BRPI0621123A2

BRPI0621123A2 - polpa, material de fricção, tixotropo, material de vedação de fluidos, filtro e processos de fabricação de polpa de poliareneazol e termoestável fibrilada

Info

Publication number: BRPI0621123A2
Application number: BRPI0621123-2A
Authority: BR
Inventors: Achim Amma
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2011-11-29
Also published as: KR101325853B1; US8444817B2; HK1128020A1; CN101341107A; JP2009521614A; EP1968910B1; EP1968910A1; WO2007075574A1; CN101341107B; US20070137819A1; JP5221376B2; KR20080083162A; US7727357B2; CA2629908C; CA2629908A1; US20100193145A1

Abstract

POLPA, MATERIAL DE FRICçãO, TIXOTROPO, MATERIAL DE VEDAçãO DE FLUIDOS, FILTRO E PROCESSOS DE FABRICAçãO DE POLPA DE POLIARENEAZOL E TERMOESTáVEL FIBRILADA. A presente invenção refere-se a polpa de poliareneazol e termoestável para uso como material de reforço em produtos que incluem, por exemplo, vedações para fluidos e materiais de fricção, como auxiliar de processamento, incluindo o seu uso como tixotropo, e como material de filtro. A polpa compreende (a) estruturas fibrosas de fibras termoestáveis com formato irregular, (b) estruturas fibrosas de poliareneazol com formato irregular e (c) água, por meio da qual hastes e/ou fibrilas de fibras termoestáveis são substancialmente entrelaçadas com hastes e/ou fibrilas de poliareneazol. A presente invenção refere-se ainda a processos de fabricação de polpa de poliareneazol e termoestável.

Description

"POLPA, MATERIAL DE FRICÇÃO, TIXOTROPO, MATERIAL DE VEDAÇÃO DE FLUIDOS, FILTRO E PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE POLPA DE POLIARENEAZOL E TERMOESTÁVEL FIBRILADA"

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se à polpa de poliareneazol e termoestável para uso como material de reforço em produtos que incluem, por exemplo, vedações de fluidos e materiais de fricção, como auxiliar de processamento que inclui o seu uso como tixotropo e como material de filtro. A presente invenção refere-se ainda a processos de fabricação dessa polpa.

Antecedentes da Invenção Materiais de reforço fibrosos e não fibrosos vêm sendo utilizados há muitos anos em produtos de fricção, produtos de vedação de fluidos e outros produtos de plástico ou de borracha. Esses materiais de reforço devem exibir tipicamente alta resistência ao calor e ao desgaste.

Fibras de amianto vêm sendo historicamente utilizadas como materiais de reforço mas, devido aos seus riscos à saúde, foram realizadas ou propostas substituições. Muitas dessas substituições, entretanto, não apresentam desempenho tão bom quanto amianto de uma forma ou de outra.

A Descrição de Pesquisa 74-75, publicada em fevereiro de 1980, descreve a fabricação de polpa fabricada com fibras de para-aramida marca KEVLAR® fibriladas de comprimentos variáveis e o uso dessa polpa como material de reforço em várias aplicações. Essa publicação descreve que a polpa fabricada com fibras de para-aramida marca KEVLAR® pode ser utilizada isoladamente em produtos de folhas, ou em combinação com fibras de outros materiais, tais como meta-aramida marca NOMEX®, polpa de madeira, algodão e outros materiais celulósicos naturais, rayon, poliéster, poliolefina, nylon, politetrafluoroetileno, amianto e outros minerais, fibra de vidro e outros, materiais cerâmicos, aço e outros metais e carbono. A publicação também descreve o uso de polpa dê fibra de para-aramida marca KEVLAR® isoladamente ou com fibras básicas de para-aramida marca KEVLAR®, em materiais de fricção para substituir fração do volume de amianto, em que o restante do volume de amianto é substituído por cargas ou outras fibras.

O pedido de patente US 2003/0022961 (de Kusaka et al) descreve materiais de fricção fabricados com modificador de fricção, aglutinante e reforço fibroso fabricado com mistura de (a) polpa de aramida seca e (b) polpa de aramida úmida, polpa de madeira ou polpa de fibra acrílica. Foipa de aramida seca é definida como polpa de aramida obtida por meio do "método de fibrilação a seco". O método de fibrilação a seco é a moagem seca das fibras de aramida entre cortador giratório e um filtro para preparar a polpa. Polpa de aramida úmida é definida como polpa de aramida obtida por meio do "método de fibrilação a úmido". O método de fibrilação a úmido é a moagem de fibras de aramida curtas em água entre dois discos giratórios para formar fibras fibriladas e, em seguida, desidratação das fibras fibriladas, ou seja, a polpa. Kusaka et al., descrevem ainda método de fibrilação por mistura de fibras por meio da mistura, em primeiro lugar, de vários tipos de fibras orgânicas que se fibrilam em razão definida e, em seguida, fibrilação da mistura para produzir polpa.

Polímero de polipiridobisimidazol é polímero de haste rígida. Fibra fabricada com esse polímero (tal como a composição de polímero que é denominada PIPD e é conhecida como o polímero utilizado para a fabricação de fibra M5®) é conhecidamente útil em vestimentas protetoras resistentes a chamas e corte. Fibras de polímero de haste rígida que possuem fortes uniões de hidrogênio entre cadeias de polímeros, tais como polipiridobisimidazóis, foram descritas na patente US 5.674.969 de Sikkema et al. Exemplo de polipiridobisimidazol é poli(1,4-(2,5-di-hidróxi)fenileno-2,6-pirido[2,3-d:5,6- d']bisimidazol), que pode ser preparado por meio da polimerização por condensação de tetraaminopiridina e ácido 2,5-di-hidroxitereftálico em ácido polifosfórico. Sikkema descreve que a polpa pode ser fabricada a partir dessas fibras. Sikkema também descreve que, na fabricação de objetos uni ou bidimensionais tais como fibras, filmes, fitas e similares, deseja-se que polipiridobisimidazóis possuam alto peso molecular correspondente a viscosidade relativa ("Vrel" ou "hrel") de pelo menos cerca de 3,5, preferencialmente pelo menos cerca de 5 e, mais especificamente, maior ou igual a cerca de 10, quando medida em concentração de polímero de 0,25 g/dL em ácido rnetsnossulfônico a 25°C. Sikkema também descreve que bons resultados de fiação de fibras são obtidos com poli[piridobisimidazol-2,6-diil (2,5-di-hidróxi-p-fenileno)] que possui viscosidades relativas de mais de cerca de 12 e que podem ser atingidas viscosidades relativas de mais de 50 (correspondentes a viscosidades inerentes de mais de cerca de 15,6 dL/g).

Existe necessidade contínua de fornecimento de polpas alternativas que apresentem bom desempenho em produtos e que possuam baixo custo. Apesar das numerosas publicações que propõem materiais de reforço alternativos com custo mais baixo, muitos desses produtos propostos não apresentam bom desempenho durante o uso, custam significativamente mais que produtos comerciais atuais ou possuem outros atributos negativos. Desta forma, permanece a necessidade de materiais de reforço que exibam alta resistência ao desgaste e calor e que sejam comparáveis ou menos caros que outros materiais de reforço disponíveis comercialmente.

DESCRICAO RESUMIDA DA INVENCAO

Uma realização da presente invenção refere-se à polpa que compreende:

(a) estruturas fibrosas termoestáveis fibriladas com formato irregular, em que as estruturas apresentam 60 a 97% em peso de sólidos totais; (b) estruturas fibrosas de poliareneazol fibriladas com formato irregular que apresentam 3 a 40% em peso de sólidos totais; e

(c) água, que compõe 4 a 60% em peso de toda a polpa, em que as estruturas fibrosas termoestáveis e de poliareneazol possuem dimensão máxima média de não mais de 5 mm, média ponderada do comprimento de não mais de 1,3 mm e hastes e fibrilas em que as hastes e/ou fibrilas termoestáveis são substancialmente entrelaçadas com as hastes e/ou fibrilas de poliareneazol.

Outra realização da presente invenção é processo de fabricação de polpa de poliareneazol e termoestável fibrilada que compreende:

(a) combinar ingredientes de polpa, que incluem:

(1) fibra termoestável que é capaz de ser fibrilada e possui comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 60 a 97% em peso de sólidos totais nos ingredientes;

(2) fibra de poliareneazol de haste rígida que possui comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 3 a 40% em peso de sólidos totais dos ingredientes; e

(3) água, que representa de 95 a 99% em peso do total dos ingredientes;

(b) misturar os ingredientes em calda substancialmente uniforme;

(c) co-refinar a calda, por meio de, simultaneamente:

(1) fibrilar, cortar e triturar a fibra termoestável fibrilada e a fibra de poliareneazol em estruturas fibrosas fibriladas com formato irregular com hastes e fibrilas; e

(2) dispersar todos os sólidos, de forma que a calda refinada seja substancialmente uniforme; e

(d) remover água da calda refinada; produzindo, desta forma, polpa de poliareneazol e termoestável fibrilada com estruturas fibrosas de poliareneazol e termoestáveis fibriladas que possuem dimensão máxima média de não mais de 5 mm, comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 1,3 mm e as hastes e/ou fibrilas termoestáveis fibriladas são substancialmente entrelaçadas com as hastes e/ou fibrilas de poliareneazol.

Ainda outra realização da presente invenção é processo de fabricação de polpa de poliareneazol e termoestável fibrilada, que compreende: (a) combinar ingredientes que incluem água e primeira fibra do grupo que consiste de:

(1) fibra termoestável que é capaz de ser fibrilada, que representa de 60 a 97% em peso de sólidos totais na polpa; e

(2) fibra de poliareneazol de vara rígida que representa de 3 a 40% em peso de sólidos totais na polpa;

(b) misturar os ingredientes combinados até suspensão substancialmente uniforme;

(c) refinar a suspensão em refinador de disco, cortando, desta forma, a fibra para ter comprimento médio de não mais de 10 cm e fibrilar e triturar pelo menos algumas das fibras em estruturas fibrosas fibriladas com formatos irregulares;

(d) combinar ingredientes que incluem a suspensão refinada, em que a segunda fibra do grupo de (a) (1 e 2) possui comprimento médio de não mais de 10 cm, e água, se necessário, para aumentar a concentração de água para 95 a 99% em peso do total de ingredientes;

(e) misturar os ingredientes, se necessário, para formar suspensão substancialmente uniforme;

(f) co-refinar a suspensão misturada por meio de, simultaneamente: (1) fibrilar, cortar e triturar sólidos na suspensão, de tal forma que toda ou substancialmente toda a fibra de poliareneazol e termoestável seja convertida em estruturas fibrosas de poliareneazol e termoestáveis fibriladas com formato irregular com hastes e fibrilas; e

(g) remover água da calda refinada; produzindo, desta forma, polpa de poliareneazol e termoestável em que as estruturas fibrosas de poliareneazol e termoestáveis fibriladas possuem dimensão máxima média de não mais de 5 mm, comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 1,3 mm e as hastes e/ou fibrilas termoestáveis são substancialmente entrelaçadas com as hastes e/ou fibrilas de poliareneazol.

Em algumas realizações, a presente invenção refere-se ainda a material de fricção, que compreende modificador de fricção selecionado a partir do grupo que consiste de pós metálicos, abrasivos, lubrificantes, modificadores da fricção orgânicos e suas misturas; aglutinante selecionado a partir do grupo que consiste de resinas termoestáveis, resinas de melamina, resinas epóxi, resinas de poliimida e suas misturas; e a polpa de acordo com a presente invenção. Em outras realizações, a presente invenção refere-se a tixotropo ou filtro que compreende a polpa de acordo com a presente invenção.

Além disso, em algumas realizações, a presente invenção refere- se a material de vedação de fluidos, que compreende aglutinante e material de reforço fibroso que compreende a polpa de acordo com a presente invenção.

Breve Descrição das Figuras

A presente invenção pode ser mais completamente compreendida a partir do seu relatório descritivo detalhado a seguir com relação às figuras anexas, descritas conforme segue. A Figura 1 é diagrama de bloco de aparelho para realizar processo úmido de fabricação de polpa "úmida" de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 é diagrama de bloco de aparelho para realizar processo seco de fabricação de polpa "seca" de acordo com a presente invenção.

A Figura 3 é micrografia ótica digital do material do estado da técnica que é elaborada quando fibra termoestável é refinada sem a presença de nenhuma fibra de poüareneazol.

A Figura 4 é micrografia ótica digital da fibrilação de fibra de PBO após o refino.

A Figura 5 é micrografia ótica digital da fibrilação de fibra de PBO e acrílica após o co-refino.

GLOSSARIO

Antes da descrição da presente invenção, é útil definir certos termos no glossário a seguir que possuirão o mesmo significado ao longo de todo o presente relatório descritivo, a menos que indicado em contrário.

"Fibra" indica unidade de matéria relativamente flexível que possui alta razão entre comprimento e largura ao longo da sua área de seção cruzada perpendicular ao seu comprimento. No presente, o termo "fibra" é utilizado de forma intercambiável com o termo "filamento" ou "extremidade". A seção cruzada dos filamentos descritos no presente pode ser qualquer formato, mas é tipicamente circular ou em forma de feijão. Fibra fiada sobre bobina em pacote é denominada fibra contínua, filamento contínuo ou fios de filamentos contínuos. Fibra pode ser cortada em pequenos comprimentos denominados fibra básica. Fibras podem ser cortadas em comprimentos ainda menores, denominados flocos. Fios, fios multifilamentares ou estopas compreendem uma série de fibras. Fio pode ser entrelaçado e/ou trançado. "Fibrila" indica fibra pequena que possui diâmetro de uma fração de micrômetro até alguns micrômetros e que possui comprimento de cerca de 10 a 100 micrômetros. Fibrilas geralmente estendem-se a partir do tronco principal de fibra maior que possui diâmetro de 4 a 50 micrômetros. Fibrilas agem como ganchos ou fixadores para enlaçar e capturar material adjacente. Algumas fibras fibrilam-se, mas outras não ou não se fibrilam efetivamente e, para os propósitos da presente definição, essas fibras não se fibrilam.

"Estruturas fibrosas fibriladas" indica partículas de material que possui haste e fibriias que se estendem a partir delas, em que a haste possui geralmente forma de coluna e cerca de 10 a 50 micrômetro de diâmetro e as fibriias são membros similares a pêlos com somente uma fração de micrômetro ou algun s micrômetros de diâmetro fixados à haste e cerca de 10 a 100 micrômetros de comprimento.

"Floco" indica pequenos comprimentos de fibra, mais curtos que fibra básica. O comprimento de floco é de cerca de 0,5 a cerca de 15 mm e diâmetro de 4 a 50 micrômetros, preferencialmente que possuem comprimento de 1 a 12 mm e diâmetro de 8 a 40 micrômetros. Floco que possui menos de cerca de 1 mm não aumenta significativamente a resistência do material no qual é utilizado. Floco ou fibra que possui mais de cerca de 15 mm freqüentemente não funciona bem porque as fibras individuais podem entrelaçar-se e podem não ser distribuídas adequada ou uniformemente ao longo de todo o material ou calda. Floco de aramida é fabricado por meio do corte de fibras de aramida em pequenos comprimentos sem nenhuma fibrilação ou significativa, tais como as preparadas por meio dos processos descritos nas patentes US 3.063.966, US 3.133.138, US 3.767.756 e US 3.869.430.

Comprimento da "média ponderada do comprimento" indica o comprimento calculado por meio da fórmula a seguir:

Comprimento "aritmético" indica o comprimento calculado por meio da fórmula a seguir:

Comprimento aritmético = Σ [(Cada comprimento de polpa individual)]

Σ[Contagem de polpa individual] Comprimento da média ponderada do comprimerto= Σ KCada comprimento de polpa indiudual)2]

E [Cada comprimento de polpa individual]

Comprimento da "média ponderada do peso" indica o

<table>table see original document page 10</column></row><table>

comprimento calculado por meio da fórmula a seguir:

"Dimensão máxima" de um objeto indica a distância em linha reta entre os dois pontos mais distantes entre si no objeto.

"Fibra básica" pode ser fabricada por meio do corte de filamentos em comprimentos de não mais de 15 cm, preferencialmente 3 a 15 cm; e, de maior preferência, 3 a 8 cm. A fibra básica pode ser reta (ou seja, não ondulada) ou ondulada para que possua ondulação em forma de dentes de serra ao longo do seu comprimento, com qualquer freqüência de ondulação (ou dobra de repetição). As fibras podem estar presentes em forma não revestida, revestida ou previamente tratada de outra forma (tal como previamente estirada ou tratada a quente).

Descrição Detalhada da Invenção

A presente realização refere-se a polpa de fibra de poliareneazol e termoestável que possui uso como material de reforço, materiais de fricção e de vedação de fluidos, auxiliares de processamento e filtros, bem como os materiais que incorporam essa polpa. A presente invenção também se refere a processos de fabricação de polpa de fibra termoestável e de poliareneazol. I. Primeira Realização do Processo de Acordo com a Presente

Invenção

Em primeira realização, o processo de fabricação de polpa de poliareneazol e fibra termoestável compreende as etapas a seguir. Em primeiro lugar, os ingredientes da polpa são combinados, adicionados ou colocados em contato entre si. Em segundo lugar, os ingredientes da polpa combinados são misturados em 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 preferencialmente adicionados juntos em recipiente. Em realização preferida, os ingredientes da polpa incluem (1) fibra termoestável, (2) fibra de poliareneazol, (3) opcionalmente outros aditivos e (4) água.

Fibra Termoestável

A fibra termoestável é adicionada a uma concentração de 60 a 97% em peso de sólidos totais nos ingredientes e, preferencialmente, 60 a 75% em peso de sólidos totais nos ingredientes.

A fibra termoestável possui preferencialmente comprimento médio de não mais de 10 cm, de maior preferência 0,5 a 5 cm; e, de preferência superior, 0,6 a 2 cm. A fibra termoestável também possui densidade linear de não mais de 10 dtex. Antes da combinação dos ingredientes de polpa entre si, qualquer fibra termoestável na forma de filamentos contínuos pode ser cortada em fibras mais curtas, tais como fibras básicas ou flocos.

Polímero de Fibra Termoestável

Por fibra termoestável, indica-se que essas fibras são fabricadas com polímeros termoestáveis. Polímeros termoestáveis geralmente contêm precursores que são aquecidos até temperatura apropriada por curto período, de forma que fluam como líquido viscoso e possam ser moldados na forma de fibras e outras estruturas moldadas. O polímero líquido sofre tipicamente em seguida reação de retícula química que faz com que o líquido solidifique ou "deposite-se" para formar massa infusível que não é reversível com calor.

Em realização de preferência superior, a fibra termoestável útil na presente invenção inclui fibra acrílica. Para os propósitos da presente invenção, acrílico indica polímero em que pelo menos 85% em peso do polímero são unidades de acrilonitrila. Uma unidade de acrilonitrila é -(CH2-CHCN)-. Em algumas realizações, a fibra acrílica pode ser fabricada a partir de polímeros de fibra acrílica compostos de 85% em peso ou mais de acrilonitrila com 15% em peso ou menos de monômero etilênico copolimerizável com acrilonitrila e misturas de dois ou mais desses polímeros de fibra acrílica. Exemplos do monômero etilênico copolimerizável com acrilonitrila incluem ácido acrílico, ácido metacrílico e seus ésteres (acrilato de metila, acrilato de etila, metacrilato de metila, metacrilato de etila etc.), acetato de vinila, cloreto de vinila, cloreto de vinilideno, acrilamida, metacrilamida, metacrilonitrila, ácido alilsulfônico, ácido metanossulfônico e ácido estirenossulfônico.

Outras fibras termoestáveis úteis na presente invenção incluem fibras com base em resinas de melamina (tais como fibras BASOFIL® fornecidas pela Basofil Fibers, LLC) e outras resinas termoestáveis.

Fibra de Poliareneazol

A fibra de poliareneazol é adicionada a uma concentração de 3 a 40% em peso de sólidos totais nos ingredientes e, preferencialmente, 25 a 40% em peso de sólidos totais nos ingredientes. A fibra de poliareneazol possui preferencialmente densidade linear de não mais de 10 dtex e, de maior preferência, 0,8 a 2,5 dtex. A fibra de poliareneazol também possui preferencialmente comprimento médio ao longo do seu eixo longitudinal de não mais de 10 cm, de maior preferência comprimento médio de 0,65 a 2,5 cm e, de preferência superior, comprimento médio de 0,65 a 1,25 cm.

Polímero de Pohareneazol Polímeros apropriados para uso na fabricação da fibra de poliareneazol devem ter peso molecular formador de fibra, para que sejam moldados na forma de fibras. Os polímeros podem incluir homopolímeros, copolímeros e suas misturas.

Da forma definida no presente, "poliareneazol" indica polímeros que contêm:

um anel heteroaromático fundido com grupo aromático adjacente (Ar) com a estrutura de unidade de repetição (a):

<formula>formula see original document page 13</formula>

em que N é átomo de nitrogênio e Z é enxofre, oxigênio ou grupo NR em que R é hidrogênio ou arila ou alquila substituído ou não substituído ligado a N; ou dois anéis heteroaromáticos fundidos a grupo aromático comum (Ar1) de qualquer das estruturas de unidades de repetição (b1 ou b2):

<formula>formula see original document page 13</formula>

em que N é átomo de nitrogênio e B é oxigênio, enxofre ou grupo NR, em que R é hidrogênio ou arila ou alquila substituído ou não substituído ligado a Ν. O número de estruturas de unidade de repetição representadas pelas estruturas (a), (b1) e (b2) não é crítico. Cada cadeia de polímero contém tipicamente cerca de 10 a cerca de 25.000 unidades de repetição. Polímeros de poliareneazol incluem polímeros de polibenzazol e/ou polímeros de polipiridazol. Em certas realizações, os polímeros de polibenzazol compreendem polímeros de polibenzimidazol ou polibenzobisimidazol. Em algumas outras realizações, os polímeros de polipiridazol compreendem polímeros de polipiridobisimidazol ou polipiridoimidazol. Em certas realizações preferidas, os polímeros são de tipo polibenzobisimidazol ou polipiridobisimidazol.

Na estrutura (b1) e (b2), Y é grupo aromático, heteroaromático, aíifático ou nenhum; preferencialmente, grupo aromático; de maior preferência, grupo aromático de átomos de carbono com seis membros. De preferência ainda maior, o grupo aromático de átomos de carbono com seis membros (Y) contém ligações para-orientadas com dois grupos hidroxila substituídos; de preferência ainda maior, 2,5-di-hidróxi-para-fenileno.

Nas estruturas (a), (b1) ou (b2), Ar e Ar1 representam qualquer grupo aromático ou heteroaromático. O grupo aromático ou heteroaromático pode ser sistema policíclico fundido ou não fundido, mas é preferencialmente anel com seis membros isolado. De maior preferência, o grupo Ar ou Ar1 é preferencialmente heteroaromático, em que um átomo de nitrogênio é substituído por um dos átomos de carbono do sistema de anéis ou Ar ou Ar1 pode conter apenas átomos de anéis de carbono. De preferência ainda maior, o grupo Ar ou Ar1 é heteroaromático.

Da forma definida no presente, "polibenzazol" designa polímero de poliareneazol que contém estrutura de repetição (a), (b1) ou (b2), em que o grupo Ar ou Ar1 é anel aromático de átomos de carbono com seis membros isolado. Preferencialmente, polibenzazóis incluem uma classe de polibenzazóis de vara rígida que possuem a estrutura (b1) ou (b2); de maior preferência, polibenzazóis de vara rígida que possuem a estrutura (b1) ou (b2) com anel aromático carbocíclico com seis membros Ar1. Esses polibenzazóis preferidos incluem, mas sem limitar-se a polibenzimidazóis (B=NR), polibenzotiazóis (B=S), polibenzoxazóis (B=O) e suas misturas ou copolímeros. Quando o polibenzazol for polibenzimidazol, ele é preferencialmente poli(benzo[1,2-d;4,5- d']bisimidazolo-2,6-diil-1,4-fenileno). Quando o polibenzazol for polibenzotiazol, ele é preferencialmente poli(benzo[1,2-d:4,5-d']bistiazolo-2,6-diil-1,4-fenileno). Quando o polibenzazol for polibenzoxazol, ele é preferencialmente poli(benzo[1,2-d:4,5-d']bisoxazolo-2,6-diil-1,4-fenileno).

Da forma definida no presente, "polipiridazol" indica polímero de poliareneazol que contém estrutura de repetição (a), (b1) ou (b2), em que o grupo Ar ou Ar1 é anel aromático com seis membros isolado de cinco átomos de carbono e um átomo de nitrogênio. Preferencialmente, esses polipiridazóis incluem uma classe de polipiridazóis de vara rígida que contêm a estrutura (b1) ou (b2), de maior preferência polipiridazóis de vara rígida que contêm a estrutura (b1) ou (b2) com anel aromático heterocíclico com seis membros Ar1. Esses polipiridazóis de maior preferência incluem, mas sem limitar-se a polipiridobisimidazol (B=NR), polipiridobistiazol (B=S), polipiridobisoxazol (B=O) e suas misturas ou copolímeros. De preferência ainda maior, o polipiridazol é polipiridobisimidazol (B=NR) com a estrutura:

<formula>formula see original document page 15</formula> <formula>formula see original document page 16</formula>

em que N é átomo de nitrogênio e R é hidrogênio ou arila ou alquila substituído ou não substituído ligado a N, preferencialmente em que R é Η. O número médio de unidades de repetição das cadeias de polímero encontra-se tipicamente na faixa de cerca de 10 a cerca de 25.000: mais tipicamente na faixa de cerca de 100 a 1.000, ainda mais tipicamente na faixa de cerca de 125 a 500 e, ainda mais tipicamente, na faixa de cerca de 150 a 300.

Para os propósitos da presente invenção, os pesos moleculares relativos dos polímeros de poliareneazol são adequadamente caracterizados pela diluição de produtos de polímero com solvente apropriado, tal como ácido metanossulfônico, até concentração de polímero de 0,05 g/dL, e medição de um ou mais valores de viscosidade da solução diluída a 30 0C. O desenvolvimento do peso molecular de polímeros de poliareneazol de acordo com a presente invenção é adequadamente monitorado por meio de uma ou mais medições de viscosidade da solução diluída e a elas correlacionado. Conseqüentemente, medições da viscosidade relativa ("Vrel", "hrel" ou "nrel") e viscosidade inerente ("Vinh", "hinh" ou "ninh") da solução diluída são tipicamente utilizadas para o monitoramento do peso molecular do polímero. As viscosidades relativas e inerentes de soluções de polímeros diluídas são relacionadas de acordo com a expressão:

Vinh = In (VreL) /C;

em que In é a função logarítmica natural e C é a concentração da solução de polímero. Vrel é razão sem unidade entre a viscosidade da solução de polímero e a do solvente livre de polímero, de forma que Vinh é expressa em unidades de concentração inversa, tipicamente como decilitros por grama ("dL/g"). Conseqüentemente, em certos aspectos da presente invenção, são produzidos polímeros de polipiridoimidazol que são caracterizados pelo fornecimento de solução de polímero que possui viscosidade inerente de pelo menos cerca de 20 dL/g a 30°C sob concentração de polímero de 0,05 g/dL em ácido metanossulfônico. Como os polímeros com peso molecular mais alto que resultam da presente invenção descritos no presente geram soluções de polímero viscosas, concentração de cerca de 0,05 g/dL de polímero em ácido metanossulfônico é útil para medir viscosidades inerentes em período de tempo razoável.

Em algumas realizações, a presente invenção utiliza fibra de poliareneazol que possui viscosidade inerente de pelo menos 20 dL/g; em outras realizações de maior preferência, a viscosidade inerente é de pelo menos 25 dL/g; e, em algumas realizações de preferência superior, a viscosidade inerente é de pelo menos 28 dL/g.

OUTROS ADITIVOS OPCIONAIS

Outros aditivos podem ser opcionalmente adicionados desde que permaneçam suspensos na calda na etapa de mistura e não alterem significativamente o efeito da etapa de refino sobre os ingredientes sólidos obrigatórios relacionados acima. Aditivos apropriados incluem pigmentos, tinturas, antioxidantes, compostos retardantes de chama e outros auxiliares de processamento e dispersão. Preferencialmente, os ingredientes de polpa não incluem amianto. Em outras palavras, a polpa resultante é livre de amianto ou sem amianto.

AGUA

Água é adicionada até concentração de 95 a 99% em peso do total de ingredientes, preferencialmente 97 a 99% em peso do total de ingredientes. Além disso, a água pode ser adicionada em primeiro lugar. Em seguida, outros ingredientes podem ser adicionados em velocidade para otimizar a dispersão na água mediante mistura simultânea dos ingredientes combinados.

Etapa de Mistura

Na etapa de mistura, os ingredientes são misturados em calda substancialmente uniforme. Por "substancialmente uniforme", indica-se que amostras aleatórias da calda contêm o mesmo percentual em peso da concentração de cada um dos ingredientes iniciais como nos ingredientes totais na etapa de combinação mais ou menos 1QS4 em peso, preferencialmente 5% em peso e, de preferência superior, 2% em peso. Caso a concentração dos sólidos na mistura total seja de 50% em peso de fibra termoestável mais 50% em peso de fibra de poliareneazol, por exemplo, mistura substancialmente uniforme na etapa de mistura indica que cada amostra aleatória da calda possui (1) concentração da fibra termoestável de 50% em peso mais ou menos 10% em peso, preferencialmente 5% em peso e, de preferência superior, 2% em peso e (2) concentração de fibra de poliareneazol de 50% em peso mais ou menos 10% em peso, preferencialmente 5% em peso e, de preferência superior, 2% em peso. A mistura pode ser realizada em qualquer recipiente que contenha lâminas giratórias ou algum outro agitador. A mistura pode ocorrer após a adição dos ingredientes ou enquanto os ingredientes estiverem sendo adicionados ou combinados.

Etapa de Refino

Na etapa de refino, os ingredientes da polpa são simultaneamente co-refinados, convertidos ou modificados conforme segue. A fibra termoestável e a fibra de poliareneazol são fibriladas, cortadas e trituradas em estruturas fibrosas com formas irregulares que contêm hastes e fibrilas. Todos os sólidos são dispersos, de forma que a calda refinada seja substancialmente uniforme. "Substancialmente uniforme" é conforme definido acima. A etapa de refino compreende preferencialmente a passagem da calda misturada através de um ou mais refinadores de discos ou reciclagem da calda de volta através de um único refinador. Pela expressão "refinador de disco", indica-se refinador que contém um ou mais pares de discos que giram entre si de forma a refinar ingredientes por meio da ação de corte entre os discos. Em um tipo apropriado de refinador de disco, a calda sendo refinada é bombeada entre o rotor circular e discos estatores próximos entre si e giratórios entre si. Cada disco possui superfície frontal para o outro disco, com ranhuras de superfície que se estendem ao menos parcialmente de forma radial· Refinador de disco preferido que pode ser utilizado é descrito no documento de patente US 4.472.241. Em realização preferida, o espaço configurado de placas para o refinador de disco é de, no máximo, 0,18 mm e, preferencialmente, o espaço configurado é de 0,13 mm ou menos, até configuração mínima prática de cerca de 0,05 mm.

Se necessário para dispersão uniforme e refino adequado, a calda misturada pode ser passada através do refinador de disco mais de uma vez ou através de uma série de pelo menos dois refinadores de discos. Quando a calda misturada for refinada em apenas um refinador, existe tendência de que a calda resultante seja refinada inadequadamente e não dispersa uniformemente. Conglomerados ou agregados completa ou substancialmente de um ingrediente sólido ou o outro, ou ambos, podem formar-se em vez de serem dispersos, formando dispersão substancialmente uniforme. Esses conglomerados ou agregados possuem maior tendência de rompimento e dispersão na calda quando a calda misturada passa através do refinador mais de uma vez ou passa através de mais de um refinador. Opcionalmente, a calda refinada pode passar através de peneira para segregar fibras longas ou aglomerados, que podem ser reciclados por meio de um ou mais refinadores até que sejam cortados em comprimentos ou concentrações aceitáveis.

Como calda substancialmente uniforme que contém diversos ingredientes é co-refinada nesta etapa do processo, qualquer tipo de ingrediente de polpa (tal como fibra de poliareneazol) é refinado em polpa na presença de todos os demais tipos de ingredientes de polpa (tais como fibra termoestável) enquanto estes outros ingredientes também estiverem sendo refinados. Este co-refino de ingredientes de polpa forma polpa que é superior a mistura de polpa gerada pela mera mistura de duas polpas entre si. A adição de duas polpas e sua mera mistura entre si não forma os componentes fibrosos conectados de forma íntima e substancialmente uniformes da polpa gerada por rneio dó co-rsfino d6 in^rsdientes de po!p3 na forma de potoa de acordo com a presente invenção.

Etapa de Remoção

Água é removida em seguida da calda refinada. A água pode ser removida por meio de coleta da polpa em dispositivo de desidratação tal como filtro horizontal e, se desejado, água adicional pode ser removida por meio de aplicação de pressão ou espremendo-se o aglomerado de filtragem de polpa. A polpa desidratada pode ser opcionalmente seca em seguida até teor de umidade desejado e/ou pode ser embalada ou enrolada sobre rolos. Em algumas realizações preferidas, a água é removida até grau em que a polpa resultante possa ser recolhida sobre tela e enrolada em rolos. Em algumas realizações, não mais de cerca de 60% em peso total de água presente é quantidade desejada de água e preferencialmente 4 a 60% em peso total de água. Em algumas realizações, entretanto, a polpa pode reter mais água, de forma que quantidades mais altas de água total, tais como 75% em peso total de água, estejam presentes.

Figuras 1 E 2

Este processo será agora descrito com referência às Figuras 1 e 2. Ao longo de toda a presente descrição detalhada, caracteres de referência similares designam elementos similares em todas as figuras. Com referência à Fig. 1, existe um diagrama de bloco de realização de processo úmido de fabricação de polpa "úmida" de acordo com a presente invenção. Os ingredientes da polpa 1 são adicionados ao recipiente 2. O recipiente 2 é equipado com misturador interno, similar a misturador de máquina de lavar. O misturador dispersa os ingredientes na água, criando a calda substancialmente uniforme. A calda misturada é transferida para primeiro refinador 3 que refina a calda. Em seguida, opcionalmente, a calda refinada pode ser transferida para segundo refinador 4 e, opcionalmente, dali para terceiro refinador 5. São ilustrados três refinadores, mas qualquer número de refinadores pode ser utilizado, dependendo do grau de uniformidade e refino desejado. Após o último refinador na série de refinadores, a calda refinada é opcionalmente transferida para filtro ou classificador 6 que permite a passagem de calda com sólidos dispersos abaixo de tamanho de peneira ou mesh selecionado e recircula sólidos dispersos maiores que tamanho de peneira ou mesh selecionado de volta para um ou mais dos refinadores, tal como por meio da linha 7, ou para refinador 8 dedicado para refinar essa calda recirculada, a partir do qual a calda refinada novamente passa para o filtro ou classificador 6. Calda adequadamente refinada passa do filtro ou classificador 6 para filtro a vácuo de água horizontal 9 que remove a água. A calda pode ser transferida de um ponto para outro por meio de qualquer método e aparelho convencional, tal como com a assistência de uma ou mais bombas 10. Em seguida, a polpa é conduzida para um secador 11 que remove mais água, até que a polpa possua a concentração de água desejada. Em seguida, a polpa refinada é embalada em um formador de fardos 12.

Com referência à Fig. 2, existe um diagrama de bloco de realização de processo seco de fabricação de polpa "seca" de acordo com a presente invenção. Este processo seco é idêntico ao processo úmido, exceto após o filtro a vácuo de água horizontal 9. Após aquele filtro, a polpa passa por uma prensa 13 que remove mais água até que a polpa possua a concentração de água desejada. Em seguida, a polpa passa através de um afofador 14 para afofar a polpa e, em seguida, um secador 11 para remover mais água. Em seguida, a polpa passa através de rotor 15 e é embalada em um formador de fardos 12.

II. Segunda Realização do Processo de Acordo com a Presente

Invenção

Em segunda realização, o processo de fabricação da polpa terrnoestáve! e de poüareneazol é idêntico à primeira realização do processo descrito acima com as diferenças a seguir.

Antes da combinação de todos os ingredientes entre si, a fibra termoestável ou a fibra de poüareneazol, ou ambas, fibra termoestável e fibra de poüareneazol, podem necessitar ser reduzidas. Isso é feito por meio de combinação de água com o ingrediente de fibra. Em seguida, a água e fibra são misturadas para formar primeira suspensão e processadas através de primeiro refinador de disco para reduzir o tamanho da fibra. O refinador de disco corta a fibra até comprimento médio de não mais de 10 cm. O refinador de disco também parcialmente fibrilará e parcialmente triturará a fibra. A outra fibra, que não foi previamente adicionada, pode também ter seu comprimento reduzido desta maneira, formando segunda suspensão processada. Em seguida, a outra fibra (ou a segunda suspensão, se processada em água) é combinada com a primeira suspensão.

Mais água é adicionada antes, depois ou durante a adição de outros ingredientes, se necessários, para aumentar a concentração de água para 95 a 99% em peso do total dos ingredientes. Após a combinação de todos os ingredientes, eles podem ser misturados, se necessário, para atingir calda substancialmente uniforme.

Os ingredientes na calda são co-refinados juntos, ou seja, simultaneamente, em seguida. Esta etapa de refino inclui a fibrilação, corte e trituração de sólidos na suspensão, de tal forma que toda ou substancialmente toda a fibra termoestável e a fibra de poliareneazol é convertida em estruturas fibrosas fíbriladas com formatos irregulares. Esta etapa de refino também dispersa todos os sólidos, de forma que a calda refinada seja substancialmente uniforme. Água é removida em seguida como na primeira realização do processo. Os dois processos produzem a mesma ou substancialmente a mesma fibra termoestável e fibra de poliareneazol.

Polpa de Acordo com a Presente Invenção

O produto resultante, fabricado por meio do processo de acordo com a presente invenção, é fibra termoestável e polpa de poliareneazol para uso como material de reforço em produtos. A polpa compreende (a) estruturas fibrosas de fibra termoestável com formato irregular; (b) estruturas fibrosas de poliareneazol com formato irregular; (c) opcionalmente outros aditivos menores; e (d) água.

A concentração dos componentes de ingredientes separados na polpa corresponde, naturalmente, às concentrações descritas anteriormente de ingredientes correspondentes utilizados na fabricação da polpa.

As estruturas fibrosas fíbriladas de poliareneazol e fibra termoestável com formato irregular contêm hastes e fibrilas. As hastes e/ou fibrilas de fibra termoestável são substancialmente entrelaçadas com as hastes e/ou fibrilas de poliareneazol. As fibrilas são importantes e agem como ganchos ou prendedores ou tentáculos que se aderem a partículas adjacentes na polpa e no produto final e as retêm, de forma a fornecerem integridade ao produto final.

As estruturas fibrosas fíbriladas de poliareneazol e fibra termoestável possuem preferencialmente dimensão máxima média de não mais de 5 mm, de maior preferência 0,1 a 4 mm e, de preferência superior, 0,1 a 3 mm. As estruturas fibrosas fibriladas de poliareneazol e fibra termoestável possuem preferencialmente média ponderada de comprimento de não mais de 1,3 mm, de maior preferência 0,7 a 1,2 mm e, de preferência superior, 0,75 a 1,1 mm.

A polpa de poliareneazol e fibra termoestável não contém conglomerados ou agregados substanciais do mesmo material. Além disso, a polpa possui Medida de Drenabilidade (Canadian Standard Freeness) (CSF), conforme medido por meio do teste TAPPI T 227 om-92, que é medida das suas características de drenagem, de 100 a 700 mL, preferencialmente de 250 a 450 mL.

A extensão da polpa é medida do grau de fibrilação e influencia a porosidade do produto fabricado com a polpa. Em algumas realizações da presente invenção, a extensão da polpa é de sete a onze metros quadrados por grama.

Acredita-se que as estruturas fibrosas fibriladas, dispersas de forma substancialmente homogênea ao longo de todo o material de reforço e a fricção e materiais de vedação de fluidos fornecem, em virtude das características de alta temperatura dos polímeros de poliareneazol e da propensão à fibrilação das fibras de poliareneazol, muitos locais de reforço e maior resistência ao desgaste. Quando co-refinados, a mistura dos materiais de poliareneazol e termoestável é tão íntima que, em material de vedação de fluidos ou fricção, sempre há algumas estruturas fibrosas de poliareneazol próximas das estruturas de fibra termoestável, de forma que as tensões e a abrasão de serviço sempre são compartilhadas. Quando co-refinados, portanto, os materiais de poliareneazol e termoestável encontram-se em contato tão íntimo que, em material de vedação fluido ou de fricção, sempre há algumas estruturas fibrosas de poliareneazol próximas às estruturas de fibra termoestável, de forma que as tensões e a abrasão de serviço sempre são compartilhadas.

Material de Vedação de Fluidos

A presente invenção refere-se ainda a material de vedação de fluidos e processos de fabricação dos materiais de vedação de fluidos. Materiais de vedação de fluidos são utilizados em barreira ou como barreira para evitar a descarga de fluidos e/ou gases e utilizados para evitar a entrada de contaminantes, em que dois itens são unidos entre si. Uso ilustrativo de material de vedação de fluidos é em arruelas. O material de vedação de fluidos compreende aglutinante; opcionalmente, pelo menos uma carga; e matéria! de reforço fibroso que compreende a polpa de poliareneazol e termoestável de acordo com a presente invenção. Aglutinantes apropriados incluem, mas sem limitar-se a borracha de nitrila, borracha de butadieno, neoprene, borracha de estireno-butadieno, borracha de nitrila-butadieno e suas misturas. O aglutinante pode ser adicionado com todos os demais materiais de partida. O aglutinante é tipicamente adicionado na primeira etapa do processo de produção de arruelas, no qual os ingredientes secos são misturados entre si. Outros ingredientes incluem opcionalmente partículas de borracha não curadas e solvente de borracha, ou solução de borracha em solvente, para fazer com que o aglutinante revista superfícies das cargas e polpa. Cargas apropriadas incluem, mas sem limitar-se a sulfato de bário, argilas, talco e suas misturas.

Processos apropriados de fabricação de materiais de vedação de fluidos são, por exemplo, processo de adição de batedor ou processo úmido, em que a arruela é fabricada com calda de materiais, ou pelo que se denomina processo seco ou de calandragem, em que os ingredientes são combinados em solução de borracha ou elastomérica.

Material de Fricção

A polpa de acordo com a presente invenção pode ser utilizada como material de reforço em materiais de fricção. Por "materiais de fricção", indica-se materiais utilizados pelas suas características de fricção, tais como coeficiente de fricção, para suspender ou transferir energia de movimento, estabilidade sob altas temperaturas, resistência ao desgaste, propriedades de amortecimento de ruídos e vibração etc. Usos ilustrativos de materiais de fricção incluem almofadas de freio, blocos de freio, forros de embreagem secos, segmentos de forro de embreagem, camadas de isolamento/forro de almofadas de freio, papéis de transmissão automática, freio úmido e outros papéis de fricção industriais.

Em vista deste novo uso, a presente invenção refere-se ainda a material de fricção e processos de fabricação do material de fricção. Especificamente, o material de fricção compreende modificador de fricção; opcionalmente, pelo menos uma carga; aglutinante; e material de reforço fibroso que compreende a fibra termoestável e polpa de poliareneazol de acordo com a presente invenção. Modificadores de fricção apropriados são 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 da fricção orgânicos tais como borrachas sintéticas e partículas de resina de cascas de castanhas de caju. Aglutinantes apropriados são resinas termoestáveis tais como resinas fenólicas (ou seja, resina fenólica reta (100%) e várias resinas fenólicas modificadas com borracha ou epóxi), resinas de melamina, resinas epóxi e resinas de poliimida, bem como suas misturas. Cargas apropriadas incluem barita, carbonato de cálcio, calcário, argila, talco, vários outros pós de silicato de magnésio e alumínio, volastonita, atapulgita e suas misturas.

As etapas reais de elaboração do material de fricção podem variar, dependendo do tipo de material de fricção desejado. Métodos de fabricação de partes de fricção moldadas geralmente envolvem, por exemplo, a combinação dos ingredientes desejados em molde, cura da parte e modelamento, tratamento a quente e moagem da parte, se desejado. Papéis de fricção e transmissão automotiva geralmente podem ser elaborados por meio de combinação dos ingredientes desejados em calda e fabricação de papel em máquina de papel utilizando processos de fabricação de papel convencionais.

São possíveis muitas outras aplicações da polpa, incluindo o seu uso como auxiliar de processamento tal como tixotropo ou seu uso como material de filtro. Quando utilizada como material de filtro, a polpa de acordo com a presente invenção é tipicamente combinada com aglutinante e produto de papel, folha ou forma moldada é fabricado por meio de métodos convencionais.

METODOS DE TESTE

Foram utilizados os métodos de teste a seguir nos Exemplos abaixo.

Medida de Drenabilidade (CSF) foi medida conforme descrito no método TAPPi T 227 em conjunto com microscopia ótica. CSF mede a velocidade de drenagem de suspensão de polpa diluída. É teste útil para determinar o grau de fibrilação. Os dados obtidos por meio da condução deste teste são expressos em Números de Drenabilidade (Canadian Freeness Numbers), que representam os mililitros de água que são drenados de calda aquosa sob condições especificadas. Número alto indica alta drenabilidade e alta tendência de drenagem da água. Número baixo indica tendência de drenagem lenta da dispersão. A drenabilidade é inversamente proporcional ao grau de fibrilação da polpa, pois números de fibrilas mais altos reduzem a velocidade em que a água é drenada através de esteira de papel em formação.

Comprimentos médios de fibras, incluindo comprimento da "média ponderada do comprimento", foram determinados utilizando Analisador da Qualidade de Fibras (vendido pela OpTest Equipment Inc., 900 Tupper St., Hawkesbury ON1 Κ6Α 3S3, Canadá) seguindo o método de teste TAPPI T 271.

Temperatura: todas as temperaturas são medidas em graus Celsius (°C).

Denier é medido de acordo com ASTM D 1577 e é a densidade linear de fibra expressa na forma de peso em gramas de 9000 metros de fibra. O denier é medido em Vibroscópio da Textechno de Munique, Alemanha. Denier vezes (10/9) é igual a decitex (dtex).

Exemplos

A presente invenção será agora ilustrada pelos exemplos específicos a seguir. Todas as partes e percentuais são em peso, a menos que indicado em contrário. Os exemplos preparados segundo o(s) processo(s) de acordo com a presente invenção são indicados por algarismos. Exemplos comparativos são indicados por letras.

Os exemplos a seguir ilustram o surpreendente aumento do grau de fibrilação de fibra termoestável por meio de co-refino de pequena quantidade de fibra de poliareneazol na presença da fibra termoestável. O grau de fibrilação é característica importante de produto de polpa. Existe relação direta entre o grau de fibrilação e a retenção de carga. Além disso, a fibrilação é útil para atingir dispersão uniforme dos produtos de polpa em uma série de materiais. Fibra altamente fíbrilada também será capaz de unir-se a matriz mais intensamente por meio de entrelaçamento físico que fibra não fibrilada. Nos exemplos que se seguem, fibra de poli(parafenileno benzobisoxazol (PBO) foi utilizada como representante da família de fibras de poliareneazol e fibra acrílica foi utilizada para representar fibras termoestáveis.

Exemplo Comparativo A

Este exemplo ilustra material do estado da técnica que é fabricado quando fibra termoestável é refinada sem a presença de nenhuma fibra de poliareneazol. 68,1 gramas de fibra acrílica de 1,9 dtex que possui comprimento de corte de 9,5 mm (vendida pela Sterling Fibers, Inc., 5005 Sterling Way1 Pace FL 32571) foi dispersa em 2,7 L de água. A dispersão passou por cinco vezes através de refinador de disco único de 30 cm com velocidade única Sprout-Wadron (vendido pela Andritz1 Inc., Sprout-Bauer Equipment, Muncy PA 17756) com o espaço de disco definido em 0,26 mm, seguido por doze passagens através do refinador com espaço de disco definido em 0,13 mm. As propriedades do material refinado 100% acrílico produzido são exibidas na Tabela 1; a Figura 3 é micrografia ótica digital do material que exibe a fibrilação limitada experimentada por esse material após o refino.

Papel foi fabricado em seguida a partir do material refinado por meio de dispersão com desintegrador de polpa padrão (conforme descrito no Apêndice A de TAPPI 205) de 6,7 gramas do material (em base de peso seco) em 1,5 I de água por três minutos, adição da dispersão a molde de papel depositado úmido que possui tela com as dimensões de 21 cm χ 21 cm. A dispersão foi diluída em seguida com cinco litros de água, papel depositado úmido formou-se sobre a tela e o excesso de água foi removido com pino de rolamento. O papel foi seco em seguida a 100 0C por dez minutos em secador de papel. As propriedades do papel produzido são exibidas na Tabela 1.

Exemplo Comparativo B

Este exemplo ilustra polpa 100% poliareneazol. Polpa 100% PBO foi produzida utilizando o mesmo procedimento do Exemplo Comparativo A com exceção do uso de 68,1 gramas de fibra de PBO com 1,7 dtex que possui comprimento de corte de 12,7 mm (vendida pela Toyobo Co., Ltd., Departamento Zylon1 2-2-8 Dojima-Hama1 Kita-Ku Osaca) no lugar da fibra acrílica. As propriedades do material refinado 100% PBO produzido são exibidas na Tabela 1; a Figura 4 é micrografia ótica digital da polpa que exibe a fibrilação da fibra de PBO após o refino. Foi fabricado papel em seguida (conforme descrito no Exemplo Comparativo A) a partir do material refinado de PBO e as propriedades do papel produzido são exibidas na Tabela 2.

Exemplo 1

Polpa de acordo com a presente invenção foi produzida utilizando o mesmo procedimento do Exemplo Comparativo A com exceção de dispersão contendo mistura das fibras cortadas não refinadas iniciais do Exemplo Comparativo A e as fibras cortadas não refinadas iniciais do Exemplo Comparativo B foram refinadas, passando dezessete vezes através do refinador de disco para formar polpa co-refinada. A mistura de fibras continha 61,7 gramas de fibra acrílica de 1,9 dtex que possui comprimento de corte de 9,5 mm (vendida pela Sterling Fibers1 Inc., 5005 Sterling Way, Pace FL 32571) e 6,4 gramas de fibra de PBO com 1,7 dtex que possui comprimento de corte de 12,7 mm (vendida pela Toyobo Co., Ltd., Departamento Zylon1 2-2-8 Dojima-Hama, Kita-Ku Osaca). A polpa co-refinada continha cerca de 9% em peso de PBO e 91% em peso de acrílico e as propriedades da polpa produzida são exibidas na Tabela 1. Papel foi fabricado em seguida (conforme descrito no Exemplo Comparativo A) a partir da polpa e as propriedades do papel produzido são exibidas na Tabela 2.

Exemplo 2

Outra polpa de acordo com a presente invenção foi produzida utilizando o mesmo procedimento do Exemplo 1 com exceção de que a mistura continha 50,8 gramas da fibra acrílica com 1,9 dtex e 17,3 gramas da fibra de PBO com 1,7 dtex. A polpa co-refinada continha cerca de 25% em peso de PBO e 75% em peso de acrílico. As propriedades da polpa produzida são exibidas na Tabela 1; a Figura 5 é micrografia ótica digital da polpa que exibe a fibrilação da fibra de PBO e de acrílico após o refino. Papel foi fabricado em seguida (conforme descrito no Exemplo Comparativo A) a partir da polpa e as propriedades do papel produzido são exibidas na Tabela 2.

Exemplo Comparativo C

O exemplo demonstra que o refino das fibras termoestáveis separadamente das fibras de poliareneazol e sua mistura em seguida resulta em polpa que fornece papel que possui resistência à tensão mais baixa (e, portanto, menos fibrilação) que papel fabricado a partir da polpa co-refinada de acordo com a presente invenção.

Amostra do material refinado fabricado no Exemplo Comparativo A foi misturada com amostra do material refinado do Exemplo Comparativo B em quantidade de 75% em peso de material acrílico para 25% em peso de material PBO (base de peso seco) utilizando desintegrador de polpa padrão conforme descrito no Apêndice A de TAPPI 205 por cinco minutos. O desintegrador de TAPPI foi utilizado para misturar as duas polpas refinadas dos Exemplos Comparativos AeB porque a agitação é suficientemente vigorosa para misturar e dispersar bem as polpas refinadas anteriormente, mas não alteraria o seu comprimento ou fibrilação. As propriedades da polpa produzida são exibidas na Tabela 1. Papel foi fabricado a partir da polpa (conforme descrito no Exemplo Comparativo A) e as propriedades do papel produzido são exibidas na Tabela 2. Comparação entre a resistência do papel do Exemplo 2 com o papel fabricado a partir deste exemplo revela que o papel fabricado com a polpa co-refinada possuía propriedades físicas significativamente aprimoradas (tais como resistência à tensão de 0,18 N/cm para o papel da polpa co-refinada contra 0,07 N/cm para o papel fabricado com a polpa de acordo com o presente exemplo).

O material termoestável refinado conforme descrito no Exemplo Comparativo A não contém fibras fibriladas apreciáveis. Com a adição da fibra de poliareneazol à fibra termoestável e refino em seguida das duas fibras juntas como nos Exemplos 1 e 2, as fibras termoestáveis resultantes exibem grau mais alto de fibrilação. Este efeito é claramente observável em produto de polpa co-refinada de 25/75 PBO/acrílico exibido na Figura 3. É interessante observar que a Medida de Drenabilidade (CSF) da polpa do Exemplo 2 é comparável com a CSF obtida por meio da mistura de 100% polpa acrílica com 100% polpa de PBO em base de peso seco 75/25 conforme descrito no Exemplo Comparativo C. Combinação dos resultados da microscopia ótica com CSF indica que o material de poliareneazol induz a fibrilação no material termoestável.

As médias de comprimento de fibra dos produtos de polpa produzidos nos Exemplos são relacionadas na Tabela 1 e é interessante observar que as amostras co-refinadas possuem comprimento de fibra mais curto que as amostras que contêm apenas um tipo de fibra. Isso demonstra que, por meio do co-refino com fibra de poliareneazol, são produzidos tipos muito diferentes de produtos de polpa que não podem ser atingidos por meio da mera mistura de polpa de poliareneazol com outras polpas.

A Tabela 2 resume resultados de tenacidade e módulo obtidos a partir das folhas manuais elaboradas nos Exemplos. Os dados da folha manual para o Exemplo 2 demonstram que papel com módulo surpreendentemente alto pode ser formado a partir de algumas polpas de acordo com a presente invenção. O módulo é várias vezes mais alto que papéis de material isolado e somente pode ser atingido quando o poliareneazol e o termoestável forem processados juntos.

Tabela 1

<table>table see original document page 32</column></row><table> <table>table see original document page 33</column></row><table>

Tabela 2

<table>table see original document page 33</column></row><table>

Exemplo 3

Almofadas de freio de disco que incorporam a polpa de acordo com a presente invenção são fabricadas conforme segue. Cerca de 20 kg de pó de composto base sem amianto que compreende mistura de 7% em peso de resina de cascas de castanhas 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 moles são misturados por dez a vinte minutos em misturador Littleford de cinqüenta litros. O misturador possui dois trituradores de alta velocidade com lâminas da configuração de "estrelas e barras" e entalhador giratório mais lento.

Cinco quilogramas do pó de composto base bem misturado são combinados em seguida com a polpa de acordo com a presente invenção (em que polpa co-refinada é de 50% em peso de poliareneazol e 50% em peso de termoestável) em quantidade de 3,8% em peso, com base no peso combinado do pó de composto e da polpa. A polpa é dispersa em seguida no pó de composto base por meio de mistura por cinco a dez minutos adicionais. Uma vez misturada, a composição de almofada de freio resultante possui aparência visual normal com a fibra bem dispersa nos pós de compostos base e completamente revestida com eles, essencialmente sem formação de bolas detectável da polpa nem segregação de nenhum componente.

A composição de almofada de freio é despejada em seguida em molde de aço com uma cavidade para almofada de freio de disco frontal, pressionada a frio até espessura padrão de cerca de 16 mm e removida em seguida do molde para formar freio previamente formado que possui peso aproximado de duzentos gramas. São elaboradas doze formas prévias iguais. As formas prévias são colocadas em seguida em dois moldes com múltiplas cavidades, colocadas em prensa comercial e curadas sob pressão (retícula fenólica do aglutinante e reação) a 149 0C por cerca de quinze minutos, com liberação de pressão periódica para permitir o escape dos gases de reação fenólicos, seguida por cura em forno levemente restrito a 171 0C por quatro horas para completar a retícula de aglutinante fenólico. A almofada moldada curada é moída em seguida na espessura desejada de cerca de 13 mm.

Exemplo 4

Este exemplo ilustra como a polpa de acordo com a presente invenção pode ser incorporada a arruela de adição de batedor para aplicações de vedação de fluidos. Água, borracha, látex, cargas, substâncias químicas e a polpa de acordo com a presente invenção são combinados em quantidades desejadas para formar calda. Sobre peneira de fios circulante (tal como tela de máquina de papel ou fio), a calda tem seu teor de água em grande parte drenado, é seca em túnel de aquecimento e vulcanizada sobre rolos de calandragem aquecidos para formar material que possui espessura máxima de cerca de 2,0 mm. Este material é comprimido em prensa hidráulica ou calandra de dois rolos, que aumenta a densidade e aprimora a capacidade de vedação.

Esses materiais de arruela de adição a batedor geralmente não possuem capacidade de vedação tão boa quanto materiais de fibra comprimida equivalentes e são melhor apropriados para aplicações sob alta temperatura e pressão moderada. Arruelas de adição a batedor encontram capacidade de aplicação na fabricação de arruelas de motores auxiliares ou, após processamento adicional, arruelas de cabeça de cilindro. Com este propósito, o produto semiacabado é laminado sobre os dois lados de folha de metal pregado e é fixado fisicamente no lugar pelos pregos.

Exemplo 5

Este exemplo ilustra como a polpa de acordo com a presente invenção pode ser incorporada a arruela fabricada por meio de processo de calandragem. Os mesmos ingredientes do Exemplo 6, menos a água, são completamente misturados secos e combinados em seguida com solução de borracha preparada utilizando solvente apropriado.

Após a mistura, o composto é conduzido geralmente em bateladas em seguida para calandra de rolo. A calandra consiste de pequeno rolo que é resfriado e rolo grande que é aquecido. O composto é alimentado e depositado no espaço da calandra pelo movimento giratório dos dois rolos. O composto aderir-se-á e enrolar-se-á em volta do rolo inferior quente em camadas geralmente com cerca de 0,02 mm de espessura, dependendo da pressão, para formar material de arruela fabricado com as camadas de compostos acumuladas. Ao fazê-lo, o solvente evapora e inicia-se a vulcanização do elastômero.

Ao atingir-se a espessura de material de arruela desejada, os rolos são parados e o material de arruela é cortado do rolo quente e cortado e/ou puncionado no tamanho desejado. Nenhuma pressão ou aquecimento adicional é necessário e o material está pronto para trabalhar como arruela. Desta forma, podem ser fabricadas arruelas com espessura de até cerca de 7 mm. Entretanto, a maior parte das arruelas fabricadas desta forma é muito mais fina, normalmente cerca de 3 mm ou menos de espessura.

Claims

1. POLPA para uso como material de processamento ou reforço, caracterizada pelo fato de que compreende: (a) estruturas fibrosas termoestáveis fibriladas que representam de 60 a 97% em peso de sólidos totais; (b) estruturas fibrosas de poliareneazol fibriladas que representam de 3 a 40% em peso de sólidos totais; em que as estruturas fibrosas termoestáveis e de poliareneazol possuem dimensão máxima média de não mais de 5 mm, comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 1,3 mm e hastes e fibrilas em que as fibrilas e/ou hastes termoestáveis estão substancialmente entrelaçadas com as fibrilas e/ou hastes de poliareneazol.

2. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as estruturas fibrosas termoestáveis representam cerca de 60 a 75% em peso de sólidos totais.

3. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as estruturas fibrosas de poliareneazol representam cerca de -25 a 40% em peso de sólidos totais.

4. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que possui Medida de Drenabilidade (CSF) de 100 a 700 mL.

5. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as estruturas fibrosas termoestáveis são fibras termoestáveis.

6. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o poliareneazol é polibenzazol com haste rígida ou polímero de polipiridazol com haste rígida.

7. POLPA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o polibenzazol é polibenzobisoxazol.

8. POLPA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o polipiridazol é polipiridobisimidazol.

9. MATERIAL DE FRICÇÃO, caracterizado pelo fato de que compreende: modificador de fricção selecionado a partir do grupo que consiste de pós metálicos, abrasivos, lubrificantes, modificadores de fricção orgânicos e suas misturas; aglutinante selecionado a partir do grupo que consiste de resinas termoestáveis, resinas de melamina, resinas epóxi, resinas de poliimida e suas misturas; e - polpa, conforme descrita na reivindicação 1.

10. TIXOTROPO, caracterizado pelo fato de que compreende a polpa conforme descrita na reivindicação 1.

11. MATERIAL DE VEDAÇÃO DE FLUIDOS, caracterizado pelo fato de que compreende: - aglutinante; e material de reforço fibroso que compreende a polpa conforme descrita na reivindicação 1.

12. MATERIAL, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em borracha de nitrila, borracha de butadieno, neoprene, borracha de estireno butadieno, borracha de nitrila-butadieno e suas misturas.

13. FILTRO, caracterizado pelo fato que compreende a polpa conforme descrita na reivindicação 1, e aglutinante.

14. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE POLPA DE POLIARENEAZOL E TERMOESTÁVEL FIBRILADA para uso como material de reforço, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) combinar ingredientes de polpa que incluem: (1) fibra termoestável que é capaz de ser fibrilada e possui comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 60 a 97% em peso de sólidos totais nos ingredientes; (2) fibra de poliareneazol de haste rígida que possui comprimento médio de não mais de 10 cm e representa de 3 a 40% em peso de sólidos totais dos ingredientes; e (3) água, que representa de 95 a 99% em peso do total dos ingredientes; (b) misturar os ingredientes em calda substancialmente uniforme; (c) co-refinar a calda, por meio de, simultaneamente: (1) fibrilar, cortar e triturar a fibra termoestável fibrilada e a fibra de poliareneazol em estruturas fibrosas fibriladas com formato irregular com hastes e fibrilas; e (2) dispersar todos os sólidos, de forma que a calda refinada seja substancialmente uniforme; e (d) remover água da calda refinada; produzindo, desta forma, polpa de poliareneazol e termoestável fibrilada com estruturas fibrosas de poliareneazol e termoestáveis fibriladas que possuem dimensão máxima média de não mais de 5 mm, comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 1,3 mm e as hastes e/ou fibrilas termoestáveis fibriladas são substancialmente entrelaçadas com as hastes e/ou fibrilas de poliareneazol.

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a fibra termoestável possui densidade linear de não mais de 10 dtex; e a fibra de poliareneazol possui densidade linear de não mais de 2,5 dtex.

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a polpa não apresenta agregados substanciais do mesmo material.

17. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as estruturas fibrosas termoestáveis são fibra termoestável.

18. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a etapa de refino compreende a passagem da calda misturada através de uma série de refinadores de disco.

19. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE POLPA DE PGLiARENEAZOL E TERMOESTÁVEL FÍBRÍLADA para uso como material de processamento e reforço, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) combinar ingredientes que incluem água e primeira fibra a partir do grupo que consiste de: (1) fibra termoestável que é capaz de ser fibrilada e representa de 60 a 97% em peso de sólidos totais na polpa; e (2) fibra de poliareneazol de haste rígida que representa de 3 a 40% em peso de sólidos totais na polpa; (b) misturar os ingredientes combinados até suspensão substancialmente uniforme; (c) refinar a suspensão em refinador de disco, cortando, desta forma, a fibra para ter comprimento médio de não mais de 10 cm, e fibrilar e triturar pelo menos algumas das fibras em estruturas fibrosas fibriladas com formatos irregulares; (d) combinar ingredientes que incluem a suspensão refinada, em que a segunda fibra do grupo de (a) (1 e 2) possui comprimento médio de não mais de 10 cm, e água, se necessário, para aumentar a concentração de água para 95 a 99% em peso do total de ingredientes; (e) misturar os ingredientes, se necessário, para formar suspensão substancialmente uniforme; (f) co-refinar a suspensão misturada por meio de, simultaneamente: (1) fibrilar, cortar e triturar sólidos na suspensão, de tal forma que toda ou substancialmente toda a fibra de poliareneazol e termoestável seja convertida em estruturas fibrosas de poliareneazol e termoestáveis fibriladas com formato irregular com hastes e fibrilas; e (2) dispersar todos os sólidos, de forma que a calda refinada seja substancialmente uniforme; e (g) remover água da calda refinada; produzindo, desta forma, polpa de poliareneazol e termoestável com estruturas fibrosas de poliareneazol e termoestáveis fibriladas que possuem dimensão máxima média de não mais de 5 mm, comprimento da "média ponderada do comprimento" de não mais de 1,3 mm e as hastes e/ou fibrilas termoestáveis são substancialmente entrelaçadas com as hastes e/ou fibrilas de poliareneazol.

20. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que as estruturas fibrosas termoestáveis são fibra termoestável.