ES2311486T3

ES2311486T3 - Procedimiento y aparato para producir unos medios fibrosos altamente eficaces y unos medios de tejido constituidos mediante este procedimiento y este aparato.

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Publication number: ES2311486T3
Application number: ES00993008T
Authority: ES
Inventors: Leonard Torobin; Richard C. Findlow
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2009-02-16
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: WO2002042043A1; ATE406989T1; AU2001249030A1; DE60040172D1; EP1341653A1; EP1341653B1; EP1341653A4; US6315806B1

Abstract

Un procedimiento para fabricar un velo fibroso compuesto que contiene una cantidad de fibras discontinuas con un diámetro de submicrómetro, comprendiendo dicho procedimiento: la provisión de una estructura bidimensional de celdas de producción de fibras controladas individualmente, teniendo dicha estructura una fila de fibras paralelas, estrechamente separadas, definiendo dichas celdas de la estructura una pluralidad de celdas y una pluralidad de celdas restantes; la producción de una pulverización en chorro único de fluido que contiene fibras arrastradas desde cada celda de la estructura; el control de dicha primera pluralidad de celdas de la estructura para producir fibras discontinuas con un diámetro de submicrómetro; el control de la pluralidad restante de celdas de la estructura para producir pulverizaciones de fibras con diámetros mayores que un micrómetro; la colocación de las celdas en la estructura para hacer que las fibras de las estructuras vecinas colisionen en vuelo en una zona de constitución de las fibras y para promover un entrelazamiento a escala fina de las fibras con diámetro de submicrómetro con las fibras con más de un micrómetro de diámetro; y la recogida de las fibras colisionadas en un velo fibroso sobre una superficie de recogida.

Description

Procedimiento y aparato para producir unos medios fibrosos altamente eficaces y unos medios de tejido constituidos mediante este procedimiento y este aparato.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general al campo de los procedimientos y aparatos para producir medios fibrosos, y al material de velo fibroso constituido mediante dichos procedimientos y aparatos y, en determinadas formas de realización preferentes, a unos procedimientos y aparatos para producir unos medios fibrosos compuestos, compuestos de fibras finas discontinuas y dispersiones controladas de fibras discontinuas no cargadas o estáticamente cargadas ultrafinas o con tamaño de submicrómetro. Determinadas formas de realización preferentes adicionales se refieren a unos medios de filtración y a unos medios absorbentes que comprenden dichos medios fibrosos compuestos.

Antecedentes de la invención

El reconocimiento creciente de los efectos deletéreos de los contaminantes químicos y biológicos que a menudo se presentan en forma de partículas de menos de un micrómetro de diámetro, ha provocado la urgente necesidad de unos medios de filtración capaces de eliminar dichas partículas de una forma eficaz y económica. Se puede disponer de una amplia gama de medios de filtro para la eliminación de partículas del aire utilizadas para la respiración y otros procesos que requieren unos estándares de pureza específicos. Sin embargo, la mayoría de estos medios pierden rápidamente eficacia o incrementan su precio así como los costes de inversión y funcionales, a medida que se reduce el tamaño de las partículas filtradas.

Una parte importante de dicho incremento del coste se debe a los costes asociados con el incremento de resistencia del filtro al flujo de aire a medida que la eficacia de la retirada de las partículas se incrementa. Esto crea una caída de presión más alta con relación al movimiento de aire a través del filtro imponiendo con ello una mayor exigencia de servicio sobre el ventilador de filtración. Esto, a su vez, puede exigir el empleo de unos ventiladores mayores y más costosos que consumen unas cantidades mayores de energía que pueden convertir el entero proceso en económicamente prohibitivo. Así mismo, los filtros susceptibles de eliminar partículas con diámetro de submicrómetro generalmente tienden a obturarse rápidamente, requiriendo una frecuente y costosa sustitución de los filtros.

Los medios de filtro más habituales para la filtración de aire consisten en unos velos fibrosos de finas fibras que se tienden planas de forma que la mayoría se sitúa en perpendicular a la dirección de flujo del aire que está siendo filtrado. En ausencia de efectos de carga electrostática, se han encontrado determinadas ecuaciones que describen las leyes de la dinámica de los fluidos respecto de sólidos particulados en una corriente de aire para proporcionar predicciones satisfactorias del rendimiento de la filtración. Dichas leyes físicas y las ecuaciones asociadas han sido descritas por L. B. Torobin en "Transferencia de la Cantidad de Movimiento en el Flujo de Gases Sólidos" ["Momentum Transfer in Solids-Gas Flow"] Ph.D. Thesis, McGill University, 1960 ("Torobin Thesis"), incorporado en la presente memoria por referencia.

El efecto del tamaño de las fibras en la eficacia de la recogida de filtración de casco aire ha sido calculada por W.C. Hinds, en "Tecnología de Aerosol" ["Aerosol Technology"], Wiley, 1982, p. 184, utilizando las ecuaciones apropiadas de la dinámica de los fluidos de sólidos- gas con parámetros establecidos para las condiciones típicas de los filtros de aire industriales, comerciales, y domésticos. Los cálculos revelan que si pudieran incorporarse fibras con diámetro de submicrómetro dentro de los medios de filtración de una manera uniforme, serían muy eficaces en la eliminación de partículas con un diámetro de submicrómetro existentes en las corrientes de aire. Para una partícula contaminante típica con un diámetro de 0,3 micrómetros arrastrada en el aire que fluye a través de un filtro fabricado con unas fibras con un diámetro de 10 micrómetros, aproximadamente un 30% de las partículas contaminantes no fueron eliminadas por el filtro. Cuando el diámetro de las fibras se redujo a un diámetro de 2 micrómetros, que se corresponde con el límite interior de la mayoría de los filtros industriales disponibles hoy en día, la cantidad de materia particulada no filtrada se redujo en aproximadamente un 17%. Hinds apunta que, si los medios pudieran emplear fibras con un diámetro de 0,5 micrómetros, el filtro atraparía todas menos un 3% de las partículas contaminantes entrantes, requiriendo al mismo tiempo únicamente una caída de presión relativamente baja para sostener el flujo del gas que está siendo purificado mediante el filtro.

Múltiples problemas, sin embargo, han impedido el empleo de cantidades apreciables de fibras con diámetro de submicrómetro en los medios de filtro. Por ejemplo, un problema ha consistido en la dificultad de conseguir una deposición uniforme de fibras poliméricas con un diámetro de submicrómetro sobre una superficie de recogida. Esto se debe, en parte, a su tendencia a circular en el proceso de constitución de las fibras. Debido a su pequeño tamaño y baja densidad, las fibras poliméricas con diámetro de submicrómetro son extremadamente ligeras y son por consiguiente fácilmente arrastradas en las corrientes vagabundas de escala de gran turbulencia, las cuales son inducidas esencialmente por los procesos de formación y recogida de todas las fibras.

Esto concuerda con las predicciones teóricas que muestran que las corrientes con solo de una décima parte a una centésima parte de las velocidades requeridas para arrastrar fibras con un tamaño superior a 1 micrómetro son suficientes para dispersar las fibras con diámetro de submicrómetro. (Tesis Torobin en la pág. 228). Las dimensiones de estas corrientes o remolinos y sus velocidades se incrementan a medida que el tamaño del proceso de producción se incrementa desde la escala de laboratorio a la escala comercial, y a medida que los procesos de producción se ajustan para obtener fibras más finas. En consecuencia, mediante procedimientos de producción de filtración convencionales, muchas de las fibras con un diámetro de submicrómetro no se incorporan en el velo de fibras. Así mismo, las fibras vagabundas pueden dañar o alterar el equipamiento de producción de los filtros.

Otro problema que impide el uso de cantidades apreciables de fibras poliméricas con un diámetro de submicrómetro en los medios de filtro se deriva de la mayor tendencia de las fibras poliméricas con un diámetro de submicrómetro a fijarse entre sí en vuelo durante su constitución, formando masas sueltas no deseadas, "cuerdas" o aglomerados. Esto es consecuencia, en parte, de la relación insólitamente alta del área superficial de las fibras con respecto a la característica de volumen de fibra de las fibras con un diámetro de submicrómetro. Cuando esto se combina con la densidad relativamente baja de los polímeros, las fibras tienden a adherirse entre sí al contactar.

El problema de la aglomeración se exacerba por la presencia de vórtices de torsión y recirculación en el aire ambiente que tienden a retorcer los aglomerados de estructuras a modo de cuerdas. Los aglomerados al final se asientan sobre la banda conformada de fibras donde constituye una fuente de irregularidad considerable. Otro problema que impide el uso de cantidades apreciables de fibras poliméricas con un diámetro de submicrómetro en los medios de filtración se deriva de la tendencia de las fibras con un diámetro de submicrómetro a mostrar unas propiedades mecánicas de la banda total deficientes y de la falta de autosoporte. Esto se deriva de la baja resistencia a la tracción y de la longitud relativamente corta de las fibras con diámetro de submicrómetro. Las fibras con diámetro de submicrómetro tienden a unirse solo de manera deficiente entre sí y por consiguiente son proclives a ser alzadas y dispersadas por las corrientes asociadas con la producción de fibras. Así mismo, cuando dichos velos de fibras son utilizadas como filtros de aire, cantidades significativas de fibras con diámetro de submicrómetro son transportadas intermitentemente por el aire que está siendo purificado. Esto se traduce en una contaminación inaceptable de la corriente de aire que fluye a través del filtro.

Otro problema adicional que retrasa el uso de medios de filtración de fibras poliméricas con diámetro de micrómetro es la dificultad de distribuir uniformemente las fibras ultrafinas en el velo de fibras. Si las fibras con diámetro de submicrómetro no están uniformemente distribuidas, gran parte del aire que está siendo tratado por el filtro no quedará sometido a altas prestaciones transmitidas por las fibras con diámetro de submicrómetro. Además, debido a que la mayor área superficial asociada con cada zona de altas concentraciones de fibra con diámetro de submicrómetro transmite a ella una resistencia relativamente alta al flujo de aire en comparación con las zonas de concentraciones bajas, las fibras ultrafinas de estas zonas tienden a ser puenteadas por el aire que está siendo filtrado, reduciendo con ello su eficacia.

Además de la distribución no uniforme a lo largo de la longitud y de la anchura del velo de fibras, hay también la tendencia a que las fibras con diámetro de submicrómetro se recojan en una determinada profundidad de los velos de fibras. Esto da como resultado una obturación prematura del filtro, puesto que la mayoría de los sólidos separados por el filtro se agrupan en un plano fino.

Se encontró que las dificultades anteriormente mencionadas a las que tenían que enfrentarse las fibras poliméricas con diámetro de submicrómetro podrían evitarse hasta cierto punto cuando las fibras estuvieron fabricadas con una resistencia a la tracción más alta y con unos materiales de densidad más alta como el vidrio. En consecuencia, muchos de los filtros utilizados hoy en día incluyen fibras de vidrio con diámetro de submicrómetro. Las fibras de vidrio con diámetro de submicrómetro han sido fabricadas e incorporadas en los medios de filtración, según se describe, por ejemplo, en la Patente estadounidense No. 4,548,632.

Sin embargo, la experiencia con las fibras de amianto ha comportado la inquietud acerca de la posibilidad de efectos contrarios a la salud derivados de la inhalación de fibras de vidrio finas. Así mismo, las fibras de vidrio usadas, cargadas con contaminantes, no pueden ser desechadas por incineración. Constituyen un desecho peligroso que debe ser manipulado con un gasto y un riesgo considerables, en terrenos aptos para ser sepultadas. En respuesta a estas inquietudes, los medios de filtración fabricados a partir de materiales poliméricos compuestos de fibras con un diámetro mayor que sus homólogos de vidrio están desplazando los medios de vidrio, no obstante las características de rendimiento más deficientes de las fibras poliméricas con un diámetro mayor. En consecuencia, se necesitan en la industria de la filtración de aire unos medios de filtración que exhiban las ventajas de las fibras con diámetro de submicrómetro sin los problemas anteriormente mencionados asociados con la producción de fibras poliméricas con diámetro de submicrómetro o las preocupaciones sanitarias asociadas con las fibras de vidrio.

La producción de fibras finas a partir de masas fundidas poliméricas ha sido objeto de muchos esfuerzos durante el último medio siglo. Las investigaciones a primeros de los años 1950 por Van A. Wente en el Naval Reserarch Laboratory condujeron a un importante procedimiento de fabricación de fibras designado como "fusión - soplado" ["melt-blowing"]. Se resume en el informe NRL 5265, 1959. Los procedimientos de fusión - soplado emplean los polímeros de constitución de las fibras en forma fundida, esto es, como una masa fundida extraída a partir de orificios de diámetro extremadamente pequeño en un troquel calentado. Los chorros líquidos resultantes de polímero fundido son introducidos en unos vientos de alta velocidad de aire calentado externos a los chorros de líquido. Los vientos de alta velocidad estiran y atenúan los chorros de polímero fundido convirtiéndolos en fibras "sopladas" discontinuas finas las cuales son a continuación recogidas sobre una superficie en movimiento. Aunque el trabajo expuesto produjo unas fibras más finas que las obtenidas con anterioridad, tenían sin embargo un tipo de tamaño por encima de los diámetros de submicrómetro requeridos para conseguir una filtración de aire de partículas con diámetro de submicrómetro.

Otros dispositivos mejoraron el procedimiento de fusión - soplado haciendo posible fabricar fibras del orden de 2 a 10 micrómetros con una pequeña cantidad de fibras con diámetro de submicrómetro. Ejemplos de patentes que describen fibras producidas mediante procedimientos de fusión - soplado incluyen las de Hall (Pat. estadounidense No. 2,374,540.; Manning (Pats. estadounidenses Nos. 2,411,659; 2,411,660; y 2,437,263), Marshall (Pat. estadounidense No. 2,508,462), Francis (Pat. estadounidense No. 2,464,301); Ladisch (Pats. estadounidenses Nos. 2,571,457 y 3,017,664); Hartmann et al. (Pat. estadounidense No. 3,379,811), Hartmann (Pat. estadounidense No. 3,502,763), y Buntin et al. (Pats. estadounidenses Nos. 3,595,245, 3,615,995, 3,849,241, y 3,978,185); y Buntin (Pats. estadounidenses Nos. 3,755,527, y 3,972,759).

El procedimiento más habitual de proporcionar la corriente externa de viento calentado para la producción de fibras mediante soplado de masa fundida se lleva a cabo mediante el empleo de dos chorros de ranura bidireccionales de diversas geometrías y en varios emplazamientos. Como alternativa, el aire de viento calentado externo se proporciona por medio de unos chorros unidimensionales que rodean cada uno de los chorros de polímero líquido, como se describe en, por ejemplo, Balaz (Pat. estadounidense No. 4,047,861), Tunica, et al. (Pat. estadounidense No. 4,458,632), y Schwarz (Pats. estadounidenses Nos. 4,380,570, y 5,476,616).

En la Pat. estadounidense No. 3,972,759, Buntin describe un procedimiento de fusión - soplado mejorado para obtener bandas fibrosas que contienen un diámetro de fibra medio de 2 micrómetros, con un porcentaje no divulgado de fibras tan bajo como el de fibras con unos diámetros de 0,5 micrómetros. Sin embargo, Buntin indica así mismo que se requieren una viscosidad de la masa fundida muy baja y unas velocidades del gas muy altas para obtener incluso una pequeña fracción de fibras con diámetro de submicrómetro. Buntin da a conocer que la corriente de gas requerida provocaba una ruptura de las fibras "extrema" y provocaba también que muchas fibras se dispersaran fuera de la zona de depósito de forma que las fibras no podían incorporarse para formar un velo fibroso manejable. Así mismo, la gran cantidad de gas calentado requerida en el procedimiento dado a conocer por Buntin tendía a hacer que la fusión - soplado no fuera rentable para la producción de fibras con diámetro de submicrómetro. De modo similar, Joseph et al. (Pat. estadounidense No. 5,207,970) informan acerca de la dificultad incrementada en la obtención de velos con unas propiedades uniformes cuando se incrementaron las tasas de aire del viento. En comparación con otras aplicaciones de bandas fibrosas, las utilizadas para la filtración deben obtener un alto nivel de uniformidad con el fin de obtener la eficacia de la filtración. Además de la uniformidad, los procedimientos de fusión - soplado no incorporan unos medios para resolver los problemas combinados de la debilidad del velo, la aglomeración de las fibras y la tendencia a desprenderse de la banda inherentemente asociados con las fibras con diámetro de submicrómetro.

El problema de la deficiente resistencia mecánica de las bandas de filtro que contienen cantidades sustanciales de fibras débiles ha sido afrontado mediante una pluralidad de procedimientos. En general estos procedimientos han tenido éxito únicamente cuando se han aplicado a fibras poliméricas con un diámetro mayor de 1 micrómetro pero han sido considerados insuficientes para fibras con diámetro de submicrómetro.

El procedimiento más directo llevado a la práctica para soportar bandas de fibras débiles ha sido el de soportar dichas bandas por medio de una o más capas de un tejido suficientemente fuerte hecho de una diversidad de materiales. Por ejemplo, Sexton et al. (Pat. estadounidense No. 3,710,948), describe el uso de unas capas interior y exterior de autosoporte y un tejido de "cañamazo" poroso para soportar y contener una capa interior de fibras no autosustentantes relativamente débiles que constituyen el medio de filtración.

Los tejidos de refuerzo de cañamazo están a menudo hechos de monofilamentos de resina unidos entre sí mediante calandrias calentadas, Carey (Pat. estadounidense No. 4,011, 067) da a conocer el procedimiento de recoger una capa delgada de aproximadamente 5,67 gramos por 0,84 m^{2} de fibras con diámetro de submicrómetro sobre un material de cañamazo y a continuación cubrirlo con una segunda capa de cañamazo. Este es mucho más delgado que los filtros de uso general, que requieren unos pesos de las fibras de filtración de aproximadamente 14,17 a 113,4 gramos por
0,84 m^{2}.

Brock et al. (Pat. estadounidense No. 4,041,203) describe el uso de un cañamazo para soportar fibras con un diámetro inferior a los 10 micrómetros, y evitan el calandrado mediante el empleo de aglutinantes intermitentes. Otros ejemplos del empleo del uso de capas de materiales porosos autosustentantes manejables para soportar fibras débiles o protegerlas de la abrasión se describen por Prentice (Pat. estadounidense No. 4,078,121), Kitson, et al. (Pat. estadounidense No. 4,196,245), y Bosses (Pat. estadounidense No. 5,080,702). En combinación con el uso de capas de soporte, se han dado a conocer determinados procedimientos en los que el sistema resultante es impregnado con un agente ligante de los que constituye un ejemplo la Patente de Maddern, et al. (Pat. estadounidense No. 5,589,258).

El uso de capas porosas autosustentantes de materiales para superar la debilidad inherente de las fibras con diámetro de submicrómetro no alivia los problemas de aglutinación, ligadura, segregación y arrastre en corrientes de aire vagabundas que se produce con las fibras con diámetro de submicrómetro antes de la deposición sobre cualquier superficie. Incluso cuando la combinación tiene una resistencia macroscópica satisfactoria, el núcleo interior débil de las fibras con diámetro de submicrómetro se ha descubierto que presentan fisuras y zonas de separación en la vibración que se produce en determinados usos de los filtros debido a la debilidad local de los enlaces fibra con fibra. Esto permitía que el aire que iba a ser filtrado puenteara o "cortocircuitara" el filtro, con la correspondiente degradación del rendimiento hasta un nivel inaceptable. Así mismo, el calandrado con una presión suficiente para provocar la fusión fibra con fibra y el empleo de agentes aglutinantes puede provocar la tendencia de producir una degradación excesiva del rendimiento de la filtración cuando se aplique a fibras con diámetro de submicrómetro. Debido a su debilidad, el calandrado provoca que se compriman en un plano con alta resistencia y una capacidad reducida de retención de polvo. Cuando se utiliza un agente aglutinante, la elevada área superficial de las fibras con diámetro de submicrómetro provoca que se empapen con demasiado aglutinante y resulten parcialmente atascadas.

Un segundo procedimiento general de afrontar la deficiente resistencia de los velos de los filtros con cantidades considerables de fibras débiles ha sido depositar secuencialmente, y con ello emparedar capas de fibras débiles entre capas de fibras cuyos diámetros y longitudes sean suficientes para transmitir la resistencia necesaria a la matriz compuestas. Cada capa se fabrica en un troquel separado unidimensional lineal de fusión - soplado con sus generadores de viento de gas asociados. Para fabricar los medios estratificados, los troqueles y sus generadores de viento de gas asociados son genéricamente situados en un plano paralelo al plano de una correa foraminosa en movimiento y son situados en perpendicular a la dirección del movimiento de la correa. Los troqueles y sus generadores de viento de gas asociados son típicamente situados en serie entre sí en una dirección corriente abajo. Puede producirse alguna mezcla entre las fibras relativamente débiles y las fibras fuertes. Ejemplos de dichas disposiciones se divulgan por R.R. Buntin, TAPPI, 56 (1973), 74; M. Ahmed (Polypropylene Fibers Science and Technology, 1982, Elsevier Co., pp 437-440), Prentice (Pat. estadounidense No. 4,078,124), Shipp et al. (Pat. estadounidense No. 4,714,647), Tani et al. (Pat. estadounidense No. 4,983,193, y Schwarz (Pat. estadounidense No. 5,476,616). Ahmed señala, sin embargo, que dichas disposiciones conducen a capas que están deficientemente unidas entre sí, a menos que el grosor del lecho de las fibras sea considerablemente mayor que el grosor requerido por los medios de filtración. La unión deficiente de la estructura que constituye las capas a la capa de fibras débiles significaría que la capa débil estaría desprotegida con respecto a las fuerzas de tracción del velo fibroso.

La unión deficiente de las capas para reducir el diámetro de las fibras deriva, en parte, de la incapacidad para separar los troqueles de fusión - soplado convencionales entre sí, en la dirección corriente abajo. En el sistema de fusión - soplado estándar, se utiliza una gran cantidad de aire en los chorros de los "vientos". De acuerdo con ello, debe haber la suficiente distancia entre los troqueles de forma que el aire del viento de uno no perturbe las capas ya depositadas o disperse las fibras finas contenidas en su interior. Así mismo, debe haber suficiente espacio para proporcionar unos medios de canalización para retirar este flujo de aire y la canalización puede atrapar cantidades crecientes de fibras que pueden desprenderse como grandes aglomerados indeseables sobre el velo fibroso.

Los resultados dados a conocer por Nissen et al. (Pat estadounidense No. 5,260,003) referidos a una tecnología convencional y mejorada de fusión - soplado muestran que las exigencias de la energía de aire inyectada se incrementaron exponencialmente de una media de 4 kilovatios por gramo de fibra producida para fibras con un diámetro de aproximadamente 3,2 micrómetros, hasta aproximadamente 38 Kilovatios por kilogramo de fibra para fibras producidas con un diámetro de 1,3 micrómetros. Para la misma reducción del diámetro de las fibras, fue necesario reducir la velocidad global de producción de fibras para cada orificio de troquel desde 54,43 gramos por hora hasta 4,53 gramos por hora. Esto sugiere que la adaptación de las geometrías de la fusión - soplado para la producción comercial de fibras con un diámetro de submicrómetro sería prohibitivamente cara tanto en cuanto a los costes operativos como a los de equipamiento.

Un tercer procedimiento general de constituir velos que incorporen fibras débiles es hacer que se entremezclen con fibras de refuerzo. Page (pat. estadounidense No. 3,981,650) describe un troquel de fusión - soplado que permite la alimentación de dos polímeros diferentes para orificios alternados. Esto da como resultado la producción de compuestos entremezclados. Sería poco práctica intentar adaptar este procedimiento a la producción de fibras entremezcladas de fibras con un diámetro de submicrómetro con fibras con un diámetro lo suficientemente grande para constituir un refuerzo, dado que requeriría la estrecha separación de los chorros de viento con una o dos series de diferencia de magnitud de velocidad.

Anderson et al. (Pat. estadounidense No. 4,100,324) propone mezclar de manera turbulenta fibras fundidas - sopladas con fibras de pulpa de madera relativamente grandes en el aire para formar una matriz. En el procedimiento divulgado, las fibras poliméricas se exige que tengan la suficiente resistencia para mantener cautivas e interconectar las fibras de celulosa y las fibras de polímero con diámetro de submicrómetro serían demasiados débiles y demasiado cortas para esta finalidad. Así mismo, las altas velocidades del viento para formar fibras con diámetro de submicrómetro tienden a dispersar el grueso de las fibras de celulosa relativamente grandes.

Se han propuesto procedimientos generales para mezclar fibras débiles y fuertes después de su constitución y la aglutinación de ambas con aglutinantes. Sin embargo, los aglutinantes en forma de gránulos tienden a obturar las superficies de filtración. Este problema puede resolverse, hasta cierto punto, mediante la incorporación de fibras de refuerzo que tengan un punto de fusión menor que los constitutivos de fibras débiles de una mezcla de fibras. La aglutinación se consigue mediante el calentamiento de las fibras de refuerzo por encima de su punto de fusión y aplicando presión a la banda. Un ejemplo de este procedimiento se ofrece por Jackson, et al. (Pat. estadounidense No. 5,480,466). Sería difícil adaptar este procedimiento en fibras con diámetro de submicrómetro dado que estarían en un estado apelmazado tras la recogida antes de la mezcla, y sería difícil establecer la uniformidad requerida de dispersión para un velo de filtración eficaz.

Bean, et al. (Pat. estadounidense No. 4,268,235) describe un procedimiento general para mezclar fibras de distintos tamaños para formar un velo y a continuación asegurar la uniformidad de distribución mediante el uso de bancos paralelos de cepillos oscilatorios. Aunque este procedimiento puede ser aplicable a fibras relativamente grandes, las fibras con diámetro de submicrómetro se apelmazan entre sí cuando se sitúan en contacto mutuo y sería inviable intentar separarlas después de su recogida e intentar distribuirlas en un velo que contenga fibras grandes. Así mismo, la entremezcla bruta de fibras con diámetro de submicrómetro con fibras grandes puede provocar discontinuidades entre las uniones entre las fibras grandes de forma que el velo resultante sería demasiado débil para su uso como medio de filtro práctico.

Una propuesta alternativa ha sido divulgada para producir fibras con diámetro de submicrómetro en las cuales el polímero utilizado para producir las fibras es primeramente disuelto en un disolvente y la solución es fibrizada por medios convencionales o dejando que el disolvente hierva debido a una rápida liberación de la presión. Las fibras de la solución resultante tienen un diámetro por encima de 1 micrómetro, los diámetros de las fibras se encojen cuando el disolvente es evaporado o hervido. Las fibras resultantes pueden tener un diámetro de submicrómetro y pueden ser inmovilizadas aglutinándolas entre sí debido a la acción del disolvente. Determinados ejemplos se describen por Pleska et al. (Pat. estadounidense No. 4,081,226), Raganato et al. (Pats. estadounidenses Nos. 4,025,593 y, 4,189,455), DiDrusco, et al., (Pat. estadounidense No. 4,211,737), Shin (Pat. estadounidense No. 5,032,326), y Nishioi, et al. (Pat. estadounidense No. 5,290,626).

Desgraciadamente, los procedimientos basados en disolventes son prohibitivamente costosos para un uso general. Así mismo, los disolventes pueden presentar el riesgo potencial de contaminación si se escapan por entre los espacios cerrados en los que se realiza el procedimiento.

La carga electrostática de las fibras utilizadas en la filtración ha sido utilizada en determinadas tentativas para resolver la eficacia relativamente reducida de los medios poliméricos existentes fabricados a partir de fibras con diámetros relativamente grandes. Los medios así producidos se designan como "electretos" y su uso es analizado por J. Van Turnhout en el estudio "Filtros de Electretos para una Limpieza del Aire de Alta Eficiencia" ["Electret Filtres for High Eficiency Air Cleaning" Journal of Electrostatics, 8 (1980). Un reciente ejemplo de dicha práctica se divulga por Tsai, et al. Pat. estadounidense No. 5,401,446. Desgraciadamente, la carga electrostática puede fugarse durante el almacenaje o el uso de los medios de fibra polimérica fabricados a partir de fibras con un diámetro relativamente grande. Así mismo, la carga electrostática existente en dichos medios tiende a concentrarse sobre sus superficies exteriores. Los sólidos detenidos por el filtro cargado tienden a agruparse en un plano de superficie. En consecuencia, el volumen interior del filtro puede no utilizarse de manera eficiente, dando como resultado una capacidad de retención del polvo relativamente baja. M. D. Bosses, sin embargo, en el trabajo "Evolución de las Bolsas de Aspiradora Mejoradas" ["Evolution of Improved Vacuum Cleaner Bags"] Second Annual TANDEC Conference, 1992, da a conocer que las fibras con un diámetro de submicrómetro "potencian espectacularmente" la capacidad de los medios fundidos - soplados, añadiendo otros incentivos para el desarrollo de los medios que contienen uniformemente distribuidas y debidamente ancladas fibras con diámetro de submicrómetro.

En los últimos años ha podido disponerse de procedimientos alternativos que tienen la capacidad de producir fibras discontinuas con diámetro de submicrómetro a partir de materiales fundidos evitando al tiempo algunos de los problemas asociados con el procedimiento de fusión - soplado, concretamente los problemas asociados con los grandes volúmenes y velocidades del aire del viento calentado y las bajas tasas de producción de cada orificio. Ejemplos de los procedimientos alternativos son divulgados por Torobin in las Pats. estadounidenses Nos. 4,363,646; 4,415,512; y 4,536,361. Ninguno de estos ejemplos divulgan procedimientos prácticos para preparar hojas de tamaño comercial de velos fibrosos de materiales poliméricos que contengan cantidades significativas de fibras uniformemente distribuidas y fijadas con un diámetro de submicrómetro. Se necesita en la industria un procedimiento y un aparato para producir dichos velos fibrosos compuestos que eviten o resuelvan de manera rentable los problemas anteriormente mencionados.

Sumario de la divulgación

Las formas de realización preferentes de la presente invención se refieren a unos procedimientos y a unos aparatos para producir medios fibrosos estructurales compuestos hechos de fibras finas discontinuas y fibras ultrafinas discontinuas electrostáticamente cargadas o no cargadas. Determinadas formas de realización preferentes adicionales se refieren a unos medios fibrosos compuestos producidos de la manera indicada y a unos medios de filtración, a unos medios de limpieza de las partículas y a unos medios absorbentes que comprenden dichos medios fibrosos compuestos.

Las formas de realización preferentes emplean una fuente de gas fibrizante y una fuente de sustancia o sustancias de fluido polimérico fundido las cuales, cuando se combinan con una corriente de chorro de gas fibrizante, producirán unos filamentos de polímero cuando se enfría. Determinadas forma de realización preferentes de un aparato incluyen una placa de montaje de celdas, en la cual se monta una estructura de una pluralidad de filas de celdas productoras de fibras, siendo cada celda capaz de controlar de manera susceptible de ajuste el diámetro y el ángulo de polimerización de una mezcla de polímero fundido y de gas fibrizante, una pluralidad de conductos que suministran el fluido polimérico fundido y el gas fibrizante a las celdas de producción de fibras, una correa foraminosa, una pluralidad de rodillos de accionamiento de la correa, una superficie amovible de recogida permeable al aire, como por ejemplo una malla de criba, una caja de succión y una pluralidad de rodillos de compactación.

El medio de filtración está fabricado, preferentemente, mediante una estructura bidimensional de celdas separadas de manera uniforme e individualmente ajustables a cada una de las cuales se suministra gas fibrizante y polímero fundido para producir un chorro de gases sólidos de dos fases de alta velocidad de fibras discontinuas arrastradas en el aire. Las celdas individuales de la estructura están rotatoriamente situadas una con respecto a otras de forma que la pulverización por chorro desde una celda es inducida a entremezclarse y combinarse con las pulverizaciones por chorro de las celdas vecinas existentes en su proximidad. Esto potencia la colisión y la entremezcla y el entrelazamiento consecuentes de las fibras nacientes en vuelo en la zona de constitución de las fibras, de una manera que provoca que las fibras se deformen y queden enredadas y que parcialmente se enrollen unas con otras a alta velocidad y de una manera localizada a escala fina antes de que hayan tenido la oportunidad de enfriarse hasta un estado relativamente rígido.

Las fibras colisionadas y enredadas son a continuación conformadas en un velo al ser arrastradas sobre la superficie superior de una sección plana de una correa continua móvil foraminosa por medio de un flujo de aire inducido por una caja de succión con un volumen de aire elevado situada en contacto con la cara inferior de la sección de la correa.

Preferentemente, las celdas están individualmente ajustadas para controlar los diámetros, longitudes y trayectorias medias de las fibras que producen. Determinadas celdas de la estructura bidimensional pueden ajustarse para generar un porcentaje considerable de fibras con diámetros inferiores a 1 micrómetro, y tienen una longitud relativamente más corta. Otras celdas de la estructura pueden ajustarse para generar un porcentaje considerable de fibras de refuerzo de constitución de la estructura con unos diámetros mayores de 1 micrómetro y tienen una longitud relativamente mayor. Mediante el empleo de una colocación y orientación adecuadamente próximas de las celdas en la estructura, las fuerzas de arrastre creadas por las turbulencias de aire inducidas por las pulverizaciones bombardeantes de celdas adyacentes son utilizadas para inducir unas fibras con diámetro de submicrómetro para entrelazar parcialmente alguna de las fibras de mayor diámetro. Las fibras con diámetro de submicrómetro. Con ello se provoca que las fibras con diámetro de submicrómetro se enreden de inmediato y se enrollen parcialmente alrededor de las fibras de refuerzo mayores. Las fibras mayores de esta forma atrapan e inmovilizan las fibras con diámetro de submicrómetro a modo de fina escala en la zona de su constitución para reducir al mínimo la tendencia de las fibras con diámetro de submicrómetro a apelmazarse, aglomerarse, o anudarse entre sí en vuelo. Así mismo, las celdas que producen las fibras mayores son seleccionadas para formar una cortina protectora de fibras grandes alrededor de cada celda productora de fibras con diámetro de submicrómetro, para impedir que las fibras con diámetro de submicrómetro sean desperdigadas por las corrientes de aire de la pulverización, o para que a continuación se separen de su posición dentro del velo asentado. Las fibras mayores enredadas superan también la debilidad mecánica inherente y la excesiva compresibilidad de los velos de fibras con diámetro de submicrómetro, posibilitando con ello el uso de fibras con diámetro de submicrómetro en sistemas de filtración, incluyendo los sistemas de filtración de aire.

El agregado resultante de fibras mezcladas y entrelazadas es a continuación depositado sobre una superficie de recogida móvil permeable al aire en forma del velo fibroso compuesto. El agregado de fibras es arrastrado hacia abajo y compactado sobre la superficie de recogida móvil permeable al aire mediante la presión de aire negativa inducida por la caja de succión. En formas de realización preferentes adicionales el agregado resultante es compactado haciendo pasar el agregado a través de unos rodillos de compactación.

Constituye un objetivo de algunas formas de realización preferentes de la presente invención proporcionar un procedimiento y un aparato para producir un medio fibroso compuesto que contengan fibras con un diámetro de submicrómetro, que muestre una uniformidad de composición y una resistencia a la tracción mejoradas respecto de las que podría disponerse con anterioridad y que no plantee problemas para la salud asociados con los medios de filtración compuestos por fibras de vidrio.

Constituye otro objetivo de algunas formas de realización de la invención proporcionar un procedimiento y un aparato para introducir un velo de fibras de un medio de filtración compuesto que contenga una dispersión controlada de fibras poliméricas con un diámetro de submicrómetro.

Constituye otro objetivo adicional de algunas formas de realización preferentes de la invención proporcionar un procedimiento y un aparato para la producción de velos fibrosos compuestos relativamente fuertes de fibras discontinuas hechas de materiales poliméricos, velos fibrosos que contengan cantidades considerables de fibras con diámetro de submicrómetro apropiadamente dispersas para su uso como medios de filtración de elevada eficacia para purificar el aire y otros fluidos.

Constituye otro objetivo de algunas formas de realización preferentes de la invención fabricar unos medios de filtración compuestos de gran eficacia polimérica que incorporen fibras con diámetro de submicrómetro que incurran en pérdidas de presión relativamente bajas asociadas con el flujo de aire o de otros gases a través de dichos medios.

Constituye un objetivo adicional de algunas formas de realización preferentes de la invención proporcionar un procedimiento y un aparato para la producción de bandas fibrosas compuestas de fibras discontinuas relativamente fuerte, velos fibrosos que contengan cantidades considerables de fibras con diámetro de submicrómetro adecuadamente dispersas para su uso como material altamente absorbente.

Otro objetivo de algunas formas de realización preferentes de la invención es posibilitar la producción de cantidades comerciales de fibras con diámetro de submicrómetro de una forma que evite su tendencia a ser dispersadas antes de su incorporación en un velo fibroso que puedan ser empleadas como al menos uno de los siguientes medios: medio de filtración práctica, medio de limpieza de partículas finas o medio absorbente.

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Otro objetivo de algunas formas de realización preferentes de la invención es preparar un velo de fibras que contenga fibras con diámetro de submicrómetro para su uso como medio de filtración en el cual algunas fibras con diámetro de submicrómetro estén suficientemente ancladas en el velo para reducir al mínimo su separación subsecuente, por ejemplo, durante el paso del aire a través del medio de filtración.

Otro objetivo de algunas formas de realización preferentes de la presente invención es preparar un velo de fibras que contenga fibras con diámetro de submicrómetro para su uso como medio de filtración o como medio de limpieza de partículas, en el que dichas fibras con diámetro de submicrómetro estén adecuadamente dispersas para producir un medio de filtración con una capacidad superior para retener el polvo y las pequeñas partículas.

Otro objetivo más de algunas formas de realización preferentes de la invención es proporcionar un procedimiento que posibilite la creación de un velo de fibras con diámetro de submicrómetro que reduzca al mínimo el apelmazamiento y el agrupamiento de fibras con diámetro de submicrómetro de forma que puedan utilizarse de manera eficaz para capturar partículas con diámetro de submicrómetro en un filtro de velo de fibras o en un medio de limpieza.

Otro objetivo adicional de algunas formas de realización preferentes de la presente invención es proporcionar un procedimiento que posibilite la creación de un velo con fibras con diámetro de submicrómetro en combinación con fibras más largas y de diámetro mayor de una forma que supere la resistencia mecánica baja del velo la cual en otro caso se produciría debido a la presencia de fibras con diámetro de submicrómetro relativamente débiles.

Un objetivo adicional de algunas formas de realización preferentes de la presente invención es fabricar unos medios de filtración poliméricos compuestos que incorporen fibras con diámetro de submicrómetro con unas eficiencias lo suficientemente altas para evitar la necesidad de cargas electrostáticas, evitando con ello los costes de las cargas y la pérdida potencial de la eficacia de la filtración derivada de la pérdida de carga de los medios mientras están almacenados o en uso.

Otro objetivo de algunas formas de realización preferentes de la presente invención es fabricar unos medios de filtración poliméricos compuestos que incorporen fibras con un diámetro de submicrómetro que potencien y mantengan el efecto de la carga electrostática, donde dicha carga pueda dar como resultado la retirada de contaminantes particulados con diámetro de submicrómetro a partir de corrientes de gas con gran eficacia.

Constituye otro objetivo de algunas formas de realización preferentes de la invención fabricar unos medios de filtración poliméricos compuestos que incorporen fibras con diámetro de submicrómetro que eviten el elevado coste y el grado de contaminación de los disolventes.

Constituye otro objetivo más de la presente invención fabricar unos medios de filtración poliméricos compuestos que incorporen unas dimensiones y composiciones de fibras diferentes en zonas específicas del velo fibroso de filtración y hacerlo de una forma económica.

Breve descripción de los dibujos

En la presente memoria se describen determinadas formas de realización de la invención, con referencia a las Figuras que se acompañan, en las cuales los mismos números designan las mismas partes.

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un aparato de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención.

La Fig. 2 es una vista lateral del aparato mostrado en la Fig. 1, que funciona de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención.

La Fig. 3 es una vista lateral esquemática de un par de celdas productoras de fibras rotadas (o en ángulo) para potenciar la colisión de fibras de una celda con fibras producidas por una celda adyacente, de acuerdo con una forma de realización preferente de la invención.

La Fig. 4 es una representación de una sección transversal de una fibra con un diámetro relativamente grande que tiene una fibra con diámetro de submicrómetro parcialmente enrollada y rodeada por unas corrientes de aire de turbulencia de fina escala de alta intensidad.

La Fig. 5 es una ilustración esquemática que muestra una forma de realización de la invención en la cual un material de prefiltro se incorpora sobre y se fija a un superficie del velo compuesto.

La Fig. 6 es una micrografía electrónica de escaneado de una porción de un velo fibroso que tiene fibras con diámetro de submicrómetro parcialmente entrelazadas alrededor de unas fibras de constitución de la estructura con un diámetro mayor, producidas de acuerdo con una forma de realización preferente de la invención de acuerdo con lo descrito en el Ejemplo 1.

La Fig. 7 es una micrografía electrónica de escaneado de una porción de un velo fibroso producida de acuerdo con el Ejemplo 1 después de una operación de filtrado.

La Fig. 8 es una ilustración de trazado gráfico del rendimiento de la eficacia de la filtración de velos fibrosos compuestos de medios no cargados para el Ejemplo 1 preparadas de acuerdo con una forma de realización preferente de la invención en comparación con la eficacia de la filtración de distintos filtros comerciales existentes fabricados con medios cargados.

La Fig. 9 es otra ilustración de trazado gráfico del rendimiento de la eficacia de la filtración de velos fibrosos compuestos de medios cargados producidas de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención, en comparación con la eficacia de la filtración de distintos filtros comerciales existentes fabricados con medios cargados.

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Descripción detallada de determinadas formas de realización preferentes

La descripción detallada subsecuente es la que actualmente se considera el mejor modo de llevar a cabo la invención. Esta descripción no debe tomarse en sentido limitativo, sino que se expone simplemente con la finalidad de ilustrar los principios generales de la invención. El alcance de la invención se define de forma acabada por las reivindicaciones adjuntas.

Determinadas formas de realización preferentes de la presente invención están relacionadas con unos procedimientos y unos aparatos para producir unos medios fibrosos compuestos hechos de fibras finas discontinuas y de fibras ultrafinas discontinuas cargadas o no cargadas electrostáticamente. Otras formas de realización preferentes están relacionadas con unos medios fibrosos compuestos producidos de la manera indicada y a unos medios de filtración, unos medios de limpieza de partículas y a unos medios absorbentes que comprenden dichos medios fibrosos compuestos.

Determinadas formas de realización de la invención actual están dirigidos a unos medios de velo y a unos procedimientos y a unos aparatos para la producción de unos medios de velo en los que los medios de velo incorporan cantidades sustanciales de fibras poliméricas discontinuas que tienen unos diámetros con tamaño de submicrómetro de una forma que permitiría la explotación de la mayor eficacia de captación de partículas y de la eficacia de las cargas electrostáticas asociadas con las fibras con diámetro de submicrómetro. Otras formas de realización de la presente invención están relacionadas con unos medios de filtración, unos medios de limpieza de partículas y unos medios que comprenden dichos medios de velo. En determinadas formas de realización preferentes, los medios de velo contienen una dispersión uniforme controlada de dichas fibras con diámetro de submicrómetro, por medio de lo cual las fibras con diámetro de submicrómetro están íntimamente mezcladas y redadas con fibras constitutivas de estructuras con un diámetro mayor, superando con ello la tendencia de las fibras con diámetro de submicrómetro a formar agregados ineficaces, o apelmazamientos sin utilidad, o que resulten fácilmente desprendidas del velo fibroso, lo que podría, por ejemplo, contaminar el aire u otro fluido que esté siendo filtrado por el medio de filtro.

El procedimiento y el aparato de acuerdo con las formas de realización preferentes de la presente invención, en comparación con el procedimiento de los medios estratificados de la técnica anterior de acuerdo con lo anteriormente descrito, se traduce en unos velos fibrosos compuestos en las cuales la inmovilización de las fibras con diámetro de submicrómetro se potencia al máximo mediante su enredamiento con fibras constitutivas de estructuras mayores y con lo cual se reduce al mínimo la separación de las fibras. Los dibujos y la fotografía adjuntos ilustran formas ejemplares del procedimiento y el aparato de algunas formas de realización preferentes de la presente invención para fabricar unos medios de velo de fibras poliméricas relativamente fuertes que contienen fibras con diámetro de submicrómetro y un ejemplo de un medio de filtración constituido con aquéllos.

La Fig. 1 ilustra una estructura de celdas que tiene una fila de celdas que producen fibras que comprende unas celdas 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 y 17, celdas que se ejemplifican mediante, pero que no se limitan a, las celdas productoras de fibras divulgadas por L.B. Torobin en las Pats. estadounidenses Nos. 4,363,646, 4,415,512 y 4,536,311, cada una de las cuales se incorpora en la presente memoria por referencia. La estructura de celdas mostrada en la Fig. 1 incluye nueve filas paralelas de dichas celdas, desplazándose el primer miembro de cada fila de izquierda a derecha, siendo las celdas 10, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 y 27, respectivamente. Las celdas están situadas relacionadas entre sí y con otros componentes del aparato mediante una placa de montaje 35 de las celdas, la cual está fijada en posición horizontal mediante unas abrazaderas de soporte (no mostradas). Las celdas están, por tanto, situadas en una estructura bidimensional x-y, en filas paralelas estrechamente separadas. Con el fin de simplificar la presente exposición, la dirección de izquierda a derecha se considera en la presente memoria como la dirección x, mientras que la dirección en la página (de arriba abajo) se designa en la presente memoria como la dirección y.

A cada celda de la estructura bidimensional se le suministra un fluido polimérico fundido a través de un primer conducto 51, y a cada celda se le suministra también un fluido de gas fibrizante a través de un segundo conducto 50. Cada celda produce una pulverización de fluido única en forma de chorro que contiene fibras arrastradas nacientes resultantes de la combinación del fluido polimérico fundido y del gas fibrizante canalizado a través del conducto, de acuerdo con procedimientos y dispositivos apropiados de celdas de producción de fibras.

Las temperaturas, las presiones y los caudales de cada fluido hasta cada celda son controlados mediante medios de control de la temperatura convencionales (no mostrados). Estas temperaturas, presiones y caudales de los fluidos, ajustados para cada celda, determinan la cantidad de fibra y de tamaño de fibra producido por cada celda, de acuerdo con procedimientos con celdas de producción de fibras. Así, cada una de las celdas de producción de fibras ajustables individualmente, produce una pulverización en forma de chorro que contiene fibras discontinuas o continuas con unos diámetros dentro de una gama de diámetros controlados de manera selectiva. Según lo expuesto más adelante, de acuerdo con determinadas formas de realización preferentes de la presente invención, algunas de las celdas de la estructura están ajustadas para producir fibras que contienen un porcentaje relativamente alto de fibras con diámetro de submicrómetro, mientras que el resto produce unas pulverizaciones que comprenden un porcentaje relativamente alto de fibras con un diámetro de micrómetro o mayor.

La Fig. 2 muestra una vista lateral de la estructura de celdas bidimensional x-y de la Fig. 1. Con referencia a la Fig. 2 en una forma de realización preferente, las celdas 20, 21, 22, y 24 están situadas para que produzcan de manera ajustable unas pulverizaciones 56, 61, 62 y 63, respectivamente, conteniendo todas en su mayoría fibras con unos diámetros inferiores a un micrómetro. Las celdas 10, 23, 26 y 27 están dispuestas de tal forma que producen unas pulverizaciones 57, 64, 58 y 59, respectivamente, que contienen todas en su mayor parte fibras con diámetros de aproximadamente uno a tres micrómetros. La celda 25 está dispuesta para producir una pulverización de fibras con unos diámetros con unos promedios de aproximadamente un micrómetro.

Debido a los ángulos del espacio cerrado seleccionado para cada pulverización, y a la estrecha colocación de cada celda con respecto a sus celdas vecinas, las fibras producidas por cada celda genéricamente se expanden y separan entre sí en formación, pero a continuación chocan con las producidas por otras celdas de la inmediata y próxima vecindad. Estas colisiones se producen en vuelo y provocan el entrelazamiento y el enredamiento a fina escala de un número sustancial de fibras con diámetro de submicrómetro con fibras constitutivas de la estructura con un diámetro mayor. Como ejemplo, el ángulo del espacio cerrado para la pulverización 64 derivado de la celda 23 se muestra como de 70 grados.

La dispersión resultante de las fibras con diámetro de submicrómetro mezcladas con fibras constitutivas de estructuras mayores es agrupada con la ayuda de una caja de succión 19 situada sobre una correa foraminosa 30, para constituir una banda fibrosa de fibras 54 compuesta, las cuales pueden ser compactadas o de cualquier otra forma aglutinadas mediante unos rodillos de compresión 32 y 33. La correa 30 puede ser rotada por medio de un rodillo de accionamiento que puede ser o bien el rodillo 31 o el rodillo 34, por ejemplo. Cada celda particular, por ejemplo, la 10, está preferentemente alineada de tal forma que la pulverización que produce es simétrica con respecto a la línea vertical trazada a través del cuerpo de la celda particular.

Una forma de realización alternativa se ilustra en la Fig. 3, en la cual la alineación de cualquier celda aquí mostrada con la referencia numeral 27 es rotada (o situada en ángulo) desde la vertical de forma que el eje de simetría de la pauta de pulverización predominante está en un cierto ángulo 72 desde la vertical para promover la colisión en vuelo de fibras producidas por esta celda con las fibras en vuelo producidas por una fila adyacente, aquí mostrada como celda 26, para incrementar su enredamiento, y para provocar que las fibras de un tamaño concreto sean dispersadas en una zona concreta del velo fibroso compuesto.

La distribución del tamaño de las fibras del velo compuestas, tanto a través del grosor del velo fibroso como a través del velo fibroso, puede ser alterada en mayor medida mediante la modificación de las condiciones operativas de las celdas concretas para alcanzar diferentes tasas de producción de fibras de tamaños especiales. De esta manera, el velo de fibras compuesto puede ajustarse para conseguir un equilibrio entre la necesidad de una alta eficacia de filtrado, una baja resistencia al flujo de aire, y la resistencia, según lo requerido para diferentes aplicaciones de filtrado.

Así mismo, de acuerdo con determinadas formas de realización preferentes de la presente invención, determinadas celdas de la estructura bidimensional están ajustadas para generar un porcentaje considerable (o en su mayoría) de fibras con unos diámetros inferiores a un micrómetro, y que tienen una longitud relativamente más corta. Otras celdas de la estructura están ajustadas para generar un porcentaje considerable (o una mayoría) de fibras de refuerzo de constitución estructural con unos diámetros mayores de un micrómetro que tienen una longitud relativamente mayor. Mediante el empleo de una orientación y colocación próximas adecuadas a las celdas situadas dentro de la estructura, se determina que las fibras con diámetro de submicrómetro se enreden de inmediato y se envuelvan parcialmente alrededor de las fibras de refuerzo más grandes, de acuerdo con lo anteriormente expuesto. Las fibras mayores de esta forma atrapan e inmovilizan las fibras con diámetro de submicrómetro en forma de escala fina en la zona de constitución para reducir al mínimo la tendencia de las fibras con diámetro de submicrómetro a apelmazarse, aglomerarse o anudarse entre sí en vuelo.

En determinadas formas de realización preferentes, las celdas ajustadas para generar una mayoría de fibras con un diámetro mayor de un micrómetro son seleccionadas, dispuestas o ajustadas para generar pulverizaciones que efectivamente rodeen o unas pulverizaciones de cortina generadas por otras celdas ajustadas para producir un porcentaje considerable (o una mayoría) de fibras con diámetro de submicrómetro, como se muestra en la Fig. 2. Por ejemplo, en una forma de realización preferente, las celdas de la primera y de la última filas de la estructura bidimensional de celdas son controladas para producir un porcentaje alto de fibras con diámetros mayores de un micrómetro, y el resto de las celdas es controlado para producir fibras discontinuas con un diámetro de submicrómetro. En determinas formas de realización adicionales preferentes, las celdas que producen un porcentaje considerable de fibras con diámetro de submicrómetro están dispuestas de forma alternada con las celdas que producen en su mayor parte fibras con diámetros mayores, de forma que los dos tipos de celdas alternen a lo largo de cada fila en una o ambas de las direcciones x e y de las celdas de la estructura. En otras formas de realización preferentes adicionales, cada celda que produce un porcentaje considerable de fibras con diámetro de submicrómetro está rodeada por celdas que producen en su mayoría fibras con diámetros mayores. Así, la proximidad y/o el ángulo de salida del chorro de las celdas controladas para producir en su mayor parte fibras mayores de un micrómetro, con respecto a las celdas que producen un porcentaje elevado de fibras con diámetro de submicrómetro dentro de la estructura, se seleccionan para potenciar (o, más preferentemente, necesitan) la entremezcla de fibras con diámetro mayor con fibras con diámetro de submicrómetro, antes de que las fibras con diámetro de submicrómetro puedan ser transportadas fuera del área de producción del velo mediante la aplicación de un chorro o mediante corrientes de aire vagabundas.

De esta manera, las celdas pueden ser controladas de forma que las fibras mayores tiendan a formar una cortina protectora alrededor de la pulverización de las fibras con diámetro de submicrómetro, lo que impide que las fibras con diámetro de submicrómetro sean desviadas por corrientes de aire vagabundas y lo que promueve el enredamiento de las fibras mayores y de las menores. Como resultado de ello, un número menor de fibras con diámetro de submicrómetro tienden a desviarse desde el área de constitución de la malla hasta, por ejemplo, la maquinaria e instalación de constitución de la malla. Preferentemente, las celdas están dispuestas y controladas de forma que las fibras de diámetro mayor parcialmente se entrelacen en vuelo, formando un velo fibroso, mientras que las fibras con diámetro de submicrómetro parcialmente se entrelacen con las fibras de diámetro mayor y queden atrapadas dentro del velo, formando un velo compuesto que tiene una cantidad sustancial de fibras con diámetro de submicrómetro.

La Fig. 4 ilustra el entrelazamiento parcial en vuelo de una fibra 63 con diámetro de submicrómetro alrededor de una fibra 59 con un diámetro relativamente mayor mostrada en sección transversal. El entrelazamiento se produce en parte por las fuerzas de arrastre fluctuante ejercidas sobre la fibra 63 con tamaño de submicrómetro mediante las corrientes de aire 61 de turbulencia de fina escala. Estas a su vez son producidas por la pulverización de las colisiones de fibras, de una manera dinámica fluida similar a la que se produce por los chorros de aire en colisión, por ejemplo, de acuerdo con lo descrito por J. C. Lawrence y J. M: Benninghoff en N.A.C.A.T.N. 4029 (1957).

En una forma de realización adicional, unos medios de prevelo permeables o porosos están situados sobre y son transportados por la superficie superior de una correa foraminosa en movimiento y las fibras con diámetro de submicrómetro son depositadas en una porción de los intersticios de los premedios. Los intersticios tienen el tamaño suficiente para recibir fibras con diámetro de submicrómetro. En determinadas formas de realización preferentes, al menos parte de las celdas de la estructura están dispuestas a una distancia relativa de la superficie de la correa de forma que las fibras de la pulverización en forma de chorro procedente de estas celdas están dotadas de la suficiente velocidad para ser arrastradas hasta el interior de los intersticios del material poroso. El prevelo puede estar formado con cualquier material de soporte apropiado, preferentemente seleccionado para ofrecer permeabilidad y resistencia al aire. Dichos materiales incluyen, pero no se limitan a, velos fibrosos hechos de fibras vegetales, fibras poliméricas, fibras de metal, fibras de cerámica o mezclas de éstas. En determinadas formas de realización preferentes adicionales, el prevelo está cargado de forma electrostática para potenciar las capacidades de atracción y retención de partículas de la estructura estratificada resultante. En otras formas de realización adicionales, el prevelo contiene un agente bioestático.

En otras formas de realización preferentes adicionales (como por ejemplo la mostrada en la Fig. 5), los rodillos de compresión 32, 33 mostrados en las Figs. 1 y 2, se disponen para alimentar una hoja continua de medio de refiltro 75, para proporcionar una superficie que cubra el velo compuesto que contenga fibras con diámetro de submicrómetro con o, en otras formas de realización, sin una capa de prevelo. Los rodillos de compresión 32 y 33 están situados próximos a la fila de celdas encabezada por la celda 27. Las celdas de esta fila pueden estar situadas en ángulo para proyectar fibras calientes directamente sobre la cúspide 80 conformada por el primer contacto del medio de prefiltro con el velo fibroso 54. Al hacerlo, la adhesión del material de prefiltro con el velo fibroso puede resultar potenciado. En otras formas de realización adicionales preferentes, el medio de prefiltro está dispuesto a ambos lados del velo fibroso resultante del procedimiento. El lado inferior del velo fibroso 54 mostrado en la Fig. 5 puede estar provisto de un primer medio de prefiltro de la forma expuesta en el párrafo precedente, o de cualquier otra forma apropiada, y el lado superior del velo puede estar provisto de un segundo medio de prefiltro de la forma ilustrada en la Fig. 5 o de cualquier otra forma apropiada, de manera que la estructura estratificada se constituya con una capa de velo fibroso 54 entre las primera y segunda capas del medio de prefiltro.

Preferentemente, el medio de prefiltro se selecciona para que tenga la capacidad de filtrar partículas relativamente grandes antes de su contacto con el velo que contiene fibras con diámetro de submicrómetro. En la forma de realización preferente, se utiliza un material de prefiltro de 70,87 gramos/0,87 m^{2}, producido por Union Wadding Co., Pawtucket RI. Sin embargo, otras formas de realización pueden emplear otros materiales de prefiltro apropiados.

De acuerdo con una forma de realización preferente del aparato mostrado en las Figs. 1 y 2, todas las celdas de producción de fibras contenidas en la placa de montaje 35 de las celdas están separadas de tal forma que los puntos de origen de sus respectivas pulverizaciones están separados por una distancia de aproximadamente 0,63 cm a aproximadamente 7,62 cm entre sí, y preferentemente de aproximadamente 1,27 cm a aproximadamente 5,08 cm y más preferentemente de aproximadamente 1,90 a aproximadamente 3,81 cm. La placa de montaje de las celdas puede contener de 2 a 25 filas de celdas, preferentemente de 4 a 20 filas de celdas y más preferentemente de 6 a 15 filas de celdas en la dirección de movimiento de la correa 30. Cada fila puede contener de 2 a 120, preferentemente de 10 a 80, y más preferente de 20 a 60 celdas.

La distancia vertical de la placa 35 de montaje de las celdas desde la superficie superior de la correa foraminosa 30 se descubrió que era un factor que afectaba a las propiedades de filtración del velo fibroso resultante. En distancias muy cortas, el elevado momento de colisión y las temperaturas relativamente altas de las fibras contribuyen a su mutua aglutinación por fusión. Cuando la distancia se incrementa, las tendencias a la aglutinación decrecen y la solevación del velo fibroso resultante tiende a incrementarse. El incremento de la solevación genéricamente reduce la resistencia global del velo fibroso al paso de aire, pero con una correspondiente reducción de la eficacia de la reducción.

En determinadas formas de realización preferentes, la distancia vertical podría ser desde aproximadamente 2 cm a aproximadamente 40,64 cm, y más preferentemente desde aproximadamente 10,16 cm a aproximadamente 30,48 cm y todavía más preferentemente desde aproximadamente 15,44 cm a aproximadamente 25,4 cm. En otras formas de realización preferentes, la distancia vertical entre las celdas seleccionadas de la estructura y la superficie de la correa puede ser inferior que la de otras celdas de la estructura. Por ejemplo, para proporcionar áreas o pautas seleccionadas de menos esponjado, pero unas fibras más aglutinadas en el velo, o proporcionar una distribución más uniforme que las fibras altamente aglutinadas a través de la anchura del velo. Por ejemplo, en una forma de realización preferente, las celdas de la primera y la segunda filas de la estructura pueden estar más próximas a la superficie de la correa que las otras celdas de la estructura (por ejemplo desde aproximadamente 0,8 cm a aproximadamente 12,7 cm desde el plano de la superficie de la correa).

La correa foraminosa 30 puede estar hecha de cualquier material que tenga la suficiente resistencia para mantener su integridad cuando sea sometida a esfuerzos mecánicos debido a su rotación. La correa es preferiblemente arrastrada por cualquier medio apropiado de arrastre (no mostrado) a una velocidad controlada seleccionada para conseguir el paso por unidad del área en sección transversal deseado en el velo fibroso resultante de fibras. Para muchas aplicaciones, una malla de criba tejida de acero inoxidable proporciona un material de correa apropiado. Como una alternativa, las correas foraminosas pueden estar hechas de polímeros resistentes a las temperaturas incluyendo, pero no limitadas a, Teflon materiales inorgánicos que incluyen, pero no se limitan a, fibra de vidrio.

La caja de succión de aire 19 está dispuesta en la superficie opuesta de la correa que recibe las fibras producidas por las celdas, cuando las fibras chocan y se asientan. La correa foraminosa 30 contiene unas aberturas que posibilitan el paso de aire hasta la caja de succión de aire 19. Las aberturas son los suficientemente pequeñas para impedir el paso de cantidades sustanciales de fibras a través de la correa bajo la acción de la succión aplicada. Así mismo, se seleccionan para proporcionar la suficiente resistencia al flujo de aire para determinar que la tasa de retirada de aire sea uniforme a través del velo fibroso. La resistencia global al flujo de aire se selecciona para adaptarse a los ventiladores de aspiración de aire disponibles. De acuerdo con ello, las aberturas pueden ser cuadrados de unas dimensiones que van desde aproximadamente 0,050 a aproximadamente 1,27 cm^{2}, preferentemente de aproximadamente 0,16 a aproximadamente 0,11 cm^{2} y más preferentemente más preferentemente de 0,025 a aproximadamente 0,076 cm^{2}.

El velo fibroso 54 recogido sobre la correa foraminosa 30 es alimentado sobre los rodillos de compactación 32 y 33 para su compactación o calandrado para controlar las características de filtración del velo fibroso acabado. Se ha descubierto que unos resultados de compactación aumentados producen una eficacia de filtración incrementada coincidente con un incremento de la resistencia al flujo de aire.

Para obtener un grosor terminal específico, unas cuñas separadoras (no mostradas) pueden situarse selectivamente en los bordes de cada rodillo de compactación, para controlar la distancia mínima entre los rodillos de compactación para obtener un grosor fijo, controlado. La distancia entre los rodillos de compactación, por ejemplo, es preferentemente de aproximadamente 0,25 a 0,28 cm, más preferentemente entre aproximadamente 0,50 a aproximadamente 1,77 cm y más preferentemente de aproximadamente 0,76 cm a aproximadamente 1,52 cm. En casos en los que se desea un velo fibroso de filtración firme, los rollos de compactación están provistos de unos medios de calentamiento convencionales, como por ejemplo unos medios de calentamiento infrarrojos o unos medios de calentamiento resistivos (no mostrados), para elevar su temperatura próxima a la temperatura de ablandamiento de las fibras.

Para algunas aplicaciones, los velos fibrosos contienen unas fibras con diámetro de submicrómetro que pueden tener una capa o varias capas en una estructura multicapa. Una o más de las capas de la estructura pueden estar cargadas electrostáticamente para potenciar las capacidades de atracción y retención de las partículas. Pueden disponerse capas adicionales como estructuras de soporte suplementarias que incluyan, pero no se limiten a, mallas de alambre de metal o películas de plástico permeables. Podrían utilizarse otras capas para fines tales como la absorbencia, la actividad bioestática, la textura de superficie, unos medios de retención, rigidización, y podrían consistir en unas bandas no tejidas hechas de, por ejemplo, fibras aglutinación no tejidos de filamentos y/o de fusión - soplado o de hilado a presión o extruídas. Las otras capas pueden fijarse a unas mallas con diámetro de submicrómetro mediante técnicas convencionales, incluyendo, pero no limitadas a unión por calentamiento ligantes o adhesivos selectivos o por conexión mecánica, como por ejemplo hidroenlazamiento o perforación con agujas. Otras estructuras podrían también incluirse en una estructura con agentes reforzadores, como por ejemplo hebras o filamentos de refuerzo o elásticos.

Los velos de las estructuras compuestas que incluyen los velos de la invención pueden tratarse ulteriormente después de la recogida o montaje como por ejemplo mediante un calandrado adicional o un engrofado por puntos para incrementar la resistencia del velo, proporcionar una superficie dibujada, y fundir las fibras en puntos de contacto en la estructura del velo o procedimientos similares; perforación con agujas; operaciones de calentamiento o moldeo, revestimiento, como por ejemplo con adhesivos para proporcionar una estructura de cinta; o similares.

Aunque las Figs. 1 y 2 muestran las celdas recibiendo su alimentación de polímero fundido desde un único conducto 51 pueden ser alimentadas desde una multiplicidad de conductos que contengan composiciones poliméricas diferentes. De esta forma pueden prepararse familias de velos singulares compuestos de fibras en las cuales las fibras hechas de diferentes materiales sean combinadas mediante interconexión y entrelazamiento íntimos más que en capas separables o mezclas apelmazadas que tengan una resistencia relativamente baja.

Aunque el polipropileno es un material de fibra preferente, los velos de fibras producidas de acuerdo con las formas de realización de la presente invención pueden fabricarse con cualquier material polimérico termoplástico o mezcla de dichos materiales que tengan unas viscosidades apropiadas para las propiedades de fusión - soplado. Ejemplos de materiales poliméricos apropiados incluyen, pero no se limitan a, poliésteres como por ejemplo tereftalato de polietileno, la familia general de los polialquilenos; poliamidas, como por ejemplo nailon 6; poliestirenos, poliarisulfonas; termoplásticos elastoméricos como por ejemplo poliuretanos (por ejemplo, "Morthane^{TM}", disponible en Morton Thiokol Corp.); copolímeros de bloque A - B, donde A está hecho de motas de poli (vinil areno) como por ejemplo polistireno, y B es un medio bloque elastomérico, como por ejemplo dieno conjugado o un alqueno bajo en forma de copolímero di - orti - bloque lineal, un copolímero estrellado radial o ramificado, como por ejemplo los elastómeros comercializados como "KRATOM^{TM}" (disponible en Azko Plastics Co.); y poliamidas (como por ejemplo "Pebax^{TM}", disponible en Autochem Co.). También pueden utilizarse copolímeros y mezclas. Ejemplos incluyen mezclas de copolímeros A - B de acuerdo con lo descrito por Morman (Pat. estadounidense No. 4,657,802).

Dado que cada celda de producción de fibras puede ser alimentada por su propio medio de suministro fundido de polímero, pueden controlarse celdas específicas para producir fibras hechas con cualquier polímero citado posibilitando con ello la producción de velos fibrosos con variantes de composiciones controlables. Así mismo, las fusiones individuales pueden presentarse en forma de fusiones multicomposición, como por ejemplo las descritas por Joseph et al. (Pat. estadounidense No. 5,207,970).

Determinadas formas de realización preferentes adicionales de la presente invención se describirán con referencia a los ejemplos expuestos a continuación.

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Ejemplo 1

Un polímero de polipropileno fundido con una cadencia de flujo de fusión de 30,5 gram./seg. fue alimentado a un aparato como el mostrado en las Figs. 1 y 2, excepto porque la estructura bidimensional de las celdas de producción de fibras consistían en 9 filas separadas por 9,54 cm entre sí en una dirección "x", corriente abajo y cada fila contenía 36 filas separadas entre sí por 2,54 cm en la dirección "y", esto es, transversal. La estructura de las celdas constituyó con ello una estructura de 9 x 36 y no la estructura de 9 x 8 ilustrada en la Fig. 1.

Las celdas se ajustaron para operar a una velocidad de producción de las fibras de aproximadamente 0,41/hr. Unas celdas alternadas dentro de la estructura tanto en las direcciones x como y se dispusieron para que produjeran fibras predominantemente de 1 a 2 micrómetros de diámetro. Las filas de las celdas restantes se dispusieron para que produjeran filas predominantemente de 0,1 a 0,8 micrómetros de diámetro.

La placa de montaje de las celdas fue situada a 25,4 cm de la correa foraminosa. Las fibras producidas por cada celda genéricamente colisionaron con las celdas producidas por las filas adyacentes y se asentaron en estado entrelazado para formar un velo fibroso compuesto fibrosos que se agruparon sobre la correa foraminosa. La correa fue rotada a una velocidad que controló el peso del velo foraminoso en aproximadamente 56,70 gramos por 0,84 m^{2}.

La banda fibrosa obtenida fue a continuación sometida a carga electrostática de acuerdo con procedimientos de carga bien conocidos, incluyendo, pero no limitados a, el descrito en la patente estadounidense No. 5,041,446 de Tsai et al., incorporada en la presente memoria por referencia, encontrándose a continuación que presentaba las características de filtración de aire mostradas en la Fig. 8. Esto en comparación con las características de filtración de los medios cargados eléctricamente típicos disponibles comercialmente tal como se resumen en los "Advances in Filtration and Separation Techonology" Volumen 9, 1995, página 448.

La micrografía electrónica de escaneado (SEM) de la Fig. 6 muestra una porción del velo fibroso con unas fibras con diámetro de submicrómetro parcialmente entrelazadas alrededor de fibras de constitución de la estructura con diámetro mayor, producidas de acuerdo con la forma de realización del Ejemplo 1. El SEM de la Fig. 6 muestra una cantidad sustancial de fibras con diámetro de micrómetro entrelazadas con fibras con diámetros de un micrómetro o mayores. El SEM de la Fig. 7 muestra una porción de un velo producido de acuerdo con el Ejemplo 1 después de una operación de filtrado, que muestra partículas mayores de un micrómetro retenidas por fibras con diámetro mayor, mientras que las partículas con diámetro de submicrómetro son retenidas con fibras de diámetro de submicrómetro dentro del velo. La Fig. 8 es una ilustración de un trazado del rendimiento de la eficacia de la filtración (en porcentaje de penetración con respecto a la resistencia) de velos fibrosos compuestos por agentes reforzadores de un medio no cargado preparado de acuerdo con el Ejemplo 1 en comparación con la eficacia de la filtración de diversos filtros comerciales existentes hechos con un medio cargado. La Fig. 9 es una ilustración de trazado adicional del rendimiento de la eficacia de la filtración (en porcentaje de penetración con respecto a la caída de la presión), en comparación con un velo fibroso compuesto fabricada de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención con diversas bolsas de vacío y máscaras quirúrgicas.

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Ejemplo 2

Un polímero de polipropileno fundido con una velocidad de flujo de fusión de 800 gram./seg. fue alimentado a un aparato como el mostrado en las Figs. 1 y 2, excepto porque la estructura bidimensional de las celdas productoras de fibras consistía en 9 filas separadas por 2,54 cm entre sí en una dirección corriente abajo y cada fila contenía 36 filas separadas por 2,54 cm entre sí en la dirección transversal. La estructura de celdas de este modo constituyó una estructura de 9 por 36.

Las celdas fueron ajustadas para operar a una velocidad de producción de fibras de aproximadamente 8,50 gramos/hr. Las celdas de las primera, tercera, sexta y novena filas se dispusieron para que produjeran fibras de aproximadamente 1 a 2 micrometros de diámetro. Las fibras de las filas restantes se dispusieron para que produjeran fibras de aproximadamente 0,1 a 0,8 micrómetros de diámetro.

La placa de montaje de las celdas se situó a 22,86 cm de la correa foraminosa. Las fibras producidas por cada celda genéricamente colisionaron con las celdas producidas por las celdas adyacentes y se asentaron en estado entrelazado para formar un velo fibroso compuesto de fibras el cual se recogió sobre una correa filaminosa. La correa fue rotada a una velocidad que controló el peso del velo fibroso en aproximadamente 99,22 gramos por 0,84 m^{2}.

De acuerdo con la Fig. 5, una hoja de material de prefiltro fue introducida continuamente sobre la superficie superior del velo fibroso en movimiento mediante la inserción sobre unos rodillos de compresión rotatorios. Los rodillos de compresión fueron situados a 22,86 cm desde la última fila de celdas de producción de fibras, de forma que las fibras calientes fueron depositadas sobre el material de prefiltro antes de que entrarán en contacto con el velo fibroso.

Claims

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1. Un procedimiento para fabricar un velo fibroso compuesto que contiene una cantidad de fibras discontinuas con un diámetro de submicrómetro, comprendiendo dicho procedimiento:

la provisión de una estructura bidimensional de celdas de producción de fibras controladas individualmente, teniendo dicha estructura una fila de fibras paralelas, estrechamente separadas, definiendo dichas celdas de la estructura una pluralidad de celdas y una pluralidad de celdas restantes;

la producción de una pulverización en chorro único de fluido que contiene fibras arrastradas desde cada celda de la estructura;

el control de dicha primera pluralidad de celdas de la estructura para producir fibras discontinuas con un diámetro de submicrómetro;

el control de la pluralidad restante de celdas de la estructura para producir pulverizaciones de fibras con diámetros mayores que un micrómetro;

la colocación de las celdas en la estructura para hacer que las fibras de las estructuras vecinas colisionen en vuelo en una zona de constitución de las fibras y para promover un entrelazamiento a escala fina de las fibras con diámetro de submicrómetro con las fibras con más de un micrómetro de diámetro; y

la recogida de las fibras colisionadas en un velo fibroso sobre una superficie de recogida.
2. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de recogida comprende también la etapa de desplazamiento de la superficie de recogida en una dirección paralela a una dimensión de la estructura bidimensional de las celdas.
3. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, que comprende también la etapa de selección de las celdas que constituyen la primera pluralidad y la pluralidad restante de forma que cada celda que produce fibras con diámetro de submicrómetro sea inmediatamente rodeada por celdas que producen fibras que tienen un diámetro mayor de un micrómetro.
4. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 3, en el que cada celda de producción de fibras de la estructura define un eje de simetría de pulverización en forma en chorro y en el que el eje de simetría de alguna de las celdas de la estructura está inclinado con respecto al eje de simetría de las otras celdas de la estructura, de una manera que provoca una colisión incrementada de fibras proyectadas desde las celdas de producción de fibras.
5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha etapa de producción de una pulverización de chorro único de fluido que contiene fibras arrastradas desde cada celda de la estructura comprende las etapas de:

la producción de una pulverización en chorro que contiene fibras arrastradas de un polímero de polipropileno de flujo de fusión relativamente alto a partir de las celdas que producen fibras con diámetro de submicrómetro; y

la producción de una pulverización en chorro que contiene fibras arrastradas de un polímero de polipropileno con un grado de flujo de fusión bajo con una resistencia relativamente alta a partir de las celdas que producen fibras con unos diámetros mayores que los de un micrómetro.
6. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, que comprende también la etapa de la selección de celdas que constituyen la primera pluralidad y la pluralidad restante de forma que las celdas de la primera y la última filas de la estructura bidimensional de celdas son controladas para producir fibras que tiene diámetros mayores de un micrómetro, y el resto de las celdas son controladas para producir fibras discontinuas con un diámetro de submicrómetro, produciendo de esta forma un velo de fibras con fibras compuestas en los cuales las dos zonas superficiales exteriores del velo de fibras contienen fibras que son mayores de un micrómetro de diámetro y la zona interior del velo de fibras contiene fibras con un diámetro de submicrómetro.
7. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 6, en el que cada celda de producción de fibras de la estructura define un eje de simetría de pulverización en chorro y en el que el eje de simetría de algunas de las fibras de la estructura está inclinado con respecto al eje de simetría de las otras celdas de la estructura, de una forma que provoca una colisión incrementada de fibras proyectadas desde las celdas de producción de fibras.
8. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 6, en el que dicha etapa de producción de una pulverización en chorro único de fluido que contiene fibras arrastradas de cada celda de la estructura comprende las etapas de:

la producción de una pulverización en chorro que contiene fibras arrastradas de un primer material a partir de las celdas que producen fibras con un diámetro de submicrómetro; y
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la producción de una pulverización en chorro que contiene fibras arrastradas de un segundo material diferente del primer material, a partir de celdas que producen fibras que tienen diámetros mayores de un micrómetro.
9. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 6, en el que dicha etapa de producción de una pulverización en chorro único de fluido que contiene fibras arrastradas desde cada celda de la estructura, comprende las etapas de:

la producción de una pulverización en chorro que contiene fibras arrastradas de un polímero de polipropileno de flujo de fusión relativamente alto a partir de las celdas que producen fibras con diámetros de submicrómetro; y

la producción de una pulverización en chorro que contiene arrastradas de un polímero de polipropileno de flujo de fusión bajo de resistencia relativamente alta a partir de células que producen fibras don diámetros mayores de un micrómetro.
10. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 6, en el que dicha etapa de provisión de una estructura bidimensional de celdas comprende la etapa de disposición de las primera y última filas de las celdas más cerca de la superficie de recogida que las celdas de las otras estructuras a una distancia suficiente para mantener las fibras que salen de las primera y última filas de celdas a una temperatura elevada con respecto a otras fibras que salen de las otras filas de las celdas.
11. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 10, en el que la primera y última filas de las celdas de la estructura están dispuestas de 5,08 cm a 12,70 cm a partir del plano de la superficie de recogida.
12. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, en el que cada celda de producción de fibras de la estructura define un eje de simetría de pulverización en forma de chorro y en el que el eje de simetría de alguna de las celdas de la estructura está inclinado con respecto al eje de simetría de las otras celdas de la estructura, de una forma que provoca una colisión incrementada de fibras proyectadas a partir de las celdas que producen
fibras.
13. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de control de dicha primera pluralidad de celdas, comprende también la etapa de control de la primera pluralidad de celdas para producir fibras fundamentalmente continuas.
14. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de producción de una pulverización en chorro único de fluido que contiene fibras arrastradas a partir de cada celda de la estructura comprende las etapas de:

la producción de una pulverización en chorro que contiene fibras arrastradas de un polímero de polipropileno de flujo de fusión relativamente alto a partir de las celdas que producen fibras con un diámetro de submicrómetro; y

la producción de una pulverización en chorro que contiene fibras arrastradas de un polímero de polipropileno de flujo de fusión bajo con una resistencia relativamente elevada a partir de las celdas que producen fibras con diámetros mayores de un micrómetro.
15. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de provisión de una estructura bidimensional de celdas comprende la etapa de disposición de la estructura de celdas en un plano horizontal paralelo al plano de la superficie de recogida, y los planos están separados entre sí por una distancia de 5,08 a 40,64 cm.
16. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de provisión de una estructura bidimensional de celdas comprende la etapa de provisión de una estructura en la cual las celdas están separadas entre sí por una distancia de 1,27 cm a 5,08 cm.
17. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de provisión de una estructura bidimensional de celdas comprende la etapa de disposición de las primera y última filas de celdas más próximas a la superficie de recogida que las celdas de las otras estructuras a una distancia suficiente para mantener las fibras que salen de las primera y última filas de celdas a una temperatura elevada con respecto a las fibras que salen de las otras filas de celdas.
18. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 17, en el que las primera y última filas de celdas de la estructura están dispuestas de 5,08 cm a 12,70 cm desde el plano de la superficie de recogida.
19. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, que comprende también la etapa de fijar una hoja continúa de material a al menos una superficie del velo fibroso.
20. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 19, en el que dicha etapa de fijar una hoja continua comprende las etapas de:

la colocación de la hoja continua sobre la superficie del velo fibroso constituida; y

el paso de la combinación de hoja y banda a través de un rodillo de compresión.
21. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 20, en el que dicha etapa de colocación comprende las etapas de desplazamiento del velo fibroso y la alimentación de una hoja continua sobre la banda en movimiento de forma que la hoja continua y la banda inicialmente contactan en una punta, comprendiendo también el procedimiento al etapa de la dirección de algunas de las celdas de producción de fibras hacia las fibras de pulverización situadas en la punta para potenciar la anexión de la hoja de material con el velo fibroso.
22. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 1, que comprende también la etapa de la disposición de una hoja continua de material poroso sobre la superficie de recogida, antes de dicha etapa de recogida.
23. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 22, en el que la hoja de material poroso tiene unos intersticios lo suficientemente grandes para permitir que las fibras con diámetro de submicrómetro entren en los intersticios.
24. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 23, que comprende también la etapa de selección de la distancia relativa entre las celdas y la superficie de recogida para proporcionar unas fibras en la pulverización en chorro a partir de las celdas con una suficiente velocidad para ser dirigidas hacia el interior de los intersticios del material poroso.
25. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 22, en el que dicho material poroso está cargado electrostáticamente.
26. Un procedimiento de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 22, en el que dicho material poroso contiene un agente bioestático.
27. Un artículo compuesto de velo fibroso, que comprende:

una primera pluralidad de fibras que tienen unos diámetros de fibra de uno a tres micrómetros, estando dicha primera pluralidad de fibras entrelazadas en un velo;

una segunda pluralidad de fibras con un diámetro de fibra de menos de un micrómetro, estando las fibras de dicha segunda pluralidad al menos parcialmente enrolladas alrededor de las fibras de dicha primera pluralidad, de forma que dicha segunda pluralidad de fibras es soportada dentro del velo por dicha primera pluralidad de fibras.
28. Un medio de filtro estratificado, que comprende:

una primera capa compuesta por un material permeable al aire;

una segunda capa compuesta por un velo fibroso compuesto que tiene una primera pluralidad de fibras con unos diámetros de fibra de uno a tres micrómetros, estando dicha primera pluralidad de fibras entrelazada para formar un velo, y una segunda pluralidad de fibras que tiene unos diámetros de fibra de menos de un micrómetro, estando las fibras de dicha segunda pluralidad de fibras al menos parcialmente enrolladas alrededor de las fibras de dicha primera pluralidad, de forma que dicha segunda pluralidad de fibras es soportada en la banda por dicha primera pluralidad de fibras.
29. Un medio de filtro estatificado, de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 28, que comprende también, una tercera capa compuesta por material permeable al aire, en el que dicha segunda capa está entre dichas primera y tercera capas.
30. Un aparato para producir un velo fibroso compuesto de fibras que contiene una cantidad de fibras con diámetro de submicrómetro, comprendiendo dicho aparato:

una estructura bidimensional de celdas productoras de fibras controladas individualmente, teniendo dicha estructura unas filas paralelas, estrechamente separadas, de celdas, definiendo dichas celdas de la estructura una primera pluralidad de celdas, y una pluralidad de celdas restantes, en el que cada celda incluye unos medios para producir una pulverización en chorro único de fluido que contiene fibras arrastradas;

una zona de constitución de fibras adyacentes a dicha estructura de celdas;

en el que dicha primera pluralidad de celdas está ajustada para producir fibras discontinuas con un diámetro de submicrómetro en dicha zona de constitución de fibras;

en el que dicha constitución de fibras restantes de la estructura está ajustada para producir pulverizaciones de fibras con unos diámetros mayores de un micrómetro en dicha zona de constitución de fibras; y

en el que dichas celdas están situadas para hacer que las fibras de las pulverizaciones vecinas colisionen en vuelo en la zona de constitución de fibras y para promover un entrelazamiento a escala fina de las fibras con diámetro de submicrómetro con las fibras que tienen un tamaño mayor de un micrómetro; y

una superficie de recogida para la recogida de las fibras colisionadas en un velo fibroso.
31. Aparato de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 30, en el que dicha superficie de recogida comprende una correa móvil.
32. Aparato de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 30, en el que cada celda de producción de fibras con diámetro de submicrómetro está inmediatamente rodeada por celdas que producen fibras que tienen un diámetro de más de un micrómetro.
33. Aparato de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación 30, en el que cada celda productora de fibras de la estructura define un eje de simetría de pulverización en chorro y en el que el eje de simetría de alguna de las celdas de la estructura está inclinado con respecto al eje de simetría de las otras celdas de la estructura, de manera que provoca una colisión incrementada de fibras proyectadas desde las celdas productoras de fibras.