PT93767A

PT93767A - Processo para a fabricacao de objectos moldados, resistentes a altas temperaturas, dificilmente inflamaveis a base de fibras de poli-imidas

Info

Publication number: PT93767A
Application number: PT93767A
Authority: PT
Inventors: Robert Vodiunig; Norbert Rossak; Manfred Schobesberger; Klaus Weinrotter
Original assignee: Chemiefaser Lenzing Ag
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1990-11-20
Also published as: KR900016516A; AT394589B; JPH03858A; CA2014004A1; BR9001826A; ATA87889A; EP0393016A2; IL93992A0; US5178810A; EP0393016A3

Description

LENZING AKTIENGESELLSCHAFT "PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE OBJECTOS MOLDADOS, RESISTENTES A ALTAS TEMPERATURAS, DIFICILMENTE INFLAMÁVEIS,À BASE DE FIBRAS DE POLI-IMIDAS" A presente invenção refere-se a corpos moldados de poli--imidas resistentes a altas temperaturas e dificilmente inflamáveis, assim como a um processo para a sua preparação.

As poli-imidas aromáticas são plásticos muito interessantes por causa da sua excelente termostabilidade e da sua difícil inflamabilidade. No entanto, o seu processamento para a obtenção de produtos semi-acabados ou de produtos acabados é muitas vezes difícil porque, na verdade, eles são deformáveis plasticamente a temperaturas dentro do intervalo da transformação vítrea, mas, muitas vezes, não são susceptíveis de ser fundidos. A fabricação de objectos moldados, tais como folhas ou placas, realiza-se hoje em dia, portanto, apenas a partir de uma solução de poli--imida ou do p5 de poli-imida, no caso de os produtos de partida se encontrarem sob a forma imidizada.

As folhas podem obter-se apenas, praticamente, a partir de uma solução do polímero num dissolvente fortemente polar pelo processo de vazamento. Um processo deste tipo é conhecido por -2-

Cr meio da patente de invenção europeia Ep-A 0 064 813. No entanto, de acordo com este processo, nao se podem vazar folhas de qualquer espessura porque o dissolvente tem de ser eliminado da folha, o que apenas se consegue fazer até uma determinada espessura daquela. Os resíduos de dissolvente que ficam nas folhas podem prejudicar de maneira sensível a sua estabilidade térmica.

Também o processamento de pós de poli-imida se podem realizar apenas dentro de limites apertados. De acordo com o processo descrito por B. H. Lee em "Modera Plastic Encyclo-pedia 1988", página 62, o pó de poli-imida é sintetizado a alta temperatura e sob pressão, sendo em muitos casos necessário acabar os objectos pré-formados. A fabricação de chapas de pequena espessura é muito difícil de realizar de acordo com este processo porque não é possível espalhar o pó de poli-imida sobre grandes superfícies com uma altura do pó pequena e, sobretudo, uniforme. Além disso, a manipulação de pós de poli-imida finamente moídos é difícil em consequência da formação de pó.

Por causa das razões mencionadas antes, os objectos moldados de poli-imida até agora conhecidos com espessuras de camada compreendidas dentro do intervalo de alguns décimos de milímetro até alguns milímetros não apresentam propriedades térmicas e mecânicas suficientemente interessantes. A invenção tem como objectivo evitar estes inconvenientes e consiste no facto de se fabricarem objectos moldados resistentes a temperaturas elevadas e dificilmente inflamáveis, à base -3-

de fibras de poli-imida de fórmula geral

£ C/ \ / \ A N\ / \ /

(I) C Ó cò n na qual o símbolo n representa um número maior do que 1 e o símbolo A representa um grupo aromático com quatro ligações, escolhido do conjunto formado pelos grupos de fórmulas

em que o símbolo X representa CO, CI^, 0, S ou CF2 e o símbolo R representa pelo menos um dos seguintes grupos -4-

aromáticos com duas ligações escolhido dos grupos de fórmulas

em que o símbolo X tem os significados definidos antes, objectos moldados esses que têm uma massa volumica de pelo menos 1,30 g/cm^.

Os objectos moldados de acordo com a presente invenção podem ser chapas com espessura uniforme compreendida entre 0,1 mm e 6 mm.

Outras propriedades dos objectos moldados de acordo com a presente invenção sao as seguintes : * 2 resistência a tracçao compreendida entre 50 e 200 N/mm ; resistência a dobragem igual a um valor ate 160 N/mm ; e -5- -5-

- - 2 modulos de elasticidade ate 3.200 N/mm .

Os objectos moldados de acordo com a presente invenção podem preparar-se aquecendo uma estrutura plana manipulável de fibras de poli-imida de fórmula geral C C / \ / \ N A N - R \ / \ / c c

(D Π Ò Ó na qual os símbolos η, A e R têm os significados definidos na reivindicação 1, a uma temperatura compreendida dentro do intervalo de transformação vítrea entre 280 e 360°C, de preferência entre 310 e 360°C e prensando a uma pressão compreendida entre 10 e 500 bar, de preferência entre 100 e 350 bar, com utilização de meios de deformação.

Fibras de poli-imida do tipo conhecido podem ser preparadas e processadas, por exemplo, de acordo com o processo descrito no pedido de patente de invenção austríaca A 495/88 de maneira a obterem-se estruturas superficiais manipuláveis, tais como tosões, feltros e outras estruturas obtidas por ligação de fibras. -6-

Uma estrutura de ligação de fibras deste tipo é plasticamente deformãvel a temperaturas compreendidas dentro do intervalo de transformação vítrea e desenvolve uma elevada força de encolhimento . A invenção baseia-se no conhecimento de que as fibras, nestas condições, se sinterizam por utilização simultânea de pressão de pelo menos 10 bar, condições em que a estrutura das fibras é fortalecida em elevada proporção e se obtém um objecto formado compacto e quase homogéneo com as propriedades descritas.

Um objecto moldado de acordo com a presente invenção não pode ser considerado exteriormente como uma estrutura de fibras. Uma placa de poli-imida de acordo com a presente invenção parece, por exemplo, permeável até uma espessura de cerca de 2 mm e de cor vermelha-acastanhada. Também ao microscópio não se detectam praticamente as fibras individuais. 0 desenho representa um corte de superfície de uma placa de acordo com a presente invenção com a ampliação de oitenta vezes, cuja zona superior foi apenas insuficientemente prensada. Nesta zona, reconhecem-se ainda nitidamente secções transversais de fibras individuais, enquanto no interior da placa, em virtude da elevada pressão, as fibras de poli-imida estão fundidas de maneira a obter-se uma massa quase homogénea.

Verificou-se ser conveniente prensar a estrutura de ligação de fibras durante um intervalo de tempo compreendido entre um -Ί

ο. cinquenta minutos, em que o tempo de prensagem óptimo depende da espessura do produto final. Se se prensar a uma temperatura demasiadamente baixa durante um intervalo de tempo demasiadamente curto, então obtêm-se apenas estruturas de papel, cartão ou semelhantes a coiro.

Uma grande vantagem do processo de acordo com a presente invenção em comparação com a sinterização conhecida de pó de poli-imida. reside na manipulação mais simples da estrutura de fibras em Comparação com o pó. Além disso, podem preparar-se placas extraordinariamente mais finas do que é possível com a técnica de pós. Além disso, verifica-se que estas placas são uniformemente espessas.

Uma forma de realização vantajosa do processo de acordo com a presente invenção consiste em, como estrutura superficial manejável, se utilizar tosões em várias camadas e/ou feltros em várias camadas, de preferência no estado tratado termicamente. Verificou-se que também neste caso, ao prensar, se obtém um material compacto e homogéneo. A estrutura de fibras de poli-imida ligadas pode ser prensada de maneira simples em calandras aquecidas, de maneira a obterem-se as placas de acordo com a presente invenção. As placas acabadas mantêm a sua plasticidade a temperaturas no intervalo da transformação vítrea e podem, portanto, ser processadas ulterior-mente como material semi-acabado utilizando processos de formação conhecidos, tais como estiramento profundo ou estiramento profundo 7 sob vazio. Isto acontece também se a estrutura de ligaçao de fibra tiver sido previamente aquecida várias vezes a temperaturas compreendidas dentro do intervalo de transformação vítrea. Estas variantes do processo de acordo com a presente invenção têm a vantagem de poderem ser eliminadas das fibras partes de componentes voláteis de baixo peso molecular eventualmente existentes antes de se realizar a deformação por acção de pressão para a obtenção de objectos moldados de acordo com a presente invenção. Pelo contrário, a secagem do pó de poli-imida só é possível num processo que requer muito trabalho.

Por meio dos seguintes Exemplos, esclarece-se ainda mais completamente a presente invenção. Em todos os Exemplos obtive-ram-se materiais homogéneos, cujas propriedades estão reunidas no Quadro 1.

EXEMPLOS

Exemplo 1

Colocaram-se por cima uns dos outros feltros de fibras de poli-imida com a espessura de 5 milímetros tratados termicamente e foram aquecidos a 340°C durante quinze minutos e duas camadas „ o de feltro de poli-imida com um peso unitário de 90 g/m . 0 peso total foi de 15,4 gramas. Para a realização da prensagem, utilizou-se uma prensa de duas placas aquecidas com uma força de fechamento máxima de noventa toneladas. Para facilitar a saída -9-

do molde, pulverizaram-se as placas de prensagem polidas com um agente de separação do molde. A uma temperatura das placas de 350°C, prensou-se o material a prensar primeiramente durante dez minutos com 20 bar e, depois, durante vinte minutos com 60 bar, para se conseguir um bom aquecimento através da espessura. Em seguida, prensou-se durante dez minutos com 100 bar. Baixou-se depois a temperatura das placas até 180°C durante dez minutos, mantendo-se a pressão de prensagem de 100 bar. Em seguida, retiraram-se do molde.

Exemplo 2

Como material de partida, utilizou-se o material descrito no Exemplo 1 que, antes da prensagem, foi previamente aquecido a 250°C numa estufa de circulação de ar durante trinta minutos.

Com uma temperatura das placas igual a 350°C, pré-prensou--se durante apenas cinco minutos com 70 bar, enquanto se prensou com 100 bar durante dez minutos. Em seguida, baixou-se a temperatura das placas até 180°C durante mais dez minutos, mantendo-se a pressão de prensagem igual a 100 bar. Em seguida, retirou-se o material do molde. Não obstante se ter pré-prensado durante um intervalo de tempo mais curto do que no Exemplo 1, foi possível obter-se um produto com um maior peso volúmico e maior resistência â tracção. 10-

Este efeito é atribuído ao pré-aquecimento do material prensado.

As propriedades eléctricas e dieléctricas da chapa obtida estão indicadas no Quadro 2. 0 valor da resistência foi medido com corrente alterna com a frequência de 1 MHz.

Exemplo 3

Cortou-se um feltro de fibras de poli-imida tratado térmica mente a 340°C durante quinze minutos em fitas com a largura de 15 milímetros e o comprimento de 100 milímetros. A espessura foi igual a 4 milímetros. As fitas de feltro foram seguidamente pré-aquecidas a 250°C numa estufa de recirculação de ar, colocadas por cima umas das outras em oito camadas e prensadas num molde. A temperatura de prensagem foi igual a 350°C.

Para o aquecimento, pré-prensou-se em primeiro lugar a 70 bar durante cinco minutos e, por fim, durante vinte minutos com 160 bar a 350°C. Em seguida, arrefeceu-se até 180°C durante dez minutos, mantendo-se uma pressão de prensagem de 70 bar.

Exemplo 4

Prensou-se a 350°C sob uma pressão igual a 160 bar durante trinta minutos um feltro de fibras de poli-imida tratado termicamente a 340°C durante quinze minutos, com uma espessura de 5 milímetros e uma -11- ! massa volúmica de 0,30 g/cni . As fibras tinham um ponto de transformação vítrea T igual a 334°C. 0 coeficiente de alongamento -5 -1 linear alfa era igual a 5.10 [K ]. Outros valores das propriedades estão indicados no Quadro 1.

Exemplo 5

Pré-aqueceram-se a 250°C três camadas de tecido de fibras de poli-imida e duas camadas de feltro de poli-imida tratado termicamente com a espessura de 5 milímetros cada uma e uma massa volúmica de 0,30 g/cm , durante trinta minutos. 0 tecido e o feltro foram colocados por cima um do outro e prensados durante vinte minutos a 340°C e a 350 bar.

As fibras tinham um ponto de transformação vítrea T igual

O a 323°C. 0 coeficiente de alongamento linear alfa era igual a -5 -1 5,2. 10 [K ]. Outros valores das propriedades estão indicados no Quadro 1.

Os artigos moldados de acordo com a presente invenção possuem propriedades mecânicas, elêctricas e dielictricas excelentes e podem, portanto, ser utilizados, por exemplo, como chapas para circuitos impressos ou como chapas isoladoras.

Por causa das suas propriedades tribológicas mecânicas e térmicas, também se podem empregar como recipientes de armazenagem, discos de arranque, chumaceiras deslizantes, carcaças ou -12-

tampas em construção de máquinas.

V

Uma outra utilização é na construção de aviões, por exemplo para o revestimento do espaço para os passageiros, e igualmente na técnica de temperaturas muito baixas, assim como na técnica de alto vãcuo. -13-QUADRO 1

W* /Cd g* ο H bOcM 1 i 1 O O o 00 3200 i Resistência â dobragem [N/xnm2] ** 150 160 /cd Alongamento formação de fendas [%] LO LO LO LO vO * f—1 CM /cd g Resistência tracção [N/n 09 80 O o τ—1 O O i—1 130 Espessura [mm] ! O i—1 1,0 LO LO O 1—I 2,0 cd υ •H .9- r-lOO o g > o 1,30 00 00 i—! 1,36 1,36 1,36 Massa Cg/ 0 rH & t—1 CM 00 LO O M W LO LO co LO a CM H LO Ω -cr cd 00 a LO 5-1 o a a M Q cd cd a S o 5-i o O a o Td cd u o a 0 0 cd o 0) 0 u Td 5-i o O nd O •r"i cd CU (U S o a M Q cd o cd O O Π U O O cd CU O 53 457. •5< * * •3< * -!< a a

CM

QUADRO

CM LO Pd <3* CM CM co ** OJ 00 <1* CO 00 1 CD ca ca Ph o •H /ca m Vr4 p o 0 a μ <} I-1 <r •h cu υ i—1 i—1 H i—1 O Ph-» P co M o o o o o 1“1 t—1 i—! X—1 < CL) d) • • • • 4-1 00 x—I CM co CD g •H ω CD bO cu ca Pd CD ca i—i •p ca ca U 'ri o P Ο ·Η o i—I O CM <P ·Ρ ci_| 1—1 σ Γ“Ι X—1 r—1 •PM-iVrl ^ o o o o o co p O M τ—I 1—1 i—I x—1 x—1 •Η P <U • • • » • Res sup esp CM 00 CM σ> i—1 ctí Xj ρ cu Ph i—I 00 00 co σ r-- CM VO x—l (U o CM r“J o o x) o O o O o P o o o o o O 4-1 O ca Pp P P P d P P o o o o o o 0) o CM <r CM co CM Ph x—1 0 P E-í Ol a 0 ip O P • • • • • P i—1 CM 00 LO •r4 P 4-1 P P -14- /

p’ P O "d ctí •rl O P <Pdcd d CO px) p x) P X) g X) •rl P 0 o P • rtí P P 4-1 P P 0 XS P 0 • •rl o P 6^ 1*0 • 4J CM 0 P 0 P σ P 4J X} P P P •P P P P o >5 P •rl o 0 O P P P P o 4-1 0 O P ctí P P P Xl P P • P P P Ph O P co 4-> 0 o P P P CD P o 4-1 P P P P LO P 4-1 P P 1—1 P P Ph o / P P o 0 Λ P P. P 0 0 co 4-1 LO P 0 P P σ bO P 4-> X) / P P bO P P P i P CG P 4-1 P P •rl X} P N P 'P o •fl P P N P Ph 4J P 0 P P P P P P 0 x) P Ό P P 0 Ph P U co 0 P P P P Xl P P 0 bO Ό 0 P co P CO •rl P P P ω 0 co 40 P P P P P o N o P 4-1 -d P P rP 0 P P P 0 Pi P P •rl P LO P 4-) 0 P r—1 <r P O P P P co co ω ω 4-1 4-1 Ό ' o ' o Ό P · P P. Ph Ph Ph t—1 X) P P P P 0 P p P o O Ph t—1 CM co -3" LO 4-1 P co p Ol Ol Ol Ol Ol P Ol a a a a a 40 P Ol g •P 0 0 0 0 0 o X) o 4 P ip ip 4 P ip P o o o O Oi 0 P P P P P P P P P P P CD P •rl •rl •rl •rl •rl P X) 0 0 0 0 0 P P P P P P CD 0 P P P P P Ctí *rl 4-1 4-1 4-> P 4-1 X) X) P P P P P o p P P Ω P P H -rl

Claims

-15-

REIVINDICAÇÕES 1.- Processo para a fabricação de objectos moldados, resistentes a altas temperaturas, dificilmente inflamáveis, â base de fibras de poli-imidas de fórmula geral

, (D n

? ? / \ / \ A N \ / \ / i S na qual o símbolo n representa um numero maior do que 1 e o símbolo A representa um grupo aromático tetravalente de fórmula • « « -16-

ou de formula geral

na qual o símbolo X representa um átomo de oxigénio ou de enxofre ou um grupo CO, CI^ ou CF 2 e o símbolo R representa pelo menos um dos seguintes grupos aromáticos bivalentes ÇHj

em que o símbolo X tem os significados definidos antes, os quais tem uma massa volúmica pelo menos igual a 1,30 g/ciri , -17-

caracterizado pelo facto de se aquecer uma estrutura plana manipulável de fibras de poli-imida de fórmula geral

. (0 n C C / \ / \ — N A \ / \ / l l na qual os símbolos η, A e R têm os significados definidos antes, a uma temperatura no intervalo de transformação vítrea compreendida entre 280°C e 360°C, de preferência entre 310°C e 360°C, com utilização de meios apropriados para a moldagem, e de se comprimir a uma pressão compreendida entre 10 bar e 500 bar, de preferência entre 100 bar e 350 bar.
2,- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se obterem objectos moldados com a forma de chapas, de preferência com uma espessura uniforme compreendida entre 0,lmm e 6mm.
3.- Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de os objectos moldados obtidos pos suirem ainda as seguintes características específicas: 2 - resistência â tracção compreendida entre 50 e 200 N/mm , - - 2 - resistência a dobragem ate 160 N/mm e

- - 2 - modulo de elasticidade ate 3200 N/mm .
4. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, como estrutura plana manipulável, se empregar tosões de várias camadas e/ou feltros de agulhas de várias camadas, de preferência no estado tratado pelo calor.
5. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de se prê-aquecer a estrutura plana manipulável antes da prensagem, Lisboa, 12 de Abril de 1990 O Agsnte OFida| da Prcpr'*dade Industrial