PT846197E

PT846197E - Processo para a fabricacao de um fio filamentar em poliamida 66 de alta resistencia e elevada retraccao

Info

Publication number: PT846197E
Application number: PT96926310T
Authority: PT
Inventors: Klaus Fischer; Hans Linz; Luzius Berger
Original assignee: Rhodia Filtec Ag
Priority date: 1995-08-24
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 2000-07-31
Also published as: DE59604792D1; KR100394932B1; JPH11512154A; ATE191019T1; EP0846197B1; JP3836881B2; WO1997008371A1; US6023824A; US6340523B1; KR19990044083A; EP0846197A1; CN1076409C; CN1194017A

Description

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DESCRICÃO “Processo para a fabricação de um fio filamentar em poliamida 66, de alta resistência e elevada retracção” O presente invento refere-se a um processo para a fabricação de um fio filamentar em poliamida 66, de alta resistência e elevada retracção, para tecidos industriais, especialmente para tecidos de “airbags”, através de estiragem em várias etapas de poliamida 66 LOY por meio de, pelo menos, três agregados de rolos de estiragem, ou pares de roletos, aquecíveis, e bobinagem directa do fio estirado formando um corpo de fio cilíndrico, especialmente uma bobina de fio cruzado, assim como a um fio filamentar em poliamida 66.

Para a bobinagem de filamentos termoplásticos de elevada retracção são geralmente utilizados os assim chamados parafusos de enrolamento sendo-lhes conferida uma retorcedura de protecção favorável ao processamento posterior. O inconveniente da bobinagem em parafusos de enrolamento, no entanto, consiste no facto das velocidades máximas de bobinagem se encontrarem no domínio de apenas algumas centenas de metros por minuto. Um outro inconveniente da bobinagem em parafusos de enrolamento consiste no facto da capacidade de fio de um parafuso de enrolamento de estiragem ficar limitada, de modo geral, a cerca de 4 kg de fio. Uma fabricação rentável de fios já não está garantida através de um processo deste género. A bobinagem directa de fios de elevada retracção formando bobinas cilíndricas seria desejável. No entanto, até à data não foi possível bobinar fios feitos de polímeros termoplásticos com elevada retracção. Fios deste género devem ser bobinados, para evitar uma indesejável redução da termo-retracção, com tensões de fio relativamente elevadas. Isto implica inconvenientes graves para a constituição da bobina. Devido à elevada força de tracção do fio, resultam, dentro da bobina cruzada, forças radiais tão elevadas que, por um lado, são deformados os tubos de suporte das bobinas, tendo isto como consequência o se tomar impossível retirar as bobinas cheias do mandril da máquina de bobinagem. Um outro inconveniente, por outro lado, consiste no facto de se observarem i deformações de bobinagem não toleráveis, as quais tomam impossível um enchimento completo das bobinas.

De DE-A-34 37 943 conhece-se um processo para a fabricação de um fio filamentar em poliamida 66, no qual o fio apresenta uma alta resistência, um elevado alongamento e uma baixa retracção, e que pode ser bobinado sem problemas, ao contrário dos fios com uma elevada retracção, em bobinas de fio cruzado. O dispositivo apropriado para este efeito consiste em vários agregados de rolos de estiragem aquecidos. Para melhorar a estirabilidade do fio prevêem-se, adicionalmente, fontes de calor sob a forma de aquecedores de contacto,

84 974 ΕΡ Ο 846 197 /ΡΤ 2 entre os rolos de estiragem. É sabido que no processo de fiação por fusão, numa velocidade de bobinagem de 4500 m/min e superior, a tensão de bobinagem fica tão elevada que já não se consegue retirar uma bobina de papel da máquina de bobinagem. Neste processo, o problema é resolvido por um relaxamento de cerca de 10%. Para a bobinagem do fio estirado não se fornecem nenhuns dados. Os fios que se conhecem são bobinados a velocidades de 20 m/min, no mínimo. O objectivo deste processo já revelado é a fabricação de fios filamentares chamados de estabilidade dimensional, para tecidos de lona para pneus, com elevada resistência, elevado alongamento e baixa retracção, se possível abaixo dos 5%. Para estes fios, as condições de estiragem e especialmente as condições de bobinagem em bobinas de fio cruzado estão optimizadas.

No entanto, recentemente utilizam-se cada vez mais, especialmente para utilização em tecidos de "airbags”, também fios com uma elevada termo-retracção. É certo que não é difícil fabricar qualidades de fio deste género, mas estas não podem ser bobinadas sem problemas em bobinas de fio cruzado. O problema a resolver pelo invento é o de fabricar um fio filamentar em poliamida 66, de alta resistência e elevada retracção, que possa ser bobinado a seguir à estiragem, directamente em bobinas de fio cruzado.

Um outro problema a resolver é o de aumentar não apenas a velocidade de produção como também o peso unitário das bobinas de fio e, por conseguinte, a rentabilidade do processo de estiragem e bobinagem. Dispositivos para a fabricação de bobinas de fio cruzado cilíndricas tomam possível atingir velocidades de fabricação de vários milhares de metros por minuto. O problema é resolvido, de acordo com o invento, ajustando-se numa relação de relaxamento de 4 a 10%, a temperatura do último agregado de rolos de estiragem, antes da bobinagem, a um valor entre os 70°C e 160°C, especialmente entre os 80°C e 150°C, de preferência entre os 90°C e 140°C, e a tensão de bobinagem a menos de 0,2 cN/tex, especialmente a menos de 0,15 cN/tex, de preferência a menos de 0,13 cN/tex. A tensão do fio na zona de bobinagem é determinada essencialmente pela relação de relaxamento, isto é, pela relação das velocidades do último roleto de estiragem e do dispositivo de bobinagem. Convém escolher a relação de relaxamento entre 4 e 10%.

Se a temperatura do último roleto de estiragem tiver menos de 70°C, a criação de uma bobina de estrutura correcta é praticamente impossível. A uma temperatura superior a

84 974 ΕΡ Ο 846 197 /ΡΤ 3 160°C, a tensão do fio na zona de bobinagem fica tão elevada que a produção de bobinas de fio cruzado correctas se toma igualmente impossível, ou então a termo-retracção fica, através da redução da tensão do fio, tão baixa que já não se consegue obter um fio de elevada retracção.

Para se obter uma bobina cilíndrica de fio cruzado de estrutura aceitável, só é aceitável um intervalo estreito de tensão do fio. Se a tensão de bobinagem for superior a 0,2 cN/tex, uma estrutura aceitável da bobina já não é possível. As bobinas de fio cruzado formam, nos seus cantos laterais, rebordos altos que são achatados pela pressão do cilindro de accionamento. Em consequência disso, os flancos das bobinas são empurrados para fora, ficando por fim salientes em relação aos flancos dos suportes do fio. Bobinas deste género não só não podem ser embaladas e expedidas adequadamente, como também provocam dificuldades consideráveis no processamento posterior do fio, onde se dão frequentemente rupturas do fio. Se, no caso oposto, se escolher uma tensão de bobinagem demasiado baixa, por exemplo inferior a 0.05 cN/dtex, o pacote de fio fica muito mole. Não fica com a consistência interna suficiente, pelo que o seu envio e processamento posterior também não podem ser realizados adequadamente.

Dado que as máquinas de bobinagem para a produção de bobinas cilíndricas de fio cruzado permitem, ao contrário da bobinagem habitual em parafusos de enrolamento, velocidades de vários milhares de metros por minuto, é conveniente e rentável integrar a estiragem num único processo de fiação e estiragem. O fio filamentar em poliamida 66 apresenta, a uma viscosidade relativa (RV) de > 40 medida em ácido fórmico a 90%, de acordo com ASTM 0789-81, uma resistência de, pelo menos, 60 cN/tex, um alongamento de 10-25% e uma termo-retracção de 7-11% aos 160°C, e encontra-se enrolado numa bobina de fio cruzado de, pelo menos, 6 kg de massa do fio. Inesperadamente, conseguiu-se enrolar um fio de poliamida de retracção tão elevada em bobinas de 6 kg, em vez dos parafusos de enrolamento pouco rentáveis de uma capacidade de apenas 4 kg no máximo. O fio filamentar em poliamida 66 de acordo com o invento é apropriado para tecidos industriais, especialmente para tecidos de “airbags”, os quais devem apresentar além de uma alta resistência, também uma termo-retracção particularmente elevada. O processo de acordo com o invento pormenorizar-se-á melhor com base num esquema do processo. Mostram:

84 974 ΕΡ Ο 846 197 / ΡΤ \ - a Fig. 1, esquematicamente, ο processo de acordo com o invento - a Fig. 2, esquematicamente, uma variante do processo de acordo com o invento.

Na Fig. 1, a referência 1 designa um filamento de poliamida 66 LOY não estirado. O filamento é conduzido por um cilindro de alimentação aqui não representado, a um primeiro agregado de rolos de estiragem 2, aquecido. Entre o cilindro de alimentação e o primeiro agregado de rolos de estiragem 2, o filamento não estirado 1 é alongado ligeiramente em cerca de 3%, para conferir ao filamento 1 uma tensão mínima. A tensão do fio deve ser escolhida de modo a se garantir uma transmissão de força por fricção suficiente entre o filamento 1 e a superfície do agregado de rolos de estiragem 2, para criar a resistência necessária à força de estiragem originada na primeira etapa de estiragem. Entre um segundo agregado de rolos de estiragem 3, aquecido a cerca de 180°C, e o primeiro agregado de rolos de estiragem 2, ocorre uma primeira estiragem. Um terceiro agregado de rolos de estiragem 4, com uma temperatura superficial de 70°C a 150°C, encontra-se a jusante do agregado de rolos de estiragem 3, aquecido, e efectua uma segunda estiragem adicional.

Após a estiragem, o filamento estirado 5 é enrolado numa bobina de fio cruzado 6. Para reduzir a tensão do fio, o filamento é bobinado a uma velocidade que é ajustada a cerca de 6% mais baixa do que a velocidade do agregado 4. A tensão de bobinagem é ajustada desta maneira, por exemplo, a 0,13 cN/dtex. O filamento 1 dá várias voltas em redor de todos os agregados de rolos de estiragem, por um lado para assegurar a transmissão de força por fricção necessária para a estiragem e, por outro lado, para garantir uma permuta térmica suficiente entre as superfícies aquecidas dos rolos e o filamento 1. A Fig. 2 distingue-se da Fig. 1 pela existência de um agregado de rolos de estiragem adicional 7. No processo de acordo com esta variante, o agregado de rolos de estiragem 7 é aquecido, por exemplo, a uma temperatura de 180°C. Neste caso realiza-se a segunda estiragem entre os agregados de rolos de estiragem 3 e 7, enquanto que a temperatura do agregado de rolos de estiragem 4 não é alterada em relação ao arranjo na Fig. 1. A velocidade do agregado de rolos de estiragem 4 é, neste caso, pelo menos tão elevada como a do agregado de rolos de estiragem 7. O dispositivo de acordo com a Fig. 1 representa um exemplo e não é o único apropriado para a realização do processo. Um dispositivo apropriado para o processo pode consistir não só em agregados de rolos de estiragem com rolos de separação como também em pares de roletos. Além disso podem estar dispostos, entre os agregados, mais outros elementos para o tratamento térmico do fio como, por exemplo, aquecedores em bloco ou radiadores ou bocais de ar quente ou de vapor. Além disso, é conveniente retorcer o fio a

84 974 ΕΡ Ο 846 197 / ΡΤ 5 bobinar por meio de um bocal de ar ou algo semelhante, para melhorar através disto a sua processabilidade posterior.

Este dispositivo é não apenas apropriado para um só fio filamentar, sendo também possível, no caso de fios mais finos, por exemplo com um título de 470 dtex ou menos, estirar simultaneamente dois ou mais fios filamentares e bobiná-los numa unidade de bobinagem múltipla correspondente. A velocidade de serviço deste dispositivo encontra-se no intervalo entre os 300 e 3.000 m/min. É portanto substancialmente mais produtivo do que as máquinas de fios retorcidos estirados tradicionais, as quais depositam o fio em parafusos de enrolamento. Além disso, é possível fabricar bobinas de fio cruzado com uma massa do fio de mais de 10 kg. Em comparação com o acondicionamento sob a forma de parafusos de enrolamento, com um máximo de 4 kg, são necessárias essencialmente menos manipulações. A elevada velocidade de serviço também não limita a sua aplicabilidade à estiragem de fios filamentares LOY já bobinados. Em princípio, o dispositivo é também apropriado para ser aplicado num processo integrado de fiação e estiragem.

Habitualmente, os fios de alta resistência com baixa termo-retracção são relaxados antes de serem bobinados. Isto é realizado geralmente através da utilização de um agregado de roletos adicional que corre, num montante definido, a uma velocidade mais baixa do que o último agregado de rolos de estiragem. No entanto, é também possível efectuar o encurtamento do fio directamente dentro da zona de bobinagem, realizando a bobinagem com uma velocidade mais baixa do que a do último roleto de estiragem.

Para a fabricação de um fio de elevada retracção, o relaxamento do fio deve ser impedido o mais possível, ao contrário da técnica habitual. Apresenta-se, portanto, o problema de disponibilizar um processo que bobine um fio tão pouco relaxado quanto possível. Teoricamente, isto pode ser realizado por ajuste da velocidade da unidade de bobinagem a um valor igual, ou só insignificativamente inferior, à do último agregado de roletos. No entanto, isto dá origem a tensões de fio muito elevadas, com as quais a criação de uma bobina de fio cruzado geralmente não é possível. O processo pormenorizar-se-á, além disso, por meio dos Exemplos seguintes.

Exemplo 1 ('comparação')

Um fio filamentar LOY em poliamida 66 com uma viscosidade relativa (RV) em

84 974 ΕΡ Ο 846 197 / ΡΤ 6 ácido fórmico de 45 e um título de fiação de 1.270 dtex, foi feito passar, em dois fios, pelo dispositivo de acordo com a Fig. 1. O fio filamentar foi estirado, sob as condições indicadas na Tabela 1, em duas etapas, na relação de 5,3:1, para o título de 235 dtex e relaxado dentro da zona de bobinagem, isto é, entre o agregado de rolos de estiragem 4 e a bobina de fio cruzado 5, em 6,8%. A temperatura do último agregado de estiragem era de 230°C. O fio filamentar obtido apresentou uma resistência de 74,5 cN/dtex num alongamento à ruptura de 22% e uma termo-retracção, a 160°C, de 3,6%. No entanto, não é apropriado para aplicações especiais, por exemplo para o domínio dos tecidos de “airbags”, devido à sua baixa termo-retracção.

Exemplo 2 ('comparação')

Um fio filamentar LOY em poliamida 66 com uma viscosidade relativa (RV) em ácido fórmico de 45 e uma elevada termo-retracção apropriada para tecidos de “airbags” foi obtido, sob as condições de estiragem essencialmente iguais às do Exemplo 1, por se reduzir a temperatura do último roleto de estiragem a 160°C. A relação de relaxamento foi reduzida, em relação ao Exemplo 1, insignificativamente, em 5,7%. O fio obtido apresentou uma resistência de 72 cN/tex num alongamento à ruptura de 16,6% e uma termo-retracção, a 160°C, de 9,2%. O inconveniente não admissível deste processo, no entanto, consistia no facto da tensão do fio, de 0,38 cN/dtex, na zona de bobinagem ser tão elevada, devido à redução da temperatura do último roleto de estiragem, que não foi possível criar bobinas aceitáveis. Já depois de 1,5 kg de fio bobinado, as bobinas ficaram de tal maneira deformadas e dilatadas nos flancos que ficaram em ambos os lados salientes em relação aos tubos que serviam de suporte para o fio. Uma bobina deste género é imprópria não apenas para a expedição como também para o processamento posterior, por exemplo muna fiação.

Exemplo 3 fde acordo com o inventol

Um fio filamentar LOY em poliamida 66 com uma viscosidade relativa (RV) em ácido fórmico de 45 e uma elevada termo-retracção apropriada para tecidos de “airbags” foi obtido, sob as condições de estiragem essencialmente iguais às do Exemplo 1, reduzindo a temperatura do último roleto de estiragem a 105°C. A relação de relaxamento foi reduzida, em relação ao Exemplo 1, insignificativamente em 6,5%. O fio obtido apresentou uma resistência de 74,2 cN/tex num alongamento à ruptura de 17,4% e uma termo-retracção, a 160°C, de 9,0%. A tensão do fio na zona de bobinagem elevava-se, neste arranjo, inesperadamente a apenas 0,13 cN/dtex, como no Exemplo 1. Desta maneira foi possível

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ΕΡ Ο 846 197/PT 7 produzir, sem problemas, bobinas de fio cruzado com 7,5 kg de fio bobinado. Estas bobinas tinham um bom aspecto: os flancos eram direitos, e na circunferências das bobinas não se verificou nenhuma formação de “ombros”.

Exemolo 4 (de acordo com o invento)

Dois fios filamentares em PA 66 do título inicial de 2.540 dtex foram estirados como no Exemplo 3, simultaneamente, em duas etapas, com uma relação de estiragem de 5,4. A temperatura do agregado de rolos de estiragem 4 foi reduzida a 90°C. Numa relação de relaxamento de 7,5% foi medida uma tensão do fio, na zona de bobinagem, de 0,074 cN/dtex. As bobinas continham uma massa de fio de 10,3 kg e eram impecáveis, com flancos direitos e sem formação de “ombros” na sua circunferência. O fio estirado apresentou as características indicadas na Tabela 1. A seguinte Tabela 1 mostra os parâmetros processuais segundo o processo de acordo com o invento, sendo a estiragem, para um comprimento 5,4 vezes maior do que comprimento inicial, realizada numa máquina de estiragem com três agregados de rolos de estiragem aquecidos, roletos com rolo de separação em duas etapas, a uma velocidade final de 800 m/min. Na mesma tabela estão indicadas as características dos fios.

Tabela 1

Exemplo 1 2 3 4 Parâmetros processuais: maus Velocidade de estiragem [m/min] 800 800 800 800 Temp. do último roleto [°C] 230 160 105 90 Relação de estiragem [%] 5,3 5,4 5,4 5,4 Relação de relaxamento [%] 6,8 5,7 6,5 7,5 Tensão de bobinagem [cN/dtex] 0,13 0,38 0,13 0,074 Massa do fio por bobina [kg] 7,5 1,5 7,5 10,3 Estrutura da bobina: boa má - boa boa Características do fio: Título [dtex] 235 235 235 470 Resistência [cN/tex] 74,5 72,0 74,2 74,2 Alongamento à ruptura [%] 22 16,6 17,4 18,7 Termo-retracção 160°C [%] 3,6 9,2 9,0 9,3 8 84 974 ΕΡ Ο 846 197/ΡΤ Ο dispositivo de acordo com o invento possui, em comparação com os dispositivos que se conhecem, duas vantagens essenciais. Por um lado, podem ser estirados e bobinados simultaneamente dois ou mais fios e, por outro lado, é possível, devido à bobinagem mais eficiente em bobinas de fio cruzado, aumentar a velocidade de produção em relação à estiragem com retorcedura tradicional dos fios. O fio de acordo com o invento é particularmente apropriado para a fabricação de tecidos de “airbags”.

Lisboa, io. m »

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Ag. Of. Pr. Ind.

Rua das Flores, 74 - 4.· 1200 LISBOA

Claims

84 974 ΕΡ Ο 846 197 /ΡΤ 1/1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a fabricação de um fio filamentar em poliamida 66, de alta resistência e elevada retracção, para tecidos industriais, especialmente para tecidos de “airbags”, através de estiragem em várias etapas de um filamento de poliamida 66 LOY (1) com uma viscosidade relativa RV de pelo menos 40, por meio de pelo menos três agregados de rolos de estiragem (2, 3, 4, 7) aquecíveis, e bobinagem directa do fio estirado (5) num suporte cilíndrico (6) de fio, processo esse caracterizado por se ajustar, numa relação de relaxamento de 4 a 10%, a temperatura do último agregado de rolos de estiragem (4) antes da bobinagem a um valor entre 70°C e 160°C, e a tensão de bobinagem a menos de 0,2 cN/tex.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a estiragem ser parte integrante de um processo de fiação e estiragem.
3. Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por a bobinagem ser realizada numa bobina de fio cruzado com, pelo menos, 6 kg de fio.
4. Fio filamentar em poliamida 66 para tecidos industriais, caracterizado por o fio filamentar em poliamida 66 apresentar uma resistência de pelo menos 60 cN/tex, um alongamento de 10 a 25% e uma termo-retracção de 7-11% (160°C), e estar bobinado com uma massa de, pelo menos, 6 kg num tubo de suporte do fio (bobina de fio cruzado). Lisboa’ ια.ιω im Por RHODIA FILTEC AG - O AGENTE OFICIAL -

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