Procedimiento para producir hilo multifilamento de polietileno de alto rendimiento.

Procedimiento para producir hilo multifilamento de polietileno de alto rendimiento,

que comprende las etapasde

a) producir una disolución de polietileno de una masa molar ultra-elevada en un disolvente;

b) hilar la disolución a través de una placa de hilatura que contiene una pluralidad de orificios de hilatura en unespacio de aire para formar filamentos fluidos al tiempo que se aplica una relación de estiramento DRfluido;

c) enfriar los filamentos fluidos para formar filamentos de gel con contenido en disolvente;

d) separar al menos en parte el disolvente de los filamentos; y

e) estirar los filamentos en al menos una etapa antes, durante y/o después de dicha separación del disolvente, altiempo que se aplica una relación de estiramiento DRsólido,

caracterizado porque en la etapa b) se aplica una relación de estiramiento de fluido DRfluido ≥ DRsp x DRag de almenos 50, en donde DRsp es la relación de estiramiento en los orificios de hilatura y DRag es la relación deestiramiento en el espacio de aire, siendo DRsp mayor que 1 y DRag al menos 1, y en donde el orificio de hilaturatiene una geometría que comprende una zona de contracción con una disminución gradual en el diámetro desde undiámetro D0 a Dn con un ángulo de cono en el intervalo de 8-75º y en donde el orificio de hilatura comprende unazona de diámetro constante Dn, con una relación longitud/diámetro Ln/Dn de 0 hasta a lo sumo 25, aguas abajo deuna zona de contracción

Procedimiento para producir hilo multifilamento de polietileno de alto rendimiento

La invención se refiere a un procedimiento para producir hilo multifilamento de polietileno de alto rendimiento, que comprende las etapas de a) producir una disolución de polietileno de una masa molar ultra-elevada en un disolvente; b) hilar la disolución a través de una placa de hilatura que contiene una pluralidad de orificios de hilatura en un espacio de aire para formar filamentos fluidos al tiempo que se aplica una relación de estiramiento DRfluido; c) enfriar los filamentos fluidos para formar filamentos de gel con contenido en disolvente; d) separar al menos en parte el disolvente de los filamentos; y e) estirar los filamentos en al menos una etapa antes, durante y/o después de dicha separación del disolvente, al tiempo que se aplica una relación de estiramiento DRsólido. La invención se refiere, además, a una placa de hilatura con orificios de hilatura de geometría específica utilizada en dicho procedimiento.

Un procedimiento de este tipo se conoce, por ejemplo, de la publicación de patente WO 01/73173 A1. En la parte experimental de esta publicación se describe un procedimiento para producir hilo filamento de polietileno de alto rendimiento (HPPE – siglas en inglés) , que comprende las etapas de a) preparar una disolución de 12% en masa de un homopolímero de polietileno de masa molar ultra-elevada con una viscosidad intrínseca de 18 dl/g en aceite mineral; b) hilar la disolución a través de una placa de hilatura que contiene 16 orificios de hilatura en un espacio de aire para formar filamentos fluidos, al tiempo que se aplica una relación de estiramiento DRfluido de hasta aproximadamente 34; c) enfriar los filamentos fluidos en un baño de enfriamiento brusco con agua para formar filamentos de gel con contenido en disolvente; d) separar el disolvente de los filamentos mediante extracción con triclorotrifluoroetano; y e) estirar los filamentos en al menos dos etapas después de separar el disolvente aplicando una relación de estiramiento DRsólido de 16 a 66.

Un hilo multifilamento de polietileno de alto rendimiento se entiende en esta memoria que significa un hilo que contiene al menos 10 filamentos hechos de polietileno de masa molar ultra-elevada o de peso molecular ultraelevado (UHPE – siglas en inglés) con una viscosidad intrínseca (IV, según se mide en disolución en decalina a 135ºC) de al menos aproximadamente 4 dl/g, teniendo el hilo una resistencia a la tracción de al menos 3, 0 GPa y un módulo de tracción de al menos 100 GPa (al que en lo que sigue en esta memoria se le alude simplemente también como resistencia o módulo) . Hilos de HPPE de este tipo tienen un perfil de propiedades que les hace ser un material interesante para usos en diversos productos semiacabados y de uso final, tales como sogas y cuerdas, amarras, redes de pesca, equipo deportivo, aplicaciones médicas y materiales compuestos resistentes a las balas.

Dentro del contexto de la presente invención, un hilo multifilamento se entiende que es un cuerpo alargado que comprende una pluralidad de filamentos individuales con dimensiones en sección transversal mucho menores que su longitud. Se entiende que los filamentos son filamentos continuos; es decir, son de una longitud virtualmente indefinida. Los filamentos pueden tener secciones transversales de diversas formas geométricas o irregulares. Los filamentos dentro de un hilo pueden ser paralelos o estar entrelazados uno con otro; el hilo puede ser lineal, retorcido o que se desvía de otro modo de una configuración lineal.

Para una operación comercialmente viable, es importante que un procedimiento para producir un hilo multifilamento de polietileno de alto rendimiento se pueda llevar a cabo de forma continua sin interrupciones y con una elevada tasa de rendimiento, con un elevado número de filamentos en el hilo tal como es hilado. Para la producción continua de hilo de HPPE con una calidad constante, el procedimiento tiene preferiblemente una ventana de procesamiento relativamente amplia; es decir, la calidad del hilo debería preferiblemente perdonar más bien los cambios en las condiciones.

En el documento WO 01/73173 A1 se indica que en el procedimiento para producir hilo multifilamento de polietileno de alto rendimiento, la relación de estiramiento y la dimensión del espacio de aire son parámetros críticos que determinan las propiedades de los filamentos y del hilo. Se enfatiza que para obtener un hilo uniforme,

el espacio de aire debería ser preferiblemente de aproximadamente 3 mm, y que es esencial que el espacio de aire se mantenga constante; no debería haber perturbación alguna de la superficie del baño de enfriamiento brusco. Un inconveniente de este procedimiento conocido es que pequeñas variaciones en la relación de estiramiento del espacio de aire y de las dimensiones darán como resultado inestabilidades del proceso. Más específicamente, variaciones de este tipo darán como resultado filamentos con una resistencia variable, lo cual puede resultar en un sobre-esfuerzo de filamentos más débiles durante las subsiguientes etapas de tratamiento y, así, en la rotura del filamento. Esto es así más, dado que los niveles de resistencia indicados se alcanzan si la relación de estiramiento máxima permisible se aplica a los filamentos en el estado sólido. La rotura de algunos filamentos durante la producción reduce la calidad y uniformidad del hilo, por ejemplo la aparición de pelusas en el hilo y la disminución de las propiedades de tracción del hilo. Si se rompen demasiados filamentos, el procedimiento puede requerir ser interrumpido y reiniciado, o incluso detenido en el caso de la rotura del hilo.

Así, existe la necesidad de un procedimiento para producir hilo multifilamento de polietileno de alto rendimiento que muestre una elevada estabilidad en el procesamiento y que resulte en un hilo multifilamento con propiedades a la tracción uniformes y altas.

De acuerdo con la presente invención, esto se proporciona mediante un procedimiento en el que en la etapa b) se aplica una relación de estiramiento de fluido DRfluido = DRssp x DRag de al menos 50, en donde DRsp es la relación de estiramiento en los orificios de hilatura y DRag es la relación de estiramiento en el espacio de aire, siendo DRsp al menos 1 y DRag mayor que 1, y en donde el orificio de hilatura tiene una geometría que comprende una zona de contracción con una disminución gradual en el diámetro desde un diámetro D0 a Dn con un ángulo de cono en el intervalo de 8-75º y en donde el orificio de hilatura comprende una zona de diámetro constante Dn, con una relación longitud/diámetro Ln/Dn de 0 hasta a lo sumo 25, aguas abajo de una zona de contracción.

El procedimiento de acuerdo con la invención proporciona una estabilidad de procesamiento mejorada frente al procedimiento de la técnica anterior y una menor rotura de los filamentos y, así, resulta en un hilo multifilamento de HPPE de calidad más uniforme y mejorada. Un hilo de HPPE de muy elevada resistencia se puede producir de acuerdo con este procedimiento sin aplicar la relación de estiramiento máxima en el estado sólido, lo cual aumenta significativamente la ventana operativa.

Otra ventaja del procedimiento de acuerdo con la invención es que la relación de estiramiento DRsp se puede establecer eligiendo la geometría de los orificios de hilatura, que puede controlarse mucho mejor que el estiramiento en un espacio de aire. Una ventaja adicional es que la temperatura durante el estiramiento en los orificios de hilatura se puede controlar mejor que en el espacio de aire. Es conocido que incluso pequeñas diferencias en la temperatura de una disolución de polietileno afectará intensamente a sus propiedades reológicas y, así, a su comportamiento de estiramiento. Todavía una ventaja adicional es que se puede emplear un espacio de aire mayor, lo cual es menos crítico a pequeñas fluctuaciones que resultan, por ejemplo, del movimiento de la superficie del baño de enfriamiento brusco. Estas ventajas resultarán más evidentes con un número creciente de filamentos que estén siendo hilados. Preferiblemente, el número de orificios de hilatura en la placa de hilatura y, así, el número de filamentos en el hilo tal como es hilado es, por lo tanto, de al menos 50, 100, 150, 200 o incluso

300.

Una placa de hilatura se denomina también placa de hileras en la técnica y contiene una pluralidad de orificios de hilatura también denominados orificios, matrices, aberturas, capilares o canales.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para producir hilo multifilamento de polietileno de alto rendimiento, que comprende las etapas de

a) producir una disolución de polietileno de una masa molar ultra-elevada en un disolvente; b) hilar la disolución a través de una placa de hilatura que contiene una pluralidad de orificios de hilatura en un espacio de aire para formar filamentos fluidos al tiempo que se aplica una relación de estiramento DRfluido; c) enfriar los filamentos fluidos para formar filamentos de gel con contenido en disolvente; d) separar al menos en parte el disolvente de los filamentos; y

e) estirar los filamentos en al menos una etapa antes, durante y/o después de dicha separación del disolvente, al tiempo que se aplica una relación de estiramiento DRsólido, caracterizado porque en la etapa b) se aplica una relación de estiramiento de fluido DRfluido = DRsp x DRag de al menos 50, en donde DRsp es la relación de estiramiento en los orificios de hilatura y DRag es la relación de estiramiento en el espacio de aire, siendo DRsp mayor que 1 y DRag al menos 1, y en donde el orificio de hilatura

tiene una geometría que comprende una zona de contracción con una disminución gradual en el diámetro desde un diámetro D0 a Dn con un ángulo de cono en el intervalo de 8-75º y en donde el orificio de hilatura comprende una zona de diámetro constante Dn, con una relación longitud/diámetro Ln/Dn de 0 hasta a lo sumo 25, aguas abajo de una zona de contracción.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la placa de hilatura contiene al menos 100 orificios de hilatura.

3. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que el ángulo de cono es de 10 a 60º.

2.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la relación de estiramiento en los orificios de hilatura es de al menos 5.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la relación de estiramiento en los orificios de 30 hilatura es de al menos 10.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el orificio de hilatura comprende, además, una zona de diámetro constante Dn aguas abajo de una zona de contracción, teniendo esta zona una relación longitud/diámetro Ln / Dn de a lo sumo 20.

3.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la relación Ln / Dn es a lo sumo 15.

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el orificio de hilatura comprende, además, una zona de afluencia de diámetro constante de al menos D0 y una longitud de L0, con una 40 relación L0 / D0 de al menos 5.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la relación L0 / D0 es de al menos 10.

10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que se emplea una placa de

45 hilatura que comprende al menos 10 orificios de hilatura, teniendo cada uno de los orificios de hilatura cilíndricos una zona de afluencia de diámetro constante D0, con L0 / D0 al menos 10, una zona de contracción con un ángulo de cono en el intervalo de 10-60º, y una zona situada aguas abajo de diámetro constante Dn con Ln / Dn de a lo sumo 15.

50 11. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que la relación de estiramiento de fluido DRfluido aplicada a los filamentos fluidos es de al menos 100.

12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que una disolución al 3-15% en masa de UHPE lineal de una IV de 15-25 dl/g se hila a través de una placa de hilatura que contiene al menos 10 55 orificios de hilatura en un espacio de aire, comprendiendo los orificios de hilatura al menos una zona de

contracción con un ángulo de cono en el intervalo de 10-60º y comprendiendo una zona de diámetro Dn constante, con una relación longitud/diámetro Ln/Dn menor que 10 aguas abajo de la zona de contracción, al tiempo que se aplica una relación de estiramiento de fluido DRfluido = DRsp x DRag de al menos 100 y una relación de estiramiento DRsólido entre 10 y 30.

.

13. Placa de hilatura que comprende al menos 10 orificios de hilatura de una geometría que comprende una zona de contracción con una disminución gradual en el diámetro, desde un diámetro D0 a Dn, con un ángulo de cono en el intervalo de 8-75º, una zona de diámetro constante Dn con una relación longitud/diámetro Ln / Dn de 0 hasta a lo sumo 25 aguas abajo de la zona de contracción y una zona de afluencia de diámetro constante de al menos D0 y

una longitud L0, con una relación L0 / D0 de al menos 5.

14. Placa de hilatura de acuerdo con la reivindicación 13, que contiene al menos 100 orificios de hilatura.