BRPI0612658A2 - método para melhorar a capacidade de coesão de filamentos de fibra de aramida cortada - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA MELHORAR A CAPACIDADE DE COESãO DE FILAMENTOS DE FIBRA DE ARAMIDA CORTADA. A invenção refere-se a um método para melhorar a capacidade de coesão de filamentos de fibra de aramida cortada, qua inclui as etapas de impregnação de um agente de ligação de formação de filme na fibra, secagem da fibra, opcionalmente aplicando um acabamento à fibra, e corte da fibra em pedaços de 1 a 16 mm de comprimento, em que a fibra, antes da aplicação do agente de ligação, é submetida a um processo de contorção para obter uma fibra tendo um nível de contorção de 10 a 150 tpm e que o da fibra é realizado em uma cortadora rotativa.
Description
"MÉTODO PARA MELHORAR A CAPACIDADE DE COESÃO DE FILAMENTOS DE FIBRA DE ARAMIDA CORTADA"
A presente invenção refere-se a um método para melhorar a capacidade de coesão de fibra de aramida cortada.
Os pré-compostos termoplásticos enchidos com fibras de aramida (geralmente, até 20%) e na forma de grânulos são freqüentemente usados como material básico para a fabricação, por exemplo, por um processo de moldagem por injeção, de artigos compósitos (e.g., engrenagens, mancais) com uma resistência melhorada a abrasão. Estes pré-compostos são produzidos por misturação de material de matriz termoplástico como pedaços com fibras de aramida cortadas através de um processo de extrusão de material fundido. Para este fim, os pedaços termolásticos e as fibras de aramida cortadas são separadamente dosadas no gargalo de uma extrusora. Um sério problema de alimentar fibras na extrusora é a formação de pontes de aglomerações de fibra, dificultando a introdução suave e rápida na extrusora. Parece que filamentos únicos que não são mais ligados nos pedaços cortados de fibras se aglomeram em bolas confusas, que levam a fragmentos, formação de ponte, e aglomeração dos sistemas de transporte.
Portanto, é um objeto da presente invenção fornecer um método para obter fibras cortadas que não tenham estas desvantagens. Assim, o presente método fornece fibras cortadas, i.e., fibras em que a capacidade de coesão dos filamentos de uma fibra é melhorada, o que resulta em um comportamento como se a fibra fosse um grande filamento único. Contudo, não é possível se aliviar as desvantagens mencionadas acima pela aplicação de agentes de ligação melhorados ou semelhantes, porque isto não leva a uma melhora substancial da coesão de feixe de filamento.
Para este fim, a presente invenção fornece um método para melhorar a capacidade de coesão de filamento de fibra de aramida cortada incluindo as etapas de impregnação de um agente de ligação de formação de filme na fibra, secagem da fibra, opcionalmente aplicando um acabamento à fibra, e corte da fibra em pedaços de 1 a 16 mm de comprimento, caracterizado pelo fato de que a fibra antes da aplicação do agente de ligação é submetida a um processo de contorção para obter uma fibra tendo um nível de contorção de 10 a 150 tpm e que o corte da fibra é realizado em uma cortadora rotativa.
Surpreendentemente, foi verificado que tal etapa de contorção antes do corte rotativo para preparar fibras cortadas substancialmente aumentou a capacidade de coesão do filamento, o que torna possível se evitar completamente ou quase completamente a ocorrência de filamentos livres que se aglomeram em bolas confusas. O efeito deste método, portanto, é um aumento substancial da massa específica do material de fibra. A massa específica aumentada corresponde a uma facilidade aumentada de alimentação do material em uma extrusora.
O método da presente invenção é desconhecido para fibras de aramida. De acordo com a Patente US 5.227.238, as fibras de carbono foram cortadas e, mais preferivelmente, fornecidas com de 10 a 20 torções por metro, para obter uma fibra de carbono cortada tendo um melhor grau de feixe. Contudo, não foi descrito o uso de uma cortadora rotativa para aumentar a massa específica.
As fibras de aramida de acordo com a presente invenção são torcidas, um processo muito comum em tecnologia de fibra para a qual alguém versado na técnica não precisa de outra explicação, até um nível de contorção de pelo menos 10 tpm (torções por metro) e não mais que 150 tpm. Os melhores resultados são obtidos quando o nível de contorção for de 20 a 100 tpm, e mais preferivelmente de 30 a 80 tpm. Estas fibras contorcidas são mais ou menos redondas, esta geometria é fixada pelo dimensionamento das fibras, que após o corte leva a fibras cortadas de forma redonda ou elíptica (em seção transversal), ao invés de planas, como é o caso quando se aplica a técnica anterior. Acredita-se que estas fibras cortadas em forma redonda ou elíptica também contribuam para a facilidade de seu manuseamento.
Após a etapa de contorção, que é a etapa essencial para se obter no final fibras cortadas melhoradas, a fibra é tratada com um agente de ligação de formação de filme e opcionalmente um acabamento de sobrecamada. O agente de ligação também melhora a coesão inter-filamentos e deve ser um polímero formador de filme que funde na extrusora. Preferivelmente, o agente de ligação é solúvel em água ou dispersável em água, tal como poliuretano e/ou resina de poliéster sulfonada.
Exemplos de poliésteres adequados são polímeros derivados de um ácido dicarboxílico sulfonado, um ácido dicarboxílico e um diol. Preferido é o poliéster derivado de ácido dimetil sódio sulfo-isoftálico, ácido isoftálico e etileno glicol. Tal produto é disponível sob o nome comercial Eastman® LB-100. Exemplos de poliuretanos adequados são dispersões de poliéter-poliuretano ou poliéster-poliuretano, disponibilizadas sob os nomes comerciais Alberdingk® U400N e Impranil® DLF5 respectivamente. As quantidades adequadas de agente de ligação são entre 1,5 a 12% em peso, preferivelmente, de 2,0 a 9% em peso, e, mais preferivelmente, de 2,5 a 6% em peso. Quando o agente de ligação for aplicado como uma solução ou dispersão aquosa, a fibra deve ser seca após a aplicação do agente de ligação, por exemplo, sobre secadoras em tambor, secadoras a ar, e semelhantes.
O acabamento de sobrecamada, quando usado, é um óleo de viscosidade intrínseca baixa, que reduz o atrito do fio tratado e da fibra cortada com rolos de guia da unidade de corte e de partes de metal do sistema de transporte na extrusora, respectivamente. Preferivelmente, o acabamento de sobrecamada é um óleo de éster usando em uma quantidade de 0,05 a 3% em peso, mais preferivelmente de 0,1 a 1% em peso. Exemplos de óleos adequados são 2-etil hexil estearato, 2-etil hexil palmitato, n-butil laurato, n- octil caprilato, estearato de butila ou misturas destes. O óleo de éster preferido é uma mistura de 2-etil hexil estearato e 2-etil hexil palmitato, que está disponibilizado sob o nome comercial LW® 245.
As fibras, quando tratadas com o agente de ligação, secas e opcionalmente também fornecidas com um acabamento, são cortadas em pedaços de 1 a 16 mm de comprimento, preferivelmente de 2 a 12 mm, e mais preferivelmente em pedaços de 3 a 10 mm. O corte é realizado com uma cortadora rotativa. A cortadora rotativa tem a vantagem adicional de que ela é mais eficiente, tornando o processo mais econômico e dando menos ou nenhum material de rejeito. Qualquer outra cortadora comum que é adequada para cortar fibras de aramida, tal como uma cortadora de guilhotina, embora também dando um aumento da massa específica não leve a massas específicas extremamente altas do método da presente invenção.
Foi também verificado que o efeito de contorção e corte rotativo pode ser também aumentado pelo uso de fibra de densidade linear baixa. Tal efeito adicionado foi particularmente substancial quando o corte da fibra for em pedaços pequenos, preferivelmente de 4 mm ou menos. Assim, é preferido se usar fibra tendo densidade linear menor que 2000 dtex, e a fibra é preferivelmente cortada até um comprimento menor que 4 mm.
As fibras que podem ser tratadas de acordo com o presente método incluem qualquer fibra de aramida, particularmente fibra entrelaçada contínua e fio quebrada estirado. As concentrações do fio não são importantes para a presente invenção, mas são geralmente entre 800 e 8050 dtex, mais preferivelmente entre 1200 e 4820 dtex. As fibras de aramida adequadas incluem as fibras de meta- e para-aramida, tais como fibras Tejinconex® [poli-(meta- fenileno isoftalamida); ΜΟΡΙΑ], fibras Twaron® [poli(para-fenileno-tereftalamida); PPTA] e fibras Technora® [co-poli-(parafenileno/3,4'-oxidifenileno tereftalamida)]. Mais comumente, as fibras de Technora® são usadas.
As fibras que são tratadas de acordo com o método da presente invenção mostram propriedades de forte coesão inter-filamento, i.e., as fibras que são cortadas em pequenos pedaços têm uma baixa tendência a se dividir em filamento individuais. As fibras cortadas da presente invenção, portanto, têm uma alta massa específica e são fáceis de serem dosadas e dispersadas em extrusoras para fazer composto com materiais termoplásticos, tais como poliamida, polioximetileno, policarbonato, polibutenotereflalato, e semelhantes.
A presente invenção é também explicada e as vantagens são mostradas nos seguintes exemplos ilustrativos não restritivos.
Exemplo 1
Fibra de aramida (PPTA, Twaron®) 3360 dtex foi impregnada com agente de ligação (Eastman LB-100, Easteman Chemical Company, Kingsport, USA), seca, e tratada com um acabamento de sobrecamada (LW 245, Cognis, Düsseldorf, Alemanha). As fibras foram então cortadas em uma cortadora rotativa Neumag a 100 mpm (metros por minuto) em pedaços de 6 mm e a massa específica foi determinada (Fibra A cortada era quase plana; de acordo com a técnica anterior).
A massa específica foi determinada como a seguir:
Aparelho Requerido:
Um béquer de alumínio redondo tendo um conteúdo de 1000 ml (diâmetro interno de 10 cm, altura de 12,7 cm);
Uma balança (precisão de 0,01 grama)
Uma régua
Pesar o béquer de alumínio (a gramas) e colocá-lo na mesa. Encher o béquer de alumínio com fibras curtas de uma altura de 10 cm. Adicionar tantas fibras até que um monte de fibras seja formado. Remover o monte com uma régua raspando sobre o topo do béquer. Pesar o béquer de alumínio cheio novamente (b gramas).
Durante a determinação, chacoalhamento do béquer ou pressionamento das fibras curtas deve ser evitado. A massa específica das fibras curtas é b - a gramas. O teste é realizado em duplicata e o valor médio é a massa específica da amostra de fibra.
Nos exemplos, a quantidade "relação de massa específica" é usada. No exemplo 1, esta é a relação entre (a massa específica da amostra de fibra curta χ 100) / (a massa específica das fibras curtas produzidas de fios não torcidos). No exemplo 2, esta é a relação entre (a massa específica da amostra de fibra curta χ 100) / (a massa específica das fibras curtas produzidas de fios que foram cortadas por guilhotina). Como conseqüência, a relação de massa específica das fibras curtas produzidas de fios não torcidos (exemplo 1) e a relação de massa específica das fibras curtas produzidas de fios que foram cortadas por guilhotina (exemplo 2) é ajustada em "100".
O processo foi repetido, mas antes da impregnação, a fibra foi torcida (fibras cortadas I eram elípticas ou quase redondas; de acordo com a presente invenção). Os resultados são dados na Tabela 1.
Tabela 1
<table>table see original document page 7</column></row><table>
A massa específica de fibra cortada que é torcida é maior que aquela de fibra não torcida. Os materiais torcidos, portanto, podem, mais facilmente, mais rapidamente e sem aglomeração, ser usados para alimentar extrusoras.
Exemplo 2
A fibra de aramida torcida (PPTA, Twaron®) 3360 dtex foi impregnada com agente de ligação Eastman LB-100, seca, e tratada com LW 245 como um acabamento de sobrecamada. As fibras foram cortadas em fibras de corte com 6 mm. Uma parte das fibras foi cortada usando uma cortadora de guilhotina de Pierret em 1,2 mpm (fibra B cortada; comparativa) e outra parte foi cortada usando uma cortadora rotativa de Neumag a 120 mpm (fibra cortada II; invenção). As fibras cortadas B e II eram elípticas ou quase redondas. Os resultados são dados na Tabela 2 e ilustram que quando uma cortadora rotativa for usada, as fibras curtas com massa específica e rendimentos maiores podem ser produzidas.
Tabela 2
<table>table see original document page 8</column></row><table>
Exemplo 3
As fibras de aramida torcidas (PPTA, Twaron®) de 3360 (ΠΙ) e 1680 dtex (IV) foram impregnadas com agente de ligação Eastman LB-100, secas, e tratadas com LW 245 como um acabamento de sobrecamada. As fibras foram cortadas em fibras de corte curto. As fibras curtas com um comprimento de 1,5 mm e 3,3 mm foram obtidas usando-se uma cortadora rotativa Neumag NMC 290H. As fibras curtas com um comprimento de 6 mm foram obtidas usando-se uma cortadora rotativa de Fleissner. Os resultados ilustram que as fibras curtas com uma maior massa específica podem ser produzidas quando um fio de alimentação torcido com uma menos densidade linear for usado.
Tabela 3
<table>table see original document page 8</column></row><table>
Claims (8)
1. Método para melhorar a capacidade de coesão de filamentos de fibra de aramida cortada, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de impregnação de um agente de ligação de formação de filme na fibra, secagem da fibra, opcionalmente aplicando um acabamento à fibra, e corte da fibra em pedaços de 1 a 16 mm de comprimento, em que a fibra, antes da aplicação do agente de ligação, é submetida a um processo de contorção para obter uma fibra tendo um nível de contorção de 10 a 150 tpm e que o corte da fibra é realizado em uma cortadora rotativa.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o nível de contorção é de 20 a 100 tpm.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o nível de contorção é de 30 a 80 tpm.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a - 3, caracterizado pelo fato de que o agente de ligação de formação de filme é um agente de ligação de formação de filme solúvel ou dispersável em água.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o agente de ligação de formação de filme é poliuretano ou poliéster, ou uma mistura destes.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a - 5, caracterizado pelo fato de que a fibra é fibra de poli(para-fenileno~ tereffcalamida).
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a - 5, caracterizado pelo fato de que a fibra é co-poli-(parafenileno/3?4'- oxidifenileno tereftalamida).
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a - 7, caracterizado pelo fato de que a fibra tem uma densidade linear menor que - 2000 dtex, e a fibra é preferivelmente cortada em um comprimento menor que - 4 mm.
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