BRPI0909475B1

BRPI0909475B1 - Fibra de para-aramida e método de preparar a mesma

Info

Publication number: BRPI0909475B1
Application number: BRPI0909475-0A
Authority: BR
Inventors: Jae Young Lee; Jae Young Kim; Tae Hak Park; Sang Young Yeo
Original assignee: Kolon Industries, Inc.
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2019-04-30
Also published as: IL207960A; JP2011517736A; WO2009145446A1; EP2260131A1; US20110045297A1; CN101983264A; JP5148745B2; ES2390583T3; IL217090A0; BRPI0909475A2; US8574474B2; EP2260131B1; EP2260131A4; CN101983264B; US20120049406A1; CN102644127A; IL207960A0

Abstract

fibra de para-aramida e método de preparar a mesma é revelada uma fibra de aramida e método de produzir a mesma, que é capaz de realizar uniformidade de superfície elevada e resistência à tração e propriedade de alongamento aperfeiçoada, em que o método compreende preparar uma poliamida aromática por polimerizar diamina aromática com haleto de diácido aromático; preparar um dope de fiação por dissolver a poliamida aromática em um solvente; e extrusar o dope de fiação através de uma fiandeira, e sequencialmente passar o dope de fiação através de um entreferro, um banho de coagulação cheio de uma solução de coagulação, e um tubo de coagulação tendo uma abertura de jato, conectada à parte inferior do banho de coagulação, para obter um filamento em que uma distância a partir da superfície superior da solução de coagulação contida no banho de coagulação até a abertura de jato do tubo de coagulação está compreendida em uma faixa entre 10 e 35 mm.

Description

FIBRA DE PARA-ARAMIDA E MÉTODO DE PREPARAR A MESMA

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a uma fibra de paraaramida, e mais particularmente, a uma fibra de paraaramida com elevada uniformidade superficial e grande resistência, e um método de preparar a mesma.

Fundamentos da Técnica

Uma fibra de aramida pode ser classificada em uma fibra de para-aramida e uma fibra de meta-aramida, em que a fibra de para-aramida é feita em tal estrutura que anéis de benzeno são linearmente conectados através de um grupo amida (CONH). Nesse momento, uma resistência de fibra de para-aramida com uma espessura de 5 mm é tal de modo a levantar e manter um carro de duas toneladas. Desse modo, a fibra de para-aramida é utilizada em vários campos para tecnologia avançada de indústria aeroespacial bem como a indústria para desenvolver um material resistente à bala.

Um processo para fabricar uma fibra de poliamida aromática comumente conhecida como a fibra de aramida inclui etapas de preparar uma poliamida aromática por polimerizar diamina aromática com cloreto de diácido aromático em um solvente de polimerização contendo N-metil2-pirrolidona (NMP); preparar um dope de fiação por dissolver a poliamida aromática em uma solução de ácido sulfúrico concentrada; e preparar um filamento por fiar o dope de fiação utilizando uma fiandeira e um banho de coagulação.

Essa fibra de aramida tem uma estrutura de núcleorevestimento em que o módulo em uma camada de superfície da fibra de aramida é mais elevado do que o módulo em um

2/27 núcleo da fibra de aramida. Isto é, se uma tensão for aplicada à fibra de aramida, a tensão é concentrada na camada de superfície da fibra de aramida. Por conseguinte, uma propriedade física na camada de superfície da fibra de aramida é o componente mais importante na determinação da resistência da fibra de aramida.

Entretanto, um método de técnica relacionada de preparar a fibra de aramida não pode realizar uma elevada resistência da fibra de aramida uma vez que é executada sem consideração da camada de superfície da fibra de aramida.

Revelação

Problema Técnico

Portanto, a presente invenção foi feita em vista dos problemas acima, e é um objetivo da presente invenção fornecer uma fibra de aramida e um método de preparar a mesma, que é capaz de evitar um ou mais problemas da técnica relacionada.

O objetivo da presente invenção é fornecer uma fibra de para-aramida com uma elevada resistência por aumentar uma uniformidade superficial de fibra de aramida, e um método de preparar a mesma. Doravante, a fibra de aramida indica a fibra de para-aramida.

Vantagens, objetivos e características adicionais da invenção serão expostos em parte na descrição que se segue e em parte tornar-se-ão evidentes para aqueles tendo conhecimentos comuns na técnica após exame do que se segue ou pode ser aprendido da prática da invenção. Os objetivos e outras vantagens da invenção podem ser realizados e obtidos pela estrutura particularmente indicada na descrição escrita e reivindicações da mesma bem como

3/27 desenhos em anexo.

Solução Técnica

Por estudar métodos de preparar fibra de aramida com elevada resistência, verificou-se que a uniformidade de superfície da fibra de aramida tinha um efeito sobre a resistência da fibra de aramida. Isto é, a uniformidade de superfície elevada da fibra de aramida pode melhorar a resistência da fibra de aramida.

Além disso, ao estudar métodos de aperfeiçoar a uniformidade de superfície da fibra de aramida, verificouse que a uniformidade de superfície da fibra de aramida poderia ser aperfeiçoada pelo controle de um processo de fiação.

Para obter esses objetivos e outras vantagens e de acordo com a finalidade da invenção, como incorporado e amplamente descrito aqui, um método de preparar uma fibra de aramida compreende preparar uma poliamida aromática por polimerizar diamina aromática com haleto de diácido aromático; preparar uma poliamida aromática por polimerizar diamina aromática com haleto de diácido aromático; preparar um dope de fiação por dissolver a poliamida aromática em um solvente; e extrusar o dope de fiação através de uma fiandeira, e sequencialmente passar o dope de fiação através de um entreferro, um banho de coagulação cheio de uma solução de coagulação, e um tubo de coagulação tendo uma abertura de jato, conectada à parte inferior do banho de coagulação, para obter um filamento, em que uma distância a partir da superfície superior da solução de coagulação contida no banho de coagulação da abertura de jato do tubo de coagulação está compreendido em uma faixa

4/27 entre 10 e 35 mm.

Em outro aspecto da presente invenção, há uma fibra de para-amida formada em tal estrutura que um grupo de amida é conectado a anéis aromáticos, e os anéis aromáticos são linearmente conectados através do grupo de amida, em que uma aspereza superficial é RMS 0,2 μπι ou menos, e uma resistência à tração está compreendida em uma faixa entre 22g/d e 26 g/d.

Efeitos Vantajosos

A fibra de aramida, de acordo com a presente invenção e o método de preparar a mesma tem as seguintes vantagens.

A uniformidade de superfície da fibra de aramida pode ser aperfeiçoada devido à fiação otimizada, desse modo resultando na propriedade de alongamento, e resistência à tração, aperfeiçoadas.

Descrição dos Desenhos

A figura 1 é uma vista esquemática que ilustra um aparelho de fiação de acordo com uma modalidade da presente invenção.

Melhor Modo

Será feita agora referência em detalhe às modalidades preferidas da presente invenção, cujos exemplos são ilustrados nos desenhos em anexo. Sempre que possível, os mesmos números de referência serão utilizados em todos os desenhos para se referir a partes iguais ou similares.

Doravante, fibra de aramida de acordo com a presente invenção e um método de preparar a mesma serão descritos com referência aos desenhos em anexo.

1. Preparação de poliamida aromática

Primeiramente, um solvente de polimerização é

5/27 preparado.

O solvente de polimerização é preparado por adicionar sal inorgânico a um solvente orgânico.

O solvente orgânico pode ser um solvente orgânico baseado em amida, um solvente orgânico baseado em uréia, ou sua mistura, por exemplo, N-metil-2-pirrolidona (NMP); N,N'-dimetilacetamida (DMAc); hexametil fosforamida (HMPA); Ν,Ν,Ν',N'-tetrametil uréia (TMU); Ν,Ν-dimetil formamida (DMF); ou suas misturas.

O sal inorgânico é adicionado de modo a aumentar um grau de polimerização de poliamida aromática. Em mais detalhe, o sal inorgânico pode ser sal de metal alcalino halogenado ou sal de metal alcalino terroso halogenado, por exemplo, CaCl₂, LiCl, NaCl, KC1, LiBr, ou KB4. Esse sal inorgânico pode ser adicionado exclusivamente ou pode ser adicionado em um tipo misturado de dois ou mais. De acordo à medida que o sal inorgânico é adicionado em maior quantidade, o grau de polimerização de poliamida aromática é aumentado. Entretanto, se sal inorgânico em demasia for adicionado, sal inorgânico não dissolvido pode existir no mesmo. Preferivelmente, o sal inorgânico no solvente de polimerização inteiro é fornecido a 10% em peso ou menos.

A seguir, uma solução de mistura é preparada por dissolução de diamina aromática no solvente de polimerização.

Por exemplo, a diamina aromática pode ser parafenileno diamina; 4,4'-diaminobifenila; 2,6naftalenodiamina; 1,5-naftaleno diamina; ou 4,4'diaminobenzanilidia. Entretanto, não é limitada a esses.

A seguir, uma quantidade predeterminada de haleto de

6/27 diácido aromático é adicionada à solução de mistura enquanto agita a solução de mistura, desse modo resultando em polimerização preliminar.

A polimerização da diamina aromática com o haleto de diácido aromático é rapidamente avançada enquanto sendo acompanhada por calor. Nesse caso, uma velocidade de polimerização elevada pode causar um problema relacionado a uma diferença de polimerização grande entre os polímeros finalmente obtidos. Em mais detalhe, uma vez que uma ração de polimerização não é simultaneamente avançada na solução de mistura inteira, o polímero polimerizado cedo tem cadeias moleculares longas pela reação de polimerização rápida, enquanto o polímero polimerizado tarde tem cadeias moleculares mais curtas em comparação com aquelas do polímero polimerizado cedo. Além disso, a velocidade de polimerização mais rápida causa a diferença maior em grau de polimerização entre os polímeros finalmente obtidos. Se houver a diferença maior em grau de polimerização entre os polímeros finalmente obtidos, um desvio de propriedade se torna grande, pelo que é difícil realizar uma propriedade desejada.

Por conseguinte, o processo de polimerização segue o processo de polimerização preliminar relacionado à preparação do polímero tendo a cadeia molecular de um comprimento predeterminado, desse modo minimizando a diferença em grau de polimerização entre os polímeros finalmente obtidos.

exemplo do haleto de diácido aromático pode ser dicloreto de tereftaloíla; dicloreto de 4,4'-benzoíla; dicloreto de ácido 2,6-naftalenodicarboxila; ou dicloreto

7/27 de ácido 1,5-naftalenodicarboxila. Entretanto, não é limitado a esses.

Após concluir o processo de polimerização preliminar, o haleto de diácido aromático restante é adicionado à solução de mistura enquanto sendo agitado em uma temperatura entre 0 e 30 °C para o processo de polimerização.

Uma vez que o haleto de diácido aromático reage com a diamina aromática em uma razão molar de 1:1, a diamina aromática e o haleto de diácido aromático são adicionados na mesma razão molar.

Preferivelmente, as quantidades da diamina aromática e haleto de diácido aromático são ajustadas de modo que uma concentração do polímero finalmente obtido na solução polimerizada inteira é aproximadamente 5 a 20% em peso quando o processo de polimerização é concluído. Se a concentração do polímero finalmente obtido for menor do que 5% em peso, a velocidade de polimerização é reduzida e a reação de polimerização tem de ser continuada por um período de tempo relativamente longo, pelo que diminui uma eficiência econômica. Se a concentração do polímero finalmente obtido for maior do que 20% em peso, é difícil obter uma viscosidade intrínseca de polímero acima de 5,5 devido à reação de polimerização indesejável.

O exemplo detalhado da poliamida aromática obtida finalmente pelo processo de polimerização pode ser poli(parafenileno tereftalamida: PPD-T); poli(4,4'benzanilida tereftalamida); poli(parafenileno-4,4'bifenileno-amida de ácido dicarboxila); ou poli(parafenileno-2,6-amida de ácido naftalenodicarboxila).

8/27

A seguir, um composto alcalino é adicionado à solução polimerizada contendo a poliamida aromática de modo a neutralizar o ácido produzido durante a reação de polimerização.

O ácido produzido durante a reação de polimerização, por exemplo, ácido clorídrico, pode causar corrosão de um aparelho de polimerização. Desse modo, um composto alcalino orgânico ou inorgânico é adicionado à solução polimerizada durante ou após a reação de polimerização, pelo que o ácido produzido pela reação de polimerização é neutralizado.

Uma vez que a poliamida aromática obtida pela reação de polimerização existe no formato de farelos, a solução polimerizada contendo poliamida aromática tem fluidez ruim. Para melhorar a fluidez, a solução polimerizada contendo poliamida aromática é feita como pasta por adicionar água à solução polimerizada, e então o seguinte processo é executado com a solução polimerizada do tipo pasta, preferivelmente. Para isso, água e o composto alcalino podem ser adicionados à solução polimerizada para o processo de neutralização.

composto alcalino inorgânico pode ser selecionado dos grupos de carbonato de metal alcalino ou metal alcalino terroso, hidreto de metal alcalino terroso, hidróxido de metal alcalino terroso, ou óxido de metal alcalino terroso, por exemplo, NaOH, Li₂CO₃, CaCO₃, LiH, CaH₂, LiOH, Ca(OH)₂, Li₂O ou CaO.

A seguir, a poliamida aromática, a partir da qual o ácido é removido pelo processo de neutralização, é triturada.

Se um tamanho de grão do polímero for demasiadamente

9/27 grande, consome um longo período de tempo para um processo de extração a ser descrito, e uma eficiência de extração de um solvente de polimerização é reduzida. Nesse aspecto, um processo de trituração é executado de modo a diminuir o tamanho de grão do polímero antes do processo de extração.

A seguir, o solvente de polimerização é extraído e removido da poliamida aromática.

Uma vez que o solvente de polimerização utilizado para o processo de polimerização está contido na poliamida aromática obtida pela polimerização, o solvente de polimerização tem de ser extraído da poliamida aromática, e o solvente de polimerização extraído tem de ser reutilizado para o processo de polimerização.

O processo de extração utilizando água é o mais econômico e eficiente. O processo de extração pode ser realizado por etapas seqüenciais de instalar um filtro em uma tina com uma saída, derramar água enquanto posiciona o polímero acima do filtro, e descarregar o solvente de polimerização contido no polímero juntamente com água através da saída.

Após o processo de extração, um processo de desidratação é executado de modo a remover a água restante. Então, a poliamida aromática é concluída através de um processo de secagem. Posteriormente, um processo de classificação pode ser executado de modo a classificar a poliamida aromática de acordo com o tamanho para um processo de fiação.

2. Preparação de fibra para-amida

Um dope de fiação é preparado por dissolver a poliamida aromática preparada pelo método acima mencionado

10/27 em um solvente.

O solvente pode utilizar ácido sulfúrico concentrado tendo uma concentração de 97 a 100%. Em vez do ácido sulfúrico concentrado, ácido cloro-sulfúrico ou ácido flúor-sulfúrico pode ser utilizado.

Preferivelmente, a concentração de polímero no dope de fiação é aproximadamente 10 a 25% em peso de modo a realizar uma boa propriedade de fibra.

Por conseguinte à medida que a concentração de polímero de poliamida é aumentada em maior quantidade, uma viscosidade de dope de fiação também é aumentada. Entretanto, se a concentração de polímero for maior do que um ponto de concentração crítica, a viscosidade de dope de fiação é subitamente diminuída. Nesse momento, o dope de fiação é alterado de um estado opticamente isotrópico para um estado opticamente anisotrópico sem formar uma fase sólida. Propriedades, estrutural e funcional, do dope de fiação opticamente anisotrópico permitem produção de fibra de aramida tendo elevada resistência sem processo de estiramento adicional. Preferivelmente, a concentração do polímero de poliamida no dope de fiação é mais elevada do que o ponto de concentração crítico. Entretanto, se a concentração do polímero de poliamida for demasiadamente elevada, pode causar problema de baixa viscosidade no dope de fiação.

Como mostrado na figura 1, após o dope de fiação extrusar através de uma fiandeira 10, o dope de fiação passa seqüencialmente através de um entreferro 17, um banho de coagulação 20, e um tubo de coagulação 30, desse modo preparando um filamento 1.

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A fiandeira 10 (spinneret) é dotada de uma pluralidade de tubos capilares 15, em que cada tubo capilar 15 tem um diâmetro de 0,1 mm ou menos. Se o diâmetro em cada tubo capilar 15 da fiandeira 10 for maior do que 0,1 mm, a resistência do filamento 1 se torna reduzida devido à orientação molecular deficiente do filamento preparado.

entreferro 17 pode ser utilizado de uma camada de ar ou camada de gás inerte. Para aumentar a propriedade do filamento preparado, é preferível que o entreferro tenha um comprimento de 2 a 20 mm.

O banho de coagulação 20 é posicionado sob a fiandeira 10, onde o banho de coagulação 20 é cheio de uma solução de coagulação 22. Sob o banho de coagulação 20, há o tubo de coagulação 30. o tubo de coagulação 30 é conectado à parte inferior do banho de coagulação 20.

Por conseguinte, à medida que o dope de fiação desce após extrusão através do tubo capilar 15 da fiandeira 10, o dope de fiação é coagulação por passar sequencialmente através do entreferro 17 e a solução de coagulação 22, desse modo preparando o filamento 1. Esse filamento 1 é descarregado através do tubo de coagulação 30. Uma vez que a solução de coagulação 22 e o filamento 1 são descarregados através do tubo de coagulação 30, o banho de coagulação 20 tem de ser continuamente fornecido à solução de coagulação pela quantidade descarregada.

Além disso, há uma abertura de jato 35 no tubo de coagulação 3 0 de modo que a solução de coagulação seja lançada para fora da abertura de jato 35 para o filamento que passa através do tubo de coagulação 30. A abertura de jato 35 pode incluir a pluralidade de aberturas de jato, ou

12/27 ser formada em um formato de anel ao longo da periferia do tubo de coagulação 30. Preferivelmente, a pluralidade de aberturas de jato 35 é disposta de tal modo que o ângulo da solução de coagulação lançada para fora das aberturas de jato é completamente simétrico com relação ao filamento. Preferivelmente, o ângulo de formação de jato de solução de coagulação lançada para fora da abertura de jato é aproximadamente 0^o a 85° com relação à direção longitudinal do filamento. Especialmente para o processo de produção comercial, o ângulo de formação de jato é aproximadamente 20° a 40°.

Preferivelmente, uma distância (L) a partir da superfície superior da solução de coagulação 22 contida no banho de coagulação 20 para a abertura de jato 35 do tubo de coagulação 30, e mais particularmente, para a extremidade superior da abertura de jato 35 está compreendida em uma faixa entre 10 e 35 mm. Se a distância (L) for menor do que 10 mm, a solução de coagulação é lançada para o filamento sendo não suficientemente coagulado, pelo que a orientação de cristal do filamento pode ser danificada. Enquanto isso, se a distância (L) for maior do que 35 mm, a solução de coagulação é lançada para o filamento sendo totalmente coagulado, pelo que a superfície de filamento pode ser danificada. Desse modo, um processo para formar em jato a solução de coagulação a partir da abertura de jato 35 tem de ser executada sob um estado em que o filamento é adequadamente coagulado. Nesse aspecto, a distância (L) está compreendida na faixa de 10 a 35 mm.

Preferivelmente, uma distância (Li) a partir da

13/27 superfície superior da solução de coagulação 22 contida no banho de coagulação 20 para a parte inferior do banho de coagulação 20 está compreendida em uma faixa entre 5 e 15 mm. Se a distância (Li) for menor do que 5 mm, é difícil controlar o processo de fiação devido a um vórtice de ar. Enquanto isso, se a distância (Li) for maior do que 15 mm, o filamento é demasiadamente coagulado no banho de coagulação 20, desse modo tornando difícil definir uma posição da abertura de jato 35. Isto é, se o filamento for demasiadamente coagulado no banho de coagulação 20, a abertura de jato 35 tem de ser posicionada adjacente à extremidade superior do tubo de coagulação 30 de modo que a solução de coagulação seja lançada antes da coagulação total do filamento. Entretanto, se a abertura de jato 35 for posicionada demasiadamente adjacente à extremidade superior do tubo de coagulação 30, pode causar problema de que a solução de coagulação é lançada sob uma convergência insuficiente do filamento.

Preferivelmente, uma distância (L₂) a partir da parte inferior do banho de coagulação 20 para a abertura de jato 35, e mais particularmente para a extremidade superior da abertura de jato 35 está compreendida em uma faixa entre 5 e 20 mm. Se a distância (L₂) for menor do que 5 mm, a solução de coagulação é lançada sob uma convergência insuficiente do filamento, pelo que é difícil obter a coagulação uniforme no filamento. Enquanto isso, se a distância (L₂) for maior do que 20 mm, pode causar um bombeamento deficiente para a solução de coagulação 22 contida no banho de coagulação 20. Isto é, ao lançar para fora a solução de coagulação a partir da abertura de jato

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35, uma diferença de pressão é gerada entre o banho de coagulação 20 e o tubo de coagulação 30, pelo que a solução de coagulação 22 contida no banho de coagulação 20 é rapidamente bombeada para o tubo de coagulação 30. Nesse caso, se a abertura de jato 35 for posicionada a uma distância longe da parte inferior do banho de coagulação 20, a eficiência de bombeamento para a solução de coagulação 22 é reduzida.

A pluralidade de aberturas de jato 35 pode ser fornecida em alturas diferentes de modo que a solução' de coagulação a partir de posições diferentes seja lançada para o interior do tubo de coagulação 30 através da pluralidade de aberturas de jato 35. Desse modo, uma força de arrasto aplicada ao filamento é distribuída de modo que a superfície de filamento se torne uniforme e a orientação seja aperfeiçoada, desse modo evitando que a resistência do filamento seja diminuída. Além disso, a uniformidade de superfície no filamento pode ser aperfeiçoada uma vez que é possível evitar que o ácido sulfúrico seja rapidamente descarregado do filamento.

Preferivelmente, uma razão de uma velocidade de formação de jato (vi) da solução de coagulação lançada para fora a partir da abertura de jato 35 para uma velocidade de descarga (v₂) do filamento 1 descarregado a partir do tubo de coagulação 30 pode estar compreendida em uma faixa de 0,8:1 a 1,2:1. Se a diferença entre a velocidade de formação de jato (νχ) da solução de coagulação lançada para fora a partir da abertura de jato 35 e a velocidade de descarga (v₂) do filamento 1, descarregada a partir do tubo de coagulação 30 se tornar maior, a superfície do filamento

15/27 pode ser danificada. Especialmente, se a razão de v_x:v₂estiver fora dessa faixa, a superfície de filamento 1 pode ser danificada. Em consideração da velocidade de descarga do filamento 1, a velocidade de formação de jato da solução de coagulação lançada para fora a partir da abertura de jato 35 está entre 150 e 800 mpm, preferivelmente.

A solução de coagulação 22 pode ser uma solução de ácido sulfúrico, e mais preferivelmente, uma solução preparada pela adição de um ácido sulfúrico à água, etileno glicol, glicerol, álcool ou suas misturas. Para o processo que o dope de fiação passa através da solução de coagulação 22, o filamento é preparado removendo o ácido sulfúrico do dope de fiação. Nesse momento, se o ácido sulfúrico for removido rapidamente da superfície de filamento, a superfície de filamento é coagulada antes de o ácido sulfúrico sair do filamento, pelo que a uniformidade de filamento se torna reduzida. Para superar esse problema, a solução de coagulação 22 contém o ácido sulfúrico.

Preferivelmente, uma concentração do ácido sulfúrico na solução de coagulação 22 é aproximadamente 5 a 15% em peso. Se a concentração do ácido sulfúrico for menor do que 5% em peso, o ácido sulfúrico pode ser rapidamente removido do filamento. Enquanto isso, se a concentração do ácido sulfúrico for maior do que 15% em peso dificilmente o ácido sulfúrico sairá do filamento.

Preferivelmente, a temperatura da solução de coagulação 22 está compreendida em uma faixa entre 1 e 10°C. Se a temperatura da solução de coagulação 22 estiver abaixo de 1°C, dificilmente o ácido sulfúrico sairá do filamento. Enquanto isso, se a temperatura da solução de

16/27 coagulação 22 estiver acima de 10°C, o ácido sulfúrico rapidamente sai do filamento.

A seguir, o ácido sulfúrico restante é removido do filamento obtido.

O ácido sulfúrico permanece no filamento preparado pelo processo de fiação. 0 ácido sulfúrico que resta no filamento pode ser removido por um processo úmido utilizando água ou uma mistura de água e solução alcalina.

O processo úmido pode incluir etapas, por exemplo, uma primeira etapa para umedecer o filamento contendo o ácido sulfúrico em uma solução cáustica aquosa de 0,3 a 1,3%, e uma segunda etapa para umedecer o filamento em uma solução cáustica aquosa de 0,01 a 0,1%.

Então, um processo de secagem é realizado de modo a ajustar a quantidade de água contida no filamento.

A quantidade de água contida no filamento pode ser ajustável pelo controle de um tempo de contato entre o filamento e um rolo de secagem, ou uma temperatura no rolo de secagem.

Para os processos de fiação, umedecimento, neutralização e secagem acima mencionados, uma tensão é aplicada ao filamento, em que um valor otimizado da tensão aplicada ao filamento para o processo de secagem é determinado com base em todas as condições de processamento. Entretanto, é preferível que o filamento seja seco sob a tensão de aproximadamente 0,1 a 3,0 gpd. Se a tensão para o processo de secagem for menor do que 0,1 gpd, a resistência de filamento é reduzida devido à orientação molecular diminuída. Enquanto isso, se a tensão para o processo de secagem é mais do que 3,0 gpd, o

17/27 filamento pode ser rompido. Nesse momento, um grau da tensão aplicada ao filamento pode ser controlado pelo ajuste de uma velocidade superficial do rolo que move o filamento.

rolo de secagem é aquecido por um meio predeterminado. Nesse momento, o rolo de secagem é pelo menos parcialmente coberto com um meio de prevenção de emissão de calor de modo a evitar perda de calor, preferivelmente.

A fibra de para-aramida preparada pelo processo acima mencionado de acordo com a presente invenção é formada em tal estrutura que um grupo de amida é conectado a anéis aromáticos, os anéis aromáticos são linearmente conectados através do grupo de amida, e a aspereza superficial é igual a ou menor do que RMS 0,2 pm.

A aspereza de superfície pequena indica que a uniformidade de superfície é grande. A fibra de aramida de acordo com a presente invenção, que tem a grande uniformidade de superfície, pode obter a grande resistência à tração de 22 g/d a 26 g/d.

Além disso, a fibra de aramida de acordo com a presente invenção tem um alojamento de 2,8 a 3,5%. Se a superfície da fibra não for uniforme, a fibra é apta a ser rompida por alongamento. Uma vez que a fibra de aramida da presente invenção tem grande uniformidade superficial, não é facilmente rompida por alongamento, desse modo resultando na faixa de alongamento elevada.

Além disso, a fibra de aramida da presente invenção tem um 5N ou menor de resistência máxima no estiramento de um pano, em que o pano é um pano tecido simples tendo uma

18/27 densidade de tecelagem de 260g/m², e o pano tecido simples é feito da fibra de aramida tendo 1500 denier como trama e urdidura.

Aqui, a resistência máxima em estiramento de um pano indica uma resistência máxima ao estirar uma perna da fibra a partir do pano obtido por tecelagem da fibra. Se a fibra tiver a superfície uniforme, é fácil estirar a fibra a partir do pano, de modo que a resistência se torna pequena. Isto é, a resistência pequena em estiramento significa que a fibra tem a grande uniformidade de superfície.

3. Modalidades e exemplos comparativos

1) Modalidade 1

Após preparar um solvente de polimerização por adição de CaCl₂ a N-metil-2-pirrolidoina (NMP), parafenilenodiamina é dissolvido no solvente de polimerização preparado, para desse modo preparar uma solução de mistura.

Enquanto agita a solução de mistura, dicloreto de tereftaloíla é adicionado à solução de mistura, em que uma razão molar do dicloreto de tereftaloíla é idêntico àquela de para-fenilenodiamina, desse modo preparando poli(parafenileno tereftalamida). Aqui, uma quantidade predeterminada do dicloreto de tereftaloíla é primeiramente adicionada à solução de mistura para a polimerização preliminar, e então o dicloreto de tereftaloíla restante é adicionado à solução de mistura. A seguir, água e NaOH são adicionados a uma solução polimerizada contendo poli(parafenileno tereftalamida) de modo que ácido seja neutralizado. Após triturar poli(parafenileno tereftalamida), o solvente de polimerização é extraído de poli(parafenileno tereftalamida) utilizando água, e então

19/27 processos de desidratação e secagem são executados no mesmo, desse modo obtendo uma poliamida aromática final.

A poliamida aromática final é dissolvida em ácido sulfúrico concentrado de 99%, desse modo preparando um dope de fiação. Nesse momento, uma concentração, da poliamida aromática no dope de fiação é aproximadamente 20% em peso. Após isso, o dope de fiação é fiado através do uso de um aparelho de fiação mostrado na figura 1. Isto é, após extrusar o dope de fiação através de uma fiandeira 10, o dope de fiação é coagulado por passar através de um entreferro 17 tendo um diâmetro de 7 mm, um banho de coagulação 20 cheio de uma solução de coagulação 22 feita de uma solução de ácido sulfúrico tendo uma concentração de 10% em peso em uma temperatura de 5°C, e um tubo de coagulação 30 posicionado sob o banho de coagulação 20 sequencialmente, desse modo preparando um filamento.

Nesse momento, uma distância (L) a partir da superfície superior da solução de coagulação 22 contida no banho de coagulação 20 até uma abertura de jato 35 do tubo de coagulação 30 é 20 mm; uma distância (Li) a partir da superfície superior da solução de coagulação 22 até a parte inferior do banho de coagulação 20 é 10 mm; e uma distância (L₂) a partir da parte inferior do banho de coagulação 20 para a abertura de jato 35 é 10 mm.

Além disso, uma velocidade de formação de jato (Vi) da solução de coagulação lançada para fora a partir da abertura de jato 35 é definida igual a uma velocidade de descarga (v₂) do filamento 1 descarregado a partir do tubo de coagulação 30. Isto é, cada entre a velocidade de formação de jato (Vi) e velocidade de descarga (V₂) é

20/27 ajustada em 600 mpm.

Após isso, o ácido sulfúrico restante é removido do filamento por um processo úmido. A seguir, fibra de aramida tendo 1500 denier é obtida por secagem e enrolamento do filamento.

2) Modalidade 2

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquela da modalidade acima mencionada 1 exceto que uma distância a partir de uma distância (L) a partir de uma superfície superior de uma solução de coagulação 22 contida em um banho de coagulação 20 até uma abertura de jato 35 de um tubo de coagulação 30 é 10 mm; uma distância (Li) a partir da superfície superior da solução de coagulação 22 até a parte inferior do banho de coagulação 20 é 5 mm; e uma distância (L₂) a partir da parte inferior do banho de coagulação 20 até a abertura de jato 35 é 5 mm.

3) Modalidade 3

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele da modalidade 1 acima mencionada exceto que uma distância a partir de uma distância (L) a partir de uma superfície superior de uma solução de coagulação 22 contida em um banho de coagulação 20 até uma abertura de jato 35 de um tubo de coagulação 30 é 35 mm; uma distância (Li) a partir da superfície superior da solução de coagulação 22 até a parte inferior do banho de coagulação 20 é 15 mm; e uma distância (L₂) a partir da parte inferior do banho de coagulação 20 até a abertura de jato 35 é 20 mm.

4) Modalidade 4

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele da modalidade 1 acima mencionada exceto que uma velocidade

21/27 de formação de jato (Vi) de uma solução de coagulação lançada para fora a partir de uma abertura de jato 35 é de

700 mpm, e uma velocidade de descarga (V₂) de um filamento descarregado a partir de um tubo de coagulação 30 é 600 mpm.

5) Modalidade 5

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele da modalidade 1 acima mencionada exceto que uma velocidade de formação de jato (Vi) de uma solução de coagulação lançada para fora a partir de uma abertura de jato 35 é de 500 mpm, e uma velocidade de descarga (V₂) de um filamento 1 descarregado a partir de um tubo de coagulação 30 é 600 mpm.

6. Exemplo comparativo 1

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele da modalidade 1 acima mencionada exceto que uma distância a partir de uma distância (L) a partir de uma superfície superior de uma solução de coagulação 22 contida em um banho de coagulação 20 até uma abertura de jato 35 de um tubo de coagulação 30 é 8 mm; uma distância (Li) a partir da superfície superior da solução de coagulação 22 até a parte inferior do banho de coagulação 20 é 5 mm; e uma distância (L₂) a partir da parte inferior do banho de coagulação 20 até a abertura de jato 35 é 3 mm.

7. Exemplo comparativo 2

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele da modalidade 1 acima mencionada exceto que uma distância a partir de uma distância (L) a partir de uma superfície superior de uma solução de coagulação 22 contida em um banho de coagulação 20 até uma abertura de jato 35 de um

22/27 tubo de coagulação 30 é 40 mm; uma distância (Li) a partir da superfície superior da solução de coagulação 22 até a parte inferior do banho de coagulação 20 é 15 mm; e uma distância (L₂) a partir da parte inferior do banho de coagulação 20 até a abertura de jato 35 é 25 mm.

8. Exemplo comparativo 3

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele do exemplo comparativo 2, acima mencionado, exceto que uma velocidade de formação de jato (Vi) de uma soluçãode coagulação lançada para fora a partir de uma aberturade jato 35 é de 400 mpm, e uma velocidade de descarga (V₂)de um filamento 1 descarregado a partir de um tubode coagulação 30 é 600 mpm.

9. Exemplo comparativo 4

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele do exemplo comparativo 2, acima mencionado, exceto que uma velocidade de formação de jato (Vi) de uma solução de coagulação lançada para fora a partir de uma abertura de jato 35 é de 750 mpm, e uma velocidade de descarga (V₂) de um filamento 1 descarregado a partir de um tubo de coagulação 30 é 600 mpm.

10. Exemplo comparativo 5

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele do exemplo comparativo 1 acima mencionado exceto que uma solução de coagulação 20 contida em um banho de coagulação 20, em que a solução de coagulação 20 é mantida em uma temperatura de 0 ° C.

11. Exemplo comparativo 6

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele do exemplo comparativo 1 acima mencionado exceto que uma

23/27 solução de coagulação 20 contida em um banho de coagulação

20, em que a solução de coagulação 20 é mantida em uma temperatura de 15°C.

12. Exemplo comparativo 7

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele do exemplo comparativo 1 acima mencionado exceto que uma solução de coagulação 20 contida em um banho de coagulação 20, em que a solução de coagulação 20 é feita de uma solução de ácido sulfúrico tendo uma concentração de 3% em peso.

13. Exemplo comparativo 8

Fibra de aramida é obtida pelo mesmo método que aquele do exemplo comparativo 1 acima mencionado exceto que uma solução de coagulação 20 contida em um banho de coagulação 20, em que a solução de coagulação 20 é feita de uma solução de ácido sulfúrico tendo uma concentração de 20% em peso.

As modalidades e exemplos comparativos acima mencionados podem ser resumidos na seguinte Tabela 1.

Tabela 1

	L (m m)	Ll (nm)	(nm)	V_x (mpm)	v₂ (mpm)	V_X:V₂	Temperatura de coagulação (°C)	Concentração de solução de coagulação (% em peso)
Modalidade 1	20	10	10	600	600	1:1	5	10
Modalidade 2	10	5	5	600	600	1:1	5	10
Modalidade 3	35	15	20	600	600	1:1	5	10
Modalidade 4	20	10	10	700	600	1,17:1	5	10
Modalidade 5	20	10	10	500	600	0,83:1	5	10

24/27

Exemplo comparativo 1	8	5	3	600	600	1:1	5	10
Exemplo comparativo 2	40	15	25	600	600	1:1	5	10
Exemplo comparativo 3	40	15	25	400	600	0,67:1	5	10
Exemplo comparativo 4	40	15	25	750	600	1,25:1	5	10
Exemplo comparativo 5	8	5	3	600	600	1:1	0	10
Exemplo comparativo 6	8	5	3	600	600	1:1	15	10
Exemplo comparativo 7	8	5	3	600	600	1:1	5	3
Exemplo comparativo 8	8	5	3	600	600	1:1	5	20

Nessa tabela 1, L indica a distância a partir da superfície superior da solução de coagulação 22 contida no banho de coagulação 20 para a abertura de jato 35; Li indica a distância a partir da superfície superior da solução de coagulação 22 contida no banho de coagulação 20 até a parte inferior do banho de coagulação 20; L₂ indica a distância a partir da parte inferior do banho de coagulação 20 até a abertura de jato 35; V_x indica a velocidade de formação de jato da solução de coagulação lançada para fora a partir da abertura de jato 35; e V₂ indica a velocidade de descarga do filamento 1 descarregado a partir do tubo de coagulação 30.

4. Exemplos experimentais

1) medição de aspereza de superfície de fibra de

25/27 aramída por cortar fibras de aramida das modalidades respectivas e exemplos comparativos, em que cada fibra de aramida tem um comprimento de cm.

seguir, uma aspereza de superfície para cada amostra é medida por AFM (Microscopia de força atômica) correspondendo a um aparelho de medição de aspereza de superfície.

Em mais detalhe, após fixar estavelmente cada amostra em um entalhe no formato de V de um substrato, a aspereza superficial para cada amostra é medida por Nanoscope III um Multimode feito por Digital Instruments na Inglaterra. Os resultados serão mostrados na seguinte tabela 2.

2) Medição de resistência à tração de fibra de aramida

As amostras são preparadas por cortar fibras de aramida das modalidades e exemplos comparativos respectivos, onde cada fibra de aramida tem um comprimento de 25 cm. A seguir, uma resistência à tração para cada amostra é medida por um método experimental de ASTM D-885.

Em mais detalhe, uma força (g) é medida quando cada amostra é rompida em uma velocidade de estiramento de 300 mm/minuto utilizando testador Instron (Instron Engineering Corp., Canton, Mass.). A seguir, a força medida é dividida por um denier da amostra, desse modo medindo uma resistência à tração (g/d). Os resultados serão mostrados na tabela 2 a seguir.

3) Medição de alongamento de fibra de aramida

Amostras são preparadas por corte de fibras de aramida das respectivas modalidades e exemplos comparativos, em que cada fibra de aramida tem um comprimento de 25 cm. Então,

26/27 um alongamento para cada amostra é medido.

Em mais detalhe, um comprimento alongado é medido quando cada amostra é rompida em uma velocidade de estiramento de 300 mm/minuto utilizando testador Instron (Instron Engineering Corp., Canton, Mass.) e então um alongamento (%) é calculado. Os resultados serão mostrados na seguinte tabela 2.

4) Medição de resistência máxima sobre estiramento de fibra de aramida a partir de um pano

Amostras são preparadas por tecer simplesmente um pano com um tamanho de 80 mm x 80 mm, em que o pano é feito com trama e urdidura utilizando fibras de aramida de acordo com as modalidades respectivas e exemplos comparativos. Nesse momento, o pano é feito com uma densidade de tecelagem de 260 g/m². a seguir, uma resistência máxima em estiramento de fibra de aramida para cada amostra é medida ao estirar uma perna de fibra de aramida a partir do pano.

Em mais detalhe, uma força máxima (N) é medida ao estirar uma perna de fibra de aramida de cada amostra em uma velocidade de estiramento de 300 mm/minuto utilizando testador Instron (Instron Engineering Corp., Canton, Mass.). Os resultados serão mostrados na tabela 2 a seguir.

Tabela 2

	Aspereza superficial (μτη)	Resistência à tração (g/d)	Alongamento (%)	Resistência máxima em estiramento de um pano (N)
Modalidade 1	0,10	25,5	3,45	3,9
Modalidade 2	0,18	22,9	3,15	4,9
Modalidade 3	0,11	25,2	3,43	4,1
Modalidade 4	0,13	24,1	3,27	4,3

27/27

Modalidade 5	0,15	23,5	3,24	4,6
Exemplo comparativo 1	0,25	21,5	2,75	5,2
Exemplo comparativo 2	0,21	21,7	2,79	5,1
Exemplo comparativo 3	0,28	21,2	2,71	5,5
Exemplo comparativo 4	0,27	21,3	2,73	5,3
Exemplo comparativo 5	0,27	21,4	2,72	5,4
Exemplo comparativo 6	0,32	21,0	2,70	5,7
Exemplo comparativo 7	0,35	20,5	2,64	5,9
Exemplo comparativo 8	0,40	20,0	2,60	6,2

Será evidente para aqueles versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas na presente invenção sem se afastar do espírito ou escopo das invenções. Desse modo, pretende-se que a presente invenção 5 cubra as modificações e variações da presente invenção com a condição de que estejam compreendidas no escopo das reivindicações apensas e seus equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de preparar uma fibra de para-amida, caracterizado por compreender:

preparar uma poliamida aromática pela polimerização de diamina aromática com haleto de diácido aromático;

preparar um dope de fiação pela dissolução da poliamida aromática em um solvente; e extrudar o dope de fiação através de uma fiandeira, e sequencialmente passar o dope de fiação através de um entreferro, um banho de coagulação cheio de uma solução de coagulação, e um tubo de coagulação tendo uma abertura de jato, conectado à parte inferior do banho de coagulação, para obter um filamento, em que uma distância a partir da superfície superior da solução de coagulação contida no banho de coagulação até a abertura de jato do tubo de coagulação está compreendida em uma faixa entre 10 e 35 mm.

2/3 lançada para o interior do tubo de coagulação através do mesmo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma distância a partir da parte inferior do banho de coagulação até a abertura de jato está compreendida em uma faixa entre 5 e 20 mm.

3/3 compreendida em uma faixa entre 22g/d e 26g/d.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma distância a partir da superfície superior da solução de coagulação contida no banho de coagulação até a parte inferior do banho de coagulação está compreendida em uma faixa entre 5 e 15 mm.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de aberturas de jato é disposta em alturas diferentes de modo que uma solução de coagulação a partir de posições diferentes é

Petição 870180057241, de 02/07/2018, pág. 5/10

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma razão de uma velocidade de formação de jato da solução de coagulação lançada para fora a partir da abertura de jato para uma velocidade de descarga do filamento descarregado a partir do tubo de coagulação está compreendida em uma faixa de 0,8:1 a 1,2:1.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a velocidade de formação de jato da solução de coagulação lançada para fora a partir da abertura de jato está compreendida em uma faixa entre 150 e 800 mpm.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução de coagulação contida no banho de coagulação é uma solução de ácido sulfúrico, e uma concentração da solução de ácido sulfúrico está compreendida em uma faixa entre 5 e 15% em peso.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução de coagulação contida no banho de coagulação é uma solução de ácido sulfúrico, e a solução de ácido sulfúrico é mantida em uma temperatura entre 1 e 10°C.

9. Fibra de para-aramida caracterizada por ser produzida pelo método como definido na reivindicação 1, em que a fibra de para-aramida é formada em estrutura tal que um grupo de amida é conectado a anéis aromáticos, e os anéis aromáticos são linearmente conectados através do grupamento amida, em que uma aspereza de superfície é de RMS 0,2 um ou menos, e uma resistência à tração está

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10. Fibra de para-aramida, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a fibra de aramida tem um a longamento de 2,8 a 3,5%. 5 11. Fibra de para-aramida, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a fibra de aramida tem uma resistência máxima em estiramento a partir

de um pano de 5N ou menos, em que o pano é um pano tecido simples tendo uma densidade de tecelagem de 260 g/m², e o 10 pano tecido simples é feito da fibra de aramida tendo 1500 denier como trama e urdidura.