PL174979B1

PL174979B1 - Materiał pętelkowy dla systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego

Info

Publication number: PL174979B1
Application number: PL94314180A
Authority: PL
Inventors: Edward P. Bullwinkel; Leon E. Chambers Jr.; Robert G. Geer; Jay S. Shultz
Original assignee: Kimberly Clark Co
Priority date: 1993-11-03
Filing date: 1994-11-03
Publication date: 1998-10-30
Also published as: EP0726977B1; ES2146735T3; CA2116481A1; PL314180A1; CN1054411C; DE69424945T2; AU1047695A; KR100327933B1; BR9407961A; US5538019A; WO1995012702A1; DE69424945D1; CN1139463A; EP0726977A1; CA2175568A1; AU677477B2

Abstract

1. Material petelkowy dla systemu zapie- cia haczykowego i petelkowego obejmujacy warstwe podloza oraz warstwe materialu wlókninowego przedzonego z wiazaniem, usytuowana na materiale podloza, zna- mienny tym, ze w materiale wlókninowym przedzonym z wiazaniem, w którym wyste- puja liczne ciagle przeplatane wlókna o srednicy od okolo 25 do okolo 100 mi- krometrów kazde, wlókna sa przypadkowo usytuowane wzgledem siebie w postaci licznych przeplatanych sprezynek petelko- wych, z których kazda ma srednice od okolo 0,5 do okolo 3 mm. FIG. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest materiał pętelkowy dla systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego.

Znane są zamocowania haczykowe i pętelkowe, które stały się szeroko stosowanym materiałem w wielu wyrobach. Wiele materiałów haczykowych i pętelkowych jest stosowanych w dziedzinach, gdzie są poddawane znacznemu przemieszczaniu, skręcaniu i obracaniu. Jednym z takich zastosowań są artykuły absorbcyjne przeznaczone do pielęgnacji osobistej, co obejmuje pieluchy dla niemowląt i wyroby dla osób niepowściągliwych. Wyroby takie są generalnie artykułami jednorazowego użytku, które są wyrzucane po stosunkowo krótkim okresie użytkowania, zwykle w zakresie kilku godzin. W związku z tym pożądane jest unikanie kosztownych elementów w budowie tych wyrobów. Przeciwstawnie, takie zapięcia mechaniczne muszą wytrzymywać rygory zastosowania bez rozdzielania części haczykowej i pętelkowej. Należy zatem ustalić kompromis pomiędzy ekonomiczną i użytkową stroną tego zagadnienia.

Przedstawioną przyczyną, przedwczesnego rozdzielania haczyków od materiału pętelkowego jest to, że wiele pojedynczych połączeń haczyków i pętelek jest niewystarczających dla zapewnienia odpowiedniego zapięcia wskutek braku zachowania orientacji włókien w kierunku osi Z (90°) względem powierzchni materiału pętelkowego, dla umożliwienia zaczepiania elementów haczykowych na elementach pętelkowych i promowania większej liczby pojedynczych haczyków i pętelek. Inną przedstawioną przyczyną przedwczesnego rozdzielania, zwłaszcza w konwencjonalnych materiałach włókninowych zastosowanych jako pętelki, jest

174 979 to, że pętelki materiału pętelkowego wyciągają się podczas użytkowania, pozostawiając mniej połączeń haczyków i pętelek.

W związku z tym występuje potrzeba dostarczenia części pętelkowej dla systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego, która jest relatywnie tania. Występuje potrzeba zastosowania części pętelkowej systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego posiadającej włókna pętelkowe, które wykazują tendencję zachowania orientacji w osi Z (90°) od powierzchni materiału pętelkowego. Występuje także potrzeba zastosowania materiału pętelkowego, którego pętelki wykazują, tendencję przeciwstawiania się wyciąganiu podczas użytkowania.

Znane są materiały włókninowe mające strukturę pojedynczych włókien nałożonych na siebie, ale nie w sposób powtarzalny. Materiały włókninowe były w przeszłości formowane w wielu różnych procesach znanych w tej dziedzinie, przykładowo poprzez dmuchanie po roztopieniu, przędzenie z wiązaniem i proces wytwarzania materiałów zgrzebnych.

Znane jest wytwarzanie materiałów przędzonych z wiązaniem złożonych z włókien o małej średnicy i/lub włókien, które są formowane poprzez wytłaczanie stopionego materiału termoplastycznego jako włókien z licznych, zwykle okrągłych dysz przędzalniczych, przy czym średnica wytłaczanych włókien ulega gwałtownemu zmniejszeniu przykładowo poprzez strumieniowe lub niestrumieniowe ciągnienie cieczowe, bądź inne dobrze znane mechanizmy przędzenia z wiązaniem.

Produkcja przędzonych materiałów włókninowych jest zilustrowana w opisach patentowych, jak np. m.in. Appel - U.S. Nr 4,340,563; Dorschner - U.S. 3, 692, 618; Kinney - U.S. 3,338,992e i 3,341,394; Levy - U.S. 3,276,944; Peterson - U.S. 3,502, 538; Hartman - U.S. 3,502,763; Dobo - U.S. 3,542,615 i Harmon opis patentowy kanadyjski Nr 803,714.

Stosowane w znanych rozwiązaniach materiały termoplastyczne i polimery termoplastyczne są długołańcuchowymi polimerami, które miękną przy podgrzaniu i powracają do swego stanu początkowego po ochłodzeniu do temperatury pokojowej. Do przykładowych materiałów termoplastycznych należy zaliczyć bez ograniczeń polichlorki winylu, poliestry, poliamidy, polifluorowęglany, poliolefiny, poliuretany, polistyreny, alkohole poliwinylowe, karpolaktany, kopolimery etylenu i co najmniej jeden monomer winylowy (np. poli(octany winylu etylenowego), kopolimery etylenu i akrylatu n-butylenowego (np. etylenowe akrylaty n-butylowe i żywice akrylowe).

Stosuje się określenie kierunek maszynowy, które dotyczy płaskiego wymiaru materiału włókninowego zgodnego z kierunkiem ruchu powierzchni formującej, na której włókna są układane podczas formowania materiału.

Stosuje się określenie poprzeczny kierunek maszynowy, które dotyczy płaskiego wymiaru materiału włókninowego prostopadłego do kierunku maszynowego określonego powyżej.

Znane jest stosowanie polimerów generalnie obejmujących, lecz bez ograniczeń, homopolimery, kopolimery, jak np. polimery blokowe, szczepowe, przypadkowe i przemienne, teropolimery itd. oraz mieszanki i ich modyfikacje. Ponadto, jeżeli nie ustalono tego inaczej, określenie polimer będzie obejmowało wszystkie możliwe konfiguracje geometryczne tego materiału. Konfiguracje te obejmują, jednakże bez ograniczeń, symetrie izotaktyczne, syndiotaktyczne oraz przypadkowe.

Znane jest stosowanie dodatkowych materiałów, które nie wpływają znacząco na żądaną charakterystykę danego składu lub wyrobów w ujemny sposób. Przykładowymi materiałami tego rodzaju będą, bez ograniczeń, pigmenty, antyutleniacze, stabilizatory, środki powierzchniowo czynne, woski, promotory upłynnienia, cząstki stałe lub materiały dodawane dla zwiększenia przetwarzalności danego składu.

Materiał pętelkowy do systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego obejmujący warstwę podłoża oraz warstwę materiału włókninowego przędzonego z wiązaniem, usytuowaną na materiale podłoża, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w materiale włókninowym przędzonym z wiązaniem, w którym występują liczne ciągłe przeplatane włókna o średnicy od około 25 do około 100 mikrometrów każde, włókna są przypadkowo usytuowane względem

174 979 siebie w postaci licznych przeplatanych sprężynek pętelkowych, z których każda ma średnicę od około 0,5 do około 3 mm.

Korzystnie materiał pętelkowy charakteryzuje się tym, że włókna mają średnicę od około 25 do około 40 mikrometrów.

Korzystnie materiał pętelkowy charakteryzuje się tym, że przeplatane sprężynki pętelkowe mają średnicę około 1 do 2 mm.

Korzystnie materiał pętelkowy charakteryzuje się tym, że włókna są z termoplastycznego polimeru wybranego spośród poliolefin, poliamidów i poliestrów.

Korzystnie w materiale pętelkowym włókna są z termoplastycznego polimeru poliolefinowego, wybranego spośród polietylenu, polipropylenu, polibutenu, kopolimerów etylenowych, kopolimerów propylenowych i kopolimerów butenowych.

Korzystnie w materiale pętelkowym materiał podłoża jest warstwą folii.

Korzystnie materiał pętelkowy charakteryzuje się tym, że co najmniej jedna warstwa podłoża w postaci folii i co najmniej jedna warstwa materiału włókninowego przędzonego z wiązaniem są połączone ze sobą w licznych oddalonych od siebie miejscach.

Włókninowe materiały pętelkowe przędzone według wynalazku z wiązaniem włókien o takiej średnicy i w opisanej konfiguracji pętelkowej powinny dostarczać otwartość w połączeniu z pożądaną charakterystyką, przykładowo, przedstawione w opisie wynalazku materiały mają poziom otwartości, który w spodziewany sposób umożliwia pożądaną penetrację mechanicznych haczyków (dla połączeń typu haczykowego i pętelkowego) w połączeniu z poziomem sprężystości i odporności na ściskanie, dla uniknięcia załamywania się tego materiału. Ponadto, spodziewane jest, że pętelki będą dostarczać połączenie z mechanicznymi haczykami.

Jako drugi przykład, opisane powyżej materiały włókninowe mają poziom otwartości, który jak się spodziewa, umożliwi filtrowanie dużych objętości płynów (tzn. płynów lub .gazów) bez zapadania się materiału.

Zgodnie z aspektem obecnego wynalazku materiał pętelkowy może być zastosowany jako zewnętrzna powłoka dla wyrobów przeznaczonych do pielęgnacji osobistej, jak np. pieluchy, spodenki treningowe itp. W sposób pożądany powłoka zewnętrzna składa się z materiału pętelkowego utworzonego z materiału podłoża i warstwy materiału włókninowego przędzonego z wiązaniem, opisanej powyżej. W sposób bardziej pożądany materiałem podłoża zewnętrznej pokrywy jest warstwa folii lub materiału foliopodobnego.

Wynalazek został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przykładowe urządzenie do wytwarzania włókninowego materiału pętelkowego z wiązaniem, złożonego z włókien przędzonych z wiązaniem, fig. 2 - przekrój perspektywiczny przykładowego materiału pętelkowego przędzonego z wiązaniem, fig. 3 przykładowy materiał pętelkowy przędzony z wiązaniem, w przekroju, fig. 4 jest abstraktem geometrycznym włókien tworzących materiał zilustrowany na fig. 3, fig. 5 - materiał pętelkowy przykładowego systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego, w rzucie perspektywicznym, fig. 6 - materiał pętelkowy połączony z elementami haczykowymi przykładowego systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego, w przekroju.

Materiał pętelkowy do systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego według wynalazku przędzony z wiązaniem, wykonany jest z ciągłych włókien posiada co najmniej trzy charakterystyczne cechy.

Po pierwsze, polimer jest w sposób ciągły wytłaczany poprzez dyszę przędzalniczą w celu utworzenia odrębnych włókien. Po drugie, włókna te są następnie ciągnione mechanicznie lub pneumatycznie bez zrywania, w celu wprowadzenia molekularnej orientacji włókien polimerowych i uzyskania wytrzymałości na rozciąganie. Po trzecie, ciągłe włókna są układane w sposób zasadniczo przypadkowy na taśmie przenośnikowej, tworząc wstęgę materiału.

174 979

Konwencjonalne wstęgi włókninowe z włókien przędzonych z wiązaniem generalnie mają średnicę włókien od 18 do 25 mikrometrów. Konwencjonalne wstęgi z takich włókien są zasadniczo wiązane (np. wiązane termicznie), dla uzyskania spójnego materiału. Średnice włókien większe od 25 mikrometrów są generalnie uznawane jako nieprzydatne dla materiałów włókninowych stosowanych w wyrobach jednorazowego użytku i warunki robocze są tak dobrane, aby zmniejszyć lub wyeliminować wytwarzanie takich włókien o dużej średnicy.

Jak opisano powyżej, wspólną niedogodnością w zakresie wcześniejszych usiłowań tworzenia materiałów pętelkowych dla systemów zapięcia pętelkowo-haczykowego, z konwencjonalnych włókien termoplastycznych, był nieodpowiedni wymiar i/lub zwięzłość pętelek, w związku z czym elementy haczykowe nie chwytały i nie trzymały elementów pętelkowych. To znaczy, pętelki o nieodpowiednim rozmiarze stanowią zbyt mały cel dla elementów haczykowych. Pętelki o nieodpowiedniej zwięzłości wykazują tendencję do załamywania się lub zgniatania podczas zabiegu zapinania, w którym elementy haczykowe są dociskane do materiału pętelkowego.

Zgodnie z wynalazkiem luźne wstęgi włókninowe wykonane w postaci przędzonych z wiązaniem włókien mających średnicę większą od 25 mikrometrów i posiadających układ sprężynek pętelkowych, są uznane za przydatne jako materiał pętelkowy w systemie zapinania pętelkowo-haczykowego. Materiały te powinny zapewnić zadowalające rozmiary pętelek i/lub ich zwięzłość. Ogólnie biorąc, takie parametry jak różnica ciśnień w komorze chłodzenia, natężenie przepływu polimeru i odległość formowania są zmienne stosownie do wytłaczanego polimeru, dla wytworzenia włókna o żądanej średnicy.

Figura 2 przedstawia częściowy przekrój wstęgi materiału 12 według wynalazku w rzucie perspektywicznym. Oddzielne, ciągłe włókna są przypadkowo ułożone w proste pętelki, przeplatane w materiale. Włókna tworzące materiał wstęgi 12 nie są związane i mają swobodę przemieszczania się względem siebie.

Figura 3 przedstawia płaszczyznę materiału ukazaną na fig. 2. Włókna są rozmieszczone w płaszczyźnie materiału jako bezkońcowe szeregi prostych pętelek lub węzłów. W drodze abstrakcji geometria ta sugeruje, że materiał przędzony z wiązaniem może być uznany jako zbiór okrągłych obręczy lub sprężynek, jak przedstawiono na fig. 4. Choć twórcy nie powinni tu być związani żadną konkretną teorią działania należy się spodziewać, że takie okrągłe sprężynki przeciwstawiają się odkształceniom.

Figura 5 przedstawia materiał pętelkowy 100 według wynalazku będący częścią haczykowo-pętelkowego systemu zapinania. W swej najprostszej postaci materiał pętelkowy lub struktura 100 składa się z materiału podłoża 102 i włókninowego materiału przędzonego z wiązaniem 104. Materiał podłoża 102 może być wykonany z dowolnej liczby materiałów. W sposób pożądany, materiał podłoża 102 może być wykonany z materiału, który wykazuje sprężystość powrotną przy ściskaniu. Alternatywnie i/lub dodatkowo materiał podłoża 102 może spoczywać lub być zamocowany do części wyrobu, która posiada sprężystość powrotną przy ściskaniu. Odpowiednie materiały podłoża zawierają, lecz nie są do nich ograniczone, włókniste materiały włókninowe, jak np. materiały przędzone z wiązaniem, dmuchane po roztopieniu, układane w powietrzu, filcowane i zgrzebne. W obecnym wynalazku mogą być również zastosowane materiały piankowe, zarówno o porowatości otwartej jak i zamkniętej. Ponadto do uzyskania różnych wytrzymałości, sprężystości i gramatury mogą być zastosowane połączenia powyższych materiałów. Przykładowo, do utworzenia materiału podłoża 102 mogą być użyte kompozyty wielowarstwowe. Typowo, materiał podłoża 102 będzie miał gramaturę w zakresie od 5 do 100 gramów/m². Jednakże gramatura może się różnić w zależności od konkretnego zastosowania finalnego.

W przykładach.wykonania, gdzie materiał podłoża 102 jest włókniną, może on być wykonany z dowolnego polimeru lub związku, najbardziej typowo termoplastycznego, który pozwala wytłaczać się do postaci włókien. W drodze jedynie ilustracji polimery 'takie mogą obejmować, lecz bez ograniczenia, poliolefiny, poliestry i poliamidy. Polimery te, zastosowa6

174 979 ne w postaci generalnie ciągłej (materiały przędzone z wiązaniem, dmuchane po roztopieniu oraz grupa włókien ciągłych bez określonego skrętu) lub' w postaci staplowej (materiały zgrzebne), zwykle mają średnicę włókien w zakresie od około 1 do 100 mikrometrów. Jednakże średnice te mogą się różnić lub też mogą być połączone różne średnice i polimery dla sprostania potrzebom szczególnym. W przypadku zastosowania włókien staplowych długość włókna będzie leżała generalnie w zakresie od około 5 do 80 mm. Ponadto, włókna mogą być wiązane samoistnie, wiązane termicznie lub wiązane chemicznie, dla zwiększenia wytrzymałości materiału. Jeżeli materiał podłoża 102 wykazuje sprężystość przy ściskaniu należy zachować ostrożność dla zachowania tej sprężystości przy wiązaniu włókien ze sobą. Materiał podłoża 102 może również przybierać postać pianki o porowatości otwartej lub zamkniętej. Pianki takie mogą być, ponownie w drodze przykładu, wykonane w postaci materiałów zawierających poliuretan i polietylen. Generalnie, pianki te mają grubość w zakresie od 0,300 do 5 mm. Jako materiał podłoża 102 może być również zastosowana folia lub materiał foliopodobny. Folie są szczególnie przydatne w przykładach wykonania, gdzie materiał pętelkowy jest zastosowany jako zewnętrzna powłoka wyrobów przeznaczonych do osobistej pielęgnacji. W takim zastosowaniu sprężystość przy ściskaniu nie musi być zapewniona wyłącznie przez podłoże. Może być natomiast zapewniona przez folię i część wyrobu, nad którą folia jest umieszczona, przykładowo rdzeń absorbcyjny, elastyczne opaski taliowe, elastyczne getry itp.

Materiał pętelkowy do systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego, według wynalazku wytwarza się przy użyciu maszyny przedstawionej na fig. 1 do wytwarzania wstęgi 10, gdzie z ciągłych włókien wykonywany jest materiał przędzony z wiązaniem 12. W maszynie do wytwarzania wstęgi 10 występuje stanowisko przędzenia z wiązaniem 15, posiadające zbiornik zasilający 16, w którym znajduje się zapas polimeru 14. Zbiornik zasilający 16 na stanowisku przędzenia 15 zasila konwencjonalną wytłaczarkę 18. Polimer jest ogrzewany i wytłaczany w postaci włókien poprzez liczne otworki w dyszach przędzalniczych · (nie pokazano). Przędzone włókna są wyciągane za pomocą urządzenia zdawczego 22.

Ciągnione, ciągłe włókna 20 są układane w sposób zasadniczo przypadkowy jako zwykłe sprężynki pętelkowe przeplatane na ruchomej, bezkońcowej taśmie przenośnikowej 24 napędzanej przez rozsunięte względem siebie rolki 26 i 28, tworząc w ten sposób wstęgę 12. Proces przędzenia z wiązaniem może być przystosowany do tworzenia sprężynek pętelkowych w odpowiedzi na takie podlegające zmianie czynniki, jak np. średnica włókna, szybkość chłodzenia włókna oraz rodzaj polimeru. Mogą tu wystąpić stosowane środki ssawne (nie pokazano), w celu ułatwienia tworzenia się wstęgi na taśmie przenośnikowej 24. Wstęga 12 jest zwijana do postaci rolki 32.

Stanowisko do przędzenia z wiązaniem 15 może być konwencjonalną wytłaczarką z jedną lub wieloma dyszami przędzalniczymi, które tworzą ciągłe włókna polimeru i układająje na taśmie przenośnikowej 24 w przypadkowy, przeplatany sposób, tworząc sprężynki pętelkowe. Stanowisko do przędzenia 15 może zawierać jedną lub kilka głowic dysz przędzalniczych w zależności od szybkości procesu oraz zastosowanego polimeru. Może to być również stanowisko do przędzenia przystosowane do wytwarzania ciągłych włókien wieloskładnikowych.

Przykładowo, materiał pętelkowy według wynalazku może być stosowany dla pętelkowego i haczykowego systemu zapięcia i również może służyć jako zewnętrzne pokrycie wyrobów przeznaczonych do osobistej pielęgnacji. Przyjmuje się, że materiał pętelkowy może występować w postaci luźnego, rozciągniętego-spoduszkowanego laminatu zawierającego co najmniej jedną warstwę rozciągliwego materiału foliowego lub foliopodobnego (który może pełnić rolę materiału podłoża) i co najmniej jedną warstwę materiału przędzonego z wiązaniem opisanego powyżej, połączonych ze sobą w licznych miejscach odległych od siebie.

Materiał podłoża 102 posiada powierzchnię górną 106, powierzchnię dolną 108, długość 110 i szerokość 112. Z powierzchni dolnej 108 do powierzchni górnej 106 wystająliczne pętelki 114 utworzone z warstwy włókninowego materiału przędzonego z wiązaniem 104.

174 979

W celu utworzenia pętelek 114 z obecnego materiału warstwa 104 materiału przędzonego z wiązaniem opisana powyżej jest sprowadzana do zetknięcia z powierzchnią dolną 108 materiału podłoża 102. Najbardziej typowo, warstwa 104 jest formowana lub nakładana na powierzchnię dolną materiału podłoża 102.

Jedną z metod tworzenia materiału pętelkowego 100 według wynalazku jest formowanie, włókninowej warstwy przędzonej z wiązaniem 104 bezpośrednio na powierzchni 108 materiału podłoża 102. Włókninowa warstwa przędzona z wiązaniem 104 może być również utworzona niezależnie i nałożona na materiał podłoża 102 bezpośrednio przed igłowaniem lub pikowaniem. Po nałożeniu włókien pętelkowych na materiał podłoża mogą być one igłowane lub pikowane poprzez grubość 116 materiału podłoża 102, tworząc w ten sposób liczne pętelki wystające z powierzchni górnej 106 materiału podłoża. Igłowanie może być wykonane środkami mechanicznymi lub hydraulicznymi.

Typowo dla tworzenia pętelek może być zastosowane filcowe płaskie krosno igłujące. Takie urządzenie i jego zastosowanie jest dobrze znane i nie musi być ujawniane szczegółowo. Filcowe płaskie krosno igłujące zawiera wyjściową i wejściową rolkę napędową materiału, dwustronnie przesuwaną belkę igłową, płytę obciągającą (górną) i płytę podstawową (dolną). Materiał wchodzi poprzez szczelinę wejściową i przechodzi pomiędzy płytą obciągającą i płytą podstawową. Płyta obciągającą i płyta podstawy mają perforowane powierzchnie, metalowe, które odpowiadają położeniom poszczególnych igieł belki igłowej. Belka igłowa wykonuje ruch posuwisto-zwrotny pod kątem 90° wzdłuż osi Z względem płaszczyzny utworzonej przez płyty. Przy ruchu w dół igły przechodzą poprzez płytę obciągającą, włókninowy materiał przędzony z wiązaniem 104, materiał podłoża 102 i w końcu przez płytę podstawową. Pazury na igłach zaczepiają włókna materiału pętelkowego i powodują ich splątywanie, a w tym przypadku przepychają włókna poprzez materiał podłoża 102. Przy wycofywaniu ' belki igłowej włókna pozostają jako pętelki 114 na powierzchni 106 materiału podłoża 102. Charakterystyka pętelek, tzn. wysokość i gęstość, jest kontrolowana różnymi parametrami igłowania. Typowo penetracja igieł poprzez materiał podłoża oraz rozmieszczenie pazurków na igłach dyktują wysokość pętelki. Częstotliwość ruchu posuwisto-zwrotnego belki igłowej, szybkość przechodzenia materiału poprzez krosno oraz gęstość igieł na belce igłowej określają gęstość pętelek (wyrażoną jako ilość penetracji przypadających na cal²).

Alternatywnie, może być zastosowane urządzenie igłowe innego rodzaju do tworzenia materiału pętelkowego w obecnym wynalazku. Ten typ igłowania jest nazywany strukturalnym przebijaniem igłowym, które jako dobrze znane nie wymaga tu szczegółowego opisu. Taki typ krosna igłującego wykazuje wiele podobieństw z płaskim igłowaniem filcu; jednakże zamiast płyty podłoża występującej w płaskim igłowaniu filcu zastosowana jest tu taśma szczotkowa, która przesuwa się w kierunku ruchu maszyny z tą samą prędkością co materiał. Taśma szczotkowa jest wytwarzana z zachowaniem rygorystycznych wymogów w odniesieniu do jej gęstości i jednorodności. Jest to szczególnie pożądany sposób igłowania materiałów pętelkowych, ponieważ szczotka zachowuje pionową orientację pętelek 114 (oś Z) wystających z powierzchni górnej 106 materiału podłoża 102. Również, ponieważ taśma szczotkowa przesuwa się z materiałem, możliwe jest zmniejszenie ciężaru i tym samym obniżenie kosztów materiałowych. W przykładzie omówionym powyżej materiał wg obecnego wynalazku był wytworzony na maszynie igłująco-przebijającej.

Po wykonaniu pętelek 114 takimi metodami jak igłowanie z przebijaniem i/lub pikowanie należy je zamocować do materiału podłoża, aby rozłączenie haczyków 103 nie wyciągało pętelek 114 z materiału podłoża 102. W tym celu część włókien pętelek 114 leżących na powierzchni dolnej 108 lub w jej sąsiedztwie na materiale podłoża 102 powinna być tam zamocowana. Włókna materiału 104 są wiązane z powierzchnią dolną 108 materiału podłoża 102 takimi środkami jak kleje, wiązanie termiczne, wiązanie ultradźwiękowe lub połączenie tych środków. Przydatny tu będzie szeroki asortyment klejów, włącznie z (ale bez ograniczenia do) klejami na bazie rozpuszczalnikowej, na bazie wodnej, kleje topliwne oraz kleje samoprzy8

174 979 lepne. Mogą być również zastosowane kleje sproszkowane nałożone na te materiały, z następującym ogrzaniem w celu aktywizowania kleju i uzyskania dobrego połączenia. Typowo ilości kleju będą wynosić od 15 do 61 g/m².

W pewnych sytuacjach proste zastosowanie kleju do związania włókien/pętelek 114 włókninowego materiału 104 do warstwy podłoża 102 może nie zapewnić wystarczającej wytrzymałości. W rezultacie możliwe jest dodanie warstwy podtrzymującej na stronie materiału 104 przeciwnej do warstwy 102 z zastosowaniem tego samego lub dodatkowego kleju użytego do zamocowania włókien materiału 104 do warstwy 102.

Jeśli do związania włókien/pętelek 114 stosowane są kleje korzystnym może być użycie klejów samoprzylepnych. Jedną z korzyści jest to, że kleje samoprzylepne mogą być również zastosowane do zamocowania materiału pętelkowego 100 do innej struktury, jak np. zewnętrznego pokrycia pieluchy.

Jednakże najłatwiejszym sposobem utworzenia materiału pętelkowego jest wytłoczenie pokrycia włókninowego materiału przędzonego z wiązaniem 104 opisane powyżej lub termiczne laminowanie folii na włókninowy materiał przędzony z wiązaniem 104. W celu większego rozluźnienia i ustawienia pętelek włókninowy materiał przędzony może być zamocowany do folii w taki sposób, aby utworzyć luźny, rozciągnięty spoduszkowany laminat zawierający co najmniej jedną warstwę rozciągliwą folii lub materiału foliopodobnego (który może pełnić rolę materiału podłoża) i co najmniej jedną warstwę materiału przędzonego opisanego powyżej, połączone razem w licznych miejscach oddalonych od siebie, dla utworzenia laminatu, który obejmuje liczne obszary związane i nie związane.

Taki rozluźniony rozciągnięty - spoduszkowany laminat może być wytwarzany przez rozciągnięcie pierwszej warstwy rozciągliwej (np. warstwy folii) od długości początkowej do długości rozciągnięcia większej o co najmniej 5% od długości początkowej. W zależności ' od stopnia rozciągnięcia pierwsza rozciągliwa warstwa może być odkształcona trwale. Następnie druga warstwa materiału (np. przędzony materiał włókninowy opisany powyżej) jest nakładana w takim położeniu na wciąż rozciągniętą pierwszą warstwę, po czym obie warstwy są ze sobą mocowane w licznych miejscach oddalonych od siebie dla utworzenia laminatu, który posiada liczne obszary połączone i nie połączone. Po utworzeniu laminatu pierwsza warstwa zostaje zwolniona do trzeciej długości, która jest zwykle większa od długości pierwszej warstwy. W rezultacie połączenia drugiej warstwy z warstwą pierwszą, gdy pierwsza warstwa jest w rozciągniętym stanie, po skurczeniu laminatu pierwsza warstwa zbiega się i marszczy, tworząc w ten sposób bardziej rozluźnioną strukturę w porównaniu z prostym, nie rozciągniętym laminatem tych samych dwóch materiałów.

Innymi słowy, jedna z warstw (np. folia) jest rozciągana i w niektórych przypadkach trwale odkształcana od pierwszej długości początkowej L1 do drugiej długości L2, która jest większa od długości początkowej. Po rozciągnięciu pierwszej warstwy gdy znajduje się ona wciąż w stanie rozciągniętym nakładana jest druga warstwa (np. włókninowego materiału przędzonego) i jest mocowana do warstwy pierwszej. Wskutek charakteru rozciągnięcia warstwy pierwszej warstwa pierwsza wciąż zachowuje pewną zdolność powrotu do poprzedniego kształtu. W rezultacie po połączeniu obu warstw ze sobą naciąg jest zwalniany, co umożliwia częściowy powrót do uzyskania trzeciej długości L3, która jest większa od długości pierwszej czyli L1 dla warstwy pierwszej, lecz jest nieco mniejsza od drugiej rozciągniętej długości l2 warstwy pierwszej. Wskutek takiego skurczenia warstwy pierwszej warstwa druga ulega zmarszczeniu i spoduszkowaniu, tworząc w ten sposób rozluźniony, bardziej trójwymiarowy wygląd wyrobu. Wynika to z tego, że warstwa druga ma większe pole powierzchni niż warstwa pierwsza na tej samej jednostce powierzchni wyrobu. Oczywiście laminat nie powinien ograniczać się tylko do tych dwóch warstw. Zakłada się, że do budowy wielowarstwowych laminatów mogą być łatwo zastosowane więcej niż dwie warstwy.

Generalnie biorąc warstwa druga jest zbudowana z włókninowego materiału przędzonego. Poprzez zbieranie, tworzenie poduszeczek i jeszcze inne zwiększanie pola powierzchni

174 979 warstwy drugiej przeplatane sprężynki pętelkowe przędzonego materiału zostają ustawione (tj. wystawione) w sposób zwiększający penetrację przez mechaniczne haczyki, co ułatwia połączenie mechanicznych haczyków systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego.

Połączenie poszczególnych warstw ze sobą może być uzyskane za pomocą różnych środków, w tym poprzez klejenie, wiązanie ultradźwiękowe, wiązanie termomechaniczne, zszywanie itd. Pośród odpowiednich klejów należy wymienić kleje na bazie wodnej, na bazie rozpuszczalnikowej, kleje samoprzylepne i kleje topliwne.

Rozciągnięcie warstwy pierwszej może wynosić od tylko 5% aż do 1200% długości początkowej pierwszej warstwy. Zazwyczaj przy rozciąganiu warstwy pierwszej o kilkaset procent łub powyżej warstwa ta zostanie trwale odkształcona i po zwolnieniu sił rozciągających powróci tylko w niewielkim stopniu do długości, z jakiej została rozciągnięta. W wyniku tego rozciągnięta, czyli trzecia długość może wynosić od 80 do 98% długości w stanie rozciągnięcia.

Według fig. 5 odległość pomiędzy powierzchnią górną 106 i wierzchołkami 107 pętelek 114 powinna wynosić od 1 do 10 mm. Przy łączeniu haczyków z pętelkami haczyki napotykają najpierw wierzchołki 107 pętelek, które zachowują orientację wystającą w wyniku oddziaływania podtrzymującego materiału podłoża, zwłaszcza jeśli materiał podłoża jest materiałem sprężystym lub gdy materiał przędzony został rozluźniony, spoduszkowany lub zebrany, jak opisano powyżej. Takie wystawienie pętelek lub haczyków zwiększa liczbę połączeń pętelek z haczykami. Ponadto haczyki uderzające w podłoże mogą ściskać materiał podłoża wzdłuż osi Z materiału (zwłaszcza jeśli zastosowano materiał sprężysty) w wyniku czego więcej pętelek będzie udostępnionych dla połączenia. Sprężystość materiału podłoża zapewnia pożądane odbijanie w połączeniu, co sprzyja zamykaniu włókien połączonych z haczykami, prowadząc do zwiększenia wytrzymałości na ścinanie i oddzieranie.

Figura 6 przedstawia w przekroju materiał pętelkowy 100 (pokazany na fig. 5) w pełni połączony z elementami haczykowymi przykładowego systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego. W materiale haczykowym 120 występuje warstwa podstawy 122 z licznymi członami haczykowymi 124, wystającymi z niej generalnie prostopadle. Człony haczykowe 124 mąją przeciętną wysokość całkowitą mierzoną od powierzchni górnej 126 materiału podstawy 122 do najwyższego punktu członów haczykowych 124.

Włókninowe materiały przędzone będą opisane w połączeniu z poniższymi przykładami. Takie materiały zawierają liczne, ciągłe, przeplatane włókna o średnicy od około 25 mikrometrów do około 100 mikrometrów, włókna są rozmieszczone przypadkowo, tworząc liczne, przeplatane sprężynki pętelkowe o średnicy od około 0,5 do około 3 mm.

Jeszcze jednym przykładem zastosowania materiału według wynalazku jest poniższy przykład, gdzie wstęgi materiału zostały przekształcone w pręty filtrowe i wykonano pomiary dla ustalenia spadku ciśnienia i zwięzłości. Jak wykazano poniżej, uważa się, że właściwości te są zależne od temperatury materiału przędzonego posiadającego przeplatane sprężynki · pętelkowe. Choć poniższe przykłady odnoszą się do zastosowania prętów filtrowych, dane i analiza zwracają uwagę na podstawowe właściwości włókninowego materiału przędzonego z wiązaniem - jego przeplatane sprężynki pętelkowe posiadające pewne przytoczone wymiary. Jak 'wynika z wcześniejszego opisu włókninowy materiał przędzony wraz z jego przeplatanymi sprężynkami pętelkowymi posiadającymi pewne wspomniane wymiary znajduje zastosowanie jako materiał pętelkowy w systemach zapięcia haczykowego i pętelkowego, a także jako materiał filtrujący. Stosownie do tego rozumie się, że poniższe przykłady nie mają na celu ograniczenia wynalazku do tych przykładów wykonania. Przeciwnie, zamierza się objąć wszystkie alternatywy, modyfikacje i rozwiązania równoważne, jakie mogą zawierać się w zakresie koncepcji i ducha wynalazku, jak ujawniono w powyższym opisie i poniższych zastrzeżeniach.

Poniżej przedstawiono przykład zastosowania materiału według wynalazku.

174 979

Przykład I. Próbki materiałów przędzonych z wiązaniem zostały wykonane z handlowego gatunku polipropylenu Exxon. Przy wytwarzaniu materiału zastosowano urządzenie do liniowego ciągnienia posiadające pakiet matrycowy o 400 otworkach. Temperatura roztopionego materiału na wlocie wynosiła około 218°C, a pobór materiału około 0,8 g polimeru na otwór w ciągu minuty. Temperatura pakietu matrycowego wynosiła około 220°C. Gramatura materiału wynosiła około 27 g/m². Uzyskano różne średnice włókien poprzez zmianę różnicy ciśnienia w komorze chłodzenia.

Pręty filtrowe były wykonane z materiału o gramaturze 27 g/m2 w luźnej postaci, o średnicy włókien w zakresie od około 17 do około 39 mikrometrów, z wykorzystaniem konwencjonalnych urządzeń do wykonanywania filtrów papierosowych. Filtry owinięto w nieporowaty materiał. Na filtrach wykonano ocenę ciężaru filtra, zwięzłości oraz spadku ciśnienia, w celu określenia charakterystyki sprężynek pętelkowych w materiale przędzonym z wiązaniem. Każda z prób jest opisana poniżej.

Użyte tu określenie ciężar filtra dotyczy pomiaru masy materiału zastosowanego w filtrze. Ciężar filtra jest podany jako ciężar filtra netto, w miligramach na centymetr długości filtra, minus ciężar papierowego opakowania. Generalnie biorąc, gdy materiały wg obecnego wynalazku są stosowane jako konwencjonalne filtry papierosowe, ciężary filtra są mniejsze niż 80 g/cm długości filtra.

Użyte tu określenie zwięzłość dotyczy ugięcia odkształcanego materiału (np. pręta filtra papierosowego) pod działaniem przyłożonej siły. Bardziej szczegółowo, zwięzłość próbek filtrów papierosowych była mierzona z zastosowaniem przyrządu pomiarowego Eastman Firmness Gauge. Przyrząd ten wywiera obciążenie 350 G na testowany filtr. Ciężar był przyłożony poprzez nóżkę czujnika zegarowego na okrągłą stopkę o średnicy 12,5 mm umieszczoną bezpośrednio na filtrze. Filtr jest umieszczony pod stopką, która zostaje opuszczona do zetknięcia z próbką, bez wywierania nacisku 350 G na testowany filtr. Czujnik zegarowy zostaje wyzerowany. Obecnie po zwolnieniu krzywki następuje obciążenie filtra ciężarem 350 G. Po 5 sekundach wykonywany jest odczyt na czujniku w celu określenia ugięcia wyrażonego w dziesiętnych częściach milimetra. Odczyt 10,0 oznacza, że filtr został ściśnięty o 1,0 mm ciężarem 350 G. Biorąc ogólnie, dla filtra papierosowego wymagane jest ugięcie od 3 do 8 (tj. 0,3 do 0,8 mm). Bardziej korzystny wynik badania zawiera się od 4 do 8 (tzn. ugięcie w milimetrach od 0,4 do 0,8 mm).

Użyte tu określenie spadek ciśnienia na filtrze odnosi się do próżni (wyrażonej w cm słupa wody) potrzebnej do przeprowadzenia około 1050 cm³/min powietrza poprzez filtr. Generalnie biorąc, spadek ciśnienia jest wyrażany w cm słupa wody i może być znormalizowany do jednostki długości filtra poprzez podzielenie przez rzeczywistą długość filtra. Zgodnie z tym wynalazkiem spadek ciśnienia na filtrze jest wymagany w zakresie od 1,0 do 4,5 cm słupa wody na centymetr długości filtra. Bardziej pożądany jest spadek ciśnienia w zakresie od około 1,5 do 3,5 cm słupa wody/cm dł. filtra.

Obwód każdego filtra zmierzono za pomocą przyrządu Filtrona Model MTG 102 Tape Gauge dostarczanego przez Fidus Instruments Corporation, Richmond, Virginia.

W tabeli 1 poniżej przedstawiono wyniki testów filtra papierosowego wykonanego z materiału przędzonego z wiązaniem, posiadającego włókna o średnicy w zakresie od 17 do 39 mikrometrów, jak opisano powyżej. Ciężar filtra netto jest podany w mg na centymetr długości filtra (minus ciężar owinięcia filtra). Spadek ciśnienia jest podany w cm słupa wody na centymetr długości filtra. Zwięzłość jest podana w milimetrach ugięcia.

174 979

Tabela 1

Próbka	Średnica włókna	Owinięcie filtra	Ciężar filtra netto	Spadek ciśnienia'	Zwięzłość	Obwód
	[mikrometry]		[mg/cm]			[mm]
A	16-17	SPW-310	75	8,9	4,7	24,4
B	22-23	SPW-310	71	5,1	7,8	24,4
C	24-25	SPW-310	70	3,8	7,6	24,4
D	29-30	SPW-310	71	3,5	7,2	24,2
E	38-39	SPW-310	73	2,2	7,3	24,2

* Spadek ciśnieniajest podany w cm słupa wody/cm długości filtra

Na podstawie danych przedstawionych w tabeli 1 należy przypuszczać, że próbki C, D i E mogą dostarczyć materiał posiadający odpowiednią zwięzłość dla materiału pętelkowego w systemie zapięcia haczykowego i pętelkowego. Próbki A i B wykazują wyższy poziom spadku ciśnienia. Przypuszcza się, że wyższy spadek ciśnienia może wskazywać na niższe poziomy zwięzłości dla sprężystych pętelek materiału przędzonego i może wskazywać na nieprzydatność danego materiału pętelkowego w systemie zapięcia haczykowego i pętelkowego.

Choć nie jest tu zamierzone ograniczenie wynalazku do konkretnej teorii, jedno możliwe wyjaśnienie dotyczące uzyskiwanej zwięzłości i spadu ciśnienia może być przedstawione przez to, że przędzone z wiązaniem włókna tworzące ten materiał zachowują się jako zbiór okrągłych pętelek lub sprężynek, jak przedstawiono na fig. 4. Gdy materiał ten zostanie zwinięty do postaci filtra papierosowego, opór odkształcenia takich sprężystych pętelek zapobiega załamywaniu się filtra.

Z mechaniki wiadomo, że opór odkształcenia, czyli sztywność (S) takich sprężynek jest proporcjonalna do czwartej potęgi średnicy włókna (d) i odwrotnie proporcjonalna do trzeciej potęgi średnicy okrągłej sprężynki, tzn.:

S = kd⁴/D³ (11 gdzie k jest stałąprrporcjonalnościi która uwzględnia moduł włókna z aastosowaniem pc^limeru.

Uwzględniając to, że większość sprężynek (D) jest w przybliżeniu stała w materiałach przędzonych z wiązaniem, współczynnik ten może być uwzględniony w stałej k (wzór 1), dając prostszą postać wzoru na sztywność:

S = k' / d4 (2)

Wzór (2) πmpżbbć zatem zastosowany do mut^^r^iłłiiw A do E w tabeli 2 poprzez podzielenie średnicy każdego z włókien przez najmniejszą średnicę włókna (materiał A), w celu unifikacji średnicy. Po wykonaniu tego sztywność może być obliczana poprzez podniesien-e takich zunifikowanych średnic do czwartej potęgi. Wyniki są przedstawione oooiżej.

Tabela 2

Materiał niezwiązany	Średnica włókna	Zuoifϊkpwaoa średnica włókna	Wzrost sztywności
	[mikrometry]
A	17	1,00	1,00
B	22	1,29	2,80
C	25	1,47	4,68
D	30	1,77	9,70
E	38	2,24	24,90

174 979

Analiza takich sprężynek może być przydatna dla przewidywań zachowania się włókien zastosowanych do wytwarzania konwencjonalnych filtrów papierosowych. Generalnie biorąc włókna w wysokim stopniu zorientowane w kierunku maszynowym raczej nie będą wykazywać budowy sprężynkowej, występuje tu znacznie mniej struktur sprężynkopodobnych znamiennych stosunkowo jednorodnymi małymi średnicami [tzn. jeśli występują struktury sprężynkowe, będą posiadać raczej dużą średnicę (D)]. Wprowadzenie tej informacji do wzoru (1) daje w wyniku obliczenie sztywności struktur sprężynkowych małą wielkość, ponieważ wartość trzeciej potęgi średnicy sprężynki w mianowniku będzie bardzo duża.

Choć twórcy nie powinni być tu skrępowani żadną szczególną teorią działania lub praktyką, uważa się, że w wytwarzaniu włóknistych materiałów przędzonych z wiązaniem wg obecnego wynalazku ciągłe włókna nie powinny być nadmiernie wyciągane w sekcji formującej procesu przędzenia. Uniknięcie nadmiernego wyciągnięcia generalnie zapobiegnie destrukcji kołowych struktur sprężynkopodobnych (mających stosunkowo jednorodnie małe średnice) w materiale wytwarzanym zgodnie z obecnym wynalazkiem.

Uważa się, że w praktyce obecnego wynalazku mogą być użyte termoplastyczne polimery odpowiednie do procesu przędzenia z wiązaniem. W sposób pożądany materiał włókninowy może być tworzony z poliestrów, poliamidów, poliolefin. Przykładowe poliolefiny obejmują polietylen, polipropylen, polibuten, kopolimery etylenowe, kopolimery propylenowe oraz kopolimery butenowe. Bardziej korzystnie, poliolefinem tym jest izostatyczny polipropylen.

Dzięki naturze procesu formowania w przędzeniu z wiązaniem można łatwo wprowadzić dodatki (np. węglan wapnia) do polimeru lub nadmuchiwać je na powierzchnię stopionego polimeru podczas wytłaczania, w celu zmiany struktury przędzonego materiału, a zatem i charakterystyki działania elementu filtrującego. Również materiały po przędzeniu łatwo poddają się znanym sposobom obróbki poprocesowej za pomocą dodatkowych czynników w postaci suchej lub płynnej, dla uzyskania pożądanych właściwości.

Choć wynalazek opisano w odniesieniu do specyficznych przykładów jego wykonania dla specjalistów jest oczywistym wprowadzenie wielu alternatyw i modyfikacji w świetle przedstawionego opisu. Stosownie do tego wszystkie takie alternatywy, modyfikacje i odmiany zgodnie z duchem i szerokim zakresem wynalazku są objęte załączonymi zastrzeżeniami.

174 979

FIG. 2

116

T

114

108

J.

FIG. 6

108

174 979

FIG. I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Materiał pętelkowy dla systemu zapięcia haczykowego i pętelkowego obejmujący warstwę podłoża oraz warstwę materiału włókninowego przędzonego z wiązaniem, usytuowaną na materiale podłoża, znamienny tym, że w materiale włókninowym przędzonym z wiązaniem, w którym występują liczne ciągłe przeplatane włókna o średnicy od około 25 do około 100 mikrometrów każde, włókna są przypadkowo usytuowane względem siebie w postaci licznych przeplatanych sprężynek pętelkowych, z których każda ma średnicę od około 0,5 do około 3 mm.
2. Materiał pętelkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna mają średnicę od około 25 do około 40 mikrometrów.
3. Materiał pętelkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że przeplatane sprężynki pętelkowe mają średnicę około 1 do 2 mm.
4. Materiał pętelkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że korzystnie włókna są.-z termoplastycznego polimeru wybranego spośród poliolefin, poliamidów i poliestrów.
5. Materiał pętelkowy według zastrz. 4, znamienny tym, że korzystnie włókna są z termoplastycznego polimeru poliolefinowego, wybranego spośród polietylenu, polipropylenu, polibutenu, kopolimerów etylenowych, kopolimerów propylenowych i kopolimerów butenowych.
6. Materiał pętelkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że korzystnie materiał podłoża jest warstwą folii.
7. Materiał pętelkowy według zastrz. 6, znamienny tym, że co najmniej jedna warstwa podłoża w postaci folii i co najmniej jedna warstwa materiału włókninowego przędzonego z wiązaniem są połączone ze sobą w licznych oddalonych od siebie miejscach.