BRPI0613819A2 - processo de fabricação de tecido - Google Patents

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BRPI0613819A2
BRPI0613819A2 BRPI0613819-5A BRPI0613819A BRPI0613819A2 BR PI0613819 A2 BRPI0613819 A2 BR PI0613819A2 BR PI0613819 A BRPI0613819 A BR PI0613819A BR PI0613819 A2 BRPI0613819 A2 BR PI0613819A2
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Bryan Benedict Sauer
Kalika Ranjan Samant
Joseph D Trentacosta
Minshon J Chiou
James C Davis
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Du Pont
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Abstract

PROCESSO DE FABRICAçãO DE TECIDO A presente invenção refere-se ao processo de fabricação de tecidos para uso em vestuário protetor com soluções de polímero viscoso a partir de um processo de tratamento do material tecido por meio da aplicação ao tecido de polímero viscoso em solução de 5 a 40% em peso com solvente, de forma que polimero penetre apenas parcialmente no tecido e penetre em e entre feixes de fibras antes da solidificação do polímero.

Description

"PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE TECIDO"
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a tratamento de tecidos para usoem vestuário protetor com soluções de polímero viscoso.
Antecedentes da Invenção
As armaduras corporais macias atuais de materiais tecidosnecessitam de alta densidade de área em peso, em parte para atingir menosde 44 mm de Deformação da Face Traseira (BFD, conforme exigido pelopadrão NIJ 0101.04 Revisão A). BFD é indicador de trauma abrupto; quantomais baixa a BFD, melhor a proteção contra trauma abrupto. Embora muitasconstruções de armadura corporal macia possam parar adequadamenteprojéteis balísticos, o choque associado a trauma abrupto pode ainda causarlesões substanciais ou morte. Como materiais tecidos e a armadura corporalmacia relacionada com eles fabricada exibem tipicamente altos valores deBFD, peso base mais alto freqüentemente é necessário para atender ao padrãoNIJ 0101.04 rev. A. As vestimentas 100% tecido Kevlar® atuais, por exemplo,pesam mais de uma libra por pé quadrado (psf) para proteção de nível Il combase no padrão NIJ. Tecidos convencionais são freqüentemente impregnados,por exemplo, com adesivos sólidos, tais como polietileno laminado ao tecido naforma de filme.
Briscoe, B. J., Motamedi, F., Role of Interfacial Friction andLubrication in Yarn and Fabric Mechanics, Textile Research Journal 1990 6(12), 697, e Briscoe, B. J., Motamedi, F., The Ballistic Impaet Charaeteristies ofAramid Fabries: The Influenee of Interface Friction, Wear 1992, 158 (1-2), 229,descrevem fluidos de polímero com viscosidade média que foram impregnadosem tecidos. Aditivos possuíam Tg baixa de -115 0C. Eles encontraram efeitolubrificante conforme esperado.
O Pedido Internacional WO 2004/074761 A1 descreve fluidos depolímero viscoelástico que foram impregnados com solvente em tecidosbalísticos e outras folhas balísticas que contêm fibras relacionadas. Faixapreferida de temperatura de transição em vidro (Tg) é de -128 0C a -40 0C.Baixas viscosidades de 0,25 Pa.s a 2,5 χ 104 Pa.s foram consideradas.
WO 00/46303 e IJS 3.649.426 descrevem tecidos de poliaramidacom suspensões de partículas espessantes de corte em bolsas ou na parte detrás de painéis de poliaramida.
Lee, Y. S. et ai (N. J. Advanced Body Armor Utilizing ShearThickening Fiuids, 23a Conferência Científica do Exército, 2002) consideramsuspensões espessantes do corte de partículas em conjunto com fibrasbalísticas.
US 5.354.605 e US 4.623.574 utilizaram elastômeros com altopeso molecular e baixo Tg como materiais de matriz adesiva para camadas defibras. Estas forneceram flexibilidade em camadas balísticas unidirecionais.
A aplicação de níveis baixos, menos de cerca de 3%, dessesadesivos sólidos a partir da fusão não é eficaz no aumento da BFD porque aresina não pode fluir substancialmente devido à alta viscosidade e, portanto, otecido é impregnado de forma incompleta e esparsa. A aplicação de níveismoderados dê adesivos sólidos a partir da fusão é eficaz no aumento da rigidezdo tecido e, portanto, no aumento da BFD, mas a V50 cai substancialmente e oconforto é sacrificado. A expressão "a partir da fusão" indica que o adesivopode ser filme originalmente sólido fundido na superfície do tecido por meio delaminaçãd ou poderá ser extrusão de camada livre de solvente fina de polímeroquente de molde deslizante sobre a superfície do tecido. Em ambos os casos,o polímero pode ficar preso sobre o lado externo da superfície de tecido e nãopode penetrar suficientemente para que seja eficaz.
A aplicação de baixos níveis de adesivos sólidos ou elastômerosa partir da solução não é eficaz porque as junções adesivas finas entre osfeixes no tecido são frágeis e não podem curar após a deformação mecânicadurante desgaste normal.
Descrição Resumida da Invenção
A presente invenção refere-se a processo de fabricação de tecidoque inclui:
fornecimento de material tecido fabricado a partir de fiocom tenacidade de pelo menos 10 gpd;
aplicação ao tecido de polímero viscoso em solução de 5 a40% em peso com solvente, em que o polímero possui Tg na faixa de -40 acerca de 0 0C; e;
evaporação do solvente, de forma que o polímero penetreapenas parcialmente no tecido, de forma que o polímero esteja localizado comos fios de fibras antes da solidificação do polímero.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção proporciona a fabricação de vestimentasbalísticas a partir de tecidos que possuem pesos base substancialmente maisbaixos que reduzem significativamente a extensão de trauma abruptoatualmente atingido com sistemas de material 100% tecido convencional. V5o eflexibilidade adequadas também são retidas. O material pode ser tecido a partirde fio que possui tenacidade de pelo menos 10 gramas por denier (gpd).
Os polímeros viscosos para aplicação ao tecido são fornecidosem solução de 5 a 40% em peso com base no peso total do polímero esolvente. O polímero possui Tg na faixa de -40 a cerca de 0 0C e viscosidade defusão de corte zero de cerca de 200.000 Pa.s (2 χ 106 poise) a1.000.000.000.000 Pa.s (1013 poise) quando medida a 20 0C. O revestimentode polímero viscoso eventualmente reside em parte entre os feixes das fibrasonde pode aumentar mais eficientemente a fricção de deslizamento de feixesem percentuais em peso relativamente baixos do material de revestimento depolímero. Feixes são múltiplos filamentos ou fibras (ou seja, fios) que compõemos tecidos. Sem necessitar de restrições a nenhuma teoria, acredita-se que,embora parte do polímero possa penetrar nos feixes, quantidade eficaz podeser mantida fora dos feixes para atingir o efeito desejado. Isso é obtido pormeio da combinação de viscosidade relativamente alta e a velocidaderelativamente alta de evaporação do solvente. Esta combinação pode sercontrolada para obter faixa de penetração. Desta forma, o polímero pode estarlocalizado principalmente sobre um lado do tecido, mas pode estar localizadoparcialmente sob os feixes ou pode fluir parcialmente através do tecido para osfeixes sobre o lado não revestido.
Os polímeros líquidos viscosos que reagem ao estiramento compeso molecular ponderai médio (Mw) e temperatura de transição em vidro (Tg)adequados são descritos no pedido de patente copendente, designadointernamente como KB-4800, também atribuído à DuPont. Esta aplicação deadesivo é fundamental para maximizar a quantidade de fibra balística em dadopeso base a fim de reter alta V50. Além disso, isso é atingido com BFD mais alta.
Na presente invenção, a viscosidade da solução de polímero e arápida evaporação de solvente limitam o fluxo da solução de polímero para osfeixes multifilamentares. Desta forma, o polímero eventualmente reside emparte em camadas mais firmes e espessas entre os feixes, pois a evaporaçãodo solvente o fixa no lugar. Além disso, tecidos tratados com estes adesivoslíquidos (mas altamente viscosos) são autocurantes, ao contrário dosimpregnados com elastômeros sólidos. O uso desses adesivos líquidosviscosos que possuem estes atributos não foi considerado no estado datécnica.
Óleos de acabamento são freqüentemente utilizados nafabricação de materiais tecidos e tendem a reduzir esta fricção de deslizamentode feixes devido à adesão reduzida destes adesivos fracos e, desta forma,aumentam a BFD (ou seja, tornam-na pior). O uso de revestimento porpulverização de soluções moderadamente viscosas, junto com remoçãoadequada de óleos de acabamento, também fornece a mesma impregnação defeixes incompleta, gerando boa BFD. O estado da técnica não lidou com aremoção de acabamento para modificar interfaces nesses sistemas balísticoscom baixa adesividade.
Embora não seja lista exaustiva, outros métodos de revestimentopodem ser utilizados, tais como bisturis, revestimento de transferência erevestimento de extrusões de solução de molde deslizante. Isso é feito em níveismais baixos de adição de polímeros que o demonstrado no estado da técnica.
Revelou-se, surpreendentemente, que a lavagem, ou seja, aremoção de acabamento por meio de enxágüe aquoso de duraçãorelativamente curta do tecido fornece eficácia suficiente de polímero que reageao estiramento para gerar baixos valores de BFD. Tipicamente, lavagemdesigna remoção de acabamento por meio de enxágüe aquoso para removergrande percentual do óleo de acabamento mas, neste caso, lavagem designa aremoção de quantidade relativamente menor de óleo de acabamento. Oenxágüe do tecido é realizado em banhos aquosos à temperatura ambiente einclui quatro ciclos de mergulhamento em banhos aquosos com excesso deágua removido por meio de compressão entre os ciclos. O tecido foi finalmenteaquecido em seguida a cerca de 70 0C por cerca de 45 segundos sob suavevácuo para secar o tecido por meio de suave remoção da água. Aquecimentoapós o revestimento para secagem após a aplicação de revestimento compolímero emprega tempo suave e ciclo de temperatura similares. No caso depoliaramida tal como Kevlar®, os tempos de secagem e temperaturasmoderados são necessários para reter alta V5o, pois ela se torna desidratadamesmo por temperaturas suaves (cerca de 100 0C) e pode haver alguma perdapermanente de V50.Geralmente, as viscosidades de corte zero dos adesivos objetofornecidos no presente são altas demais à temperatura ambiente para mediçãopor meio de métodos padrão. Dados de viscômetro capilar foram obtidos sobtemperaturas de 50 0C a 100 0C e sob taxas de corte de 1 s"1 a 1000 s"1.
Viscosidades de taxa de corte zero foram estimadas em seguida por meio deextrapolação destas temperaturas a 20 0C e taxa de corte zero.
Vantagens são adicionalmente exemplificadas nos exemplos nãolimitadores abaixo.
Exemplos
Nos exemplos a seguir, copolímero de etileno e acrilato de metila(38/62% peso/peso) que possui alto MW de cerca de 100.000 g/mol eviscosidade de fusão de taxa de corte zero de 1.000.000 Pa.s (1 χ 107 Poise-Po) a 20 0C medida por meio de viscometria capilar é denominado "E/MA-alto".
Ele é disponível como Varnac® VCD 6200 da DuPont. Etileno/acrilato de metila(38/62% peso/peso) com temperatura de transição em vidro de -32 0C quepossui MW médio de cerca de 40.000 g/mol e viscosidade de fusão de taxa decorte zero de 600.000 Pa.s (6 χ 106 Po) a 20 0C é denominado "meio E/MA". Égrau experimental fabricado pela DuPont. Poli(hexila metacrilato) com alto Mwcom Mw de 400.000 g/mol é denominado "PHM" e é disponível por meio daScientific Polymer Products Company (Ontário NY).
Para todos os exemplos (diferentes do Ex. 3-5), o valor de BFD paracada uma das duas fotografias tomadas foi fornecido sem cálculo da média.
Exemplo 1
Painéis de tecido de poliaramida que possuem construção detecedura plana de fio de poli(para-fenileno tereftalamida) com 840 denierdisponível por meio da DuPont com a marca comercial KEVLAR® tecido a 10,2χ 10,2 extremidades por centímetro) e que possui peso facial nominal de 197g/m2 foram lavados e secos. Painéis de tecido lavados foram revestidosutiizando bisturi de borracha com alto E/MA que possui temperatura detransição em vidro de -32 0C a partir de solução a 15% em tolueno comviscosidade de solução de 0,144 Pa.s (144 centiPoise) a 20 0C. O revestimentofinal foi de 3,4% em peso do peso de tecido revestido após a evaporação detolueno sob condições de acordo com a presente invenção. Pacote balístico,preparado com 21 camadas de painéis revestidos, que possui peso base decerca de 52,5 g/m2, foi colocado contra leito de argila e testado com projétil357 magnum sob condições de teste NIJ nível II. V50 foi medida como sendode 482,5 m/s. Os valores de deformação da face traseira foram de 32 mm e 33mm em velocidades de impacto de 439 m/s e 439 m/s, respectivamente.
Exemplo Comparativo AeB
O Exemplo Comparativo A foi pacote balístico, preparado a partirde 21 camadas de tecido de poliaramida não revestido que possui constrüçãode tecedura plana de fio de 840 denier e que possui peso face nominal combase de cerca de 52,5 g/m2, que foi colocado contra leito de argila e testadocontra projétil .357 magnum sob condições de teste NIJ nível II. V50 foi medidacomo sendo de 481 m/s. Os valores de deformação da face traseira foram de40 mm e 38 mm em velocidades de impacto de 445 m/s e 440 m/s,respectivamente.
O Exemplo Comparativo B foi outro pacote balístico que possuipeso base de cerca de 50,7 g/m2, preparado a partir de 21 camadas de tecidode poliaramida não revestido que possui construção de tecedura plana de fiode 840 denier e possui peso face nominal de 197 g/m2. O pacote foi colocadocontra leito de argila e testado contra projétil .357 magnum sob condições NIJnível II. A resistência à penetração balística foi medida como sendo de 496 m/s.
Os valores de deformação da face traseira foram de 44 mm e 41 mm emvelocidade de impacto de 442 m/s e 443 m/s, respectivamente.
O Exemplo 1 exibe boa BFD e V5o com polímero líquido com altaviscosidade de E/MA revestido sobre um lado a partir de solução de polímero viscoso,enquanto camadas de tecido não revestidas no Exemplo Comparativo AeB exibemvalores de BFD mais altos. BFD para o Exemplo Comparativo A foi levemente melhorque o Exemplo Comparativo B1 devido ao peso base mais alto do primeiro.
Exemplo 2
Painéis de tecido de poliaramida que possuem construção de teceduraplana de 840 denier como no Exemplo 1 acima e que possuem peso face nominal de197 g/m2 foram lavados e secos. Os painéis de tecido lavados foram revestidos,utilizando método de pulverização, em que E/MA-med possui temperatura detransição em vidro de -32 0C a partir de solução a 15% em tolueno. O revestimentofinal foi de 5,1% do peso de tecido revestido após a evaporação de tolueno sob ascondições de acordo com a presente invenção. Pacote de teste balístico, preparado apartir de vinte camadas de painéis revestidos, que possui peso base de cerca de 50,7g/m2, foi colocado contra leito de argila e testado contra projétil .357 magnum sobcondições de teste NIJ nível II. A resistência à penetração balística foi medida comosendo de 475 m/s. Os valores de deformação da face traseira foram de 32 mm e 35mm sob velocidades de impacto de 435 m/s e 443 m/s, respectivamente. Esteexemplo exibe boa BFD e V50 com 5,1% de polímero líquido com média viscosidadede E/MA adicionado revestido sobre um lado com solução de polímero comviscosidade moderada. A secagem rápida durante a pulverização limitaespecialmente o fluxo da solução de polímero para o feixe multifilamentar, gerandofricção mais alta e melhor BFD.
Exemplos 3,4,5 ε Exemplo Comparativo C
Vinte e duas camadas de painéis de tecido de poliaramidaKevlar® 840d, que possui construção de tecedura plana conforme descritoacima, foram tratadas de várias formas e testadas para determinar BFD e V50,conforme exibido abaixo. Vinte e duas camadas do tecido que não foi tratadocom polímero foram utilizadas para o Exemplo Comparativo C. BFD é médiatomada de cinco tiros .357 magnum a 436 ± 9 m/s, exceto pelo ExemploComparativo C1 que é média de dez tiros.
Tabela 1
<table>table see original document page 10</column></row><table>
*Uma penetração ocorreu a 436 m/s.
N.a. na tabela indica não aplicável.
Os Exemplos 3, 4 e 5 são demonstrações adicionais de fraçõesem peso com baixo revestimento ideais e métodos que geram boa BFD e V50relativamente boa e incluem dois aditivos de polímeros viscosos diferentes(E/MA-alto e PHM). BFD para o Exemplo Comparativo C não revestido é pior eV50 para todos estes itens são essencialmente as mesmas.
Exemplo Comparativo D
Painéis de tecido de poliaramida não lavados apresentaramconstrução de tecedura plana de 840 denier com peso face nominal de 197g/m2. Painéis de tecido foram revestidos com E/MA alto que possui temperaturade transição em vidro de -32 0C1 a partir de solução a 13% em tolueno comviscosidade de solução de 0,076 Pa.s (76 cPoise) a 20 0C. Revestimento finalfoi medido como sendo de 2,3% em peso do peso de tecido revestido após aevaporação do tolueno sob as condições de acordo com a presente invenção.
Pacote balístico, preparado a partir de 21 camadas de painéis revestidos, quepossui peso base de cerca de 50,7 g/m2, foi colocado contra leito de argila etestado utilizando projétil .357 magnum sob condições de teste NIJ nível II. Aresistência à penetração balística foi medida como sendo de 479 m/s. Osvalores de deformação da face traseira foram de 43 mm e 40 mm sobvelocidade de impacto de 445 m/s e 445 m/s, respectivamente. Acredita-se quea ausência de lavagem resultou na permanência dos óleos de acabamentosobre o tecido, interferindo, portanto, com a adesão da solução de polímero.
Acredita-se que o Exemplo Comparativo C exibiu baixa BFDporque os óleos de acabamento interferem com a adesão e a reduzem,gerando fricção de feixes mais baixa e pior BFD, enquanto o Exemplo 1 tem oóleo removido antes do revestimento e apresentou boa BFD. A solução derevestimento e o método de revestimento utilizados foram os mesmos paraestes dois exemplos.
Exemplo 6
Neste exemplo, amostra com 1,6 m de largura por 18,3 m decomprimento de tecido com tecedura quadrada que compreende fio Kevlar® 840dconforme acima e que possui peso base de 197 g/m2 foi dividida entre doiscomprimentos de tecido de nylon com comprimento similar. O tecido de nylon serviude material líder para processamento subseqüente. O tecido havia sido submetidoanteriormente a processo de lavagem patenteado pelo usuário para trazer o nível deacabamento residual para especificação de menos de 0,2% em peso.
O tecido foi montado sobre posição desenrolada na entrada dealimentação de revestidor contínuo. Rolo com 1,57 m de largura de forrador deliberação de tereftalato de (poli)etileno (PET) revestido com silicone com 0,051 mmde espessura foi posicionado sobre segundo desenrolamento na entrada dealimentação do revestidor. Tanto o tecido quanto o filme de liberação foramprocessados em seguida através do revestidor a 4,1 m/min. Particularmente, o filmede liberação passou para estação de revestimento de rolos reverso na qual soluçãoa 15% em peso de etileno/acrilato de metila (E-MA-alto) em metil etil cetona (MEK)foi revestida sobre a superfície tratada com silicone do filme de liberação até largurade 1,52 m. O filme de liberação revestido com solução de E/MA-alto/MEK foilaminado em seguida ao tecido em segunda estação, de tal forma que o ladorevestido do filme de liberação entrasse em contato com uma superfície do tecido.Conjunto de dois rolos estacionários foi posicionado de tal forma que o laminado detecido/filme de liberação revestido fizesse embalagem em "S", em que a pressão decontato entre o filme de liberação e o tecido fosse aumentada, de forma que orevestimento de E/MA-alto/MEK fosse substancialmente transferido para o tecido eimpregnasse parcialmente o tecido. Antes do processamento do tecido Kevlar®,foram realizados ajustes na estação de revestimento de rolo reverso, de tal formaque o sistema fornecesse peso de revestimento (base seca) de 9,5 g/m para ofilme de liberação, para que ρ tecido Kevlar® seco e revestido em seguidacompreendesse 4,6% em peso de E/MA-alto.
O laminado de tecido e filme de liberação passou continuamenteem seguida através de secador a ar quente convexo para remover o solventeMEK. O laminado foi orientado de tal forma que o tecido fosse exposto ao fluxode ar quente incidente, para aumentar a velocidade de secagem. Asconfigurações do secador foram tais que o laminado emergiu do secadoressencialmente livre de MEK após atingir temperatura de 73 0C. O laminadopassou continuamente em seguida através de um conjunto de rolos decompressão para transferir qualquer E/MA-alto residual que permanecessesobre o filme de liberação para o tecido. O laminado de filme e tecido foirecolhido em seguida sobre núcleo de cartão sobre enrolador de tecido padrão.O filme de liberação e o tecido de nylon sobre qualquer extremidade do tecidoKevlar® foi removido e descartado em seguida.
O tecido Kevlar® foi cortado em seguida em pregas de 38 cm por 38cm que foram utilizadas em seguida para construir quatro painéis balísticos de vintepregas para testes. Os painéis foram testados em faixa balística seguindo o PadrãoNIJ 0101.04 Tipo Il utilizando balas 357 Magnum JSP. Os quatro painéisapresentaram V50 médio de 471 m/s e deformação BF média de 37 mm.

Claims (10)

1. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE TECIDO, caracterizadopelo fato de que compreende:(a) fornecimento de material tecido que compreende fio comtenacidade de pelo menos 10 gpd;(b) aplicação ao tecido de polímero viscoso em solução de 5 a- 40% em peso com solvente, em que o polímero possui Tg na faixa de -40°C a- 0°C e viscosidade de fusão de corte zero de 200.000 Pa.s (2 χ 106 poise) a- 1.000.000.000.000 Pa.s (1013 poise) quando medida a 20°C; e(c) evaporação do solvente, de forma que o polímero penetreapenas parcialmente no tecido, de forma que resida entre feixes de fibras.
2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o polímero presente após a etapa (c) é menosqge 9% em peso do tecido.
3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que inclui antes da etapa (b), etapas de lavagem deenxágüe do tecido com água entre 20 e 100°C e secagem do tecido de talforma que o tecido seja mantido sob temperatura de menos de 100°C.
4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de qçie o polímero é selecionado a partir do grupo que consiste deetileno/acrilato de metila com peso molecular médio, etileno/acrilato de metila comalto peso molecular e poli(hexila metacrilato) com alto peso molecular.
5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o polímero é de solução e a viscosidade dasolução é de mais de 0,001 Pa.s (0,01 Poise) a 20°C e com solvente quepossui ponto de ebulição de menos de 150°C.
6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o polímero é aplicado a partir da solução e osolvente é evaporado abaixo de 100°C.
7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o tecido compreende fio de poliaramida.
8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o polímero viscoso é aplicado por meio derevestimento com faca ou bisturi diretamente sobre o tecido.
9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o polímero viscoso é aplicado por meio de umdentre o grupo que consiste de revestimento com rolo diretamente sobre otecido, revestimento de filme em seguida revestimento por transferência dotecido a partir do filme revestido e pulverizado.
10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o fio compreende fibras selecionadas a partir dogrupo que consiste de poliamida aromática, poliolefina, polibenzoxazol,polibenzotiazol, poli{2,6-diimidazo[4,5-b4', 5'-e]piridinileno-1,4(2,5-di-hidróxi)fenileno}, poliarenazóis, polipiridazóis, polipiridobisimidazol e suasmisturas.
BRPI0613819-5A 2005-06-21 2006-06-21 processo de fabricação de tecido BRPI0613819A2 (pt)

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