BR0011633B1 - material isolante que pode ser soprado. - Google Patents

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Description

"MATERIAL ISOLANTE QUE PODE SER SOPRADO"
Campo da Invenção
A invenção refere-se a feixes isolantes tipo felpae misturas e a um método para a fabricação do mesmo.
Fundamentos da Invenção
Houve muitas tentativas de conseguir um materialisolante que tipo qualidades tipo felpa para uso em artigosisolados tais como roupas, sacos de dormir, acolchoados esimilares. Esforços anteriores para desenvolver um materialpossível, na maioria das vezes, levaram a materiais que sãomuito pesados e densos para serem considerados tipo felpae/ou são difíceis de soprar através de equipamento conven-cional.
A patente U.S. No. 5.624.742, Babbit et al., des-creve um isolante soprado que compreende uma mistura de pri-meiro e segundo materiais de fibra (vidro) isolantes. Um dosgrupos de fibras tem tamanho menor para preencher os vaziosentre as fibras do grupo maior.
A patente U.S. No. 3.892.919, Miller, descreve ummaterial de enchimento que utiliza corpos de fibra com for-mato cilíndrico ou esféricos maiores junto com corpos forma-dos de penas que são misturados juntos, contando-se com esteúltimo para preencher os vazios.
A patente U.S. No. 4.167.604, Aldrich, descreve ummaterial de isolamento térmico aperfeiçoado que é uma mistu-ra de felpa e fibra têxtil sintética formado a partir de fi-lamentos de poliéster oco que pode ser tratado com siliconeé formado em uma manta em placas.A patente U.S. No. 4.248.927, Liebmann, descreveum material isolante que compreende uma combinação de penasnaturais e felpas e poliésteres sintéticos formados em umamanta.
A patente U.S. No. 4.468.336, Smith, descreve iso-lamento com enchimento solto que é soprado em espaços. 0 ma-terial isolante compreende uma mistura de isolante celulósi-co de enchimento solto misturado com uma fibra misturado comuma fibra têxtil.
A patente U.S. No. 5.057.168, Muncrief, descreveisolante formado pela mistura de fibras aglutinadoras comfibras isolantes. As fibras isolantes são selecionadas apartir do grupo que consiste de fibras sintéticas e naturaisformadas em um bloco de material fibroso que pode ser corta-do em qualquer formato desejado.
A patente U.S. No. 5.458.971, Hernandez et al.,descreve uma mistura de fibra útil como um enchimento de fi-bra em vestimentas. A mistura de enchimento de fibra compre-ende fibra de poliéster oca enrugada e fibras aglutinadorasenrugadas.
A patente U.S. No. 4.040.371, Cooper et al. , des-creve um material de enchimento de fibra de poliéster quecompreende uma mistura de fibras de poliéster com fibras debase orgânicas.
A patente U.S. No. 5.492.580, Frank, descreve ummaterial formado pela mistura de uma mistura de primeirasfibras termoplásticas, termofixas, inorgânicas ou orgânicase segundas fibras termoplásticas.A patente U.S. No. 4.588.635, Donovan, descreveuma felpa sintética superior e tem referência particular asistemas de isolamento térmico com peso leve que podem serconseguidos por meio do uso de fibras finas em conjuntos debaixa densidade e descreve uma faixa de misturas de fibrasque, quando usadas para fabricar um bloco de material fibro-so isolante, proporciona vantajosas qualidades da felpa, talcomo uma alta razão entre quentura e peso, uma sensação ma-cia ao tato e boa recuperação na compressão. Este materialse aproxima e, em alguns casos pode até mesmo exceder, aspropriedades de isolamento térmico de felpa natural. De umponto de vista mecânico, no entanto, fibras extremamente fi-nas sofrem de deficiências de rigidez e resistência que tor-na difícil que elas sejam produzidas, manipuladas e usadas.Propriedades de recuperação de tal material de isolamentosintético são melhoradas em diâmetros maiores de fibras, masum aumento no componente de fibra grande reduzirá seriamenteas propriedades de isolamento térmico gerais. Os problemasassociados à estabilidade mecânica de conjuntos de fibrasfinas são exacerbados na condição molhada, já que as forçasde tensão superficial associadas à presença de água capilarsão consideravelmente maiores do que aquelas devido a forçasgravitacionais ou outras de carregamento de uso normal eelas têm um efeito muito mais deletério sobre a estrutura.
Ao contrário de felpa de aves aquáticas, a combinação de fi-bras descrita proporciona excelente resistência ao molhamento.A patente U.S. No. 4.992.327, Donovan et al., des-creve o uso de componentes de fibra aglutinadores para me-lhorar a integridade de isolamento sem comprometer os atri-butos desejados. Mais especificamente, a invenção descritarefere-se a material de isolamento térmico de fibra sintéti-ca na forma de uma estrutura de fibra coesiva, estruturaesta que compreende um conjunto de: (a) de 70 a 95 por centopor peso de microfibras poliméricas sintéticas tendo um diâ-metro de 3 a 12 mícrons; e (b) de 5 a 30 por cento por pesode microfibras poliméricas sintéticas tendo um diâmetro de12 a 50 mícrons, caracterizadas pelo fato de que pelo menosalgumas das fibras são coladas em seus pontos de contato,sendo que a colagem é tal que a densidade da estrutura re-sultante está dentro da faixa de 3 a 16 kg/m3, sendo que aspropriedades de isolamento do conjunto colado são iguais ounão substancialmente menores do que as propriedades de iso-lamento térmico de um conjunto não colado comparável. A re-ferência também descreve uma forma de feixe tipo felpa dasmisturas de fibra preferidas. As vantagens de desempenhodistintas da forma de feixe com relação ao bloco de materialfibroso também são descritas.
No entanto, feixes da técnica anterior, com fre-qüência, são geralmente fabricados a mão em um processo len-to e tedioso. Além do mais, os materiais da técnica anteriornão são materiais que possam ser facilmente soprados quepossam ser usados com equipamento de fabricação convencio-nal. Logo, existe a necessidade de um material que possa sersoprado que possa ser usado como uma substituição parcial outotal para felpa e que possa ser fabricado e soprado usandoequipamento convencional.
Sumário da Invenção
Logo, é um objetivo principal da invenção superaros inconvenientes dos materiais mencionados até agora.
É um outro objetivo da invenção proporcionar ummaterial que possa ser soprado para uso como uma substitui-ção completa ou parcial para felpa ou outro material de iso-lamento natural que possa ser soprado.
A invenção descrita aqui é feixe feito de bloco dematerial fibroso 100% retalhado. 0 bloco de material fibrosopode ser um lote de material fibroso termofixo que, de pre-ferência, compreende fibra com acabamento repelente a águaou acabamento lubrificante e/ou fibra seca e/ou fibra aglu-tinadora. O bloco de material fibroso é então retalhado me-canicamente em pequenos feixes que podem ser soprados atra-vés de equipamento convencional. O formato algo aleatóriodos feixes permite melhor empacotamento, o que resulta em umenchimento mais uniforme. Em uma outra modalidade, os feixessão combinados com materiais naturais, incluindo felpa,seda, lã, algodão e qualquer outro material natural que te-nha qualidades isolantes que sejam adequados para a finali-dade pretendida. Ainda em uma outra modalidade, um materialcompósito ou tanto com acabamento repelente a água e/ou fi-bra sintética com acabamento lubrificante e fibra sintéticaseca é aberto e forma mistura com os feixes junto com os ma-teriais naturais mencionados anteriormente. A finalidade detodas as modalidades é proporcionar material que pode sersoprado que tenha uma natureza armazenável, boas proprieda-des de compressão, e sensação ao tato, uniformidade e capa-cidade de formar mistura superior.
Breve Descrição dos Desenhos
A Figura Ia mostra uma vista frontal de uma moda-lidade preferida que mostra feixes da invenção.
A Figura Ib mostra uma vista frontal amplificadapor SEM da invenção mostrada na Figura la.
A Figura 2a mostra uma vista frontal de uma segun-da modalidade preferida que mostra feixes e um material na-tural, isto é, felpa.
A Figura 2b mostra uma vista frontal, ampliada porSEM, da invenção mostrada na Figura 2a.
A Figura 3 mostra um gráfico de comparação de ar-mazenamento depois de encharcar os materiais.
A Figura 4 mostra uma fotografia de comparação dearmazenamento depois de encharcar os materiais.
Descrição Detalhada da Invenção
O material inventivo compreende feixes feitos deum bloco de material fibroso sintético 100% retalhado. Obloco de material fibroso pode ou não ser termofixo, depen-dendo da composição do bloco de material fibroso. De prefe-rência, o bloco de material fibroso contém fibras com acaba-mento repelente a água ou com acabamento lubrificante e/oufibra seca e/ou fibra aglutinadora. 0 bloco de material fi-broso é retalhado mecanicamente uma ou mais vezes em peque-nos feixes que podem ser soprados e têm qualidades tipo fel-pa desejadas. É contemplado que uma manta (geralmente um ma-terial com uma camada) e bloco de material fibroso (geral-mente um material com múltiplas camadas), ou partes suas po-dem ser usados para fazer os feixes inventivos. A seguir, àguisa de exemplo, está uma descrição de métodos para a fa-bricação dos feixes.
Os feixes podem ser feitos com pedaços leves fei-tos com uma mistura de fibra-aglutinadora sintética adequa-da. A mistura de fibra é, de preferência, a mistura de fibradescrita na patente U.S. No. 4.992.327, Donovan et al., cujorelatório é incorporado aqui por referência. Outras modali-dades preferidas utilizam misturas de fibra que compreendemfibra com acabamento repelente a água ou fibra com acabamen-to lubrificante e/ou fibra seca e/ou fibra aglutinante. Pri-meiro, o retalho é coletado no lado de saída de uma carda emlatas comumente usadas para esta finalidade e passa direta-mente através de tubos aquecidos que colam termicamente amistura aglutinante-fibra. É importante que a etapa de cola-gem seja completada sem encolhimento e densificação dos re-talhos de carda. Cada extremidade de retalho cai através deum tubo vertical, ao mesmo tempo em que é centralizado poranéis guia, à medida em que ar aquecido sopra para cimaatravés do tubo, colando o conjunto armazenável, linear defibras. Quando da saída do tubo aquecido, o retalho é reti-rado para o lado de entrada de um cortador de fibra tipoguilhotina. Um corte limpo, sem os efeitos de densificaçãoda fusão de fibra no corte, é conseguido. Este método resul-ta em uma coleção de feixes de fibras muito compactos.O método acima foi testado utilizando bloco de ma-terial fibroso de fatias finas longas com 2,22 cm (7/8 pole-gadas) de espessura, 4 onças/jarda 2 de PRIMALOFT®(PRIMALOFT® ONE) , ao invés de pedaços de carda. 0 bloco dematerial fibroso PRIMALOFT® é uma estrutura colada, com ca-madas cruzadas, que consiste de uma mistura de fibras dotipo descrito em Donovan et al. , conforme discutido acima eencontra-se disponível comercialmente. Tiras de bloco de ma-terial fibroso, com largura de aproximadamente 2,22 cm (7/8polegada) , foram cortadas ao longo da direção transversal àmáquina (CD), tornando a orientação da fibra geralmente pa-ralela ao comprimento da tira e como aquele do retalho decarda. As tiras tiradas do bloco de material fibroso dePRIMALOFT® tinham sido coladas anteriormente e assim, tinhamintegridade suficiente para ser alimentadas facilmente nocortador. Acredita-se que colar antes de cortar também me-lhore a qualidade do corte. 0 cortador usado, uma unidade delaboratório fabricada por Ace Machinery Co., Japão e desi-gnado modelo No C-75, foi ajustado para cortar a intervalosde 2,22 cm (7/8 polegada) . Ela corta o lote alimentado dePRIMALOFT® em uma coleção de cubos tipo feixe (cada um comaproximadamente 2,22 cm χ 2,22 cm χ 2,22 cm (7/8 χ 7/8 χ 7/8polegada). A densidade da coleção de feixes pareceu ser si-gnificativamente menor do que 8,005 kg/m3 (0,5 libras/pé3),tornando-o um isolante parecido com felpa e com peso muitoeficiente. Uma densidade nominal de 8,005 kg/m3 (0,5 li-bras/pé3) e virtualmente nenhuma densificação foi observadodurante o corte.As densidades da coleção de feixes foram signifi-cativamente menores do que as densidades dos feixes indivi-duais. Se os feixes da invenção fossem feitos diretamente deretalhos de carda ao invés de bloco de material fibroso, osfeixes resultantes seriam algo cilíndricos no formato, aoinvés de cúbicos ou retangulares.
0 método preferido usa bloco de material fibrosoque consiste de camadas de carda dobradas, embora outrasformas fibrosas possam ser igualmente adequadas. As camadasde carda ou mantas, são formadas de preferência em bloco dematerial fibroso com densidades comparáveis àquelas da fel-pa. As camadas de carda são preparadas a partir de fibraaglutinante e/ou fibra seca e/ou fibras repelentes a águacom denier 0,5 - 6,0. Neste método preferido, as camadas decarda ou mantas compreendem 40% de fibra aglutinante, 30% defibra seca denier 1,4 e 30% de fibra repelente a água denier1,4. Estas fibras selecionadas são cardadas, de preferência,em um conjunto de 3 onças/ j arda quadrada por meio de umacarda metálica com um cilindro com faces estacionárias. Es-sas cardas foram obtidas a partir de Hollingsworth SacoLowell, Greenville, Carolina do Sul. A produção da carda éenviada através de fontes de calor elétricas ou acionadas agás para tornar termofixa a fibra aglutinante. 0 bloco dematerial fibroso é aquecido por um período e temperatura su-ficientes para fazer com que a fibra cole. Neste caso, astemperaturas usadas estavam entre 148,8 e 204,4°C (300 a400°F). 0 lote de material fibroso, agora tornado termofi-xo, é então retalhado, de preferência duas vezes, em umaRando Opener Blender (feita pela Rando Machine Company ofMacedonf NY) para formar os feixes inventivos. As Figuras Iae Ib são vistas frontais dos feixes, retalhados duas vezes.
Outras modificações podem incluir:
- aumentar o comprimento da matéria prima até olimite que pode ser cardado para melhorar a integridade e adurabilidade dos feixes;
- mudar o teor de fibra aglutinante para "ajustar"a capacidade de ser retalhada, cortada, a coesão e as ca-racterísticas de desempenho dos feixes;
- variar o tamanho, formato e razões de aspectodos feixes;
- usar um meio de colagem ultra-sônico adequadopara a finalidade;
- retalhar os feixes mais de uma vez;
- usar bloco de material fibroso que não seja ter-mo fixo; e
- retalhar apenas partes de bloco de material fi-broso ou manta.
Observou-se que os feixes retalhados duas vezessão mais macios e formam misturas mais facilmente do que osfeixes que são retalhados apenas uma vez. Além do mais, épossível tirar tiras ou fatias de bloco de material fibrosotermofixo que tenha sido fatiado e então pegar essas partesatravés de um processo de retalhamento padrão para formarfeixes.Diversas modificações dos exemplos dados acima se-rão possíveis e podem ser desejáveis, sem que se afaste doescopo da invenção.
As Figuras 2a e 2b mostram uma outra modalidadeonde os feixes formam misturas com um material natural, istoé, felpa. Essas modalidades alternativas foram avaliadasquanto a armazenamento e comportamento à compressão e foramtestados como enchimento para canais em pano. Descobriu-seque os materiais homogeneizados são superiores aos componen-tes individuais que o compreendem. Deve-se entender que ainvenção contempla o uso de outros materiais naturais taiscomo seda, lã, algodão e outro material de isolamento natu-ral adequado para a finalidade pretendida ou uma combinaçãodeles, em uma mistura com feixes. É óbvio que, até a exten-são necessária, tal material pode ser processado para pro-porcionar capacidade da mistura ser soprada. Também, a in-venção contempla ainda uma outra modalidade que compreende amistura de feixes, material natural e materiais sintéticosque incluem fibras abertas. As fibras abertas usadas na mis-tura podem ser qualquer mistura de fibra com denier 0,5 a6,0, repelentes a água ou com acabamento lubrificante.
Teste 1
Propriedades de feixes
11,3 kg (25 libras) de feixes de bloco de materialfibroso retalhados duas vezes, compreendendo 3 0% de fibrasrepelentes a água ou com acabamento lubrificante, 30% de fi-bras secas e 40% de fibras aglutinantes foram esvaziados emum tanque de mistura de uma estação de sopro. Os feixes dobloco de material fibroso retalhado abriram sozinhos quaseimediatamente uma vez que os batedores no tanque foram li-gados e passados através do sistema de medição e sopro semqualquer problema.
Teste 2
Propriedades de feixes misturados com um materialnatural, isto é, felpa
Subseqüentemente, 11,3 kg (25 libras) de felpa fo-ram adicionados ao tanque do Teste 1. Dentro de cinco minu-tos de formação de mistura, o produto pareceu muito uniformee muito parecido com felpa. O sopro do produto foi extrema-mente bom. O produto foi colocado em um colete para avalia-ção do tato. O produto espalhou bem. Também foi mais fáciltrabalhar com a mistura do que com a felpa sozinha.
Teste 3
Propriedades de um material natural, isto é, felpacom feixes adicionados
11,3 kg (25 libras) de felpa foram esvaziados emum tanque de mistura de uma estação de sopro. Subseqüente-mente, 11,3 kg (25 libras) do bloco de material fibroso re-talhado foram adicionados. Pareceu que os componentes forma-ram bem uma mistura, embora isso tenha levado mais tempopara ocorrer do que no método do Teste 2. Além do mais, oproduto resultante tinha um visual ligeiramente menos uni-forme. O produto soprou extremamente bem. O produto foi co-locado em um colete para avaliação do tato. A capacidade deespalhamento do produto foi menor do que aquela do produtodo Teste 2. No entanto, a mistura ainda era mais fácil detrabalhar do que com a felpa sozinha.
Os processos foram repetidos diversas vezes paraassegurar que o processo é reprodutível. Um lote de 22,6 kg(50 libras) do produto do teste 2 foi feito e 12 coletes fo-ram enchidos. A formação da mistura se deu sem esforço e foiuniforme como na tentativa anterior, e o produto soprou qua-se tão bem na felpa. No entanto, ao invés de uma razão de50/50 de feixes e felpa, a razão entre feixes/felpa foi mu-dada para 65/35. 0 produto nem soprou tão bem quanto a ra-zão de 50/50 nem foi tão uniforme.
Teste 4
O processo do Teste 2 foi repetido. No entanto, aoinvés de uma razão de 50/50 de feixes e felpa, a razão entrefeixes/felpa foi mudada para 75/25. 0 produto nem soprou tãobem quanto a razão de 50/50 nem foi tão uniforme.
Em resumo, as misturas que utilizam porcentagensmais altas de feixes homogeneizados com um material natural,isto é, felpa, tinham menos toque de felpa do que a misturade 50/50. Estas misturas também eram difíceis de medir emquantidades precisas. Dimensionamento em bocal de sopropode compensar isso. Em alguns casos, formação de misturamanual também pode ser incorporada para melhorar as proprie-dades das misturas.
A capacidade de resistir à absorção de água é umaárea onde os feixes são superiores à felpa. Foram conduzidostestes para medir compactação, ganho de água e densidade demisturas sintéticas e tipos de isolamento felpa/sintético efelpa quando secas e depois de diversas vezes encharcadoscom água.
Teste 5
No uso final, os materiais isolantes são usados emvestimentas ou sacos de dormir. De modo a representar umasituação de molhamento realística, os materiais de teste fo-ram colocados em fronhas de pano antes do encharcamento. Es-tas fronhas tinham 2 0,32 cm χ 22,86 cm (8" χ 9") e feitas denáilon de 3 onças/jarda quadrada costurado nas três bordas.
A quarta borda foi fechada com pinos de segurança.
Os materiais testados foram o material natural,isto é, felpa, 50/50 felpa/feixes de bloco de material fi-broso retalhado, feixes de bloco de material fibroso reta-lhado sozinho, feixes de bloco de material fibroso retalhadocom tratamento anti-estático. Doze (12) gramas de materialisolante foram colocados em cada fronha; três réplicas foramenchidas com cada tipo de material. A compactação inicial epeso de cada amostra foram medidos e registrados.
Cada amostra primeiro foi submersa em água a21,1°C (70°F) por 10 segundos e então permitiu-se que perma-necesse flutuando na água por 2 0 minutos. Naquele momento,cada amostra foi passada através de um espremedor industrialuma vez e medido. Cada amostra foi então batida vigorosamen-te por 10 segundos e foi novamente registrada. Então, asamostras foram submersas novamente por 10 segundos e o pro-cesso repetido tal que as medições pudessem ser feitas de-pois de 1, 2 e 4 horas de exposição a encharcamento total. AFigura 3 mostra um gráfico que compara o efeito na compacta-ção pela exposição ao encharcamento. A Figura 4 é uma ilus-tração que mostra as diferenças na compactação depois de ex-posição ao encharcamento onde (A) é felpa depois de quatrohoras de encharcamento, ser espremida e batida; (B) é 50/50felpa/bloco de material fibroso depois de quatro horas en-charcando, espremendo e batendo; e (C) é felpa seca.
Quando a mistura feixe/felpa foi lavada, a misturaficou com maior capacidade de compactação. Normalmente, sobcondições de desempenho molhado, a felpa não é tão compactá-vel quanto ela é seca. 0 felpa fica plana e, como resultado,fica mais fina. Os feixes (sozinhos e na mistura com felpa)mostram resistência superior à água e são melhorados pelalavagem e não formam grumos como é típico em material preen-chido apenas com felpa.
Nota-se que o uso de feixes (e fibras abertas)pode resultar em alguma eletricidade estática no produto, oque pode ser tratado com folhas de amaciamento de pano e/oujato de remoção de estática. Às vezes, é desejável tratar obloco de material fibroso (antes do retalhamento) com umtratamento de remoção de estática.
Assim, por meio da presente invenção, suas vanta-gens serão realizadas e, embora modalidades preferidas te-nham sido ilustradas e descritas em detalhes aqui, seu esco-po não deve ficar limitado. Ao invés disso, seu escopo deveser determinado por aquele das reivindicações em anexo.

Claims (8)

1. Material isolante que pode ser soprado, compre-endendo um ou mais dos materiais fibrosos do grupo que con-siste em bloco de material fibroso colado, manta colada, umaparte de bloco de material fibroso colado, e uma parte demanta colada, CARACTERIZADO pelo fato de que o material fi-broso é retalhado uma ou mais vezes em feixes de formas ale-atórias que podem ser soprados, os quais são compreendidosde fibras aleatórias coladas junto a uma pluralidade de pon-tos de contato entre as fibras.
2. Material isolante que pode ser soprado, de a-cordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de es-tar em mistura com um material isolante natural que pode sersoprado.
3. Material isolante que pode ser soprado, de a-cordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de queo material natural compreende um ou mais tirados do grupoque consiste de felpa, lã, seda e algodão.
4. Material isolante que pode ser soprado, de a-cordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO adicionalmentepelo fato de compreender um ou mais dos materiais seleciona-dos do grupo que consiste de fibra sintética repelente a á-gua aberta, fibra sintética com acabamento lubrificante efibra sintética seca.
5. Material isolante que pode ser soprado, de a-cordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de queo material natural compreende um ou mais tirados do grupoque consiste de felpa, lã, seda ou algodão.
6. Material isolante que pode ser soprado, de a-cordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de queos feixes compreendem não mais do que 50% da mistura.
7. Material isolante que pode ser soprado, de a-cordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de quea fibra seca é poliéster seco e a fibra repelente a água oucom acabamento lubrificante é poliéster siliconizado.
8. Material isolante que pode ser soprado, de a-cordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de quea mistura do tipo definido na reivindicação 1 compreende nãomais do que 40 a 75% por peso da mistura.
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