PT89825B

PT89825B - Estrutura fibrosa contendo fibras contracteis pelo calor, processo para a producao de artigos conformados contendo essa estrutura e artigos produzidos por esseprocesso

Info

Publication number: PT89825B
Application number: PT89825A
Authority: PT
Inventors: Frederick S Campbell; Gordon J Varney; Dewitt R Petterson
Original assignee: Albany Int Corp
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1989-02-24
Publication date: 1995-03-01
Also published as: EP0337597A2; KR890016224A; FI890905A0; EP0337597B1; AU616243B2; FR2630135B1; CH684726B5; MX169946B; GR890100110A; GB2217355B; AU3074989A; PT89825A; FR2630135A1; DK174213B1; GB2217355A; BE1002706A5; IL89406A0; JPH01282374A; GR1000276B; BR8900858A

Description

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a novas composições possuindo uma estrutura fibrosa e inclui novas composições de fibras que possuem propriedades resistentes a elevadas temperaturas, retardadoras de chama, cujas composições são susceptíveis de serem processadas numa série de novos produtos específicos.

É do conhecimento geral que quando a maioria dos tipos de fibras sintéticas elásticas são aquecidas perto da sua temperatura de elasticidade têm tendência para se contrair. Por exemplo, poli-olefinas, poli-ésteres, em particular fibras de poliamida e de cloreto de polivinido, contraem-se entre 10 - 50% sob estas condições. As fibras são dotadas com

esta propriedade durante o processo de produção. Na manufactura destas fibras é prática corrente elastificar as fibras após a configuração a fim de orientar desse modo as moléculas de polímeros. Inicialmente esta orientação é impedida devido a fortes forças inter-moleculares entre moléculas que impedem as i próprias moléculas alongadas de se contraírem e se envolverem de novo por relaxação. Contudo, estas fortes forças inter-molé culares, podem ser superadas em temperatura elevadas por relaxação entrópica permitindo que a fibra alcance um estado em que se desenvolve uma força de contracção e a fibra se contrai.

Há um requisito para materiais que são de peso leve, possuem força e integridade de estrutura baseadas numa construção fibrosa e que possuem de preferência in flamabilidade reduzida comparada com os materiais existentes, ί

Portanto, é um objecto da presente in venção proporcionar estruturas de fibras a partir de fibras cohtrácteis pelo calor, de preferência com boas propriedades 'térmicas como, por exemplo, fibras de poliamida, cujas estrutu ί í j ras podem facilmente ser transformadas em artigos moldados por ί meio de aquecimento. Os artigos podem exibir integridade de estrutura i.é, elevada resistência à tracção combinada com peso leve e de preferência elevada resistência ao calor e retardamento de chama dependendo do seu método de formação. Estes artigos moldados podem ainda ser susceptíveis de ser trabalha- j dos e executados trabalhos em máquinas imediatamente após a for mação.

De acordo com uma realização da presen i te invenção proporciona-se uma composição que compreende uma ^estrutura fibrosa, cuja proporção maior consiste em fibras contracteis pelo calor que foram tratadas pelo calor para produzir a densificação da estrutura.

Uma outra realização da presente inven çao proporcionar uma composição que compreende uma estrutura í fibrosa que inclui uma proporção maior de fibras contrácteis pe lo calor, incluindo a referida estrutura grupos de fibars dis2

cretas, sendo a referida estrutura susceptível de tratamento pelo calor para produzir uma estrutura de densidade aumentada ! em que a densidade dos mencionados grupos de fibras é maior do que a remanescente da estrutura.

A presente invenção inclui uma composição na forma de um artigo produzido por um método que compre ende a formação de uma estrutura fibrosa compreendendo uma fibra contráctil pelo calor, a colocação da referida estrutura con tígua a uma superfície de moldagem, I o constrangimento da referida estrutu

V j ra em oposição a contracção em pelo menos uma direcção, ι

a exposição do referido material ao calor a uma temperatura e durante um período de tempo suficien tes para contrair a fibra e para obter a ligação fibra a fibra i

para aumentar a rigidez da estrutura e retirar o referido arti ^!go moldado da superfície mencionada.

A densidade da estrutura apos o trata mento pelo calor pode ser não-uniforme. Além disso, a estrutura pode possuir uma pluralidade de elementos longitudinais, compreendendo cada elemento um grupo das referidas fibras orientadas num plano e densificadas por tratamento pelo calor.

Numa realização da presente invenção, a estrutura fibrosa pode compreender uma camada que contem uma ^!, pluralidade de elementos longitudinais que alongam transversal-! mente o plano da camada referida.

Numa forma de realização da presente invenção, os grupos de fibras são formadas transversalmente ao plano da estrutura fibrosa e formados por costura ou por hidro-envolvimento.

A estrutura fibrosa pode ser um feltro não-tecido, característicamente uma camada de aglomerado de al3

godão que compreende uma série de camadas de fibras separadas.

A estrutura fibrosa pode ser qualquer tipo de tecido, material tecido ou tricotado numa camada ou em camadas múltiplas.

A estrutura de tecido pode ser um sim pies aglomerado de algodão ou pode ser formado por várias cama, das de material de aglomerado de algodão laminadas em conjunto antes da contracção. Quando a estrutura é um laminado, devem empregar-se adesivos para laminagem utilizando qualquer tipo de adesivo, especialmente os seleccionados de entre o grupo que consiste em adesivos acrilicos, adesivos de poliésteres, adesivos de poliamida, adesivos de poliolefinas, adesivos de poliuretano e adesivos de poliimida. Numa realização de preferência, o adesivo é um adesivo fundido a quente que possua propriedades de baixa libertação de calor. í

A estrutura fibrosa pode ser um feltro' na qual se orientam ou se distribuem aleatoriamente extensões ’ ! de fibras dentro da camada de feltro. A estrutura fibrosa pode {

I compreender camadas múltiplas de material de aglomerado de al- ; godão que foram perfurados por agulhas para produzir coesão entre as fibras dentro de uma camada específica e a fim de produzir coesão entre fibras dentro de camadas diferentes.

Numa forma de realização da presente invenção os artigos moldados- são deformáveis de modo plastici- i zante sob reaquedimento a temperaturas compreendidas entre a ί temperatura de transição do vidro das fibras, e possuem uma den!

*2 ! sidade de 1,20 g/cm⁷ no máximo. j i

A presente invenção abrange uma composição de peso leve na qual a densidade da composição está compreendida entre 0,005 e 1,0 gm/cc e vulgarmente entre 0,125 e 0,40 gm/cc. !

As fibras que constituem pelo menos uma porção maior da referida estrutura fibrosa podem ser seleccionadas de entre materiais fibrosos sintéticos contrácteis pelo calor que incluem fibras de poliamida, fibras acrílicas, fi- 4 bras de polipropileno, fibras de sulfeto de polifenileno, fibras de poliimida, fibras de éter cetona asomática e fibras de polieterimida.

As fibras individuais da estrutura fi brosa podem incluir uma proporção não superior a 5$ em peso de um materai plasticizante de baixo peso molécular; este material plasticizante pode ser seleccionado de entre solventes para polímero de fibras e oligómeros do mesmo material de polímero.

Os oligómeros são conhecidos como comi ponentes de baixo peso molecular que consistem em unidades de repetição idênticas ao polímero de origem, mas com um grau de polimerização de cerca de dois para dez. Podem estar presentes em maiores quantidades, mas disso pouco benéfício resultará. 0 solvente pode ser um resíduo da manufactura da fibra ou pode ser adicionado subsequentemente à fibra autes do tratamento de calor. A presença do solvente é desejável, mas não uma caracte : rística essencial da presente invenção.

Quando as fibras são fibras de poliimi^ da, os solventes podem ser seleccionados de entre dimetil-formamida, N-metil-pirrlidona e dimitil-acetamida ou outros solventes apróticos fortes, Nesta realização especifica, efectua-se a ligação e/ou a contracção por calor à temperatura compreendida entre 25O-35O°C, de preferência entre 270-330°C, de maior preferência entre 3OO-325°C. i

As fibras para utilização na presente i invenção podem ter sido submetidas a um índice de tensão entre ί ι

e 7 vezes, mas de preferência não submetidas a qualquer passo; de relaxação ou de endurecimento posterior. É preferível que as fibras sejam susceptíveis de uma contracção inerente de no minimo 10 a 60$ no aquecimento a fim de proporcionar uma contracção apropriada e densificaçâo do conjunto de fibras coesas.

Numa outra realização da presente invenção, a estrutura fibrosa compreende uma proporção maior de fibras de poliimida de fórmula geral:

ο

-R na qual η á um número inteiro maior do que 1 e R seleccionado de um ou mais de

Estas fibras são particularmente úteis na prática da presente invenção visto que no tratamento pelo calor permitem a produção de artigos moldados de elevada resis^ tência à tracção elevada resistência ao calor, boas proprieda- ί des retardantes de chama e densidade relativamente baixa.

Além disso, possuem boas propriedades i retardantes de chama e densidade relativamente baixa. Em expo- . sição a chamas abertas em caso de fogo as fibras desenvolvem ¹gases de apenas densidade óptica muito baixa toxicidade. ;

Numa forma de realização da presente invenção, a força de contracção junta ao elevado índice de contracção das fibras resulta na produção de ligações coesas entre as fibras individuais e os seus pontos de contacto; isto verifica-se mesmo em fibras como as fibras de poliimida que não po.s

suem tal ponto de fusão. Estas ligações coesas, quando formadas ; proporcionam integridade da estrutura adicional, elevada estaj bilidade e resistência à tracção dos artigos moldados.

Numa forma de realização posterior da presente invenção, proporciona-se um método que compreende a formação de uma estrutura fibrosa que compreende uma fibra contráctil pelo calor a colocação da referida estrutura contígua à superfície de moldagem, o constrangimento da referida estrutura em oposição à contrcção em pelo menos uma direcção, ί a exposição do referido material ao ca lor à temperatura e pelo tempo suficiente para obter a ligação fibra a fibra para aumentar a rigidez da estrutura, e em segui, da retira-se o referido artigo moldado da superfície.

A estrutura fibrosa pode constranger-se em pelo menos duas dimensões em oposição à contracção per-^;mitindo assim a contracção substancial apenas na terceira di] mensão.

Quando a estrutura fibrosa compreende ίuma proporção maior de fibras de poliimida, o aquecimento pode efectuar-se à temperatura entre 100 e 370° C e durante um perío/ do suficiente para obter uma ligação fibra a fibra a fim de produzir o aumento necessário de rigidez na estrutura fibrosa, i ί

Nesta realização o aquecimento pode

I j efectuar-se a uma temperatura em excesso da temperatura de

I ' transição efectiva do vidro das fibras.

Na prática do método da presente inven i lição, os grupos de fibras justapostas que possuem uma orientaiíçSo transversal ap plano da estrutura fibrosa podem inclui r ialgumas fibras que se unam em duas direcções, uma parte no piaι ;

ino da camada de material e a outra parte na direcção transver- i sal.

Numa outra forma de realização da preji sente invenção, a estrutura fibrosa é endurecida mantendo-a contra uma superfície de moldagem e submetendo-a em seguida ao

I , j_; aquecimento a fim de permitir que a contracção das fibras ocor ' ra a fim de produzir uma pré-forma densifiçada. Durante a contracção, os grupos de fibras que se estendem numa direcção ) transversal a cada camada são densificados e endurecidos. Al? gumas das pré-formas densificadas podem ser laminadas com cama i da ou camadas de adesivo entre cada camada de pré-forma; o ade

Η sivo pode ser activado por subida de temperatura a um nível í¹

H suficiente para fundir o adesivo mas a um nível inferior aquele em-que ocorre o endurecimento significante. Este processo produz um laminado em que os componentes da estrutura dentro de cada camada per se conferem um grau de rigidez estrutural ao material laminado resultante.

A direcção transversal referida pode ser substancialmente normal ao plano da estrutura fibrosa, mas a presente invenção não se limita a isso.

passo da contracção pode efectuar-se por constrangimento do aglomerado de algodão em pelo menos duas direcções.

, i

De acordo com a presente invenção a densificação dos grupos de fibras transversalmente dispostos ί ί :

llpode ser acompanhada por ligação fibra a fibra.

ί ι ;

'i A estrutura fibrosa pode estar na for- i !ma de um tecido, tricotado ou não-tecido, no qual as extensões . das fibras estão orientadas dentro da própria estrutura para ^: I proporcionar propriedades uni-direccionais. Como alternativa a estrutura fibrosa pode ser uma camada de aglomerados de algodão ou um emaranhado de papel. Pode empregar-se técnicas de moldagem hidráulica em que se pode dispensar uma pasta fluida de extensões de fibras curtas num líquido veicular como a água e a água totalmente comprimida numa direcção para se obter uma orientação parcial das fibras. A estrutura fibrosa pode compre;ender múltiplas camadas de material fibroso que foram perfura— ^;

das por agulhas em toda a sua extensão para produzir coesão entre as fibras dentro de uma camada específica e entre fibras de diferentes camadas.

Pode efectuar-se a ligação fibra a fibra a uma temperatura elevada e o grau de ligação e o correspondente grau de dureza está dependente da relação tempo/ temperatura .

Quando as fibras são de poliimida, de ligação a temperaturas elevadas da ordem dos 3OO-35O°C ou mais requerem uma exposição ao calor relativamente curta de preferência até 30 minutos. A ligação a temperatura mais baixas na ordem dos 100-300°C, particularmente em presença de porções de solventes, resultarão no endurecimento de, por exemplo, uma c_a mada de aglomerado de algodão devido ao aumento da ligação alí efectuada. A não ser que o material de aglomerado de algodão seja constrangido, ocorrerá contracção durante a ligação. Qual quer aquecimento deve ser efectuado por utilização de um forno vulgar, um aquecimento por micro-ondas, radio-frequência de esterilização ou análogo. Numa realização da presente invenção a contracção da estrutura fibrosa durante o tratamento por calor pode ser controlada para proporcionar umà densidade nos produtos finais compreendida entre 0,005 e 1,2 gm/cc e de preferência entre 0,125 e 0,4 gm/cc. Esta última proposta permite a produção de estruturas ligadas, fibrosas, de peso leve. Com aumento de densidade i.e, mais do que 0,4 gm/cc, os produtos moldados de acordo com a presente invenção podem ser processados de imediato quer por cosedura, perfuração, ou moagem, ou por quaisquer instrumentos utilizados na execução de trabalhos de madeira ou plástico em máquinas.

Na prática, na formação de componentes moldados de acordo com uma realização da presente invenção, a estrutura fibrosa será constrangida em pelo menos duas dimensões em oposição à contracção, permitindo assim a possível contracção numa terceira dimensão. A tendência natural das estruturas fibrosas como as das fibras de poliimida é a da estrutura se contrair dramaticamente a temperaturas elevadas. Le acordo

! 1

I com a presente invenção, | uma densidade em excesso ! trangimento da estrutura í í „ em oposição a contracção esta tendência para se contrair para de 1 gm/cc pode reduzir-se por consfibrosa antes do tratamento por calor em pelo menos duas dimensões.

Deste modo, a presente invenção propor ciona materiais que são susceptíveis de ser processados para formar produtos moldados ou formados, de peso leve, que possuem força e integridade estrutural baseadas numa construção fibrosa. A estrutura de acordo com a presente invenção pode con ter uma proporção maior i.é, mais do que 50$ de fibras, como característica fibras de poliimida de acordo com a presente in venção; neste último caso os produtos terão uma inflamabilidade reduzida comparados com o material existente.

Os artigos moldados de acordo com a j presente invenção podem ser produzidos utilizando meios de mol ' dagem ou formas de enformar, i. é , uma matriz. 0 passo para ! enformar pode compreender ! ! ' ί ! _Λ :

ί - por a estrutura fibrosa em contacto ι ι

H intimo com o meio de moldagem e

- aquecer a estrutura fibrosa a uma temperatura entre 280 e 35O°C, de preferência entre 300 e 330°

C.

! A superfície fibrosa do artigo moldado produzido de acordo com a presente invenção pode possuir uma elevada adesividade de superfície. Além disso, as propriedades mecânicas das fibras contractas por tratamento pelo calor e os í

j. artigos moldados produzidos de acordo com a presente invenção í jpodem ser atribuídas, pelo menos em parte, à ligação física das jfibras durante a contracção bem como à formação de ligações coesas entre as fibras individuais.

I ;

Em geral, a estrutura fibrosa pode ser constituída por um aglomerado de algodão, uma malha tricotada ou um tecido ou uma combinação respectiva. Ao submeter esta estrutura fibrosa ao método da presente invenção e ao constranger a estrutura, por exemplo, por aperto à volta da periferia da estrutura ocorrerá uma contraeção substancial da estrutura em apenas uma direcção nomeadamente perpendicular ao plano do material reterá em seguida uma estrutura porosa, aberta, e um peso leve. 0 efeito da ligação entre as fibras é o de endurecer a estrutura fibrosa, pode efectuar-se o controle da rigidez por controle do grau de contraeção e do grau de ligação de fibra a fibra. 0 perito na técnica reconhecerá que o nível da ligação de fibra a fibra pode ainda ser controlado por uma com binação da temperatura, tempo de permanência a essa temperatura e pela presença ou ausência possível de proporções de solventes apróticos como os anteriormente referidos.

A estrutura fibrosa pode ser composta por fios de filamentos contínuos ou fibras comerciais. Reconhj} ce-se que as propriedades do produto final dependerão do grau / no processo de encrespamento e da natureza da fibra empregue na estrutura fibrosa inicial.

Concluiu-se aue as estruturas e compo' sições de acordo com uma realização da presente invenção possuem boa estabilidade dimensional. Por exemplo, uma vez tratada pelo calor, partioularmente a uma temperatura em excesso de 320°C, concluiu-se que uma estrutura ligado de fibra de poliimida possuía estabilidade dimensional e resistência à deformação posterior.

Uma realização partioularmente interessante da presente invenção é a formação de elementos estrutu! rais ou pilares dentro de uma camada de material tratado pelo^:calor de acordo com a presente invenção. Quando a estrutura fibrosa possui um número de fibras que se alongam geralmente transversalmente ao plano da camada da estrutura e depois por conformação dessa camada estrutural a uma superfície de molda- i gem e por submissão do material a um tratamento pelo calor, se io material for constrangido contra uma superfície de formação, · pa unica direcção em que o material é livre de se contrair é na ί terceira dimensão, nomeadamente de modo substansialmente perpenS dicular à superfície de moldagem. Isto significa que as fibras

transversais são susceptíveis de uma quase contracção livre, por aumento da sua densidade relativa à rede fibrosa aberta que as circunda. Assim, na conclusão do processo de moldagem, produziu-se um artigo que possui talvez uma superfície de fraca densidade devido a qualquer aquecimento da superfície de moldagem empregue, junto com os pilares ou elementos densificados dentro do material e alongando-se à respectiva superfície. Isto resulta num substancial endurecimento e aumento na força de compressão do material.

A formação de grupos de fibras dentro do material pode ser efectuada por, por exemplo, costura ou hidro-envolvimento. Quando a camada se destina a ser costurada cada camada estrutural pode ser costurada quer de um lado ou de ambos os lados, quer de modo simultâneo ou sucessivo. 0 tamanho do elemento estrutural formado dentro da camada durante o passo de contracção pelo calor pode ser controlado com bastante precisão pelo tamanho e natureza das agulhas empregues na operação de costura. Quanto mais fibras forem reorientadas transversalmente ao plano do material, maior é a rigidez tranjs versai após a densificação. A extensão da formação dos elementos ou pilares dentro do material pode ser controlada pelo número de penetraçães. Assim, ao costurar, por aumento da densidade da costura, é possível melhorar o módulo de compressão da camada transversal ao plano da amostra da estrutura fibrosa, i

Pode-se proporcionar grandes elementos transversais por emprego de agulhas extra-grandes ou por uma combinação de tamanho e tipo de agulhas grandes de estrutura farpada na respectiva extremidade.

Numa forma de realização alternativa da presente invenção, reconhecer-se-á que os elementos fibrosos transversais podem ser introduzidos dentro do material, antes da contracção pelo calor, por meio de jactos de envolvimento hi dráulico, nesta realização, 09 jactos de elevada pressão de fluído, geralmente água, podem influenciar a superfície da camada fibrosa e conduzir as fibras ou grupos de fibras para den12 tro do material de aglomerado de algodão alinhado assim as fibras numa direcção substancialmente transversal ao plano do próprio material de aglomerado de algodão.

Na moldagem do material de acordo com a presente invenção, a superfície de formação pode ser uma superfície plana de modo a produzir uma prancha ou podem, de fa_ç to, ser superfícies espaçadas justapostas entre as quais se efectuará a moldagem. A superfície ou as superfícies a moldar podem ser curvas para proporcionar uma estrutura ou prancha moldada a três dimensões. Numa outra realização a presente invenção, a estrutura fibrosa pode compreender uma ou mais camadas de material fibroso que podem ser costumados a uma camada anterior.

As fibras particularmente úteis na prá/ tica da presente invenção são fibras de poliimida conforme se descreveu anteriormente. Estas fibras estão disponíveis como fibras comerciais encrespadas com o título padrão de 1.7, 2.2 e 3.3 dtex bem com filamentos contínuos na variação de título de 200-1100° dtex.

A seguir encontra-se uma descrição de ' exemplos apenas e com referência aos desenhos informais anexos sobre métodos de realização da presente invenção.

Nos desenhos:

A figura 1 é um corte transversal com

I uma ampliação de 12 de uma estrutura fibrosa laminada de três ί camadas de acordo com a presente invenção. |

A figura 2 é um detalhe da figura 1 com uma ampliação de 50 apresentando a estrutura de pilar e a camada de interface adesiva.

A figura 3 é um detalhe da figura 1 com uma ampliação de 150 mostrando a estrutura fibrosa de um pilar em primeiro plano.

A figura 4 é uma vista transversal de uma estrutura de pilar com uma ampliação de 950 mostrando a li- 13 gação fibra a fibra

A figura 5 representa diagramas de esforço/deformação para a compressão de dois materiais não-tecidos de poliimida com um número diferente de pilares por unidade de área.

A figura 6 é uma secção transversal de uma estrutura de pilar produzida por densificação termal de um material não-tecido costurado.

A figura 7 s uma secção transversal de uma estrutura fibrosa de matriz à volta dos pilares de um material não-tecidos costurado densificado termicamente.

A figura 8 representa diagramas esfor ço-deformação para compressão de dois materiais não-tecidos de sulfeto de polifenileno com um diferente número de pilares por unidade de área.

A figura 9 representa diagramas de e_s forço-deformação para compressão de dois materiais não-tecidos de polieterimida com um número diferente de pilares por unidade de área.

A figura 10 é um nó de controle do exemplo 2 (A) com uma ampliação de 150 x e (B) com uma ampliação de 4-00 x.

A figura 11 é uma fotomicrografia de um nó de acordo com o exemplo 2 pré-contraida a 525°C e exposta a uma temperatura de 325°C sob constrangimento. A figura 11 (A) está ampliada 50 x e a figura 11 (B) está ampliada 150 x.

As figuras 13 A, B e C dizem também respeito à amostra de aglomeração da figura 2, as figuras 13 A e B estão ambas ampliadas 150 x e a figura 13 C está ampliada 400 x.

EXEMPLO 1

Prepararam-se fibras comerciais de pol: imida a partir de fibras de poliimida individuais de aproximi- 14 -

lamente 60 mm de comprimento de 2.2 dtex denier.

As fibras de roliimida descritos com!

i

I põem-se de unidades estruturais de formula geral }

em que R é o grupo

e/ou o grupo

As fibras são cardadas e depositadas em camadas dobradas transversalmente. Esta rede de fibras dobradas transversalmente é então costurada por aproximadamente 6500 penetrações por polegada quadrada o que liga as camadas juntamente numa unidade de peso leve. Este material não-tecido constitui o material precursor para a manufactura de um artigo p

moldado. 0 material tem um peso de base de 285 gm/m e o volume da fibra é aproximadamente 6 - 7% do total. Isto corresponde

precursor é seguro por aperto da periferia contra o movimento e é introduzido num forno à temperatura de 343°C e aí mantido até que a contracção se tenha concluído. A estrutura é então arrefecida e o constrangimento na periferia do material é liberto .

painel endurecido assim formado pos!sui uma densidade de cerca de 0,24 gm/cm . Três destes painéis í são laminados juntos utilizando um adesivo de poliéster. Cada rainel é revestido com adesivo sobre lados justapostos e então j

!colocados juntos com as suas superfícies tratadas com adesivo 'em contacto. 0 laminado é colocado contra uma superfície de formação curva, aquecida a temperatura suficientemente elevada para fundir o adesivo de poliéster mas abaixo da Tg da fibra. Aplica-se pressão à superfície posterior do laminado para conformar a estrutura à superfície de formação. 0 laminado é arre fecido e retirado da superfície de formação.

material resultante endureceu para formar um painel estrutural que assume a forma e o acabamento ,ida surerfície contra a qual estava constrangido. A espessura da estrutúrá;fibrosa diminuirá consideravelmente durante o tratamento pelo calor e o material possuia uma estrutura de apoio próprio, rígida, com uma superfície agradável, susceptível de receber decoração. 0 resultado da costura do material de aglomerado de algodão produzira áreas transversais ou pilares de fibras orientadas transversalmente cujas fibras foram substancialmente libertas do constrangimento durante o processo de contracção por calor. Nestas áreas costuradas, as fibras transversalmente costuradas foram susceptíveis da máxima contracção e densificação.

A diferença de densidade entre um pilar e a estrutura fibrosa da matriz está normalmente entre uma razão de z - 3, mas pode ser tão elevada como 4-5. Isto está ilustrado nas figuras 8 e 9 que apresentam fotomicrografias de um pilar representativo e da matriz, respectivamente. A densidade da fibra do pilar mede cerca de 70$ enquanto a da matriz

mede cerca de 21%, isto corresponde a uma razão de 3.3. ¹

Visto que estas fibras foram justapôs: tas quer à camada de superfície ou às camadas adesivas do mate rial, as estruturas fibrosas costuradas formaram colunas relativamente rígidas ou pilares que se alongam dentro de cada camada laminada, resultando num módulo de compressão melhorada transversalmente ao plano do material. Será preferível que quando a costura for substancialmente normal à superfície da estrutura fibrosa antes da contracção, os pilares ou colunas densificados de fibras sejam substancialmente normais à referida superfície. '

Isto está ilustrado na figura 1 dos desenhos em anexo em que a estrutura do laminado 10 compreende três camadas 11, 12, 13 de laminado, sendo cada camada formada de modo idêntico. A segunda camada 12 possui uma camada pluralidade de elementos de pilares 14- que se alongam transversalmente e que se observam numa ligeira maior ampliação na figura 2. Os pilares 14 são discemíveis de imediato nos quais o furo da agulha é visível em 16 com os grupos de fibras 17 que permanecem substancialmente perpendiculares ao plano geral que contem as restantes fibras 18 que constituem a camada de aglomerado de algodão. 0 adesivo de poliéster 19 é claramente observado neste diagrama.

A figura 3 é uma representação alarga, da da densificação das fibras enquanto a figura 4, uma vista transversal da estrutura do pilar, representa uma clara evidên cia da ligação; veja-se as áreas marcadas 21 e 22 da figura 6.

EXEMPLO 2 i

Realizou-se uma experiência em que dois materiais não—tecidos que diferiam principalmente no número de pilares presentes por unidade de área foram preparados e testados para determinar as propriedades de compressão e curva tura. Prepararam-se as amostras por contracção térmica de uma

estrutura de material não-tecido de poliimida conforme se des- ί creveu no exemplo 1. Controlou-se o processo de contracção de modo a proporcionar amostras com aproximadamente a mesma espes. sura e densidade, e que diferem substancialmente apenas no número de penetrações de agulhas por polegada utilizadas na preHparação do material não-tecido precursor. Entenda-se que cada penetração de agulha dá origem à formação de uma estrutura de pilar na estrutura densificada, tratada pelo calor.

As duas amostras possuiam densidade de costura, espessura e densidade como se apresenta seguidamente.

Densidade de costura Espessura a Densidade (penetrações por polegada) 20.7 KPa (mm) (gm/cm )

500 5,25 0,30

6500 4,88 0,33

Duas amostras de 7,6 cm de diâmetro de cada amostra de feltro comprimiram-se entre prensas de aço numa máquina de testes universal Instron a 1379 KPa. Na figura 5, estão comparadas as propriedades de esforço-deformação médias dos dois feltros. Conforme representado, o feltro com maior número de penetrações de agulhas por polegada é muito mais resistente à deformação do que o feltro menos costurado.

módulo de curvatura dos feltros foi medido por uma técnica de curvaturas em três pontos utilizando amostras de 2,5 cm de tamanho cortadas com a direcção de comprimento alinhada com a direcção da costura. Escolheu-se esta direcção de teste, com a maioria das fibras na rede em camadas transversais orientadas perpendicularmente ao plano da curvatura, porque parece ser mais sensível a alteração na organização estrutural do que a curvatura na direcção da orientação de fibras principal. Utilizando uma distância de 10,2 cm entre os suportes, calcularam-se os seguintes módulos de curvatura a partir do grau de inclinação da curva de deflexão de resistência :

Densidade de costura (p.p.p)

500

6500

Módulo de Curvatura (lO³KPa)

51,0 superfície costurada em compressão

22,1 superfície costurada em tensão

36,6 média

148,9 superfície costurada em compressão

151,0 superfície costurada em tensão :

150,0 média

I

Conforme se indica no quadro, a amos, ι tra mais costurada e mais dura quatro vezes na curvatura, em média, do que a amostra menos costurada.

i ! EXEMPLO 3

Fizeram-se dois conjuntos de amostras e testaram-se por procedimento análogo ao do Exemplo 2. As amos j tras estão identificadas no quadro a seguir; Sulfar refere-se a fibras preparadas a partir de sulfato de polifenileno, PEI refere-se a fibras feitas a partir de polieterimida.

espessura a Densidade

Tipo da fibra Densidade de costura 4.1 KPa(mm) (gm/cm )

Sulfar	500	9.98	0.17
Sulfar	6500	7.98	0.24
PEI	500	8.56	0.15
PEI	6500	7.92	0.24

As propriedades pressão-peso médios dos pares de feltro quando testados em compressão entre duas prensas de aço numa máquina de teste da Instron Universal estão representadas na figura 8 e figura 9 para as amostras Sulfar e PEI, respectivamente. Pode observar-se que as amostras com a densidade de costura mais elevada e assim o número mais elevado de pilares por unidade de área proporciona uma resistência aumentada à compressão.

i 0 módulo de curvatura de cada par de i j feltro foi também medido analogamente ao Exemplo 2. Estes da- j dos a seguir apresentados mostram um endurecimento aumentado | ί nas amostras com uma densidade de pilares mais elevada.

Módulos de Curvatura

	Densidade de	Média de duas
Amo stra	Costuras	tras (10⁵ KPa
Sulfar	500	5.5
sulfar	6500	55.8
PEI	500	10.5
PEI	6500	31.0

amosEste exemplo mostra que um aumento na ' força de compressão e módulo de curvatura pela presença de uma

I

I elevada densidade de estrutura de pilares numa matriz fibrosa j produzida pela presente invenção é um fenómeno geral aplicável a mais do que um tipo de polímeros.

EXEMPLO 4 ι

Pealizaram-se algumas experiências com um fio de filamento contínuo de aglomerado exposto a uma temperatura de 325°C a fim de determinar as condições sob as quais ocorre a ligação inter-filamentos de fibras de poliimida.

A poliimida empregue é a descrita no ι Exemplo 1, Uniram-se as aglomerações simples quer em amostras de fios que não tinham tido exposições prévia a temperaturas elevadas quer nas que haviam sido préviamente encrespadas e/ou pré-contraidas. Para exposição subsequente, os fios aglomerados foram enrolados à volta de uma estrutura de aço para as restrin gir ao comprimento em todos menos num caso. Um conjunto completo de condições apresentam-se no Quadro.

Embora se aplicasse um constrangimento ao comprimento, era óbvio que as forças de contracção e/ou a própria contracção funcionasse como endurecedor das aglomera20

ções durante a exposição. 0 endurecimento foi mínimo para fios completamente pré-contraido. Submeteu-se a tensão um conjunto de amostras aglomeradas pré-contraidas durante a exposição para cerca de metade da sua carga de ruptura.

As fotomicrografias de aglomerações seccionadas estão representadas nas figuras 10 a 15. Ocorre a ligação entre as fibras na aglomeração do fio de controle não previamenté exposto mesmo que a contracção seja constrangida, veja-se, por exemplo, a figura 10. 0 material na área de aglomeração é lustroso como se tivesse sido fundido e fluidificada juntamente durante o curso da degradação. Quando o fio de controle estava completamente pré-contraido, i.e., na ordem dos 60/ de contração, não se observou ligação na subsequente exposição mesmo quando aplicou a tensão para aperto da aglomeração durante o aquecimento. Isto pode observar-se nas figuras 15 e 14 dos desenhos anexos. Quando se constrangeu o fio a fim de alongar durante a exposição e depois se aglomerou e se aqueceu de novo sem constrangimento, observou-se pouca ou nenhuma ligação; veja-se, por exemplo, a figura 15.

Pelas anteriores experiências parece que a contração per se não é um factor na ocorrência da ligação. A prévia exposição a temperaturas elevadas impede ou pelo menos limita significativamente a têndencia das fibras a se ligarem. A ligação só pode ocorrer quando se aplica força suficiente. Na maioria das estruturas, essa força é a força de contracção da fibra. Se não se dispõe de uma força de contracção, então deve aplicar-se qualquer outra forma de força mecânica externa para que a ligação ocorra.

QUADRO 1

Condições de exposição para o fio P-84 de filamento - contínuo, aglomerado

Controle

Condições de Pré-exposição	Condições da Exposição da Aglomeração	Extensão da ligação inter- -filamentos
Nenhuma	Contracção livre	Extensa
Nenhuma	325°C (10 min) constrangida ao alongamento	Extensa (Pig. 10)
325°C (10 min)	325°C (10 min)	Nenhuma
Contracção livre (-60$)	constrangida ao alongamento	(Figura 11)
325°C (10 min)	325°C (10 min)	Nenhuma
Contracção livre (-60$)	tensão aplicada de 20 g	(Figura 12)
325°C (10 min)	325°C (10 min)	Menor quanti-
constrangida	contracção li-	dade numa aglo-
ao alongamento	vre (-13$)	meração, nenhuma noutra (Figu ra 13)

EXEMPLO 5

Produziram-se dois painéis de fibras de poliimida conforme se descreveu no Exemplo 1 de acordo com a presente invenção, mas utilizando diferentes tratamentos para produzir densidades finais idênticos. Produziu-se uma amostra de feltro A a partir de poliimida que possuia uma densidade inicial de 0,12 gm/cnr. Constrangeu-se este feltro a 100$ numa estrutura circular de 16,5 cm de diâmetro e tratou-se à temperatura de 326°C durante uma hora. A densidade final do painel foi de 0,253 gm/cnr . A amostra de feltro B possuia uma ze densidade inicial de 0,08 gm/cnr. Constrangeu-se este feltro para permitir uma eontracção de 30$ numa estrutura circular de

16,5 cm de diâmetro e novamente se tratou à temperatura de

h 326°C durante uma hora. A densidade final do painel foi de μ 0,253 gm/cm³. A amostra de feltro B possuia uma densidade iniί ι X

H ciai de 0,08 gm/cm . Constrangeu-se este feltro para permitir _;H uma contracção de 30% numa estrutura circular de 16,5 cm de í diâmetro e novamente se tratou à temperatura de 326°C durante I uma hora. A densidade final do painel resultante foi de 0,255 ί ί -ζ !! gm/cm . A diferença entre as densidades finais foi de 0,002 gnf ί ί ( /cnr ou 0,6%. As propriedades foram registadas no quadro seguinte.

QUADRO 2 ;; !

í 30% de Contracção

Teste de Ruptura por tracção ;

	Máquina Transversal	Máquina	Máquina Transversal Máquina
: Carga Máxima i	55.8 kg	68.5 Kg	64.9 Kg
Força por U:T.	1.10 x 10⁴XPa	1.35 x 10⁴kPa	1.52 x 10⁴kPa
Força de Ren \| dimento	3.44 x 10³kPa	4.48 X 10³kPa	5.52 x 10³kPa
Modulo	1.06 x lÕ⁵kPa	1.18 x 10⁵kPa	1.56 x 10⁵kPa

A partir do Quadro 2 tomar-se-á apareri te que do- teste físico, o painel que foi constrangido a 100% apresenta cerca de 30% melhor desempenho em propriedades de tracção do que o painel que permitiu 30% de contracção.

h Testou-se um determinado número de amostras de feltro de poliimida constituido por fibra de poliimida conforme se descreveu no Exemplo 1, pela estabilidade após endurecimento pelo calor. Constrageram-se completamente ) duas peças de feltro num molde redondo de 16,5 cm. Tratou-se a amostra A a 315°C durante uma hora e a amostra B a 343°C duÍj rante uma hora.

Cortaram-se então as duas amostras em quadros de 10,2 cm x 10,2 cm e submeteram-se as amostras à pró -contracção durante 15 minutos a cada uma das temperaturas constantes da lista que se segue. Tiraram-se as medidas após / cada temperatura e calculou-se a percentagem de contracção li( near. Os resultados estão representados no quadro 3 seguinte.

!

QUADRO 3

I! Amostra 14

Endurecimento por calor a 600°E

Temperatura (°c)	Dimensões	Contracçã (%)
(pol	.)
304	10.1 x	10.1	1.0
310	10.0 x	10.0	1.5
315	9.25 x	9.25	9.0
321	8.99 x	8.99	11.5
327	7.57 x	7.57	25.5
332	6.70 x	6.75	33.8
338	6.32 x	6.35	37.6
343	6.10 x	6.10	40.0
349	6.10 x	6.10	40.0
354	6.10 x	6.10	40.0
360	6.07 x	6.07	40.2
366	6.02 x	6.05	40.6
371	6.02 x	6.05	40.6

linear

Amostra Β

Contracção por calor a 65O°P

Temperatura (°P)	Dimensões (pol)	Contracçã' W
304	10.1 x 10.1	0.2
310	10.1 x 10.1	0.5
315	10.1 x 10.1	0.5
321	10.1 x 10.1	1.0
327	10.0 X 10.0	1.5
332	9.91 x 9.91	2.5
338	9.70 x 9.70	4.5
343	9.42 x 9.42	7.2
349	9.25 x 9.25	9.1
354	9.14 x 9.09	10.2
360	9.09 x 9.04	10.7
366	9.04 x 8.99	11.2
371	9.04 x 8.99	11.2

Claims

REIVINDICAÇÕES

- I^a Estrutura fibrosa compreendendo uma camada que inclui uma grande proporção de fibras contrácteis pelo calor, caracterizado por a referida estrutura incluir grupos discretos das referidas fibras formados de modo transversal ao plano da estrutura fibrosa, sendo a referida estrutura susceptivel de produzir uma estrutura com maior densidade após tratamento térmico, na qual a densidade dos referidos grupos de fibra é superior à parte restante da estrutura.
2^a Estrutura fibrosa de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a estrutura fibrosa ser escolhida de um ou mais de entre feltro não tecido, material de malha e um material tecido.

- 3^a Estrutura fibrosa de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a estrutura ser um feltro não tecido com a forma de uma manta compreendendo várias camadas de fibras separadas.

- 4^a Estrutura fibrosa de acordo com qualquer das reivindicações anterioresa, caracterizada por a camada de estrutura fibrosa ser formada por várias camadas de material fibroso laminado em conjunto.

,/

Estrutura fibrosa de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por se utilizarem adesivos de laminagem escolhidos de entre adesivos acrílicos, adesivos de poliéster, adesivos de poliamida, adesivos de poliolefina, adesivos de poliuretano e adesivos de poliimida.

- 6^a Estrutura fibrosa de acordo com qualquer das reivindicações anterioresa, caracterizada por os grupos de fibras terem sido formados por costura ou por tecelagem hidráulica.

- 7^a Estrutura fibrosa de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a estrutura fibrosa ser uma camada de feltro em que os comprimentos das fibras são orientados dentro da camada de feltro.

- 8^a Estrutura fibrosa de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por as fibras orientadas serem dispostas em lâminas discretas dentro de cada camada, sendo as referidas lâminas dispostas de modo a que a direcção de orientação das lâminas adjacentes defina um ângulo superior a 5 .

- 9^a Estrutura fibrosa de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por as fibras que constituem a referida maior parte das fibras da estrutura i

./ fibrosa serem fibras contrácteis pelo calor escolhidas de entre fibras de poliamida, fibras acrílicas, fibras de polipropileno, fibras de polissulfureto de fenileno, fibras de poliimida, fibras de cetonas de éteres aromáticos e fibras de poliéterimida.

- 10^a Estrutura fibrosa de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por as fibras individuais da estrutura fibrosa incluírem uma proporção não superior a 5% em peso de um material plastificante de baixo peso molecular.

- 11^a Estrutura fibrosa de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por o material plastificante de baixo peso molecular ser escolhido de entre solventes para o polímero da fibra e oligómeros de baixo peso molecular do mesmo material polimérico.

- 12^a Estrutura fibrosa de acordo com a reivindicação 10 ou com a reivindicação 11, caracterizada por as fibras serem fibras de poliimida e o material plastificante ser um solvente escolhido de entre um ou mais de entre dimetilformamida, N-metilpirrolidona, Nvinylpirrolidona e dimetilacetamida.

- 13 ^a Estrutura fibrosa de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por as fibras da estrutura fibrosa terem sido submetidas a uma estiragem durante a conformação de entre 2 e 7 vezes.

- 14^a Estrutura fibrosa de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por as fibras serem susceptíveis de uma contracção inerente de pelo menos 15 a 80% por aquecimento de modo a proporcionar uma contracção e uma densificação adequada do conjunto de fibras coesivas.

- 15^a Estrutura fibrosa de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a estrutura fibrosa compreender uma parte importante de fibras de polimida com base em unidades estruturais com a fórmula geral e/ou o grupo ou

16» -

Processo para a produção de um artigo conformado, caracterizado por comprender conformar-se a estrutura fibrosa tal como especificada em qualquer das reivindicações anteriores compreendedndo fibras contrácteis pelo calor, aquecer-se a referida estrutura a uma temperatura suficiente para permitir a densificação evitando contudo a contracção da referida estrutura em pelo menos uma direcção, colocar-se contígua a uma a referida estrutura superficie de moldagem referida restrição de contracção, arrefecer-se a referida estrutura mantendo a referida restrição de contracção, e em seguida remover-se a referida restrição.

- 17» Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por a referida estrutura ser submetida a aquecimento a uma temperatura e durante suficientes para contrair a fibra de modo a ligação fibra-a fibra.

densifiçada mantendo a um período obter-se uma

18 ⁴

Processo de acordo com a reivindicação 16 ou com a reivindicação 17, caracterizado por a estrutura fibrosa ser constrangida em pelo menos duas dimensões contra a contracção permitindo assim a contracção essencialmente em apenas uma terceira dimensão.

- 19^a Processo de acordo com qualquer das reivindicações 16 a 18, caracterizado por a superfície de conformação comprender pelo menos duas uperfícies cooperantes que cooperam para produzir um painel de contorno tridimensional.

- 20^a -

Artigo conformado quando obtido por um processo de acordo com qualquer das reivindicações 16 a 19. - 21^a - Artigo conformado de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por a estrutura ter vários

elementos longitudinais nela incuidos, compreendendo cada elemento um grupo das referidas fibras orientadas num plano e densifiçadas por meio de tratamento térmico.

- 22^a Artigo conformado de acordo com a reivindicação 20 ou com a reivindicação 21, caracterizado por a restrutura ser um conjunto laminado formado por várias camadas de material rígido não tecido, possuindo a referida estrutura grupos de fibras que se estendem numa direcção ! transversal a cada camada e sendo a referida estrutura conformada de modo a permitir que as fibras densificadas formem um componente estrutural dentro de cada camada per se de modo a conferir um certo grau de rigidez estrutural ao laminado resultante.

- 23 ⁴ Artigo conformado de acordo com qualquer das reivindicações 20 a 22, caracterizado por a densidade no produto final se encontrar na gama de 0,005 a 1,2 g/cm³.

A requerente declara que os primeiros pedidos desta patente foram apresentados nos Estados Unidos da América em 14 de Abril de 1988, 15 de Abril de 1988, respectivamente sob os números de série 182.286 e 182.134 e em 2 de Novembro de 1988, sob os números de série 266.108 e 266.109.