ES2318569T3 - Proceso para fabricar un producto semejante a monofilamentos. - Google Patents

Abstract

Proceso para fabricar un producto semejante a monofilamentos a partir de un precursor que contiene una multitud de filamentos poliolefínicos continuos, que comprende los pasos de exponer el precursor a una temperatura dentro del intervalo de punto de fusión de la poliolefina durante un tiempo suficiente para fusionar al menos parcialmente las fibras adyacentes mientras que se estira simultáneamente el precursor con una relación de estirado de al menos 2,7 y en donde los filamentos están retorcidos o enredados al aire.

Description

Proceso para fabricar un producto semejante a monofilamentos.

La invención se refiere a un proceso para fabricar un producto semejante a monofilamentos a partir de un precursor que contiene una multitud de filamentos continuos de poliolefina, que comprende exponer el precursor a una temperatura comprendida dentro del intervalo del punto de fusión de la poliolefina durante un tiempo suficiente para fusionar al menos parcialmente las fibras adyacentes mientras se estira simultáneamente el precursor.

Un proceso de este tipo se conoce por el documento EP 0740002 B1. En esta realización de patente, se describe un proceso para fabricar un sedal de pesca a partir de hilos de materiales filamentosos, en el cual un sedal hecho de hilos trenzados, retorcidos, o retorcidos y enroscados de filamentos poliolefínicos hilados en fase de gel se expone a una temperatura dentro del intervalo de punto de fusión de dicha poliolefina durante un tiempo suficiente para fusionar al menos parcialmente los filamentos adyacentes mientras se estira dicho sedal con una relación de estirado comprendida dentro del intervalo de 1,01 a 2,5, preferiblemente desde 1,35 a aproximadamente 2,2. Se indica que la aplicación de dicha relación de estirado al precursor durante la exposición al calor es necesaria a fin de mantener los filamentos bajo tensión de elongación, a fin de prevenir la disminución de la resistencia del producto como resultado de procesos térmicos de relajación molecular. Los hilos aplicados en este proceso son hilos multifilamento continuos, más específicamente hilos de este tipo fabricados por el denominado hilado en gel de polietileno de peso molecular ultraelevado (UHMWPE), por ejemplo hilos disponibles en el comercio bajo las marcas comerciales Spectra® o Dyneema®. Los productos semejantes a monofilamentos así obtenidos 3 en EP 0740002 B1 exhiben típicamente una tenacidad de 13 a 32 g/d, y una elongación a la rotura de 1,9 a 3,3%.

Los sedales de pesca son generalmente monofilamentos hechos de polímeros sintéticos, que tienen una estructura firme y redonda que permite la manipulación conveniente para lanzamiento del cebo, rotación, y lanzamiento rotativo. Tales sedales monofilamento tienen generalmente una naturaleza rígida y una superficie lisa, que se combinan para reducir el arrastre durante el lanzamiento y permiten lanzamientos más largos al tiempo que proporcionan una mejor liberación de los carretes de pesca. Los sedales trenzados que contienen una multitud de filamentos son menos adecuados para sedales de pesca, debido a que tienen cierta tendencia a deshilacharse al final del hilo, pueden retener agua, presentan una superficie exterior que es propensa a enganches y enredos, y tienen un aspecto opaco que es demasiado visible bajo el agua. El proceso conocido por EP 0740002 B1 permite la fabricación de sedales de pesca semejantes a monofilamentos a partir de hilos trenzados o retorcidos hechos de hilos multifilamentos de poliolefina, hilos que tienen ventajas específicas sobre los hilos trenzados. La eficiencia de tales hilos fusionados se compara también favorablemente con la de un monofilamento convencional hecho de p.ej. poliamida por extrusión en masa fundida teniendo en cuenta su mayor resistencia a la tracción (o tenacidad) y rigidez; pero su elongación a la rotura es significativamente menor (aproximadamente 2-3% frente a 10-20%). Por una parte, la baja elongación y el módulo alto son ventajosos para un sedal de pescar, dado que ello permite a un pescador sentir incluso una mordedura inicial de un pez en un señuelo. Por otra parte, una elongación baja da como resultado una absorción total de energía relativamente baja después de una carga pesada instantánea, como en el momento del enganche de un pez, y puede dar así como resultado una rotura prematura. Un hilo de elongación baja, o elasticidad baja, lesiona también más fácilmente al pez que ha picado. Por consiguiente, es deseable tener un producto semejante a un monofilamento hecho de un precursor que contiene una multitud de filamentos poliolefínicos continuos que combina mayor elongación con rigidez y resistencia comparables a los hilos conocidos, especialmente la resistencia de un hilo que contiene un nudo
(fuerza de nudo).

Existe por tanto una necesidad constante de sedales de pesca que ofrezca eficiencia mejorada, especialmente propiedades de tracción mejoradas. Es por consiguiente un objeto de la presente invención proporcionar un proceso para fabricar un producto semejante a un monofilamento con propiedades de tracción mejoradas.

Este objeto se consigue de acuerdo con la invención por un proceso para fabricar un producto semejante a un monofilamento a partir de un precursor que contiene una multitud de filamentos poliolefínicos continuos, que comprende exponer el precursor a una temperatura dentro del intervalo del punto de fusión de la poliolefina durante un tiempo suficiente para fusionar al menos parcialmente las fibras adyacentes mientras se estira simultáneamente el precursor con una relación de estirado de al menos 2,7 y en donde los filamentos están retorcidos o enredados al aire.

Con el proceso de acuerdo con la invención puede fabricarse un producto semejante a un monofilamento a partir de p.ej. una construcción enroscada o trenzada de hilos de poliolefina, producto que exhibe propiedades favorables de tracción, tales como una mayor elongación a la rotura, como se mide en un test de tracción como el especificado en ASTM D885M, más específicamente por utilización de una longitud de calibre nominal de la fibra de 500 mm, una velocidad de cruceta de 50%/min y pinzas Instron 2714. El producto semejante a monofilamentos obtenido por el proceso de acuerdo con la invención exhibe típicamente una elongación a la rotura de al menos 4,0%, lo que le hace muy adecuado para uso como sedal de pesca, como sutura quirúrgica y usos análogos. El producto semejante a monofilamentos obtenido por el proceso de acuerdo con la invención exhibe también alta fuerza de nudo y eficiencia de fuerza de nudo. El producto semejante a monofilamentos obtenido tiene adicionalmente un tacto o sensación agradable y puede ser manipulado y anudado fácilmente. Otra ventaja del proceso de acuerdo con la invención es que el mismo puede aplicarse con alta eficiencia a hilos multifilamento retorcidos o enredados al aire, mientras que en el proceso conocido se aplicaban precursores trenzados para resultados óptimos. El proceso de acuerdo con la invención ofrece también más flexibilidad en el sentido de que pueden fabricarse a partir de un mismo precursor una gama de productos con densidad lineal (título) variable. Esto significa una simplificación del proceso global de producción, y por tanto una producción más efectiva en costes.

Es cierto que la aplicación de una relación mayor de estirado durante la fusión térmica de un sedal que contiene fibras de poliolefina se sugiere también en el documento WO 2004/033774 Al, pero el proceso descrito en dicho lugar se aplica a un precursor que contiene un meollar hecho de fibras cortas cortadas, precursor que tiene una construcción completamente diferente de la de un precursor que contiene filamentos continuos. Adicionalmente, en los ejemplos del documento WO 2004/033774 Al se describe solamente una relación de estirado de 1,8 como máximo; y la elongación a la rotura de un producto fabricado tiende a disminuir con la relación de estirado creciente.

Se sabe también que una relación de estirado relativamente alta puede aplicarse en los pasos de (post)-estiramiento que forman parte del denominado proceso de hilado en gel de poliolefina en fibras de alta resistencia; por ejemplo, en EP 0205960 se indica que el post-estirado mejora la resistencia al trepado del hilo multifilamento de UHMWPE. Sin embargo, dicha publicación guarda silencio en cuanto a la fusión térmica del hilo multifilamento en un producto semejante a monofilamentos.

Con el proceso de acuerdo con la invención se fabrica un producto semejante a monofilamentos a partir de un precursor que contiene una multitud de filamentos poliolefínicos continuos. Debe entenderse que un producto semejante a monofilamentos es un producto que tiene un aspecto y una sensación que se asemejan más al de un monofilamento que al de un hilo o sedal multifilamento, pero que realmente está hecho de una multitud de filamentos continuos que tienen típicamente un diámetro menor que aproximadamente 50, en muchos casos menor que 30 micrómetros. El producto semejante a monofilamentos puede tener un diámetro que varía dentro de un amplio intervalo, v.g. desde aproximadamente 0,05 hasta varios milímetros (o productos de título más general, desde p.ej. 10 hasta varios millares de dtex). Debe entenderse en esta manera que un precursor es un artículo de longitud indefinida que contiene una multitud de filamentos poliolefínicos continuos, por ejemplo uno o más hilos multifilamento de título 50-2000 dtex, y se utiliza como alimentación o materia prima en el proceso de acuerdo con la invención. Un precursor adecuado puede encontrarse en la forma de, por ejemplo, un cordón trenzado, un hilo, cordón o sedal enroscado y retorcido, que comprende cierto número de hebras que contienen filamentos poliolefínicos, pero también un hilo de una sola hebra. El precursor contiene predominantemente filamentos poliolefínicos, a saber 50% en peso o más de la cantidad total de filamentos, conteniendo preferiblemente al menos 70, 80, 90% en peso de filamentos poliolefínicos, o estando incluso constituido sustancialmente sólo por tales filamentos. Esto da como resultado un sedal con alta eficiencia mecánica.

El proceso de acuerdo con la invención comprende el paso de exponer el precursor a una temperatura comprendida dentro del intervalo del punto de fusión de la poliolefina durante un tiempo suficiente para fusionar al menos parcialmente las fibras adyacentes. Las condiciones de este paso de fusión se seleccionan de tal modo que la temperatura y el tiempo de exposición sean suficientes para reblandecer los filamentos poliolefínicos en sus superficies y permitir que los mismos se fusionen al menos parcialmente, en especial en la superficie externa del sedal precursor. El intervalo de punto de fusión de la poliolefina es el intervalo de temperatura entre el pico de punto de fusión de una poliolefina no orientada y el pico de punto de fusión de una fibra poliolefínica constreñida altamente orientada, como se determina por análisis DSC utilizando una tasa de barrido de 20ºC/min. Para filamentos UHMWPE, que exhiben típicamente un intervalo de punto de fusión de 138-162ºC, la temperatura está comprendida preferiblemente dentro del intervalo de aproximadamente 150ºC hasta aproximadamente 157ºC. Los tiempos de residencia durante los cuales se ve expuesto el precursor a la temperatura de fusión pueden variar dentro de un intervalo amplio, pero típicamente están comprendidos dentro del intervalo de aproximadamente 5 segundos a aproximadamente 1500 segundos. Aunque las temperaturas más altas tienden a mejorar el proceso de fusión, debe tenerse cuidado a fin de no aplicar una temperatura demasiado alta, dado que esto podría causar pérdida de resistencia del producto, dando como resultado p.ej. una fusión parcial u otros efectos de relajación molecular dentro de las partes internas de los filamentos. Medios adecuados para realizar este proceso incluyen hornos con control exacto de temperatura y medios de estirado; lo cual es conocido por las personas expertas, así como medios alternativos para realizar el proceso de acuerdo con la invención.

Durante el proceso de fusión, el aspecto del precursor cambia desde un aspecto opaco inicial, por ejemplo de color blanco, a un aspecto superficial translúcido, lechoso, o incluso sustancialmente transparente del producto, dependiendo del grado de fusión y el tipo de material precursor. La transmisión óptica del producto aumenta con el grado de fusión incrementado entre las fibras. Un aumento de translucidez o transmisión de la luz de este tipo es una ventaja definida para la aplicación como sedales submarinos. El color blanco natural puede haberse ajustado también por adición de colorantes.

Para un producto semejante a monofilamentos que exhibe deshilachado bajo en el extremo y poca formación de bolas en la superficie, es suficiente que una capa en la superficie externa del sedal se fusione al menos parcialmente, como se aprecia por aumento en la translucidez. Sin embargo, un mayor grado de fusión, v.g. que una también filamentos en partes más internas de un precursor o hebra, se prefiere para fabricar un producto con una mayor rigidez a la flexión y mayor transparencia, es decir con características más semejantes a un monofilamento. Preferiblemente, se fabrica una capa superficial exteriormente fusionada que es sustancialmente no porosa. Un producto de este tipo exhibe una superficie lisa con resistencia incrementada a la abrasión y poca tendencia a los efectos de desestratificación tales como formación de bolas. La capa superficial fusionada puede incluir un núcleo que tiene todavía un carácter principalmente filamentoso, proporcionando más flexibilidad al producto. El grado de fusión puede ajustarse por ejemplo variando la temperatura de exposición y/o el tiempo de exposición en el proceso de acuerdo con la invención.

El grado de fusión puede determinarse en el producto obtenido, por ejemplo por evaluación visual, v.g. a simple vista o utilizando un microscopio óptico o electrónico; o por medida de propiedades mecánicas tales como la resistencia mecánica o la rigidez. Otra posibilidad es determinar la cantidad y tasa de absorción de un líquido coloreado, v.g. a partir de un marcador, como se describe en EP 0740002 B1. El grado de fusión puede obtenerse también por un test, en el cual el producto cargado se somete a abrasión sobre una barra metálica y se determina el número de movimientos después del cual el producto semejante a monofilamentos se desintegra en sus filamentos constituyentes.

El proceso de acuerdo con la invención incluye estirar simultáneamente el precursor a una relación de tracción, denominada también relación de estirado, de al menos 2,7. Se conoce por el documento EP 0740002 B1 que la aplicación de una relación de tracción de 1,01 a 2,5 al precursor durante la exposición al calor es necesaria para mantener los filamentos bajo tensión y prevenir así que la resistencia del producto disminuya como resultado de procesos térmicos de relajación molecular. Los inventores han encontrado ahora que la aplicación de una relación de tracción mayor es posible, especialmente de 2,7 o mayor, y puede mejorar las propiedades de tensión. Por encima de una cierta relación de tracción, el efecto de mejora de las propiedades se nivela, o las propiedades pueden incluso disminuir como resultado de deterioro o rotura parcial de las fibras. Adicionalmente, cuanto mayor es la relación de tracción, tanto menor es el título del producto resultante. La relación de tracción máxima depende por tanto del tipo de precursor y sus filamentos, y por regla general es como máximo aproximadamente 10. Preferiblemente, la relación de tracción aplicada en el proceso de acuerdo con la invención es de 2,8 a 10, de 3,0 a 8, más preferiblemente de 3,5 a 7, o incluso de 4 a 6 para llegar a las propiedades óptimas de tensión del producto.

En el proceso de acuerdo con la invención, el precursor contiene filamentos poliolefinicos continuos que pueden seleccionarse de diversas poliolefinas. Poliolefinas particularmente adecuadas son homo- y copolímeros de etileno o propileno. Los polímeros de polietileno o polipropileno contienen pequeñas cantidades, generalmente inferiores a 5% molar, de uno o más monómeros distintos, en particular otras alfa-olefinas como propileno o respectivamente etileno, y buteno, penteno, 4-metilpenteno u octano (sic), o monómeros vinílicos o acrílicos como acetato de vinilo o ácido (met)acrílico. Se obtienen resultados satisfactorios si se selecciona como poliolefina polietileno (PE) lineal. En esta memoria debe entenderse que el polietileno lineal es un polietileno que tiene menos de una cadena lateral por 100 átomos de carbono, y preferiblemente menos de una cadena lateral por 300 átomos de carbono; conteniendo una cadena o rama lateral usualmente al menos 10 átomos de carbono. El polietileno lineal contiene preferiblemente menos de 1% molar de comonómeros, tales como alquenos, más preferiblemente menos de 0,5 o incluso menos de 0,3% molar. La ventaja de la utilización de un homopolímero de polietileno de este tipo radica en que puede aplicarse una relación de estirado mayor, dando como resultado mejores propiedades de tracción del producto.

Preferiblemente, la fibra de poliolefina, en particular la fibra de polietileno, tiene una viscosidad intrínseca (IV) mayor que 5 dl/g. Debido a sus largas cadenas moleculares, las fibras de poliolefina con dicha IV tienen propiedades mecánicas muy satisfactorias, tales como resistencia a la tracción elevada, módulo, y absorción de energía a la rotura. La IV se determina de acuerdo con el método PTC-179 (Hercules Inc. Rev. Apr. 29, 1982) a 135ºC en decalina, siendo el tiempo de disolución 16 horas, con DBPC como antioxidante en una cantidad de 2 g/l de solución, y la viscosidad a diferentes concentraciones se extrapola para concentración cero. La viscosidad intrínseca es una medida de la masa molar (denominada también peso molecular) que puede ser determinada más fácilmente que parámetros de masa molar reales tales como M_{n} y M_{w}. Existen varias relaciones empíricas entre IV y M_{w}, por ejemplo M_{w} = 5,37 x 10^{4} [IV]^{1,37} (véase el documento EP 0504954 A1), pero dicha relación es altamente dependiente de la distribución de masa molar. El polietileno de viscosidad tan alta se denomina a menudo polietileno de masa molecular ultraelevada, abreviado UHMWPE. El hilo de filamentos UHMWPE puede prepararse por hilado de una solución de UHMWPE en una fibra de gel y ejerciendo tracción sobre la fibra antes, durante y/o después de la eliminación parcial o completa del disolvente; es decir por la vía de un proceso denominado de hilado en gel. El hilado en gel de UHMWPE es bien conocido por las personas expertas en la técnica; y se describe en numerosas publicaciones, con inclusión de los documentos EP 0205960 A, EP 0213208 A1, US 4413110, GB 2042214 A, EP 200547 B1, EP 0472114 B1, WO 01/73173 A1, y Advanced Fiber Spinning Technology, compilador T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd. (1994), ISBN 1-855-73182-7, y las referencias citadas en dichos lugares. Debe entenderse que el hilado en gel incluye al menos los pasos de hilado de al menos un filamento a partir de una solución de polietileno de peso molecular ultraelevado en un disolvente de hilado; enfriamiento del filamento obtenido para formar un filamento de gel; eliminación al menos parcial del disolvente de hilado del filamento de gel; y estirado del filamento en al menos un paso de estirado, antes, durante o después de la eliminación del disolvente de hilado. Disolventes de hilado adecuados incluyen por ejemplo parafinas, aceite mineral, queroseno o decalina. El disolvente de hilado puede eliminarse por evaporación, extracción, o por una combinación de rutas de evaporación y extracción.

Preferiblemente, se seleccionan filamentos UHMWPE que tienen una IV en el intervalo de 5-25 dl/g, más preferiblemente en el intervalo de 6-20, o incluso 7-15 dl/g. Aunque por regla general una IV o masa molar mayor de UHMWPE da como resultado una mayor resistencia mecánica, se ha encontrado que la aplicación de filamentos UHMWPE de IV relativamente baja en el presente proceso da como resultado un producto con mejor resistencia a la abrasión; es decir que el denominado efecto de formación de bolas se reduce (menos material filamentoso visible en la superficie del producto durante su uso como sedal de pesca).

Además del polímero poliolefínico, los filamentos pueden contener pequeñas cantidades (v.g. menores que 5% en peso) de aditivos que son habituales para tales fibras, tales como anti-oxidantes, acabados de hilado, estabilizadores térmicos, colorantes, etc.

En el proceso de acuerdo con la invención se aplican preferiblemente filamentos de poliolefina, especialmente UHMWPE, que no han sido estirados a su extensión máxima durante su producción, debido a que esto permite la fusión y el estirado con una relación de tracción de al menos 2,7 sin riesgo de un estiramiento excesivo de los filamentos, es decir sin que se produzca rotura de los filamentos en una proporción significativa. De este modo se obtiene un producto con propiedades de tensión elevadas. Adicionalmente, la presencia de filamentos rotos en el producto puede aumentar el comportamiento de formación de bolas.

El proceso de acuerdo con la invención puede realizarse con un precursor de diversas construcciones, por ejemplo de una construcción trenzada, o de una construcción enroscada (o plegada) y retorcida. Preferiblemente, se aplica un precursor enroscado y retorcido que contiene filamentos retorcidos o enredados al aire, o un hilo multifilamento retorcido o enredado al aire. Se aplica un cierto nivel de torsión para dar a la hebra consistencia suficiente durante la manipulación, y durante la fusión y la tracción. Dicha consistencia puede conferirse a un hilo multifilamento aplicado como hebra en el precursor por torsión o por enredado al aire. La aplicación de precursores en los cuales los filamentos son hebras retorcidas o enredadas al aire, en lugar de construcciones trenzadas tiene la ventaja de que el precursor, y el producto semejante a monofilamentos puede fabricarse con menos pasos de producción y de modo más eficaz en costes; y que el producto obtenido exhibe todavía una eficiencia favorable; en especial una resistencia sorprendentemente satisfactoria al fallo durante los tests de abrasión.

La eficiencia de fusión del proceso de acuerdo con la invención puede mejorarse adicionalmente por compresión mecánica del precursor durante la fusión. Se ha encontrado que si se aplica una determinada fuerza alrededor de la superficie del precursor se produce una fusión más homogénea de los filamentos, al menos en la capa externa del precursor. Esto da como resultado un aspecto superficial más liso, y mejora también la resistencia a la abrasión del producto semejante a monofilamentos, por ejemplo una tendencia reducida a la formación de bolas durante el uso como sedal de pesca.

En una realización preferida del proceso de acuerdo con la invención, el precursor se comprime durante la fusión haciendo pasar el precursor sobre al menos un miembro de guía que tiene una superficie que comprende una hendidura o rendija, de tal manera que la superficie total del precursor se pone en contacto con el miembro en el interior de una hendidura al menos una vez, y se ejerce presión alrededor de sustancialmente todo el precursor. Preferiblemente, la hendidura tiene forma de V con una abertura superior de tal dimensión que permite la entrada fácil de un precursor filamentoso que puede haber sido extendido en cierto grado, y teniendo el fondo de la hendidura dimensiones y geometría tales que definen la dimensión y forma deseadas del producto semejante a monofilamentos. El miembro de guía puede ser una barra cilíndrica estática, pero preferiblemente es una rueda o rodillo que gira libremente, o un rodillo dirigido. La fuerza ejercida sobre el sedal puede ajustarse por ejemplo por cambio de la tensión en el sedal y/o por ajuste del diámetro de un miembro cilíndrico. Las personas expertas pueden encontrar combinaciones deseables con alguna experimentación. Una ventaja adicional de esta realización es, que por elección de la geometría de la hendidura, puede controlarse la geometría de la sección transversal del producto semejante a monofilamentos, y mantenerse constante en una gran longitud del producto. Por ejemplo, por aplicación de una hendidura en forma de V con un fondeo redondeado, puede fabricarse un producto cilíndrico u oval; pero también son posibles otras geometrías. El dimensionamiento de una hendidura puede ser diferente también para miembros subsiguientes, por ejemplo el radio de un fondo redondeado puede disminuir de modo gradual a fin de comprimir adicionalmente el sedal. Se ha encontrado que 2 o más miembros dan resultados más consistentes, utilizándose más preferiblemente al menos 3, 4, 5 o incluso más miembros. Preferiblemente, la superficie del miembro se controla también a una temperatura comprendida dentro del intervalo de punto de fusión de la poliolefina, a fin de controlar mejor el grado de fusión y la geometría del producto, por ejemplo poniendo los miembros dentro del horno utilizado para la tracción y la fusión. En una realización especial, el miembro tiene una temperatura ligeramente mayor, por ejemplo 1 ó 2 grados, que el ajuste de temperatura de tracción y fusión (por ejemplo el aplicado en el horno). La ventaja de esto es que la fusión es aún más eficiente y que puede producirse una piel exterior fusionada bien definida.

En otra realización del proceso de acuerdo con la invención, el precursor se comprime mecánicamente durante la fusión por guiamiento y arrastre del precursor a través de una abertura que tiene un área superficial en su punto mínimo que es al menos igual al área total de la sección transversal del precursor, es decir la suma de todas las secciones transversales de los filamentos, prensando así los filamentos en el precursor. Ejemplos de aberturas adecuadas incluyen una matriz cónica, un anillo o una serie de anillos con tamaños de abertura decrecientes. Las preferencias arriba indicadas en cuanto a geometría, ajuste de temperaturas, etc. de los miembros de guiamiento con hendidura se aplican análogamente. El arrastre de un precursor a través de una abertura, sin embargo, podría presentar ciertas dificultades en la producción con relación a la puesta en marcha, el cambio de las dimensiones deseadas del producto, etc. Algunos de estos inconvenientes pueden reducirse utilizando una abertura que está formada al menos por dos partes móviles complementarias, y formando solamente la abertura cerrada cuando el proceso de tracción se ha iniciado, teniendo cuidado de que ninguna parte de los filamentos del precursor quede atrapada después de unir las partes entre sí.

El producto semejante a monofilamentos obtenido por el proceso arriba indicado que comprende compresión durante la fusión, exhibe una capa superficial sustancialmente no porosa, como se aprecia por microscopia óptica o electrónica, y tiene una geometría y un área de sección transversal que presentan poca variación en toda su longitud. Dependiendo de las condiciones aplicadas, los filamentos internos pueden haberse fusionado o no.

Preferiblemente, el producto obtenido con el proceso de acuerdo con la invención se enfría antes de ponerlo bajo tensión. Esto tiene la ventaja de que la orientación en el producto retenido/obtenido durante la fusión y el estirado, tanto al nivel de filamentos como al nivel molecular, se retiene mejor. Dicha tensión puede resultar, por ejemplo, del enrollamiento del producto en bobinas subsiguientemente a los pasos anteriores del proceso.

El proceso de acuerdo con la invención puede comprender adicionalmente un paso precedente de pretratamiento del precursor, o una o más de las hebras del mismo, a fin de mejorar la unión interfilamentos durante el paso de fusión. Dicho paso de pretratamiento puede incluir revestimiento del precursor con un componente o una composición; decapado del precursor, es decir eliminación por lavado de componentes superficiales tales como acabados de hilado, etc.; o aplicación de un tratamiento en plasma de alto voltaje, o una combinación de los mismos. Preferiblemente, el precursor comprende fibras de UHMWPE que están sustancialmente exentas de acabado de hilado, lo que significa que no se aplicó acabado de hilado alguno o que el acabado de hilado se ha eliminado en un paso de pretratamiento. Esto tiene la ventaja de que la resistencia a la abrasión del producto semejante a monofilamentos se incrementa adicionalmente, y que se observa poca formación de bolas durante el uso como sedal de pesca.

En otra realización, el precursor se somete a pretratamiento por aplicación; v.g. por inmersión o impregnación, con una cantidad efectiva de un aceite mineral (v.g. aceite mineral del grado de transmisión de calor con una masa molar media de aproximadamente 250-700), aceite vegetal (v.g. aceite de coco), o un disolvente, preferiblemente no volátil, para poliolefinas; por ejemplo parafina. Este paso de pretratamiento puede realizarse en las condiciones del ambiente, o a temperatura elevada hasta por debajo del intervalo de temperaturas de fusión de la fibra poliolefínica, y puede coincidir incluso con el estirado y la fusión. La ventaja de dicho paso es que la eficiencia del proceso de fusión se mejora adicionalmente, es decir que puede alcanzarse un mayor grado de fusión a la misma temperatura, o un grado similar a una temperatura ligeramente inferior. El aceite o disolvente puede comprender adicionalmente otros aditivos, como colorantes o estabilizadores. La cantidad de aceite o disolvente puede variar ampliamente, por ejemplo desde 0,1 a 25% en masa, basada en las fibras de UHMWPE. Para aplicaciones médicas, preferiblemente no se aplica cantidad alguna o sólo cantidades muy bajas; para aplicaciones como sedal de pesca, las cantidades preferidas son 2-20, más preferiblemente 5-15% en masa.

En una realización adicional, el pretratamiento comprende aplicar una composición de revestimiento al precursor, composición que puede ser una solución o dispersión de un polímero que mejora la unión de fibra a fibra durante la exposición a temperatura más alta durante el paso de fusión, o que mejora de algún otro modo la eficiencia. En una realización preferida, el precursor se recubre con una composición de poliuretano, como una dispersión de poliuretano formador de película. Dicha composición puede comprender adicionalmente componentes que contribuyen a mejorar la resistencia a la abrasión o al corte del producto semejante a monofilamentos. Ejemplos de componentes que mejoran la resistencia al corte son partículas particuladas pequeñas de dureza superficial alta, como partículas minerales, partículas cerámicas, vidrio, metales y análogos. La composición de recubrimiento puede comprender adicionalmente otros aditivos, como colorantes o estabilizadores.

El proceso de acuerdo con la invención puede comprender adicionalmente un paso en el cual se aplica una composición de recubrimiento al producto después de la fusión y el estirado para formar una capa de recubrimiento. Dicha composición de recubrimiento puede comprender un acabado de hilado típico para permitir una manipulación y un procesamiento más fáciles del producto en operaciones subsiguientes; un compuesto o composición para controlar la adhesión durante la fabricación subsiguiente de artículos compuestos que comprenden el producto; o una composición aglomerante que mejora ulteriormente la integridad y resistencia mecánica del producto. Ejemplos típicos de los últimos incluyen composiciones aglomerantes de poliuretano o basadas en poliolefinas, como copolímeros etileno-acrílicos. La composición de recubrimiento puede encontrarse en la forma de una solución o dispersión. Una composición de este tipo puede comprender adicionalmente componentes que mejoran aún la resistencia a la abrasión o al corte del producto semejante a monofilamentos. Ejemplos de componentes que mejoran la resistencia al corte son partículas particuladas pequeñas de dureza superficial alta, como diversas partículas minerales o cerámicas. La composición de recubrimiento puede comprender adicionalmente otros aditivos, como colorantes, estabilizadores, etc.

La invención se refiere también a un producto semejante a monofilamentos que comprende al menos filamentos poliolefínicos parcialmente fusionados, producto que puede obtenerse por el proceso de acuerdo con la invención. El producto semejante a monofilamentos de acuerdo con la invención combina resistencia a la tracción y módulo altos, con elongación a la rotura relativamente alto; puede anudarse fácilmente, y el producto anudado exhibe alta fuerza de nudo. El producto semejante a monofilamentos exhibe también una resistencia satisfactoria a la abrasión.

La invención se refiere específicamente a un nuevo producto semejante a monofilamentos que comprende filamentos UHMWPE al menos parcialmente fusionados, que tienen un elongación a la rotura de al menos 4,0%, que es mayor que los productos semejantes a monofilamento conocidos que comprenden al menos filamentos UHMWPE parcialmente fusionados. Preferiblemente, la elongación a la rotura de un producto de este tipo es al menos 4,2%, más preferiblemente al menos 4,5%. Dicho producto tiene una resistencia a la tracción de al menos 15 cN/dtex, preferiblemente al menos 20, 25, 30 o incluso 35 cN/dtex.

El producto semejante a monofilamentos que puede obtenerse por el proceso de acuerdo con la invención tiene una densidad lineal, a la que se hace referencia también como título, que puede variar dentro de límites amplios, v.g. de 10 a 15.000 dtex. Generalmente, el producto tiene un título de 30 a 2500 dtex. Los productos de título más bajo son adecuados para uso como suturas quirúrgicas y análogos. Teniendo en cuenta las aplicaciones como sedales de pesca o cuerdas de cometas, o prendas de vestir protectoras y ropa, el título es preferiblemente de 100 a 2000 dtex, aún más preferiblemente de 200 a 1600 dtex.

La invención se refiere adicionalmente al uso del producto semejante a monofilamentos de acuerdo con la invención para fabricar diversos productos semiacabados y productos de uso final, como sedales de pesca; cuerdas de cometas; suturas quirúrgicas; diversas telas, cordones y sedales, hilos compuestos, y su uso por ejemplo en artículos resistentes al corte.

La invención se refiere también a productos semiacabados y productos de uso final que comprenden el producto semejante a monofilamentos de acuerdo con la invención.

La invención se ilustrará a continuación por los experimentos siguientes.

Experimento comparativo A

Como material precursor (alimentación) se aplicó un hilo retorcido de 195 filamentos UHMWPE de 918 dtex, con un nivel de torsión de 320 vueltas/m en el sentido de las aguas del reloj, y que tenía una resistencia a la tracción de 15 cN/dtex, un módulo de tracción de 174 cN/dtex y una elongación a la rotura de 4,6%. Este hilo se obtuvo por un proceso conocido de hilado en gel, en el cual los filamentos de gel no se estiraron hasta su extensión máxima.

El estirado y la fusión de este precursor se realizaron siguiendo el procedimiento descrito en EP 0740002 B1, en donde el precursor atraviesa dos hornos mantenidos a temperaturas constantes de 153 y 154ºC, respectivamente. Por el control de la velocidad de los rodillos dirigidos antes, entre y después de los hornos se ajustaron las relaciones de estirado a 1,36 y 1,4, dando como resultado una relación de estirado global de 1,9. Antes de la entrada en los hornos, se hizo pasar el precursor a través de un baño de aceite de parafina como paso de pretratamiento, y el exceso de aceite se eliminó por frotamiento haciéndolo pasar entre telas no tejidas. Se calculó que el contenido de parafina era aproximadamente 12% en masa por determinación del aumento de masa después de este paso. El sedal obtenido exhibía carácter semejante a monofilamentos, y tenía un aspecto más translúcido que el hilo de partida.

La resistencia a la tracción (o fuerza), el módulo de tracción (denominado también módulo) y la elongación a la rotura (eab) del sedal parcialmente fusionado (y el hilo de partida) se determinaron como se especifica en ASTM D885M, utilizando una longitud de calibre nominal de la fibra de 500 mm, una velocidad de la cruceta de 50%/min y pinzas Instron 2714. Para el cálculo de la resistencia, las fuerzas de tracción medidas se dividen por el título, tal como se determina pesando 10 metros (u otra longitud) de fibra. La elongación es la elongación de rotura medida, expresada en porcentaje de la longitud original después del pinzamiento del espécimen. La fuerza de nudo se determina por medida de la fuerza de un espécimen en el cual se ha hecho un nudo Palomar. El nudo Palomar es una conexión de uso general recomendada para unir un sedal de pesca a un torniquete, un cierre de resorte o un anzuelo. El extremo doblado del espécimen se pasa a través del ojal de un anzuelo y se hace un nudo manual simple. El anzuelo se pasa luego a través del lazo y se tensa el nudo. Los resultados de los tests se recopilan en la Tabla 1.

Ejemplos 1 y 2

Estos experimentos se realizaron análogamente al Exp. Comp. A, es decir que se aplicó una relación de tracción global de 2,7 ó 3,7, mientras se mantenía la tasa de tracción aproximadamente igual. El contenido de parafina era aproximadamente 11 y aproximadamente 10% en masa, respectivamente. Los resultados de los tests ulteriores se recopilan en la Tabla 1. Se ha encontrado que una relación de tracción más alta da como resultado un producto semejante a monofilamentos con mayor resistencia, fuerza de nudo y retención de la fuerza de nudo; y una elongación a la rotura mayor que la muestra obtenida con una relación de tracción de 1,9. La resistencia a la abrasión, especialmente el comportamiento de formación de bolas, era similar para las tres muestras.

TABLA 1

1

Claims (5)

1. Proceso para fabricar un producto semejante a monofilamentos a partir de un precursor que contiene una multitud de filamentos poliolefínicos continuos, que comprende los pasos de exponer el precursor a una temperatura dentro del intervalo de punto de fusión de la poliolefina durante un tiempo suficiente para fusionar al menos parcialmente las fibras adyacentes mientras que se estira simultáneamente el precursor con una relación de estirado de al menos 2,7 y en donde los filamentos están retorcidos o enredados al aire.

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la relación de tracción es de 2,8 a 10.

3. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el cual la poliolefina es un polietileno de masa molar ultraelevada.

4. Proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual la poliolefina es un polietileno lineal que contiene menos de 1% molar de comonómeros.

5. Proceso de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, en el cual el polietileno tiene una viscosidad intrínseca, como se determina en soluciones en decalina a 135ºC, en el intervalo de 5-25 dl/g.