BRPI0621112A2

BRPI0621112A2 - polpa fibrosa, artigo e processos para a fabricação de uma polpa fibrosa

Info

Publication number: BRPI0621112A2
Application number: BRPI0621112-7A
Authority: BR
Inventors: Achim Amma; Kevin A Mulcahy
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2011-11-29
Also published as: JP2009521616A; WO2008085149A3; CN101341297A; WO2008085149A2; CN101341297B; EP1963572B1; WO2007075576A3; US20070144696A1; EP1979975A2; US7727358B2; US8444815B2; KR20080083166A; JP2009521795A; US20100193143A1; KR20080075035A; EP1963572A2; CA2631119A1; US20100304266A1; WO2007075576A2

Abstract

POLPA FIBROSA, ARTIGO E PROCESSOS PARA A FABRICAçãO DE UMA POLPA FIBROSA. A presente invenção se refere a uma polpa fibrosa que compreende uma combinação de estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol e estruturas fibrosas derivadas de outro polimero. A presente invenção ainda se refere aos processos para a fabricação de tal polpa e artigos que compreendem a polpa.

Description

"POLPA FIBROSA, ARTIGO E PROCESSOS PARA A FABRICAÇÃO DE UMA POLPA FIBROSA"

Campo da Invenção

A presente invenção se refere à polpa fibrosa que compreende uma combinação de estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero. A presente invenção ainda se refere aos processos para a fabricação de tal polpa e artigos que compreendem a polpa.

Antecedentes da Invenção

Os materiais de reforço fibrosos e não fibrosos foram utilizados por muitos anos nos produtos de fricção, produtos de selagem fluidos e outros produtos plásticos ou de borracha. Tipicamente, tais materiais de reforço devem exibir alta resistência ao desgaste e ao calor.

O polímero de polipiridobisimidazol é um polímero em bastão rígido. A fibra fabricada a partir deste polímero (tal como a composição polimérica a qual é referida como PIPD e é conhecida como o polímero utilizado na fabricação de fibra M5®) é conhecida como sendo útil em vestuário de proteção resistente ao corte e à chama. As fibras de polímero de bastão rígido possuindo ligações de hidrogênio fortes entre as cadeias poliméricas, por exemplo, os polipiridobisimidazóis, foram descritos na patente US 5.674.969 de Sikkema et al. Um exemplo de um polipiridobisimidazol é o poli(1,4-(2,5- dihidróxi)fenileno-2,6-pirido[2,3-d:5,6-d']bisimidazol), que pode ser preparado pela polimerização por condensação da tetraaminopiridina e do ácido 2,5- diidroxitereftálico em ácido polifosfórico. Sikkema descreve que a polpa pode ser fabricada a partir destas fibras. Sikkema também descreve que na fabricação de um ou mais objetos uni ou bidimensionais, tais como fibras, filmes, fitas e similares, é desejável que os polipiridobisimidazóis possuam um elevado peso molecular correspondente a uma viscosidade relativa ("Vrel" ou "hrel") de pelo menos cerca de 3,5, de preferência, pelo menos cerca de 5 e, de maior preferência, igual ou maior a cerca de 10, quando medido em uma concentração polimérica de 0,25 g/dL em ácido metano sulfônico a 25°C. Sikkema também descreve que os bons resultados de fiação da fibra são obtidos com o poli[piridobisimidazol-2,6-diil(2,5-diidróxi-p-fenileno)] possuindo viscosidades relativas superiores a cerca de 12 e estas viscosidades relativas de mais de 50 (correspondendo às viscosidades inerentes superiores a cerca de 15,6 dL/g) podem ser obtidas.

A divulgação da pesquisa 74-75, publicada em fevereiro de 1980, descreve a fabricação de polpa fabricada a partir de fibras de para-aramida da marca Kevlar® fibrilada de comprimentos variáveis e utilização de tal polpa como um material de reforço em diversas aplicações. Esta publicação descreve que a polpa fabricada a partir das fibras de para-aramida da marca Kevlar® podem ser utilizadas em produtos de folhas sozinhos ou em combinação com as fibras de outros materiais, tal como a meta-aramida de marca Nomex®, polpa de madeira, algodão e outras celuloses naturais, raiom, poliéster, poliolefina, náilon, politetrafluoroetileno, amianto e outros minerais, fibras de vidro e outras cerâmicas, aço e outros materiais e carbono. A publicação também descreve a utilização de polpa da fibra de para-aramida da marca Kevlar® sozinha ou com fibras descontínuas curtas de para-aramida da marca Kevlar®, nos materiais de fricção para substituir uma fração do volume do amianto, com o restante do volume do amianto sendo substituído pelas cargas ou outras fibras.

O pedido de patente US 2003/0022961 (de Kusaka et al.) descreve os materiais de fricção fabricados a partir de um modificador de fricção, um Iigante e um reforço fibroso fabricado a partir de uma mistura de (a) polpa de aramida seca e (b) polpa de aramida úmida, polpa de madeira ou polpa acrílica. A polpa de aramida seca é definida como uma polpa de aramida obtida pelo "método de fibrilação a seco". O método de fibrilação a seco é a moagem a seco das fibras de aramida entre um cortador giratório e um filtro para preparar a polpa. A polpa de aramida úmida é definida como uma polpa de aramida obtida pelo "método de fibrilação a úmido". O método de fibrilação a úmido é a moagem das fibras de aramida curtas em água entre dois discos giratórios para formar as fibras fibriladas e, então, desidratar as fibras fibriladas, isto é, a polpa. Kusaka et al., ainda descreve um método de mistura de fibras fibriladas ao primeiro misturar os múltiplos tipos fibras orgânicas que fibrilam em uma proporção definida e, então, fibrilando a mistura para produzir a polpa.

Há uma necessidade contínua de fornecer materiais de reforço alternativos que desempenham bem nos produtos e que possuem um custo atraente para a relação de valor. Apesar das numerosas descrições propondo materiais de reforço alternativos, muitos destes produtos propostos não desempenham adequadamente na utilização, custam significativamente mais do que os produtos comerciais atuais ou possuem outros atributos negativos. Como tal, permanece uma necessidade por materiais de reforço que exibem um valor aprimorado sobre os materiais de reforço disponíveis comercialmente com relação à resistência ao desgaste elevado, força e ao calor com um custo moderado.

Descrição Resumida da Invenção

Uma realização da ρ resente invenção se refere a uma polpa fibrosa que compreende uma combinação de estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero,

- cada uma das estruturas fibrosas possuindo fibrilas e hastes, e possuindo uma dimensão máxima de não mais de 15 mm, um comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 2,0 mm, e

- as hastes e/ou fibrilas das estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol sendo substancialmente entrelaçadas com as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas derivadas de outro polímero. Uma outra realização da presente invenção é um processo para a fabricação da polpa fibrosa que compreende estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol fibriladas e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, que compreende:

(a) combinar os ingredientes da polpa que incluem:

(1) fibra de polipiridobisimidazol de haste rígida que possui um comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 3 a 40% em peso dos sólidos totais nos ingredientes;

(2) fibras derivadas de outro polímero que é capaz de ser fibrilada e possui um comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 60 a 97% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; e

(3) água;

(b) misturar os ingredientes em calda substancialmente uniforme;

(c) co-refinar a calda ao simultaneamente:

(1) fibrilar, cortar e triturar a fibra nos ingredientes da polpa para formar estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular com hastes e fibrilas; e

(2) dispersar todos os sólidos, tal que a calda refinada esteja substancialmente uniforme; e

(d) remover a água da calda refinada,

produzindo, desta forma, uma polpa fibrilada com as estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol fibriladas e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, as estruturas fibrosas possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 1,3 mm,

as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol são substancialmente entrelaçadas com as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas derivadas de outro polímero.

Ainda, outra realização da presente invenção é um processo para a fabricação de uma polpa fibrosa que compreende as estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol fibrilado e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, que compreende:

(a) combinar os ingredientes, incluindo a água e uma primeira fibra do grupo que consiste em:

(1) fibra de polipiridobisimidazol de haste rígida que possui um comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 3 a 40% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; e

(2) fibra derivada de outro polímero que é capaz de ser fibrilada e possuir um comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 60 a 97% em peso dos sólidos totais nos ingredientes;

(b) misturar os ingredientes combinados em uma suspensão substancialmente uniforme;

(c) refinar a suspensão em um refinador em disco, cortando desta forma a primeira fibra para possuir um comprimento médio de não mais de 10 cm, e fibrilar e triturar pelo menos alguma da primeira fibra em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular;

(d) combinar os ingredientes que incluem a suspensão refinada, a segunda fibra do grupo de (a) (1 e 2) que possui um comprimento médio de não mais de 10 cm, e água, caso necessário, para aumentar a concentração de água a 95 - 99% em peso dos ingredientes totais;

(e) misturar os ingredientes, caso necessário, para formar uma suspensão substancialmente uniforme;

(f) co-refinar a suspensão misturada ao simultaneamente:

(2) dispersar todos os sólidos, tal que a calda refinada seja substancialmente uniforme; e (g) remover a água da calda refinada,

- produzindo, desta forma, uma polpa fibrilada com as estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol fibriladas e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero; as estruturas fibrosas possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 1,3 mm,

- as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol são substancialmente entrelaçadas com as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas derivadas de outro polímero.

A presente invenção está ainda direcionada a artigos que compreendem a polpa da presente invenção.

Breve Descrição das Figuras

A presente invenção pode ser compreendida mais amplamente a partir de sua seguinte descrição detalhada em conexão com as figuras em anexo descritas conforme segue.

A Figura 1 é um diagrama em bloco do equipamento para executar um processo a úmido para a fabricação da polpa "úmida" de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 é um diagrama em bloco do equipamento para executar um processo a seco para a fabricação da polpa "seca" de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

Glossário

Antes de a presente invenção ser descrita, é necessário definir certos termos no seguinte glossário que terá o mesmo significado por toda esta descrição, salvo indicações em contrário.

"Fibra" significa uma unidade da matéria relativamente flexível que possui uma elevada razão de comprimento para a largura através de sua área da seção transversal perpendicular ao seu comprimento. No presente, o termo "fibra" é utilizado intercambiavelmente com o termo "filamento" ou "extremidade". A seção transversal dos filamentos descritos no presente pode ser de qualquer formato, mas são tipicamente circulares ou em formato de grão. A fibra fiada sobre uma bobina em uma embalagem é referida como uma fibra contínua ou um filamento contínuo ou fios de filamento contínuos. A fibra pode ser cortada em comprimentos curtos denominados fibras descontínuas. A fibra pode ser cortada em comprimentos ainda menores denominados flocos. Os fios, fios multifilamentares ou estopas compreendem uma pluralidade de fibras. O fio pode ser entrelaçado e/ou trançado.

"Fibrila" significa uma pequena fibra que possui um diâmetro tão pequeno quanto uma fração de um micrômetro a poucos micrômetros e possuindo um comprimento de cerca de 10 a 100 μm. As fibrilas, em geral, se estendem do tronco principal de uma fibra maior possuindo um diâmetro de 4 a 50 μm. As fibrilas agem como ganchos ou fechos para enlaçar e capturar o material adjacente. Algumas fibras fibrilam, porém outras não fibrilam ou não fibrilam efetivamente e, para os propósitos da presente definição, tais fibras não fibrilam.

"Estruturas fibrosas fibriladas" significam partículas de material que possuem hastes e fibrilas que se estendem a partir do mesmo, em que a haste é, em geral, colunar e cerca de 10 a 50 μm de diâmetro e as fibrilas são membros do tipo cabelo apenas uma fração de um micrômetro ou de poucos micrômetros de diâmetro ligados à haste e cerca de 10 a 100 μm de extensão.

"Floco" significa comprimentos curtos de fibra, mais curtas do que a fibra descontínua. O comprimento do floco é de cerca de 0,5 a cerca de 15 mm e um diâmetro de 4 a 50 μm, de preferência, possuindo um comprimento de 1 a 12 mm e um diâmetro de 8 a 40 μm. O floco que é inferior a cerca de 1 mm não agrega significativamente à resistência do material em que ele é utilizado. O floco ou a fibra que é superior a cerca de 15 mm, freqüentemente não funciona bem porque as fibras individuais podem ser tornar entrelaçadas e não podem ser adequadamente e uniformemente distribuídas por todo o material ou calda. O floco de aramida é fabricado pelo corte das fibras de aramida em comprimentos curtos sem fibrilação significativa ou sem qualquer fibrilação, tal como aquele preparado pelos processos descritos nas patentes US 3.063.966, US 3.133.138, US 3.767.756 e US 3.869.430.

O comprimento da "média ponderada do comprimento" significa o comprimento calculado a partir da seguinte fórmula:

<formula>formula see original document page 9</formula>

"Dimensão máxima" de um objeto significa a distância linear entre os dois pontos mais distantes entre si no objeto.

A "fibra descontínua" pode ser fabricada ao cortar os filamentos em comprimentos de não mais do que 15 cm, de preferência, de 3 a 15 cm; e de maior preferência, de 3 a 8 cm. A fibra descontínua pode ser linear (isto é, não frisada) ou frisada para possuir um friso de formato de dente de serra ao longo de seu comprimento, com qualquer freqüência de friso (ou dobra repetida). As fibras podem estar presentes na forma não revestida, revestida ou outra tratada previamente (por exemplo, estirada previamente ou tratada a quente).

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção está direcionada a uma polpa fibrosa que compreende uma combinação de estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol e a estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, cada uma das estruturas fibrosas possuindo fibrilas e hastes, e possuindo uma dimensão máxima de não mais de 15 mm, um comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 2,0 mm, e hastes e/ou fibrilas das estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol sendo substancialmente entrelaçada com as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas derivadas de outro polímero.

A polpa da presente invenção possui utilização em artigos como um material de reforço na fricção e nos materiais de selagem fluidos, como um auxiliar do processamento, tal como um tixótropo, e em filtros, papéis e materiais de folha. A presente invenção é também direcionada aos processos para a fabricação de uma polpa de combinação de polipiridobisimidazol.

Primeira Realização do Processo Inventivo

Em uma primeira realização, o processo para a fabricação de uma polpa fibrosa compreende uma combinação das estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol e das estruturas fibrosas derivadas de outro polímero que compreende as seguintes etapas. Primeiro, os ingredientes da polpa são combinados, adicionados ou colocados em contato. Em segundo lugar, os ingredientes da polpa combinados são misturados em uma calda substancialmente uniforme. Em terceiro lugar, a calda é simultaneamente refinada ou co-refinada. Em quarto lugar, a água é removida da calda refinada.

Etapa de Combinação

Na etapa de combinação, os ingredientes da polpa são, de preferência, adicionados juntos em um recipiente. Em uma realização preferida, os ingredientes da polpa incluem (1) a fibra de polipiridobisimidazol, (2) uma ou mais estruturas fibrosas, (3) opcionalmente, outros aditivos secundários, e (4) a água.

Fibra de Polipiridobisimidazol

A presente invenção utiliza a fibra de polipiridobisimidazol. Esta fibra é um polímero em bastão rígido que é de resistência elevada. A fibra de polipiridobisimidazol possui uma viscosidade inerente de pelo menos 20 dL/g ou pelo menos 25 dL/g ou pelo menos 28 dL/g. Tais fibras incluem a fibra de PIPD (também conhecida como fibra M5®) e a fibra fabricação a partir do poli[2,6-diimidazo[4,5-b:4,5-e]-piridinileno -1,4(2,5-dihidróxi)fenileno]. A fibra de PIPD está baseada na estrutura:

<formula>formula see original document page 11</formula>

A fibra de polipiridobisimidazol pode ser distinguida da fibra de PBI disponível comercialmente (polibenzimidazol) em que a fibra de PBI é um polibibenzimidazol e não é um polímero em bastão rígido. A fibra de PBI possui uma baixa resistência à tração da fibra e um baixo módulo de tração quando comparado à fibra de polipiridobisimidazol utilizada na presente invenção.

As fibras de PIPD foram relatadas como possuindo o potencial para possuir um módulo médio de cerca de 310 GPa (2.100 g/ denier) e uma tenacidade média de até cerca de 5,8 GPa (39,6 g/denier). Estas fibras foram descritas por Brew1 et al., Composites Science and Technology, 1999, 59, 1109; Van der Jagt e Beukers, Polymer 1999, 40, 1035; Sikkema, Polymer, 1998, 39, 5981 ; Klop e Lammers, Polymer, 1998, 39, 5987; Hageman, et al., Polymer 1999, 40, 1313.

A fibra de polipiridobisimidazol é adicionada em uma concentração de pelo menos 3% em peso dos sólidos totais nos ingredientes. Em algumas realizações, a fibra de polipiridobisimidazol é adicionada a até cerca de 50% em peso. Ainda, em outras realizações, a fibra de polipiridobisimidazol é adicionada em uma quantidade de até cerca de 80% em peso. Em uma realização particularmente desejada, a fibra de polipiridobisimidazol é de 25 a 40% em peso dos sólidos totais nos ingredientes. Este intervalo foi revelado como sendo particularmente útil em que a fibra de polipiridobisimidazol está presente em uma quantidade que se acredita ser a mais eficiente para o polipiridobisimidazol auxiliar a fibrilar outras estruturas fibrosas na polpa durante a fabricação.

Em algumas realizações, a fibra de polipiridobisimidazol possui, de preferência, uma densidade linear de não mais de 10 dtex e, de maior preferência, de 0,8 a 2.5 dtex. Em algumas realizações, a fibra de polipiridobisimidazol também possui, de preferência, um comprimento médio ao longo de seu eixo longitudinal de não mais de 10 cm, de maior preferência, um comprimento médio de 0,65 a 2,5 cm e, de maior preferência, um comprimento médio de 0,65 a 1,25 cm.

Polímero de Polipiridobisimidazol

Os polímeros apropriados para o uso na fabricação da fibra de polipiridobisimidazol devem ser de peso molecular formador de fibra a fim de ser moldado em fibras. Os polímeros podem incluir os homopolímeros, copolímeros e suas misturas.

Um método para a fabricação do polímero de polipiridobisimidazol de bastão rígido é descrito com detalhes na patente US 5.674.969 de Sikkema et al. O polímero de polipiridobisimidazol pode ser fabricado pela reação de uma mistura de ingredientes secos com uma solução de ácido polifosfórico (PPA). Os ingredientes secos podem compreender os monômeros formadores de polipiridobisimidazol e os pós metálicos. O polímero de polipiridobisimidazol utilizado para fabricar as fibras de bastão rígidas utilizadas nas polpas da presente invenção deve possuir pelo menos 25 e, de preferência, pelo menos 100 unidades repetitivas. O número médio das unidades repetidas das cadeias poliméricas está tipicamente no intervalo de cerca de 25 a cerca de 25.000, mais tipicamente, no intervalo de cerca de 100 a 1.000, de maior preferência, no intervalo de cerca de 125 a 500 e, de maior preferência, ainda, no intervalo de cerca de 150 a 300.

A fibra de polipiridobisimidazol útil na maior parte das realizações da presente invenção possui uma viscosidade inerente de pelo menos 20 d L/g. Certas realizações da presente invenção desejam as fibras de polipiridobisimidazol que possuem uma viscosidade inerente de pelo menos 25 dL/g; outras realizações desejam uma viscosidade inerente de pelo menos 28 dL/g.

Para os propósitos da presente invenção, os pesos moleculares relativos dos polímeros de polipiridobisimidazol são adequadamente caracterizados pela diluição dos produtos do polímero com um solvente apropriado, tal como um ácido metano sulfônico, para uma concentração polimérica de 0,05 g/dL e medindo um ou mais valores de viscosidade de solução diluída a 30° C. O desenvolvimento do peso molecular dos polímeros de poliareneazol da presente invenção é adequadamente monitorado e correlacionado a uma ou mais medidas de viscosidade de solução diluída. Conseqüentemente, as medidas de solução diluídas da viscosidade relativa ("Vrel" ou "hrel" ou "nrel") e da viscosidade inerente ("Vinh" ou "hinh" ou "ninh") são tipicamente utilizadas para monitorar o peso molecular do polímero. As viscosidades relativas e inerentes das soluções poliméricas diluídas estão relacionadas de acordo com a expressão

Vinh = In (Vrel)/ C

em que In é a função do logaritmo natural e C é a concentração da solução polimérica. Vrei é uma razão sem unidade da viscosidade da solução polimérica em relação àquela livre do solvente de polímero, assim, Vinh é expresso em unidades de concentração inversa, tipicamente, como decilitros por grama ("dL/g"). Conseqüentemente, em certos aspectos da presente invenção, os polímeros de polipiridoimidazol são produzidos, que são caracterizados como fornecendo uma solução polimérica possuindo uma viscosidade inerente de pelo menos cerca de 20 dL/g a 30°C em uma concentração polimérica de 0,05 g/dL em ácido metano sulfônico. Pelo fato dos polímeros de maior peso molecular que resultam da presente invenção descrita no presente originarem a soluções poliméricas viscosas, uma concentração de cerca de 0,05 g/dL em ácido metano sulfônico é útil para a medida das viscosidades inerente em uma quantidade razoável de tempo.

Os monômeros formadores de piridobisimidazol exemplares úteis na presente invenção incluem o 2,3,5,6-tetraaminopiridina e uma variedade de ácidos, incluindo o ácido tereftálico, bis(ácido 4-benzóico), oxi-bis-(ácido 4- benzóico), ácido 2,5-diidroxitereftálico, ácido isoftálico, ácido 2,5- piridodicarboxílico, ácido 2,6-naftalenodicarboxílico, ácido 2,6- quinolinodicarboxílico ou qualquer de suas combinações. De preferência, os monômeros formadores de piridobisimidazol incluem a 2,3,5,6- tetraaminopiridina e o ácido 2,5- diidroxitereftálico. Em certas realizações, é preferível que os monômeros formadores de piridobisimidazol sejam fosforilados. De preferência, os monômeros formadores de piridobisimidazol fosforilados são polimerizados na presença de ácido polifosfórico e um catalisador metálico.

Os pós metálicos podem ser empregados para auxiliar a construir o peso molecular do polímero final. Os pós metálicos incluem, tipicamente, o pó de ferro, pó de estanho, pó de vanádio, pó de cromo e qualquer combinação dos mesmos.

Os monômeros formadores de piridobisimidazol e os pós metálicos são misturados e então a mistura é reagida com o ácido polifosfórico para formar uma solução polimérica de polipiridobisimidazol. O ácido polifosfórico adicional pode ser adicionado à solução polimérica caso desejado. A solução polimérica é tipicamente extrudada ou fiada através de um molde ou fieira para preparar ou fiar os filamentos.

Estruturas Fibrosas Derivadas do Outro Polímero Em adição à fibra de polipiridobisimidazol, a etapa de combinação também inclui as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero. As estruturas fibrosas não apenas incluem as fibras, flocos, fios ou fibras descontínuas, mas também outros, tais como as fibridas de polímero. As fibridas poliméricas são partículas não granulares, fibrosas ou do tipo filme. Em algumas realizações eles possuem um ponto de fusão ou decomposição acima de 320° C. As fibridas não são fibras, mas elas são fibrosos em que elas possuem regiões do tipo fibra conectadas por redes. As fibridas possuem um comprimento médio de 0,2 a 1 mm com uma razão aparente de 5:1 para 10:1. A dimensão da espessura da rede de fibridas é inferior a 1 ou 2 μπι e, tipicamente, na ordem de uma fração de 1 μΐη. As fibridas podem ser preparadas por qualquer método incluindo a utilização do equipamento de fibridação do tipo descrito na patente US 3.018.091 onde uma solução polimérica é precipitada e cisalhada em uma única etapa. Em muitas realizações, as fibridas são úteis apenas se forem utilizadas antes de serem secos, uma vez que algumas fibridas irão perder seu caráter do tipo filme se seco.

As estruturas fibrosas derivadas de outro polímero são adicionadas em uma concentração de pelo menos cerca de 20% em peso dos sólidos totais nos ingredientes. Em algumas realizações, as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero são adicionadas em até cerca de 60% em peso. Ainda, em outras realizações, as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero são adicionadas em uma quantidade de até cerca de 75% em peso. Em uma realização particularmente desejada, as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero são de 60 a 97% em peso dos sólidos totais nos ingredientes.

As estruturas fibrosas derivadas de outro polímero possuem, de preferência, um comprimento médio de não mais de 10 cm, de maior preferência, de 0,5 a 5 cm e, de maior preferência, ainda de 0,6 a 2 cm. Se as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero são fibras, aquelas fibras possuem uma densidade linear de não mais de 10 dtex. Antes da combinação dos ingredientes da polpa juntos, quaisquer estruturas fibrosas na forma de filamentos contínuos podem ser cortadas em fibras mais curtas, tal como fibras descontínuas ou flocos.

Outros Polímeros de Estruturas Fibrosas

O polímero utilizado nas estruturas fibrosas derivado de outro polímero pode incluir os polímeros termoplásticos, termoestáveis, líquidos cristalinos e outros. O polímero pode incluir os homopolímeros, copolímeros e suas misturas.

Os polímeros termoestáveis possuem, em geral, precursores que são aquecidos em uma temperatura apropriada por um período de tempo curto tal que eles irão fluir como um líquido viscoso e pode ser formado em fibras e outras estruturas moldadas. Tipicamente, o polímero líquido sofre, então, uma reação de reticulação química ocasionando a solidificação ou o "assentamento" do líquido para formar uma massa infusível que não é reversível com o calor.

Os polímeros termoplásticos quando aquecidos, fluem de maneira de um líquido altamente viscoso; eles podem ser solidificados pelo resfriamento e no reaquecimento, retornam ao estado líquido. Os polímeros apropriados para a utilização na fabricação da fibra termoplástica devem ser de peso molecular formador de fibra de modo a ser moldado em fibras. Os polímeros termoplásticos típicos podem ser fabricados para fluírem e solidificarem de modo reversível repetidamente pelo aquecimento e resfriamento subseqüente. Os polímeros termoplásticos no estado líquido viscoso aquecido podem ser formados em fibras e outras estruturas moldadas. O polímero líquido é então, tipicamente, resfriado para solidificar as fibras e as estruturas moldadas.

Os polímeros representativos utilizados nas estruturas fibrosas derivadas de outro polímero incluem as poliolefinas incluindo os polipropilenos, polietilenos, poliolefinas de cadeia superior e suas misturas; poliésteres incluindo os tereftalatos de polietileno, naftalatos de polietileno e suas misturas e, acrílicos, poliamidas incluindo os náilons; poliamidas aromáticas incluindo as para-aramidas e as meta-aramidas; polímeros derivados de celulose e celulósicos, fluoropolímeros incluindo o politetrafluoretileno; polibenzazóis, poliimidas, poliamida-imidas, outros polímeros aromáticos e alifáticos e suas misturas.

Outros Aditivos Opcionais

Outros aditivos opcionais podem ser adicionados opcionalmente contanto que estejam suspensos na calda na etapa de mistura e não mudem significativamente o efeito da etapa de refinamento nos ingredientes sólidos obrigatórios listados acima. Os aditivos apropriados incluem os pigmentos, corantes, antioxidantes, compostos retardantes da chama e outros auxiliares do processamento e da dispersão. De preferência, os ingredientes da polpa não incluem amiantos. Em outras palavras, a polpa resultante é livre de amianto ou sem amianto.

AGUA

A água é adicionada em uma concentração de 95 a 99% em peso dos ingredientes totais e, de preferência, de 97 a 99% em peso dos ingredientes totais. Ainda, a água pode ser adicionada primeiro. Então, outros ingredientes podem ser adicionados em uma razão para otimizar a dispersão na água enquanto mistura simultaneamente os ingredientes combinados.

ETAPA DE MISTURA

Na etapa de mistura, os ingredientes são misturados em uma calda substancialmente uniforme. Por "substancialmente uniforme" entende-se que as amostras aleatórias da calda contêm a mesma porcentagem em peso da concentração de cada um dos ingredientes de partida que nos ingredientes totais na etapa de combinação mais ou menos 10% em peso, de preferência, 5% em peso e, de maior preferência, 2% em peso. Por exemplo, se a concentração dos sólidos na mistura total for 50% em peso da fibra de polipiridobisimidazol mais 50% em peso de fibra derivada de outro polímero, então uma mistura substancialmente uniforme na etapa de mistura significa que cada amostra aleatória da calda possui (1) uma concentração de fibra derivada de outro polímero de 50% em peso mais ou menos 10% em peso, de preferência, 5% em peso e, de maior preferência, 2% em peso e (2) uma concentração de fibra de polipiridobisimidazol de 50% em peso mais ou menos 10% em peso, de preferência, 5% em peso e, de maior preferência, 2% em peso. A mistura pode ser realizada em qualquer recipiente contendo lâminas giratórias ou algum outro agitador. A mistura pode ocorrer após a adição dos ingredientes ou enquanto os ingredientes estão sendo adicionados ou combinados.

Etapa de Refinamento

Na etapa de refinamento, os ingredientes da polpa são simultaneamente co-refinados, convertidos ou modificados conforme segue. As fibras derivadas de outro polímero e a fibra de polipiridobisimidazol são fibriladas cortadas e trituradas em estruturas fibrosas de formato irregular possuindo hastes e fibrilas. Todos os sólidos são dispersados, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme. "Substancialmente uniforme" é conforme definido acima. A etapa de refinamento compreende, de preferência, passar a calda misturada através de um ou mais refinadores de disco, ou reciclar a calda de volta através de um refinador simples. Pelo termo "refinador de disco" entende-se um refinador contendo um ou mais pares de discos que giram com relação entre si, refinando desta maneira os ingredientes pela ação de cisalhar entre os discos. Em um tipo apropriado de refinador de disco, a calda sendo refinada é bombeada entre o rotor circular estreitamente espaçado e os discos estatores giratórios com relação entre si. Cada disco possui uma superfície, defronte ao outro disco, com pelo menos ranhuras de superfície que se estendem parcialmente na direção radial. Um refinador de disco preferido que pode ser utilizado está descrito na patente US 4.472.241. Em uma realização preferida, a abertura da placa configurada para o refinador de disco é um máximo de 0,18 mm e, de preferência, a abertura configurada é de 0,13 mm ou inferior, para uma configuração mínima prática de cerca de 0,05 mm.

Caso necessário para uma dispersão uniforme e refinamento adequado, a calda misturada pode ser passada através do refinador do disco mais de uma vez ou através de uma série de pelo menos dois refinadores de disco. Quando a calda misturada é refinada em apenas um refinador, há uma tendência da calda resultante ser refinada inadequadamente e dispersa não uniformemente. Os conglomerados ou agregados inteiramente ou substancialmente de um ingrediente sólido, ou o outro, ou ambos, podem formar ao invés de serem dispersos formando uma dispersão substancialmente uniforme. Tais conglomerados ou agregados possuem uma maior tendência a serem separados e dispersados na calda quando a calda misturada é passada através do refinador mais de uma vez ou passada através de mais de um refinador. Opcionalmente, a calda refinada pode ser passada através de um selecionador para segregar fibras longas ou amontoados de fibras, que podem ser reciclados através de um ou mais refinadores até o corte em comprimentos ou concentração aceitáveis.

Porque uma calda substancialmente uniforme contendo ingredientes múltiplos é co-refinada nesta etapa do processo, qualquer tipo de ingrediente da polpa (por exemplo, a fibra de polipiridobisimidazol) é refinado em uma polpa na presença de todos os tipos de ingredientes da polpa (por exemplo, fibras derivadas de outro polímero) enquanto aqueles outros ingredientes também estão sendo refinados. Este co-refínamento dos ingredientes da polpa forma uma polpa que é superior a uma mistura de polpa gerada ao meramente misturar duas polpas juntas. A adição de duas polpas e, então, a mera mistura dos mesmos juntos não forma os componentes fibrosos substancialmente uniformes, intimamente conectados da polpa gerada pelo co- refinamento dos ingredientes da polpa em uma polpa de acordo com a presente invenção.

Etapa de Remoção

Então, a água é removida da calda refinada. A água pode ser removida ao coletar a polpa em um dispositivo de dessecação, tal como um filtro horizontal e, caso desejado, a água adicional pode ser removida ao aplicar pressão ou apertar o pedaço do filtro da polpa. A polpa dessecada pode então ser, opcionalmente, seca em um teor de umidade desejado e/ou pode ser embalada ou bobinada em rolos. Em algumas realizações preferidas, a água é removida em um grau que a polpa resultante pode ser coletada em um selecionador e enrolada nos rolos. Em algumas realizações preferidas, não mais de cerca de 60% em peso total de água estando presente é uma quantidade desejada de água e, de preferência, de 4 a 60% em peso total de água. Entretanto, em algumas realizações, a polpa pode reter mais água, então maiores quantidades de água total, tanto quanto 75% em peso total de água, estarão presentes.

Figuras 1 ε 2

O processo será agora descrito com referência às Figuras 1 e 2.

Através desta descrição detalhada, os caracteres de referências similares se referem aos elementos similares em todas as figuras dos desenhos.

Com referência à Figura 1, há um diagrama em bloco de uma realização de um processo a úmido para a fabricação de polpa "úmida" de acordo com a presente invenção. Os ingredientes da polpa 1 são adicionados ao recipiente 2. O recipiente 2 é apresentado com um misturador interno, similar a um misturador em uma máquina de lavagem. O misturador dispersa os ingredientes na água criando a calda substancialmente uniforme. A calda misturada é transferida para um primeiro refinador 3 que refina a calda. Então, opcionalmente, a calda refinada pode ser transferida em um segundo refinador 4 e, opcionalmente, então a um terceiro refinador 5. Três refinadores são ilustrados, mas qualquer número de refinadores pode ser utilizado dependendo do grau de uniformidade e refinação desejado. Após o último refinador na série dos refinadores, a calda refinada é opcionalmente transferida para um filtro ou separador 6 que permite que a calda com os sólidos dispersos abaixo de um tamanho de malha ou anteparo passe e recircule os sólidos dispersados maiores do que um tamanho de malha ou anteparo selecionado de volta para um ou mais dos refinadores, tal como através da linha 7 ou para um refinador 8 dedicado para refinar esta calda recirculada da qual a calda refinada é novamente passada para o filtro ou o anteparo 6. A calda adequadamente refinada passa do filtro ou anteparo 6 para um filtro a vácuo de água horizontal 9 que remove a água. A calda pode ser transferida de ponto a ponto por qualquer método e equipamento convencional, tal como com a assistência de uma ou mais das bombas 10. Então a polpa é transportada para um secador 11 que remove mais água até a polpa possuir uma concentração de água. Então, a polpa refinada é embalada em um enfardador 12.

Com referência à Figura 2, há um diagrama em bloco de uma realização de um processo a seco para a fabricação de polpa "seca" de acordo com a presente invenção. Este processo a seco é o mesmo que o processo a úmido exceto após o filtro a vácuo de água horizontal 9. Após aquele filtro, a polpa passa através de uma prensa 13 que remove mais água até a polpa possuir a concentração de água desejada. Então a polpa passa através de um espalhador 14 para espalhar a polpa e então, um secador 11 para remover mais água. Então, a polpa é passada através de um rotor 15 e embalado em uma enfardadeira 12.

Segunda Realização do Processo Inventivo

Em uma segunda realização, o processo para a fabricação da polpa da presente invenção é a mesmo que na primeira realização do processo descrito acima com as seguintes diferenças.

Antes de combinar todos os ingredientes juntos, a fibra de polipiridobisimidazol ou as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero ou ambas a fibra de polipiridobisimidazol e as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, podem precisar ser encurtadas. Isto é realizado ao combinar a água com o ingrediente da fibra. Então, a água e a fibra são misturadas para formar uma primeira suspensão e processadas através de um primeiro refinador de disco para encurtar a fibra. O refinador de disco corta a fibra em um comprimento médio de não mais de 10 cm. O refinador de disco também irá fibrilar parcialmente e triturar parcialmente a fibra. A outra fibra, que não foi previamente adicionada, pode ser encurtada desta maneira também, formando uma segunda suspensão processada. Então, a outra fibra (ou a segunda suspensão, caso processada em água) é combinada com a primeira suspensão.

Mais água é adicionada antes ou após, ou quando outros ingredientes são adicionados, caso necessário, para aumentar a concentração de 95 a 99% em peso dos ingredientes totais. Após todos os ingredientes serem combinados, eles podem ser misturados, caso necessário, para obter uma calda substancialmente uniforme.

Os ingredientes na calda são então co-refinados juntos, isto é, simultaneamente. Esta etapa de refinamento inclui a fibrilação, o corte e a trituração de sólidos na suspensão, tal que todas ou substancialmente todas as fibras de polipiridobisimidazol e as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero são convertidas em estruturas fibrosas fibriladas irregularmente moldadas. Esta etapa de refinamento também dispersa todos os sólidos, tal que a cada refinada é substancialmente uniforme. Então, a água é removida como na primeira realização do processo. Ambos os processos produzem a mesma ou substancialmente a mesma polpa fibrosa que compreende a combinação das estruturas de fibras de polipiridobisimidazol e as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero.

A Polpa Inventiva

O produto resultante produzido pelo processo da presente invenção é uma polpa fibrosa que compreende a combinação das estruturas de fibras fibriladas de polipiridobisimidazol e as estruturas fibrosas fibriladas derivadas de outro polímero para o uso como material de reforço nos produtos. A polpa compreende (a) as estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol fibriladas irregularmente moldadas, (b) estruturas derivadas de outro polímero fibrosas, fibriladas, irregularmente moldadas, (c) opcionalmente outros aditivos secundários, e (d) água.

A concentração dos componentes do ingrediente sólido separado na polpa corresponde, obviamente, às concentrações descritas anteriormente dos ingredientes correspondentes utilizados na fabricação da polpa.

As estruturas fibrosas fibriladas, irregularmente moldadas derivadas de outro polímero e as estruturas fibrosas fibriladas de polipiridobisimidazol possuem hastes e fibrilas. As fibrilas e/ou hastes da estrutura fibrosa fibrilada derivadas de outro polímero são substancialmente entrelaçadas com as fibrilas e/ou hastes de polipiridobisimidazol. As fibrilas são importantes e agem como ganchos ou fechos ou tentáculos que se aderem e seguram partículas adjacentes na polpa e no produto final, fornecendo, assim, integridade para o produto final.

As estruturas fibrosas fibriladas derivadas de outro polímero e as estruturas fibrosas fibriladas de polipiridobisimidazol possuem, de preferência, uma dimensão máxima média de não mais de 7 mm, de maior preferência, de 0,1 a 4 mm e, de maior preferência, de 0,1 a 3 mm. As estruturas fibrosas fibriladas derivadas de outra fibra polimérica e as estruturas fibrosas fibriladas de polipiridobisimidazol possuem um comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 2,0 mm, de maior preferência, de 0,5 a 2,0 mm e, de maior preferência, de 0,75 a 1,2 mm.

A polpa da presente invenção possui, de preferência, um teor de umidade elevado. Em algumas realizações, o teor de umidade é superior a cerca de 10% em peso. Em outras realizações, o teor de umidade é superior a cerca de 20% em peso.

A polpa fibrosa que compreende a combinação das estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol e as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, está sem agregados ou conglomerados substanciais do mesmo material. Ainda, a polpa possui uma Medida de Drenabilidade (Liberdade Padrão Canadense) (CSF) conforme medido pelo teste TAPPI T 227 om-92, que é uma medida de suas características de drenagem, de 100 a 700 mL e, de preferência, de 250 a 450 mL.

A área de superfície da polpa é uma medida do grau de fibrilação e das influências da porosidade do produto fabricado a partir da polpa. Em algumas realizações, a polpa da presente invenção possui uma área de superfície de cerca de 3 a 12 m2/g. Em algumas realizações preferidas, a área de superfície da polpa da presente invenção é de 7 a 11 m2/g.

Acredita-se que as estruturas fibrosas fibriladas, dispersas substancialmente de forma homogênea por todo o material de reforço e a fricção e materiais de selagem, fornecem, em virtude das características de alta temperatura dos polímeros de polipiridobisimidazol e da tendência à fibrilação das fibras de polipiridobisimidazol, muitos locais do reforço e maior resistência ao desgaste. Portanto, quando co-refinados, a mistura das estruturas fibrosas fibriladas de polipiridobisimidazol e as estruturas fibrosas fibriladas derivadas de outros materiais poliméricos está em tal contato íntimo que em um material de selagem fluida ou fricção há sempre algumas estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol próximas às estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, tal que as tensões e a abrasão do serviço são sempre mútuas.

Material de Selagem Fluido

A presente invenção está ainda direcionada para um material de selagem fluido e para processos para a fabricação dos materiais de selagem fluidos. Os materiais de selagem são utilizados dentro ou como uma barreira para evitar a descarga de fluidos e/ou gases e utilizados para evitar a entrada de contaminantes onde dois itens estão ligados. Uma utilização ilustrativa para o material de selagem são as vedações. O material de selagem fluido compreende um ligante; opcionalmente, pelo menos uma carga; e um material de reforço fibroso que compreende a polpa da presente invenção. Os Iigantes apropriados incluem a borracha de nitrila, borracha de butadieno, neopreno, borracha de estireno-butadieno, borracha de nitrila-butadieno e suas misturas.

O ligante pode ser adicionado com todos os outros materiais de partida. O ligante é tipicamente adicionado na primeira etapa do processo de produção da vedação, em que os ingredientes secos são misturados juntos. Outros ingredientes incluem, opcionalmente, as partículas de borracha não curadas e um solvente de borracha ou uma solução de borracha no solvente, para ocasionar o revestimento das superfícies das cargas e da polpa pelo ligante. As cargas apropriadas incluem o sulfato de bário, argilas, talco e suas misturas.

Os processos apropriados para a fabricação de materiais de selagem fluidos são, por exemplo, um processo de adição agitador ou processo a úmido onde a vedação é fabricada a partir de uma calda de materiais, ou pelo o que é denominado uma calandragem ou processo a seco onde os ingredientes são combinados em uma solução elastomérica ou de borracha.

Material de Fricção

A polpa da presente invenção pode ser utilizada como material de reforço nos materiais de fricção. Por "materiais de fricção" entende-se os materiais utilizados quanto às suas características friccionais, tais como coeficiente de fricção para parar ou transferir energia de movimento, estabilidade em temperaturas elevadas, resistência ao desgaste, propriedades de amortecimento da vibração e de ruídos, etc. Os usos ilustrativos para os materiais de fricção incluem o pastilhas de freio, blocos de freio, revestimentos da embreagem secos, segmentos da superfície da embreagem, anteparo da pastilha de freio/ camadas de isolamento, papéis de transmissão automática, freio úmido e outros papéis de fricção industriais.

Em vista desta nova utilização, a presente invenção é ainda direcionada para um material de fricção e aos processos para a fabricação do material de fricção. Especificamente, o material de fricção compreende um modificador de fricção; opcionalmente, pelo menos uma carga; um ligante; e um material de reforço fibroso que compreende a polpa da presente invenção.

Os modificadores de fricção apropriados são os pós metálicos, tais como ferro, cobre e zinco; abrasivos, tais como óxidos de magnésio e alumínio; lubrificantes, tais como grafites sintéticas e naturais, e sulfetos de molibdênio e zircônio; e modificadores de fricção orgânicos, tais como borrachas sintéticas e partículas de resina de casca de noz de caju. Os Iigantes apropriados são resinas termoestáveis, tais como resinas fenólicas (isto é, resina fenólica linear (100%) e diversas resinas fenólicas modificadas com borracha ou epóxi), resinas de melamina, resinas epóxi e resinas de poliimida e suas misturas. As cargas apropriadas incluem a barita, giz pulverizado, calcário, argila, talco, diversos outros pós de magnésio - alumínio- silicato, volastonita, atapulgita e suas misturas.

As etapas presentes para a fabricação do material de fricção podem variar, dependendo do tipo de material de fricção desejado. Por exemplo, os métodos para a fabricação de partes de fricção moldados envolvem, em geral, a combinação dos ingredientes desejados em um molde, cura da parte e moldagem, tratamento a quente e moagem da parte caso desejado. A transmissão automotiva e os papéis da fricção podem, em geral, ser realizados pela combinação dos ingredientes desejados em uma calda e a fabricação de um papel em uma máquina de papel utilizando os processos de fabricação de papel convencionais.

Muitas outras aplicações da polpa são possíveis, incluindo seu uso como um auxiliar do processamento, tal como um tixótropo ou como um material de filtro. Quando utilizado como um material de filtro, tipicamente, a polpa da presente invenção é combinada com um Iigante e um produto de folha ou papel de formato moldado é fabricado pelos métodos convencionais.

Métodos de Teste

Os seguintes métodos de teste foram utilizados nos exemplos seguintes.

A Medida de Drenabilidade (CSF) foi medida conforme descrita no método de teste TAPPI T227 em conjunto com a microscopia óptica. A CSF mede a taxa de drenagem de uma suspensão da polpa diluída. É um teste útil para avaliar o grau de fibrilação.

Os Comprimentos da Fibra médios, incluindo o comprimento da "média ponderada do comprimento", foi determinado utilizando o Analisador da Qualidade da Fibra (comercializada pela OpTest Equipment Inc., 900 Tupper St., Hawkesbury, ON, K6A 3S3 Canadá) de acordo com o Método de Teste TAPPI T 271. Os dados obtidos a partir da realização daquele teste são expressos como Números de Liberdade Padrão Canadense, que representam os milímetros de água que drenam de uma calda aquosa nas condições especificadas. Um grande número indica uma alta liberdade e uma alta tendência da água para drenar. Um baixo número indica uma tendência da dispersão de drenar lentamente. A liberdade é inversamente relacionada ao grau de fibrilação da polpa, uma vez que maiores números de fibrilas reduzem a taxa em que a água drena através de um tapete de papel em formação. Temperatura: Todas as temperaturas são medidas em graus Celsius (°C).

O Denier é medido de acordo com a norma ASTM D 1577 e é a densidade linear de uma fibra conforme expresso como o peso em gramas de 9.000 metros de fibra. O denier é medido em um Vibroscope pela Textechno de Munich, Alemanha. O denier vezes (10/9) é igual ao decitex (dtex).

Exemplos

A presente invenção será agora ilustrada pelos seguintes exemplos específicos. Todas as partes e porcentagens são em peso, salvo indicações em contrário. Os exemplos preparados de acordo com o processo ou processos da presente invenção são indicados pelos valores numéricos.

Exemplo 1

Neste exemplo da presente invenção, a polpa da presente invenção foi produzida a partir de uma matéria prima de fibra descontínua de polipiridobisimidazol fabricação a partir do polímero PIPD e comercializado pela Magellan Systems International, possuindo escritórios em Richmond, Virgínia, com o nome comercial de M5®. A fibra descontínua possui um comprimento de corte inferior a 50 mm e uma densidade linear do filamento de cerca de 2 dpf (2,2 dtex por filamento). A fibra de para-aramida na forma do floco da marca Kevlar®, disponível comercialmente, Style 1F178, possuindo um comprimento de corte de 6,4 mm, foi obtido pela Ε. I. de Pont de Nemours and Company com escritórios em Wilmington, Delaware.

A fibra descontínua de PIPD e a água junta foram alimentadas diretamente em um Sprout-Wadron de 30,5 cm, um refinador em disco único utilizando uma abertura da placa configurada de 0,13 mm e previamente em polpa para atingir um comprimento do processamento aceitável no intervalo de 13 mm.

A fibra PIPD com polpa previa e o corte de fibra de para-aramida mais a água foram então combinados em um tanque de mistura altamente agitado em uma concentração de sólidos de 75% em peso de fibra de para- aramida e 30% em peso de amostra PIPD e misturado para formar uma calda uniforme, bombeável de cerca de 2 a 3% em peso da concentração dos ingredientes totais. A calda foi então recirculada e co-refinada através de um refinador em disco único Sprout-Wadron de 12".

O refinador simultaneamente fibrilou, cortou e triturou ambas a fibra de para-aramida e a amostra PIPD em estruturas fibrosas moldadas de modo irregular possuindo hastes e fibrilas, e dispersou todos os sólidos, tal que a calda refinada era substancialmente uniforme, substancialmente uniforme sendo previamente definido.

Esta calda refinada foi então filtrada utilizando uma bolsa de filtro e foi dessecada através da prensa e colocada em sacos de armazenamento do tipo Ziploc® grandes. As estruturas fibrosas possuem uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm e uma média ponderada do comprimento de não mais de 1,3 mm.

Exemplo 2

Outra polpa da presente invenção foi produzida utilizando o mesmo procedimento conforme o Exemplo 1 com a exceção de que a mistura consistia de 50% em peso de uma fibra Nomex a 1,5 dpf (1,7 dtex por filamento) cortada em um comprimento de 12,7 mm (obtida pela Ε. I. de Pont de Nemours and Company com escritórios em Wilmington, Delaware, USA.) e 50% em peso de matéria prima de fibra de PIPD do Exemplo 1. As estruturas fibrosas possuíam uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm e uma média ponderada do comprimento de não mais de 1,3 mm.

Exemplo 3

Outra polpa da presente invenção foi produzida utilizando o mesmo procedimento conforme o Exemplo 1 com a exceção de que a mistura consistia de 60% em peso de uma fibra PBO de 1,7 dtex por filamento possuindo um comprimento de corte de 12,7 mm (comercializado pela Toyobo Co., Ltd., Zylon Department, 2-2-8 Dojima-Hama, Kita-Ku Osaka), e 60% em peso de matéria prima de fibra de PIPD do Exemplo 1. As estruturas fibrosas possuíam uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm e uma média ponderada do comprimento de não mais de 1,3 mm.

EXEMPLO 4

Outra polpa da presente invenção foi produzida utilizando o mesmo procedimento conforme o Exemplo 1 com a exceção de que a mistura consistia de 50% em peso de fibrilas de meta-aramida fabricadas a partir da poli(isoftalamida de meta-fenileno) conforme descrito na patente US 3.756.908, com um valor CSF de cerca de 488 mL e um comprimento da "média ponderada do comprimento" de 0,77 mm e 50% em peso de matéria prima de fibra de PIPD do Exemplo 1. As estruturas fibrosas possuíam uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm e uma média ponderada do comprimento de não mais de 1,3 mm.

EXEMPLO 5

As pastilhas do freio de disco que incorporam a polpa da presente invenção são fabricadas da seguinte maneira. Cerca de 20 Kg de um pó de composto de base não contendo amianto e compreendendo uma mistura de 7% em peso de resina de casca de noz de caju, 17% em peso de cargas inorgânicas, 21% em peso de grafite, coque e lubrificantes, 18% em peso de abrasivos inorgânicos e 16% em peso de metais leves são misturados juntos por 10 a 20 minutos em um misturador de 50 litros Littleford. O misturador possui dois cortadores de alta velocidade com lâminas da configuração de "estrelas e barras" e um avanço de rotação mais lento.

5 kg do composto de base bem misturado são então combinados com a polpa da presente invenção em uma quantidade de 3,8% em peso com base no peso combinado do composto e da polpa. A polpa é então dispersa no composto de base pela mistura por 5 a 10 minutos adicionais. Uma vez misturado, a composições da pastilha de freio resultante possuem uma aparência visual normal com a fibra bem dispersa e pós completamente revestidos com o composto de base, essencialmente sem a desorganização detectável da polpa ou segregação de quaisquer constituintes.

A composição da pastilha de freio é então vertida em um molde de aço de cavidade simples para uma pastilha de disco de freio frontal e prensadas a frio a uma espessura padrão de cerca de 5/8 (16 mm) e então removida do molde para formar uma pastilha de freio pré-formada possuindo um peso aproximado de 200 g. Doze replicatas pré-formadas foram feitas. As formas prévias são então colocadas em dois moldes multicavitários, colocados em uma prensa comercial e prensados - curados (o reticulante fenólico Iigante e reagindo) a 300° F (149°C) por cerca de 15 minutos, com liberação de pressão periódica para permitir a reação fenólica dos gases para escapar, seguido pela cura no forno levemente forçada a 340° F (171° C) por 4 horas para completar a reticulação do Iigante fenólico. As pastilhas curadas, moldadas são então deixadas na espessura desejada de cerca de meia polegada (13 mm).

Exemplo 6

Este exemplo ilustra como a polpa da presente invenção pode ser incorporada em uma vedação de adição de agitação para as aplicações de selagem. A água, borracha, látex, cargas, químicos e a polpa da presente invenção são combinados em quantidades desejadas para formar uma calda.

Em uma peneira de arame circular (tal como um selecionador ou arame de máquina de papel), a calda é amplamente drenada de seu teor de água, é seco em um túnel de aquecimento e é vulcanizado em rolos de calandragem aquecidos para formar um material que possui uma espessura máxima de cerca de 2,0 mm. Este material é comprimido em uma prensa hidráulica ou dois rolos de calandra, que aumenta a densidade e melhora a selabilidade.

Tais materiais de vedação que adicionam agitação, em geral, não possuem tão boa selabilidade como os materiais de fibra comprimida equivalente e são melhor adaptadas para as aplicações de alta temperatura de pressão moderada. As vedações que adicionam agitação encontram aplicabilidade na fabricação de vedações do motor auxiliar ou, após ainda o processamento, vedações da cabeça do cilindro. Para este propósito, a produto semi-acabado é laminado em ambos os lados de uma folha de metal pontiagudo e é fisicamente fixado no lugar pelos pontiagudos.

Exemplo 7

Este exemplo ilustra como a polpa da presente invenção pode ser incorporada em uma vedação fabricada pelo processo de calandragem. Os mesmos ingredientes do Exemplo 6, menos a água, são completamente misturados secos juntos e então homogeneizados com uma solução de borracha preparada utilizando um solvente apropriado.

Após a mistura, o composto é então geralmente transportado em batelada em uma calandra em rolo. A calandra consiste em um pequeno rolo que é resfriado e um rolo grande que é aquecido. O composto é alimentado e retirado na calandra de Iaminagem pelo movimento giratório dos dois rolos. O composto irá aderir e embalar-se ao redor do rolo inferior quente em camadas, em geral, de cerca de 0,02 mm de espessura, dependendo da pressão, para formar uma material de vedação fabricado pelas camadas do composto construído. Na realização o mesmo, o solvente evapora e a vulcanização do elastômero inicia.

Uma vez que a espessura do material de vedação desejado é obtida, os rolos são parados e o material de vedação é cortado do rolo quente e cortado e/ou perfurados ao tamanho desejado. Nenhuma prensa adicional ou aquecimento é requerido, e o material está pronto para executar como uma vedação. Desta maneira, as vedações de cerca de 7 mm de espessura podem ser fabricadas. Entretanto, a maior parte das vedações fabricadas desta maneira são muito mais finas, normalmente sendo de 3 mm ou menos na espessura.

Exemplo 8

Este exemplo ilustra como a polpa da presente invenção pode ser incorporada em uma aplicação de transmissão de papel. Uma calda contendo quantidades desejadas da polpa da presente invenção, argila, látex, modificadores da fricção, tais como sílica e carbono, e as diatomáceas são utilizadas para formar um papel em uma máquina de papel. A partir do papel, um anel é estampado e o objeto é encharcado em uma solução de uma resina ligante, tal como a resina fenólica. No aquecimento para remover o solvente residual e para curar a resina, o anel é aderido a uma placa de metal em uma transmissão automática.

Claims

1. POLPA FIBROSA, caracterizada pelo fato de que compreende uma combinação de estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, - cada uma das estruturas fibrosas possuindo fibrilas e hastes, e possuindo uma dimensão máxima de não mais de 15 mm, comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 2,0 mm, e - as hastes e/ou fibrilas das estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol sendo substancialmente entrelaçadas com as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas derivadas de outro polímero.

2. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que possui um teor de umidade de equilíbrio superior a 10% em peso.

3. POLPA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que possui um teor de umidade de equilíbrio superior a 20% em peso.

4. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que possui uma Medida de Drenabilidade (CSF) de 100 a 700 mL.

5. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que possui uma área de superfície de 3 a 12 m2/g.

6. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que possui um comprimento da "média ponderada do comprimento" de 0,5 a 2,0 mm.

7. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que possui uma dimensão máxima de não mais de 7 mm.

8. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as estruturas fibrosas derivadas de outro polímero são derivadas de um polímero selecionado a partir do grupo que consiste em aramida, polibenzazol, poliimida, poliamida-imida, acrílico, celulose e seus derivados, poliésteres de líquidos cristalinos, termoestáveis, termoplásticos e suas misturas.

9. POLPA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que as estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol compreendem menos de 50% em peso da quantidade total da polpa.

10. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o polipiridobisimidazol é o PIPD.

11. ARTIGO, caracterizado pelo fato de que compreende a polpa conforme descrita na da reivindicação 1.

12. PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA POLPA FIBROSA, caracterizado pelo fato de que a polpa compreende estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol fibriladas e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, em que o processo compreende: (a) combinar os ingredientes da polpa que incluem: (1) fibra de polipiridobisimidazol de haste rígida que possui um comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 3 a 40% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; (2) fibras derivadas de outro polímero que é capaz de ser fibrilada e possui um comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 60 a 97% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; e (3) água; (b) misturar os ingredientes em calda substancialmente uniforme; (c) co-refinar a calda ao simultaneamente: (1) fibrilar, cortar e triturar a fibra nos ingredientes da polpa para formar estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular com hastes e fibrilas; e (2) dispersar todos os sólidos, tal que a calda refinada esteja substancialmente uniforme; e (d) remover a água da calda refinada, produzindo, desta forma, uma polpa fibrilada com as estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol fibriladas e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, as estruturas fibrosas possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 1,3 mm, as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol são substancialmente entrelaçadas com as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas derivadas de outro polímero.

13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a fibra derivada de outro polímero possui uma densidade linear de não mais de 10 dtex; e a fibra de polipiridobisimidazol possui uma densidade linear de não mais de 2,5 dtex.

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a polpa não possui agregados substanciais do mesmo material.

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a fibra derivada de outro polímero é uma fibra derivada de um polímero selecionado a partir do grupo que consiste em aramida, polibenzazol, poliimida, poliamida-imida, acrílico, celulose e seus derivados, poliésteres de líquidos cristalinos, termoestáveis, termoplásticos e suas misturas.

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de refinamento compreende a passagem da calda misturada através de uma série de refinadores de disco.

17. PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA POLPA FIBROSA, caracterizado pelo fato de que a polpa compreende as estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol fibriladas e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero, em que o processo compreende: (a) combinar os ingredientes, incluindo a água e uma primeira fibra do grupo que consiste em: (1) fibra de polipiridobisimidazol de haste rígida que possui um comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 3 a 40% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; e (2) fibra derivada de outro polímero que é capaz de ser fibrilada e possuir um comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 60 a -97% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; (b) misturar os ingredientes combinados em uma suspensão substancialmente uniforme; (c) refinar a suspensão em um refinador em disco, cortando desta forma a primeira fibra para possuir um comprimento médio de não mais de 10 cm, e fibrilar e triturar pelo menos alguma da primeira fibra em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular; (d) combinar os ingredientes incluindo a suspensão refinada, a segunda fibra do grupo de (a) (1 e 2) que possui um comprimento médio de não mais de -10 cm, e água, caso necessário, para aumentar a concentração de água a 95 - -99% em peso dos ingredientes totais; (e) misturar os ingredientes, caso necessário, para formar uma suspensão substancialmente uniforme; (f) co- refinar a suspensão misturada ao simultaneamente: (1) fibrilar, cortar e triturar a fibra nos ingredientes da polpa para formar estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular com hastes e fibrilas; e (2) dispersar todos os sólidos, tal que a calda refinada seja substancialmente uniforme; e (g) remover a água da calda refinada, produzindo, desta forma, uma polpa fibrilada com as estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol fibriladas e estruturas fibrosas derivadas de outro polímero; as estruturas fibrosas possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 1,3 mm, - as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas de polipiridobisimidazol são substancialmente entrelaçadas com as fibrilas e/ou hastes das estruturas fibrosas derivadas de outro polímero.

18. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a fibra derivada de outro polímero é uma fibra derivada de um polímero selecionado a partir do grupo que consiste em aramida, polibenzazol, poliimida, poliamida-imida, acrílico, celulose e seus derivados, poliésteres de líquidos cristalinos, termoestáveis, termoplásticos e suas misturas.