BRPI0613256A2 - papel de aramida e processo de fabricação de papel de aramida - Google Patents
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Abstract
PAPEL DE ARAMIDA E PROCESSO DE FABRICAçãO DE PAPEL DE ARAMIDA. A presente invenção refere-se a papéis de aramida e a processo de fabricação desses papéis, em que os papéis compreendem de 5 a 65 partes em peso de fibra de aramida, 30 a 90 partes em peso de fibritas de aramida e de 1 a 20 partes em peso de carga condutora, com base no peso total da fibra, fibrilas de aramida e carga; em que os papéis possuem densidade aparente de não mais de 0,43 9/cm^3^ e índice de tensão de não menos de 60 Nm/g.
Description
"PAPEL DE ARAMIDA E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PAPEL DEARAMIDA"
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a papel de aramida eletrocondutorapropriado para proteção contra interferência de descargas eletrostáticas e/ouinterferências eletromagnéticas.
Antecedentes da Invenção
Papel de aramida NOMEX® Tipo 843 Conductive Carbon Blendconsiste de fibrilas e flocos marca NOMEX® misturados com fibras de carbonocondutoras. Este papel é disponível em versões calandradas a quente e nãocalandradas. A versão calandrada deste papel possui peso base de cerca de40 g/m2, densidade de cerca de 0,29 g/cm3 e resistência à tensão de cerca de16 N/cm, que corresponde ao índice de tensão de 40 N*m/g, e pode serfacilmente saturado com resinas de polímeros. Descobriu-se, entretanto, queeste papel não possui resistência à tensão adequada para o enrolamento emfita automatizado de condutores, o que resulta em quebra e rompimento defitas de aramida quando embaladas sob as tensões normalmente utilizadas pordispositivos automáticos de enrolamento. A versão calandrada a quente destepapel possui resistência à tensão aprimorada de cerca de 35 N/cm (índice detensão de cerca de 90 N*m/g) e é suficientemente forte para o enrolamento emfita automatizado; entretanto, este papel calandrado é menos saturável emenos moldável pois, após a calandragem, o papel resultante é mais denso(cerca de 0,64 g/cm3). A capacidade de saturação do papel é importante parapapel utilizado como isolamento elétrico, pois, em muitas aplicações, oisolamento é enrolado em volta de uma parte e a parte enrolada é impregnadaem seguida com resina de polímero para eliminar substancialmente quaisquerespaços de ar no enrolamento e para reduzir a falta de uniformidade de campoelétrico e subseqüente falha prematura do isolamento. Após o enrolamento dopapel em volta de parte de outro invólucro, o papel deve ser suficientementeporoso para permitir a passagem de resinas poliméricas através do papel paraimpregnar totalmente o papel e qualquer outro invólucro que possa estarpresente.
Também se deseja que o papel condutor possua certo nível deresistividade de superfície para evitar o acúmulo de carga e fornecerisolamento elétrico ideal na aplicação específica. Desta forma, resistividade desuperfície preferível de fitas condutoras para as camadas externas doisolamento de parede principal em estatores de motores de alta voltagemencontra-se na faixa de cerca de 100 a 400 ohms/pol2. Além disso, é muitoimportante ter processo de fabricação que permita bom controle daresistividade de superfície do papel final. A resistividade de superfície do papelNOMEX® de baixo peso calandrado a quente tipo 843 (cerca de 700 ohms/pol2na direção da máquina e cerca de 1800 ohms/pol2 na direção cruzada) é decerca de sete vezes a de papel não calandrado (95 ohms/pol2 na direção damáquina e 250 ohms/pol2 na direção cruzada).
As Patentes Norte-Americanas n° 2.999.788 de Morgan,3.756.908 de Gross e 4.481.060 de Hayes descrevem papéis com base emfibrilas de polímeros sintéticos que incluem papéis de fibrilas de poliamidaaromática (aramida) e sua combinação com diferentes fibras.
A Patente Norte-Americana n° 5.233.094 de Kirayoglu e taldescreve processo de fabricação de papel forte que compreende de 45 a 97%em peso de fibra de p-aramida, 3 a 30% em peso de fibrilas de m-aramida e de0 a 30% em peso de fibra de quartzo. O papel é produzido por meio daformação, calandragem e tratamento a quente sob alta temperatura adicionalde pelo menos 266 0C.
A Patente Norte-Americana n° 5.126.012 de Hendren e taldescreve papel de aramida com alta resistência de floco e fibrilas e fibra decarbono encontra-se entre os tipos possíveis de floco. Propriedades mecânicasnecessárias são atingidas após a compressão a quente do papel na prensa sobtemperatura de 279 0C.
A Patente Norte-Americana n° 5.316.839 de Kato et al descrevepapel de aramida com múltiplas camadas com fibras condutoras na camadacondutora da estrutura. O papel é preparado por meio de formação seguida porcompressão a quente ou calandragem a quente na temperatura de transiçãoem vidro de polimetafenileno isoftalamida (275 0C) ou acima.
Anteriormente, papéis de aramida com cargas condutorasrequeriam calandragem a quente ou compressão a quente para tornar o papelmais forte e, desta forma, apropriado para enrolamento com fita automatizado.Ao mesmo tempo, calandragem ou compressão a quente alteramsignificativamente as propriedades elétricas do papel, também reduzindo o seuvolume livre e a capacidade de saturação e impregnação por resina. O que énecessário, portanto, é papel de aramida condutor que possua as propriedadeselétricas desejadas, seja saturável por resinas e também suficientemente fortepara processamento em máquinas de enrolamento em fita automatizado.
Descrição Resumida da Invenção
A presente invenção refere-se a papel de aramida quecompreende de 5 a 65 partes em peso de fibra de aramida, 30 a 90 partes empeso de fibrilas de aramida e de 1 a 20 partes em peso de carga condutora,com base no peso total da fibra, fibrilas de aramida e carga; em que o papelpossui densidade aparente de não mais de 0,43 g/cm3 e índice de tensão denão menos de 60 Nm/g.
A presente invenção também se refere a processos de fabricaçãode papel de aramida que compreende as etapas de formação de dispersãoaquosa de 5 a 65 partes em peso de fibra de aramida, 30 a 90 partes em pesode fibras de aramida e de 1 a 20 partes em peso de carga condutora, com baseno peso total da fibra, fibrilas de aramida e carga; mistura da dispersão paraformar calda; drenagem do líquido aquoso da calda para gerar composição depapel úmida; secagem da composição de papel úmida; e tratamento a quentedo papel à temperatura de transição em vidro do polímero nas fibrilas dearamida sem consolidação do papel ou acima dela.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção refere-se a papel de aramida que compreendede 5 a 65 partes em peso de fibra de aramida, 30 a 90 partes em peso de fibrilasde aramida e de 1 a 20 partes em peso de carga condutora, com base no pesototal da fibra, fibrilas de aramida e carga, em que o papel possui densidadeaparente de não mais de 0,43 g/cm3 e índice de tensão de não mais de 60 Nm/g.Surpreendentemente, os inventores descobriram que papel forte sem alteraçõessignificativas no volume livre de papel ou resistividade da superfície pode serfabricado por meio de tratamento a quente do papel formado sob temperatura decerca ou acima da temperatura de transição em vidro do polímero de aramidadas fibrilas, mas sem aplicar pressão substancial à folha no estado aquecidopara consolidar ou comprimir o papel.
Os papéis conforme a presente invenção incluem fibra e fibrilasfabricadas com polímeros de aramida. Os polímeros de aramida sãopoliamidas em que pelo menos 85% das ligações amida (-CO-NH-) são ligadasdiretamente a dois anéis aromáticos. Aditivos podem ser utilizados com aaramida e descobriu-se que até 10% em peso de outro material poliméricopodem ser misturados com a aramida. Podem ser utilizados copolímeros quecontêm até 10% em peso de outros cloretos diácidos substituídos pelo cloretodiácido da aramida. Métodos de fabricação de fibras e polímeros de aramidasão descritos nas Patentes Norte-Americanas n° 3.063.966, 3.133.138,3.287.324, 3.767.756 e 3.869.430. Em algumas realizações preferidas dapresente invenção, os polímeros de aramida são aramidas meta e para-orientadas, em que poli(metafenileno isoftalamida) e poli(parafenilenotereftalamida) são os polímeros de aramida preferidos.
Os papéis conforme a presente invenção compreendem fibra dearamida. Em muitas realizações da presente invenção, a fibra de aramida podeapresentar-se na forma de floco ou polpa. Por "floco", indica-se fibras quepossuem comprimento de cerca de 2 a 25 milímetros, preferencialmente 3 a 7milímetros; as fibras possuem preferencialmente diâmetro de cerca de 3 a 20micrômetros, preferencialmente de 5 a 14 micrômetros. Caso o comprimentodo floco seja de menos de cerca de 2 milímetros, é difícil fabricar papéis fortese, caso o comprimento do floco seja de mais de cerca de 25 milímetros, é difícilformar teia uniforme por meio de método de deposição úmida. Caso o diâmetrodo floco seja de menos de cerca de três micrômetros, pode ser difícil produzi-locom uniformidade e capacidade de reprodução adequada e, caso seja de maisde cerca de 25 micrômetros, é difícil formar papel uniforme que possui pesobase baixo a médio. Floco é geralmente fabricado por meio de corte dosfilamentos fiados contínuos ou estopa em pedaços com comprimentoespecífico utilizando equipamento de corte de fibras convencional.
O termo "polpa", da forma utilizada no presente, indica partículas dematerial de aramida que possuem haste e fibrilas que se estendem geralmente apartir dele, em que a haste possui geralmente formato de coluna e cerca de 10 a50 micrômetros de diâmetro e as fibrilas são membros similares a cabelos finosgeralmente ligados à haste que mede apenas uma fração de micrômetro oualguns micrômetros de diâmetro e cerca de 10 a 100 micrômetros decomprimento. Processo ilustrativo possível de fabricação de polpa de aramida édescrito de forma geral na Patente Norte-Americana n° 5.084.136.
Os papéis conforme a presente invenção compreendem de 5 a 65partes em peso de fibra de aramida e, em algumas realizações, 30 a 50 partesem peso são preferidas. Acredita-se que menos de 5 partes em peso resultemem papel que é muito quebradiço e não possui propriedades de rasgosuficientes, enquanto papéis que contêm mais de 65 partes em peso de fibrasde aramida resultam em redução correspondente da quantidade de fibrilasdisponíveis na composição para ajudar a unir a composição entre si, o queresulta em redução inaceitável da resistência da tensão de papel. Em algumasrealizações da presente invenção, os tipos preferidos da fibra útil na presenteinvenção são floco de poli(metafenileno isoftalamida), polpa depoli(parafenileno tereftalamida) e floco de poli(parafenileno tereftalamida), emque floco de poli(metafenileno isoftalamida) é a fibra de maior preferência.
Os papéis conforme a presente invenção também compreendefibrilas de aramida. O termo "fibrilas", da forma utilizada no presente, indicaproduto de polímero muito finamente dividido de partículas pequenas, emforma de filme, essencialmente bidimensionais conhecidas, que possuemcomprimento e largura da ordem de cem a mil micrômetros e espessurasomente da ordem de 0,1 a 1 micrômetro. As fibrilas são fabricadas pormeio de fluxo de solução de polímero em banho de líquido coagulante queé imiscível com o solvente da solução. O fluxo de solução de polímero ésubmetido a forças de corte vigorosas e turbulência à medida que opolímero é coagulado. Fibrilas de aramida podem ser preparadas utilizandoaparelho de fibrilação, em que solução de polímero é precipitada e cortadaem uma única etapa conforme descrito nas Patentes Norte-Americanas n°3.756.908 ou 3.018.091.
Os papéis conforme a presente invenção compreende de 30 a 90partes em peso de fibras de aramida. Acredita-se que papéis que contêmmenos de 30 partes em peso de fibrilas não possuem resistência à tensãoadequada para as aplicações de maior preferência, enquanto papéis quecontêm mais de 90 partes em peso tipicamente são não apenas frágeis demaise não possuem propriedades de rasgo suficientes para muitas etapas deprocessamento, mas também esses papéis com alto teor de fibrilas possuemcapacidade de impregnação de resina muito limitada, mesmo sob baixadensidade. Em algumas realizações, os papéis de acordo com a presenteinvenção contêm preferencialmente teor de fibrilas de aramida de cerca de 35 a60 partes em peso. Em algumas realizações da presente invenção, as fibrilasde aramida preferidas de acordo com a presente invenção são fabricadas compolímero de meta-aramida, em que a meta-aramida de maior preferência époli(metafenileno isoftalamida).
A fibra e as fibrilas de aramida utilizadas no papel de acordo coma presente invenção podem ser a cor natural do filamento fiado ou podem sercoloridas por tinturas ou pigmentos. A fibra pode também ser tratada pormateriais que alterem as suas características de superfície, desde que essetratamento não prejudique a capacidade de aglutinantes de entrar em contatocom as superfícies de fibra e retê-las.
Os papéis de acordo com a presente invenção incluem cargacondutora. Por "carga condutora", entende-se qualquer forma fibrosa ou particulada(tal como pó ou floco) que possui condutividade ao longo de ampla faixa, tal comocondutividade típica de condutores de mais de cerca de 102 siemens/metro, atécondutividade típica de semicondutores de cerca de 10"8 a 102 siemens/metro). Aestrutura da carga condutora pode ser selecionada com base nas necessidades deaplicação específica e a carga condutora pode ser relativamente homogênea, em quesubstancialmente todo o volume do material pode conduzir eletricidade (tal comofibras metálicas, fibras de carbono, preto de carvão etc.) ou o material pode serheterogêneo, em que partes dielétricas e condutoras coexistem no volume domaterial (tal como partículas ou fibras revestidas metálicas ou fibras ou partículaspreenchidas com ingredientes condutores).
Os papéis de acordo com a presente invenção compreendem de1 a 20 partes em peso de carga condutora. Acredita-se que menos de umaparte em peso resulte em papel que não fornece quantidade adequada decondução para muitas aplicações, enquanto ter mais de 20 partes em pesonormalmente resulta em notável redução das propriedades mecânicas dopapel. Em algumas realizações preferidas, a carga condutora é fibra decarbono e, em outras realizações preferidas, a carga condutora é preto decarvão. A carga condutora de maior preferência que é útil em muitas versõesdo papel de acordo com a presente invenção é fibra de carbono.
Os papéis de acordo com a presente invenção possuem densidadeaparente de não mais de 0,43 g/cm3 e índice de tensão de não menos de 60 Nm/g.Estes papéis podem ser utilizados em qualquer aplicação de proteção ou descargade interferência e podem ser facilmente colados com fita e impregnados com resina.A densidade aparente descreve a razão entre peso e volume do papel e édeterminada de acordo com ASTM D202. O índice de tensão descreve a razãoentre resistência à tensão e peso base (gramatura) e é determinado de acordo comASTM D828. Em algumas realizações da presente invenção, os papéis de acordocom a presente invenção possuem peso base final de cerca de 30 a 60 g/rri2 epossuem espessura final de cerca de 0,08 a 0,16 mm.
Os papéis de acordo com a presente invenção são geralmenteimpregnados com resinas antes ou depois da sua instalação em/sobrecondutor ou dispositivo elétrico. Estas resinas incluem resinas epóxi, resinas depoliesterimida e outros sistemas de resina. Descobriu-se que é crítico que ospapéis de acordo com a presente invenção possuam densidade aparente denão mais de cerca de 0,43 g/cm3 sejam moldáveis e permitam rápidaimpregnação com resinas típicas. Densidade mais alta fornece estrutura que éconsolidada demais para que seja moldável ou permita rápida impregnação deresina. Além disso, acredita-se que a densidade aparente do papel possa serde até 0,15 g/cm3 ou menos, dependendo da aplicação, da resina utilizada e daquantidade de resina empregada.Para evitar descargas elétricas em máquinas elétricas, fitasfabricadas com os papéis de acordo com a presente invenção são geralmenteaplicadas às bobinas condutoras utilizando máquinas de enrolamento de fitasautomatizadas e concluiu-se que índice de tensão de não menos de 60 Nm/g énecessário para evitar rompimento excessivo ou rasgo dos papéis nestasmáquinas.
Ingredientes adicionais, tais como outras cargas para o ajuste deresistência de coroa do papel e outras propriedades, ou pigmentos ouantioxidantes etc. em pó, flocos ou forma fibrosa, podem ser adicionados àcomposição de papel de acordo com a presente invenção, desde que nãoafetem o aumento da densidade aparente nem reduzam o índice de tensão aténíveis inaceitáveis.
A presente invenção também se refere a processo de fabricaçãode papel de aramida que compreende as etapas de:
a. formação de dispersão aquosa de 5 a 65 partes em pesode fibra de aramida, 30 a 90 partes em peso de fibrilas de aramida e 1 a 20partes em peso de carga condutora, com base no peso total da fibra, fibrilas dearamida e carga;
b. mistura da dispersão para formar uma calda;
c. drenagem da água da calda para gerar composição depapel úmida;
d. secagem da composição de papel úmida; e
e. tratamento a quente do papel à temperatura de transiçãoem vidro do polímero ou acima nas fibrilas de aramida sem consolidação dopapel.
A primeira etapa de acordo com a presente invenção envolve aformação de dispersão de fibra de aramida, fibrilas de aramida e cargacondutora em líquido aquoso tal como água. A dispersão pode ser elaboradapor meio de dispersão das fibras e adição em seguida das fibrilas e outrosmateriais, ou por meio de dispersão das fibrilas e adição em seguida das fibrase outros materiais. A dispersão pode também ser elaborada por meio decombinação de primeira dispersão de fibras com segunda dispersão das fibrilase outros materiais. Qualquer número de possibilidades de combinação de fibra,fibrilas e outros materiais são possíveis, mas, em realização preferida, aconcentração de fibras na dispersão final é de cerca de 0,01 a 1,0% em pesocom base no peso total da dispersão. Em outras realizações preferidas, aconcentração das fibrilas na dispersão é de até cerca de 95% em peso combase no peso total de sólidos.
O líquido aquoso da dispersão é geralmente água, mas podeincluir vários outros materiais tais como materiais de ajuste de pH, auxiliares deformação, tensoativos, desespumantes e similares.
A segunda etapa no processo de fabricação dos papéis de acordocom a presente invenção é a mistura da dispersão para formar uma calda. Adispersão pode ser misturada em etapa ou recipiente totalmente separado ou adispersão pode ser misturada de forma essencialmente simultânea durante aformação e a mistura pode ser realizada no mesmo recipiente que forma adispersão. A mistura pode ser realizada por qualquer meio conhecido, tal comopor agitação da dispersão, por exemplo, por dispositivo de agitação, ou derefino da dispersão em refinador, ou em algumas realizações a mistura podeser realizada por meio de bombeamento da dispersão sob velocidade parafornecer turbulência adequada para misturar os materiais.
A terceira etapa no processo de fabricação do papel de acordocom a presente invenção envolve a drenagem do líquido aquoso da segundacalda para gerar composição de papel úmida. Em algumas realizações, olíquido aquoso é drenado da dispersão por meio de condução da dispersãosobre tela ou outro suporte perfurado, retenção dos sólidos dispersos epassagem em seguida do líquido para gerar composição de papel úmida. Ospapéis de acordo com a presente invenção podem ser formados, por exemplo,em equipamento de qualquer escala a partir de telas de laboratório paramaquinaria de fabricação de papel de tamanho comercial, tal como máquinas
Fourdrinier ou de fio inclinado.
A etapa seguinte no processo de fabricação do papel de acordocom a presente invenção envolve a secagem da composição de papel úmida.Em várias realizações do processo de acordo com a presente invenção, acomposição de papel úmida, uma vez formada sobre o suporte ou tela, éadicionalmente desidratada por meio de evaporação do líquido restanteutilizando secador, forno ou dispositivo similar conhecido na técnica para asecagem de teias e papéis.
A etapa final no processo de fabricação do papel de acordo com apresente invenção envolve o tratamento a quente do papel à temperatura detransição em vidro do polímero nas fibrilas ou acima sem consolidação do papel.Para transição em vidro de poli(m-fenileno isoftalamida), é de cerca de 275 0C.
O tratamento a quente pode ser conduzido em linha com aformação ou como etapa de processamento separada. Surpreendentemente,os inventores descobriram que papel forte sem alterações significativas novolume livre de papel ou resistividade de superfície pode ser fabricado por meiode tratamento a quente do papel formado sob temperatura de cerca ou acimada temperatura de transição em vidro do polímero de aramida das fibrilas, massem a aplicação de pressão substancial à folha no estado aquecido paraconsolidar ou comprimir o papel. Este processo não envolve, portanto,nenhuma das etapas de compressão preliminar ou calandragem subseqüentepara consolidar a estrutura de folha, como é típico em processos do estado datécnica. Se desejado, o papel pode ser restringido enquanto tratado a quentepara ajudar a reduzir a contração.Tratamento a quente pode ser realizado por meio de qualquermétodo conhecido de aquecimento que inclui, mas sem limitar-se aaquecimento por contato com papel que toca a superfície quente de rolosmetálicos ou outras superfícies quentes, por meio de aquecimentoconvencional, tal como aquecimento por infravermelho ou ar quente em forno.
O papel de acordo com a presente invenção é útil como materialcondutor com nível específico de propriedades elétricas para isolamento contrainterferência de descarga eletrostática e/ou interferência eletromagnética. Ele podeser utilizado, por exemplo, como fita condutora para descarga eletrostática nasranhuras dos estatores de máquinas de rotação em alta voltagem.
Métodos de Teste
Espessura e peso base (gramatura) foram determinados parapapéis de acordo com a presente invenção conforme ASTM D 374 e ASTM D646, respectivamente. Em medições de espessura, utilizou-se o método E compressão sobre a amostra de cerca de 172 kPa.
Densidade (densidade aparente) de papéis foi determinada deacordo com ASTM D 202.
Indice de tensão foi determinado com base no teste de tensão emmáquina de teste tipo Instron utilizando amostras de teste com 2,54 cm delargura e comprimento medido de 12,7 cm de acordo com ASTM D 828.
Resistividade de superfície foi medida de acordo com ASTM D257 sobre fitas com cerca de 2,54 cm de largura do papel.
Exemplos
As propriedades físicas de todas as amostras de papel fabricadasnos exemplos são exibidas na Tabela.
Exemplo 1
Dispersão aquosa foi fabricada com fibrilas de poli(metafenilenoisoftalamida) (MPD-I) nunca secas em consistência de 0,5% (0,5% em peso demateriais sólidos em água). Adicionou-se fibra de carbono a esta dispersão.Após cerca de dez minutos de agitação contínua, agregou-se água adicional eflocos de meta-aramida com agitação adicional de cerca de dez minutos paramisturar completamente os materiais e gerar calda que possui consistênciafinal de 0,35%. A calda final foi compreendida dos sólidos a seguir em peso:39% de floco de MPD-I1 50% de fibrilas de MPD-I e 11% de fibra de carbono.
As fibrilas de MPD-I foram fabricadas utilizando o método geralrevelado e descrito na Patente Norte-Americana n° 3.756.908. O floco de MPD-I apresentou densidade linear de 0,22 tex (2,0 denier), comprimento de corte de0,64 cm e módulo inicial de cerca de 800 cN/tex (vendido pela DuPont com onome comercial NOMEX®). A fibra de carbono foi fibra FORTAFIL tipo 150(comprimento de 0,32 cm), disponível por meio da FORTAFIL Inc.
A calda foi bombeada para caixa de fornecimento e dalialimentada para máquina Fourdrinier para fabricar papel que possui peso basede cerca de 30,9 g/m2. O papel foi tratado a quente em seguida por meio decontato de superfície sobre rolos metálicos aquecidos que possuemtemperatura de superfície de cerca de 320 0C e tempo de permanência emcontato de cerca de sete segundos. Fita com 2 cm de largura fabricada comeste papel foi embalada com sucesso sem quebra ou rasgo sobre bobinautilizando processo de enrolamento automatizado.
Exemplo 2
Foi preparada calda como no Exemplo 1, mas a calda final foicomposta dos sólidos a seguir em peso: 40% floco de MPD-I1 50% fibrilasde MPD-I e 10% de fibra de carbono. Papel com peso base de 50,2 g/m2foi formado sobre Fourdrinier e adicionalmente tratado a quente como noExemplo 1. Fita com 2 cm de largura deste papel foi embalada comsucesso sem quebra ou rasgo sobre bobina utilizando processo deenrolamento automatizado.Exemplo 3
Foi preparada calda como no Exemplo 1, mas a calda final foicomposta dos sólidos a seguir em peso: 44% floco de MPD-I1 50% fibrilas deMPD-I e 6% de fibra de carbono. Papel com peso base de 53,9 g/m2 foiformado sobre Fourdrinier e adicionalmente tratado a quente como no Exemplo1. Fita com 2 cm de largura deste papel foi embalada com sucesso sem quebraou rasgo sobre bobina utilizando processo de enrolamento automatizado.
Exemplo 4
Foi preparada calda como no Exemplo 1, mas a calda final foicomposta dos sólidos a seguir em peso: 60% floco de MPD-I1 40% fibrilas deMPD-I e 10% de fibra de carbono. Papel com peso base de 45,8 g/m2 foiformado sobre máquina de fio inclinado Deltaformer e adicionalmente tratado aquente como no Exemplo 1. Fita com 2 cm de largura deste papel foi embaladacom sucesso sem quebra ou rasgo sobre bobina utilizando processo deenrolamento automatizado.
Exemplo 5
172 g de calda de fibrilas de meta-aramida nunca secas aquosa(consistência de 0,58% e liberdade de 330 ml de Shopper-Riegler), 0,34 g depreto de carvão e 0,66 g de flocos de meta-aramida foram colocados juntos emmisturador de laboratório (aparelho de avaliação de polpa British) com cerca de1600 g de água e agitados por um minuto. A calda final foi composta dossólidos a seguir em peso: 33% de flocos de MPD-I, 50% de fibrilas de MPD-I e17% de preto de carvão.
Os flocos de MPD-I e fibrilas de MPD-I foram os mesmosdescritos no Exemplo 1. O preto de carvão foi Ketjenblack® EC300Jproduzido pela Akzo Nobel Co. A dispersão foi despejada, com oito litros deágua, em molde de lenço de papel com cerca de 21 χ 21 cm e formou-sefolha depositada úmida. A folha foi colocada entre dois pedaços de papelmata-borrão, espalhada manualmente com pino de rolamento e seca emsecador de lenços de papel a 190 0C. Após a secagem, a folha foi tratada aquente em posição restrita (fixada por grampos metálicos a placa de metal)em forno a 300 0C por 20 minutos.
Exemplo Comparativo A
Foi preparado papel como no Exemplo 5, mas sem tratamento aquente adicional após a secagem. Como resultado, o índice de tensão do papelfoi significativamente mais baixo que o necessário para a operação de colagemcom fita automatizada.
Exemplo Comparativo B
Foi preparado papel como no Exemplo 5, mas, em vez detratamento a quente adicional após a secagem, a folha foi passada através doespaço de calandra metal-metal com diâmetro de rolo de cerca de 20 cm sobtemperatura de cerca de 300 0C e pressão linear de cerca de 3000 N/cm.
Exemplos Comparativos CaF
Foram formados papéis conforme descrito nos Exemplos 1 a 4respectivamente, mas não se conduziu tratamento a quente adicional. Durantea colagem com fita automatizada de fitas com 2 cm de largura destes papéis,ocorreram quebras.
Exemplo Comparativo G
O papel do Exemplo 1 foi passado através do espaço de calandrametal-metal com diâmetro de rolo de cerca de 20 cm sob temperatura de cercade 300 0C e pressão linear de cerca de 1200 N/cm.
Exemplo Comparativo H
Foi formado papel conforme descrito no Exemplo 2, calandradona calandra de espaço mole à temperatura ambiente e pressão linear de 870N/cm e tratado a quente nas mesmas condições descritas no Exemplo 1.
Como se pode observar por meio da Tabela 1, o índice de tensãodos papéis de acordo com a presente invenção (Exemplos 1 a 5) varia de 61 a87 N/cm, que é próximo do índice de tensão para papel calandrado com amesma composição (Exemplos B, G e H) que varia de 68 a 85; valores dedensidade aparente para os papéis de acordo com a presente invenção(Exemplos 1 a 5), entretanto, variam de 0,28 a 0,41 g/cm3 e são quase osmesmos do papel precursor formado representado pelos Exemplos A e C a F,que variam de 0,27 a 0,40 g/cm3.
A resistividade de superfície dos papéis de acordo com a presenteinvenção também é muito próxima da resistividade de superfície dos precursoresformados (compare os Exemplos 1 e C, 2 e D, 3 e E, 4 e F, 5 e A). A maiordiferença da resistividade para papéis formados e tratados a quente contra papéisformados é para o par de Exemplos 3 e E (alteração em cerca de 2,4 vezes), masainda é muito mais baixa que após a calandragem (descrita abaixo).
Os Exemplos GeH ilustram que a resistividade de superfície depapéis calandrados com fibra de carbono é muito mais alta que a resistividadedos precursores formados representados pelos Exemplos C e D ou papelformado e tratado a quente representado pelos Exemplos 1 e 2.
Os Exemplos AeB ilustram que a resistividade de superfície depapel calandrado com preto de carvão (Exemplo B) é dez vezes mais baixaque a resistividade do precursor formado correspondente (Exemplo A).Acredita-se que esta reação, que é diferente de papéis fabricados com fibrasde carbono, deva-se à fragilidade de fibra de carbono e existe esmagamento eredução do comprimento significativa destas fibras quando são comprimidas noespaço da calandra, o que resulta em aumento correspondente da resistividadeda superfície. Este efeito pode ser menos pronunciado para papéis maispesados, mas para papéis de baixo peso praticamente importantes (60 g/m2 emenos) este é fator muito negativo. Além disso, a formação de papel maisuniforme pode reduzir a escala do efeito; entretanto, a economia da fabricaçãode papel sempre limita esta oportunidade. No caso dessa carga em pócondutora como preto de carvão, acredita-se que haja redução significativa daresistividade do papel após a calandragem devido à concentração em volumemais alta dos elementos condutores da estrutura (ou seja, as partículas) semnenhuma alteração do seu tamanho individual. O problema principal com acalandragem dos papéis com os dois tipos de cargas condutoras (fibra decarbono e preto de carvão), conforme exibido nos exemplos, é a alteraçãodramática da resistividade de superfície após a calandragem.
Tabela 1
Propriedades de Papéis
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Claims (6)
1. PAPEL DE ARAMIDA, caracterizado pelo fato de quecompreende de 5 a 65 partes em peso de fibra de aramida, 30 a 90 partes em pesode fibrilas de aramida e de 1 a 20 partes em peso de carga condutora, com base nopeso total da fibra, fibrilas de aramida e carga, em que o papel possui densidadeaparente de não mais de 0,43 g/cm3 e índice de tensão de não menos de 60 Nm/g.
2. PAPEL DE ARAMIDA, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a carga condutora é fibra de carbono.
3. PAPEL DE ARAMIDA, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a fibra de aramida é fibra de poli(metafenilenoisoftalamida).
4. PAPEL DE ARAMIDA, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a fibra de aramida é fibra de poli(metafenilenoisoftalamida).
5. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PAPEL DE ARAMIDA,caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:a) formação de dispersão aquosa de 5 a 65 partes em peso defibra de aramida, 30 a 90 partes em peso de fibrilas de aramida e 1 a 20 partes empeso de carga condutora, com base no peso total da fibra, fibrilas de aramida e carga;b) mistura da dispersão para formar uma calda;c) drenagem do líquido aquoso da calda para gerarcomposição de papel úmida;d) secagem da composição de papel úmida; ee) tratamento a quente do papel à temperatura de transição emvidro do polímero ou acima nas fibrilas de aramida sem consolidação do papel.
6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que a água é drenada da segunda calda por meio detela ou correia de fios.
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