BRPI0621120A2

BRPI0621120A2 - processos para a fabricação de uma polpa de para-aramida, polpa de aramida, papel, material de fricção e material de selagem de fluido

Info

Publication number: BRPI0621120A2
Application number: BRPI0621120-8A
Authority: BR
Inventors: Mikhail R Levit; Achim Amma
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2011-11-29
Also published as: KR101359265B1; US7740741B2; WO2007075575A3; KR20080083165A; CA2629750A1; US20070137818A1; US20100212851A1; JP2009521615A; CN101341289A; HK1128502A1; CA2629750C; US8211272B2; JP5221377B2; CN101341289B; WO2007075575A2; EP1974093A2; EP1974093B1

Abstract

PROCESSOS PARA A FABRICAçãO DE UMA POLPA DE PARA ARAMIDA, POLPA DE ARAMIDA, PAPEL, MATERIAL DE FRICçãO E MATERIAL DE SELAGEM DE FLUIDO. A presente invenção ser refere a uma polpa de para-aramida que inclui as fibridas de meta-aramida para a utilização como material de reforço nos produtos que incluem, por exemplo, materiais de fricção, materiais de selagem de fluido e papéis. A presente invenção ainda se refere aos processos para a fabricação de tal polpa.

Description

"PROCESSOS PARA A FABRICAÇÃO DE UMA POLPA DE PARA- ARAMIDA, POLPA DE ARAMIDA, PAPEL, MATERIAL DE FRICÇÃO E MATERIAL DE SELAGEM DE FLUIDO" Campo da Invenção

A presente invenção ser refere a uma polpa de para-aramida que inclui as fibridas de meta-aramida para a utilização como material de reforço nos produtos incluindo, por exemplo, os materiais de fricção, materiais de selagem fluida e papéis. A presente invenção ainda se refere aos processos para a fabricação de tal polpa.

Antecedentes da Invenção

Os materiais de reforço fibrosos e não fibrosos foram utilizados por muitos anos nos produtos de fricção, produtos de selagem e outros produtos plásticos ou de borracha. Tipicamente, tais materiais de reforço devem exibir alta resistência ao desgaste e ao calor.

As fibras de amianto foram historicamente utilizadas como materiais de reforço, mas devido aos seus riscos à saúde, foram realizadas ou propostas substituições. Entretanto, muitas destas substituições não desempenham tão bem quanto o amianto de uma forma ou de outra.

A divulgação da pesquisa 74-75, publicada em fevereiro de 1980, descreve a fabricação de polpa fabricada a partir de fibras de para-aramida da marca Kevlar® fibrilada de comprimentos variáveis e utilização de tal polpa como um material de reforço em diversas aplicações. Esta publicação descreve que a polpa fabricada a partir das fibras de para-aramida da marca Kevlar® podem ser utilizadas em produtos de folhas sozinhos ou em combinação com as fibras de outros materiais, tal como a meta-aramida de marca Nomex®, polpa de madeira, algodão e outras celuloses naturais, raiom, poliéster, poliolefina, náilon, politetrafluoroetileno, amianto e outros minerais, fibras de vidro e outras cerâmicas, aço e outros materiais e carbono. A publicação também descreve a utilização de polpa da fibra de para-aramida da marca Kevlar® sozinha ou com fibras descontínuas curtas de para-aramida da marca Kevlar®, nos materiais de fricção para substituir uma fração do volume do amianto, com o restante do volume de amianto sendo substituído pelas cargas ou outras fibras.

A patente US 5.811.042 (de Hoiness) descreve um compósito de fricção ou material de vedação (gasketing) fabricado a partir de uma resina de matriz termoestável ou termoplástica, material de reforço de fibra e partículas de aramida substancialmente isentas de fibrila. O poli(tereftalato de p-fenileno) e o poli(isoftalato de m-fenileno) são materiais de reforço de fibra preferidos e as fibras podem estar na forma de floco ou polpa.

A patente US 4.472.241 de Provost descreve um processo para a preparação de uma suspensão aquosa de fibridas de aramida e floco de aramida, apropriado para a preparação de papel ou cartão prensado. Esta descrição ensina que a suspensão do floco de meta-aramida e as fibridas de meta-aramida podem ser refinados juntos sem danos ao floco de meta- aramida. O floco de meta-aramida, do mesmo modo, não fibrila e não forma uma polpa como o floco de para-aramida quando refinado.

O pedido de patente US 2003/0022961 (de Kusaka et al.) descreve os materiais de fricção fabricados a partir de um modificador de fricção, um Iigante e um reforço fibroso fabricado a partir de uma mistura de (a) polpa de aramida seca e (b) polpa de aramida úmida, polpa de madeira ou polpa acrílica. A polpa de aramida seca é definida como uma polpa de aramida obtida pelo "método de fibrilação a seco". O método de fibrilação a seco é a moagem a seco das fibras de aramida entre um cortador giratório e um filtro para preparar a polpa. A polpa de aramida úmida é definida como uma polpa de aramida obtida pelo "método de fibrilação a úmido". O método de fibrilação a úmido é a moagem das fibras de aramida curtas em água entre dois discos giratórios para formar as fibras fibriladas e, então, desidratar as fibras fibriladas, isto é, a polpa. Kusaka et al., ainda descreve um método de mistura de fibras fibriladas ao primeiro misturar os múltiplos tipos fibras orgânicas que fibrilam em uma proporção definida e, então, fibrilando a mistura para produzir a polpa.

Há uma necessidade contínua de fornecer materiais de reforço alternativos que desempenham bem nos produtos, tais como selos fluidos e aplicações de fricção, e que são de baixo custo. Apenas das numerosas descrições propondo materiais de reforço alternativos de custo mais baixo, muitos destes produtos propostos não desempenham adequadamente na utilização, custam significativamente mais do que os produtos comerciais atuais ou possuem outros atributos negativos. Como tal, permanece uma necessidade por materiais de reforço que exibem alta resistência ao desgaste e ao calor que é comparável ou menos caro do que outros materiais de reforço disponíveis comercialmente.

DESCRICAO RESUMIDA DA INVENCAO

A presente invenção se refere a um processo de fabricação de polpa de para-aramida que inclui fibridas de meta-aramida para uso como material de reforço, que compreende:

(a) combinar os ingredientes da polpa que compreendem:

(1) fibridas de meta-aramida não desidratadas que possuem uma dimensão média máxima de 0,2 a 1 mm, uma proporção de dimensão máxima e mínima de 5:1 para 10:1, e uma espessura de não mais que 2 μm, e sendo de 10 a 90% em peso dos sólidos totais nos ingredientes;

(2) fibra de para-aramida sendo de 10 a 90% em peso dos sólidos totais nos ingredientes, e possuindo um comprimento médio de não mais que 10 cm; e

(3) água, sendo de 95 a 99% em peso dos ingredientes totais;

(b) misturar os ingredientes em uma calda substancialmente uniforme; (c) co-refinar a calda ao simultaneamente:

(1) cisalhar e/ou triturar as fibridas de meta-aramida nos fibridas de meta-aramida refinadas isentas de fibridas possuindo uma dimensão máxima média de 0,1 a 0,5 mm;

(2) fibrilar, cortar e triturar a fibra de para-aramida em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular; e

(3) dispensar todos os sólidos, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme; e

(d) remover a água da calda refinada, produzindo, desta forma, uma polpa de meta- e para-aramida com

as estruturas fibrosas de para-aramida em contato e envoltas parcialmente ao redor de pelo menos algumas das fibridas de meta-aramida refinadas.

A presente invenção ainda se refere a um processo para a fabricação de uma polpa de para-aramida que inclui fibridas de meta-aramida para a utilização como material de reforço, que compreende:

(a) combinar ingredientes, incluindo a água e um primeiro material do grupo:

(1) fibridas de meta-aramida não desidratadas que possuem uma dimensão média máxima de 0,2 a 1 mm, uma proporção de dimensão máxima e mínima de 5:1 para 10:1, e uma espessura de não mais de 2 μιτι, e sendo de 10 a 90% em peso dos sólidos totais na polpa; e

(2) fibra de para-aramida sendo de 10 a 90% em peso dos sólidos totais nas polpas, e possuindo um comprimento médio de não mais de 10 cm; e

(b) misturar os ingredientes em uma suspensão substancialmente uniforme;

(c) refinamento da suspensão misturada ao:

(1) cisalhar e/ou triturar pelo menos algumas das fibridas de meta- aramida; ou (2) fibrilar, cortar e triturar pelo menos algumas das fibras de para- aramida em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular;

(d) combinar os ingredientes incluindo a suspensão refinada, o segundo material do grupo de (a) (1 e 2) e água, caso necessário, para aumentar a concentração de água a 95 - 99% em peso dos ingredientes totais;

(e) misturar os ingredientes, caso necessário, para formar uma calda substancialmente uniforme;

(f) co- refinar a calda ao simultaneamente:

(1) cisalhar e/ou triturar pelo menos algumas de quaisquer das fibridas de meta-aramida não desidratadas remanescentes possuindo uma dimensão máxima média de 0,2 a 1 mm, uma razão de aspecto de 5:1 para 10:1, e uma espessura de não mais de 2 Mm, tal que todas ou substancialmente todas as fibridas de meta-aramida não desidratadas são de tamanho reduzido em fibridas refinadas de meta-aramida, isentas de fibrila possuindo uma dimensão máxima média de 0,1 a 0,5 mm, e

(2) fibrilar, cortar e triturar pelo menos algumas das fibras de para- aramida, tal que todas ou substancialmente todas as fibras de para-aramida são convertidas em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular; e

(g) remover a água da calda refinada, produzindo, desta forma, uma polpa de meta- e para-aramida com as estruturas fibrosas de para-aramida em contato e envoltas parcialmente ao redor de pelo menos algumas das fibridas de meta-aramida refinadas.

A presente invenção é ainda direcionada a uma polpa de aramida fabricada a partir do processo da presente invenção e um papel que compreende aquela polpa.

Além disso, a presente invenção é direcionada a um material de fricção que compreende um modificador de fricção, um ligante, uma carga e uma polpa de aramida fabricada a partir do processo da presente invenção; e um material de selagem de fluido, tal como uma vedação que compreende um ligante, uma carga e uma polpa de aramida fabricada a partir do processo da presente invenção.

BREVE DESCRICAO DAS FIGURAS

A presente invenção pode ser compreendida mais amplamente a partir de sua seguinte descrição detalhada em conexão com as figuras em anexo descritas conforme segue.

A Figura 1 é um diagrama em bloco do equipamento para executar um processo a úmido para a fabricação da polpa de aramida "úmida" de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 é um diagrama em bloco do equipamento para executar um processo a seco para a fabricação da polpa de aramida "seca" de acordo com a presente invenção.

DESCRICAO DETALHADA DA INVENCAO

GLOSSARIO

Antes de a presente invenção ser descrita, é útil definir certos termos no seguinte glossário que terá o mesmo significado por toda esta descrição, salvo indicações em contrário.

"Dimensão máxima" de um objeto significa a distância linear entre os dois pontos mais distantes entre si no objeto.

"Razão aparente" de um objeto significa a dimensão máxima do objeto, dividida pela largura máxima daquele objeto em qualquer plano contendo a dimensão máxima onde a largura máxima é perpendicular à dimensão máxima.

"Fibra" significa uma unidade da matéria relativamente flexível que possui uma razão aparente de comprimento para a largura através de sua área da seção transversal perpendicular ao seu comprimento. No presente, o termo "fibra" é utilizado intercambiavelmente com o termo "filamento" ou "extremidade". A seção transversal dos filamentos descritos no presente pode ser de qualquer formato, mas são tipicamente circulares ou em formato de grão. A fibra fiada sobre uma bobina em uma embalagem é referida como uma fibra contínua ou um filamento contínuo ou fios de filamento contínuos. A fibra pode ser cortada em comprimentos curtos denominados fibras descontínuas. A fibra pode ser cortada em comprimentos ainda menores denominados flocos. Os fios, fios multifilamentares ou estopas compreendem uma pluralidade de fibras. O fio pode ser entrelaçado e/ou trançado.

"Fibrida" significa partículas não granulares, fibrosas ou do tipo filme. De preferência, eles possuem um ponto de fusão ou ponto de decomposição acima de 320°C. As fibridas não são fibras, mas são fibrosas uma vez que possuem regiões do tipo fibra conectadas por redes. As fibridas possuem um comprimento médio de 0,2 a 1 mm com uma razão aparente de 5:1 para 10:1. A dimensão da espessura da rede de fibrida é inferior a 1 ou 2 pm e, tipicamente, na ordem de uma fração de um micrômetro. As fibridas, antes de serem secas, podem ser utilizadas úmidas e podem ser depositadas como um Iigante fisicamente entrelaçado perto de outros ingredientes ou componentes de um produto. As fibridas podem ser preparadas por qualquer método incluindo a utilização de um equipamento de fibridação (fibridating) do tipo descrito na patente US 3.018.091 onde uma solução polimérica é precipitada e cisalhada em uma única etapa.

"Fibrila" significa uma pequena fibra que possui um diâmetro tão pequeno quanto uma fração de um micrômetro a poucos micrômetros e possuindo um comprimento de cerca de 10 a 100 pm. As fibrilas, em geral, se estendem do tronco principal de uma fibra grande possuindo um diâmetro de 4 a 50 pm. As fibrilas agem como ganchos ou fechos para enlaçar e capturar o material adjacente. Algumas fibras fibrilam, porém outras não fibrilam ou não fibrilam efetivamente e, para os propósitos da presente definição, tais fibras não fibrilam. A fibra de poli(tereftalamida de para-fenileno) fibrila rapidamente na abrasão, criando fibrilas. A fibra de poli(isoftalamida de meta-fenileno) não fibrila.

"Estruturas fibrosas fibriladas" significa partículas de material que possuem um suporte e fibridas se estendem a partir do mesmo, em que o suporte é, em geral, colunar e cerca de 10 a 50 pm de diâmetro e as fibridas são membros do tipo cabelo apenas uma fração de um micrometro de poucos micrometros de diâmetro ligados ao suporte e cerca de 10 a 100 pm de diâmetro.

"Papéis" significa folhas planas produzíveis em uma máquina de papel, tal como uma máquina Fourdrinier ou de fio inclinado.

"Floco" significa comprimentos curtos de fibra, mais curtas do que a fibra descontínua. O comprimento do floco é de cerca de 0,5 a cerca de 15 mm e um diâmetro de 4 a 50 pm, de preferência, possuindo um comprimento de 1 a 12 mm e um diâmetro de 8 a 40 pm. O floco que é inferior a cerca de 1 mm não agrega significativamente à resistência do material em que ele é utilizado. O floco ou a fibra que é superior a cerca de 15 mm, freqüentemente não funciona bem porque as fibras individuais podem ser tornar entrelaçadas e não podem ser adequadamente e uniformemente distribuídas por todo o material ou calda. O floco de aramida é fabricado pelo corte das fibras de aramida sem fibrilação significativa ou sem qualquer fibrilação, tal como aquele preparado pelos processos descritos nas patentes US 3.063.966, US 3.133.138, US 3.767.756 e US 3.869.430.

O comprimento médio "aritmético" significa o comprimento calculado a partir da seguinte fórmula:

<formula>formula see original document page 9</formula> O comprimento da "média ponderada do comprimento" significa o comprimento calculado a partir da seguinte fórmula: Comprimento da meda ponderada do comprimerto= Σ [Cada comprimento de polpa individual)2] Σ [Cada comprimento de polpa individual]

O comprimento da "média ponderada do peso" significa o comprimento calculado a partir da seguinte fórmula:

Comprimento da média ponderada do peso= Σ [(Cada comprimento de polpa individual)2] Σ [(Cada comprimento de polpa indNdual)3]

A "fibra descontínua" pode ser fabricada ao cortar os filamentos em comprimentos de não mais do que 15 cm, de preferência, de 3 a 15 cm; e de maior preferência, de 3 a 8 cm. A fibra descontínua pode ser linear (isto é, não frisada) ou frisada para possuir um friso de formato de dente de serra ao longo de seu comprimento, com qualquer freqüência de friso (ou dobra repetida). As fibras podem estar presentes na forma não revestida, revestida ou outra tratada previamente (por exemplo, estirada previamente ou tratada a quente).

A presente invenção está direcionada a processos para a fabricação de polpa de para-aramida que incluem as fibridas de meta-aramida para a utilização como material de reforço em produtos incluindo, por exemplo, os materiais de fricção, os materiais de selagem fluidos e os papéis.

Primeira Realização do Processo Inventivo

Em uma primeira realização, o processo para a fabricação de uma polpa de meta- e para-aramida compreende as seguintes etapas. Primeiro, os ingredientes da polpa são combinados ou adicionados juntos em um recipiente. Em segundo lugar, os ingredientes da polpa combinados são misturados em uma calda substancialmente uniforme. Em terceiro lugar, a calda é simultaneamente refinada ou co-refinada. Em quarto lugar, a água é removida da calda refinada.

Etapa de Combinação

Na etapa de combinação, os ingredientes da polpa são, de preferência, adicionados juntos em um recipiente ou container. Os ingredientes da polpa incluem (1) as fibridas de meta-aramida, (2) a fibra de para-aramida, (3) opcionalmente, outros aditivos secundários, e (4) a água.

Fibridas de Meta-aramida

As fibridas de meta-aramida são adicionadas em uma concentração de 10 a 90% em peso dos sólidos totais nos ingredientes, de preferência, de 25 a 60% em peso dos sólidos totais nos ingredientes e, de maior preferência, de 25 a 55% em peso dos sólidos totais nos ingredientes. As fibridas de meta-aramida possuem, de preferência, uma dimensão máxima média de não mais de cerca de 1 mm, de maior preferência, de cerca de 0,2 a 1 mm. As fibridas de meta-aramida são substancialmente ou completamente isentas de fibrila e possuem uma razão aparente (a proporção da dimensão máxima para a mínima) de 5:1 para 10:1 e uma espessura de não mais de 1 pm. De maior preferência, as fibridas de meta-aramida possuem uma espessura de 0,1 a 0,5 pm.

Fibra de Para-aramida

A fibra de para-aramida é adicionada em uma concentração de 10 a 90% em peso dos sólidos totais nos ingredientes, de preferência, de 40 a 75% em peso dos sólidos totais nos ingredientes e, de maior preferência, de 40 a 55% em peso dos sólidos totais nos ingredientes. A fibra de para-aramida possui, de preferência, uma densidade linear de não mais de 10 dtex, de maior preferência, de 0,5 a 10 dtex e, de maior preferência, ainda, de 0,8 a 2,5 dtex. A fibra de para-aramida também possui, de preferência, um comprimento médio ao longo de seu eixo longitudinal de não mais de 10 cm, de maior preferência, um comprimento médio de 0,65 a 2,5 cm e, de maior preferência, ainda, um comprimento médio de 0,65 a 1,25 cm.

Polímero

Os polímeros apropriados para o uso na fabricação das fibridas de aramida e de fibra de aramida na presente invenção são as poliamidas aromáticas sintéticas. Os polímeros devem ser formador de fibra de peso molecular formador de fibra de modo a serem moldados em fibras. Os polímeros podem incluir os homopolímeros de poliamida, os copolímeros e suas misturas que são predominantemente aromáticos, em que pelo menos 85% das ligações de amida (-CONH-) são ligadas diretamente a dois anéis aromáticos. Os anéis podem ser não substituídos ou substituídos. Os polímeros são de meta-aramida quando os dois anéis ou radicais são meta orientados com relação entre si ao longo da cadeia molecular. Os polímeros são de para-aramida quando os dois anéis são para orientados com relação entre si ao longo da cadeia molecular. De preferência, os copolímeros possuem não mais de 10% de outras diaminas substituídas por uma diamina primária utilizada na formação do polímero ou não mais de 10% de outros cloretos diácidos substituídos por um cloreto diácido primário utilizado na formação do polímero. Os aditivos podem ser utilizados com a aramida; e foi revelado que até 13% em peso de outro material polimérico pode ser misturado ou ligado com a aramida. As para-aramidas preferidas são o poli(tereftalamida de para- fenileno) (PPD-T) e seus copolímeros. As meta-aramidas preferidas são o poli(isoftalamida de meta-fenileno) (MPD-I) e seus copolímeros.

Outros Aditivos Opcionais

Outros aditivos opcionais podem ser adicionados opcionalmente contanto que estejam suspensos na calda na etapa de mistura e não mudem significativamente o efeito da etapa de refinamento nos ingredientes sólidos obrigatórios listados acima. Os aditivos apropriados incluem os pigmentos, corantes, antioxidantes, compostos retardantes da chama e outros auxiliares do processamento e da dispersão. De preferência, os ingredientes da polpa não incluem amiantos. Em outras palavras, a polpa resultante é isenta de amianto ou sem amianto.

Água

A água é adicionada em uma concentração de 95 a 99% em peso dos ingredientes totais e, de preferência, de 97 a 99% em peso dos ingredientes totais. Ainda, a água pode ser adicionada primeiro. Então, outros ingredientes podem ser adicionados em uma razão para otimizar a dispersão na água enquanto mistura simultaneamente os ingredientes combinados.

Etapa de mistura

Na etapa de mistura, os ingredientes são misturados em uma calda substancialmente uniforme. Por "substancialmente uniforme" entende-se que as amostras aleatórias da calda contêm a mesma porcentagem em peso da concentração de cada um dos ingredientes de partida que nos ingredientes totais na etapa de combinação mais ou menos 10% em peso, de preferência, 5% em peso e, de maior preferência, 2% em peso. Por exemplo, se a concentração dos sólidos na mistura total for 50% em peso de fibridas de meta- aramida mais 50% em peso de fibra de para-aramida, então uma mistura substancialmente uniforme na etapa de mistura significa que cada amostra aleatória da calda possui (1) uma concentração de fibridas de meta-aramida de 50% em peso mais ou menos 10% em peso, de preferência, 5% em peso e, de maior preferência, 2% em peso e (2) uma concentração de fibra de para- aramida de 50% em peso mais ou menos 10% em peso, de preferência, 5% em peso e, de maior preferência, 2% em peso. A mistura pode ser realizada em qualquer recipiente contendo lâminas giratórias. A mistura pode ocorrer após a adição dos ingredientes ou enquanto os ingredientes estão sendo adicionados ou combinados. Etapa de Refinamento

Na etapa de refinamento, os ingredientes da polpa são simultaneamente co-refinados, convertidos ou modificados conforme segue. As fibridas de meta-aramida são cisalhados e/ou triturados, em fibridas de meta- aramida refinados, isentas de fibrila, possuindo uma dimensão máxima média de 0,1 a 0,5 mm. O floco de para-aramida é fibrilado, cortado e triturado em estruturas fibrosas moldadas irregularmente possuindo suportes e fibridas. Todos os sólidos são dispersados, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme. "Substancialmente uniforme" é conforme definido acima. A etapa de refinamento compreende, de preferência, passar a calda misturada através de um ou mais refinadores de disco, ou reciclar a calda de volta através de um refinador simples. Pelo termo "refinador de disco" entende-se um refinador contendo um ou mais pares de discos que giram com relação entre si, refinando desta maneira os ingredientes pela ação de cisalhar entre os discos. Em um tipo apropriado de refinador de disco, a calda sendo refinada é bombeada entre o rotor circular estreitamente espaçado e os discos estatores giratórios com relação entre si. Cada disco possui uma superfície, defronte ao outro disco, com pelo menos ranhuras de superfície que se estendem parcialmente na direção radial. Um refinador de disco preferido que pode ser utilizado está descrito na patente US 4.472.241.

Em uma realização preferida, a abertura da placa configurada para o refinador de disco é um máximo de 0,18 mm e, de preferência, a abertura configurada é de 0,13 mm ou inferior, para uma configuração mínima prática de cerca de 0,05 mm.

Caso necessário para uma dispersão uniforme e refinamento adequado, a calda misturada pode ser passada através do refinador do disco mais de uma vez ou através de uma série de pelo menos dois refinadores de disco. Quando a calda misturada é refinada em apenas um refinador, há uma tendência da calda resultante ser refinada inadequadamente e dispersa não uniformemente. Os conglomerados ou agregados inteiramente ou substancialmente de um ingrediente sólido, ou o outro, ou ambos, podem formar ao invés de serem dispersos formando uma dispersão substancialmente uniforme. Tais conglomerados ou agregados possuem uma maior tendência a serem separados e dispersados na calda quando a calda misturada é passada através do refinador mais de uma vez ou passada através de mais de um refinador. Opcionalmente, a calda refinada pode ser passada através de um selecionador para segregar fibras longas ou amontoados de fibras, que podem ser reciclados através de um ou mais refinadores até o corte em comprimentos ou concentração aceitáveis.

Porque uma calda substancialmente uniforme contendo ingredientes múltiplos é co-refinada nesta etapa do processo, qualquer tipo de ingrediente da polpa (por exemplo, a fibra de para-aramida) é refinado em uma polpa na presença de todos os tipos de ingredientes da polpa (por exemplo, fibridas de para-aramida) enquanto aqueles outros ingredientes também estão sendo refinados. Este co-refinamento dos ingredientes da polpa forma uma polpa que é superior a uma mistura de polpa gerada ao meramente misturar a polpa e as fibridas juntas. A adição da polpa e das fibridas juntas e, então, a mera mistura das mesmas juntas não forma os componentes fibrosos substancialmente uniformes, intimamente conectadas da polpa gerada pelo co- refinamento dos ingredientes da polpa em uma polpa de acordo com a presente invenção.

Etapa de Remoção

Então, a água é removida da calda refinada e, em algumas realizações, a polpa resultante possui não mais de 60% em peso total de água, de preferência, de 4 a 60% em peso total de água. A água pode ser removida ao coletar a polpa em um dispositivo de dessecação, tal como um filtro horizontal e, caso desejado, a água adicional pode ser removida ao aplicar pressão ou apertar o pedaço do filtro da polpa. A polpa dessecada pode então ser, opcionalmente, seca em um teor de umidade desejado e/ou pode ser embalada ou bobinada em rolos. Em algumas realizações, não mais de cerca de 60% em peso total de água estando presente é uma quantidade desejada de água e, de preferência, de 4 a 60% em peso total de água. Entretanto, em algumas realizações, a polpa pode reter mais água, então maiores quantidades de água total, tanto quanto 75% em peso total de água, estarão presentes.

FIGURAS 1 E 2

O processo será agora descrito com referência às Figuras 1 e 2. Através desta descrição detalhada, os caracteres de referência similares se referem aos elementos similares em todas as figuras dos desenhos.

Com referência à Figura 1, há um diagrama em bloco de uma realização de um processo a úmido para a fabricação de polpa de aramida "úmida" de acordo com a presente invenção. Os ingredientes da polpa 1 são adicionados ao recipiente 2. O recipiente 2 é apresentado com um misturador interno, similar a um misturador em uma máquina de lavagem. O misturador dispersa os ingredientes na água criando a calda substancialmente uniforme. A calda misturada é transferida para um primeiro refinador 3 que refina a calda. Então, opcionalmente, a calda refinada pode ser transferida em um segundo refinador 4 e, opcionalmente, então a um terceiro refinador 5. Três refinadores são ilustrados, mas qualquer número de refinadores pode ser utilizado dependendo do grau de uniformidade e refinação desejado. Após o último refinador na série dos refinadores, a calda refinada é opcionalmente transferida para um filtro ou separador 6 que permite que a calda com os sólidos dispersos abaixo de um tamanho de malha ou anteparo passe e recircule os sólidos dispersados maiores do que um tamanho de malha ou anteparo selecionado de volta para um ou mais dos refinadores, tal como através da linha 7 ou para um refinador 8 dedicado para refinar esta calda recirculada da qual a calda refinada é novamente passada para o filtro ou o anteparo 6. A calda adequadamente refinada passa do filtro ou anteparo 6 para um filtro a vácuo de água horizontal 9 que remove a água, tal que a polpa possui uma concentração de água de não mais de 75% em peso dos ingredientes totais. A calda pode ser transferida de ponto a ponto por qualquer método e equipamento convencional, tal como com a assistência de uma ou mais das bombas 10. Então a polpa é transportada para um secador 11 que remove mais água até a polpa possuir uma concentração de água de não mais de 60% em peso dos ingredientes totais. Então, a polpa refinada é embalada em um enfardador 12.

Com referência à Figura 2, há um diagrama em bloco de uma realização de um processo a seco para a fabricação de polpa de aramida "seco" de acordo com a presente invenção. Este processo a seco é o mesmo que o processo a úmido exceto após o filtro a vácuo de água horizontal 9. Após aquele filtro, a polpa passa através de uma prensa 13 que remove mais água até a polpa possuir a concentração de água desejada. Então a polpa passa através de um espalhador 12 para espalhar a polpa e então, um secador 11 para remover mais água. Então, a polpa é passada através de um rotor 15 e embalado em uma enfardadeira 12.

SEGUNDA REALIZACAO DO PROCCESSO INVENTIVO

Em uma segunda realização, o processo para a fabricação da polpa de para-aramida incluindo as fibridas de meta-aramida é o mesmo que a primeira realização do processo descrito acima com as seguintes diferenças. Ao invés de combinar todos os ingredientes da polpa juntos de uma vez, os ingredientes podem ser adicionados em estágios. Por exemplo, alguma ou toda a água necessária para todos os ingredientes pode ser combinada com (i) as fibridas de meta-aramida ou (ii) o floco de para-aramida. Estes ingredientes são misturados em uma primeira suspensão substancialmente uniforme. Então, a suspensão é refinada. Caso a suspensão inclua as fibridas de meta-aramida, o refinamento inclui o cisalhamento e/ou o trituramento das fibridas de meta-aramida. Caso a suspensão inclua a fibra de para-aramida, o refinamento inclui a fibrilação, o corte e o trituramento em pelo menos algumas das fibras de para- aramida em estruturas fibrosas fibriladas irregularmente moldadas. Então, mais água é adicionada, caso necessário, para aumentar o teor de água em 95 a 99% em peso dos ingredientes totais. O ingrediente total, que não foi previamente adicionado d os (i) f ibridas d e meta-aramida ou (ii) das fibras de para-aramida, é agora adicionado. Se a água for adicionada, este outro ingrediente pode ser adicionado antes, após ou com a água adicional. Então, todos os ingredientes são misturados, caso necessário, para formar uma calda substancialmente uniforme. A calda é então co- refinada junta, isto é, simultaneamente. Se as fibridas de meta-aramida forem refinadas na primeira etapa do refinamento, esta etapa de co- refinamento inclui o cisalhamento adicional e/ou o trituramento de pelo menos alguns das fibridas de meta-aramida, tal que todas ou substancialmente todas as fibridas de meta-aramida são convertidos em fibridas de meta-aramida isentas de fibrila possuindo uma dimensão máxima média de 0,1 a 0,5 mm. Se a fibra de para-aramida for refinada na primeira etapa do refinamento, esta segunda etapa de refinamento inclui a fibrilação, o corte e o trituramento de pelo menos algumas das fibras de para-aramida, tal que toda ou substancialmente toda a fibra de para- aramida é convertida em estruturas fibrosas fibriladas irregularmente moldadas. Esta etapa de co-refinamento também inclui a dispersão de todos os sólidos, tal que a cada refinada é substancialmente uniforme. Então, a água é removida como na primeira realização do processo. Ambos os processos produzem a mesma ou substancialmente a mesma polpa de para-aramida incluindo as fibridas de meta-aramida.

A Polpa Inventiva

O produto resultante produzido pelo processo da presente invenção é uma polpa de para-aramida incluindo as fibridas de meta-aramida para o uso como material de reforço nos produtos. A polpa compreende (a) as fibridas de meta-aramida refinadas, isentas de fibrila, (b) estruturas fibrosas fibriladas de para-aramida irregularmente moldadas, (c) opcionalmente outros aditivos secundários, e (d) água.

A concentração dos componentes do ingrediente sólido separado na polpa corresponde, obviamente, às concentrações descritas anteriormente dos ingredientes sólidos correspondentes utilizados na fabricação da polpa. De preferência, as fibridas de meta-aramida refinados, isentas de fibrila e as estruturas fibrosas fibriladas de para-aramida, irregularmente moldadas possuem um comprimento da "média ponderada do comprimento"de não mais de 1,3 mm.

As estruturas fibrosas fibriladas de para-aramida, irregularmente moldadas possuem suportes e fibridas. As fibridas são importantes e agem como ganchos ou fechos ou tentáculos que se aderem e seguram partículas adjacentes na polpa e no produto final, fornecendo, assim, integridade para o produto final. As estruturas fibrosas fibriladas de para-aramida possuem, de preferência, uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, de maior preferência, de 0,1 a 5 mm e, de maior preferência, de 0,1 a 3 mm. As estruturas fibrosas de para-aramida são colocadas em contato e são embaladas parcialmente ao redor de pelo menos alguns das fibridas de meta- aramida.

Onde as estruturas fibrosas fibriladas de para-aramida entram em contato e são embaladas parcialmente ao redor das fibridas de meta- aramida refinadas, os dois componentes podem entrar em contato em mais de um ponto; eles podem, mas não necessariamente precisam entrar em contato continuamente entre si ao longo de toda a via curvada entre os componentes. Por exemplo, as fibridas sobre e ao longo das estruturas fibrosas de para-aramida podem entrar em contato e formar um envoltório parcial ao redor das fibridas de meta-aramida onde as estruturas fibrosas de para-aramida embrulham parcialmente ao redor das fibridas de meta- aramida. De preferência, as estruturas fibrosas de para-aramida entram em contato e são embrulhadas parcialmente ao redor de pelo menos 25%, de preferência, 50% e, de maior preferência, 75% das fibridas de meta- aramida.

A polpa de para-aramida incluindo as fibridas de meta-aramida possuem uma Medida de Drenabilidade (CSF) conforme medida pelo teste TAPPI T 227 om-92, que é uma medida de suas características de drenagem, de 100 a 700 ml_ e, de preferência, de 250 a 450 mL.

A área de superfície da polpa é uma medida do grau de fibrilação e das influências da porosidade do produto fabricado a partir da polpa. De preferência, a área de superfície da presente invenção é de 12 a 50 m2/g.

Acredita-se que a polpa de para-aramida incluindo as fibridas de meta-aramida, dispersas substancialmente de forma homogênea por todo o material de reforço e a fricção e materiais de selagem, fornecem, em virtude das características de alta temperatura dos polímeros de meta- e para-aramida e da tendência à fibrilação do polímero de para-aramida, muitos locais do reforço e maior resistência ao desgaste. Portanto, quando co-refinados, os materiais de aramida estão em tal contato íntimo que em um material de fricção ou de selagem há sempre algumas estruturas fibrosas de para-aramida próximas às partículas de meta-aramida, tal que as tensões e a abrasão do serviço são sempre mútuas. MATERIAL DE SELAGEM DE FLUIDO

A presente invenção é ainda direcionada para um material de selagem de fluido e para processos para a fabricação dos materiais de selagem. Os materiais de selagem são utilizados dentro ou como uma barreira para evitar a descarga de fluidos e/ou gases e utilizados para evitar a entrada de contaminantes onde dois itens estão ligados. Uma utilização ilustrativa para o material de selagem são as vedações. O material de selagem compreende um ligante; opcionalmente, pelo menos uma carga; e um material de reforço fibroso que compreende a polpa de para-aramida incluindo as fibridas de meta- aramida da presente invenção. Os ligantes apropriados incluem a borracha de nitrila, borracha de butadieno, neopreno, borracha de estireno-butadieno, borracha de nitrila-butadieno e suas misturas. O ligante pode ser adicionado com todos os outros materiais de partida. O ligante é tipicamente adicionado na primeira etapa do processo de produção da vedação, em que os ingredientes secos são misturados juntos. Outros ingredientes incluem, opcionalmente, partículas de borracha não curadas e um solvente de borracha ou uma solução de borracha no solvente, para ocasionar o revestimento das superfícies das cargas e da polpa pelo ligante. As cargas apropriadas incluem o sulfato de bário, argilas, talco e suas misturas, (suporte reiv 15)

Os processos apropriados para a fabricação de materiais de selagem são, por exemplo, um processo de adição agitador ou processo a úmido onde a vedação é fabricada a partir de uma calda de materiais, ou pelo o que é denominado uma calandragem ou processo a seco onde os ingredientes são combinados em uma solução elastomérica ou de borracha.

MATERIAL DE FRICCAO

A polpa da presente invenção pode ser utilizada como material de reforço nos materiais de fricção. Por "materiais de fricção" entende-se os materiais utilizados quanto às suas características friccionais, tais como coeficiente de fricção para parar ou transferir energia de movimento, estabilidade em temperaturas elevadas, resistência ao desgaste, propriedades de amortecimento da vibração e de ruídos, etc. Os usos ilustrativos para os materiais de fricção incluem o pastilhas de freio, blocos de freio, revestimentos da embreagem secos, segmentos da superfície da embreagem, anteparo da pastilha de freio/ camadas de isolamento, papéis de transmissão automática e papéis de fricção.

Em vista desta nova utilização, a presente invenção é ainda direcionada para um material de fricção e aos processos para a fabricação do material de fricção. Especificamente, o material de fricção compreende um modificador de fricção; opcionalmente, pelo menos uma carga; um ligante; e um material de reforço fibroso que compreende a polpa de para-aramida incluindo as fibridas de meta-aramida da presente invenção. Os modificadores de fricção apropriados são os pós metálicos, tais como ferro, cobre e zinco; abrasivos, tais como óxidos de magnésio e alumínio; lubrificantes, tais como grafites sintéticas e naturais, e sulfetos de molibdênio e zircônio; e modificadores de fricção orgânicos, tais como borrachas sintéticas e partículas de resina de casca de noz de caju. Os Iigantes apropriados são resinas termoestáveis, tais como resinas fenólicas (isto é, resina fenólica linear (100%) e diversas resinas fenólicas modificadas com borracha ou epóxi), resinas de melamina, resinas epóxi e resinas de poliimida e suas misturas. As cargas apropriadas incluem a barita, carbonato de cálcio, volastonita, talco, diversas argilas e suas misturas.

As etapas presentes para a fabricação do material de fricção podem variar, dependendo do tipo de material de fricção desejado. Por exemplo, os métodos para a fabricação de partes de fricção moldados envolvem, em geral, a combinação dos ingredientes desejados em um molde, cura da parte e moldagem, tratamento a quente e moagem da parte caso desejado. A transmissão automotiva e os papéis da fricção podem, em geral, ser realizados pela combinação dos ingredientes desejados em uma calda e a fabricação de um papel em uma máquina de papel utilizando os processos de fabricação de papel convencionais.

Muitas outras aplicações da polpa são possíveis, incluindo seu uso como um componente nos papéis, ou seus usos como um material de filtro. Quando utilizado como um papel ou material de filtro, tipicamente, a polpa da presente invenção é combinada com um ligante, e um produto de folha ou papel é fabricado pelos métodos convencionais.

Métodos de Teste

Os seguintes métodos de teste foram utilizados nos exemplos seguintes.

A Medida de Drenabilidade (CSF) é uma medida bem conhecida da facilidade para a água de drenar de uma calda ou dispersão de partículas. A drenagem é determinada pelo teste TAPPI T227. Os dados obtidos a partir da realização daquele teste são expressos como Medida de Drenabilidade, que representam os milímetros de água que drenam de uma calda aquosa nas condições especificadas. Um grande número indica uma alta drenagem e uma alta tendência da água para drenar. Um baixo número indica uma tendência da dispersão de drenar lentamente. A drenagem é inversamente relacionada ao grau de fibrilação da polpa, uma vez que maiores números de fibridas reduzem a taxa em que a água drena através de um tapete de papel em formação.

O Comprimento da Fibra (comprimento médio aritmético, comprimento da "média ponderada do peso" e comprimento da "média ponderada do comprimento") foi medido de acordo com o Método de Teste TAPPI T 271 utilizando o Analisador da Qualidade da Fibra fabricada pelo OpTest Equipment Inc.

Temperatura: Todas as temperaturas são medidas em graus Celsius (ºC). O Denier é medido de acordo com a norma ASTM D 1577 e é a densidade linear de uma fibra conforme expresso como o peso em gramas de 9.000 metros de fibra. O denier é medido em um Vibroscope pela Textechno de Munich1 Alemanha. O denier vezes (10/9) é igual ao decitex (dtex).

Exemplos

A presente invenção será agora ilustrada pelos seguintes exemplos específicos. Todas as partes e porcentagens são em peso, salvo indicações em contrário. Os exemplos preparados de acordo com o processo ou processos da presente invenção são indicados pelos valores numéricos. Os Exemplos Comparativos são indicados por letras.

Exemplo 1

Neste exemplo, a polpa da presente invenção foi produzida a partir de uma matéria-prima de fibra de para-aramida e fibridas de meta- aramida. A fibra de para-aramida era o floco de poli(tereftalamida de para- fenileno) possuindo uma densidade linear de cerca de 0,16 tex e comprimento de corte de cerca de 6,7 mm (comercializado pela E.l. du Pont de Nemours and Company sob a marca comercial de Kevlar® 49). As fibridas de meta-aramida foram preparadas a partir do poli(isoftalamida de meta-fenileno) conforme descrito na patente US 3.756.908 e possui uma CSF de cerca de 488 mL, comprimento médio aritmético de cerca de 0,40 mm, comprimento da "média ponderada do comprimento"de cerca de 0,77 mm, e comprimento da "média ponderada do peso" de cerca de 1,19 mm.

As fibridas de meta-aramida foram dispersas em água em um tanque de mistura altamente agitado por cerca de 5 minutos, então a fibra de para-aramida foi adicionada para fabricar uma concentração de sólidos de 50% em peso de fibra de para-aramida e 50% em peso de fibridas de meta-aramida e misturadas por 10 minutos adicionais para formar uma calda uniforme, bombeável com o volume total de cerca de 156 litros e de cerca de 1,5% em peso de concentração dos ingredientes totais. A calda foi então recirculada e co-refinada através de um Sprout-Waldron 12" Single Disc Refiner (Refinador de Disco Simples) utilizando uma abertura da placa configurada em um fluxo de cerca de 43 litros por minuto para o tempo de cerca de 27 minutos.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

Exemplo 2

A polpa foi produzida de modo similar ao Exemplo 1, mas com a concentração de sólidos de 75% em peso de fibra de para-aramida e 25% em peso de fibridas de meta-aramida.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

Exemplo 3

A polpa foi produzida de modo similar ao Exemplo 1, mas com uma concentração de sólidos de 25% em peso de fibra de para-aramida e 75% em peso de fibridas de meta-aramida.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

Exemplo 4

A polpa da presente invenção foi produzida a partir de uma matéria-prima de fibra de para-aramida, fibridas de meta-aramida e fibra de carbono. A fibra de para-aramida era o floco de poli(tereftalamida de para- fenileno) possuindo uma densidade linear de cerca de 0,16 tex e comprimento de corte de cerca de 6,7 mm (comercializado pela E.l. du Pont de Nemours and Company sob a marca comercial de Kevlar® 49). As fibridas de meta-aramida foram preparadas igual ao Exemplo 1. A fibra de carbono era a fibra de carbono Fortafil® 150 com base em PAN (cerca de 3 mm de comprimento) comercializado pelo Toho Tenax América, Inc.

As fibridas de meta-aramida foram dispersas em água em um tanque de mistura altamente agitado por cerca de 5 minutos, então a fibra de para-aramida foi adicionada e misturada por 10 minutos adicionais para formar uma calda bombeável uniforme com o volume total de cerca de 117 litros e cerca de 1,4% em peso da concentração dos ingredientes totais. A calda foi então recirculada e co-refinada através de um Sprout-Waldron 12" Single Disc Refiner (Refinador de Disco Simples) utilizando uma abertura da placa configurada de 0,13 mm em um fluxo de cerca de 43 litros por minuto para o tempo de cerca de 22,5 minutos. Após este, a fibra de carbono foi adicionada no tanque e misturada por 5 minutos adicionais para formar uma calda bombeável uniforme com a concentração de sólidos de 50% em peso de fibra de para-aramida, 25% em peso de fibridas de meta-aramida e 25% em peso de fibra de carbono com o volume total de cerca de 156 litros e de cerca de 2% em peso da concentração dos ingredientes totais. A calda foi então recirculada e co-refinada através do mesmo refinador nas mesmas configurações para 1 minuto.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

Exemplo 5

A polpa foi produzida de modo similar ao Exemplo 4, mas com um tempo de 3 minutos de recirculação de co-refinamento após a adição da fibra de carbono.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

Exemplo 6

A polpa da presente invenção foi produzida a partir de uma matéria-prima de fibra de para-aramida, fibridas de meta-aramida e fibra de vidro. A fibra de para-aramida era o floco de poli(tereftalamida de para-fenileno) possuindo uma densidade linear de cerca de 0,16 tex e comprimento de corte de cerca de 0,67 cm (comercializado pela E.l. du Pont de Nemours and Company sob a marca comercial de Kevlar® 49). As fibridas de meta-aramida foram preparadas a partir do poli(isoftalamida de meta-fenileno) conforme descrito no Exemplo 1. A fibra de vidro era a fibra de vidro-E de cerca de 6,5 μm de diâmetro e de cerca de 6,4 mm de comprimento fornecido pela Jonhs Manville Co.

As fibridas de meta-aramida foram dispersas em água em um tanque de mistura altamente agitado por cerca de 5 minutos, então a fibra de para-aramida foi adicionada e misturada por 10 minutos adicionais para formar uma calda bombeável uniforme com o volume total de cerca de 117 litros e cerca de 1,4% em peso da concentração dos ingredientes totais. A calda foi então recirculada e co-refinada através de um Sprout-Waldron 12" Single Disc Refiner (Refinador de Disco Simples) utilizando uma abertura da placa configurada de 0,13 mm em um fluxo de cerca de 43 litros por minuto para o tempo de cerca de 22,5 minutos. Após este, a fibra de vidro foi adicionada no tanque e misturada por 5 minutos adicionais para formar uma calda bombeável uniforme com a concentração de sólidos de 50% em peso de fibra de para- aramida, 25% em peso de fibridas de meta-aramida e 25% em peso de fibra de vidro com o volume total de cerca de 156 litros e de cerca de 1,4% em peso da concentração dos ingredientes totais. A calda foi então recirculada e co- refinada através do mesmo refinador nas mesmas configurações para 3 minutos.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

EXEMPLO 7

A polpa foi produzida de modo similar ao Exemplo 6, mas com 5 minutos de recirculação de co-refinamento após a adição da fibra de vidro.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

EXEMPLO 8

A polpa foi produzida de modo similar ao Exemplo 7, mas a fibra de vidro utilizada era 21OX da fibra de vidro de borossilicato do tipo 253 com um diâmetro médio de cerca de 3 pm, fornecido pela Johns Manville Co.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1. Exemplo 9

5 g (em peso seco) da polpa produzida no Exemplo 1 foi colocado com 0,5 grama de floco de meta-aramida e cerca de 2.500 g de água em um desintegrador de polpa padrão conforme descrito no Apêndice A do TAPPI 205 e agitado por 3 minutos. A dispersão foi vertida em um molde de papel de cerca de 21 x 21 cm e misturada com 5.000 g adicionais de água. A calda resultante possuía a seguinte porcentagem em peso dos materiais sólidos:

- 50/ 50 de polpa de fibra de para-aramida/ fibridas de meta- aramida a 90,9%; floco de meta-aramida a 9,1%.

Uma folha úmida foi formada. A folha foi colocada entre duas peças de papel absorvente, repousada manualmente com um rolo de pastel e seca em um secador de papel a 190° C.

A folha seca foi coberta em ambas as laterais com uma folha de alumínio tratada com um molde de liberação Mono-Coat® 327 W (comercializado pela Chem-Trend Inc.) e comprimido na prensa a quente na temperatura de 327° C e pressão de 3,5 MPa por 2 minutos.

A composição e as propriedades do papel final são mostradas na

Tabela 2.

Exemplo Comparativo A

A polpa foi produzida da mesma maneira que no Exemplo 1, mas a matéria prima da polpa foi produzida a partir de 100% de fibra Kevlar®.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

Exemplo Comparativo B

Uma polpa foi produzida da mesma maneira que no Exemplo 1, mas a matéria prima da polpa foi produzida a partir de 100% das fibridas de meta-aramida.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1. EXEMPLO COMPARATIVO C

A polpa foi produzida da mesma maneira que no Exemplo 1, mas as fibridas de meta-aramida foram previamente refinadas conforme descrito na patente US 3.756.908 e possuía uma CSF de cerca de 64 mL, comprimento médio aritmético de cerca de 0,26 mm, comprimento da "média ponderada do comprimento" de cerca de 0,47 mm, e comprimento da "média ponderada do peso" de cerca de 0,82 mm.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

EXEMPLO COMPARATIVO D

A polpa produzida no Exemplo Comparativo A foi misturada na proporção em peso de 1:1 com a polpa produzida no Exemplo Comparativo B utilizando um desintegrador de polpa padrão (descrito no Método de Teste TAPPI T205 sp-95) por 5 minutos.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

EXEMPLO COMPARATIVO E

A polpa produzida no Exemplo Comparativo A foi misturada na proporção em peso de 1:1 de fibridas de meta-aramida do poli(isoftalamida de meta-fenileno) , que foram previamente refinadas conforme descrito na patente US 3.756.908 e possuía uma CSF de cerca de 64 mL, comprimento médio aritmético de cerca de 0,26 mm, comprimento da "média ponderada do comprimento" de cerca de 0,47 mm, e comprimento da "média ponderada do peso" de cerca de 0,82 mm, utilizando um desintegrador de polpa padrão (descrito no Método de Teste TAPPI T205 sp-95) por 5 minutos.

As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

EXEMPLO COMPARATIVO F

A polpa foi produzida da mesma maneira que no Exemplo 5, mas com 5 minutos de recirculação de co-refinamento após a adição da fibra de carbono. As propriedades da polpa final são mostradas na Tabela 1.

Exemplo Comparativo G

A amostra de papel foi realizada como no Exemplo 9, mas utilizando a polpa do Exemplo Comparativo E.

A composição do papel e as propriedades são mostradas na Tabela 2.

Como pode ser compreendido a partir dos Exemplo de 1 a 3, a proporção de cerca de 50:50 entre a fibra de para-aramida e as fibridas de meta-aramida fornecem a melhor polpa (baixa drenagem) refinada. Tal polpa possui uma drenagem inferior do que uma polpa de 100% de fibra de para- aramida (Exemplo Comparativo A) ou uma bomba de 100% de fibridas de meta-aramida (Exemplo Comparativo B) produzida nas mesmas condições ou de uma polpa preparada pela mistura de polpas dos Exemplos Comparativos A e B (Exemplo Comparativo D). Como tal, há alguns efeitos sinérgicos inesperados, que não foram descritos no estado da técnica anterior. A fibra de para-aramida promove o refinamento das fibridas de meta-aramida quando as duas são co-refinadas. O grau de refinamento de tal polpa do Exemplo 1 é muito próximo aquele obtido pela mistura das fibridas bem refinadas (utilizando um processo de refinamento para as mesmas) e da fibra de para-aramida bem- refinada (Exemplo Comparativo C). Entretanto, a polpa co-refinada foi produzida em uma etapa, com economias de energia e outros fatores de custo. Além disso, o processo de co-refinamento gerou uma estrutura compósita mais uniforme, conforme discutido abaixo com relação ao Exemplo 9 e Exemplo Comparativo G.

Os Exemplos 4 a 8 demonstram uma preparação e as propriedades das polpas produzidas pelo co-refinamento de uma matéria prima que compreende a fibra de para-aramida, fibridas de meta-aramida não desidratadas e algumas fibras adicionais. Ambos os tipos de fibras adicionais (carbono e vidro) que são utilizados são frágeis. Sua natureza frágil é a razão deles serem adicionados no segundo estágio do processo de co-refinamento. Tais fibras não fibrilam no refinamento, portanto, a drenagem aumenta com a sua adição e então diminui devido à redução de seu comprimento no refinamento.

O Exemplo Comparativo F mostra que se a polpa contendo fibra de carbono for refinada por um tempo relativamente longo, aquela fibra será triturada e a drenagem será tão baixa quanto à polpa sem a adição da fibra de carbono.

O Exemplo 9 e o Exemplo Comparativo G demonstram que a polpa co-refinada fornece uma distribuição mais uniforme dos componentes em contraste com a polpa misturada, o que resulta na diferença de densidade para os papéis produzidos nas mesmas condições (o papel com base na polpa co- refinada possui maior densidade). A distribuição mais uniforme dos componentes deve fornecer melhor desempenho da estrutura compósita final em qualquer uso final (elemento de fricção, vedação, compósitos estruturais, etc).

EXEMPLO 10

As pastilhas do freio de disco que incorporam a polpa da presente invenção são fabricadas da seguinte maneira. Cerca de 20 Kg de um pó de composto de base não contendo amianto e compreendendo uma mistura de 7% em peso de resina de casca de noz de caju, 17% em peso de cargas inorgânicas, 21% em peso de grafite, coque e lubrificantes, 18% em peso de abrasivos inorgânicos e 16% em peso de metais leves são misturados juntos por 10 a 20 minutos em um misturador de 50 litros Littleford. O misturador possui dois cortadores de alta velocidade com lâminas da configuração de "estrelas e barras" e um avanço de rotação mais lento.

5 kg do composto de base bem misturado são então combinados com a polpa da presente invenção (uma polpa co-refinada sendo 50% em peso de para-aramida e 50% em peso de meta-aramida) em uma quantidade de 3,8% em peso com base no peso combinado do composto e da polpa. A polpa é então dispersa no composto de base pela mistura por 5 a 10 minutos adicionais.

A composição da pastilha de freio é então vertida em um molde de aço de cavidade simples para uma pastilha de disco de freio frontal e prensado a frio a uma espessura padrão de cerca de 5/8 (16 mm) e então removida do molde para formar uma pastilha de freio pré-formada possuindo um peso aproximado de 200 g. Doze replicatas pré-formadas foram feitas. As formas prévias são então colocadas em dois moldes multicavitários, colocados em uma prensa comercial e prensados - curados (o reticulante fenólico Iigante e reagindo) a 300° F (149° C) por cerca de 15 minutos, com liberação de pressão periódica para permitir a reação fenólica dos gases para escapar, seguido pela cura no forno levemente forçada a 340° F (171° C) por 4 horas para completar a reticulação do Iigante fenólico. As pastilhas curadas, moldadas são então deixadas na espessura desejada de cerca de meia polegada (13 mm).

Exemplo 11

Este exemplo ilustra como a polpa da presente invenção pode ser incorporada em uma vedação de adição de agitação para as aplicações de selagem. A água, borracha, látex, cargas, químicos e a polpa da presente invenção são combinados em quantidades desejadas para formar uma calda. Neste exemplo, a polpa é fabricada de 50% em peso de peças de papel de meta-aramida não calandradas mais 50% em peso de fibra de para-aramida. Em uma peneira de arame circular (tal como um anteparo ou arame de máquina de papel), a calda é amplamente drenada de seu teor de água, é seco em um túnel de aquecimento e é vulcanizado em rolos de calandragem aquecidos para formar um material que possui uma espessura máxima de cerca de 2,0 mm.

Os materiais de vedação que adicionam agitação, em geral, não possuem tão boa selabilidade como os materiais de fibra comprimida equivalente e são melhor adaptadas para as aplicações de alta temperatura de pressão moderada. As vedações que adicionam agitação encontram aplicabilidade na fabricação de vedações do motor auxiliar ou, após ainda o processamento, vedações da cabeça do cilindro. Para este propósito, a produto semi-final é laminado em ambos os lados de uma folha de metal pontiagudo e é fisicamente fixado no lugar pelos pontiagudos.

Exemplo 12

Este exemplo ilustra como a polpa da presente invenção pode ser incorporada em uma vedação fabricada pelo processo de calandragem. O mesmo ingrediente que no Exemplo 4, menos a água, é totalmente misturado junto e então misturados com uma solução de borracha preparado utilizando um solvente apropriado.

Após a mistura, o composto é então geralmente transportado em batelada em uma calandra em rolo. A calandra consiste em um pequeno rol que é resfriado e um rolo grande que é aquecido. O composto é alimentado e retirado na calandra de Iaminagem pelo movimento giratório dos dois rolos. O composto irá aderir e embalar-se ao redor do rolo inferior quente em camadas, em geral, de cerca de 0,02 mm de espessura, dependendo da pressão, para formar uma material de vedação fabricado pelas camadas do composto construído. A realização o mesmo, o solvente evapora e a vulcanização do elastômero inicia. A taxa de evaporação do solvente é dependente da velocidade do rolo aquecido; se a velocidade fórmula muito rápida, o solvente não pode escapar adequadamente antes da próxima camada do composto ser aplicada, causando bolhas no material de vedação. Caso a velocidade for muito baixa, o material pode ser muito seco para formar a ligação adequada entre as camadas sucessivas do material de vedação e a delaminação pode ocorrer.

Uma vez que a espessura do material de vedação desejado é obtida, os rolos são parados e o material de vedação é cortado do rolo quente e cortado e/ou perfurados ao tamanho desejado. Nenhuma prensa adicional ou aquecimento é requerido, e o material está pronto para executar como uma vedação. Desta maneira, as vedações de cerca de 7 mm de espessura podem ser fabricadas. Entretanto, a maior parte das vedações fabricadas desta maneira são muito mais finas, normalmente sendo de 3 mm ou menos na espessura.

Tabela 1 - Propriedades das amostras de Polpa

<table>table see original document page 34</column></row><table> <table>table see original document page 35</column></row><table>

TABELA 2

PROPRIEDADES DA AMOSTRA DO PAPEL DA POLPA

<table>table see original document page 35</column></row><table>

Claims

1. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE POLPA DE PARA- ARAMIDA, caracterizado pelo fato de que dita polpa inclui fibridas de meta- aramida para uso como material de reforço, que compreende: (a) combinar os ingredientes da polpa que incluem: (1) fibridas de meta-aramida não desidratadas que possuem uma dimensão média máxima de 0,2 a 1 mm, uma proporção de dimensão máxima e mínima de 5:1 a 10:1, e uma espessura de não mais que 2 pm, e sendo de 10 a 90% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; (2) fibra de para-aramida sendo de 10 a 90% em peso dos sólidos totais nos ingredientes, e possuindo um comprimento médio de não mais que 10 cm; e (3) água, sendo de 95 a 99% em peso dos ingredientes totais; (b) misturar os ingredientes em uma calda substancialmente uniforme; (c) co-refinar a calda ao simultaneamente: (1) cisalhar e/ou triturar as fibridas de meta-aramida em fibridas de meta-aramida refinadas isentas de fibrilas possuindo uma dimensão máxima média de 0,1 a 0,5 mm; (2) fibrilar, cortar e triturar a fibra de para-aramida em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular; e (3) dispensar todos os sólidos, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme; e (d) remover a água da calda refinada, produzindo, desta forma, uma polpa de meta- e para-aramida com as estruturas fibrosas de para-aramida em contato e parcialmente envoltas ao redor de pelo menos algumas das fibridas de meta-aramida refinadas.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa de combinação, as fibridas de meta- aramida não desidratadas são de 25 a 60% em peso dos sólidos totais.

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa de combinação, as estruturas fibrosas de para-aramida de formato irregular são de 40 a 75% em peso dos sólidos totais.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que após a etapa de remoção, a polpa possui uma Medida de Drenabilidade (CSF) de 100 a 700 mL.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de refinamento compreende a passagem da calda misturada através de uma série de refinadores de disco.

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que após a etapa de remoção, as fibridas de meta- aramida refinadas e as estruturas fibrosas de para-aramida trituradas irregularmente moldadas possuem um comprimento da média ponderada do comprimento de não mais de 1,3 mm.

7. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA POLPA DE PARA-ARAMIDA, caracterizado pelo fato de que dita polpa inclui fibridas de meta-aramida para uso como material de reforço, que compreende: (a) combinar ingredientes, incluindo a água e um primeiro material do grupo: (1) fibridas de meta-aramida não desidratadas que possuem uma dimensão média máxima de 0,2 a 1 mm, uma proporção de dimensão máxima e mínima de 5:1 para 10:1, e uma espessura de não mais de 2 pm, e sendo de -10 a 90% em peso dos sólidos totais na polpa; e (2) fibra de para-aramida sendo de 10 a 90% em peso dos sólidos totais nas polpas, e possuindo um comprimento médio de não mais de 10 cm; e (b) misturar os ingredientes em uma suspensão substancialmente uniforme; (c) refinamento da suspensão misturada ao: (1) cisalhar e/ou triturar pelo menos algumas das fibridas de meta- aramida; ou (2) fibrilar, cortar e triturar pelo menos algumas das fibras de para- aramida em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular; (d) combinar os ingredientes incluindo a suspensão refinada, o segundo material do grupo de (a) (1 e 2) e água, se necessário, para aumentar a concentração de água a 95 - 99% em peso dos ingredientes totais; (e) misturar os ingredientes, caso necessário, para formar uma calda substancialmente uniforme; (f) co-refinar a calda ao simultaneamente: (1) cisalhar e/ou triturar pelo menos algumas de quaisquer das fibridas de meta-aramida não desidratadas remanescentes possuindo uma dimensão máxima média de 0,2 a 1 mm, uma razão de aspecto de 5:1 para 10:1, e uma espessura de não mais de 2 pm, tal que todas ou substancialmente todas as fibridas de meta-aramida não desidratadas são de tamanho reduzido nas fibridas refinadas de meta-aramida, isentas de fibrila possuindo uma dimensão máxima média de 0,1 a 0,5 mm, e (2) fibrilar, cortar e triturar pelo menos algumas das fibras de para- aramida, tal que todas ou substancialmente todas as fibras de para-aramida são convertidas em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular; e (3) dispensar todos os sólidos, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme; e (g) remover a água da calda refinada, produzindo, desta forma, uma polpa de meta- e para-aramida com as estruturas fibrosas de para-aramida em contato e envoltas parcialmente ao redor de pelo menos algumas das fibridas de meta-aramida refinadas.

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que após a etapa de remoção, as fibridas refinadas de meta-aramida são de cerca de 25 a 60% em peso dos sólidos totais.

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que após a etapa de remoção, as estruturas fibrosas de para-aramida de formato irregular são de 40 a 75% em peso dos sólidos totais.

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a primeira etapa de refinamento compreende passar a suspensão misturada através de um primeiro refinador de disco e a segunda etapa de refinamento compreende passar a calda misturada através de um segundo refinador de disco.

11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que após a etapa de remoção, as fibridas refinadas de meta-aramida e as estruturas fibrosas de para-aramida de formato irregular possuem um comprimento da média ponderada do comprimento de não mais de 1,3 mm.

12. POLPA DE ARAMIDA, caracterizada pelo fato de ser fabricada a partir do processo conforme descrito na reivindicação 1.

13. PAPEL, caracterizado pelo fato de que compreende a polpa de aramida fabricada a partir do processo conforme descrito na reivindicação 1.

14. MATERIAL DE FRICÇÃO, caracterizado pelo fato de que compreende: - um modificador de fricção selecionado a partir do grupo que consiste de pós metálicos, abrasivos, lubrificantes, modificadores de fricção orgânicos e suas misturas; - um Iigante selecionado a partir do grupo que consiste de resinas termoestáveis, resinas de melamina, resinas epóxi e resinas de poliimida, e suas misturas; - uma carga selecionada a partir do grupo que consiste de sulfato de bário, branqueadores, argilas, outros pós inorgânicos e suas misturas; e - a polpa fabricada a partir do processo conforme descrito na reivindicação 1.

15. MATERIAL DE SELAGEM DE FLUIDO, caracterizado pelo fato de que compreende: - um ligante, selecionado a partir do grupo que consiste de borracha de nitrila, borracha de butadieno, neoprene, borracha de estireno- butadieno, borracha de nitrila-butadieno e suas misturas; - uma carga, selecionada a partir do grupo que consiste de sulfato de bário, branqueadores, argilas, outros pós inorgânicos e suas misturas; e - a polpa fabricada a partir do processo conforme descrito na reivindicação 1.