PT973697E

PT973697E - Mecha de fibras descontinuas de vidro contendo al2o3 de elevado caracter textil e resistente a altas temperaturas e produtos fabricados com a mesma

Info

Publication number: PT973697E
Application number: PT98933527T
Authority: PT
Inventors: Robin Richter; Thomas Focke; Sven Lehr
Original assignee: Robin Richter
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2000-12-29
Also published as: AU8332498A; CN1263515A; DE19880618D2; ES2150816T3; CA2288804A1; BR9808789A; EP0973697B1; JP2001525783A; CA2288804C; AU746700B2; JP4454048B2; US6468932B1; EP0973697A1; ATE194821T1; IL132769A0; NO995516L; CN1120814C; NO995516D0; HK1022294A1; DE29823432U1

Description

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DESCRICÀO “Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03 de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, e produtos fabricados com a mesma” O presente invento refere-se a uma mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203 de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, com base em ácido silícico, a produtos feitos de uma mecha de fibras descontínuas de vidro deste género, e a seu uso. É conhecido fabrico de produtos têxteis com base em fibras inorgânicas, de acordo com processos diferentes desde há muito tempo (Ullmanns Enzyklopàdie der technischen Chemie, Bd.ll Verlag Chemie, Weinheim, 1989). Para o fabrico de produtos deste género são usadas, actualmente, fibras de SiO; com base em silicatos ou em vidro silicioso, distinguindo-se em relação às fibras simples as formas primárias do filamento (fio elementar, fibra com um comprimento ilimitado e secção transversal definida) e da fibra descontínua (fibra tendo um comprimento demarcado e secção transversal definida) (Z. Ges. Textilind. 69, 839 (1967), DE-PS 42 40 354).

Em DE-PS 42 40 354 foi descrito que um produto de fibra têxtil linear - a mecha de fibras descontínuas (fita de fibras descontínuas) - é o material de partida para a produção de fios e fios retorcidos de fibras descontínuas, os quais podem ser transformados posteriormente noutros produtos subsequentes como, por exemplo, tecidos ou entrelaçados. De acordo com esta descrição de patente, tomou-se conhecida uma mecha de fibras descontínuas de ácido silícico, que consiste em fibras descontínuas de ácido silícico com um comprimento de 50 a 1000 mm e que é caracterizado por ter resistência de fibra individual de 20 a 50 cN/tex, um poder adesivo da mecha de 2 a 10 N e uma finura da mecha de 50 a 2000 tex. Este produto de fibra têxtil é obtido num processo de três fases que combina a fiação a seco de fio filamentar de silicato de sódio, a formação de mecha de fibras descontínuas de silicato de sódio de acordo com o processo de saída do cilindro e a transformação em mecha de fibras descontínuas de ácido silícico numa área de pós-tratamento. É portanto baseado numa solução de silicato de sódio e contém exclusivamente Si O-, e Na^O em percentagens em peso diferentes. E reivindicado o uso de uma mecha de fibras descontínuas de ácido silícico produzido desta maneira para a fabricação de fios e fios retorcidos de fibras descontínuas, cordas, tecidos e entrelaçados correspondentes, para temperaturas de utilização acima de 400-500°C. No entanto, não existem informações em relação ao comportamento desta mecha de fibras descontínuas de ácido silícico a temperaturas à volta de 1000°C. Este material também não se encontra à venda no mercado.

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Conhece-se também há muito tempo a produção de mechas de fibras descontínuas de vidro, de acordo com o processo de saída de cilindro (DE-AS 1 270 748, DE-PS 1 199 935, DE-OS 195 05 618). Nestes processos, vidro fundido sai de bocais de fiação que se encontram no fundo de uma tina de fusão. A seguir, os fios elementares de vidro (filamentos) são retirados por meio de um tambor rotativo, sendo os fios de vidro divididos por meio de um raspador e com apoio de um fluxo de ar, em fibras de vidro cortados com comprimentos diferentes e transportados para um dispositivo disposto paralelamente ao eixo do tambor, para produção de uma fita de fibras. Neste caso, resistência e uniformidade da mecha de fibras descontínuas de vidro são funções da velocidade do retirar. Durante o processo de fabricação do material de mecha são adicionados além disso, habitualmente, aditivos auxiliares têxteis (por exemplo gomas). No entanto, devido aos componentes contidos no vidro, as mechas de fibras descontínuas de vidro não são adequadas para aplicações a temperaturas acima de 300-400°C.

Numerosas tentativas foram feitas para submeter fibras de vidro a um tratamento com ácido a fim de aumentar a sua resistência térmica, para remover componentes do vidro (substâncias formadoras de locais de separação) e, parcialmente, transformadores de rede. (US 2 494 259, EP 510 653, GB 976 565, EP 236 735, GB 933 821, GB 20 94 363, US 2 718 461, US 2 491 761, US 4 778 499). Nestes processos conhecidos, o tratamento com ácido é realizado nas fibras de vidro no sentido de fibras individuais (filamentos), em massas de fibra de vidro como esteiras, feltros, material solto a granel, etc., em que as fibras estão dispostas de forma caótica (em orientações desordenadas), ou em determinados produtos têxteis posteriores como, por exemplo, fios lisos ou tecidos com base em filamentos de fibras de vidro. Embora seja possível melhorar, através destes procedimentos, a resistência térmica das fibras e dos produtos assim tratados, as suas propriedades mecânicas (resistência da fibra, elasticidade, etc.), no entanto, são reduzidas tão fortemente que a transformação numa variedade de produtos têxteis subsequentes não é possível. Assim, os materiais deste género são principalmente utilizados para a fabricação de tecidos com peso específico elevado (veja-se DE-PS 42 40 354). Por esta razão, foi tentado assegurar o processamento têxtil através de etapas processuais adicionais, provendo as fibras tratadas com ácido com determinados revestimentos (EP 236 735) ou incorporando outros materiais como, por exemplo, fibras têxteis orgânicas (DE-OS 42 21 001). Estas medidas sofisticadas melhoram em certa medida as propriedades mecânicas, mas não as propriedades têxteis destes materiais fibrosos. Até agora não se conseguiu obter materiais fibrosos tendo propriedades típicas de algodão. Além disso, no aquecimento destas fibras conhecidas são libertados componentes orgânicos, alguns dos quais são nocivos para a saúde. A fabricação de todos os têxteis técnicos que se conhecem até agora para aplicação a temperaturas acima de 85 500 ΕΡ 0 973 697 / PT 400-500°C não pode ser realizada com base nestes materiais pois as correspondentes mechas volumosas de fibras descontínuas não são disponíveis.

Para uma utilização potencial no intervalo de temperaturas altas à volta de 1000°C foi além disso proposto até agora, além das já mencionadas mechas de fibras descontínuas de ácido silícico e das fibras de vidro silicioso, cuja produção é feita com base em quartzo fundido (temperaturas acima de 2000°C) e origina custos enormes, fios lisos com base em filamentos (teor de SiO: superior a 90%). A fim de os tomar mais volumosos e fofos, estes fios lisos são geralmente submetidos a uma etapa de transformação complicada e dispendiosa, isto é, a texturação. O processo de texturação é realizado fazendo redemoinhar os filamentos capilares de vidro conduzidos a um bocal através de um dispositivo de alimentação, por meio de ar frio (processo de sopro). No entanto, nem por este processo de transformação se consegue obter, como desejado, produtos fibrosos tão fofos e volumosos de elevado carácter têxtil como os do presente invento, que apresentam substancialmente mais características em comum com uma fibra de algodão do que com um material fibroso apresentando propriedades típicas de vidro (fibras quebradiças, irritação da pele, etc.). A variedade de produtos têxteis posteriores fabricáveis a partir destes fios lisos texturados é assim de início limitada. As tentativas, que se conhecem do nível tecnológico actual, de produzir fios de fibras descontínuas de vidro com efeito de texturação (DE-OS 195 05 618), não constituem uma alternativa neste contexto dado que, por um lado, a mecha de fibras descontínuas de vidro C que se utiliza tem de ser mais uma vez processada com fios sem fim adicionais e, por outro lado, porque não serve para uso a temperaturas mais elevadas (400-cerca de 1100°C).

Os materiais que se conhecem no nível tecnológico actual, baseados em fibras inorgânicas não satisfazem assim aos critérios seguintes: * propriedades da fibra de elevado carácter têxtil (tipo algodão, isto é, de estrutura felpuda, lanosa e volumosa, alta capacidade de inclusão de ar, semelhança com uma mecha de algodão de banco de fusos, sensação agradável no contacto com a pele, ausência de irritação da pele, fibras não quebradiças) * obtenção ou melhoria de propriedades mecânicas após um tratamento com ácido * produção directa de uma variedade de produtos têxteis subsequentes, sem limitação a têxteis técnicos, mas de uso possível também na industria têxtil * materiais ou processos (texturação, revestimento, etc) adicionais desnecessários para a fabricação de variados produtos têxteis subsequentes

* resistência térmica insuficiente a temperaturas contínuas acima de 400°C

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ΕΡ 0 973 697 / PT 4 * nenhuma libertação de componentes orgânicos durante aquecimento, ausência de riscos para a saúde. O problema a resolver pelo presente invento é a disponibilização de uma mecha de fibras descontínuas de vidro contendo AU03, resistente a altas temperaturas como material de fibra têxtil de alto rendimento, apropriado para servir de matéria-prima para a fabricação de todos os produtos têxteis subsequentes que se conhecem até à data. Pretende-se, neste caso, que esta fibra têxtil de alto rendimento reuna vantagens específicas de fibras têxteis orgânicas ou de fibras naturais e as de fibras têxteis inorgânicas num produto combinado resultante ("algodão inorgânico"). Pretende-se que o elevado carácter têxtil do material fibroso de acordo com o invento seja caracterizado, analogamente a uma fibra de algodão, por uma estrutura aberta, ondulada, frisada e um carácter elevadamente volumoso e fofo. No processo de fabricação têxtil, a nova fibra inorgânica permite um processamento posterior como o de uma fibra de algodão, no entanto sem necessidade de adição de outros materiais, aditivos auxiliares têxteis, aglutinantes ou algo semelhante. Pretende-se, neste caso, que a nova mecha de fibras descontínuas de vidro possa ser transformada directamente, sem necessitar de etapas de processamento adicionais (revestimentos, etapas de texturação ou algo semelhante) em fios ou fios retorcidos de fibras descontínuas e têxteis técnicos com elevadas características têxteis. Pretende-se que na fabricação e uso da mecha de fibras descontínuas de vidro de acordo com o invento, seja produzida apenas uma proporção insignificante de poeira. Em comparação com a fibra de algodão, a mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1:0, deve, além disso, distinguir-se por possuir propriedades mecânicas claramente melhoradas e uma resistência térmica enormemente aumentada. Pretende-se que o material fibroso altamente têxtil de acordo com o invento não contenha componentes orgânicos, de modo a que nenhum produto orgânico possa ser libertado durante o aquecimento. O material fibroso deve ter uma elevada resistência à desvitrificação, ser resistente à maioria dos produtos químicos (com excepção do ácido fosfórico, ácido fluorídrico e lixívias fortes), não nocivo para a pele e não apresentar qualquer risco para a saúde.

Pretende produzir-se mechas de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03 que, combinando as propriedades de fibra têxtil orgânica e inorgânica ("algodão inorgânico"), não apenas possam ser transformadas em todos os produtos têxteis subsequentes que se conhecem até à data, como também sejam apropriadas para aplicação a temperaturas de 400 a cerca de 1100°C.

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Este problema é resolvido através de uma mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03 e resistente a altas temperaturas de acordo com a reivindicação 1, um produto de fibras descontínuas de vidro contendo A1:03 e resistente a altas temperaturas de acordo com a reivindicação 14, assim como a utilização das mechas e produtos de fibras descontínuas de vidro deste género de acordo com as reivindicações 16 e 17. A mecha de fibras descontínuas de vidro de acordo com o invento que é, particularmente, uma mecha de fibras descontínuas de ácido silícico, apresenta elevadas características têxteis que se manifestam numa propriedade semelhante à de algodão e/ou numa volumosidade aumentada.

Uma mecha de fibras descontínuas de vidro de acordo com o invento é obtido, especialmente, por se submeter uma mecha de fibras descontínuas apropriada a uma extracção com ácido, a qual origina características têxteis particularmente elevadas da resultante mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203 e resistente a altas temperaturas.

Objecto das reivindicações 3 a 5 são composições químicas particularmente vantajosas de mechas de fibras descontínuas de vidro contendo A1:03 e resistentes a altas temperaturas como as mesmas existem após um tratamento ácido.

As reivindicações 6 a 8 referem-se a propriedades particularmente vantajosas de um material fibroso têxtil de alto desempenho deste género.

Nas reivindicações 9 a 13 as condições preferidas de fabricação da mecha de fibras descontínuas de vidro de acordo com o invento são especificadas mais detalhadamente.

De acordo com o invento, partindo de prescrições conhecidas para fabricação de fibras de vidro resistentes a altas temperaturas (GB 976 565, GB 1 121 046) uma mecha de fibras descontínuas de vidro é submetida a uma extracção com ácido. A mecha de fibras descontínuas de vidro apresenta, neste caso, a composição seguinte: 70-75% em peso de SiO,, 15-25% em peso de Na:0 e/ou K20, bem como 1 a 5% em peso de A1203, podendo estar presentes, além disso, outros componentes em pequenas partes em peso (até 5%). Verificou-se neste caso, inesperadamente, que através de uma combinação adequada de mecha de fibras descontínuas/tratamento com ácido, são geradas características têxteis particularmente elevadas na mecha de fibras descontínuas de vidro resultante contendo A1203 sendo possível, desta maneira, fabricar uma fibra tipo algodão de elevado carácter têxtil

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ΕΡ 0 973 697 / PT 6 ("algodão inorgânico"). Com vista ao carácter têxtil e elevadas resistências das fibras prefere-se um teor de Al-,0, entre 1 e 5% em peso. Outros possíveis componentes em reduzidas partes em peso como, por exemplo, CaO, Ti02, MgO, Fe203, B203 ou vestígios de outros componentes não prejudicam o carácter têxtil das fibras e podem mesmo melhorar ainda mais as propriedades mecânicas.

Através de experiências verificou-se que são obtidas características têxteis particularmente vantajosas e elevadas resistências por se expor uma mecha de fibras descontínuas de vidro contendo 70-75% em peso de SiO:, 15-25% em peso de Na,0 e/ou K20, bem como 1 a 5% em peso de A1,0, a um banho de ácido contendo eventualmente 0,1 a 5%, preferivelmente 1 a 2% de compostos de silicone solúveis. Em todos os casos prefere-se usar Na;0 como óxido alcalino. No entanto, ao contrário dos processos de tratamento que se conhecem, como os que revela, por exemplo, a descrição de patente GB 976 565, o tratamento com ácido não deve provocar um empobrecimento ou mesmo uma remoção total do teor de A1203, uma vez que este contribui decisivamente para o carácter de elevado rendimento têxtil e para excelentes propriedades mecânicas da mecha de fibras descontínuas de vidro.

Para a extracção com ácido podem ser usados ácidos inorgânicos e orgânicos. No caso de se usar os ácidos inorgânicos ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fosfórico ou, de preferência, ácido clorídrico, a extracção com ácido é convenientemente realizada dentro de um intervalo de temperaturas de 30 a 90°C, preferivelmente 40 a 60°C, no espaço de 2 a 12, preferivelmente 10 a 12 horas, sendo a concentração de ácido 1 a 30%, preferivelmente 15 a 20% e a relação quantitativa entre o material de fibras de vidro usado e o volume de meio ácido 1/2,1 a 1/40, de preferência 1/4 a 1/15.

No caso de se usar um ácido orgânico como, por exemplo, ácido fórmico, ácido acético ou ácido oxálico, a temperatura aplicada conveniente está entre 30°C e o ponto de ebulição do ácido orgânico, de preferência entre 50 e 90°C durante um período de 2 a 12 horas, preferivelmente 10 a 12 horas. A concentração de ácido é de 1 a 80% para ácido fórmico e ácido acético, e de 1 a 30% para ácido oxálico, e a relação quantitativa entre o material de fibra de vidro utilizado e o volume de meio ácido é de 1/2,1 a 1/40. A lavagem subsequente com água pode ser feita a uma temperatura de 15 a 120°C, preferivelmente de 15 a 20°C, eventualmente sob pressão. No caso de se utilizarem álcoois como metanol ou etanol, assim como soluções salinas como meio de lavagem, preferem-se temperaturas entre os 15 e 60°C. A secagem subsequente é realizada, de preferência, a uma

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ΕΡ 0 973 697 / PT 7 temperatura de 40 a 150°C, de preferência de 50 a 130°C. Pode seguir, eventualmente, uma calcinação a 300-1000°C.

Tanto no processo de tratamento com ácido como no processo de lavagem podem ser usados meios estacionários ou agitados. A mecha de fibras descontínuas é utilizada, convenientemente, sob a forma de bobina.

No processo de secagem podem ser usados quaisquer métodos e aparelhos de secagem habituais, em função do teor de humidade da mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03. Por vezes é recomendável o uso de uma etapa de pré-secagem, por exemplo por meio de centrifugação ou separação por pressão por meio de ar comprimido. Para o êxito da secagem do material de mecha de acordo com o invento não importa se o processo de secagem é descontínuo ou contínuo.

Ao contrário do nível tecnológico que se conhece actualmente em relação às fibras de vidro tratadas com ácido, as propriedades mecânicas e têxteis da mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1;03, extraído com ácido, não são degradadas. Devido à extracção selectiva com ácido, é assegurada uma máxima conservação possível de resistência da fibra, e por vezes foi até mesmo observado um aumento inesperado da resistência. Uma transformação têxtil em todos os produtos têxteis subsequentes que se conhecem como, por exemplo, fios e fios retorcidos de fibras descontínuas e têxteis técnicos, é directamente possível sem se necessitar de outros materiais e medidas adicionais, e também a poluição por poeira é negligenciavelmente pequena. O processamento têxtil do material de mecha de acordo com o invento pode ser realizado sem necessidade de qualquer adição de aditivos auxiliares têxteis, outros materiais (fios de seda de vidro, fios de aço inoxidável, etc.), aglutinantes ou semelhantes. No entanto, se for necessário é também possível uma adição de pequenas quantidades de aditivos auxiliares têxteis (em particular aditivos anti-estáticos). Uma outra vantagem particular do "algodão inorgânico" de acordo com o invento é que a extracção com ácido o liberta completamente de constituintes orgânicos, não podendo ser libertados por isso, ao ser aquecido a 1100CC, quaisquer componentes orgânicos. A queima da goma têxtil, que pode ser observada em materiais de fibras inorgânicas convencionais (por exemplo materiais de fibra de vidro), não é, assim, observada nas mechas de fibras descontínuas de vidro contendo A1203 de acordo com o invento. Devido às secções transversais das fibras que estão na base (6 a 15 pm, preferivelmente 7 a 10 pm), estes materiais fibrosos não apresentam nenhum potencial cancerígeno (não são respiráveis), podendo assim excluir-se um risco para a saúde.

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Ο presente invento disponibiliza agora uma mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, com base em ácido silícico, resistente a altas temperaturas e de elevado carácter têxtil, que combina as vantagens particulares das fibras têxteis orgânicas e inorgânicas de maneira ideal. Sem necessidade de etapas de processamento sofisticadas e dispendiosas, em particular de etapas de texturação, é obtido um material de mecha com uma estrutura aberta, felpuda e lanosa, como a que está também presente na fibra de algodão. Mas mesmo através dos processos de texturação de materiais de acordo com o nível tecnológico actual não é possível obter produtos de fibra têxtil comparavelmente felpudos e lanosos, capazes de armazenar grandes quantidades de ar devido à sua elevada voluminosidade, possuindo por isso um excelente comportamento de isolamento. Além disso, as mechas de acordo com o invento e mechas de algodão de banco de fusos, apresentam analogias claras (aparência, sensação agradável no contacto com a pele, etc.). Propriedades típicas de vidro (por exemplo, fragilidade das fibras, provocação de irritação na pele ou sensação desagradável no contacto com a pele, volumosidade baixa e elevado peso próprio (fios lisos)) foram, assim, eliminadas através da extracção com ácido. Contudo, a mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1:0:, de acordo com o invento apresenta, conservando as vantagens da fibra de algodão, também propriedades favoráveis de fibras têxteis inorgânicas. Além da resistência substancialmente aumentada da fibra, também a resistência térmica do material é aumentada, pela extracção com ácido, de tal maneira que pode ser utilizado a temperaturas até cerca de 1100°C. Mesmo nestas altas temperaturas é ainda registrada uma resistência residual considerável da mecha. Além disso apresenta uma alta resistência à desvitrificação: a 1075°C, uma formação de α-cristobalite é observada somente após 24 h. Em comparação com a fibra de algodão, a nova mecha de fibras descontínuas de vidro com base em ácido silícico distingue-se por uma absorção de água nitidamente mais baixa (<0,5%, algodão aproximadamente 8%). Devido a agrupamentos Si-OH livres, existe, além disso, uma elevada capacidade de absorção. Esta superfície reactiva fica assim acessível a reacções de troca iónica e de modificação adicionais. E, não esquecer, através de uma selecção adequada das condições do banho de ácido, pode ser realizado até mesmo um ajuste deliberado da porosidade na mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03 (superfície específica: 2-20 nr/g, volume específico de poros: 10-25 mmVg, superfície específica de poros: 5-15 m2/g em secções transversais da fibra de 9,5 a 11 pm).

Produtos de fibras descontínuas de vidro contendo A1203 e resistentes a altas temperaturas, com elevadas caracteristicas têxteis são objecto das reivindicações 14 e 15. O uso do material de mecha de acordo com o invento, assim como de fios e fios retorcidos de fibras descontínuas e de têxteis técnicos, bem como de fibras descontínuas soltas, produzidos

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ΕΡ 0 973 697 / PT 9 15. Estes produtos são particularmente úteis a partir do mesmo, é o objecto da reivindicação para aplicações a temperaturas acima de 400°C. A mecha de fibras descontínuas de vidro de acordo com o invento consiste em fibras descontínuas de um comprimento de corte entre 50 e 1000 mm, e pode ser fabricada com finuras entre 100 e 2000 tex. As mechas de fibras descontínuas com finuras a partir de aproximadamente 150 tex podem, por exemplo, ser usadas directamente como fios de trama na fabricação de tecidos de fibras de vidro. Em máquinas de fabricação de fios e dobadouras convencionais podem ser obtidos, a partir deste material de mecha, fios de fibras descontínuas de vidro com base em ácido silícico que encontram uma aplicação, por exemplo, como fios de urdidura ou de trama na fabricação de tecidos de fibras de vidro ou entrelaçados de fibras de vidro, por exemplo em tecidos de vidro (sob a forma de produtos enrolados), fitas de tecidos, cordas, mangueiras e guarnições (redondas ou quadrangulares) de fibras de vidro. Devido à analogia com uma mecha de algodão de banco de fusos, a mecha de fibras descontínuas enrolada em bobinas é alimentada, de preferência, directamente a uma máquina de fiar, dobadoura ou retorcedora.

Se para determinados casos de aplicação for desejado um aumento adicional da resistência, é possível retorcer os fios de fibras descontínuas de vidro, mas também as próprias mechas de fibras descontínuas de vidro de acordo com o invento, em retorcedoras comerciais. Se, no entanto, uma volumosidade alcançável máxima do produto de fibras de vidro estiver no centro do interesse, utiliza-se preferivelmente no processamento têxtil a própria mecha de fibras descontínuas de vidro. Devido ao carácter volumoso tipo algodão, é assim possível fabricar produtos têxteis subsequentes de peso reduzido, de modo a ser obtida uma enorme economia de material e, portanto, redução de custos por metro corrente ou por unidade de superfície. Isto é igualmente válido no que se refere à fabricação de tecidos de malha de fibras de vidro em máquinas de tricotar ou de costura industriais habituais. Geralmente verifica-se no processamento em máquinas têxteis somente um risco negligenciável de poluição por poeira.

As mechas de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03 podem também servir para a produção de mantas de fibras não-tecidas. Devido ao carácter tipo algodão do material de fibra, as mantas de fibras não-tecidas com baixas densidades volúmicas (pesos específicos <90 kg/m3) e alta capacidade de isolamento são muito facilmente acessíveis, visto que se pode dispensar de processos de texturação respectivos. Também neste caso verifica-se uma economia considerável de custo de material por unidade de superfície (até cerca de 50% em relação às mantas de fibras não-tecidas de tipo comercial usuais, com base em fios de

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ΕΡ 0 973 697 / PT 10 filamentos texturados). A linha de produção é alimentada com as mechas de fibras descontínuas de vidro contendo A1;0. sob a forma de troços cortados. A compactaçào das mantas de fibras não-tecidas é realizada, de preferência, através de entrelaçamento das fibras descontínuas por meio de agulhas perfuradoras (mantas de fibras não-tecidas agulhadas). Para finalidades de uso especiais é também possível uma compactação química do não-tecido, por exemplo através da aplicação de agentes adesivos. Uma compactação densa de mantas não-tecidas de fibras deste género toma, além disso, acessível a produção de placas de fibras de vidro ("boards"). Também é possível uma fabricação de papéis de fibra correspondente, em que fibras descontínuas de vidro contendo A1,03 contidas em água são depositadas numa superfície permeável à água (por exemplo uma peneira de tambor). Isto não constitui, no entanto, uma variante preferida.

Devido à sua elevada resistência térmica e sua excelente capacidade de isolamento, as mechas de fibras descontínuas de vidro contendo A1:0:, de acordo com o invento e os produtos têxteis subsequentes produzidos a partir dos mesmos são particularmente apropriados para uso como materiais de isolamento térmico, sobretudo em fomos, câmaras de combustão, caldeiras, condutas de gás, para vedantes resistentes a altas temperaturas e isolamentos para altas temperaturas, como materiais de isolamento e de isolamento acústico na indústria de construção civil, na protecçào contra incêndios, para isolamento acústico e térmico na indústria automóvel (por exemplo no motor, em pastilhas do travão, na área dos catalisadores para invólucros de cabos, na área dos tubos de escape e dos silenciosos), no processamento de metais e na indústria química (por exemplo como protecção térmica em alumínio fundido), para aparelhos eléctricos e domésticos, na tecnologia dos gases de escape e de filtração (por exemplo para a purificação dos gases de escape de fuligem e poeiras, para a filtração de gás quente, como filtros de alto rendimento), na tecnologia médica (por exemplo, como protecção de cabos, mangas de tecido, próteses), como separadores em acumuladores e compensadores em centrais eléctricas (por exemplo para turbinas a gás, caldeiras e incineradoras), para isolamento de tubagens, tubagens condutoras e condutores eléctricos, na construção naval, para a fabricação de escudos térmicos nas indústrias aeronáutica e espacial, e como substituto de fibras de amianto e cerâmicas.

Os produtos de fibra têxtil de acordo com o invento podem, no entanto, também ser utilizados com grande sucesso como um material de reforço para materiais sintéticos (por exemplo na construção de barcos e navios, na construção de depósitos, contentores e instalações, para equipamentos desportivos), para reforço de materiais (por exemplo, por incorporação numa matriz de metal, particularmente de Al, através de um processo de fusão),

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ΕΡ 0 973 697 / PT 11 como forro para têxteis e têxteis especiais, como suporte para betume e para o reforço de gesso, cimento, papel (por exemplo para papel de parede fibroso) e borracha.

Os seguintes exemplos servem para explicar melhor o presente invento.

Exemplo 1 550 g de uma mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203 com uma finura de 430 tex (mecha 1, extracção com ácido clorídrico 15%, na presença de compostos solúveis de silício (3%), temperatura de 55°C, tempo de extracção 10 horas, relação de quantidades de material de fibra utilizado/meio ácido 1/2,5) tendo uma composição de 94,2% em peso de Si02, 1,1% em peso de Na:0, 4,6% em peso de A1203 e vestígios de outros componentes, foram bobinados através de dois rolos sobre uma bobina cilíndrica de fio têxtil cilíndrico, de 170 mm de comprimento. A velocidade de saída foi de 120 m/min. Em condições análogas foi bobinado uma mecha de fibras descontínuas de vidro tipo vidro C (mecha 2, finura também de 430 tex, composição de 70,2% em peso de Si02, 15,7% em peso de Na20, 3,5% em peso de A1203, 5,0% em peso de CaO, 3,1% em peso de MgO, 2,0% em peso de BaO e vestígios de outros componentes). O tratamento com ácido previamente realizado em condições idênticas provocou apenas uma ligeira modificação da composição química (redução de 0,3% do conteúdo de álcalis) e, através desta, nenhum aumento da estabilidade térmica. Para ambas as mechas de fibras descontinuas (não tratada e extraída com ácido, respectivamente) foram determinadas as resistências da mecha (troços de 100 mm de comprimento sem torção), bem como a abrasão e o número de rupturas do fio (ruptura da fita de fibras) durante a bobinagem.

Resultados:

Mecha 1 (não tratada) Mecha 2 (não tratada) Resistência da mecha: 4,52 cN/tex Resistência da mecha: 4,11 cN/tex Abrasão durante a bobinagem: 0, 01 % Abrasão durante a bobinagem: 0% Rupturas do fio durante a bobinagem: 0 Rupturas do fio durante a bobinagem: 0 Mecha 1 (extracção com ácido) Mecha 2 (extracção com ácido) Resistência da mecha: 4,47 cN/tex Resistência da mecha: 4,10 cN/tex Abrasão durante a bobinagem: 0, 01 % Abrasão durante a bobinagem: 0, 01 % Rupturas do fio durante a bobinagem: 0 Rupturas do fio durante a bobinagem: 0 Estabilidade térmica: pelo menos 1020°C Estabilidade térmica: 400°C no máximo

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Exemplo 2

Uma mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203 (finura de 630 tex, resistência da mecha 4,55 cN/tex, composição: Si02 74,8%, Na-,0 17,5%, K,0 1,0%, A1,03 2,2%, CaO 1,7%, MgO 1,1%, B203 0,9%, Ti02 0,3%. vestígios de outros constituintes) foi submetido a uma extracção ácida mineral com ácido clorídrico. Foram extraídos, neste caso, num recipiente de PTFE de 500 ml, 50 g de mecha de fibras descontínuas (secção transversal da fibra 7 pm) em 300 ml de ácido clorídrico 20% na presença de compostos solúveis de silicone (1,5%) no espaço de 12 horas, a uma temperatura de 55°C. Após um período de escorrimento de 10 minutos, a mecha de fibras descontínuas assim tratada foi lavada 6 vezes com água fria (temperatura de 18°C). A seguir a isto, o material de mecha extraído e lavado foi seco durante 12 horas a uma temperatura de 55°C. Depois disso, a mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1303 de elevado carácter têxtil, tipo algodão, apresentou a seguinte composição:

Si02: 94.7% em peso

Na20: 0.6% em peso A1,03: 2.5% em peso

CaO: 0,9% em peso

MgO: 0.7% em peso B203: 0.4% em peso

Ti02: 0,1% em peso O material de mecha produzido desta maneira, tendo um carácter volumoso, tipo algodão, apresentou uma resistência a uma temperatura contínua de, pelo menos, 1000°C. A resistência da mecha, após o tratamento com ácido foi de 4,42 cN/tex. Após um tratamento de 24 horas a 900°C, obteve-se ainda uma resistência residual de 32%. Nestas condições, não foi observada nenhuma formação de a-cristobalite.

Exemplo 3

Para caracterizar o carácter volumoso, tipo algodão, da mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203 de acordo com o invento, foram determinadas as densidades aparentes do material não tratado, bem como do material extraído com ácido, em estado não compactado e compactado, respectivamente (sob a forma de fibras descontínuas de 5 mm), e a partir das mesmas foi efectuada uma estimativa dos volumes relativos de poros. Além

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ΕΡ 0 973 697 / PT 13 disso, são indicados os resultados de medições da condutividade térmica, os quais foram obtidos à temperatura ambiente. Os resultados experimentais são comparados com dados que foram determinados experimentalmente sob condições análogas, numa mecha de fibras descontínuas de vidro tipo vidro C, não resistente a altas temperaturas (para a sua composição, veja-se o Exemplo 1). Os parâmetros da extracção com ácido e do pós-tratamento correspondem aos do Exemplo 2.

Material Densidade aparente (não compactada) [kg/nU] Densidade aparente (compactada com uma força de 20,2IN) [kg/m3] Volume relativo de poros (em relação à mecha de fibras descontínuas de vidro não tratada) [%] Condutividade térmica (25°C, densidade aparente 50 kg/m3) [W/mK] Mecha de fibras descontínuas de vidro, não tratada 35,5 23,0 100 0,059 Mecha de fibras descontinuas de vidro contendo AI2O3, tratada com ácido 35,6 24,9 108 Mecha de fibras descontinuas de vidro, tipo vidro C. não tratada 67,1 35,0 81 Mecha de fibras descontínuas de vidro, tipo vidro C, tratada com ácido 48,8 29,6 94 0,061

Exemplo 4

Uma mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203 com base em ácido silícico (finura de 660 tex, resistência da mecha 5,35 cN/tex, composição: SiO, 74,8%, NajO 17,5%, K:0 1,0%, A1,03 2,2%, CaO 1,7%, MgO 1,1%, B:03 0,9%, Ti02 0,3%, vestígios de outros componentes), sob a forma de uma bobina em rotação, foi submetida a uma extracção ácida mineral com ácido clorídrico. O material de mecha (secção transversal da fibra 7 pm) foi extraído, neste caso, num recipiente de PTFE de 3500 ml, em 3000 ml de ácido clorídrico a 18% no espaço de 10 horas, a uma temperatura de 58°C. A seguir, o produto de fibra têxtil extraído foi lavado no mesmo recipiente seis vezes com água fria, a uma temperatura de

0. J? 85 500 ΕΡ 0 973 697 / PT 14

20°C. Depois disso, o produto de fibra de vidro extraído e lavado foi seco durante 12 horas a uma temperatura de 75°C. A seguir, a mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03, com um carácter volumoso, tipo algodão, apresentou a seguinte composição:

SiO,: 96,1% em peso Na:0: 0,1 % em peso AI A: 3,7% em peso É evidente que estavam presentes, além disso, vestígios de outros componentes, tais como impurezas. A perda específica de massa em comparação com o produto de fibra de vidro não tratado era de 15,1%. A mecha de fibras descontínuas tendo uma volumosidade tipo algodão, produzida deste modo, apresentou uma resistência a uma temperatura contínua até, pelo menos, 1050°C. Após o tratamento com ácido, foi observado um aumento da resistência da mecha (5,46 cN/tex). A resistência residual após um tratamento de 30 horas a 1050°C foi de 42%. O material de mecha assim produzido e tratado, foi fiado a seguir numa máquina contínua de anéis convencional (velocidade de saída 150 m/min). A abrasão provocada neste processo foi negligenciavelmente pequena (<0,01 %). Não foram registadas rupturas de fio durante esta etapa de processamento.

Exemplo 5

Uma mecha de fibras descontínuas de vidro com base em ácido silícico (finura de 420 tex, resistência da mecha 4,11 cN/tex) que se encontrava sobre uma bobina cilíndrica de fio têxtil, de 170 mm de comprimento foi submetida, sob esta forma, a uma extracção ácida mineral com ácido fórmico. A mecha de fibras descontínuas (secção transversal da fibra de 9 pm) foi extraída neste caso, num recipiente de PTFE de 3500 ml, em 3100 ml de ácido fórmico 30%, na presença de silicones solúveis (2%) num espaço de 12 horas, a uma temperatura de 60°C. A seguir, o produto de fibra têxtil extraído foi lavado por imersão num vaso de PTFE, com água fria (temperatura de 18°C). O material de mecha extraído e lavado foi seco durante 8 horas a uma temperatura de 115°C. A perda específica de massa em comparação com a mecha não tratado foi de 13,3%, que estava em correlação com um grau de extracção específico de 96%. Após o tratamento, a mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, com um carácter volumoso, tipo algodão, produzida desta maneira, apresentou a seguinte composição: 15 85 500

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Si02: 94,4% em peso Na20: 0,9% em peso Al,03: 4,3% em peso CaO: 0,2% em peso MgO: 0,l% em peso A resistência da mecha após o tratamento com ácido foi de 3,79 cN/tex. A mecha de fibras descontínuas de vidro contendo Al-,0., tendo elevadas características têxteis, apresentou uma resistência a uma temperatura contínua até, pelo menos, 950°C. Após 24 horas de tratamento térmico a esta temperatura foi ainda registada uma resistência residual de 28%.

Lisboa, '13. >'£T.

Por ROBIN RICHTER - O AGENTE OFICIAL -

£MG.° ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRÂ Ag. Of. Pr. Ind.

Rus das Flores, 74 - 4.°

1EQO LISBOA

Claims

85 500 ΕΡ 0 973 697 / PT 1/5 REIVINDICAÇÕES

1 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, com base em ácido silícico, obtenível por extracção com ácido de uma mecha de fibras descontínuas de vidro com a seguinte composição: 70-75% em peso de Si02 15-25% em peso de Na:0 e/ou K;0 1-5% em peso de ALO- e até um máximo de 5% em peso de outros componentes.
2 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, com base em ácido silícico, de acordo com a reivindicação 1, obtenível por extracção de uma mecha de fibras descontínuas de vidro com um ácido inorgânico ou orgânico, eventualmente na presença de silicones solúveis, caracterizada por conter os seguintes componentes nas percentagens ponderais indicadas: 85 a 99% em peso de SiO, 1 a 5% em peso de AL03 0 a 10% em peso de Na:0 e/ou K-,0 0 a 3% em peso de CaO 0 a 2% em peso de MgO 0 a 2% em peso de B203 0 a 1% em peso de Ti02 0 a 1% em peso de óxidos de ferro, em particular Fe203 0 a 1% em peso de Zr02 0 a 0,5% em peso de BaO 0 a 0,5% em peso de PbO 0 a 0,5% em peso de ZnO 0 a 0,5% em peso de Cr,03 e 0 a 0,5% em peso de F.
3 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por conter os seguintes componentes nas percentagens ponderais indicadas: 85 500 ΕΡ 0 973 697 / PT

2/5 90 a 98% em peso de SiO, 2 a 5% em peso de A1203 0 a 3% em peso de Na:0 e/ou K:0 0 a 1% em peso de CaO 0 a 1% em peso de MgO 0 a 1% em peso de óxidos de ferro, em particular Fe203 e 0 a 1% em peso de TiO:
4 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada por conter os seguintes componentes nas percentagens ponderais indicadas: 95 a 98% em peso de Si02 2 a 5% em peso de A1203 0 a 1% em peso de Na;0 e/ou K20 em relação ao peso total dos componentes indicados.
5 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por conter os seguintes componentes nas percentagens ponderais indicadas: 95 a 99% em peso de Si02 1 a 5% em peso de Al203 0 a 1% em peso de Na20 e/ou K20 0 a 3% em peso de CaO 0 a 1% em peso de Fe;03 0 a 1% em peso de TiO, e 0 a 1% em peso de MgO.
6 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por apresentar uma secção transversal da fibra de 6 a 15 μτη, de preferência 7 a 10 pm.
7 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada

85 500 ΕΡ 0 973 697 / PT 3/5 por conter fibras descontínuas com um comprimento de 50 a 1000 mm e/ou por apresentar uma finura de 100 a 2000 tex.
8 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por a resistência das fibras individuais ser 2 a 50 cN/tex, de preferência 10 a 30 cN/tex.
9 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1:0;., de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 2 a 7, caracterizada por a extracção com ácido ter sido realizada sob pressão e/ou lavagem com água, álcoois ou soluções salinas e/ou secagem, assim como, eventualmente, calcinação.
10 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 2 a 8, caracterizada por o ácido inorgânico ser ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fosfórico ou, de preferência, ácido clorídrico, e por terem sido aplicadas para a extracção com ácido, de preferência, as seguintes condições de extracção ácida: intervalo de temperaturas: 30-90°C intervalo de concentrações: 1-30% duração da extracção com ácido: 2-12 horas, e relação quantitativa entre o material de fibra de vidro utilizado e o volume de meio ácido: 1 /2,1 a 1 /40.
11 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo Al203, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 2 a 8, caracterizada por o ácido ser um ácido orgânico, de preferência ácido fórmico, ácido acético ou ácido oxálico, e por terem sido aplicadas preferivelmente as seguintes condições de extracção com ácido: intervalo de temperaturas: de 30°C ao ponto de ebulição do ácido orgânico intervalo de concentrações: 1-80%, em caso de ácido oxálico 1 a 30% duração da extracção com ácido: 2-12 horas, e relação quantitativa entre o material de fibra de vidro utilizado e o volume de meio ácido: 1 /2,1 a 1 /40. \

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12 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 9 a 11, caracterizada por a lavagem ter sido realizada com água a uma temperatura de 15 a 120°C, eventualmente sob pressão, ou com álcoois, de preferência com metanol ou etanol, e soluções salinas a uma temperatura de 15 a 60°C.
13 - Mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1;03, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 9 a 12, caracterizada por a secagem ter sido realizada a uma temperatura de 40 a 250°C, e por ter sido calcinada, eventualmente, a uma temperatura de 250 a 1000°C.
14 - Produto de fibras descontínuas de vidro contendo A1:0, e resistente a altas temperaturas feito de uma mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203, de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas, com base em ácido silícico, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 13.
15 - Produto de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03 e resistente a altas temperaturas, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo facto de ter sido seleccionado do grupo que consiste em: fios ou fios retorcidos de fibras descontínuas de vidro e têxteis técnicos sob a forma de tecidos, mantas de fibras nào-tecidas, de preferência esteiras perfuradas com agulha, cordas, fitas, mangueiras, guarnições, bem como papéis de fibras de vidro e placas ou "boards" de fibras de vidro, e fibras descontínuas soltas.
16 - Utilização da mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1;03 de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, ou do produto de fibras descontínuas de vidro contendo A1:03 e resistente a altas temperaturas de acordo com a reivindicação 14 ou 15, para materiais de isolamento térmico, particularmente em fomos, câmaras de combustão, caldeiras, condutos de gás, para vedantes resistentes a altas temperaturas e isolamentos para altas temperaturas, como materiais de isolamento e de isolamento acústico na indústria de construção civil, na protecção contra incêndios, para isolamento acústico e térmico na indústria automóvel, no processamento de metais e na indústria química, para aparelhos eléctricos e domésticos, na tecnologia dos gases de escape e de filtração, na tecnologia médica, como separadores em acumuladores e compensadores, para isolamento de tubagens, tubagens condutoras e condutores eléctricos, na construção naval, para a fabricação de escudos térmicos nas indústrias aeronáutica e \espacial, e como substituto de fibras de amianto e cerâmicas. \ 85 500 ΕΡ 0 973 697 / PT 5/5
17 - Utilização da mecha de fibras descontínuas de vidro contendo A1203 de elevado carácter têxtil e resistente a altas temperaturas de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, ou do produto de fibras descontínuas de vidro contendo A1,03 e resistente a altas temperaturas de acordo com a reivindicação 14 ou 15, como material de reforço para materiais sintéticos, para reforço de material, como forro para têxteis e têxteis especiais, como suporte para betume e para o reforço de gesso, cimento, papel e borracha. Lisboa, fô. ' ΰ 2000 Por ROBIN RICHTER - O AGENTE OFICIAL -

EMG.e ANTÓNIO JOÃO U CUMHA FERRE1RÂ Ag. 0(. Pr. Ind. , Ruo des Flores, 74 - 4.° 1BGO LISBOA