ES2287751T3 - Hilo compuesto elastico electricamente conductor, metodos para fabricar el mismo y articulos que contienen estos hilos. - Google Patents

Hilo compuesto elastico electricamente conductor, metodos para fabricar el mismo y articulos que contienen estos hilos. Download PDF

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Abstract

Hilo compuesto elástico eléctricamente conductor que comprende: al menos un elemento elástico que tiene una longitud L unitaria relajada y una longitud estirada de (N x L), en la que N está en el intervalo de aproximadamente 1, 2 a aproximadamente 8, 0; y al menos un filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, teniendo el filamento de recubrimiento conductor una longitud que es superior a la longitud estirada del elemento elástico, de manera que sustancialmente todo el esfuerzo de alargamiento impuesto sobre el hilo compuesto lo porta el elemento elástico.

Description

Hilo compuesto elástico eléctricamente conductor, métodos para fabricar el mismo y artículos que contienen estos hilos.
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense número 60/465.571, presentada el 25 de abril de 2003.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a hilos elastificados que contienen filamentos metálicos conductores, a un procedimiento para producir los mismos y para extender tejidos, prendas de ropa y otros artículos que incorporan tales hilos.
Antecedentes de la invención
Se sabe cómo incluir en hilos de material textil hilos metálicos y cómo incluir revestimientos superficiales metálicos sobre los hilos con el fin de transportar corriente eléctrica, realizando una función de electricidad antiestática o para proporcionar protección frente a campos eléctricos. Tales hilos compuestos eléctricamente conductores se han fabricado en tejidos, prendas de ropa y artículos de vestir.
Se cree que es poco práctico basar un hilo de material textil conductor solamente en filamentos metálicos o en un hilo de combinación en el que se requiere que los filamentos metálicos sean un elemento sometido a esfuerzo del hilo. Esto se debe a la fragilidad y especialmente a la escasa elasticidad de los hilos metálicos finos usados hasta la fecha en hilos de material textil eléctricamente conductores.
Las fuentes de fibras de hilo metálico fino para su uso en materiales textiles incluyen, pero no se limitan a: NV Bekaert SA, Kortrijk, Bélgica; Elektro-Feindraht AG, Escholzmatt, Suiza y New England Wire Technologies Corporation, Lisbon, New Hampshire. Tal como se ilustra en la figura 1, tales hilos 10 tienen un revestimiento 20 externo de un material polimérico aislante que rodea un conductor 30 que tiene un diámetro del orden de 0,02 mm-0,35 mm y una resistividad eléctrica en el intervalo de 1 a 2 microohm-cm. En general, estas fibras metálicas muestran una baja fuerza hasta la rotura y relativamente poco alargamiento. Tal como se muestra en la figura 2, estos filamentos metálicos tienen una resistencia a la rotura en el intervalo de 260 a 320 N/mm^{2} y un alargamiento a la rotura de aproximadamente el 10 al 20%. Sin embargo, estos hilos no muestran sustancialmente recuperación elástica. Por el contrario, muchos hilos de material textil basados en polímeros sintéticos elásticos se extienden hasta al menos el 125% de la longitud de su muestra no sometida a esfuerzo y se recuperan en más del 50% de este alargamiento con la relajación del esfuerzo.
La patente estadounidense 3.288.175 (Valko) describe un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor que contiene fibras no metálicas y metálicas. Las fibras no metálicas usadas en este hilo conductor compuesto son fibras de material textil tales como nylon, poliéster, algodón, lana, material acrílico y poliolefinas. Estas fibras de material textil no tienen elasticidad inherente y no confieren poder de "extensión y recuperación". Aunque el hilo compuesto de esta referencia es un hilo eléctricamente conductor, el material textil fabricado a partir del mismo no puede proporcionar materiales textiles que tienen un potencial de extensión.
La patente estadounidense 4.813.219 (Rees) describe un hilo eléctricamente conductor compuesto en el que una hebra metálica continua está envuelta alrededor de una hebra portadora continua. La hebra portadora tiene un alargamiento a la rotura de entre el 10% y el 15%. Los materiales textiles fabricados a partir de tales hilos serán conductores, pero no tendrán las propiedades de esfuerzo y recuperación adecuadas.
De manera similar, la patente estadounidense 5.288.544 (Mallen et al.) describe un tejido eléctricamente conductor que comprende una cantidad minoritaria de fibra conductora. Esta referencia describe fibras conductoras que incluyen fibras de acero inoxidable, cobre, platino, oro, plata y carbono que comprenden desde el 0,5% hasta el 2% en peso. Esta patente describe a modo de ejemplo, una toalla de material tejido que comprende filamentos continuos de poliéster envueltos con fibras de carbono y un hilo de fibra de carbono y poliéster hilado (fibra cortada) en los que la fibra de acero es el 1% en peso del hilo. Aunque los tejidos fabricados a partir de tales hilos pueden tener propiedades antiestáticas satisfactorias, aparentemente satisfactorias para toallas, sábanas, batas de hospital y similares; no parecen tener una propiedad inherente de extensión y recuperación elásticas.
La solicitud de patente estadounidense 2002/0189839A1, publicada el 19 de diciembre de 2002, (Wagner et al.), describe un cable para proporcionar corriente eléctrica adecuada para su incorporación a ropa, accesorios de vestir, mobiliario ligero, artículos tapizados y similares. Esta solicitud describe conductores que portan señal o corriente eléctrica en artículos basados en tejidos que se basan en estructuras de material textil planas convencionales de construcción tejida y tricotada. Un cable eléctrico descrito en esta solicitud incluye una "estructura hilada" que comprende al menos un elemento eléctricamente conductor y al menos un elemento eléctricamente aislante. No parece que ninguna realización proporcione propiedades de extensión y recuperación elásticas. Para las aplicaciones del tipo contemplado, la incapacidad del cable para extenderse y recuperarse de la extensión es una grave limitación que limita los tipos de aplicaciones de vestir para los que es apto este tipo de cable.
La extensión y recuperación es una propiedad especialmente deseable de un hilo, tejido o prenda de ropa que también puede conducir la corriente eléctrica, rendir en aplicaciones de electricidad antiestática o proporcionar protección frente a campos eléctricos. La propiedad de extensión y recuperación, o "elasticidad", es la capacidad de un hilo o tejido para alargarse en la dirección de una fuerza oblicua (en la dirección de un esfuerzo de alargamiento aplicado) y volver sustancialmente a su longitud y forma originales, sustancialmente sin deformación permanente, cuando se relaja el esfuerzo de alargamiento aplicado. En las técnicas textiles, es común expresar el esfuerzo aplicado sobre una muestra de material textil (por ejemplo, un hilo o filamento en cuanto a fuerza por unidad de área en sección transversal de la muestra o fuerza por densidad lineal unitaria de la muestra no extendida. La deformación resultante (alargamiento) de la muestra se expresa en cuanto a una fracción o porcentaje de la longitud de la muestra original. Una representación gráfica del esfuerzo frente a la deformación es la curva de esfuerzo-deformación, bien conocida en las técnicas textiles.
El grado en que la fibra, hilo o tejido vuelve a la longitud de la muestra original antes de deformarse mediante un esfuerzo aplicado se denomina "recuperación elástica". En las pruebas de extensión y recuperación de materiales textiles, también es importante observar el límite elástico de la muestra de prueba. El límite elástico es la carga de esfuerzo por encima de la cual la muestra presenta deformación permanente. El intervalo de alargamiento disponible de un filamento elástico es aquel intervalo de extensión a lo largo del cual no hay deformación permanente. El límite elástico de un hilo se alcanza cuando se supera la longitud de la muestra de prueba original tras eliminarse el esfuerzo que induce deformación. Normalmente, los filamentos individuales y los hilos multifilamento se alargan (deformación) en la dirección del esfuerzo aplicado. Este alargamiento se mide a una carga o esfuerzo especificados. Además, es útil observar el alargamiento a la rotura de la muestra de filamento o hilo. Este alargamiento de rotura es aquella fracción de la longitud de la muestra original hasta la que se deforma la muestra mediante un esfuerzo aplicado que rompe el último componente del filamento o hilo multifilamento de muestra. Generalmente, se facilita la longitud estirada en cuanto a una razón de estirado igual al número de veces que se extiende un hilo desde su longitud unitaria relajada.
Se describen tejidos elásticos que tienen hilos conductores fijados al tejido para su uso en prendas de ropas destinadas a la monitorización de funciones fisiológicas en el organismo en la patente estadounidense 6.341.504 (Istook). Esta patente describe una banda alargada de material elástico extensible en la dirección longitudinal y que tiene al menos un hilo conductor incorporado en o sobre la banda de tejido elástico. Los hilos conductores en la banda de tejido elástico se forman en una configuración curvada prescrita, por ejemplo, una configuración sinusoidal. La banda conductora elástica de esta patente puede extender y alterar la curvatura del hilo de conducción. Como resultado, cambia la inductancia eléctrica del hilo. Este cambio de propiedad se usa para determinar cambios en las funciones fisiológicas del usuario de una prenda de ropa que incluye tal banda elástica conductora. La banda elástica se forma en parte usando un material elástico, preferiblemente Spandex. Se describe que los filamentos del material Spandex vendido por DuPont Textiles and Interiors, Inc., Wilmington, Delaware, con la marca comercial LYCRA® son un material elástico deseable. Se describen los medios de material textil convencionales para formar la banda elástica conductora, éstos incluyen tejido de punto por urdimbre, tejido de punto por trama, tejeduría, trenzado o construcción no tejida. Se incluyen otros filamentos de material textil además de los filamentos metálicos y filamentos de Spandex en la banda elástica conductora, incluyendo estos otros filamentos nylon y poliéster.
Aunque se describen tejidos conductores elásticos con las propiedades de extensión y recuperación dominadas por el componente de Spandex de la banda de tejido compuesto, se pretende que estas bandas de tejido conductor sean elementos diferenciados de una construcción de tejido o prenda de ropa usados para la monitorización de la función fisiológica prescrita. Aunque tales bandas conductoras elásticas pueden haber hecho avanzar la técnica en la monitorización de funciones fisiológicas, no han demostrado ser satisfactorias para su uso de una manera distinta a los elementos diferenciados de una prenda de ropa o construcción de tejido.
En vista de lo anterior, se cree que es deseable proporcionar un hilo de material textil conductor con propiedades de recuperación elástica que puede procesarse usando medios textiles tradicionales para producir materiales no tejidos, tejidos o tricotados. Además, se cree que aún existe la necesidad de tejidos y prendas de ropa que se construyen sustancialmente en su totalidad a partir de tales hilos conductores elásticos. Los tejidos y prendas de ropa construidos sustancialmente en su totalidad a partir de hilos conductores elásticos proporcionan la extensión y recuperación características a la construcción completa, adaptándose a cualquier forma, cualquier cuerpo conformado o requisito de elasticidad.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor que comprende un elemento elástico que tiene una longitud L unitaria relajada y una longitud estirada de (N x L). El elemento elástico comprende por sí mismo uno o más filamentos con propiedades de extensión y recuperación elásticas. El elemento elástico está rodeado por al menos uno, pero preferiblemente una pluralidad de dos o más, filamento(s) de recubrimiento conduc-
tor(es). Cada filamento de recubrimiento conductor tiene una longitud que es superior a la longitud estirada del elemento elástico de manera que sustancialmente todo el esfuerzo de alargamiento impuesto sobre el hilo compuesto lo porta el elemento elástico. El valor del número N está en el intervalo de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 8,0; y, más preferiblemente, en el intervalo de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 5,0.
Cada uno de los filamento(s) de recubrimiento conductor(es) puede adoptar cualquiera de una variedad de formas. El filamento de recubrimiento conductor puede estar en la forma de un hilo metálico, incluyendo un hilo metálico que tiene un revestimiento aislante sobre el mismo. Alternativamente, el filamento de recubrimiento conductor puede adoptar la forma de un hilo polimérico sintético no elástico no conductor que tiene un hilo metálico sobre el mismo. Puede usarse cualquier combinación de las diversas formas juntas en un hilo compuesto que tiene una pluralidad de filamento(s) de recubrimiento conductor(es).
Cada filamento de recubrimiento conductor está envuelto en vueltas alrededor del elemento elástico de manera que para cada longitud (L) unitaria relajada (libre de esfuerzo) del elemento elástico hay al menos de una (1) a aproximadamente 10.000 vueltas del filamento de recubrimiento conductor. Alternativamente, el filamento de recubrimiento conductor puede disponerse de manera sinuosa alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud (L) unitaria relajada del elemento elástico hay al menos un periodo de recubrimiento sinuoso por el filamento de recubrimiento conductor.
El hilo compuesto puede comprender además uno o más hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s) que
rodea(n) al elemento elástico. Cada hilo de filamento polimérico sintético no elástico tiene una longitud total inferior a la longitud del filamento de recubrimiento conductor, de manera que una parte del esfuerzo de alargamiento impuesto sobre el hilo compuesto lo porta(n) el/los hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s). Preferiblemente, la longitud total de cada hilo de filamento polimérico sintético no elástico es mayor que o igual a la longitud (N x L) estirada del elemento elástico.
Uno o más del/de los hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s) pueden envolverse alrededor del elemento elástico (y el filamento de recubrimiento conductor) de manera que para cada longitud (L) unitaria relajada (libre de esfuerzo) del elemento elástico hay al menos de una (1) a aproximadamente 10.000 vueltas de hilo polimérico sintético no elástico. Alternativamente, el/los hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s) pueden disponerse de manera sinuosa alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud (L) unitaria relajada del elemento elástico hay al menos un periodo de recubrimiento sinuoso por el hilo polimérico sintético no elástico.
El hilo compuesto de la presente invención tiene un intervalo de alargamiento disponible desde aproximadamente el 10% hasta aproximadamente el 800%, que es mayor que el alargamiento de rotura del filamento de recubrimiento conductor y menor que el límite elástico del elemento elástico, y una resistencia a la rotura mayor que la resistencia a la rotura del filamento de recubrimiento conductor.
La presente invención también se refiere a diversos métodos para formar un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor.
Un primer método incluye las etapas de estirar el elemento elástico usando en el hilo compuesto hasta su longitud estirada, colocar cada uno del uno o más filamento(s) de recubrimiento conductor(es) sustancialmente paralelo(s) a y en contacto con la longitud estirada del elemento elástico; y después de esto permitir que el elemento elástico se relaje para entrelazar así el elemento elástico y el/los filamento(s) de recubrimiento conductor(es). Si el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor incluye uno o más hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s) tal(es) hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s) se colocan sustancialmente paralelo(s) a y en contacto con la longitud estirada del elemento elástico; y después de esto se permite que el elemento elástico se relaje para entrelazar así el/los hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s) con el elemento elástico y el/los filamento(s) de recubrimiento conductor(es).
Según otros métodos alternativos, cada uno del/de los filamento(s) de recubrimiento conductor(es) y cada uno del/de los hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s) (si se proporcionan los mismos) están o bien retorcidos alrededor del elemento elástico estirado o, según otra realización del método, envueltos alrededor del elemento elástico estirado. Después de esto, en cada caso, se permite que se relaje el elemento elástico.
Aún otro método alternativo para formar un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor según la presente invención incluye las etapas de hacer avanzar el elemento elástico a través de un chorro de aire y, mientras está dentro del chorro de aire, recubrir el elemento elástico con cada uno del/de los filamento(s) de recubrimiento conductor(es) y cada uno del/de los hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s) (si se proporcionan los mismos). Después de esto, se permite que se relaje el elemento elástico.
También cae dentro de la contemplación de la presente invención proporcionar un material no tejido, tejido o tricotado construido sustancialmente en su totalidad a partir de hilos compuestos elásticos eléctricamente conductores de la presente invención. Tales tejidos pueden usarse para formar una prenda de ropa u otros artículos de tejido que pueden llevarse puestos sustancialmente.
Breve descripción de los dibujos
La invención se entenderá más completamente a partir de la siguiente descripción detallada, tomada junto con los dibujos adjuntos, que forman parte de esta solicitud y en los que:
La figura 1a es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM, "scanning electron micrograph") de un hilo metálico eléctricamente conductor de la técnica anterior con un revestimiento externo polimérico eléctricamente aislante, mientras que la figura 1b es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) del hilo eléctricamente conductor de la figura 1a tras alargamiento hasta la rotura inducido por esfuerzo;
la figura 2 es una curva de esfuerzo-deformación para tres hilos eléctricamente conductores de la técnica anterior en los que cada hilo eléctricamente conductor tiene un diámetro diferente;
la figura 3a es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) de un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor según el ejemplo 1 de la invención en un estado relajado, mientras que la figura 3b es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor de la figura 3a en un estado extendido;
la figura 3c es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) de un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor según el ejemplo 2 de la invención de la presente invención en un estado relajado, mientras que la figura 3d es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor de la figura 3c en un estado extendido;
la figura 4 es una curva de esfuerzo-deformación para el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor del ejemplo 1 de la invención determinada usando el método de prueba 1, mientras que la figura 5 es una curva de esfuerzo-deformación para el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor del ejemplo 1 de la invención determinada usando el método de prueba 2, y, en ambas figuras 4 y 5, para su comparación, la curva de esfuerzo-deformación del hilo metálico solo;
la figura 6 es una curva de esfuerzo-deformación para el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor del ejemplo 2 de la invención de la invención determinada usando el método de prueba 1, y, para su comparación, la curva de esfuerzo-deformación del hilo metálico solo;
la figura 7a es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) de un hilo (70) compuesto elástico eléctricamente conductor según el ejemplo 3 de la invención en un estado relajado, mientras que la figura 7b es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor de la figura 7a en un estado extendido;
la figura 7c es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) de un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor según el ejemplo 4 de la invención en un estado relajado, mientras que la figura 7d es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor de la figura 7c en un estado extendido;
la figura 8 es una curva de esfuerzo-deformación para el hilo eléctricamente conductor compuesto del ejemplo 3 de la invención determinada usando el método de prueba 1, y, para su comparación, la curva de esfuerzo-deformación del hilo metálico solo;
la figura 9 es una curva de esfuerzo-deformación para el hilo eléctricamente conductor compuesto del ejemplo 4 de la invención determinada usando el método de prueba 1, y, para su comparación, la curva de esfuerzo-deformación del hilo metálico solo;
la figura 10a es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) de un hilo (90) compuesto elástico eléctricamente conductor según el ejemplo 5 de la invención en un estado relajado, mientras que la figura 10b es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) del hilo (90) de la figura 10a en un estado extendido;
la figura 11 es una curva de esfuerzo-deformación para el hilo eléctricamente conductor compuesto del ejemplo 5 determinada usando el método de prueba 1, y, para su comparación, la curva de esfuerzo-deformación del hilo metálico solo;
la figura 12a es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) de un tejido fabricado a partir del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor según el ejemplo 6 de la invención, estando el tejido en un estado relajado, mientras que la figura 12b es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) de un tejido del mismo hilo compuesto, estando el tejido en un estado extendido;
la figura 13a es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) de un tejido a partir del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor del ejemplo 7 de la invención, estando el tejido en un estado relajado, mientras que la figura 13b es una representación de micrografía electrónica de barrido (SEM) del mismo tejido en un estado extendido;
la figura 14 es una representación esquemática de un elemento elástico envuelto de manera sinuosa con un filamento conductor.
Descripción detallada de la invención
Según la presente invención, se ha encontrado que es posible producir un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor que contiene hilos metálicos, estén o no aislados los hilos con revestimientos poliméricos. El hilo compuesto elástico eléctricamente conductor según la presente invención comprende un elemento elástico (o "núcleo elástico") que está rodeado por al menos un/unos filamento(s) de recubrimiento conductor(es). El elemento elástico tiene una longitud L unitaria relajada predeterminada y una longitud estirada predeterminada de (N x L), en la que N es un número, preferiblemente en el intervalo de desde aproximadamente 1,2 hasta aproximadamente 8,0, representando el estiramiento aplicado al elemento elástico.
El filamento de recubrimiento conductor tiene una longitud que es superior a la longitud estirada del elemento elástico, de manera que sustancialmente todo el esfuerzo de elongación impuesto sobre el hilo compuesto lo porta el elemento elástico.
El hilo compuesto elástico puede incluir además un elemento que soporta esfuerzo opcional que rodea al elemento elástico y al filamento de recubrimiento conductor. El elemento que soporta esfuerzo se forma preferiblemente a partir de uno o más hilo(s) polimérico(s) sintético(s) no elástico(s). La longitud del/de los elemento(s) que soporta(n) esfuerzo es inferior a la longitud del filamento de recubrimiento conductor, de manera que una parte del esfuerzo de elongación impuesto sobre el hilo compuesto lo porta el/los elemento(s) que soporta(n) esfuerzo.
El elemento elástico. El elemento elástico puede ponerse en practica utilizando uno o una pluralidad (es decir, dos o más) filamentos de un hilo elástico, tal como el material Spandex vendido por DuPont Textiles and Interiors (Wilmington, Delaware, USA, 19880) con la marca comercial LYCRA®.
Se define que la longitud (N x L) estirada del elemento elástico es la longitud a la que puede extenderse el elemento elástico y volver a dentro del cinco por ciento (5%) de su longitud L unitaria relajada (libre de esfuerzo). Más generalmente, el estiramiento N aplicado al elemento elástico depende de las propiedades químicas y físicas del polímero que comprende el elemento elástico y del procedimiento textil y de recubrimiento utilizado. En el procedimiento de recubrimiento para los elementos elásticos fabricados a partir de hilos de Spandex, un estiramiento normalmente de entre 1,2 y 8,0 y lo más preferiblemente de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 5,0.
Alternativamente, también pueden utilizarse hilos de material textil multifilamento bicomponente sintéticos para formar el elemento elástico. Los polímeros componentes del filamento bicomponente sintético son termoplásticos, más preferiblemente los filamentos bicomponente sintéticos están hilados en estado fundido, y lo más preferiblemente los polímeros componentes se seleccionan del grupo que consiste en poliamidas y poliésteres.
Una clase preferida de hilos de material textil multifilamento bicomponente de poliamida son aquellos hilos bicomponente de nylon que están autorrizados, también denominados "autotexturizados". Estos hilos bicomponente comprenden un componente de copoliamida o polímero de nylon 66 que tiene una primera viscosidad relativa y un componente de copoliamida o polímero de nylon 66 que tiene una segunda viscosidad relativa, en los que ambos componentes de copoliamida o polímero están en una relación de un lado junto a otro, tal como se observa en la sección transversal del filamento individual. El hilo de nylon de autorrizado, tal como el hilo vendido por DuPont Textiles and Interiors con la marca comercial TACTEL® T-800^{TM} es un hilo elástico bicomponente especialmente
útil.
Los polímeros componentes de poliéster preferidos incluyen poli(tereftalato de etileno), poli(tereftalato de trimetileno) y poli(tereftalato de tetrabutileno). Los filamentos bicomponente de poliéster más preferidos comprenden un componente de polímero de PET y un componente de polímero de PTT, estando ambos componentes del filamento en una relación de un lado junto a otro, tal como se observa en la sección transversal del filamento individual. Un hilo de filamento especialmente ventajoso que cumple con esta descripción es el hilo vendido por DuPont Textiles and Interiors con la marca comercial T-400^{TM} Next Generation Fiber. El procedimiento de recubrimiento para los elementos elásticos de estos hilos bicomponente implica el uso de menos estiramiento que con el Spandex.
Normalmente, el estiramiento para ambos hilos de material textil multifilamento bicomponente de poliamida o poliéster está entre 1,2 y 5,0.
El filamento de recubrimiento conductor. En su forma más básica, el filamento de recubrimiento conductor comprende una o una pluralidad (es decir, dos o más) hebra(s) de hilo metálico. Este/estos hilo(s) puede(n) no estar aisla-
do(s) o estar aislado(s) con un polímero eléctricamente no conductor adecuado, por ejemplo, nylon, poliuretano, poliéster, polietileno, politetrafluoroetileno y similares. Los hilos no aislados y aislados adecuados (con un diámetro del orden de 0,02 mm a 0,35 mm) están disponibles de; pero sin limitarse a: NV Bekaert SA, Kortrijk, Bélgica; Elektro-Feindraht AG, Escholzmatt, Suiza y New England Wire Technologies Corporation, Lisbon, New Hampshire. El hilo metálico puede fabricarse a partir de metal o aleaciones de metal tales como cobre, cobre plateado, aluminio o acero inoxidable.
En una forma alternativa, el filamento de recubrimiento conductor comprende un hilo polimérico sintético que tiene uno o más hilo(s) metálico(s) sobre el mismo o un recubrimiento eléctricamente conductor, revestimiento o aditivo polimérico o estructura de vaina/núcleo que tiene una parte de núcleo conductor. Un hilo de este tipo adecuado es X-static® disponible de Laird Sauquoit Technologies, Inc. (300 Palm Street, Scranton, Pennsylvania, 18505) con la marca comercial hilo X-static®. Una forma adecuada del hilo X-static® se basa en un nylon texturizado de 34 filamentos con denier de 70 (77 dtex) disponible de DuPont Textiles and Interiors, Wilmington, Delaware como el producto ID 70-XS-34X2 TEX 5Z sometido a electrodeposición con plata eléctricamente conductora. Otro hilo conductor adecuado es un hilo de KEVLAR® recubierto de metal conocido como ARACON® de E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, Delaware. Otras fibras conductoras que pueden servir como filamentos de recubrimiento conductor, incluyen filamentos revestidos de polipirrol y polianilina que se conocen en la técnica; véase por ejemplo: la patente estadounidense número 6.360.315B1 concedida a E. Smela. Las combinaciones de formas de hilo de recubrimiento conductor son útiles dependiendo de la aplicación y están dentro del alcance de la invención.
Los hilos no conductores poliméricos sintéticos adecuados se seleccionan de entre hilos de nylon de filamento continuo (por ejemplo, de polímeros de nylon sintéticos designados comúnmente como N66, N6, N610, N612, N7, N9), hilos de poliéster de filamento continuo (por ejemplo, de polímeros de poliéster sintéticos designados comúnmente como PET, 3GT, 4GT, 2GN, 3GN, 4GN), hilos de nylon de fibra cortada o hilos de poliéster de fibra cortada. Tal hilo conductor compuesto puede formarse mediante técnicas de hilado de hilo convencionales para producir hilos compuestos, tales como hilos plegados, hilados o texturizados.
Cualquiera que sea la forma elegida, la longitud del filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico se determina según el límite elástico del elemento elástico. Por tanto, el filamento de recubrimiento conductor que rodea a una longitud L unitaria relajada del elemento elástico tiene una longitud unitaria total dada por A(N x L), en la que A es algún número real mayor que uno (1) y N es un número en el intervalo de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 8,0. Por tanto, el filamento de recubrimiento conductor tiene una longitud que es superior a la longitud estirada del elemento elástico.
La forma alternativa del filamento de recubrimiento conductor puede fabricarse rodeando el hilo polimérico sintético con múltiples vueltas de un hilo metálico.
Elemento que soporta esfuerzo opcional. El elemento que soporta esfuerzo opcional del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor de la presente invención puede fabricarse a partir de fibra(s) polimérica(s) sintética(s) no elástica(s) no conductora(s) o a partir de fibras naturales de material textil como algodón, lana, seda y lino. Estas fibras poliméricas sintéticas pueden ser hilos cortados o de filamento continuo seleccionados de hilos planos multifilamento, hilos parcialmente orientados, hilos texturizados, hilos bicomponente seleccionados de nylon, poliéster o combinaciones de hilos de filamento.
Si se utiliza, el elemento que soporta esfuerzo que rodea al elemento elástico se escoge para que tenga una longitud unitaria total de B(N x L), en la que B es algún número real mayor que uno (1). La elección de los números A y B determina las longitudes relativas del filamento de recubrimiento conductor y de cualquier elemento que soporta esfuerzo. Cuando A > B, por ejemplo, se garantiza que el filamento con recubrimiento conductor no está sometido a esfuerzo ni está significativamente extendido cerca de su alargamiento de rotura. Además, tal elección de A y B garantiza que el elemento que soporta esfuerzo se convierte en el elemento de resistencia del hilo compuesto y portará sustancialmente todo el esfuerzo de alargamiento de la carga de extensión en el límite elástico del elemento elástico. Por tanto, el elemento que soporta esfuerzo tiene una longitud total inferior a la longitud del filamento de recubrimiento conductor de manera que una parte del esfuerzo de alargamiento impuesto sobre el hilo compuesto lo porta el elemento que soporta esfuerzo. La longitud del elemento que soporta esfuerzo debe ser superior a, o igual a, la longitud (N x L) estirada del elemento elástico.
El elemento que soporta esfuerzo es preferiblemente de nylon. Se prefieren los hilos de nylon que comprenden polímeros componentes de poliamida sintéticos tales como nylon 6, nylon 66, nylon 46, nylon 7, nylon 9, nylon 10, nylon 11, nylon 610, nylon 612, nylon 12 y mezclas y copoliamidas de los mismos. En el caso de las copoliamidas, se prefieren especialmente aquellas que incluyen nylon 66 con hasta el 40 por ciento en moles de poliadipamida, en la que el componente de diamina alifática se selecciona del grupo de diaminas disponibles de E. I. Du Pont de Nemours and Company, Inc. (Wilmington, Delaware, EE.UU., 19880) con las marcas comerciales respectivas DYTEK A® y DYTEK EP®.
La fabricación del elemento que soporta esfuerzo a partir de nylon hace que el hilo compuesto pueda teñirse utilizando tintes y procedimientos convencionales para la coloración de los hilos de material textil de nylon y los hilos de Spandex recubiertos de nylon tradicionales.
Si el elemento que soporta esfuerzo es poliéster, el poliéster preferido es o bien poli(tereftalato de etileno) (2GT, t.c.c. (también conocido como) PET), poli(tereftalato de trimetileno) (3GT, t.c.c. PTT) o poli(tereftalato de tetrabutileno) (4GT). La fabricación del elemento que soporta esfuerzo a partir de hilos multifilamento de poliéster también permite la facilidad del teñido y el manejo en los procedimientos textiles tradicionales.
El filamento de recubrimiento conductor y el elemento que soporta esfuerzo opcional rodean al elemento elástico de una forma sustancialmente helicoidal a lo largo del eje del mismo.
Las cantidades relativas del filamento de recubrimiento conductor y el elemento que soporta esfuerzo (si se utiliza) se seleccionan según la capacidad del elemento elástico para extenderse y volver sustancialmente a su longitud no extendida (es decir, no deformada por la extensión) y según las propiedades eléctricas del filamento de recubrimiento conductor. Tal como se usa en el presente documento "no deformado" significa que el elemento elástico vuelve a dentro de aproximadamente +/- el cinco por ciento (5%) de su longitud L unitaria relajada (libre de esfuerzo).
Se ha descubierto que es adecuado cualquiera de los procedimientos textiles tradicionales para el recubrimiento sencillo, recubrimiento doble, recubrimiento por chorro de aire, entrelazado, retorcido o envoltura de los filamentos elásticos con el filamento conductor y los hilos del elemento que soporta esfuerzo opcional para fabricar el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor según la invención.
En la mayoría de los casos, el orden en el que se rodea el elemento elástico por el filamento de recubrimiento conductor y el elemento que soporta esfuerzo opcional es irrelevante para la obtención de un hilo compuesto elástico. Una característica deseable de estos hilos compuestos elásticos eléctricamente conductores de esta construcción es su comportamiento de esfuerzo-deformación. Por ejemplo, bajo el esfuerzo de una fuerza aplicada de alargamiento, el filamento de recubrimiento conductor del hilo compuesto, dispuesto alrededor del elemento elástico en múltiples envueltas [normalmente desde una vuelta (una única envuelta) hasta aproximadamente 10.000 vueltas], es libre para extenderse sin deformación debido al esfuerzo externo.
De manera similar, el elemento que soporta esfuerzo opcional, cuando también está dispuesto alrededor del elemento elástico en múltiples envueltas, de nuevo, normalmente desde una vuelta (una única envuelta) hasta aproximadamente 10.000 vueltas, es libre para extenderse. Si el hilo compuesto se extiende cerca de la extensión de rotura del elemento elástico, el elemento que soporta esfuerzo opcional está disponible para llevar una parte de la carga y proteger eficazmente al elemento elástico y al filamento de recubrimiento conductor de la rotura. El término "parte de la carga" se usa en el presente documento para referirse a cualquier cantidad desde el 1 hasta el 99 por ciento de la carga, y más preferiblemente del 10% al 80% de la carga; y lo más preferiblemente del 25% al 50% de la carga.
El elemento elástico puede estar envuelto opcionalmente de manera sinuosa por el filamento de recubrimiento conductor y el elemento que soporta esfuerzo opcional. La envoltura sinuosa se representa esquemáticamente en la figura 14, en la que un elemento (40) elástico, por ejemplo, un hilo de LYCRA®, está envuelto con un filamento (10) de recubrimiento conductor, por ejemplo, un hilo metálico, de una forma tal que las envueltas se caracterizan por un periodo (P) sinuoso.
Ahora se describirán adicionalmente realizaciones y procedimientos específicos de la presente invención, a modo de ejemplo, tal como sigue.
Métodos de prueba
Mediciones de las propiedades de esfuerzo-deformación del hilo y la fibra. Las propiedades de esfuerzo-deformación del hilo y la fibra se determinaron utilizando un dinamómetro a una tasa constante de extensión hasta el punto de rotura. El dinamómetro utilizado fue el fabricado por Instron Corp, 100 Royall Street, Canton, Massachusetts, 02021 EE.UU.
Las muestras se acondicionaron a 22ºC \pm 1ºC y 60% \pm 5% de H.R. La prueba se realizó a una longitud de ensayo de 5 cm y una velocidad de cruceta de 50 cm/min. Para los hilos metálicos y los hilos elásticos desnudos, las hebras que medían aproximadamente 20 cm se eliminaron de la bobina y se dejó que se relajaran sobre una plancha de terciopelo durante al menos 16 horas en un laboratorio con aire acondicionado. Se colocó una muestra de este hilo en las mordazas con un peso de pretensión correspondiente a los dtex del hilo, de manera que no se diera ni tensión ni flacidez.
Para los hilos compuestos conductores de la invención, se prepararon las muestras de prueba según dos métodos diferentes, tal como sigue:
(Método 1) 
\hskip0.5cm
La muestra se preparó como en el caso de las fibras desnudas (estado relajado)
(Método 2) 
\hskip0.5cm
Las muestras se prepararon tomando el hilo directamente de la bobina.
Los resultados obtenidos a partir de los dos métodos permiten la comparación directa entre el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor y sus componentes (método 1), así como garantizar la colocación intacta del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor durante la medición (variación entre los métodos 1 y 2). Además, las pruebas se realizaron bajo carga de pretensión variada que fija la longitud relajada del hilo. En este caso, el intervalo de cargas de pretensión aplicadas simula:
(i)
la pretensión apropiada para el componente elástico del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor de modo que no se produzca ni tensión ni flacidez; estos resultados pueden estar en comparación directa con los resultados obtenidos a partir de los componentes individuales del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor, y
(ii)
la carga de tensión aplicada sobre el hilo durante los procedimientos de tricotado o tejeduría; estos resultados constituyen entonces una representación de la procesabilidad del hilo, así como la influencia del hilo compuesto conductor sobre el rendimiento elástico del material de punto o tejido basado en este hilo. Se espera que la carga de pretensión influya en el alargamiento disponible del hilo (a una mayor carga de pretensión, se mide un menor alargamiento disponible) pero no en la resistencia final del hilo.
Medición de la extensión del tejido. La extensión y la recuperación del tejido para un material tejido de extensión se determinan utilizando una prueba electromecánica universal y un sistema de adquisición de datos para realizar una tasa constante de prueba de tracción por extensión. Un sistema de adquisición de datos y una prueba electromecánica adecuados están disponibles de Instron Corp, 100 Royall Street, Canton, Massachusetts, 02021 EE.UU.
Se miden dos propiedades del tejido utilizando este instrumento: la extensión del tejido y el crecimiento del tejido (deformación). La extensión del tejido disponible es la cantidad de alargamiento producido por una carga específica de entre 0 y 30 Newtons y se expresa como un cambio en porcentaje en la longitud de la muestra de tejido original a medida que se estira a una tasa de 300 mm por minuto. El crecimiento del tejido es la longitud no recuperada de una muestra de tejido que se ha mantenido al 80% de la extensión del tejido disponible durante 30 minutos, y después se ha dejado que se relaje durante 60 minutos. Cuando el 80% del la extensión del tejido disponible es superior al 35% del alargamiento del tejido, está prueba se limita a un alargamiento del 35%. El crecimiento del tejido se expresa entonces como un porcentaje de la longitud original.
El alargamiento o extensión máxima de los materiales tejidos de extensión en la dirección de extensión se determina utilizando un procedimiento de prueba de tres ciclos. El alargamiento máximo medido es la razón de la extensión máxima de la muestra de prueba con respecto a la longitud inicial de la muestra hallada en el tercer ciclo de prueba a una carga de 30 Newtons. Este valor del tercer ciclo corresponde al alargamiento manual de la muestra de tejido. Esta prueba se realizó utilizando la prueba electromecánica universal a la que se hizo referencia anteriormente y el sistema de adquisición de datos equipado específicamente para esta prueba de tres ciclos.
Ejemplos
Los números de referencia entre paréntesis presentes en la descripción de los ejemplos se refieren a los caracteres de referencia utilizados en el/los dibujo(s) apropiado(s).
Ejemplo comparativo
Se examinaron hilos eléctricamente conductores que tenían un revestimiento externo polimérico aislado eléctricamente para determinar sus propiedades de esfuerzo y deformación utilizando el dinamómetro y el método 1 para medir los componentes individuales del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor. Se sometieron a prueba muestras de tres hilos disponibles de ELEKTRO-FEINDRAHT AG, Suiza. La parte metálica de los hilos se muestra en las figuras 1A y 1B. El primer hilo de muestra tenía un diámetro nominal de 20 micrómetros (\mum), una segunda muestra tenía 30 \mum y una tercera muestra, 40 \mum. Las curvas de esfuerzo-deformación de estas tres muestras se muestran en la figura 2; utilizando el método de prueba 1. Estas curvas son típicas de los hilos metálicos finos. Estos hilos muestran un módulo bastante alto que, junto con la fuerza hasta la rotura, aumenta con un aumento en el diámetro del hilo. Todos los hilos se rompen antes del alargamiento hasta el 20% de su longitud de muestra de prueba, caracterizado por una resistencia final bastante baja. Claramente, cuando se utilizan hilos metálicos en materiales textiles y de vestir, hay un límite riguroso para el alargamiento disponible. Tales hilos en las prendas de ropa sometidos a extensión debido al movimiento del usuario serían conductores poco fiables de la electricidad, debido a la rotura del hilo.
Ejemplo 1 de la invención (figuras 3a, 3b, 4, 5)
Un núcleo (40) elástico de 44 decitex (dtex) fabricado a partir de hilo de Spandex LYCRA® se envolvió con un hilo (10) metálico de plata-cobre aislado de 20 \mum de diámetro obtenido de ELEKTRO-FEINDRAHT AG, Suiza, utilizando un procedimiento de recubrimiento de Spandex convencional. El recubrimiento se realizó en una máquina I.C.B.T. modelo G307. Durante este procedimiento, el hilo de Spandex LYCRA® se estiró hasta un valor de 3,2 veces (es decir, N = 3,2) y se envolvió con dos hilos (10) metálicos del mismo tipo, uno retorcido en la dirección "S" y el otro en la dirección "Z", para producir un hilo (50) compuesto elástico eléctricamente conductor. Los hilos (10) se envolvieron a 1700 vueltas/metro (vuelta de hilo por metro de hilo de Spandex Lycra® estirado) (5400 vueltas por cada longitud L unitaria relajada) para el primer recubrimiento y al menos 1450 vueltas/metro (4640 vueltas por cada longitud L unitaria relajada) para el segundo recubrimiento. Se muestra una fotografía de SEM de este hilo compuesto se muestra en los estados relajado (figura 3a) y extendido (figura 3b). La curva esfuerzo-deformación mostrada en la figura 4 es para el hilo (50) compuesto elástico eléctricamente conductor medida como en el ejemplo comparativo usando el método de prueba 1 con una carga de pretensión aplicada de 100 mg. Este hilo (50) compuesto elástico eléctricamente conductor muestra un comportamiento de extensión excepcional de hasta por encima del 50% más que la longitud de la muestra de prueba y se alarga hasta el intervalo del 80% antes de que se rompa, mostrando una resistencia final superior que el hilo de 20 \mum individualmente. Este procedimiento permite la producción de un hilo (50) compuesto elástico eléctricamente conductor que muestra un alargamiento hasta la rotura en el intervalo del 80% y una fuerza hasta la rotura en el intervalo de 30 cN, en comparación con el hilo metálico individual que muestra un alargamiento hasta la rotura de sólo el 7% y una fuerza hasta la rotura de sólo 8 cN. La curva esfuerzo-deformación de este hilo (50) compuesto elástico eléctricamente conductor también se midió según el método de prueba 2 utilizando una carga de pretensión superior de 1 gramo. Esta pretensión corresponde más estrechamente a la tensión aplicada durante un procedimiento de tricotado (figura 5). En estas condiciones, el alargamiento hasta la rotura del hilo (50) compuesto elástico eléctricamente conductor está en el intervalo del 35%. Este alargamiento indica que este hilo (50) se maneja más fácilmente en un procedimiento textil y proporcionará un tejido de extensión en comparación con el hilo con hilo metálico individual. Tal como puede observarse a partir de la curva esfuerzo-deformación característica de este ejemplo, la rotura del hilo (50) compuesto elástico eléctricamente conductor se produce por la rotura del hilo metálico antes de que se rompa el elemento elástico del hilo (50) compuesto.
Ejemplo 2 de la invención (figuras 3c, 3d, 6)
Se produjo un hilo (60) compuesto elástico eléctricamente conductor según la invención en las mismas condiciones que en el ejemplo 1, excepto en que los hilos (10) metálicos se envolvieron a 2200 vueltas/metro (7040 vueltas por cada longitud L unitaria relajada) y a 1870 vueltas/metro (5984 vueltas por cada longitud L unitaria relajada) para el primer y el segundo recubrimientos, respectivamente. Se muestra una fotografía de SEM de este hilo (60) compuesto elástico eléctricamente conductor en la figura 3c (estado relajado) y la figura 3d (estado extendido). Estas figuras muestran claramente un recubrimiento superior del elemento (40) elástico por los hilos (10) metálicos en comparación con el ejemplo 1. La curva esfuerzo-deformación de este hilo (60) compuesto elástico eléctricamente conductor se muestra en la figura 6; medido como en el ejemplo comparativo utilizando el método de prueba 1 y una carga de pretensión aplicada de 100 mg. Este hilo (60) compuesto elástico eléctricamente conductor muestra una resistencia final similar pero un alargamiento disponible inferior en comparación con el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor del ejemplo 1. Este procedimiento permite la producción de un hilo compuesto eléctricamente conductor que muestra un alargamiento hasta la rotura en el intervalo del 40% y una fuerza hasta la rotura en el intervalo de 30 cN, en comparación con los hilos (10) metálicos individuales que muestran un alargamiento hasta la rotura de sólo el 7% y una fuerza hasta la rotura de sólo 8 cN. El mismo hilo compuesto eléctricamente conductor sometido a prueba según el método 2, pero utilizando una carga de pretensión de 1 gramo, mostró un comportamiento similar que el hilo compuesto eléctricamente conductor del ejemplo 1 según el mismo método de prueba, lo que indica un buen manejo durante un procedimiento textil.
Los resultados mostrados por los ejemplos 1 y 2 de la invención indican que los hilos compuestos elásticos eléctricamente conductores pueden producirse mediante el procedimiento de recubrimiento doble a fracciones de recubrimiento variables del elemento elástico que tienen rendimiento de extensión excepcional y una resistencia superior en comparación con el hilo metálico individual.
Esta flexibilidad en la construcción del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor de la invención es a la vez interesante y deseable para aplicaciones que utilizan las propiedades eléctricas de tales hilos compuestos elásticos eléctricamente conductores. Por ejemplo, en los componentes electrónicos que pueden llevarse puestos, puede modularse o suprimirse un campo magnético dependiendo de las necesidades de la aplicación variando la construcción del hilo compuesto elástico eléctricamente conductor.
Ejemplo 3 de la invención (figuras 7a, 7b, 8)
Un núcleo (40) elástico de 44 decitex (dtex) fabricado a partir de hilo de Spandex LYCRA® como el utilizado en los ejemplos 1 y 2 se la invención se recubrió con un hilo (10) metálico de plata-cobre aislado de 20 \mum de diámetro nominal obtenido de ELEKTRO-FEINDRAHT AG, Suiza, y un hilo que soporta esfuerzo de 7 filamentos de 22 dtex de nylon (42) TACTEL® utilizando el mismo procedimiento de recubrimiento que en el ejemplo 1 de la invención. Durante este procedimiento, el elemento elástico se estiró hasta un estiramiento de 3,2 veces y se recubrió con 2200 vueltas/metro (7040 vueltas por cada longitud L unitaria relajada) de hilo (10) por metro y 1870 vueltas/metro (5984 vueltas por cada longitud L unitaria relajada) de nylon (42) TACTEL®. Se muestra una fotografía de SEM de este hilo (70) compuesto elástico eléctricamente conductor en el estado relajado (figura 7a) y en el estado extendido (figura 7b). Resulta evidente a partir de esta fotografía que un procedimiento de este tipo proporciona una mayor protección para el filamento (10) de recubrimiento conductor en comparación con los ejemplos 1 y 2 de la invención.
Esta característica es deseable en aplicaciones en las que se busca una capa de aislamiento para un hilo metálico o para proporcionar protección del hilo (10) durante el procesamiento textil. La incorporación del hilo (42) de nylon que soporta esfuerzo también determina ciertos aspectos estéticos. El tacto y la textura del hilo (70) compuesto eléctricamente conductor están determinados principalmente por el hilo (42) de nylon que soporta esfuerzo que comprende la capa externa del hilo (70) compuesto elástico eléctricamente conductor. Esto es deseable para los aspectos estéticos globales y el tacto de la prenda de ropa. La curva esfuerzo-deformación del hilo (70) compuesto eléctricamente conductor mostrada en la figura 8 se mide como en el ejemplo comparativo usando el método de prueba 1 con una carga de pretensión aplicada de 100 mg. Este hilo (70) compuesto elástico eléctricamente conductor se alarga fácilmente hasta más del 80% usando menos fuerza para alargarlo que el esfuerzo de rotura del hilo de 20 \mum individualmente. Este hilo (70) compuesto elástico eléctricamente conductor muestra un alargamiento hasta la rotura en el intervalo del 120% y una resistencia final en el intervalo de 120 cN, lo que es significativamente superior que el alargamiento disponible y la resistencia de cualquier muestra de hilo metálico sometida a prueba en el ejemplo comparativo. Sometido a prueba según el método 2 y una carga de pretensión de 1 gramo, este hilo (70) muestra una extensión suave en el intervalo de alargamiento del 0-35%, lo que indica una contribución significativa de este hilo en el rendimiento elástico de una prenda de ropa fabricada a partir de este hilo. La incorporación del hilo (42) de nylon que soporta tensión en el hilo (70) compuesto elástico eléctricamente conductor da como resultado un aumento significativo en la resistencia final, así como un alargamiento del hilo compuesto eléctricamente conductor.
Ejemplo 4 de la invención (figuras 7c, 7d, 9)
Se produjo un hilo (80) compuesto elástico eléctricamente conductor en las mismas condiciones que en el ejemplo 3 de la invención, excepto por lo siguiente: el hilo (44) de nylon Tactel® que soporta tensión era una microfibra de 34 filamentos de 44 dtex. El primer recubrimiento fue de 1500 vueltas/metro (4800 vueltas por cada longitud L unitaria relajada) del hilo (10) y el segundo recubrimiento fue de 1280 vueltas/metro (4096 vueltas por cada longitud L unitaria relajada) de fibra (44) de nylon de núcleo (40) elástico estirado. Se muestra una fotografía de SEM de este hilo (80) compuesto elástico eléctricamente conductor en el estado relajado (figura 7c) y en el estado extendido (figura 7c). La voluminosidad de este hilo (80) compuesto elástico eléctricamente conductor proporciona una buena protección del hilo (10) metálico mientras se adquieren los aspectos estéticos suaves de un hilo (44) que soporta tensión de microfibra. La curva esfuerzo-deformación de este hilo (80) se muestra en la figura 9 tal como se mide en el ejemplo comparativo usando el método de prueba 1 con una carga de pretensión aplicada de 100 mg. Este hilo (80) compuesto elástico eléctricamente conductor se alarga fácilmente hasta más del 80% usando menos fuerza para alargarlo que el esfuerzo de rotura del hilo de 20 \mum individualmente, y muestra un alargamiento hasta la rotura en el intervalo del 120% y una resistencia final en el intervalo de 200 cN, lo que es significativamente superior que el alargamiento disponible y la resistencia de cualquier muestra de hilo metálico sometida a prueba en el ejemplo comparativo. Sometido a prueba según el método 2 y una carga de pretensión de 1 gramo, el hilo (80) compuesto elástico eléctricamente conductor muestra una extensión suave en el intervalo de alargamiento del cero al 35%. Un resultado de este tipo es indicativo de la contribución significativo en el rendimiento elástico de una prenda de ropa fabricada a partir del hilo (80). La incorporación de una fibra (44) de nylon que soporta esfuerzo más fuerte en el hilo (80) compuesto elástico eléctricamente conductor en comparación con el ejemplo 3 de la invención da como resultado una mejora adicional de la resistencia final del hilo (80) compuesto elástico eléctricamente conductor.
Ejemplo 5 de la invención (figuras 10a, 10b, 11)
Un elemento (40) elástico de 44 decitex (dtex) fabricado a partir de hilo de Spandex LYCRA® se recubrió con una microfibra (46) de nylon TACTEL® de 34 filamentos de 44 dtex que soporta esfuerzo y un hilo (10) metálico mediante un procedimiento de recubrimiento por chorro de aire convencional. Este recubrimiento se realizó en una máquina SSM (Scharer Schweiter Mettler AG) de 10 posiciones modelo DP2- C/S. Se muestra una fotografía de SEM de este hilo (90) compuesto eléctricamente conductor en el estado relajado (figura 10a) y en el estado extendido (figura 10b). Durante este procedimiento, el hilo (10) metálico forma bucles debido a su naturaleza de monofilamento. Sin embargo, en el estado extendido, los hilos (10) metálicos están completamente protegidos por la fibra (46) de nylon que soporta esfuerzo. La estructura proporcionada por el procedimiento de recubrimiento por chorro de aire no está bien definida ni en una dirección geométrica predeterminada como en los procedimientos de recubrimiento sencillos de los ejemplos 1-4 de esta invención. La curva esfuerzo-deformación de este hilo (90) se muestra en la figura 11 medida como en el ejemplo comparativo usando el método de prueba 1 con una carga de pretensión aplicada de 100 mg. Este hilo (90) compuesto elástico eléctricamente conductor se alarga fácilmente hasta más del 200% utilizando menos fuerza para alargarlo que el esfuerzo de rotura del hilo de 20 \mum individualmente, y muestra un alargamiento hasta la rotura en el intervalo del 280% y una resistencia final en el intervalo de 200 cN. Este alargamiento es significativamente superior al alargamiento disponible y la resistencia de cualquier muestra de hilo metálico sometida a prueba en el ejemplo comparativo. Sometido a prueba según el método 2 y una carga de pretensión de 1 gramo, el hilo (90) compuesto elástico eléctricamente conductor muestra una extensión suave en el intervalo de alargamiento del 100%. Esto indica que se espera una contribución significativa en el rendimiento elástico de una prenda de ropa del hilo (90). La incorporación de una fibra (46) de nylon que soporta esfuerzo en el hilo (90) compuesto elástico eléctricamente conductor, mediante recubrimiento por chorro de aire, da como resultado una mejora significativa de la resistencia final del hilo (90) compuesto que es similar a las observaciones realizadas con hilo compuesto elástico eléctricamente conductor mediante el procedimiento de recubrimiento doble (por ejemplo, ejemplos 3 y 4 de la invención). Además, se observa que el procedimiento de recubrimiento por chorro de aire permite un intervalo de alargamiento disponible todavía superior cuando se compara con los procedimientos que utilizan el mismo estiramiento del elemento (40) elástico de LYCRA® en los ejemplos 3 y 4. Esta característica aumenta el intervalo de posible rendimiento elástico en prendas de ropa fabricadas a partir de tal hilo compuesto elástico eléctricamente conductor.
Ejemplo 6 de la invención (figuras 12a, 12b)
Se produjo un tejido (100) usando el hilo (70) compuesto elástico eléctricamente conductor descrito en el ejemplo 3 de la invención. El tejido (100) estaba en la forma de un tubo de punto fabricado en una máquina de calcetería Lonati 500. Este procedimiento de tricotado permite el examen de la capacidad de tricotado del hilo (70) en condiciones de tricotado críticas. Este hilo (70) compuesto elástico eléctricamente conductor se procesa muy bien sin roturas proporcionando un tejido (100) de punto uniforme. Se facilita una fotografía de SEM de este tejido (100) en la figura 12a en un estado relajado y en la figura 12b en un estado extendido.
Ejemplo 7 de la invención (figuras 13a, 13b)
Se produjo un tejido (110) usando el hilo (80) compuesto elástico eléctricamente conductor descrito en el ejemplo 4 de la invención. El tejido (110) se preparó de nuevo en una máquina de calcetería Lonati 500 como en el ejemplo 6. El hilo (80) compuesto elástico eléctricamente conductor se procesó muy bien sin roturas proporcionando un tejido de punto uniforme. Se facilita una fotografía de SEM de este tejido (110) en la figura 13a en el estado relajado y en la figura 13b en el estado extendido.
Los ejemplos son para fines de ilustración únicamente. Muchas otras realizaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas serán evidentes para la persona experta.

Claims (40)

1. Hilo compuesto elástico eléctricamente conductor que comprende:
al menos un elemento elástico que tiene una longitud L unitaria relajada y una longitud estirada de (N x L), en la que N está en el intervalo de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 8,0; y
al menos un filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, teniendo el filamento de recubrimiento conductor una longitud que es superior a la longitud estirada del elemento elástico, de manera que sustancialmente todo el esfuerzo de alargamiento impuesto sobre el hilo compuesto lo porta el elemento elástico.
2. Hilo compuesto elástico eléctricamente conductor según la reivindicación 1, en el que N está en el intervalo de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 5,0.
3. Hilo compuesto según la reivindicación 1, en el que el al menos un filamento de recubrimiento conductor es un hilo metálico.
4. Hilo compuesto según la reivindicación 3, en el que el hilo metálico tiene un revestimiento aislante sobre el mismo.
5. Hilo compuesto según la reivindicación 1, en el que
el elemento elástico tiene un límite elástico predeterminado,
el filamento de recubrimiento conductor tiene un alargamiento de rotura predeterminado,
el hilo compuesto tiene un intervalo de alargamiento disponible que es superior al alargamiento de rotura del filamento de recubrimiento conductor e inferior al límite elástico del elemento elástico.
6. Hilo compuesto según la reivindicación 1, en el que
el elemento elástico tiene un límite elástico predeterminado,
el filamento de recubrimiento conductor tiene un alargamiento de rotura predeterminado, y
el hilo compuesto tiene un intervalo de alargamiento desde aproximadamente el 10% hasta aproximadamente el 800%.
7. Hilo compuesto según la reivindicación 1, en el que
el filamento de recubrimiento conductor que tiene una resistencia a la rotura predeterminada, y
en el que el hilo compuesto tiene una resistencia a la rotura superior a la resistencia a la rotura del filamento de recubrimiento conductor
8. Hilo compuesto según la reivindicación 1, en el que el al menos un filamento de recubrimiento conductor comprende por sí mismo un hilo polimérico sintético no elástico no conductor que tiene un hilo metálico sobre el mismo.
9. Hilo compuesto según la reivindicación 1, en el que el al menos un filamento de recubrimiento conductor está envuelto en vueltas alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud (L) unitaria relajada del elemento elástico hay al menos de una (1) a aproximadamente 10.000 vueltas del filamento de recubrimiento conductor.
10. Hilo compuesto según la reivindicación 1, en el que el al menos un filamento de recubrimiento conductor está dispuesto de manera sinuosa alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud (L) unitaria relajada del elemento elástico hay al menos un periodo de recubrimiento sinuoso por el filamento de recubrimiento conductor.
11. Hilo compuesto según la reivindicación 1, que comprende además un segundo filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, teniendo el segundo filamento de recubrimiento conductor una longitud que es superior a la longitud estirada del elemento elástico.
12. Hilo compuesto según la reivindicación 11, en el que el segundo filamento de recubrimiento conductor es un hilo metálico.
13. Hilo compuesto según la reivindicación 11, en el que el segundo filamento de recubrimiento conductor comprende por sí mismo un hilo polimérico sintético no elástico no conductor que tiene un hilo metálico sobre el mismo.
14. Hilo compuesto según la reivindicación 11, en el que el segundo filamento de recubrimiento conductor está envuelto en vueltas alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud unitaria relajada del núcleo hay al menos de una (1) a aproximadamente 10.000 vueltas del segundo filamento de recubrimiento conductor.
15. Hilo compuesto según la reivindicación 11, en el que el segundo filamento de recubrimiento conductor está dispuesto de manera sinuosa alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud (L) unitaria relajada del elemento elástico hay al menos un periodo de recubrimiento sinuoso por el segundo filamento de recubrimiento conductor.
16. Hilo compuesto según la reivindicación 1, que comprende además:
un elemento que soporta esfuerzo que rodea al elemento elástico, y en el que
el elemento que soporta esfuerzo tiene una longitud total inferior a la longitud del filamento de recubrimiento conductor y superior a, o igual a, la longitud (N x L) estirada del elemento elástico, de manera que una parte del esfuerzo de alargamiento impuesto sobre el hilo compuesto lo porta el elemento que soporta esfuerzo.
17. Hilo compuesto según la reivindicación 16, en el que el elemento que soporta esfuerzo está fabricado a partir de un hilo polimérico sintético no elástico.
18. Hilo compuesto según la reivindicación 16, en el que el elemento que soporta esfuerzo está envuelto en vueltas alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud (L) unitaria relajada del elemento elástico hay al menos de una (1) a aproximadamente 10.000 vueltas de elemento que soporta esfuerzo.
19. Hilo compuesto según la reivindicación 16, en el que el elemento que soporta esfuerzo está dispuesto de manera sinuosa alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud (L) unitaria relajada del elemento elástico hay al menos un periodo de recubrimiento sinuoso por el elemento que soporta esfuerzo.
20. Hilo compuesto según la reivindicación 16, en el que el elemento que soporta esfuerzo comprende además:
un segundo hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, y en el que
el segundo hilo polimérico sintético no elástico tiene una longitud total inferior a la longitud del filamento de recubrimiento conductor y superior a, o como mucho igual a, la longitud estirada de (N x L) del elemento elástico,
de manera que una parte del esfuerzo de alargamiento impuesto sobre el hilo compuesto lo portan los segundos hilos poliméricos sintéticos no elásticos.
21. Hilo compuesto según la reivindicación 20, en el que el segundo hilo polimérico sintético no elástico está envuelto en vueltas alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud (L) unitaria relajada del elemento elástico hay al menos de una (1) a aproximadamente 10.000 vueltas de cada hilo polimérico sintético no elástico.
22. Hilo compuesto según la reivindicación 20, en el que los segundos hilos poliméricos sintéticos no elásticos están dispuestos de manera sinuosa alrededor del elemento elástico, de manera que por cada longitud (L) unitaria relajada del elemento elástico hay al menos un periodo de recubrimiento sinuoso por cada hilo polimérico sintético no elástico.
23. Método para formar un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor que comprende:
un elemento elástico que tiene una longitud relajada; y al menos un filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, comprendiendo el método las etapas de:
estirar un elemento elástico,
colocar un filamento de recubrimiento conductor sustancialmente paralelo a y en contacto con la longitud estirada del elemento elástico, y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje para entrelazar así el elemento elástico y el filamento de recubrimiento conductor.
24. Método según la reivindicación 23, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un segundo filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
colocar un segundo filamento de recubrimiento conductor sustancialmente paralelo a y en contacto con la longitud estirada del elemento elástico; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje para entrelazar así el segundo filamento de recubrimiento conductor con el elemento elástico y el primer filamento de recubrimiento conductor.
25. Método según la reivindicación 24, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
colocar un hilo polimérico sintético no elástico sustancialmente paralelo a y en contacto con la longitud estirada del elemento elástico, y después de esto permitir que el elemento elástico se relaje para entrelazar así el hilo polimérico sintético no elástico con el elemento elástico y el primer filamento de recubrimiento conductor.
26. Método según la reivindicación 25, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un segundo hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
colocar un segundo hilo polimérico sintético no elástico sustancialmente paralelo a y en contacto con la longitud estirada del elemento elástico, y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje para entrelazar así el segundo hilo polimérico sintético no elástico con el elemento elástico, el filamento de recubrimiento conductor y el primer hilo polimérico sintético no elástico.
27. Método para formar un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor que comprende:
un elemento elástico que tiene una longitud relajada; y al menos un filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, comprendiendo el método las etapas de:
estirar un elemento elástico;
retorcer el filamento de recubrimiento conductor con el elemento elástico estirado; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
28. Método según la reivindicación 27, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un segundo filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
retorcer el segundo filamento de recubrimiento conductor con el elemento elástico estirado y el primer filamento de recubrimiento conductor; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
29. Método según la reivindicación 28, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
retorcer el hilo polimérico sintético no elástico con el elemento elástico y el filamento de recubrimiento conductor; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
30. Método según la reivindicación 29, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un segundo hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
retorcer el segundo hilo polimérico sintético no elástico con el elemento elástico, el filamento de recubrimiento conductor y el primer hilo polimérico sintético no elástico; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
31. Método para formar un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor que comprende:
un elemento elástico que tiene una longitud relajada; y al menos un filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, comprendiendo el método las etapas de:
estirar el elemento elástico;
envolver el filamento de recubrimiento conductor alrededor de la longitud estirada del elemento elástico; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
32. Método según la reivindicación 31, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un segundo filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
envolver un segundo filamento de recubrimiento conductor alrededor de la longitud estirada del elemento elástico y el primer filamento de recubrimiento conductor; y después
permitir que el elemento elástico se relaje.
33. Método según la reivindicación 31, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
envolver un hilo polimérico sintético no elástico alrededor de la longitud estirada del elemento elástico y el filamento de recubrimiento conductor; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
34. Método según la reivindicación 33, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un segundo hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
envolver un segundo hilo polimérico sintético no elástico alrededor de la longitud estirada del elemento elástico, el filamento de recubrimiento conductor y el primer hilo polimérico sintético no elástico; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
35. Método para formar un hilo compuesto elástico eléctricamente conductor que comprende: un elemento elástico que tiene una longitud L relajada, una longitud (N x L) estirada, en la que N está en el intervalo de 1,2 a 8,0; y al menos un filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, comprendiendo el método las etapas de:
hacer avanzar el elemento elástico a través de un chorro de aire;
dentro del chorro de aire, recubrir el elemento elástico con el filamento de recubrimiento conductor; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
36. étodo según la reivindicación 35, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende un segundo filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
dentro del chorro de aire, recubrir el elemento elástico y el primer filamento de recubrimiento conductor con un segundo filamento de recubrimiento conductor; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
37. Método según la reivindicación 35, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
dentro del chorro de aire, recubrir el elemento elástico y el filamento de recubrimiento conductor con un hilo polimérico sintético no elástico; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
38. Método según la reivindicación 37, en el que el hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende además un segundo hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, comprendiendo además el método las etapas de:
dentro del chorro de aire, recubrir el elemento elástico, el filamento de recubrimiento conductor y el primer hilo polimérico sintético no elástico con un segundo hilo polimérico sintético no elástico; y después de esto
permitir que el elemento elástico se relaje.
39. Tejido que comprende una pluralidad de hilos compuestos elásticos eléctricamente conductores, en el que cada hilo compuesto elástico eléctricamente conductor comprende:
un elemento elástico que tiene una longitud L unitaria relajada y una longitud estirada de (N x L), en la que N está en el intervalo de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 8,0; y
al menos un filamento de recubrimiento conductor que rodea al elemento elástico, teniendo el filamento de recubrimiento conductor una longitud que es superior a la longitud estirada del elemento elástico, de manera que sustancialmente todo el esfuerzo de alargamiento impuesto sobre el hilo compuesto lo porta el elemento elástico.
40. Tejido según la reivindicación 39, en el que uno o más de los hilos compuestos comprende además:
un hilo polimérico sintético no elástico que rodea al elemento elástico, y en el que
el hilo de filamento polimérico sintético no elástico tiene una longitud total inferior a la longitud del filamento de recubrimiento conductor,
de manera que una parte del esfuerzo de alargamiento impuesto sobre el hilo compuesto lo porta el hilo polimérico sintético no elástico.
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