BR112018071240B1

BR112018071240B1 - Conjunto de fieira, método para fiação de fibra, e, uso do conjunto de fieira

Info

Publication number: BR112018071240B1
Application number: BR112018071240-0A
Authority: BR
Inventors: Thomas Baker Taylor
Original assignee: Cytec Industries Inc
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2022-07-26
Also published as: KR20180133867A; US11306413B2; AU2017257537A1; CN109072483B; WO2017189438A1; US11885042B2; US20170306527A1; AU2017257537B2; BR112018071240A2; EP3449046A1; CN109072483A; CA3021863A1; KR102365855B1; EP3449046B1; MX2018012944A; US20220205138A1; JP2019515148A; JP7159053B2; ES2905786T3

Abstract

Um conjunto de fieira para fiação de fibras poliméricas, incluindo: (a) uma tampa provida com um orifício de entrada e uma superfície inferior alargada que se alarga para fora a partir do orifício de entrada na direção de fluxo; (b) uma fieira tendo numerosos canais de fluxo de fiação através de sua espessura; (c) um filtro que repousa livremente sobre a fieira; e (d) um guia de fluxo com uma geometria cônica montada em uma cavidade definida pela tampa e a fieira. O guia de fluxo tem um vértice voltado para o orifício de entrada, uma base voltada para o filtro, e uma ou mais superfícies laterais se afilando até o vértice. Uma passagem de fluxo divergente é definida pela(s) superfície(s) lateral(is) cônica(s) do guia de fluxo e da superfície inferior alargada da tampa. A base do guia de fluxo é separada de uma superfície superior da fieira, criando um espaço que está em comunicação fluídica com a passagem de fluxo divergente.

Description

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[001] A Figura 1 ilustra um conjunto de fieira de acordo com uma forma de realização da presente descrição.

[002] As Figuras 2A e 2B mostram uma vista em perspectiva e uma vista em corte transversal, respectivamente, de um guia de fluxo em forma de cone de acordo com uma forma de realização da presente descrição.

[003] A Figura 3 mostra uma tampa correspondente que pode ser fixada de forma removível ao guia de fluxo mostrado na Figura 2A.

[004] A Figura 4 mostra um conjunto parcial do guia de fluxo em forma de cone mostrado na Figura 2A fixado à tampa correspondente mostrada na Figura 3.

[005] A Figura 5 mostra uma fieira, um filtro e um O ring de acordo com uma forma de realização da presente descrição.

[006] A Figura 6 mostra uma vista parcial, em corte transversal de canais de fluxo de fiação em uma fieira de acordo com uma forma de realização da presente descrição.

[007] A Figura 7 mostra um conjunto de fieira de acordo com uma outra forma de realização da presente descrição.

[008] A Figura 8 ilustra a passagem de fluxo de matéria-prima através do conjunto de fieira da presente descrição.

[009] A Figura 9 ilustra a passagem de fluxo de matéria-prima através do mesmo conjunto de fieira sem um guia de fluxo, como uma comparação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0010] Em fiação de fibra, uma solução de polímero líquido ou polímero fundido é extrusada através de pequenos furos de uma fieira para formar filamentos finos. Ao deixar a fieira, os filamentos se solidificam. Após a solidificação, os filamentos podem ser trefilados ou estirados para alterar as propriedades dos filamentos.

[0011] Tipicamente, projetos de matriz de fiação por interstício de ar incorporam uma placa de interruptor e filtro de distribuição para distribuir o dope de polímero através da área umedecida da fieira. Nenhuma consideração é dada à distribuição do dope de polímero de uma maneira que permita que o operador julgue rapidamente e facilmente a qualidade do dope que sai da matriz, de modo que é provido um tempo amplo para purgar o sistema de dispensação de polímero de bolhas de ar e géis de polímero. Além disso, o projeto de matriz típico permite que o dope seja introduzido na cavidade de fieira de modo que haja um alto risco de ar ser capturado na cavidade de fieira de modo que leve muito mais tempo para que as bolhas de ar se rompam e o que resultará em defeitos de fiação horas e mesmo dias após a partida.

[0012] É descrito aqui um dispositivo para a fiação de fibras poliméricas, e mais particularmente, um conjunto de fieiras. Em algumas formas de realização, a fieira é capaz tanto de apresentar o dope de polímero como uma película anular adequada para inspeção visual para géis ou bolhas de ar antes da instalação da fieira e para a dispensação do dope à fieira após a instalação de uma tal maneira a evitar que tenha qualquer ar na cavidade acima da fieira, de modo que uma boa fiação possa ser alcançada mais rapidamente.

[0013] O conjunto de fieira descrito aqui pode ser usado em métodos de fiação de fibra convencionais, incluindo fiação por fusão, fiação a úmido, fiação a seco e fiação a úmido a jato seco.

[0014] Em fiação a seco, uma solução de polímero, chamada “dope”, é extrusada através da fieira em uma zona aquecida onde o solvente evapora. Este é um processo mais lento do que o resfriamento de fibras fiadas por fusão e, como um resultado, tende a produzir fibras com propriedades não uniformes e uma seção transversal menos circular.

[0015] A fiação a úmido a jato seco é idêntica à fiação a seco, exceto pelo fato de que o dope de polímero é extrusado através da fieira em um banho de coagulação líquido contendo uma mistura de solvente/não solvente chamada de coagulante. O solvente é quase sempre o mesmo que aquele usado no dope e o não solvente é usualmente água.

[0016] Geralmente, o conjunto de fieira da presente descrição inclui: (a) uma tampa provida com um orifício de entrada e uma superfície inferior alargada que se alarga para fora a partir do orifício de entrada na direção de fluxo; (b) uma fieira tendo numerosos canais de fluxo de fiação através de sua espessura; e (c) um guia de fluxo com uma geometria cônica montada em uma cavidade definida pela tampa e a fieira. O guia de fluxo tem um vértice voltado para o orifício de entrada, uma base voltada para a fieira, e uma ou mais superfícies laterais se afilando até o vértice. Uma passagem de fluxo divergente é definida pela(s) superfície(s) lateral(is) cônica(s) do guia de fluxo e da superfície inferior alargada da tampa. A base do guia de fluxo é separada de uma superfície superior da fieira, criando um espaço que está em comunicação fluídica com a passagem de fluxo divergente.

[0017] A Figura 1 ilustra uma forma de realização do conjunto de fieira da presente descrição. Os principais componentes do conjunto de fieira incluem uma tampa 10 com um orifício de entrada 11, um invólucro 12, que é preso de forma removível à tampa 10, uma fieira 13 com uma pluralidade de canais de fluxo de fiação, um filtro 14 repousando sobre a fieira, e um guia de fluxo 15 com uma geometria cônica. O orifício de entrada 11 se estende através da espessura da tampa 10 e, em algumas formas de realização, é localizado centralmente. O guia de fluxo 15 é montado na cavidade definida pela tampa 10 e a fieira 13. O guia de fluxo 15 é fixado de forma removível à tampa 10 por meio de espaçadores 15 a, mas não está mecanicamente afixado ou conectado à fieira 13.

[0018] Ainda com referência à Figura 1, o guia de fluxo 15 tem uma geometria cônica com um vértice (ou pico) direcionado para a extremidade de saída do orifício de entrada 11, uma base voltada para o filtro 14, e uma ou mais superfícies laterais afiladas até o vértice. A geometria cônica do guia de fluxo pode ser uma forma cônica ou piramidal. A tampa 10 tem uma superfície inferior alargada 10a que se alarga para fora a partir do orifício de entrada 11 na direção de fluxo e é espaçada a partir da(s) superfície(s) cônica(s) do guia de fluxo 15, criando um espaço anular. O espaço anular pode ser substancialmente constante ao longo da maior parte da(s) superfície(s) cônica(s) do guia de fluxo 15. Em algumas formas de realização, este espaço pode estar na faixa de 0,5 a 10,0 mm. Em conjunto, a superfície inferior alargada 10a da tampa 10 e o guia de fluxo 15 definem uma passagem de fluxo divergente que está em comunicação fluídica com o orifício de entrada 11. A base do guia de fluxo 15 é espaçada da fieira 13, definindo um espaço em comunicação fluídica com a passagem de fluxo divergente. Em uma forma de realização, a base do guia de fluxo 15 é plana ou substancialmente plana e é orientada paralela à superfície de entrada da fieira 13, que é também plana ou substancialmente plana. “Substancialmente plana” como usado aqui abrange superfícies que não são perfeitamente planas. O espaço entre a base do guia de fluxo e a superfície de entrada da fieira pode ter uma altura de espaço de 1 a 20 mm. Em formas de realização alternativas, a base do guia de fluxo pode ter uma superfície curva, por exemplo, uma superfície convexa.

[0019] Em uma forma de realização, a superfície inferior alargada 10a da tampa 10 corresponde à forma do guia de fluxo 15. Por exemplo, o guia de fluxo 15 pode ter forma cônica e a superfície inferior alargada 10a pode ter uma forma cônica truncada, como um funil. Um guia de fluxo em forma de cone exemplar é ilustrado pelas Figuras 2A e 2B (vista em perspectiva e vista em seção transversal, respectivamente), e uma tampa correspondente é mostrada na Figura 3. Com referência às Figuras 2A e 2B, o guia de fluxo 15 tem uma pluralidade de espaçadores 15a em sua superfície cônica 15a para prover o espaço necessário entre a superfície inferior alargada 10a e o guia de fluxo 15. Nesta forma de realização, os espaçadores são estruturas tubulares curtas (Figura 2A) que são alinhados axialmente com furos de parafuso no guia de fluxo (Figura 2B). Os furos de parafuso se estendem a partir da base do guia de fluxo até os espaçadores. Embora quatro espaçadores sejam mostrados, o número de espaçadores não está limitado a eles. Furos cegos são providos na tampa 10 (Figura 3) para corresponder aos espaçadores no guia de fluxo 15 e para receber parafusos que se estendem a partir do guia de fluxo. Para fixar o guia de fluxo 15 à tampa 10, os parafusos são rosqueados a partir da base do guia de fluxo 15, através dos espaçadores tubulares e nos furos cegos na tampa 10.

[0020] Com referência à Figura 2B, a superfície cônica 15b do guia de fluxo 15 forma um ângulo Θ agudo (menor do que 90 graus) em relação à base. O ângulo θ agudo pode ser de 10 a 90 graus e, em algumas formas de realização, de 15 a 45 graus. Em uma forma de realização alternativa, o guia de fluxo 15 pode ter uma forma piramidal com uma superfície de fundo poligonal e três ou mais superfícies inclinadas triangulares, cada qual formando um ângulo θ agudo com a base, e a superfície inferior alargada 10a da tampa 10 pode ter uma forma piramidal truncada com uma pluralidade de superfícies poligonais de conexão que correspondem às superfícies inclinadas do guia de fluxo 15.

[0021] Embora a tampa 10 na Figura 3 seja mostrada como tendo uma forma circular com perímetros circulares (ou bordas periféricas), deve ser entendido que outras formas e geometrias externas são possíveis. Por exemplo, a tampa 10 pode ter perímetro quadrado ou outros perímetros poligonais. E o invólucro 12 pode ser variado em formato também desde que ele acomode as formas e a geometria externa da tampa 10 e da fieira 13.

[0022] Com referência novamente à Figura 1, o invólucro 12 é preso de forma removível à tampa 10 de modo que estes dois componentes possam ser destacados um do outro com relativa facilidade. Um modo para prover tal acessório removível é prover a tampa de distribuição 10 e o invólucro 12 com superfícies rosqueadas complementares que se engatam. Deste modo, o invólucro 12 pode ser aparafusado sobre ou fora da tampa 10 como um prendedor de porca e cavilha. Alternativamente, o invólucro anular 12 pode ser preso de forma removível à tampa de distribuição utilizando prendedores convencionais, tais como grampos, uma disposição de cavilhas escareadas, e outros dispositivos de fixação convencionais. A tampa 10 e o invólucro 12 podem ser feitos de metal, cerâmica ou compósitos (por exemplo, resina ou plástico reforçado com fibras picadas ou contínuas). A fieira pode ser feita de metal ou cerâmica.

[0023] A Figura 4 mostra um conjunto parcial do guia de fluxo em forma de cone 15 mostrado na Figura 2A acoplado à tampa correspondente 10 mostrada na Figura 3. O conjunto parcial mostrado na Figura 4 (sem o invólucro removível 12 e a fieira 13) é operacionalmente funcional “como está” durante uma etapa de purga preliminar, na qual a matéria-prima para fibras de fiação (por exemplo, solução de polímero ou polímero fundido) é introduzida continuamente sob pressão no orifício de entrada 11, fazendo com que a matéria-prima flua através da passagem de fluxo divergente entre a tampa 10 e o guia de fluxo 15. O material descarregado está na forma de uma película tubular fina. Esta etapa de purga preliminar pode ser realizada por um período de tempo predeterminado, por exemplo, 15 a 90 minutos, para possibilitar que o operador inspecione visualmente a matéria-prima antes da instalação da fieira 13 e o invólucro anular 12. Uma solução de polímero límpida ou polímero fundido é desejável para fiação de filamentos de fibra polimérica. Assim, quaisquer bolhas de ar indesejadas, géis de polímero ou outras impurezas na solução de polímero ou polímero fundido poderiam ser facilmente vistas e, se tais impurezas forem vistas, a instalação da fieira pode ser retardada até que a solução de polímero ou polímero fundido fique límpida e isenta de quaisquer heterogeneidades. Esta etapa de purga preliminar garante que uma fieira não seja instalada prematuramente e, dessa maneira, a fiação estável pode ser alcançada mais rapidamente do que seria de outra forma possível.

[0024] Na forma de realização mostrada na Figura 1, a fieira 13 tem um aro saliente 13a, e o invólucro 12 é configurado para acoplar o aro saliente da fieira 13 a uma porção periférica da tampa 10. A essa extremidade, a extremidade inferior do invólucro anular 12 tem uma porção de flange que se estende para dentro 12a sobre a qual o aro 13a repousa. A fieira 13 é suportada e mantida no lugar pelo invólucro 12, mas não é fixada permanentemente ou mecanicamente ao mesmo por meio de qualquer mecanismo de fixação. O filtro 14 repousa livremente sobre a superfície de entrada de fluido da fieira 13, cobrindo os canais de fluxo de fiação. Opcionalmente, uma gaxeta fina 16 é disposta entre o aro 13a e a porção de flange 12a para criar a altura de fieira correta em relação à superfície de fundo do invólucro 12. A gaxeta 16 corresponde à forma da porção de flange 12a, por exemplo, pode ser em forma de anel quando o invólucro 12 é configurado para acomodar uma fieira em forma circular. Em algumas formas de realização, uma vedação resiliente 17, por exemplo, O ring, está confinada entre o aro 13a da fieira 13 e a porção inferior periférica da tampa 10, de modo a formar uma vedação de fluido entre a tampa 10 e a fieira 13, impedindo assim vazamento da solução de polímero/fundido que fluirá através do conjunto de fieira.

[0025] A Figura 5 mostra, como componentes separados, a fieira 13, o filtro 14 e a vedação resiliente 17 de acordo com uma forma de realização. A fieira 13 tem uma porção central circundada pelo aro saliente 13a e esta porção central é provida com um grande número de canais de fluxo de fiação que se estendem através da espessura. A região central tem uma área de superfície que é maior do que a área de superfície da base do guia de fluxo. Nesta forma de realização, a fieira 13 tem uma porção central circundada pelo aro saliente 13a e a porção central é provida com um grande número de canais de fluxo de fiação que se estendem através da espessura. A vedação resiliente 17 corresponde à forma do aro saliente 13a da fieira 13. Nesta forma de realização, a vedação 17 é um O ring. O filtro pode ter uma forma circular para corresponder à forma da fieira 13. Deve ser entendido que a fieira 13, o filtro 14 e a vedação 17 podem ter outras formas geométricas que não circulares, conforme mostrado na Figura 5. Por exemplo, estes componentes podem ter perímetros quadrados ou poligonais.

[0026] O filtro 14 não é permanentemente fixado à fieira 13 e pode ser facilmente substituído. Também, o filtro 14 é permeável a líquido, particularmente solução de polímero e polímero fundido de baixa viscosidade, e pode estar na forma de uma malha de metal, um material não tecido, um disco de partículas sinterizado ou tecido tecido composto de fibras celulósicas, poliméricas ou metálicas. O filtro pode ser feito de quaisquer materiais inertes que sejam inertes à solução de polímero/fundido que fluirá através do conjunto de fieira. Exemplos de tais materiais inertes incluem metal, celulose ou polímero.

[0027] A gaxeta 16 pode ser feita de alumínio, aço inoxidável, politetrafluoroetileno (PTFE), polietileno, particularmente polietileno de alta densidade (HDPE), e qualquer outro material resistente que seja quimicamente e termicamente impermeável ao ambiente de fiação. A vedação resiliente 17, por exemplo, O ring, é feita de um material flexível tal como EPDM (borracha de monômero de etileno propileno dieno), silicone, politetrafluoroetileno (PTFE) ou polietileno (PE), alumínio mole ou quaisquer outros materiais compressíveis que sejam compatíveis com a solução de polímero/fundido sendo usada.

[0028] A Figura 6 é uma vista em seção transversal explodida dos canais de fluxo de fiação na fieira de acordo com uma forma de realização. Os canais de fluxo da fieira podem ter formas de seção transversal circular, mas outras formas, tais como oval, quadrado, triângulo, pentágono e outras formas poligonais são possíveis. O número de canais de fluxo de fiação pode variar amplamente dependendo do método de fiação, a matéria-prima e o mercado final para a fibra. Para fiação a úmido utilizando uma solução de polímero, o número de canais de fluxo de fiação pode ser de pelo menos 1000, por exemplo, na faixa de 3000 a 75000. Para fiação a úmido a jato seco, a faixa pode ser de 100 a 10000. Para fiação por fusão utilizando um polímero fundido, o número de canais de fluxo de fiação pode estar na faixa de 25 a 100.000. Para canais de fluxo com seções transversais circulares, o diâmetro das aberturas na lateral de entrada (“aberturas de entrada”) da fieira é maior do que o diâmetro daquelas na lateral de saída (“aberturas de saída”) conforme mostrado na Figura 6. Em uma forma de realização, o diâmetro das aberturas de entrada pode ser de 10 a 100 vezes o de aberturas de saída. Por exemplo, as aberturas de entrada podem ter um diâmetro na faixa de 100015000 μm e as aberturas de saída podem ter um diâmetro na faixa de 40-500 μm. O comprimento dos canais de fluxo de fiação (isto é, a espessura da porção central da fieira onde os canais de fluxo estão localizados) pode estar na faixa de 2 a 50 mm. A densidade das aberturas de entrada na região de superfície superior da fieira 13 pode estar na faixa de 5 a 200 aberturas/cm2. Similarmente para aberturas não circulares, o tamanho (conforme determinado pelo perímetro) das aberturas de entrada pode ser maior do que o tamanho das aberturas de saída, por exemplo, 10 a 100 vezes maior.

[0029] A Figura 7 mostra uma forma de realização alternativa para o conjunto de fieira. Nesta forma de realização, uma tampa 20 com orifício de entrada 21 é acoplada a uma fieira 22 diretamente (sem o invólucro 12 mostrado na Figura 1) e a fieira 22 não tem um aro saliente. Furos rosqueados complementares (23a na tampa 20 e 23b na fieira 22) são providos através da tampa e da fieira para acomodar cavilhas rosqueadas (não mostradas) para acoplar a tampa à fieira. Um guia de fluxo cônico 24 é montado na cavidade definida pela tampa 20 e a fieira 22. Uma vedação resiliente 25, por exemplo, O ring, é cunhada entre a tampa 20 e a fieira 22 para prover uma vedação de fluido. A tampa 20 e o guia de fluxo 24 são configurados para definir uma passagem de fluxo divergente que esteja em comunicação fluídica com o orifício de entrada 21, conforme descrito acima em referência à Figura 1. Também, o guia de fluxo 24 é fixado de forma removível à tampa 20 por meio de espaçadores (não mostrados por simplicidade) como descrito acima com referência às Figuras 1, 2A e 2B. A fieira 22 tem uma superfície rebaixada na qual um filtro (não mostrado por simplicidade) pode ser colocado. O filtro é conforme descrito acima com referência à Figura 5. A superfície rebaixada da fieira 22a fica voltada para a base do guia de fluxo 24 e contém numerosas aberturas, que correspondem aos canais de fluxo de fiação da fieira. Os canais de fluxo de fiação na fieira são conforme descritos acima. Quando a fieira 22 é desengatada da tampa 20, o conjunto parcial da tampa 20 e guia de fluxo 24 pode funcionar em uma etapa de purga preliminar conforme descrita com referência à Figura 4.

[0030] A passagem de fluxo da matéria-prima (doravante “dope de polímero”) através do conjunto de fieira da presente descrição, está ilustrada na Figura 8. Em operação, o dope de polímero é introduzido continuamente sob pressão no orifício de entrada 30 da tampa 31. Durante a operação, o orifício de entrada 30 é conectado a um suprimento de polímero, tipicamente vindo de uma bomba de medição (não mostrada). A partir do orifício de entrada 30, o dope de polímero flui através do trajeto de fluxo divergente F que circunda a superfície cônica (por exemplo face cônica) do guia de fluxo 32, então flui em torno do perímetro da base do guia de fluxo no espaço S entre a base do guia de fluxo e a fieira 33, preenchendo este espaço S. O dope de polímero preenche o espaço S radialmente para dentro a partir do perímetro da base do guia de fluxo em direção ao centro deste espaço. Qualquer ar que é capturado na passagem de fluxo F e o espaço S é empurrado para fora primeiro através dos canais de fluxo de fiação desobstruídos na fieira 33. Quando o espaço S é completamente preenchido com o dope de polímero e a pressão no mesmo alcança um certo nível, o dope passa através do filtro (não mostrado) e é extrusado através de muitos canais de fluxo de fiação na fieira 33, formando filamentos de polímero contínuos na lateral de saída da fieira 33. Note que o espaço S não é obstruído por quaisquer estruturas intervenientes que poderiam impedir que o dope de polímero passe através de todos os canais de fluxo na fieira.

[0031] A Figura 9 mostra como o dope de polímero fluiria através do mesmo conjunto de fieira mostrado na Figura 8 sem o guia de fluxo 32, como uma comparação. Nesta situação, o dope de polímero preenche a cavidade C (definida pela tampa 31 e a fieira 33) do centro para fora, fazendo com que as bolsas de ar sejam capturadas na cavidade sem um modo de escapar, exceto se arrastadas no material de polímero que sai dos canais de fluxo de fiação. Como consequência, o arrasto de ar no material causa quebra nos filamentos descarregados ou gotas de polímero em vez de filamentos contínuos.

[0032] O conjunto de fieira descrito aqui pode ser usado em uma fiação a úmido ou processo de fiação a úmido a jato seco (também conhecida como “fiação por interstício de ar”) para produzir fibras precursoras de poliacrilonitrila (PAN), que podem ser convertidas subsequentemente em fibras de carbono. Para produzir fibras precursoras de PAN, uma solução de polímero PAN (chamada “dope” de fiação) é formada como uma etapa inicial. Este dope de fiação pode conter uma concentração de polímero dentro da faixa de 5% - 28% em peso (preferencialmente, 15% a 25%), com base no peso total da solução. No caso de fiação a úmido, o dope extrusado através da fieira entra diretamente em um banho de coagulação líquido para formar filamentos. Os furos da fieira determinam a contagem de filamentos desejada da fibra PAN (por exemplo, 3.000 furos para fibra de carbono 3K). Em fiação por interstício de ar, um interstício de ar vertical de 1 a 50 mm, preferencialmente de 2 a 15 mm, é mantido entre a fieira e o banho coagulante. Na fiação por interstício de ar, o dope extrusado a partir da fieira entra em um interstício de ar antes de ser coagulado no banho coagulante. O líquido de coagulação usado nesses processos de fiação é uma mistura de solvente e não solvente. Água ou álcool é tipicamente usado como o não solvente. A razão de solvente e não solvente e temperatura de banho é usada para ajustar a taxa de solidificação dos filamentos extrusados na coagulação.

[0033] Em algumas formas de realização, os filamentos fiados são então retirados do banho de coagulação por rolos através de um banho de lavagem para remover o coagulante em excesso e estirados em banhos de água quente para transmitir orientação molecular aos filamentos, como a primeira etapa de controlar o diâmetro de fibra. Os filamentos estirados são então secos, por exemplo, em rolos de secagem. Os rolos de secagem podem ser compostos de uma pluralidade de rolos rotativos dispostos em série e em configuração em serpentina, sobre os quais os filamentos passam sequencialmente de rolo para rolo e sob tensão suficiente para prover estiramento ou relaxamento de filamentos nos rolos. Pelo menos alguns dos rolos são aquecidos por meio de vapor pressurizado que é circulado internamente ou através dos rolos, ou elementos de aquecimento elétrico dentro dos rolos. Para converter as fibras precursoras de PAN em fibras de carbono, as fibras precursoras de PAN são submetidas a oxidação e carbonização.

[0034] O conjunto de fieira descrito aqui pode ser usado em um método de fiação por fusão se o polímero puder ser fundido a uma baixa viscosidade apropriada sem degradação. Este método é adequado para a fiação de fibras termoplásticas a partir de polímeros tais como fibras de polipropileno, náilon e poliéster. Em fiação por fusão, um polímero fundido pressurizado é introduzido no orifício de entrada e extrusado através da fieira em um meio gasoso, tal como ar, onde as fibras extrusadas resfriam, produzindo filamentos contínuos sólidos. Os filamentos são então trefilados para orientar as moléculas de polímero e para melhorar as propriedades de tração das fibras resultantes.

[0035] Embora várias formas de realização sejam descritas aqui, será apreciado a partir do relatório descritivo que várias combinações de elementos, variações de formas de realização descritas aqui podem ser feitas por aqueles versados na técnica e estão dentro do escopo da presente descrição. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação particular ou material aos ensinamentos das formas de realização descritas aqui sem se afastar do escopo essencial das mesmas. Portanto, é pretendido que a invenção reivindicada não seja limitada às formas de realização particulares descritas aqui, mas que a invenção reivindicada inclua todas as formas de realização que se enquadrem dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Conjunto de fieira para fiação de fibras poliméricas, caracterizado pelo fato de que compreende os seguintes componentes: (a) uma tampa provida com um orifício de entrada e uma superfície inferior alargada que se alarga para fora a partir do orifício de entrada na direção de fluxo; (b) uma fieira tendo uma porção central, a dita porção central tendo numerosos canais de fluxo de fiação através de sua espessura; e (c) um guia de fluxo com uma geometria cônica montada em uma cavidade definida pela tampa e a fieira, o dito guia de fluxo tendo um vértice voltado para o orifício de entrada, uma base voltada para o filtro, e uma ou mais superfícies laterais se afilando até o vértice, a(s) dita(s) superfície(s) lateral(is) formando um ângulo agudo com a base; em que uma passagem de fluxo divergente é definida pela(s) superfície(s) lateral(is) cônica(s) do guia de fluxo e a superfície inferior alargada da tampa, a dita passagem de fluxo divergente circunda a(s) superfície(s) lateral(is) cônica(s) do guia de fluxo e está em comunicação fluídica com o orifício de entrada, e a base do guia de fluxo é separada de uma superfície superior da fieira, criando um espaço que está em comunicação fluídica com a passagem de fluxo divergente.

2. Conjunto de fieira de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um filtro que repousa livremente sobre a porção central da fieira, o dito filtro sendo permeável a líquido.

3. Conjunto de fieira de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a porção central da fieira, onde os numerosos canais de fluxo de fiação estão localizados, tem uma área de superfície superior que é maior do que a área de superfície da base do guia de fluxo.

4. Conjunto de fieira de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o guia de fluxo tem uma forma de cone com uma base circular e, opcionalmente, a superfície inferior alargada da tampa tem uma forma de cone truncado.

5. Conjunto de fieira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o guia de fluxo tem uma forma piramidal com uma base poligonal e uma pluralidade de paredes laterais poligonais formando um ângulo agudo com a base, e opcionalmente, a superfície inferior alargada da tampa tem uma forma piramidal truncada.

6. Conjunto de fieira de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a área de superfície superior da fieira compreende numerosas aberturas de entrada que correspondem aos numerosos canais de fluxo de fiação, e a fieira tem uma área de superfície inferior que compreende numerosas aberturas de saída que correspondem aos numerosos canais de fluxo de fiação, e em que o diâmetro das aberturas de entrada é maior do que o diâmetro das aberturas de saída.

7. Conjunto de fieira de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o guia de fluxo é afixado de forma destacável à tampa, enquanto é espaçado da superfície inferior alargada da tampa.

8. Conjunto de fieira de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o guia de fluxo é provido com uma pluralidade de espaçadores espaçados em sua(s) superfície(s) lateral(is) cônica(s) para prover espaçamento entre a(s) superfície(s) lateral(is) cônica(s) e a superfície inferior alargada da tampa, e em que o guia de fluxo é afixado de forma destacável à tampa por parafusos que se estendem através dos espaçadores.

9. Conjunto de fieira de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a superfície superior da porção central da fieira é plana ou substancialmente plana, e a base do guia de fluxo é plana ou substancialmente plana e é orientada substancialmente paralela à dita superfície superior.

10. Conjunto de fieira de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o número de canais de fluxo de fiação na fieira está na faixa de 100 a 100.000 ou 25 a 100.000.

11. Conjunto de fieira de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um invólucro que é configurado para suportar a fieira e acoplar a fieira à tampa, em que o invólucro é preso de forma removível à tampa.

12. Conjunto de fieira de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a fieira tem um aro saliente que circunda sua porção central, e o invólucro tem uma porção de flange que se estende para dentro sobre a qual é colocado o aro saliente e compreende adicionalmente um anel O resiliente confinado entre o aro saliente da fieira e uma porção inferior periférica da tampa de modo a formar uma vedação de fluido entre os mesmos.

13. Conjunto de fieira de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma gaxeta alojada entre o aro saliente da fieira e a porção de flange do invólucro.

14. Conjunto de fieira de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o invólucro e a tampa compreendem superfícies rosqueadas complementares em que elas se engatam entre si de modo que o invólucro possa ser torcido para engate ou desengate com a tampa.

15. Conjunto de fieira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a tampa e a fieira são providas com furos rosqueados complementares para acomodar cavilhas rosqueadas de modo que a tampa seja acoplada à fieira por cavilhas rosqueadas que se estendem através dos ditos furos rosqueados, e em que a fieira pode ser desacoplada a partir da tampa desengatando-se as cavilhas a partir da tampa.

16. Método para fiação de fibra utilizando o conjunto de fieira como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10 e 15, o dito método caracterizado pelo fato de que compreende: alimentar continuamente uma matéria-prima na forma de uma solução de polímero ou polímero fundido no orifício de entrada do conjunto de fieira e ejetar a matéria-prima através dos numerosos canais de fluxo de fiação na fieira, formando uma pluralidade de filamentos contínuos, em que a matéria-prima do orifício de entrada flui através da passagem de fluxo divergente e então radialmente para dentro do espaço entre a base do guia de fluxo e a superfície superior da fieira, enchendo o dito espaço e, opcionalmente, compreende adicionalmente um estágio de purga preliminar antes de alimentar a matéria-prima no orifício de entrada, o estágio de purga preliminar compreendendo: alimentar continuamente uma matéria-prima na forma de uma solução de polímero ou polímero fundido através de um conjunto parcial, que compreende o guia de fluxo afixado à tampa, mas não compreende a fieira, por um período de tempo, fazer com que a matéria-prima flua através da passagem de fluxo divergente; inspecionar a matéria-prima descarregando a partir da passagem de fluxo divergente, em que o dito estágio de purga preliminar ocorre antes da montagem do conjunto de fieira completo que inclui a fieira.

17. Método para fiação de fibra utilizando o conjunto de fieira como definido em qualquer uma das reivindicações 11 a 14, o dito método caracterizado pelo fato de que compreende: alimentar continuamente uma matéria-prima na forma de uma solução de polímero ou polímero fundido no orifício de entrada do conjunto de fieira e ejetar a matéria-prima através dos numerosos canais de fluxo de fiação na fieira, formando uma pluralidade de filamentos contínuos, em que a matéria-prima do orifício de entrada flui através da passagem de fluxo divergente e então radialmente para dentro do espaço entre a base do guia de fluxo e a superfície superior da fieira, enchendo o dito espaço e, opcionalmente, compreende adicionalmente um estágio de purga preliminar antes de alimentar a matéria-prima no orifício de entrada, o estágio de purga preliminar compreendendo: alimentar continuamente uma matéria-prima na forma de uma solução de polímero ou polímero fundido através de um conjunto parcial, que compreende o guia de fluxo afixado à tampa, mas não compreende a fieira ou o invólucro, por um período de tempo, fazer com que a matéria-prima flua através da passagem de fluxo divergente; inspecionar a matéria-prima descarregando a partir da passagem de fluxo divergente, em que o dito estágio de purga preliminar ocorre antes da montagem do conjunto de fieira completo que inclui a fieira e o invólucro.

18. Uso do conjunto de fieira como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de ser em um método de fiação de fibra para formar filamentos de fibra contínuos, preferencialmente filamentos de fibra de carbono contínuos.