PT1360353E - Fio híbrido termoestável reforçado - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

Fio Híbrido Termoestável Reforçado [0001] A presente invenção tem por objectivo apresentar um fio híbrido termoestável reforçado.

[0002] Os fios de fibras, reforçados por um fio central coaxial, conhecidos através da patente europeia n.° 0271 418, são obtidos com máquinas de fiação modificadas. Os fios centrais destes fios são realizados a partir de fibras orgânicas de elevada resistência de módulo alto, pertencentes à família dos PPTA (poli-para-fenileno- tereftalamida) ou outras fibras de síntese com elevadas propriedades mecânicas (elevada resistência, módulo alto). Estes fios encontram numerosas aplicações no domínio da produção de tecidos destinados à protecção individual de pessoas que trabalham em diferentes sectores como a protecção civil, os sectores expostos da indústria, determinadas fardas militares, mas também nos domínios civis, como o desporto e o prazer.

[0003] As características fundamentais que os tecidos destinados à protecção de pessoas que trabalham na presença de riscos associados ao ambiente têm de ter são recordadas em baixo. Na tabela 1 encontram-se informações detalhadas de forma de incluir todas as situações precedentes.

Risco Requisitos de Qualidade e Desempenho do tecido Termoestabilidade Isolamento Térmico Convectivo Condutivo Isolamento Termo Radioativo Resistência à Tracção Resistência ao Rasgo Sustentabilidade do Desempenho Chamas 6 6 6 6 3 3 6 Calor Convectivo 6 6 6 3 3 3 6 Calor radioact ivo 6 6 6 6 3 3 6 Flash Térmico 6 6 6 6 3 3 6 Projecção de metal fundido 6 6 6 3 3 3 6 Risco Químico 3 3 3 3 6 6 6 Risco Mecânico 3 3 3 3 6 6 6 1 [0004] Uma escala de classificaçao de 1 a 6 é interpretada da seguinte forma: 0 número 1 corresponde a exigências fracas, as últimas cruzam de forma continua o número 6 que corresponde a exigências muito fortes para o critério considerado e responde à grande maioria das normas em vigor.

[0005] A tabela 2 coloca em evidência as caracteristicas de um tecido obtido a partir de um fio produzido a partir dos seguintes materiais, de acordo com a patente citada em cima: — fios centrais produzidos a partir de uma fibra PPTA com os seguintes desempenhos: • Tenacidade 24 cN /dtex (cN = centiNewton) • Módulo > 45 GPa soit 290 cN/dtex • Titulo unitário >0,8 dtex • Alongamento da ruptura 3,5 à 5 % — fibras de cobertura utilizadas: meta-aramida ou poliamida-imida com os seguintes desempenhos: • Tenacidade 3 à 4 cN/dtex • Módulo - 50 à 60 cN/dtex • Titulo 1,5 à 2,5 dtex 2

Tabela N°. 2

Risco Desempenho qualitativo fornecido pelo tecido Termoestabilidade Isolamento Térmico Convectivo Condut ivo Isolamento Termo Radioativo Resistência à Tracção Resistência ao Rasgo Sustentabilidade do Desempenho Chamas 6 6 6 6 6 6 6 Calor Convectivo 6 6 6 6 6 6 6 Calor radioactivo 6 6 6 6 6 6 6 Flash Térmico 6 6 6 6 6 6 6 Projecção de metal fundido 6 6 6 6 6 6 6 Risco Químico 6 6 6 6 6 6 6 Risco Mecânico 6 6 6 6 6 6 6 [0006] É de notar que o índice máximo de 6 se encontra no conjunto dos critérios indicados. Em comparação com a última tabela, constatamos que o produto é largamente subdimensionado para corresponder às exigências. Esta questão afecta também o preço do produto que se encontra assim penalizado por uma superabundância de propriedades.

[0007] De uma forma geral, a experiência demonstrou que os desempenhos pedidos pela tabela 1 não foram atingidos porque a concentração nos fios com fibras de elevada resistência e módulo alto são superiores a 23 % do total do fio em percentagem.

[0008] De acordo com a técnica anterior, ilustrada pela tabela de desempenhos 2, é bastante difícil produzir fios que não contenham 23 % de fios centrais. De facto, para um fio global de Nm 45/2, o fio central deverá ter uma » 196 Nm. titulaçao de 0>23 . As impossibilidades sao todas de natureza económica. A produção de um tal cordão, mesmo com a proporção de 23 % em percentagem de peso, retiraria os produtos da concorrência existentes no mercado. A análise de todos estes factores levou-nos a reflectir sobre uma nova solução que nos permita aproximar dos critérios de desempenhos da tabela 1. 3 [0009] Os fios utilizados para a produção de tecidos que correspondem aos critérios da tabela 1 são sempre os fios que incluem dois cordões ou filamentos elementares. Por exemplo, Nm 36/2, 40/2 45/2, 50/2...

[0010] 0 documento FR 2 611 749 descreve um fio híbrido de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

[0011] 0 objectivo da invenção é fornecer um fio híbrido termoestável reforçado, em que os elementos de reforço possam estar presentes em quantidade inferior do que nos fios já conhecidos, assim permitindo uma dosagem da concentração das fibras de reforço em função da aplicação e para satisfazer os imperativos económicos, ao mesmo tempo que permite um fabrico clássico deste fio.

[0012] Para este efeito, o respectivo fio inclui pelo menos um filamento produzido com um fio central de reforço em cordão de fibras de módulo alto e com elevada resistência, à base de material orgânico ou inorgânico e uma cobertura em fibras clássicas longas ou curtas de baixo módulo, sendo os outros filamentos em fibras clássicas longas ou curtas de baixo módulo, estando os outros filamentos organizados de modo a assegurar a protecção da cobertura dos filamentos com um fio central de reforço.

[0013] É de notar que com uma tal concentração do fio central no filamento unitário na presente invenção, a parte que cobre o cordão de fibras que constitui o fio central se encontra bastante diluído e, por consequência, sujeito a desgaste. A associação de fios centrais que contém um filamento produzido através de uma técnica clássica, tal como a fiação de fibras longas ou curtas, permite a protecção dos filamentos que contêm o fio central de 4 reforço, através de cobertura mútua e parcial destes filamentos pelos outros filamentos.

[0014] De acordo com uma possibilidade, este filamento é constituído por um filamento retorcido naqueles fios centrais produzidos por torção. Num tal caso, as espirais que constituem os fios centrais produzidos em fibra clássica cobrem parcialmente as espirais produzidas a partir dos filamentos que incluem o fio central de reforço, assegurando uma melhor resistência ao desgaste.

[0015] Noutro caso, os outros fios centrais asseguram uma protecção das fibras dos cordões do fio central contra a acção dos raios ultravioleta e permitem igualmente confinar a fibrilação dos materiais ao alto módulo e à elevada resistência ao interior de um filamento, o que permite conservar as propriedades do aspecto correcto do tecido final mesmo depois de numerosas lavagens ou de uma utilização intensa.

[0016] De acordo com uma forma de execução deste filamento, este compreende dois fios centrais, em que um compreende dois fios centrais de reforço e o outro compreende fibras clássicas longas ou curtas de baixo módulo.

[0017] De forma vantajosa, a concentração em peso do fio central em relação ao peso total do filamento encontra-se entre 23 e 35%.

[0018] 0 fio central de reforço tem a tendência natural de possuir um par de torção permanente que desequilibra o fio híbrido. Os fios clássicos que constituem a outra fracção do fio híbrido são constituídos na totalidade por fibras de baixo módulo e pouca resistência. Consequentemente, estas fibras não possuem o par de torção susceptível de 5 equilibrar o fio híbrido. Para criar este equilíbrio é necessário manter um espaço entre as torções unitárias dos fios que compõem o fio híbrido. Assim, o fio híbrido respeita uma condição de equilíbrio das torções de acordo com a seguinte fórmula: 0,85a4ft 0,9afí) em que:

Kac = torção do filamento com fio central de reforço (t/m) Tt = título do filamento clássico (Nm) a = coeficiente da torção com 80 < oí < 110 [0019] De acordo com uma característica da invenção, as fibras utilizadas para a realização do fio central de reforço são um módulo superior de 40 G Pa e uma resistência à ruptura superior a 13 cN/dtex.

[0020] De acordo com uma possibilidade, as fibras utilizadas para a realização do fio central de reforço são escolhidas entre os poliparafenilenos tereftalamida (PPTA), polibenzobizoxazol (PBO) e poliétileno (PE) com elevado peso molecular.

[0021] De acordo com uma primeira forma de execução, as fibras de baixo módulo utilizadas para a cobertura do fio central de reforço e para a realização de outros filamentos são escolhidas entre as meta-aramidas e a poliamida-imida.

[0022] De acordo com outra forma de execução, as fibras de baixo módulo utilizadas para a cobertura do fio central de reforço e para a realização de outros filamentos são 6 constituídas por fibras poliméricas não inflamáveis na massa.

[0023] De acordo com ainda outra forma de execução, as fibras de baixo módulo utilizadas para a cobertura do fio central de reforço e para a realização de outros filamentos são constituídas por fibras vegetais inflamáveis ou não inflamáveis.

[0024] É de notar que é possível combinar diferentes tipos de fibras, por exemplo fibras poliméricas não inflamáveis na massa e fibras vegetais como algodão.

[0025] A fim de melhorar as características do tecido que será obtido com a ajuda deste fio, um dos respectivos componentes contém uma fracção de fibras condutoras ou dissipadoras de cargas electrostáticas.

[0026] Se analisarmos um fio retorcido com 2 filamentos, é possível imaginar uma construção do seguinte tipo, representada pela figura única do desenho esquemático em anexo: - Um primeiro filamento 2 realizado com um eixo central 3 e um cordão de fibras de elevada resistência e alto módulo e uma cobertura 4 realizada com uma fibra termoestável. - Segundo cordão realizado sem fio central mas constituído de forma clássica com fibras longas ou curtas termoestáveis a 100%.

[0027] Para obter uma concentração superior a 23 %, será suficiente realizar o fio central em relação à condição: 7 τ 2 Τα >0,23 (1)

Tt = Título total do filamento Ta = Título do fio central [0028] 0 título do fio central será dado a partir de (1)

Ta <

Tt2x0,23 (2) [0029] Um primeiro exemplo concreto, não limitado pelo âmbito da invenção, fará compreender melhor a construção do filamento final.

[0030] É necessário obter um tecido termoestável correspondente às exigências da tabela (1) a partir de uma massa superficial entre 210 e 215 g/m2.

[0031] Para obter um tecido suficientemente estruturado, o título Tt deve ser Tt = 45 Nm

Estudo do primeiro filamento 2 que constitui o fio retorcido: [0032] 0 título do fio central é, neste caso:

Ta < -dl— = 97,8 Nm (3) 2x0,23 [0033] Será constituído por 100% de fibras de elevada resistência e de alto módulo. Para fins de segurança iremos 8 adoptar Nm 90, que verifica a condição (2) . Neste caso, a concentração do fio central no primeiro filamento é: E. Ta

Cf — 4*5 ™ “0,5 (4) 90 ' [0034] As fibras de cobertura deste primeiro fio central são constituídas por fibras termoestáveis, "curtas" ou "longas", que dão o resultado final de

Tt» 0,5. Ta = 0,5 x 90 = 45 Nm (5)

Estudo do segundo filamento 5 que constitui o fio retorcido: [0035] Este fio é um fio clássico, obtido em fibras longas ou curtas, que contêm 100% de fibras termoestáveis da mesma natureza que a fibra utilizada para a cobertura do fio central do primeiro filamento.

[0036] 0 fio 6 assim constituído pode ser esquematizado da seguinte forma:

Ta : título do fio central 100% de fibras de elevada resistência e alto módulo Tc : título da cobertura de fibras curtas ou longas termoestáveis Tt : título do segundo filamento constituído por fibras termoestáveis longas ou curtas Nm45 T : título do fio retorcido 9 (6) [0037] O título final do fio global é assim :

1 _ 1 1 I T Ta + Tc + Tt seja no caso descrito : T=_ TaTcTt

TcTt+TaTt+TaTc T = 22,5 Nm ou 45/2 Nm

Assim, a composição deste fio é: [0038] Um segundo exemplo não limitado a um fio de acordo com a invenção é descrito como se segue:

Serve para produzir um tecido não inflamável, dimensionalmente estável, destinado a ser utilizado na metalurgia do alumínio. Este tecido deve ter uma massa superficial de 250g/m2. A presença do fio central de elevada resistência e de alto módulo é indispensável por duas razões: — Estabilidade do tecido utilizado a temperaturas elevadas > 100° R<2% — Para obter uma massa superficial de 250 g/m2, o título deve ser

Tt = 36 Nm

Estudo do primeiro filamento que constitui o fio retorcido [0039] Neste caso, o titulo do fio central é: 10 Τα< 362x0,23 =78,3ΛΓ/μ (θ) [0040] Por motivos de segurança adoptámos Nm 72, que verifica a condição (9) . Neste caso, a concentração do fio central no primeiro filamento é:

Cl

TtTa

(10) [0041] É constituído por 100% de fibras de elevada resistência e alto módulo. As fibras de cobertura deste primeiro filamento são constituídas por 50% de fibras PVA (álcool polivinílico) e 50% de fibra de algodão, que dá um resultado de (11)

Tt=72x0,5 ^36JVm

Estudo do Segundo filamento que constitui o fio retorcido [0042] 0 f ilamento é um fio clássico, obtido por uma mistura ponderai de 50% de fibras PVA, e de 50% de fibras de algodão, realizado com técnica algodoeira.

[0043] Ta, Tc, Tt e T são definidos como anteriormente descritos e o título final do fio global é o seguinte:

TaTc.Tt

TcTt+TaTt+TaTc 11 Τ = 18 Nm ou 36/2 Nm [0044] Assim, a composição do fio é: - fibras de elevada resistência e de alto módulo 25% - fibras termoestáveis 75% [0045] A tecnologia descrita anteriormente permite obter os fios e os tecidos em que os desempenhos podem ser doseados à priori, o que não é permitido pela técnica anterior, ou os fios que os constituem têm todos a mesma composição, com as impossibilidades técnico-económicas para fazer face à fraca concentração nos fios de elevada resistência e de módulo alto.

[0046] É de notar que uma das vantagens desta tecnologia é de subtrair as fibras dos fios centrais à acção dos raios UV muito prejudiciais no caso da utilização das fibras PPTA e PBO, ainda que todas as fibras contenham grupos de amidos e aromatizantes.

[0047] Este sistema permite igualmente confinar a fibrilação dos materiais de alto módulo e elevada resistência ao interior de um dos fios que constituem o fio completo e assim conservar as propriedades dos aspectos correctos, mesmo depois de numerosas lavagens ou uma utilização intensa. 12

Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Fio híbrido termoestável que inclui pelo menos um filamento (2) realizado com um fio central de reforço em cordão de fibras de módulo alto e elevada resistência, à base de material orgânico ou inorgânico e uma cobertura (4) em fibras clássicas longas ou curtas de baixo módulo, sendo os outros filamentos (5) constituídos por fibras clássicas longas ou curtas de baixo módulo, estando estes outros filamentos destinados a assegurar a protecção da cobertura dos filamentos (2) com um fio central de reforço (3) caracterizado pelo facto de ser constituído por um fio retorcido como aquele em que os diferentes filamentos (2, 5) são montados por torção, e pelo facto de respeitar uma condição de equilíbrio das torções de acordo com a fórmula: OfiSay/Tt 0 em que : Kac = torção do filamento com fio central de reforço (t/m) Tt = título do filamento clássico (Nm) α = coeficiente de torção com 80 ^ α ^ 110
2. 2. Fio híbrido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de incluir dois filamentos (2, 5) em que um (2) compreende - fibras de elevada resistência e módulo alto 25% - fibras PVA FR + algodão 75% 1 e fio central de reforço (3) e em que o outro (5) compreende as fibras clássicas longas ou curtas de baixo módulo.
3. 3. Fio híbrido de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a concentração em peso do fio central (3) em relação ao peso total do fio (6) se encontrar entre 23 e 35%.
4. 4. Fio híbrido de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de que as fibras utilizadas para a realização do fio central de reforço (3) têm um módulo superior a 40 G Pa e uma resistência à ruptura superior a 13 cN/dtex.
5. 5. Fio híbrido de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de as fibras utilizadas para a realização do fio central de reforço (3) serem escolhidas entre os poliparafenilenos tereftalamida (PPTA), polibenzobizoxazole (PBO) e poliétileno (PE) com elevado peso molecular.
6. 6. Fio híbrido de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de as fibras de baixo módulo utilizadas para a cobertura (4) do fio central de reforço (3) e para a realização dos filamentos (5) serem escolhidas entre as meta-aramidas e as poliamidas-imidas.
7. 7. Fio híbrido de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de as fibras de baixo módulo utilizadas para a cobertura (4) do fio central de reforço (3) e para a realização dos outros filamentos (5) serem constituídas por fibras poliméricas não inflamáveis na massa. 2
8. 8. Fio híbrido de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de as fibras de baixo módulo utilizadas para a cobertura (4) do fio central de reforço (3) e para a realização dos outros filamentos (5) serem constituídas por fibras vegetais inflamáveis ou não.
9. 9. Fio híbrido de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo facto de um dos seus componentes conter uma fracção de fibras condutoras ou dissipadoras de cargas electrostáticas. 3