fiomulticamadas de poliolefina estirado monoaxialmente do tipo AB ou ABA éconhecido, que consiste substancialmente em uma camada central (B) depoliolefina selecionada de polietileno e polipropileno, e uma ou duas outrascamadas (A) de uma poliolefina da mesma classe do material da camadacentral Β. A fita ou fio assim obtido pode ser usada para fabricar um tecido,com o material sendo subseqüentemente tratado termicamente e prensado.

Este tratamento térmico faz com que as fibras individuais sejam caldeadasumas nas outras, em decorrência do que a integridade estrutural do tecido serágarantida. Um tecido como esse pode ser usado, por exemplo, no reforço departes de alta pressão, tais como tubos, que são usados na produção de óleo.

Outras aplicações adequadas são, por exemplo, na indústria automotiva ou naindústria de aviação, em que as fibras de vidro originalmente usadas sãosubstituídas pelo tecido assim fabricado. Os materiais obtidos, tais comotecidos, invariavelmente serão constituídos de fios ou fitas arranjados emângulos retos uns com os outros, entretanto, a fim de se obterem propriedadesde resistência idênticas tanto na direção χ como na direção y.

O objetivo da presente invenção é fabricar um laminado defitas poliméricas, em que é obtido um laminado que tem propriedades deresistência específicas.

Um outro objetivo da presente invenção é fabricar um painelconstituído de laminados individuais, painel este que tem características deresistência e peso específicas.

Também um outro objetivo da presente invenção é prover umuso especial de um painel como esse, em que propriedades de alta resistênciaexerce um papel importante.

O método referido na introdução é caracterizado em que fitaspoliméricas do tipo núcleo-camada protetora são usadas, em que o material donúcleo tem uma temperatura de fusão mais alta que a do material da camadaprotetora, método este que compreende as seguintes etapas:

i) solicitar fitas poliméricas;

ii) posicionar as fitas poliméricas;

iii) consolidar as fitas poliméricas de maneira a obter olaminado.

Um ou mais dos objetivos supracitados são alcançados usandoum método como esse.

Em uma modalidade especial, o material do núcleo e omaterial da camada protetora são preferivelmente feitos do mesmo polímero,o dito material da camada protetora em particular sendo um copolímero e omaterial do núcleo em particular sendo um homopolímero reforçado.

A etapa de solicitação i) significa inicialmente tracionar asfitas poliméricas, substancialmente para obter fitas poliméricas em umaconfiguração de alinhamento. A etapa de consolidação ii) significa a ligaçãodas fitas poliméricas pela fusão do material da camada protetora por meio deum aumento da temperatura, em que possivelmente aplicando uma maiorpressão as fitas poliméricas colarão umas nas outras. Como exemplos demeios para aplicar pressão, pode-se mencionar rolos, calandra e prensatransferidora de dois lados.

Em uma modalidade especial do presente método, a dita etapade posicionamento ii) é realizada em uma máquina de tecelagem, com as fitaspoliméricas sendo usadas como fios de urdidura e um entrelaçamento, comuma espessura e um peso menores que os das fitas poliméricas sendo usadoscomo o fio de trama.

Em uma outra modalidade preferida, é além disso possívelrealizar a dita etapa de posicionamento ii) em uma máquina de tecelagem comas fitas poliméricas sendo usadas como o fio de trama e um entrelaçamentosendo usado como o fio de urdidura.O entrelaçamento que é usado com este propósito emparticular tem uma temperatura de fusão menor ou igual à temperatura defusão do material da camada protetora da fita polimérica.

De acordo com uma outra modalidade, a dita etapa deposicionamento ii) é preferivelmente realizada arranj ando-se as fitaspoliméricas paralelas entre si e colocando as fitas poliméricas assimarranjadas em contato com uma camada de substrato, após o que as fitaspoliméricas assim arranjadas na camada de substrato são submetidas à etapaiii) como um todo com o propósito de ligar a camada de substrato no materialda camada protetora das fitas poliméricas.

Experimentos adicionais realizados pelo presente requerentemostraram em particular que a dita etapa de posicionamento ii) é realizadaarranj ando-se as fitas poliméricas em relacionamento lado a lado paraleloespaçado em um primeiro plano, com os espaços entre as fitas sendo menorque a largura das fitas poliméricas, após o que as fitas poliméricas sãoarranjadas em relacionamento lado a lado paralelo espaçado em um segundoplano, em cuja posição os interespaços no primeiro plano são cobertos pelasfitas poliméricas no segundo plano. Um arranjo de posicionamento como essepode também ser considerado um "padrão tipo obra de tijolo", em que as fitaspoliméricas de cada camada são "deslocadas" umas em relação às outras, demaneira a prover uma construção forte. Deve-se entender que a etapa deposicionamento ii) não está limitada a um número específico de camadas, eque três, quatro ou mais planos podem ser empilhados em um "padrão tipoobra de tijolo" como esse. Em uma construção tipo obra de tijolo como essa,as fitas de cada plano e em cada plano individualmente ficam arranjadas emrelacionamento lado a lado paralelo.

Em uma modalidade especial, é além disso preferível que adita etapa de posicionamento ii) seja realizada arranj ando-se as fitaspoliméricas em relacionamento lado a lado paralelo, cada fita poliméricaapoiando-se na fita que fica posicionada adjacente a ela.

Em uma segunda modalidade, a dita etapa de posicionamentoii) pode também ser realizada arranj ando-se as fitas poliméricas paralelasumas com as outras, cada fita polimérica tendo uma sobreposição com a fitapolimérica que está posicionada adjacente a ela. Uma construção como estapode ser indicada como um "padrão tipo telhado".

A camada de substrato que é usada é preferivelmenteconstituída de um polímero que se liga às fitas poliméricas, a dita camada desubstrato em particular sendo selecionada do grupo que consiste em filme,película, tecido de algodão e não tecido.

A presente invenção diz respeito adicionalmente a umlaminado constituído de fitas poliméricas arranjadas unidirecionalmente, emque são usadas fitas poliméricas do tipo núcleo-camada protetora, o materialdo núcleo tendo uma temperatura de fusão mais alta que a do material dacamada protetora, fitas poliméricas estas que são ligadas entre si por meio domaterial da camada protetora.

No presente laminado, é particularmente preferível que omaterial do núcleo e o material da camada protetora sejam feitos do mesmopolímero, o dito material da camada protetora em particular sendo umcopolímero, e o material do núcleo em particular sendo um homopolímeroestirado.

Preferivelmente, a quantidade de material do núcleo nopresente laminado varia entre 50 e 99 % em peso, e a quantidade de materialda camada protetora varia entre 1 e 50 % em peso, com base no peso da fita, odito material do núcleo e o dito material da camada protetora em particularsendo selecionados do grupo que consiste em polietileno, polipropileno,poliamida, poli(tereftalato de butadieno) e poli(tereftalato de etileno). Emuma modalidade específica, é preferível usar polietileno, mas igualmentepolipropileno.A presente invenção diz respeito adicionalmente a um métodode fabricação de um painel constituído de laminados individuais, laminadosestes que podem ser colocados um por cima do outro e prensados para formarum painel, usando pressão e calor, usando um laminado tal como osupradescrito.

A presente invenção diz respeito adicionalmente a um painelconstituído de laminados individuais, laminados estes que são constituídos defitas poliméricas arranjadas unidirecionalmente do tipo núcleo-camadaprotetora, o material do núcleo tendo uma temperatura de fusão mais alta quea do material da camada protetora, em que os laminados são empilhados deacordo com uma configuração em que eles são virados um em relação aooutro, um assim chamado arranjo de lonas cruzadas. Configuraçõesadequadas são 0-90-0, 0-0-90-0-0, mas também 0-45-90-135-0. O termo"unidirecional" significa que as fitas poliméricas são arranjadas em uma únicadireção, isto é, a direção longitudinal ou do comprimento da fita polimérica.

Se for usado um laminado composto de fita polimérica arranjadaunidirecionalmente, uma ou mais camadas ou planos de fitas poliméricasestão presentes em um laminado como esse, fitas estas que são arranjadas namesma direção.

Em uma modalidade especial, é particularmente preferível queo presente painel seja provido com uma camada de um material resistente aoimpacto em um ou ambos os lados superficiais, material resistente ao impactoeste que foi preferivelmente selecionado de um ou mais materiais do grupoque consiste em metais, ligas metálicas, vidro, fibra de basalto, fibra de vidro,cerâmica e aramida.

A presente invenção diz respeito adicionalmente ao uso dopainel para aplicações antibalísticas, nos quais a deve-se considerar a conexãoem paredes, portas, chapas, coletes particulares, e aplicações militares, taiscomo corpos de tanque e aeroplanos, e portas de aeroplanos.Com uso do presente método, obtém-se um material que é emparticular adequado para aplicações antibalísticas, em que o material recebe aenergia de impacto à qual ele é submetido com um alto nível de absorção deenergia.

Diversos laminados empilhados uns nos outros, tambémdenominados UD, podem ser usados para criar uma superfície atraente e lisano caso de produtos que são parcial ou completamente feitos de fitas núcleo-camada protetora, também denominados polímero auto-reforçado (SRP) (querseja ou não de panos tecidos). Além disso, tais laminados podem ser usadospara aplicações que são carregadas muito mais fortemente em uma direção doque em outras direções. Além disso, o presente laminado pode ser usado emprodutos SRP em que especialmente a ligação de camada a camada ésignificativamente melhorada em virtude do intenso contato do presentelaminado com um outro laminado, em comparação com o contato de umtecido com um outro tecido. Se for feito uso de diversas (mais de uma) dascamadas de laminado arranjadas umas sobre as outras, este laminado pode serusado como uma película muito forte. Com relação a isto considere panos,têxteis, faixas, velas, lonas de caminhão, etc. Essas aplicações exigem aausência (virtual) de estiramento. Além disso, UD puro pode ser usado comorevestimentos e películas flutuantes.

A presente invenção será explicada com base em um exemplo,exemplo este que deve ser considerado uma ilustração, e não para limitar oescopo e espírito da presente invenção.

Exemplo

Uma fita polimérica do tipo núcleo-camada protetora com umalargura de 3,0 mm e uma altura de 0,08 mm foi usada. O material do núcleo éum homopolímero de polipropileno com uma temperatura de fusão maissuperior a 170 0C e o material da camada protetora é um copolímero depolipropileno com uma temperatura de fusão superior a 120 °C. Com base nafita polimérica supramencionada, um pano unidirecional com uma largura de1.400 foi fabricado, em cujo pano sua altura é construída por duas camadas defita polimérica resultando em uma altura de 0,16 mm. Em cada camada, umaquantidade de 467 fitas poliméricas foi posicionada de uma maneira tal que asfitas poliméricas ficassem arranjadas em relacionamento lado a lado paraleloespaçado em uma largura de 1.400 mm. Aplicando-se uma etapa de pre-tensão, ou solicitação, por exemplo, de 20 Newton por fita polimérica, as fitaspoliméricas supramencionadas foram posicionadas em uma configuração dealinhamento. A camada assim posicionada foi coberta com uma camadaidêntica de 467 fitas poliméricas, fitas poliméricas estas que foramposicionadas da maneira anteriormente mencionada, em que a segundacamada foi "deslocada" em relação à camada já posicionada em uma largurada metade da fita polimérica, isto é, 1,5 mm. De acordo com um umamodalidade como essa, é feita uma combinação de duas camadas de fitaspoliméricas, colocadas uma sobre a outra, em que uma construção de pilhacomo essa deve ser considerada uma construção "tipo trabalho em tijolo". Ocompósito das duas camadas assim obtido foi consolidado sob pressão etemperatura, em que foi aplicada uma temperatura que é mais alta que atemperatura de fusão do copolímero de polipropileno, isto é, o material dacamada protetora da fita polimérica. Em decorrência disto, um assim chamadopano consolidado foi obtido, que pode ser designado como UD 0 na prática. Opano assim obtido foi cortado em um tamanho específico, isto é, na presentemodalidade, em um comprimento de 1.400 mm, cujas camadassubseqüentemente, como camadas de UD 0 de acordo com uma configuraçãode 90 foram empilhadas umas nas outras. Nesta modalidade, umempacotamento de acordo com a configuração 0-0-90-90 foi laminada comouma assim chamada lona transversal sob pressão e temperatura. A fim de seobter o painel desejado, as lonas transversais assim feitas foram empilhadasem uma configuração de 50 camadas individuais, após o que foi obtido opainel sob uma pressão de pelo menos 2 bar e uma temperatura de 150 0C, opainel tendo uma espessura de cerca de 16 mm. Fica claro que a maneirasupramencionada de posicionamento pode também ser realizada de acordocom as modalidades reveladas nas reivindicações anexas. Além do mais,deve-se notar que para a fabricação de uma lona transversal pode-se tambémusar configurações 0-90, 0-90-90-0, 0-0-90-90, 90-90-0-0, e também umaconstrução consistindo de diversas camadas, tal como, por exemplo, 0-0-0-90-90 e tal.

Claims

1. Método de fabricação de um laminado de fitas poliméricas,caracterizado pelo fato de que são usadas fitas poliméricas do tipo núcleo-camada protetora, em que o material do núcleo tem temperatura de fusão maisalta que o material da camada protetora, método este que compreende asseguintes etapas:i) solicitar as fitas poliméricas;ii) posicionar as fitas poliméricas,iii) consolidar as fitas poliméricas de maneira a obter olaminado.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o material do núcleo e o material da camada protetora são feitosdo mesmo polímero.

3. Método de acordo com qualquer uma ou ambas asreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material da camadaprotetora é um copolímero.

4. Método de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material do núcleoé um homopolímero estirado.

5. Método de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita etapa deposicionamento ii) é realizada em uma máquina de tecelagem, com as fitaspoliméricas sendo usadas como fios de urdidura e um entrelaçamento comuma espessura e um peso menor que os das fitas poliméricas sendo usadacomo o fio de trama.

6. Método de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que a dita etapa deposicionamento ii) é realizada em uma máquina de tecelagem, com as fitaspoliméricas sendo usadas como o fio de trama e um entrelaçamento sendousado como o fio de urdidura.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 5--6, caracterizado pelo fato de que o dito entrelaçamento tem uma temperaturade fusão menor ou igual à temperatura de fusão do material da camadaprotetora das fitas poliméricas.

8. Método de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que a dita etapa deposicionamento ii) é realizada arranjando-se as fitas poliméricas paralelasentre si e colocando as fitas poliméricas assim arranjadas em contato comuma camada de substrato, após o que as fitas poliméricas assim arranjadas nacamada de substrato são submetidas à etapa iii) como um todo com opropósito de ligar a camada de substrato no material da camada protetora dasfitas poliméricas.

9. Método de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que a dita etapa deposicionamento ii) é realizada arranjando-se as fitas poliméricas em umrelacionamento lado a lado paralelo espaçado em um primeiro plano, com osinterespaços entre as fitas poliméricas sendo menores que a largura das fitaspoliméricas, após o que as fitas poliméricas são arranjadas em relacionamentolado a lado paralelo espaçado em um segundo plano, no qual a posição dosinterespaços no primeiro plano são cobertas pelas fitas poliméricas nosegundo plano.

10. Método de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que a dita etapa deposicionamento ii) é realizada arranjando-se as fitas poliméricas emrelacionamento lado a lado espaçado, cada fita polimérica apoiando-se na fitaque fica posicionada adjacente a ela.

11. Método de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que a dita etapa deposicionamento ii) é realizada arranj ando-se as fitas poliméricas paralelasumas com as outras, cada fita polimérica tendo uma sobreposição com a fitapolimérica que está posicionada adjacente a ela.

12. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que a camada de substrato que é usada é constituída de umpolímero que se liga às fitas poliméricas.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que a dita camada de substrato é selecionada do grupo queconsiste em filme, película, tecido de algodão e não tecido.

14. Laminado, caracterizado pelo fato de que é constituído defitas poliméricas arranjadas unidirecionalmente nas quais são usadas fitaspoliméricas do tipo núcleo-camada protetora, o material do núcleo tendo umatemperatura de fusão mais alta que a do material da camada protetora, fitaspoliméricas estas que são ligadas entre si por meio do material da camadaprotetora.

15. Laminado de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que o material do núcleo e o material da camada protetora sãofeitos do mesmo polímero.

16. Laminado de acordo com qualquer uma das reivindicações-14-15, caracterizado pelo fato de que o material da camada protetora é umcopolímero.

17. Laminado de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações 14-16, caracterizado pelo fato de que o material do núcleo éum homopolímero estirado.

18. Laminado de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações 14-17, caracterizado pelo fato de que a quantidade de materialdo núcleo no presente laminado varia entre 50 e 99 % em peso, e a quantidadede material da camada protetora varia entre 1 e 50 % em peso, com base nopeso da fita.

19. Laminado de acordo com qualquer uma ou mais dasreivindicações 14-18, caracterizado pelo fato de que o dito material do núcleoe o dito material da camada protetora foram selecionados do grupo queconsiste em polietileno, polipropileno, poliamida, poli(tereftalato debutadieno) e poli(tereftalato de etileno).

20. Método de fabricação de um painel constituído delaminados individuais, laminados estes que são colocados um por cima dooutro e prensados para formar um painel, usando pressão e calor,caracterizado pelo fato de que é usado um laminado como definido emqualquer uma ou mais das reivindicações 14-19.

21. Painel constituído de laminados individuais, caracterizadopelo fato de que os laminados são constituídos de fitas poliméricas arranjadasunidirecionalmente do tipo núcleo-camada protetora, o material do núcleotendo uma temperatura de fusão mais alta que a do material da camadaprotetora, em que os laminados são empilhados de acordo com umaconfiguração em que eles são virados um em relação ao outro.

22. Painel de acordo com a reivindicação 21, caracterizadopelo fato de que o painel é provido com uma camada de um materialresistente ao impacto em um ou ambos os lados superficiais.

23. Painel de acordo com a reivindicação 22, caracterizadopelo fato de que o dito material resistente ao impacto foi selecionado de umou mais materiais de um grupo que consiste em metais, ligas metálicas, vidro,fibra de basalto, fibra de vidro, cerâmica e aramida.

24. Uso de um painel obtido usando o método como definidona reivindicação 20 ou um painel como definido nas reivindicações 21-23,caracterizado pelo fato de que é para aplicações antibalísticas.

25. Uso de um painel obtido usando o método como definidona reivindicação 20, ou um painel como definido na reivindicação 21-23,caracterizado pelo fato de que é como uma película.