MX2012012673A

MX2012012673A - Fibras de uhmw pe de resistencia ultra alta.

Info

Publication number: MX2012012673A
Application number: MX2012012673A
Authority: MX
Inventors: John A Young; John E Hermes; Thomas Y Tam; Norman Aminuddin
Original assignee: Honeywell Int Inc
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2012-11-29
Also published as: US8747715B2; AU2011245490B2; CN102947494A; CA2797948A1; BR112012027570A2; EP2563954A4; JP6023700B2; TWI544117B; US20140283674A1; CN102947494B; WO2011137045A3; WO2011137045A2; AU2011245490A1; US20140103568A9; US20110266710A1; EP2563954A2; TW201142095A; JP2013525622A; US9556537B2

Abstract

Los hilos de UHMW FE de múltiples filamentos pueden producirse de acuerdo con proceso que dan como resultado propiedades mejoradas. UHMW FE puede tener una viscosidad intrínseca en decalina a 135°C de menos de aproximadamente 30 del/g y pueden procesarse bajo las condiciones óptimas con el fin de lograr un hilo hilado en gel que tiene una tenacidad mayor a aproximadamente 45 g/ (40.5 g/dtex).

Description

FIBRAS DE UHMW PE DE RESISTENCIA ULTRA ALTA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente tecnología se refiere a filamentos e hilos de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW PE) formados a partir de tales filamentos, así como a procedimientos para la preparación de Filamentos de UHMW PE.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Los hilos de UHMW PE de múltiples filamentos, producidas a partir de resinas de polietileno de peso molecular ultra alto, se han producido con propiedades de alta resistencia como la tenacidad, módulo de tracción y energía para romperse. Los hilos de múltiples filamentos de UHMW PE "hilado en gel" se producen, por ejemplo, por Honeywell International Inc. El proceso hilado de gel desalienta la formación de estructuras de cadena plegadas moleculares y favorece la formación de estructuras de cadena extendida de manera más eficiente para transmitir cargas de tracción. Los hilos son útiles en numerosas aplicaciones.

Las resinas de polietileno de peso molecular ultra alto que se producen, por ejemplo, en Japón, por Mitsui Chemicals, en Europa por polímeros de Ticona Engineered Polymers and DSM, en Brasil por Braskem, en la India por Reliance y por lo menos una compañía en China. La primera producción comercial de alta resistencia, fibras de alto módulo de resina de UHMW PE por la solución de hilatura fue por AlliedSignal Co. en 1985. En las dos décadas de producción de fibra comercial desde entonces, la experiencia ha demostrado que las resinas de UHMW PE que tienen nominalmente las mismas características moleculares tales como el peso molecular medio medido por viscosidad intrínseca, la distribución del peso molecular y el nivel de ramificación de cadena corta pueden procesar en formas muy diferentes. Por ejemplo, ostensiblemente duplica una gran parte de Resina de UHMW PE del mismo proveedor, se han encontrado que se procesan de manera muy diferente.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente tecnología se refiere a filamentos e hilos de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW PE) formados a partir de tales filamentos, así como a procedimientos para la preparación de filamentos de UHMW PE.

En un aspecto, se provee un proceso para producir hilo hilado en gel hecho de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW PE) que incluye los pasos de: alimentar una suspensión que comprende un UHMW PE y un disolvente hilado a un extrusor para producir una mezcla líquida, el UHMW PE tiene una viscosidad intrínseca en decalina a 135°C de por lo menos aproximadamente 30 dl/g; pasar la mezcla de líquido a través de un recipiente calentado para formar una solución homogénea que comprende el UHMW PE y el hilado en disolvente, el suministro de la solución desde el recipiente calentado a una hilandera para formar un hilo de solución; extraer el hilo de la solución que sale de la tobera de hilatura a una relación de estirado de aproximadamente 1.1:1 a aproximadamente 30:1; enfriar el hilo en solución de extracción a una temperatura por debajo del punto de gel del polímero de UHMW PE para formar un hilo de gel; extraer el hilo de gel en una o más etapas en una primera relación de estirado DR1 de aproximadamente 1.1: 1 a aproximadamente 30:1; extraer el hilo de gel en una segundo relación de estiramiento DR2; retirar hilatura con disolvente a partir del hilo de gel en un dispositivo de eliminación de disolvente para formar un hilo seco; extraer el hilo seco a una tercera relación de estiramiento DR3 en por lo menos una etapa para formar un hilo parcialmente orientado; transferir el hilo parcialmente orientado a una operación de estiramiento posterior y extraer el hilo parcialmente orientado en la operación de estirado posterior a la extracción a una cuarta relación de extracción DR4 sorteo desde aproximadamente 1.8:1 a aproximadamente 15:1, para formar un producto de hilo altamente orientado que tiene una tenacidad de más de aproximadamente 45 g/d (40.5 g/dtex) .

En otro aspecto, se proporciona un proceso para producir hilo hilado en gel hecho de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW PE) que incluye los pasos de: alimentar una suspensión que comprende un UHMW PE y un disolvente hilado a un extrusor para producir una mezcla liquida, el UHMW PE que tiene un tamaño medio de partícula de aproximadamente 100 mieras a aproximadamente 200 mieras y una viscosidad intrínseca en decalina a 135°C de por lo menos aproximadamente 30 dl/g; pasar la mezcla de líquido a través de un recipiente calentado que tiene una temperatura desde aproximadamente 220°C a aproximadamente 320 °C para formar una solución homogénea que comprende el UHMW PE y el solvente hilado, la solución que incluye UHME PE en una cantidad de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 20% en peso de la solución; proporcionar la solución del recipiente calentado a una hilandera para formar un hilo de solución; extraer el hilo de la solución que sale de la tobera de hilatura a una relación de estirado de aproximadamente 1.1: 1 a aproximadamente 30:1 para formar un hilo solución extraído; enfriar el extraído solución de hilado a una temperatura por debajo del punto de gel del polímero UHMW PE para formar un hilo de gel; extraer el hilo de gel en una o más etapas en una primera relación de estiramiento DR1 de aproximadamente 1.1: 1 a aproximadamente 30: 1; extraer el hilo de gel a una segunda relación de estirado DR2; retirar el solvente de la hilatura a partir del hilo de gel en un dispositivo de eliminación de disolvente para formar un hilo seco; extraer el hilo seco a una tercera relación de estirado DR3 en por lo menos una etapa para formar un hilo parcialmente orientado, el hilo parcialmente orientado que tiene una viscosidad intrínseca mayor que aproximadamente 19 dl/g; transferir el hilo parcialmente orientado a una operación de estiramiento posterior y extraer el hilo parcialmente orientado en la operación de estirado posterior a una cuarta relación de estirado DR4 de aproximadamente 1.8: 1 a aproximadamente 15:1, para formar un producto de hilo altamente orientado que tiene una tenacidad de más de aproximadamente 45 g/d (40.5 g/dtex . ) .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los ejemplos específicos se han elegido con fines de ilustración y descripción y se muestran en los dibujos anexos, que forman parte de la especificación.

La Figura 1 ilustra un diagrama de flujo del proceso para la producción de filamentos e hilados hilados en gel de UHMW PE.

La Figura 2 ilustra un ejemplo de un procedimiento de estirado posterior que puede ser utilizado en un proceso de la Figura 1.

La Figura 3 ilustra un ejemplo de un aparato de calentamiento que puede ser utilizado en un procedimiento de estirado posterior de la Figura 2.

La Figura 4 ilustra una gráfica de resultados de ensayos para diversos hilados de gel de UHMW PE.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Los filamentos e hilados hechos por hilatura de gel de polímeros tales como poliolefinas de peso molecular ultra alto (UHMW PO) y, en particular, polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW PE) , pueden ser utilizados en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo, pero no limitado a, los artículos a prueba de balas, tales como chalecos antibalas, cascos, petos, asientos de helicópteros, protecciones contra esquirlas; materiales compuestos utilizados en aplicaciones incluidos los artículos deportivos, tales como kayaks, canoas, bicicletas y botes; así como en la línea de pesca, velas, cuerdas, hilos de sutura y tejidos.

En términos generales, los procesos de "hilatura de gel" implican la formación de una solución de polímero, tal como UHMW PE y una hilatura en disolvente, pasando la solución a través de una hilandera para formar un hilo en disolución que incluye una pluralidad de filamentos de solución, también denominados como fibras, enfriar la solución de hilado para formar un hilo de gel, retirar el disolvente de hilar para formar un hilo esencialmente seco y se extiende por lo menos un hilo de la solución, el hilo o el hilo de gel seco. Como se usa en la presente descripción, un "filamento" o "fibra" es un cuerpo alargado de la dimensión de longitud que es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y espesor. Por consiguiente, los términos de "filamento" y "fibra" incluyen una cinta, tira y otros tipos de formas de cuerpo alargado y puede tener una sección transversal regular o irregular. Como se usa en la presente descripción, "hilo" es una hebra continua formada a partir de, o compuesta de una pluralidad de fibras o filamentos. La Figura 1 proporciona un diagrama de flujo para un ejemplo de un proceso de hilado en gel de 100 para la producción de filamentos e hilados hilados en gel de UHMW PE.

La solución puede incluir UHMW PE en una cantidad de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 50% en peso de la solución, preferiblemente de aproximadamente 2% en peso a aproximadamente 30% en peso de la solución y más preferiblemente de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 20% en peso de la solución, o de aproximadamente 6% en peso a aproximadamente 10% en peso de la solución. La etapa de formación de la solución puede incluir la formación de una suspensión que incluye el UHME PE y el disolvente hilado. Los componentes de la suspensión se pueden proporcionar de cualquier manera adecuada. Por ejemplo, la suspensión puede ser formada mediante la combinación de la UHME PE y el disolvente dando vueltas y luego proporcionar la combinación de UHME PE el disolvente hilado a una extrusor 102. Alternativamente, la suspensión puede ser formada mediante la combinación de la UHME PE y el disolvente se gira dentro del extrusor 102. La suspensión se puede formar a una temperatura que está por debajo de la temperatura a la que UHME PE se fundirá y es por lo tanto también por debajo de la temperatura a la que UHME PE se disolverá en el disolvente hilado. Por ejemplo, la suspensión puede ser formada a temperatura ambiente, o se puede calentar a una temperatura de hasta aproximadamente 110 °C. En la suspensión, la relación en peso del polímero UHMW PE al disolvente hilado puede ser de aproximadamente 5:95 a aproximadamente 95:5. Preferiblemente, la relación en peso de polímero UHMW PE de disolvente puede ser de aproximadamente 6:94 a aproximadamente 50:50 y más preferiblemente de aproximadamente 8:92 a aproximadamente 30:70.

El UHME PE que se selecciona para utilizarse en el proceso de hilado de gel preferiblemente tiene una o más propiedades preferidas. Por ejemplo, el UHMW PE puede tener una viscosidad intrínseca en decalina a 135°C de por lo menos aproximadamente 30 dl/g, o mayor que aproximadamente 30 dl/g, además de ser de aproximadamente 30 dl/g a aproximadamente 100 dl/g, o mayor de aproximadamente 100 dl/g. En algunos ejemplos, el UHMW PE puede tener una viscosidad intrínseca en decalina a 135°C de aproximadamente 30 dl/g, de aproximadamente 35 dl/g, de aproximadamente 40 dl/g, de aproximadamente 45 dl/g, de aproximadamente 50 dl/g, de aproximadamente 55 dl/g, de aproximadamente 60 dl/g, de aproximadamente 65 dl/g, de aproximadamente 80 dl/g, de aproximadamente 85 dl/g, de aproximadamente 90 dl/g, de aproximadamente 95 dl/g, o de aproximadamente 100 dl/g.

[0016] Como otro ejemplo, un 10 % en peso De solución de la UHMW PE en aceite mineral a 250 °C, lo que significa que hay 10 partes en peso de UHMW PE por cada 100 partes en peso de la solución total, puede tener una deseada Cogswell extensional viscosidad (?) en Pascal-segundo (Pa-s) y una viscosidad de corte deseada.

En un primer método de selección de un UHMW PE que tiene una viscosidad extensional Cogswell (?) deseada en Pascal-segundos (Pa-s) y se desea una viscosidad de esfuerzo cortante, la solución al %10 en peso de la UHMW PE en aceite mineral en 250 °C puede tener una viscosidad extensional de Cogswell de acuerdo con la siguiente fórmula: ? > 5917 (IV)0·8 En un ejemplo, la solución 10% en peso de UHMW PE en aceite mineral a una temperatura de 250°C puede tener una viscosidad extensional de Cogswell por lo menos 65.000 Pa-s. En otro ejemplo, una solución al 10% en peso de UHMW PE en aceite mineral a una temperatura de 250°C puede tener una viscosidad extensional de Cogswell (?) en Pascal-segundos (Pa-s) de acuerdo con la siguiente fórmula: ? > 7282 (IV)0·8 En otro ejemplo, una solución de 10 % en peso De la UHMW PE en aceite mineral a una temperatura de 250 °C puede tener una viscosidad extensional de Cogswell (?) en Pascal-segundos (Pa-s) de acuerdo con la siguiente fórmula: ? > 10924 (IV)0·8 En algunos ejemplos, el 10 % en peso de solución de UHMW PE en aceite mineral a 250°C tiene una viscosidad extensional de Cogswell que es tanto mayor que o igual a 5917 (IV)0·8, 7282 (IV)0·8, o 10924 (IV)0·8 y es también por lo menos cinco veces mayor que la viscosidad de esfuerzo cortante si está en solución.

En un segundo método de selección de un UHMW PE que tiene una viscosidad extensional de Cogswell (?) deseada en Pascal-segundo (Pa-s) y se desea una viscosidad de esfuerzo cortante, el 10 % en peso de solución de UHMW PE en aceite mineral en 250 °C puede tener una viscosidad extensional de Cogswell que es por lo menos ocho veces la viscosidad de esfuerzo cortante. En otras palabras, la viscosidad extensional de Cogswell puede ser mayor que o igual a ocho veces la viscosidad de esfuerzo cortante, independientemente de si la viscosidad extensional de Cogswell es mayor que o igual a 5917 (IV)0'8. En un ejemplo, un 10 % en peso de solución de la UH PE en aceite mineral a 250°C tiene una viscosidad extensional de Cogswell y una viscosidad de esfuerzo cortante tal que la viscosidad extensional de Cogswell es por lo menos once veces la viscosidad de esfuerzo cortante. En tales ejemplos, la viscosidad extensional de Cogswell también puede ser mayor que o igual a 5917 (IV)0-8, 7282 (IV)0·8, o 10924 (IV)0·8.

En la modalidad de los procesos de hilatura de gel descrito en la presente descripción, la viscosidad de esfuerzo cortante y la viscosidad extensional de Cogswell (?) puede ser medida de acuerdo con los procedimientos de ejemplo descritos a continuación.

Una solución de UHMW PE se preparó a una concentración de 10 % en peso en aceite mineral HYDROBRITE® 550 ® PO blanco, disponible de Sonneborn, Inc. El aceite mineral blanco tenia una densidad de desde aproximadamente 0.860 g/cm3 a aproximadamente 0.880 g/cm3, medida por ASTM D4052 a una temperatura de 25°C y una viscosidad cinemática de aproximadamente 100 cSt a aproximadamente 125 cSt, medida por ASTM D455 a una temperatura de 40°C. El aceite mineral blanco también consiste de aproximadamente 67.5% de carbono parafinico a aproximadamente 72.0% de carbono parafinico y de aproximadamente 28.0% a aproximadamente 32.5% carbón nafténico por ASTM D3238. El aceite mineral blanco tenia una temperatura de destilación 2.5% de aproximadamente 298 °C a 10 mm Hg, medida por ASTM D1160 y también tenia un peso molecular medio de aproximadamente 541, medido por ASTM D2502.

La solución fue formada a temperatura elevada en un extrusor de doble tornillo, aunque otros dispositivos convencionales, incluyendo pero no limitado a un mezclador Banbury, también seria adecuado. La solución se enfria a un estado de gel y el gel se cargó en los barriles gemelos idénticos de un Dynisco Corp. LCR 7002 reómetro capilar de doble barril. Los pistones fueron colocados en los barriles gemelos del reómetro. Los barriles del reómetro se mantuvieron a una temperatura de 250 °C y el gel de polímero se convierte de nuevo en una solución y se equilibró a esa temperatura. Los pistones fueron conducidos a los barriles del reómetro simultáneamente por un mecanismo común.

La solución de polímero se extruyó a través de un dado capilar en la salida de cada barril. Cada uno de los dados capilares tuvo un diámetro del capilar (D) de 1 mm. Un dado tuvo una longitud del capilar (Ll) de 30 mm y el otro tuvo una longitud capilar (L2) de 1 mm. Los transductores de presión montados sobre los dados mide las presiones (Pl, P2) desarrolladas en cada barril.

La prueba procedió por el accionamiento del movimiento de los pistones en una serie de pasos de velocidad crecientes en relaciones de aproximadamente 1.2:1. Se registraron las velocidades de pistón y las presiones barril desarrolladas. El reómetro automáticamente se acercó al siguiente nivel de velocidad, cuando se ha logrado un estado de equilibrio. Los datos de presión y velocidad se transfieren automáticamente a un programa de hoja de cálculo proporcionado con el reómetro capilar Dynisco Corp. LCR 7002 de doble cañón que realiza los cálculos necesarios. La velocidad de descarga (Q, cm3/sec) de la solución de UHMW PE se calculó a partir del diámetro del pistón y la velocidad del pistón.

La tensión de esfuerzo cortante aparente en la pared de un capilar xa, i se puede calcular a partir de la relación : En donde i es 1, 2 correspondiente a barril 1 o barril 2 La velocidad de esfuerzo cortante aparente en la pared del capilar se puede calcular como: La viscosidad de esfuerzo cortante aparente puede definir como: Una corrección, conocida como la corrección de Rabinowitsch, se puede aplicar a la velocidad de esfuerzo cortante para corregir el carácter no newtoniano de la solución de polímero. La velocidad de esfuerzo cortante real en la pared del capilar se puede calcular como: en donde n* es la pendiente de una gráfica de log contra log ?3,?· Una corrección, conocida como la corrección de Bagely se puede aplicar a la tensión de esfuerzo cortante para tomar en cuenta la pérdida de energía en la canalización de la solución de polímero del barril en el dado. Esta pérdida de energía extra puede aparecer como un aumento en la longitud efectiva de la matriz. El esfuerzo cortante verdadero está dado por: Po puede obtenerse a partir de una regresión lineal de Pi y P2 contra Li y L2. Po es la intercepción en L = 0.

La viscosidad de esfuerzo cortante real puede ser obtenida como una función de la velocidad de esfuerzo cortante de la siguiente manera: La viscosidad de esfuerzo cortante se puede definir como el valor a una velocidad de esfuerzo cortante de 1 seg"1.

A medida que la solución de polímero fluye desde el cilindro del reómetro en un dado, las líneas de corriente convergen. Tal campo de flujo puede interpretarse como una deformación extensional superpuesta sobre un flujo de esfuerzo cortante simple. Cogswell, mostró cómo estos componentes pueden ser tratados por separado, como una manera de medir la reologia extensional (FN Cogswell, Trans. Soc. Reologia, 16 (3), 383-403 (1972)).

El estrés sß extensional y la tensión extensional e puede ser dada por las Ecuaciones 7 y 8, respectivamente, como sigue: sß = 3/8(n+l)P0 La viscosidad extensional de Cogswell (?) , entonces se puede calcular como sigue en donde n en las ecuaciones 7-9 es la pendiente de una gráfica de log oe contra log 8i.

Para los propósitos de la invención, la viscosidad extensional de Cogswell se puede definir como el valor a un régimen de extensión de 1 seg"1.

Con respecto a la estructura molecular de UHMW PE seleccionado para su uso en los procesos de hilado en gel descrito en la presente descripción, se prefiere que UHMW PE tenga menos de 10 ramificaciones laterales cortas por 1000 átomos de carbono, las ramificaciones laterales cortas que comprende de 1 a 4 átomos de carbono. Por ejemplo, UHMW PE puede tener menos de 5 ramificaciones laterales cortas por 1000 átomos de carbono, menos de 2 ramificaciones laterales cortas por 1000 átomos de carbono, menos de 1 ramificación lateral corta por 1000 átomos de carbono, o menos de 0.5 ramificaciones laterales cortas por 1000 átomos de carbono. Los grupos secundarios pueden incluir, pero no se limitan a grupos alquilo de Ci-Cio, grupos alquilo terminado con vinilo, norborneno, átomos de halógeno, carbonilo, hidroxilo, carboxilo y epóxido.

El polímero UHMW PE también puede contener pequeñas cantidades, generalmente menos de alrededor de 5 % en peso, preferiblemente menos de aproximadamente 3 % en peso y más preferiblemente menos de aproximadamente 2 % en peso, de aditivos tales como antioxidantes, estabilizadores térmicos, colorantes, promotores de flujo, disolventes y otros aditivos. En ejemplos en los que el polímero UHMW PE contiene por lo menos un anti-oxidante, el antioxidante puede ser seleccionado entre el grupo que consta de fenoles impedidos, fosfitos aromáticos, aminas y mezclas de los mismos. Preferiblemente, el antioxidante se puede seleccionar del grupo que consiste de (2, 6-di-ter-butil-4-metil-fenol, tetraquis [metilen (3, 5-di-ter-butilhidroxihidrocinamato) ] metano, tris (2, 4-di-ter-butilfenil ) fosfito, 3,5-di-ter-butil-4-hidroxihidrocinamato de octadecilo, 1, 3, 5-tris- (3, 5-di-ter-butil-4-hidroxibencil) -1, 3, 5-triazina-2 , 4, 6 (1H, 3H, 5H) -triona, 2,5, 7 , 8-tetrametil-2 ( ' , 8 ' , 121 -trimetiltridecil) croman-6-ol y mezclas de los mismos. En un ejemplo, el antioxidante puede ser 2 , 5 , 7 , 8-tetrametil-2 ( ' , 81 , 121 -trimetiltridecil ) croman-6-ol conocido comúnmente como vitamina E o alfa-tocoferol .

Como se ha discutido en la patente de E.U.A. No. 5,032,338, que se incorpora aquí por referencia, el tamaño de partícula y distribución de tamaño de partícula del polímero UHMW PE puede tener un efecto en la medida en que el UHMW PE polímero se disuelve durante la formación de la solución que va a ser hilado en gel. Como se discute más adelante, es deseable que el polímero UHMW PE se disuelva completamente en la solución. En consecuencia, en un ejemplo preferente, el UHMW PE puede tener un tamaño de partícula medio de aproximadamente 100 mieras a aproximadamente 200 mieras. En dicho ejemplo, se prefiere que hasta alrededor de, o por lo menos aproximadamente 90% de las partículas tienen un tamaño de partícula que está dentro de 40 mieras de tamaño de partícula promedio. En otras palabras, hasta aproximadamente, o por lo menos aproximadamente 90% de las partículas tienen un tamaño de partícula que es igual al tamaño de partícula medio de más o menos 40 mieras. En otro ejemplo, aproximadamente 75% en peso a aproximadamente 100% en peso de las partículas de UHMW PE utilizados pueden tener un tamaño de partículas de aproximadamente 100 mieras a aproximadamente 400 mieras y preferiblemente de aproximadamente 85% en peso a aproximadamente 100% en peso de las partículas tienen un tamaño de partícula entre aproximadamente 120 mieras y 350 mieras. Además, el tamaño de partícula se puede distribuir en una curva sustancialmente gaussiana de tamaños de partícula centrada en aproximadamente 125 a 200 mieras. También se prefiere que alrededor del 75% en peso a aproximadamente 100% en peso de las partículas de UHMW PE utilizados tienen un peso molecular promedio en peso de desde aproximadamente 300,000 a aproximadamente 7,000,000, más preferiblemente de aproximadamente 700,000 a aproximadamente 5,000,000. También se prefiere que por lo menos aproximadamente el 40% de las partículas sean retenidas en un tamiz de malla No. 80.

El disolvente hilado puede ser cualquier disolvente adecuado hilado, incluyendo, pero no limitado a, un hidrocarburo que tiene un punto de ebullición mayor de 100°C a presión atmosférica. El disolvente hilado puede ser seleccionado del grupo que consiste en hidrocarburos tales como hidrocarburos alifáticos, ciclo alifáticos y aromáticos e hidrocarburos halogenados tales como diclorobenceno y mezclas de los mismos. En algunos ejemplos, el disolvente hilado puede tener un punto de ebullición de por lo menos aproximadamente 180 °C a presión atmosférica. En tales ejemplos, el disolvente hilado puede ser seleccionado del grupo que consiste en hidrocarburos halogenados, aceite mineral, decalina, tetralina, naftaleno, xileno, tolueno, dodecano, undecano, decano, nonano, octeno, cis-decahidronaftaleno, trans-decahidronaftaleno, cera de polietileno de bajo peso molecular y mezclas de los mismos. En un ejemplo, el disolvente de hilado se selecciona del grupo que consiste en aceite mineral, decalina y mezclas de los mismos.

El extrusor 102 al cual se suministra la suspensión de un ser cualquier extrusor adecuado, incluyendo por ejemplo un extrusor de doble tornillo, tal como un extrusora de doble tornillo con engrane que gira conjuntamente. El proceso de hilado en gel puede incluir la extrusión de la suspensión con el extrusor 102 para formar una mezcla, preferiblemente una mezcla intima, del polímero UH W PE y el hilado en disolvente. La extrusión de la suspensión para formar la mezcla se puede llevar a cabo a una temperatura que está por encima de la temperatura a la que se fundirá el polímero UHMW PE. La mezcla de polímero UHMW PE y de hilado en disolvente que está formado por el extrusor 102 por lo tanto puede ser una mezcla de líquido fundido de polímero UHMW PE y de hilado en disolvente. La temperatura a la que se forma la mezcla líquida de polímero fundido UHMW PE y el disolvente de hilado en el extrusor puede ser de aproximadamente 140°C a aproximadamente 320 °C, preferiblemente de aproximadamente 220°C a aproximadamente 320 °C y más preferiblemente de aproximadamente 220°C a aproximadamente 280°C.

Un ejemplo de un método para el procesamiento de la suspensión a través del extrusor, se describe en la Solicitud de Patente de E.U.A. No. de Serie 11/393,218, que se incorpora aquí por referencia, que describe que la capacidad de un escalas extrusor como aproximadamente el cuadrado del diámetro del tornillo. Una figura de mérito para una operación de extrusión es por lo tanto la proporción entre el régimen de producción de polímero y el cuadrado del diámetro del tornillo. En por lo menos un ejemplo, la suspensión se procesa de tal manera que el régimen de procesamiento de UHMW PE polímero en la mezcla líquida de polímero fundido UHMW PE y disolvente de hilatura es por lo menos la cantidad 2.5 gramos D2 por minuto (g/min) , en donde D representa el diámetro del tornillo del extrusor en centímetros. Por ejemplo, el régimen de procesamiento de UHMW PE polímero puede ser de por lo menos 4 g D2/min, por lo menos 6 D2 g/min, o por lo menos 10 D2 g/min, por lo menos 15.8 D2 g/min, por lo menos 20 g D2/min, por lo menos 30 D2 g/min, o por lo menos 40 g D2/min. En consecuencia, el régimen de rendimiento de polímero UHMW PE puede ser de aproximadamente 2.5 D2 g/min a aproximadamente 40 D2 g/min, en la que D es el diámetro del tornillo del extrusor en centímetros.

El tiempo de residencia medio de UHMW PE y girando disolvente en el extrusor 102 puede ser menor que aproximadamente 0.6 D, donde D es el diámetro del tornillo en centímetros. En un ejemplo, el tiempo de residencia medio de la PE y UHMW hilatura con disolvente en el extrusor de menos de aproximadamente 0.4D. El tiempo de residencia promedio se puede definir como el volumen libre del extrusor (barril menos tornillo) dividido por el régimen de rendimiento volumétrico. Por ejemplo, un tiempo de residencia medio en minutos se puede calcular dividiendo el volumen libre en cm3 por el régimen de rendimiento en cm3/min.

Después de la formación de la mezcla líquida de UHMW PE y el disolvente de hilado, el proceso de hilado de gel 100 puede incluir pasar la mezcla de líquido a través de un recipiente calentado 106 para formar una solución de UHMW PE y el disolvente hilado. Un ejemplo de formación de una solución de UHMW PE y el disolvente de hilado se describe en la Solicitud de Patente copendiente E.U.A. No. de serie 11/393,218, presentada el 30 de marzo 2006, cuya descripción de Herby se incorpora por referencia en su totalidad. La solución de la UHMW PE y el hilado en disolvente es preferiblemente una solución uniforme, homogénea, en la que el UHMW PE se disuelve en el disolvente hilado. Las condiciones de funcionamiento que pueden facilitar la formación de una solución homogénea incluyen, por ejemplo, (1) elevar la temperatura de la mezcla liquida de la UHMW PE y el disolvente hilatura a una temperatura cerca o por encima de la temperatura de fusión del UHMW PE y (2) mantener la mezcla liquida a la temperatura elevada durante una cantidad de tiempo suficiente para permitir que el disolvente hilado para difundirse en el UHMW PE y para el UHMW PE para difundirse en el disolvente hilado. Cuando la solución es uniforme, o suficientemente homogénea, el hilo de gel final puede girar han mejorado las propiedades tales como la tenacidad aumenta. Un método de determinar si la solución es suficientemente uniforme es mediante el muestreo de hilo solución a medida que sale de la hilandera como se describe a continuación y el dibujo de la solución de hilado a mano. Cuando la solución es suficientemente uniforme, el hilo solución será suave cuando extraído a mano. Por otra parte, una solución no uniforme puede resultar en la mano hilo estirado de solución que tiene un aspecto lleno de depresiones, lo que puede ser denominado como tener la apariencia de una cadena de perlas.

Es de destacar que la formación de un liquido claro incluyendo UHMW PE y disolvente hilatura no es equivalente a la formación de una solución homogénea. Por ejemplo, se realizó un estudio de una sola partícula de polietileno de peso molecular ultraalto de aproximadamente 150 mieras de diámetro en un disolvente hilatura estática en un microscopio de platina caliente (M. Rammoorthy, Honey ell International Inc. trabajo no publicado) . A medida que la temperatura de la platina caliente se acercó al punto de fusión de polietileno, la partícula gradualmente aparentemente "disuelto" en sus márgenes exteriores y luego desaparecieron de la vista sobre un rango estrecho de temperatura y dentro de un corto periodo de tiempo. Sin embargo, cuando la platina caliente se enfrió, la partícula re-cristalizado y reapareció. Aparentemente, la partícula se había fundido, sin disolver simplemente. En el estado fundido, la partícula no puede ser vista porque el índice de refracción del polietileno fundido estaba muy cerca de la del disolvente.

Con referencia de nuevo a la Figura 1, la mezcla líquida de UHMW PE y de hilado en disolvente que sale del extrusor 102 puede ser pasado a través de una bomba 104, tal como una bomba de desplazamiento positivo, al recipiente calentado 106. El recipiente calentado 106 puede incluir uno o más mezcladores, que pueden ser, por ejemplo, mezcladores estáticos. El recipiente calentado 106 puede ser a cualquier temperatura adecuada por encima de la temperatura de fusión del UHMW PE. Por ejemplo, recipiente calentado 106 puede tener una temperatura de por lo menos a aproximadamente 140°C. En un ejemplo, el recipiente calentado 106 puede tener una temperatura de aproximadamente 220°C a aproximadamente 320°C y preferiblemente de aproximadamente 220°C a aproximadamente 280°C. El recipiente calentado 106 puede tener un volumen suficiente para proporcionar un tiempo de residencia promedio de la mezcla liquida en el recipiente calentado 106 para formar una solución de la UHMW PE en el disolvente. Por ejemplo, el tiempo de residencia de la mezcla liquida en el recipiente calentado 106 puede ser de aproximadamente 2 minutos a aproximadamente 120 minutos, preferiblemente de aproximadamente 6 minutos a aproximadamente 60 minutos .

En un ejemplo alternativo, la colocación y la utilización del recipiente calentado y el extrusor se puede invertir en la formación de la solución de UHMW PE y de hilado en disolvente. En tal ejemplo, una mezcla liquida de UHMW PE y de hilado en disolvente se pueden formar en un recipiente calentado y se puede pasar entonces a través de un extrusor para formar una solución que incluye el UHMW PE y el solvente hilado.

A continuación, el proceso de hilado de gel puede incluir proporcionar la solución de polímero de UHMW PE y disolvente de hilado del recipiente calentado 106 a una hilandera 108 que produce un hilo de solución. La solución puede pasar desde el recipiente 106 a través de una bomba de dosificación, tal como una bomba de engranes y luego a la hilandera 108. El proceso de suministro de la solución de polímero de UHMW PE y disolvente de hilado del recipiente calentado 106 a la hilandera 108 puede incluir pasar la solución de polímero de UHMW PE y girando disolvente a través de una bomba de dosificación, que puede ser una bomba de engranajes. La solución hilo que sale de la hilandera 108 puede incluir una pluralidad de filamentos de solución. La hilandera 108 puede formar un hilo solución que tiene cualquier número adecuado de filamentos, incluyendo, por ejemplo, por lo menos aproximadamente 100 filamentos, por lo menos aproximadamente 200 filamentos, por lo menos aproximadamente 400 filamentos, o por lo menos aproximadamente 800 filamentos. En un ejemplo, la hilandera 108 puede tener desde aproximadamente 10 orificios de hilatura a aproximadamente 3000 orificios de hilatura y el hilo de solución puede comprender de aproximadamente 10 filamentos a aproximadamente 3000 filamentos.

Preferiblemente, la hilandera puede tener desde aproximadamente 100 orificios de hilatura a aproximadamente 2000 orificios de hilatura y el hilo de solución puede comprender de aproximadamente 100 filamentos a aproximadamente 2000 filamentos. Los orificios de hilatura puede tener una entrada cónica, con el cono que tiene un ángulo incluido de aproximadamente 15 grados a aproximadamente 75 grados. Preferiblemente, el ángulo incluido es de aproximadamente 30 grados a aproximadamente 60 grados. Además, después de la entrada cónica, los orificios de hilatura pueden tener un capilar recto de diámetro que se extiende a la salida del orificio de hilatura. El capilar puede tener una relación de longitud a diámetro de aproximadamente 10 a aproximadamente 100, más preferiblemente de aproximadamente 15 a aproximadamente 40.

El proceso de hilado de gel 100 puede incluir el extraer el hilo de la solución que sale de la tobera de hilatura 108 en una relación de estirado de aproximadamente 1.1:1 a aproximadamente 30:1 para formar un hilo solución extraído. Dibujo del hilo solución se puede lograr pasando el hilo solución continuamente a través de una zona gaseosa 110 que puede ser, por ejemplo, una chimenea de enfriamiento o un corto espacio lleno de gas. En algunos ejemplos, la zona gaseosa 1 10 puede tener una longitud de aproximadamente 0.3 centímetros a aproximadamente 10 centímetros y preferiblemente de aproximadamente 0.4 a aproximadamente 5 centímetros. La zona gaseosa 110 puede ser llenado con un gas inerte tal como nitrógeno, o, en ejemplos donde el tiempo de residencia de la solución de hilado en la zona gaseosa 1 10 es menor que aproximadamente 1 segundo, la zona gaseosa 1 10 alternativamente se puede llenar con aire. En ejemplos donde la zona gaseosa 110 es una chimenea de enfriamiento, un gas de enfriamiento puede ser usado para enfriar el hilo solución y se evapora por lo menos una parte del hilado en disolvente.

El proceso de hilado de gel 100 puede incluir el enfriamiento del hilo solución extraído a una temperatura por debajo del punto de gel del polímero UHMW PE para formar un hilo de gel. La etapa de enfriamiento puede incluir la solución de enfriamiento hilo elaborado en un baño de enfriamiento rápido de líquido 112. El líquido del baño de enfriamiento rápido de líquido 112 se puede seleccionar del grupo que consiste de agua, etilenglicol , etanol, iso-propanol, un anti-congelante soluble en agua y mezclas de los mismos. La temperatura del baño de enfriamiento rápido de líquido 112 puede ser de aproximadamente -35°C a aproximadamente 35°C.

El proceso de hilado de gel 100 puede incluir la elaboración del hilo de gel en una o más etapas en una primera relación de estirado DRl de aproximadamente 1.1:1 a aproximadamente 30:1. El hilo de gel extraído en una o más etapas en la primera relación de estirado DRl se puede lograr pasando el hilo a través de gel de un primer conjunto de rodillos 114. Preferiblemente, el dibujo de la hilados gel en la primera relación de estirado DRl puede llevarse a cabo sin la aplicación de calor para el hilo y se puede realizar a una temperatura inferior o igual a aproximadamente 25 °C.

El hilo de gel extraído también puede incluir la elaboración del hilo de gel en una segunda relación de extracción DR2. El hilo de gel extraído a la segundo proporción de estirado DR2 también puede incluir simultáneamente eliminar el disolvente del hilado, desde el hilo de gel en un dispositivo de eliminación de disolvente 116, denominado a veces como una lavadora, para formar un hilo seco. La eliminación de la solución de hilado puede llevarse a cabo por cualquier método adecuado, incluyendo, por ejemplo, el secado, o la extracción del disolvente de hilatura con un bajo punto de ebullición disolvente segundos seguido de secado.

El hilo seco puede incluir preferiblemente menos de aproximadamente 10 por ciento en peso de cualquier disolvente, incluyendo cualquier disolvente de hilado y segundo disolvente que se utiliza para eliminar el disolvente hilado. Preferiblemente, el hilo seco puede incluir menos de aproximadamente 5 por ciento en peso de disolvente y más preferiblemente menos de aproximadamente 2 por ciento en peso de disolvente.

El proceso de hilado en gel también puede incluir la elaboración del hilo seco a una tercera relación de estiramiento DR3 en por lo menos una etapa para formar un hilo parcialmente orientado (POY). El hilo seco extraído a la tercera relación se puede lograr, por ejemplo, haciendo pasar el hilo seco a través de un pedestal de extracción 118. La tercera relación de estirado puede ser de aproximadamente 1.10:1 a alrededor de 2.00:1. El hilo y el hilo de gel seco extraídos a relaciones de estirado DR1, DR2 y DR3 se pueden formar en línea. En un ejemplo, la extracción combinada del hilo y el hilo de gel seco, que se puede determinar multiplicando DR1, DR2 y DR3 y puede ser escrito como DRlxDR2xDR3 o (DR1) (DR2) (DR3), puede ser de por lo menos aproximadamente 5:1, preferiblemente de por lo menos aproximadamente 10:1, más preferiblemente de por lo menos aproximadamente 15:1 y más preferiblemente de por lo menos aproximadamente 20:1. Preferiblemente, el hilo seco es extraído máximamente en línea hasta que la última etapa de extracción es una relación de estiramiento menor que aproximadamente 1.2:1. Opcionalmente, la última etapa de la elaboración del hilo seco puede ser seguida por la relajación del hilo parcialmente orientado de aproximadamente 0.5 por ciento a aproximadamente 5 por ciento de su longitud.

El hilo parcialmente orientado (POY) puede tener cualquier viscosidad intrínseca adecuada. En algunos ejemplos, la viscosidad intrínseca del hilo parcialmente orientado (POY) puede ser mayor que aproximadamente 17 dl/g y puede ser de aproximadamente 17 dl/g a aproximadamente 20 dl/g, incluyendo, pero no limitado a ser sobre 18 dl/g, aproximadamente 19 dl/g, o mayor que aproximadamente 19 dl/g. Además, el hilo parcialmente orientado (POY) puede tener una tenacidad de por lo menos aproximadamente 12 g/d (10.8 g/dtex) . Preferiblemente, el hilo parcialmente orientado (POY) puede tener una tenacidad de aproximadamente 12 g/d (10.8 g/dtex) a aproximadamente 25 g/d (22.5 g/dtex), incluyendo, pero no limitado a ser 13 g/d ( 11.7 g/dtex), 14 g/d (12.6 g/dtex), 15 g/d (13.5 g/dtex), 16 g/d (14.4 g/dtex), 17 g/d (15.3 g/dtex), 18 g/d (16.2 g/dtex), 19 g/d (17.1 g/dtex), 20 g/d (18 g/dtex), 21 g/d (18.9 g/dtex), o alrededor de 22 g/d (19.8 g/dtex), 23 g/d (20.7 g/dtex), o 24 g/d (21.6 g/dtex). En algunos ejemplos, el hilo parcialmente orientado (POY) puede tener una tenacidad que es mayor que aproximadamente 25 g/d (22.5 g/dtex) La tenacidad del hilo parcialmente orientado (POY) puede ser medida de acuerdo con AST D2256-02 a 10 pulgadas de longitud de calibre (25.4 cm) y una velocidad de deformación de 100%/min.

El proceso de hilado de gel 100 como se ha descrito anteriormente da como resultado un continuo en línea de producción del hilo parcialmente orientado (POY) . En un ejemplo, el hilo parcialmente orientado (POY) puede ser producido continuamente a una velocidad de por lo menos aproximadamente 0.35 g/min por filamento del hilo parcialmente orientado (POY), preferiblemente por lo menos aproximadamente 0.60 g/min por filamento, más preferiblemente menos por lo menos aproximadamente 0.75 g/min por filamento y más preferiblemente por lo menos aproximadamente 1.00 g/min por filamento.

El proceso de hilado de gel 100 también puede incluir enrollar el hilo parcialmente orientado (POY) como paquetes de hilo, o en una viga, con bobinadoras 120. Devanado preferiblemente se puede lograr sin torsión se imparte a la hilo parcialmente orientado (POY) .

El proceso de hilado de gel 100 también puede incluir la transferencia del hilo parcialmente orientado (POY) para una operación de estiramiento posterior 122. La operación de estiramiento posterior puede ser discontinua y separada de la producción en linea del hilo parcialmente orientado (POY) . La operación de estiramiento posterior puede incluir desenrollar el hilo parcialmente orientado (POY) y extraer el hilo parcialmente orientado (POY) para formar un hilo altamente orientado (HOY) del producto. Dibujo del hilo parcialmente orientado (POY) para formar un hilo altamente orientado (HOY) producto puede llevarse a cabo en por lo menos una etapa y, preferiblemente, puede llevarse a cabo en un ambiente térmico proporcionado por un aparato de calentamiento, tal como un horno, a una publicar temperatura de estirado de aproximadamente 125°C a aproximadamente 160°C. Cabe señalar que el hilo parcialmente orientado generalmente no se dibuja hasta que alcanza la temperatura de estirado posterior. Dibujo el hilo parcialmente orientado (POY) para formar un producto de hilo altamente orientado (HOY) puede incluir el dibujo hilo parcialmente orientado (POY), cuando el hilo parcialmente orientado (POY) está en la temperatura de estirado posterior, a una relación de estirado cuarto DR4 de aproximadamente 1.8: l a aproximadamente 15: 1 para formar el hilo altamente orientado (HOY) del producto. El régimen de dibujo del hilo parcialmente orientado (POY) durante una operación de estiramiento posterior es preferiblemente un valor constante. El perfil de la elaboración del hilo parcialmente orientado (POY) durante una operación de estiramiento posterior es preferiblemente una linea recta, con la pendiente del perfil de dibujo que es un valor constante. El perfil de dibujo es la cantidad de cambio en la velocidad del hilo parcialmente orientado (POY) dividido por la cantidad de cambio en la distancia recorrida por el hilo parcialmente orientado (POY) a lo largo de la trayectoria de hilo de la operación de estirado posterior 122. La extracción del perfil es por tanto la pendiente de un gráfico de velocidad frente a la distancia y se puede escribir como dv/dx, donde V es la velocidad del hilo parcialmente orientado (POY) y X es la distancia recorrida por el hilo parcialmente orientado (POY).

La extracción posterior fraccional del hilo seco (Foldy) puede ser puede ser de aproximadamente 0,75 a aproximadamente 0.95. El FOLDY puede ser definido por la equitación siguiente: FOLDY = log (DR4)/log ( ( DR3 ) ( DR4 ) ) La operación de extracción posterior puede incluir la extracción del hilo parcialmente orientado (POY) en un horno de convección forzada y preferiblemente la extracción del hilo parcialmente orientado en la operación de extracción posterior puede hacerse en el aire. La operación de estirado poste puede, por ejemplo, incluyen las condiciones descritas en la patente de E.U.A. No. 6,969,553, patente de E.U.A. No. 7,370,395, o olicitud Publicadaen los Estados Unidos No. de serie 2005/0093200, cada una de las cuales se incorpora aquí en su totalidad.

Un ejemplo de un proceso de estirado posterior se ilustra en la Figura 2. El proceso de estirado posterior 200, como se ilustra incluye un aparato de calentamiento 202, un primer conjunto de rodillos 204 que son externos al aparato de calentamiento 202 y un segundo conjunto de rodillos 206 que son externos al aparato de calentamiento 202. El hilo parcialmente orientado (POY) 208 puede ser alimentado desde una fuente y se pasa sobre el primer conjunto de rodillos 202. El primer conjunto de rodillos 202 pueden ser rodillos accionados, que se apliquen a girar a una velocidad deseada para proporcionar el hilo parcialmente orientado (POY) 208 al aparato de calentamiento 202 a una velocidad de alimentación deseada de Vi metros/minuto. El primer conjunto de rodillos 202 puede incluir una pluralidad de rodillos 210 individuales. En un ejemplo, el individuo pocos primeros rodillos 210 no se calientan y el individuo restante rueda 210 se calientan con el fin de precalentar las fibras del hilo parcialmente orientado (POY) 208 antes de que entre el aparato de calentamiento 202. Aunque el primer conjunto de rodillos 204 incluye un total de siete (7) individuales rodillos 210 como se muestra en la figura. 2, el número de rodillos individuales 210 puede ser mayor o menor, dependiendo de la configuración deseada.

Los hilos parcialmente orientados (POY) 208 pueden ser alimentados en el aparato de calentamiento 202, que pueden incluir uno o más hornos. Ono o más hornos pueden ser hornos horizontales adyacentes. Cada horno es preferiblemente un horno de convección de aire forzado. Debido a que es deseable tener la transmisión de calor eficaz entre el hilo parcialmente orientado (POY) 208 y el aire en uno o más hornos, la circulación de aire dentro de cada horno está preferiblemente en un estado turbulento. La velocidad del aire promediada en el tiempo dentro de cada horno en la proximidad de los hilos parcialmente orientados (POY) 208 preferiblemente puede ser de aproximadamente 1 metro/minuto a aproximadamente 200 metros/minuto, preferiblemente de aproximadamente 2 metros/minuto a aproximadamente 100 metros/minutos y más preferiblemente de aproximadamente 5 metros/minuto a aproximadamente 100 metros/minuto. En el ejemplo ilustrado, seis hornos horizontales adyacentes 212, 214, 216, 218, 220 y 222 se muestran, aunque cualquier número adecuado de hornos puede ser utilizado, incluyendo, por ejemplo, un horno, dos hornos, tres hornos, cuatro hornos, cinco hornos, siete hornos, ocho hornos o más de 8 hornos. El aparato de calentamiento puede tener una longitud total de trayectoria de hilo de L metros. Cada uno de los uno o más hornos pueden tener cada una cualquier longitud adecuada para proporcionar la longitud de hilo trayectoria deseada. Por ejemplo, cada horno puede ser de aproximadamente 10 pies y aproximadamente 16 pies (3.05 metros a 4.88 metros) de largo, más preferiblemente de aproximadamente 11 pies y aproximadamente 13 pies (3.35 metros a 3.96 metros) de largo. La temperatura y la velocidad del hilo parcialmente orientado (POY) 208 a través del aparato de calentamiento 202 puede variarse como se desee. Por ejemplo, una o más zonas de temperatura controlada pueden existir en el aparato de calentamiento 202, con cada zona que tiene una temperatura de aproximadamente 125°C a aproximadamente 160°C, más preferiblemente de aproximadamente 130°C a aproximadamente 160°C, o desde aproximadamente 150°C a aproximadamente 160°C. Preferiblemente, la temperatura dentro de una zona se controla para variar menos de ± 2°C (un total de menos de 4°C), más preferiblemente menos de ± 1°C (un total menor que 2°C) .

La ruta de la hilado parcialmente orientado (POY) 208 en aparatos de calefacción 202 puede ser una línea recta aproximada. El perfil de tensión del hilo parcialmente orientado (POY) 208 durante el proceso de estirado posterior se puede ajustar mediante el ajuste de la velocidad de los rodillos diversas o mediante el ajuste del perfil de temperatura del aparato de calentamiento 202. Por ejemplo, la tensión del hilo parcialmente orientado (POY) 208 se puede aumentar mediante el aumento de la diferencia entre las velocidades de los rodillos accionados consecutivos o disminuyendo la temperatura en el aparato de calentamiento 202. Preferiblemente, la tensión del hilo parcialmente orientado (POY) 208 en el aparato de calentamiento 202 es aproximadamente constante, o está aumentando a través del aparato de calentamiento 202.

Un hilo caliente 224 sale del último horno 222 y, a continuación puede pasarse sobre el segundo conjunto de rodillos 206 para formar el hilo acabado altamente orientado (HOY) producto 226. El segundo conjunto de rodillos 206 pueden ser rodillos accionados, que se apliquen a girar a una velocidad deseada para quitar el hilo caliente 222 desde el aparato de calentamiento 202 a una velocidad de salida deseada de V2 metros/minuto . El segundo conjunto de rodillos 206 puede incluir una pluralidad de rodillos individuales 228. Aunque el segundo conjunto de rodillos 206 incluye un total de siete (7) individuales rodillos 228 como se muestra en la figura. 2, el número de rodillos individuales 228 puede ser mayor o menor, dependiendo de la configuración deseada. Además, el número de rodillos individuales 228 en el segundo conjunto de rodillos 206 puede ser el mismo o diferente del número de rodillos individuales 210 en el primer conjunto de rodillos 204. Preferiblemente, el segundo conjunto de rodillos 206 puede ser frió, de manera que el terminado de hilo altamente orientado (HOY) producto 226 se enfria a una temperatura por debajo de por lo menos aproximadamente 90°C bajo tensión para conservar su orientación y morfología.

Una modalidad alternativa del aparato de calentamiento 202 se ilustra en la Figura 3. Como se muestra en la Figura 3, el aparato de calentamiento 202 puede incluir uno o más hornos, tales como un horno único 300. Cada horno es preferiblemente un horno de convección de aire forzado que tenía las mismas condiciones como se ha descrito anteriormente con referencia a la Figura 2. Como se muestra, el horno 300 puede tener cualquier longitud adecuada y en un ejemplo puede ser de aproximadamente 10 pies y aproximadamente 20 pies (3.05 a 6.10 metros) de largo. El horno 300 puede incluir uno o más rodillos intermedios 302, sobre el que puede ser el hilo parcialmente orientado (POY) 208 aprobada en el horno 300 para cambiar su dirección con el fin de aumentar el recorrido de desplazamiento del hilo parcialmente orientado (POY) 208 dentro del aparato de calentamiento 202. Cada uno de los 302 uno o más rollos intermedio puede ser un rodillo fijo que no gira, un rodillo accionado que gira a una velocidad predeterminada, o un rodillo impulsado que puede girar libremente, como el hilo parcialmente orientado (POY) 208 pasa sobre ella. Además, cada uno de los uno o más rodillos intermedios 302 puede ser localizado interno para el horno 300, como se muestra, o, alternativamente, uno o más rodillos intermedios 302 pueden estar situados externos al horno 300. El uso de uno o más rodillos intermedios 302 aumenta la longitud efectiva del aparato de calentamiento 202. Cualquier número adecuado de rodillos intermedios se pueden utilizar con el fin de proporcionar el hilo total deseada longitud de la trayectoria de L metros.

En un ejemplo, la velocidad de alimentación Vi metros/minuto, la velocidad de salida V2 metros/minuto y la longitud total de la ruta de hilo medidores L puede ser seleccionado para satisfacer cada una de las siguientes ecuaciones (1) a (4) : 0.25 <L/Vi <20, minutos (1) 3 <V2/V! <20 (2) 1.7 <(V2 - Vi) <60 minutos"1 (3) 0.20 <2L/(V2 + Vi) <10 minutos (4) El proceso de hilado en gel puede incluir pasos finales de enfriar el hilo altamente orientado (HOY) producto bajo tensión para formar un hilo enfrió altamente orientado (HOY) producto producido y se enfrió la disolución hilo altamente orientado (HOY) producto producido. El hilo altamente orientado (HOY) producto producido puede tener una tenacidad de más de aproximadamente 45 g/d (40.5 g/dtex) , incluyendo, por ejemplo, de aproximadamente 45 g/d (40.5 g/dtex) a aproximadamente 90 g/d (63 g/dtex), o mayor de aproximadamente 90 g/d (63 g/dtex) . Además, el hilo altamente orientado (HOY) producto producido puede tener un módulo mayor que aproximadamente 1400 g/d, incluso de hasta aproximadamente 2000 g/d, o más de aproximadamente 2000 g/d. Además, por lo menos en algunos ejemplos, el hilo altamente orientado (HOY) producto producido puede tener una viscosidad intrínseca que es de aproximadamente 0,2 veces la viscosidad intrínseca del polímero UHM PE del cual se formó el hilo a aproximadamente 0.65 veces la viscosidad intrínseca del polímero UHMW PE de la que se hizo el hilo. Por ejemplo, si la viscosidad intrínseca de la UH W PE es 30 dl/g, a continuación, el hilo altamente orientado (HOY) producto producida en ella puede ser de aproximadamente 6 dl/g hasta aproximadamente 19.5 dl/g.

E emplo 1 : Tiempo de Residencia Después de la Extracción Se ha encontrado que la producción de hilo altamente orientado (HOY) que tiene tenacidad aumentada es en parte una función de la velocidad de estirado posterior elaboración y el perfil de dibujo. Por ejemplo, un drenaje más lento después de tasa de dibujo generalmente puede producir un hilo altamente orientado (HOY) que tiene una mayor tenacidad. Las muestras de hilo parcialmente orientado (POY) que tiene una viscosidad intrínseca de 18.5 dl/g producido de acuerdo con el proceso descrito anteriormente utilizando un UHMW PE polímero que tiene una viscosidad intrínseca de 33 dl/g y una temperatura del extrusor de 240°C fueron cada uno elaborado en un procedimiento de estirado posterior. El proceso de extracción de poste tenía ya sea un solo paso (Std) o múltiples pasos (MP) a través de un aparato de calentamiento a una temperatura de 150 °C ya sea o 152 °C. La relación de estirado máxima del hilo parcialmente orientado (POY) en operaciones de un solo paso era de aproximadamente 3.0 a aproximadamente 3.9 para operaciones de paso único (Std) , con una relación de estiramiento más alto que da como resultado la ruptura del hilo. En la operación de múltiples pasos (MP) , la relación de estiramiento máximo se determinó que era de aproximadamente 4.5 a aproximadamente 6.0.

La Figura 4 es una gráfica que proporciona resultados de las pruebas que indican la tenacidad de los hilos altamente orientados producidos por estos procesos. La Figura 4 es una gráfica de la tenacidad (UTS) frente a la relación de estirado en deniers. Como se puede ver en la Figura 4, la tenacidad del hilo altamente orientado producido por procesos post al drenaje ya sea 150°C o 152 °C fue mayor para los hilos que se sometieron a múltiples pasadas a través del aparato de calefacción.

Ejemplo 2: Hilo de Hilatura en Gel Una solución que incluye un disolvente de hilado y un polímero de UHMW PE que tiene una viscosidad intrínseca de aproximadamente 50 dl/g está formado con una temperatura del extrusor a 280°C y el recipiente calentado a 290°C. La concentración del polímero en la suspensión de entrar en el extrusor es de aproximadamente 6% y la temperatura de la suspensión es de aproximadamente 100 °C. Después de formar una solución homogénea de hilatura con el extrusor y el recipiente calentado, la solución se hila a través de una hilandera de agujeros 181 con un diámetro de tobera de hilatura de 0.35 mm y L/D 30:1. Hay un espacio de aire de 1.9 centímetros entre la hilandera y un baño de agua de enfriamiento rápido. El hilo se estira solución en el espacio de aire de 0.75 pulgadas (1.9 cm) a una relación de estirado de aproximadamente 2:1 y después se inactivo en el baño de agua que tiene una temperatura de agua de aproximadamente 10°C. El hilo de gel es estirado en frío con conjuntos de rollos de relación de estiramiento de 3: 1 antes de entrar en un dispositivo de separación del disolvente. En el dispositivo de eliminación de disolvente, la fibra de gel se dibuja a aproximadamente 2: 1 relación de estirado. El hilo seco resultado es arrastrado por cuatro conjuntos de rodillos en tres etapas para formar un hilo parcialmente orientado (POY) con tenacidad de aproximadamente 40 g/d. El hilo parcialmente orientado (POY) se dibuja a 152°C con 5 pases dentro de un horno de 25 metros. La velocidad de alimentación del hilo parcialmente orientado (POY) se ajusta de modo que el tiempo de residencia para el dibujo alcanza la relación de estirado máxima de más de aproximadamente 10:1. La tenacidad del hilo altamente orientado (HOY) producto es de unos 90 g/d, con un módulo de aproximadamente 2000 g/d.

Ejemplo 3 : Prueba de balística Los artículos contra balas, tales como armadura suave o dura pueden ser hechos de hilos de hilado en gel. En este ejemplo, los compuestos de armadura suave y dura se construyeron a partir de hilos de gel de hilado UHM PE. El hilo utilizado en la muestra de control tuvo una tenacidad de 37.5 g/d y un módulo de 1350 g/d. El hilo utilizado en la muestra de prueba, que se realizó de acuerdo con los procesos descritos en la presente descripción, tenía una tenacidad de 45 g/d y un módulo de 1450 g/d. Las muestras de ensayo y muestras de control fueron construidos con la misma fracción en volumen de fibras y la misma resina de matriz. El poder protector de una estructura puede ser expresado citando la velocidad de impacto a la que se detuvo el 50% de los proyectiles y es designado el valor V50, que se expresa en metros por segundo. Los valores V50 de los paneles de material compuesto se prueban para los diversos tipos de munición y los resultados de la prueba se proporcionan en la Tabla 1 a continuación.

Tabla 1 Como se puede observar a partir de los resultados de la prueba, la muestra de prueba armadura hecha del hilado en gel que tiene una tenacidad de hilo de 45 g/d que tuvieron un mayor rendimiento que la armadura de la Muestra de Control hecha de gel de hilado de hilo que tiene un 37.5 g/d tenacidad.

De lo anterior, se apreciará que aunque los ejemplos específicos se han descrito en la presente para propósitos de ilustración, se pueden hacer diversas modificaciones sin desviarse del espíritu o alcance de esta descripción. Por consiguiente, se pretende que la descripción detallada anterior sea considerada como ilustrativa y no limitativa y que se entienda que son las siguientes reivindicaciones, incluyendo todos los equivalentes, que están destinadas a señalar particularmente y reivindican claramente la materia reivindicada.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un proceso para la producción de hilo hilado en gel hecho de polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW PE), el proceso comprende los pasos de: la alimentación una suspensión que comprende un UHMW PE y un disolvente hilado a un extrusor para producir una mezcla liquida, el UHMW PE tiene una viscosidad intrínseca en decalina a 135°C de por lo menos 30 dl/g; pasar la mezcla de líquido a través de un recipiente calentado para formar una solución homogénea que comprende el UHMW PE y el hilado en disolvente; proporcionar la solución desde el recipiente calentado a una hilandera para formar un hilo de solución; extraer el hilo de la solución que sale de la tobera de hilatura a una relación de estirado de desde 1.1:1 a 30:1 para formar un hilo solución extraído; enfriar la solución de hilado extraído a una temperatura por debajo del punto de gel del polímero UHMW PE para formar un hilo de gel; extraer el hilo de gel en una o más etapas en una primera relación de estiramiento DR1 de desde 1.1:1 a 30:1; extraer el hilo de gel en una segunda relación de estiramiento DR2; eliminar la hilatura con disolvente a partir del hilo de gel en un dispositivo de eliminación de disolvente para formar un hilo seco; extraer el hilo seco a una tercera relación de estiramiento DR3 en por lo menos una etapa para formar un hilo parcialmente orientado; transferir el hilo parcialmente orientado a una operación de estiramiento posterior; y extraer el hilo parcialmente orientado a una temperatura dibujo mensaje en la operación de estirado posterior a una cuarta relación de estirado DR4 de 1.8:1 a 15:1, para formar un producto de hilo altamente orientado que tiene una tenacidad de más de 45 g/d (40.5 g/dtex) y un módulo de más de 1400 g/d.

2. - Los procesos para la producción de hilado en hilo de gel de la reivindicación 1, en donde el hilo parcialmente orientado se produce en un proceso continuo en linea y la operación de estirado posterior es un paso discontinuo que es independiente del proceso en linea.

3. - Los procesos para la producción de hilo hilado en gel de la reivindicación 1, en donde el UHM PE tiene un tamaño de partículas promedio de 100 mieras a aproximadamente 200 mieras y alrededor del 90% de las partículas tienen un tamaño de partícula que está dentro de 40 mieras de tamaño de partícula promedio.

4. - Los procesos para la producción de hilo hilado en gel de la reivindicación 3, en donde el UHMW PE tiene una viscosidad intrínseca de más de 30 dl/g y el hilo parcialmente orientado tiene una viscosidad intrínseca de más de 17 dl/g.

5. - Los procesos para la producción de hilado en hilo de gel de la reivindicación 1, en donde la solución comprende el UHMW PE en una cantidad de 6% en peso a 10% en peso de la solución.

6. - Los procesos para la producción de hilo hilado en gel de la reivindicación 1, en donde el hilado en disolvente se selecciona del grupo que consiste en aceite mineral, decalina y mezclas de los mismos.

7. - Los procesos para la producción de hilado en hilo de gel de la reivindicación 1, en donde el hilo parcialmente orientado (POY) tiene una tenacidad de 12 g/d (10.8 g/dtex) a 25 g/d (22.5 g/dtex) .

8. - Los procesos para la producción de hilado en hilo de gel de la reivindicación 1, en donde el régimen de extracción de la extracción de la operación de extracción posterior es un valor constante cuando el hilo parcialmente orientado está a la temperatura de extracción posterior.

9. - Los procesos para la producción de hilado en hilo de gel de la reivindicación 1, en donde el perfil de extracción de la operación de extracción posterior es una línea recta cuando el hilo parcialmente orientado está a la temperatura de extracción posterior.

10.- Un artículo balístico hecho de un hilo hilado en gel producido de acuerdo con los procedimientos para producir hilo hilado en gel de la reivindicación 1. I RESUMEN Los hilos de UHMW PE de múltiples filamentos pueden producirse de acuerdo con proceso que dan como resultado propiedades mejoradas. UHMW PE puede tener una viscosidad intrínseca en decalina a 135 °C de menos de aproximadamente 30 del/g y pueden procesarse bajo las condiciones óptimas con el fin de lograr un hilo hilado en gel que tiene una tenacidad mayor a aproximadamente 45 g/ (40.5 g/dtex) .