ES2268959B1 - Dispositivo para fabricar bandas de material no tejido. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para fabricar bandas de material no tejido. Comprende medios de extrusión (3) de un polímero, medios de filtrado (4), medios de dosificación (5), un cabezal de hilatura o hilera (6) provista de una pluralidad de orificios (7), a través de los cuales emana dicho polímero a modo de filamentos (8), medios de enfriado (9) y medios de estirado (10) de los filamentos (8), depositándose aleatoriamente dichos filamentos (8) sobre unos medios de transporte (11) provistos de una superficie de recepción permeable al aire, y medios de aspiración (12) de aire para mantener inmovilizados dichos filamentos (8) durante su transporte. Se caracteriza por el hecho de que comprende medios de pivotamiento (13) que permiten girar simultáneamente, un predeterminado ángulo (a), el conjunto formado por el cabezal de hilatura o hilera (6), los medios de enfriado (9), los medios de estirado (10) y los medios de aspiración (12), alrededor de un eje (14) sensiblemente paralelo a la dirección de salida de filamentos (8) del cabezal de hilatura o hilera (6). Permite optimizar el ancho de la banda de material no tejido producido al necesario.
Description
Dispositivo para fabricar bandas de material no
tejido.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para fabricar bandas de material no tejido. Dicho
material no tejido se produce a partir de fibras provenientes de la
extrusión de un polímero.
Los sistemas más conocidos para la formación de
un material no tejido a partir de fibras provenientes de la
extrusión de un polímero son los denominados "Spunbond" y
"Meltblown". Dichos sistemas se basan en la extrusión de un
polímero mediante aplicación de temperatura y presión por medio de
una extrusora de husillo (mono husillo o de doble husillo según el
polímero utilizado), que una vez filtrado para evitar impurezas se
dosifica mediante una bomba de engranajes sobre un cabezal de
hilatura o hilera provista de una pluralidad de orificios. Una vez
el polímero fundido sale por los orificios es refrigerado primero y
estirado normalmente con aire de arriba hacia abajo para conseguir
el diámetro de filamento deseado y posteriormente es atenuado. Una
vez estirados y enfriados estos filamentos se depositan
aleatoriamente sobre una cinta transportadora porosa, aspirándose
el aire a su través desde abajo para mantener los filamentos
inmovilizados durante su transporte.
La hilera, que normalmente es de tipo
rectangular, está instalada de manera perpendicular (en su lado más
largo) al sentido de producción de la línea de "Spunbond" o
"Meltblown" para cubrir todo el ancho de producción.
Como ejemplo, algunos sistemas de fabricación de
tipo "Spunbond" se describen en las patentes: US 3,341,394 de
Kinney; US 3,655,862 de Dorschner et al; US 3,692,618 de
Dorschner et al; US 3,705,068 de Dobo et al; US
3,802,817 de Matsuki et al; US 3,853,651 de Porte; EP
1323852-Al de Reifenhäuser; y DE4312419 de
Reifenhäuser, entre otras.
Del mismo modo, algunos sistemas de fabricación
de tipo "Meltblown" se describen en las patentes: US 3,016,599
de Perry; US 3,704,198 de Pretince; y US 3,755,527 de Keller, entre
otras.
En el caso del "Spunbond" el aire que
refrigera los filamentos a la salida de la hilera se conduce
mediante unos conductos de manera que llegue de forma perpendicular
al sentido de salida de los filamentos. El aire que estira los
filamentos se conduce mediante conductos y los acompaña en su camino
de bajada acelerándolos y provocando su disminución de diámetro.
Una vez este aire ha llegado a su máxima velocidad se incrementa la
sección de paso de aire y filamentos provocando una atenuación de
los mismos para que dichos filamentos se depositen de forma
desordenada y aleatoria sobre la cinta transportadora permeable al
aire.
En el caso del "Meltblown" el aire de
estirado es calentado y el aire de enfriado es aspirado desde abajo
y a través de la cinta transportadora.
En ambos casos, el aire se recoge mediante un
ventilador dispuesto debajo de la cinta transportadora que succiona
el aire a través de la misma, provocando también que los filamentos
queden mínimamente fijados sobre la cinta transportadora.
Uno de los factores que más afecta a la
productividad de las bandas de material no tejido, además de otros,
es el ancho del material no tejido producido, tal como se describirá
a continuación.
Las líneas de producción de material no tejido
tienen un ancho de producción fijo ya que las hileras donde se
produce la fibra tienen unas medidas fijas que normalmente son de
2.4 m, 3.2 m, 4.2 m y 5.2 m.
Sin embargo, el ancho del material no tejido
producido no se ajusta siempre al ancho necesario (por ejemplo una
instalación de 4.2 m de ancho que por necesidades de un producto
debe producir a 3 m de ancho), lo cual provoca que deba cortarse el
material no tejido para ajustar el ancho producido al necesario.
Este ancho cortado, producido pero no necesario, implica una perdida
de rendimiento de la línea de producción.
Por tanto, seria conveniente conseguir adaptar,
en los sistemas de fabricación de tipo "Spunbond" o
"Meltblown", el ancho producido al ancho necesario evitando
mermas y aprovechando al máximo la capacidad de las
instalaciones.
El objetivo del dispositivo para fabricar bandas
de material no tejido de la presente invención es solventar los
inconvenientes que presentan los dispositivos conocidos en la
técnica, proporcionando un dispositivo de fabricación que permite
optimizar el ancho de la banda de material no tejido producido al
necesario.
El dispositivo para fabricar bandas de material
no tejido, de la presente invención, del tipo producido a partir de
un polímero, comprende medios de extrusión de dicho polímero, medios
de filtrado de dicho polímero extruido, medios de dosificación para
dosificar dicho polímero dentro de un cabezal de hilatura o hilera
provista de una pluralidad de orificios, a través de los cuales
emana dicho polímero a modo de filamentos, medios de enfriado y
medios de estirado de los filamentos, depositándose aleatoriamente
dichos filamentos enfriados y estirados sobre unos medios de
transporte provistos de una superficie de recepción permeable al
aire, y medios de aspiración de aire situados debajo de dichos
medios de transporte para mantener inmovilizados dichos filamentos
durante su transporte.
El dispositivo para fabricar bandas de material
no tejido, objeto de la presente invención, se caracteriza por el
hecho de que comprende medios de pivotamiento que permiten girar
simultáneamente, un predeterminado ángulo, el conjunto formado por
el cabezal de hilatura o hilera, los medios de enfriado, los medios
de estirado y los medios de aspiración, alrededor de un eje
sensiblemente paralelo a la dirección de salida de filamentos del
cabezal de hilatura o hilera.
Gracias a los medios de pivotamiento del
dispositivo para fabricar bandas de material no tejido de la
presente invención se obtienen las siguientes ventajas:
- -
- Reducción de las mermas de ancho de la banda, ajustándose automáticamente el ancho de producción al ancho necesario, y consiguiente mantenimiento o mejora de la productividad.
- -
- Para anchos menores que los nominales de la instalación, un incremento de la velocidad de la cinta transportadora permite mantener la uniformidad del material no tejido con el mismo gramaje.
- -
- Aplicable a cualquier sistema de fabricación de tipo "Spunbond" o "Meltblown", y a cualquier polímero procesable en ellos como por ejemplo PP, PET, PE, Copolímeros, PA, etc.
- -
- Puede ser fabricado con componentes existentes en el mercado, lo cual abarata su coste de fabricación.
- -
- Cumple con todos los requisitos de seguridad relativos a la CEE y durabilidad.
Según una realización de la presente invención,
los medios de pivotamiento comprenden unos primeros medios de
rodadura situados por encima de los medios de transporte y
vinculados al conjunto formado por el cabezal de hilatura o hilera,
los medios de enfriado y los medios de estirado, y unos segundos
medios de rodadura situados por debajo de los medios de transporte y
vinculados a los medios de aspiración.
Ventajosamente, dichos primeros y segundos
medios de rodadura son susceptibles de deslizar a lo largo de sendas
guías fijas de configuración parcial o totalmente circular.
Preferentemente, los medios de rodadura incluyen
ruedas o patines.
Preferiblemente, los medios de pivotamiento son
accionados mediante al menos un motor eléctrico.
Ventajosamente, los medios de pivotamiento
comprenden medios de detección del ángulo girado.
Asimismo, el dispositivo de la invención es del
tipo que incluye conductos de aporte de polímero fundido, de aire de
estirado, de aire de enfriado y de aire de aspiración; y
ventajosamente dichos conductos comprenden acoplamientos flexibles
para permitir la rotación del conjunto formado por el cabezal de
hilatura o hilera, los medios de enfriado, los medios de estirado y
los medios de aspiración, sin afectar a los medios de extrusión, los
medios de filtrado, y los medios de dosificación.
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto
se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que,
esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se
representa un caso práctico de realización del dispositivo para
fabricar bandas de material no tejido de la invención, en los
cuales:
la figura 1 es una vista lateral esquemática de
un sistema de tipo "Spunbond" de la presente invención;
la figura 2 es una vista en planta superior
esquemática mostrando el giro de la hilera;
la figura 3 es una vista en planta inferior de
una hilera con una fila de orificios; y
la figura 4 es una vista en planta inferior de
una hilera con varias filas de orificios.
La figura 1 muestra un dispositivo 1 para
fabricar bandas de material no tejido 2 del tipo denominado
"Spunbond", producido a partir de un polímero, que comprende
una extrusora 3 en la cual se introduce el polímero, que una vez
fundido pasa a través un filtro 4 para evitar impurezas y después se
dosifica mediante una bomba de engranajes 5 sobre una hilera 6
provista de una pluralidad de orificios 7.
\newpage
Una vez el polímero fundido sale por los
orificios de la hilera 6 a modo de filamentos 8, pasa a través de
unos medios de enfriado 9 donde es enfriado mediante un chorro de
aire conducido a través de unos conductos en sentido perpendicular a
la salida de los filamentos 8; y a continuación penetra en unos
medios de estirado 10 donde se aplica aire comprimido para proceder
al estirado de los filamentos 8. El aire que estira los filamentos 8
se conduce mediante conductos y los acompaña en su camino de bajada
acelerándolos y provocando su disminución de diámetro. Una vez este
aire ha llegado a su máxima velocidad se incrementa la sección de
paso de aire y filamentos 8 provocando una atenuación de los mismos
para que dichos filamentos 8 se depositen de forma desordenada y
aleatoria sobre una cinta transportadora 11 permeable al aire.
También comprende unos medios de aspiración 12
de aire situado debajo de la cinta transportadora 11, que permite
succionar el aire desde abajo y a su través, con el fin de mantener
inmovilizados sobre dicha cinta 11 dichos filamentos 8 durante su
transporte.
Asimismo, el dispositivo 1 de la invención
comprende unos medios de pivotamiento 13 que permiten girar
simultáneamente un predeterminado ángulo \alpha el conjunto
formado por la hilera 6, los medios de enfriado 9, los medios de
estirado 10 y los medios de aspiración 12, alrededor de un eje 14
sensiblemente paralelo a la dirección de salida de filamentos 8 de
la hilera 6.
Los medios de pivotamiento 13 pueden comprender
ruedas, patines o similares, vinculados por una parte al conjunto
formado por la hilera 6, los medios de enfriado 9 y los medios de
estirado 10 (dispuestos por encima de la cinta trasportadora 11); y
por otra parte vinculados a los medios de aspiración 12 (dispuestos
por debajo de la cinta transportadora 11). Dichas ruedas o patines
son susceptibles de deslizar a lo largo de sendas guías fijas de
configuración parcial o totalmente circular.
Las guías pueden ser de tipo rail y las ruedas
con hendidura para guiarse sobre el rail, aunque cualquier tipo de
guía o soporte puede ser válido.
Los medios de pivotamiento 13 pueden ser
accionados mediante motores eléctricos AC, DC u otro tipo de
accionamiento convencional.
Además, los medios de pivotamiento 13 comprenden
medios de detección del ángulo girado, tales como sensores de
posición situados sobre dichas guías.
Los conductos de aporte de polímero fundido, de
aire de estirado, de aire de enfriado y de aire de aspiración,
incluyen acoplamientos flexibles para permitir la rotación del
conjunto formado por la hilera 6, los medios de enfriado 9, los
medios de estirado 10 y los medios de aspiración 12, sin afectar a
la extrusora 3, el filtro 4, y la bomba de engranajes 5.
Por tanto, el dispositivo 1 de la invención se
basa en un sistema automático que permite girar sobre el plano
horizontal tanto la hilera 6 como los medios de enfriado 9, de
estirado 10 de los filamentos 8, y de aspiración 12 de aire. Al
hacer girar dichos elementos por completo no se produce ningún
cambio sobre el proceso de creación, enfriado, estirado y formación
del material no tejido. Únicamente se está disminuyendo el ancho de
producción y aumentando el peso por unidad de ancho del material no
tejido.
Tal como se puede apreciar en las figuras 2 a 4,
este ancho de producción variará según el ángulo de rotación
(\alpha) siguiendo las siguientes fórmulas:
- a)
- Para una hilera 6 con una sola fila de orificios transversales 7 en la línea de producción (ver figura 3):
Ap = A \ x \
cos \
\alpha
- Siendo:
- A:
- el ancho de la instalación o longitud de la fila de orificios de la hilera.
- Ap:
- el ancho de producción deseado.
- \alpha:
- el ángulo de giro de la hilera y de los medios de enfriado, de estirado de los filamentos y de aspiración de aire.
\vskip1.000000\baselineskip
- b)
- Para una hilera matricial 6a compuesta por filas y columnas de orificios (ver figura 4):
Ap = (A \ x \
cos \ \alpha) - (D \ x \ sen \
\alpha)
\newpage
- Siendo:
- A:
- el ancho de la instalación o longitud de la fila de orificios de la hilera.
- Ap:
- el ancho de producción deseado.
- \alpha:
- el ángulo de giro de la hilera y de los medios de enfriado, de estirado de los filamentos y de aspiración de aire.
- D:
- la longitud de la columna de orificios de la hilera.
En general se observa que al aumentar el ángulo
de rotación \alpha se estrecha el ancho de producción. Cuando
\alpha es igual a 0 el ancho de producción coincide con el ancho
de la instalación.
Como se puede observar en el caso de
dispositivos con hileras matriciales, cuanto mayor sea la longitud
de las columnas D, menor debe ser el ángulo a para conseguir el
mismo ancho que en el caso de una hilera lineal de una sola
fila.
Esto realmente significa que en los extremos del
material no tejido en una distancia de (D/2 x sen \alpha) por cada
lado existe tejido, pero este tiene un peso por unidad de superficie
menor al que existen en el ancho de producción.
Por otro lado, al mantener constantes todos los
parámetros de producción incluidos velocidad de cinta transportadora
(m/min) y productividad (kg/h), al rotar el sistema anteriormente
mencionado se incrementa el peso unitario del material no tejido por
unidad de superficie según la siguiente fórmula:
Pu \ \alpha =
Pu \ (\alpha =0) / cos \
\alpha
- \quad
- Siendo:
- Pu \alpha:
- el peso unitario en función de \alpha.
- Pu (\alpha=0):
- el peso unitario sin giro.
- \alpha:
- el ángulo de giro de la hilera y de los medios de enfriado, de estirado de los filamentos y de aspiración de aire.
Este "Pu \alpha" se mantiene constante,
dentro de las variabilidades del propio material no tejido, en todo
el ancho de producción.
Como consecuencia de todo esto, aumentando la
velocidad de la cinta transportadora a medida que decrece el ancho
demandado, se consigue producir un mismo producto, de igual peso
unitario, pero con diferente ancho manteniendo la productividad de
la línea (Kg/h).
Esta velocidad se puede calcular a peso unitario
constante:
Vc \ \alpha =
Vc \ (\alpha =0) \ x \ (A \ / \
Ap)
ó
Vc \ \alpha =
Vc \ (\alpha =0) \ / \ cos \
\alpha
- \quad
- Siendo:
- Vc \alpha:
- la velocidad de la cinta transportadora en función de \alpha.
- Vc (\alpha=0):
- la velocidad de la cinta transportadora sin giro.
- A:
- el ancho de la instalación o longitud de la fila de orificios de la hilera.
- Ap:
- el ancho de producción deseado.
- \alpha:
- el ángulo de giro de la hilera y de los medios de enfriado, de estirado de los filamentos y de aspiración de aire.
Como conclusión, gracias al dispositivo de la
invención se consigue mantener la productividad (kg/h)
independientemente del ancho de la banda de material no 3 tejido
producido para un peso unitario constante.
Cabe destacar que aunque en esta realización se
ha descrito un sistema de fabricación de tipo "Spunbond", el
dispositivo de la invención también puede aplicarse en un sistema de
fabricación de tipo "Meltblown".
A continuación se describe un ejemplo de
fabricación de un material no tejido:
Para una instalación de ancho de 4.2 m (con
hilera de una sola fila de orificios) y produciendo 15 g/m^{2} a
200 m/min (756 kg/h) de material no tejido se necesita producir 3 m
de ancho de material no tejido.
Con los sistemas convencionales es preciso
cortar por cada extremo de la tela de 4.2 m de ancho 0.6 m de
producto que se debe desechar (216 kg/h).
Con el dispositivo de la invención se puede
girar la hilera 6, los medios de enfriado 9, de estirado 10 y de
aspiración 12 de aire, un ángulo \alpha=44.415º según un eje
sensiblemente paralelo a la dirección de salida de filamentos 8 de
la hilera 6. Además, aumentando la velocidad de 200 m/min a 280
m/min, se consigue mantener la productividad de 756 kg/h, sin
necesidad de cortar y perder los 216 kg/h que se desechan en una
línea convencional de 4.2 m de ancho.
Claims (7)
1. Dispositivo (1) para fabricar bandas de
material no tejido (2), del tipo producido a partir de un polímero,
que comprende medios de extrusión (3) de dicho polímero, medios de
filtrado (4) de dicho polímero extruido, medios de dosificación (5)
para dosificar dicho polímero dentro de un cabezal de hilatura o
hilera (6) provista de una pluralidad de orificios (7), a través de
los cuales emana dicho polímero a modo de filamentos (8), medios de
enfriado (9) y medios de estirado (10) de los filamentos (8),
depositándose aleatoriamente dichos filamentos (8) enfriados y
estirados sobre unos medios de transporte (11) provistos de una
superficie de recepción permeable al aire, y medios de aspiración
(12) de aire situados debajo de dichos medios de transporte (11)
para mantener inmovilizados dichos filamentos (8) durante su
transporte, caracterizado por el hecho de que comprende
medios de pivotamiento (13) que permiten girar simultáneamente, un
predeterminado ángulo (\alpha), el conjunto formado por el cabezal
de hilatura o hilera (6), los medios de enfriado (9), los medios de
estirado (10) y los medios de aspiración (12), alrededor de un eje
(14) sensiblemente paralelo a la dirección de salida de filamentos
(8) del cabezal de hilatura o hilera (6).
2. Dispositivo (1), según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que los medios de pivotamiento
(13) comprenden unos primeros medios de rodadura situados por encima
de los medios de transporte (11) y vinculados al conjunto formado
por el cabezal de hilatura o hilera (6), los medios de enfriado (9)
y los medios de estirado (10), y unos segundos medios de rodadura
situados por debajo de los medios de transporte (11) y vinculados a
los medios de aspiración (12).
3. Dispositivo (1), según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que dichos primeros y segundos
medios de rodadura son susceptibles de deslizar a lo largo de sendas
guías fijas de configuración parcial o totalmente circular.
4. Dispositivo (1), según la reivindicación 2 o
3, caracterizado por el hecho de que los medios de rodadura
incluyen ruedas o patines.
5. Dispositivo (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que los medios de pivotamiento (13) son accionados mediante al menos
un motor eléctrico.
6. Dispositivo (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que los medios de pivotamiento (13) comprenden medios de detección
del ángulo girado.
7. Dispositivo (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, del tipo que incluye conductos de
aporte de polímero fundido, de aire de estirado, de aire; de
enfriado y de aire de aspiración, caracterizado por el hecho
de que dichos conductos comprenden acoplamientos flexibles para
permitir la rotación del conjunto formado por el cabezal de hilatura
o hilera (6), los medios de enfriado (9), los medios de estirado
(10) y los medios de aspiración (12), sin afectar a los medios de
extrusión (3), los medios de filtrado (4), y los medios de
dosificación (5).
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-
2005
- 2005-03-11 ES ES200500572A patent/ES2268959B1/es not_active Withdrawn - After Issue
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