MXPA01011381A

MXPA01011381A - Procedimiento para producir un material no tejido triboelectricamente cargado.

Info

Publication number: MXPA01011381A
Application number: MXPA01011381A
Authority: MX
Inventors: Klaus Dipl
Original assignee: Freudenberg Carl Kg
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2005-06-06
Also published as: BR0105529B1; CA2363740A1; EP1208900B1; JP3554307B2; TR200103364A3; CZ20013635A3; TR200103364A2; US20020121194A1; EP1208900A1; HUP0105182A3; CA2363740C; HUP0105182A2; DE10059050C2; DE10059050A1; CN1356424A; BR0105529A; JP2002220773A; KR100412255B1; CN1198005C; KR20020041768A

Abstract

La invencion se refiere a un metodo para la elaboracion de un material no tejido con carga triboelectrica en el que una mezcla de fibras consistente en fibras de poliacrilonitrilo con un titulo de = 1.7 dtex y fibras de poliolefina con un titulo de = 1.7 dtex se libera mediante lavado de lubricantes y agentes antiestaticos, se seca a un grado de humedad de < 1% en peso y se carda sobre una carda de vellon longitudinal o enredado para obtener un velo de fibra con carga triboelectrica con un peso superficial de 15-80 g/m2, siendo que el retiro del velo de fibra se lleva a cabo con dos cilindros que giran en el mismo sentido y un cilindro de transferencia de manera que el deposito del velo de fibra en direccion de la maquina sobre una banda de transporte y la compactacion en un conjunto compactador se efectuan directamente, siendo que la conduccion del velo de fibra no enlazado solo tiene 1 a 3 puntos de transferencia.

Description

PROCEDIMIENTO PARA. PRODUCIR UN MATERIAL NO TEJIDO TRIBOELECTRICAMENTE CARGADO DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se refiere a un procedimiento para producir un material no tejido de carga triboeléctrica y a su uso. Estos medios filtrantes están constituidos por una mezcla de fibras con al menos dos fibras poliméricas diferentes que en la negatividad eléctrica de sus superficies se diferencian a tal grado que se cargan electrostáticas al fabricar el velo de fibra mediante cardado y mediante la compactación que sucede a este con el auxilio de un proceso de prendido mecánico. Tales medios ya se describieron en los documentos EP 0 246 811 y EP 0 674 933 y encuentran una amplia aplicación en la filtración de aerosoles como lo que se conoce como "filtros electret de carga triboeléctricas". Para fabricar medios filtrantes de acuerdo a este procedimiento es necesario limpiar las fibras del apresto de fibra previamente al cardado y se deberán elimiñar todos los componentes de actividad antiestática asi como los coadyuvantes que normalmente aseguran una buena facilidad de elaboración de las fibras sobre cardas. Sin embargo debido a esto se originan inconvenientes en el sentido de que la facilidad de elaboración de la mezcla de fibras lavada se vuelve notablemente peor en comparación con las fibras estándar con apresto de fibra, siendo que hasta ahora no se ha tenido éxito en producir "filtros electret triboelectricamente cargados" a partir de fibras finas (título medio de la fibra = 1.7 dtex) . En particular se originan problemas si la fabricación del velo de fibra se lleva a cabo de acuerdo al proceso descrito en el documento EP 0 246 811 con el auxilio de una carga. Como sistema de toma del tambor de la carga se emplea una escardadora con cuyo auxilio se desprende el velo de fibra de la carga y se transfiere a una banda transportadora. A pesar de que en el punto de toma debido a la mecánica de la escardadora siempre se produce nuevamente una fuerte carga eléctrica y resulta frecuentes fallas del apilamiento del material no tejido esta técnica se ha impuesto frente a los sistemas usuales de toma por cilindro. La compactaclón del velo de fibra se lleva a cabo en los procesos descritos hasta ahora mediante prendido mecánico. En el caso de pesos superficiales mayores del velo de fibra se logra una buena compactación mediante el entrelazado mecánico de las fibras, siendo que sin embargo las agujas dejan canales indeseados y reducen con ello la eficiencia filtrante del material no tejido.

Sin embargo, en el caso de pesos superficiales bajos del velo de fibra la técnica de prender con agujas no está en posición de lograr una buena compactación. Si el peso superficial cae por debajo de 100 g/m2 el delgado velo de fibra le ofrece a las agujas ya solo poca resistencia y se vuelve dificil entrelazar las fibras de manera que se de un suficiente arrastre de fuerza de las fibras. Por este motivo solo es posible producir con la técnica de prendido por agujas "filtros electret de carga triboeléctricas" ligeros (peso superficial < 50 g/m2) si se refuerza con un soporte que le oponga suficiente resistencia al prendido de las fibras sueltas del velo de fibra. Como soportes son usuales tejidos ligeros, estructuras reticuladas y materiales no tejidos (en particular materiales no tejidos hilados) . A pesar de que estos medios cooperan poco para la filtración de aerosoles finos sirven principalmente para el fin de permitir una conexión del velo de fibra con el soporte y alcanzar los requisitos mínimos de la resistencia a la tracción de este compuesto. Las desventajas en el caso del uso de soportes son por una parte los costos y adicionalmente la reducción de la porosidad del medio filtrante. Aún cuando con los procesos descritos es posible compactar suficientemente los velos de fibra ligeros con el auxilio de un soporte, la uniformidad de la imagen del material no tejido (distribución de las fibras) es V insatisfactoria. Con las mezclas de fibras que se emplean 5 usualmente de 2 a 3 dtex y la técnica de apilamiento transversal el velo de fibra ya está abierto e irregular debido a las fibras gruesas y la técnica de apilamiento del material no tejido, debido a que la técnica de apilamiento transversal conduce a una deposición en forma de V sobre el 10 dispositivo de alimentación a la unidad de compactación, y consiguientemente a correspondientes faltas de homogeneidad en el material no tejido. La irregularidad se incrementa adicionalmente mediante el prendido mecánico en virtud de que las agujas desplazan partes completas del velo de fibra 15 y de esta manera se producen agujeros mas grandes. Sin embargo una imagen de material no tejido irregular es indeseable para aplicaciones de filtración ya f ^ que la distribución irregular de las fibras o inclusive los agujeros reducen fuertemente la efectividad del filtro. 20 La poca densidad de los materiales no tejidos ligeros de carga triboeléctricas resultó ser una desventaja adicional. En el caso de materiales no tejidos prendidos pesados es posible obtener una densidad de 0.25 g/m3 solamente mediante el prendido mecánico. Sin embargo este 25 valor se reduce fuertemente si se compactan velos de fibra de menos de 100 g/m2 mediante la técnica de agujas. Con esta las fibras forman fuertes bucles en ambas superficies y resultan materiales no tejidos voluminosos con una densidad de 0.03 - 0.07 g/cm3. 5 La poca densidad de los materiales no tejidos prendidos de carga triboeléctricas de peso ligero no es problemática siempre y cuando se usen en forma plana. Si en cambio se deben disponer en componentes filtrantes es necesario alojar efectivamente en un espacio limitado tanta _ ^ 10 superficie filtrante como sea posible. Entonces los medios voluminosos se ven claramente en desventaja en comparación con los productos mas delgados. La invención se ha impuesto la tarea de especificar un método para la fabricación de un material no 15 tejido de carga triboeléctrica de peso ligero y sus usos. De acuerdo a la invención la tarea se soluciona mediante el hecho de que una mezcla de fibras compuesta por ^- fibras de poliacrilonitrilo con un titulo = 1.7 dtex y fibras de poliolefina con un titulo de = 1.7 dtex se libera 20 de los lubricantes y agentes antiestáticos mediante lavado, se seca hasta un contenido de humedad < 1% en peso y se carda sobre una carda de vellón longitudinal o enredado para obtener un velo de fibra de carga triboeléctrica con un peso superficial de 15-80 g/m2, siendo que la toma del 25 velo de fibras se efectúa con dos cilindros que giran en el mismo sentido y un cilindro de transferencia, de manera que tiene lugar directamente la colocación de velo de fibra r sobre una banda transportadora en dirección de la máquina y V . la compactación en un conjunto compactador, siendo que la 5 transportación del velo de fibra no enlazado solo tiene 1 a 3 puntos de transferencia. Mediante el uso de una carda de vellón longitudinal o enredado y la colocación del velo de fibra en la dirección de cardado se evitan una deformación del r 10 vellón en la mesa de colocación transversal y variaciones en el peso mediante una colocación en forma de V. Para soltar el velo de fibra de la carda no se seleccionan los sistemas usuales con una escardadora o un cilindro de toma de pequeño diámetro, sino un sistema de toma por tracción con cilindros con dos cilindros de mayor diámetro (> 200 mm) que giran en el mismo sentido, de los cuales el primero sirve como cilindro de aplastamiento y el segundo como cilindro de toma asi como un cilindro de transferencia estriado. Con este sistema de toma sorprendentemente se tuvo éxito en cardar con una elevada uniformidad del vellón y transferir sobre la banda de recepción incluso mezclas de fibras de título fino. Para evitar que el velo de fibra cardado después de la colocación sobre la banda transportadora se expanda en la dirección de transporte es necesario elegir corta la distancia entre la carda y el conjunto de compactación, y se deben encontrar el mínimo posible de puntos de transferencia entre la carda y el conjunto de compactación. En el caso ideal una banda transportadora ininterrumpida conduce al velo de fibra directamente de la carda al conjunto de compactación. Convenientemente la compactación se lleva a cabo con un proceso de prendido por chorro de agua con el cual los velos de fibra de carga triboeléctricas de peso ligero y título fino se pueden compactar bien sin un menoscabo importante de la imagen del vellón. Convenientemente la compactación en forma alternativa a esto se lleva a cabo mediante una compactación térmica en forma de rejilla del velo de fibra con el auxilio de una calandria de ultrasonido o mediante cilindros de calandrado calentados. Sin embargo los métodos de compactación de conformidad con la invención, prendido mediante chorro de agua y enlazamiento térmico en forma de rejilla no solo tienen la ventaja que no se destruye ni agujera debido al enlace, sino que también conducen a un material no tejido mas fuertemente compactado. Los materiales no tejidos fabricados de esta manera son mas delgados a igual peso superficial que los productos correspondientes prendidos en forma mecánica y se pueden emplear con ventaja en los componentes filtrantes (por ejemplo en forma plisada) . En el caso de la compactación térmica en forma de rejilla se prefieren los procesos que compactan lo menos 5 posible al velo de fibra y que lo someten al menor esfuerzo térmico posible. Para este propósito es particularmente adecuada una compactación en forma de rejilla con la calandria de ultrasonido, pero también son posibles las compactaciones en forma de rejilla mediante cilindros de 10 calandrado calentados. En el interés de una porosidad lo mas alta posible se debe seleccionar la superficie de compactación en una gama de 6% a 30%, de manera que el material no tejido tenga una resistencia de 4 N para una tira de desgarre de 50 mm de ancho, la cual es suficiente 15 para la manipulación y el uso. En general para todos los tipos de compactación es válido que no tiene sentido satisfacer altos requisitos r ^ de resistencia y rigidez mediante un mayor peso superficial o una superficie de compactación aumentada del material no 20 tejido triboeléctrico. Convenientemente se usan como fibras de poliolefina mezclas de fibras de polipropileno y polietileno, o fibras de núcleo cubierto, siendo que el componente de punto de fusión mas bajo actúa como fibra de 25 ligamiento. Mediante el uso de fibras que actúan como fibras de ligamiento se obtienen valores de resistencia mas elevados. ' Convenientemente el material no tejido de carga triboeléctrica que se obtiene de acuerdo a la invención se 5 laminará con otras estructuras superficiales que actúan como refuerzo (por ejemplo estructuras reticuladas, tejidos, papeles, materiales no tejidos, etc.). Convenientemente el material no tejido de carga triboeléctrica que se obtiene de acuerdo a la invención se * 10 usa para la fabricación de un medio filtrante de varias capas, siendo que por el lado del aire sucio se le antepone al material no tejido de carga triboeléctrica una capa prefiltrante de material no tejido hilado o material no tejido colocado en seco y porque después de élf por el lado 15 del aire limpio se le coloca una capa filtrante fina de vellón de microfibras y/o de papel filtro. Mediante la disposición de una capa filtrante de c ^ alta porosidad por el lado del aire sucio se evita que se v . tape prematuramente la capa de fibras de carga 20 triboeléctrica y se incrementa la vida útil del medio filtrante que se fabrica con el material no tejido de carga triboeléctrica de conformidad con la invención. Los materiales no tejidos de acuerdo con la invención se usan con particular ventaja para aplicaciones 25 en las cuales se exigen una alta capacidad de filtración pero en que para el componente filtrante solo hay disponible un pequeño volumen. Para aparatos chicos para purificación de aire de recintos, como filtros en vehículos automóviles para el interior del automóvil o como filtros 5 de aire de admisión para el motor se fabrican casetes o cartuchos filtrantes con medios filtrantes plisados en forma de zig-zagf en los que es posible obtener ventajas en el aspecto de la técnica de filtración con los materiales no tejidos de carga triboeléctrica de microfibras de peso r 10 ligero. Para que estos materiales no tejidos tengan la suficiente rigidez para el plisado se laminan con un material no tejido de refuerzo, una rejilla de plástico o un papel. También es posible usar convenientemente los 15 materiales no tejidos conforme a la invención como medio filtrante para bolsas de aspiradora. Para esta aplicación se fabrican como laminados con papeles filtrantes, materiales no tejidos hilados y/o materiales no tejidos de microfibras. El uso de los materiales no tejidos de carga 20 triboeléctrica para las bolsas de aspiradora ofrecen las ventajas siguientes: Como filtro electret de alta eficiencia mejoran de manera importante la eficiencia filtrante de los medios filtrantes usuales (en especial de los papeles filtrantes) . 25 Al localizar los materiales no tejidos de carga triboeléctrica antes de la capa de papel en la dirección del paso del flujo también están en posición de proteger la capa de papel del polvo fino y de esta manera mejorar la constancia de la capacidad de aspiración de la aspiradora . 5 En el laminado con papeles es posible plegarlos bien en virtud del poco grosor y elaborarlos a bolsas filtrantes con las máquinas de bolsas de fondo de bloque. La invención se explica con mas detalle en los ejemplos 1 a 3: ^ 10 Ejemplo 1 Se produce una mezcla de fibras con 60% de fibra de poliolefina de dos componentes con una finura de fibra de 1.0 dtex y una longitud de corte de 38 m y con 40% de fibra de poliacrilonitrilo 40 mm / 1.3 de dtex, a 1S continuación se elimina mediante el lavado el avivamiento de la fibra y el lubricante y la fibra se vuelve a secar hasta una humedad residual < 1 por ciento. Mediante el C - cardado de la mezcla de fibras sobre una carda de fibra enredada se forma un velo de fibra con un peso superficial 20 de aproximadamente 50 g/m2 y se deposita sobre una banda receptora que conduce directamente al intersticio de calandrado de una calandra térmicamente calentada. Alli el vellón se compacta parcialmente con un patrón de grabado de forma puntual (superficie soldada 14%) . Este medio 25 filtrante tiene una distribución estrecha de los poros y tiene con ello una buena efectividad filtrante con poco peso superficial. Las resistencias mecánicas del material ^ " no tejido son de 10 N / 50 mm tira de repasado en la dirección de movimiento y son suficientes para la 5 manipulación y el uso. Ejemplo 2 Se produce una mezcla de 60% de fibra de polipropileno 1,7 / 40 mm y 40% de fibra de poliacrilonitrilo 1,7 dtex y 40 mm, a continuación se lo elimina mediante el lavado el avivamiento de la fibra y el lubricante y la fibra se vuelve a secar hasta una humedad residual < 1 por ciento. Con esta mezcla de fibras se forma un velo de fibra con un peso superficial de aproximadamente 50 g/m2 sobre una carda de fibra enredada y se deposita 1S sobre una banda receptora, y después de alimentar una rejilla extruida de polipropileno con peso de 11.5 g/m2 ambas capas se conducen directamente al intersticio de f - calandrado de una calandra térmicamente calentada. Allí el vellón se compacta parcialmente con un patrón de grabado de forma puntual se lamina con la rejilla de polipropileno. El laminado terminado tiene una imagen de vellón uniforme y un peso superficial de 60 g/m2. Ejemplo 3 De acuerdo al proceso de fabricación descrito en 25 el ejemplo 2 se produce un velo de fibra con aproximadamente 35 g/m2 de peso que se reúne con una rejilla extruida de polipropileno con un peso de 11.5 g/m2, el cual después de la compactación da por resultado un laminado de material no textil con un peso superficial de 46 g/m2. Este también se caracteriza por una buena distribución de las fibras. Ejemplo comparativo El ejemplo comparativo se produce de acuerdo al proceso de producción hasta ahora convencional a partir de una mezcla de 60% de fibra de poliulefina de dos componentes 1.7 dtex, 40 m y 40% de fibras de poliacrilonitrilo 1.7 dtex, 40 mm. La mezcla de fibras se mezcla, lava y seca de acuerdo al ejemplo 1. A continuación la fibra se carda sobre una carda, el vellón formado se retira del tambor con el auxilio de una escardadora y se transfiere a un depósito transversal que a su vez deposita el velo de fibra sobre una banda. Antes del telar con agujas se alimenta a la capa de vellón con peso de 40 g/m2 un material no tejido hilado de poliéster con un peso superficial de 30 g/m2. Mediante el prendido mecánico de ambas capas se produce un material no tejido con un peso superficial de 70 g/m2 que tiene valores de resistencia mecánica suficientes. La imagen del vellón tiene forma de nubes y es irregular. Los valores técnicos de los ejemplos asi como de otra muestra comparativa que se obtiene en el comercio se resumen en la tabla 1. Tabla 1 Métodos de prueba Grosor: Superficie medida 10 cm2, presión de medición 12.5 cN/cm2, tiempo de carga 1 s Permeabilidad al aire: Según norma DIN 53 887 medida a 200 Pa (superficie 20 cm2) Grado de paso de cloruro de sodio: El grado de paso de s cloruro de sodio se mide con el aparato "TSI Certitest Modelo 8130". Como generador de aerosol se usó el TSI 5 modelo 8118 para sal de mesa, el cual produce partículas de cloruro de sodio con un diámetro medio de 0.26 µp? (masa). Se midió a una velocidad de filtración de 0.08 m/s. Uniformidad de la imagen del vellón: Para medir la uniformidad de la imagen del vellón se aplicó un método de _ 10 medición optoeléctrico. La uniformidad se expresa mediante el índice de la imagen del vellón que adopta valores tanto mas altos tanto mas irregular y con forma de nubes se vuelve la imagen del vellón. En el caso de materiales no tejidos con muy buena 15 distribución de fibras se logran valores de < 3.5 en el índice. Cociente L: (I-taciD) La calidad de un filtro se determina / principalmente mediante la porosidad y efectividad filtrante. El objeto es el de separar de la manera mas efectiva aerosoles con una elevada porosidad (medida como capacidad de paso de aire L) . O sea que debe penetrar el mínimo posible de aerosol a través del filtro (medido como grado de paso DNaci) . Para evaluar productos con diferente porosidad se forma el cociente de capacidad de paso de aire y el grado de paso de cloruro de sodio. Los valores altos del cociente L: ÜNaci son alcanzados por los filtros con elevada capacidad de separación y buena porosidad. Con un grosor (D) pequeño del medio filtrante es posible alojar una mayor superficie filtrante de manera que filtra efectivamente en un espacio de construcción determinado. Por ese motivo el número teórico L: Dneci se amplio todavia por el grosor con el fin de evaluar las ventajas de medios delgados en cartuchos filtrantes, casetes filtrantes, etc.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Método para la fabricación de un material no s tejido con carga triboeléctrica, caracterizado porque una mezcla de fibras consistente en fibras de poliacrilonitrilo 5 con un titulo de < 1.7 dtex y fibras de poliolefina con un titulo de < 1.7 dtex se libera mediante el lavado de lubricantes y agentes antiestáticos/ se seca a un grado de humedad de < 1% en peso y se carda sobre una carda de vellón longitudinal o enredado para obtener un velo de ^ , ío fibra con carga triboeléctrica con un peso superficial de 15-80 g/m2, siendo que el retiro del velo de fibra se lleva a cabo con dos cilindros que giran en el mismo sentido y un cilindro de transferencia de manera que el depósito del velo de fibra en dirección de la máquina sobre una banda de 15 transporte y la compactación en un conjunto compactador se efectúan directamente, siendo que la conducción del velo de fibra no enlazado solo tiene 1 a 3 puntos de transferencia.
C ^ 2. Método según la reivindicación 1, v. ? caracterizado porque la compactación se lleva a cabo 20 mediante prendido con chorro de agua.
3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la compactación se lleva a cabo mediante compactación térmica por medio de un cilindro de rejilla en una calandria de ultrasonido o térmica. 25
4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque como fibras de poliolefina se usan mezclas de fibras de polipropileno y polietileno o fibras de núcleo y envuelta, siendo que el componente con punto de fusión mas bajo actúa como fibra de ligamiento.
5. Material no tejido con carga triboeléctrica elaborado de acuerdo a un método según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque tiene una distribución uniforme de las fibras, un enlace uniforme expresado por un índice de la imagen del vellón de < 5, una densidad de = 0.07 g/m3, una capacidad filtrante expresada por el cociente L: (I- i D) > 200.
6. Uso de un material no tejido con carga triboeléctrica según la reivindicación 5 para fabricar un medio filtrante de varias capas, caracterizado porque se aplica como componente efectivo de un laminado con al menos otra estructura superficial .
7. Empleo de un material no tejido con carga triboeléctrica según la reivindicación 5 para fabricar un medio filtrante de varias capas, caracterizado porque al material no tejido con carga triboeléctrica se le antepone por el lado del aire sucio una capa filtrante previa, material no tejido hilado o material no tejido seco y después del lado del aire limpio una capa filtrante fina de vellón de microfibras y/o papel filtrante.