ES2227942T3 - Monofilamentos como hilos bicomponente del tipo de nucleo y recubrimiento. - Google Patents

Abstract

Los monofilamento bicomponentes de núcleo-envuelta se emplean para cribas, filtros, mantas de máquinas de papel, cintas transportadoras y refuerzos, como por ejemplo, ruedas de automóvil que tienen un polímero de cristal líquido en el núcleo y una envuelta homogénea de poliéster. Los monofilamentos bicomponentes de nucleo-envuelta, tienen un núcleo que contiene un polímero de cristal líquido y una envuelta homogénea que contiene un poliéster. La invención también se refiere a la producción del monofilamento mediante extrusión de una mezcla y enfriamiento en corriente de gas o líquido por debajo de la boquilla de extrusión hasta temperatura de 0-30ºC por debajo de la temperatura de transición vítrea del material de la envuelta, de forma que la relación de velocidad de estrusión (en volumen/área-tiempo) a la velocidad de estiradores sea de 1:5-30, preferiblemente 1: 8-15). El monofilamento se puede arrollar y acondicionar.

Description

Monofilamentos como hilos bicomponente del tipo de núcleo y recubrimiento.

La invención se refiere a monofilamentos en forma de hilos bicomponente del tipo de núcleo y recubrimiento, que incluyen un núcleo que contiene un polímero cristalino líquido, su fabricación así como su utilización, en especial para la fabricación de tamices para máquinas de papel y tejidos para tamices de máquinas de papel.

Bajo monofilamento en el sentido de la invención se entiende un hilo sinfín que está compuesto por una única fibra sinfín, fabricada con o sin trenzado y que presenta un diámetro de al menos 0,01 mm, preferentemente al menos 0,08 mm, en particular 0,1 mm y más. El mismo se diferencia de filamentos individuales en forma de hilos de núcleo y recubrimiento, utilizados usualmente para fines textiles, en particular por el diámetro considerablemente mayor.

Los monofilamentos son utilizados ante todo para la fabricación de artículos técnicos, en particular estructuras planas utilizadas técnicamente, contrariamente a los hilos multifilamento, que están constituidos por finos filamentos individuales y que ante todo se utilizan en la industria textil.

Los monofilamentos en forma de hilos bicomponente del tipo de núcleo y recubrimiento son ya de por sí conocidos y se describen por ejemplo por la EP 0 763 611 A1. El componente del núcleo es allí un poliéster, siendo por el contrario el recubrimiento una poliamida. El poliéster del núcleo pude ser también un polímero cristalino líquido. Para mejorar la adherencia entre núcleo y componente del recubrimiento, contiene el recubrimiento un polímero, que favorece la adherencia.

A pesar de la utilización de un elemento que favorece la adherencia, la adherencia deja aún que desear, con lo que, especialmente cuando la carga mecánica es fuerte se llega a una separación entre el núcleo y el componente del recubrimiento, al menos parcialmente, lo cual repercute desventajosamente sobre las propiedades mecánicas de los productos fabricados a partir de tales monofilamentos. También la resistencia debe mejorarse aún.

Según las conclusiones de la solicitud de patente japonesa JP-07/097,719-A, se fabrican hilos multicomponente del tipo de núcleo y recubrimiento en los que el núcleo está compuesto por un poliéster aromático y el recubrimiento por una poliamida semiaromática. Indicaciones relativas a la fabricación de monofilamentos no pueden deducirse del resumen relativo a esta solicitud japonesa; también aquí deja que desear la adherencia entre el núcleo y el recubrimiento.

En la solicitud de patente japonesa 1992/370 322 y en la correspondiente patente japonesa J 04 272 226, se describen monofilamentos que están compuestos por un núcleo, conteniendo el componente del núcleo un componente de poliéster aromático que puede elaborarse y que es ópticamente anisótropo en el baño de fusión y siendo el componente del recubrimiento un macropolímero flexible cristalino orientado. No se encuentran en este documento indicaciones relativas a un componente del recubrimiento compuesto por mezclas de polímeros, en particular por mezclas de poliésteres y 1-5% en peso de policarbonato.

En la solicitud de patente japonesa 1992/370 321 se describen igualmente monofilamentos con un componente A como componente del núcleo y un componente B como componente del recubrimiento, estando compuesto el componente B en un 80% por policarbonato. Los monofilamentos bicomponente en los que el componente del recubrimiento está compuesto por poliéster y un 1-5% en peso de policarbonato, no se describen en este documento y tampoco se sugieren.

Finalmente, se describe en la solicitud de patente japonesa JP-07/243,128 un filamento de núcleo y recubrimiento que presenta un núcleo de poliéster cristalino líquido y un recubrimiento de polímero termoplástico. Este polímero termoplástico del recubrimiento forma un llamado componente marino y contiene un poliéster anisótropo aromático como el llamado componente de isla. Es decir, el recubrimiento está constituido por una matriz a partir de un polímero termoplástico en el que se encuentran inclusiones grandes, no compatibles con la matriz.

Aún cuando ya son conocidos una serie de monofilamentos del tipo de núcleo y recubrimiento, en los cuales el núcleo contiene un polímero cristalino líquido, existe aún la necesidad de monofilamentos de este tipo mejorados.

Por lo tanto la tarea de la invención es poner a disposición monofilamentos en forma de hilos bicomponente del tipo de núcleo y recubrimiento, que incluyen un núcleo que contiene un polímero cristalino líquido y un recubrimiento que envuelve este núcleo, en el que la cohesión entre núcleo y componente del recubrimiento es muy buena, no tienden a deshilacharse, que poseen una elevada resistencia frente al rozamiento y una buena consistencia y en los que el recubrimiento ejerce una excelente acción protectora del núcleo.

Esta tarea se resuelve mediante monofilamentos según la reivindicación 1.

Formas constructivas especialmente ventajosas de los monofilamentos correspondientes a la invención se indican en las reivindicaciones 2 a 11.

Es también objeto de la invención un procedimiento para la fabricación de estos monofilamentos según la reivindicación 12, así como la utilización de monofilamentos según la invención según las reivindicaciones 13 a 15.

La fabricación de los monofilamentos según la invención puede realizarse de la siguiente manera:

El núcleo y el componente del recubrimiento se hilan en un extrusor en cada caso en estado de fusión y en un proceso de una sola etapa en una unidad de hilatura bicomponente. Tras abandonar la tobera de hilado, se enfrían los monofilamentos que salen por debajo de la tobera de hilado en un foso, por ejemplo con una corriente de gas temperada. También es posible enfriar los hilos con ayuda de un líquido. Entonces se enfrían los hilos hasta una temperatura que se encuentra preferentemente en al menos 0 a 30ºC por debajo de la vitrificación del material del recubrimiento. La velocidad de inyección y la extracción (la llamada velocidad de hilado) se concuerdan entre sí de tal manera que se logra un grado de estiraje de al menos 1:5 a 1:30, preferentemente 1:8 a 1:15.

Puesto que mediante el grado de estiraje del hilado y también mediante el proceso de enfriamiento pueden determinarse ya las propiedades definitivas de los monofilamentos, no es necesario un estirado posterior ni una reducción de la contracción mediante un proceso térmico de fijación admitiendo la contracción. Tampoco es necesario un estirado posterior. Coordinando las condiciones de extracción, es posible conferir a los monofilamentos una orientación parcial, pudiendo lograrse estados puramente amorfos o también parcialmente cristalinos.

En general, se bobinan los monofilamentos tras la extracción del hilado.

Es posible temperar los monofilamentos en otra etapa adicional. Al respecto, se ha comprobado que es ventajoso que el temperado se realice dentro de una determinada gama de temperaturas. Así es posible por ejemplo comenzar la temperación a 200ºC y a continuación aumentar continuamente hasta por ejemplo 270ºC. Las condiciones de temperado dependen evidentemente en particular del material de recubrimiento empleado. La temperatura máxima debería encontrarse entre 20 a 30ºC por debajo de la temperatura de fusión del polímero de recubrimiento.

Como componente del núcleo puede utilizarse un polímero cristalino líquido usual. Puede emplearse un único polímero, pero también es posible tomar varios polímeros cristalinos líquidos en la mezcla. Al respecto la mezcla ha de hilarse de una forma lo más homogénea posible. En lugar de mezclas de polímeros cristalinos líquidos puros, pueden emplearse también mezclas de uno o varios polímeros cristalinos líquidos o uno o varios polímeros no líquidos cristalinos.

Preferentemente se utilizan como polímeros cristalinos líquidos productos de policondensación a base de p-ácido hidroxibenzóico y 2,6-ácido hidroxinaftóico, en particular aquéllos que están constituidos en un 70 a 80%, preferentemente de 72 a 74% en mol, por p- ácido hidroxibenzóico y 20 a 30%, preferentemente de 26 a 28% en mol por 2,6-ácido hidroxinaftóico.

Como poliésteres para los componentes del recubrimiento pueden utilizarse poliésteres usuales, como polietilentereftalato, polipropilentereftalato, polibutilentereftalato, pero también polietilen-2,6-naftalato o poli-(1,4-bis(hidroximetil)-ciclohexantereftalato.

Estos poliésteres pueden utilizarse solos o en mezcla.

Los policarbonatos utilizados como otros componentes pueden obtenerse en el comercio; se ha comprobado que es muy adecuado el producto vendido bajo la denominación comercial macrolón. Los policarbonatos son adecuados en el marco de la invención como componentes del recubrimiento, especialmente en mezcla con otros poliésteres.

En una forma constructiva especialmente ventajosa de la invención, el revestimiento contiene uno o varios poliésteres elastómeros. Estos son en particular copoliésteres a base de ácidos bicarbónicos, como ácido tereftálico o sus derivados y un diol como 1,4-butanodiol o etilenglicol y un poliglicol, en particular por ejemplo el poliglicol sobre la base de tetrahidrofurano.

Preferentemente se utiliza politetrahidrofuranbutilentereftalato. Este poliéster elastómero puede estar constituido por ejemplo mediante policondensación de dimetiltereftalato, butandiol y politetrahidrofurano de la fórmula HO(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}O)_{n}H.

n es un valor promedio y puede asumir diferentes valores, siendo entonces correspondientemente alto el peso molecular, que es ventajosamente del orden de magnitud de unos 600 hasta aprox. 2000, y en particular del orden de magnitud de 1000. Un peso molecular medio de aproximadamente 1000 se corresponde con un valor medio para n de 17.

El revestimiento del hilo bicomponente monofilamento debe ser esencialmente homogéneo, es decir, no presentar ninguna estructura heterogénea detectable macroscópicamente, como por ejemplo una matriz con inclusión de islas discretas. En las mezclas son preferentes mezclas monofásicas. En componentes que se producen a la temperatura de extrusión uno junto a otro en dos fases, hay que cuidar, mediante un fuerte entremezclado, por ejemplo agitación intensiva, de la correspondiente homogeneización.

Las temperaturas adecuadas de temperación pueden elegirse mediante sencillos ensayos previos, para obtener propiedades óptimas. Es conveniente realizar el temperado a lo largo de un determinado periodo de tiempo, preferentemente a lo largo de varias horas.

Las propiedades físicas del monofilamento correspondiente a la invención, como resistencia, módulo, contracción, fuerza de contracción y comportamiento plástico bajo carga y temperatura, se determinan en una gran proporción a partir de las propiedades físicas del núcleo. La tarea principal del revestimiento es proteger al núcleo frente al deshilachado, desgaste y ensuciamiento. Además, el revestimiento facilita la elaboración y mejora el comportamiento durante su uso.

Los monofilamentos correspondientes a la invención, pueden utilizarse ventajosamente para toda una serie de finalidades de utilización, como por ejemplo fabricación de tejidos para la fabricación de papel, por ejemplo para tejidos de tamices, tales como los que se desean en la partida de formación de la hoja, la partida de prensado y la partida de secado de máquinas de papel, pueden fabricarse tejidos de filtro, además tejidos para cintas transportadoras, recubiertos o sin recubrir. Al respecto, los monofilamentos pueden utilizarse por ejemplo solamente como material de trama, pero también es posible fabricar el tejido completo a partir de los monofilamentos correspondientes a la invención. Otra finalidad de utilización de los tejidos fabricados correspondientemente es el revestimiento de refuerzo en neumáticos de automóvil; los tejidos fabricados correspondientemente pueden emplearse también para la impresión por tamiz.

Resultó especialmente sorprendente que los monofilamentos correspondientes a la invención estén protegidos bastante mejor frente al deshilachado, que puedan lavarse sin problemas y que puedan ser utilizados tanto como hilos de urdimbre, así como también como hilos de trama cuando se utilizan para la fabricación de tejidos. Los monofilamentos se caracterizan por una tendencia especialmente baja al encogimiento.

Mediante la adición de carbodiimida, en particular en el componente de recubrimiento, puede mejorarse todavía considerablemente la resistencia a la hidrólisis, que ya de por sí es buena. Así, la resistencia residual aumenta tras 85 horas a 135ºC de tratamiento con vapor saturado de 85% a más del 90%.

La invención se describe más en detalle mediante los siguientes ejemplos:

Ejemplo 1

Para el núcleo se eligió como poliéster totalmente aromático el producto Vectra A 910 (LCP), como material para el recubrimiento una mezcla compuesta en un 96,4% por el polietilennaftalato policlear N 100 (PEN), en un 3% por Vectra A 910, tal como se utiliza también en el núcleo, y en un 0,6% por la carboiidimida Stabaxol 1.

Ambos materiales se fundieron en cada caso en un extrusor y se comprimieron mediante bombas de rueda dentada en una unidad de hilatura bicomponente. La temperatura de la masa en la unidad era de 330ºC. La Vectra A 910 formó la corriente del núcleo y la mezcla la corriente del recubrimiento simétrica a la rotación.

Se utilizó una tobera de hilado con 40 agujeros, disponiendo cada agujero de hilado de un agujero fino de 0,80 mm. La entrada por cada agujero de tobera fue de 5,79 g/min para la corriente del núcleo y 2,48 g/min para la corriente del recubrimiento. Así abarca el núcleo aproximadamente un 70% de la superficie de la sección y el recubrimiento aproximadamente un 30% de la superficie de la sección del monofilamento que se forma bajo la tobera.

Por debajo de la tobera se condujeron los monofilamentos a un baño de agua con rodillo de deflexión. La temperatura del agua era de 95ºC, y la distancia entre la tobera de hilado y la superficie del agua de 20 cm. Tras el baño de agua se encontraba un mecanismo de estiraje para la extracción.

La velocidad de inyección se calculó en 11,82 m/min, y la velocidad de extracción del mecanismo de estiraje en 130 m/min. De ello resulta un grado de estiraje del hilado de 1:11. Este estado se congeló en baño de agua. Detrás del mecanismo de estiraje, se lavaron los monofilamentos sobre bobinas de tapas de metal.

En una segunda etapa de trabajo, se sometieron los monofilamentos lavados al siguiente tratamiento térmico posterior en un horno de aire circulante:

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Calentamiento desde la temperatura ambiente hasta 160ºC en 70 minutos

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Atemperación a 160ºC durante 24 horas

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Calentamiento de 160ºC a 180ºC en 30 minutos

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Atemperación a 180ºC durante 24 horas, a continuación enfriamiento a temperatura ambiente (aprox. 2 horas).

Tras este tratamiento térmico resultaron los siguientes valores textiles:

\newpage

Diámetro:	0,50 mm
Módulo:	>60 Gpa
Resistencia específica:	85 cN/tex
Alargamiento de rotura:	2,2% a 2,5%
Termocontracción libre a 180ºC:	<0,1%

Ejemplo 2

Para el núcleo se eligió como poliéster totalmente aromático un producto LCP (Vectra A 910), como material para el recubrimiento una mezcla compuesta por polietilentereftalato modificado al 10% con ácido isoftálico, cuya participación en la mezcla es del 40% y en un 40% por un copoliéster elastómero (Riteflex 655).

Ambos materiales se fundieron en cada caso en un extrusor y se comprimieron mediante bombas de rueda dentada en una unidad de hilatura bicomponente. La temperatura de la masa en la unidad fue de 285ºC. La Vectra A 910 formó la corriente del núcleo, y la mezcla de copoliéster la corriente del recubrimiento simétrica a la rotación.

Se utilizó una tobera de hilado con 40 agujeros, disponiendo cada agujero de hilado de un agujero fino de 0,80 mm. La entrada fue de 319,6 g/min, de ellos 147,3 g/min para la corriente del núcleo y 172,3 g/min para la corriente del recubrimiento. Así abarca el núcleo aproximadamente un 45% y el recubrimiento aproximadamente un 55% de la superficie de la sección del monofilamento que se forma bajo la tobera.

Por debajo de la tobera se condujeron los monofilamentos a un baño de agua con rodillo de deflexión. La temperatura del agua era de 92ºC, y la distancia entre la tobera de hilado y la superficie del agua de 8 cm. Tras el baño de agua se encontraba un mecanismo de estiraje para la extracción.

La velocidad de inyección se calculó en 11,82 m/min, y la velocidad de extracción del mecanismo de estiraje en 130 m/min. De ello resulta un grado de estiraje del hilado de 1:11. Este estado se congeló en el baño de agua.

Detrás del mecanismo de estiraje, se lavaron los monofilamentos sobre bobinas de tapas. No se realizó un tratamiento térmico posterior (como en el ejemplo 1).

Resultaron los siguientes valores textiles para los monofilamentos:

Diámetro:	0,60 mm
Título:	3.803 dtex
Módulo:	28 Gpa
Resistencia específica:	40 cN/tex
Alargamiento de rotura:	2,5% a 2,8%
Termocontracción a 180ºC:	<0,2%

Claims (15)

1. Monofilamentos en forma de hilos bicomponente del tipo de núcleo y recubrimiento, que incluyen un núcleo, que contiene un polímero cristalino líquido y un recubrimiento esencialmente homogéneo, compuesto por una mezcla de 1 a 5% en peso de policarbonato y el resto hasta 100 por uno o varios poliésteres, que no son policarbonato.

2. Monofilamentos según la reivindicación 1, caracterizados porque el recubrimiento contiene polietilentereftalato, polibutilentereftalato, polietilen-2,6-naftalato o poli-(1,4-bis(hidroxi-metil)-ciclohexantereftalato.

3. Monofilamentos según la reivindicación 1, caracterizados porque el recubrimiento contiene un poliéster elastómero.

4. Monofilamentos según la reivindicación 3, caracterizados porque el recubrimiento contiene como poliéster elastómero politetrahidrofuranbutilentereftalato.

5. Monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizados porque el recubrimiento contiene de 1 a 15% en peso del polímero cristalino líquido del que está constituido el núcleo.

6. Monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizados porque el recubrimiento está compuesto por una mezcla que contiene 1 a 20% en peso de una polioleofina que contiene fluor y el resto hasta el 100% en peso de poliéster, así como 1 - 5% en peso de policarbonato.

7. Monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizados porque la superficie de la sección del núcleo es un 40 a un 90% y la superficie de la sección del recubrimiento de un 10 a un 60% de toda la superficie de la sección del monofilamento.

8. Monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizados porque el monofilamento presenta una sección redonda, oval, rectangular o bien poligonal (n) con n \geq 3.

9. Monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizados porque el núcleo está alojado tal que está centrado.

10. Monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizados porque el núcleo está dispuesto asimétrico.

11. Monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizados porque el núcleo y/o el recubrimiento contiene de 0,1 a 3% en peso de mono y/o policarbodiimida como elemento de cierre.

12. Procedimiento para fabricar monofilamentos en forma de hilos bicomponente del tipo de núcleo y recubrimiento, caracterizado porque un material de núcleo, que contiene un polímero cristalino líquido y un material de recubrimiento esencialmente homogéneo, compuesto por una mezcla de 1 a 5% en peso de policarbonato y el resto hasta 100 de uno o varios poliésteres, que no son policarbonato, se extrusiona como baño de fusión mediante una herramienta para la fabricación de hilos de núcleo y recubrimiento, los monofilamentos que salen por debajo de la tobera de hilado se enfrían mediante una corriente de gas temperada o mediante un líquido hasta una temperatura que se encuentra al menos de 0 a 30ºC por debajo de la temperatura de vitrificación del material del recubrimiento, estando la velocidad de salida (velocidad de inyección), expresada en volumen por superficie y tiempo, y la velocidad de extracción coordinadas entre sí de tal manera que se obtiene un grado de estiraje del hilado de 1:5 a 1:30, preferentemente 1:8 a 1:15 y los monofilamentos dado el caso se lavan, así como dado el caso se temperan.

13. Utilización de los monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 11 o fabricados según un procedimiento correspondiente a la reivindicación 12, para la fabricación de tamices y filtros.

14. Utilización de los monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 11, o fabricados según un procedimiento correspondiente a la reivindicación 12, para la fabricación de entelados de máquinas de papel, en particular para la partida de formado, prensado y secado.

15. Utilización de los monofilamentos según al menos una de las reivindicaciones 1 a 11 o fabricados según un procedimiento correspondiente a la reivindicación 12, para el refuerzo de elastómeros.