BRPI0715574A2

BRPI0715574A2 - fio, tecido resistente a cortes, vestimenta resistente a cortes, estrutura protetora unidirecional e mÉtodo de fabricaÇço de um fio resistente a cortes

Info

Publication number: BRPI0715574A2
Application number: BRPI0715574-3A2A
Authority: BR
Inventors: Serge Rebouillat; Stephen Donald Moore; Benoit Steffenino
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2013-07-02
Also published as: KR20090096692A; EP2102397A2; US20090318048A1; WO2008045492A3; MX2009003701A; US7638193B1; DE602007013285D1; CA2662913C; CA2662913A1; ATE502145T1; CN101522970B; EP2102397B1; JP5136560B2; WO2008045492A2; KR101424628B1; CN101522970A; JP2010509506A

Abstract

FIO, TECIDO RESISTENTE A CORTES, VESTIMENTA RESISTENTE A CORTES, ESTRUTURA PROTETORA UNIDIRECIONAL E MÉTODO DE FABRICAÇçO DE UM FIO RESISTENTE A CORTES. A presente invenção fornece fios fabricados com filamentos com diferentes diâmetros médios, que possuem excelente resistência a cortes.

Description

"FIO, TECIDO RESISTENTE A CORTES, VESTIMENTA RESISTENTE A CORTES, ESTRUTURA PROTETORA UNIDIRECIONAL E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM FIO RESISTENTE A CORTES" Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao campo de fios resistentes a

corte e tecidos e vestimentas protetoras com eles fabricadas.

Antecedentes da Invenção

Fios resistentes a cortes são utilizados para a fabricação de tecidos que resistem à abrasão, corte, rasgos, penetração e punção. Esses tecidos podem ser utilizados para fabricar vestimentas protetoras para trabalhadores em várias indústrias que trabalham com materiais abrasivos ou objetos pontiagudos, bem como para pessoal militar e policial que necessita de

proteção contra implementos perfurantes e projéteis.

Fios resistentes a cortes podem ser fabricados com vidro, fibras minerais, aço, mas fibras de polímeros sintéticos estão sendo cada vez mais empregadas, pois elas fornecem excelente resistência a cortes ao mesmo tempo em que oferecem uma vantagem de peso, aparência e sensação no tecido terminado que é similar, se não idêntica, ao tecido regular. Os polímeros que são utilizados para fios resistentes a cortes incluem, por exemplo, poliamidas (tais como ρ e m-aramidas), poliolefinas (tais como polietileno) e poliazóis (tais como PBO) e PIPD (polidi-imidazol piridinileno di-hidróxi fenileno,

"M5").

Fios fabricados com fibras de polímero sintético são fabricados utilizando vários processos de fiação, todos os quais envolvem o uso de uma fieira que possui diversas aberturas pequenas, através das quais uma suspensão ou solução concentrada do polímero (ou polímero fundido) é pulverizada ou extrudada. Após a extrusão, o polímero solidifica-se (e consolida-se) na forma de filamentos, que são fiados em seguida em um fio multifilamentar.

Exemplos desses processos de fiação são descritos no estado da técnica. A Patente Norteamericana n° 4.078.034 descreve um método denominado "fiação de lacunas de ar", no qual uma solução de poliamida

aromática é extrudada a partir de uma fieira para uma lacuna de ar (cerca de 9 mm) antes de passar para um banho coagulante. No caso de póli(p-fenileno tereftalamida) (p-aramida), a solução consiste de 15 a 25% em peso de p- aramida em H2SO4 concentrado e a solução coagulante contém menos de 20% em peso de H2SO4 aquoso, sob uma temperatura que é ajustada a menos de

35 0C para esta etapa de resfriamento.

Em um processo utilizado para a fiação de m-aramida, uma

solução concentrada de m-aramida em um solvente de amida, tal como N1N- dimetilacetamida (DMA) é extrudada a partir de um fieira para um banho de coagulação aquoso. Esse processo é descrito na Patente Norteamericana n°

4.073.837.

Os orifícios na cabeça da fieira são selecionados para produzir filamentos com o número e diâmetro desejado. Os filamentos podem ser estendidos em ar ou gás antes da solidificação (freqüentemente denominada "estiramento de fiação") e/ou em um líquido durante o processo de resfriamento

e solidificação e, em muitos produtos, por meio de deposição após o resfriamento ou solidificação inicial dos filamentos. A deposição dos filamentos reduzirá o diâmetro médio. Diversos filamentos são fiados entre si para produzir um fio que possui uma densidade linear final que é a soma da

densidade linear de cada um dos filamentos.

Embora fios sintéticos existentes fabricados com processos de

fiação convencionais possuam excelente resistência a cortes (e, na maior parte do tempo, resistência moderada à abrasão), permanece a necessidade de fios com excelente resistência a cortes (e maior à abrasão). Antecedentes da Invenção

Os inventores do presente descobriram que, caso filamentos que possuem diferentes deniers sejam fiados em um único fio, o fio resultante possui excelente resistência a cortes e abrasão. Em um primeiro aspecto, a presente invenção fornece um fio que

compreende:

uma primeira série de filamentos contínuos, em que cada um dentre a primeira série de filamentos possui um diâmetro médio na faixa de cerca de 2 a 25 (preferencialmente 4 a 10) micra por filamento; . pelo menos uma segunda série de filamentos contínuos,

em que cada um dentre a segunda série de filamentos possui um diâmetro médio maior que o diâmetro médio da primeira série de filamentos e na faixa de cerca de 10 a 40 (preferencialmente 10 a 32) micra por filamento; e

em que a primeira e a segunda série de filamentos são elaboradas com o mesmo polímero selecionado a partir do grupo que consiste de uma poliamida aromática, uma poliolefina (que possui preferencialmente um peso molecular de cerca de 1 milhão Da ou mais, tal como UHMWPE), M5 e

um poliazol aromático.

Em um segundo aspecto, a presente invenção fornece um fio que

compreende:

um primeiro filamento que possui um diâmetro médio na

faixa de cerca de 4 a 25 micra;

um segundo filamento que possui um diâmetro médio maior

que o diâmetro médio do primeiro filamento e na faixa de cerca de 15 a 40

micra por filamento; e

uma série de filamentos que possuem diâmetros médios

distribuídos entre o diâmetro médio do primeiro filamento e o diâmetro médio

do segundo filamento; em que todos os filamentos são fabricados com o mesmo polímero selecionado a partir do grupo que consiste de uma poliamida aromática, uma poliolefina (que possui preferencialmente um peso molecular de cerca de 1 milhão Da ou mais, tal como UHMWPE), M5 e um poliazol aromático.

Em um terceiro aspecto, a presente invenção fornece um fio que

compreende:

uma primeira série de filamentos contínuos, em que cada um dentre a primeira série de filamentos contínuos possui uma primeira densidade linear nominal na faixa de 0,25 a 1,25 denier por filamento;

pelo menos uma segunda série de filamentos contínuos, em que cada um dentre a segunda série de filamentos possui uma segunda densidade linear nominal maior que a primeira densidade linear nominal e na

faixa de 1,25 a 6 denier por filamento; e em que a primeira e a segunda série de filamentos contínuos são

fabricadas com o mesmo polímero selecionado a partir do grupo que consiste de uma poliamida aromática, uma poliolefina (que possui preferencialmente um peso molecular de pelo menos 1 milhão Da), M5 e um poliazol aromático.

Em um quarto aspecto, a presente invenção fornece um tecido resistente a cortes que compreende o fio de acordo com a presente invenção.

Em um quinto aspecto, a presente invenção fornece uma vestimenta resistente a cortes elaborada utilizando o tecido resistente a cortes

de acordo com a presente invenção.

Em um sexto aspecto, a presente invenção fornece um método de fabricação de um fio resistente a cortes, que compreende a etapa de extrusão de um polímero selecionado a partir de uma poliamida aromática, uma poliolefina (que possui preferencialmente um peso molecular de pelo menos um milhão Da), M5 e um poliazol aromático de uma fieira que compreende orifícios de extrusão com um primeiro diâmetro médio e um segundo diâmetro médio, em que os primeiro e segundo diâmetros médios diferem em um valor

de pelo menos 1,2.

Em um sétimo aspecto, a presente invenção fornece uma fieira

para fabricação de um fio resistente a cortes, em que a fieira compreende

orifícios de extrusão com um primeiro diâmetro médio e um segundo diâmetro

médio, em que os primeiro e segundo diâmetros médios diferem em um fator

de pelo menos 1,2.

Breve Descrição das Figuras

o A Figura 1 é um diagrama esquemático de um processo de

fabricação de fios de acordo com a presente invenção.

As Figuras 2A-D ilustram fieiras com vários padrões capilares de

acordo com a presente invenção.

A Figura 3 ilustra uma realização de um conjunto de fieira. I5 A Figura 4 exibe uma fieira de acordo com a presente invenção,

conforme utilizado no Exemplo.

Descrição Detalhada da Invenção

Abreviações

UHMWPE: polietileno com ultra-alto peso molecular.

M5: polipiridobisimidazol, representado pela fórmula:

OH

Definições

Para os propósitos do presente, o termo "filamento" é definido como um corpo macroscopicamente homogêneo e relativamente flexível que

dpf: denier por filamento.

Da: Dalton, unidade de peso molecular. possui uma alta razão entre comprimento e largura ao longo da sua área de seção cruzada perpendicular ao seu comprimento. A seção cruzada de filamento pode possuir qualquer formato, mas é tipicamente circular. No presente, o termo "fibra" é utilizado de forma intercambiável com o termo

"filamento".

As expressões "maior", "menor", "o maior", "o menor" e "médio", com relação a um filamento ou uma série de filamentos, designa o diâmetro médio ou densidade linear do filamento ou série de filamentos.

"Diâmetro", com referência a um filamento, é o diâmetro do círculo

menor que pode ser desenhado para circunscrever toda a seção cruzada do filamento. Com referência a um orifício em uma fieira, ele se refere ao menor círculo que pode ser desenhado para circunscrever o orifício.

"Denier" é o peso em gramas por 9000 m de comprimento de

filamento ou fio.

"Tex" é o peso em gramas de um quilômetro de filamento ou fio.

"Decitex" é um décimo de um Tex.

As expressões "capilar" e "orifício de extrusão" são utilizadas de forma intercambiável para indicar os orifícios através dos quais o polímero é extrudado na formação de filamentos.

Fios

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Os fios de acordo com a presente invenção, que possuem filamentos com diâmetros médios misturados, exibem maior resistência a cortes e abrasão, em comparação com fios convencionais que compreendem filamentos com um único diâmetro médio. Acredita-se que a disposição de diâmetros misturados possua excelente resistência a cortes e abrasão por duas

razões principais:

(1) a disposição de filamentos finos com filamentos espessos

permite o "rolamento" dos filamentos entre si, de forma a dissipar a força de ataque;

(2) a disposição de filamentos finos com filamentos espessos permite maior formação de volume, de forma a aumentar a densidade do fio, o que fornece mais material para resistir à força de ataque.

Os inventores optaram por designar os fios de acordo com a

presente invenção como sendo fabricados com filamentos que possuem diâmetros médios diferentes. A expressão "diâmetro médio" pode ser substituída pela expressão "densidade linear" para uma definição alternativa dos fios de acordo com a presente invenção. É igualmente possível designar os fios de acordo com a presente invenção como sendo compostos de filamentos que possuem diferentes densidades lineares. Os fios de acordo com a presente invenção podem ser denominados "fios de filamentos misturados", "fios de denier misturados" e/ou "fios de dtex misturados".

Para p-aramida (tal como Kevlar®), o diâmetro médio de um filamento pode ser convertido em densidade linear aproximadamente conforme exibido abaixo: ___

Relacionamento entre diâmetro médio de filamento e densidade linear para p- aramida Diâmetro médio de filamento (micra) Densidade linear equivalente aproximada em denier por filamento (dpf) 8 0,7 12 1,5 16 2,7

Polímero

Os fios de acordo com a presente invenção podem ser fabricados com filamentos elaborados com qualquer polímero que produza uma fibra com alta resistência, incluindo, por exemplo, poliamidas, poliolefinas, poliazóis e suas misturas.

Quando o polímero for poliamida, prefere-se aramida. Por aramida, indica-se uma poliamida em que pelo menos 85% das ligações de amida (-CONH-) são ligadas diretamente a dois anéis aromáticos. Fibras de aramida apropriadas são descritas em Man-Made Fibres - Science and Technology, volume 2, capítulo intitulado Fibre-Forming Aromatic Polyamides, pág. 297, W. Black et al, Interscience Publishers, 1968. Fibras de aramida e sua produção são também descritas nas Patentes Norteamericanas n° 4.172.938, 3.869.429, 3.819.587, 3.673.143, 3.354.127 e 3.094.511.

A aramida preferida é uma para-aramida. A para-aramida preferida é póli(p-fenileno tereftalamida) que é denominada PPD-T. PPD-T indica o homopolímero resultante da polimerização mol por mol de p-fenileno diamina e cloreto de tereftaloíla, bem como copolímeros resultantes da incorporação de pequenas quantidades de outras diaminas com a p-fenileno diamina e de pequenas quantidades de outros cloretos diácidos com o cloreto de tereftaloíla. Como regra geral, outras diaminas e outros cloretos diácidos podem ser utilizados em quantidades de até cerca de 10% molar da p-fenileno diamina ou do cloreto de tereftaloíla, ou talvez levemente mais altas, desde que apenas as outras diaminas e cloretos diácidos não contenham grupos reativos que interfiram com a reação de polimerização. PPD-T também indica copolímeros resultantes da incorporação de outras diaminas aromáticas e outros cloretos diácidos aromáticos, tais como cloreto de 2,6-naftaloíla ou cloreto de cloro ou diclorotereftaloíla ou 3,4'-diaminodifeniléter. Pode-se utilizar aditivos com a aramida e descobriu-se que até

10% ou mais, em peso, de outro material polimérico podem ser misturados com a aramida. Podem ser utilizados copolímeros que contêm até 10% ou mais de outra diamina substituída pela diamina da aramida ou até 10% ou mais de outro cloreto diácido substituído pelo cloreto diácido ou pela aramida.

Quando o polímero for poliolefina, prefere-se polietileno ou polipropileno. Por polietileno, indica-se um material de polietileno predominantemente linear ou preferencialmente com peso molecular de mais de um milhão, que pode conter pequenas quantidades de ramificação de cadeias ou comonômeros que não excedem cinco unidades de modificação por cem átomos de carbono de cadeia principal e que podem também conter misturados com eles não mais de cerca de 50% em peso de um ou mais aditivos poliméricos tais como polímeros de alqueno-1, particularmente polietileno de baixa densidade, propileno e similares, ou aditivos com baixo peso molecular tais como antioxidantes, lubrificantes, agentes de seleção ultravioleta, corantes e similares que são comumente incorporados. Este é comumente conhecido como polietileno com cadeia estendida (ECPE) ou polietileno com ultra-alto peso molecular (UHMWPE). A preparação de fibras de polietileno é discutida nas Patentes Norteamericanas n° 4.478.083, 4.228.118, 4.276.348 e nas Patentes Japonesas n° 60-047.922 e 64-008.732. Fibras de poliolefina linear com alto peso molecular são disponíveis comercialmente. A preparação de fibras de poliolefina é discutida em US 4.457.985.

Quando o polímero for poliazol, poliazóis apropriados são

polibenzazóis, polipiridazóis e polioxadiaóis. Os poliazóis apropriados incluem homopolímeros e também copolímeros. Podem ser utilizados aditivos com os poliazóis e até 10% em peso de outro material polimérico podem ser combinados com os poliazóis. Também podem ser utilizados copolímeros que contêm até 10% ou mais de outro monômero substituído por um monômero dos poliazóis. Copolímeros e homopolímeros de poliazol apropriados podem ser elaborados por meio de procedimentos conhecidos, tais como os descritos nas Patentes Norteamericanas n° 4.533.693 (de Wolfe et al, em seis de agosto de 1985), 4.703.103 (de Wolfe et al, em 27 de outubro de 1987), 5.089.591 (de Gregory et al em 18 de fevereiro de 1992), 4.772.678 (Sybert et al em 20 de setembro de 1988), 4.847.350 (de Harris et al em 11 de agosto de 1992) e 5.276.128 (de Rosenberg et al em 4 de janeiro de 1994). Polibenzazóis preferidos são polizimidazóis, polibenxotiazóis e

polibenzoxazóis. Caso o polibenzazol seja um polizimidazol, ele é preferencialmente póli[5,5'-bi-1H-benzimidazol]-2,2'-di-il-1,3-fenileno que é denominado PBI. Caso o polibenzazol seja um polibenxotiazol, ele é preferencialmente um polibenxobistiazol e, de maior preferência, é póli(benxo[1,2-d:4,5-d']bistiazol-2,6-di-il-1,4-feno, que é denominado PBT. Caso o polibenzazol seja um polibenzoxazol, ele é preferencialmente um polibenzobisoxazol e, de maior preferência, é póli(benzo[1,2-d:4,5-d']bisoxazol-

2,6-di-il-1,4-fenileno, que é denominado PBO.

Os polipiridazóis preferidos são polipiridobisazóis de vara rígida que incluem póli(piridobisimidazol), póli(piridobistiazol) e póli(piridobisoxazol). O póli(piridobisoxazol) preferido é póli(1,4-(2,5-di-hidróxi)fenileno-2,6-pirido[2,3- d:5,6-d']bisimidazol que é denominado M5. Os polipiridobisazóis apropriados podem ser elaborados por meio de procedimentos conhecidos, tais como os descritos na Patente Norteamericana n° 5.674.969. Os polioxadiazóis preferidos incluem copolímeros e

homopolímeros de polioxadiazol nos quais pelo menos 50% em base molar das unidades químicas entre grupos funcionais de acoplamento são unidades de anéis aromáticos cíclicos ou aromáticos heterocíclicos. Um polioxadiazol

preferido é Oxalon®. MÉTODO E FIEIRAS

Os fios com diâmetros misturados de filamentos contínuos de acordo com a presente invenção são fabricados utilizando uma fieira que possui orifícios com diferentes diâmetros. Orifícios com diâmetro menor gerarão filamentos com diâmetro menor e orifícios com diâmetro maior gerarão filamentos com diâmetro maior. A disposição dos orifícios maiores com relação aos orifícios menores na fieira não possui importância específica, mas é vantajoso ter filamentos com diâmetros menores em sanduíche entre filamentos com diâmetros maiores, pois isso maximiza a ação de rolamento dos filamentos. Em uma disposição preferida, a disposição de orifícios na fieira encontra-se na forma de círculos concêntricos, que ao todo formam um grande conjunto circular de orifícios. Os orifícios em direção ao centro do conjunto são os orifícios com diâmetros menores e os em direção à circunferência do conjunto são os orifícios com diâmetros maiores. Exemplos de diferentes tipos de disposições de orifícios de fieira são exibidos nas Figuras 2A-E e 4. A disposição exibida na Figura 4 possui filamentos dispostos em ordem concêntrica a partir do centro conforme segue: capilares médios, em seguida pequenos, depois médios novamente e, por fim, capilares grandes na periferia. Isso proporciona um fio muito estável em termos de segregação e estabilidade durante o processamento. Os filamentos menores são "espremidos" nas duas camadas de maiores. A distribuição de pressão nesta configuração é mais favorável para a fiação sem gotejamento.

A seção cruzada dos filamentos utilizados no fio de acordo com a presente invenção pode ser, por exemplo, circular, elíptica, multilobulada, "em forma de estrela" (designa um formato irregular que contém uma série de braços que saem de um corpo central) e trapezoidal. Os orifícios na fieira são selecionados de acordo com o diâmetro e a seção cruzada do filamento desejado.

A "densidade linear" do filamento é determinada pela velocidade

(massa/tempo) de extrusão do polímero através de um orifício de fieira contra a velocidade (distância linear/tempo) em que o filamento é produzido. O tamanho (diâmetro) do filamento é uma função da densidade do polímero e da "densidade linear" da fibra. O número de orifícios em uma fieira (ou seção de uma fieira) é determinado pela quantidade de filamentos desejada no feixe de fibras final (cuja "densidade linear" é a soma dos filamentos individuais nele contidos). O tamanho e o formato de cada orifício na fieira é influenciado pela queda de pressão, corte, estiramento de fiação e orientação necessárias para produzir o diâmetro de filamento desejado. Em uma realização preferida da fieira de p-aramida, os orifícios menores possuem um diâmetro de cerca de 35 a 65 micra, de maior preferência cerca de 50 micra, e os orifícios maiores possuem um diâmetro de cerca de 60 a 90 micra, de maior preferência cerca de 64 micra. Preferencialmente, a razão entre o diâmetro dos orifícios maiores e o dos orifícios menores é de cerca de 1,2 a cerca de 3, de maior preferência cerca de 1,3 a 2,5. Para elaborar um fio que possui três filamentos com diâmetros diferentes, pode-se utilizar uma fieira, por exemplo, na qual os orifícios encontram-se nas faixas a seguir: menor, 35 a 65 micra (preferencialmente, 45 a 55 micra); média, 64 a 80 micra; maior, 75 a 90 micra.

A fieira é fabricada com material apropriado para o polímero ou solução ou suspensão de polímero que será fiada. Para p-aramida fiada a partir de H2SO4 concentrado, os materiais preferidos são tântalo, ligas de tântalo e tungstênio e ligas de ouro e platina (ródio). Outros materiais que podem ser utilizados incluem aço inoxidável em alto grau (ou seja, com alto teor de cromo (>15% em peso) e/ou níquel (>30% em peso)), tais como Hastelloy® C-276, cerâmicas e nanoestruturas elaboradas com cerâmicas. Fieiras de p-aramida podem também ser elaboradas com materiais misturados, tais como tântalo puro revestido sobre uma liga de tântalo e tungstênio. Materiais diferentes de tântalo podem ser utilizados para a camada de revestimento, desde que possuam a resistência à corrosão necessária e resistências de rendimento combinadas de menos de 2110 kg/cm2). Dentre esses materiais apropriados, relacionados em ordem crescente de dureza, encontram-se ouro, metal M (90% ouro e 10% ródio em peso), metal C (69,5% ouro, 30% platina e 0,5% ródio em peso), metal D (59,9% ouro, 40,0% platina e 0,1% rênio em peso) e metal Z (50,0% ouro, 49,0% platina e 1,0% ródio em peso). Este último apresentou substancialmente a mesma dureza de tântalo. Também é apropriada uma liga de 75% de ouro e 25% de platina. Todos estes metais, entretanto, são muito mais caros que tântalo. Todos exceto metal Z são muito mais facilmente danificados no uso que tântalo. Materiais mais moles são vantajosos, entretanto, ao formar-se capilares com razão L/D bastante alta (tal

como mais de 3,5).

O polímero é extrudado, seja na forma de solução, suspensão ou

fusão, através da fieira e os filamentos resultantes são fiados na forma de fio e tratados de uma forma adequada para o polímero específico.

Alternativamente, os fios de dtex misturados de acordo com a presente invenção podem ser elaborados por meio de "montagem fora de linha", ou seja, os filamentos com denier diferente podem ser montados após a fiação. A montagem fora de linha, entretanto, é de menor preferência que a fiação direta (ou seja, utilizando uma fieira que possui orifícios com diferentes tamanhos para produzir diretamente um fio que possui filamentos com dtex misturados), pois ela pode gerar segregação dos filamentos com diferentes diâmetros, o que resulta em um fio não homogêneo que possui menos

resistência a forças de ataque.

Um grupo de filamentos pode ser classificado como possuindo o mesmo diâmetro médio caso o desvio do diâmetro médio de qualquer filamento no grupo com relação à média seja de cerca de 0,4 mícron ou menos.

Em uma realização preferida, dois tamanhos de filamentos compõem o fio. Neste caso, prefere-se que os filamentos menores possuam um diâmetro médio na faixa de cerca de 8 a 22 micra e os filamentos maiores possuem um diâmetro médio na faixa de cerca de 16 a 32 micra. Embora estas faixas sobreponham-se, compreende-se que os filamentos menores e maiores são selecionados para que possuam diâmetros médios diferentes, de tal forma que o diâmetro médio dos filamentos menores seja menor que o diâmetro médio dos filamentos maiores. Inclui-se na presente invenção, por exemplo, um fio que possui filamentos menores com diâmetro médio de cerca de oito micra junto com filamentos maiores que possuem diâmetro médio de cerca de dezesseis micra e um fio que possui filamentos menores com diâmetro médio de cerca de 22 micra junto com filamentos maiores que possuem diâmetro

médio de cerca de 32 micra. Em fios que consistem de dois tamanhos de filamentos, prefere-

se que os filamentos menores não sejam diferentes dos filamentos maiores em

fator de cerca de 2 ou mais, de maior preferência não mais que um fator de

cerca de 1,5. Caso os filamentos difiram muito de tamanho, pode ocorrer

segregação, gerando falta de homogeneidade e redução da resistência a

cortes. Preferencialmente, a razão entre o diâmetro dos filamentos maiores e

os filamentos menores é de cerca de 1,3 a 1,5.

Nas realizações em que o fio é composto de filamentos que possuem dois diâmetros médios diferentes, a segunda série de filamentos (ou seja, o diâmetro médio maior) compõe cerca de 20 a 60% (em número) dos filamentos no fio e a primeira série de filamentos (ou seja, diâmetro menor) compõe cerca de 40 a 80% (em número) dos filamentos no fio. De maior preferência, os filamentos com diâmetro maior compõem cerca de 45 a 55% (em número) dos filamentos no fio e os filamentos com diâmetro menor compõem cerca de 45 a 55% (em número) dos filamentos no fio. Em uma outra realização preferida, três tamanhos de filamentos

compõem o fio. Neste caso, prefere-se que os filamentos menores possuam um diâmetro médio na faixa de cerca de quatro a dez micra (de maior preferência, cerca de seis a nove micra), os filamentos médios possuam um diâmetro médio na faixa de cerca de dez a treze micra e os filamentos maiores possuam um diâmetro médio na faixa de cerca de quatorze a dezoito micra. É obtido, por exemplo, um resultado vantajoso com um fio composto de filamentos que possuem os diâmetros médios a seguir: 8, 12 e 16 micra.

Nestes fios que possuem três tamanhos de filamentos, a razão do diâmetro médio menor: médio: maior é de cerca de 2:6:8, de maior preferência cerca de 2:3:4.

Nas realizações em que o fio é composto de filamentos que possuem três diâmetros médios diferentes (densidades lineares), a terceira série de filamentos (ou seja, o maior) compõe cerca de 15 a 35% (em número) dos filamentos no fio, a segunda série de filamentos (ou seja, a média) compõe cerca de 30 a 45% (em número) dos filamentos no fio e a primeira série de filamentos (ou seja, a menor) compõe cerca de 30 a 45% (em número) dos filamentos no fio.

Em outras realizações preferidas, o fio de acordo com a presente

invenção é composto de quatro, cinco, seis ou mais tamanhos de filamentos.

Em uma realização adicional, denominada "contínua", o fio de acordo com a presente invenção consiste de um filamento maior ou grupo de filamentos (tal como diâmetro médio de cerca de quinze a quarenta micra) e um filamento menor ou grupo de filamentos (tal como diâmetro médio de cerca de quatro a 25 micra), em que o filamento maior (ou grupo de filamentos) e o filamento menor (ou grupo de filamentos) possuem diâmetros médios diferentes e uma série de filamentos que possuem diâmetros médios distribuídos entre o diâmetro médio do filamento maior e o filamento menor. Com essa disposição, podem ser obtidas densidades de pacote muito altas (> 90%), resultando em fios altamente resistentes a cortes.

O tamanho dos orifícios na fieira influencia o diâmetro médio dos filamentos extrudados. A tensão utilizada para depositar os filamentos (deposição) também influencia o diâmetro médio dos filamentos e as características do fio terminado. A deposição reduz o diâmetro médio dos filamentos.

Ajustando-se a velocidade da fibra à medida que ela deixa o banho de coagulação para uma velocidade mais alta que a do polímero quando emerge dos orifícios de fiação, pode-se ajustar várias propriedades físicas do filamento, tais como a sua tenacidade, módulo e alongamento, bem como o seu diâmetro. A razão entre as duas velocidades indicadas no presente é denominada estiramento de fiação em p-aramidas, em que o filamento é definido na batelada de coagulação e razão de deposição ao referir-se a uma fibra tal como UHMWPE que é estendida substancialmente após o resfriamento da fibra. Alta razão de deposição que pode ser atingida com UHMWPE pode alcançar até cinqüenta a cem vezes. Com p-aramida, uma razão de estiramento por fiação típica é de cerca de 2 a 14. Os filamentos que compõem os fios de acordo com a presente

invenção podem possuir uma seção cruzada substancialmente circular. Uma seção cruzada circular maximiza o "enrolamento" dos filamentos entre si, de forma a maximizar a resistência a cortes. Uma seção cruzada circular maximiza ainda a densidade de pacote, também benéfica para resistência a cortes. Em realizações alternativas, a seção cruzada dos filamentos pode ser elíptica. Também é possível que os filamentos menores possuam seção cruzada circular e os filamentos grandes possuam seção cruzada elíptica ou vice-versa. A seção cruzada dos filamentos é influenciada pela forma dos orifícios na fieira, em que orifícios redondos resultam em uma seção cruzada circular e orifícios elípticos resultam em uma seção cruzada elíptica. Ela também é influenciada pela forma capilar interna, ranhuras e canais paralelos ou dispostos de forma helicoidal. Além disso, ela é influenciada pelo processo de coagulação, filamentos de m-aramida (tal como Nomex®), por exemplo, possuem tipicamente uma forma de "osso" com dois lóbulos quando fiados secos ou são multilobulados, ou possuem "forma de estrela" quando fiados úmidos, pois a pele é solidificada antes da extração do solvente do núcleo e a área contraída não "preenche" o perímetro.

O fio de acordo com a presente invenção possui

preferencialmente uma tenacidade de cerca de 15 a 40 g/denier, de maior preferência cerca de 25 a 35 g/denier.

O fio de acordo com a presente invenção possui preferencialmente um alongamento na quebra de cerca de 1,5 a 15%, de maior preferência cerca de 2 a 4%.

O fio de acordo com a presente invenção possui preferencialmente um módulo de elasticidade de cerca de 5 a 450 N/tex, de maior preferência cerca de 50 a 400 N/tex.

Em uma realização preferida, o fio de acordo com a presente invenção possui uma tenacidade de cerca de 25 a 35 g/denier, alongamento na quebra de cerca de 2 a 4% e módulo de elasticidade de cerca de 50 a 400 N/tex.

O número de filamentos que compõem o fio de acordo com a presente invenção não é limitado e depende do uso final e da densidade linear necessária no fio final. Fios típicos compreendem um total de 16 a 1500 filamentos. Em uma realização preferida, o número total de filamentos no fio é de 276, dos quais 45 a 55% (em número) são os filamentos menores e 45 a 55% (em número) são os filamentos maiores.

Em fios de acordo com a presente invenção que possuem uma terceira série de filamentos, com diâmetro médio maior que as primeira e segunda séries de filamentos, um exemplo seria o total de 276 filamentos no fio, em que 25 a 50% (em peso) são os filamentos menores, 25 a 50% (em número) são os filamentos médios e 15 a 35% (em número) são os filamentos maiores.

O fio de acordo com a presente invenção possui preferencialmente uma densidade de pacote máxima possível de cerca de 80 a 95%, de maior preferência cerca de 90 a 95%. Densidade de pacote e seção cruzada podem ser medidas por meio de imobilização da fibra sob uma tensão relativamente pequena em uma resina epóxi colocada em um molde cilíndrico perfurado no fundo para permitir a passagem do fluxo de fibra da resina. A amostra moldada é curada em seguida à temperatura ambiente por doze horas. A amostra é congelada em seguida em nitrogênio líquido por um minuto e um corte transversal ao eixo de fibra é efetuado para realizar análise de imagens, medição de diâmetros e avaliação da razão de lacuna sob ampliação por microscópio SEM. A preparação de amostra utilizada é bem conhecida para microscopia de varrimento, exceto por evitar-se o polimento.

A densidade de pacote é influenciada pelos diâmetros relativos (ou seja, densidade linear) dos filamentos e a razão entre o número de primeira série de filamentos (ou seja, menores) e o número da segunda série de filamentos (ou seja, maiores). Fios que possuem uma razão entre primeira série de filamentos e segunda série de filamentos de cerca de 0,5 (ou seja, 50% em número de filamentos menores e 50% em número de filamentos maiores) e uma grande diferença do diâmetro médio entre os filamentos (grandes:pequenos de cerca de 2) possuirão tipicamente uma alta densidade de pacote (tal como preferencialmente mais de 90%, tipicamente 90 a 95%). Além disso, fios elaborados na realização "contínua" também possuem altas

densidades de pacote. Com uma mistura de filamentos que compreende 57 filamentos de

doze micra no centro, 115 filamentos de oito micra em posição concêntrica em volta da primeira camada, outros 58 filamentos de doze micra em posição concêntrica em volta da segunda camada e 46 filamentos de dezesseis micra em posição externa em volta da terceira camada, pode-se obter uma

densidade de pacote de cerca de 90%.

O fio de acordo com a presente invenção é particularmente

apropriado para a fabricação de tecidos resistentes a cortes, abrasão e penetração, possuindo excelentes características de conforto. Esses tecidos podem ser fabricados por meio de métodos de trançado, costura ou tecelagem conhecidos na técnica. Tecidos fabricados com os fios de acordo com a presente invenção podem ser utilizados para a fabricação de vestimentas resistentes a cortes, abrasão e penetração, tais como luvas, calçados, sobretudos, calças e camisas, bem como partes de vestimentas que necessitam de resistência a cortes, abrasão e penetração específicas, tais como as palmas de luvas, bainhas de calças, sobretudos ou camisas. Estes artigos podem ser revestidos com várias resinas e elastômeros.

Além disso, os fios de acordo com a presente invenção podem ser incorporados em estruturas protetoras unidirecionais, nas quais fios em grande parte unidirecionais (paralelos) são embutidos ou parcialmente embutidos em um meio imobilizador, tal como resinas e elastômeros.

Exemplos

Temperatura: todas as temperaturas são medidas em graus

Celsius (0C).

Denier é determinado de acordo com ASTM D 1577 e é a densidade linear de uma fibra conforme expresso como peso em gramas de 9000 metros de fibra. O denier pode ser medido em um Vibroscópio da Textechno de Munique, Alemanha. Denier vezes (10/9) é igual a decitex (dtex). método de fabricação de fio

Com referência à Figura 1, em um processo descrito em (10), foi fabricado um fio de acordo com a presente invenção utilizando como polímero uma preparação de solução em bateladas de poliparafenileno tereftalamida que contém 4,5 kg de polímero. 18,6 kg de ácido foram bombeados em um misturador e resfriados a -22 0C mediante agitação para formar uma calda congelada em uma atmosfera de nitrogênio (12). Metade a um terço do polímero foi adicionado inicialmente e misturado por dez minutos antes da adição da quantidade restante de polímero. A camisa em volta do misturador foi aquecida em seguida a 87 0C (14). Após a manutenção da solução àquela temperatura por uma hora e meia, o agitador misturador e a bomba a vácuo foram desligados e o misturador foi pressurizado a 1,7 bar (absoluto) com nitrogênio.

Após a elaboração da batelada de solução de polímero, utilizou- se uma bomba de medição de 5 cm3 (16) para transferir a solução através de uma placa de fluxo (22) e um pacote de peneira (20), exibido na Figura 3 em (18), ao processo de fiação, em operação a 460 m/min. Uma fieira com 276 orifícios (24), exibida na Figura 4, foi utilizada para fiar o fio. Para o fio de acordo com a presente invenção, a fieira continha 46 orifícios com um diâmetro capilar de 76 μ (24a), 115 orifícios com um diâmetro capilar de 64 μ (24b), 115 orifícios com um diâmetro capilar de 51 μ (24c) e a disposição de orifício é

exibida na Figura 4.

Com referência à Figura 3, os filamentos foram fiados através de uma lacuna de ar de 6 mm (26) antes de entrarem em um banho de resfriamento a 3 0C (28) com água e passarem através de um jato de resfriamento (30) (jato radial com diâmetro de 6,4 mm com um espaço de 0,2 mm). Os fluxos do jato e da bandeja para o banho de resfriamento foram definidos em 2,3 l/min e 5,3 l/min, respectivamente. Com referência à Figura 1, após o resfriamento do fio, ele foi conduzido para uma lavagem ácida de água (32). Houve trinta embalagens sobre um par de rolos com 113 mm de diâmetro (34) com um espaçamento de linha central de 445 mm. O fluxo de água foi de l/min e a tensão foi de 0,7 a 1,0 g/denier (0,8 e 1,1 g/dtex). Após a lavagem com ácido, o fio moveu-se para um gabinete de lavagem adicional (36), no qual havia também trinta pacotes sobre um par de rolos com o mesmo diâmetro e espaçamento de linha central dos rolos de lavagem ácida. A primeira metade do gabinete de lavagem foi uma lavagem cáustica (38) (que consiste de solução de hidróxido de sódio) e a segunda metade foi uma lavagem com água (40). Os fluxos cáusticos forte e diluído para a lavagem cáustica foram de 7,5 l/min cada um e a tensão foi de 0,5 a 0,8 g/denier (0,55 a 0,89 g/dtex). O fio foi seco em seguida a 311 0C com 34 pacotes sobre um par de rolos com 160 mm de diâmetro (42) com um espaçamento de linha central de 257 mm. Após a secagem do fio, aplicou-se um acabamento (44) e ele foi enrolado sobre um rolo de embalagem (46).

Amostra de acordo com a presente invenção

A amostra de acordo com a presente invenção foi elaborada a partir de um fio de 400 denier de uma fieira conforme ilustrado na Figura 4, conforme segue:

- 46 capilares que geram filamentos de 2 a 2,6 dpf (cerca de

16 micra de diâmetro) (24a);

115 capilares que geram filamentos de 1,5 dpf (cerca de 12 micra de diâmetro (24b); e

115 capilares que geram filamentos de 0,65 a 1 dpf (cerca de 8 micra de diâmetro) (24c).

O fio foi costurado para gerar uma amostra com densidade de área de cerca de 400 g/m2.

Amostra controle

A amostra de controle foi elaborada utilizando fio fabricado exatamente conforme especificado acima, mas a fieira continha apenas orifícios de um tamanho e gerou apenas filamentos de 1,5 dpf (cerca de 12 micra de diâmetro). O fio resultante possuía 400 denier e consistiu exclusivamente de filamentos de 1,5 dpf. O fio foi costurado para gerar uma amostra com densidade de área de cerca de 400 g/m2.

Teste do fio de acordo com a presente invenção Resistência ao corte Procedimento de corte abrasivo O procedimento de teste de corte abrasivo foi baseado no

procedimento atual EN388:1994 (Protective Gloves Against Mechanical Risks), que foi modificado em termos da força de peso aplicada sobre a lâmina circular, ou seja, em vez de uma força equivalente a 5 N, foi aplicada uma força equivalente a 2,9 N, de forma a permitir um maior número de ciclos de corte, o

que promove a abrasão.

O procedimento é descrito no documento EN. Ele pode ser

resumido conforme segue:

Duas camadas de uma amostra com formato retangular (cerca de 80 por 100 mm), uma sobre a outra, foram testadas simultaneamente. Uma carga de 2,9 N em vez de 5 N foi colocada na sua posição dedicada. A amostra de teste repousou sobre um suporte coberto por uma borracha condutora. O movimento horizontal da lâmina giratória circular foi de 50 mm de comprimento. A velocidade periférica linear resultante foi de 10 cm/s. O testador de corte foi equipado com um sistema eletrocondutor automatizado, que detectou cortes ao longo de toda a amostra. A amolação da lâmina foi verificada no início e entre o teste de cada amostra, utilizando um tecido padrão de algodão de acordo com a especificação do procedimento EN388-1994.

Com base no número de ciclos e um cálculo proposto, fornecido em EN388-1994, foi computado um nível de corte, por meio do quê foi determinado um nível de corte de 0 a 5, em que 0 é o nível de proteção contra cortes mais baixo que pode ser atingido e 5 é o mais alto.

Resultados:

A amostra de acordo com a presente invenção necessitou de mais de trezentos ciclos para corte através dela, enquanto o controle fabricado com filamentos 100% idênticos necessitou de menos de 150 ciclos para corte através dele.

Claims

1. FIO, que compreende: uma primeira série de filamentos contínuos, em que cada um dentre a primeira série de filamentos possui um diâmetro médio na faixa de cerca de 2 a 25 micra por filamento; pelo menos uma segunda série de filamentos contínuos, cada um da segunda série de filamentos possui um diâmetro médio maior que o diâmetro médio da primeira série de filamentos e na faixa de cerca de 10 a 40 micra por filamento; e a primeira e segunda série de filamentos é elaborada com o mesmo polímero selecionado a partir do grupo que consiste de uma poliamida aromática, uma poliolefina (que possui preferencialmente um peso molecular de cerca de 1 milhão Da ou mais, tal como UHMWPE), M5 e um poliazol aromático.

2. fio1 de acordo com a reivindicação 1, em que o polímero é uma poliamida aromática.

3. FIO, de acordo com a reivindicação 1, em que o polímero é um poliazol aromático.

4. FIO, de acordo com a reivindicação 1, em que o polímero é póli(p-fenileno tereftalamida).

5. FIO, de acordo com a reivindicação 1, em que o polímero é M5.

6. FIO, de acordo com a reivindicação 1, que consiste de filamentos que possuem três diâmetros médios diferentes, em que os filamentos menores possuem um diâmetro médio de cerca de 4 a 10 micra, os filamentos médios possuem um diâmetro médio de cerca de 10 a 13 micra e os filamentos maiores possuem um diâmetro médio na faixa de cerca de 14 a 18 micra.

7. FIO, de acordo com a reivindicação 1, que consiste em filamentos que possuem dois diâmetros médios diferentes, em que a primeira série de filamentos representa cerca de 40 a 80% em número dos filamentos no fio.

8. FIO, de acordo com a reivindicação 1, que consiste de filamentos que possuem três diâmetros médios diferentes e os filamentos menores compõem cerca de 30 a 45% em número dos filamentos no fio, os filamentos médios compõem cerca de 30 a 45% em número dos filamentos no fio e os filamentos maiores compõem cerca de 15 a 35% em número dos filamentos no fio.

9. FIO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende filamentos com dois diâmetros médios diferentes, em que a razão entre o diâmetro médio dos filamentos maiores e a densidade linear média dos filamentos menores é de cerca de 1,3 a 1,5.

10. FIO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende filamentos que possuem uma seção cruzada substancialmente similar.

11. FIO, de acordo com a reivindicação 1, que possui uma densidade de pacote de cerca de 85 a 95%.

12. TECIDO RESISTENTE A CORTES, que compreende o fio de acordo com a reivindicação 1.

13. VESTIMENTA RESISTENTE A CORTES, que compreende o fio de acordo com a reivindicação 1.

14. ESTRUTURA PROTETORA UNIDIRECIONAL, que compreende o fio de acordo com a reivindicação 1.

15. FIO, de acordo com a reivindicação 1, que compreende: um primeiro filamento ou grupo de filamentos que possui um diâmetro médio na faixa de cerca de 4 a 25 micra; um segundo filamento ou grupo de filamentos que possui um diâmetro médio maior que o diâmetro médio do primeiro filamento e na faixa de cerca de 15 a 40 micra por filamento; e uma série de filamentos que possuem diâmetros médios distribuídos entre o diâmetro médio do primeiro filamento e o diâmetro médio do segundo filamento; em que todos os filamentos são fabricados com o mesmo polímero selecionado a partir do grupo que consiste de uma poliamida aromática, uma poliolefina (que possui preferencialmente um peso molecular de cerca de 1 milhão Da ou mais, tal como UHMWPE), M5, e um poliazol aromático.

16. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM FIO RESISTENTE A CORTES, que compreende a etapa de: extrusão de um polímero selecionado a partir de uma poliamida aromática, uma poliolefina (que possui preferencialmente um peso molecular de pelo menos um milhão de Da), M5 e um poliazol aromático de uma fieira que compreende uma série de orifícios de extrusão com um primeiro diâmetro médio e uma série de orifícios de extrusão que possuem um segundo diâmetro médio, em que os primeiro e segundo diâmetros médios diferem em um fator de pelo menos 1,2.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, em que o polímero é uma poliamida aromática.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, em que o polímero é um poliazol aromático.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, em que o polímero é póli(p-fenileno tereftalamida).

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, em que o polímero é M5.