PL177965B1

PL177965B1 - Sposób wytwarzania wstęgi włókniny

Info

Publication number: PL177965B1
Application number: PL95320887A
Authority: PL
Inventors: Billy D. Arnold; Samuel E. Marmon; Richard D. Pike; Stephen H. Primm; Lawrence J. Romano III; Philip A. Sasse
Original assignee: Kimberly Clark Co; Kimberlyclark Worldwide Inc
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 2000-02-29
Also published as: DE69512439D1; US5707468A; TW293048B; CA2208890C; CN1070943C; JPH10511440A; WO1996020304A3; PL320887A1; CA2208890A1; AU689020B2; CN1175291A; EP0799342A2; DE69512439T2; AU4603396A; BR9510247A; EP0799342B1; WO1996020304A2; KR100361780B1; MX9704659A

Abstract

1. Sposób wytwarzania wstegi wlókni- ny, w którym wytlacza sie termoplastyczny polimer w postaci wlókien na powierzchnie zbierajaca i zbiera sie zestalone wlókna na powierzchni zbierajacej w postac co najmniej jednej wstegi wlókniny, przy czym doprowa- dza sie wstege do integralnosci wystarczajacej do dalszej jej obróbki, znamienny tym, ze wlókna spaja sie we wstege za pomoca wy- muszonego strumienia goracego powietrza, który przepuszcza sie przez wstege wlókniny z predkoscia okolo 305 do 3050 metrów na minute przez czas krótszy niz 0,1 s. FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wstęgi włókniny.

Znanajest wstęga włókniny, która składa się z przynajmniej jednej warstwy sprzędzionego włókna lub nitek. Takie włókno zwykle zawiera polimer termoplastyczny w rodzaju poliolefin, na przykład polipropylen, poliamidy, poliestry i polietery. Takie wstęgi wykorzystuje się do zastosowań takich jak pieluszki, artykuły higieniczne dla kobiet, i wyroby ochronne, jak fartuchy lekarskie i materiały chirurgiczne.

177 965

W procesie wytwarzania wstęgi ze sprzędzionej włókniny typowąpraktykąjest zwiększenie jednolitości wstęgi za pomocą odpowiedniej dalszej obróbki. Zwiększenie jednolitości wstęgi jest konieczne dla utrzymaniajej kształtu podczas obróbki po ukształtowaniu. Zwykle stosuje się zgęszczanie bezpośrednio po ukształtowaniu wstęgi.

Następnie materiał zwykle poddaje się drugiemu etapowi spajania, gdzie korzystnie spaja się go z innymi warstwami włókninowymi, które korzystnie są wstęgami przędzionymi, rozdmuchiwanymi powietrzem w stanie stopionym, lub spajanymi wstęgami zgrzebnymi, foliami, materiałami tkanymi, gąbkami i tym podobne. Spajanie drugiego etapu, korzystnie prowadzi się na kilka sposobów, na przykład przez hydrosplatanie, igłowanie, spajanie ultradźwiękowe, spajanie powietrzem skrośnym, klejenie lub zgrzewanie punktowe lub kalandrowanie.

Walce zgęszczające są wykorzystywane szeroko do lekkiego spajania pierwszego etapu i mają pewną liczbę wad, które zaznaczono powyżej. Na przykład, przestoje powodowane owijaniem się wstęgi z włókniny są bardzo kosztowne. Te „owinięcia przy zgęszczaniu” wymagają demontażu i oczyszczenia walców zgęszczających, co zajmuje znaczną ilość czasu i wysiłku. Jest to kosztowne nie tylko z punktu widzenia straconego, czy usuniętego w postaci odpadu materiału, lecz również ze względu na utratę produkcji, zakładając pracę z pełnymi możliwościami. Walce zgęszczaj ące również mogą spowodować wciśnięcie wkropli polimeru powstałej wskutek niedoskonałości kształtowania w głąb pasa otworkowego lub sita formującego, na którym odbywa się kształtowanie większość sprzędzionych wstęg. To „wkręcenie się” kropli polimeru może zniszczyć pas umożliwiając jego dalszą eksploatację i powodując konieczność jego wymiany. Ponieważ sita formujące sąbardzo długie i są wykonywane ze specjalnych materiałów, to koszty wymiany mogą wynieść do 50.000$, poza wspomnianymi stratami produkcji podczas wymiany pasa.

Walce zgęszczające, za pomocą których ściska się wstęgę w celu zwiększenia jej wewnętrznej zwartości, i w ten sposób jej jednolitości, lecz mająkilka wad. Jedna z wad polega na tym, że walce rzeczywiście zgniatają wstęgę powodując zmniejszenie objętości i puszystości materiału, co może być niepożądane dla przewidywanego zastosowania. Drugą, poważniejszą wadą jest to, że włóknina niekiedy owija się wokół jednego lub obu walców, powodując konieczność zatrzymania linii produkcyjnej włókniny dla oczyszczenia walców, wraz z towarzyszącymi temu oczywiście stratami produkcji podczas postoju. Trzecia wada walców zgęszczających polega na tym, że niewielka niedoskonałość przy kształtowaniu wstęgi, na przykład kropla polimeru wprasowana we wstęgę, może spowodować, że walec zgęszczający wtłoczy kroplę w głąb pasa z otworkami, na którym odbywa się kształtowanie wstęgi, powodując jego uszkodzenie i zniszczenie.

W związku z tym celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania wstęgi włókniny, w którym nadaje się wstędze włókniny jednolitość dostateczną do dalszego przetwarzania bez stosowania walców zgęszczających lub klejów, i umożliwiającego jego wykorzystanie w ciągłej pracy produkcyjnej.

Sposób wytwarzania wstęgi włókniny, według wynalazku, w którym wytłacza się termoplastyczny polimer w postaci włókien na powierzchnię zbierającą i zbiera się zestalone włókna na powierzchni zbierającej w postać co najmniej jednej wstęgi włókniny, przy czym doprowadza się wstęgę do integralności wystarczającej do dalszej jej obróbki, charakteryzuje się tym, że włókna spaja się we wstęgę za pomocą wymuszonego strumienia gorącego powietrza, który przepuszcza się przez wstęgę włókniny z prędkością około 305 do 3050 metrów na minutę przez czas krótszy niż 0,1 s.

Wstęgę formuje się z włókien wybranych z grupy obejmującej włókna jednoelementowe i dwuskładnikowe.

Wstęgę włókniny formuje się z włókien sprzędzionych lub rozdmuchiwanych w stanie stopienia.

Wstęgę włókniny formuje się z włókien poliolefinowych.

Włókna wstęgi spaja się gorącym powietrzem o temperaturze od około 93 do 290°C.

177 965

Wstęgę włókniny formuje się z włókien jednoskładnikowych lub polipropelinowych lub polietylenowych.

Strumień gorącego powietrza wytwarza się za pomocą dmuchawy gorącego powietrza zaopatrzonego w komorę sprężonego powietrza, przy czym stosuje się komorę sprężonego powietrza, której pole powierzchni jest przynajmniej dwa razy większe od pola przekroju przepływu strumienia powietrza w kierunku poprzecznym wstęgi przy wylocie szczeliny dmuchawy gorącego powietrza. W tym przypadku wstęgę włókniny formuje się z mikrowłókienek z polimeru wybranego z grupy obejmującej poliolefmy, poliamidy, polieteroestry, poliestry i/lub poliuretany.

Na wstęgę włókniny z włókien osadzonych na powierzchni zbierającej, przed ich spojeniem do integralności wystarczającej do dalszej obróbki, osadza się następną wstęgę składającą się z włókien wybranych z włókien spod filiery i włókien rozdmuchiwanych w stanie stopionym. Spaja się punktowo utworzony laminat po spojeniu wstęg do integralności wystarczającej do dalszej obróbki. Na lekko spojonąwstęgę włókniny osadza się co najmniej jedną dodatkową wstęgę włókniny i tworzy się laminat.

W sposobie według wynalazku, właściwie sterowana dmuchawa gorącego powietrza, działająca w niniejszych opisanych warunkach umożliwia lekkie spajanie sprzędzionej wstęgi z włókna jednoskładnikowego lub dwuskładnikowego bez ujemnego oddziaływania na jej właściwości, i poprawia właściwości wstęgi eliminując konieczność stosowania walców zgęszczaj ących. Przedmiot wynalazkujest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie w widoku z boku urządzenie, które nadaje się do wykorzystania do realizacji sposobu wytwarzania wstęgi włókniny według niniejszego wynalazku, fig. 2 - fragment urządzenia wykorzystywanego przy stosowaniu niniejszego wynalazku, w przekroju, fig. 3 i 4 - obrazy z mikroskopu elektronowego dwóch wstęg wykonanych według wynalazku.

Stosowany w niniejszym opisie termin „włóknina” oznacza wstęgę o strukturze złożonej z poszczególnych włókien lub nitek, które sąprzeplecione, lecz nie w sposób regularny, jak w przypadku materiału tkanego. Materiały, bądź wstęgi z włókniny otrzymywano w wielu procesach, j ak na przykład w procesach z wydmuchiwaniem w stanie stopionym, w procesach przędzenia, i w procesach ze spajaniem wirowym wstęgi zgrzebnej. Gramaturę włókien zwykle wyraża się w gramach na metr kwadratowy, a średnice włókien podaje się zwykle w pm.

i Zastosowany w niniej szym dokumencie termin „mikrowłókna” oznacza cienkie włókna o przeciętnej średnicy nie większej od około 75 pm, na przykład mające średnicę przeciętnąod około 0,5 pm do około 50 pm, lub w szczególności mikrowłókna mające średnicę przecię tnąod około 0,5 pm do około 40 pm. Innym wyrażeniem często używanym jest średnica włókna w denierach, którą definiuje się jako ciężar w gramach 9000 metrów włókna. Na przykład, średnicę włókna polipropylenowego podaną w pm można przeliczyć na denier przez podniesienie do kwadratu i pomnożenie wyniku przez 0,00629, a zatem włókno polipropylenowe o średnicy 15 pm ma denier wynoszący około 1,42-(15² x 0,00629 = ,1,415).

Stosowany w niniejszym dokumencie termin „włókna sprzędzione” odnosi się do włókien o małej średnicy, które są kształtowane przez wyciskanie stopionego materiału termoplastycznego z wielu cienkich zwykle o przekroju kołowym, kapilar filiery o średnicy wyciskanych włókien, następnie raptownie zmniejszanej, w procesie przedstawionym na przykład w opisie patentowym USA nr ' 4,340,563, opisie patentowym USA nr 3,692,618, opisie patentowym USA nr 3,802,817, opisach patentowych USA o numerach 3,338,992 i 3,341,394, opisie patentowym nr 3,502,538, opisie patentowym USA nr 3,502,763 i opis patentowy USA nr 3,542,615. Włókna sprzędzione sązwykle ciągłe i mająśrednice większe od 7 pm, zwłaszcza między 10i 30 pm. Włókna sprzędzione nie sązwykle lepkie przy ich układaniu, na powierzchnię zbiorczą.

Stosowany w niniejszym opisie termin „włókna rozdmuchiwane w stanie stopionym” oznacza włókna kształtowane przez wyciskanie stopionego materiału termoplastycznego przez zespół cienkich, zwykle okrągłych dysz kapilarowych w postaci stopionych nitek lub włókien w zbieżne strumienie gazu (na przykład powietrza) o dużej prędkości, które wyciągająwłókienka

ΪΊΊ 965 stopionego materiału termoplastycznego zmniejszając ich średnicę, która może odpowiadać średnicy mikrowłókna. Następnie stopione włókna przenoszone są przez strumień gazowy o dużej prędkości i osadzane są na powierzchni zbierającej tworząc wstęgę o przypadkowo rozrzuconych rozdmuchiwanych w stanie stopionym włóknach. Rozdmuchiwane w stanie stopionym włókna są zwykle lepkie podczas ich odkładania na powierzchni zbierającej. Taki proces opisano, na przykład, w patencie USA nr 3,849,241 na nazwisko Butin. Rozdmuchiwane w stanie stopienia włókna są mikrowłóknami, które mogą być ciągłymi lub nieciągłymi i mają zwykle średnice mniejsze od 10 pm.

Stosowany w niniejszym opisie termin „polimer” ogólnie oznacza, choć nie wyłącznie, homopolimery, kopolimery, terpolimery, i tym podobne i ich mieszanki i modyfikacje. Poza tym, jeżeli nie ograniczono tego w inny sposób, termin „polimer” ma zawierać wszelkie możliwe konfiguracje geometryczne materiału. Te konfiguracje obejmują, choć nie wyłącznie, symetrię izotaktyczną, syndiotaktyczną i przypadkową.

Stosowany w niniej szym opisie termin „kierunek maszynowy” oznacza długość materiału, w kierunku, w którym jest produkowany. Termin „poprzeczny kierunek maszynowy” oznacza szerokość materiału, to znaczy kierunek w zasadzie prostopadły do kierunku maszynowego.

Stosowany niniejszym termin włókna „jednoelementowe” odnosi się do włókien wytwarzanych z tylko jednego polimeru. Nie należy przez to rozumieć wyłączenia włókien kształtowanych z jednego polimeru z niewielkimi ilościami dodatków wprowadzanych dla zabarwienia, nadania właściwości antystatycznych, zmniejszających tarcie, hydrofilizujących i tym podobne. Te dodatki, na przykład dwutlenek tytanu dla zabarwienia, zwykle występują w ilości poniżej 5% wagowych najczęściej około 2% wagowych.

Stosowany niniejszym termin włókna „dwuskładnikowe” odnosi się do włókien wytworzonych z przynajmniej dwóch polimerów wyciskanych z oddzielnych ekstruderów lecz przędzionych razem wjedno włókno. Polimery rozmieszczone sąw zasadzie na stałe umiejscowionych odróżniających się strefach przekroju włókien dwuelementowych rozciągających się w sposób ciągły na długości włókien dwuelementowych. Takie włókna mogą mieć konfigurację, na przykład płaszcz/rdzeń, w której jeden polimer jest otoczony przez drugi, konfigurację równoległą lub konfigurację typu „wyspy na morzu”. Włókna dwuelementowe omówiono w opisie patentowym USA nr 5,108,820, opisie patentowym USA nr 5,336,552 oraz opisie patentowym europejskim nr 0586924. Jeżeli stosuje się dwa polimery, to mogą one występować w proporcjach 75/25, 50/50, 25/75 lub dowolnej innej.

Stosowany niniejszym termin „włókna dwuskładnikowe” odnosi się do włókien utworzonych z przynajmniej dwóch polimerów wyciskanych z jednego ekstrudera w postaci mieszanki. Termin „mieszanka” określono poniżej. We włóknach dwuskładnikowych różne polimery nie są rozmieszczone w oddzielnych, stosunkowo ciasnych, stałych strefach włókna, i różne polimery nie sązwykle ciągłe na całej długości włókna, lecz tworzązwykle włókienka rozpoczynaj ące się i kończące w miejscach przypadkowych. Włókna dwuskładnikowe sąniekiedy traktowanejak włókna dwuelementowe. Włókna tego ogólnie biorąc typu omówiono na przykład w opisie patentowym USA nr 5,108,827. Włókna dwuelementowe i dwuskładnikowe omówiono również w książce Polimer Blends i Composites (Mieszanki i kompozycje polimerowe) aut. Johna A. Mansona i Leslie H. Sperlinga, wyd. z prawami wydawniczymi 1976 Plenum Press, oddziału Plenum Publishing Corporation, New York, ISBN 0-306-30831-2, na stronach 273 do 277.

Stosowany w niniej szym opisie termin „mieszanka” oznacza mieszaninę dwóch lub więcej polimerów, natomiast termin „stop” oznacza podklasę mieszanek, w których składniki sąniemieszalne, lecz zostały skompatybilizowane. „Mieszalność” i „niemieszalność” określająmieszanki jako charakteryzujące się wartościami, odpowiednio, dodatnimi i lub ujemnymi swobodnej energii mieszania. Ponadto terminem „kompatybilizacja” określa się proces modyfikacji właściwości granicznych niemieszalnej mieszanki polimerowej dla umożliwienia wytworzenia stopu.

Występujące w opisie spajanie powietrzem oznacza proces spajania wstęgi z nietkanego dwuelementowego włókna owiniętego przynajmniej częściowo wokół perforowanego walca zamkniętego w osłonie. Powietrze nagrzane dostatecznie do stopienia jednego z polimerów;

177 965 z których wykonana jest wstęga, tłoczone jest z osłony przez wstęgę do walca perforowanego. Prędkość powietrza zawiera się między 30,48 m/min a 152,4 m/min, a czas pozostawania korzystnie wynosi aż 6 sekund. Stapianie i ponowne zestalanie polimeru powoduje spajanie. Spajanie powietrzem skrośnym ma ograniczoną zmienność i zwykle jest wykorzystywane w charakterze drugiego etapu procesu spajania. Ponieważ sposób spajania powietrzem wymaga stopienia przynajmniej jednego składnika, to jego zastosowanie ogranicza się do wstęg włókna dwuelementowego.

Stosowany niniejszym termin „artykuł medyczny” oznacza chirurgiczne kitle i fartuchy, maski na twarz, czepki, ochraniacze na obuwie, bandaże, opatrunki sterylizacyjne, ręczniki i podobne.

Stosowany niniej szym termin „artykuł osobisty” oznacza pieluszki, spodenki gimnastyczne, spodenki higroskopijne, artykuły higroskopijne dla osób dorosłych oraz artykuły higieniczne dla kobiet.

Stosowany termin „pokrowiec” oznacza pokrowiec na pojazd, na przykład samochód, ciężarówkę, łódź, samolot, motocykl, rower, wózek golfowy i tym podobne, okrycia dla sprzętu często pozostawianego na otwartym powietrzu, jak grill, sprzęt podwórkowy i ogrodowy (ciągniki, narzędzia zmechanizowane i tym podobne) oraz meble ogródkowe, jak również chodniki, obrusy i serwety piknikowe.

Stosowany niniejszym termin „tkanina pozadomowa” oznacza tkaninę użytkowaną głównie, chociaż nie wyłącznie na dworze. Tkaniny pozadomowe obejmują osłony, tkaninę biwakowo-kempingową, plandeki, markizy, baldachimy, namioty, tkaniny rolnicze i stroje pozadomowe, jak nakrycia głowy, odzież robocza i kombinezony, spodenki, koszulki, kurtki, rękawiczki, skarpetki, getry, i tym podobne.

Metody badawcze.

Test kubkowy: Zdolność do układania się włókniny można badać w teście „kubkowym” (ze zgniataniem kubka). Test kubkowy określa sztywność materiału przez pomiar szczytowego obciążenia potrzebnego do tego, aby stopa półkulista o średnicy 4,5 cm odkształciła odcinek materiału o wymiarach 23 cm x 23 cm w głąb odwróconego cylindra o średnicy około 6,5 cm i wysokości około 6,5 cm, przy otoczeniu kubka cylindrem o średnicy około 6,5 cm w celu utrzymania równomiernego odkształcania się ukształtowanego kubkowo materiału. Stopa i cylinder są ustawione współliniowo dla uniknięcia styku ścianek kubka i stopy, co mogłoby wpłynąć na wartość maksymalną obciążenia. Mierzy się obciążenie maksymalne przy opuszczaniu stopy z prędkością około 38,1 cm na minutę. Niższa wartość zgniecenia kubka wskazuje większą wstęgę. Odpowiednie urządzenie do pomiaru ze zgniatanym kubkiem stanowi komórka obciążeniowa modelu FTD-G-500 (na zakres 500 g), do zakupienia z firmy Schaevitz Company, Pennsauken, w Stanie NJ. Zgniecenie kubka mierzy się w gramach.

Rozciąganie: Wytrzymałość na rozciąganie materiału mierzy się zgodnie z testem ASTM-D-1682-64. W tym teście mierzy się wytrzymałość w kg, a wydłużenie w procentach w stosunku do materiału.

Włókna sprzędzione o niewielkich średnicach, kształtuje się przez wyciskanie stopionego materiału termoplastycznego w postaci włókienek, z zespołu cienkich, zwykle okrągłych kapilar filiery, przy średnicy wyciskanych włókienek szybko następnie zmniejszanej. Włókna sprzędzione są zwykle ciągłe i mają średnice większe niż 7 pm, częściej między około 10 a 30 pm. Włókna te zwykle osadza się na poruszającym się pasie otworkowym czyli sicie formującym, na którym tworzą wstęgę.

Sprzędzione materiały są zwykle lekko spojone w pewien sposób bezpośrednio po ich wytworzeniu, dla nadania im dostatecznej jednolitości strukturalnej aby wytrzymywały narażenia następnej przeróbki na gotowy artykuł. To lekkie, wstępne spojenie korzystnie prowadzi się przez zastosowanie kleju nałożonego na włókna w postaci cieczy lub proszku, który może być aktywowany termicznie, lub częściej, przez walce zgniatające.

1ΊΊ 965

Ί

Na rysunkach, a zwłaszcza na fig. 1, przedstawiono przykładowy proces wytwarzania wstęgi włókniny według wynalazku, zapewniający jednolitość wstęgi spajanej sprzędzeniem, bez stosowania klejów ani walców zgęszczających.

Polimer wprowadza się do kosza zasypowego 1, z którego podawany jest do ekstrudera 2. Ekstruder 2 podgrzewa polimer, stapia go i wtłacza do dyszy przędnej 3. Dysza przędna 3 ma otwory rozmieszczone w jednym lub dwóch rzędach. Podczas wyciskania polimeru otwory dyszy przędnej 3 wytwarzają opadającą w dół kurtynę włókien. Powietrze z dmuchawy schładzającej 4 schładza włókna wychodzące z dyszy przędnej 3. Poniżej dyszy przędnej 3 umieszczony jest blok 5 wyciągania włókien, odbierający schłodzone włókna.

Przykładowe bloki do wyciągania włókien przedstawiono w opisach patentowych USA nr 3,802,817, 3,692,618 i 3,423,266. Blok wyciągania włókien wyciąga włókienka lub włókna przez zasysanie powietrza wchodzącego po bokach kanału i płynącego w dół przez kanał.

Na powierzchni formującej 6 bez końca, zwykle z otworkami, odbiera się uprzędzone ciągłe włókna z bloku 5 wyciągania włókna. Powierzchnia formująca 6 stanowi pas wędrujący wokół walców prowadzących 7. Pod powierzchnią formującą 6 jest umieszczony zespół próżniowy 8 wytwarzający próżnię przyciągającą włókna do tej powierzchni formującej 6. Bezpośrednio po uformowaniu, następuje skierowanie gorącego powietrza przez włókna z dmuchawy gorącego powietrza 9. Dmuchawa gorącego powietrza 9 nadaje wstędze spoistość dostateczną do jej przejścia z powierzchni formującej 6 na pas 10 do dalszej obróbki.

Figura 2 przedstawia przekrój przykładowej dmuchawy gorącego powietrza 9. Dmuchawa gorącego powietrza 9 zawiera komorę sprężonego powietrza 11 i szczelinę powietrzną 12, przy czym pole powierzchni komory sprężonego powietrza 11 jest przynajmniej dwa razy większe od pola przekroju przepływu strumienia powietrza w kierunku poprzecznym przy wylocie szczeliny powietrznej 12 dmuchawy gorącego powietrza 9.

W sposobie wytwarzania wstęgi włóknistej według wynalazku zapewnia się jednolitość wstęgi włókniny bez stosowania walców i klejów. W sposobie według wynalazku stosuje się dmuchawę gorącego powietrza 9. Dmuchawa gorącego powietrza 9 stosowana w tym sposobie skupia strumień gorącego powietrza o bardzo dużej prędkości przepływu, zwykle od około 305 do 2050 metrów na minutę kierując go na wstęgę włókniny bezpośrednio pojej ukształtowaniu.

Powietrze nagrzewane jest w dmuchawie gorącego powietrza 9 do temperatury niewystarczającej do stopienia polimeru, lecz dostatecznej do lekkiego zmiękczenia go. Wartość tej temperatury zwykle zawiera się pomiędzy około 93 a 290°C dla polimerów termoplastycznych zwykle wykorzystywanych przy spajaniu sprzędzeniem.

Skupiony strumień powietrza dmuchawy gorącego powietrza 9 jest ustawiony i kierowany przez przynajmniej jedną szczelinę 12 o szerokości około 3 do 25,4 mm, zwłaszcza około 9,4 mm, służącą za wylot nagrzanego powietrza w stronę wstęgi, przy czym szczelina 12 przebiega w zasadzie w kierunku poprzecznym maszyny na całej w zasadzie szerokości wstęgi. W innych odmianach wykonania można stosować zespoły szczelin rozmieszczonych obok siebie lub oddzielonych niewiełkąprzerwą. Ta przynajmniej jedna szczelina 12, jest, korzystnie choć niekoniecznie, ciągła i może składać się z blisko siebie rozmieszczonych otworów.

Dmuchawa gorącego powietrza 9 zaopatrzona jest w kanał nadciśnieniowy do rozprowadzania i magazynowania gorącego powietrza przed opuszczeniem przez nie szczeliny. Ciśnienie w kanale nadciśnieniowym dmuchawy wynosi, korzystnie, od około 0,2 kPa do 3 kPa, a dmuchawę gorącego powietrza 9 umieszcza się od około 6 mm do 254 mm, a korzystniej 19 do 76,2 mm, powyżej sita formującego.

W konkretnej odmianie wykonania, rozmiar kanału nadciśnieniowego dmuchawy, jak to przedstawiono na fig. 2, jest przynajmniej równy dwukrotnej powierzchni przekroju strumienia licząc dla ogólnej powierzchni szczeliny 12 przy wylocie.

Ponieważ sito otworkowe, na którym formowany jest polimer zwykle porusza się z dużą prędkością, to czas eksponowania poszczególnych części wstęgi na powietrze wylatujące z dmuchawy gorącego powietrza 9 jest mniejszy od dziesiątych części sekundy i zwykle wynosi setne części sekundy, w odróżnieniu od procesu spajania ze skrośnym przepływem powietrza, który

177 965 charakteryzuje się znacznie dłuższym czasem pozostawania w działaniu. Proces spajania powietrzem charakteryzuje się modyfikowalnościąw dużym zakresie i sterownością przynajmniej w odniesieniu do temperatury powietrza, prędkości powietrza i odległości od kanału nadciśnieniowego dmuchawy do wstęgi.

Jak wspomniano powyżej, w procesie spajania przez przędzenie wykorzystuje się polimery termoplastyczne, które mogą być dowolnymi spośród znanych specjalistom. Takie polimery obejmujązwykle poliolefiny, poliestry, polieteroester, poliuretany i poliamidy oraz ich mieszaniny, a zwłaszcza poliolefiny takie, jak polietylen, polipropylen, polibutylen, kopolimery etylenu, kopolimery propylenu i kopolimery butenu.

Jakkolwiek według niniejszego wynalazku można wykorzystywać powietrze o temperaturze powyżej punktu topnienia polimeru, to powierzchnia polimeru nie osiąga swojego punktu topliwości przy sterowaniu prędkościąprzepływu powietrza i utrzymywaniu ekspozycji wstęgi w wyznaczonych granicach.

Figury 3 i 4 przedstawiają obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego wstęgi po obróbce sprężonym powietrzem. Wstęga z fig. 4 była poddana nieco surowszym warunkom, niż wstęga z fig. 3. Należy zauważyć, że na fig. 3 połączenie między włókienkami jest słabe, a na fig. 4 nieco silniejsze. Figura 3 przedstawia powiększenie 119 x a na fig. 4 powiększenie wynosi 104x. Wstęgi poddawane tylko zgęszczaniu przez walce nie majątych charakterystycznych spoin.

Sposobem według wynalazku wytwarza się materiał jednowarstwowy lub laminat wielowarstwowy z włókien łączonych z przędzeniem i innych włókien, lecz nie ma ograniczenia do spajania z przędzeniem. Takie materiały zwykle majągramaturę wynoszącą do około 5 do około 407 g/m². TOki laminat wielowarstwowy korzystnie jest w wykonaniu, w którym niektóre z warstw łączone są przez przędzenie, a niektóre rozdmuchiwane gorącym powietrzem, jak na przykład w laminacie typu przędziony/rozdmuchiwany/przędziony ukazanym w opisie patentowym USA nr 4,040,203 oraz opisie patentowym USA nr 5,169,706, lub jako laminat przędziony/przędziony. Należy zauważyć, że w laminacie może występować więcej, niż jedna warstwa rozdmuchiwana.

Laminat przędziony/rozdmuchiwany/przędziony korzystnie wytwarza się przez kolejne odkładanie na ruchomy pas przenośnikowy lub sito formujące, najpierw warstwy materiału spajanego przędzeniem, następnie przynajmniej jednej warstwy materiału rozdmuchiwanego i na końcu drugiej warstwy sprzędzionej, i poddaje się wstęgi działaniu dmuchawy gorącego powietrza 9 po osadzeniu każdej warstwy spajanej przędzeniem. Obróbka warstw spajanych rozdmuchiwaniem w stanie stopionym za pomocą dmuchawy gorącego powietrza 9 nie jest konieczna, ponieważ włókna rozdmuchiwane przy nadtopieniu są zwykle lepkie po osadzeniu i zatem w sposób naturalny przywierają do powierzchni zbierającej, lecz taka obróbka za pomocą dmuchawy gorącego powietrza 9 nie jest wykluczona w przypadku kiedy laminat przędziony/rozdmuchiwany/przędziony stanowi warstwę spajaną przędzeniem. W odróżnieniu od tego, warstwy materiału można wykonywać oddzielnie, gromadzić w rolach i łączyć w oddzielnym etapie spajania, przy czym każda warstwa łączona z przędzeniem jest poddawana działaniu dmuchawy gorącego powietrza 9 podczas produkcji.

Bardziej istotny drugi etap spajania realizowany jest ogólnie biorąc za pomocą opisanych powyżej sposobów. Jednym z takich sposobówjest kalandrowanie, i w tym celu opracowano różne wzory powierzchni walców kalandrowych. Jednym z nich jest rozszerzony wzór Hansena Penningsa z około 15% powierzchni spajania przy około 100 spoin/6,45 cm2 jak to omówiono w opisie patentowym uSa nr 3,855,046. Innym popularnym wzorem jest wzór rombowy, z powtarzalnymi i nieco przesuniętymi rombami.

Materiał według niniejszego wynalazku korzystnie również laminuje się foliami, włóknami szklanymi, włóknami ciętymi, papierem i innymi powszechnie stosowanymi materiałami znanymi specjalistom.

Przykład I. Spajane przędzeniem wstęgi włókniny wykonano ogólnie biorąc według fig. 1, przy czym warstwę osadzono na poruszającym się sicie formującym. Wykonano pięć próbek

177 965 o gramaturze średnio 42 g/m2 Polimerem zastosowanym do wytwarzania był polipropylen Exxon 3445, do którego dodano 2% wag. dwutlenku tytanu (TiO^) dla nadania wstędze barwy białej. Zastosowany TiO2 miał oznaczenie SCC4837, pod którym jest do nabycia w firmie Standridge Color Corporation z Social Circle w stanie Georgia. Wstęgę po ukształtowaniu przepuszczono przez walce zgęszczające, nie używając dmuchawy gorącego powietrza.

Przykład'II. Spajane przędzeniem wstęgi włókniny wykonano, ogólnie biorąc, według fig. 1, przy czym warstwę osadzono na poruszającym się sicie formującym, z tym wyjątkiem, że wstęgę po ukształtowaniu przepuszczono przez walce zgęszczające, nie używając noża gorącego powietrza. Wykonano pięć próbek o gramaturze średnio 20 g/m2. Polimer i substancja dodatkowa były takie same, jak we wzorcu kontrolnym 1.

Przykład IlI. Spajane przędzeniem wstęgi włókniny wykonano, ogólnie biorąc, według fig. 1, przy czym warstwę osadzono na poruszającym się sicie formującym, z tym wyjątkiem, że wstęgę po ukształtowaniu przepuszczono przez walce zgęszczające, nie używając dmuchawy gorącego powietrza. Wykonano pięć próbek o gramaturze średnio 17 g/m2. Polimer i substancja dodatkowa były takie same, jak we wzorcu kontrolnym 1.

Próbka 1

Spajane przędzeniem wstęgi włókniny wykonano, ogólnie biorąc, według fig. 1, przy czym warstwę osadzono na poruszającym się sicie formującym. Wykonano pięć próbek o gramaturze średnio 42 g/m2. Polimerem zastosowanym do wytwarzania był polipropylen Exxon 3445, do którego dodano 2% wag. dwutlenku tytanu (TiO2) dla nadania wstędze barwy białej. Zastosowany TiO2 miał oznaczenie SCC4837, pod którym jest do nabycia w firmie Standridge Color Corporation z Social Circle w stanie Georgia. Wstęgi po ukształtowaniu nie przepuszczono przez walce zgęszczające, lecz zamiast tego poddano obróbce za pomocą noża gorącego powietrza. Dmuchawę gorącego powietrza 9 umieszczono 2,545 cm powyżej wstęgi, a szczelina 12 dmuchawy gorącego powietrza 9 miała szerokość 0,635 cm. Ciśnienie w komorze dmuchawy gorącego powietrza 9 wynosiło 1,7 kPa, a temperatura 160°C. Czas wystawienia wstęgi na działanie powietrza dmuchawy gorącego powietrza 9 był mniej szy od dziesiątej części sekundy.

Próbka 2

Spajane przez sprzędzenie wstęgi włókniny wykonano, ogólnie biorąc, według fig. 1, przy czym warstwę osadzono na poruszaj ącym się sicie formuj ącym. Wykonano pięć próbek o gramaturze średnio 20 g/m2. Polimer i substancja dodatkowa były takie same, jak dla próbki 1. Wstęgi po ukształtowaniu nie przepuszczono przez walce zgęszczające, lecz zamiast tego poddano obróbce za pomocą dmuchawy gorącego powietrza 9. Dmuchawę gorącego powietrza 9 umieszczono 2,54 cm powyżej wstęgi, a szczelina 12 dmuchawy gorącego powietrza 9 miała szerokość 0,635 cm. Ciśnienie w komorze sprężonego powietrza 11 dmuchawy gorącego powietrza 9 wynosiło 1,7 kPa, a temperatura 160°C. Czas wystawienia wstęgi na działanie powietrza dmuchawy gorącego powietrza 9 był mniejszy od dziesiątej części sekundy.

Próbka 3

Spajane przędzeniem wstęgi włókniny wykonano, ogólnie biorąc, według fig. 1, przy czym warstwę osadzono na poruszającym się sicie formującym. Wykonano pięć próbek o gramaturze średnio 17 g/m2. Polimer i substancja dodatkowa były takie same, jak we wzorcu kontrolnym 1. Wstęgi po ukształtowaniu nie przepuszczono przez walce zgęszczające, lecz zamiast tego poddano obróbce za pomocądmuchawy gorącego powietrza 9. Dmuchawę gorącego powietrza 9 umieszczono 2,54 cm powyżej wstęgi, a szczelina 12 dmuchawy gorącego powietrza 9 miała szerokość 0,635 cm. Ciśnienie w komorze sprężonego powietrza 11 dmuchawy gorącego powietrza 9 wynosiło 1,7 kPa, a temperatura 166°C. Czas wystawienia wstęgi na działanie powietrza dmuchawy gorącego powietrza 9 był mniejszy od dziesiątej części sekundy.

Średnie wyniki testowania pięciu wstęg każdego przykładu i próbki przedstawiono w tabeli 1. Prędkość liniowąpodano w metrach na minutę, ciśnienie komory w kPa, a temperaturę w °C.

Z powyższych przykładów (tabela 1) widać, że dmuchawa gorącego powietrza powoduje jednolitość wstęgi porównywalnąz jednolitością otrzymaną za pomocą walców zgęszczających

177 965 bez przykrych i kosztownych problemów z tymi urządzeniami i bez negatywnego oddziaływania na właściwości wstęgi, jak wytrzymałość lub układanie się.

Tabela 1

	Przykłady	Próbki
1	2	3	1	2	3
g/m²	42	21	17,3	42,4	21	17
Naprężenie w kierunku maszynowym, kg	11,16	5,17	3,9	10,39	5,08	3,95
Naprężenie w kierunku maszynowym, kg	9,34	3,72	3,31	8,53	4,17	2,8
Zgniecenie kubka, g	162,6	39,8	2,4	172,6	43,8	29,4
Energia zgniecenia, g	3062	776	423	3416	733	517
Prędkość liniowa, m/min	56,1	114	141	56,1	114	141
Ciśnienie komory, Pa	NA	NA	NA	1,7	1,7	1,7
Temperatura, °C	NA	NA	NA	160	160	166

177 965

FIG. 4

177 965

FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wstęgi włókniny, w którym wytłacza się termoplastyczny polimer w postaci włókien na powierzchnię zbierającą i zbiera się zestalone włókna na powierzchni zbierającej w postać co najmniej jednej wstęgi włókniny, przy czym doprowadza się wstęgę do integralności wystarczającej do dalszej jej obróbki, znamienny tym, że włókna spaja się we wstęgę za pomocą wymuszonego strumienia gorącego powietrza, który przepuszcza się przez wstęgę włókniny z prędkością około 305 do 3050 metrów na minutę przez czas krótszy niż 0,1 s.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wstęgę formuje się z włókien wybranych z grupy obejmującej włókna jednoelementowe i dwuskładnikowe.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wstęgę włókniny formuje się z włókien sprzędzionych lub rozdmuchiwanych w stanie stopienia.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wstęgę włókniny formuje się z włókien poliolefinowych.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna wstęgi spaja się gorącym powietrzem o temperaturze od około 93 do 290°C.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wstęgę włókniny formuje się z włókien j ednoskładnikowych.
7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wstęgę włókniny formuje się z włókien polipropelinowych.
8. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wstęgę włókniny formuje się z włókien polietylenowych.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień gorącego powietrza wytwarza się za pomocą dmuchawy gorącego powietrza (9) zaopatrzonego w komorę sprężonego powietrza (11), przy czym stosuje się komorę sprężonego powietrza (11), której pole powierzchni jest przynajmniej dwa razy większe od pola przekroju przepływu strumienia powietrza w kierunku poprzecznym wstęgi przy wylocie szczeliny (12) dmuchawy gorącego powietrza (9).
10. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że wstęgę włókniny formuje się z mikrowłókienek z polimeru wybranego z grupy obejmujące poliolefiny, poliamidy, polieteroesty, poliestry i/lub poliuretany.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na wstęgę włókniny z włókien osadzonych na powierzchni zbierającej, przed ich spojeniem do integralności wystarczającej do dalszej obróbki, osadza się następną wstęgę składającą się z włókien wybranych z włókien spod filiery i włókien rozdmuchiwanych w stanie stopionym.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że spaja się punktowo utworzony laminat po spojeniu wstęg do integralności wystarczającej do dalszej obróbki.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na lekko spojoną wstęgę włókniny osadza się co najmniej jedną dodatkową wstęgę włókniny i tworzy się laminat.