PT1819870E - Método para melhorar a coesão de feixes de fios de aramida - Google Patents

Description

ΡΕ1819870 ι

DESCRIÇÃO

"MÉTODO PARA MELHORAR A COESÃO DE FEIXES DE FIOS DE ARAMIDA" O invento diz respeito a um método para melhorar a coesão de feixe de um feixe de fios de aramida, a um método para tricotar, costurar, ou entrançar os referidos feixes de fios de aramida, e a tubos tricotados compreendendo os referidos feixes para aplicações na indústria automóvel.

Os cordões de aramida feitos de fios fiados ou de fios estirados com ruptura são frequentemente usados como materiais de reforço de borracha, materiais termoplásticos ou termoendurecidos. 0 cordão de aramida consiste em dois ou mais fios fiados torcidos ou fios estirados com ruptura que são trabalhados sob a forma de um cordão. 0 cordão é usado tal qual ou, depois de ser processado num equipamento adequado, sob a forma de uma malha, de um entrançado um ou de um tecido. No entanto, o processamento desses cordões de aramida em máquinas é problemático e muitas vezes dá origem a interrupções ou a repetidas paragens da máquina de tricotar, entrançar, costurar, ou do tear, que é usada (o) . Além disso, durante o processamento, esses cordões de aramida 2 ΡΕ1819870 perdem facilmente filamentos e partes de polímero que se desprendem facilmente dos fios individuais e vão formar depósitos sobre e dentro de peças da máquina. Particularmente, o bloqueamento das agulhas usadas para tricotar ou costurar dá origem a irregularidades na forma final do reforço. Em consequência dessas irregularidades, o reforço do cordão falha na matriz e o tempo de vida do material de reforço é reduzido drasticamente.

Os feixes de fibras de aramida têm sido tratados com vários componentes. Por exemplo no documento JP 10158939 um feixe de fios multifilamento, incluindo fios de aramida, é tratado com um óleo para evitar a formação de felpa durante os processos de acabamento. No documento JP 09041274 um feixe de fibras de aramida é tratado com um poliéster solúvel em água para melhorar a capacidade de formação de feixes, mas os materiais são utilizados para aplicações completamente diferentes, isto é, são utilizados como materiais de reforço para materiais de fortalecimento.

Quando os feixes de fios de aramida são utilizados para tricotar, entrançar e costurar, os feixes conhecidos têm os inconvenientes acima mencionados. Os fios (fibras) de aramida adequados não são conhecidos para tal fim. Por conseguinte, um objectivo do presente invento consiste em proporcionar um feixe de fios de aramida que tenha uma excelente coesão de feixe e ao mesmo tempo um baixo 3 ΡΕ1819870 coeficiente de atrito para permitir que a operação de tricotar, entrançar e costurar seja uma operação fácil de realizar. 0 termo "feixe de fios de aramida" inclui um feixe de pelo menos dois fios individuais, particularmente cordões feitos de fios de aramida.

No documento US 4455341, um fio multifilamento de uma poliamida aromática, em particular poli-p-fenileno tereftalamida, foi dotado de uma goma solúvel em água. Além da goma, o fio pode ser dotado de uma cera não-iónica. 0 fio engomado é usado como fio de trama e urdidura na indústria de tecelagem. Agora descobriu-se (ver exemplo 3) que o atrito do fio assim tratado com cera não-iónica ainda era demasiado elevado para fazer com que estes fios sejam opti-mamente adequados para uso em máquinas de tricotar cordão. Por conseguinte, ainda há a necessidade de obtenção de fios com um baixo coeficiente de atrito e ao mesmo tempo tendo uma boa coesão de feixe.

Foi agora descoberto um método que satisfaz essas exigências. Para esse efeito, o invento diz respeito a um método para melhorar a coesão de feixe de um feixe de fios de aramida e para diminuir o seu coeficiente de atrito, compreendendo a etapa que consiste em adicionar ao feixe de fios 0,1 - 3,0% em peso, com base no peso de fios, um agente de ligação solúvel em água ou de dispersivel em água, formador de uma película, seguida pela etapa que consiste 4 ΡΕ1819870 em tratar o feixe de fios com um óleo tendo uma viscosidade intrínseca inferior a 100 mm2/s (a 25°C).

Os feixes de fios de aramida, tais como cordões, de acordo com o invento são tratados com um agente de ligação formador de uma película e com um acabamento de sobreposição. 0 agente de ligação melhora a coesão entre filamentos e fios e deve ser um polímero formador de uma película. De preferência, o agente de ligação é um poliuretano e/ou uma resina de poliéster sulfonado, solúvel em água ou dispersível em água.

Exemplos de poliésteres adequados são os polímeros derivados de um ácido dicarboxílico sulfonado, de um ácido dicarboxilico e de um diol. É preferido o poliéster derivado de ácido dimetil sódio sulfo-isoftálico, de ácido isoftálico e de etilenoglicol. Um tal produto é comercializado sob o nome comercial Eastman® LB-100.

Exemplos de poliuretanos adequados são as dispersões de poliéter-poliuretano ou de poliéster-poliuretano, comercializadas sob os nomes comerciais Alberdingk® U400N e Impranil® DLF, respectivamente. O acabamento de sobreposição é um óleo com baixa viscosidade intrínseca, que reduz o atrito entre os fios e o metal do cordão. De preferência, o acabamento de sobreposição é um óleo de éster. Estas caracteristicas do 5 ΡΕ1819870 cordão vão fazer com as operaçoes de tricotar, de costurar, ou de entrançar vão ter um comportamento isento de falhas.

Exemplos de óleos adequados são os seguintes: estearato de 2-etil-hexilo, palmitato de 2-etil-hexilo, laurato de n-butilo, caprilato de n-octilo, estearato de butilo ou misturas dos mesmos. Um óleo de éster preferido é uma mistura de estearato de 2-etil-hexilo e de palmitato de 2-etil-hexilo, que é comercializado sob o nome comercial LW® 245. 0 uso da anteriormente referida goma tal e qual é conhecido através do documento US 4.455.341. No entanto, essa patente diz respeito à aplicação de goma em fibras individuais para melhorar a coesão dos filamentos na fibra, mais do que à aplicação de goma num feixe de fios mais para melhorar a coesão dos fios individuais do que a dos filamentos. Além disso, essa patente requer o uso de uma cera não-iónica, uso esse que seria prejudicial quando se usasse o feixe de fios num dispositivo de tricotar. 0 feixe de fios que pode ser tratado de acordo com o presente método inclui qualquer fio de aramida, incluindo fios fiados e fios estirados com ruptura. Os fios estirados com ruptura (também conhecidos como fios fiados (spunnized)) são particularmente adequados para uso no presente método. Aramidas adequadas incluem os fios meta- e para-aramida, tais como os fios Teijinconex® [poli-(meta- 6 ΡΕ1819870 fenileno isoftalamida); MPIA], os fios Twaron® [poli-(para-fenileno); PPTA] e os fios Technora® [co-poli-(parafenileno/3,4'-oxidifenileno-tereftalamida)].

Finalmente, um dos objectivos do invento também consiste em proporcionar um método para tricotar, costurar, ou entrançar feixes de fios de aramida que compreende o uso de um feixe de fios ao qual tenha sido adicionado 0,1 - 3,0% em peso, com base no peso de fios, de um agente de ligação solúvel em água ou dispersivel em água, formador de uma pelicula, seguida pela etapa que consiste em tratar o feixe de fios com um óleo tendo uma viscosidade intrínseca inferior a 100 mm2/s.

Os fios que são tratados de acordo com o método do invento mostram fortes propriedades de coesão, isto é, o cordão contendo estes fios tem uma baixa tendência para se dividir em fios individuais. Além disso, o feixe (cordão) mostrou ter propriedades de atrito melhoradas. Por conseguinte, os feixes de fios do invento são adequados para utilização em métodos para tricotar, costurar, ou entrançar, e para a produção de tubos tricotados para uso em aplicações na indústria automóvel. 0 invento irá ser explicado de uma maneira mais pormenorizada e as suas vantagens são mostradas nos seguintes exemplos ilustrativos não limitativos. 7 ΡΕ1819870

Determinação do coeficiente de atrito (f) (entre fios e metal)

Para a determinação do coeficiente de atrito do cordão, o cordão foi guiado da bobina para um dispositivo de tracção magnético. Em seguida passou por uma cabeça de medição de tracção (pré-tracção Tl), por um pino de atrito (ângulo de envolvimento 90°), por uma segunda cabeça de medição de tracção (pós-tracção T2) e por uma polia. Finalmente o cordão foi enrolado. Durante a determinação foi medida a pós-tracção (T2) . O coeficiente de atrito foi calculado sob as seguintes condições:

Condições climáticas ambienta Velocidade do cordão/polia: Pré-tracção (Tl): Pino de atrito: Diâmetro do pino de atrito: s: 20°C/65% HR 50 m/min 50 cN fixada por meio de um dispositivo de tracção magnético aço revestido com crómio, polido 3 2 mm Cálculo do coeficiente de atrito (f): f = 1/α * ln (T2/T1) em que a = ângulo de envolvimento em radianos (½ π)

Teste de corte

Uma amostra de cordão de 100 cm de comprimento é suspensa verticalmente sobre uma mesa. A sua extremidade ΡΕ1819870 presa num grampo. À extremidade inferior, livre, da amostra é fixado um peso próprio para que a tracção exercida sobre o cordão seja de 0,15 cN/dtex. Deve ser evitada a rotação do cordão suspenso livremente. Subsequentemente, o cordão é cortado com uma tesoura a 75 cm abaixo do ponto de suspensão. Em seguida, nos restantes três quartos da amostra de cordão em suspensão, é medido o comprimento da recém-formada extremidade afunilada no ponto onde o cordão foi cortado. A extensão ao longo da qual o cordão se abriu longitudinalmente em resultado de ter sido cortado sob a acção da anteriormente referida tracção é indicativa do grau de coesão dos fios. 0 teste é realizado cinco vezes e o valor médio (cm) é o valor do teste de corte. O teste é indicativo da capacidade de adesão dos fios individuais no feixe de fios.

Exemplo 1 (experiências IA - 1J, 2A - 2J, 3A - 3J, 4)

Este exemplo ilustra a aplicação de um agente de ligação em combinação com um acabamento de sobreposição num cordão de torcedura tripla de Teijinconex® KB. O cordão foi produzido a partir de fios estirados com ruptura Teijinconex® KB (1100 dtex x 3Z80) e foi submetido aos tratamentos que se indicam a seguir.

Um cordão enrolado em maço foi sendo desenrolado ao mesmo tempo que o cordão foi sendo obrigado a passar sucessivamente sobre um aplicador de liquido A, através de uma caixa de vapor (temperatura 240°C, tempo de permanência 9 ΡΕ1819870 10 segundos) e sobre um aplicador de líquido B, sendo por fim novamente enrolado em maço a uma velocidade de 60 m/min.

Com o aplicador líquido A e uma bomba de tubulação, o cordão foi tratado com um agente de ligação aquoso mencionado na Tabela I. Com o aplicador de líquido B e uma bomba de seringa, o cordão foi tratado com o acabamento de sobreposição (óleo puro) mencionado na Tabela II.

As seguintes condições do processo foram obrigadas a variar: a) a composição do agente de ligação b) a quantidade doseada do agente de ligação c) a quantidade doseada do acabamento de sobreposição

Os cordões produzidos foram testados com respeito ao seu atrito entre fios e metal e à coesão de feixe de acordo com o teste de corte. Além disso foram determinadas as características mecânicas e o teor de humidade de alguns cordões.

Como referência Teijinconex® KB não tratado na Tabela III. foi testado cordão de Os resultados são mostrados

Os cordoes das experiências 2B e 1E mostraram um 10 ΡΕ1819870 excelente comportamento de tricotagem numa máquina de tricotar circular Lucas, enquanto que o cordão não tratado (experiência 4) mostrou um mau desempenho de tricotagem (paragens e falhas) na mesma máquina.

Tabela I Agentes de ligaçao aquosos à base de poliéster e poliuretano Código de composição da resina al a2 a3 bl b2 b3 cl c2 c3 Concentração de resina em % em peso 1,0 2,0 3,0 1,0 2,0 3,0 1,0 2,0 3,0 Eastman LB-100 (100%) 1,0 2,0 3,0 Alberdingk U 400N (40%) 2,5 5,0 7,5 Impranil ® DLF (40%) 2,5 5,0 7,5 Água desmineralizada 99,0 98,0 97,0 97,5 95,0 92,5 97,5 95,0 92,5 Eastman LB-100 é um polímero de poliéster dispersível em água, fornecedor Eastman Chemical Company, Kingsport, EUA. Alberdingk U 400N (40%) é uma dispersão de poliéter-poliuretano em água, fornecedor Alberdingk Boley GmbH, Krefeld, Alemanha. Impranil® DLF (40%) é uma dispersão de poliéster-poliuretano em água, fornecedor Bayer AG, Leverkusen, Alemanha.

Tabela II Acabamento de sobreposição Código de acabamento da sobreposição D Concentração em % em peso 100 LW 245 100 LW 245 é um óleo de éster de baixa viscosidade (mistura de estearato de 2-etil-hexilo e de palmitato de 2-etil-hexilo) com uma viscosidade de 14,6 mm2/seg (25°C), fornecedor Cognis, Dusseldorf, Alemanha. 11 ΡΕ1819870

Tabela III Resultados do exemplo 1

Exp. Agente de Acabamento Teor de Resis- Densi- Alonga- Coefici- Valor ligação de sobrepo- humi- tência dade mento ente de teste No. quantida- có- sição dade linear atrito corte de no fio o. digo Tret N81 o. N dtex o. f cm IA* 0,3 al nenhum 4,1 131 3563 12,1 0,50 7,7 1B 0,3 al 0,30% 3,9 0,38 6,5 1C 0,3 al 0,50% 4,0 0,38 9,2 1D* 0,6 a2 nenhum 3,7 139 3556 12,2 0,51 2,2 1E 0,6 a2 0,30% 0,39 1,9 1F 0,6 a2 0,50% 0,39 1,9 1G* 0,9 a3 nenhum 3,7 133 3632 12,1 0,52 1,6 1H 0,9 a3 0,30% 0,37 1,2 1J 0,9 a3 0,50% 0,36 1,4 2A* 0,3 bl nenhum 4,6 135 3486 12,3 0,50 4,4 2B 0,3 bl 0,30% 0,44 6,1 2C 0,3 bl 0,50% 0,43 5,8 2D* 0,6 b2 nenhum 4,1 130 3526 12,0 0,50 1,7 2E 0,6 b2 0,30% 0,43 2,4 2F 0,6 b2 0,50% 0,43 1,7 2G* 0,9 b3 nenhum 3,9 129 3641 11,3 0,52 1,2 2H 0,9 b3 0,30% 0,46 1,4 2J 0,9 b3 0,50% 0,45 1,1 3A* 0,3 cl nenhum 3,9 133 3570 11,4 0,50 4,1 3B 0,3 cl 0,30% 0,43 6,5 3C 0,3 cl 0,50% 0,42 5,3 3D* 0,6 c2 nenhum 3,8 122 3527 10,3 0,49 2,4 3E 0,6 c2 0,30% 0,43 1,8 3F 0,6 c2 0,50% 0,42 2,7 3G* 0,9 c3 nenhum 3,7 141 3537 11,9 0,49 1,4 3H 0,9 c3 0,30% 0,43 1,2 3J 0,9 c3 0,50% 0,41 1,5 Cordão de Teijinconex® KB 4* não tratado 4,0 135 3478 11,9 0,52 28,4 * exemplos de comparação 12 ΡΕ1819870

Exemplo 2 (experiências 5, 6)

Um cordão foi produzido a partir de fios estirados com ruptura Teijinconex® KB (1100 dtex x 2Z120) e foi submetido ao mesmo tratamento como descrito para a ante-riormente referida experiência 1E. Como referência, foi testado cordão Teijinconex® KB não tratado. Os resultados são mostrados na Tabela IV. O cordão tratado de acordo com o invento mostrou uma excelente coesão de feixe e um baixo coeficiente de atrito.

Tabela IV Resultados das experiências 5 e 6

Exp. Agente de Acabamento Teor de Resis- Densida- Alonga- Coeficien- Valor ligação de sobrepo- humi- tência de mento te de teste No. quantida- códi- sição dade linear atrito corte de no fio o. go Tret N81 o, o N dtex Ct f cm 5 0,6 a2 0,30% 1,8 97 2352 12,1 0,35 0,6 Cordão de Teijinconex® KB 6* não tratado 3,7 96 2270 12,2 0,44 12,1 * exemplo de comparação A Fig. 1 é uma fotografia que mostra o efeito do método do invento.

Na fotografia é mostrado um cordão não tratado (A) (3 x 1100 dtex) em comparação com um cordão (B) tratado de acordo com o invento, após o teste de corte. 13 ΡΕ1819870

Exemplo 3

Neste exemplo é mostrado o efeito de um óleo tendo uma viscosidade intrínseca inferior a 100 mm2/s a 25°C em comparação com uma cera não-iónica.

Um cordão foi produzido a partir de fios estirados com ruptura Teijinconex® KB (1100 dtex x 3Z80) . Este cordão foi submetido aos tratamentos que se indicam a seguir. O cordão enrolado em maço foi sendo desenrolado ao mesmo tempo que o cordão foi sendo obrigado a passar sucessivamente sobre um aplicador de líquido A, através de um forno de ar quente (temperatura 240°C, tempo de permanência 10 segundos) e sobre um aplicador de líquido B (no caso de óleo) ou sobre um rolo metálico aquecido C (no caso da cera) , sendo por fim novamente enrolado em maço a uma velocidade de 36 m/min. Com o aplicador de líquido A e uma bomba de tubulação, o cordão foi tratado com 0,6% em peso do agente de ligação Eastman LB 100 (polímero de poliéster dispersível em água, fornecedor Eastman Chemical Company, Kingsport, EUA) a partir de uma solução aquosa a 2,0% em peso. 0 cordão foi tratado com óleo LW 245 (viscosidade de 14,6 mm2/s a 25°C) usando B aplicador de liquido e uma bomba de seringa.

No exemplo de comparação o cordão foi tratado com a cera em fusão Bevaloid® 356 usando o rolo aquecido C. A 14 ΡΕ1819870 cera Bevaloid® 356 é uma cera não-iónica (fornecedor Kemira Chimie SA, Lauterbourg, França) e é recomendado pela Kemira como substituto para a cera não-iónica Sopromine® CF, que já não é comercializada. 0 coeficiente de atrito (entre fios e metal) dos cordões tratados foi determinada como aqui foi anteriormen-te explicado.

Os resultados são mostrados na Tabela V apresentada a seguir.

Tabela V Coeficiente de atrito de cordoes Teijinconex® KB tratados

Agente de ligação Eastman LB 100 sobre o cordão (% em peso)1 Acabamento de sobreposição1 Coeficiente de atrito f LW 245 (óleo) sobre o cordão (% em peso) Bevaloid® 356 sobre o cordão (% em peso)2 0,6* nenhum nenhum 0,36 0,6 0,5 0,24 0,6 1,0 0,24 0,6* 0,5 0,28 0,6* 1,0 0,31 1 quantidade doseada 2 para aplicar a quantidade correcta de cera, em primeiro lugar foi feita uma curva de calibragem (absorção de cera em função da velocidade do rolo) * exemplos de referência_

Pode-se concluir que o menor atrito entre fios e metal do cordão Teijinconex® KB é obtido quando como um 15 ΡΕ1819870 acabamento de sobreposição é usado um óleo (viscosidade < 100 mm2/s a 25°C) . 0 uso de uma cera não-iónica como acabamento de sobreposição é menos eficaz e por conseguinte irá dar origem a prematuras paragens e interrupções do processo, por exemplo, em máquinas de tricotar cordões.

Lisboa, 17 de Fevereiro de 2012

Claims (6)

1. ΡΕ1819870 1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para melhorar a coesão de feixe de um feixe de fios de aramida e para diminuir o seu coeficiente de atrito, compreendendo a etapa que consiste em adicionar ao feixe de fios 0,1 - 3,0% em peso, com base no peso dos fios, de um agente de ligação solúvel em água ou dispersí-vel em água, formador de uma película, seguida pela etapa que consiste em tratar o feixe de fios com um óleo tendo uma viscosidade intrínseca inferior a 100 mm2/s a 25°C.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o agente de ligação formador de uma película é poliuretano ou poliéster sulfonado, dispersível em água, ou uma mistura dos mesmos.
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o fio é um fio estirado com ruptura.
4. 4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que o fio é fio de poli-(meta-fenileno-isoftalamida).
5. 5. Método para tricotar, costurar, ou entrançar feixes de fios de aramida compreendendo o uso de um feixe de fios ao qual tenha sido adicionado 0,1 - 3,0% em peso, com base no peso dos fios, um agente de ligação solúvel em água ou dispersível em água, formador de uma película, e em 2 ΡΕ1819870 seguida um óleo tendo em uma viscosidade intrínseca inferior a 100 mm2/s a 25°C.
6. 6. Tubos tricotados para aplicações na indústria automóvel, compreendendo feixes tricotados de fios que podem ser obtidos pelo método de qualquer uma das reivindicações 1-4. Lisboa, 17 de Fevereiro de 2012