BR102017028085A2 - Fibra para reforço de fibrocimento, processo de produção da fibra, e, artigo de fibrocimento - Google Patents

Abstract

“fibra para reforço de fibrocimento, processo de produção da fibra, e, artigo de fibrocimento” a presente invenção descreve uma fibra de alta tenacidade para reforço de fibrocimento, em que a fibra é um monofilamento blendado compreendendo homopolímero de polipropileno, homopolímero de polietileno tereftalato e um material compatibilizante polimérico poliolefínico compreendendo um grupo polar. além disso, é revelado um processo para produção dessas fibras, bem como artigos de fibrocimento empregando esses monofilamentos. estes artigos apresentam vantagens como aumento das propriedades de resistência mecânica e resistência à flexão ou manutenção dessas propriedades com o uso de menores teores mássicos de fibras.

Description

“FIBRA PARA REFORÇO DE FIBROCIMENTO, PROCESSO DE PRODUÇÃO DA FIBRA, E, ARTIGO DE FIBROCIMENTO”

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção descreve uma fibra de alta tenacidade para reforço de fibrocimento, em que a fibra é um monofilamento blendado compreendendo homopolímero de polipropileno, homopolímero de polietileno tereftalato e um material compatibilizante polimérico poliolefínico.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Materiais compósitos resultam de uma combinação física e/ou química de dois ou mais materiais, cujo objetivo principal é o de se obter, em um mesmo material, propriedades características individuais ou uma sinergia de desempenhos antes não obtidas em cada um, separadamente.

[003] Em compósitos, o material que se encontra em maior teor mássico ou volumétrico é designado de matriz na qual estão dispersos outros materiais, na forma de fibras ou partículas, responsáveis por modificar e conferir novas propriedades ao material final composto pela mistura das fases. [004] Em sentido amplo, é possível considerar o cimento Portland como um produto cerâmico, resultante da calcinação e sinterização de uma mistura adequada de carbonatos e argilas em temperaturas na ordem de 1500°C. O cimento Portland ordinário é o produto resultante da moagem dos pellets sinterizados (clínquer Portland), juntamente com aditivos para controle da sua solidificação inicial, a partir da qual não têm mais trabalhabilidade.

[005] Os concretos e argamassas produzidos a partir das misturas de cimento Portland, agregados e areias são os materiais compostos de uso mais difundido na indústria da construção civil. São materiais versáteis, de durabilidade elevada e baixo custo. Apesar da elevada resistência mecânica à compressão, são produtos frágeis e quebradiços com baixa resistência à tração e onde a propagação de fissuras acontece de forma muito acelerada. A

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 7/33 / 17 incorporação de fibras ou reforços tem como objetivo principal modificar o comportamento quebradiço desses materiais para a obtenção de um comportamento mecânico mais dúctil e plástico.

[006] O uso de reforços metálicos na forma de barras contínuas ou telas de reforço é uma prática comum como forma de melhorar o comportamento mecânico em tração de peças e estruturas de concreto, sendo mais conhecidas pela indústria como “concreto armado”. Fibras cortadas metálicas ou poliméricas também podem ser incorporadas à mistura. Estas fibras exibem comprimentos da ordem de centímetros, sendo então denominadas, macrofibras.

[007] O fibrocimento, por sua vez, também é um material compósito composto por uma mistura de cimento Portland, fibras naturais e/ou sintéticas e agregados minerais, além de aditivos de processo. As fibras de reforço específicas para o fibrocimento possuem dimensões, geometrias e características únicas pois precisam atender requisitos que conferem conjuntamente durabilidade, desempenho e processabilidade. São fibras tipicamente cortadas em menores comprimentos (4 mm a 12 mm), diâmetros micrométricos (10-20 pm) e apresentam elevadas resistências à tração (> 500 MPa).

[008] O fibrocimento foi originalmente desenvolvido e patenteado por Ludwig Hatschek, em 1901, a partir de misturas de cimento Portland e fibras de amianto. A tecnologia Hatschek é até hoje uma das mais difundidas e utilizadas na fabricação desses produtos. Esta tecnologia fundamenta-se na filtração de uma loção aquosa consistindo em cimento, fibras de reforço e agregados minerais sobre uma tela metálica rotativa. A fina película depositada sobre a tela rotativa (~0,3mm) é continuamente coletada por um feltro, desaguada por vácuo e acumulada em uma prensa cilíndrica metálica, de grandes dimensões chamada de rolo formador. Assim que a espessura desejada é atingida (usualmente entre 4 e 20 mm), o produto fresco (“lastra

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 8/33 / 17 verde”) é cortado possuindo plasticidade suficiente para ser conformado em diferentes geometrias.

[009] Após a conformação, os produtos são usualmente mantidos entre moldes metálicos até o endurecimento inicial do cimento. Após a cura inicial, os produtos são removidos dos moldes e empilhados para cura final ao ar livre. Tanto telhas de fibrocimento onduladas como placas cimentícias produzidas por Hatschek seguem esta conhecida rota de produção.

[0010] Diferentemente do processo de cura ao ar, é possível utilizar a tecnologia Hatschek para a produção de produtos autoclavados, onde as etapas de cura e hidratação são aceleradas em autoclaves com maiores pressões e temperaturas (condições comuns: 9-10 bar; 180 °C; 12 horas). Outros processos de fabricação conhecidos como Magnani, Flow-on e Mazza são considerados variantes também do processo Hatschek.

[0011] As fibras de amianto são o reforço fibroso mais comum e conhecido utilizado em produtos de fibrocimento, principalmente por possuir propriedades especiais que as tornam adequadas para reforçar produtos com matrizes de ligantes hidráulicos. Essas fibras conferem reforço mecânico adequado, auxiliam o processo de filtração e de retenção de partículas, além de apresentarem ótima dispersão e compatibilidade com a matriz cimentícia.

[0012] Entretanto, fibras de amianto tornaram-se indesejáveis devido a problemas relacionados à saúde ocupacional e meio-ambiente, portanto seu uso tem sido gradativamente banido em diversos países ao redor do mundo. Sendo assim, significantes esforços tecnológicos vêm sendo feitos de forma a substituí-las.

[0013] Até o momento não foram encontradas fibras naturais ou sintéticas com todas as características e propriedades das fibras de amianto. A resistência a um ambiente altamente alcalino presente em uma solução saturada com hidróxido de cálcio é uma propriedade importante que as fibras devem possuir. E também importante que as fibras possam ser uniformemente

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 9/33 / 17 dispersas em uma solução aquosa diluída contendo um ligante hidráulico e possivelmente outros aditivos. Boa dispersão das fibras se faz necessária para que não se formem aglomerados, para que a distribuição das fibras seja uniforme no produto final de fibrocimento e para que as fibras não se orientem demasiadamente em uma direção preferencial, o que gera elevada anisotropia de comportamento mecânico nas direções transversal e longitudinal do produto.

[0014] Na literatura já podem ser encontradas inúmeras publicações contendo diversas fibras de reforço naturais ou sintéticas. Fibras de celulose, poliamida, poliéster, poliacrilonitrila, poliolefinas e polivinil-álcool, entre outras, foram testadas e investigadas para uso como reforço em produtos de fibrocimento. Similarmente, trabalhos com fibras de vidro, aço, aramida e carbono também são conhecidos, mas até o momento nenhuma destas conseguiu desempenhar de forma suficiente suprindo todas as necessidades desta aplicação.

[0015] Por exemplo, fibras de vidro apresentam resistências inicialmente satisfatórias, porém sofrem decomposição química devido ao caráter alcalino da matriz e as propriedades de resistência mecânica caem catastroficamente em pouco tempo. Fibras de carbono são muito frágeis, apresentam baixa adesão e elevado custo; fibras de aço apresentam elevada densidade e sofrem corrosão; fibras de celulose possuem durabilidade insuficiente; fibras de poliacrilonitrila e polivinil-álcool possuem elevado custo e por fim, fibras poliolefínicas convencionais possuem propriedades mecânicas insuficientes, apesar de apresentarem custos atraentes e excelente resistência à alcalinidade da matriz.

[0016] Fibras sintéticas poliolefínicas, como as de polipropileno (PP), são potencialmente utilizadas para a mesma finalidade com custos inferiores e maior disponibilidade, porém até o momento apresentaram alguns inconvenientes como baixa adesão interfacial com a matriz cimentícia, por

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 10/33 / 17 exemplo. Para contornar este problema, diversos trabalhos com foco na modificação da superfície dessas fibras, foram realizados. Em 1986, Mcalpin e outros publicaram no documento patentário US 4.861.812 o uso de uma fibra poliolefínica contendo um agente modificador produto da reação de uma mistura de alquilamino-alcóxi-silano com uma poliolefina modificada com anidrido maleico para aumentar sua molhabilidade em uma solução com cimento e, assim, sua adesão com a matriz. Em 1992, Yousuke Takai apresentou no documento de patente EP 0 535 373 B1 uma fibra de PP extremamente resistente com excelente adesão com a matriz conseguida através de uma resina específica com distribuição de peso molecular estreita e alta estéreo-regularidade e tratamento superficial pós-fabricação com sal alquilfosfato metálico alcalino. Também no mesmo ano, Kazuo Yoshikawa conseguiu essa propriedade de melhor adesão através de depósitos superficiais nas fibras de óxidos e hidróxidos metálicos através de banhos aquosos com sais de elementos metálicos. Peled, Guttman e Bentur também publicaram o estudo “Treatments of polypropylene fibres to optimize their reinforcing efficiency in cement composites”, onde listaram alguns tratamentos químicos e/ou físicos para a melhoria de performance dessas fibras, tais como:

• Indução de uma superfície áspera e porosa (porofication), com tratamentos químicos com ácidos e amônia;

• Tratamento com soluções para melhorar a interação química da superfície do fio com a matriz cimentícia;

• Aplicação de banho ou aplicação de um tratamento superficial com acetato polivinílico para promover a adesão com o cimento;

• Lixamento (“rubbed fibres”) para induzir rugosidade e ancoragem mecânica;

• Crimpagem (“crimped fibres”) também para promover ancoragem mecânica.

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 11/33 / 17 [0017] Na patente EP 1 044 939 B1 publicada em 1999 por Dirk

Vidts e outros, é mostrado um método de tratamento superficial pósfabricação de fibras de PP para reforço de fibrocimento contendo primeiramente uma etapa de tratamento corona e logo em seguida um tratamento superficial através de um depósito a partir de uma solução aquosa de um polímero orgânico contendo grupos polares, que pode compreender anidrido maleico, ácidro acrílico e metacrílico.

[0018] Em 2000, Aleksander Pyzik e outros encontraram uma solução para a fraca adesão interfacial da fibra de PP com a matriz cimentícia, mostrada no pedido de patente internacional WO 2002/000566 A1. Essa característica foi conseguida através de um fio co-extrudado, ou seja, com um núcleo de PP e uma borda de um polímero com temperatura de fusão menor. Segundo eles, essa borda poderia consistir em polietileno de baixa densidade, copolímero etileno-estireno, polietileno de baixa densidade graftizado com anidrido maleico, copolímero etileno-ácido acrílico ou metacrílico e suas combinações. Tal fibra possui a propriedade de fibrilar nas extremidades quando misturado com partículas inorgânicas. De forma semelhante em 2002, Benoít de Lhoneux e outros publicaram no documento EP 1 362 936 A1 uma fibra de PP co-extrudada cuja borda consistia em uma mistura de polipropileno e um elastômero termoplástico (etileno-propileno, estirenobutadieno hidrogenado, estireno-butadieno-estireno, estireno-etileno-butilenoestireno) que poderia ou não ser modificado com grupos polares (anidrido maleico, ácido acrílico, ácido metacrílico).

[0019] Takashi Katayama e outros seguiram um caminho diferente, pensando em melhoria da adesão física da fibra com a matriz cimentícia. Eles publicaram em 2008, no documento EP 2 130 954 B1, resultados interessantes promovidos por uma fibra de polipropileno de alta tenacidade feita por um processo de fabricação com duas etapas de estiro bem definidas. A resina base de tal fibra exibe comportamento térmico específico, com

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 12/33 / 17 secções axiais de maiores e menores diâmetros, resultando em protrusões ao longo de seu comprimento. Este fio possui alta capacidade de absorção de água (até 10% em massa, segundo eles) e interage, portanto, satisfatoriamente com matriz cimentícia. Seguindo a mesma linha de estudo, Hiroshi Okaya publicou em 2010 o documento EP 2 455 516 A1 onde a adesão interfacial física foi alcançada por uma fibra co-extrudada e posteriormente crimpada de núcleo poliolefínico e uma borda concêntrica de polibuteno-1 ou um polímero com ponto de fusão 120°C mais elevado do que o polímero do núcleo. Josef Kaufmann e outros publicaram resultados de uma fibra poliolefínica coextrudada bi-componente onde os componentes internos e externos são formados por diferentes resinas, porém de origem poliolefínica, mais especificamente polipropileno e polietileno. O documento US 2012/0146254 A1 mostra os ganhos promovidos por sua fibra, cuja geometria também é diferenciada apresentando impressões superficiais de forma a promover uma melhor adesão com a matriz cimentícia.

[0020] Desta forma, é possível concluir que mesmo com alguns resultados satisfatórios encontrados na literatura e indústria, ainda existem diversas dificuldades operacionais para o uso de diferentes processos de fabricação com etapas mais complexas e morosas, além de diferentes tratamentos superficiais e compostos para tais tratamentos, o que geram custos elevados e, portanto, impeditivos para esse tipo de aplicação e produto. [0021] Na Brasilit, a produção de fios de PP de alta tenacidade como substituto do amianto e mudança de tecnologia para fabricação de produtos CRFS (cimento reforçado com fio sintético) começou em 2003, na sua unidade de Jacareí/SP. A produção tem se mantido ininterrupta deste então e a tecnologia cada vez mais consolidada. O caráter único dos fios de PP de ultraalta tenacidade e a expertise industrial adquirida para sua produção em Jacareí/SP justificaram o depósito do pedido de patente BR102014004917-7 em 2014 pela Saint-Gobain Brasilit. Tal documento trata da produção de um

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 13/33 / 17 “monofilamento de polipropileno de ultra-alta tenacidade para reforço de fibrocimento”, cujas fibras apresentam resistência mecânica à tração superiores a 1000MPa obtida através da combinação de propriedades específicas de resina e um processo produtivo otimizado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0022] A presente invenção descreve uma fibra para reforço de fibrocimento, em que a fibra é um monofilamento blendado compreendendo homopolímero de polipropileno, homopolímero de polietileno tereftalato e um material compatibilizante polimérico poliolefínico. Além disso, é revelado um processo para produção dessas fibras, bem como artigos de fibrocimento empregando os monofilamentos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0023] A Figura 1 apresenta uma imagem de microscopia eletrônica do filamento produzido com PP puro.

[0024] A Figura 2a apresenta imagem de microscopia eletrônica do filamento da presente invenção produzido com PP e PET.

[0025] A Figura 2b apresenta uma outra imagem de microscopia eletrônica do filamento da presente invenção produzido com PP e PET.

[0026] A Figura 3 apresenta uma sequência de imagens de microscopia eletrônica que mostra o aumento de compatibilidade do PET com a matriz de PP de acordo com o aumento do teor de adição do material compatibilizante.

[0027] A Figura 4 apresenta um gráfico dos resultados de resistência mecânica utilizando diferentes concentrações de fibras.

[0028] A Figura 5 apresenta um gráfico dos resultados de resistência mecânica utilizando diferentes concentrações de fibras, além de diferentes comprimentos.

[0029] A Figura 6 apresenta um gráfico dos resultados de durabilidade em água quente de artigos de fibrocimento utilizando fibras da

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 14/33 / 17 anterioridade e da presente invenção.

[0030] A Figura 7 apresenta um gráfico dos resultados de resistência à flexão de artigos de fibrocimento utilizando fibras da anterioridade e da presente invenção, em diferentes concentrações e comprimentos.

[0031] A Figura 8a apresenta uma imagem de microscopia eletrônica do monofilamento da presente invenção imerso na matriz cimentícia após envelhecimento acelerado com evidência nos sítios de ancoragem com a matriz cimentícia.

[0032] A Figura 8b apresenta uma imagem de microscopia eletrônica do filamento produzido com PP puro imerso na matriz cimentícia após envelhecimento acelerado com evidência na pouca adesão superficial com a matriz cimentícia.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0033] A presente invenção refere-se a uma fibra de monofilamento de polipropileno (PP) blendado com polietileno tereftalato (PET) utilizada para reforço de materiais de fibrocimento.

[0034] O monofilamento aqui descrito e reivindicado forma interfaces fortes com matrizes cimentícias, possibilitando, assim, a utilização de fibras de menor comprimento, gerando um número maior de fibras individuais com a mesma adição mássica, resultando, consequentemente, em um desempenho mecânico superior dos produtos de fibrocimento.

[0035] O PET proporciona um caráter hidrofílico à fibra e, consequentemente, melhoria de adesão química à matriz cimentícia. Ainda, a mistura imperfeita do PP com o PET produz a microrrugosidade superficial na fibra e, consequentemente, melhoria de sua adesão física.

[0036] Para efeito de comparação da rugosidade formada na fibra da presente invenção e na superfície de uma fibra de PP puro, foram feitas imagens de microscopia eletrônica de varredura destes filamentos. A Figura 1 apresenta uma imagem de microscopia eletrônica de um filamento de PP puro

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 15/33 / 17 com diâmetro de 14 micrômetros, em que é possível verificar que a fibra é lisa. Já na Figura 2a e Figura 2b, são apresentadas imagens de microscopia eletrônica de PP blendado com PET onde se percebe que o monofilamento apresenta microrrugosidades, facilitando a adesão física com a matriz cimentícia.

[0037] Além disso, é possível perceber a existência de sítios promotores de ancoragem na superfície do monofilamento blendado inventivo que colaboram com a precipitação do cimento e, portanto, aumentam sua aderência com a matriz cimentícia. Isto pode ser evidenciado a partir da imagem de microscopia eletrônica do monofilamento da presente invenção demonstrado na Figura 8a. Em claro contraste, a Figura 8b mostra a falta de adesão superficial da fibra de PP puro convencional com a matriz cimentícia.

[0038] Uma vez que o PP e o PET são quimicamente imiscíveis, é necessário acrescentar um material compatibilizante na mistura. O material compatibilizante da presente invenção é um polímero poliolefínico enxertado com um grupo polar e cujas cadeias longas se ligam com o homopolímero de PP puro da matriz da fibra através de emaranhamento físico.

[0039] O material compatibilizante da presente invenção pode ser selecionado do grupo consistindo de polipropileno enxertado com anidrido maleico (PP-g-MAH), polipropileno enxertado com metacrilato glicidil (PPg-GA), polipropileno enxertado com ácido acrílico (PP-g-AA), etileno enxertado com metacrilato glicidil (E-g-GA) e um terpolímero de etileno, éster acrílico e anidrido maleico.

[0040] Preferencialmente, o material compatibilizante é p PP-g-MAH com 1% de anidrido maleico, em peso.

[0041] O grupo polar do material compatibilizante (MAH, AA ou

GA) que está enxertado (ligado por ligação química primária à cadeia principal) no PP, se liga através de uma reação química promovida na extrusão reativa durante a etapa de fiagem das fibras de monofilamentos com

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 16/33 / 17 o grupo polar do PET, neste caso, o tereftalato. A Figura 3 ilustra uma imagem de microscopia eletrônica de varredura obtida com a superfície de fratura criogênica dos compósitos PP/PET, em que se pode verificar o efeito das adições crescentes do material compatibilizante sobre a distribuição e redução dos diâmetros das esferas de PET (situação de maior compatibilidade).

[0042] A adição de PET às fibras permite que estas sejam estiradas em taxas maiores, tornando o fio mais fino. Assim, a fibra de monofilamento resultante pode possuir um diâmetro entre 10 e 15 μηι, preferencialmente um diâmetro entre 12 e 14 μ^ Além disso, este monofilamento blendado apresenta alta tenacidade, com valor superior a 850 MPa. Assim, ganhos importantes na eficiência e taxa de estiro das fibras são obtidos devido à menor incidência de rupturas durante sua produção, o que gera, por sua vez, ganhos em produtividade e eficiência industrial.

[0043] O PP utilizado no processo de acordo com a presente invenção possui índice de fluidez entre 18 e 25 g/10 min.

[0044] O processo de produção das fibras ocorre em duas etapas distintas. A primeira, chamada de fiação, consiste de uma extrusão simples onde o homopolímero de polipropileno, o homopolímero de polietileno tereftalato e o material compatibilizante polimérico são fundidos, misturados e fiados em bobinas. A extrusão dos materiais ocorre em temperaturas variando entre 220°C e 280°C, preferencialmente entre 250° e 270°C. Nessa primeira etapa, são produzidas bobinas de fios mais espessos.

[0045] Após a primeira etapa de fiação, as bobinas são posicionadas em carrinhos e estiradas (o estiro ocorre preferencialmente por meio do método de cold-drawing, por ser um processo com temperaturas abaixo da temperatura de fusão dos materiais) em torno de 6 a 10 vezes o comprimento inicial dos fios, diminuindo, assim, o seu diâmetro. Preferencialmente, a taxa de estiro (dada pela diferença de velocidade dos rolos entre o início e o fim do

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 17/33 / 17 processo) do monofilamento da presente invenção é superior a 7 vezes, mais preferencialmente se situa entre 7 e 8 vezes. Nessa segunda etapa, quando se trabalha, por exemplo, com fios feitos de PP puro, o limite de taxa de estiramento se encontra próximo de 6 vezes. A adição de PET proporciona estirar as bobinas em taxas maiores. A capacidade alta de estiro é uma grande vantagem, pois possibilita a fabricação de fios mais finos, o que é muito benéfico para o desempenho destes no reforço do fibrocimento. Fios mais finos geram uma maior área de contato superficial com mesma adição mássica, consequentemente aumentando a adesão à matriz cimentícia.

[0046] O PET é adicionado em proporções entre 5 e 30% em peso, preferencialmente entre 5 e 15% em peso. Mesmo em pequenas dosagens de PET (entre 5 e 10% em peso), é possível verificar ganhos importantes na estiragem da fibra em si e em sua adesão interfacial com a matriz cimentícia.

[0047] Assim, de uma forma geral, a fibra de monofilamento da presente invenção apresenta uma participação de PP e adições secundárias de PET e compatibilizante, em proporções de 65% a 94% de PP, 5% a 30% de PET e 1% a 5% de compatibilizante.

[0048] Adicionalmente, o processo pode compreender uma aplicação de óleo de encimagem sobre os fios de modo a diminuir dificuldades intrínsecas da fabricação de fios sintéticos (presença de cargas estáticas, por exemplo) e melhorar sua dispersão em meio aquoso com as matérias-primas durante o processo de fabricação dos produtos de fibrocimento.

[0049] Preferencialmente, o óleo de encimagem compreende uma mistura de compostos de éster de polietileno glicol de ácido graxo e compostos de éster de ácido fosfórico com base em óleo natural em uma proporção mínima de 8:2 e máxima de 9:1.

[0050] Com este processo, os filamentos podem ser extrudados em inúmeras geometrias diferentes, como, por exemplo, com secção circular, secções ovais, trilobais, na forma de X, ou Y ou outra geometria alternativa.

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 18/33 / 17 [0051] A partir do monofilamento da presente invenção, é possível produzir diversos artigos de fibrocimento como, por exemplo, telhas onduladas, placas para fechamentos externos ou internos, divisórias ou forros. O monofilamento de PP blendado com PET está presente nestes artigos em uma faixa entre 1,0% a 2,0% em peso.

[0052] Preferencialmente, o artigo produzido compreende entre 1,3% a 1,8% em peso da fibra de monofilamento.

[0053] Além disso, o artigo aqui reivindicado compreende fibras de comprimento entre 4 e 12 mm, mais especificamente entre 6 e 10 mm.

TESTES COMPARATIVOS [0054] A partir de testes realizados com a fibra preparada de acordo com a presente invenção e, comparando com a fibra do estado da técnica (formada por PP puro), é possível verificar que o monofilamento de PP blendado com PET de comprimento de 8 a 10 mm, preferencialmente de 9 mm, fornece desempenho igual ou superior quanto à resistência mecânica, resistência de flexão e durabilidade em comparação com a fibra de PP puro com comprimento de 10 mm.

Exemplo 1 [0055] Inicialmente, foram realizados testes em telhas para análise de sua resistência mecânica. Para o teste, foram utilizadas telhas curadas ao ar por 14 e 28 dias compreendendo fibra de PP puro e fibras de PP blendado com PET, todas com o mesmo comprimento de 10 mm.

[0056] A Tabela 1 apresenta os monofilamentos utilizados no

Exemplo 1.

Tabela 1: Composição das fibras utilizadas no Exemplo 1
Teste	1	2	3	4
Monofilamento	PP	PP/PET	PP/PET	PP/PET
% em peso de monofilamento no fibrocimento	1,8	1,8	1,65	1,5

[0057] A Figura 4 apresenta os resultados do teste. Com base no

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 19/33 / 17 gráfico, é possível verificar que o monofilamento da presente invenção (testes 2, 3 e 4) obtém desempenho similar ou superior frente ao teste 1 (PP puro). Ou seja, é possível concluir que mesmo com uma quantidade menor de fibra, o desempenho mecânico das telhas testadas foi superior com o monofilamento de PP blendado com PET, indicando uma melhoria surpreendente da presente invenção.

Exemplo 2 [0058] Ainda, foi realizado um segundo experimento para análise da resistência mecânica, em que foi alterado o comprimento do monofilamento da presente invenção, conforme apresentado na Tabela 2.

Tabela 2: Composição das fibras utilizadas no Exemplo 2

Teste	1	2	3	4
Monofilamento	PP	PP/PET	PP/PET	PP/PET
% em peso de monofilamento no fibrocimento	1,8	1,8	1,65	1,5
Comprimento do monofilamento (mm)	10	8	8	8

[0059] A partir do Gráfico da Figura 5, percebe-se que, com exceção do teste 4, o monofilamento de PP blendado com PET apresenta maior resistência mecânica mesmo tendo comprimento menor do que a fibra de PP puro. Assim, verifica-se que, com o monofilamento da presente invenção, é possível produzir uma telha com maior resistência mecânica com menor quantidade de fibra e com fibras de menor comprimento, o que seria totalmente inesperado, comprovando a inventividade do monofilamento de PP blendado com PET.

Exemplo 3 [0060] Foi realizado um experimento para análise do envelhecimento/durabilidade em água quente do artigo de fibrocimento produzido com monofilamento de PP puro e com monofilamento de PP blendado com PET, como pode ser visto na Figura 6.

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 20/33 / 17 [0061] O teste foi realizado com relação à carga de ruptura relativa final/inicial em período de tempo inicial e após 56 dias de envelhecimento.

[0062] A Tabela 3 apresenta a composição das fibras utilizadas no artigo de fibrocimento.

Tabela 3: Composição das fibras utilizadas no Exemplo 3

Teste	1	2
Monofilamento	PP	PP/PET
% em peso de monofilamento no fibrocimento	1,8	1,65
Comprimento do monofilamento (mm)	10	8

[0063] A partir da Figura 6, conclui-se que o artigo de fibrocimento produzido com o monofilamento de PP/PET apresenta resultado similar de durabilidade em condições severas (56 dias em água quente à temperatura de 60°C) com o artigo de fibrocimento compreendendo fibra de PP, diferindo totalmente do que a literatura constatava até então sobre o péssimo comportamento de durabilidade em matrizes alcalinas com fibras de PET e de poliésteres, conferindo novamente mais um aspecto do caráter inventivo do monofilamento de PP blendado com PET. O PET presente na fibra blendada é protegido fisicamente pelo PP e quimicamente por estar compatibilizado no material como um todo.

Exemplo 4 [0064] Foi realizado um teste de resistência à flexão 3 pontos média (medições em MPa) em chapas planas de fibrocimento, para efeito de comparação do monofilamento de PP blendado com PET com um fibra 100% de PP.

[0065] A Tabela 4 apresenta as composições das fibras compreendidas nas chapas planas utilizadas no teste.

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Tabela 4: Composição das fibras utilizadas no Exemplo 4

Teste	1	2
Monofilamento	PP	PP/PET
% em peso de monofilamento no fibrocimento	1,75	1,55
Comprimento do monofilamento (mm)	10	8

[0066] A partir dos resultados do teste de resistência à flexão 3 pontos média, foi plotado o gráfico da Figura 7. É possível observar que as fibras de PP puro apresentam desempenho similar às do PP blendado com PET, apesar da fibra inventiva estar em menor concentração e possuir menor comprimento. Além disso, o resultado da fibra do monofilamento é superior ao exigido pela norma NBR 15498.

Exemplo 5

Tabela 5: Dados produção fibras PP puro e dois tipos de PP

Blendado com PET

	100% PP	93%PP / 5%PET / 2% Compat.	86% PP / 10% PET / 4% Compat.
densidade fio (g/cm3)	0,905	0,930	0,954
título (dtex)	1,32	0,99	0,96
diâmetro (pm)	13,63	11,64	11,32
tenacidade (cN/dtex)	10,04	9,41	9,12
resistência à tração (MPa)	908,62	875,13	870,05
elongação (%)	22,17	20,10	19,14
tx. estiro total (vezes)	6,30	8,05	8,07
Range temperaturas extrusão (°C)	230-252	245 - 269	245 - 270
Range temperaturas estiro (°C)	90 -145	90 -145	90 -145

[0059] A tabela 5 traz dados de produção encontrados na fabricação dos fios em questão. Nela, é possível observar as diferenças de geometria e propriedades provocadas pela adição do PET ao PP com incremento proporcional do material compatibilizante de PP-g-MAH. A adição de PET aumenta a densidade final dos fios, o que facilita sua mistura e dispersão na mistura de preparo para fabricação dos artigos de fibrocimento. A densidade

Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 22/33 / 17 da fibra de acordo com a presente invenção é superior a 0,9 g/cc, preferencialmente entre 0,91 e 1,0 g/cc, mais preferencialmente entre 0,92 e 1,0 g/cc. A possibilidade de aumento de taxa de estiro diminui seu título e, consequentemente, seu diâmetro e taxa de elongação, o que promove aumento do número de fios com a mesma adição mássica, fortalecendo o compósito de fibrocimento. A resistência à tração é levemente afetada, porém o desempenho de reforço dos fios é maior devido à mais eficiente ancoragem fio/matriz cimentícia promovida pelos sítios reativos de PET e sua maior rugosidade superficial.

[0060] Em vista dos exemplos mostrados acima, é possível comprovar que a fibra de monofilamento de PP blendado com PET, utilizando um material compatibilizante polimérico de cadeia longa compreendendo um grupo polar, preferencialmente o polipropileno enxertado com anidrido maleico, apresenta vantagens inesperadas, como aumento das propriedades de resistência mecânica e resistência à flexão de artigos de fibrocimento utilizando uma menor concentração de fibras, além de possuírem menor comprimento.

[0067] A descrição que se fez até aqui do objeto da presente invenção deve ser considerada apenas como uma possível ou possíveis concretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidas devem ser entendidas apenas como algo que foi escrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem de forma alguma ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações que seguem.

Claims (17)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Fibra para reforço de fibrocimento, caracterizada pelo fato de ser um monofilamento blendado compreendendo uma mistura de homopolímero de polipropileno (PP), homopolímero de polietileno tereftalato (PET) e material compatibilizante poliolefínico compreendendo um grupo polar;
2. 2. Fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela participação de PP e adições secundárias de PET e compatibilizante, em proporções de 65% a 94% de PP, 5% a 30% de PET e 1% a 5% de material compatibilizante.
3. 3. Fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o PP possuir índice de fluidez entre 18 e 25 g/10min.
4. 4. Fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o material compatibilizante ser o polipropileno enxertado com anidrido maleico, polipropileno enxertado com metacrilato glicidil, polipropileno enxertado com ácido acrílico, etileno enxertado com metacrilato glicidil e um terpolímero de etileno, éster acrílico e anidrido maleico.
5. 5. Fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de sua superfície apresentar microrrugosidades e sítios promotores de ancoragem com a matriz.
6. 6. Fibra de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por apresentar uma densidade superior a 0,9 g/cc, preferencialmente entre 0,91 e 1,0 g/cc, mais preferencialmente entre 0,92 e 1,0 g/cc.
7. 7. Processo de produção da fibra como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender:

   - fusão e extrusão da blenda polimérica constituída da mistura de PP, PET e compatibilizante nas proporções de 65% a 94% de PP, 5% a 30% de PET e 1% a 5% de material compatibilizante, com temperaturas de processo entre 220°C e 280°C;

   Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 24/33

   2 / 3

   - fiação e produção de bobinas;

   - estiragem das bobinas para melhoria da tenacidade dos fios, e redução de diâmetro final; e

   - corte das fibras em comprimentos específicos;
8. 8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o estiro ser superior a 7 vezes.
9. 9. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de os fios possuírem diâmetros de 10 a 15 pm e tenacidade superior a 850MPa.
10. 10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de os fios possuírem diâmetros de 12 a 14 pm.
11. 11. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender uma aplicação adicional de um óleo de encimagem sobre os fios, em que o óleo de encimagem compreende uma mistura de compostos de éster de polietileno glicol de ácido graxo e compostos de éster de ácido fosfórico com base em óleo natural em uma proporção mínima de 8:2 e máxima de 9:1.
12. 12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizado pelo fato de as fibras serem cortadas em comprimentos entre 4mm e 12mm;
13. 13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de as fibras serem cortadas em comprimentos entre 6mm e 10mm;
14. 14. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato dos filamentos serem extrudados com secção circular; secções ovais, trilobais, na forma de X ou Y.
15. 15. Artigo de fibrocimento, caracterizado pelo fato de compreender dosagens entre 1,0% e 2,0% em peso da fibra como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6;
16. 16. Artigo de fibrocimento de acordo com a reivindicação 15

    Petição 870170101713, de 26/12/2017, pág. 25/33

    3 / 3 caracterizado pelo fato de compreender dosagens entre 1,3% e 1,8% em peso da fibra.
17. 17. Artigo de fibrocimento de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizado pelo fato de ser telhas onduladas, placas para fechamento externo ou interno, forros ou divisórias.