BR112020012722B1

BR112020012722B1 - FIBER FOR REINFORCEMENT OF FIBER CEMENT, FIBER PRODUCTION PROCESS, AND FIBER CEMENT ARTICLE

Info

Publication number: BR112020012722B1
Application number: BR112020012722-1A
Authority: BR
Inventors: Guilherme Silva Bollini; Valdir Zampieri
Original assignee: Saint-Gobain Do Brasil Produtos Industriais E Para Construção Ltda
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2024-09-17

Abstract

A presente invenção descreve uma fibra de alta tenacidade para reforço de fibrocimento, em que a fibra é um monofilamento blendado compreendendo homopolímero de polipropileno, homopolímero de polietileno tereftalato e um material compatibilizante polimérico poliolefínico compreendendo um grupo polar. Além disso, é revelado um processo para produção dessas fibras, bem como artigos de fibrocimento empregando esses monofilamentos. Estes artigos apresentam vantagens como aumento das propriedades de resistência mecânica e resistência à flexão ou manutenção dessas propriedades com o uso de menores teores mássicos de fibras.The present invention describes a high tenacity fiber for reinforcing fiber cement, in which the fiber is a blended monofilament comprising polypropylene homopolymer, polyethylene terephthalate homopolymer and a polyolefinic polymeric compatibilizing material comprising a polar group. Furthermore, a process for producing these fibers is disclosed, as well as fiber cement articles employing these monofilaments. These articles present advantages such as increased mechanical strength and flexural strength properties or maintenance of these properties with the use of lower fiber mass contents.

Description

FIELD OF INVENTION

[001] A presente invenção descreve uma fibra de alta tenacidade para reforço de fibrocimento e sua fabricação, em que a fibra é um monofilamento blendado, não co-extrudado, compreendendo primordialmente homopolímero de polipropileno, homopolímero de polietileno tereftalato e um material compatibilizante de polipropileno enxertado com anidrido maleico, cuja mistura é obtida unicamente pelo processo de extrusão reativa em uma extrusora monorosca.[001] The present invention describes a high tenacity fiber for reinforcing fiber cement and its manufacture, in which the fiber is a blended, non-co-extruded monofilament, comprising primarily polypropylene homopolymer, polyethylene terephthalate homopolymer and a polypropylene compatibilizing material grafted with maleic anhydride, the mixture of which is obtained solely by the reactive extrusion process in a single-screw extruder.

FUNDAMENTALS OF THE INVENTION

[002] Materiais compósitos resultam de uma combinação física e/ou química de dois ou mais materiais, cujo objetivo principal é o de se obter, em um mesmo material, propriedades características individuais ou uma sinergia de desempenhos antes não obtidas em cada um, separadamente.[002] Composite materials result from a physical and/or chemical combination of two or more materials, the main objective of which is to obtain, in the same material, individual characteristic properties or a synergy of performances not previously obtained in each one, separately.

[003] Em compósitos, o material que se encontra em maior teor mássico ou volumétrico é designado de matriz na qual estão dispersos outros materiais, na forma de fibras ou partículas, responsáveis por modificar e conferir novas propriedades ao material final composto pela mistura das fases.[003] In composites, the material that has the highest mass or volumetric content is called the matrix in which other materials are dispersed, in the form of fibers or particles, responsible for modifying and conferring new properties to the final material composed of the mixture of phases.

[004] Em sentido amplo, é possível considerar o cimento Portland como um produto cerâmico, resultante da calcinação e sinterização de uma mistura adequada de carbonatos e argilas em temperaturas na ordem de 1500°C. O cimento Portland ordinário é o produto resultante da moagem de pequenos grãos sinterizados (clínquer Portland), juntamente com aditivos para controle da sua solidificação inicial, a partir da qual não têm mais trabalhabilidade.[004] In a broad sense, it is possible to consider Portland cement as a ceramic product, resulting from the calcination and sintering of a suitable mixture of carbonates and clays at temperatures in the order of 1500°C. Ordinary Portland cement is the product resulting from the grinding of small sintered grains (Portland clinker), together with additives to control their initial solidification, from which they no longer have workability.

[005] Os concretos e argamassas produzidos a partir das misturas de cimento Portland, agregados e areias são os materiais compostos de uso mais difundido na indústria da construção civil. São materiais versáteis, de durabilidade elevada e baixo custo. Apesar da elevada resistência mecânica à compressão, são produtos frágeis e quebradiços com baixa resistência à tração e onde a propagação de fissuras acontece de forma muito acelerada. A incorporação de fibras ou reforços tem como objetivo principal modificar o comportamento quebradiço desses materiais para a obtenção de um comportamento mecânico mais dúctil e plástico.[005] Concrete and mortars produced from mixtures of Portland cement, aggregates and sand are the most widely used composite materials in the construction industry. They are versatile, highly durable and low-cost materials. Despite their high mechanical resistance to compression, they are fragile and brittle products with low tensile strength and where crack propagation occurs very quickly. The main objective of incorporating fibers or reinforcements is to modify the brittle behavior of these materials to obtain a more ductile and plastic mechanical behavior.

[006] O uso de reforços metálicos na forma de barras contínuas ou telas de reforço é uma prática comum como forma de melhorar o comportamento mecânico em tração de peças e estruturas de concreto, sendo mais conhecidas pela indústria como “concreto armado”. Fibras cortadas metálicas ou poliméricas também podem ser incorporadas à mistura. Estas fibras exibem comprimentos da ordem de centímetros, sendo então denominadas, macrofibras.[006] The use of metal reinforcements in the form of continuous bars or reinforcing mesh is a common practice as a way of improving the mechanical behavior in tension of concrete parts and structures, better known in the industry as “reinforced concrete”. Cut metal or polymer fibers can also be incorporated into the mixture. These fibers exhibit lengths of the order of centimeters, and are then called macrofibers.

[007] O fibrocimento, por sua vez, também é um material compósito composto por uma mistura de cimento Portland, fibras naturais e/ou sintéticas e agregados minerais, além de aditivos de processo. As fibras de reforço específicas para o fibrocimento possuem dimensões, geometrias e características únicas pois precisam atender requisitos que conferem conjuntamente durabilidade, desempenho e processabilidade. São fibras tipicamente cortadas em menores comprimentos (4 mm a 12 mm), diâmetros micrométricos (10-20 μm) e apresentam elevadas resistências à tração (> 500 MPa).[007] Fiber cement, in turn, is also a composite material composed of a mixture of Portland cement, natural and/or synthetic fibers and mineral aggregates, in addition to process additives. The reinforcing fibers specific to fiber cement have unique dimensions, geometries and characteristics because they need to meet requirements that jointly provide durability, performance and processability. These fibers are typically cut into shorter lengths (4 mm to 12 mm), micrometric diameters (10-20 μm) and have high tensile strengths (> 500 MPa).

[008] O fibrocimento foi originalmente desenvolvido e patenteado por Ludwig Hatschek, em 1901, a partir de misturas de cimento Portland e fibras de amianto. A tecnologia Hatschek é até hoje uma das mais difundidas e utilizadas na fabricação desses produtos. Esta tecnologia fundamenta-se na filtração de uma loção aquosa consistindo em cimento, fibras de reforço e agregados minerais sobre uma tela metálica rotativa. A fina película depositada sobre a tela rotativa (~0,3mm) é continuamente coletada por um feltro, desaguada por vácuo e acumulada em uma prensa cilíndrica metálica, de grandes dimensões chamada de rolo formador. Assim que a espessura desejada é atingida (usualmente entre 4 e 20 mm), o produto fresco (“lastra verde”) é cortado possuindo plasticidade suficiente para ser conformado em diferentes geometrias.[008] Fiber cement was originally developed and patented by Ludwig Hatschek in 1901, from mixtures of Portland cement and asbestos fibers. Hatschek's technology is still one of the most widespread and used in the manufacture of these products. This technology is based on the filtration of an aqueous solution consisting of cement, reinforcing fibers and mineral aggregates over a rotating metal screen. The thin film deposited on the rotating screen (~0.3 mm) is continuously collected by a felt, drained by vacuum and accumulated in a large metal cylindrical press called a forming roll. Once the desired thickness is reached (usually between 4 and 20 mm), the fresh product (“green slab”) is cut, having sufficient plasticity to be shaped into different geometries.

[009] Após a conformação, os produtos são usualmente mantidos entre moldes metálicos até o endurecimento inicial do cimento. Após a cura inicial, os produtos são removidos dos moldes e empilhados para cura final ao ar livre. Tanto telhas de fibrocimento onduladas como placas cimentícias produzidas por Hatschek curadas ao ar seguem esta conhecida rota de produção.[009] After forming, the products are usually held between metal molds until the cement has initially hardened. After the initial curing, the products are removed from the molds and stacked for final curing in the open air. Both corrugated fiber cement tiles and air-cured cement sheets produced by Hatschek follow this well-known production route.

[0010] Diferentemente do processo de cura ao ar, é possível utilizar a tecnologia Hatschek para a produção de produtos autoclavados, onde as etapas de cura e hidratação são aceleradas em autoclaves com maiores pressões e temperaturas (condições comuns: 9-10 bar; 180 °C; 12 horas) porém, nesse processo de fabricação em específico, os produtos não são reforçados com fibras sintéticas pois essas não suportam as altas temperaturas de uma auto-clave. Outros processos de fabricação conhecidos como Magnani, Flow-on e Mazza são considerados variantes também do processo Hatschek.[0010] Unlike the air curing process, it is possible to use Hatschek technology to produce autoclaved products, where the curing and hydration steps are accelerated in autoclaves with higher pressures and temperatures (common conditions: 9-10 bar; 180 °C; 12 hours). However, in this specific manufacturing process, the products are not reinforced with synthetic fibers as these cannot withstand the high temperatures of an autoclave. Other manufacturing processes known as Magnani, Flow-on and Mazza are also considered variants of the Hatschek process.

[0011] As fibras de amianto são o reforço fibroso mais comum e conhecido utilizado em produtos de fibrocimento, principalmente por possuir propriedades especiais que as tornam adequadas para reforçar produtos com matrizes de ligantes hidráulicos. Essas fibras conferem reforço mecânico adequado, auxiliam o processo de filtração e de retenção de partículas, além de apresentarem ótima dispersão e compatibilidade com a matriz cimentícia.[0011] Asbestos fibers are the most common and well-known fibrous reinforcement used in fiber cement products, mainly because they have special properties that make them suitable for reinforcing products with hydraulic binder matrices. These fibers provide adequate mechanical reinforcement, aid the filtration and particle retention process, in addition to presenting excellent dispersion and compatibility with the cement matrix.

[0012] Entretanto, fibras de amianto tornaram-se indesejáveis devido a problemas relacionados à saúde ocupacional e meio-ambiente, portanto seu uso tem sido gradativamente banido em diversos países ao redor do mundo. Sendo assim, significantes esforços tecnológicos vêm sendo feitos de forma a substituí-las.[0012] However, asbestos fibers have become undesirable due to problems related to occupational health and the environment, so their use has been gradually banned in several countries around the world. Therefore, significant technological efforts have been made to replace them.

[0013] Até o momento não foram encontradas fibras naturais ou sintéticas com todas as características e propriedades das fibras de amianto. A resistência a um ambiente altamente alcalino presente em uma solução saturada com hidróxido de cálcio é uma propriedade importante que as fibras devem possuir. É também importante que as fibras possam ser uniformemente dispersas em uma solução aquosa diluída contendo um ligante hidráulico e possivelmente outros aditivos. Boa dispersão das fibras se faz necessária para que não se formem aglomerados, para que a distribuição das fibras seja uniforme no produto final de fibrocimento e para que as fibras não se orientem demasiadamente em uma direção preferencial, o que gera elevada anisotropia de comportamento mecânico nas direções transversal e longitudinal do produto.[0013] To date, no natural or synthetic fibers have been found with all the characteristics and properties of asbestos fibers. Resistance to a highly alkaline environment present in a solution saturated with calcium hydroxide is an important property that the fibers must possess. It is also important that the fibers can be uniformly dispersed in a dilute aqueous solution containing a hydraulic binder and possibly other additives. Good dispersion of the fibers is necessary so that agglomerates do not form, so that the distribution of the fibers is uniform in the final fiber cement product and so that the fibers do not orient themselves too much in a preferential direction, which generates high anisotropy of mechanical behavior in the transverse and longitudinal directions of the product.

[0014] Na literatura já podem ser encontradas inúmeras publicações contendo diversas fibras de reforço naturais ou sintéticas. Fibras de celulose, poliamida, poliéster, poliacrilonitrila, poliolefinas e polivinil-álcool, entre outras, foram testadas e investigadas para uso como reforço em produtos de fibrocimento. Similarmente, trabalhos com fibras de vidro, aço, aramida e carbono também são conhecidos, mas até o momento nenhuma destas conseguiu desempenhar de forma suficiente suprindo todas as necessidades desta aplicação.[0014] Numerous publications containing various natural or synthetic reinforcing fibers can already be found in the literature. Cellulose, polyamide, polyester, polyacrylonitrile, polyolefin and polyvinyl alcohol fibers, among others, have been tested and investigated for use as reinforcement in fiber cement products. Similarly, work with glass, steel, aramid and carbon fibers is also known, but to date none of these has been able to perform sufficiently to meet all the needs of this application.

[0015] Por exemplo, fibras de vidro apresentam resistências inicialmente satisfatórias, porém sofrem decomposição química devido ao caráter alcalino da matriz e as propriedades de resistência mecânica caem catastroficamente em pouco tempo. Fibras de carbono são muito frágeis, apresentam baixa adesão e elevado custo; fibras de aço apresentam elevada densidade e sofrem corrosão; fibras de celulose possuem durabilidade insuficiente; fibras de poliacrilonitrila e de polietileno-tereftalato se mostram com uma durabilidade insuficiente e a fibra de polivinil-álcool, possui um elevado custo. Por fim, fibras poliolefínicas convencionais possuem propriedades mecânicas insuficientes, apesar de apresentarem custos atraentes e excelente resistência à alcalinidade da matriz.[0015] For example, glass fibers initially present satisfactory strengths, but they undergo chemical decomposition due to the alkaline nature of the matrix and the mechanical strength properties fall catastrophically in a short time. Carbon fibers are very fragile, have low adhesion and high cost; steel fibers have high density and suffer from corrosion; cellulose fibers have insufficient durability; polyacrylonitrile and polyethylene terephthalate fibers show insufficient durability and polyvinyl alcohol fiber is expensive. Finally, conventional polyolefin fibers have insufficient mechanical properties, despite presenting attractive costs and excellent resistance to the alkalinity of the matrix.

[0016] Fibras sintéticas poliolefínicas, como as de polipropileno (PP), são potencialmente utilizadas para a mesma finalidade com custos inferiores e maior disponibilidade, porém até o momento apresentaram alguns inconvenientes sendo a baixa adesão interfacial com a matriz cimentícia, baixos valores de resistência mecânica (tração) e o elevado elongamento residual, exemplos conhecidos. Para contornar este problema, diversos trabalhos com foco na modificação da superfície dessas fibras foram realizados. Em 1986, Mcalpin e outros publicaram no documento patentário US 4.861.812 o uso de uma fibra poliolefínica contendo um agente modificador produto da reação de uma mistura de alquilamino-alcóxi-silano com uma poliolefina modificada com anidrido maleico para aumentar sua molhabilidade em uma solução com cimento e, assim, sua adesão com a matriz. Em 1992, Yousuke Takai apresentou no documento de patente EP 0 535 373 B1 uma fibra de PP extremamente resistente com excelente adesão com a matriz conseguida através de uma resina específica com distribuição de peso molecular estreita e alta estéreo-regularidade e tratamento superficial pós-fabricação com sal alquilfosfato metálico alcalino. Também no mesmo ano, Kazuo Yoshikawa conseguiu essa propriedade de melhor adesão através de depósitos superficiais nas fibras de óxidos e hidróxidos metálicos através de banhos aquosos com sais de elementos metálicos. Peled, Guttman e Bentur também publicaram o estudo “Treatments of polypropylene fibres to optimize their reinforcing efficiency in cement composites”, onde listaram alguns tratamentos químicos e/ou físicos para a melhoria de performance dessas fibras, tais como: • Indução de uma superfície áspera e porosa (porofication), com tratamentos químicos com ácidos e amônia; • Tratamento com soluções para melhorar a interação química da superfície do fio com a matriz cimentícia; • Aplicação de banho ou aplicação de um tratamento superficial com acetato polivinílico para promover a adesão com o cimento; • Lixamento (“rubbed fibres”) para induzir rugosidade e ancoragem mecânica; • Crimpagem (“crimped fibres”) também para promover ancoragem mecânica.[0016] Synthetic polyolefin fibers, such as polypropylene (PP), are potentially used for the same purpose at lower costs and with greater availability, but to date they have presented some drawbacks, such as low interfacial adhesion with the cementitious matrix, low mechanical strength (tensile) values and high residual elongation, known examples. To overcome this problem, several studies focusing on modifying the surface of these fibers were carried out. In 1986, Mcalpin et al. published in patent document US 4,861,812 the use of a polyolefin fiber containing a modifying agent resulting from the reaction of a mixture of alkylamino-alkoxy-silane with a polyolefin modified with maleic anhydride to increase its wettability in a cement solution and, thus, its adhesion to the matrix. In 1992, Yousuke Takai presented in patent document EP 0 535 373 B1 an extremely strong PP fiber with excellent adhesion to the matrix achieved through a specific resin with narrow molecular weight distribution and high stereoregularity and post-manufacturing surface treatment with alkali metal alkylphosphate salt. Also in the same year, Kazuo Yoshikawa achieved this property of better adhesion through surface deposits of metal oxides and hydroxides on the fibers through aqueous baths with salts of metal elements. Peled, Guttman and Bentur also published the study “Treatments of polypropylene fibers to optimize their reinforcing efficiency in cement composites”, where they listed some chemical and/or physical treatments to improve the performance of these fibers, such as: • Induction of a rough and porous surface (porofication), with chemical treatments with acids and ammonia; • Treatment with solutions to improve the chemical interaction of the surface of the yarn with the cement matrix; • Application of a bath or application of a surface treatment with polyvinyl acetate to promote adhesion with the cement; • Sanding (“rubbed fibres”) to induce roughness and mechanical anchoring; • Crimping (“crimped fibres”) also to promote mechanical anchoring.

[0017] Na patente EP 1 044 939 B1 publicada em 1999 por Dirk Vidts e outros, é mostrado um método de tratamento superficial pós- fabricação de fibras de PP para reforço de fibrocimento contendo primeiramente uma etapa de tratamento corona e logo em seguida um tratamento superficial através de um depósito a partir de uma solução aquosa de um polímero orgânico contendo grupos polares, que pode compreender anidrido maleico, ácido acrílico e metacrílico.[0017] In patent EP 1 044 939 B1 published in 1999 by Dirk Vidts and others, a method of post-manufacturing surface treatment of PP fibers for reinforcing fiber cement is shown, firstly containing a corona treatment step and then a surface treatment through a deposit from an aqueous solution of an organic polymer containing polar groups, which may comprise maleic anhydride, acrylic and methacrylic acid.

[0018] Em 2000, Aleksander Pyzik e outros encontraram uma solução para a fraca adesão interfacial da fibra de PP com a matriz cimentícia, mostrada no pedido de patente internacional WO 200200566 A1. Essa característica foi conseguida através de um fio co-extrudado, ou seja, com um núcleo de PP e uma borda de um polímero com temperatura de fusão menor. Segundo eles, essa borda poderia consistir em polietileno de baixa densidade, copolímero etileno-estireno, polietileno de baixa densidade enxertado com anidrido maleico, copolímero etileno-ácido acrílico ou metacrílico e suas combinações. Tal fibra possui a propriedade de fibrilar nas extremidades quando misturado com partículas inorgânicas. De forma semelhante em 2002, Benoit de Lhoneux e outros publicaram no documento EP 1 362 936 A1 uma fibra de PP co-extrudada cuja borda consistia em uma mistura de polipropileno e um elastômero termoplástico (etileno-propileno, estireno- butadieno hidrogenado, estireno-butadieno-estireno, estireno-etileno-butileno- estireno) que poderia ou não ser modificado com grupos polares (anidrido maleico, ácido acrílico, ácido metacrílico).[0018] In 2000, Aleksander Pyzik et al. found a solution to the poor interfacial adhesion of PP fiber with the cementitious matrix, shown in the international patent application WO 200200566 A1. This feature was achieved through a co-extruded yarn, i.e. with a PP core and an edge of a polymer with a lower melting temperature. According to them, this edge could consist of low-density polyethylene, ethylene-styrene copolymer, low-density polyethylene grafted with maleic anhydride, ethylene-acrylic or methacrylic acid copolymer and their combinations. Such a fiber has the property of fibrillating at the ends when mixed with inorganic particles. Similarly in 2002, Benoit de Lhoneux et al. published in EP 1 362 936 A1 a co-extruded PP fiber whose edge consisted of a mixture of polypropylene and a thermoplastic elastomer (ethylene-propylene, hydrogenated styrene-butadiene, styrene-butadiene-styrene, styrene-ethylene-butylene-styrene) that could or could not be modified with polar groups (maleic anhydride, acrylic acid, methacrylic acid).

[0019] Takashi Katayama e outros seguiram um caminho diferente, pensando em melhoria da adesão física da fibra com a matriz cimentícia. Eles publicaram em 2008, no documento EP 2 130 954 B1, resultados interessantes promovidos por uma fibra de polipropileno de alta tenacidade feita por um processo de fabricação com duas etapas de estiro bem definidas. A resina base de tal fibra exibe comportamento térmico específico, com secções axiais de maiores e menores diâmetros, resultando em protrusões ao longo de seu comprimento. Este fio possui alta capacidade de absorção de água (até 10% em massa, segundo eles) e interage, portanto, satisfatoriamente com matriz cimentícia. Seguindo a mesma linha de estudo, Hiroshi Okaya publicou em 2010 o documento EP 2 455 516 A1 onde a adesão interfacial física foi alcançada por uma fibra co-extrudada e posteriormente crimpada de núcleo poliolefínico e uma borda concêntrica de polibuteno-1 ou um polímero com ponto de fusão 120°C mais elevado do que o polímero do núcleo. Josef Kaufmann e outros publicaram resultados de uma fibra poliolefínica co- extrudada bi-componente onde os componentes internos e externos são formados por diferentes resinas, porém de origem poliolefínica, mais especificamente polipropileno e polietileno. O documento US 2012146254 A1 mostra os ganhos promovidos por sua fibra, cuja geometria também é diferenciada apresentando impressões superficiais de forma a promover uma melhor adesão com a matriz cimentícia.[0019] Takashi Katayama and others followed a different path, thinking about improving the physical adhesion of the fiber to the cementitious matrix. In 2008, they published, in document EP 2 130 954 B1, interesting results promoted by a high-tenacity polypropylene fiber made by a manufacturing process with two well-defined stretching steps. The base resin of such fiber exhibits specific thermal behavior, with axial sections of larger and smaller diameters, resulting in protrusions along its length. This yarn has a high water absorption capacity (up to 10% by mass, according to them) and therefore interacts satisfactorily with the cementitious matrix. Following the same line of study, Hiroshi Okaya published in 2010 the document EP 2 455 516 A1 where physical interfacial adhesion was achieved by a co-extruded and subsequently crimped fiber with a polyolefin core and a concentric edge of polybutene-1 or a polymer with a melting point 120°C higher than the core polymer. Josef Kaufmann and others published results of a two-component co-extruded polyolefin fiber where the internal and external components are formed by different resins, but of polyolefin origin, more specifically polypropylene and polyethylene. The document US 2012146254 A1 shows the gains promoted by his fiber, whose geometry is also differentiated, presenting surface impressions in order to promote better adhesion with the cementitious matrix.

[0020] Seguindo a mesma linha de raciocínio e de fabricação, os documentos RU2007106761A, de Babenkov, e JPH11255544A, de Ohata, tratam de uma fibra co-extrudada bi-componente, fabricada através do uso de duas máquinas extrusoras, cada uma com um material, resultando em uma fibra com uma estrutura do tipo “core-shell” ou “miolo-casca”. O processo de fabricação proposto por ambos os documentos é, no entanto, pouco eficiente por atuar com vazões muito menores, o que torna o processo de extrusão economicamente inviável por aumentar o custo de produção, e por se tratar de um processo de co-extrusão, com as matérias-primas sendo fundidas separadamente, o que gera uma fibra de menor coesão física.[0020] Following the same line of reasoning and manufacturing, documents RU2007106761A, by Babenkov, and JPH11255544A, by Ohata, deal with a bi-component co-extruded fiber, manufactured through the use of two extrusion machines, each with a material, resulting in a fiber with a “core-shell” type structure. The manufacturing process proposed by both documents is, however, inefficient because it works with much lower flow rates, which makes the extrusion process economically unfeasible because it increases the production cost, and because it is a co-extrusion process, with the raw materials being melted separately, which generates a fiber with less physical cohesion.

[0021] Além disso, o documento RU2007106761A trata de reforço de concretos e argamassas onde a geometria e o teor de adição das fibras de reforço são muito diferentes daquelas necessárias aplicadas em fibrocimento. Por outro lado, o documento JPH11255544A trata da fabricação de fibras co- extrudadas para aplicação em produtos autoclavados e com um polipropileno modificado na parte exterior da fibra, e não de um monofilamento blendado (alta interação química) obtido pela extrusão reativa de três componentes em apenas uma extrusora.[0021] Furthermore, document RU2007106761A deals with the reinforcement of concretes and mortars where the geometry and addition content of the reinforcing fibers are very different from those required for use in fiber cement. On the other hand, document JPH11255544A deals with the manufacture of co-extruded fibers for use in autoclaved products and with a modified polypropylene on the outside of the fiber, and not a blended monofilament (high chemical interaction) obtained by the reactive extrusion of three components in just one extruder.

[0022] O artigo de SI, X.J. et al. (SI, X.J.; GUO, L.F.; WANG, Y.M.; LAU, K.T. Preparation and study of polypropylene/polyethylene terephthalate composite fibers. Composites Science and Technology, v. 68, ed. 14, p. 2943-2947, novembro, 2008) também descreve um processo de produção dos monofilamentos por extrusão, porém em extrusora dupla-rosca e um processo de estiragem de três etapas baixa taxa de estiro total. O processo de fiagem ensinado nesse documento utiliza fieira possuindo um número muito inferior de orifícios e velocidade muito mais elevada, resultando em fios mais espessos, o que não é desejado.[0022] The article by SI, X.J. et al. (SI, X.J.; GUO, L.F.; WANG, Y.M.; LAU, K.T. Preparation and study of polypropylene/polyethylene terephthalate composite fibers. Composites Science and Technology, v. 68, ed. 14, p. 2943-2947, November, 2008) also describes a process for producing monofilaments by extrusion, but in a twin-screw extruder and a three-stage drawing process with a low total drawing rate. The spinning process taught in this document uses a spinneret with a much smaller number of holes and a much higher speed, resulting in thicker yarns, which is not desired.

[0023] Desta forma, é possível concluir que mesmo com alguns resultados satisfatórios encontrados na literatura e indústria, ainda existem diversas dificuldades operacionais para o uso de diferentes processos de fabricação com etapas mais complexas e morosas, além de diferentes tratamentos superficiais e compostos para tais tratamentos, o que geram custos elevados e, portanto, impeditivos para esse tipo de aplicação e produto.[0023] Thus, it is possible to conclude that even with some satisfactory results found in the literature and industry, there are still several operational difficulties for the use of different manufacturing processes with more complex and time-consuming steps, in addition to different surface treatments and compounds for such treatments, which generate high costs and, therefore, are impediments for this type of application and product.

[0024] Na Brasilit, a produção de fios de PP de alta tenacidade como substituto do amianto e mudança de tecnologia para fabricação de produtos CRFS (cimento reforçado com fio sintético) começou em 2003, na sua unidade de Jacareí/SP. A produção tem se mantido ininterrupta deste então e a tecnologia cada vez mais consolidada. O caráter único dos fios de PP de ultraalta tenacidade e a expertise industrial adquirida para sua produção em Jacareí/SP justificaram o depósito do pedido de patente BR102014004917-7 em 2014 pela Saint-Gobain Brasilit. Tal documento trata da produção de um “monofilamento de polipropileno de ultra-alta tenacidade para reforço de fibrocimento”, cujas fibras apresentam resistência mecânica à tração superiores a 1000MPa obtida através da combinação de propriedades específicas de resina e um processo produtivo otimizado.[0024] At Brasilit, the production of high-tenacity PP yarns as a substitute for asbestos and a change in technology for the manufacture of CRFS (synthetic yarn reinforced cement) products began in 2003, at its unit in Jacareí/SP. Production has been uninterrupted since then and the technology has become increasingly consolidated. The unique character of ultra-high-tenacity PP yarns and the industrial expertise acquired for their production in Jacareí/SP justified the filing of patent application BR102014004917-7 in 2014 by Saint-Gobain Brasilit. This document deals with the production of an “ultra-high-tenacity polypropylene monofilament for fiber cement reinforcement”, whose fibers have mechanical tensile strengths greater than 1000MPa obtained through the combination of specific resin properties and an optimized production process.

SUMMARY OF THE INVENTION

[0025] A presente invenção descreve uma fibra blendada gerada por um processo de extrusão reativa com uma extrusora monorosca, a ser utilizada para reforço de fibrocimento, onde tal fibra é um monofilamento blendado, e não co-extrudado, compreendendo primordialmente homopolímero de polipropileno, homopolímero de polietileno tereftalato e um material compatibilizante polimérico de polipropileno enxertado com anidrido maleico. Além disso, é revelado um processo para produção dessas fibras com uma extrusora, bem como artigos de fibrocimento empregando tal monofilamento.[0025] The present invention describes a blended fiber generated by a reactive extrusion process with a single-screw extruder, to be used for reinforcing fiber cement, where such fiber is a blended monofilament, and not co-extruded, comprising primarily polypropylene homopolymer, polyethylene terephthalate homopolymer and a polypropylene polymeric compatibilizing material grafted with maleic anhydride. Furthermore, a process for producing such fibers with an extruder is disclosed, as well as fiber cement articles employing such monofilament.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0026] A Figura 1 apresenta uma imagem de microscopia eletrônica do filamento produzido com PP puro.[0026] Figure 1 shows an electron microscopy image of the filament produced with pure PP.

[0027] A Figura 2a apresenta imagem de microscopia eletrônica do filamento da presente invenção produzido com PP e PET.[0027] Figure 2a shows an electron microscopy image of the filament of the present invention produced with PP and PET.

[0028] A Figura 2b apresenta uma outra imagem de microscopia eletrônica do filamento da presente invenção produzido com PP e PET.[0028] Figure 2b shows another electron microscopy image of the filament of the present invention produced with PP and PET.

[0029] A Figura 3 apresenta uma sequência de imagens de microscopia eletrônica que mostra o aumento de compatibilidade do PET com a matriz de PP de acordo com o aumento do teor de adição do material compatibilizante.[0029] Figure 3 presents a sequence of electron microscopy images that show the increase in compatibility of PET with the PP matrix according to the increase in the addition content of the compatibilizing material.

[0030] A Figura 4 apresenta um gráfico dos resultados de resistência mecânica utilizando diferentes concentrações de fibras.[0030] Figure 4 shows a graph of the mechanical strength results using different fiber concentrations.

[0031] A Figura 5 apresenta um gráfico dos resultados de resistência mecânica utilizando diferentes concentrações de fibras, além de diferentes comprimentos.[0031] Figure 5 shows a graph of the mechanical strength results using different fiber concentrations, in addition to different lengths.

[0032] A Figura 6 apresenta um gráfico dos resultados de durabilidade em água quente de artigos de fibrocimento utilizando fibras da anterioridade e da presente invenção.[0032] Figure 6 presents a graph of the hot water durability results of fiber cement articles using fibers of the prior art and the present invention.

[0033] A Figura 7 apresenta um gráfico dos resultados de resistência à flexão de artigos de fibrocimento utilizando fibras da anterioridade e da presente invenção, em diferentes concentrações e comprimentos.[0033] Figure 7 shows a graph of the flexural strength results of fiber cement articles using fibers of the prior art and the present invention, in different concentrations and lengths.

[0034] A Figura 8a apresenta uma imagem de microscopia eletrônica do monofilamento da presente invenção imerso na matriz cimentícia após envelhecimento acelerado com evidência nos sítios de ancoragem com a matriz cimentícia.[0034] Figure 8a shows an electron microscopy image of the monofilament of the present invention immersed in the cementitious matrix after accelerated aging with evidence of anchoring sites with the cementitious matrix.

[0035] A Figura 8b apresenta uma imagem de microscopia eletrônica do filamento produzido com PP puro imerso na matriz cimentícia após envelhecimento acelerado com evidência na pouca adesão superficial com a matriz cimentícia.[0035] Figure 8b shows an electron microscopy image of the filament produced with pure PP immersed in the cementitious matrix after accelerated aging with evidence of poor surface adhesion to the cementitious matrix.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0036] A presente invenção refere-se a uma fibra de monofilamento de polipropileno (PP) blendado, e não co-extrudado, com polietileno tereftalato (PET) utilizada para reforço de materiais de fibrocimento obtida através do processo de extrusão reativa com uma extrusora monorosca.[0036] The present invention relates to a polypropylene (PP) monofilament fiber blended, and not co-extruded, with polyethylene terephthalate (PET) used to reinforce fiber cement materials obtained through the reactive extrusion process with a single-screw extruder.

[0037] O monofilamento aqui descrito, e reivindicado, forma interfaces fortes com matrizes cimentícias, possibilitando, assim, a utilização de fibras de menor comprimento, gerando um número maior de fibras individuais com a mesma adição mássica, resultando, consequentemente, em um desempenho mecânico superior dos produtos de fibrocimento.[0037] The monofilament described and claimed herein forms strong interfaces with cementitious matrices, thus enabling the use of shorter fibers, generating a greater number of individual fibers with the same mass addition, consequently resulting in superior mechanical performance of fiber cement products.

[0038] O PET proporciona um caráter hidrofílico à fibra e, consequentemente, melhoria de adesão química à matriz cimentícia. Ainda, a mistura imperfeita do PP com o PET produz a microrrugosidade superficial na fibra e, consequentemente, melhoria de sua adesão física.[0038] PET provides a hydrophilic character to the fiber and, consequently, improves chemical adhesion to the cement matrix. Furthermore, the imperfect mixture of PP with PET produces surface microroughness in the fiber and, consequently, improves its physical adhesion.

[0039] Para efeito de comparação da rugosidade formada na fibra da presente invenção e na superfície de uma fibra de PP puro, foram feitas imagens de microscopia eletrônica de varredura destes filamentos. A Figura 1 apresenta uma imagem de microscopia eletrônica de um filamento de PP puro com diâmetro de 14 micrômetros, em que é possível verificar que a fibra é lisa. Já na Figura 2a e Figura 2b, são apresentadas imagens de microscopia eletrônica de PP blendado com PET onde se percebe que o monofilamento apresenta microrrugosidades, facilitando a adesão física com a matriz cimentícia.[0039] For the purpose of comparing the roughness formed in the fiber of the present invention and on the surface of a pure PP fiber, scanning electron microscopy images of these filaments were taken. Figure 1 shows an electron microscopy image of a pure PP filament with a diameter of 14 micrometers, in which it is possible to verify that the fiber is smooth. In Figure 2a and Figure 2b, electron microscopy images of PP blended with PET are presented, where it is possible to see that the monofilament presents microroughness, facilitating physical adhesion with the cementitious matrix.

[0040] Além disso, é possível perceber a existência de sítios promotores de ancoragem na superfície do monofilamento blendado inventivo que colaboram com a precipitação do cimento e, portanto, aumentam sua aderência com a matriz cimentícia. Isto pode ser evidenciado a partir da imagem de microscopia eletrônica do monofilamento da presente invenção demonstrado na Figura 8a. Em claro contraste, a Figura 8b mostra a falta de adesão superficial da fibra de PP puro convencional com a matriz cimentícia.[0040] Furthermore, it is possible to perceive the existence of anchoring-promoting sites on the surface of the inventive blended monofilament that collaborate with the precipitation of the cement and, therefore, increase its adhesion with the cementitious matrix. This can be evidenced from the electron microscopy image of the monofilament of the present invention demonstrated in Figure 8a. In clear contrast, Figure 8b shows the lack of surface adhesion of the conventional pure PP fiber with the cementitious matrix.

[0041] Uma vez que o PP e o PET são quimicamente imiscíveis, é necessário acrescentar um material compatibilizante na mistura. O material compatibilizante da presente invenção é um polímero poliolefínico graftizado com o grupo polar anidrido maleico (PP-g-MAH) e cujas cadeias longas se ligam com o homopolímero de PP puro da matriz da fibra através de emaranhamento físico.[0041] Since PP and PET are chemically immiscible, it is necessary to add a compatibilizing material to the mixture. The compatibilizing material of the present invention is a polyolefin polymer grafted with the polar maleic anhydride group (PP-g-MAH) and whose long chains bind with the pure PP homopolymer of the fiber matrix through physical entanglement.

[0042] Preferencialmente, o material compatibilizante é PP-g-MAH com 1% de anidrido maleico, em peso.[0042] Preferably, the compatibilizing material is PP-g-MAH with 1% maleic anhydride by weight.

[0043] O grupo polar do material compatibilizante que está enxertado (ligado por ligação química primária à cadeia principal) no PP, se liga através de uma reação química promovida na extrusão reativa durante a etapa de fiagem das fibras de monofilamentos com o grupo polar do PET, neste caso, o tereftalato. A Figura 3 ilustra uma imagem de microscopia eletrônica de varredura obtida com a superfície de fratura criogênica dos compósitos PP/PET, em que se pode verificar o efeito das adições crescentes do material compatibilizante sobre a distribuição e redução dos diâmetros das esferas de PET (situação de maior compatibilidade). A adição de PET às fibras permite que estas sejam estiradas em taxas maiores, tornando o fio mais fino, em comparação à produção de fios de PP puro. Sendo assim, o monofilamento resultante pode possuir um diâmetro entre 10 e 15 μm, preferencialmente um diâmetro entre 12 e 14 μm, geometria essa de extrema importância para o reforço de fibrocimento especificamente. Além disso, este monofilamento blendado apresenta alta tenacidade, com valor superior a 850 MPa. Assim, ganhos importantes na eficiência e taxa de estiro das fibras são obtidos devido à menor incidência de rupturas durante sua produção, o que gera, por sua vez, ganhos em produtividade e eficiência industrial.[0043] The polar group of the compatibilizing material that is grafted (linked by primary chemical bond to the main chain) in the PP, is linked through a chemical reaction promoted in the reactive extrusion during the spinning stage of the monofilament fibers with the polar group of the PET, in this case, terephthalate. Figure 3 illustrates a scanning electron microscopy image obtained with the cryogenic fracture surface of the PP/PET composites, in which one can verify the effect of the increasing additions of the compatibilizing material on the distribution and reduction of the diameters of the PET spheres (situation of greater compatibility). The addition of PET to the fibers allows them to be drawn at higher rates, making the yarn thinner, compared to the production of pure PP yarns. Therefore, the resulting monofilament can have a diameter between 10 and 15 μm, preferably a diameter between 12 and 14 μm, a geometry of extreme importance for the reinforcement of fiber cement specifically. Furthermore, this blended monofilament has high tenacity, with a value higher than 850 MPa. Thus, significant gains in the efficiency and stretching rate of the fibers are obtained due to the lower incidence of ruptures during their production, which in turn generates gains in productivity and industrial efficiency.

[0044] O PP utilizado no processo de acordo com a presente invenção possui índice de fluidez entre 18 e 25 g/10 min.[0044] The PP used in the process according to the present invention has a fluidity index between 18 and 25 g/10 min.

[0045] O processo de produção das fibras ocorre em duas etapas distintas. A primeira, chamada de fiação, consiste em uma extrusão reativa com uma extrusora monorosca onde o homopolímero de polipropileno, o homopolímero de polietileno tereftalato e o material compatibilizante polimérico são fundidos, misturados e fiados em bobinas. A extrusão dos materiais ocorre em temperaturas variando entre 220°C e 280°C, preferencialmente entre 250° e 270°C. Nessa primeira etapa, são produzidas bobinas de fios mais espessos.[0045] The fiber production process occurs in two distinct stages. The first, called spinning, consists of a reactive extrusion with a single-screw extruder where the polypropylene homopolymer, the polyethylene terephthalate homopolymer and the polymeric compatibilizing material are melted, mixed and spun into reels. The extrusion of the materials occurs at temperatures ranging from 220°C to 280°C, preferably between 250° and 270°C. In this first stage, reels of thicker yarns are produced.

[0046] Após a primeira etapa de fiação, as bobinas são posicionadas em carrinhos e estiradas (o estiro ocorre preferencialmente por meio do método de cold-drawing, por ser um processo com temperaturas abaixo da temperatura de fusão dos materiais) em torno de 6 a 10 vezes o comprimento inicial dos fios, diminuindo, assim, o seu diâmetro. Preferencialmente, a taxa de estiro (dada pela diferença de velocidade dos rolos entre o início e o fim do processo) do monofilamento da presente invenção é superior a 7 vezes, mais preferencialmente se situa entre 7 e 8 vezes. Nessa segunda etapa, quando se trabalha, por exemplo, com fios feitos de PP puro, o limite de taxa de estiramento se encontra próximo de 6 vezes. A adição de PET proporciona estirar as bobinas em taxas maiores. A capacidade alta de estiro é uma grande vantagem, pois possibilita a fabricação de fios mais finos, o que é muito benéfico para o desempenho destes no reforço do fibrocimento. Fios mais finos geram uma maior área de contato superficial com mesma adição mássica, consequentemente aumentando a sua eficiência de reforço pela maior área de adesão com a matriz cimentícia.[0046] After the first spinning stage, the reels are positioned on carts and stretched (stretching occurs preferably by means of the cold-drawing method, as it is a process with temperatures below the melting temperature of the materials) to around 6 to 10 times the initial length of the threads, thus reducing their diameter. Preferably, the stretching rate (given by the difference in speed of the rolls between the beginning and the end of the process) of the monofilament of the present invention is greater than 7 times, more preferably between 7 and 8 times. In this second stage, when working, for example, with threads made of pure PP, the stretching rate limit is close to 6 times. The addition of PET allows the reels to be stretched at higher rates. The high stretching capacity is a great advantage, as it allows the manufacture of thinner threads, which is very beneficial for their performance in reinforcing fiber cement. Thinner wires generate a larger surface contact area with the same mass addition, consequently increasing their reinforcement efficiency due to the larger adhesion area with the cement matrix.

[0047] O PET é adicionado em proporções entre 5 e 30% em peso, preferencialmente entre 5 e 15% em peso. Mesmo em pequenas dosagens de PET (entre 5 e 10% em peso), é possível verificar ganhos importantes na estiragem da fibra em si e em sua adesão interfacial com a matriz cimentícia.[0047] PET is added in proportions between 5 and 30% by weight, preferably between 5 and 15% by weight. Even in small dosages of PET (between 5 and 10% by weight), it is possible to verify significant gains in the stretching of the fiber itself and in its interfacial adhesion with the cementitious matrix.

[0048] Assim, de uma forma geral, a fibra de monofilamento da presente invenção apresenta uma participação de PP e adições secundárias de PET e compatibilizante, em proporções de 65% a 94% de PP, 5% a 30% de PET e 1% a 5% de compatibilizante.[0048] Thus, in general, the monofilament fiber of the present invention has a participation of PP and secondary additions of PET and compatibilizer, in proportions of 65% to 94% PP, 5% to 30% PET and 1% to 5% compatibilizer.

[0049] Adicionalmente, o processo pode compreender uma aplicação de óleo de encimagem sobre os fios de modo a diminuir dificuldades intrínsecas da fabricação de fios sintéticos (presença de cargas estáticas, por exemplo) e melhorar sua dispersão em meio aquoso com as matérias-primas durante o processo de fabricação dos produtos de fibrocimento.[0049] Additionally, the process may comprise an application of top oil on the threads in order to reduce intrinsic difficulties in the manufacture of synthetic threads (presence of static charges, for example) and improve their dispersion in an aqueous medium with the raw materials during the manufacturing process of fiber cement products.

[0050] Preferencialmente, o óleo de encimagem compreende uma mistura de compostos de éster de polietileno glicol de ácido graxo e compostos de éster de ácido fosfórico com base em óleo natural em uma proporção mínima de 8:2 e máxima de 9:1.[0050] Preferably, the top oil comprises a mixture of fatty acid polyethylene glycol ester compounds and natural oil based phosphoric acid ester compounds in a minimum ratio of 8:2 and a maximum ratio of 9:1.

[0051] Com este processo, os filamentos podem ser extrudados em inúmeras geometrias diferentes, como, por exemplo, com secção circular, secções ovais, trilobais, na forma de X, ou Y ou outra geometria alternativa.[0051] With this process, the filaments can be extruded in numerous different geometries, such as, for example, with a circular cross-section, oval cross-sections, trilobal cross-sections, in the shape of X, or Y or other alternative geometry.

[0052] A partir do monofilamento da presente invenção, é possível produzir diversos artigos de fibrocimento como, por exemplo, telhas onduladas, placas para fechamentos externos ou internos, divisórias ou forros. O monofilamento de PP blendado com PET está presente nestes artigos em uma faixa entre 1,0% a 2,0% em peso.[0052] From the monofilament of the present invention, it is possible to produce several fiber cement articles such as, for example, corrugated tiles, plates for external or internal closures, partitions or linings. The PP monofilament blended with PET is present in these articles in a range between 1.0% and 2.0% by weight.

[0053] Preferencialmente, o artigo produzido compreende entre 1,0% a 1,8% em peso da fibra de monofilamento.[0053] Preferably, the article produced comprises between 1.0% to 1.8% by weight of the monofilament fiber.

[0054] Além disso, o artigo aqui reivindicado compreende fibras de comprimento entre 4 e 12 mm, mais especificamente entre 6 e 10 mm.[0054] Furthermore, the article claimed herein comprises fibers of length between 4 and 12 mm, more specifically between 6 and 10 mm.

COMPARATIVE TESTS

[0055] A partir de testes realizados com a fibra preparada de acordo com a presente invenção e, comparando com a fibra do estado da técnica (formada por PP puro), é possível verificar que o monofilamento de PP blendado com PET de comprimento de 8 a 10 mm, preferencialmente de 9 mm, fornece desempenho igual ou superior quanto à resistência mecânica, resistência de flexão e durabilidade em comparação com a fibra de PP puro com comprimento de 10 mm.[0055] From tests carried out with the fiber prepared according to the present invention and, comparing it with the state-of-the-art fiber (formed by pure PP), it is possible to verify that the PP monofilament blended with PET with a length of 8 to 10 mm, preferably 9 mm, provides equal or superior performance in terms of mechanical resistance, bending resistance and durability compared to the pure PP fiber with a length of 10 mm.

Example 1

[0056] Inicialmente, foram realizados testes em telhas para análise de sua resistência mecânica. Para o teste, foram utilizadas telhas curadas ao ar por 14 e 28 dias compreendendo fibra de PP puro e fibras de PP blendado com PET, todas com o mesmo comprimento de 10 mm.[0056] Initially, tests were carried out on tiles to analyze their mechanical resistance. For the test, tiles cured in air for 14 and 28 days were used, comprising pure PP fiber and PP fibers blended with PET, all with the same length of 10 mm.

[0057] A Tabela 1 apresenta os monofilamentos utilizados no Exemplo 1. Tabela 1: Composição das fibras utilizadas no Exemplo 1 [0057] Table 1 shows the monofilaments used in Example 1. Table 1: Composition of the fibers used in Example 1

[0058] A Figura 4 apresenta os resultados do teste. Com base no gráfico, é possível verificar que o monofilamento da presente invenção (testes 2, 3 e 4) obtém desempenho similar ou superior frente ao teste 1 (PP puro). Ou seja, é possível concluir que mesmo com uma quantidade menor de fibra, o desempenho mecânico das telhas testadas foi superior com o monofilamento de PP blendado com PET, indicando uma melhoria surpreendente da presente invenção.[0058] Figure 4 shows the test results. Based on the graph, it is possible to verify that the monofilament of the present invention (tests 2, 3 and 4) obtains similar or superior performance compared to test 1 (pure PP). In other words, it is possible to conclude that even with a smaller amount of fiber, the mechanical performance of the tested tiles was superior with the PP monofilament blended with PET, indicating a surprising improvement of the present invention.

Example 2

[0059] Ainda, foi realizado um segundo experimento para análise da resistência mecânica, em que foi alterado o comprimento do monofilamento da presente invenção, conforme apresentado na Tabela 2. Tabela 2: Composição das fibras utilizadas no Exemplo 2 [0059] Furthermore, a second experiment was carried out to analyze the mechanical resistance, in which the length of the monofilament of the present invention was changed, as shown in Table 2. Table 2: Composition of the fibers used in Example 2

[0060] A partir do Gráfico da Figura 5, percebe-se que, com exceção do teste 4, o monofilamento de PP blendado com PET apresenta maior resistência mecânica mesmo tendo comprimento menor do que a fibra de PP puro. Assim, verifica-se que, com o monofilamento da presente invenção, é possível produzir uma telha com maior resistência mecânica com menor quantidade de fibra e com fibras de menor comprimento, o que seria totalmente inesperado, comprovando a inventividade do monofilamento de PP blendado com PET.[0060] From the Graph in Figure 5, it can be seen that, with the exception of test 4, the PP monofilament blended with PET presents greater mechanical resistance even though it is shorter in length than the pure PP fiber. Thus, it can be seen that, with the monofilament of the present invention, it is possible to produce a tile with greater mechanical resistance with a smaller amount of fiber and with fibers of shorter length, which would be totally unexpected, proving the inventiveness of the PP monofilament blended with PET.

Example 3

[0061] Foi realizado um experimento para análise do envelhecimento/durabilidade em água quente do artigo de fibrocimento produzido com monofilamento de PP puro e com monofilamento de PP blendado com PET, como pode ser visto na Figura 6.[0061] An experiment was carried out to analyze the aging/durability in hot water of the fiber cement article produced with pure PP monofilament and with PP monofilament blended with PET, as can be seen in Figure 6.

[0062] O teste foi realizado com relação à carga de ruptura relativa final/inicial em período de tempo inicial e após 56 dias de envelhecimento.[0062] The test was performed with respect to the final/initial relative breaking load at the initial time period and after 56 days of aging.

[0063] A Tabela 3 apresenta a composição das fibras utilizadas no artigo de fibrocimento. Tabela 3: Composição das fibras utilizadas no Exemplo 3 [0063] Table 3 shows the composition of the fibers used in the fiber cement article. Table 3: Composition of the fibers used in Example 3

[0064] A partir da Figura 6, conclui-se que o artigo de fibrocimento produzido com o monofilamento de PP/PET apresenta resultado similar de durabilidade em condições severas (56 dias em água quente à temperatura de 60°C) com o artigo de fibrocimento compreendendo fibra de PP, diferindo totalmente do que a literatura constatava até então sobre o péssimo comportamento de durabilidade em matrizes alcalinas com fibras de PET e de poliésteres, conferindo novamente mais um aspecto do caráter inventivo do monofilamento de PP blendado com PET. O PET presente na fibra blendada é protegido fisicamente pelo PP e quimicamente por estar compatibilizado no material como um todo.[0064] From Figure 6, it can be concluded that the fiber cement article produced with the PP/PET monofilament presents a similar durability result in severe conditions (56 days in hot water at a temperature of 60°C) with the fiber cement article comprising PP fiber, differing completely from what the literature had found until then regarding the poor durability behavior in alkaline matrices with PET and polyester fibers, once again conferring another aspect of the inventive character of the PP monofilament blended with PET. The PET present in the blended fiber is physically protected by the PP and chemically because it is compatible with the material as a whole.

Example 4

[0065] Foi realizado um teste de resistência à flexão 3 pontos média (medições em MPa) em chapas planas de fibrocimento, para efeito de comparação do monofilamento de PP blendado com PET com uma fibra 100% de PP.[0065] A 3-point average flexural strength test (measurements in MPa) was performed on flat fiber cement sheets, for the purpose of comparing the PP monofilament blended with PET with a 100% PP fiber.

[0066] A Tabela 4 apresenta as composições das fibras compreendidas nas chapas planas utilizadas no teste. Tabela 4: Composição das fibras utilizadas no Exemplo 4 [0066] Table 4 shows the compositions of the fibers comprised in the flat sheets used in the test. Table 4: Composition of the fibers used in Example 4

[0067] A partir dos resultados do teste de resistência à flexão 3 pontos média, foi plotado o gráfico da Figura 7. É possível observar que as fibras de PP puro apresentam desempenho similar às do PP blendado com PET, apesar da fibra inventiva estar em menor concentração e possuir menor comprimento. Além disso, o resultado da fibra do monofilamento é superior ao exigido pela norma NBR 15498. Exemplo 5 Tabela 5: Dados produção fibras PP puro e dois tipos de PP Blendado com PET [0067] From the results of the 3-point average flexural strength test, the graph in Figure 7 was plotted. It is possible to observe that the pure PP fibers present similar performance to those of PP blended with PET, despite the inventive fiber being in lower concentration and having a shorter length. In addition, the result of the monofilament fiber is superior to that required by standard NBR 15498. Example 5 Table 5: Production data for pure PP fibers and two types of PP Blended with PET

[0068] A tabela 5 traz dados de produção encontrados na fabricação dos fios em questão. Nela, é possível observar as diferenças de geometria e propriedades provocadas pela adição do PET ao PP com incremento proporcional do material compatibilizante de PP-g-MAH. A adição de PET aumenta a densidade final dos fios, o que facilita sua mistura e dispersão na mistura de preparo para fabricação dos artigos de fibrocimento. A densidade da fibra de acordo com a presente invenção é superior a 0,9 g/cc, preferencialmente entre 0,91 e 1,0 g/cc, mais preferencialmente entre 0,92 e 1,0 g/cc. A possibilidade de aumento de taxa de estiro diminui seu título e, consequentemente, seu diâmetro e taxa de elongação, o que promove aumento do número de fios com a mesma adição mássica, fortalecendo o compósito de fibrocimento. A resistência à tração é levemente afetada, porém o desempenho de reforço dos fios é maior devido à mais eficiente ancoragem fio/matriz cimentícia promovida pelos sítios reativos de PET e sua maior rugosidade superficial.[0068] Table 5 shows production data found in the manufacture of the yarns in question. In it, it is possible to observe the differences in geometry and properties caused by the addition of PET to PP with a proportional increase in the PP-g-MAH compatibilizing material. The addition of PET increases the final density of the yarns, which facilitates their mixing and dispersion in the preparation mixture for the manufacture of fiber cement articles. The density of the fiber according to the present invention is greater than 0.9 g/cc, preferably between 0.91 and 1.0 g/cc, more preferably between 0.92 and 1.0 g/cc. The possibility of increasing the stretching rate reduces its title and, consequently, its diameter and elongation rate, which promotes an increase in the number of yarns with the same mass addition, strengthening the fiber cement composite. The tensile strength is slightly affected, but the reinforcement performance of the wires is greater due to the more efficient wire/cement matrix anchoring promoted by the PET reactive sites and its greater surface roughness.

[0069] Em vista dos exemplos mostrados acima, é possível comprovar que a fibra de monofilamento de PP blendado com PET, utilizando um material compatibilizante polimérico de cadeia longa compreendendo um grupo polar, preferencialmente o polipropileno enxertado com anidrido maleico, apresenta vantagens inesperadas, como aumento das propriedades de resistência mecânica e resistência à flexão de artigos de fibrocimento utilizando uma menor concentração de fibras, além de possuírem menor comprimento.[0069] In view of the examples shown above, it is possible to prove that the PP monofilament fiber blended with PET, using a long-chain polymeric compatibilizing material comprising a polar group, preferably polypropylene grafted with maleic anhydride, presents unexpected advantages, such as increased mechanical strength properties and flexural strength of fiber cement articles using a lower concentration of fibers, in addition to having a shorter length.

[0070] A descrição que se fez até aqui do objeto da presente invenção deve ser considerada apenas como uma possível ou possíveis concretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidas devem ser entendidas apenas como algo que foi escrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem de forma alguma ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações que seguem.[0070] The description made so far of the object of the present invention must be considered only as one or more possible embodiments, and any particular features introduced therein must be understood only as something that was written to facilitate understanding. Therefore, they cannot in any way be considered as limiting the invention, which is limited to the scope of the claims that follow.

Claims

1. Fiber for reinforcing fiber cement, characterized by the fact that it is a non-co-extruded blended monofilament, obtained through reactive extrusion such as a single-screw extruder, comprising primarily polypropylene homopolymer (PP) and secondarily a polyethylene terephthalate homopolymer (PET), in addition to a polypropylene compatibilizing material grafted with maleic anhydride, in which the PP has a fluidity index between 18 and 25 g/10min.

2. Fiber according to claim 1, characterized by the participation of PP and secondary additions of PET and compatibilizer, in proportions of 65% to 94% PP, 5% to 30% PET and 1% to 5% compatibilizer material.

3. Fiber according to claim 1, characterized in that its surface presents microroughness and sites that promote anchoring with the matrix.

4. Fiber according to claim 1, characterized by having a density greater than 0.9 g/cc, preferably between 0.91 and 1.0 g/cc, more preferably between 0.92 and 1.0 g/cc.

5. Fiber production process as defined in any one of claims 1 to 4, characterized by the fact that it comprises: - melting and reactive extrusion of the polymer blend in a single single-screw extruder constituting a mixture of PP, PET and compatibilizer in proportions of 65% to 94% PP, 5% to 30% PET and 1% to 5% compatibilizer material, with process temperatures between 220°C and 280°C; - spinning and production of coils with thicker fibers; - stretching of the coils; and - cutting of the fibers into specific lengths for fiber cement reinforcement;

6. Process according to claim 5, characterized in that the stretching is greater than 6 times.

7. Process according to claim 5, characterized in that the wires have diameters of 10 to 15 μm and tenacity greater than 850MPa.

8. Process according to claim 7, characterized in that the wires have diameters of 12 to 14 μm.

9. Process according to claim 5, characterized in that it comprises an additional application of a topping oil on the wires, in which the topping oil comprises a mixture of fatty acid polyethylene glycol ester compounds and phosphoric acid ester compounds based on natural oil in a minimum ratio of 8:2 and a maximum ratio of 9:1.

10. Process according to any one of claims 5 to 9, characterized in that the fibers are cut into lengths between 4 mm and 12 mm;

11. Process according to claim 10, characterized in that the fibers are cut into lengths between 6 mm and 10 mm;

12. Process according to claim 5, characterized in that the filaments are extruded with circular cross-section, oval cross-sections, trilobal cross-sections, in the shape of X or Y.

13. Fiber cement article, characterized by the fact that it comprises dosages between 1.0% and 2.0% by weight of the fiber as defined in any one of claims 1 to 4;

14. Fiber cement article according to claim 13, characterized in that it comprises dosages between 1.3% and 1.8% by weight of the fiber.

15. Fiber cement article according to claim 13 or 14, characterized in that it is corrugated tiles, plates for external or internal closure, linings or partitions.