TELA DE FORMAÇÃO E MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DA MESMA
Fundamentos da descrição [001] A descrição se refere às telas de formação.
[002] As telas de formação são dispositivos perfurados os quais são usados para fazer filmes formados com aberturas. Os filmes formados com aberturas são filmes plásticos os quais são processados para criar aberturas ou orifícios no filme. Os filmes com aberturas se dividem em duas categorias comuns; filmes tridimensionais e filmes finos. Apesar de todos os filmes terem três dimensões, nas quais eles têm uma espessura nominal, um filme em três dimensões, no contexto da presente descrição, é uma estrutura de superfície a qual fornece uma maior espessura para o filme, além da espessura nominal. Em geral, essas estruturas de superfície têm uma memória, de modo que irá retomar a sua forma após ter sido deformada por pressão ou tensão, enquanto o limite de deformação do filme não tiver sido comprometido. Em contrapartida, os filmes finos com aberturas são simplesmente filmes com orifícios sem as estruturas de superfície com a memória em três dimensões a qual caracteriza os filmes tridimensionais.
[003] Há vários processos na arte para fazer filmes com aberturas. Os filmes finos podem ser feitos por qualquer processo no qual os orifícios são adicionados ao filme. Em geral, estes processos são mecânicos, utilizando pinos ou outros relevos para criar orifícios em um filme precursor. Para os filmes tridimensionais, os dois processos mais comuns são, a formação a vácuo e a hidroformação. O processo de formação a vácuo, exemplificado por referência no US 3939135 e no US 4324246, utilizam um vácuo para criar uma pressão negativa sobre um lado de um filme e uma correspondente pressão positiva no lado oposto do filme. O diferencial de pressão faz com que o filme seja sugado dentro de um orifício da tela de formação para criar as aberturas. Em um processo de hidroformação, como exemplificado no US 4609518, jatos de água de alta pressão são usados para gerar fluxos de líquido os quais incidem sobre o filme para criar as aberturas. Em adição, no US 6599612 é descrito um processo de formação de um tecido macio e resiliente apresentando um padrão substancialmente contínuo de relevos ou aberturas, e no WO 2004/080341 é descrito um filme formado feito por meio de uma primeiro submeter o filme ao vácuo pra formar macro-protuberâncias, ou macro-aberturas, e a
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2/11 seguir fazer o filme entre em contato com fluído para formar micro-protuberâncias no filme.
[004] Em ambos os processos, hidroformação ou formação a vácuo, o filme é suportado por uma estrutura perfurada conhecida na arte e mencionada aqui como uma tela de formação. A tela de formação pode ter uma superfície texturizada a qual será transposta para o filme durante o processo de abertura. As telas de formação são tipicamente feitas de metal ou plástico. As telas metálicas têm a vantagem de serem mais fortes e mais robustas do que as telas plásticas e também são mais aptas para dissipar o calor em comparação com telas plásticas, o que significa que o uso de telas metálicas, em geral, permite rápidas velocidades na linha de produção. No entanto, as telas metálicas são mais caras do que as telas plásticas. Além disso, é difícil, senão impossível, criar projetos intricados e de escala fina ou estruturas na superfície das telas metálicas.
[005] No entanto, enquanto as estruturas de escala fina podem ser formadas em telas plásticas, a manutenção da dita textura de escala fina é um problema. Em particular, telas plásticas são sensíveis à temperatura do polímero fundido usado para fazer os filmes em um processo de fundição direta. Devido à significativa perda de massa das estruturas e texturas de escala fina, elas são menos capazes de suportar o calor e os recursos de escala fina podem ser perdidos com bastante facilidade. Além disso, muitas das resinas plásticas utilizadas para fazer as telas são solúveis em água e, assim, a tela se degrada ao longo do tempo, quando utilizada em um processo de hidroformação, devido ao fato de que a água gradualmente as dissolve na tela.
[006] Existe a necessidade na arte para as telas plásticas, as quais sejam de baixo custo, duráveis, capazes de aceitar e manter as estruturas de escala fina e as texturas, mesmo quando submetidas às altas temperaturas dos polímeros fundidos em um processo de filme por fundição direta, resistentes à degradação em um processo de hidroformação; e, portanto, adequada para o uso tanto no processo de formação a vácuo por fundição direta como no processo de hidroformação.
Resumo da descrição [007] Em uma forma de realização, a descrição fornece as telas de formação compreendendo uma tela de formação perfurada compreendendo uma borracha
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3/11 termoendurecível tendo uma dureza Shore D de 12 a 90.
[008] Em uma forma de realização, a borracha termoendurecível compreende ebonite.
[009] Em uma forma de realização, a borracha termoendurecível compreende a borracha de butadieno de nitrila hidrogenada.
[0010] Em uma forma de realização, a descrição fornece uma tela de formação compreendendo um suporte dotado com uma camada ou revestimento de borracha termoendurecível sobre uma superfície da mesma.
[0011] Em uma forma de realização, a descrição fornece uma tela de formação compreendendo um suporte plástico dotado com uma camada ou revestimento de borracha termoendurecível sobre uma superfície da mesma.
[0012] Em uma forma de realização, a descrição fornece uma tela de formação compreendendo um suporte de metal dotado com uma camada ou revestimento de borracha termoendurecível sobre uma superfície da mesma.
[0013] Em outra forma de realização, a tela de formação compreende uma tela de formação plana perfurada.
[0014] Em outra forma de realização, a tela de formação compreende uma tela de formação cilíndrica perfurada.
[0015] Em uma forma de realização, a tela de formação compreende um suporte plástico feito de resina acetal e uma cobertura externa ou camada de borracha termoendurecível.
[0016] Em uma forma de realização, a tela de formação compreende um suporte de metal feito de alumínio e uma cobertura externa ou camada de borracha termoendurecível.
Breve descrição das figuras
- a figura 1 é uma vista em perspectiva de uma tela de formação cilíndrica de acordo com a descrição;
- a figura 2 é uma vista seccionada como visto através das linhas e setas 2-2 da figura 1;
- a figura 3 é uma vista transversal de uma tela plana, de acordo com outra forma de
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4/11 realização; e
- a figura 4 é uma vista transversal de uma tela cilíndrica, enquanto em contato com um mandril poroso.
Descrição Detalhada [0017] As telas de formação aqui descritas são perfuradas em uma forma de realização. As telas perfuradas são particularmente adequadas para o uso na produção de filmes formados com aberturas para aplicações higiênicas tais como as folhas superiores em artigos absorventes. As folhas superiores em artigos absorventes são localizadas adjacentes à pele do usuário. Assim, a sensação tátil da folha superior é uma preocupação porque os consumidores não gostam da sensação pegajosa que o plástico sobre a pele pode gerar. Além disso, o brilho associado a uma película plástica também é considerado um aspecto negativo. Dessa forma, do ponto de vista estético, a textura da superfície também é importante.
[0018] Em outra forma de realização, as telas de formação da descrição não são perfuradas. Como mencionado, as telas desta descrição tem a capacidade de aceitar melhor os detalhes em escala fina do que as telas metálicas. Tais estruturas em escala fina são desejadas e muitas vezes necessárias para criar nos filmes as correspondentes texturas e estruturas de superfície. Além das impressões táteis e a redução do brilho observada acima, as telas da descrição contendo aberrações de escala fina podem ser úteis na formação de uma pele de tubarão ou outros padrões de escala fina para promover ou resistir à adesão biológica, conforme descrito no US 7.143.709.
[0019] Com referência à figura 1, é ilustrada nela uma forma de realização de uma tela de formação. Na forma de realização ilustrada, a tela de formação 10 compreende um membro em forma cilíndrica 12 dotada com uma camada interna 14 e uma camada externa 16. A camada interna 14 e a camada externa 16 estão intimamente unidas uma a outra de tal forma que a tela 10 compreenda uma unidade estruturalmente coesa. Em particular, na forma de realização ilustrada, a tela de formação 10 é perfurada e compreende uma pluralidade de aberturas 18 espaçadas entre si.
[0020] Com a referência agora sendo feita à figura 2, a seção transversal da tela de formação 10 é ilustrada, como pode ser vista, ao longo das linhas e setas 2-2 da figura 1.
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A íntima relação entre a camada interna 14 e a camada externa 16 é facilmente vista na figura 2. Uma pluralidade de perfurações 18 são também vistas como atravessando tanto a camada externa 16 como a camada interna 14. Nesta construção, a aplicação de vácuo no interior da tela de formação 10 criará uma pressão positiva sobre o exterior da tela 10, a qual tentará forçar o ar através das perfurações 18. Esse fluxo de ar é o que causaria uma projeção da película para o exterior da tela de formação causando a ruptura nas áreas correspondentes das perfurações 18. Em alternativa, pela aplicação de vapores de água em alta pressão em direção ao exterior da tela de formação 10, um filme se projeta para o exterior da superfície sendo forçado a entrar nas perfurações 18 e se rompendo para criar as aberturas no filme.
[0021] No entanto, outra forma de realização de uma tela de formação é ilustrada na figura 3, a qual ilustra uma vista seccionada de uma porção de uma tela de formação plana. A tela de formação 110 da figura 3 é semelhante às formas de realização anteriores e compreende um membro plano 112 dotado com uma camada interna 114 e uma camada externa 116 em íntimo contato uma com a outra. Na particular forma de realização, a tela de formação 110 compreende ainda uma pluralidade de orifícios ou perfurações 118 as quais atravessam tanto a camada externa 116 como a camada interna 114. Como visto também na figura 3, as áreas na camada externa 116 contém aberrações em escala fina ou nas estruturas superficiais representadas pelo número de referência 120. Essas aberrações em escala fina 120 podem ser projeções, relevos, depressões ou outro tipo de aberração na superfície da tela de formação. Tais aberrações da superfície 120 podem ser apenas em partes da tela de formação ou, se desejado, em toda a superfície.
[0022] Em algumas formas de realização, a camada interna 14 é feita de uma resina termoplástica. Os materiais adequados são os conhecidos da arte e incluem, mas não estão limitados, ao polipropileno, às resinas acrílicas, ao policarbonato, ao poli-éter-étercetona (PEEK), ao poliéster, às resinas de acetal tais como a resina Delrin ®, disponibilizada pela EI du Pont de Nemours & Co.,em Wilmington, Delaware e combinações e misturas dos mesmos. São preferidas as resinas acetal, em particular as resinas Delrin®.
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6/11 [0023] Em algumas formas de realização, a camada interna 14 é feita de metal. Os metais mais adequados são os conhecidos na arte e incluem, mas não se limitam, ao alumínio, níquel, cobre, aço laminado a frio, aço carbono, aço inox, ou quaisquer metais não-ferrosos e suas ligas.
[0024] A camada externa 16 é uma borracha natural ou sintética termo fixa tendo de preferência uma dureza Shore D de 12 a 90, 33 a 90 e, dependendo da aplicação pretendida, mais preferivelmente de 46 a 60. Se a tela de formação for para ser usada, por exemplo, como um rolete com abertura de formação (nip roll) em um processo de gravação, a dureza necessária da borracha terá que ser suficiente para suportar a força desejada ou antecipada quando entrar em contato com o contra rolete, como é conhecido na arte. Os materiais termoplásticos adequados incluem a borracha natural vulcanizada, a borracha de neopreno, a borracha de silicone, o flúor elastômero, o uretano, a borracha de butadieno de nitrila hidrogenada (HNBR) e a borracha de etileno propileno dieno classe M (EPDM). Uma borracha preferida é a borracha natural vulcanizada, em particular uma borracha rígida dotada de um teor de enxofre de 30% a 40% preparada pela vulcanização da borracha por longos períodos. Um desses materiais é conhecido como ebonite, devido a ele ser usado pela Ebonite Internacional para fazer bolas de boliche. Outra borracha preferida é a HNBR.
[0025] O EPDM é um elastômero utilizado em uma ampla gama de aplicações, tais como as membranas de telhado, mangueiras de jardim, etc. A classe M se refere à classificação do elastômero na norma ASTM D-1418. A classe M inclui as borrachas com uma cadeia saturada do tipo polimetileno. Os dieno(s), atualmente utilizados na fabricação de borrachas EPDM são o diciclopentadieno, o etilideno norborneno e o vinil norborneno. As borrachas EPDM têm um teor de etileno de cerca de 45% a 75%. Quanto maior o teor de etileno maior as possibilidades de carga do polímero, uma melhor mistura e extrusão. Durante a cura do peróxido, estes polímeros dão uma maior densidade nas ligações cruzadas em comparação com suas contrapartes amorfas. O teor de dieno pode variar entre 2,5 wt% até 12 wt%.
[0026] Se desejado, materiais condutores de calor, incluindo os nanotubos de carbono ou partículas de metal, tais como o óxido de alumínio e outras, podem ser dispersas no
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7/11 material de borracha para melhorar a condutividade térmica da camada de borracha. [0027] Em uma forma de realização, a tela de formação compreende um membro perfurado de borracha termoendurecível tendo uma dureza Shore D de 12 a 90, mais de preferência de 33 a 90 e ainda mais de preferência de 46 a 60, sem nenhuma camada de suporte.
[0028] As telas de formação podem ser produzidas em uma variedade de maneiras diferentes. Se a tela de formação for plana, folhas plásticas ou metálicas e borracha de tamanho predeterminado, forma e espessura podem ser coladas utilizando qualquer adesivo adequado. São os preferidos os adesivos de cianoacrilato.
[0029] Se a tela for cilíndrica, a tela de formação pode ser preparada de maneiras diferentes. Em um primeiro método, uma folha de suporte plástica ou metálica com uma determinada espessura é reduzida a um determinado tamanho correspondente à circunferência desejada. A folha de suporte é então laminada e soldada ao longo de uma costura para formar um cilindro. Uma folha de borracha é, então, aderida ao cilindro de suporte usando um cianoacrilato ou outro adesivo adequado.
[0030] Em um segundo método, a folha de suporte é aderida à primeira folha de borracha e então a folha composta é laminada e soldada para formar um cilindro. Após se formada, é preferível uma fase quente (recoze) do cilindro para impor memória ao cilindro. Nas formas de realização em que o plástico é utilizado como camada de suporte, a solda a quente para formar a costura pode ser realizada pelo uso de uma faca quente, colagem sônica ou outro processo adequado. Comumente, as técnicas conhecidas úteis para a formação de soldaduras em metal podem incluir soldagem, a soldagem TIG e outros métodos. Em alguns casos, a soldagem também pode ser adequada. Para obter a tolerância desejada do cilindro final, a tela pode ser colocada em um torno mecânico ou outro dispositivo adequado e usinada em suas dimensões finais. Da mesma forma, a camada plástica pode, se desejado, ser usinada antes da aplicação da camada de borracha.
[0031] Em formas de realização alternativas, as telas de formação podem ser preparadas pelo revestimento de uma solução ou dispersão de borracha termoendurecível em uma folha ou um cilindro plástico ou metálico. Em tais formas de realização, na
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8/11 maioria dos casos, o plástico escolhido não será adequado para as temperaturas utilizadas para recozer a borracha termoendurecível. Assim, as borrachas escolhidas para o revestimento devem ser capazes de ser reticuladas ou curadas em temperaturas abaixo do ponto de fusão do plástico selecionado como camada subjacente.
[0032] Nas formas de realização em que a tela de formação compreende apenas a borracha termoendurecível, sem uma camada subjacente plástica, a borracha pode ser extrudada ou moldada por injeção e depois, se necessário, usinada, para criar uma forma cilíndrica ou outro formato desejado.
[0033] Um exemplo de método para produzir uma tela compreendendo apenas a borracha termoendurecível será descrito com referência à figura 4. Como visto na figura 4, um mandril poroso 221 é embrulhado com papel alumínio metálico, tal como uma folha de alumínio ou de níquel, para criar uma camada de metal 222. Um cilindro de metal fino também pode ser usado no lugar do envoltório de folha, mas o custo adicional geralmente não é justificado. De preferência, o mandril é envolvido em uma forma espiral. No entanto, também é possível embrulhar o mandril de outras maneiras. Dependendo do tipo de metal e borracha utilizados, pode ser necessário ou desejável, para evitar que o material de borracha adira ao filme. Em tais circunstâncias, uma camada de filme de polímero 223, de preferência, filme de poliéster, tal como filme de Mylar ® da E.I du Pont de Nemours and Co., é envolto em folha de alumínio.
[0034] As fitas de borracha são então extrudadas para a folha 222 (ou a camada de película protetora 223) ou aplicadas pelos meios normais para a indústria de revestimento de borracha, para formar uma camada de borracha 216. Por exemplo, as fitas podem ser espirais enroladas sobre a folha (ou filme de poliéster) para fornecer uma espessura e distribuição uniforme de ponta a ponta. Neste ponto, a borracha vulcanizada não é vulcanizada e é assim, de forma suave, mantida unida, para formar uma camada substancialmente contínua. A borracha é então vulcanizada para endurecer e a superfície é reduzida a um diâmetro específico.
[0035] A camada de folha metálica 222, a camada opcional de filme 223 e a camada de borracha vulcanizada 216 estão em contato direto com o mandril 221 de tal forma que elas podem ser usinadas sem se deslocarem ou se soltarem. Se desejado, o composto
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9/11 assim formado é então gravado usando laser ou outro método adequado, para criar desenhos e padrões intrincados. Por exemplo, um dispositivo de gravação a laser (não mostrado) poderia ser usado para cortar as perfurações ou orifícios passantes 218 na camada de borracha 216. O feixe de laser cortaria completamente através da borracha 216 para formar o orifício 218, mas, só cortaria parcialmente a camada de filme protetora 223 (se utilizada) e seria refletida pela camada de folha 222. è importante manter a integridade da camada de folha 222 para remover a tela final do mandril poroso 221. Além disso, o feixe de laser pode ser usado para formar aberrações de escala fina 220 na superfície 212 da borracha 216, pelas razões já mencionadas acima.
[0036] Uma vez que a etapa de gravação está concluída, a tela 216 é removida do mandril poroso 221. Por exemplo, ar pressurizado é aplicado no interior do mandril. A pressão do ar saindo do mandril poroso faz com que a tela se expanda o suficiente para escorregar do mandril. Os mandris são bem conhecidos na indústria de impressão, nos quais luvas com padrões diferentes de impressão podem ser rápida e facilmente trocadas.
[0037] Uma vez retirada do mandril, a folha e as opcionais camadas de filme são removidas e descartadas. Se alguns artefatos residuais forem deixados na superfície interna da tela, eles podem ser removidos por raspagem ou moagem para fornecer uma superfície interna lisa.
[0038] Como mencionado acima, as telas de formação desta descrição são mais adequadas para gravação a laser de escala fina em comparação às telas de formação metálicas. O termo escala fina se refere às aberrações e/ou depressões, usadas para formar um desenho, padrão ou matriz de estruturas, tendo as dimensões X - Y e o espaçamento não maior do que cerca de 10,0 mils (254 micra). Em muitas formas de realização é também desejável que a direção Z das aberrações e/ou depressões individuais seja quase equivalente ou, ao menos, ligeiramente superior, de cerca de metade da largura mais estreita da sua dimensão X - Y. Os desenhos em escala fina com esta exigência da direção Z são particularmente difíceis, senão impossíveis, com a gravação a laser em metal.
[0039] A camada de borracha não é sensível ao calor do polímero fundido em um processo de fundição direta e, portanto, é mais adequada à aplicação do que as telas de
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10/11 formação plásticas convencionais. Além disso, a camada de borracha protege a base plástica e, portanto, as telas também são mais aptas para uso em processos de hidroformação, utilizando a tecnologia da tela plástica.
[0040] As espessuras das camadas de suporte e da borracha podem ser de qualquer espessura desejada ou necessária para a aplicação particular. No entanto,para a maioria das aplicações de formação do filme, a camada de suporte será geralmente mais espessa do que a camada de borracha. Quando usado como uma tela de formação perfurada, por exemplo, para os processos a vácuo ou hidroformação, a camada de suporte poderá ser da ordem de 500 a 3175 micra de espessura e camada de borracha pode ser em torno de 500 a 1650 micra de espessura. Na forma de realização preferida, a camada de suporte será de cerca de 1500 micra de espessura e camada de borracha será de cerca de 1000 micra de espessura. A proporção da camada de suporte de 60% para a camada de borracha de 40% é geralmente preferida quando as duas camadas estão presentes na tela de formação.
[0041] As aberturas 18, 118 da tela de formação, se presentes, podem ser de qualquer tamanho e formato desejado para a aplicação final. Por exemplo, as perfurações ou aberturas 18,118 podem ser circulares, hexagonais, elípticas, ovais, pentagonais ou outra forma desejada. Além disso, embora ilustrado nas figuras como sendo nominalmente perpendiculares, é entendido pelos especialistas na arte que as aberturas 18, 188 podem ser orientadas em relação à tangente do plano da tela em um ângulo de 0 a 70 graus ou mais, como ensinado, por exemplo, no US 5562932; no US 5718928, descrições as quais são aqui incorporadas por referência. Em aplicações de higiene, é desejável que os filmes contenham aberturas em larga escala para a circulação de fluidos dinâmicos, os capilares para a circulação de fluidos estáticos, ou ambos. As aberturas em larga escala podem ter um diâmetro médio entre 0,55 mm a 1,2 mm, enquanto que os capilares vão ter um diâmetro de 50 a 400 micra. Todas as faixas intermediárias também são possíveis para os filmes com aberturas utilizados em aplicações de higiene. Outros diâmetros podem ser adequados para outras aplicações. As telas de formação perfuradas podem ser usadas para fabricar filmes formados com aberturas usando um processo tradicional de formação a vácuo ou um processo de hidroformação. Além disso, as telas de formação da descrição
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11/11 são úteis em operações de gravação para dar textura aos filmes e outros tecidos.
[0042] As formas de realização aqui descritas são ilustrativas e não pretendem limitar o alcance das reivindicações em anexo.