BRPI0413942B1 - “processo para a produção de um fio compósito duplo fiado no núcleo, fio compósito duplo fiado no núcleo e dispositivo para a produção de um fio compósito duplo fiado no núcleo” - Google Patents

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“PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UM FIO COMPÓSITO DUPLO FIADO

NO NÚCLEO, FIO COMPÓSITO DUPLO FIADO NO NÚCLEO E

DISPOSITIVO PARA A PRODUÇÃO DE UM FIO COMPÓSITO DUPLO FIADO NO NÚCLEO” Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um fio compósito fiado por torção que possui um núcleo “rígido” central coberto com um revestimento de fibra duplamente fiada, bem como tecidos tecidos ou entrelaçados com o fio compósito duplo fiado no núcleo e a um método e dispositivo de produção de tal fio.

Antecedentes da Invenção [002] A presente invenção refere-se especifica mente a melhorias em fios fiados por torção que são substancialmente inextensíveis, ou seja, em que o núcleo rígido central possui um alongamento na quebra menor do que 50%. O alongamento na quebra de uma amostra de fio é o aumento do comprimento produzido pela força de quebra, expresso na forma de percentual do comprimento nominal original. Todos os valores de alongamento na quebra no presente relatório descritivo são os estabelecidos de acordo com a metodologia com base em ISO 2062, segundo a qual uma amostra de fio é estendida até o rompimento por um dispositivo mecânico apropriado e o alongamento na quebra é registrado. Utiliza-se velocidade constante de extensão da amostra de 100% por minuto {com base no comprimento da amostra). Embora o ISO 2062 faça reservas sobre a sua aplicabilidade a certos fios, o seu método é adequado para determinar se qualquer fio possui alongamento na quebra abaixo ou acima de 50%. [003] Fios fiados por torção com um núcleo central coberto com um revestimento de fibra de fiação dupla são produzidos por meio da reunião de duas fitas de fibra para formar um triângulo de fiação, alimentação do núcleo no triângulo de fiação entre as duas fitas de fibra com a última em ângulo para o núcleo e fiação das fitas de fibra unidas em volta do núcleo com uma torção de S ou Z que é a mesma ou oposta à do núcleo. [004] Tal processo chamado Siro-core-spun (que possui a vantagem de ser um processo de fiação de “uma etapa”) vem sendo bem sucedido, particularmente para a produção de fios estiráveis que são amplamente utilizados para a fabricação de tecidos estirados. Tais fios estirados possuem núcleos de elastano fabricados, por exemplo, com o poliuretano-elastano disponível através da E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, Estados Unidos, sob a marca comercial LYCRA®. [005] Os núcleos de elastano possuem tipicamente um alongamento na quebra de 400% ou mais. Durante o processo de fiação, o núcleo de elastano é traçado de 250% a 350%, de tal forma que a elasticidade do núcleo “absorve” o revestimento da fibra, levando à produção de fios compósitos elásticos com elasticidade consistente e cobertos pelo revestimento de fibra. Entretanto, ao aplicar-se o processo Siro-core-spun a núcleos substancialmente inelásticos (alongamento na quebra menor do que 50%, freqüentemente bem menos do que 50% e raramente excedendo 40%), surgem problemas. Durante o processo de fiação, é difícil orientar o núcleo inextensível para o ponto de convergência do triângulo de fiação e o núcleo é propenso a pular e quebrar. Nos fios de fiação torcidos compósitos resultantes, o núcleo tende a emergir para a superfície em pontos ao longo do fio, gerando “baixo” revestimento do núcleo. O revestimento máximo que pode ser atingido do núcleo inextensível é de cerca de 70%. Métodos de estimar o revestimento do núcleo são descritos abaixo. Quando o núcleo e o revestimento forem de cores contrastantes, isso gera uma aparência manchada no material tecido ou entrelaçado com o fio, conhecida como “Chiné”, que nem sempre é desejada.

Por estas razões, o processo Siro-core-spun não vem sendo utilizado para núcleos rígidos inelásticos em grande escala e, quando é utilizado, precauções especiais necessitam ser tomadas e existem sérias limitações no fio produzido. [006] Um processo diferente de fiação de fios fiados por torção com um núcleo central substancia Imente inextensível foi proposto na patente EP 0.271.418. Esta descreve um processo de produção de fio compósito por meio de alimentação do núcleo, particularmente núcleo de aramida, em que o coeficiente de torção do núcleo é a preci ave Imente menor que o seu coeficiente de torção crítico, e torção das fibras de revestimento sobre o núcleo durante a operação de fiação, de tal forma que o coeficiente de torção total do fio seja menor que o seu coeficiente de torção crítico. Mais precisa mente, o coeficiente de torção do núcleo (discutido mais abaixo) é igual ao valor do coeficiente de torção crítico do fio menos o valor do coeficiente de torção total do fio compósito multiplicado pela proporção do fio de núcleo no fio compósito. O processo da patente EP 0.271.418 apresenta a vantagem de que o fio de núcleo produzido necessariamente possui um momento de torção resultante.

Para obter fio final substancial mente sem momento de torção, dois dos fios cobertos devem ser unidos por meio da sua torção em direções opostas, como será explicado abaixo com relação à Fig. 3. Isso indica processo de fiação em duas etapas, que é menos atraente.

Descricão Resumida da Invenção [007] A presente invenção fornece um fio compósito fiado por torção substancialmente sem momento de torção (designado a seguir “substancialmente sem momento de torção") e que possui um núcleo rígido central coberto com um revestimento de fibra duplamente fiada, em que o núcleo rígido central possui um alongamento na quebra menor ou igual a 50%, uma torção Z ou S e o revestimento de fibra compreende fibras fiadas duplas torcidas no núcleo, com uma torção S ou Z oposta à do núcleo, em que as torções opostas do núcleo e do revestimento exercem momentos de torção opostos e substancialmente iguais. [008] O fio compósito de acordo com a presente invenção é substancialmente sem momento de torção por meio de “cancelamento” das forças de torção substancialmente iguais e opostas do núcleo e do revestimento, como será adicionalmente discutido abaixo com referência às Figs. 1 e 2. [009] Outro aspecto principal da presente invenção é um processo para a produção de um fio compósito fiado por torção substancialmente sem momento de torção que possui um núcleo rígido central coberto com um revestimento de fibra duplamente fiada, em que o núcleo rígido central possui um alongamento na quebra menor do que 50%. O processo de acordo com a presente invenção compreende as etapas a seguir: união de duas fitas de fibra para formar um triângulo de fiação; alimentação do núcleo rígido central substancialmente inextensível no triângulo de fiação entre as duas fitas de fibra com a última em um ângulo para o núcleo central, em que o núcleo alimentado é orientado no triângulo de fiação e possui uma torção Z ou S que é sobretorcida em relação à torção do fio compósito terminado; controle da velocidade de alimentação do núcleo no triângulo de fiação para compensar o ângulo entre as fitas de fibra e o núcleo e o alongamento de destorção do núcleo; e fiação das fitas de fibra unidas ao redor do núcleo com uma torção S ou Z oposta à do núcleo e correspondente a cerca de 30% a cerca de 70% da torção do núcleo sobretorcido alimentado para obter o mencionado fio compósito fiado no núcleo substancialmente sem momento de torção. [010] Um aspecto principal adicional da presente invenção é um dispositivo para a produção de um fio compósito fiado por torção substancialmente sem momento de torção que possui um núcleo rígido central coberto com um revestimento de fibra duplamente fiada, em que o núcleo rígido central possui um alongamento de quebra menor do que 50%, o núcleo possui um enrolamento Z ou S e o revestimento de fibra possui um enrolamento S ou Z oposto ao do núcleo. O dispositivo de acordo com a presente invenção compreende: meios para unir duas fitas de fibra em um triângulo de fiação; meios para alimentar o núcleo rígido central substancia!mente inextensível no triângulo de fiação entre as duas fitas de fibra, em que o núcleo é orientado no triângulo de fiação com as duas fitas de fibra em um ângulo para o núcleo central, sendo que o núcleo possui um enrolamento Z ou S que é sob retorcido em relação à torção do fio compósito terminado; meios para controlar a velocidade de alimentação do núcleo no triângulo de fiação para compensar o ângulo entre as fitas de fibra e o núcleo e o alongamento de destorção do núcleo; e meios para a fiação das fitas de fibra unidas em volta do núcleo com um enrolamento S ou Z oposto ao do núcleo e correspondente a cerca de 30% a cerca de 70% da torção do núcleo rígido central sobretorcido alimentado para obter o mencionado fio compósito fiado no núcleo substanciai mente sem momento de torção, [011] A presente invenção também cobre um tecido tecido ou tricotado a partir de um o fio compósito fiado por torção essencialmente sem momento de torção que possui núcleo rígido substancial mente inextensível e um revestimento de fibra duplamente fiada conforme descrito acima e a seguir.

Breve Descrição das Figuras [012] Nas figuras anexas fornecidas como forma de exemplo: - a Figura 1 é uma representação esquemática de um fio compósito fiado por torção substancialmente sem momento de torção de acordo com a presente invenção; - as Figuras 2A e 2B são diagramas que ilustram o cálculo do momento de inércia para um fio fiado por torção de acordo com a presente invenção; - a Fig. 3 é uma representação esquemática de fio duplo fabricado por meio da reunião de dois fios produzidos por meio do método da patente EP 0.271,418; - a Fig. 4A é uma representação esquemática de um dispositivo de fiação de acordo com a presente invenção; - a Fig, 4B é um diagrama do triângulo de fiação do dispositivo exibido na Fig, 4A; - a Fig. 5 é um diagrama que exibe uma disposição de rolos para alimentar o núcleo e as fitas de fibra para o triângulo de fiação;

- a Fig, 6 é uma seção cruzada em diagrama ao longo da linha VI-VI da Fig. 5 que ilustra os meios para orientar o núcleo, em que este último não é exibido; - a Fig, 7A é uma fotografia de um exemplo de fio fiado com núcleo compósito produzido de acordo com a presente invenção; -a Fig, 7Béuma fotografia correspondente de fio comparativo; - a Fig, 8A é uma fotografia de outro exemplo de fio compósito fiado no núcleo produzido de acordo com a presente invenção; e - a Fig, 8B é uma fotografia correspondente de outro fio comparativo.

Descrição Detalhada da Invenção Fio Compósito Fiado Por Torção Substancialmente Ihextensível e Sem Momento de Torção [013] Segundo a presente invenção» um fio compósito substancial mente ioextensível e sem momento de torção (10) é fiado por torção com um núcleo rígido central essencialmente inextensível (20) que possuí um revestimento (30). [014] O núcleo (20) possui um alongamento na quebra menor do que 50%. Os núcieos/fios que são substancialmente inelásticos possuem tipicamente um alongamento na quebra bem abaixo de 50%, normalmente abaixo de 40%. Por outro lado, caso um núcleo/fio seja extensível, o seu alongamento na quebra normalmente está bem acima de 50%, tipicamente várias centenas por cento. É, portanto, fácil diferenciar entre núcleos substancialmente inelásticos e núcleos elásticos, utilizando o valor de alongamento na quebra “menor do que 50%” como valor de fácil administração para o propósito de diferenciação. [015] O núcleo (20) é convenientemente selecionado a partir de monofilamentos, filamentos múltiplos, fios fiados e seus compósitos. O núcleo (20) pode ser fabricado com materiais selecionados a partir de vidro, metal, filamentos e fibras sintéticas, fibras e multifilamentos de carbono, fibras artificiais, fibras naturais, fibras antiestáticas e seus compósitos, de acordo com as características desejadas e a aplicação pretendida do fio compósito fiado por torção final 10. [016] Para muitas aplicações, um núcleo (20) feito de fibras de aramida é vantajoso. As fibras de meta-aramida disponíveis comercialmente (tais como as disponíveis com a marca comercial NOMEX® da E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, Estados Unidos), possuem um alongamento na quebra na faixa de 20 a 30%. Fibras de para-aramida disponíveis comercialmente (tais como as disponíveis com a marca comercial KEVLAR® da E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, Estados Unidos) possuem um alongamento na quebra na faixa de 0 a 5%.

Outros materiais de núcleo podem ser utilizados, dependendo da aplicação.

Um núcleo feito de fibras de vidro possui tipicamente um alongamento na quebra de 0 a 5%, enquanto os feitos de poliéster e algodão possuem tipicamente um alongamento na quebra de 5 a 30%. [017] O revestimento (30) pode ser feito de vidro, metal, filamentos sintéticos, fibras e multifilamentos de carbono, fibras antiestáticas fibras naturais, artificiais ou sintéticas e seus compósitos, selecionadas de acordo com a função e características desejadas do fio. O revestimento de fibra (30) pode ser um revestimento funcional que proporciona pelo menos um dentre: alta visibilidade (tal como viscose tingida), baixa fricção (tal como PTFE), reforço (tal como para-aramidas), resistência à luz (tal como fibras pigmentadas), aparência estética (tal como meta-aramidas ou viscose), proteção contra raios UV (tal como fibras protetoras contra raios UV), proteção do núcleo (tal como poliéster, poliamida, viscose, PVA ou álcool polivinílico), resistência à abrasão (tal como meta- ou para-aramidas), proteção contra o calor e desempenho térmico (tal como meta-aramidas, PBI, polibutilimida, PBO, polibenzoxazol, POD ou poli-p-fenilino oxadiazol), resistência ao fogo (tal como meta-aramidas, PBI ou PBO), resistência ao corte (tal como para-aramidas ou HPPE, polietileno de alto desempenho), proteção contra adesão de metais fundidos (tal como misturas de lã e viscose), adesão (tal como lã), efeito antiestático (tal como fibras de aço, carbono ou poliamida), efeito antibacteriano (tal como cobre, prata ou quitosano) e conforto (tal como lã, algodão, viscose, meta-aramidas ou poliéster modificado disponível através da E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, Estados Unidos, sob a marca comercial Coolmax®). As fibras do revestimentos mencionadas são indicadas simplesmente como forma de exemplos; muitos tipos diferentes de fibras podem ser empregados para o revestimento. [018] Para algumas aplicações, particularmente alta visibilidade e estética, o revestimento (30) pode ser convencionalmente fabricado com fibras de viscose. [019] Utilizando o processo e dispositivo descritos em detalhes abaixo, o núcleo rígido central (20) do fio substancialmente inextensível e substancialmente sem momento de torção (10) pode ser coberto até qualquer grau apropriado conforme desejado pela aplicação pretendida. O percentual de revestimento do núcleo (20) pode ser estimado por meio de inspeção visual das fibras compostas, espectalmente quando os núcleos e os revestimentos forem de cores contrastantes. Esta estimativa pode ser realizada direta mente ou utilizando fotografias ou imagens de vídeo, como nos Exemplos abaixo.

Tipicamente pelo menos 70% do núcleo (20) são cobertos pelo revestimento de fibra (30), mas uma das vantagens específicas da presente invenção é que é possível atingir um revestimento de pelo menos 90% e até 95 a 100%, cuja obtenção foi muito mais difícil ou até impossível através dos métodos de fiação por torção do estado da técnica para fibras compostas fiadas no núcleo substancial mente inextensíveis. [020] O núcleo (20) constitui tipicamente de 10 a 30% em peso do peso total do fio compósíto (10). O núcleo (20) pode possuir qualquer massa linear apropriada para o processo de fiação de núcleo. A sua massa linear é tipicamente de 5 a 20 tex (tex = 1000 x massa (g)/comprimento (m)}. A massa de núcleo é definida pela densidade linear do núcleo (20) (massa por unidade de comprimento) medida por meio do método de fibras conforme descrito pela norma ISO 2060. A massa da fibra do revestimento é definida como a diferença da densidade linear do fio final reduzida pela densidade linear do núcleo. A massa linear do fio compósíto é tipicamente de 20 a 120 tex e a do revestimento é tipicamente de 15 a 100 tex.

Momento de Torção do Fio [021] Gonforme ilustrado esquematicamente na Fig. 1, o fio compósíto (10) de acordo com a presente invenção substancialmente não possui momento de torção por meio de "cancelamento” das forças de torção substancial mente iguais e opostas Ti do núcleo (20) e T2 do revestimento (30), conforme indicado pelas setas. O fio compósíto de acordo com a presente invenção, que substancial mente não possui momento de torção, não apresenta tendência de torção. Além disso, quando dois fios substancial mente sem momento de torção (10) (ou seções de fios) vêm a tocar-se, eles não possuem tendência a dobrar. [022] A presença ou ausência de momento de torção em fios pode ser verificada por meio de um teste simples, conforme segue. Um comprimento de fio é mantido em posição aproximadamente horizontal com braços estendidos, ou seja, com o fio horizontal ocupando 100% do seu comprimento. Em seguida, as duas mãos são lentamente unidas, permitindo que o fio se incline. À medida que as mãos se unem, caso o fio possua momento de torção inerente, o fio enrola-se em espiral à medida que se reúne.

Quando as mãos se encontram, o fio enrolado é entrelaçado e é difícil separá- lo de novo. Por outro lado, caso o fio não possua nenhuma ou substancialmente nenhuma momento de torção, à medida que as mãos se unem, o fio permanece sem se entrelaçar ou no máximo possui apenas algumas ondulações, de forma que, quando as mãos se encontram, elas podem ser facilmente movidas para trazer o fio de volta à sua posição horizontal inicial. [023] O coeficiente de torção é fator α que fornece a relação do nível de torção de um fio com a raiz quadrada da sua densidade linear expressa em “contagem métrica de algodão” (também denominada “número métrico” Nm). A contagem métrica de algodão é definida pelo comprimento em metros de um grama de fio.torção (voltas por metro) = α |-Nm- [024] A momento de torção também é definida como a força resultante em um fio por meio da qual o fio tende a desenrolar-se ou, como outra conseqüência, para que os fios se “dobrem” entre si. [025] A Fig. 2 ilustra em diagrama um fio sem momento de torção compósito de acordo com a presente invenção cujo núcleo (20) possui diâmetro dnúcieo e cujo revestimento (30) possui diâmetro dtotai· O momento de inércia J do fio fiado com núcleo (10) pode ser definido como: Jnúcleo — π/32 d núcleo 6 Jrevestimento — Tt/32 (d total " d núcleo)- [026] No caso em que o fio é composto de fibras diferentes no núcleo e no revestimento, fator de correção G (Módulo de inércia do material) necessita ser introduzido a fim de compensar os diferentes comportamentos de momento de torção. [027] Por fim, a momento de torção descrita anteriormente é criada pelo momento aplicado de torção T: T (momento aplicado de torção) = G (módulo de inércia do material) X J (Momento de inércia) X Φ (voltas por metro) [028] Em que φ é a torção em voltas por metro (tpm) aplicada às fibras no fio. [029] O nosso objetivo é de equalizar o momento de torção aplicado do núcleo (20) com o momento aplicado de torção do revestimento.

Isso é atingido por meio de: Φ remanescente no núcleo / Φ fio final = G material de revestimento / G material do núcleo X J revestimento / J núcleo- [030] Este é representado esquematicamente na Fig. 2 que demonstra que a força F1 que age sobre a periferia do núcleo (20) e que é a soma Σίι das forças de torção fi que agem no núcleo (20) é igual e oposta à força F2 aplicada sobre a periferia do núcleo (20) pelo revestimento (30) e que é a soma Σί2 das forças de torção f2 que agem no revestimento (30). [031] Durante a produção do fio compósito (10) de acordo com a presente invenção, o núcleo (20) é inicialmente sobretorcido e destorce-se durante a fiação para produzir o fio compósito sem momento de torção (10).

Esta destorção gera alongamento do núcleo (20) e, por esta razão, a velocidade de alimentação do núcleo (20) necessita ser ajustada para compensar esta destorção em fator de compensação k. Este fator k para compensar o alongamento de destorção do núcleo (20) é medido empiricamente para cada núcleo com relação às suas dimensões e propriedades físicas, seja por meio de teste na máquina de fiação utilizada no processo ou utilizando máquina de medição de torção de laboratório. [032] O núcleo (20) possui preferencialmente um coeficiente de torção inicial α na faixa de 70 a 120 voltas x g1/2 x m'3'2, em que: a = torção/(1000/tex)'1/2; e tex = 1000 x massa (g)/comprímento (m). onde o núcleo rígido no fio compósito duplamente fiado possui um coeficiente de torção a na faixa de 35 a 60 voltas x g1'2 x rrr3'2. [033] O coeficiente de torção no núcleo compósito pode ser o mesmo coeficiente de torção do revestimento. Entretanto, a torção em voltas por metro será diferente. [034] Se tomarmos, por exemplo, valor de coeficiente de torção de 80 para o núcleo inicial (20) que possui valor Nm de 100, temos: Torção = a Torção = 80 (100)1/2 = 800 tpm. [035] O revestimento (30) do fio finai (10) também possui valor de coeficiente de torção de 80, mas valor Nm de 25, logo temos: Torção = 80 (25)1'2 = 400 tpm. [036] A torção resultante no núcleo fiado (20) é, portanto, 800Z - 400S = 400Z.

Comparação Com o Estado da Técnica [037] Para fins de comparação, a Fig. 3 exibe esquematicamente um fio fiado por torção compósito (10’) produzido por meio do processo da patente EP 0.271.418. O fio (10') produzido por meio deste processo compreende um núcleo (20’), partícula rmente um núcleo de aramida, com revestimento (30’). Cada fio é fiado com o coeficiente de torção do núcleo (20’) aprecia1veimente menor que o seu coeficiente de torção crítica. As fibras do revestimento (30') são fiadas sobre o núcleo (20*) de tal forma que o coeficiente de torção total do fio (10’) seja menor que o seu coeficiente de torção crítica.

Isso gera fio fiado por torção que possui núcleo (20’) com torção ti rodeado por revestimento (30') torcida na mesma direção com torção Como cada fio individual (10') é torcido, para produzir um fio composto com momento de torção neutra, dois dos fios cobertos (10’) devem ser montados após a fiação pormeiodasua torção em direções opostas com torção aplicada T1 oposta a ti, t2, conforme ilustrado na Fig. 3. Isso produz um fio duplo geral que não possuí momento de torção, mas indica processo de fiação em duas etapas. [038] Por outro lado, segundo a presente invenção, um fio fiado com núcleo compósíto com momento de torção neutra é obtido em um processo de fiação de uma etapa.

Processo E Dispositivo De Fiação Por Torção De Acordo Com A Presente Invenção [039] No processo de produção do fio com pó sito fiado por torção substancial mente sem momento de torção e substancialmente inextensível descrito acima (10), duas fitas de fibra (30A) e (30B) que compõem a alimentação de fibra para o revestimento (30) são alimentadas em triângulo de fiação (40) inclinado em ângulo Θ para o núcleo rígido central (20), conforme ilustrado nas Figs. 4A e 4B. As fitas de fibra (SOA) e (30B) são alimentadas para o triângulo de fiação (40) em velocidade V e o núcleo (20) é alimentado para o triângulo de fiação (40) em velocidade próxima a k.V.cosÚ, em que k é o fator mencionado acima que compensa o alongamento por destorção do núcleo (20). [040] Tal controle de velocidade, combinado com a orientação precisa descrita abaixo do núcleo (20), garante que as fitas de fibra (30A) e (30B) e o núcleo (30) encontrem-se no ponto de convergência (41) do triângulo de fiação (40) sob condições de fiação ideais, evitando problemas particularmente relativos à inextensibilidade do núcleo (20) e sua torção excessiva. [041] Conforme ilustrado, as duas fitas de fibra inclinadas (30A), (30B) são tipicamente obtidas por meio da alimentação a partir de duas mechas paralelas (30C), (30D), o que pode ser atingido utilizando equipamento conhecido que é adaptado de forma que o núcleo rígido substancialmente inextensível e sobretrançado (20) seja orientado e dirigido para o triângulo de fiação (40) a uma velocidade controlada, conforme explicado acima. Tal velocidade controlada do núcleo (20) é ajustada por um direcionador positivo sobre o núcleo (20) ou por freagem do núcleo sobrealimentado (20). O direcionador positivo pode ser fornecido por meio da inserção de mecanismo de engrenagem na cadeia cinemática do quadro de fiação, ou utilizando um motor individual com controle especial. A freagem do núcleo (20) pode ser atingida por meio de um rolo de freagem ou outro meio convencional. [042] As duas fitas de fibra (30C), (30D) são unidas no triângulo de fiação (40) por meio de passagem por um rolo de alimentação (50) que possui superfícies de orientação lisas laterais (51) para as fitas de fibra (30C), (30D), em que tal rolo de alimentação (50) coopera com um rolo frontal (60), vide a Fig. 5. O núcleo (20) é orientado no triângulo de fiação (40) por meio de passagem através de uma ranhura de orientação (52) em posição central sobre o rolo de alimentação (50). Para garantir a orientação precisa do núcleo (20) na ranhura (52), o núcleo é alimentado sobre um rolo centralizador (55) que coopera com o rolo de alimentação (50). Conforme exibido na Fig. 6, o rolo centralizador (55) possui uma ranhura de orientação prévia central em forma de V (56). [043] A ranhura de orientação (52) é vantajosamente de uma seção cruzada substancialmente em forma de U, em que a largura e a profundidade da ranhura (52) são suficientes para receber o núcleo rígido (20).

Entretanto, uma ranhura (52) de outro formato pode ser utilizada desde que oriente bem o núcleo rígido (20) e evite que ele pule sobre a superfície cilíndrica (51) do rolo de alimentação (50). A largura da ranhura (52) é selecionada em função do tamanho do rolo de alimentação e é suficientemente pequena para evitar que as fitas de fibra “livremente deslizantes” (30A), (30B) arrisquem-se se mover sobre a superfície suave do rolo de alimentação (50) e entrem na ranhura (52) . Por outro lado, a ranhura (52) deve ser suficientemente grande para poder receber o núcleo (20) e permitir o movimento do núcleo (20) na ranhura (52) independentemente do movimento do rolo (50). Forma preferida para a ranhura (52) é forma de U com lados frontais planos e extremidades chanfradas.

Tipicamente, a ranhura (52) possui 1 a 3 mm de largura e 1 a 20 mm de profundidade. A profundidade da ranhura é limitada pela necessidade de reduzir o atrito do núcleo (20) contra os lados da ranhura (52), de forma que, em princípio, quanto mais larga a ranhura (52), mais profunda ela pode ser. [044] A ranhura de orientação prévia em forma de V (56) no rolo central (55) pode ser mais larga que a ranhura (52). As dimensões da ranhura de orientação prévia (56) não são críticas; o que conta é que o ápice da ranhura de orientação prévia (56) seja centralizado exatamente sobre o centro da ranhura de orientação (52), de forma a alimentar o núcleo (20) precisa e centralmente no meio da ranhura (52), evitando o contato do núcleo (20) com as extremidades da ranhura (52). A ranhura de orientação prévia (56) pode ser similar às ranhuras em forma de V conhecidas utilizadas para alimentar um núcleo elastomérico sobre um cilindro de alimentação sem ranhuras no processo Siro-core-spun convencional. No novo processo, a ranhura em forma de V é utilizada para novo propósito, para garantir o posicionamento perfeito do núcleo (20) na ranhura de orientação central (52). [045] O núcleo de alimentação (20) tende a pular como resultado de tensões criadas devido à baixa elasticidade do núcleo (20) e forças variáveis que atuam no ponto de convergência (41). Passando o núcleo (20) precisa e centralmente na ranhura central (52) conforme descrito, ela é firme e regularmente mantida e orientada com muito pouca folga até o ponto de convergência (41). Isso resulta, por um lado, em menos quebra do núcleo (20) e/ou fitas de fibra (30A), (30B) e, por outro lado, revestimento mais regular e completa do núcleo (20) por seu revestimento (30) no fio compósito resultante (10). [046] O núcleo alimentado (20) é inicialmente torcido na direção S ou Z com torção que é sobretorcida com relação à torção da direção de fio compósito terminada. Durante a operação de fiação, as fitas de fibra unidas (30A), (30B) são fiadas em volta do núcleo (20) com torção oposta à do núcleo (20) e correspondente a cerca de 30% a 70% da torção do núcleo sobrealimentado. Durante a fiação, o núcleo (20) será obrigado a torcer na direção oposta da sua torção original. Este processo é denominado destorção.

Durante a destorção, o núcleo (20) se alongará naturalmente à medida que a orientação das fibras individuais esteja mais próxima da paralela ao eixo do fio.

Por esta razão, a velocidade de alimentação do núcleo (20) é ajustada para compensar este alongamento, conforme descrito acima. [047] Como resultado da destorção do núcleo (20) durante a fiação e por meio de seleção do grau de torção oposta das fitas de fibra (30A), (30B) em função das massas e dimensões relativas do núcleo (20) e do revestimento (30), a fibra composta resultante (10) possui momento de torção neutra em que a momento de torção do núcleo (20) é contrabalançada pela momento de torção do revestimento (30), conforme descrito acima com referência à Fig. 2.

Exemplos [048] A presente invenção será descrita adicionalmente nos Exemplos a seguir.

Exemplo 1 [049] Este exemplo foi realizado em uma máquina de fiação de laboratório, aparelho de teste de fiação SKF 82 equipado com braços do tipo PK 600 projetados para processamento de fibras básicas longas também denominado fiação Worsted. [050] O fio de núcleo (20) foi um fio de fiação de para-aramida KEVLAR® preto com 100 dtex (Nm 100/1). Este fio de núcleo foi fiado com fibras KEVLAR® partidas por estiramento que possuem comprimento de cerca de 100 mm, fiadas na direção Z com 800 voltas/metro. O fio foi previamente fervido. [051] A fibra do revestimento (30) foi uma fibra de meta-aramida NOMEX® com comprimento de corte de cerca de 100 mm. Esta fibra foi preparada em duas fitas de fibra de 6666 dtex (Nm 1,5) cada. Foi utilizado um espaçador de fiação Siro. A máquina foi ajustada com ajuste pré-deposição de 1,5 e deposição principal de 22 segundo laminação das fitas de fibra iniciais de 6666 dtex para 6666/1,5/22 = 202 dtex. [052] O fio de núcleo foi alimentado positivamente em velocidade de 16 m/min utilizando um sistema de controle de direcionamento de fio. Com este propósito, o fio de núcleo passou entre um conjunto de rolos dirigidos à velocidade dada e um rolo metálico revestido com borracha pesado. [053] O fio de núcleo foi desviado para o rolo de centralização (55) e encaixado na ranhura de orientação fina (52) no rolo de alimentação (50). Esta ranhura de orientação (52) possuía seção cruzada aproximadamente em forma de U, 0,5 mm de largura, 1 mm de profundidade. A velocidade do rolo de alimentação (50) foi ajustada em 17,5 m/min. [054] Por fim, o fio fiado com núcleo compósito resultante utilizando fibra de meta-aramida NOMEX® Ecru (cor natural) no revestimento foi fiado na direção S com velocidade de 7500 voltas por minuto, atingindo torção resultante de 420 tpm para as fibras do revestimento e contagem final de (501 dtex) Nm 19,946. O fio final foi fervido. [055] A Fíg. 7A é uma fotografia do fio fiado com núcleo compósito resultante (10) tomado sob microscópio utilizando luz de uma lâmpada de arco curto Mercury. Como se pode observar, o núcleo é bem coberto, praticamente a 100%. O fio fíado com núcleo compósito resultante também é substancialmente neutro, ou seja, virtualmente com momento de torção zero. [056] A Tabela I resume as condições descritas acima para o Exemplo 1, bem como as condições correspondentes para o Exemplo 2 (Comparativo), Exemplo 3 e Exemplo 4 (Comparativo).

Exemplo 2 (Comparativo^ [057] Este Exemplo Comparativo duplicou as condições do Exemplo 1, exceto pela substituição do rolo de alimentação ranhurado especial por um rolo de alimentação não ranhurado padrão e o fio de núcleo não foi alimentado em velocidade controlada utilizando direcionamento positivo, mas foi alimentado sobre o rolo de alimentação (cilindro) da forma normal. [058] A Fig. 7B é uma fotografia como a Fig, 7A do fio comparativo resultante. Pode-se observar a partir da Fig, 7B que o '‘núcleo” preto do fio resultante foi enrolado em espiral com o “revestimento” enrolado em espiral com coloração mais clara. O “núcleo” preto espiral é claramente visível. O fio resultante, ao contrário de conforme a presente invenção, não possui núcleo central coberto pelo revestimento, mas os dois são enrolados juntos, formando um fio torcido compósito. O núcleo deste fio composto praticamente não é coberto, Podemos afirmar que o revestimento é de praticam ente 0%, Exemplo 3 [059] O Exemplo 3 repete o Exemplo 1, exceto pelo fato de que o núcleo foi KEVLAR® amarelo, O valor de deposição principal foi ajustado em 28, A tensão do fio do fio fiado também foi levemente aumentada utilizando transportador de anel diferente. [060] A Fig. 8A exibe o fio compósito resultante, que é bem coberto, também praticamente 100%.

Exemplo 4 (Comparativo) [061] Este Exemplo Comparativo duplicou as condições do Exemplo 3, exceto pelo fato de que o rolo de alimentação ranhurado especial foi substituído por rolo de alimentação não ranhurado padrão e o fio de núcleo não foi alimentado em velocidade controlada utilizando direcionador positivo, mas sim alimentado sobre o rolo de alimentação (cilindro) da forma normal. [062] A Fig. 8B é uma fotografia como a Fig. 8A do fio comparativo resultante. Pode-se observar a partir da Fig. 8B que o "núcleo" amarelo do fio resultante foi enrolado em espiral com o "revestimento” enrolada em espiral com coloração mais clara. O “núcleo" amarelo espiral é claramente visível. O fio resultante, ao contrário de conforme a presente invenção, não possui núcleo central coberto pelo revestimento, mas os dois são enrolados entre si, formando um fio torcido compósito. O núcleo deste fio compósito praticamente não é coberto. Podemos afirmar que o revestimento é de praticamente 0%. Além disso, a seção fotografada exibe o "núcleo” amarelo eclodindo do fio fiado por torção.

Exemplo 5 [063] Este Exemplo foi realizado em máquina de fiação comercial de tamanho total adaptada especialmente para operar de acordo com a presente invenção, para produzir fio compósito de alta visibilidade que possuí um núcleo (20) de fibra básica de poli(mefa-fenileno isoftalimida) (MPD-I) e o revestimento (30) de viscose retardante de chama ondulada (FRV) que é uma fibra celulósica regenerada que incorpora fósforo livre de cloro retardante de chama e pigmento que contém enxofre, disponível sob a marca comercial “Lenzing FR”. [064] As fibras de FRV possuíam comprimento de corte de fibra básica de cerca de 5 a 9 cm e comprimento de fibra básica medido médio de 6,8 cm. As fibras de FRV foram secas em estoque separadamente em coloração amarela com alta visibilidade. Estas fibras foram preparadas de acordo com o processamento de fibras básicas longas convencionais também denominado fiação Worsted em duas fitas de fibra iniciais finas de 6666 dtex (Nm 1,5) cada. Foi utilizado um espaçador de fiação Siro. A máquina foi ajustada com ajuste pré-deposição de 1,5 e deposição principal de 22 segundo laminação das fitas de fibra iniciais de 6666 dtex para 6666/1,5/25 = 177 dtex. [065] O núcleo foi fiado a partir de fibra básica 100% po\\{meta- fenileno isoftalimida) (MPD-I) não tingida (coloração natural), que possui comprimento de corte na faixa de 8 a 12 cm e comprimento médio de fibra básica medida de 10 cm. Estas fibras básicas foram fiadas em anel em seguida em fios básicos utilizando equipamento de processamento Worsted de fibras básicas longas convencional. [066] O fio de núcleo possuía contagem de 10 tex e torção de 800 tpm na direção Z. Este fio de núcleo básico foi tratado com vapor para estabilizar parcialmente o fio e o fio fervido foi novamente enrolado em uma bobina especial projetada para cooperação com os dispositivos do quadro de fiação para fixar a bobina de fio de núcleo. A tensão do fio de núcleo foi regulada utilizando um dispositivo de freagem de fio, além de dispositivo de alimentação positivo. O fio de núcleo foi alimentado no sistema de fiação utilizando um rolo de centralização apropriado (55) sobre a ranhura de orientação central (52) no rolo de alimentação (50). O rolo de alimentação estava trabalhando com 20 m/min. A velocidade do fio de núcleo foi ajustada até valor v = 18,3 m/min. [067] O revestimento (30) foi fiado na direção S com velocidade de 9000 voltas por minuto, aplicando torção de 450 tpm na direção S. [068] O fio compósito resultante (10) possuía contagem de algodão de 20/1 ou densidade linear aproximada de 450 denier (55 dtex). Ele foi essencialmente neutro, ou seja, sem momento de torção. [069] Os fios compósitos resultantes foram tecidos em alta velocidade em combinação com meta-aramida Nm 40/2 em um tecido de tecedura especial de 282 gramas por metro quadrado. No material tecido, os fios fiados por torção compósitos de acordo com a presente invenção estavam no topo. O fio compósito resultante também foi entrelaçado em tecido de jérsei com 194 gramas por metro quadrado. Tecido entrelaçado e tecido passou no teste de alta visibilidade utilizando o método EN 471, bem como o teste de “difusão de chama limitada”, conforme definido no EN 532. [070] Este Exemplo estabelece que o método de acordo com a presente invenção pode ser realizado em grande escala sob condições de fiação em alta velocidade comerciais, gerando fio fiado torcido compósito perfeitamente satisfatório com momento de torção neutra em um processo de fiação em uma etapa e que o fio fiado torcido compósito resultante pode ser processado por meio de processos de tecedura em larga escala para produzir tecidos com propriedades desejáveis.

Claims (22)

1. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UM FIO COMPÓSITO DUPLO FIADO NO NÚCLEO (10), substancialmente sem momento de torção, possuindo um núcleo rígido central (20) coberto com um revestimento de fibra duplamente fiada (30), em que o núcleo rígido central (20) possui um alongamento de quebra menor do que 50%, que compreende: (a) a união de duas fitas de fibra {30A, 30B) para formar um triângulo de fiação (40); (b) a alimentação do núcleo rígido central (20) no triângulo de fiação (40) entre as duas fitas de fibra (30A, 30B) com a última em um ângulo para o núcleo central (20), em que o núcleo (20) alimentado é orientado no triângulo de fiação (40) e possui uma torção Z ou S que é sobretorcida em relação à torção do fio com pó sito terminado (10); (c) controle da velocidade de alimentação do núcleo (20) no triângulo de fiação (40) para compensar o ângulo entre as fitas (30A, 30B) e o núcleo (20), e para o alongamento de destorção do núcleo (20); e caracterizado pelo fato de que compreende: (d) fiação das fitas de fibra (3QA, 30B) unidas ao redor do núcleo (20), com uma torção S ou Z oposta à do núcleo (20), e correspondente a cerca de 30% a cerca de 70% da torção do núcleo (20) sobretoreido alimentado para obter um fio compósito (10) fiado no núcleo com substancial mente nenhum momento de torção,

2, PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fitas (30A, 30B) são inclinadas em um ângulo Θ para o núcleo (20) alimentado, sendo que as fitas (30A, 30B) são alimentadas para o triângulo de fiação (40) a uma velocidade V, e o núcleo rígido (20) central é alimentado para o triângulo de fiação (40) a uma velocidade próxima de k.V.cosÚ, em que k é um fator de compensação para o alongamento de destorção do núcleo (20).

3. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) é selecionado a partir do grupo que consiste em monofilamentos, filamentos múltiplos, fios fiados e seus compósitos.

4. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) e o revestimento de fibra são fabricados, independentemente, com materiais selecionados a partir do grupo que consiste em vidro, metal, fibras ou filamentos sintéticos, multifilamentos ou fibras de carbono, fibras artificiais, fibras naturais, fibras antiestáticas e seus compósitos.

5. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as duas fitas (30A, 30B) inclinadas são obtidas por meio da alimentação a partir de duas mechas paralelas.

6. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) é dirigido a uma velocidade controlada por um direcionador positivo ou por meio da freagem de um núcleo (20) sobrealimentado.

7. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que as duas fitas de fibra (30A, 30B) são unidas no triângulo de fiação (40) por meio de passagem sobre um rolo de alimentação (50) que possui superfícies de orientação lisas laterais (51) para as fitas (30A, 30B), sendo que o núcleo (20) é orientado no triângulo de fiação (40) por meio de passagem através de uma ranhura de orientação (52) em localização central sobre o rolo de alimentação (50).

8. PROCESSO, de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) conforme alimentado possui um coeficiente de torção α na faixa de 70 a 120 voltas x g1/2 x m'3/2, em que: α = torção/(1 OOO/tex)"172; e tex = 1000 x massa (g)/comprimento (m); onde o núcleo rígido no fio compósito duplamente fiado possui um coeficiente de torção α na faixa de 35 a 60 voltas x g1/2 x m'3/2.

9. FIO COMPÓSITO DUPLO FIADO NO NÚCLEO (10), obtido pelo processo conforme definido na reivindicação 1, substancialmente sem momento de torção e contendo um núcleo rígido central (20) coberto com um revestimento de fibra duplamente fiada (30), em que o núcleo rígido central (20) possui um alongamento na quebra menor do que 50%, , uma torção Z ou S e, o revestimento de fibra compreende fibras torcidas no núcleo com torção S ou Z oposta à do núcleo (20), caracterizado pelo fato de que as torções opostas do núcleo (20) e do revestimento (30) exercem momentos de torção opostos e substancialmente iguais.

10. FIO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) é selecionado a partir do grupo que consiste em monofilamentos, filamentos múltiplos, fios fiados e seus compósitos.

11. FIO, de acordo com uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) e o revestimento de fibra (30) são fabricados, independentemente, com materiais selecionados a partir do grupo que consiste em vidro, metal, fibras e filamentos sintéticos, fibras e multifilamentos de carbono, fibras artificiais, fibras naturais, fibras antiestáticas e seus compósitos.

12. FIO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) é feito de fibras de aramida.

13. FIO, de acordo com uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o revestimento (30) é feito de fibras de viscose.

14. FIO, de acordo com uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) é pelo menos 90% coberto pelo revestimento.

15. FIO, de acordo com uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) constitui de 10 a 30% em peso do fio.

16. FIO, de acordo com uma das reivindicações 9 a 15, caracterizado pelo fato de que o revestimento de fibra (30) é um revestimento funcional que fornece pelo menos um dentre: alta visibilidade, baixa fricção, reforço, resistência à luz, aparência estética, proteção contra raios UV, proteção do núcleo, resistência à abrasão, resistência contra o calor, desempenho térmico, resistência ao fogo, proteção contra adesão de metais fundidos, adesão, efeito antiestático, efeito antibacteriano e conforto.

17. FIO, de acordo com uma das reivindicações 9 a 16, caracterizado pelo fato de que o núcleo (20) possui um coeficiente de torção α na faixa de 35 a 60 voltas x g1/2 x m'3/2, em que: α = torção/(1000/tex)'1/2; e tex = 1000 x massa (g)/comprimento (m).

18. DISPOSITIVO PARA A PRODUÇÃO DE UM FIO COMPÓSITO DUPLO FIADO NO NÚCLEO (10), obtido pelo processo definido na reivindicação 1, substancialmente sem momento de torção e contendo um núcleo rígido central (20) coberto com um revestimento de fibra duplamente fiada (30), em que o núcleo rígido central (20) possui um alongamento de quebra menor do que 50%, o núcleo possui um enrolamento Z ou S e o revestimento (30) de fibra possui um enrolamento S ou Z oposto ao do núcleo, em que compreende: (a) meios para unir duas fitas de fibra em um triângulo de fiação (40); (b) meios para alimentar o mencionado núcleo (20) no triângulo de fiação (40) entre as duas fitas de fibra (30C, 30D), em que o núcleo (20) é orientado no triângulo de fiação (40) com as duas fitas de fibra (30C, 30D) em um ângulo para o núcleo (20), sendo que o núcleo (20) possui um enrolamento Z ou S que é sobretorcido em relação à torção do fio compósito terminado (10); (c) meios para controlar a velocidade de alimentação do núcleo (20) no triângulo de fiação (40) para compensar o ângulo entre as fitas (30A, 30B) e o núcleo (20), e para o alongamento de destorção do núcleo (20); e caracterizado pelo fato de que compreende: (d) meios para a fiação das fitas de fibra (30A, 30B) unidas em volta do núcleo (20) com um enrolamento S ou Z oposto ao do núcleo (20), e correspondente a cerca de 30% a cerca de 70% da torção do núcleo (20) sobretorcido alimentado, para obter o mencionado fio compósito fiado (10) no núcleo substancialmente sem momento de torção.

19. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que os meios para unir as duas fitas (30C, 30D) de fibra em um triângulo de fiação (40) compreendem um rolo de alimentação (50) que possui superfícies de orientação lisas (51) laterais para as fitas (30C, 30D), e os meios de alimentação e orientação do núcleo (20) no triângulo de fiação (40) compreendem uma ranhura de orientação (52) em posição central no rolo de alimentação (50).

20. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a ranhura de orientação (52) é de uma seção cruzada substancialmente em forma de U, e a largura e a profundidade da ranhura de orientação (52) são suficientes para receber o núcleo (20).

21. DISPOSITIVO, de acordo com uma das reivindicações 19 ou 20, caracterizado pelo fato de que compreende um rolo centralizador (55) que coopera com o rolo de alimentação (50), em que o rolo centralizador (55) possui uma ranhura de orientação prévia (56) posicionada para orientar o núcleo (20) em posição central na ranhura de orientação (52) no rolo de alimentação (50).

22. DISPOSITIVO, de acordo com uma das reivindicações 18 a 21, caracterizado pelo fato de que compreende meios para direcionar positivamente o núcleo (20) a uma velocidade ajustada ou para frear um núcleo sobrealimentado para uma velocidade ajustada.