BR112019025968B1 - Método para fabricar uma manta não tecida composta - Google Patents

Abstract

São divulgadas aqui melhorias nos processos e equipamentos para a fabricação de mantas não tecidas compostas compreendendo uma mistura de duas ou mais fibras diferentes e formadas a partir de pelo menos duas correntes de fibras arrastadas pelo ar. Adjacente ao perímetro de um espaço de saída de uma das correntes de fibra, está localizada uma série de abas e aberturas espaçadas. À medida que uma primeira corrente de fibras arrastadas pelo ar passa pela série de abas e aberturas, nela são formados vórtices. Quando misturados com uma segunda corrente de fibras arrastadas pelo ar, os vórtices dentro da primeira corrente de fibras causam aumento da mistura das fibras, ajudando a conduzir as primeiras fibras mais profundamente na segunda corrente de fibras arrastadas pelo ar.

Description

[001] Este pedido reivindica prioridade sobre o pedido de patente provisório dos EUA número 62/527326, depositado em 30 Jun 2017, cujo conteúdo inteiro é incorporado aqui por referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se a métodos para fazer mantas não tecidas coerentes compreendendo uma mistura de duas ou mais fibras diferentes.

FUNDAMENTOS

[003] Vários métodos diferentes são conhecidos na técnica no que diz respeito à formação de mantas não tecidas. Por exemplo, mantas não tecidas são conhecidas por serem feitas entre vários processos tais como spunbonding, meltblowing, hidroemaranhamento, cardagem e assim por diante. Além disso, muitos desses processos podem ser adaptados de modo a formar mantas não tecidas com combinações de diferentes fibras. Por exemplo, como é geralmente conhecido, diferentes fluxos de fibras podem ser introduzidos juntos e misturados até certo ponto, conforme descrito em US5350624, para Georger; US5853635, para Morell et al., US6263545, para Pinto, e assim por diante. No entanto, o grau e/ou natureza da mistura não é facilmente controlado ao reunir correntes distintas de fibras a altas taxas. Embora a mistura mais agressiva de fibras possa ser alcançada alterando o ângulo de impacto, velocidade e outros aspectos dos fluxos de fibras, muitas vezes essas condições do processo também podem impactar negativamente outros atributos da mantas formada, como maciez, resistência, integridade, etc. Assim, é necessário um processo melhorado que permita maior controle sobre a mistura de diferentes fluxos de fibra, sem sacrificar outros atributos desejados da mantas não tecida formada.

[004] Portanto, a presente invenção fornece um processo de mistura de diferentes fluxos de fibras que promove maior mistura de fibras e que pode ser facilmente adaptado para modificar o grau e/ou a natureza da mistura a ser alcançada para um determinado processo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] O método aperfeiçoado da presente invenção inclui a utilização de uma calha com primeira e segunda paredes opostas que definem uma passagem e uma fenda de saída e ainda com uma série de abas espaçadas que se estendem para fora, adjacentes ao perímetro da fenda de saída. As abas podem ter uma largura entre cerca de 0,5 e cerca de 10 cm e, entre as abas, uma abertura ou espaço aberto pelo qual o ar é permitido fluir lateralmente em relação à direção da passagem. As primeiras fibras são arrastadas em uma primeira corrente de ar e direcionadas para baixo através da calha em alta velocidade e para fora da calha através da abertura de saída e abas adjacentes. À medida que as primeiras fibras arrastadas pelo ar passam pela série de abas e aberturas, vórtices são formados dentro das primeiras fibras arrastadas pelo ar. As segundas fibras são arrastadas separadamente dentro de uma corrente de ar e, imediatamente abaixo do espaço de saída, são direcionadas para colidir com a primeira corrente de fibras arrastadas pelo ar, em que as segundas fibras e as primeiras fibras se misturam e formam uma corrente composta de fibras arrastadas pelo ar. A formação dos vórtices dentro da primeira corrente de fibras atua para causar aumento da mistura das fibras, ajudando a conduzir as primeiras fibras mais profundamente na corrente arrastada pelo ar das segundas fibras. Depois disso, a corrente composta de fibras arrastadas por ar é depositada sobre uma superfície formadora foraminosa, formando assim uma mantas não tecida.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[006] A Figura 1 é uma vista lateral de um sistema para fazer uma mantas não tecida composta de acordo com a presente invenção.

[007] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um gerador de vórtice para uso na presente invenção.

[008] As Figuras 3A, 3B e 3C são vistas laterais de diferentes geradores de vórtice, vistas da direção da máquina.

[009] A Figura 4 é uma vista lateral de um sistema que emprega um gerador de vórtice da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0010] Em todo o relatório descritivo e reivindicações, a discussão dos métodos, artigos e/ou componentes individuais dos mesmos é realizada com o entendimento abaixo.

[0011] (i) O termo "compreendendo" ou "incluindo" ou "tendo" são inclusivos ou de amplo sentido e não excluem elementos, componentes ou etapas de método adicionais não citados. Consequentemente, os termos "compreendendo" ou "incluindo" ou "tendo" abrangem os termos mais restritivos "consistindo essencialmente em" e "consistindo em".

[0012] (ii) Como usado aqui, "fibras contínuas" significam fibras formadas de maneira contínua e ininterrupta, com um comprimento substancialmente indefinido e com uma alta proporção (comprimento para diâmetro) superior a 10.000:1.

[0013] (iii) Conforme usado neste documento, "fibras de comprimento descontínuo" significam fibras sintéticas contínuas cortadas no comprimento ou fibras naturais, com essas fibras tendo um comprimento entre cerca de 0,5 mm e cerca de 60 mm. O comprimento dessas fibras sendo o da fibra reta (por exemplo, não contorcida).

[0014] (iv) Conforme usado aqui, a menos que expressamente indicado de outra forma, quando usados em relação às composições de materiais, os termos "porcentagem" ou "%" se referem à quantidade em peso de um componente como uma porcentagem do total.

[0015] (v) Conforme usado neste documento, o termo “celulósico” significa aqueles materiais que compreendem ou derivam da celulose, incluindo celulose natural ou sintética, bem como os derivados de fonts lenhosas e não lenhosas.

[0016] (vi) Conforme usado neste documento, o termo "polímero" geralmente inclui, mas não está limitado a, homopolímeros, copolímeros, tais como, por exemplo, copolímeros em bloco, de enxerto, aleatórios e alternados, terpolímeros, etc., e misturas e modificações dos mesmos. Além disso, salvo especificação em contrário, o termo “polímero” deve incluir todas as possíveis configurações geométricas da molécula. Essas configurações incluem, mas não estão limitadas a simetrias isotáticas, sindiotáticas e aleatórias.

[0017] (vii) Conforme usado neste documento, "polímero de propileno" significa um polímero tendo mais que 50% de teor de propileno.

[0018] (viii) Conforme usado neste documento, o termo "trama não tecida" significa uma estrutura ou uma trama de material que foi formada sem o uso de processos de formação de tecido tradicional, tais como tecelagem ou trama têxtil, para produzir uma estrutura de fibras ou fios individuais que são entrelaçados ou emaranhados, mas não de uma forma repetitiva, identificável.

[0019] (ix) Conforme usado neste documento, o termo "direção da máquina" ou "MD" se refere à direção de deslocamento da superfície de formação sobre a qual as fibras são depositadas durante a formação de uma trama fibrosa.

[0020] (x) Conforme usado neste documento, o termo "direção transversal à máquina" ou "CD" se refere à direção que é essencialmente perpendicular à direção da máquina definida acima.

Gerador de Vórtice

[0021] Como mostrado em referência à representação esquemática da Fig. 1, é mostrado um sistema 10 para uso na prática do método da presente invenção. Um bocal ou calha 20 é fornecido com uma primeira parede 22 e uma segunda parede 23 que define uma passagem 24 e uma direção da passagem 26 (isto é, a direção na qual o ar e as fibras arrastadas pelo ar viajam para baixo através da calha). Embora duas paredes sejam mostradas para facilidade de referência, será prontamente apreciado que o sistema pode ter paredes opostas adicionais e fornecer uma calha que seja totalmente fechada juntamente à sua altura. No que diz respeito aos sistemas de calha fechada, tipicamente a passagem teria uma configuração retangular e, nesse sentido, a primeira e a segunda paredes aqui mencionadas corresponderiam às paredes mais longas que definem a calha retangular e que se estendem na direção transversal. O comprimento da primeira e da segunda paredes, ou seja, o comprimento que se estende na direção transversal, pode variar significativamente, incluindo, por exemplo, comprimentos entre cerca de 0,5 e cerca de 5 M ou mesmo entre cerca de 1 M e cerca de 3 M. A altura das paredes 22, 23, isto é, o comprimento da passagem 24 que atravessa a folga de alimentação 28 e a folga de saída 30, pode ser de cerca de 4 M ou menos. A passagem 24 tem uma folga de alimentação 28, onde a corrente de fibra é introduzida na passagem 24 e uma folga de saída 30, onde a corrente de fibra existe na passagem 24. O intervalo de saída 30 pode ter uma largura de intervalo, isto é, a distância entre a primeira e a segunda paredes 22, 23, entre cerca de 0,5 cm e cerca de 15 cm. Será prontamente entendido que, em uma calha totalmente fechada, a terceira e a quarta paredes que se estendem na direção da máquina abrangerão o espaço entre a primeira e a segunda paredes e serão unidas a elas para definir o perímetro da calha.

[0022] Adjacente ao espaço de saída 30 está um gerador de vórtice 40. Como melhor visto em relação às Figuras 2 e 3, o gerador de vórtice compreende uma série de abas espaçadas 42 adjacentes ao perímetro 31 do espaço de saída 30. As abas 42 se estendem para fora paralelamente ou substancialmente paralelas à direção da passagem 24. Em um aspecto, as abas podem se estender em um ângulo de +/- 45 graus em relação à direção da passagem 26, entre cerca de +/- 30 graus em relação à direção da passagem 26 ou entre +/- 15 graus em relação à direção da passagem 26. Em certas modalidades, as abas podem ser articuladas ou ajustáveis de modo que seu ângulo em relação à direção da passagem possa ser facilmente alterado. Em certas modalidades, as abas podem ser posicionadas para serem niveladas com o espaço de saída 30 ou a parede interna 22a da calha. Alternativamente, as abas podem ser posicionadas ligeiramente para trás a partir do perímetro do espaço de saída 30. Em certas modalidades, as abas podem ser posicionadas de modo a ficarem alinhadas com o perímetro do espaço de saída (isto é, alinhadas com as paredes internas 22a) e são anguladas de modo que elas se estendam (i) paralelamente à direção da passagem, (ii) paralelamente ao plano da parede interna da passagem adjacente, (iii) externamente, tal como longe do plano da parede interna da passagem adjacente ou longe do primeiro fluxo, ou (iv) internamente, tal como longe da parede externa ou em direção à parede da primeira corrente. Em ainda outras modalidades, a base das abas pode ser posicionada ligeiramente para fora ou para trás a partir do perímetro do espaço de saída e se estender (i) paralelamente à direção da passagem, (ii) paralela ao plano da parede interna da passagem adjacente, (iii) externamente, tal como longe do plano da parede interna da passagem adjacente ou longe da primeira corrente; ou (iv) interiormente, tal como na direção do plano da parede interna da passagem adjacente ou em direção à primeira corrente. Desejavelmente, a localização das abas sob o espaço de saída e os ângulos da aba são selecionados de modo que não se estendam diretamente para o fluxo da primeira corrente de fibras arrastadas por ar e/ou não se estendam para dentro dos planos das paredes internas da passagem. Em uma modalidade particularmente desejável, as abas se estendem para fora das paredes, de modo que ambas estejam niveladas com as paredes de extensão CD 22 e/ou 23 e se estendem paralelamente à direção da passagem 26. Embora as abas sejam mostradas como se estendendo da primeira e da segunda paredes opostas, será apreciado que as abas podem opcionalmente ser posicionadas adjacentes a apenas uma das paredes. O gerador de vórtice, incluindo as abas, desejavelmente se estende ao longo de todo o comprimento CD das paredes, embora opcionalmente possa se estender por menos do que todo o comprimento das paredes, por exemplo, as abas podem se estender por mais de 60%, 70%, 80% ou mesmo 90% da parte inferior das paredes na direção CD. Por exemplo, o gerador de vórtice e/ou abas podem se estender entre cerca de 60-100%, 70-100%, 80-100% ou mesmo 90-100% da parte inferior das paredes estendidas CD, formando a passagem e/ou calha.

[0023] As abas podem ter uma ou mais formas diferentes, incluindo formas triangulares, Reuleaux triangulares, quadradas, retangulares, semicírculos, semielípticas ou outras formas geométricas ou curvilíneas. Por exemplo, abas em forma triangular 42 são mostradas na Fig. 3A, abas em forma retangular 42 são mostradas na Fig. 3B e abas em forma sinusoidal 42 são mostradas na Fig. 3C. Em um aspecto adicional, a série de tais abas moldadas pode ser apresentada de maneira regular e repetida, com tamanho e formato idênticos; essa estrutura apresentaria uma estrutura geralmente semelhante a uma onda, como uma onda senoidal, onda triangular, onda quadrada, onda retangular, etc. No entanto, as abas não precisam ter tamanho e/ou forma idênticos. Em certas modalidades, a forma da aba terá um ou mais cantos agudos em oposição aos recursos arredondados; por exemplo, os cantos formados a partir de abas triangulares ou quadradas. Em certas modalidades, a forma da aba pode ter um ou mais cantos, tendo um ângulo interno onde os dois lados se encontram, superior a cerca de 30, 35, 40 ou 45 graus e inferior a cerca de 110, 100, 90 ou 85 graus. Além disso, as abas nas paredes opostas podem ser alinhadas no MD, escalonadas (parcialmente deslocadas) ou deslocadas completamente uma em relação à outra. Por exemplo, em referência à Fig. 3A, as abas 42a que se estendem abaixo da primeira parede 22 são totalmente deslocadas das abas 42b que se estendem abaixo da segunda parede oposta 23 (não mostrada). Ainda mais, e em referência à Fig. 3B, as abas 42a que se estendem abaixo da primeira parede 22 são parcialmente deslocadas das abas 42b que se estendem da segunda parede 23 oposta (não mostrada). Ainda em referência à Fig. 3B, as abas 42a que se estendem abaixo da primeira parede 22 estão parcialmente alinhadas com as abas 42b que se estendem da segunda parede oposta (não mostrada); em outras palavras, as abas estão parcialmente deslocadas uma da outra, como visto no MD. Em referência à Fig. 3C, nesta modalidade, as abas 42 em ambas as paredes estendidas do CD oposto estão totalmente alinhadas no MD e, portanto, a aba oposta na parede oposta não pode ser vista. Em tal modalidade, as aberturas 43 abaixo das paredes opostas são alinhadas no MD e podem ser totalmente desobstruídas na direção do MD em ambos os lados. Além disso, em certas modalidades, a borda da aba, formando a forma geral ou macro, pode ter microformas nela, tais como bordas microssinodiodais, recortadas, crenuladas ou serrilhadas; por exemplo, uma borda dupla serrilhada.

[0024] Em certas modalidades, as abas 24 podem ter uma altura (h) entre cerca de 0,2 e cerca de 4 cm, ou entre cerca de 0,3 e cerca de 2 cm, ou mesmo entre cerca de 0,5 cm e cerca de 1,5 cm. A altura (h) é a distância medida do pico da aba até o ponto mais baixo da calha ou canal. O espaçamento das abas será tipicamente influenciado por sua altura, assim, em certas modalidades, o espaçamento centro-a-centro (d) pode estar entre cerca de 0,75 e cerca de 5 vezes a altura ou mesmo entre 1 e 3 vezes a altura. A título de exemplo, em certas modalidades, as abas podem ter um centro-a- centro ou espaçamento (d) entre cerca de 0,4 a cerca de 10 cm, ou entre cerca de 0,6 a cerca de 8 cm ou mesmo entre cerca de 1 cm e cerca de 3 cm . Além disso, em certas modalidades, as abas podem ter uma espessura (t) medida no MD que é substancialmente igual ou menor que a das paredes estendidas CD da calha. Por exemplo, as abas podem ter menos de cerca de 90%, 50%, 30%, 10% ou 5% da espessura das paredes estendidas CD da calha. Em certas modalidades, as abas podem ter uma espessura entre cerca de 0,5 mm e cerca de 30 mm, embora seja desejável que as abas sejam relativamente finas, como tendo uma espessura entre cerca de 0,8 mm e 5 mm. Entre as abas estão aberturas ou calhas 43 que permitem o movimento do ar geralmente ortogonalmente à direção da passagem 26 e/ou paralelamente ao MD.

[0025] O gerador de vórtice pode ser fixado às paredes por um ou mais meios conhecidos na técnica, como, por exemplo, através do uso de adesivo, soldas, cavilhas, parafusos ou outros elementos de fixação. Para facilitar a conexão e a fabricação, e como melhor se vê em referência à Fig. 2, o gerador de vórtice pode ter uma base 44 adjacente à parte inferior da parede do canal e que se estende atrás das abas 42. A base 44 se estende para fora ou para longe das paredes internas 22a em direção às paredes externas opostas 22b. No entanto, é importante que a base ou outros elementos não obstruam os espaços abertos 43 localizados entre as abas individuais 42. A este respeito, o espaço não obstruído adjacente e atrás das abas permite que o ar viaje entre as abas em uma direção geralmente lateral ou ortogonal em relação à direção da passagem. Acredita-se que, à medida que o primeiro fluxo de fibras arrastadas por ar passa pelas abas, o fluxo fibroso arrastado por ar adjacente às aberturas começa a se expandir imediatamente antes do fluxo fibroso arrastado por ar adjacente às abas, resultando em energia e movimento rotacionais e movimento que, por sua vez, gera uma mistura mais agressiva ou melhor com fibras adicionais introduzidas imediatamente abaixo do gerador de vórtice.

Sistema e Método de Fabricação do Não Tecido Composto

[0026] Como mostrado em referência à Fig. 1, é mostrada uma representação esquemática de um aparelho ou sistema 10 para uso na prática do método da presente invenção. Uma corrente de primeiras fibras 12 é introduzida em uma primeira corrente de ar 14 gerada por um soprador 15, por exemplo, ventilador, jato ou outro aparelho similar. A corrente de ar 14 capta e/ou transporta as primeiras fibras 12 e forma uma primeira corrente de fibras arrastadas por ar 16. As primeiras fibras 12 podem ser introduzidas no processo por um ou mais geradores de fibra 13a. A este respeito, as fibras podem ser fabricadas em linha ou podem ser fabricadas anteriormente e separadas para introdução no processo. No que diz respeito às fibras pré- fabricadas, equipamentos como catadores, moinhos de martelos ou equipamentos semelhantes podem ser usados para separar e introduzir as fibras individuais na corrente de ar. Alternativamente, as fibras podem ser feitas em linha.

[0027] A primeira corrente de fibras arrastadas por ar 16 é direcionada para a calha 20 através do espaço de entrada 28. A velocidade das primeiras fibras quando elas saem da calha através da abertura de saída 30 e passam pelo gerador de vórtice 40 é de pelo menos 50 M/segundo, como, por exemplo, estando entre cerca de 50 M/segundo e cerca de 200 M/segundo. Ao sair do espaço de saída 30 e passar adjacente e após o gerador de vórtice 40, a primeira corrente de fibras arrastadas por ar 16 continuará até ser atingida por uma segunda corrente de fibras arrastadas por ar 50. As segundas fibras 52 são captadas e/ou transportadas por uma segunda corrente de ar 54, gerada por um segundo soprador 13b, e a segunda corrente de fibras arrastadas por ar 50 é direcionada para o caminho da primeira corrente 16. As primeira e segunda correntes 16, 50 se cruzam e o momento e o movimento das respectivas correntes fazem com que a primeira e a segunda fibras 12, 52 se misturem e, desse modo, formam uma corrente composta 60 compreendendo uma mistura da primeira e da segunda fibras 12, 52. Como observado acima, o grau de mistura é aprimorado nas direções MD e/ou CD como resultado do movimento lateral e/ou rotacional adicional das primeiras fibras 12 transmitidas pelo gerador de vórtice 40. No entanto, deve-se notar que o grau e a natureza da mistura de fibras podem ser ainda mais influenciados por aspectos adicionais do processo, como, por exemplo, o controle do ângulo de impacto, velocidade do ar, temperatura do ar, distância de formação e outros aspectos do processo. Em certas modalidades, o ângulo de impacto, ou seja, a direção da segunda corrente de fibra em relação à direção da primeira corrente de fibra, pode estar entre cerca de 90° e cerca de 20° ou entre cerca de 80° e 35° ou mesmo entre cerca de 60° e 40°.

[0028] A corrente composta 60 é direcionada para uma superfície de formação 70. A superfície de formação 70 pode compreender qualquer uma das inúmeras superfícies de moldagem conhecidas, como por exemplo uma correia, arame, tecido, tambor e assim por diante. Tipicamente, será desejável que a superfície de formação seja foraminosa. Onde é desejado que a manta não tecida resultante tenha textura adicional, uma superfície de formação com uma topografia desejada pode ser usada, como por exemplo, as superfícies de formação descritas em US5575874, para Griesbach et al., US6790314, para Burazin et al., US9260808, para Schmidt et al. e assim por diante. Como é comum em processos de fabricação contínuos, a superfície de formação é movida lateralmente sob a calha e as correntes de fibras. A taxa em que as fibras são introduzidas, por exemplo, massa de fibras transmitidas ou extrudadas por segundo, é selecionada em combinação com a velocidade da superfície de formação, isto é, M/segundo, para obter um não tecido com a gramatura desejada. Ajudando com o desenho da corrente de fibra composta 60 e a coleção dos fluxos de ar, está um ou mais aspiradores 72 posicionados sob a superfície de formação 70, de modo que a superfície de formação 70 esteja entre a calha 20 e o aspirador 72. O aspirador ajuda a puxar as fibras para a superfície de formação, bem como puxa o ar que entra pela superfície de formação e coleta o mesmo para impedir que ele se desloque ou cause impacto nas fibras uma vez depositadas.

[0029] Uma vez depositada na superfície de formação 70, nela é formada uma manta não tecida 64. Em certas modalidades, a manta não tecida como depositada pode ter o grau de integridade desejado sem quaisquer tratamentos adicionais, como nos casos em que as segundas fibras são introduzidas na região de impacto quando ainda semifundidas. Nos casos em que a integridade adicional da manta é necessária e/ou desejada, a manta pode ser tratada de uma ou mais maneiras para aumentar o grau de emaranhamento de fibras, como por hidroemaranhamento, ou para gerar ligações fibra-a-fibra, como através da uso de adesivos, colagem térmica e assim por diante. Em certas modalidades, a ligação entre fibras pode ser alcançada de forma autogênica onde fibras termoplásticas são empregadas. Por exemplo, onde fibras bicomponentes ou aglutinantes são incluídas em uma das correntes de fibra, após a manta não tecida ter sido depositada, ela pode ser aquecida a uma temperatura igual ou superior ao ponto de fusão das fibras aglutinantes ou do componente de baixa fusão, a fim de criar ligações nos pontos de contato da fibra. Ainda em outras modalidades, ligação adicional e integridade da manta aumentada podem ser alcançadas através da formação de ligação de ponto térmico. A este respeito, como é conhecido na técnica, o não tecido pode ser passado através de um estreitamento formado por um par de rolos de gravação, em que pelo menos um dos rolos tem um padrão de protuberâncias ou "pinos" correspondentes ao padrão desejado de ligação pontos. A ligação pode ser usada como desejado para aumentar a integridade da manta, bem como criar a estética e/ou recursos texturais desejados na manta. Apenas a título de exemplo, vários métodos de gravação são mostrados e descritos em US3855046, para Hansen et al.; US5620779, concedida a Levy et al; US6036909, para Baum; US6165298, para Samida et al.; US7252870, para Anderson et al. e assim por diante. A área gravada total será geralmente menor que cerca de 50% da área de superfície da trama não tecida e, mais desejavelmente, será de entre cerca de 2% e cerca de 30% da trama ou mesmo entre cerca de 4% e cerca de 20% da trama.

[0030] Em um aspecto particular, e em referência à Fig. 4, o gerador de vórtice e o processo da presente invenção podem ser empregados na fabricação de uma manta não tecida composta compreendendo uma mistura de fibras sopradas por fusão e fibras de comprimento descontínuas. Nesse processo, pelo menos um cabeçote de matriz meltblown é disposto perto da saída da calha. De preferência, são empregues dois cabeçotes de matriz meltblown, tais como são posicionados em lados opostos da corrente de fibra que sai da calha. A título de exemplo não limitativo, processos e técnicas adequados para a formação de tais mantas compostas são descritos em US4100324, para Anderson, et al.; US5350624, para Georger et al.; e Publicação de Pedido de Patente dos EUA N° 2003/0200991, para Keck et al., 2007/0049153, para Dunbar et al. e 2009/0233072, para Harvey et al., todos os quais são aqui incorporados na sua totalidade por referência à extensão consistente com isso.

[0031] As fibras de comprimento descontínuas, tais como fibras de polpa, podem ser introduzidas na calha 144 usando equipamento como um arranjo de rolo coletor 136 tendo uma pluralidade de dentes 138 adaptados para separar um tapete ou uma manta de fibras 140 nas fibras individuais de comprimento descontínuas. As fibras também podem, como é bem conhecido, ser introduzidas a partir de fardos (não mostrados). Quando empregadas, as folhas ou mantas 140 de fibras são alimentadas ao rolo coletor 136 por um arranjo de rolos 142. Depois que os dentes 138 do rolo coletor 136 separaram o tapete de fibras em fibras separadas de comprimento descontínuas (não mostradas), as fibras individuais são transportadas através de uma calha 144. Um alojamento 145 envolve o rolo coletor 136 e fornece uma passagem ou espaço 148 entre o alojamento 145 e a superfície dos dentes 138 do rolo coletor 136. Um fluxo de ar é fornecido para a passagem ou espaço 148 entre a superfície do rolo coletor 136 e o alojamento 146 por meio de um duto de ar 150. O duto de ar 150 direciona o ar para baixo através do espaço 148 que arrasta fibras individuais para dentro da calha 144. O ar fornecido pelo duto 150 serve para arrastar fibras soltas no espaço 148 e também remover fibras dos dentes 138 do rolo coletor 136. Uma segunda corrente de ar é introduzida através do duto de ar 152 que ajuda a garantir que as fibras sejam removidas dos dentes do coletor e direcionadas de volta para o espaço 148 e a corrente de ar entrando na parte superior da calha 144. Os suprimentos de ar são selecionados para ter quantidade e velocidade suficientes para garantir que as fibras sejam efetivamente removidas dos dentes do coletor e também que as fibras arrastadas sejam direcionadas para dentro e para baixo através da calha 144. O ar pode ser fornecido por qualquer arranjo convencional, como, por exemplo, um soprador de ar (não mostrado). Está contemplado que aditivos e/ou outros materiais possam ser adicionados ou arrastados na corrente de ar juntamente com as fibras individuais ou para tratar as fibras.

[0032] Ainda em referência à modalidade mostrada na Fig. 4, uma composição de polímero termoplástico pode ser introduzida nas extrusoras 114a e 114b a partir dos funis de grânulos 112a e 112b correspondentes. As extrusoras 114a e 114b possuem um fuso de extrusão (não mostrado), que é acionado por um motor de acionamento convencional (não mostrado). À medida que o polímero avança através das extrusoras 114a e 114b, é progressivamente aquecido a um estado fundido devido à rotação do fuso de extrusão pelo motor de acionamento. O aquecimento pode ser realizado em uma pluralidade de etapas discretas, com sua temperatura sendo gradualmente elevada à medida que avança através de zonas de aquecimento discretas das extrusoras 114a e 114b em direção a duas matrizes por fusão 116a e 116b, respectivamente. As matrizes por fusão 116 e 118 podem ser ainda outra zona de aquecimento onde a temperatura da resina termoplástica é mantida em um nível elevado para extrusão.

[0033] Quando dois ou mais cabeçotes de matriz meltblown são utilizadas, como descrito em relação a esta modalidade, deve ser entendido que as fibras produzidas a partir dos cabeçotes de matriz individuais podem ser elas mesmas tipos diferentes de fibras. Ou seja, um ou mais tamanhos, formas ou composições poliméricas podem diferir e, além disso, as fibras podem ser fibras monocomponentes ou multicomponentes. Alternativamente e/ou adicionalmente, cada cabeçote de matriz pode extrudir aproximadamente a mesma quantidade de polímero por unidade de tempo ou, conforme desejado, um cabeçote de matriz pode ter uma taxa de extrusão mais alta que o outro, de modo que a proporção de fibras varie lateralmente. Em outras palavras, em certas modalidades também pode ser desejável ter a produção de gramatura relativa inclinada, de modo que um cabeçote de matriz ou outra seja responsável pela maioria das fibras meltblown contidas na manta não tecida composta.

[0034] Como é conhecido no que diz respeito à formação de fibras meltblown, correntes de ar de alta velocidade atenuam as fibras extrudidas por fusão 120a, 120b que saem da matriz 116a, 116b. Cada matriz meltblown 116a, 116b é posicionada de modo que duas correntes de ar atenuante por matriz convirjam para formar uma única corrente de ar que penetra e atenua os fios fundidos 120a, 120b quando eles saem de pequenos orifícios ou buracos 124a, 124b em cada matriz meltblown. Os fios fundidos 120a, 120b são formados em fibras geralmente menores que o diâmetro dos orifícios 124. Assim, cada matriz meltblown 116a e 116b tem uma corrente única correspondente 126a e 126b de fibras meltblown de polímero termoplástico arrastado por ar. As correntes de fibras meltblown atenuadas por ar 126a e 126b contendo fibras de polímero são direcionadas para convergir para uma zona de impacto 130. Tipicamente, os cabeçotes de matriz meltblown 116a e 116b são dispostos em um ângulo agudo em relação à corrente de fibra descontínua 134 que sai da calha 144.

[0035] A primeira corrente 134 de fibras básicas arrastadas pelo ar, tendo sido direcionada através da calha 144 e após o intervalo de saída 132 e o gerador de vórtice 170, é impactada pelas duas correntes 126a e 126b de fibras meltblown de polímero termoplástico 120a e 120b, respectivamente, na zona de impacto 130. Ao mesclar a primeira corrente 134 contendo as fibras descontínuas entre as duas correntes 126a e 126b de fibras meltblown de polímero termoplástico 120a e 120b, todas as três correntes de gás convergem de maneira controlada e criam uma corrente composta mista 156. No entanto, frequentemente as correntes de fibras não são uniformemente misturadas e, em vez disso, é obtida uma estrutura gradiente. Além disso, como as fibras meltblown 120a, 120b permanecem relativamente pegajosas e semifundidas após a formação, as fibras meltblown 120a e 120b podem aderir e enredar simultaneamente com as fibras descontínuas em contato com as mesmas para formar uma estrutura não tecida coerente após deposição sem a necessidade de adicional ligação ou tratamento.

[0036] Para converter a corrente composta 156, compreendendo a corrente combinada de fibras poliméricas termoplásticas arrastadas pelo ar 126a, 126b e fibras descontínuas arrastadas pelo ar 134, em uma estrutura não tecida composta totalmente coerente 154, um dispositivo de coleta está localizado no caminho da corrente composta 156. O dispositivo de coleta pode ser uma superfície formadora foraminosa 158 (por exemplo, correia, tambor, fio, tecido, etc.) acionada pelos rolos 160 e que está girando conforme indicado pela seta 162. As correntes fundidas 156 de fibras meltblown e fibras descontínuas são assim coletadas, formando uma manta não tecida composta coerente 154. Uma caixa de vácuo 162 é desejavelmente empregada para auxiliar na remoção da corrente composta na superfície de formação 158 e na remoção do ar que entra. A manta não tecida resultante 154 é coerente e pode ser removida da superfície de formação 158 como um material não tecido autoportante e posteriormente processada e/ou convertida conforme desejado. Fibras e Mantas Compostas

[0037] Como observado acima, as mantas não tecidas podem incluir fibras de comprimento descontínuas e essas fibras podem compreender fibras sintéticas, fibras naturais ou combinações dos mesmos. Uma grande variedade de fibras descontínuas está disponível comercialmente e não se acredita que a presente invenção seja limitada em relação à fibra específica selecionada. As escolhas podem ser feitas, como é conhecido por aqueles versados na técnica, a fim de alcançar as propriedades, custos desejados e assim por diante.

[0038] Em certas aplicações, pode ser desejável que as fibras descontínuas compreendam fibras absorventes, tais como, por exemplo, fibras celulósicas. As fibras celulósicas podem compreender fibras tradicionais de fabricação de papel, incluindo fibras lenhosas, como as obtidas de árvores decíduas e coníferas, incluindo, entre outras, fibras de madeira macia, como pinheiro, abeto, e também fibras de madeira dura, como eucalipto, bordo, vidoeiro e álamo. Outras fibras para fabricação de papel que podem ser usadas na presente publicação incluem aparas fabris oriundas de fábricas de papel, fibras recicladas e fibras de alto rendimento. Diversos processos de polpação considerados adequados para a produção de fibras celulósicas incluem polpa quimiotermomecânica branqueada (BCTMP), polpa quimiotermomecânica (CTMP), polpa termomecânica de pressão/pressão (PTMP), polpa termomecânica (TMP), polpa química termomecânica (TMCP), polpas de sulfito de alto rendimento e polpas Kraft de alto rendimento. Polpas de felpa desacopladas são particularmente adequadas para uso na presente invenção. Além disso, as fibras celulósicas podem compreender fibras não lenhosas, tais como algodão, abaca, bambú, kenaf, erva sabai, linho, capim esparto, palha, cânhamo de juta, bagaço, fibras de asclépia, fibras de folhas de abacaxi e assim por diante. Além disso, as fibras celulósicas podem compreender fibras sintéticas derivadas de materiais celulósicos, tais como, por exemplo, viscose, rayon, liocel ou outras fibras comparáveis. Além disso, se desejado, podem ser utilizadas fibras secundárias obtidas a partir de materiais reciclados, tais como polpa de fibra recuperada de fontes tais como, por exemplo, papel de jornal, papelão, lixo de escritório, etc. O material de folha fibrosa pode compreender uma única variedade de fibras celulósicas ou, alternativamente, pode compreender uma mistura de duas ou mais fibras celulósicas diferentes. Como é conhecido na técnica, é frequentemente desejável empregar misturas de fibras, especialmente quando se utilizam fibras recicladas ou secundárias. Independentemente da origem da fibra de polpa de madeira, as fibras de polpa de madeira têm preferencialmente um comprimento médio de fibra superior a cerca de 0,2 mm e inferior a cerca de 3 mm, como cerca de 0,35 mm e cerca de 2,5 mm, ou entre cerca de 0,5 mm a cerca de 2 mm ou mesmo entre cerca de 0,7 mm e cerca de 1,5 mm.

[0039] No que diz respeito às fibras sintéticas, pode ser utilizada uma grande variedade de polímeros, tais como poliolefinas, incluindo, por exemplo, polímeros de etileno, propileno e butileno e misturas e combinações dos mesmos. Em certas modalidades, as fibras sintéticas podem compreender politetrafluoretileno; poliésteres, por exemplo, tereftalato de polietileno e assim por diante; acetato de polivinil; acetato de cloreto de polivinil; polivinilbutiral; resinas acrílicas, por exemplo, poliacrilato, polimetilacrilato, polimetilmetacrilato, e assim por diante; poliamidas, por exemplo, nylon; cloreto de polivinil; cloreto de polivinilideno; poliestireno; álcool polivinílico; poliuretanos; ácido polilático; e assim por diante. A composição polimérica pode compreender uma mistura de dois ou mais polímeros diferentes e incluir vários aditivos e cargas, como é conhecido na técnica. Além disso, as fibras podem compreender fibras monocomponentes, multicomponentes ou multiconstituintes. As fibras sintéticas descontínuas podem ter comprimento de fibra superior a cerca de 0,2 mm, incluindo, por exemplo, um tamanho médio de fibra entre cerca de 0,5 mm e cerca de 50 mm ou entre cerca de 0,75 e cerca de 30 mm ou mesmo entre cerca de 1 mm e cerca de 25 mm.

[0040] As segundas fibras, embora diferentes das primeiras fibras em um ou mais aspectos, também podem compreender fibras sintéticas descontínuas, como as descritas acima. Alternativamente, as segundas fibras podem ser fibras contínuas, tais como aquelas formadas a partir de processos de formação por meltblowing, spunbonding ou outros processos de formação de fibras. As fibras contínuas também podem compreender polímeros semelhantes aos descritos acima em relação às fibras sintéticas descontínuas. No que diz respeito à formação de fibras meltblown, o uso de polímeros de propileno é particularmente preferido, pois oferece um bom equilíbrio de propriedades a um custo relativamente baixo. Apenas a título de exemplo, vários polímeros adequados para uso na fabricação de fibras não tecidas termoplásticas incluem, mas não se limitam aos descritos em US7467447, para Thomas, US9194060, para Westwood, US9260808, para Schmidt et al. e assim por diante.

[0041] Em certas modalidades, a manta não tecida pode incluir pelo menos cerca de 30% das primeiras fibras. Por exemplo, as primeiras fibras, tais como fibras descontínuas, podem compreender entre cerca de 25 e 90%, ou entre cerca de 35 e 85% ou mesmo entre cerca de 45% e cerca de 80% da manta não tecida. Além disso, em certas modalidades, as segundas fibras podem compreender pelo menos cerca de 10% da manta não tecida. Por exemplo, em certas modalidades, as primeiras fibras, como fibras contínuas, podem compreender entre cerca de 10% a cerca de 75%, ou entre cerca de 15% e cerca de 65% ou mesmo entre cerca de 55% e cerca de 20% da manta não tecida. De um modo geral, a gramatura geral dessa manta não tecida composta pode estar na faixa de cerca de 10 g/m2 (g/M2) a cerca de 350 g/m2, ou de cerca de 17 g/m2 a cerca de 250 g/m2, ou mesmo de cerca de 25 g/m2 a cerca de 150 g/m2.

[0042] Na prática da presente invenção, é possível obter mantas não tecidas com uma resistência à tração MD e/ou CD mais alta em comparação com as mantas não tecidas fabricadas sem o uso do gerador de vórtice. Além disso, em certas modalidades, o uso do gerador de vórtice pode resultar em uma manta não tecida com zonas de gramatura distintas que se estendem no MD; isto é, uma manta não tecida com primeira e segunda zonas alternadas paralelas que se estendem no MD, em que a primeira zona tem uma gramatura média mais alta que a segunda zona. Por exemplo, a primeira zona (em relação à da segunda zona) pode conter uma porcentagem e quantidade mais altas das primeiras fibras. Por exemplo, o tecido não tecido pode ter primeiras regiões ou zonas que se estendem no MD com uma gramatura média pelo menos 5% maior que a da segunda região e, em certas modalidades, pode ter uma gramatura média entre 5% e 20%, ou mesmo entre cerca de 5 e 15% maior que a da segunda zona. Em certas modalidades, a manta não tecida composta formada tem primeiras zonas se estendendo no MD e segundas zonas se estendendo no MD, em que a primeira zona tem uma gramatura mais alta que a segunda zona e uma porcentagem mais alta das primeiras fibras, por exemplo, fibras descontínuas ou de polpa, do que a segunda zona.

[0043] Opcionalmente, a trama não tecida pode ser tratada de uma ou mais formas adicionais conforme desejado. Por exemplo, os surfactantes podem ser aplicados à trama a fim de aumentar a facilidade com a qual a água penetra na trama. Adicional e/ou alternativamente, a trama não tecida pode ser tratada para conferir padrões de aumento de textura e/ou esteticamente agradáveis à trama não tecida. Por exemplo, a manta não tecida pode ser tratada por uma ou mais técnicas de gravação ou ligação conhecidas na técnica que conferem compressão e/ou ligação localizada correspondente a um ou mais padrões desejados. A este respeito, a folha de base pode ser gravada pela aplicação de pressão localizada, calor e/ou energia ultrassônica. Como outras opções, as tramas não tecidas podem, adicional ou alternativamente, ser tratadas por várias outras técnicas conhecidas, tais como, por exemplo, estiramento, agulhamento, crepagem, e assim por diante. Além disso, a manta não tecida pode opcionalmente ser aplicada com e/ou laminada em um ou mais materiais ou tecidos adicionais.

[0044] Os materiais formados pelo processo e técnicas atuais da presente invenção têm uma ampla gama de aplicações. A título de exemplo, as mantas não tecidas compostas podem compreender um limpador incluindo, por exemplo, um pano de limpeza para a pele ou um lenço (por exemplo, para limpeza de rosto, mãos ou perineal) ou um pano de limpeza para superfície dura. Em uma aplicação adicional, as mantas não tecidas compostas da presente invenção podem ser usadas como uma camada absorvente em um artigo absorvente de higiene pessoal, incluindo, por exemplo, dentro de um forro de higiene feminina, fralda, roupa para incontinência, peitilho, faixa para suor, bandagem e assim por diante. Exemplos As mantas não tecidas compostas, constituídas por uma mistura de fibras meltblown de polipropileno e fibras de polpa de madeira macia, foram feitas utilizando o processo descrito em US8017534, para Harvey et al. As mantas não tecidas resultantes tinham uma razão de fibra de 70:30 de fibra de polpa de madeira sobre fibra meltblown. As amostras foram feitas usando um gerador de vórtice com um padrão de onda triangular de abas em forma triangular “pequenas” (1,4 cm de largura, 0,7 cm de altura) ou com abas em forma triangular “grandes” (2,5 cm de largura, 1,3 cm de altura). As amostras também foram feitas com abas nas paredes da calha estendida do CD opostas, alinhadas (ou seja, os picos das abas dos geradores de vórtice opostos foram alinhados no MD) ou compensados (ou seja, os picos das abas de um gerador de vórtice alinhados no MD com as cavidades do gerador de vórtice oposto). As amostras também foram feitas com o ângulo da aba em 0 grau (ou seja, onde a aba era paralela às paredes da calha) ou em 45 graus (ou seja, onde as abas estão em ângulo interno e levemente no fluxo da fibra). Em todos os casos, a base das abas estava nivelada com as paredes da calha. O controle foi executado sem nenhum gerador de vórtice.

[0045] Todas as amostras de controle e inventivas apresentaram níveis comparáveis de suavidade. No entanto, o uso dos geradores de vórtice proporcionou um aumento na força de MD e/ou CD sem degradação da maciez. Além disso, note-se que o Exemplo E, e em menor extensão os Exemplos F e B, tinham listras visualmente discerníveis com regiões alternadas com quantidades relativamente maiores e menores de polpa.

[0046] As mantas não tecidas compostas e o equipamento e os processos de fabricação das mesmas podem, opcionalmente, incluir um ou mais elementos ou componentes adicionais, como são conhecidos na técnica. Assim, embora a invenção tenha sido descrita em detalhes com relação à representações específicas, será evidente para os qualificados na área que várias alterações, modificações e outras alterações podem ser feitas na invenção sem se afastar do espírito e escopo da mesma. Portanto, pretende-se que as reivindicações englobem todas essas modificações, alterações e outras mudanças.

Claims (20)

1. Método para fabricar uma manta não tecida composta, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma calha com pelo menos primeira e segunda paredes opostas (22, 23) que se estendem em uma direção transversal que define uma passagem (24) e uma direção da passagem (26) e define ainda um espaço de saída (30); fornecer uma série de abas espaçadas (42) que se estendem para fora a partir da proximidade do espaço de saída (30) e ainda mais em que adjacentes às abas (42) são espaços abertos (43), nos quais o ar é permitido a fluir lateralmente em relação à direção da passagem (26); arrastar primeiras fibras (12) em uma primeira corrente de ar (14) e formar assim uma primeira corrente de fibras arrastadas por ar (16); arrastar segundas fibras (52) em uma segunda corrente de ar (54), formando assim uma segunda corrente de fibras arrastadas por ar (50); direcionar o primeiro fluxo de fibras arrastadas pelo ar através da passagem (24) na direção da passagem (26); direcionar a primeira corrente de primeiras fibras (12) arrastadas por ar (16) através do espaço de saída (30) e além das abas (42), formando assim vórtices na primeira corrente de fibras arrastadas por ar (16); e então direcionar a segunda corrente de fibras arrastadas pelo ar (50), de modo que ela colida com a primeira corrente de fibras arrastadas pelo ar (16), em que as segundas fibras (52) e primeiras fibras (12) se misturam e formam uma corrente composta de fibras arrastadas pelo ar; fornecer uma superfície de formação (70) móvel sob o espaço de saída (30); depositar a corrente composta de fibras arrastadas por ar sobre a superfície de formação (70), formando assim uma manta não tecida (64).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a velocidade da primeira corrente de fibras arrastadas por ar (16) dentro da calha é superior a 50 M/segundo.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as abas (42) têm uma altura entre 0,2 e 4 cm.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a distância centro-a-centro das abas (42) está entre 0,4 e 10 cm.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a série de abas (42) e espaços abertos (43) forma um crenulado.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as abas (42) têm uma forma triangular.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a série de abas espaçadas (42) se estende ao longo de pelo menos 60-100% de pelo menos uma da primeira e da segunda paredes (22, 23).

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a série de abas espaçadas (42) se estende ao longo de pelo menos 60-100% da primeira e da segunda paredes (22, 23).

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a série de abas espaçadas (42) é posicionada abaixo de todo o comprimento CD da primeira e da segunda paredes (22, 23).

10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as abas (42) adjacentes à primeira e segunda paredes opostas (22, 23) são deslocadas uma em relação à outra na direção da máquina.

11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as abas (42) adjacentes à primeira e segunda paredes opostas (22, 23) estão alinhadas uma com a outra na direção da máquina.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as primeiras fibras (12) têm um comprimento médio entre 0,2 e 3 mm.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as primeiras fibras (12) compreendem fibras celulósicas.

14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as segundas fibras (52) compreendem polímero termoplástico e são semifundidas quando a segunda corrente de fibras arrastadas por ar (50) colide e se mistura com a primeira corrente de fibras arrastadas por ar (16).

15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a maior mistura das primeira e segunda correntes de fibras (16, 50) ocorre regionalmente, em que as primeiras fibras (12) são regionalmente conduzidas mais profundamente na corrente de segundas fibras (52) e em que a manta não tecida (64) formada na superfície de formação (70) tem primeira e segunda filas alternadas, estendendo-se na direção da máquina, em que a primeira região possui uma porcentagem maior em peso de primeiras fibras (12) do que a segunda região.

16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as primeiras linhas contêm pelo menos 5% mais primeiras fibras (12) do que as segundas linhas.

17. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as primeiras fibras (12) compreendem fibras de comprimento descontínuas e as segundas fibras (52) compreendem fibras contínuas.

18. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as abas (42) se estendem em um ângulo de +/- 45 graus em relação à direção da passagem (26).

19. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as abas (42) não se estendem diretamente abaixo da passagem (24).

20. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as abas (42) estão alinhadas com uma parede interna da primeira ou segunda parede (22, 23) e ainda em que as abas (42) são anguladas para longe da passagem (24).

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