MXPA05000021A

MXPA05000021A - Procedimiento para obtener una fibra o pelicula tubular sintetica organica, aromatica heterociclica, con resistencia a la tension o modulo alto.

Info

Publication number: MXPA05000021A
Application number: MXPA05000021A
Authority: MX
Inventors: Hendrikus Cornelis Zegers
Original assignee: Teijin Twaron Bv
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-08-26
Also published as: AU2003279783A1; WO2004003269A1; CN1662688A; ATE499464T1; RU2005101884A; DE60336140D1; JP4334475B2; CA2490146A1; AU2003279783B2; EP1521872A1; BR0312119A; JP2005530936A; ZA200410248B; RU2314369C2; US20050238876A1; AU2003279783B8; JP2009185441A; EP1521872B1

Abstract

La invencion se refiere a un procedimiento para obtener una fibra o pelicula tubular sintetica organica, aromatica heterociclica, con resistencia a la tension o modulo alto, que comprende hilar un polimero sintetico organico con una fibra tubular aromatica heterociclica, u obtener el polimero sintetico organico como una pelicula tubular aromatica heterociclica, seguido por carga de la fibra o pelicula en presencia de un auxiliar de procesamiento, a una temperatura inferior al punto de ebullicion del auxiliar de procesamiento y superior a -50 °C, a una tension de 10% a 95% de la resistencia a la ruptura de la fibra o pelicula, seguido por remocion del auxiliar de procesamiento o realizacion de un paso de calentamiento a una tension de 10% a 95% de la resistencia a la ruptura de la fibra o pelicula.

Description

PROCEDIMIENTO PARA OBTENER UNA FIBRA O PELICULA TUBULAR SINTETICA ORGANICA. AROMATICA HETEROCICLICA, CON RESISTENCIA A LA TENSION O MODULO ALTO MEMORIA DESCRIPTIVA La invención se refiere a una fibra o película y a un procedimiento para obtener una fibra o película tubular sintética orgánica, : aromática heterocíclica, con resistencia a la tensión o módulo alto. Para muchas aplicaciones de alta tecnología, es importante usar fibras y películas con resistencia a la tensión o módulo alto. Estas denominadas fibras o películas de alto rendimiento pueden ser de base orgánica (por ejemplo fibras y películas de para-amida o fibras de carbón), o inorgánica (por ejemplo fibras de vidrio E, fibras de carburo de silicio). Tienen aplicación en muchos productos de especialidad para aplicaciones automotrices, aeroespaciales y balísticas, refuerzo de construcciones, exploración de la costa, vestiduras protectoras, equipo deportivo y aislamiento térmico. Cada tipo de fibra o película de alto rendimiento sobresale en ciertas aplicaciones de nicho. Un tipo especial de fibras o películas de alto rendimiento es el de las fibras o películas de módulo alto y tenacidad alta. Los miembros orgánicos de este grupo contienen cadenas covalentes (unidimensionales) que se mantienen juntas por interacciones intermoleculares. Ejemplos típicos son polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMW PE) como Dyneema® y Spectra®, para-aramidas como Kevlar®, Technora® y Twaron®, poliésteres homocíclicos aromáticos como Vectran®, y varillas heterocíclicas aromáticas como PBO (Zylon®) y PIPD (M5) basadas en piridobisimidazol. El PBO combina el módulo y la tenacidad altos con buenas propiedades térmicas y flexibilidad, haciéndola adecuada en balística, ropa de trabajo resistente a las llamas para los bomberos y fieltros resistentes al calor. Sin embargo, la aplicación en cuerpos mixtos estructurales es limitada por su baja resistencia a la compresión. La nueva fibra o película M5 es una fibra o película similar a PBO con propiedades de compresión significativamente , mejoradas. Hasta ahora se cree que las fibras o películas anteriores abarcan una escala impresionante de propiedades tensiles, algunas de ellas incluso dentro de un tipo de fibra o película. No obstante, si se aumenta más la resistencia a la tensión, se podría obtener un mejoramiento sustancial, incluso haciendo disponibles nuevas aplicaciones que aún no son posibles con las fibras o películas existentes de alto rendimiento. Para PIPD se ha descrito en EP 0,696,297 la técnica convencional de hilatura, estiramiento de espacio de aire y tratamiento con calor, dicha técnica es considerada la técnica anterior más cercana. Se ha encontrado ahora que se obtiene un aumento sustancial de resistencia a la tensión, hasta un factor de 2 o Incluso más, y un aumento del módulo, usando un procedimiento novedoso para obtener una fibra o película tubular sintética orgánica, aromática heterocíclica, con resistencia a la tensión o módulo alto, que comprende hilar un polímero orgánico sintético con una fibra tubular aromática heterocíclica, u obtener el polímero orgánico sintético como una película tubular aromática heterocíclica (por ejemplo por moldeado o usando una cuchilla raspadora), seguido por la carga de la fibra o película en presencia de un auxiliar de procesamiento, a una temperatura inferior al punto de ebullición del auxiliar de procesamiento y superior a -50 °C, a una tensión de 10 a 95% de la resistencia a la ruptura de la fibra o. película, seguido por remoción del auxiliar de procesamiento o un paso de calentamiento a una tensión de 10 a 95% de la resistencia a la ruptura de la fibra o película. De acuerdo con los métodos existentes, la orientación y el módulo de fibras y películas se mejora con un tratamiento por calor bajo tensión. Así, por ejemplo, se usa un horno para fibras, que consiste de un tubo (cuarzo). En el tubo, ligeramente arriba del fondo, se introduce un flujo de nitrógeno. Su velocidad de flujo se puede controlar y se puede calentar. El flujo de nitrógeno se usa para calentar la fibra y además sirve como una atmósfera inerte. La fibra se suspende desde una abrazadera superior, a través del horno. En su extremo inferior está conectado un peso que aplica la tensión durante el tratamiento. Tanto el horno como la abrazadera superior están montados en un armazón sólido. La segunda abrazadera (la abrazadera inferior) se monta sobre el armazón, debajo de la primera abrazadera (abrazadera superior) y la zona de calentamiento. Con esta abrazadera inferior cerrada se fija la longitud de la pieza de fibra en el dispositivo y no cambia durante el tratamiento. Además, se introduce un dispositivo para enfriar el flujo de nitrógeno a temperaturas inferiores a la temperatura ambiente. De acuerdo con los métodos de la técnica anterior, se puede llevar a cabo un postratamiento específico como sigue. Por ejemplo, fibra P1PD hilada, acondicionada a 21 °C y a una humedad relativa de 65%, se. sujetó en el dispositivo como se describe arriba. Inicialmente no se aplicó tensión. Después se aplicó tensión y subsiguientemente la fibra se sometió a un tratamiento a diferentes temperaturas, preferiblemente mas de un tratamiento. Los mejores resultados se obtuvieron con una tensión de 300 mN/tex y tres períodos de calentamiento de 30 s, a 150 °C, 350 °C y 550 °C, : respectivamente. Para evaluar las propiedades mecánicas solo se usó la, parte de la fibra que estaba en el área caliente del horno. De acuerdo con la invención, inicialmente no se aplicó tensión.

Después, subsiguientemente la fibra se puede enfriar opcionalmente, de preferencia a temperatura ambiente, y de preferencia a menos de 20 °C, por ejemplo a 5 °C; se aplicó una tensión a la fibra o película (por ejemplo aproximadamente 800 mN/tex) y esta tensión y temperatura se mantuvieron durante un período corto, usualmente menos de 1 min, por ejemplo 6 s. Posteriormente, la abrazadera inferior se cerró, es decir, la tensión, (elongación) de la fibra o película se fijó y se inició tratamiento por calor. En este caso particular la temperatura se elevó, por ejemplo de 5 °C a 500 °C en 1 a 600 s, o de preferencia de temperatura ambiente a 350 °C en 10 a 300 s. Las propiedades mecánicas medidas de las fibras son las propiedades de filamento. Son determinadas para 25 a 75 filamentos por medio de un Favimat™ (Textechno, Mónchengladbach, Alemania). Se encontró que los valores promedio de la tensión a la ruptura y el módulo de los filamentos era de 3600 mN/tex y 320 Gpa, respectivamente, medidas como el promedio de 25-75 mediciones en 25-75 filamentos o en 25-75 partes de uno o más filamentos. La resistencia original y el módulo de los filamentos era de 2100 mN/tex y 170 Gpa, respectivamente. Para películas, las mediciones se hicieron similarmente como es conocido para el experto en la materia. En una modalidad preferida, el procedimiento de preparación de una fibra o película mejora aún más cuando la fibra hilada es sometida a un paso de tratamiento con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor, a una temperatura entre 50 °C y 300 °C, de preferencia entre 80 °C y 100 °C, entre el paso de carga y calentamiento, a una tensión de 0-95% de la resistencia a la ruptura de la fibra o película. Este tratamiento con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor permite el uso de tensión más baja en los pasos subsiguientes, conduciendo así a menos rompimiento y menos pelusas. Particularmente, después es realizado el paso de carga a una tensión más baja con el mismo resultado de carga de tensión más alta, sin aplicar el tratamiento con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor, o a la misma tensión con tenacidad o módulo más alto, que sin aplicar el tratamiento con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor. El paso de tratamiento con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor y el paso de calentamiento, se pueden realizar como un paso combinado en donde la fibra o película se trata primero con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor, seguido por calentamiento de la fibra o película. El método de la invención se puede usar para cualquier fibra y película tubular aromática heterocíclica, preferiblemente PBO y PIPD. La densidad lineal del filamento es preferiblemente de 0.1 a 5000, para multif ¡lamentos es preferiblemente de 0.5 a 5, de preferencia 0.8 a 2 dtex. Las fibras contienen un filamento (monofilamento) o por lo menos dos filamentos (multifilamento), específicamente de 2 a 5000, en especial 100 a 2000. Se usan comúnmente fibras con aproximadamente 1000 filamentos. El auxiliar de procesamiento puede ser cualquier líquido inerte, tal como agua, ácido (por ejemplo ácido fosfórico, ácido sulfúrico), base (por ejemplo amoniaco), soluciones acuosas de sal (por ejemplo cloruro de sodio, sulfato de sodio), y compuestos orgánicos (por ejemplo etanodiol, metanol, etanol, NMP). El auxiliar de procesamiento es preferiblemente una solución acuosa y de preferencia agua. Cuando el auxiliar de procesamiento es agua, el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o de vapor es vapor de agua. Para el método de la invención se usa preferiblemente fibra hilada, tal como queda después hilar, o película obtenida, tal como se obtiene, sin haber recibido postratamiento térmico mecánico sustancial. Cuando la fibra se produce por hilatura en húmedo o la película por moldeado, mediante cuchilla raspadora o similar, se usa agua o una solución acuosa como el medio de coagulación, o se usa agua o una solución acuosa para neutralización y lavado, la fibra hilada o la película obtenida puede contener hasta más de 100% en peso de agua y, después de acondicionar a 21 °G y una humedad relativa de 65%, el contenido de agua de la fibra hilada o la película obtenida puede ser de más de 5% en peso, por lo regular más de 8% en peso. En caso del PIPD, el contenido de humedad de la fibra hilada o la película obtenida después de acondicionamiento es de aproximadamente 20-24 % en peso (en base al polímero seco). La tensión aplicada durante la carga y el tratamiento opcional con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor es de 10 a 95% de la resistencia a la ruptura de la fibra o la película, que es más alta que las tensiones usadas convencionalmente. Por ejemplo, en un procesamiento de hilatura convencional de fibras PIPD, la carga antes de secar no rebasa 5% de la resistencia a la ruptura de 2100 mN/tex. Muy preferiblemente, la tensión es por lo menos 15% y no más de 80%, de preferencia 25 a 60% de la resistencia a la ruptura de la fibra hilada. Para películas se usan tensiones similares. Si se usa el tratamiento con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor (por ejemplo un tratamiento con vapor de agua), la tensión durante este tratamiento es preferiblemente 60-90% de la tensión usada durante el paso de carga. Preferiblemente, el tratamiento con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor se realiza a longitud constante. Los tiempos de tratamiento son entre 0.1 s y 1 h, de preferencia 1 s a 300 s. La temperatura después de la carga es inferior al punto de ebullición del auxiliar de procesamiento y por lo menos -50 °C, de preferencia por lo menos -18 °C, y puede ser cerca o apenas arriba de la temperatura a la cual empieza la transición térmica local de la fibra o película, determinada con D TA. Una temperatura práctica es la temperatura ambiente. Las temperaturas preferidas están dentro de la escala de 0 a 20 °C. Para PIPD, la temperatura de transición local empieza aproximadamente a -50 °C. Los tiempos de carga típicos antes de calentamiento son de 0.1 a 1000 s. El paso de calentamiento incluye una temperatura por arriba del punto de ebullición del auxiliar de procesamiento y puede proceder a una temperatura, o en etapas a diferentes temperaturas, a presión atmosférica, a presión elevada, o a presión reducida para promover la remoción del auxiliar de procesamiento de la fibra o película. El paso de calentamiento se realiza preferiblemente a una temperatura de 100 °C hasta 50 °C debajo de la temperatura de fusión o descomposición de la fibra, por ejemplo en el caso de PIPD y PBO, 120 °C a 450 °C, de preferencia 125 °C a 350 °C, y de preferencia 130 °C a 250 °C, durante un tiempo entre 0.1 s y 1 h, de preferencia 1 a 300 s. Para prevenir rompimiento de la fibra o película a temperaturas altas, puede ser necesario reducir gradualmente la carga durante el paso de calentamiento. En una modalidad preferida, el auxiliar de procesamiento es removido simultáneamente con el paso de calentamiento.

La invención se refiere además a una fibra de PIPD sintética orgánica con una densidad de filamento lineal entre 0.1 y 500 dtex y una resistencia a la tensión mayor de 3200 mN/tex. Preferiblemente, la resistencia a la tensión es mayor de 3300, de preferencia mayor de 3500 mN/tex. La invención también se refiere a una película sintética orgánica en donde el módulo de la película es de por lo menos 14 Gpa, de preferencia por lo menos 20 Gpa. Las mediciones de Favimat se realizaron de la siguiente manera. Se seleccionaron aleatoriamente 25-75 filamentos de una pieza de 100 mm de una fibra, y se suspendieron en el depósito de fibra de un Favimat (Textechno, Monchengladbach, Alemania) con pesos de pretensión de 50 mg. De cada filamento se determinó automáticamente la finura y su curva de fuerza-elongación, usando las condiciones de prueba: Temperatura 21 °C Humedad relativa 65% Longitud de galga 25.4 mm Cuenta de pretensión de fibra 1.0 cN/tex Velocidad de abrazadera 2.54 mm/min Como valores de las propiedades mecánicas se tomaron los valores promedio de las propiedades de los filamentos. Se obtuvieron los siguientes resultados.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para obtener una fibra o película tubular sintética orgánica, aromática heterocíclica, con resistencia a la tensión o módulo alto, que comprende hilar un polímero sintético orgánico con una fibra tubular aromática heterocíclica, u obtener el polímero sintético orgánico como una película tubular aromática heterocíclica, seguido por carga de la fibra o película en presencia de un auxiliar de procesamiento, a una temperatura inferior al punto de ebullición del auxiliar de procesamiento y superior a -50 °C, a una tensión de 10 a 95% de la resistencia a la ruptura de la fibra o película, seguido por remoción del auxiliar de procesamiento o un paso de calentamiento a una tensión de 10 a 95% de la resistencia a la ruptura de la fibra o película.

2. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la fibra hilada o la película obtenida es sometida al paso de carga.

3. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque el paso de carga se realiza a una temperatura entre -18 °C y la temperatura ambiente, de preferencia entre 0 °C y 20 °C.

4. - El procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque el paso de calentamiento se realiza a 100 °C o más.

5. - El procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, para hacer una fibra o película, caracterizado además porque la fibra hilada o la película obtenida se somete a un paso de tratamiento con el auxiliar de procesamiento en la fase de gas o vapor a una temperatura entre 50 °C y 300 °C, de preferencia entre 80 °C y 00, °C, entre el paso de carga y de calentamiento.

6. - El procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque el auxiliar de procesamiento es una solución acuosa, preferiblemente agua.

7. - El procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado además porque el auxiliar de procesamiento es removido simultáneamente al realizar el paso de calentamiento.

8.- El procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado además porque la fibra o película tubular sintética orgánica heterocíclica es una fibra o película PIPD.

9. - Una fibra sintética orgánica obtenible por medio del procedimiento que se reclama en la reivindicación 1 , caracterizada- porque la fibra es PIPD con una densidad de filamento lineal entre 0.1 y 500 dtex y una resistencia a la tensión promedio mayor de 3200 mN/tex.

10. - La fibra sintética orgánica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada además porque la resistencia a la tensión promedio es mayor de 3500 mN/tex.

11.- Una película sintética orgánica obtenible por medio del procedimiento que se reclama en la reivindicación 1 , caracterizada porque el módulo de la película es de por lo menos 14 Gpa, de preferencia por lo menos 20 Gpa.