ES2208966T3 - Fibras de poliacrilonitrilo de elevado modulo y muy resistentes, procedimiento para su produccion y su uso. - Google Patents
Fibras de poliacrilonitrilo de elevado modulo y muy resistentes, procedimiento para su produccion y su uso.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A FIBRAS DE GRAN RESISTENCIA CON ELEVADOS MODULOS INICIALES DE HOMOPOLIMEROS O COPOLIMEROS, QUE CONTIENEN AL MENOS UN 70% EN PESO DE UNIDADES RECURRENTES DE ACRILONITRILO Y/O METACRILONITRILO, Y A UN PROCEDIMIENTO PARTICULARMENTE ADECUADO PARA SU PRODUCCION Y USO EN PARTICULAR COMO AGENTES DE REFUERZO O PARA LA PRODUCCION DE FILTROS O FORROS DE FRICCION. LAS FIBRAS DESCRITAS EN LA INVENCION TIENEN UNA RESISTENCIA DE MAS DE 100 CN/TEX Y UN MODULO INICIAL DE MAS DE 15 N/TEX (CON REFERENCIA A UN ESTIRADO AL 100%).
Description
Fibras de poliacrilonitrilo de elevado módulo y
muy resistentes, procedimiento para su producción y su uso.
La presente invención se refiere a fibras de
homo-o copolímeros que contienen unidades de
acrilonitrilo y/o de metacrilonitrilo recurrentes (llamadas en lo
sucesivo fibras de PAN) de elevado módulo y elevada resistencia,
así como un procedimiento particularmente adaptado para su síntesis
y su utilización, en particular como materiales de refuerzo o para
la fabricación de filtros, cuerdas o cubiertas de rozamiento.
Son en sí conocidas las fibras de PAN de elevada
resistencia. Así, se describen por ejemplo por Dobrecov et al. En
Sowjet. Beiträge zur Faserforschung und Textiltechnik, 9,
páginas 407-411 (1972) fibras de PAN de elevada
resistencia y elevado módulo, que se derivan de tipos de PAN de
elevado peso molecular; ejemplos de ellos son pesos moleculares de
3.10^{6}.
Se conocen por los documentos
EP-A-0.165372 y
EP-A-0.255.109 fibras con
resistencias de más de 8,83 cN/dtex y procedimientos para su
fabricación, en los cuales se utilizan también tipos de PAN de
elevado peso molecular. Según el documento
EP-A-0.255.109 se utilizan tipos de
PAN con un peso molecular de más de 500.000 (peso medio), mientras
que según el documento
EP-A-0.165.372 se utilizan tipos de
PAN con una viscosidad límite de más de 2,5, lo cual corresponde a
un peso molecular de más de 210.000 (peso medio).
En los documentos antes citados se utilizan sin
excepción tipos de PAN de peso molecular anormalmente elevados. Los
valores normales de peso molecular para fibras de PAN se mueven
aproximadamente en el intervalo de 80.00 a 180.000 (confiérase los
comentarios de Falkai et al. En "Synthesefasern", pág. 200, Ed.
CEIME (1981) o de Masson el al. En "Fiber Producer", junio
1984, pág. 34-37.
La utilización en estos documentos de tipos de
PAN indicados de elevado peso molecular trae consigo también
problemas en la síntesis de estas fibras. Así, se debe reducir la
concentración de masa de hilatura para la síntesis de la masa de
hilatura, a causa de la baja solubilidad de los tipos de PAN de
elevado peso molecular. De esta manera, es posible por ejemplo en
el procesado con tipos de PAN de bajo peso molecular, trabajar con
concentraciones de masa de hilatura de 19 - 21%. Por el contrario,
en los anteriores documentos se trabaja con concentraciones
reducidas de masa de hilatura de como máximo 10 - 15%. Esto
significa una pérdida considerable de productividad de 25 - 70% para
una instalación de producción. De esta manera, se trabaja por
ejemplo según el documento
EP-A-0.165.372 con una concentración
de masa de hilatura entre 6 - 12% (Ejemplos 5 - 7). Esto significa
una pérdida de productividad entre 45 - 70%.
Además, se alarga considerablemente el tiempo de
residencia para la disolución del PAN en el disolvente con peso
molecular creciente del polímero. En esta caso se deben construir
nuevas instalaciones para la disolución, para mantener la
efectividad en el proceso de disolución. Se deben tomar normalmente
medidas adicionales, para poder trabajar con una mayor concentración
de masa de hilatura. En el documento
EP-A-0.255.109 se intenta, con la
adición de 1 - 10% de agua a la masa de hilatura, disminuir la
viscosidad, para poder trabajar con una mayor concentración de masa
de hilatura. Sin embargo, esto va unido con un peligro de corrosión
para las instalaciones; además con estas medidas solamente son
posibles disminuciones limitadas de viscosidad.
Se conocen ya también fibras de PAN de elevada
resistencia, que se han sintetizado con tipos de PAN de peso
molecular normal. Así, se describen por ejemplo en el documento
GB-A-1.193.170 fibras de PAN, que
tienen resistencias de hasta 17,5 g/denier. De todas maneras, el
alargamiento a la rotura de las fibras descritas es, con más del
15%, demasiado elevado para muchas aplicaciones.
Se conocen por el documento
EP-A-0.044.534 fibras de PAN muy
resistentes de elevado módulo, las cuales también se han
sintetizado con tipos de PAN de peso molecular normal. Se describen
fibras con resistencias de hasta 81 cN/tex o con módulo inicial de
hasta 1989 cN/tex. No se describen en esta publicación fibras de
PAN que tienen resistencias de más de 100 cN/tex y simultáneamente
módulo inicial de más de 15 N/tex (con relación al 100% de
alargamiento).
Se conocen por el documento
EP-A-0.645.479 fibras de PAN, cuya
resistencia es hasta 100 cN/tex y su módulo inicial es como mucho
21,5 N/tex. No se describen en esta publicación fibras de PAN que
tienen resistencias de más de 100 cN/tex y simultáneamente módulo
inicial de más de 15 N/tex (con relación al 100% de alargamiento).
Las fibras de PAN son populares materiales de refuerzo a causa de
su elevada resistencia en ambientes agresivos, por ejemplo en
ambientes muy alcalinos, o con respecto a radiaciones UV. Se pide
en particular para aplicaciones técnicas elevadas resistencias y
elevado módulo inicial con bajos alargamientos a la rotura. Existe
una necesidad de fibras de PAN con un perfil de propiedades de tal
tipo, particularmente para fibras de PAN, que se obtengan mediante
procedimientos de elevada productividad.
El objeto de la presente invención son fibras de
homo- o copolímeros con una media de peso molecular de 80.000 a
210.000, que contienen al menos 70% en peso de unidades de
acrilonitrilo y/o metacrilonitrilo recurrentes, caracterizado
porque las fibras tienen una resistencia de más de 100 cN/tex y un
módulo inicial de más de 15 N/tex, con relación al 100% de
alargamiento.
Como materias primas poliméricas se pueden
utilizar los polímeros en solución o precipitación sintetizados
según los métodos normales. Dependiendo de los requisitos para los
campos de utilización, se pueden utilizar tanto homo- como también
copolímeros de acrilonitrilo. En los monómeros utilizados, se
debería tener en cuenta una pureza lo más pura posible. Como
comonómeros son apropiados todos los compuestos insaturados
copolimerizables con acrilonitrilo, preferiblemente ácidos
carboxílicos insaturados, tal como ácido acrílico, ácido
metacrílico o ácido itacónico; ácidos sulfónicos insaturados, tal
como ácido alil-, metalil- o estirenosulfónico; amidas de ácidos
carboxílicos insaturados, tal como acrilamida o metacrilamida;
ésteres de ácidos carboxílicos insaturados, tales como los ésteres
metílico, etílico, propílico, butílico u octílico del ácido
acrílico o metacrílico o ésteres hidroxietílicos o aminoetílicos
polifuncionales o sus derivados del ácido acrílico o metacrílico;
ésteres de ácidos carboxílicos con alcoholes insaturados o éteres
insaturados a base de alcoholes insaturados, tal como éster y éter
vinílico, por ejemplo acetato de vinilo, estearato de vinilo,
butirato de vinilo, éster vinílico de ácido bromoacético, éster
vinílico de ácido dicloroacético o éster vinílico de ácido
tricloroacético; aldehídos o cetonas insaturados, como acroleína o
aldehído crotónico, haluros ácidos de ácidos carboxílicos
insaturados, tal como cloruro de ácido acrílico o metacrílico; u
otros monómeros copolimerizables con acrilonitrilo, como estireno,
butadieno, propileno o haluros de vinilo, por ejemplo cloruro de
vinilo, cloruro de vinilideno o bromuro de vinilo.
Los monómeros preferidos que se pueden utilizar
para la copolimerización son ésteres acrílicos o ésteres
metacrílicos de alcoholes C_{1}-C_{22}, p. ej.
acrilato de metilo, metacrilato de metilo, metacrilato de butilo,
metacrilato de octilo, acrilato de etilo, acrilato de isobutilo,
ésteres (met)acrílicos de alcoholes
C_{1}-C_{22} perfluorados; compuestos aromáticos
vinílicos con hasta 20 átomos de C, p. ej. estireno, viniltolueno;
los ésteres del ácido maleico y del ácido fumárico con alcoholes
C_{1}-C_{22}; cloruro de vinilo, acetato de
vinilo, etileno y butadieno, preferiblemente es acrilato de
metilo.
Además se pueden utilizar también otros monómeros
funcionales, que son copolimerizables con acrilonitrilo y/o
metacrilonitrilo. Los monómeros funcionales pueden contener grupos
hidroxi, silano o epóxido. Ejemplos de ellos son
vinil-trimetoxi-silano,
vinil-tributoxi-silano,
metacriloxi-propil-trimetoxi-silano,
vinil-tris-(metoxietoxi)-silano,
vinil-triacetoxi-silano,
hidroxietilmetacrilato, hidroxibutilmetacrilato, glicidilacrilato,
glicidilmetacrilato o también
2-hidroxi-etilacrilato.
Otros polímeros apropiados de acrilonitrilo son
copolímeros de SAN, ABS y NBR, debiendo tener su proporción de
acrilonitrilo los tantos por ciento en peso antes descritos.
Preferiblemente, los polímeros utilizados tienen
un contenido de al menos 90% en peso, en particular al menos un
contenido de 99% en peso de unidades de acrilonitrilo.
Se utilizan homopolímeros o copolímeros de
poliacrilonitrilo, cuyo peso molecular (peso medio) es 80.000 a
210.000, preferiblemente 175.000 a 210.000.
Las resistencias de las fibras según la invención
son de más de 100 cN/tex, preferiblemente 101 a 150 cN/tex.
Los módulos iniciales, con relación al 100% de
alargamiento, de las fibras según la invención son de más de 15
N/tex, preferiblemente 22 a 35 cN/tex, particularmente preferido 22
a 30 cN/tex.
La resistencia a la rotura de las fibras según la
invención es de más de 85 cN/tex, preferiblemente más de 90 cN/tex,
con un alargamiento a la rotura de como máximo 15%, preferiblemente
de 7 a 9%.
Se prefieren también fibras, como se han definido
anteriormente, que tienen resistencias de nudos de más de 15
cN/tex, en particular de 17 a 20 cN/tex.
El denier de filamento individual de las fibras
según la invención se mueven - según para lo que se utilicen - en
el intervalo 0,3 - 100 dtex, preferiblemente 0,9 - 20 dtex. En
aplicaciones textiles se prefieren denier en el intervalo de 1,0 a
3 dtex.
Se ha hallado en el transcurso del desarrollo,
que se pueden fabricar fibras de elevada resistencia de este tipo
también con una elevada productividad, si se cumplen determinadas
condiciones del procedimiento, en particular se obtienen fibras de
PAN del tipo anteriormente descrito, es decir con resistencias de
más de 100 cN/tex y un módulo inicial de más de 15 N/tex, con
relación al 100% de alargamiento, si la presión de hilatura de la
solución de hilado en la boquilla de hilatura es al menos de 20
bares, preferiblemente al menos 30 bares.
Por tanto, la invención se refiere también a un
procedimiento para la síntesis de fibras de elevada resistencia de
un homo- o copolímero con un peso medio del peso molecular de
80.000 a 210.000, conteniendo al menos 70% en peso de unidades
recurrentes de acrilonitrilo y/o metacrilonitrilo que comprenden las
siguientes medidas:
- a)
- preparación de una solución de hilatura que contiene un disolvente aprótico orgánico o una mezcla de tales disolventes y al menos 15% en peso, con relación a la solución de hilatura, de un homo- o copolímero que contiene al menos 70% en peso de unidades recurrentes de acrilonitrolo y/o metacrilonitrilo
- b)
- hilatura de esta solución de hilatura según un procedimiento de hilado en húmedo o de un procedimiento de hilado húmedo-boquilla seca en un baño de coagulación, siendo la presión de hilatura de la solución de hilatura en la boquilla de al menos 20 bares,
- c)
- coagulación de las fibras hiladas en el baño de coagulación y extracción por estiramiento de estos hilos del baño de coagulación, y
- d)
- post-tratamiento de los hilos hilados al realizar uno o varios estiramientos, siendo el grado de estiramiento entre los dispositivos de estiramiento de los hilos hilados del baño de coagulación y la salida de la zona de post-tratamiento de al menos 1:10.
Como agentes de solución de hilatura se utilizan
muchos disolventes orgánicos apróticos o una mezcla de tales
disolventes. Ejemplos de tales disolventes son dimetilsulfóxido
(DMSO), dimetilacetamida (DMAC), N-metilpirrolidona
(NMP) y en particular dimetilformamida (DMF).
Para la preparación de la solución de hilatura,
se pueden utilizar procedimientos y máquinas clásicas. En el
procedimiento según la invención la concentración de masa de
hilatura es de al menos 15%, preferiblemente más de 26%, en
particular 29 a 38%. Al utilizar concentraciones de masa de hilatura
de menos de 15%, pueden aparecer problemas con el recorrido de las
boquillas; es decir aparecen durante la hilatura irregularidades en
las boquillas y como consecuencia aparecen adherencias. También
baja la productividad de la línea de
post-tratamiento en relación directa con la
disminución de la concentración de masa de hilatura. La viscosidad
de la solución de hilatura es de al menos 150 Pa.s, preferiblemente
260 a 450 Pa.s (determinada a 80ºC en DMF).
Normalmente se filtra la solución de hilatura
antes de la hilatura y eventualmente se desgasifica. De esta manera
se retiran partículas de gel y eventualmente impurezas presentes.
La filtración es de gran importancia en el procedimiento según la
invención, puesto que con esta medida se pueden bajar
considerablemente la tasa de errores durante la hilatura y en el
post-tratamiento. De esta manera los fallos de
hilatura pueden causar posteriormente en el estiramiento en
contacto y en húmedo enrollamientos en los rollos de
estiramiento.
Se puede realizar la filtración con los
dispositivos conocidos para ello, por ejemplo con prensa de
filtración, en las cuales la masa de hilatura se comprime a través
de diferentes cubiertas de tejidos compactos. Para la filtración se
prefiere utilizar una filtración de elevada presión de dos o más
etapas usando cajas de filtrado con tubo de soporte (presión < 30
bares). Una medida de la acción del filtro es la llamada porosidad;
ésta representa un límite superior para los mismos diámetros de
partículas, que todavía pasan por el filtro.
En el caso de soluciones de hilatura con DMF como
disolvente se utilizan preferiblemente filtros con un tamaño de poro
de 5 a 15 \mum. Esto quiere decir, que las partículas con un
diámetro menor de 5 a
\hbox{15 \mu m} todavía pueden
pasar por el filtro. Cuando la filtración de la masa de hilatura no
se realiza bien, es decir en el caso de soluciones de hilatura con
DMF como disolvente con un filtro más basto de 15 \mum, hay que
contar con alteraciones posteriores en la producción.
En el caso de soluciones de hilatura de DMF la
temperatura de filtración es preferiblemente entre 80 y 90ºC.
Se debe elegir de tal manera la velocidad en la
salida de los hilos fuera de la boquilla de hilatura, que las
fibras prácticamente no se plieguen al sumergirse en el líquido y
conserven su actual dirección de movimiento. Se puede variar la
velocidad de pulverización de la solución de hilatura de al menos 5
m/min a 50 m/min. Se prefieren velocidades de pulverización de 15 a
35 m/min.
Se calcula la velocidad de pulverización S según
la siguiente igualdad:
S = \frac{4 \ x \ f}{Z \ x
\ d^{2} x
\pi}
Significando:
\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
S \+ = \+ velocidad de pulverización (m/min)\cr F \+ = \+ tasa de
alimentación\cr Z \+ = \+ número de orificios de la boquilla\cr d
\+ = \+ diámetro de orificios de la boquilla
(mm)\cr}
A causa de la elevada velocidad de pulverización
y de la elevada presión de hilatura aparecen los hilos hilados sin
variación notable de la dirección en el baño de coagulación o a
través de la superficie del baño de coagulación. Si varía
notablemente la dirección de los hilos al sumergirse en el baño de
coagulación, hay que contar con adherencias de las fibras entre sí y
en la superficie de la boquilla. En el baño de coagulación se puede
variar la dirección de movimiento de los hilos.
A causa de la elevada velocidad de pulverización
y de la viscosidad relativamente elevada de la solución de hilatura
muy concentrada, se puede formar en la boquilla de hilatura una
elevada presión. Esta elevada presión es importante para conseguir
elevada resistencia. Condicionado por la elevada concentración, se
puede realizar el proceso muy económicamente con elevada
productividad. Sin embargo, es desventajoso, que condicionado por la
elevada presión, pueden aparecer problemas durante la hilatura.
Esto se expresa por ejemplo en un ensuciado de la boquilla de
hilatura, es decir un pegado de gotas de la masa de hilatura en las
boquillas. Por tanto se recomienda elevar la temperatura de la
solución de hilatura al aparecer tales problemas antes del paso a
través de la boquilla de hilatura, para bajar de esta manera la
viscosidad de la solución de hilatura. Por tanto se recomienda, en
el caso de DMF como disolvente de la solución de hilatura, calentar
la solución de hilatura justo antes de la entrada en la boquilla
hasta al menos 80-100ºC.
Pueden causar los problemas antes descritos las
temperaturas de la masa de hilatura de soluciones de hilado por
debajo de 100ºC. En temperaturas de masas de hilatura por encima de
130ºC hay que contar con la evaporación del DMF y con el
amarilleamiento de la masa de hilatura. Por tanto, en el caso de DMF
se trabaja preferiblemente con temperaturas de la solución de
hilatura antes de la boquilla de hilado de 80 a 130ºC.
La presión de hilatura antes indicada de al menos
20 bares se refiere a la solución de hilatura calentada, estando
esta temperatura en el intervalo de 80 a 130ºC.
La elección correcta del diámetro de los
orificios de las boquillas influye mucho en la entrada limpia y
libre de los hilos en el baño de coagulación. Las elevadas
velocidades de pulverización necesarias del procedimiento según la
invención son difíciles de realizar en particular si se eligen
grandes diámetros de los orificios de la boquilla. En estos casos
hay que contar con problemas al hilar y un ensuciado en la boquilla
de hilatura. Si aparecen tales problemas, en un caso particular, se
recomienda reducir el diámetro de los orificios.
Además, se puede influir mediante la elección del
grosor del hilo en el comportamiento al inyectar la fibra en el
líquido del baño de coagulación. Como ya se ha citado
anteriormente, los hilos deben forzarse en el baño de coagulación
en tales condiciones que las fibras no se plieguen y pierdan su
velocidad previa al sumergirse en el líquido. También esto puede
verse afectado mediante la elección del diámetro de los orificios
de la boquilla.
Típicamente, los diámetros de los orificios de la
boquilla son menores de 150 \mum; preferiblemente los diámetros
de los orificios de la boquilla son de 60 a 120 \mum.
Se puede realizar la hilatura según los
procedimientos de hilatura en húmedo o procedimiento de hilatura en
húmedo-boquilla seca en sí conocidos. Para ello se
puede sumergir la boquilla de hilatura en el baño de coagulación o
se coloca la boquilla de hilatura a una distancia prevista de la
superficie del baño de coagulación, por donde se realiza la
hilatura a través de una hendidura de aire. Se puede variar
ampliamente la distancia entre la boquilla de hilatura y la
superficie del baño de coagulación, preferiblemente la distancia es
menor de 10 milímetros, en particular de 1 a 10 mm.
El baño de coagulación es por lo general una
mezcla acuosa que contiene un disolvente orgánico aprótico . por
ejemplo una solución, dispersión o suspensión de este disolvente
orgánico aprótico en agua. Preferiblemente el disolvente aprótico
orgánico en el baño de coagulación es el mismo que el disolvente
elegido de hilatura elegido.
Se debe elegir de tal manera en cada caso la
concentración del disolvente aprótico orgánico, que se dé una
coagulación bastante rápida y completa. Hay que tener en cuenta al
trabajar con soluciones de hilatura de concentración relativamente
elevada, que no sea o no vaya a ser muy alta la concentración del
disolvente aprótico orgánico en el baño de coagulación, Si se elige
demasiado elevada la concentración del disolvente aprótico orgánico
en el baño de coagulación, se pueden pegar las fibras al rodillo de
desarrollo, no pudiéndose garantizar una coagulación completa de
las fibras.
Típicamente se trabaja con concentraciones del
disolvente aprótico orgánico menores de 75% en peso,
preferiblemente menores de 50% en peso, en particular 20 a 50% en
peso (con relación a la solución en el baño de coagulación).
La temperatura del baño de coagulación se
encuentra entre 20 y 110ºC, preferiblemente 40 a 90ºC, en particular
60 a 85ºC.
La longitud del baño de coagulación es - en
relación con la velocidad de pulverización - de al menos 0,5 m. De
debe elegir en cada caso de tal manera la longitud del baño de
coagulación, que se consiga una coagulación suficiente para el
subsiguiente post-tratamiento.
A continuación de la coagulación se tratan las
fibras; esto se puede llevar a cabo en una instalación de
post-tratamiento en sí conocida.
Se ha hallado sorprendentemente, que mediante la
hilatura según la invención se obtienen fibras de PAN, que se
pueden estirar mucho. Para la fabricación de fibras muy
resistentes, se post-tratan los hilos hilados
realizando uno o varios alargamientos, siendo el grado de
estiramiento total entre los dispositivos de salida de los hilos
hilados del baño de coagulación y la salida de la zona de
post-tratamiento de al menos 1:10, preferiblemente
de 1:10 a 1:25.
En el post-tratamiento se pueden
lavar las fibras después de salir del baño de coagulación, por
ejemplo una o varias veces, pudiéndose realizar en estas etapas una
coagulación adicional. Normalmente las fibras se estiran en húmedo
y/o se avivan durante al menos una etapa de lavado. Normalmente se
secan después del lavado. Seguidamente se siguen estirando las
fibras en otra etapa de estirado; esto se puede realizar mediante
estirado en baño de aire caliente y/o mediante estiramiento de
contacto, por ejemplo sobre rodillos calentados, siendo en el caso
de un estiramiento de contacto la relación de estiramiento de al
menos 1:1,5. A continuación se estiran las fibras con tensión. Es
también posible y preferible, fijar las fibras estiradas después
del post-estiramiento. Éste se realiza
ventajosamente mediante calentamiento hasta temperaturas de 130 a
350ºC, preferiblemente 150 a 250ºC, en una atmósfera normal.
Mediante esta fijación se estabilizan las fibras de PAN y aumenta la
densidad desde aproximadamente 1,18 g/cm^{3} a valores de más de
\hbox{1,2 g/cm ^{3} }, pudiendo ocurrir este aumento de
densidad con una pérdida parcial de resistencia.
Después de esto se pueden llevar las fibras a un
dispositivo de corte o las fibras se siguen procesando como
filamentos, siendo enrolladas por ejemplo.
Tales procedimientos de
post-tratamiento de las fibras de PAN son en sí
conocidos y se describen por ejemplo en los documentos
EP-A-0.044.534,
EP-A-0.165.372 y
EP-A-0.255.109.
Se pueden utilizar las fibras de PAN según la
invención para las más diferentes aplicaciones. Típicamente se
utilizan estas fibras para fines técnicos. Ejemplos de ellos son su
utilización como material de refuerzo para la fabricación de
materiales compuestos, por ejemplo para la fabricación de plásticos
termoplásticos o duro plásticos reforzados con fibras o en
particular para la fabricación de materiales hidráulicamente
forjados reforzados con fibras, por ejemplo en hormigón. Son
preferiblemente apropiados los filamentos de PAN según la invención
para la fabricación de cuerdas, cordajes y materiales de cubierta de
todo tipo resistentes a los UV. Ejemplos de materiales de cubierta
son cubiertas, toldos etc. para la industria del automóvil o toldos
de cubrimiento para la protección de superficies y objetos.
Además se pueden utilizar las fibras de PAN según
la invención para la fabricación de materiales no tejidos, que se
utilizan como filtros o material geotextil.
Otro campo de utilización preferido de las fibras
de PAN según la invención es la fabricación de cubiertas de
rozamiento, en particular de forros de frenos.
Claims (34)
1. Fibras de homo- o copolímeros con una media de
peso molecular de 80.000 a 210.000, que contienen al menos 70% en
peso de unidades de acrilonitrilo y/o metacrilonitrilo recurrentes,
caracterizadas porque las fibras tienen una resistencia de
más de 100 cN/tex y un módulo inicial de más de 15 N/tex, con
relación al 100% de alargamiento.
2. Fibra según la reivindicación 1,
caracterizada porque el homo- o copolímero tiene un contenido
de al menos 90% en peso de unidades de acrilonitrilo.
3. Fibra según la reivindicación 2,
caracterizada porque el homo- o copolímero tiene un contenido
de al menos 99% en peso de unidades de acrilonitrilo.
4. Fibra según la reivindicación 1,
caracterizada porque la fibra tiene una resistencia de 101 a
150 cN/tex.
5. Fibra según la reivindicación 1,
caracterizada porque la fibra tiene un módulo inicial, con
relación al 100% de alargamiento, de 22 a 35 cN/tex.
6. Fibra según la reivindicación 5,
caracterizada porque la fibra tiene un módulo inicial, con
relación al 100% de alargamiento, de 22 a 30 cN/tex.
7. Fibra según la reivindicación 1,
caracterizada porque la fibra tiene una resistencia a la
rotura de más de 85 cN/tex.
8. Fibra según la reivindicación 7,
caracterizada porque la fibra tiene una resistencia a la
rotura de más de 90 cN/tex.
9. Fibra según la reivindicación 1,
caracterizada porque la fibra tiene un alargamiento a la
rotura de como máximo 15%.
10. Fibra según la reivindicación 1,
caracterizada porque la fibra tiene un alargamiento a la
rotura de 7 a 9%.
11. Fibra según la reivindicación 1,
caracterizada porque la fibra posee un denier de 0,3 a 100
dtex.
12. Fibra según la reivindicación 1,
caracterizada porque la fibra posee un denier de 0,9 a 20
dtex.
13. Procedimiento para la síntesis de fibras de
elevada resistencia de un homo- o copolímero con un peso medio del
peso molecular de 80.000 a 210.000, que contienen al menos 70% en
peso de unidades recurrentes de acrilonitrilo y/o metacrilonitrilo
que comprenden las siguientes medidas:
- a)
- preparación de una solución de hilatura que contiene un disolvente aprótico orgánico o una mezcla de tales disolventes y al menos 15% en peso, con relación a la solución de hilatura, de un homo- o copolímero que contiene al menos 70% en peso de unidades recurrentes de acrilonitrilo y/o metacrilonitrilo
- b)
- hilatura de esta solución de hilatura según un procedimiento de hilatura en húmedo o de un procedimiento de hilatura en húmedo-boquilla seca en un baño de coagulación, siendo la presión de hilatura de la solución de hilatura en la boquilla de al menos 20 bares,
- c)
- coagulación de las fibras hiladas en el baño de coagulación y extracción por estiramiento de estos hilos del baño de coagulación, y
- d)
- post-tratamiento de los hilos hilados al realizar uno o varios estiramientos, siendo el grado de estiramiento entre los dispositivos de estiramiento de los hilos hilados del baño de coagulación y la salida de la zona de post-tratamiento de al menos 1:10.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque como disolvente se utiliza
dimetilsulfóxido (DMSO), dimetilacetamida (DMAC),
N-metilpirrolidona (NMP) y en particular
dimetilformamida (DMF).
15. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la concentración de masa de hilatura es
más de 26%.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque la concentración de masa de hilatura es
de 29 a 38%.
17. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la viscosidad de la solución de
hilatura es al menos 150 Pa.s, en particular 260 a 450 Pa.s
(determinada a 80ºC en DMF).
18. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la solución de hilatura se filtra antes
de la hilatura a través de un filtro de 5 - 15 \mum de diámetro
de poro.
19. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la temperatura de la solución de
hilatura delante de la boquilla de hilatura es de 80 a130ºC.
20. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque el diámetro de poros de la boquilla es
de 60 a 150 \mum.
21. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la velocidad de hilatura es de 5 a 50
m/min.
22. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la presión de hilatura de la solución
de hilatura en la boquilla es de al menos 30 bares.
23. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la hilatura se realiza mediante un
procedimiento de hilatura en húmedo-boquilla seca,
siendo la anchura entre la boquilla de hilatura y la superficie del
baño de coagulación de 1 a 10 mm.
24. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque el baño de coagulación es una mezcla
acuosa del disolvente de hilatura, siendo la concentración del
disolvente de hilatura menor que 75% en peso, con relación al baño
de coagulación.
25. Procedimiento según la reivindicación 24,
caracterizado porque el baño de coagulación es una mezcla
acuosa del disolvente de hilatura, siendo la concentración del
disolvente de hilatura menor que 50% en peso, con relación al baño
de coagulación.
26. Procedimiento según la reivindicación 25,
caracterizado porque el baño de coagulación es una mezcla
acuosa del disolvente de hilatura, siendo la concentración del
disolvente de hilatura 20 a 50% en peso, con relación al baño de
coagulación.
27. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la temperatura del baño de coagulación
es de 20 a 110ºC, preferiblemente 40 a 90ºC, en particular 60 a
85ºC.
28. Uso de las fibras según la reivindicación 1
como materiales de refuerzo para la fabricación de materiales
compuestos.
29. Uso según la reivindicación 28,
caracterizado porque los materiales compuestos son
materiales hidráulicamente forjados reforzados con fibras.
30. Uso de las fibras según la reivindicación 1
para la fabricación de materiales no tejidos, en particular para la
fabricación de filtros o de materiales
\hbox{geotextiles.} 31. Uso de las fibras según la reivindicación 1
para la fabricación de cubiertas de rozamiento.
32. Uso de las fibras según la reivindicación 1
para la fabricación de cuerdas y cordajes.
33. Uso de las fibras según la reivindicación 1
para la fabricación de materiales de cubierta.
34. Material compuesto, material no tejido,
cubierta de rozamiento, cuerda, cordaje o material de cubierta que
contiene fibras según la reivindicación 1.
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