PROCESO PARA FABRICAR HILOS UNIFORMES Y HOJAS FIBROSAS DE ALTA RESISTENCIA.

Un proceso para estirar simultáneamente hilos múltiples de poli(alfa-olefina) de peso molecular ultraelevado (UHMWPO) que comprende los pasos de:

a) formar una pluralidad de hilos de alimentación multifilamento hilados en gel sustancialmente idénticos que comprenden un UHMWPO que tiene una viscosidad intrínseca medida en decalina a 135ºC de 5 dl/g a 45 dl/g, teniendo dichos hilos de alimentación una tenacidad de 5 g/d a 65 g/d (0,43 GPa a 5,56 GPa) como se mide por ASTM D2256- 02, un denier de 100 a 20.000, y siendo los filamentos de dichos hilos de 0,5 a 100 denier/filamento (0,055 a 11,1 tex/filamento); b) devanar dichos hilos de alimentación sin impartir torsión a los hilos, c) desenrollar la pluralidad de hilos de alimentación sin impartir torsión a los hilos, siendo el par de torsión de desenrollamiento sustancialmente el mismo para cada hilo; d) conducir la pluralidad de hilos de alimentación desenrollados simultánea y continuamente al interior de, a través de, y fuera de un horno en el cual existen una o más zonas a lo largo del camino del hilo, teniendo dichas zonas temperaturas comprendidas en el intervalo de aproximadamente 100ºC a aproximadamente 165ºC, y en donde la velocidad de salida de los hilos de dicho horno es mayor que la velocidad de entrada de los hilos en el horno, estirándose los hilos en el horno; e) enfriar los hilos estirados bajo tensión; y f) devanar una pluralidad de los hilos estirados sin impartir torsión a los mismos

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 5 1.Campo de la Invención Esta invención se refiere a métodos para preparar hilos de alta resistencia que tienen una uniformidad de denier de hilo a hilo, tenacidad y módulo de tracción excelentes, y a métodos para preparar hojas fibrosas uniformes unidireccionales. Las composiciones balísticas preparadas a partir de estos hilos y hojas fibrosas tienen uniformidad mejorada de resistencia balística. 10 Los hilos y hojas fibrosas son útiles en aplicaciones que requieren absorción de impactos, resistencia a la penetración y resistencia balística, tales como equipos de protección corporal, cascos, petos, asientos de helicópteros, protecciones inastillables; equipo deportivo complejo tal como kayaks, canoas, bicicletas y botes; y en sedales de pesca, velas, cuerdas, suturas y telas. Descripción de la Técnica Afín 15 Los hilos de alta resistencia para los propósitos de la invención son hilos que tienen resistencias a la tracción determinadas por ASTM D2256-02 de al menos 17 g/d. Ejemplos de dichos hilos son aramidas tales como la marca KEVLAR®, polibenzazoles (PBO) tales como la marca ZYLON®, poli{2,6-diimidazo[4,5-b4'5'-e]piridinileno-1,4(2,5-dihidroxi)fenileno} tales como la marca M5®, poli(alfa-olefinas) de peso molecular ultraelevado (UHMWPO), y sus mezclas y mixturas. Las olefinas de peso molecular ultraelevado incluyen polietileno, polipropileno, poli(buteno-1), 20 poli(4-metil-penteno-1), sus copolímeros, aductos, mezclas y mixturas. Los hilos de alta resistencia se emplean en artículos resistentes al impacto y de resistencia balística en la forma de telas tejidas y también como hojas unidireccionales de capas cruzadas. Las telas tejidas se producen preferiblemente a partir de hilos que tienen un pequeño grado de torsión, preferiblemente menor que aproximadamente 2,5 vueltas/pulgada (0,98 vueltas/cm), o bien están enredadas como se describe en la Patente de los Estados Unidos (USP) 5.773.370. Las 25 hojas unidireccionales de capas cruzadas se producen preferiblemente a partir de hilos que se han extendido en capas delgadas como se describe en USP 4916000. Hilos de polietileno multifilamento de alta resistencia son producidos comercialmente a partir de polietileno de peso molecular ultraelevado (UHMWPE) por Honeywell International Inc. Fibras de UHMWPO hiladas en gel se preparan por hilado de una solución de UHMWPO en filamentos de solución, enfriamiento de los filamentos de solución a un estado 30 de gel, y eliminación posterior de algo o la totalidad del disolvente de hilado. Uno o más de los filamentos de solución, los filamentos de gel y los filamentos sólidos se estiran a un estado altamente orientado. El proceso de hilado en gel se opone a la formación de laminillas de cadenas plegadas y favorecen la formación de estructuras de cadenas extendidas que transmiten más eficientemente las cajas de tracción. Los documentos de USP 4.551.296 y 4.663.101 y la Solicitud de Patente de los Estados Unidos 11/393218 describen el 35 estirado de la totalidad de los filamentos de solución, los filamentos de gel y los filamentos sólidos. Un proceso para estirado de hilos de polietileno de alto peso molecular se describe en USP 5.741.451. Procesos de estirado todavía más recientes se describen en la Solicitud de los Estados Unidos 11/206838, también en tramitación, y en la Publicación de los Estados Unidos 20050093200. Un horno útil para estirado de fibras de polietileno se describe en la Publicación de la Patente de los Estados Unidos 20040040176. 40 Todas estas referencias representaban un avance en el estado de la técnica, pero ninguna de ellas sugiere el proceso de esta invención, y ninguna satisface la totalidad de las necesidades satisfechas por esta invención. SUMARIO DE LA INVENCIÓN En una realización, la invención es un proceso para estirar simultáneamente una pluralidad de hilos de UHMWPO sustancialmente idénticos de una manera que preserva su uniformidad de hilo a hilo y mantiene esta uniformidad en el 45 hilo estirado. Específicamente, esta realización comprende un proceso para estirar simultáneamente una pluralidad de hilos de UHMWPO que comprende los pasos de: a) formar una pluralidad de hilos de alimentación multifilamento sustancialmente idénticos de UHMWPO que comprenden un UHMWPO que tiene una viscosidad intrínseca medida en decalina a 135ºC de 5 dl/g a 45 dl/g, teniendo dichos hilos de alimentación una tenacidad de 5 g/d a 65 g/d (0,43 GPa a 5,56 GPa) como se mide por ASTM D2256-50 02, un denier de 100 a 20.000, y siendo los filamentos de dichos hilos de 0,5 a 100 denier/filamento (0,055 a 11,1 tex/filamento); b) devanar dichos hilos de alimentación sin impartir torsión a los hilos,

c) desenrollar la pluralidad de hilos de alimentación sin impartir torsión a los hilos, siendo el par de torsión de desenrollamiento sustancialmente el mismo para cada hilo; d)c onducir la pluralidad de hilos de alimentación desenrollados simultánea y continuamente al interior de, a través de, y fuera de un horno en el cual existen una o más zonas a lo largo del camino del hilo, teniendo dichas zonas temperaturas comprendidas en el intervalo de aproximadamente 100ºC a aproximadamente 165ºC, y en donde la velocidad de salida 5 de los hilos de dicho horno es mayor que la velocidad de entrada de los hilos en el horno, estirándose los hilos en el horno; e) enfriar los hilos estirados bajo tensión; y f) devanar una pluralidad de los hilos estirados sin impartir torsión a los mismos. En otra realización, la invención es un proceso para formar una hoja fibrosa unidireccional que comprende los pasos de: 10 a) seleccionar una pluralidad de hilos multifilamento devanados de alta resistencia sin retorcer seleccionados del grupo constituido por UHMPO estirado como se ha descrito arriba, poli(p-fenileno-tereftalamida), poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol), poli{2,6-diimidazo[4,5-b4'5'-e]piridinileno-1,4(2,5-dihidroxi)-fenileno} y sus mezclas y mixturas; b) desenrollar la pluralidad de hilos de alta resistencia sin impartir torsión a los hilos, siendo el par de torsión de desenrollamiento sustancialmente el mismo para cada hilo; 15 c) estirar los hilos uno al lado del otro en sus filamentos constituyentes para formar una red unidireccional laminar de filamentos sustancialmente paralelos; d) aplicar un material aglutinante a los filamentos; y e) consolidar la red de filamentos y material aglutinante en una hoja fibrosa unitaria unidireccional. La invención incluye los artículos de hoja fibrosa preparados por el método anterior. 20 BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las Figuras 1 y 2 ilustran esquemáticamente modos alternativos de realizar el método de estirado de la invención. La Figura 1 representa el uso de rodillos de retención 40 y rodillos de estirado 60 externos a un horno de estirado 50, mientras que la Figura 2 representa el uso de rodillos de estirado tanto internos 80 como externos 60 a un horno de estirado 90. 25 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Para los propósitos de la invención, una fibra es un cuerpo alargado cuya dimensión longitudinal es mucho mayor que las dimensiones transversales de anchura y grosor. De acuerdo con ello, el término fibra incluye filamento, cinta, banda y análogos que tienen sección transversal regular o irregular. Un hilo es una hebra continua constituida por muchas fibras o filamentos. Una bobina de hilos es un hilo enrollado alrededor de un núcleo. 30 Muchos tipos diferentes de bobinas de hilos se conocen y se utilizan en la industria de las fibras. The "Dictionary of Fiber and Textile Technology", KoSa Communications and Public Affairs, Charlotte, N.C., 1999, describe tipos de bobina conocidos como un "queso", un "cono", un "cono de punto", una "bobinadora de urdimbre", una "bobina de piña" y un "tubo". Un "tubo" o una "bobina tubular" es una acumulación cilíndrica de hilo enrollado alrededor de un núcleo cilíndrico. 35 En muchas clases de operaciones con fibras, es habitual devanar hilo desde una bobina estacionaria tirando del hilo desde el extremo de la bobina en una dirección esencialmente paralela al eje de la bobina. Este modo de devanado produce una torsión en el hilo. Alternativamente, un hilo puede devanarse de una bobina haciendo girar la bobina alrededor de su eje y retirando el extremo del hilo en una dirección esencialmente perpendicular al eje de la bobina. Como se utiliza en esta memoria, este modo de devanado se denomina "desenrollamiento". Para los propósitos de la 40 invención, si el hilo se desenrolla de una bobina, el par de torsión de desenrollamiento es el producto de la tensión en el hilo que se desenrolla multiplicada por el diámetro exterior del núcleo de la bobina. Una fileta es una estructura, típicamente metálica,...

1. Un proceso para estirar simultáneamente hilos múltiples de poli(alfa-olefina) de peso molecular ultraelevado (UHMWPO) que comprende los pasos de: a) formar una pluralidad de hilos de alimentación multifilamento hilados en gel sustancialmente idénticos que 5 comprenden un UHMWPO que tiene una viscosidad intrínseca medida en decalina a 135ºC de 5 dl/g a 45 dl/g, teniendo dichos hilos de alimentación una tenacidad de 5 g/d a 65 g/d (0,43 GPa a 5,56 GPa) como se mide por ASTM D2256-02, un denier de 100 a 20.000, y siendo los filamentos de dichos hilos de 0,5 a 100 denier/filamento (0,055 a 11,1 tex/filamento); b) devanar dichos hilos de alimentación sin impartir torsión a los hilos, 10 c) desenrollar la pluralidad de hilos de alimentación sin impartir torsión a los hilos, siendo el par de torsión de desenrollamiento sustancialmente el mismo para cada hilo; d) conducir la pluralidad de hilos de alimentación desenrollados simultánea y continuamente al interior de, a través de, y fuera de un horno en el cual existen una o más zonas a lo largo del camino del hilo, teniendo dichas zonas temperaturas comprendidas en el intervalo de aproximadamente 100ºC a aproximadamente 165ºC, y en donde la velocidad de salida 15 de los hilos de dicho horno es mayor que la velocidad de entrada de los hilos en el horno, estirándose los hilos en el horno; e) enfriar los hilos estirados bajo tensión; y f) devanar una pluralidad de los hilos estirados sin impartir torsión a los mismos. 2. El proceso de la reivindicación 1, en donde dichos hilos de alimentación se devanan con colas. 20 3. El proceso de la reivindicación 1, en donde dichos hilos de alimentación se devanan con longitud de hilo uniforme. 4. El proceso de la reivindicación 1, en donde dicha pluralidad de hilos de alimentación se introducen en dicho horno bajo tensión sustancialmente uniforme y constante. 5. El proceso de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de hilos estirados se retiran de dicho horno bajo tensión sustancialmente uniforme. 25 6. Un proceso para formar una hoja fibrosa unidireccional que comprende los pasos de: a) seleccionar una pluralidad de hilos multifilamento devanados de alta resistencia sin retorcer del grupo constituido por UHMWPO estirado por el proceso de la reivindicación 1, poli(p-fenileno-tereftalamida), poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol), poli{2,6-diimidazo[4,5-b4'5'-e]piridinileno-1,4(2,5-dihidroxi)-fenileno} y sus mezclas y mixturas; b) desenrollar la pluralidad de hilos de alta resistencia sin impartir torsión a los hilos, siendo el par de torsión de 30 desenrollamiento sustancialmente el mismo para cada hilo; c) estirar los hilos uno al lado del otro en sus filamentos constituyentes para formar una red unidireccional laminar de filamentos sustancialmente paralelos; d) aplicar un material aglutinante a los filamentos; y e)consolidar la red de filamentos y material aglutinante en una hoja fibrosa unitaria unidireccional. 35 7. El método de la reivindicación 6, en donde los hilos de alta resistencia se desenrollan sustancialmente con la misma tensión. 8. Un artículo que comprende una hoja fibrosa unidireccional preparada por un método que comprende los pasos de: a) seleccionar una pluralidad de hilos multifilamento devanados de alta resistencia sin retorcer del grupo constituido por UHMWPO estirado por el proceso de la reivindicación 1, poli(p-fenileno-tereftalamida), poli(p-fenileno-2,6-40 benzobisoxazol), poli{2,6-diimidazo[4,5-b4'5'-e]piridinileno-1,4(2,5-dihidroxi)-fenileno} y sus mezclas y mixturas; b) desenrollar la pluralidad de hilos de alta resistencia sin impartir torsión a los hilos, siendo el par de torsión de desenrollamiento sustancialmente el mismo para cada hilo; c) estirar los hilos uno al lado del otro en sus filamentos constituyentes para formar una red unidireccional laminar de filamentos sustancialmente paralelos; 45 d) aplicar un material aglutinante a los filamentos; y

e) consolidar la red de filamentos y material aglutinante en una hoja fibrosa unitaria unidireccional.

9. Un artículo que comprende al menos dos hojas unidireccionales como se describen en la reivindicación 8 ensambladas unas a otras superficie a superficie, en donde la dirección de los filamentos en una hoja se encuentra en ángulo con respecto a la dirección de los filamentos en las hojas adyacentes. 10. El artículo de la reivindicación 9, en donde al menos dos hojas unidireccionales están unidas unas a otras en sus superficies. 5