BRPI0819924B1 - fibras multicomponentes - Google Patents

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J Zillig Daniel
A Kadoma Ignatius
G Carlson James
D Crandall Michael
R Berrigan Michael
K Wu Yong
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Abstract

“fibras multicomponentes” são apresentadas fibras multicomponentes compreendendo pelo menos um polímero que tem uma temperatura de amolecimento de até 150°c, e outro polímero que tem um ponto de fusão de pelo menos 130°c. as fibras não são fundíveis até pelo menos 110°c. as fibras são úteis, por exemplo, para controle de refluxo em poços e reservatórios.

Description

“FIBRAS MULTICOMPONENTES”
Antecedentes [001] São conhecidas várias fibras multicomponentes. As propriedades úteis de algumas dessas fibras incluem consolidação de fibras em que, por exemplo, uma bainha com baixo ponto de fusão ou amaciamento cobre um núcleo com ponto de fusão mais alto. A bainha, quando fundida ou amolecida, serve como um agente de consolidação para o núcleo.
[002] Em outro aspecto, operadores de campos de extração de petróleo e gás têm a necessidade de controlar o refluxo de propante. Várias abordagens diferentes têm sido usadas para resolver esse problema, inclusive o uso de propantes revestidos com resina (por exemplo, o revestimento pode consistir em resinas termofixas, como epóxis e fenólicos, e elastômeros termoplásticos, como resinas acrílicas). Espera-se que os propantes revestidos apresentem aderência um ao outro dentro do poço, para formar no mesmo um bloco integrado de propante.
[003] As fibras relativamente curtas (vide, por exemplo, as patentes US n°5.330.005 (Card etal.), 5.501.275 (Card et al.) e 6.172.011 (Card et al.)) têm sido aplicadas no controle de refluxo. Uma desvantagem dessa abordagem é sua eficiência no controle do refluxo. Outras abordagens têm sido propostas, como a inclusão de fibras curtas nas camadas revestidas de resina do propante e a modificação da geometria do propante, inclusive a razão de aspecto e a distribuição de tamanho de partícula.
[004] Existe uma necessidade por opções adicionais para controle de refluxo.
Sumário [005] Em um aspecto, a presente descrição apresenta uma fibra multicomponente compreendendo pelo menos um primeiro e um segundo
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2/18 polímeros, sendo que o primeiro polímero tem uma temperatura de amolecimento de até 150Ό (em algumas modalidades, até 140°C, 130Ό, 125Ό, 120Ό, 110°C, 100Ό, 90Ό ou mesmo até 80Ό), sendo que o segundo polímero tem um ponto de fusão de pelo menos 130Ό (em algumas modalidades, pelo menos 140°C, 150Ό, 160Ό, 170°C, 175°C, 180Ό, 190Ό, 200Ό, 210°C, 220°C, 225Ό, 230°C, 240 Ό ou mesmo pelo menos 250 Ό), sendo que a diferença entre o ponto de amolecimento do primeiro polímero e o ponto de fusão do segundo polímero é de pelo menos 10°C (em algumas modalidades, pelo menos 15Ό, 20Ό, 25°C, 50 °C, 75Ό, 100Ό, 125°C, 150Ό ou mesmo pelo menos 175Ό), sendo que a fibra exibe resistência tanto a hidrocarbonetos como hidrolítica, conforme determinado pelos Testes de estabilidade com hidrocarbonetos e de estabilidade hidrolítica, respectivamente, sendo que o primeiro polímero tem um módulo elástico de menos que 3 x 105 N/m2 a 1 Hz e pelo menos -60°C (em algumas modalidades, até pelo menos -50 °C, -40 °C, -30 Ό, -25 °C, -20 °C, -10°C, 0°C, 10Ό, 20 Ό, 25 °C, 30 Ό, 40 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C, 75 °C ou mesmo até 80 °C), e sendo que a fibra é não-fundível até pelo menos 110Ό (em algumas modalidades, até 125Ό, 150Ό ou mesmo até 160°C).
[006] As fibras não-fundíveis são conhecidas na técnica. As fibras multicomponentes “não-fundíveis” são fibras que podem consolidar-se autogenamente (isto é, unir-se sem a adição de pressão entre as fibras) sem perda significativa da arquitetura multicomponente. A relação espacial entre o primeiro polímero e o segundo polímero é retida nas fibras multicomponentes não-fundíveis. Tipicamente, as fibras multicomponentes sofrem tanto fluxo do primeiro polímero durante a consolidação autógena que a estrutura multicomponente se perde conforme o primeiro polímero fica concentrado nas junções entre fibras e o segundo polímero fica exposto em outros pontos. Isto é
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3/18 indesejável para manter uma rede pegajosa de fibras, já que o segundo polímero é, tipicamente, não-pegajoso. Nas fibras não-fundíveis, o calor causa pouco ou nenhum fluxo do primeiro polímero, de modo que a pegajosidade da fibra é retida, juntamente com a maior parte das fibras multicomponentes. Para testar a natureza não-fundível das fibras, um teste específico é usado (consulte “Teste de fibra não-fundível” na seção de exemplos de trabalho).
[007] Opcionalmente, a fibra tem um comprimento médio de até 20 mm (em algumas modalidades até 15 mm ou até 10 mm e, em algumas modalidades, na faixa de 2 a 20 milímetros, ou de 2 a 10 milímetros). Opcionalmente, a fibra tem um diâmetro médio de até 100 micrômetros (em algumas modalidades até 90, 85, 80,75,70,65,60,55,50,45,40,35,30,25,20,15 ou mesmo até 10 micrômetros). Em algumas modalidades, o primeiro polímero é pelo menos um dentre copolímero de ácido etileno(met)acrílico, ionômero de ácido etileno(met)acrílico, poliamida, fluoreto de polivinilideno, polietileno reticulado, polipropileno reticulado, poliuretano curado a úmido (isto é, um grupo isocianato se reticula na presença de água), epóxi, acrilato reticulado, silicone reticulado ou poliuretano termoplástico, e o segundo polímero é pelo menos um dentre náilon, poli(tereftalato de cicloexano dimetanol), poli(naftalato de etileno), poli(4-metil-1 penteno), poli(sulfeto de fenileno), polióxi metileno ou polissulfona. Em algumas modalidades, o segundo polímero tem um módulo elástico que é maior (em algumas modalidades pelo menos 10, 25, 50, 75, 100, 500, 1.000, 5.000 ou mesmo pelo menos 10.000 vezes maior) que o módulo elástico do primeiro polímero.
[008] A presente descrição apresenta, também, uma fibra multicomponente compreendendo pelo menos um primeiro e um segundo polímeros, sendo que o primeiro polímero tem uma temperatura de amolecimento de até 150Ό (em
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4/18 algumas modalidades até 140 °C, 130 °C, 120 °C, 110 °C, 100 °C, 90 Ό ou mesmo até 80°C), sendo que o segundo polímero tem um ponto de fusão de pelo menos 130°C (em algumas modalidades pelo menos 140 Ό, 150°C, 160Ό, 170Ό, 175Ό, 180Ό, 190Ό, 200Ό, 210Ό, 220 °C,225 Ό, 230Ό, 240°C ou mesmo pelo menos 250°C), sendo que a diferença entre o ponto de amolecimento do primeiro polímero e o ponto de fusão do segundo polímero é de pelo menos 10Ό (em algumas modalidades pelo menos 15Ό, 20 Ό, 25 Ό, 50 °C, 75 °C, 100Ό, 125Ό, 150 Ό ou mesmo pelo menos 175Ό), sendo que o primeiro polímero é pelo menos um dentre copolímero de ácido etileno(met)acrílico, ionômero de ácido etileno(met)acrílico, poliamida, fluoreto de polivinilideno, polietileno reticulado, polipropileno reticulado, poliuretano curado a úmido, epóxis, acrilatos reticulados, silicone reticulado ou poliuretano termoplástico, sendo que o segundo polímero é pelo menos um dentre náilon, poli(tereftalado de cicloexano dimetanol), poli(etileno naftalato), poli(4-metil 1 -penteno), poli(sulfeto de fenileno), polióxi metileno ou polissulfona, sendo que pelo menos um dentre o primeiro ou o segundo polímero tem um módulo elástico menor que 3 x 105 N/m2 a 1 Hz e pelo menos -60Ό (em algumas modalidades, até pelo menos -50 Ό, -40 °C, -30 °C, -25 Ό, -20 Ό, -10Ό, 0°C, 10°C, 20 Ό, 25 O, 30 Ό, 40Ό, 50Ό, 60Ό, 70Ό, 75Ό ou mesmo até 80°C), sendo que a fibra tem um comprimento na faixa de 2 a 10 milímetros e um diâmetro médio de até 100 micrômetros (em algumas modalidades até 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45,40,35,30,25,20,15 ou mesmo até 10 micrômetros), e sendo que a fibra é nãofundível até pelo menos 110Ό (em algumas modalidades até pelo menos 125°C, 150Ό ou mesmo até pelo menos 160Ό). Em algumas modalidades, o segundo polímero tem um módulo elástico que é maior (em algumas modalidades pelo menos 10,25, 50, 75,100, 500,1.000, 5.000 ou mesmo pelo menos 10.000 vezes) que o módulo elástico do primeiro polímero. Em algumas modalidades, pelo menos
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5/18 um dentre o primeiro ou o segundo polímero é reticulado.
[009] Em algumas modalidades, as fibras multicomponentes aqui descritas compreendem, ainda, pelo menos um (por exemplo, um terceiro, quarto, quinto, etc.) polímero adicional, cada qual tendo, independentemente, uma temperatura de amolecimento de até 150°C (em algumas modalidades até 140°C, 1300,125°C, 120°C, 110°C, 100O, 90°C ou mesmo até 80O) e/ou um ponto de fusão de pelo menos 150Ό (em algumas modalidades pelo menos 160°C, 170°C, 175°C, 180°C, 190Ό, 200°C, 210°C, 220°C, 225°C, 230°C, 240°C ou mesmo pelo menos 250°C). Em algumas modalidades, cada (por exemplo terceiro, quarto, quinto, etc.) polímero adicional é, independentemente, pelo menos um dentre copolímero de ácido etileno(met)acrílico, ionômero de ácido etileno(met)acrílico, poliamida, fluoreto de polivinilideno, polietileno reticulado, polipropileno reticulado, poliuretano curado a úmido, epóxi, acrilato reticulado, silicone reticulado, poliuretanos termoplásticos, náilon, politereftalato de cicloexano dimetanol), poli(naftalato de etileno), poli(4-metil 1-penteno), poli(sulfeto de fenileno), polióxi metileno, polissulfona.
[010] As fibras multicomponentes aqui descritas são úteis, por exemplo, para controle de refluxo em poços e reservatórios de petróleo e gás. As fibras são úteis para manter a distribuição de propante durante a injeção e o posicionamento em poços, bem como para proporcionar uma distribuição mais uniforme de propante nas fraturas. As fibras são úteis, também, para leitos de areia ou outros leitos compactados destinados a filtração de água, para impedir a formação de canais.
Breve Descrição dos Desenhos [011] Para um entendimento mais completo das características e vantagens da presente invenção, é feita no momento uma referência à
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6/18 descrição detalhada da invenção junto às FIGURAS em anexo, nas quais:
[012] As FIGURAS de 1A a 1D são seções transversais esquemáticas de quatro fibras multicomponentes exemplificadoras aqui descritas.
[013] As FIGURAS de 2A a D são plotagens de módulo elástico vs. temperatura para determinados ionômeros de etileno-ácido metacrílico.
Descrição Detalhada [014] Exemplos de configurações de fibra multicomponente são ilustrados nas FIGURAS de 1A a 1 D. Com referência à FIGURA 1A, a fibra em configuração de fatias de torta 10 tem uma seção transversal circular 12, bem como um primeiro polímero 14a e 14b, um segundo polímero 16a e 16b, e um terceiro e quarto polímeros 18a e 18b. Na FIGURA 1B, a fibra multicomponente 20 tem uma seção transversal circular 22, bem como uma bainha em um primeiro polímero 24, e um núcleo em um segundo polímero 26. A FIGURA 1C mostra a fibra multicomponente 40 com uma estrutura de núcleo-bainha com uma bainha em um primeiro polímero 44 e uma pluralidade de núcleos em um segundo polímero 46. A FIGURA 1D mostra a fibra multicomponente 30 com uma seção transversal circular 32, tendo cinco regiões em camadas 34a, 36b, 34c, 36d, 34e, as quais compreendem, alternativamente, ao menos o primeiro e o segundo polímeros aqui descritos.
[015] Tipicamente, as dimensões das fibras usadas em conjunto para uma aplicação específica, bem como os componentes que formam as fibras, são de modo geral aproximadamente iguais, embora o uso de fibras com diferenças ainda mais significativas em termos de composições e/ou dimensões possa também ser útil. Em algumas aplicações, pode ser desejável usar dois ou mais grupos diferentes de fibras (por exemplo, pelo menos um polímero diferente, um ou mais polímeros adicionais, diferentes comprimentos médios ou, de outro modo,
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7/18 construções distinguíveis), sendo que um grupo oferece certas vantagens em um aspecto, enquanto o outro grupo oferece certas vantagens em um outro aspecto.
[016] As fibras multicomponentes podem geralmente ser produzidas com o uso de métodos conhecidos no estado da técnica, como a fiação de fibras multicomponentes (por exemplo, bicomponente) (vide, por exemplo, as patentes U.S. n° 4.406.850 (Hills), 5.458.472 (Hagen), 5.411.693 (Wust), 5.618.479 (Lijten) e 5.989.004 (Cook)).
[017] Materiais poliméricos adequados para produção das fibras são conhecidos na técnica. Exemplos de primeiros polímeros com uma temperatura de amolecimento de até 150°C incluem pelo menos um dentre um copolímero de ácido etileno(met)acrílico, ionômero de ácido etileno(met)acrílico, poliamida, fluoreto de polivinilideno (PVDF) (por exemplo, disponível sob a designação comercial “SOLEF TA1006” junto à Solvay Engineered Polymers GmbH, de Heidelberg, Alemanha), olefina cíclica (por exemplo, disponível sob a designação comercial “TOPAS 6017” junto à Ticona North América), copolímero de tetrafluoroetileno/hexafluoropropileno/fluoreto de vinilideno (THV) (por exemplo, aqueles disponíveis sob a designação comercial “THV220A” junto à Dyneon, de Oakdale, MN, EUA), polietileno reticulado, polipropileno reticulado, poliuretano curado a úmido (por exemplo, disponível sob a designação comercial “TIVOMELT 9617/11”, “TIVOMELT 9628”, e “TIVOMELT 9635/12” junto à Tivoli, de Hamburgo, Alemanha; “PURMELT QR116” e “PURMELT QR3310-21” junto à Henkel Consumer Adhesives, Inc., de Avon, OH, EUA; e “JET WELD TS-230” junto à 3M Company, de St. Paul, MN, EUA), epóxi (resinas de epóxi curáveis estão disponíveis, por exemplo, sob as designações comerciais “SCOTCHCAST 5555” e “SCOTCHCAST 5400” junto à 3M Company), acrilato reticulável (termofusíveis acrílicos termicamente
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8/18 reticulados mencionados, por exemplo, na patente US n° 6.875.506 (Husemann, et al.), e silicone reticulável (disponível, por exemplo, sob a designação comercial “MASTERSIL 800” junto à Master Bond, Inc., de Hackensack, NJ, EUA), ou poliuretanos termoplásticos. Esses polímeros podem ser produzidos por meio de métodos conhecidos na técnica, e/ou estão disponíveis comercialmente. Adicionalmente, por exemplo, o copolímero de etileno-ácido metacrílico parcialmente neutralizado está disponível comercialmente junto à E. I. duPont de Nemours & Company, de Wilmington, DE, EUA, sob as designações “SURLYN 8660”, “SURLYN 1702”, “SURLYN 1857” e “SURLYN 9520”). O polietileno está disponível comercialmente, por exemplo, junto à Dow Chemical Company, de Midland, Ml, EUA, sob a designação “DOWLEX 2517”). O polietileno de baixa densidade está disponível comercialmente, por exemplo, junto à ExxonMobil, de Irving, TX, EUA, sob a designação “LD 200.48”). Exemplos de segundos polímeros com um ponto de fusão de pelo menos 130°C incluem pelo menos um dentre náilon, poli(tereftalato de cicloexano dimetanol), poli(naftalato de etileno), poli(4-metil 1-penteno), poli(sulfeto de fenileno), polióxi metileno ou polissulfona. Esses polímeros podem ser produzidos por meio de métodos conhecidos na técnica, e/ou estão disponíveis comercialmente. Por exemplo, o náilon está disponível comercialmente junto à BASF North América, de Florham Park, NJ, EUA, sob a designação “ULTRAMID B27 E01 ”). O poli(sulfeto de fenileno) está disponível comercialmente, por exemplo, junto à Ticona Engineering Polymers, de Florence, KY, EUA, sob a designação “FORTRON 203”). O polióxi metileno está disponível comercialmente, por exemplo, sob a designação “CELCON” (por exemplo, grau FG40U01) junto à Ticona Engineering Polymers.
[018] Está no escopo da presente descrição que as configurações de
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9/18 núcleo-bainha tenham múltiplas bainhas. Cada componente da fibra, inclusive os polímeros adicionais, pode ser selecionado para se obter uma ou mais características desejáveis de desempenho. Por exemplo, se o polímero da bainha flui a uma temperatura demasiadamente baixa, esta pode ser aumentada mediante a adição de um segundo polímero com uma temperatura de fluxo mais alta. Várias configurações têm certas vantagens, dependendo da aplicação pretendida. Adicionalmente, por exemplo, a configuração de núcleo-bainha em ilhas no mar (vide, por exemplo, a FIGURA 1C) tem 100% da superfície em um material, enquanto a configuração em fatias de torta (vide, por exemplo, a FIGURA 1 A) e a configuração em camadas (vide, por exemplo, a FIGURA 1 D) têm menos que 100% da superfície em um material.
[019] Opcionalmente, as fibras multicomponentes aqui descritas podem compreender, ainda, outros componentes (por exemplo, aditivos e/ou revestimentos) para conferir propriedades desejáveis como manuseio, processabilidade, estabilidade e dispersibilidade. Os exemplos de aditivos e materiais de revestimento incluem antioxidantes, colorantes, cargas e materiais aplicados à superfície para otimizar o manuseio, como ceras, tensoativos, agentes poliméricos dispersantes e talcos.
[020] Podem ser usados tensoativos para otimizar a dispersibilidade das fibras. Os tensoativos úteis (também conhecidos como emulsificantes) incluem tensoativos aniônicos, catiônicos ou não-iônicos, e incluem tensoativos aniônicos como sulfatos e sulfonatos de éter alquil arílico, como sulfato de éter alquil arílico de sódio (por exemplo, fenol etoxilatos de nonila como aqueles conhecidos sob a designação comercial “TRITON X200”, disponíveis junto à Rohm and Haas, de Philadelphia, PA, EUA), sulfatos e sulfonatos de poliéter alquil arílico (por exemplo, sulfatos e sulfonatos de alquil aril poli(óxido de
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10/18 etileno), de preferência aqueles tendo até cerca de 4 unidades de repetição etilenóxi), e sulfatos e sulfonatos de alquila como lauril sulfato de sódio, lauril sulfato de amônio, lauril sulfato de trietanolamina, hexadecil sulfato de sódio, sulfatos e sulfonatos de éter alquílicos (por exemplo, lauril éter sulfato de amônio e sulfatos e sulfonatos de poliéter alquílico (por exemplo, sulfatos e sulfonatos de alquil poli(óxido de etileno), de preferência aqueles tendo até 4 unidades de etilenóxido). Também são adequados os sulfatos de alquila, os sulfatos de éter alquílico e os sulfatos de éter alquil arílicos. Os tensoativos aniônicos adicionais podem incluir sulfatos e sulfonatos de alquil arila (por exemplo, dodecil benzeno sulfato de sódio e dodecil benzeno sulfonato de sódio), sais de sódio e amônio de sulfatos de alquila (por exemplo, lauril sulfato de sódio e lauril sulfato de amônio); tensoativos não-iônicos (por exemplo, álcool oleoílico etoxilado e éter octil fenílico de polióxi etileno); e tensoativos catiônicos (por exemplo, uma mistura de cloretos de alquil dimetil benzil amônio, em que a cadeia de alquila contém de 10 a 18 átomos de carbono). Os tensoativos anfotéricos também são úteis, e incluem sulfobetaínas, ácidos N-alquilamino propiônicos e N-alquil betaínas.
[021] Também podem ser usados agentes poliméricos dispersantes, por exemplo para promover a dispersão das fibras no meio escolhido, e nas condições de aplicação (por exemplo, pH e temperatura). Exemplos de estabilizantes poliméricos incluem sais de ácidos poliacrílicos com média de peso molecular maior que 5.000 (por exemplo, sais de amônio, sódio, lítio e potássio), poliacrilamidas modificadas com carbóxi (disponíveis, por exemplo, sob a designação comercial “CYANAMER A-370” junto à Cytec Industries, de West paterson, NJ, EUA), copolímeros de ácido acrílico e dimetil amino etil metacrilato, aminas quaternárias poliméricas (por exemplo, um copolímero de
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11/18 polivinila-pirrolidona quaternizado (disponível, por exemplo, sob a designação comercial “GAFQUAT 755” junto à ISP Corp., de Wayne, NJ, EUA) e uma celulose quaternizada substituída com amina (disponível, por exemplo, sob a designação comercial “JR-400” junto à Dow Chemical Company, de Midland, Ml, EUA), celulose, celuloses carbóxi-modificadas (por exemplo, carbóxi metil celulose sódica (disponível, por exemplo, sob a designação comercial “NATROSOL CMC Type 7L” junto à Hercules, de Wilmington, DE, EUA), e alcoóis polivinílicos.
[022] Exemplos de antioxidantes incluem fenóis impedidos (disponíveis, por exemplo, sob a designação comercial “IRGANOX” junto à Ciba Specialty Chemical, de Basel, Suíça). Exemplos de colorantes incluem pigmentos e corantes. Exemplos de cargas incluem negro de carvão, argilas e sílica. Exemplos de tratamentos de superfície incluem talco, erucamida e gomas.
[023] As fibras multicomponentes aqui descritas são úteis, por exemplo, para controle de refluxo em poços e reservatórios. As fibras são úteis e vantajosas, também, para manter a distribuição de propante durante a injeção e o posicionamento em poços, bem como para proporcionar uma distribuição mais uniforme de propante nas fraturas.
[024] A presente descrição apresenta, também, um método para colocar uma formação subterrânea em contato com uma composição fluida, sendo que o dito método compreende injetar a composição fluida em um poço, sendo que o poço intersecciona a formação subterrânea, e sendo que a composição fluida compreende um carreador fluido e a fibra multicomponente aqui descrita. Exemplos de fluidos carreadores são bem conhecidos na técnica, e incluem fluidos carreadores à base de água e/ou à base de óleo. Em outra modalidade, as fibras multicomponentes podem ser fornecidas ao poço sob a
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12/18 forma de fibras secas.
[025] Os exemplos a seguir sào apresentados para ilustrar algumas modalidades da invenção, e não se destinam a limitar o escopo das reivindicações. Todas as porcentagens estão em peso, exceto onde especificadas em contrário.
Teste de estabilidade quanto a hidrólise [026] Foram colocados 0,5 grama de fibras em um frasco de 12 ml contendo 10 gramas de água desionizada. O frasco foi espargido com nitrogênio, selado com um septo de borracha e colocado em uma autoclave a 145eC durante 4 horas. As fibras foram submetidas a exame microscópico óptico a uma ampliação de 10Ox. As fibras foram julgadas como reprovadas no teste se pelo menos 50%, por volume, das fibras ou pelo menos 50%, por volume, de um dentre o primeiro ou o segundo polímero compreendendo as fibras se dissolveu e/ou se desintegrou.
Teste de estabilidade quanto a hidrocarbonetos [027] Foram colocados 0,5 grama de fibras em 25 ml de querosene (grau de reagente, ponto de ebulição de 175 a 320°C, obtido junto à Sigma-Aldrich, de Milwaukee, Wl, EUA), que foi aquecido a 145°C durante 4 horas sob nitrogênio. Após 24 horas, o querosene foi resfriado, e os materiais foram examinados com o uso de microscopia óptica a uma ampliação de 10Ox. As fibras foram julgadas como reprovadas no teste se pelo menos 50%, por volume, das fibras ou pelo menos 50%, por volume, de um dentre o primeiro ou o segundo polímero compreendendo as fibras se dissolveu e/ou se desintegrou.
Teste de temperatura de amolecimento [028] Os dados para determinar os pontos de amolecimento dos primeiros polímeros são ilustrados nas FIGURAS de 2A a 2D. Esses dados foram gerados com o uso de um reômetro de tensão controlada (modelo AR2000, produzido pela
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TA Instruments, de New Castle, DE, EUA). No procedimento de teste, as partículas de resina do polímero foram colocadas entre duas placas paralelas de 20 mm do reômetro, e pressionadas até formar um vão de 2 mm, garantindo a completa cobertura das placas. Uma frequência senoidal de 1 Hz a 1% de deformação foi, então, aplicada sob uma faixa de temperaturas de 80 a 200°C. A força de resistência da resina fundida para o alongamento senoidal foi proporcional a seu módulo, que foi registrado por um transdutor e exibido em um formato gráfico. Com o uso de software reométrico, o módulo é matematicamente dividido em duas partes: uma parte que estava em fase com o esforço aplicado (módulo elástico -- comportamento similar a sólido) (para ionômeros de etilenoácido metacrílico obtidos junto à E. I. duPont de Nemours & Company, de Wilmington, DE, EUA sob as designações comerciais “SURLYN 9520”, “SURLYN 8660”, “SURLYN 1857” e “SURLYN 1702”, respectivamente, consulte as linhas 1, 4, 7 e 10, respectivamente), e uma outra parte que estava fora de fase com o esforço aplicado (módulo viscoso -- comportamento similar a líquido) (para ionômeros de etileno-ácido metacrílico “SURLYN 9520”, “SURLYN 8660”, “SURLYN 1857” e “SURLYN 1702”) consulte as linhas 2, 5, 8 e 11, respectivamente). A temperatura na qual os dois módulos se mostraram idênticos (temperatura de transição) foi definida como um ponto de amolecimento, já que representa a temperatura acima da qual a resina começou a comportar-se predominantemente como líquido (consulte os pontos 3, 6, 9 e 12). Determinouse que os pontos de amolecimento para os ionômeros de etileno-ácido metacrílico selecionados (“SURLYN 9520”, “SURLYN 8660”, “SURLYN 1857” e “SURLYN 1702”) eram 116°C, 96°C, 121 Ό e 92Ό, respectivamente.
Exemplos de 1 a 5 [029] O material de núcleo para as fibras dos Exemplos de 1 a 4 era náilon
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14/18 (obtido sob a designação comercial “ULTRAMID B27 B01” junto à BASF North América, de Florham Park, NJ, EUA). O material de núcleo para o Exemplo 5 era náilon (obtido sob a designação comercial “ZYTEL RESIN 101NC010” junto à E. I. duPont de Nemours & Company). O material de bainha para todos os casos era uma mistura de 80%, em peso, de um ionômero de etileno-ácido metacrílico (obtido junto à E. I. duPont de Nemours & Company sob a designação comercial “SURLYN 1702”) e 20%, em peso, de um náilon 6 (“ULTRAMID B27 Β0Γ).
[030] A bainha para o Exemplo 1 era uma mistura de 94%, em peso, de um ionômero de etileno-ácido metacrílico (“SURLYN 8660”) e 6%, em peso, de um polietileno (obtido sob a designação comercial “DOWLEX 2503” (não mais disponível, porém um material similar está disponível sob a designação comercial “2517”) junto à Dow Chemical Company, de Midland, Ml, EUA).
[031] A bainha para o Exemplo 2 era uma mistura de 94%, em peso, de um ionômero de etileno-ácido metacrílico (“SURLYN 9520”) e 6%, em peso, de um polietileno (“DOWLEX 2503”).
[032] A bainha para o Exemplo 3 era uma mistura de 94%, em peso, de um ionômero ácido (“SURLYN 8660”) e 6%, em peso, de uma cera de parafina (obtida junto à Sigma-Aldrich de St. Louis, MO, EUA, e descrito como “cera de parafina 76241 Fluka, pura, branca em péletes”).
[033] A bainha para o Exemplo 4 consistia em 100% de um ionômero ácido (“SURLYN 8660”).
[034] A bainha para o Exemplo 5 consistia em um ionômero ácido (“SURLYN 1702”).
[035] As fibras bicomponentes de bainha e núcleo dos Exemplos de 1 a 5 foram feitas conforme descrito no Exemplo 1 da patente US n° 4.406.850 (Hills), exceto pelo fato de que: (a) a matriz foi aquecida até a temperatura
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15/18 mencionada na Tabela 1, abaixo, (b) a matriz de extrusão tinha dezesseis orifícios dispostos sob a forma de duas fileiras de oito orifícios, sendo que a distância entre orifícios era de 12,7 mm (0,50 polegada) com intervalo quadrado, e sendo que a matriz tinha um comprimento transversal de 152,4 mm (6,0 polegadas); (c) o diâmetro do orifício era de 1,02 mm (0,040 polegada) e a razão entre comprimento e diâmetro era de 4,0; (d) as velocidades de extrusão relativas, em gramas por orifício por minuto dos dois fluxos, foram registradas na Tabela 1;. (e) as fibras foram transportadas para baixo por uma distância registrada na Tabela 1 até um banho de arrefecimento de água mantida a 25 °C, sendo que as fibras foram imersas na água por um mínimo de 0,3 segundos antes de serem secas por ar comprimido e enroladas em um núcleo;.e (f) a velocidade de fiação foi ajustada por um cilindro de tração para as velocidades registradas na Tabela 1. As fibras foram, então, cortadas em seus comprimentos e testadas quanto a várias propriedades.
Tabela 1
Exemplo Taxa do núcleo, Taxa de bainha, Temperatura da matriz, °C Velocidade cilindro tração, metros/minu do de to Distância para arrefecimento, centímetros
gramas orifício minuto por por gramas orifício minuto por por
1 0,25 0,24 240 250 36
2 0,25 0,50 250 46 38
3 0,25 0,24 240 250 23
4 0,25 0,24 240 250 58
5 0,25 0,26 270 250 36
[036] As amostras das fibras de cada um dos Exemplos de 1 a 5 foram picadas a um comprimento de cerca de 6 cm, e testadas com o uso de cada um dos Testes de estabilidade quanto a hidrocarbonetos e de estabilidade quanto a hidrólise. Todas passaram em ambos os testes.
Teste de fibra não-fundível
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16/18 [037] As fibras foram cortadas em pedaços com 6 mm de comprimento, separadas e formadas em um tufo plano de fibras entrelaçadas. Adicionalmente, foi medido o diâmetro de uma porção das fibras cortadas e separadas. Foi medido o diâmetro de 20 fibras, e a mediana foi registrada.
[038] Os tufos de fibras foram aquecidos em um forno de convecção convencional ventilado, durante 5 minutos na temperatura de teste selecionada. Vinte fibras individuais separadas foram selecionadas, os diâmetros de seção das fibras foram medidos, e a mediana foi registrada. As fibras foram denominadas “não-fundíveis” se houve menos que 20% de alteração no diâmetro da fibra após o aquecimento.
[039] A fibra do Exemplo 5 foi avaliada com o uso do Teste de fibra nãofundível a uma temperatura de teste de 150°C. O diâmetro da fibra se alterou em menos que 10%, depois de ser submetida ao teste.
Comparativo [040] Uma fibra ligante co-PET/poliéster de PET (obtida junto à KoSa, de Salisbury, NC, EUA, sob a designação comercial “KOSA T-255”, uma fibra ligante de bainha e núcleo de 3 denier com 50%, em peso, de núcleo e 50%, em peso, de bainha) foi avaliada com o uso do Teste de fibra não-fundível, a uma temperatura de teste de 120°C. O diâmetro da fibra se alterou dos 20 micrômetros de antes do aquecimento para 14 micrômetros, como resultado do aquecimento.
Exemplos de 6 a 9 [041] As fibras bicomponentes de bainha e núcleo dos Exemplos de 6 a 9 foram feitas conforme descrito no Exemplo 1 da patente US n° 4.406.850 (Hills), exceto pelo fato de que: (a) a matriz foi aquecida até a temperatura mencionada na Tabela 2, abaixo, (b) a matriz de extrusão tinha dezoito fileiras de orifícios, sendo
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17/18 que cada fileira tinha 36 orifícios, formando um total de 648 orifícios; a matriz tinha um comprimento transversal de 264,2 mm (10,4 polegadas); (c) o diâmetro do orifício era de 1,02 mm (0,040 polegada) e a razão entre comprimento e diâmetro era de 6,0; (d) o índice de fluidez do polímero era de 1,0 gramas/orifício/minuto; (e) as fibras foram arrefecidas por 15 Ό de ar emitido a 1,42 metros cúbicos padrão por minuto (pressão de 100 quilopascais e 0Ό) em cada lado da matriz, estendendose para baixo cerca de 64 centímetros; (f) a velocidade de fiação foi ajustada para produzir o diâmetro médio de filamento registrado na Tabela 2, abaixo; e (g) as vazões dos polímeros foram ajustadas para produzir uma fibra com 50% de fluxo de massa tanto da bainha como do núcleo.
rabela 2
Exemplo Temperatura do núcleo, °C Temperatura da bainha, °C Temperatura de arrefecimento, Ό Diâmetro da fibra, micrômetros Taxa total de vazão da matriz, g/orifício/ minuto) Temperatura da matriz, °C
6 300 270 15 18 1,6 300
7 270 270 15 21 1,0 270
8 270 270 15 20 1,0 270
9 270 270 15 17 1,0 270
[042] As amostras das fibras de cada um dos Exemplos de 6 a 9 foram picadas a um comprimento de cerca de 6 cm, e testadas com o uso de cada um dos Testes de estabilidade quanto a hidrocarbonetos e de estabilidade quanto a hidrólise. Todas passaram em ambos os testes.
[043] Adicionalmente, para o Exemplo 6, o núcleo foi produzido a partir de uma resina de sulfeto de polifenileno (PPS) (obtida junto à Ticona North América, de Florence, KY, EUA, sob a designação comercial “FORTRON 0309C”, enquanto a bainha foi produzida a partir de um ionômero de etileno-ácido metacrílico (“SURLYN 1702”). Para o Exemplo 7, o núcleo foi produzido a partir de um náilon 6 (“ULTRAMID B27 E01 ”), enquanto a bainha foi produzida a partir de uma blenda de 80%, em peso, de um ionômero de etileno-ácido metacrílico (“SURLYN 1702”) e
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20%, em peso, de um náilon 6 (“ULTRAMID B27 E01”). Para o Exemplo 8, o núcleo foi produzido a partir de um náilon 6 (“ULTRAMID B27 Ε0Γ), enquanto o material da bainha consistia em uma blenda de 90%, em peso, de um ionômero de etilenoácido metacrílico (“SURLYN 1702”) e 10%, em peso, de uma resina de fluoreto de polivinilideno (PVDF) (obtida sob a designação comercial “SOLEF TA1006” junto à Solvay Engineered Polymers GmbH, de Heidelberg, Alemanha). Para o Exemplo 9, o núcleo foi produzido a partir de um náilon 6 (“ULTRAMID B27 E01”); e a bainha de uma mistura de 90%, em peso, de um ionômero de etileno-ácido metacrílico (“SURLYN 1702”) com 10%, em peso, de uma resina de olefina cíclica (obtida sob a designação comercial “TOPAS 6017” junto à Ticona North América).
[044] Várias modificações e alterações a esta invenção tornar-se-ão aparentes aos versados na técnica, sem que se desvie do escopo e âmbito desta invenção. Deve-se compreender que esta invenção não se destina a ser indevidamente limitada pelas modalidades e exemplos ilustrativos aqui apresentados, e que esses exemplos e modalidades são apresentados apenas a título de exemplo, sendo que o escopo da invenção é destinado a ser limitado apenas pelas reivindicações aqui apresentadas da seguinte forma.

Claims (5)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Fibra multicomponente, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende pelo menos primeiro e segundo polímeros, sendo que o primeiro polímero tem uma temperatura de amolecimento de até 150°C, sendo que o segundo polímero tem um ponto de fusão de pelo menos 130°C, sendo que a diferença entre o ponto de amolecimento do primeiro polímero e o ponto de fusão do segundo polímero é de pelo menos 10°C, sendo que o primeiro polímero é pelo menos um dentre copolímero de ácido etileno(met)acrílico, ionômero de ácido etileno(met)acrílico, poliamida, fluoreto de polivinilideno, polietileno reticulado, polipropileno reticulado, poliuretano curado com umidade, epóxi, acrilato reticulado, silicone reticulado ou poliuretano termoplástico, sendo que o segundo polímero é pelo menos um dentre náilon, poli(tereftalato de cicloexano dimetanol), poli(naftalato de etileno), poli(4-metil 1-penteno), poli(sulfeto de fenileno) ou polissulfona, sendo que pelo menos um dentre o primeiro ou o segundo polímero tem um módulo elástico menor que 3 x 105 N/m2 a 1 Hz a pelo menos 50 °C, sendo que as fibras possuem um comprimento médio na faixa de 2 a 10 milímetros e um diâmetro médio de até 100 micrômetros, e sendo que a fibra não é fundível até pelo menos 110°C.
  2. 2. Fibra multicomponente, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro polímero tem um módulo elástico menor que 3x105 N/m2 a 1 Hz a pelo menos 75 °C.
  3. 3. Fibra multicomponente, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos um dentre o primeiro e o segundo polímero é reticulado.
  4. 4. Fibra multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende,
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    2/2 adicionalmente, um terceiro polímero que tem uma temperatura de amolecimento de até 150°C.
  5. 5. Fibra multicomponente, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o segundo polímero possui um módulo elástico que é superior ao módulo elástico do primeiro polímero.
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