ES2235358T3

ES2235358T3 - Metodo y aparato para fabricar bandas continuas fibrosas no tejidas dimensionalmente estables.

Info

Publication number: ES2235358T3
Application number: ES98943266T
Authority: ES
Inventors: Delton R. Thompson; David A. Olson; Pamela A. Percha
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2005-07-01
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: US20010055631A1; DE69828444D1; CA2324147C; KR100581637B1; EP1068384A1; US6371749B2; AU9109698A; CA2324147A1; JP2003532801A; KR20010042136A; EP1068384B1; WO1999049119A1; JP4202601B2; DE69828444T2; US5958322A; BR9815755A

Abstract

La longitud de las espigas de estirar retráctiles 22 puede ajustarse dependiendo del grosor de la banda continua fibrosa no tejida en telar. Aunque en la realización ilustrada en la Figura 1 se han ilustrado las espigas 22 dispuestas uniformemente en el aparato de recocer 20, es también posible una disposición aleatoria de las espigas de

Description

Método y aparato para fabricar bandas continuas fibrosas no tejidas dimensionalmente estables.

Los polímeros de hilatura de masa fundida típicos, tales como las poliolefinas, tienden a estar en un estado semicristalino al tener lugar la extrusión de fibras de masa fundida soplada (medida por calorimetría por escaneo diferencial (DSC)). Para las poliolefinas, este estado ordenado es debido en parte a un régimen relativamente alto de cristalización y a la orientación de las cadenas de polímeros de extensión en el extruido. En la extrusión de masa fundida soplada, la orientación de extensión se consigue con aire calentado, a alta velocidad, en el campo del alargamiento. Extendiendo las cadenas de polímeros a partir de la configuración enrollada aleatoria y de la formación de cristal preferidas, se comunican al polímero esfuerzos al polímero. Con tal de que el polímero esté a una temperatura superior a su temperatura de transición vítrea (T_{g}), estos esfuerzos se disiparán. Para las poliolefinas de masa fundida soplada, la disipación de los esfuerzos tiene lugar espontáneamente, dado que la T_{g} del polímero es bastante inferior a la temperatura ambiente.

En contraposición con esto, algunos polímeros de hilatura de masa fundida, tales como el poli(tereftalato de etileno) (PET), tienden a estar en un estado casi por competo amorfo al tener lugar la extrusión de fibra de masa fundida soplada. Esta característica es atribuible a un régimen de cristalización relativamente bajo, a una temperatura de fusión (T_{m}) relativamente alta, y a una T_{g} bastante superior a la temperatura ambiente. Los esfuerzos internos a partir de la orientación amorfa dentro del campo del alargamiento son "congelados" debido al enfriamiento rápido de la masa fundida, evitándose así la relajación que no puede ser liberada hasta el subsiguiente recocido a una temperatura superior a la T_{g}. El recocido entre la T_{g} y T_{m} durante períodos de tiempo suficientes permite que el polímero cristalice y al mismo tiempo se disipen los esfuerzos internos originados por la orientación de alargamiento. Esta disipación de los esfuerzos se manifiesta en forma de contracción, que puede aproximarse a valores que excedan del 50% de las dimensiones de la banda continua extruida.

En las industrias textil y de películas se ha abordado satisfactoriamente la inestabilidad dimensional en telas de poliéster tejidas en telar y en películas, usando el estirado por los bordes durante la estabilización por calor o el recocido. En el estirado por los bordes, la tela de poliéster tejida en telar o la película es retenida a lo largo de sus bordes hasta una anchura deseada al pasar a través de una estufa de recocer. La temperatura de estabilización por calor varía típicamente desde aproximadamente 177ºC hasta aproximadamente 246ºC, y el tiempo de permanencia varía desde aproximadamente 30 segundos hasta varios minutos. El artículo recocido es dimensionalmente estable hasta la temperatura de estabilización por calor. Aunque el estirado por los bordes es práctico para películas y telas tejidas en telar, las bandas continuas fibrosas no tejidas en telar carecen típicamente de las suficientes propiedades de resistencia a la tracción (es decir, de resistencia de la fibra y de la banda continua) para soportar los procedimientos usuales de estirado por los bordes, lo que da lugar a que resulte dañada la banda continua.

Se han hecho en la técnica varios intentos para conseguir una banda continua fibrosa no tejida en telar de poliéster dimensionalmente estable. En la Patente de EE.UU. Nº 3.823.210 (de Hikaru Shii y otros) se describe un método para fabricar un producto orientado de un polímero cristalino sintético. En esa patente se describe el estirado de un polímero cristalino, aplicando esfuerzo de tracción en la dirección del eje de estiramiento en un disolvente calentado, y bajo esas condiciones extraer las fracciones solubles del material estirado.

En la Patente de EE.UU. Nº 5.010.165 (de Pruett y otros) se describe una banda continua de masa fundida soplada de poliéster dimensionalmente estable conseguida tratando una composición de banda continua de masa fundida soplada con un disolvente, en que el disolvente tiene un cierto parámetro de solubilidad, y secando la composición de la banda continua de masa fundida soplada.

En la Patente de EE.UU. Nº 5.364.694 (de Okada y otros) se explica que el PET no puede producir una banda continua de masa fundida soplada con una pequeña contracción por calor, a menos que la operación de soplado de la masa fundida se lleve a cabo con una viscosidad más alta y con aire a una presión más alta que en esas condiciones de soplado de masa fundida empleadas para los otros polímeros fácilmente cristalinos, tales como el polipropileno. En la Patente se explica que el funcionamiento estable con alta productividad es imposible bajo tales condiciones estrictas. En la Patente se describe que la mezcla del PET con un 2 a un 25% de una poliolefina disminuye la viscosidad de la masa fundida de toda la mezcla, de modo que los extruidos de polímero pueden ser adelgazados en fibras, incluso mediante la fuerza débil, en comparación, ejercida por aire a baja presión, de no más de 1,0 kg/cm^{2}. La poliolefina extruida tiene un alto régimen de cristalización. En la mezcla, la poliolefina forma islas diminutas en un mar continuo de PET. La multiplicidad de islas de poliolefina cristalizada constituyen puntos de restricción que suprimen el movimiento de las moléculas amorfas de PET cuando se caliente la banda continua, evitándose con ello que la tela no tejida en telar se contraiga en gran medida.

En la Patente de EE.UU. Nº 5.609.808 (de Joest y otros) se describe un método para fabricar un vellón o una estera de filamentos de un polímero termoplástico que tiene tanto un estado cristalino como un estado amorfo. Ser hace funcionar una cabeza de soplado de masa fundida en condiciones en las que produce filamentos largos, los cuales son recogidos en una cinta de tamiz y que forman soldaduras cruzadas en los puntos de cruce. La banda continua resultante está compuesta de filamentos que tienen un diámetro de menos de 100 micrómetros y un grado de cristalinidad de menos del 45%. Se calienta la banda continua hasta una temperatura de estiramiento de 80ºC a 150ºD, y luego se estira biaxialmente del 100% al 400% antes de que sea fijada térmicamente a una temperatura más alta. La estación de estiramiento puede tener un par de rodillos de aguas abajo que son accionados a una cierta velocidad, y un par de rodillos de aguas arriba accionados a una velocidad más alta para efectuar el estiramiento longitudinal. El estiramiento transversal se efectúa entre pares de cadenas divergentes.

El documento DE-A-21- 60 209 se refiere a un método para fijar por calor bandas continuas no tejidas en telar o materiales similares que estén compuestos de fibras de polímero hiladas continuamente, especialmente de fibras de PES (poliestireno) o de fibras con un contenido principalmente de PES, en las que la banda no tejida en telar es conducida sobre, y envuelta parcialmente alrededor de, un rodillo de agujas calentado mientas éste está siendo calentado con un flujo radial de aire caliente. El rodillo de agujas comprende de 50 a 100 agujas/cm^{2}, lo que equivale a un espaciamiento entre agujas de aproximadamente 0,14 a 0,1 cm.

El presente invento está definido por las características de las Reivindicaciones, y proporciona un método y un aparato para fabricar una banda continua no tejida en telar dimensionalmente estable o resistente al encogimiento de fibras de polímero. Las bandas continuas fibrosas no tejidas en telar dimensionalmente estables resultantes pueden ser usadas a temperaturas más altas con un cambio mínimo en el diámetro, el tamaño, o las propiedades físicas de las fibras, en comparación con las bandas continuas de poliolefina usuales. Las bandas continuas fibrosas no tejidas en telar de poliéster estabilizadas dimensionalmente usando los presentes método y aparato, son particularmente útiles como aislamiento térmico y acústico.

El presente método para fabricar bandas continuas fibrosas no tejidas en telar no requiere el uso de aditivos que puedan producir un impacto no deseable en las propiedades del polímero de base. Por ejemplo, los aditivos de polímero y las mezclas de polímeros formuladas para aumentar la estabilidad dimensional del PET rebajan típicamente el punto de fusión y la temperatura de transición vítrea del PET. Esta reducción en el punto de fusión y en la temperatura de transición vítrea repercute negativamente en el uso del PET para aplicaciones a alta temperatura, tal como para atenuadores del ruido en los compartimientos de motor de los automóviles.

En una realización, una banda continua no tejida en telar de fibras termoplásticas está sujeta sobre una estructura de estirar en una pluralidad de puntos de estirado distribuidos a través de una parte interior de la banda continua, en vez de justamente a lo largo de sus bordes. La banda continua no tejida en telar es recocida mientras está sujeta en la estructura de estirar, para formar una banda continua fibrosa no tejida en telar, dimensionalmente estable hasta al menos la temperatura de estabilización por calor. La banda continua fibrosa no tejida en telar recocida es luego retirada de la estructura de estirar. En una realización, la estructura de estirar sujeta a la banda continua fibrosa no tejida en telar en una configuración no plana durante el proceso de recocido.

El presente invento se refiere también a una estructura de estirar para recocer bandas continuas fibrosas no tejidas en telar. La estructura de estirar incluye una pluralidad de puntos de estirado que se proyectan a distancia desde un apoyo para estirar. Los puntos de estirar pueden sujetar la banda continua en dos o en tres dimensiones.

Tal como aquí se usan:

la "temperatura de cristalización (T_{g})" es la temperatura a la que un polímero cambia de una fase amorfa a una fase semicristalina.

"dimensionalmente estable" se refiere a una banda continua fibrosa no tejida en telar que sufre preferiblemente un encogimiento de menos del 20%, más preferiblemente un encogimiento de menos del 10%, y lo más preferiblemente un encogimiento de menos del 5%, a lo largo de su superficie principal, cuando se eleva su temperatura hasta aquélla a la cual se recoció la banda continua fibrosa no tejida en telar.

la "temperatura de transición vítrea (T_{g})" es la temperatura a la que un polímero cambia a una condición de viscoso o gomoso a partir de una de vítreo.

"estabilización por calor" o "recocido" se refiere a un proceso de calentamiento de un artículo hasta una temperatura superior a la T_{g} durante un cierto período de tiempo, y enfriamiento del artículo.

la "temperatura de estabilización por calor" se refiere a la temperatura máxima a la cual se calientan o son recocidas las bandas continuas fibrosas no tejidas en telar.

el "punto de fusión (T_{m})" es la temperatura a la que el polímero experimenta una transición de una fase sólida a una fase líquida.

la "banda continua fibrosa no tejida en telar" se refiere a una estructura textil producida ligando o enclavando entre sí mecánica, química y/o térmicamente fibras de polímero.

"microfibras" se refiere a fibras que tienen un diámetro efectivo de la fibra de menos de 20 micrómetros.

el "tanto por ciento de cristalinidad" se refiere a la fracción del polímero que posee un orden cristalino. La fracción cristalina puede incluir dominios cristalinos casi perfectos, así como dominios que posean varios niveles de desorden, pero que sin embargo sean diferenciables de la ausencia de orden presente en un material amorfo.

"polímero" significa un material que no es inorgánico y que contiene unidades que se repiten, y que incluye polímeros, copolímeros y oligómeros.

"fibra cortada" se refiere a fibras cortadas a una longitud definida, típicamente dentro del margen desde aproximadamente 0,64 centímetros hasta aproximadamente 20,3 centímetros, y de un diámetro real de la fibra de al menos 20 micrómetros.

"punto de estirado" se refiere a un lugar individualizado en donde la banda continua fibrosa no tejida en telar está asegurada durante el recocido.

"termoplástico" se refiere a un material polímero que se reblandece de modo reversible cuando se expone a la acción del calor.

"tanto por ciento (%) final de cristalinidad" se refiere al tanto por ciento máximo práctico de cristalinidad que puede conseguirse para un material.

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un aparato de estirar y de una parte recortada de una banda continua fibrosa no tejida en telar de acuerdo con el presente invento.

La Figura 2A es una vista lateral parcialmente recortada de un aparato alternativo para estirar una banda continua fibrosa no tejida en telar de acuerdo con el presente invento.

La Figura 2B es una vista en corte, por arriba, del aparato de la Figura 2A.

La Figura 3 es una vista lateral parcialmente recortada de un aparato alternativo que tiene un aparato de estirar superior y un aparato de estirar inferior, de acuerdo con el presente invento.

La Figura 4 es una vista lateral, parcialmente recortada, de un aparato de estirar con compresión de acuerdo con el presente invento.

La Figura 5 es una vista en corte lateral de una configuración de espigas de estirar alternativa, de acuerdo con el presente invento.

La Figura 6 es una vista lateral de un aparato de estirar para estirar artículos que no sean planos, de acuerdo con el presente invento.

La Figura 7 es un ejemplo de perfil de calentamiento MDSC (medido por Calorimetría por Escaneo Diferencial Modulado).

En la Figura 8 se han ilustrado ejemplos de señales de flujo de calor para el perfil de calentamiento de la Figura 7.

La Figura 1 es una vista en perspectiva de una primera realización de un aparato de recocer 20 diseñado para contener una banda continua fibrosa no tejida en telar 21 estacionaria en una pluralidad de puntos de estirado durante el recocido o estabilización por calor. Una pluralidad de espigas de estirar retráctiles 22 están montadas en un soporte de espigas de estirar 24. En la realización ilustrada en la Figura 1, las espigas de estirar 2 están introducidas a través de una pluralidad de agujeros 26 para espigas de estirar en un respaldo 28. El aparato de estirar 20 de la Figura 1 sujeta la banda continua no tejida en telar 21 a lo largo de su superficie principal (ejes x e y), pero no a lo largo del eje z. El soporte de espigas de estirar 24 y el respaldo 28 incluyen una pluralidad de agujeros de ventilación 30, para permitir flujo de aire a través de la superficie de una banda continua no tejida en telar 21 aplicada con el aparato de recocer 20. El aparato de estirar 20 evita comprimir la banda continua no tejida en telar 21 de microfibras durante el recocido, para preservar las propiedades de aislamiento acústico y térmico.

A diferencia del estiramiento por los bordes usual empleado para recocer películas y tejidas en telar, las espigas de estirar 2 de la Figura 1 están configuradas para sujetar la banda continua no tejida en telar 21 en una pluralidad de lugares en la parte interior 36. Las partes de borde 34 pueden ser también sujetadas. La parte de borde 34 se refiere al perímetro de la banda continua que está típicamente sujeta durante el estiramiento por los bordes usual de las películas o tejidas en telar. Para la mayor parte de las aplicaciones de estiramiento por los bordes, las partes de borde 34 comprende típicamente menos de aproximadamente un 5% de la superficie principal de la banda continua. La parte interior 36 se refiere a la superficie principal de la banda continua, excluyendo las partes de borde 34. Es decir, que la parte interior 36 es típicamente el área de la superficie de la banda continua no sujeta según las técnicas usuales de estiramiento por los bordes. La parte interior comprende típicamente al menos un 95% del área superficial de la banda continua. La distribución de las espigas de estirar 22 a través de la parte interior de la banda continua 21 permite que las fuerzas de contracción, de relajación y de la subsiguiente cristalización durante el recocido. sean distribuidas en general uniformemente a través de la banda continua 21, con un encogimiento o desgarramiento mínimo de la banda continua.

El espaciamiento entre las espigas de estirar retráctiles 22 se optimiza para evitar el resbalamiento de fibra a fibra debido al encogimiento durante el recocido. En una realización, las espigas 22 forman una rejilla, estando cada espiga 22 separada desde aproximadamente 2,5 centímetros hasta aproximadamente 50 centímetros. En otra realización, el aparato de recocer 20 comprende una única fila de espigas 22 dispuestas para enganchar con el centro de la parte interior 36 de la banda continua 21. La longitud de las espigas de estirar retráctiles 22 puede ajustarse dependiendo del grosor de la banda continua fibrosa no tejida en telar. Aunque en la realización ilustrada en la Figura 1 se han ilustrado las espigas 22 dispuestas uniformemente en el aparato de recocer 20, es también posible una disposición aleatoria de las espigas de estirado 22.

El espaciamiento de las espigas 22 depende de la densidad volumétrica de la banda continua 21, del diámetro de fibra efectivo de las fibras, del grosor de la banda continua, del material del cual esté construida la banda continua, y de otros factores. El diámetro efectivo de la fibra (EFD) se calcula de acuerdo con el método expuesto en la publicación de Davies, C. N. titulada "The Separation of Airborne Dust and Particles" ("La Separación de Polvo y Partículas Arrastrados por el Aire") en las Memorias de la "Institution of Mechanical Engineers", London, (GB), Proceedings 1B, 1952.

Después de completado el recocido, se puede separar el soporte 24 de las espigas de estirar del respaldo 28m de modo que las espigas de estirar 22 sean retiradas de la banda continua fibrosa 21. Como alternativa, se puede levantar la banda continua fibrosa no tejida en telar 21 separándola de la estructura de estirar 20.

En las Figuras 2A y 2B se ha ilustrado un aparato de recocido continuo 40, en el cual la banda continua no tejida en telar 32 está aplicada a una estructura de estirar 42. La estructura de estirar 42 incluye una cinta móvil 44 que tiene una pluralidad de espigas de estirar 46 que se extienden a distancia hacia fuera de la cinta 44. Las espigas de estirar 46 están dispuestas a través de la anchura "w" de la cinta 44, para penetrar en la parte interior de la banda continua 32. Opcionalmente se puede disponer un rodillo 48 para forzar a la banda continua fibrosa no tejida en telar 32 sobre las espigas de estirar 46. La cinta móvil 44 gira para tirar de la banda continua fibrosa no tejida en telar 32 a través de una estufa de recocer 50. En la estufa de recocer 50 se pueden usar una diversidad de fuentes de energía, tales como de vapor de agua, de aire caliente, de infrarrojos, de rayos-X, de haz de electrones, etc. Después de recocer, se separa la banda continua fibrosa no tejida en telar recocida 32' de la estructura de estirar 42 para proporcionar una banda continua fibrosa no tejida en telar dimensionalmente estable hasta al menos la temperatura de estabilización por calor de la estufa 50.

En la realización ilustrada en las Figuras 2A y 2B, las espigas de estirar 46 se extienden sustancialmente a través del grosor 33 de la banda continua fibrosa no tejida en telar 32. Alternativamente, las espigas de estirar 46 pueden extenderse en parte del recorrido dentro de la banda continua fibrosa no tejida en telar 32. En todavía otra realización, puede haber un mecanismo 52 de formación de fibras situado aguas arriba de la estufa 50 para depositar las fibras de masa fundida soplada directamente sobre la estructura de estirar 42.

La Figura 3 representa un aparato de recocer alternativo 60 que tiene una estructura de estirar superior 62 opuesta a una estructura de estirar inferior 64. En la realización ilustrada en la Figura 3, las espigas de estirar 66 sobre la estructura de estirar superior 62 se extienden solamente en parte del recorrido dentro del grosor 65 de la banda continua fibrosa no tejida en telar 67. Análogamente, las espigas de estirar 68 de la estructura de estirar inferior 64 se extienden en parte del recorrido dentro de la banda continua fibrosa no tejida en telar 67. El uso de estructuras de estirar superior e inferior 62, 64 permite, respectivamente, espigas de estirar 66, 68 más cortas. Las espigas de estirar 66, 68 más cortas facilitan la liberación de la banda continua fibrosa no tejida en telar recocida 67' de las estructuras de estirar 62, 64 después de recocer en la estufa 70. La suma de las longitudes de las espigas de estirar 66, 68 puede ser menor, igual o mayor que el grosor 65 de la banda continua fibrosa no tejida en telar 67. En una realización, las espigas de estirar superiores 66 se aplican con las espigas de estirar inferiores 68 dentro de la banda continua 67 durante el recocido, para proporcionar mayor resistencia lateral a las espigas. Como se ha visto en lo que antecede, las espigas de estirar 66, 68 están dispuestas a través de la anchura de las estructuras de estirar 62, 64, para penetrar en la parte interior de la banda continua fibrosa no tejida en telar 67, tal como se ha ilustrado en la Figura 1.

La Figura 4 es una vista lateral en corte de un aparato de recocer alternativo 80, en el cual la banda continua fibrosa no tejida en telar 81 está aplicada con compresión entre una estructura de estirar superior 82 y una estructura de estirar inferior 84. En vez de penetrar en la banda continua fibrosa no tejida en telar 81, las espigas de estirar 86, 88 sujetan la banda continua 81 por compresión en posiciones individualizadas. Las espigas de estirar 86, 88 están dispuestas para definir puntos de estirar con compresión a lo largo de una parte interior de la banda continua fibrosa no tejida en telar 81, tal como se ha ilustrado en la Figura 1. En la realización ilustrada, las espigas de estirar 86, 88 tienen una relación de esbeltez relativamente baja, para aumentar la resistencia a la flexión y para reducir o eliminar la penetración de las espigas 86, 88 entre las fibras de la banda continua 81. La banda continua fibrosa no tejida en telar recocida resultante 81' tiene una superficie realzada correspondiente a la forma de las espigas de estirar 86, 88. La realización de la Figura 4 es particularmente útil para bandas continuas fibrosas no tejidas en telar que sean relativamente gruesas, preferiblemente de más de aproximadamente 5 milímetros de grueso.

La Figura 5 es una vista lateral en corte de una estructura de estirar 100 que sirve de ejemplo, que tiene espigas de estirar con conicidad 102 montadas en un soporte 104 de espigas de estirar. Las espigas de estirar con conicidad 102 facilitan la liberación de la banda continua fibrosa no tejida en telar 108 después del proceso de recocido. Opcionalmente se puede situar un respaldo 106 sobre las espigas de estirar 102, de modo que las espigas 102 puedan ser retiradas de la banda continua fibrosa no tejida en telar 108 después del recocido.

En una realización alterativa ilustrada en la Figura 5, una serie de espigas de estirar 109 orientadas horizontalmente están insertadas dentro de la banda continua 108 perpendiculares a las espigas de estirar 102. Las espigas de estirar 102 sujetan la banda continua 108 en el plano x-y. Las espigas de estirar 109 sujetan la banda continua 108 a lo largo del eje z. La sujeción de la banda continua 108 en tres dimensiones durante el recocido, hace que se conserven la esponjosidad o grosor.

Las espigas de estirar están preferiblemente construidas de metales tales como el acero inoxidable o el aluminio. En una realización, las espigas de estirar están recubiertas con un material de baja adherencia, tal como el politetraflúoretileno, o bien con poliolefinas de alta densidad. Alternativamente, las espigas de estirar y/o la banda continua fibrosa no tejida en telar pueden ser tratadas continua o periódicamente o rociadas con un material de baja adherencia, tal como la silicona o compuestos químicos fluorados para facilitar la liberación de la banda continua fibrosa no tejida en telar.

En la Figura 6 se ha ilustrado una estructura de estirar no plana 110 que tiene una pluralidad de estructuras conformadas 112 para formar la banda continua fibrosa no tejida en telar 118 durante el recocido en la estufa 116. Las espigas de estirar 114 están dispuestas a lo largo de toda la anchura y la longitud de la estructura de estirar 110, incluyendo las estructuras conformadas 112. Después de recocer, la banda continua recocida 124 tiene partes 122 formadas correspondientes a las estructuras conformadas 112. Las estructuras conformadas 112 pueden estar configuradas con una diversidad de formas, dependiendo de la aplicación del artículo recocido.

Generalmente, el término "monómero" se refiere a una molécula simple, de una unidad, susceptible de combinarse consigo misma o con otros monómeros, para formar oligómeros o polímeros. El término "oligómero" se refiere a un compuesto que es una combinación de aproximadamente 2 a aproximadamente 20 monómeros. El término "polímero" se refiere a un compuesto que es una combinación de aproximadamente 21 ó más monómeros.

Como polímeros adecuados para uso en este invento se incluyen las poliamidas, tales como el Nilón 6, el Nilón 6,6, el Nilón 6,10; los poliésteres, tales como el poli(tereftalato de etileno), el poli(naftalato de etileno), el poli(tereftalato de trimetileno), el poli/tereftalato de ciclohexileno dimetileno), el poli(tereftalato de butileno); los poliuretanos; los acrílicos; los copolímeros acrílicos; el poliestireno; el poli(cloruro de vinilo); el poliestireno-polibutadieno; los copolímeros de poliestireno en bloque; las poliétercetonas; los policarbonatos; o combinaciones de los mismos. Las fibras pueden estar formadas en la banda continua fibrosa de un solo material termoplástico, o bien de una mezcla de múltiples materiales termoplásticos, tal como, por ejemplo, una mezcla de uno o más de los polímeros antes relacionados, o bien una mezcla de uno cualquiera de los polímeros antes relacionados y una poliolefina. En una realización, las fibras son extruidas para que tengan múltiples capas de diferentes materiales polímeros. Las capas pueden estar dispuestas concéntrica o longitudinalmente a lo largo de la longitud de las fibras.

Aunque el método y aparato presentes para fabricar una banda continua fibrosa no tejida en telar dimensionalmente estable son aplicables a una diversidad de materiales termoplásticos, una banda continua de poliéster no tejida en telar dimensionalmente estable es particularmente útil por sus propiedades acústicas y otras de aislamiento para los compartimientos de motor de automóviles, para los compartimientos de motor de electrodomésticos, y para una diversidad de otros ambientes de alta temperatura. Los poliésteres ofrecen también ventajas significativas en aplicaciones entre las que se incluyen las médicas, las quirúrgicas, las de filtrado, las de aislamiento térmico y acústico (véase la Patente de EE.UU. Nº 5.298.694 (de Thompson y otros)), las ropas protectoras, las prendas para salas limpias, los productos para la higiene personal y para quienes padecen de incontinencia, los geotextiles, las bayetas industriales, las telas de estiramiento, y otros muchos materiales compuestos duraderos y desechables.

Las bandas continuas fibrosas no tejidas en telar de masa fundida soplada de poliéster tienen una combinación única de alta resistencia, alargamiento, tenacidad, resistencia al agarre, y resistencia al desgarramiento, comparadas con otras bandas continuas de polímero no tejidas en telar, tales como las bandas continuas no tejidas en telar de polipropileno. Las bandas continuas no tejidas en telar de poliéster pueden hacerse con un alto grado de rigidez, en comparación con el de las bandas continuas olefínicas. Esta rigidez es inherente al poliéster, debido principalmente a los valores más altos de su módulo de elasticidad. Además, es más fácil comunicar las propiedades de retardo de la llama a las bandas continuas fibrosas no tejidas en telar de poliéster, en comparación con las bandas continuas fibrosas olefínicas.

Las fibras de polímero se fabrican típicamente por fusión de una resina termoplástica y forzando la misma a través de un orificio de extrusión. En el proceso de masa fundida soplada, las fibras son extruidas en una corriente de aire de gran velocidad que estira o adelgaza de un modo efectivo el polímero en masa fundida para formar las fibras. Las fibras son luego condensadas (separadas de la corriente de aire) y recogidas como una banda continua enredada al azar o no tejida en telar. Por ejemplo, se pueden fabricar bandas continuas fibrosas no tejidas en telar usando un aparato de soplar masa fundida del tipo descrito en la publicación de Van A. Wente, titulada "Superfine Thermoplastic Fibers" ("Fibras Termoplásticas Superfinas"), Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, págs. 1342-1346, y en el "Report" (Informe) Nº 4364 de los laboratorios "Naval Research Laboratories", publicado con fecha 25 de mayo de 1954, titulado "Manufacture of Superfine Organic Fibers" ("Fabricación de Fibras Orgánicas Superfinas"), de Van A. Wente y otros.

Cuando no se use una corriente gaseosa de alta velocidad, tal como en el proceso de ligadura por hilado, se deposita una fibra continua sobre un colector. Después de la recogida en el colector, se enreda la fibra continua para formar una banda continua no tejida en telar mediante una diversidad de procesos conocidos en la técnica, tal como el de realzar o rociar con agua (hidro-enredado). Para aplicaciones de aislamiento térmico y acústico se pueden combinar las fibras cortadas con las fibras para proporcionar una banda continua más esponjosa y menos densa. En la Patente de EE.UU. Nº 4.118.531 (de Hauser) y en la publicación "United States Defensive Publication" Nº T100,902 (de Hauser) se han descrito bandas continuas no tejidas en telar que contienen microfibras y fibras cortadas dotadas de voluminosidad por rizado, usadas para aislamiento térmico.

En las Patentes de EE.UU. Números 4.988.560 (de Meyer y otros) 5.141.699 (de Meyer y otros) se han expuesto un método y un aparato para fabricar fibras de masa fundida soplada orientadas molecularmente, y en particular fibras de poliéster orientadas, adecuadas para uso en el presente invento. Las fibras de poliésteres, tales como las de poli(tereftalato de etileno) (PET) tienden a estar en un estado amorfo cuando se fabrican por los procedimientos usuales de masa fundida soplada, como se ve mediante la calorimetría por escaneo diferencial (DSC). El estirado y adelgazamiento de las fibras durante la extrusión aumentan la orientación molecular dentro de la fibra. Las fibras son luego enfriadas en un estado de amorfas, orientadas. Las fibras amorfas orientadas tienen tenacidad, flexibilidad y resistencia suficientes como para formar una banda continua que puede ser recocida usando el método y aparato presentes para estirar. Además, la orientación molecular amorfa retenida sirve para inducir cristalinidad por deformación (nucleada) dentro de la fibra durante el subsiguiente proceso de recocido. La banda continua recocida resultante es banda continua dimensionalmente estable hasta la temperatura de estabilización por calor, o por encima de ésta.

Aunque no es nuestro deseo quedar limitados por ello, se cree que los núcleos o "semillas" de los cristales generados durante la extrusión están presentes en forma de islas diminutas de material "más ordenado" dentro de un mar continuo de poliéster amorfo. La multiplicidad de estos lugares ordenados dentro del material amorfo sirve como núcleos para la cristalización de las fibras de poliéster durante el proceso de recocido. La cristalización se hace máxima elevando para ello la temperatura por encima de la temperatura de transición vítrea (T_{g}) (desde aproximadamente 70ºC a aproximadamente 80ºC para el PET) del material durante el recocido.

Se cree también que la orientación molecular dentro del material sirve simultáneamente como puntos de sujeción dentro de la matriz de material amorfo. Estas regiones orientadas o "enlaces moleculares" suprime la contracción del material amorfo, durante cuyo tiempo progresa el proceso de cristalización. Después del recocido o estabilización por calor, los cristales adoptan el papel previamente desempeñado por la orientación molecular, y sirven como enlaces cruzados físicos que suprimen el movimiento de las moléculas amorfas y, por consiguiente, de la banda continua. Por ejemplo, una banda continua fibrosa no tejida en telar de PET no encogerá típicamente más de aproximadamente el 2% cuando se genere un nivel del 13% de cristalinidad, o mayor, durante el estirado, como se considera en lo que sigue.

Una banda continua de microfibras no tejidas en telar orientadas, amorfas, es dimensionalmente inestable si se somete a recocido a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea y no se sujeta. Los cambios dimensionales que se encuentran cuando las microfibras orientadas, amorfas, se retraen durante el recocido, pueden estabilizarse generando para ello regiones cristalinas dentro de las fibras. Los cristales actúan como enlaces físicos dentro de la fibra, hasta sus respectivas temperaturas de fusión. El cambio dimensional es máximo cuando la banda continua de microfibras es totalmente amorfa. En contraste, la máxima estabilidad dimensional tiene lugar cuando las fibras son en alto grado cristalinas. Por lo tanto, se puede usar el tanto por ciento de cristalinidad como una medida de la estabilidad dimensional para bandas continuas fibrosas no tejidas en telar recocidas usando el método y el aparato presentes.

El tanto por ciento de cristalinidad en polímeros se ha obtenido aproximadamente en el pasado por la calorimetría por escaneo diferencial (DSC) normal para los casos en los que la cristalinidad inicial que esté presente sea escasa o nula. La práctica corriente consiste en restar cualquier área de pico exotérmica (cristalización en frío a T_{c}) del pico endotérmico (fusión a T_{m}) y el uso del calor de fusión "restante" dividido por el calor de fusión teórico para obtener aproximadamente la cristalinidad presente antes de la iniciación del experimento. Por este método no se obtiene de modo reproducible el tanto por ciento de cristalinidad inicial aproximado cuando se trabaja con poli(tereftalato de etileno) (que sea amorfo o solo ligeramente cristalino). Usando el DSC el error está en la región de la línea de base entre T_{c} y T_{m}, la cual puede ser evaluada incorrectamente. La señal de flujo de calor de la DSC normal es una "media del sistema", por cuanto es la convolución de los sucesos endotérmico y exotérmico. La señal de flujo de calor "media del sistema" aparece estable, (es decir, que la línea de base aparece plana entre T_{c} y T_{m}) e indica que no hay cristalización, perfección de los cristales, ni fusión que tenga lugar hasta una temperatura artificialmente alta. Esto da típicamente por resultado una clasificación falsamente alta del contenido cristalino para muestras de menor cristalinidad real. Las muestras de banda continua evaluadas por la DSC normal estarían también incorrectamente clasificadas en cuanto a su contenido cristalino. Co o resultado de las limitaciones de los análisis por DSC normal, las muestras que se haya calculado que tengan, por ejemplo, aproximadamente un 20% de cristalinidad inicial pueden ser de hecho esencialmente amorfas con anterioridad a la prueba, y presentarían encogimiento al ser expuestas a temperaturas superiores a la temperatura de estabilización por calor. En contraposición con esto, las muestras para las que se haya obtenido que tengan aproximadamente un 20% de cristalinidad inicial por Calorimetría por Escaneo Diferencial Modulada® (MDSC) y por el método que se describe en lo que sigue, serán en cambio dimensionalmente estables hasta una temperatura igual a, o mayor que, la temperatura de estabilización por calor. La MDSC proporciona un método para estimar de modo fiable el tanto por ciento de contenido cristalino, el cual es proporcional a la estabilidad dimensional de la banda continua, es decir, que a medida que aumenta el contenido cristalino de la banda continua, aumenta también la estabilidad dimensional.

Las muestras fueron analizadas usando la Calorimetría por Escaneo Diferencial Modulada® (MDSC) 2920 de la firma TA Instruments (con sede en Newcastle, DE (EE.UU.)). Se aplicó un régimen de calentamiento lineal de aproximadamente 4ºC/min, con una amplitud de perturbación de aproximadamente \pm0,636ºC cada 60 segundos. Las muestras fueron sometidas a un programa cíclico de calor-frío-calor en el que se variaba desde aproximadamente -10 hasta aproximadamente 310ºC. Las temperaturas de transición vítrea comunicadas (en ºC) son los puntos medios en el cambio de capacidad calorífica observados durante el paso de la transición. El paso de la transición se analiza usando la curva de señal de inversión. Las temperaturas de transición indicadas de las transiciones endotérmica y exotérmica son los valores máximos (T_{\text{peak máx o mín}}). Los valores de los picos integrados se han designado como HF (Flujo de Calor), R (flujo de calor de inversión o relacionado con la capacidad calorífica), y NR (flujo de calor de no inversión de efectos cinéticos).

Una MDSC es similar a una DSC normal en cuanto a las características del equipo físico, si bien en la misma se usa un perfil de calentamiento claramente diferente. Concretamente, la nueva técnica se basa en la programación de las diferencias en el perfil de calentamiento aplicado simultáneamente a la muestra y a la referencia. En la MDSC, se superpone una perturbación sinusoidal 154 encima del régimen de calentamiento lineal normal 152, como se ha ilustrado en el perfil de calentamiento de la MDSC que sirve de ejemplo, de la Figura 7. El resultado es un régimen de calentamiento 150 que cambia continuamente con respecto al tiempo, pero no linealmente. Los datos del flujo de calor que resultan de la aplicación de este complejo programa de calentamiento están también modulados, y la magnitud de la señal según el eje y es proporcional a la capacidad calorífica.

Después de la recogida, los datos sin tratar son desconvolucionados en tres componentes (Figura 8) usando las matemáticas de Fourier, el primero una señal media de Fourier (HF), el segundo una función de la capacidad calorífica (R) y el tercero (NR) la diferencia de las curvas primera y segunda antes indicadas. Las señales de flujo de calor para PET enfriado, ilustradas en la Figura 8, tienen únicamente fines ilustrativos. La amplitud de la señal sin tratar, modulada, es corregida por las constantes de calibración para generar información basada en la capacidad calorífica. Las transiciones del material que resultan de los cambios en la capacidad calorífica se desconvolucionan en la curva de inversión después de la reducción de los datos, mientras que los efectos cinéticos (cristalización en fío o perfeccionamiento del cristal) se separan en la señal de no inversión. La señal de flujo de calor es equivalente a una señal de flujo de calor obtenida por DSC normal, y es cuantitativa. El par de señales de "inversión + no inversión" son también cuantitativas como un conjunto, pero no si se consideran por separado.

Cuando se someta a prueba de una DSC normal un material de cristalización moderadamente rápida como el PET, los valores del tanto por ciento de cristalinidad determinados restando el pico de cristalización en fío del pico de fusión antes de escalar hasta el calor teórico de fusión, serán razonablemente precisos y reproducibles, solamente cuando el material sea ya parcialmente cristalino. Después de que una muestra haya sido recocida lo suficiente como para generar "alguna" cristalinidad, se observa una línea de base más representativa en una traza por DSC normal entre T_{c} y T_{m}, y permite el método de aproximación de la cristalinidad descrito en lo que antecede para seguir con las propiedades físicas observadas del polímero. El calor suministrado durante la propia prueba no sigue ya afectando significativamente al contenido cristalino del material al ser éste calentado a través de la región típica de cristalización en frío. La MDSC permite la extensión de la determinación y de la aproximación del tanto por ciento de cristalinidad inicial o de la "banda continua" hasta niveles más bajos de contenido cristalino, y también para muestras amorfas, evaluando para ello correctamente esa región media de la señal de flujo de calor.

El tanto por ciento de cristalinidad en el PET se estima usando para ello los datos de área de pico de la señal de no inversión (NR) de la MDSC para aproximar la contribución a la cristalización exotérmica a la señal de flujo de calor, mientras que se usa el área de pico de la señal de inversión (R) para estimar la contribución de la fusión endotérmica. La diferencia entre el componente de cristalización exotérmica y el área del pico de la señal de fusión endotérmica permite una estimación similar del tanto por ciento de cristalinidad inicial, como se hace en la DSC normal pero sin las inexactitudes de la línea de base. Para estimar la cristalinidad inicial presente en la muestra se usa la siguiente expresión:

(1)[R(-)+NR(+)]/calor teórico de fusión x 100 = % de cristalinidad

donde:

R es el área del pico integrada en la curva de la señal de inversión, y

NR es el área del pico integrada usando la señal de no inversión.

El convenio aquí usado es el de tomar los datos de la señal R endotérmica como negativos, los datos de la señal NR exotérmica como positivos, y el tanto por ciento de cristalinidad se toma también como un número positivo.

La presencia o ausencia de un pico exotérmico (120ºC) en las señales de flujo de calor (HF), o de flujo de calor de no inversión (NR) (Figura 8) durante el primer calentamiento, puede ser usada también como una herramienta para evaluar la eficacia del proceso de estirado para el PET. Una muestra que presente una exotermia significativa en la curva de no inversión, es decir, una similar en magnitud al tamaño del pico de cristalización en fío presentado por una cristalización de una muestra amorfa (ejemplo de Control) será dimensionalmente inestable. En contraste con esto, una muestra que haya sido eficazmente estirada/recocida presentará escasa o ninguna actividad exotérmica en las curvas de la señal total o de no inversión por debajo de aproximadamente 200ºC.

Cuando se efectúe la prueba bajo las condiciones experimentales aquí descritas, la diferencia entre el área del pico de no inversión exotérmica y el área del pico de la señal de inversión endotérmica corresponderá al tanto por ciento de cristalinidad de la banda continua.

Siguiendo la transformación de la fase amorfa en la fase semicristalina en la señal de MDSC de no inversión, es posible evaluar el tanto por ciento de cristalinidad de la fibra después de recocer. La cristalinidad generada y perfeccionada durante el ciclo de prueba por MDSC es seguida por el área del pico de la señal de no inversión. El más bajo de los dos picos exotérmicos corresponde a la cristalización en fío del material, mientras que la región de temperatura más alta (de más de 200ºC) se atribuye al perfeccionamiento del cristal. Las muestras de PET amorfas en alto grado general una respuesta de pico de no inversión significativa por debajo de 200ºC, la cual es indicadora de inestabilidad dimensional de la banda continua.

En contraste con esto, una banda continua semicristalina es dimensionalmente más estable y presentará menos cristalinidad relativa que sea generada durante la prueba de MDSC. Esto viene confirmado también por el área del pico de la señal de no inversión, es decir, que el área del pico exotérmico por debajo de aproximadamente 200ºC estará ausente, o será menor que la que sería para una muestra de control. Por lo tanto, la MDSC es una herramienta útil para determinar la estabilidad dimensional de una banda continua microfibrosa. En efecto, la MDSC predice la estabilidad dimensional de las fibras, vigilando para ello como son de inestables los cristales de PET para la temperatura durante el análisis.

Los resultados de la MDSC permiten predecir la estabilidad dimensional de la banda continua en el caso de materiales parcialmente cristalizados, evaluando para ello de modo reproducible el tanto por ciento de cristalinidad inicial en las bandas continuas recocidas. Este método permite clasificar las bandas continuas con mayor detalle que simplemente como "buenas" o "malas", que era frecuentemente el límite efectivo de los datos obtenidos por la DSC normal. La importancia de la prueba por MDSC radica en capacidad para evaluar de un modo efectivo el tanto por ciento de cristalinidad inicial, y por lo tanto para determinar la estabilidad dimensional de la banda continua de microfibras. El inicio de la cristalización o el perfeccionamiento de los cristales en la señal de no inversión ilustra aproximadamente la máxima temperatura de uso del material de banda continua, sobre la base de la estabilidad dimensional frente a la temperatura. Esta estimación no es posible hacerla con exactitud usando las curvas de flujo de calor obtenidas por la DSC normal con su decepcionante señal plana en el margen intermedio (de uso real) de temperaturas de
interés.

Ejemplos

Ejemplos 1-5

Ejemplo Comparativo 1

Se produjo una banda continua microfibrosa de masa fundida soplada no tejida en telar de poli(tereftalato de etileno) (PET) como se ha descrito en la publicación de Wente, Van A., titulada "Superfine Thermoplastic Fiber" ("Fibra Termoplástica Superfina") en "Industrial Engineering Chemistry" vol. 48, págs. 1342 y siguientes (1956), o bien en el Report (Informe) Nº 4364 de los laboratorios "Naval Research Laboratories" publicado con fecha 25 de mayo de 1954, titulado "Manufacture of Superfine Organic Fibers" ("Fabricación de Fibras Orgánicas Superfinas") de Wente, V.A.; Boone C.D.; y Fluharty, E.L. El peso básico de la banda continua perseguido como objetivo era de 200 gramos/metro^{2}. El peso básico de la banda continua se determinó de acuerdo con la norma de la ASTM D 3775-85. La banda continua fibrosa no tejida en telar se preparó usando PET de la firma Minnesota Mining and Manufacturing Company, de St. Paul, MN (EE.UU.), tipo 651000, de 0,60 de V.I. (Viscosidad Inicial).

Las muestras de los Ejemplos 1-5 fueron recocidas usando un aparato de estirar ilustrado en general en la Figura 1. El aparato de estirar era una placa de aluminio de 58,4 cm x 58,4 cm x 0,625 cm, con agujeros de 6,35 mm taladrados a través de la placa y espaciados a 9,53 mm entre centros, para proporcionar flujo de aire a través de la placa y a través de la banda continua. Entre las filas de agujeros para el aire y desplazadas a 4,76 mm, hay espigas uniformemente espaciadas a 2,86 cm entre sí. Las espigas son de las CB-A Foster 20 de calibre 15 x calibre 18 x calibre 36 x 7,62 cm (espigas de troquelar con aguja 3-22-1,5B que pueden obtenerse de la firma Foster Needle Co. Inc. Manitowoc (WI) (EE.UU.)).

Cada banda continua de PET de los Ejemplos 1-5 fue colocada individualmente en el aparato de estirar bajo una tensión manual suficiente como para eliminar el huelgo. Se empujó la banda continua sobre las espigas de estirar hasta la base de la plataforma de aluminio, permitiendo que las espigas sujetaran a la banda continua manteniéndola estacionaria. Las bandas continuas estiradas de los Ejemplos 1-5 fueron situadas cada una en una estufa durante tiempos, y a temperaturas variables, que se han indicado en la Tabla 1, para recocer o estabilizar por calor las bandas continuas. Después se retiraron las muestras de la estufa y se dejó que se enfriaran a la temperatura ambiente.

Después se marcaron las muestras de los Ejemplos 1-5 con líneas de rejilla de aproximadamente 25,4 cm x aproximadamente 25,4 cm, y se metieron en la estufa por segunda vez, excepto en que las bandas continuas no estaban sujetas. Se calentaron las bandas continuas hasta aproximadamente 190ºC durante 10 minutos, para medir el tanto por ciento de encogimiento de la banda continua de acuerdo con la norma de la ASTM D 1204-84.

Se preparó el Ejemplo Comparativo C1 como se ha descrito en lo que antecede, si bien omitiendo el estiramiento con sujeción. Se marcó la muestra C1 con líneas de rejilla de aproximadamente 25,4 cm x aproximadamente 25,4 cm, y se recoció a 190ºC durante 10 minutos. Se dejó enfriar la banda continua recocida antes de que fuera evaluada en cuanto al tanto por ciento de encogimiento de la banda continua, de acuerdo con la norma de la ASTM D 1204-84. Los resultados se han recogido en la Tabla 1.

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TABLA 1

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Encogimiento Medido por Calorimetría por Escaneo Diferencial Modulado a 190ºC/10 min

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1

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TABLA 1 (continuación)

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2

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Los datos de la Tabla 1 ponen de manifiesto que la muestra C1 no estirada tenía un muy alto encogimiento de la banda continua, que excedía del 50% tanto en la dirección de la máquina como en la dirección transversal a la máquina de la banda continua. El recocido o la estabilización por calor usando el aparato de la Figura 1 mejoró espectacularmente la estabilidad dimensional de la banda continua. No obstante, el efecto del recocido depende del tiempo y de la temperatura y puede vigilarse a través de los cambios de fase por Calorimetría de Escaneo Diferencial Modulado (MDSC). En los Ejemplos 1-3 y en el Ejemplo 5 se ha proporcionado a la vez un tiempo de recocido y una temperatura de recocido suficientes para inducir la cristalización, facilitada por las espigas de estirar que impiden el resbalamiento de las fibras y de la banda continua. Las bandas continuas de los Ejemplos 1-3, 5 tenían un muy bajo encogimiento de la banda continua durante el subsiguiente recocido a 190ºC durante 10
minutos.

En el Ejemplo 4 se ha ilustrado el efecto de una temperatura de recocido insuficiente. Si la temperatura de recocido es inferior a la temperatura de cristalización del polímero, no se producirá la esterilización de la banda continua a las temperaturas del recocido subsiguiente ni a temperaturas de recocido más altas. Este efecto viene indicado por una gran exotermia tal como la que se haría evidente en un perfil de calentamiento de MDSC para el Ejemplo 4 y para el Ejemplo Comparativo 1 para cristalización en frío. Se comprueba que la estabilización dimensional de la banda continua para el recocido subsiguiente es debida a la cristalización durante la estabilización por calor. Al disminuir el potencial de cristalización dentro del polímero, aumenta la estabilización dimensional de la banda continua y disminuye el encogimiento de la banda continua.

El tanto por ciento de cristalinidad del polímero se calculó en las bandas continuas extruidas con anterioridad a la prueba de encogimiento, tomando para ello la diferencia de la energía del flujo de calor de Inversión por gramo y la energía del flujo de calor de No Inversión por gramo, y dividiendo por la entalpía teórica de la fusión para el PET (138 julios/gramo). Las muestras de los Ejemplos 1-3 y del Ejemplo 5 revelan un alto tanto por ciento de cristalinidad inicial (que excede del 20%) y pequeñas exotermias de cristalización en frío (como la que resultaría evidente en un perfil de calentamiento de MSDC). El recocido con estiramiento por encima de la temperatura de cristalización del polímero con el aparato de la Figura 1 inducía cristalización y comunicaba estabilización dimensional a la banda continua. El Ejemplo 4 revela la significación del recocido con estirado por encima de la temperatura de cristalización máxima de pico del polímero de 121,9ºC. Estirando por debajo de esa temperatura de recocido, la banda continua tiene un tanto por ciento de cristalinidad que se aproxima a cero y, por consiguiente, era dimensionalmente inestable para las subsiguientes operaciones de recocido, en particular por encima de 121,9ºC. El Ejemplo Comparativo 1 revela el efecto de no estirar la banda continua durante el recocido. La banda continua de masa fundida soplada extruida era esencialmente no cristalina (menos del 13%) o amorfa. Es difícil inducir cristalización por deformación en las bandas continuas de masa fundida soplada de PET (que excedan del 20%), dado que la masa fundida de fibras es difícil de adelgazar con el aire, y las velocidades del aire requeridas exceden típicamente de la resistencia de la masa fundida del polímero y dan por resultado la rotura de los
filamentos.

Una banda continua de PET amorfo se encogerá significativamente una vez recocida, sin ser sujetada, por encima de su temperatura de cristalización, tal como se ha presentado mediante el Ejemplo Comparativo C1. Finalmente, cuando se permite que una banda continua cristalice en frío en un estado de no sujeta, la banda continua resultante es típicamente frágil, posiblemente debido al crecimiento grande y desordenado del cristal. El recocido con estiramiento por encima de la temperatura de cristalización del polímero con el aparato de la Figura 1 induce cristalización por deformación. Esta estructura ordenada comunica una banda continua fibrosa no tejida en telar flexible y dimensionalmente estable.

Ejemplos 6-10

Ejemplos Comparativos 2-6

Se produjo una banda continua microfibrosa de masa fundida soplada no tejida en telar de poli(tereftalato de etileno) (PET) con un peso básico perseguido como objetivo de 200 gramos/metro^{2}, como se ha descrito en los Ejemplos 1-5 y en el Ejemplo Comparativo 1. Se cortó la banda extruida en muestras de 50,8 cm x 50,8 cm. Se colocaron las bandas continuas de los Ejemplos 6-10 sobre el aparato de estirar de los Ejemplos 1-5 y se sujetaron durante el recocido a diversas temperaturas, como se expone en la Tabla 2, durante 5 minutos. Las muestras fueron a continuación retiradas, se dejó que se enfriaran a la temperatura ambiente, se marcaron con líneas de rejilla de 20,3 cm x 20,3 cm, y se recocieron de nuevo en un estado de no estiradas a 170ºC durante 5 minutos. Con la excepción de las dimensiones de la muestra, se midió el encogimiento de la banda continua en la dirección de la máquina de acuerdo con la norma de la ASTM D 1204-84. Los Ejemplos Comparativos C2-C5 se prepararon como se ha descrito en lo que antecede, excepto en que no se estiraron las bandas continuas. Las bandas continuas de C2-C5 fueron marcadas con líneas de rejilla de 20,3 cm x 20,3 cm, y se recocieron sin estirar (en la condición de relajadas) a diversas temperaturas, como se expone en la Tabla 2, durante 5 minutos. Con la excepción de las dimensiones de la muestra, se determinó el encogimiento de la banda continua en la dirección de la máquina de acuerdo con la norma de la ASTM D 1204-84. Los resultados se han indicado en la Tabla 2.

TABLA 2

3

Las muestras de los Ejemplos 6-10 muestran la influencia de aumentar la temperatura de recocido con estirado durante 5 minutos cuando se usa el aparato de la Figura 1. Una vez sobrepasado el punto de cristalización de aproximadamente 122ºC para el PET durante el recocido con estirado, la banda continua era dimensionalmente estable hasta al menos la temperatura de estabilización por calor. La banda continua recocida era blanda y flexible. El recocido en estado de relajado por encima de la temperatura de cristalización del polímero da por resultado un encogimiento muy alto, y bandas continuas rígidas, frágiles, debido posiblemente al crecimiento grande y desorientado del cristal.

Ejemplos 11-14

Se produjeron bandas continuas microfibrosas de masa fundida soplada no tejidas en telar de poli(tereftalato de etileno) (PET) con un peso básico perseguido como objetivo de 200 gramos/metro^{2}, como se ha descrito en los Ejemplos 1-5. Las bandas continuas microfibrosas de masa fundida soplada de PET se prepararon a partir de resinas de PET de varias Viscosidades Intrínsecas (V.I.) indicadas en la Tabla 3 (que pueden obtenerse de la firma 3M Company y de la firma Eastman Chemical Products, Inc. de Kingsport, TN (EE.UU.)). Las bandas continuas recocidas fueron evaluadas en cuanto al efecto de la V.I. en el encogimiento de la banda continua sin sujetar de acuerdo con la norma de la ASTM D 1204-84. Los resultados se han indicado en la Tabla 3.

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TABLA 3

4

Los datos de la Tabla 3 revelan que la V.I. no parece ser un factor que influya en la estabilización dimensional de la banda continua de PET dentro del margen de 0,60 a 0,95 de la V.I.

Ejemplo 15

Ejemplo Comparativo C7

Se prepararon bandas continuas aislantes acústicas no tejidas en telar, como se ha descrito en la Patente de EE.UU. Nº 4.118.531 (de Hauser). Las bandas continuas estaban constituidas por el 65% de microfibras de masa fundida soplada preparadas a partir de poli(tereftalato de etileno) (PET) de 0,60 de V.I. Estas bandas continuas comprendían también un 35% de fibras rizadas para dar voluminosidad, en forma de fibras cortadas de poliéster de 3,8 cm de longitud, de 6 denier (25,1 micrómetros de diámetro) de 3,9 rizos/cm, que pueden obtenerse como fibras del Tipo
T-295 de la firma Hoechst-Celanese Co. de Somerville, N.J (EE.UU.). La banda continua resultante del Ejemplo 15 fue recocida o estabilizada por calor usando el aparato descrito en la Figura 1.

El aparato para estirar era una placa de aluminio de 68,6 cm x 25,4 cm x 0,635 cm, con agujeros de 6,35 mm taladrados a través de la placa y espaciados a 9,5 mm entre centros, para proporcionar flujo de aire a través de la placa y a través de la banda continua. Entre las filas de agujeros para el aire y desplazadas a 4,76 mm, hay espigas espaciadas uniformemente a 2,86 cm entre sí. Las espigas son espigas de troquelar de aguja de calibre 15 x calibre 18 x calibre 36 por 7,62 cm, que pueden obtenerse de la firma Foster Needle Co., Inc. Manitowoc, WI (EE.UU.). La muestra del Ejemplo 15 fue recocida en el aparato de estirar durante 10 minutos a 238ºC. Se retiró la muestra de la estufa, se dejó enfriar a la temperatura ambiente, y se retiró del dispositivo de estirar. Con la excepción de las dimensiones de la muestra, se determinó el tanto por ciento de encogimiento de la banda continua de acuerdo con la norma de la ASTM D 1204-84. Las muestras del Ejemplo 15 y del Ejemplo Comparativo C7 fueron marcadas con líneas de rejilla de 12,7 cm x 50,8 cm y recocidas durante 10 minutos a 238ºC. Los resultados se han expuesto en la Tabla 4.

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TABLA 4

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5

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Los datos de la Tabla 4 ponen de manifiesto que aunque las fibras cortadas de la banda continua combinada (es decir, de microfibras y de fibras cortadas) mejoran la estabilidad dimensional, no son capaces de estabilizar en la misma medida que el aparato de estirar del presente invento.

Ejemplo 16

Se preparó una banda continua aislante acústica no tejida en telar de PET como se ha descrito en la Patente de EE.UU. Nº 4.118.531 (de Hauser). Las bandas continuas estaban constituidas por el 65% de microfibras de masa fundida soplada preparadas de poli(tereftalato de etileno) (PET) de 0,6 de V.I., del Tipo 651000, que pueden obtenerse de la firma 3M Company de St. Paul, Minnesota (EE.UU.). Las bandas continuas incluían también un 35% de fibras rizadas para dar voluminosidad, en forma de fibras cortadas de poliéster de 3,8 cm de longitud, de 6 denier (25,1 micrómetros de diámetro), de 3,9 rizos/cm, que pueden obtenerse como fibras del Tipo T295 de la firma Hoechst-Celanese Co. de Somerville, N.J (EE.UU.). La banda continua resultante del Ejemplo 16 fue recocida en el aparato de estirar o estabilizada por calor con el aparato de estirar del Ejemplo 15.

La muestra del Ejemplo 16 fue recocida en el aparato de estirar durante 10 minutos a 180ºC usando el aparato de estirar descrito en los Ejemplos 1-5. Se retiró la muestra de la estufa, se dejó enfriar a la temperatura ambiente, y se retiró del dispositivo de estirar. La muestra del Ejemplo 16 tenía un grosor de la banda continua de 3,4 cm, y fue evaluada de acuerdo con la norma de la ASTM D1777-64, usando una presión de 13,79 Pa. y un pie prensador de 30,5 cm x 30,5 cm. La muestra del Ejemplo 16 tenía un peso básico de la banda continua de 418 gramos/metro^{2}, y fue evaluada de acuerdo con la norma de la ASTM D 3776-85. La muestra del Ejemplo 16 tenía un Diámetro Efectivo de la Fibra (EFD) de 12,5 micrómetros, y fue evaluada de acuerdo con la norma de la ASTM F 778-88 con un flujo de aire de 32 litros por minuto. Se evaluó la absorción del sonido de acuerdo con la norma de la ASTM E1050, y los resultados se han indicado en la Tabla 5.

TABLA 5

6

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TABLA 5 (continuación)

7

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Los datos de la Tabla 5 muestran que las bandas continuas combinadas, dimensionalmente estables, son eficaces absorbedoras del sonido.

Ejemplo 17

Ejemplo Comparativo C8

Se produjo una banda continua de microfibras de masa fundida soplada no tejida en telar de poli(1,4-ciclohexilenodimetileno tereftalato) (PCT) con un peso básico perseguido como objetivo de 53 gramos/metro^{2}, como se ha descrito en los Ejemplos 1-5. Se preparó la banda continua microfibrosa de masa fundida soplada de PCT a partir de una resina designada como Ektar 10820, que puede obtenerse de la firma Eastman Chemical Company, de Kingsport, TN (EE.UU.). La banda continua del Ejemplo 17 fue recocida en el aparato de estirar con el dispositivo descrito en los Ejemplos 1-5, a 180ºC durante 2 minutos, fue retirada de la estufa, se dejó enfriar a la temperatura ambiente, y se retiró del aparato de estirar. Las muestras del Ejemplo 17 y del Ejemplo Comparativo C8 fueron marcadas con líneas de rejilla de 20,3 cm x 20,3 cm y recocidas a 180ºC durante 5 minutos. Las bandas continuas fueron evaluadas en cuanto a encogimiento de acuerdo con la norma de la ASTM D1204-84 (con la excepción de las dimensiones de la muestra). Los resultados se han indicado en la Tabla 6.

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TABLA 6

8

Los datos de la Tabla 6 muestran que otras bandas continuas del tipo de poliéster de masa fundida soplada presentan un encogimiento significativo cuando son recocidas sin estirar, de acuerdo con el presente invento.

Para quienes sean expertos en la técnica será evidente que se pueden efectuar muchos cambios en las realizaciones descritas en lo que antecede, sin rebasar el alcance del invento. Por consiguiente, el alcance del presente invento no deberá considerarse limitado a los métodos y estructuras aquí descritos, sino únicamente a los métodos y estructuras descritos mediante el lenguaje de las Reivindicaciones, y equivalentes a las mismas.

Claims

1. Un método para fabricar una banda continua fibrosa no tejida en telar dimensionalmente estable (21; 32; 67; 81; 108; 118) que comprende los pasos de:

sujetar una banda continua fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118) que comprende fibras de termoplástico en una estructura de estirar en una pluralidad de puntos de estirar distribuidos a través de al menos una parte interior de la banda continua;

recocer la banda continua no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118) mientras la banda continua está sujeta en la estructura de estirar (42; 62; 64; 82; 84; 100; 110); y

retirar la banda continua fibrosa no tejida en telar de la estructura de estirar (42; 62; 64; 82; 84; 100; 110)

caracterizado porque dichos puntos de estirar están separados entre sí de aproximadamente 2,5 cm a aproximadamente 50 cm.

2. El método según la Reivindicación 1, en el que la pluralidad de puntos de estirar comprende una pluralidad de espigas de estirar (22; 46; 66; 68; 86; 88; 102; 109; 114) dispuestas para penetrar en la banda fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118).

3. El método según la Reivindicación 1, en el que la pluralidad de puntos de estirar comprende una pluralidad de espigas de estirar (22; 46; 66; 68; 86; 88; 102; 109; 114) dispuestas para penetrar a través de la banda continua fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118).

4. El método según la Reivindicación 1, en el que el paso de sujetar la banda continua fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118) a la estructura de estirar comprende el paso de aplicar con compresión la banda continua fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118) en la pluralidad de puntos de estirar.

5. El método según la Reivindicación 1, en el que los puntos de estirar están distribuidos en general uniformemente a través de la parte interior (36) de la banda continua fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118).

6. Una estructura de estirar (42; 62; 64; 82; 84; 100; 110) para recocer una banda continua fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118) que comprende una pluralidad de espigas de estirar (22; 46; 66; 68; 86; 88; 102; 109; 114) que se proyectan a distancia desde un soporte de estirar (24; 104), estando situadas las espigas de estirar (22; 46; 66; 68; 86; 88; 102; 109; 114) para aplicarse a una parte interior (36) de la banda continua, caracterizada porque dichas espigas de estirar (22; 46; 66; 68; 86; 88; 102; 109; 114) están separadas entre sí de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 50 cm.

7. La estructura de estirar (42; 62; 64; 82; 84; 100; 110) según la Reivindicación 6, en la que la pluralidad de espigas de estirar (22; 46; 66; 68; 86; 88; 102; 109; 114) están dispuestas para penetrar en la banda continua fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118).

8. La estructura de estirar (42; 62; 64; 82; 84; 100; 110) según la Reivindicación 6, en la que la pluralidad de espigas de estirar (22; 46; 66; 68; 86; 88; 102; 109; 114) están dispuestas para penetrar a través de la banda continua fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118).

9. La estructura de estirar (42; 62; 64; 82; 84; 100; 110) según la Reivindicación 6 en la que las espigas de estirar (22; 46; 66; 68; 86; 88; 102; 109; 114) están configuradas para aplicarse con compresión a la banda continua fibrosa no tejida en telar (21; 32; 67; 81; 108; 118) en la pluralidad de espigas de estirar.

10. La estructura de estirar (42; 62; 64; 82; 84; 100; 110) según la Reivindicación 6, en la que las espigas de estirar (22; 46; 66; 68; 86; 88; 102; 109; 114) están distribuidas en general uniformemente a través del soporte de estirar (24; 104).