PT88613B

PT88613B - Metodo para a producao de fibras poliolefinicas de reforco

Info

Publication number: PT88613B
Application number: PT88613A
Authority: PT
Inventors: Anders Staf Hansen
Original assignee: Danaklon As
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1993-07-30
Also published as: ES2010156A4; GR3005187T3; IE61332B1; WO1989002879A1; IL87831A; PT88613A; EP0310100B1; IS1543B; KR890701806A; MX13223A; EP0310100A1; JPH03501393A; US5330827A; ES2010156T3; NZ226366A; DE310100T1; CS638888A3; AU2544188A; MY103915A; SK278457B6

Description

Ο presente invento diz respeito a materiais compostos de fibra de reforço, a fibras de polioléfina contendo partículas de reforço e a métodos para a preparação de fibras.

CAMPO DO INVENTO

Durante muitos anos, foram empregues fibras de diferentes tipos para reforçar os materiais compostos inorgânicos e orgânicos. Um exemplo de um tipo de fibra previa e amplamente utilizado ê a fibra de aspecto, cuja utilização foi, todavia, limitada em anos recentes devido a esta fibra ser perigosa para a saúde. Também têm sido amplamente empregues fibras plásticas de diferentes tipos. Descobriu-se que, especialmente, as fibras feitas, de poliolefina são úteis, visto que são fáceis e não são caras para preparar e conferir propriedades de reforço vantajosas aos materiais compostos em questão.

Em alguns casos, as fibras de polio lefina têm sido difíceis de distribuir uniformemente no material da matriz e a fixação do material macio de poliolefina no material da matriz não tem sido satisfatória. Vãrios investigadores descobriram que da incorporação de partículas finas na massa de poliolefina de que as fibras são formadas, resultam fibras que são mais fáceis de dispersar e que aderem muito bem ao material da matriz, provavelmente por causa dos vazios e saliências e outras irregularidades existentes na superfície da fibra resultantes da presença das partículas nas superfícies. Exemplos de tal incorporação de partículas são apresentados por Eli is no Pedido de Patente Europeia N⁹ 0.026.581 e por Firth no Pedido de Patente Europeia N⁹ 0.006.318, em que ê empregue um teor de partículas de, quando muito, 10% em peso do peso total da fibra.

APRESENTAÇÃO BREVE DO PRESENTE INVENTO f

4O presente invento diz respeito a fibras de poliolefina, nas quais estã presente uma concentração elevada de partículas (bem 10% em excesso, calculado com base no peso total das fibras e das partículas), mas, não estando substancialmente nenhuma das partículas exposta nas superfícies da fibra. Devido às propriedades especiais conferidas às fibras estas são fâcilmente dispersas no material da matriz e fixam-se excelentemente neste. Em adição, as fibras conferem propriedades muito vantajosas no que diz respeito à resistência e flexibilidade, aos materiais da matriz em que estão presentes, quando comparados com materiais que são reforçados com fibras de poliolefina convencionais. Isto ê um facto, apesar das fibras per si não apresentarem quaisquer propriedades superiores em relação às fibras de poliolefina convencionais relativamente às propriedades desde resistência e de maleabilidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Mais especificamente, o presente invento diz respeito a fibras de reforço feitas de poliolefina ou de derivados de poliolefina, tendo as fibras uma espessura de 10-100 pm e contendo partículas inorgânicas de um tamanho de 1-10 pm numa quantidade de, pelo menos, 12% em peso, calculada sobre o peso total da fibra, sendo as partículas embutidas na poliolefina ou em derivados de poliolefina, não estando subs tancialmente nenhuma das partículas exposta nas superfícies da fibra.

τ

De preferência, a.s partículas inorgânicas são incorporadas numa quantidade de, pelo menos, 15%, tal como, pelo menos, 17% em peso do peso total da fibra nas fibras de reforço. De maior preferência, as partículas inorgânicas são incorporadas numa quantidade de 17%, calculada em peso sobre o peso total da fibra.

As fibras de reforço podem ser preparadas por um método que compreende os passos seguintes:

- a extensão dos constituintes da fibra, os quais se apre sentam na forma de uma massa plástica a fim de se obter uma película

- o estiramento da película para orientar as cadeias da poliolefina da película substancialmente unidireccional_ mente,

- a fibrilação da película estirada por meio de uma navalha e/ou de uma ci1indro .laminador de espigões,

- o tratamento de aquecimento da película estirada a fim d.e relaxar quaisquer tensões da película,

- o tratamento da superfície do filme de modo, a modificar a superfície, e

- facultativamente, o corte da película fibrilada em pedaços de um comprimento adequado a fim de se obter fibras.

Mais pormenorizadamente, este método pode ser realizado como se segue:

Os componentes da fibra, que serão discutidos a seguir, são misturados a fim de se obter uma dispersão homogénea das partículas no material de poliolefina ou derivado de poliolefina, isto ê, o componente plástico. As caracteristicas de mistura, ou seja, o vigor e o tempo de mistura dependem do tipo assim como da quantidade de partículas empre-6-

gues. Convencionalmente, quanto maior for a quantidade de partículas, mais demorada e mais vigorosa tem de ser a mistura. Quando a quantidade de partículas excede cerca de 20%, calculada em peso sobre o peso total dos componentes da fibra, as partículas podem ser difíeieis de dispersar. Se forem desejados f bras de elevado teor de partículas, devem ser empregues, normalmente, condições de mistura muito severas.

Com fibras de um teor de partículas de menos do que 20% em peso do peso total da fibra normalmente não são observados problemas na obtenção de uma mistura homogénea dos componentes da fibra.

componente plástico, ou seja, a poliolefina ou o derivado de poliolefina, que normalmente ê sólido a temperaturas abaixo dos 160⁹, ê fundido de modo a obter-se uma massa plástica antes da extrusão ser levada a cabo. A fusão pode ser realizada num equipamento adequado, convenientemente no expressor que ê utilizado para a extrusão subsequente. Convenientemente, a mistura dos componentes da fibra é levada a cabo no extrusor, em,' simultâneo com a fusão do componente plástico. Normalmente, é obtida uma distribuição homogénea das partículas dentro do tempo requerido para fundir completamento o componente plástico. Dependendo do tipo e da quantidade do componente plástico assim como são do equipamento utilizado, o tempo de fusão (e mistura) pode ser menos do que 10 minutos, e na mistura da maioria dos casos ê de 5 minutos. Obviamente, a temperatura da mistura dependerá do ponto de fusão do componente plástico em questão. As partículas também podem ser adicionadas ao componente plástico durante a fusão deste componente.

Depois de ter sido obtida uma massa plástica a partir dos constituintes de fibra a massa ê extrusada através de um molde de uma dimensão que ê adequada para a dimensão da película desejada, de modo a obter-se uma película que ê subsequentemente arrefecida.

Pelo arrefecimento., o material polimêrico cristaliza, e o modelo de cristalização estã dependente do tipo de arrefecimento empregue assim como do material de poliolefina ou derivado de poliolefina empregues. Tipicamente, o material cristalizado compreende estruturas amorfas e cristalinas, as quais são misturadas umas com as outras. A proporção entre o volume das áreas cristalinas e amorfas ê, convencio nalmente, designado o grau de cristalização.

A extrusão pode ser realizada de modo a obter-se uma película, soprada. Por este processo, a mas_ sa de plástico ê extrusada através de um anel circular, resultando num saco cheio de ar do material de fibra. 0 saco é arrefecido pela passagem através de um segundo anel, um anel de arrefecimento, após o qual é passado através de cilindros, resultando na formação de uma película de duas camadas. Por este processo, a taxa de arrefecimento ê relativamente baixa, resultando num grau relativamente grande de cristalização do componente plástico. Também são formados cristais relativamente grar[ des.

Contudo, a extrusão também pode resultar numa palícula moldada, onde a massa de plástico ê extrusada através de um molde plano, pelo que ê obtida uma película de uma camada. E arrefecida ou num banho de água ou por passagem através de um ou mais pares de cilindros frios. As temperaturas do banho de âgua e dos cilindros frios, respectivamente, estão apropriadamente perto de temperatura ambiente. 0 banho de âgua ê especialmente útil como um agente de arrefecimento para bastantes películas espessas, visto que este tipo de arrefecimento é mais rápido e mais homogéneo do que o arrefecimento através de cilindros.

A película extrusada ê, então, submetida ao estiramento. Isto é feito de modo a orientar as cadeias de poliolefina do material de poliolefina ou derivado de poliolefina substancialmente unidireccionalmente de modo a obτ τ

-8ter-se uma resistência â tracção grande e um módulo aumentado de elasticidade na direcção das fibras. Também a fibrilação que se segue ao estiramento ê feita mais facilmente pelo estiramento.

método empregue para o estiramento da película não ê crítico e pode ser utilizado qualquer método e equipamento. Convenientemente, a película ê estirada num forno de ar quente ou num meio líquido tal como ãgua ou um Óleo A temperatura do forno dependerá do tipo da película a ser estirada, mas na maioria dos casos será de cerca de 130-200⁹C, tal como cerca de 165⁹C. A película pode ser passada através do forno ou do meio líquido por meio de dois pares de cilindros que estão situados antes (o primeiro par de cilindros) e depois (o segundo par de cilindros) do forno ou do meio líquido, respectivamente. A velocidade do segundo par de cilindros ê mais alta do que a velocidade do primeiro par de cilindros, resultai! do num estiramento da película entre os dois pares de cilindros.

A parte inicial do estiramento resulta num estiramento da película de modo que sejam formadas microfibrilas na película. As microfibrílas são definidas como sendo constituídas por blocos de cristais na direcção longitudinal da película, os quais são rodeados por uma área amorfa.. Normalmente, as microfibrilas são reunidas em feixes que são designados fibrilas. As microfibri1 as e fibrilas são orientadas paralelamente umas às outras na direcção do estiramento. Seguin. do o corte inicial, a película ê ainda deformada pelo estiramen. to de modo a que as microfibrilas sejam deslocadas e ainda postas em movimento separadamente umas das outras.

A relação entre as velocidades dos dois pares de cilindros define a razão do estiramento, isto ê, a extensão do estiramento. De preferência, a película ê estirada numa proporção de, pelo menos, 1:6, tal como, pelo menos, 1:10, e particularmente numa proporção de, pelo menos, 1:15. De maior preferência, a película ê estirada numa proporção de 1:17

-9Esta última proporção de estiramento pode ser obtida, por exem pio, ao deixar-se passar a película pelo primeiro par de cilindros a uma velocidade de 5 m/min. e pelo segundo par de cilindros a uma velocidade de 85 m/min.

estiramento pode provocar tensões na película a desenvolver. Estas podem ser relaxadas ao submeter-se a película estirada ao aquecimento. Convenientemente, isto ê feito ao passar-se a película através de um forno, no qual a película ê deixada a contrair-se. E importante que esta exposição ao calor ou ao relaxamento tenha lugar a uma temperatura mais baixa do que a temperatura do estiramento. No que diz respeito ao polipropileno, que ê um dos componentes da poliolefina preferidos das fibras do invento, esta exposição ao calor tem lugar a cerca de 130^sC. Depois deste tratamento, a contracção residual será muito modesta (3-5%) a temperaturas abaixo de 130⁹C.

A fibrilação ou o, fendilhamento na direcção longitudinal da película estirada conforme também pode ser definido, ê levado a cabo com uma malha e/ou um cilindro de espigões com uma velocidade periférica mais rápida do que a velocidade com que a película é arrastada. 0 cilindro de espigões ê um cilindro equipado com hastes na direcção do movimento da película, o qual é proporcionado por hastes pouco espaçadas. A fibrilação resulta numa estrutura da película, tipo rede, com pequenas fibrilas.

Como a poliolefina ou o material derivado da poliolefina ê resistente e, por isso, inactivo em relação à maior parte dos produtos químicos, pode ser necessário modificar a superfície da película fibrilada de modo a obter-se uma interação satisfatória das fibras e de material da matriz, as quais servem para reforçar. A superfície da película fibrilada pode ser modificada por tratamento ao calor, e/ou submetida à modificação química, eléctrica e/ou mecânica.

-10Um tipo de tratamento ao calor que revelou ser muito eficiente ê a passagem através de uma chama de gâs. Isto parte algumas ligações moleculares e dã a possibilidade de criar grupos polares na superfície.

tratamento químico pode ter lugar de várias maneiras, por exemplo, por copolimerização, combinação de pó, ou por aplicação de um líquido sobre a superfície.

produto químico empregue ê seleccionado de acordo com as propriedades desejadas na superfície, por exemplo, boa fixação das fibras â massa. Descobriu-se que tratamentos especialmente químicos compreendendo a introdução de grupos de OH-, COOHe/ou anidridos nó componente de poliolefina, são vantajosos. Exemplos de produtos químicos, que são adequados para a introdução destes grupos são, respectivamente, álcool vinilico, ácido acrílico, e anidrido de ácido maleico.

Um exemplo de um tratamento elêctrj. co que foi descoberto conferindo propriedades muito desejáveis â película e o qual ê largamente utilizado na produção de fibra plástica no mundo, ê o tratamento de coroa. Este tratamento consiste numa descarga eléctrica vigorosa de um elêetrodo especial para a superfície da película. E requerida uma voltagem bastante alta (cerca de 25 KV e 20 KHz) a fim de os electrõs obterem energia suficiente para penetrarem a superfície.’ Quando os electrões afectam as cadeias poliméricas a uma velocidade alta, muitas destas cadeias serão partidas, dando, deste modo, uma possibilidade de formar grupos carbonilo por meio do ozono (0₃) existente no ar. A formação de um grupo carbonilo torna polar a superfície da película e, assim, mais adequada, para a reacção com outras substâncias químicas.

tratamento mecânico pode compreender a decapagem por jactos de areia e pode, por exemplo, ser levado a cabo num compartimento próprio para areamento por jactos de areia conforme está descrito no Exemplo 1, posteriormente apresentado. Todavia, existem muitos outros tratamentos me1'

cânicos úteis, sendo a característica principal a obter mais um tendilhamento da superfície da película na direcção longitudinal. Também o acabamento, isto ê, tornar a superfície da película ondulante, por exemplo conforme ê descrito a seguir no Exemplo 1, ê um meio muito eficiente de modificar a superfície.

Em alguns casos, pode ser vantajoso alterar ou modificar as propriedades da superfície das flibras e/ou da película fibrilada de modo a torná-las apropriadas para usos específicos. As fibras e/ou a película fibrilada podem ser tornadas hidrofílicas, hidrofôbicas ou antifáticas e podem ser tornadas de mais fácil dispersão no material da mastriz em questão. A modificação da superfície compreende o tratamento das fibras e/ou da película fibrilada com um surfactante, tal como, um agente humidificante, por exemplo, um chamado avivage hidrofílico (também designado agente rehumidificante hidrofílico ou lubrificante hidrofílico) ou um agente anti-estâtico. 0 surfactante a ser utilizado ê de um tipo que satisfará as exigâncias qualitativas da superfície da fibra em questão. Por exemplo, quando a superfície da fibra deve ser hidrofílica, podem ser empregues surfactantes, tais como, AMOA P 231, Amoa Chemicals, Hinehley, Leicestershire, Inglaterra, Cithrol A, Croda, Cowieh Hall, North Humberside, England, or SW-T, Nissin Kagaku Kenkyosho Ltd., Japão. 0 surfactante ê normalmente empregue na ultima fase do processo de preparação da fibra, isto é, antes do corte. E tipicamente utilizado numa quantidade de cerca de 0,15-3% em peso do material da película fibrilada, mais tipicamente cerca de 0,4-1,6% em peso do material da pelicula fibrilada. Exemplos específicos do tratamento da superfície da fibra são apresentados nos Exemplos que se seguem.

material da película fibrilada que foi submetida a uma ou mais das modificações ou tratamentos de superfície discutidos anteriormente, é submetido ao corte de modo a obter-se fibras de um comprimento adequado. De preferência, o comprimento das fibras e, quando muito, 15 mm, de mais

-12preferência, quando muito, 12 mm, e especialmente, quando muito, 6 mm. Os comprimentos máximos estabelecidos anteriormente são para ser considerados como os comprimentos máximos verdadei. ros para substancialmente todas as fibras na mistura. Contudo uma pequena quantidade de fibras pode apresentar um comprimento que exceda estes comprimentos máximos e podem ser considerados ainda dentro do âmbito do presente invento.

As fibras que resultam dos tratamen tos discutidos anteriormente são, de preferência, de uma largura de 20-700 pm, de mais preferência, 60-300 pm, e especialmente cerca de 250 pm. Descobriu-se que as fibras que tornam uma rede em que o comprimento das fibras individuais ê menor do que o comprimento das fendas entre as fibras, são especialmente, úteis. Este ê o caso, por exemplo, quando a película ê para ser cortada em fibras em borados, em que serã vantajoso que o comprimento da fenda seja maior do que o comprimento da fibra, a fim de evitar a intereonexão entre as fibras individuais.

Acredita-se que o efeito vantajoso de empregar fibras contendo partículas em materiais compostos ê obtido pelo estabelecimento de uma acção capilar entre o material da matriz e as fibras. Em estudos microscópicos observou -se que estão presentes, poros finos na película quando a película ê submetida ao estiramento. Acredíta-se que estes poros constituem uma conexão entre as partículas das fibras e o material da matriz em que as fibras estão embutidas. Como as partículas são convenientemente de um tipo hidrofílieo, elas podem absorver água, normalmente na forma de humidade, a partir do material da matriz e assim ê estabelecida qualquer espécie de ligação e/ou fixação vantajosa.

Substancialmente, todas as partículas estão totalmente embutidas na poliolefina ou.no material de rivado da poliolefina de tal modo que a superfície das fibras parece-nos lisa, sem saliências ou outras irregularidades devido à presença das partículas. Disto dã-nos a impressão que o ta t

manho das partículas deve estar correlacionado com a espessura final das fibras, pelo que a dimensão maior das partículas, no caso das partículas formadas de um marco compacto o diâmetro, ê menor do que a espessura final das fibras. Sem limitar o âmbito do presente invento, mas, sendo estipulado ocmo um método simples mas, sendo estipulado como um método simples e prático, a dimensão maior, ou o tamanho das partículas ê, quando muito, cerca de um terço da espessura final da fibra.

Conforme foi estabelecido anteriormente, as fibras têm uma espessura na gama de 20-80 pm. De maior preferência, as fibras têm uma espessura de 35 pm. As partículas inorgânicas têm um tamanho na gama de 1-10 pm. 0 limite mais baixo ê qualificado como partículas menores do que 1 pm e são difíceis de dispersar homogeneamente na poliolefina ou no componente de fibra derivado da poliolefina. 0 limite mais alto ê baseado na prática e também nas relações discutidas anteriormente entre a espessura da fibra e o tamanho da partícula. De preferência, as partículas inorgânicas têm um tamanho na gama de 2-7 pm, em particular, 3-5 pm.

As partículas inorgânicas são convenientemente de um tipo que não denificam o equipamento utilizado para a preparação das fibras. Normalmente, a matriz de : qualquer extressor, utilizado serâ sensível a materiais duros, tais como, metais e outros materiais duros em conformidade, os quais são passados através da matriz. Deste modo, as partículas inorgânicas são convenientemente seleccionadas a partir de materiais bastante maleáveis (ou, dizendo de outra maneira, materiais que não danificarão a matriz do extrusor para qualquer extensão substancial), que em adição satisfazem as propriedades desejadas anteriormente discutidas, isto ê, a hidrofi1iridade e o tamanho da partícula. Exemplos de partículas inorgânicas adequadas são a calcite, talco, sílica, mica, cimento, sulfato de bário, vidro e um agente tingidor, por exemplo, Ti0₂. Especialmente a calcite e o sulfato de bário foram descobertos como sendo úteis, presumivelmente devido à sua hidrofi1icidade distinta. Acredita-se também que a densidade considerável do sulfato de bário quando comparada com os outros tipos de partícula úteis estipulados (14,5 g/cm vs. cerca de 2,2-3,0 g/cm ) faz com que a mistura das partículas na poliolefina ou no derivado de poliolefina posteriormente discutidos, seja mais facil e, mais eficiente. Em alguns casos, pode ser desejável que as fibras contendo partículas sejam coloridas. Muitos agentes fingidores por exemplo, T1O2 com as propriedades da partícula anteriormente definidas podem ser convenientemente utilizados para este fim.

Independentemente das partículas inorgânicas, as fibras são constituídas por um material de polímero plástico, tal como, poliolefina, 0 qual é caracterizado por carbono e hidrogénio, ou um derivado de poliolefina.

De preferência, a poliolefina ê seleccionada a partir do polipropileno e do polietileno. 0 polipropileno é, um constituinte bem conhecido de fibras plásticas e tem sido utilizado como tal durante, muitos anos devido â sua resistência aos ácidos e bases, às suas propriedades de resistência vantajosas, à sua baixa densidade, assim como ao seu baixo preço. As propriedades de uma fibra de polipropileno típica, comunentemente conhecida por KRENIT®, são ilustradas nos Exemplos que se seguem.

Conforme aparece no Quadro 2 do Exemplo 1 que se segue, a adição de partículas inorgânicas no constituinte da fibra de propileno resulta muitas vezes em fibras de propriedades menos vantajosas no que diz respeito à resistência e ao módulo de elasticidade do que as da fibra Simples de polipropileno. Contudo, quando as fibras são constituín tes num material composto compreendendo um ligante inorgânico, pode ser observado 0 efeito oposto. Conforme aparece no Exemplo 2, nos Quadros 3 e 4 que se seguem, 0 emprego de fibras contendo partículas em materiais compostos torna estes materiais surpreendentemente fortes e flexíveis quando comparados

-15com materiais, em que são empregues fibras simples de polipropileno.

Também uma variedade de derivados de poliolefina provou ser útil como constituintes de fibra contendo partículas. Exemplos destes são os polímeros de vinilo, tais como, álcool polivinílico que consistia em carbono, hidrogénio e oxigénio, assim como ácido acrílico e anidridos de ácido orgânico, tal como, anidrido de ácido maleiníco.

Uma composição de fibra especialmen te vantajoso compreende polipropileno numa quantidade de 83% e calcite numa quantidade de 17%, calculado em peso.

Outra composição de fibra vantajosa compreende polipropileno numa quantidade de 86% e sulfato de bário numa quantidade de 14%, calculado em peso.

Dependendo do tipo de material em que as fibras vão ser utilizadas assim como do emprego do material resultante, as fibras podem compreender ainda, outros aditivos a fim de se obter propriedades que são adequados para o emprego em questão. Estes aditivos podem compreender anti-oxidantes e estabilizadores UV, os quais podem evitar a decomposição dos materiais de plástico das fibras. Tipicamente, os antioxidantes e os estabilizadores UV são adicionados numa quantidade de 0,5-5% em peso da composição de fibra total, e exemplos de antioxidantes e estabilizadores UV adequados são Irganox e Chimnasorb, respectivamente. Também podem ser empregues retardantes às chamas. Estes podem ser combinações de uma composição aromática contendo bromo e trióxido de antimónio (Sb₂0₃), por exemplo, Sandoflam 5071, Sandoz, Suiça.

As fibras contendo partículas do presente invento são, de preferência, utilizadas como constituintes em materiais inorgânicos com base na matriz ou materiais composto, tais como, materiais de construção, tipicamenτ •t

com o fim de melhorar as propriedades físicas destes mate riais. As fibras podem ser convenientemente utilizadas como substituintes para as fibras de asbesto. Tipicamente, os materiais compostos compreendem um ligante inorgânico, o qual pode ser cimento, por exemplo, Portland, gipsita, pozzolana tal como, cinza muito fina, sílica, volastonita, e/ou bentonj_ te. Adicionalmente, o material composto pode conter um superplastificante, por exemplo, um composto de naftaleno sulfonatado. Exemplos de materiais compostos nos quais as fibras do invento podem ser empregues, são materiais da matriz com base em cimento, tais como, betão e argamassa. As fibras são tipicamente alimentadas numa quantidade de 0,1-10% em peso do material composto total, tal como, cerca de 5% em peso do material composto total, tal como foi descoberto que um teor de fibra de cerca de 3% em peso do material composto total ê especialmente útil. A quantidade de fibras empregue está, certa^ mente, dependente do tipo de material composto a ser produzido. Também, os métodos de produção dos materiais compostos variarão com o tipo de material composto a ser preparado. Os materiais compostos, nos quais podem ser empregues as fibras, contendo partículas do presente invento, são, por exemplo, os tais materiais revelados na Patente dos E.U. 4,626,345 (gre gersen).

No que se refere aos materiais de cimento de fibra reforçada, foi descoberto que uma quantidade de fibras de polipropileno de cerca de 1,5-3% em peso do peso total do material composto, ê vantajosa. No material de argamassa, foi descoberto que o desenvolvimento de fendas foi reduzido quando foram adicionadas fibras plásticas ao material de argamassa. Também, o emprego de fibras plásticas resulta em betões de resistência à tracção e flexibilidade mais eleva das.

A Fig. 1 ilustra o principio de um teste de carga de ponto quatro de materiais compostos de fibra reforçada. A placa 1 é colocada numa máquina de teste

Γ· ο.

-17de qualquer tipo conveniente e ê submetida^;ã cargas conforme ê ilustrado. P ê o valor do total da carga aplicada à placa.

A Fig. 2 ê uma ilustração gráfica das propriedades da tensão (tf)/esforço (g) das placas do Exem pio 2, que resultaram do teste de carga de ponto quatro ilustrado na Fig. 1. A partir deste gráfico são determinados o mó dulo de elasticidade, o qual ê a inclinação da primeira parte linear do gráfico e a energia de ruptura que ê a área inferior do gráfico.

presente invento estã, ainda, ilustrado nos exemplos seguintes.

EXEMPLO 1

PREPARAÇAO DE FIBRAS DE PELICULA FIBRILADAS

A preparação de fibras compreen dem a maior parte dos seguintes passos:

- preparação de uma película de poliolefina por extrusão

- estiramento da película de poliolefina

- fibrilação da película estirada

- exposição ao calor da película estirada e fibrilada

- tratamento da suêrficie da película

- corte da película

&·

-18As características de composição e preparação de cada uma das variantes de fibra preparadas, estão listadas no Quadro I que segue posteriormente a seguinte descrição de cada um dos passos do processo.

Preparação da película de poliolefina por extrusão

Os componentes de poliolefina e partículas da película de poliolefina, facultativamente em mis^ tura com activos, foram misturados num extrusor do tipo Bandera (0 60 mm, L/D=24) a uma temperatura de 210²C durante 5 min. e foram extrusados através de uma matriz circular de um diâme tro de 300 mm na forma de uma película assoprada. Deste modo, foi formado um saco de película cheio de ar, sendo a propor ção de sopro, isto é, a proporção entre o diâmetro do saco e o diâmetro da matriz circular, de 1,02. A película extrusada foi arrefecida por passagem através de um anel de arrefecimen_ to que foi colocado na parte superior da matriz. Depois do arrefecimento, o saco da película cheio de ar foi passado através de um par de cilindros ou poletes de aperto a uma velocidade de 5,5 mm/min. de modo a retirar o ar e produzir uma película de duas camadas.

Estiramento da película de poliolefina

A partir dos cilindros de aperto, a película foi passada através de um segundo par de cilindros situado abaixo dos cilindros de aperto. A película foi, então passada através de um forno com uma temperatura de 165^SC e de um terceiro par de cilindros situado no outro lado do forno.

A película soprada foi estirada no forno visto que a velocida_ de do terceiro par de cilindros era mais alta do que a velocj_ dade do segundo par de cilindros. A proporção do estiramento actual, isto ê, a proporção entre a velocidade dos dois pares

-19Λκ .

de cilindros, para cada uma das variantes da película prepara, das estã estabelecida no Quadro I.

Fibrilação da película estirada

A película estirada foi passada sobre um cilindro de espigões tendo 26 eixos/cm de vara. 0 nú^ mero de filas de espigões por cada cm da superfície do cilindro foi de 0,55. A película a ser fibrilada foi passada sobre os cilindros de espigões a uma velocidade de 230 m/min.

Exposição ao calor da película estirada e fibrilada

A exposição ao calor da película foi realizada pela passagem da película através de um forno aquecido com ar de uma temperatura de 1302C. A película foi movida a uma velocidade de 92 m/min.

Durante os tratamentos descritos posteriormente (o tratamento de superfície e de corte), a película foi movida a uma velocidade de cerca de 87,0 m/min., correspondendo a cerca de 95% da velocidade da película duran te a exposição ao calor.

Tratamento da superfície da película

Tratamento mecânico

Areamento por jactos de areia

A película foi passada através de um canal de decapagem por jactos de areia construídos pelos

-20requerentes, em que a película foi bombardeada com esferas de vidro finas de um diâmetro de 45 um. Este tratamento resultou numa superficie da película mais áspera e além disso, um fendilhamento adicional da película na direcção do movimento da película.

Perfilamento da superfície de película

A superfície da película foi perfilada com uma estrutura ondulada na direcção longitudinal ao pressionar-se um cabo aquecido tendo uma superfície ondulada (tendo 100 ondas por cada 10 cm) contra a película. A pressão criada pelos cilindros sobre a película foi gradualmente au mentada, apôs o que deixou de haver pressão e o cabo foi reti. rado. Este processo também é conhecido como a técnica da caixa de empanque (Stufferbox).

Tratamento químico

Tratamento com um surfactante surfactante foi adicionado ao filme quando foi passado através de um par de cilindros de aplicação lubrificante (pequena quantidade), e a quantidade de surfactante a ser depositado na película foi regulada pela velocidade da rotação dos cilindros. No Quadro I que se segue é estipulada a quantidade actual e a composição do surfactante para cada uma das variante de fibra.

Tratamento eléctrico

-21A película foi^:submetida a uma de carga elêctrica forte por passagem sob um elêctrodo do tipo

A voltagem do elêctrodo foi de cerca de 25Kv Este tratamento eléctrico também ê conhecido

Vetaphone T1200, e 30 KHz(12 Kw), como um tratamento de coroa.

Corte da película corte da película foi realizado ao passar-se tagencialmente a película sobre uma roda de um diâmetro de 468 mm sobre a qual foram colocadas navalhas ra dialmente. A película foi pressionada contra as navalhas por uma pressão derivado do cilindro. Os comprimentos das fibras resultantes eram iguais à distância entre as navalhas colocadas radialmente.

Foram preparados diferentes tipos de fibras de acordo com os métodos descritos anteriormente.Ca da tipo de fibra ê de tal modo designado que as -caracterist^ cas da sua composição assim como da sua preparação são eviden tes na sua designação. Como abreviatura para o polipropileno, ê utilizado PP. As características de cada uma das variantes de fibra são estabelecidas a seguir:

QUADRO I

VARIANTES DE FIBRA

Fibra consistindo em PP (Variante A)

-22Composição: 99,74% de polipropileno do tipo Propatheno GWE 23, fornecido por ICI. IFF =

2,5 g/10 min. a 2,16 kg/230^eC. (IFF ê o index do fluido fundido tal como foi determinado de acordo com a norma ISO . 1133.

Foi preparada uma mistura de polipropileno, estabilizador UV e antioxidante com a seguinte composição :

8% de Chimnasorb 944,

12% de Irganox® B501 W 80% de polipropileno,

D consistindo o Irganox B501 W em 25% de Irganox® 1425 25% de cera de polietileno 50% de Irgafox 168

As percentagens estabelecidas anteriormente são percentagens em peso.

1,3% desta mistura foi adicionada ao polipropileno resultando numa quantidade de total do estabilizador UV e antioxidante de 0,26% em peso com base no peso total da composição.

Proporção de estiramento: 1:17

Comptimento da fibra: 6 mm

Tratamento de superfície: Químico:

A pelicula foi tratada com um surfactante líquido composto por AMOA P 231 e Cithrol A, sendo a proporção de volume dos dois componentes de 1:3.

líquido foi diluído 10 vezes com âgua comum da torneira.

líquido diluído foi fornecido à película tal como foi descrito anteriormente, resultando num grau de aplicação de cerca de 10%, calculado no peso da película.

Eléctrico:

A película foi submetida ao tratamento de coroa tal como foi descrito anterior mente.

Consistindo a fibra em PP/calcite com uma proporção de estiramento de 1:12 (Variante B12)

Composição: 25% de giz do grupo Fulline PMB-F/301 fornecido por Plastigran (consistindo numa composição de 70% de calcite e 30% de polipropileno).

74,74% de polipropileno (Propathene GWE 23).

Estabilizador UV e antioxidante conforme foi descrito para a fibra PP.

Proporção de estiramento: 1:12

Comprimento da Fibra: 6 mm

Tratamento de superfície: como a fibra PP.

Foram preparadas variantes de fibra correspondentes, diferindo das características estabelecidas anteriormente conforme estão descritos a seguir:

Consistindo a fibra em PP/calcite com uma proporção de estiramento de 1:17 (variante B17).

-24Consistindo a fibra em PP/calcite com uma proporção estiramento de 1:17 e tendo sido submetida a decapagem com areia (variante B17S).

Consistindo a fibra em PP/calcite com uma proporção de estiramento de 1:17 e tendo sido submetida ao areamento e perfilamento (variante B17SP).

Consistindo a fibra em PP/calcite com uma proporção de estiramento de 1:20 (variante B20).

(variante C)

Consistindo a fibra em PP/Ba₂S0₄

Composição: 20/de bariossulfato do grupo Fullino

PMB-F/401/BF fornecido por Plastigran (consistindo numa composição de 70% de bâriossulfato e 30% de polipropileno).

79,74% de polipropileno de Propathene GWE 23.

Estabilizador UV e antioxidante conforme foi descrito para a fibra de PP.

Proporção de estiramento: 1:17

Comprimento da fibra: 6 mm

Tratamento de superfície: Como para a fibra de PP

A fibra especial consiste emPP/ calcite (variante D).

Composição: 25% de calcite do grupo Fulline PMB-F/301 (consistindo numa composição de 70% de calcite e 30% de polipropileno)

-2574,74% de pol ipropileíiõ- de Propathene GWE 23.

Estabilizador VV e antioxidante como foi descrito para a fibra de PP.

Proporção de estiramento: 1;17

Comprimento da fibra: 6 mm

Tratamento de superfície: Mecânico:

Decapagem com areia conforme foi descrito anteriormente Químico:

filme foi tratado com um su£ factante composto por SW-T, Nissin Kagaku Kenkyo-sho Ltd., diluído com ãgua, sendo a proporção do volume de surfactante e ãgua de 1:3,8.

Eléctrico:

Tal como foi descrito anterior mente.

Cada uma das variantes da película (na fase anterior ao corte) foi submetida a um teste de tracção que foi levado a cabo numa mãquina de teste de Zwick. Os testes foram levados a cabo de tal modo que o comprimento de fixação da película foi de cerca de 200 mm e a taxa de de. formação foi de 2 mm/min. 0 módulo de elasticidade foi calculado como um módulo secante ao alongamento de 0,2,0,5 e 1,0%, respectivamente. A última tensão foi calculada como a força máxima dividida pela ârea da secção transversal da peH cuia. 0 último alongamento ê o alongamento à força máxima. 0 valor médio resultante dos 5 testes diferentes está estabele7 \

-26eido no Quadro II que se segue juntamente com o desvio normalizado e o coeficiente de variação. Também está estabelecida a densidade de cada uma das variantes da película:

Os resultados obtidos para as variantes da película requerem também as variantes de fibra devido ao facto da película e das fibras serem formas diferen tes da mesma composição. Por isso, o termo fibra foi utilizado no quadro seguinte.

QUADRO II

FIBRA DE PP

Densidade 910 kg/m

Módulo 0,2% de elasticidade 0,5% GPa 1,0%

Resistência MPa

Dltimo alongamento em %

Valor médio	Desvio	Coeficiente de
15,1	normalizado 2,84	variação (%) 19
12,4	1,39	11
10,0	0,63	6
429	55	13

7,72 1,40 18

FIBRA DE PP/GIZ, PROPORÇÃO DE ESTIRAMENTO DE 1:12

Densidade 1030 kg/m³

	Valor médio	Desvio normalizado	Coeficiente de variação (%)
Módulo	0,2%	7,01	2,65	38
de elasticidade	0,5%	5,94	1,39	23
GPa	1,0%	5,23	0,38	7
Resistência MPa		299	29	10
Oltimo alongamento %		13,27	0,90	7

FIBRAS DE PP/GIZ, PROPORÇÃO DE ESTIRAMENTO DE 1:17
Densidade 1030 k	:g/m³
		Valor médio	Desvio	Coeficiente de
			normalizado	variação (%)
Módulo	0,2%	8,93	2,32	26
de elasticidade	0,5%	8,56	1,54	18
GPa	1,0%	7,39	0,89	12
Resistência MPa		321	37	12
Oltimo alonga-
mento %		7,39	0,53	7,1

FIBRA DE PP/GIZ, PROPORÇÃO DE ESTIRAMENTO DE 1:20

Densidade 1030 kg/m^

	Valor médio	Desvio normalizado	Coeficiente de variação (%)
Módulo	0,2%	11,60	2,09	18
de elasticidade	0,5%	10,27	0,95	9
GPa	1,0%	8,62	0,48	6
Resistência MPa		341	10	3
Alongamento último em %		7,14	0,38	5

FIBRA DE PP/Ba₂S0₄

Densidade 960 kg/m^

	Valor médio	Desvio normalizado	Coeficiente de variação (%)
Módulo	0,2%	8,39	0,86	10
de elasticidade	0,5%	9,25	0,65	7
GPa	1,0%	8,64	0,56	7
Resistência MPa		263	73	28
Oltimo
alongamento %		5,94	1,06	18

-29FIBRA ESPECIAL DE PP/GIZ

Densidade 1030 kg/m³

	Valor médio	Desvio normalizado	Coeficiente de variação (%)
Módulo	0,2%	8,93	2,32	26
de elasticidade	0,5%	8,56	1,54	18
GPa	1,0%	7,39	0,89	12
Resistência MPa		321	37	12
Último alongamento %		7,39	0,53	7,1

De acordo com a discussão ante rior, ê evidente que as fibras contendo partículas (todos os tipos à excepção da fibra de PP) possuem propriedades menos desejáveis do que as fibras sem partículas (a fibra de PP). Deste modo, os valores do módulo de elasticidade e a resistên cia da fibra de PP: são significativamente mais altos do que os valores das propriedades correspondentes das fibras conten do partículas e do último alongamento, que podem ser defini dos com a resistência ao esforço antes da ruptura.

EXEMPLO 2

PLACAS DE FIBRA REFORÇADA

Preparação de placas de fibra reforçada por filtração

Uma suspensão consistindo em

109 g de matéria seca composta por

-30Celulose Stora 61 SR° 50 4%

Sílica Elkem a 98% 10%

Fibras de poliolefina 3%

Cimento (alcali inferior, sulfa^ to resistente) 83% e 163 g de água foi colocada num aparelho de filtração (apare lho de filtração de John Mansville JM). As percentagens estabelecidas anteriormente são percentagens em peso, com base no peso de teor total da matéria seca. As fibras de poliolefina são as fibras do Exemplo 1. A água da suspensão foi sugada por uma pressão baixa de 0,27 bar, após isto, o bolo do fil tro foi colocado numa prensa onde foi submetido a uma pequena pressão de cerca de 10 MPa. A permeabilidade do material na sua forma não temperada foi determinada por meio do tempo de filtração. 0 tempo de filtração, isto ê, o tempo de tratamento de pressão baixa, de cada uma das preparações de placa foi anotado.

Depois da formação, as placas foram temperadas numa caixa de humedecimento durante 24 horas seguidas de endurecimento sob água à temperatura ambiente durante 6 dias. As placas preparadas pelo processo anterior tinham um comprimento de cerca de 203 mm, uma largura de cerca de 76,5 mm, e uma espessura de cerca de 5 mm.

Propriedades mecânicas das placas de fibra reforçada

As propriedades mecânicas das pia cas de fibra reforçada foram investigadas, submetendo-se as ^<ζ<

-31placas a um teste de carga de ponto 4 conforme ê mostrado em principio na Fig. 1. Foram testadas 10 placas de cada uma das variantes; cinco das placas foram testadas no estado húmido e as outras5 que restaram foram testadas no estado seco, o que foi conseguido ao submeter-se as placas â secagem durante 2 dias num forno de uma temperatura de HO^c. As propriedades de tensão (d)/esforço (£) das placas conforme foram determin^ das pelo teste de carga de ponto 4 foram traçadas num gráfico que, de uma forma esquemática, estã ilustrado na Fig. 2. Fo ram lidos os valores da tensão/esforço na altura em que a pro porcionalidade entre a tensão e o esforço se altera assim como os valores da tensão/esf orço na altura da carga má_ xima £_m)· A partir destes valores, foram calculados o módulo da elasticidade e a energia de ruptura. 0 módulo da elasticidade é definido segundo a inclinação da primeira parte linear do gráfico, ao passo que a energia de ruptura ê definida como a área inferior do gráfico até ã carga máxima e ê calculada de acordo com a fórmula

Deve ser salientado que esta fóraproximação, visto que normalmente a parte superior será ligeiramente curva. Contudo, o desvio do valor será insignificante uma vez que a diferença entre a ionada com o gráfico curvo e a área relacionada com direito ê muio pequena em relação à área total.

mula ê uma do gráfico verdadeiro área relac o gráfico

As propriedades mecânicas das pia cas de fibra reforçada estão estabelecidas no quadro que se segue. Também está estipulado o valor médio (M) como desvio normalizado (Dev.)

QUADRO ΠΙΑ

VARIANTE DE FIBRA

	A húmido	l seco	C	D
húmido	seco I	húmido :	seco
Tempo de	M	888	888	53	53	18	18
filtração	Dev.	163	163	10	10	2	2
3 Densidade g/cm M	1,781	1,669	1,698	1,644	1,697	1,664
	Dev.	0,023	0,025	0,020	0,023	0,018	0,011
tf_k MPa	M	10,1	18,2	9,7	17,4	11,2	23,1
	Dev.	0,8	3,6	0,4	3,1	1,2	0,6
MPa	M	13,9	18,2	13,6	18,0	17,3	23,3
Dev.	0,8	3,6	U	2,8	1,2	0,5
É_k o/oo	M	0,69	0,96	0,83	1,18	0,70	1,32
	Dev.	0,09	0,27	0,07	0,30	0,08	0,15
Em °/°°	M	3,09	1,02	6,64	1,52	6,81	1,36
Dev.	0,98	0,32	1,91	0,28	2,27	0,14
W 10'⁴ Mn/m²		322,9	98,3	717,1	162,8	909,0	161,7
Módulo de	M	15,0	19,3	11 ,8	15,0	16,1	17,6
elasticidade	GPa Dev	. 2,7	2,0	1,2	1,4	1,4	1,7
Variante de	fibra A	= fibra	de PP
Variante de	fibra C	= fibra	de PP/Ba	2^S04
Variante de	fibra D	= fibra	especial	de PP/gíz

-33QUADRO IIIB

VARIANTE DE FIBRA

B17S B17SP B20

		húmido	seco	húmido seco	húmido	seco
Tempo de	M	33	33	18	18	47	47
filtração	Dev.	1	1	3	3	4	4
3 Densidade g/cm	M	1,710	1,673	1,687	í,685	1,722	1,691
	Dev.	0,012	0,020	0,007	0,022	0,010	0,027
tf_k MPa	M	9,9	16,2	9,3	20,2	10,4	16,0
	Dev.	0,5	1,8	1,2	0,6	0,5	3,0
°'m MPa	M	13,6	17,1	12,3	20,5	14,4	17,2
Dev.	1,1	1,6	1,6	0,6	0,4	2,0
°/°°	M	0,65	1,29	0,88	1 ,29	0,91	1,03
Dev.	0,13	0,13	0,08	0,23	0,16	0,20
É o/oo c m w	M	5,15	1,51	5,86	1,41	6,20	1,71
Dev.	2,05	0,32	2,51	0,37	2,93	0,36
W 10⁴ Mn/m²		560,9	141,1	578,8	154,7	703,3	195,3
Módulo de	M	15,8	12,6	10,6	16,3	11,7	15,6
elasticidade GPa Dev.	3,8	1,7	1,3	4,0	2,5	0,5

Variante

de	fibra	B17S =	fibra de PP/giz	com proporção	de	est i -
			ramento de 1:17	e areada
de	fibra	B17SP	=fibra de PP/giz	com proporção	de	esti-
			ramento de 1:17	e areada e perfilada
de	fibra	B20 =	fibra de PP/giz	com proporção	de	esti-
			ramento de 1:20	·'

Λ

-34Preparação de placas de fibra reforçada por extrusão

Foram preparadas placas de fibra reforçada por extrusão de uma pasta fluida consistindo em

43,5% de cimento (alcali inferior, sulfato resistente)

20% de cinza muito fina

20% de sílica a 75%

14% de Volastonita Nyad C

1,0% de superplastificante Mighty®

1,5% de fibras de poliolefina, e âgua que foi adicionada numa quantidade de modo a obter uma proporção de âgua para sólido de cerca de 0,09, calculada em peso.

As percentagens estabelecidas são as percentagens em peso calculadas em peso da parte sólida da pasta fluida. As fibras de poliolefina são as fibras do Exem:plo 1, e o tipo de fibras empregue na preparação das placas é estabelecido em conexão com os gráficos de monstrativos das propriedades das placas.

As placas foram preparadas como se segue:

A cinza muito fina, a sílica, as fibras de poliolefina, o superplastificante Mighty^v e a ãgua foram misturados num misturador convencionalmente utilizado na indústria panificadora. Foram adicionados cimento e volastonita à massa homogénea resultante, e a mistura foi continuada atê que estes componentes ficaram totalmente dispersos na massa. A massa plástica resultante foi transferida para um extrusor (Lin den) e foi extrusada através de uma matriz plana directamente

-35para um laminador a fim de se obter uma espessura das placas resultantes de cerca de 4,5 mm. As placas foram cortadas em pedaços de dimensões de cerca de 300 mm x cerca de 600 mm e estes foram temperados durante 16 horas numa câmara de endurecimento a uma temperatura de 80^sC. Para o teste em laboratório, foram cortados espécimes a testar de dimensões de 202 x 600 mm, e estes foram testados no estado húmido de armazenamento, à temperatura ambiente. Os espécimes a testar foram submetidos a um teste de carga de ponto 4. Os espécimes a testar foram cortados de modo a obter-se uma ruptura ao longo da direc ção de produção e uma ruptura transversalmente em relação a direcção de produção. Foram determinadas as propriedades de tensão-esforço definidas anteriormente, isto ê, θ d_m, £_m·

Também foram determinados, o módulo de elasticidade, a energia de ruptura, e a densidade das placas, conforme foi descrito anteriormente. Os resultados, i.e., o valor médio e o desvio normalizado, estão estabelecidos no Quadro IV que se segue. Os resultados do teste, onde a ruptura ocorre ao longo da direcção da produção, são designados Al, ao passo que os resultados do teste, onde a ruptura ocorre transversalmente em relação à direcção da produção, são designados T.

-36QUADRO IVA

VARIANTE DE FIBRA

A B17S C D

	AI	T	Al	T	Al	T	Al	T
Densidade	M 2,119	2,081	2,031	2,112	2,106	2,094	2,089	2,157
g/cm³	Dev. 0,015	0,029	0,141	0,048	0,043	0,031	0,054	0,063
tf_kMPa	M 17,6	25,2	18,7	32,0	20,1	29,8	15,8	27,5
	Dev. 1,1	1,4	2,3	1,3	1,1	0,7	2,3	0,9
cCMPa m	M 18,1	25,6	18,8	33,3	20,1	29,9	15,9	28,0
Dev. 1,1	1,1	2,4	0,8	1,1	0,9	2,2	0,9
f_k o/oo	M 0,45	0,63	0,52	0,70	0,41	0,65	0,39	0,59
Dev. 0,03	0,03	0,08	0,04	0,11	0,05	0,04	0,06
e_m o/oo	M 0,50	0,66	0,54	0,75	0,41	0,68	0,41	0,63
Dev. 0,04	0,05	0,08	0,06	0,11	0,07	0,04	0,06
W 10“⁴
Mn/m^	M 48,5	87,0	52,4	128,3	41,2	105,8	34,0	92,3
Módulo de	M 38,9	40,3	36,5	45,9	51,0	45,7	40,2	47,2
elasticidade	Dev. 1,8	3,3	6,8	3,7	11,4	3,9	3,1	4,4

GPa

Variante de Fibra A = fibra.de PP

Variante de Fibra B17S = fibra de PP/giz com proporção de estiramento de 1:17 e areada

Variante de Fibra C = fibra de PP/Ba2SO^

Variante de Fibra D = fibra especial de PP/giz

QUADRO IVB

VARIANTE DE FIBRA

	B17SP	B20
Al	T	Al	T
3 Densidade g/cm	M	2,103	2,076	2,124	2,080
	Dev.	0,057	0,035	0,032	0,020
MPa	M	19,6	29,7	19,4	29,8
	Dev.	1,3	1,3	0,8	0,8
d MPa m	M	19,8	29,7	19,5	29,8
Dev.	1,2	1,3	0,9	0,8
£_k o/oo	M	0,42	0,70	0,50	0,67
	Dev.	0,10	0,05	0,11	0,06
€ o/oo ^cm '	M	0,46	0,70	0,52	0,67
Dev.	0,11	0,05	0,14	0,06
W 10⁴ Mn/m²	M	49,5	103,95	52,4	99,8
Módulo de	M	48,5	42,7	40,2	45,1
elasticidade GPa	Dev.	10,9	2,0		4,7
Variante de fibra	B17SP =	Fibra	de PP/giz corr	i proporção de	estiramento
		de 1:	17 e areada e	perfilada
Variante de fibra	B20 =	Fibra de PP/giz com proporção de	estiramento

•ζ;

-38Os resultados revelam que as pia cas contendo as fibras que possuem partículas do presente in vento, têm propriedades superiores no que diz respeito à ela ticidade, à resistência e esforço qaundo comparadas com pia cas feitas com fibras de polipropileno convencionais.

EXEMPLO 3

FIXAÇÃO DA PELÍCULA DE POLIOLEFINA EXTRUSADA, NÃO-ESTIRADA EM CIMENTO

A fixação entre a fibra e a ma triz ê um parâmetro importante no desenvolvimento de fibras plásticas assim como uma boa fixação é um prê-requesito para a possibilidade de utilização das propriedades mecânicas das fibras, mas, ao mesmo tempo, este parâmetro ê muito dificil de medir.

A medição da fixação esntre o plástico e o cimento foi realizada na película extrusada, não-estirada, a partir da qual foi preparada cada uma das va riantes de fibra do Exemplo 1. Foi aplicada uma pasta de cimento puro (proporção de cimento rápido, água/cimento 0,5) à película de plástico e às superfícies dos dois espécimes de aço circulares com um diâmetro interior de 44 mm e 70 mm, respectivamente. Os espécimes foram colocados concentricamen te em qualquer lado da película de plástico de tal modo que o cimento sobre qualquer lado da película de plástico e o ci mento dos espécimes de aço respectivos aderiram um ao outro. Foram preparados 10 dos tais espécimes de teste e o cimento dos espécimes foi endurecido numa caixa de humedecimento à

-39temperatura ambiente. Depois de 7 dias, 5 dos espécimes foram tirados e colocados livremente no laboratório (humidade 50%, temperatura 21^eC) (endurecimento seco) e os outros permaneceram na caixa de humedecimento (humidade 95-100%, temperatura 21⁹C) (endurecimento húmido).

Depois da exposição durante outros 7 dias, as propriedades de fixação de cada uma das películas de poliolefina foram testadas. Os dois espécimes de aço circulares foram enlaçados um no outro por meio de um momento de torção, e o momento de torção obtido foi lido.

A tensão máxima de corte resultante foi na qual M_y ê a torção e W_y ê a reacção de torção. Esta última foi calculada como se segue:

~ .4 _4 n

W = JL E—— = 56835 m^J ^v 2 b a = o raio interior dos espécimes de aço menores = 44/2 mm b = o raio interior dos espécimes de aço maiores = 70/2 mm

Os resultados dos testes da película estrusada, não-estirada, a partir da qual foram preparadas as variantes de fibra, aparecem no Quadro V que se segue.

-40QUADRO V

Película extrusada, não-estirada com a composição de

VARIANTES DE FIBRA

	A	B	C
MPa seco	0,163	0,331	0,414
Mpa ^seco	0,008	0,006	0,009
MPa ^húmido	0,209	0,314	0,308
MPa ^Vhúmido	0,007	0,004	0,013

Variante	de	fibra	A = fibra	de	PP
Variante	de	fibra	B = fibras	de	PP/giz
Variante	de	fibra	C = fibra	de	PP/Ba₂S0

T seco ê o valor médio da tensão máxima de corte dos 5 espécimes testados, os quais foram endurecidos em parte na caixa de humedecimento e, em parte, nas condições ambientais no labora^ tório γ

húmido é o valor médio da tensão máxima de corte dos 5 espécimes testados, os quais foram endurecidos unicamente na caixa de humedecimento.

V V T T seco e húmido são os desvios normalizados de seco e húmido, respectivamente.

Pelos resultados, dã-nos a imprejs são que os valores para as películas contendo partículas são sistematicamente melhores do que para as películas sem partículas. Além disso, os valores dos espécimes testados submetidos ao endurecimento seco são melhores do que aqueles dos espécimes submetidos ao endurecimento húmido. Isto é contrário aos resultados observados com as fibras de PP (não contendo partículas).

Claims

REIVINDICAÇOES:

1⁹. - Método para a produção de uma fibra reforço, feita a partir de poliolefinas, ou derivados de poliolefina, earacterizado por se incorporarem partículas inorgânicas de um tamanho de 1-10 pm na olefina ou nos derivados de olefina, em que as partículas estão incorporadas numa quantidade de pelo menos, 12% em peso, calculada sobre o peso total da fibra, estando as particulas embebidas na poliolefina ou num derivado de poliolefina, não estando qualquer uma das partículas substancialmente exposta nas superfícies da fibra, de modo a obter uma fibra tendo uma espessura de 10 a 100 pm.
2^â. - Método de acordo com a reivin cação 1, caracterizado por as partículas inorgânicas constituírem, pelo menos, 15% em peso, de preferência, pelo menos, 17% em peso, calculado sobre o peso do material total.
3^â. - Método de acordo com a reivin dicação 1 ou 2, caracterizado por as partículas inorgânicas serem de um tamanho de 3-5 pm.
4-. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicaçSes 1-3, caracterizado por as partículas 1 inorgânicas serem seleccionadas a partir de calcite, talco, sílica, mica, cimento, sulfato de bário, vidro e de um agente de fingimento, por exemplo, Ti0₂.
5^â. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizado por a poliolefina ser seleccionada a partir de polipropileno e polietileno e o derivado da poliolefina ser um álcool (um polímero de vinilo), de preferência, álcool polivini1ico ou um ácido acrílico, ou um ácido acrílico, ou um anidrido de ácido orgânico, sendo as cadeias de poliolefina do componente de poliolefina, de preferência, orientados de um modo substancialmente unidirecc ional.
6^â. - Método de acordo com qual quer uma das reivindicações 1-5, caracterizado por as fibras compreenderem polipropileno numa quantidade de 83% e calcite numa quantidade de 17%, calculadas em peso, ou polipropileno, numa quantidade de 86% e sulfato de bário numa quantidade de 14%, calculadas em peso.
7⁵. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a espessura das fibras ser, quanto muito, 100 pm, de preferência, 20-80 pm, e com maior preferência 35 pm.
8³. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a largura das fibras ser 20-700 pm, de preferência, 60-300 pm, de maior preferência, cerca de 250 jim.
9^â. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por as fibras formarem uma rede, sendo o comprimento das fibras individuais menor do que o comprimento das fendas entre as fibras.
10^ã. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o comprimento de quase todas as fibras ser, quando muito, 15 mm de preferência, quando muito, 6-12 mm, com maior preferência, quando muito, 6 mm.
11^â. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a superfície das fibras ser reactiva a outros produtos químicos compreendendo a superfície da fibra, de preferencia, um sur factante.
12³. - Método para a produção de fibras de reforço feitas de poliolefina ou de derivados de poliolefina e tendo uma espessura de 10-100 pm e contendo par. tículas inorgânicas de um tamanho de 1-10 pm numa quantidade de, pelo menos, 12% em peso, calculada sobre o peso total da fibra, caracterizado por compreender os passos seguintes:

- a extrusão dos constituintes da fibra, os quais se apresentam na forma de uma massa plástica de modo a obter-se uma película,

- o estiramento da película afim de se orientar as cadeias de poliolefinas da pelicula de um modo substancialmente unidireccional,

- a fibrilação da película estirada por uma navalha e/ou um rolo de espigões,

- o tratamento por aquecimento da película estirada de modo a relaxar quaisquer tensões da película,

- o tratamento da superfície da película afim de modificar a superfície, e

- facultativamente, o corte da película fibrilada em pedaços com um comprimento adequado de modo a obter-se a fibra.

4513^â. - Método de acordo com a rej_ vindicação 12, caracterizado por a massa de plástico ser ex trudida sob a forma de uma película soprada ou sob a forma de uma película moldada.
14³. - Método de acordo com as reivindicações 12 ou 13, caracterizado por a película ser estirada numa proporção de, pelo menos, 1:6, tal como, pelo menos, 1:10, de preferência, pelo menos, 1:15, com maior preferência 1:17.
15^â. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12-14, caracterizado por a superfície da película fibrilada ser modificada por tratamento de aquecimento, e/ou submetida a modificação quimica, e/ou modificação eléctrica, e/ou modificação mecânica.
16^â. - Método de acordo com a re£ vindicação 15, caracterizado por a modificação química com preender a introdução dos grupos OH-, COOH- e/ou anidrido na componente poliolefina, a modificação eléctrica compreender um tratamento por descarga de coroa, e/ou a modificação mecânica compreender a projecção da areia e/ou texturação.
17®. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12-16, caracterizado por a pel íct£ la fibrilada e/ou a fibra serem tratadas com um surfactante.
18^â. - Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12-17, caracterizado por a pelícii la e/ou a película fibrilada serem cortadas em pedaços com um comprimento de, quando muito, 15 mm, de preferência, quando

-46muito, 12 mm, com maior preferência, quando-muito, 6 mm.
19³. - Método para a preparação de um material compósito de fibra reforçada, caracterizado por se incorporar as fibras de reforço produzidas pelo método de aco£ do com qualquer das reivindicações 1 a 18, num ligante inorgânico.
20^â. - Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o ligante inorgânico compreen der cimento, tal como, cimento de Portland, puzolano, tal como cinza fina, sílica, wollastonite, e/ou bentonite, e facultativamente e adicionalmente conter um agente superplastificante, por exemplo, compostos de naftaleno sulfonado.