ES2919954T3 - Tejido que contiene fibra de PBI-p - Google Patents

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Brian Shiels
Diane Hess
William Lawson
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Abstract

Una tela para una aplicación de protección térmica incluye: 5-40 % de fibra PBI-P y el equilibrio son fibras convencionales, donde la tela tiene propiedades iguales o mejores resistentes a la llama y/o resistentes al calor, y un peso de tela menor que un tela equivalente hecha con una cantidad similar de fibra PBI-S en lugar de las fibras PBI-P. La tela para una aplicación protectora térmica incluye: 5-40 % de peso de una mezcla de fibra PBI-P y fibra PBI-S, y el equilibrio es fibras convencionales, donde la tela tiene igual o mejor resistente a la llama y/o calor Propiedades resistentes y un peso de tela menor que una tela equivalente hecha con una cantidad similar de fibra PBI-S en lugar de las fibras PBI-P. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Tejido que contiene fibra de PBI-p
Campo de la invención
La presente invención se dirige a un tejido preparado con una fibra de polibencimidazol fosfonado (PBI-p por sus siglas en inglés).
Antecedentes de la invención
En el artículo, History and Development of Polybenzimidazole de E. J. Powers y G. A. Serad (presentado el 15-18 de abril de 1986 y publicado en High Performance Polymers: Their Origin and Development), se divulga que un polímero de polibencimidazol (PBI por sus siglas en inglés) con el 27 % en peso de ácido fosfórico (H3PO4) absorbido (o captado) puede tener utilidad como fibra muy estable termooxidativamente, páginas 19-20 y Tabla XIII. Powers y Serad enseñan que el PBI fosfonado se prepara mediante el remojo de películas de PBI en ácido fosfórico acuoso al 2 %, página 20.
Las fibras de polibencimidazol, que se han ofrecido en el mercado hasta este momento, están sulfonadas, es decir, las fibras, después del hilado, se tratan con el 20 % en peso de ácido sulfúrico acuoso (H2SO4), lo que da como resultado una fibra de PBI sulfonado (PBI-s por sus siglas en inglés) con una APU (captación de ácido) del 24 % en peso. Esta fibra de PBI sulfonado ha tenido un gran éxito comercial en, por ejemplo, la ropa de intervención para bomberos, porque tiene un LOI (índice de limitación de oxígeno, norma ASTM D2863) de aproximadamente el 41 %. Actualmente se está explorando la introducción comercial de fibra de polibencimidazol fosfonado (PBI-p). Las fibras de PBI-p se analizan en la solicitud de patente de EE. UU. con n.° de serie 15/193.206 presentada el 27 de junio de 2016.
El documento US 2014/360619 A1 divulga prendas protectoras en donde los hilos hilados pueden contener fibras de polibencimidazol en una cantidad de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 60 % en peso. Se espera que estas nuevas fibras de PBI-p permitan una nueva clase de tejidos más ligeros con mayores propiedades de resistencia a la llama y resistencia al calor que aquellos tejidos comercializados anteriormente solo con fibras de PBI-s. Por ejemplo, estos nuevos tejidos de PBI-p se pueden usar en la ropa de intervención para bomberos. El nuevo tejido puede permitir que la ropa de intervención sea más ligera y proporcione una protección equivalente o mejor para los bomberos.
En algunas aplicaciones de protección térmica, por ejemplo, la ropa de intervención para bomberos, se desean tejidos con menos peso, pero con las mismas o mejores propiedades de resistencia a la llama y/o resistencia al calor. En la actualidad, cuando un bombero muere en el cumplimiento de su deber, resulta más probable que la causa de la muerte sea un episodio cardíaco repentino provocado por el estrés por calor que la muerte atribuible al incendio real. El estrés por calor se puede reducir con prendas de peso más ligero. No obstante, los bomberos siguen queriendo la misma protección contra las llamas. Por tanto, se buscan nuevos tejidos para la prenda que pesen menos, pero tengan las mismas o mejores propiedades de resistencia a la llama y/o resistencia al calor.
Por consiguiente, existe la necesidad de nuevos tejidos que tengan pesos más ligeros y propiedades de resistencia a la llama y/o resistencia al calor equivalentes o mejores que aquellos actualmente disponibles y aquellos nuevos tejidos se pueden preparar con fibras de PBI-p.
Descripción de los dibujos
Con referencia a los dibujos, donde los números similares indican elementos similares, en las Figuras 1 y 2, se muestran vistas del kit de llama dinámica (DFK por sus siglas en inglés) usado en el ensayo de llama dinámica. Sumario de la invención
Un tejido para una aplicación de protección térmica incluye: el 5-40 % en peso de fibra de PBI-p y el resto que son fibras convencionales, donde el tejido tiene propiedades de resistencia a la llama y/o resistencia al calor iguales o mejores y un peso de tejido menor que el de un tejido equivalente preparado con una cantidad similar de fibra de PBI-s en lugar de las fibras de PBI-p. Las fibras de PBI-p tienen un peso de 1,1 a 2,2 dtex (1,0-2,0 denier) y una captación de ácido fosfórico (APU por sus siglas en inglés) en el intervalo del 5-25 % en peso.
Descripción detallada de la invención
El tejido tiene el 5-40 % en peso de fibra de PBI-p y el resto que son otras fibras convencionales, donde el tejido tiene propiedades de resistencia a la llama y resistencia al calor iguales o mejores y un peso de tejido (por ejemplo, un peso base o de área: osy [onzas por yarda cuadrada] o g/m2 [gramos por metro cuadrado]) menor que el de un tejido equivalente preparado con una cantidad similar de fibra de PBI-s en lugar de las fibras de PBI-p.
El tejido, tal como se usa en el presente documento, se refiere a cualquier tejido. Un tejido puede ser un tejido tejido, un tejido tricotado, un tejido no tejido o una combinación de los mismos. El tejido puede tener cualquier peso (por ejemplo, un peso base o de área: osy [onzas por yarda cuadrada] o g/m2 [gramos por metro cuadrado]). En algunas realizaciones, el peso de tejido puede estar en el intervalo de 33,9 a 220,4 g/m2 (1,0-6,5 osy) (y todos o algunos de los subconjuntos incluidos en el mismo). En algunas realizaciones, el extremo inferior del intervalo de peso de tejido (g/m2 [osy]) puede ser: 33,9 (1,0), 42,38 (1,25), 50,86 (1,5), 59,33 (1,75), 67,81 (2,0), 76,29 (2,25), 84,76 (2,5), 93,24 (2,75), 101,72 (3,0), 110,19 (3,25), 118,67 (3,5), 127,15 (3,75), 135,62 (4,0), 144,10 (4,25), 152,58 (4,5), 161,05 (4,75) y 169,53 (5,0). En algunas realizaciones, el extremo superior del intervalo de peso de tejido (g/m2 [osy]) puede ser: 220,39 (6,5), 211,91 (6,25), 203,43 (6,0), 194,96 (5,75), 186,48 (5,5), 178,00 (5,25), 169,53 (5,0), 161,05 (4,75) y 152,58 (4,5). En algunas realizaciones dirigidas a tejidos tejidos, el tejido puede tener un peso en el intervalo de 135,6 a 220,4 g/m2 (4,0-6,5 osy), o en un intervalo de 152,6 a 203,4 g/m2 (4,5-6,0 osy) o de 161 a 203,4 g/m2 (4,75-6,0 osy). El tejido se usa en aplicaciones de protección térmica. Las aplicaciones de protección térmica de ejemplo incluyen, pero sin limitación: la ropa de intervención para bomberos, las tiendas de campaña, el equipo de protección contra el arco eléctrico, las aplicaciones para automóviles, el revestimiento para automóviles, los trajes espaciales, los vehículos espaciales y los equipos electrónicos.
Las fibras, tal como se usa en el presente documento, se refieren a cualquier fibra. Las fibras pueden ser cortadas (o de longitudes acortadas) o de filamentos (o longitud de fibra >> diámetro de fibra o longitud infinita). Las fibras pueden tener cualquier peso (por ejemplo, denier o TEX).
Las fibras de PBI-p se refieren a fibras de PBI fosfonadas con ácido fosfórico en el intervalo del 5-25 % en peso (o el 5-25 % de captación de ácido fosfórico (APU)). La concentración de ácido fosfórico (acuoso) puede variar del > 10­ 85 % en peso; se pueden hallar detalles adicionales sobre la concentración de ácido y la ApU en, por ejemplo, el documento USSN 15/193.206 presentado el 27 de junio de 2016. La fibra de PBI-p tiene una mayor estabilidad termooxidativa en comparación con las fibras de PBI sulfonado disponibles en el mercado. La gama de ácido fosfórico incluye cualquiera y todas las subgamas incluidas en la misma. En otra realización, la fibra de PBI-p tiene un ácido fosfórico (APU) en el intervalo del 6-20 % en peso. En otra realización más, la fibra de PBI-p tiene un ácido fosfórico (APU) de aproximadamente el 18 % en peso. El extremo superior del intervalo de ácido fosfórico puede ser: 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11 y 10. En otra realización, las fibras de PBI-p pueden tener un LOI del 60+ %. El LOI, o índice de limitación de oxígeno, se mide mediante la norma ATSM D2863. El LOI es una propiedad de la fibra y no una propiedad del tejido. Por consiguiente, se puede obtener una fibra termooxidativamente estable sin una captación de ácido fosfórico del 27 % en peso. Esto puede resultar importante debido a las implicaciones negativas asociadas a los fosfatos en el entorno. La fibra de PBI-p tiene un peso en el intervalo de 1,1 -2,2 dtex (1,0­ 2,0 denier) por filamento (dpf) y, en una realización, el peso de fibra puede ser de 1,67 dtex por filamento (1,5 dpf).
Las fibras de PBI-s se refieren a las fibras de PBI disponibles en el mercado que actualmente están disponibles a través de PBI Performance Products, Inc. de Charlotte, NC.
Las fibras convencionales, tal como se usa en el presente documento, se refiere a cualquier fibra convencional. En una realización, estas fibras convencionales se refieren a fibras naturales y sintéticas. Las fibras convencionales se pueden tratar o no con un retardante de la llama (tratadas con FR). Las fibras naturales pueden ser algodón y/o lana. Las fibras sintéticas se pueden preparar de, por ejemplo, poliolefina (por ejemplo, polietileno, polipropileno y similares), poliamida (por ejemplo, nilón y similares), material acrílico (y/o material modacrílico), poliéster (por ejemplo, PET, PBT y PEN), aramida (por ejemplo, meta-aramida y para-aramida), material celulósico (por ejemplo, rayón y liocel), carbono, polibenzoxazol (PBO), melamina, imida de poliamida, poliimida, sulfuro de polifenilo (PPS), polifluoruro (por ejemplo, PTFE), poli éter cetona (por ejemplo, PEK, PEEK, PEEKK, PEKK y similares) y combinaciones y mezclas de los mismos.
Las fibras se hilan en hilos mediante cualquier medio convencional. Los hilos se pueden preparar de una fibra individual o mezclas de fibras. Las mezclas de ejemplo incluyen fibras de PBI-p y fibras convencionales. Los hilos pueden incluir PBI-p en el intervalo de peso del 5-40 % del tejido. En una realización, el hilo puede ser una mezcla de PBI-p y aramida (por ejemplo, para-aramida) con relaciones en peso de ejemplo del 5-40 % en peso de PBI-p y del 60-95 % en peso de aramida (por ejemplo, para-aramida).
El tejido tiene fibras de PBI-p en el intervalo de peso de aproximadamente el 5-40 %, basándose en el peso de tejido. En una realización, el tejido puede ser una mezcla de PBI-p y aramida (por ejemplo, para-aramida) con relaciones en peso del 5-40 % en peso de PBI-p y del 60-95 % en peso de aramida.
El tejido preparado con las fibras de PBI-p tiene un peso menor (por ejemplo, un peso base o de área: osy [onzas por yarda cuadrada] o g/m2 [gramos por metro cuadrado]) y propiedades de resistencia a la llama y resistencia al calor equivalentes o mejores que las de un tejido equivalente preparado con una cantidad similar de fibra de PBI-s. Por ejemplo, un primer tejido se prepara con el X % en peso de PBI-s y las fibras convencionales tendrán un peso determinado (por ejemplo, un peso base o de área: osy [onzas por yarda cuadrada] o g/m2 [gramos por metro cuadrado]) y unas propiedades de resistencia a la llama y resistencia al calor determinadas (analizadas con mayor detalle a continuación) y un segundo tejido se prepara con el X % en peso de fibra de PBI-p y las mismas fibras convencionales que el primer tejido, el segundo tejido pesará menos que el primer tejido y tendrá propiedades de resistencia a la llama y resistencia al calor equivalentes o mejores.
Las propiedades de resistencia a la llama y resistencia al calor pueden ser cualquiera de tales propiedades convencionales. Las propiedades de resistencia a la llama (FR por sus siglas en inglés), o inflamabilidad, de ejemplo incluyen, pero sin limitación: ensayo de llama dinámica(consulte el análisis a continuación); ensayo de llama vertical (norma ASTM D6413); rendimiento de protección térmica (TPP por sus siglas en inglés) (norma NFPA1971/ISO17492); y estallido de bola (norma ASTM D3787) después de la exposición del TPP (norma iSo 17492); y combinaciones de los mismos. En una realización, la propiedad de resistencia a la llama puede ser el ensayo de llama dinámica. Las propiedades de resistencia al calor (HR por sus siglas en inglés) de ejemplo pueden incluir, pero sin limitación: encogimiento térmico (norma ASTM F2894/ISO17493); y combinaciones con el mismo.
Se explica el ensayo de llama dinámica, con referencia a las Figuras 1 y 2, de la siguiente manera:
el ensayo de llama dinámica usa el kit de llama dinámica (DFK) que se muestra en las Figuras 1 y 2. El DFK 10 generalmente incluye: una fuente de propano 12, un colector de distribución de propano 16 con dos quemadores 18 idénticos y una perilla 19 y un tubo de propano 14 que interconecta la fuente 12 con el colector de distribución 16 y los quemadores 18 y un bastidor de tejido 20 con pinzas 22 para la sujeción de las tiras de tejido 24 y las pesas 26 (por ejemplo, de 225 g) en los extremos inferiores de las tiras de tejido 24. En una primera posición, Figura 1, los quemadores 18 están en una posición vertical o erguida (la llama no apunta a la tira de tejido 24). En una segunda posición, Figura 2, los quemadores 18 están en una posición horizontal o de enganche (la llama apunta a la tira de tejido 24).
El ensayo de llama dinámica se realiza de la siguiente manera: se ensambla el DFK; se conecta una nueva botella de propano 12 al tubo 14; se enciende un primer quemador 18 y, a continuación, el segundo quemador 18; se deja que los quemadores 18 se calienten durante un mínimo de 5 minutos; se preparan tiras de tejido (tiras de control y de ensayo), de 2,54 cm (1 pulgada) de ancho y 20,32 cm (8 pulgadas) de largo, y se acondicionan en las mismas condiciones; se acoplan las tiras de tejido 24 acondicionadas al bastidor de tejido 20 mediante el doblado de aproximadamente 1,27 cm (0,5 pulgadas) de la parte superior de la tira y la fijación del borde doblado al bastidor de tejido 20 con la pinza 22 (por ejemplo, pinza de carpeta); se acopla la pesa 26 al extremo inferior de la tira de tejido 24; se garantiza que la posición de la pinza 22 sea la misma entre las tiras 24 que se analizan y que la posición de la pinza 22 sea la misma de un ensayo a otro, así como se garantiza que la llama esté alineada de la misma manera en ambas tiras 24 de ensayo entre los ensayos; al comienzo del ensayo, se asegura que cada tira 24 esté inmóvil; se rotan rápidamente (usando la perilla 19) los quemadores 18 desde la primera posición hasta la segunda posición y simultáneamente se inicia el temporizador; cuando la pesa 26 cae, se detiene el temporizador y se registra el tiempo; se repite con muestras nuevas nueve (9) veces en un total de diez (10) réplicas; y se informa del promedio de los tiempos de las diez muestras analizadas.
Ejemplos
En los siguientes ejemplos, los datos presentados en las tablas comparan tejidos preparados con fibras de PBI-s con tejidos preparados con fibras de PBI-p. En cada tabla, los tejidos comparados son idénticos y se preparan mediante procesos idénticos, siendo la única diferencia que un tejido se prepara con fibra de PBI-s y el otro se prepara con fibra de PBI-p. La Tabla 1 enumera los datos de acuerdo con los ensayos realizados en los tejidos comercializados en el mercado internacional; mientras que las Tablas 2 y 3 enumeran los datos de acuerdo con los ensayos realizados en los tejidos comercializados en el mercado nacional (o estadounidense).
TABLA 1
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continuación
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continuación
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TABLA 2
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nin i n
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TABLA
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continuación
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continuación
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Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un tejido para una aplicación de protección térmica comprende: el 5-40 % en peso de fibras de polibencimidazol fosfonado (PBI-p por sus siglas en inglés) con 1,1 a 2,2 dtex (1,0-2,0 denier) por filamento y siendo el resto fibras convencionales, teniendo la fibra de PBI-p una APU en el intervalo del 5-25 % en peso y siendo la APU la captación de ácido fosfórico, estando las fibras convencionales hechas de materiales que incluyen algodón, lana, poliolefina, poliamida, material acrílico, poliéster, aramida, material celulósico, carbono, polibenzoxazol, melamina, imida de poliamida, poliimida, sulfuro de polifenilo, polifluoruro, poli éter cetona y combinaciones de los mismos,
donde el tejido tiene propiedades de resistencia a la llama y/o de resistencia al calor iguales o mejores y un peso de tejido menor que el de un tejido equivalente fabricado con una cantidad similar de fibra de polibencimidazol sulfonado (PBI-s por sus siglas en inglés) en lugar de las fibras de PBI-p.
2. El tejido de la reivindicación 1, en donde el tejido tiene un peso en el intervalo de 33,9-220,4 g/m2 (1,0-6,5 osy).
3. El tejido de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tejido está tejido, tricotado o no tejido.
4. Uso del tejido de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en ropa de intervenciónropa de intervención para bomberos, tiendas de campaña, equipo de protección contra el arco eléctrico, aplicaciones para automóviles, revestimiento para automóviles, trajes espaciales, vehículos espaciales y equipos electrónicos.
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