PL205538B1

PL205538B1 - Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze, sposób jego wytwarzania i zastosowanie

Info

Publication number: PL205538B1
Application number: PL355062A
Authority: PL
Inventors: Dieter Groitzsch; Oliver Staudenmayer
Original assignee: Freudenberg Carl Kg
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2010-04-30
Also published as: EP1277865A1; CA2393931C; CA2393931A1; ZA200205642B; EP1277865B1; PL355062A1; MXPA02006767A; DE10133773A1; ATE346969T1; ES2274926T3; DE50208828D1; US20030096548A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze, sposób jego wytwarzania i zastosowanie.

Z europejskiego opisu patentowego nr EP-A-814,189 znana jest włóknina, składająca się z co najmniej jednej, rozciąganej jednokierunkowo, włókniny „spod filiery oraz połączonej z nią mechanicznie włókniny z włókien krótkich. Kompozyt charakteryzuje się dużą objętością i dobrym chwytem.

Włókienne twory powierzchniowe o strukturze trójwymiarowej są również znane. W niemieckim opisie patentowym nr DE-A-199 00 424 przedstawione są trójwymiarowo strukturyzowane kombinacje zgrzewanych ze sobą termicznie w postaci regularnego deseniu, warstw włókien ciągłych i włókien ciętych. Struktura trójwymiarowa powstaje w wyniku zastosowania warstw włókien o różnej podatności na skurcz. Wskutek zapoczątkowania skurczu warstwie włókien ciętych nadana zostaje struktura trójwymiarowa. Okazało się jednak, że powstająca przy tym struktura trójwymiarowa jest nieregularna, ponieważ ciąg wypukłości i wgłębień układa się według raczej przypadkowego wzoru.

Przykładami takich kompozytów są włókienne twory powierzchniowe z co najmniej jednej lub dwóch włóknin i wytłaczanych, dwuosiowo naprężanych siatek, na przykład z polipropylenu (zwanego poniżej „PP). Kompozyty te po laminowaniu tworzą wskutek skurczu wypukłe struktury w trzecim wymiarze. Wypukłości te, między innymi w wyniku skurczu w obu kierunkach, to znaczy wzdłuż i w poprzek monofilamentów naprężonej siatki PP, są stosunkowo nierównomierne i mają niezbyt atrakcyjny wygląd. Związanie obu warstw włókniny odbywa się zazwyczaj za pomocą siatki poprzez punktowe lub deseniowe zgrzewanie w kalandrze pod działaniem nacisku i temperatury.

W JP-A-09/111, 631 opisana jest kombinacja włóknin o różnej kurczliwoś ci. Wskutek zainicjowania skurczu jednej warstwy na powierzchni kompozytu tworzą się fale. Okrywy z włókna ciętego jako warstwy zewnętrzne nie są w tej publikacji wymienione.

W JP-A-04/312,431 opisany jest kompozyt ścierny. Ma on na jednej lub obu zewnętrznych stronach porowatą folię.

W oparciu o ten stan techniki celem wynalazku jest zaproponowanie włókiennych tworów powierzchniowych o trójwymiarowej strukturze, które charakteryzują się regularnym trójwymiarowym deseniem. W niniejszym wynalazku chodzi zatem o opracowanie metod, za pomocą których można uzyskać trójwymiarową strukturę, to znaczy przy użyciu określonych środków według wynalazku określić z góry strukturę o trójwymiarowych wypukłościach względnie wgłębieniach i wyeliminować przypadkowość oraz związane z nią nieregularności struktury.

Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze, z występującymi regularnie na przemian w odniesieniu do powierzchni tworu wypukłościami i wgłębieniami, zawierający co najmniej jedną warstwę włókniny i połączony z nią skurczony twór powierzchniowy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej jedną warstwę włókniny stanowi tworząca warstwę zewnętrzną okrywa z włókna ciętego, połączona ze skurczonym tworem powierzchniowym za pomocą spoin zgrzewanych w postaci rozmieszczonych regularnie linii, biegnących prostopadle do kierunku najsilniejszego skurczu tworu powierzchniowego.

Korzystnie deseń wiążący do mocowania okrywy z włókna ciętego na skurczonym tworze powierzchniowym ma postać rozmieszczonych regularnie i nieprzerywanych linii.

Korzystnie skurczony twór powierzchniowy jest wybrany z grupy obejmującej tkaninę, dzianinę, siatkę, matę, ułożone równolegle monofilamenty, przędze z włókien ciętych lub multifilamentów, włókninę lub folię.

Korzystnie skurczony twór powierzchniowy jest wybrany z grupy składającej się z włókniny lub folii.

Korzystnie skurczony twór powierzchniowy jest z naprężonej jednoosiowo lub dwuosiowo folii.

Korzystnie włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze zawiera skurczony twór powierzchniowy i dwie, nie skurczone lub skurczone w mniejszym stopniu, okrywy z włókna ciętego.

₂

Korzystnie okrywy z włókna ciętego mają gramaturę od 6 do 70 g/m².

Korzystnie deseń zgrzewania okryw z włókna ciętego i kurczliwego tworu powierzchniowego ma postać rozmieszczonych regularnie prostopadle do i/lub w kierunku pracy maszyny, korzystnie nieprzerywanych linii lub belek, lub linii, rozmieszczonych regularnie na powierzchni włókniny w kształcie sześciokątów.

Sposób wytwarzania włókiennego tworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze, z występującymi regularnie na przemian w odniesieniu do powierzchni tworu wypukłościami i wgłębieniami,

PL 205 538 B1 zawierającego co najmniej jedną warstwę włókniny i połączony z nią skurczony twór powierzchniowy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się kombinację co najmniej jednej okrywy z włókna ciętego jako warstwy zewnętrznej z kurczliwym tworem powierzchniowym, następnie zgrzewa się okrywę z włókna ciętego z kurczliwym tworem powierzchniowym, korzystnie pod działaniem ciepła i docisku kalandra i/lub za pomocą ultradźwięków, nadając spoinie zgrzewanej postać liniowego deseniu biegnącego prostopadle do kierunku najsilniejszego skurczu kurczliwego tworu powierzchniowego, po czym nagrzewa się otrzymany kompozyt do temperatury skurczu kurczliwego tworu powierzchniowego.

Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według wynalazku stosuje się jako filtr do filtrowania płynów, pyłów i/lub cząstek, jako mającą dużą objętość warstwę pochłaniającą i rozprowadzają c ą w wyrobach sanitarnych, zwł aszcza w pieluchach lub wyrobach sanitarnych dla kobiet, oraz jako element szczepny dla zapięć rzepowych.

Kompozyt według wynalazku zawiera co najmniej jedną warstwę włókniny i co najmniej jedną warstwę innego tworu powierzchniowego, który pod działaniem wilgotnego i/lub suchego ciepła wykazuje tendencję do skurczu względnie do zmniejszenia swej powierzchni.

Stosowane według wynalazku włókniny, nie ulegające skurczowi lub wykazujące jedynie niewielki skurcz w warunkach procesu, mogą składać się z dowolnych typów włókien o najróżniejszym titrze, na przykład od 0,5 do 5 dtex. Poza włóknami jednorodnymi można również stosować włókna heterogeniczne lub mieszaniny różnych typów włókien. Poza włókninami „spod filiery stosuje się korzystnie włókniny z włókien ciętych, zwłaszcza niezwiązane włókniny z włókien ciętych.

Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze może zawierać trzy warstwy, przy czym obie włókniny, pokrywające trójwymiarowo skurczony twór powierzchniowy, stanowią włókniny z włókien ciętych, mające jednakowe lub różne orientacje włókien i/lub mające jednakową lub róż ną budowę włókien.

Zazwyczaj stosowane włókniny względnie ich niezwiązane produkty wstępne (runa) mają gramatury od 6 do 70 g/m².

Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze zawiera korzystnie trzy warstwy i ma gramaturę od 15 do 150 g/m².

₂

Szczególnie korzystne jest zastosowanie włóknin o niewielkich gramaturach od 6 do 40 g/m². Z tych włóknin można wytwarzać wyją tkowo lekkie kompozyty, wykazujące jednocześnie dużą chłonność.

Połączenie zgrzewane pomiędzy runem włókiennym i/lub włókniną oraz skurczonym względnie kurczliwym tworem powierzchniowym kompozytu według wynalazku jest zrealizowane korzystnie za pomocą ciepła i nacisku w szczelinie kalandra i/lub ultradźwięków.

Skurcz może przy tym zachodzić tylko w jednym uprzywilejowanym kierunku, ale także w dwóch lub więcej kierunkach. Wielkości skurczu w przypadku kilku kierunków, na przykład dwóch, to znaczy w kierunku pracy maszyny i pod kątem 90° do tego kierunku, mogą być jednakowe lub różne.

Celem utrwalenia deseniu wiążącego, za pomocą którego niekurczliwa lub wykazująca jedynie niewielki skurcz w warunkach procesu włóknina jest unieruchamiana na kurczliwym tworze powierzchniowym, stosunek linii deseniu w kierunku wzdłużnym do kierunku poprzecznego powinien być zbliżony, korzystnie jednakowy. Jeżeli przykładowo kurczliwy twór powierzchniowy kurczy się wyłącznie w kierunku wzdłużnym, to znaczy nie wykazuje w ogóle skurczu poprzecznego, wówczas liniowy deseń zgrzewania włókniny i kurczliwego tworu powierzchniowego powinien przebiegać prostopadle do kierunku wzdłużnego. Jako grawerowany walec kalandra należy wówczas przykładowo zastosować walec, pokryty wypukłościami, ustawionymi w 100% w kierunku poprzecznym, zgrzewanie musi bowiem przebiegać w postaci ciągłych linii.

Okazało się, że odstęp tych linii i wielkość liniowego skurczu są odpowiedzialne za kształt wypukłości i wgłębień, co oznacza, że kształt wystających z płaszczyzny części włókiennego tworu powierzchniowego jest dokładnie określony przez przebieg linii deseniu zgrzewania.

Kurczący się względnie skurczony twór powierzchniowy może mieć dowolny charakter. Może tu chodzić o kurczliwy włókienny twór powierzchniowy, na przykład tkaniny, dzianiny, siatki, maty, ułożone równolegle monofilamenty, przędze z włókien ciętych lub multifilamentów, włókniny lub folie. Kurczliwy włókienny twór powierzchniowy może składać się z rozciągniętych, ustawionych liniowo i zorientowanych równolegle względem siebie nici lub przędz. Rozciągnięte względnie naprężone nici lub monofilamenty mogą krzyżować się z innymi, ustawionymi pod kątem do pierwszych, rozciągniętymi lub nie rozciągniętymi względnie mniej rozciągniętymi nićmi/monifilamentami

PL 205 538 B1 względnie przędzami. Krzyżujące się włókna, nici lub monofilamenty mogą być związane z innymi samoistnie, na przykład za pomocą wiązania mechanicznego lub zgrzewania w punktach krzyżowania. Wiązanie może być jednak zrealizowane również za pomocą środków wiążących, na przykład wodnych dyspersji.

Zbudowany według wynalazku i połączony w laminat, włókienny twór powierzchniowy o strukturze trójwymiarowej może się składać ze skurczonego tworu powierzchniowego i co najmniej jednej warstwy włókniny, nie skurczonej lub skurczonej w mniejszym stopniu w warunkach procesu. Skurczony twór powierzchniowy może jednak również być pokryty z obu stron włókniną, symetrycznie lub asymetrycznie, co oznacza, że obie warstwy włókniny mogą mieć jednakowe lub różne gramatury. Obie warstwy włókniny mogą podlegać, o ile wykazują one w ogóle tendencję do skurczu, jednakowemu lub różnemu skurczowi. Co najmniej jedna z obu warstw włókniny musi jednak wykazywać mniejszy skurcz niż twór powierzchniowy, usytuowany w środku kompozytu.

Kurczliwy względnie skurczony twór powierzchniowy laminatu może składać się z naprężonej jednoosiowo lub dwuosiowo folii. Folia może być wykonana znanymi metodami, na przykład metodą wydmuchiwania, to znaczy naprężana w formie rękawowej. Można ją jednak wykonać również metodą wytłaczania przez dyszę szerokoszczelinową i wydłużana poprzez mechaniczne naprężanie w kierunku pracy maszyny lub poprzecznie do tego kierunku za pomocą ramy naprężającej lub w wyniku przejścia przez parę wchodzących w siebie wzajemnie walców, pokrytych wzdłużnymi rowkami.

Typowy stosunek naprężania folii sięga 5:1 w jednym lub obu kierunkach naprężania. Pod pojęciem stosunku naprężania rozumie się stosunek długości folii po i przed naprężaniem.

Foliowy produkt wytłaczania może zawierać znane wypełniacze lub środki strukturotwórcze, na przykład cząstki nieorganiczne, jak kreda, talk lub kaolin. Dzięki tym substancjom podczas naprężania można wytworzyć strukturę mikroporowatą, charakteryzującą się lepszą zdolnością „oddychania.

Folię można jednak również przed naprężaniem poddać perforacji przy użyciu znanych metod, wskutek czego po naprężaniu następuje powiększenie perforacji.

Przed naprężaniem w folii można również wykonać szczelinowe nacięcia, z których podczas naprężania, zwłaszcza pod kątem 90° do wzdłużnego wymiaru szczelin, powstają perforacje.

Przed naprężaniem w folii można wykonać osłabienie w postaci deseniu, który przy naprężaniu poszerza się, tworząc perforacje. Deseniowe osłabienie folii można zrealizować w wyniku przejścia przez kalander, to znaczy pod działaniem ciepła i nacisku względnie w drodze obróbki ultradźwiękowej.

Niezależnie od tego, czy folia jest perforowana, zaopatrzona w deseń osłabiający lub szczelinowe nacięcia, może ona się składać z jednej warstwy lub kilku, to znaczy co najmniej dwóch, warstw, otrzymanych w wyniku wytłaczania współbieżnego. Jedna z obu lub obie zewnętrzne warstwy wytłaczanej współbieżnie folii mogą być wykonane z niżej topliwych termoplastów niż pozostała warstwa lub warstwa środkowa. Włókna otaczających kurczliwą folię warstw włókniny mogą być związane wyłącznie z niżej topliwą warstwą (warstwami) wytłaczanej współbieżnie folii, nie zaś z warstwą środkową .

Kurczliwy względnie skurczony twór powierzchniowy laminatu może składać się z luźnego runa włókiennego ze 100% kurczących się, to znaczy silnie rozciągniętych, włókien, wykonanego znanymi technikami układania włóknin. Włókna mogą być układane izotropowo lub w uprzywilejowanym kierunku, to znaczy anizotropowo. Runo włókienne może być przed laminowaniem z co najmniej jedną, nie kurczącą się warstwą włókniny wzmocnione wstępnie, przy czym tak steruje się parametrami wzmacniania, by co najwyżej w nieznacznym stopniu oddziaływać na skurcz. Runo złożone z kurczących się włókien może zawierać włókna o jednakowym lub różnym titrze. Titr tych włókien leży zazwyczaj w przedziale od około 0,5 do około 50 dtex, korzystnie pomiędzy 0,8 i 20 dtex. Włókna, tworzące kurczliwą względnie skurczoną włókninę lub runo, mogą być najróżniejszymi włóknami, na przykład włóknami jednorodnymi, ale także mogą się składać w 100% z włókien dwuskładnikowych względnie mieszaniny włókien jednorodnych i włókien dwuskładnikowych, z tym ograniczeniem, że wyżej topliwy polimer włókien dwuskładnikowych jest identyczny z polimerem włókien jednorodnych, na przykład w mieszaninie jednorodnych wł ókien polipropylenowych z dwuskł adnikowymi wł óknami polipropylenowo-polietylenowymi o strukturze „side-by-side lub strukturze rdzeniowo-płaszczowej. W tym ostatnim przypadku płaszcz jest z polietylenu, działającego jako substancja wiążąca, służąca do unieruchomienia jednego lub dwóch nie kurczących się, włókiennych tworów powierzchniowych na jednej lub obu stronach warstwy włókien kurczliwych.

PL 205 538 B1

Kurcząca się względnie skurczona warstwa runa lub włókniny może być perforowana znanymi metodami lub mieć strukturę siatki.

Korzystne są takie metody perforacji lub wytwarzania określonej struktury, które polegają na zasadzie przesuwania włókien w jedną stronę i tworzenia w ten sposób deseniu. Takie nieniszczące metody są przedstawione w europejskich opisach patentowych nr EP-A-919,212 i EP-A-789,793.

Można również zastosować metody perforacji opisane powyżej w odniesieniu do folii.

Jako kurczliwą względnie skurczoną warstwę struktury kompozytowej można zastosować także naprężoną jedno- lub dwuosiowo, wytłaczaną siatkę plastikową. Stopień naprężenia w obu kierunkach może być jednakowy lub różny.

Korzystnie jednak co najmniej w jednym uprzywilejowanym kierunku zastosowane jest silne rozciągnięcie. Pod pojęciem silnego rozciągnięcia rozumie się stosunek rozciągania, wynoszący co najmniej 3:1.

Grubości nici wynoszą korzystnie od 150 do 2000 urn. Pod pojęciem wytłaczanych siatek plastikowych rozumie się twory powierzchniowe o strukturze siatkowej, które powstają w ten sposób, że pierwsze równoległe wiązki monofilamentów krzyżują się z drugimi, także równoległymi wiązkami monofilamentów pod określonym stałym kątem i w punktach krzyżowania są zgrzane samoistnie. W siatkach plastikowych obie wiązki monofilamentów są zazwyczaj wykonane z tego samego polimeru. Grubość i stopień rozciągnięcia dwóch wiązek filamentów mogą być jednak różne.

Jako kurczliwy względnie skurczony twór powierzchniowy można również stosować maty, które różnią się od siatek plastikowych tym, że krzyżujące się wiązki filamentów są w punktach krzyżowania połączone ze sobą nie samoistnie, lecz za pomocą środka wiążącego, na przykład wodnych dyspersji polimeru. W tym przypadku obie równoległe wiązki monofilamentów mogą być z różnych polimerów. Maty nadają się do zastosowania w niniejszym wynalazku z reguły jedynie wówczas, gdy co najmniej jedna z obu wiązek filamentów jest naprężona. W przypadku mat można stosować zarówno naprężone nici monofilamentowe, jak też filamenty jednorodne. Kąt krzyżowania się wiązek jest w zasadzie dowolny, ze względów praktycznych jednak korzystny jest kąt 90°. Jedne wiązki filamentów w macie lub siatce plastikowej są korzystnie równoległe do kierunku pracy maszyny, zaś drugie wiązki są ustawione poprzecznie, to jest pod kątem 90°, do kierunku pracy maszyny. Odstęp pomiędzy pierwszymi równoległymi filamentami, biegnącymi w kierunku pracy maszyny, leży zazwyczaj w przedziale od około 05, do około 20 mm, korzystnie pomiędzy 2 i 10 mm, zaś odstęp drugich równoległych wiązek filamentów leży zazwyczaj pomiędzy 3 i 200 mm. Skurcz pierwszych wiązek filamentów wynosi zazwyczaj od powyżej 50 do 100%, korzystnie od 70 do 100%, zwłaszcza 100% całkowitego skurczu powierzchniowego. W tym ostatnim przypadku powstają dokładnie ukształtowane pofałdowania względnie fale.

Skurcz drugich wiązek filamentów wynosi zazwyczaj od 0 do 50%, korzystnie od 0 do 30%, zwłaszcza 0% całkowitego skurczu powierzchniowego.

Poza opisanymi powyżej, kurczliwymi względnie skurczonymi tworami powierzchniowymi można także zastosować tkaniny lub dzianiny, pod warunkiem, że włókna kurczliwe lub skurczone biegną co najmniej w jednym z obu uprzywilejowanych kierunków, to znaczy w przypadku tkaniny w kierunku wątku lub osnowy.

Włóknina zastosowana do skurczu może być przed laminowaniem do postaci kompozytu poddana procesowi wydłużania. Korzystnie włókninę wydłuża się za pomocą sił mechanicznych, działających w kierunku pracy maszyny, przy czym zachodzi - o ile włóknina składa się z całkowicie rozciągniętych włókien - odpowiednie skrócenie w kierunku poprzecznym, czyli ubytek szerokości.

Te procesy zwane „neck-in-stretch (rozciągania z przewężeniem) powodują wyraźną zmianę orientacji włókien we włókninie w kierunku realizowanego naprężania. Taką zmianę orientacji można ułatwić, jeżeli podczas naprężania wiązania wewnątrz włókniny zostaną rozerwane lub silnie rozluźnione wskutek wzrostu temperatury, zaś zmiana orientacji włókien zostanie utrwalona poprzez oziębienie do temperatury pokojowej. Takie zmiany orientacji włókien są korzystne, jeżeli początkowo włóknina była izotropowa względnie jedynie nieznaczna część włókien była ułożona w kierunku uprzywilejowanym, lub też skurcz ma zaistnieć tylko w jednym kierunku, zaś włóknina ma wykazywać wyraźne pofałdowanie.

Sposób wytwarzania opisanego powyżej włókiennego tworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze zawiera według wynalazku etapy, polegające na zastosowaniu kombinacji co najmniej jednego runa włókiennego i/lub włókniny z kurczliwym tworem powierzchniowym, następnym wykonaniu,

PL 205 538 B1 korzystnie pod działaniem ciepła i docisku kalandra i/lub za pomocą ultradźwięków, połączenia zgrzewanego pomiędzy runem włókiennym i/lub włókniną i kurczliwym tworem powierzchniowym w postaci liniowego deseniu biegnącego co najmniej prostopadle do kierunku najsilniejszego skurczu kurczliwego tworu powierzchniowego, i wreszcie nagrzaniu otrzymanego kompozytu do takiej temperatury, że zapoczątkowany zostaje skurcz kurczliwego tworu powierzchniowego i powstają występujące regularnie na przemian w odniesieniu do powierzchni tworu wypukłości i wgłębienia.

Termiczne zgrzewanie runa włókiennego i/lub włókniny oraz kurczliwego tworu powierzchniowego można realizować w dowolny sposób, na przykład w drodze kalandrowania z użyciem kalandra gofrującego, którego jeden walec ma regularny deseń liniowy, lub w drodze zgrzewania za pomocą ultradźwięków względnie promieni podczerwonych, oddziałujących na włókninę w obrębie zadanego deseniu.

Kompozyt według wynalazku charakteryzuje się dużą grubością w odniesieniu do niewielkiej gramatury. Występujące naprzemiennie wypukłości i wgłębienia tworzą przestrzeń, w której mogą się pomieścić płyny o lepkości od niskiej do wysokiej, płynne układy wielofazowe, jak na przykład substancje unoszące się na powierzchni płynów, dyspersje i emulsje oraz inne układy dyspersyjne, również zawierające ciała stałe, a także cząstki stałe i pyły z powietrza lub gazów. Płyny te lub cząstki stałe mogą częściowo lub całkowicie wypełniać przestrzenie pomiędzy występującymi naprzemiennie wypukłościami i wgłębieniami, mogą również jedynie pokrywać warstwą powierzchnię kompozytu według wynalazku.

Kompozyt według wynalazku stosuje się zwłaszcza jako filtr do filtrowania płynów, pyłów i/lub cząstek, jako mającą dużą objętość warstwę pochłaniającą i rozprowadzającą w wyrobach sanitarnych, zwłaszcza w pieluchach lub wyrobach sanitarnych dla kobiet, oraz jako elementu sczepnego dla zapięć rzepowych. Zastosowania te stanowią także przedmiot niniejszego wynalazku.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykład falistości (pagórki/pofałdowania), fig. 2a, 2b i 2c - szczegóły z fig. 1, fig. 3 i 4 - powierzchnię walca kalandrują cego, fig. 5a i 5b - przypadek skurczu, wynoszą cego po 50% w kierunku pracy maszyny i w kierunku poprzecznym do niego, fig. 6a i 6b - kompozyt z liniowym skurczem w kierunku poprzecznym do kierunku pracy maszyny, fig. 7a i 7b - kompozyt z liniowym skurczem w kierunku pracy maszyny, fig. 8a i 8b - kompozyt z liniowym skurczem w kierunku pracy maszyny i w kierunku poprzecznym do niego, oraz fig. 9 - kompozyt z fig. 8b w widoku perspektywicznym.

Jeden z licznych wariantów włókiennego tworu powierzchniowego według wynalazku jest przedstawiony schematycznie na fig. 1. W tym przypadku kompozyt składa się łącznie z trzech warstw włókniny.

Warstwy 1 i 2 włókniny są warstwami nieskurczonymi, które w postaci nieprzerwanych linii, pod działaniem nacisku i temperatury lub w drodze zgrzewania ultradźwiękowego, zostały przed skurczeniem zgrzane z usytuowanym w środku kompozytu runem włókiennym trzeciej warstwy 7 włókniny. Trzy warstwy włókniny są połączone ze sobą integralnie na mających kształt żeber lub linii, wzajemnie równoległych obszarach zgrzewania 5. W kompozycie przedstawionym na fig. 1 zarówno mieszaniny włókien, jak też gramatury obu warstw 1 i 2 włókniny są identyczne, w związku z czym po skurczu warstwy 7 włókniny powstaje podwójna fala, której przekrój wykazuje dokładną symetrię lustrzaną i która z obu stron ma jednakową wysokość 10 i 11. Pod pojęciem wysokości fali rozumie się maksymalny odstęp fali od środka kompozytu. W obszarze wierzchołków 3 i 4 fal o symetrii lustrzanej włókna warstw 1 i 2 włókniny są najsłabiej sprasowane. Stopień sprasowania wzrasta od wierzchołków 3 względnie 4 do obszaru zgrzewania 5 i osiąga tam swoje absolutne maksimum. Skurczona warstwa 7 włókniny jest związana najsłabiej w środku 7a pomiędzy żebrowymi obszarami zgrzewania 5, zaś najsilniej w obrębie obszarów zgrzewania 5.

Oczywiście warstwy 1 i 2 włókniny mogą mieć także różną budowę i różne gramatury. Skurcz w przypadku fig. 1 zachodził wyłącznie w kierunku linii 9-9, przy czym kierunek ten jest identyczny z kierunkiem pracy maszyny (kierunkiem wzdłużnym). Faliste wypukłości warstw 1 i 2 włókniny powodują powstanie pustek 12 i 13, rozmieszczonych także w układzie symetrii lustrzanej.

Na fig. 2a, 2b i 2c przedstawiona jest w przekroju wzdłuż linii 9-9 górna połowa lustrzanej fałdy. Fałda rozciąga się, jak widać na fig. 2a, od jednego obszaru zgrzewania 5 przez wierzchołek 3 do drugiego obszaru zgrzewania 5. Punkty przegięcia c1 i d1 fałdy, czyli wypukłość fałdy zależą silnie od układalności względnie odkształcalności warstw 1 i 2 włókniny. Na fig. 2a przedstawiona jest włóknina

PL 205 538 B1 o większej sztywności (mniejszej układalności) niż na fig. 2b. Przy bardzo małych ciężarach włóknin o bardzo słabym wzglę dnie jedynie punktowym związaniu w obrębie warstwy włókniny może dojść do zapadnięcia się wierzchołka 14 fałdy wskutek zbyt małej sztywności, jak ukazano na fig. 2c. Wówczas powstają dwa nowe wierzchołki 13, które w idealnym przypadku są usytuowane symetrycznie względem osi symetrii g i mają jednakowy kształt.

Stosunek a/0,5b wysokości a fałdy do połowy odstępu b/2 pomiędzy dwoma sąsiednimi obszarami zgrzewania 5 oraz układalność obu warstw 1 i 2 włókniny wyznaczają w zasadzie kształt fałdy. Wysokość a w stosunku do b/2 jest określona przez stosunek odstępu obszarów zgrzewania 5 przed i po skurczu. Im większy jest ten stosunek (b przed) do (b po), tym większy jest stosunek a/0,5 (b po). Udział powierzchni w kompozycie, zajętych przez pofałdowania względnie fale, w stosunku do powierzchni całkowitej po skurczu zależy również od udziału powierzchni niezwiązanych z warstwą 7 przed skurczem, to znaczy po umocnieniu do postaci kompozytu, oraz stopnia zmniejszenia powierzchni w wyniku skurczu. Liczba fałd względnie fal przypadających na m² także zależy od wielkości skurczu powierzchniowego. Wielkość fałd lub fal, względnie odstęp b po skurczu są również wyznaczone przez wielkość powierzchni niezwiązanych obszarami zgrzewania 5 i stosunek powierzchni po i przed skurczem.

Kształt wypukłości względnie wybrzuszeń w skurczonym kompozycie względnie ich odkształcenia po skurczu zależą od kształtu powierzchni nie połączonych ze środkową warstwą 7 w obszarach związania lub obszarach zgrzewania 5, skurczu całej powierzchni oraz stosunku skurczu w kierunku pracy maszyny i w kierunku do niego poprzecznym. W przypadku silnie rozciągniętych mono- lub multifilamentów, ułożonych w kompozycie równolegle do kierunku pracy maszyny (względnie ogólnie w kierunku uprzywilejowanym), występuje tak zwany skurcz liniowy, które to pojęcie oznacza skurcz wyłącznie w tym uprzywilejowanym kierunku.

W różnych wariantach wynalazku włókna lub części mieszaniny włókien nie podlegających skurczowi, zewnętrznych warstw włókniny trójwarstwowego kompozytu należy bardziej lub mniej dopasować do kurczącej się warstwy środkowej. Miękkość względnie sztywność tych warstw zewnętrznych o trójwymiarowej strukturze można zmieniać w szerokich granicach, dobierając odpowiednio włókna. Ukształtowanie tych trójwymiarowych warstw włókniny zależy w dużym stopniu od wymaganych własności względnie przeznaczenia kompozytu.

Dla ukształtowania obu zewnętrznych warstw kompozytu, którym nadaje się strukturę trójwymiarową, a także dla integralności ich struktury istotne znaczenie ma to, czy podlegająca skurczowi warstwa środkowa ma strukturę porowatą, czy też szczelną lub nieprzepuszczalną, to znaczy, czy składa się z włókien, siatek, mat, czy też z nieprzepuszczalnych folii.

Przy zastosowaniu folii siła potrzebna do rozdzielenia trójwymiarowych warstw włókniny i folii jest określona wyłącznie przez jakość związania włókien i folii na powierzchni granicznej pomiędzy tymi materiałami. Folia działa jak warstwa rozdzielcza dla górnej i dolnej trójwymiarowej warstwy włókniny. Dla osiągnięcia wystarczających sił rozdzielających/sił wiążących pomiędzy folią i trójwymiarową warstwą włókniny korzystne jest, jeżeli folia i włókna (co najmniej część mieszaniny włókien) wykazują przyczepność względem siebie. Osiąga się to w znany sposób tak, że folie i włókna względnie składnik włókien dwuskładnikowych lub części mieszaniny włókien są z podobnych chemicznie lub jednakowych polimerów. Jeżeli jako podlegającą skurczowi folię zastosuje się przykładowo folię naprężaną dwuosiowo metodą rozdmuchową (folia PPO), wówczas z punktu widzenia dobrej przyczepności korzystne jest, jeżeli co najmniej wysoki udział procentowy (co najmniej 20-30% wagowych) warstwy włókniny odkształconej do struktury trójwymiarowej składa się również z jednorodnych włókien poliolefinowych lub wykonanych z kopolimeru poliolefinowego, zaś w przypadku włókien dwuskładnikowych wiążący, niżej topliwy składnik jest z poliolefiny.

Przykładem takich włókien o dobrej przyczepności względem powłoki PP są włókna z PP, kopolimeru PP, PE lub kopolimeru PE względnie włókna dwuskładnikowe, których rdzeń jest na przykład z poliestru, zaś płaszcz z PP, PE lub ich kopolimerów. Polimer włóknisty, pełniący funkcję składnika wiążącego, można także zastąpić środkiem zwiększającym podatność na klejenie (tackyfier) lub zmiękczaczem. Aby podczas zgrzewania ultradźwiękami lub pod działaniem temperatury i nacisku runa włókiennego na folię nie doszło do uszkodzeń lub zniszczeń, temperatura topnienia lub mięknienia niżej topliwych składników włókien nie powinna być wyższa niż odpowiednia temperatura naprężonej folii, korzystnie zaś powinna być co najmniej o 5 do 10°C niższa od temperatury topnienia lub mięknienia folii.

PL 205 538 B1

Kolejna możliwość zabezpieczenia folii względnie rdzenia folii przed mechanicznym zniszczeniem lub osłabieniem polega na zastosowaniu wytłaczanej współbieżnie obustronnie lub jednostronnie, naprężonej folii. Pod pojęciem tym w ramach niniejszego opisu rozumie się folię 2- do 3-warstwową, której rdzeń jest z polimeru o wyższej odporności termicznej niż polimer, tworzący jedną lub obie warstwy zewnętrzne. Jako przykład można tutaj wymienić trójwarstwową, naprężoną folię z PPO jako rdzeniem i dwiema (najczęściej lżejszymi) warstwami zewnętrznymi z polietylenu, kopolimerów poliolefin lub EVA (kompolimer etylenu i octanu winylu).

Jeżeli według wynalazku na warstwę podlegającą skurczowi zastosuje się rozciągane siatki lub maty, wówczas dopasowanie składu polimeru włókien włókniny o trójwymiarowej strukturze do kurczącej się warstwy środkowej celem zapewnienia przyczepności pomiędzy włókniną i siatką odgrywa niewielką, a nawet całkowicie pomijalną rolę. Powierzchnia zajmowana przez zorientowane monofilamenty w kierunku wzdłużnym i poprzecznym w macie/siatce jest pomijalnie mała w porównaniu do powierzchni całkowitej. Związanie obu warstw włókniny powyżej i poniżej maty/siatki zachodzi właściwie poprzez otwarte powierzchnie, nie zajęte przez filamenty. Przyczepność włókien do monofilamentów maty/siatki jest w zasadzie nieznacząca. Dla wystarczającego związania kompozytu korzystne jest, jeżeli górna trójwymiarowa warstwa włókniny składa się z takich samych lub podobnych chemicznie, to znaczy kompatybilnych włókien wiążących, co włókna maty/siatki, przy czym ich udział w obu warstwach włókniny może być jednakowy lub różny.

Naprężona siatka może być wytłaczana współbieżnie podobnie do folii, przy czym ze wspomnianych wyżej przyczyn zastosowanie siatki wyciskanej współbieżnie nie przyczynia się znacząco do związania całego kompozytu.

Korzystna okazała się realizacja wytwarzania 2- lub 3-warstwowego kompozytu i jego skurczu celem otrzymania trójwymiarowego kompozytu w oddzielnych etapach. Poza tym korzystny jest taki dobór włókien wiążących, które zapewniają większą integralność struktury kompozytu, że ich przedział mięknienia względnie klejenia na gorąco leży co najmniej 10°C, korzystnie co najmniej 15°C, poniżej odpowiedniego przedziału dla warstwy podlegającej skurczowi. Korzystne dla wytwarzania według wynalazku struktur trójwymiarowych w wyniku skurczu w aspekcie sterowania procesem, równomierności skurczu powierzchniowego i jakości struktury trójwymiarowej, okazało się prowadzenie procesu w dwóch oddzielnych etapach. Połączenie obu etapów sposobu w przypadku laminowania pod działaniem ciepła i nacisku jest wprawdzie możliwe w szczelinie kalandra względnie poprzez zrobienie pętli wokół ogrzewanego walca kalandrującego celem wydłużenia czasu przebywania produktu, jednak jest mniej zalecane z uwagi na drastyczne obniżenie szybkości produkcji.

Na fig. 3a uwidoczniona jest w widoku z góry powierzchnia walca kalandrującego z wgłębieniami w postaci równobocznych sześciokątów. Równoboczny sześciokąt jest w zasadzie dokładnie zdefiniowany już przez jego powierzchnię 17 i długość 19 boków. Celem dokładniejszego zdefiniowania sześciokąta na fig. 3a podana jest również długość 20 od górnego do dolnego wierzchołka, to znaczy w kierunku 27 pracy maszyny, oraz szerokość w kierunku poprzecznym do kierunku pracy maszyny. Obie najkrótsze odległości 16 i 18 pomiędzy równobocznymi sześciokątami są identyczne i wyznaczają ramy sześciokąta, a co za tym idzie, nieprzerwane linie zgrzewania względnie deseń zgrzewania o strukturze plastra miodu w nieskurczonym kompozycie, zgrzanym pod działaniem ciepła i nacisku względnie za pomocą ultradźwięków.

Na fig. 3b ukazany jest przypadek kompozytu skurczonego wyłącznie w kierunku 27 pracy maszyny, przy czym skurcz ten ma charakter liniowy i wynosi 50%. Ma on miejsce przykładowo wówczas, gdy jako kurczliwy twór powierzchniowy zastosuje się wytłaczaną siatkę, która została uprzednio naprężona jedynie w kierunku pracy maszyny.

W wyniku tego 50% skurczu tylko w jednym uprzywilejowanym kierunku (na przykład kierunku pracy maszyny) w kompozycie następuje skrócenie o połowę odległości 20 do odległości 26 oraz skrócenie również o połowę długości 19 boków do długości 25, natomiast odstęp 21 przed i po skurczu pozostaje bez zmian. Powierzchnia 17 równobocznego sześciokąta zmniejsza się do powierzchni 23, zaś z równobocznego sześciokąta przed skurczem powstaje sześciokąt nierównoboczny, ściśnięty w kierunku pracy maszyny o 50%. Stąd też równe odstępy 16 i 18 przekształcają się po skurczu w nierówne odstępy 22 i 24, przy czym 24 > 22.

Na fig. 4a przedstawiona jest ta sama powierzchnia walca kalandrującego, co na fig. 3a.

Na fig. 4b ukazany jest przypadek kompozytu skurczonego wyłącznie w kierunku poprzecznym do kierunku 27 pracy maszyny, przy czym skurcz ten ma charakter liniowy i wynosi 50%. Ma

PL 205 538 B1 on miejsce przykładowo wówczas, gdy jako kurczliwy twór powierzchniowy zastosuje się wytłaczaną siatkę, która została uprzednio naprężona jedynie w kierunku prostopadłym do kierunku pracy maszyny.

W wyniku tego 50% skurczu tylko w jednym uprzywilejowanym kierunku w kompozycie następuje skrócenie o połowę odległości 21 do odległości 28, natomiast odstęp 20 przed i po skurczu pozostaje bez zmian. Powierzchnia 17 równobocznego sześciokąta zmniejsza się do powierzchni 29, zaś z równobocznego sześciokąta przed skurczem powstaje sześciokąt nierównoboczny, ściśnięty w kierunku prostopadłym do kierunku pracy maszyny o 50%. Stąd też równe odstępy 16 i 18 przekształcają się po skurczu w nierówne odstępy 30 i 31/ przy czym 31 > 30.

Na fig. 5a i 5b przedstawiony jest przypadek skurczu, wynoszącego po 50% w kierunku pracy maszyny i w kierunku do niego poprzecznym. Skurcz całkowity wynosi 75%. W tym przypadku sześciokąty równoboczne zmniejszają się odpowiednio, zachowując równoboczność. Najkrótsze odstępy pomiędzy bokami ulegają skróceniu o 50%.

Na fig. 6a ukazany jest w dużym powiększeniu widok z góry kompozytu przed kurczeniem. Kompozyt jest wiązany na całej szerokości 34 produktu w równoległych liniach lub belkach o grubości 33, powierzchni 32 i odstępie 35 pod działaniem ciepła i nacisku względnie przy użyciu ultradźwięków. To wiązanie z dociskiem oznacza się w ramach niniejszego opisu skrótem LS (linear seal).

Stan przedstawiony na fig. 6b powstaje po około 25% skurczu wyłącznie w kierunku poprzecznym do kierunku pracy maszyny. Szerokość 34 produktu na fig. 6a ulega zatem skróceniu o 25% do szerokości 38 produktu na fig. 6b. Wskutek tego, że w kierunku pracy maszyny skurcz nie występuje, grubość belek pozostaje bez zmian, to znaczy wymiar 33 odpowiada 37, a także odstęp belek względem siebie pozostaje również stały, to znaczy 35 odpowiada 39.

Na fig. 7a i 7b przedstawiony jest także w dużym powiększeniu widok z góry związanego w układzie LS kompozytu przed i po skurczu. W tym przypadku 23% skurcz występuje wyłącznie w kierunku 48 pracy maszyny. Szerokość produktu pozostaje odpowiednio niezmieniona (przy założeniu, że nie zachodzą wciągnięcia), podobnie jak długość belek, to znaczy 42 odpowiada 46. Powierzchnia 40 belek przed skurczem zmniejszyła się o 23% do powierzchni 44 po skurczu, podobnie odstęp 43 belek przed skurczem zmniejszył się o 23% do odstępu 47 po skurczu i odpowiednio szerokość belek 41 przed skurczem zmniejszyła się do szerokości 45 po skurczu.

Przedstawiony na fig. 7b w widoku z góry, trójwarstwowy kompozyt o wyłącznie liniowym skurczu w kierunku pracy maszyny daje w widoku perspektywicznym, podobnie do przedstawionego na fig. 1, wyraźnie ukształtowane fale, przy czym wysokość 11 fal w ich punkcie wierzchołkowym 3 wzdłuż linii 49 jest stała na całej szerokości produktu.

Przypadek skurczu trójwarstwowego kompozytu, mającego na przykład budowę włóknina/folia kurczliwa/włóknina, jest ukazany na fig. 8a i 8b, to znaczy zarówno powierzchnia 52 związania belek, jak też odstęp 53 belek zmniejszają się odpowiednio do skurczu w kierunku pracy maszyny i w kierunku do niego poprzecznym odpowiednio do wymiarów 54 względnie 55.

Na fig. 9 uwidoczniony jest w widoku perspektywicznym kompozyt z fig. 8b, przy czym przedstawiony jest przekrój widoku wzdłuż linii 57 i stan wzdłuż linii 56.

Widać przy tym, że wysokość pofałdowań wzdłuż linii 56 na całej szerokości produktu nie zawsze jest jednakowa, lecz w wyniku skurczu poprzecznego powstają na nich mikrofałdy 58.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony na podstawie poniższych przykładów, które jednak nie stanowią jego ograniczenia.

P r z y k ł a d 1

Do układania runa użyto zgrzeblarki z układaczem poprzecznym (oznaczoną K1), zgrzeblarki nad taśmą do układania włókien (oznaczoną K2) z układaniem włókien ciętych w kierunku pracy maszyny i ponownie zgrzeblarki z układaczem poprzecznym (oznaczoną K3). W ten sposób można było zrealizować trójwymiarową kompozytową budowę włókniny. Warstwy runa włókiennego, układane za pomocą K1, K2 i K3, oznaczono odpowiednio F1, F2 i F3.

Zarówno skład włókien, ich orientacja, a także gramatury runa F1 i F3 były identyczne. F1 i F2 składały się z 40% włókien typu rdzeń/płaszcz z politereftalanu etylu jako rdzenia i kopoliestru, o przedziale topnienia 91 - 140°C, titrze 17 dtex i długości 64 mm, oraz 60% włókien jednorodnych z politereftalanu etylu o titrze 8,8 dtex i długości 60 mm. F1 i F3 układano poprzecznie do kierunku pracy maszyny (co tutaj oznaczono skrótem „cd od „cross machinę direction). Gramatura runa F1 i F2 wynosiła po 10 g/m². F2 było układane pomiędzy F1 i F3 w kierunku pracy maszyny (oznaczanym tutaj

PL 205 538 B1 „md od „machinę direction) i składało się z runa o gramaturze 10 g/m², w którym 100% stanowiły włókna polipropylenowe o titrze 12 dtex i długości 60 mm.

Wszystkie włókna zastosowane w przykładzie 1 były całkowicie rozciągnięte. Skędzierzawienie włókien dwuskładnikowych i włókien z politereftalanu etylu było dwywymiarowe i było prowadzone metodą zgniatania w komorze. Włókna polipropylenowe warstwy F2 wykazywały trójwymiarowe skędzierzawienie spiralne. Włókna takie są zalecane, gdy trzeba osiągnąć wysoki stopień sprasowania warstw włókien i stosunkowo duże objętości (włókna zwane high-loft).

Temperatury topnienia włókien z politereftalanu etylu względnie wykonanego z politereftalanu etylu rdzenia włókien dwuskładnikowych różniły się od siebie o ponad 90°C, w związku z czym przy nagrzewaniu włókniny kompozytowej do temperatury skurczu włókien polipropylenowych wyłącznie te włókna podlegały skurczowi.

Zbudowany z trzech run F1, F2 i F3, trójwarstwowy kompozyt został przed doprowadzeniem do pary walców kalandrujących lekko sprasowany w 80°C w wyniku przejścia przez dwa stalowe walce prasujące, nagrzane do 80°C.

Para walców kalandrujących składała się z gładkiego walca stalowego i grawerowanego walca stalowego. Grawerowany walec stalowy był pokryty równoległymi względem siebie i poprzecznymi względem kierunku pracy maszyny, prostymi liniami lub paskami o szerokości 1,0 mm. Odstęp równoległych pasków, mierzony od środka jednego paska do środka drugiego, wynosił 4,0 mm. Powierzchnia zgrzewania wynosiła 25%. Wypukłości pasków miały kształt stożkowy. Głębokość grawerowania wynosiła 0,9 mm.

Oba walce były nagrzane do temperatury 130°C. Nacisk liniowy wynosił 65 N/mm. Z uwagi na symetryczną strukturę trójwarstwowego kompozytu, to znaczy z uwagi na fakt, że F1 było identyczne z F3, nie miało znaczenia, które z obu tych run stykało się z walcem grawerowanym przy przejściu przez kalander.

Wzmocniony w ten sposób pod działaniem ciepła i nacisku produkt rozpięto na ramie naprężającej i pozostawiono na 30 s w temperaturze 160°C w suszarce szafkowej. W wyniku tej obróbki termicznej produkt skurczył się o 45,1% w kierunku md i o 20,2% w kierunku cd.

Mimo wyczesywania warstwy F2 włókien w kierunku md nastąpił jednak niewielki skurcz w kierunku cd, spowodowany skę dzierzawieniem włókien i związanym z tym, pewnym stopniem zorientowania włókien. Z wielkości skurczu w kierunkach md i cd obliczono skurcz powierzchniowy równy 56,7%. Skurcz powierzchniowy można jednak również obliczyć za pomocą podanych niżej równań matematycznych (i), (ii) i (iii) z podanych w g/m² gramatur włókniny kompozytowej przed i po skurczu, dla przypadku, gdy nie nastą piło przewężenie względnie ubytek szerokości wskutek naciągnięcia.

So - (1-Gv/Gn) * 100[%] (i)

Sq = (1-bn/bv) * 100[%] (ii)

Sl = (1-Gv*bv) / (Gn*bn) * 100 [%] (iii) gdzie

So = skurcz powierzchniowy w %

Sq = liniowy skurcz w kierunku poprzecznym w %

Sl = liniowy skurcz w kierunku wzdłużnym w %

Gv = gramatura przed skurczem w g/m²

Gn = gramatura po skurczu w g/m² bv = szerokość produktu przed skurczem w m bn = szerokość produktu po skurczu w m

Po skurczu środkowej warstwy F2 włókien trójwarstwowego kompozytu włókninowego, składającej się w 100% z polipropylenu, powstały ukazane na fig. 1, skierowane z obu stron w trzeci wymiar, pofałdowania. Mimo całkowicie symetrycznej budowy kompozytu, złożonego z F1, F2 i F3, punkty wierzchołkowe pofałdowań po stronie walca grawerowanego były nieznacznie wyższe niż te, które podczas kalandrowania były zwrócone w stronę gładkiego walca stalowego.

Różnice w wysokości wierzchołków z obu stron skurczonej warstwy F2 okazały się tym mniejsze, im większa była głębokość grawerowania.

W tabeli 1 podana jest budowa kompozytu i parametry skurczu dla przykł adów 1 do 5. Zmierzono grubość przy nacisku 780 Pa, gramaturę, zdolność powrotu do stanu wyjściowego po określonym obciążeniu ściskającym i odporność na ściskanie.

PL 205 538 B1

Z punktu widzenia zastosowania włókniny jako warstwy pochł aniają cej i rozprowadzają cej w pieluchach istotną rolę odgrywa odporność na ś ciskanie KW, zdolność powrotu do stanu wyjś ciowego W i granica pełzania KB. Te wielkości względne oblicza się na podstawie grubości dla dwóch różnych obciążeń ściskających.

Pomiary grubości przeprowadzono w sposób następujący:

Próbkę obciążano 30 sekund naciskiem 780 Pa (8 g/cm²) i odczytywano grubość po upływie tych 30 sekund. Bezpośrednio potem zwiększano nacisk poprzez wymianę obciążników na mierniku grubości do 6240 Pa (64 g/cm²) i po następnych 30 sekundach odczytywano grubość dokładnie w tym samym miejscu pomiarowym. KW obliczano ze stosunku grubości przy 6240 Pa i grubości przy 780 Pa, po czym podawano ją w procentach.

Po wykonaniu pomiarów grubości wyznaczono ponownie grubość przy 780 Pa dokładnie w tym samym miejscu pomiarowym. Zdolność powrotu do stanu wyjściowego W obliczano ze stosunku najpierw zmierzonej grubości przy 780 Pa i grubości przy 780 Pa, odczytanej po zakończeniu pomiarów, i takż e podawano w procentach.

Celem wyznaczenia granicy pełzania KB próbkę obciążano przez 24 godziny naciskiem 3500 Pa (36 g/cm²) w temperaturze 60°C, po czym wyznaczano grubość przy obciążeniu 780 Pa. Wartość KB otrzymywano, dzieląc grubość próbki, ściskanej pod obciążeniem 3500 Pa w 60°C przez 24 godziny, przez grubość próbki nieściskanej, przy czym każda z tych grubości była wyznaczana przy 780 Pa, i mnożąc przez 100 (wynik w procentach).

Zwłaszcza w przykładzie 2, charakteryzującym się bardzo korzystnym stosunkiem grubości w mm do gramatury w g/m², otrzymano wysokie warto ś ci zdolnoś ci powrotu do stanu wyjś ciowego i odporności na ściskanie. Jest to skutkiem obecności obustronnych pofałdowań, rozmieszczonych w ukł adzie symetrii lustrzanej.

Wymagania w zakresie dobrej zdolności powrotu do stanu wyjściowego i znacznej odporności na ściskanie, w połączeniu z dużą objętością porów i własnościami hydrofilowymi, oznaczającymi dobrą zdolność zwilżania przez płyny fizjologiczne, są typowe dla stosowanych w pieluchach warstw pochłaniających i rozprowadzających płyny, które umieszcza się pomiędzy włókniną osłaniającą i pochłaniającym rdzeniem celem uzyskania lepszej gospodarki płynami. Objętość porów oblicza się z gruboś ci tworu powierzchniowego (przy okre ś lonym nacisku = obciążeniu) wzglę dnie na podstawie różnicy pomiędzy wynikającą stąd objętością i objętością, zajętą przez same włókna. Rozkład i wielkość porów jest silnie uzależniona od stosunku grubości do gramatury. Im grubsze są włókna i większa grubość utworzonego z nich tworu powierzchniowego, tym większe są pory i tym mniejsza jest ich liczba. Duża objętość porów i znaczna ich wielkość stanowią czynniki sprzyjające pochłanianiu płynów.

Przedstawiony w przykładzie 1 wariant wynalazku nadaje się znakomicie do tego zastosowania i w odniesieniu do gospodarki płynami jest lepszy niż inne znane rozwiązania. Aby to udowodnić, jako porównanie dla przykładu 1 rozważono termicznie związaną włókninę o porównywalnej gramaturze i takiej samej mieszaninie włókien F1 i F3. Trzy warstwy, z których zbudowany był kompozyt, nazwano S1, S2 i S3. W przykładzie 1 wszystkie trzy warstwy składały się z włókien (F1, F2, i F3).

Z wartoś ci zamieszczonych w tabeli 1 dla przykładu 1 i przykładu porównawczego wynika wyraźnie przewaga przykładu 1 według wynalazku.

P r z y k ł a d 2

W przykł adzie 2 zastosowano te same metody ukł adania wł ókniny, co w przyk ł adzie 1, mianowicie włókna F1 względnie S1 układano w kierunku cd, włókna F2 względnie S2 w kierunku md, zaś F3 względnie S3 znowu w kierunku cd. Warunki wzmacniania w kalandrze, to znaczy użyty walec grawerowany i parametry skurczu były identyczne z przykładem 1. Niższa wartość skurczu w porównaniu do przykładu 1 stanowiła rezultat wyższych gramatur run F1 i F3. Jak wynika z tabeli 1, zastosowano inne gramatury run oraz inne titry włókien.

W związku z cień szymi włóknami i mniejszym skurczem powierzchniowym równym 50,6% uzyskano wprawdzie w przybliżeniu taką samą odporność na ściskanie i porównywalną zdolność powrotu do stanu wyjściowego, to wszystko jednak przy wyraźnie mniejszej grubości 2,70 mm zamiast 3,60 mm. Rezultaty były jednak lepsze w porównaniu do stanu techniki. Wyniki pomiarów są zamieszczone w tabeli 2.

Przykład porównawczy do przykładów 1 i 2

W kierunku pracy maszyny ułożono runo o gramaturze 70 g/m², składają ce się z 50% włókien dwuskładnikowych typu rdzeń/płaszcz z polipropylenem jako rdzeniem i polietylenem wysokiej gęstości

PL 205 538 B1 (HDPE) jako płaszczem, przy czym włókna te miały titr 3,3 dtex i długość 40 mm, oraz 50% włókien z politereftalanu etylu o titrze 6,7 dtex i długości 60 mm. Powstałe runo umocniono termicznie w piecu obiegowym w temperaturze 130°C.

Wyniki pomiarów przeprowadzonych na tym materiale zestawiono w tabeli 2 i porównano z wynikami dla przykładów 1 i 2.

P r z y k ł a d 3

Do wykonania opisanego w przykładzie 3 kompozytu potrzebne były dwie zgrzeblarki, które układały w kierunku pracy maszyny (md) warstwę włókien F1 o gramaturze 25 g/m², oraz jedna dodatkowa zgrzeblarka, układająca w kierunku poprzecznym do kierunku pracy maszyny (cd) runo o gramaturze 10 g/m². Pomię dzy oba runa wprowadzono naprężoną cał kowicie, wyłącznie w kierunku md, siatkę PP o szerokości oczek w kierunku md 3,2 mm i w kierunku cd 7,7 mm oraz gramaturze 30,0 g/m². Trzy warstwy S1, S2 i S3 doprowadzano, podobnie jak w przykładzie 1, po wstępnym prasowaniu na gorąco celem dalszego zagęszczenia, do szczeliny kalandra, składającego się z wymienionych już w przykładzie 1 walców, przy czym warstwa runa F1 o większej gramaturze 25 g/m² była zwrócona w stronę grawerowanego walca kalandrującego. Kalandrowanie prowadzono przy nacisku liniowym 65 N/mm w temperaturze 150°C.

Natychmiast potem próbkę pozostawiono na 30 sekund w suszarce szafkowej o temperaturze 150°C. Nastąpił skurcz równy 16% wyłącznie w kierunku md. Z uwagi na naprężenie siatki jedynie w kierunku md skurcz w tym kierunku był cał kowity. Wskutek tego na przekroju, poprzecznie do kierunku pracy maszyny, powstały - ukazane w uproszczeniu na fig. 1, jasno zdefiniowane pofałdowania z obu stron warstwy centralnej z siatki polipropylenowej S2. Wysokość pofał dowań warstwy wł ókien S3 była nieco mniejsza z uwagi na jej styk podczas kalandrowania z gładkim walcem, ponadto warstwa ta była bardziej miękka i miała mniejszą zdolność powrotu do stanu wyjściowego z uwagi na obecność w niej włókien o drobnym titrze oraz niską gramaturę, wynoszącą jedynie 8 g/m².

Takie asymetrycznie zbudowane kompozyty z miękką, mniej puszystą i lekką warstwą włókien cienkich oraz puszystą warstwą włókien grubych stosuje się korzystnie wówczas, gdy obie powierzchnie kompozytu mają do spełnienia całkowicie odmienne funkcje. Zupełnie różne własności po obu stronach włókniny kompozytowej są przykładowo wymagane w paskach, które - poza tym, że mają być elastyczne lub nie w kierunku swego wzdłużnego wymiaru - mają jednocześnie służyć na całej swej powierzchni lub na jej części jako element sczepny (element pętelkowy) dla elementu haczykowego w ramach mechanicznego systemu zapinania (zapięcie rzepowe). Takie przeciwstawne wymagania, jak zdolność sczepiania (dzięki pofałdowanej warstwie grubych włókien) z jednej strony oraz tekstylny charakter, miękkość, komfort w kontakcie ze skórą z drugiej strony, w połączeniu z pewną sztywnością (w przypadku paska), można zrealizować łącznie za pomocą wynalazku.

P r z y k ł a d 4

Przykład 4 różni się od przykładu 3 jedynie tym, że oba runa włókienne dla warstw S1 i S3 były układane nie w kierunku pracy maszyny, lecz w kierunku do niego poprzecznym, przy czym stosunek maksymalnych sił rozciągających w kierunku md i w kierunku cd we wzmocnionym na kalandrze półfabrykacie wynosił 0,8:1,0.

W tych samych warunkach kalandrowania i skurczu osią gnię to skurcz w kierunku md równy 25%, zaś w kierunku cd 0%. Rezultat ten wskazuje na to, że skurcz kompozytu jest silnie uzależniony zarówno od orientacji naprężonego czynnika kurczącego się, jak też od orientacji nie kurczących się (lub kurczących się w mniejszym stopniu) włókien runa. Obie zewnętrzne runa włókienne warstw S1 i S3 tym mniej przeszkadzał y w skurczu, im bardziej ich wł ókna był y ustawione prostopadle do kierunku skurczu, to znaczy w przykładzie 4 poprzecznie do kierunku pracy maszyny, oraz im mniejszy był titr włókien i gramatura runa S1 i S3.

P r z y k ł a d 5

Na folii polietylenowej o grubości 15 μm ułożono runo włókienne o gramaturze 20 g/m², składające się z 30% włókien heterogenicznych z rdzeniem z politereftalanu etylu i płaszczem z polietylenu o wysokiej gęstości (HDPE) oraz 70% polipropylenu o titrze 2,8 dtex i długości 60 mm, po czym ułożone warstwy doprowadzono do opisanej w poprzednich przykładach pary walców kalandrujących. Temperatura kalandra wynosiła 130°C, zaś docisk 65 kp. Następnie poddano materiał kurczeniu przez 30 sekund w piecu o temperaturze 150°C, osiągając skurcz 22% w kierunku md.

W związku z tym, że kurczliwa folia zgrzana była liniowo tylko z jednej strony z runem włókiennym, po kurczeniu powstało pofałdowanie również tylko z jednej strony.

PL 205 538 B1

T a b e l a 1: Budowa skurczonych kompozytów

Produkt	Skład kompozytu:S1, S2, S3 = skład warstw 1, 2, 3	Grama- tura g/m²)	Skurcz w %	Gramatura
Wariant	md	cd	po- wierz- chnio- wy	Przed skur- czem	Po skur- czu
Przykład 1	S1:	40% PET/kopolimer PES	dtex 17/64 mm	10
100%		60% PET	dtex 8/60 mm
Włóknina	S2:	100% PP, skędzierzawienie spiralne	dtex 12/60 mm	10	45,1	20,2	47,8	30	68,5
3 warstwy	S3:	40% PET/kopolimer PES	dtex 17/64 mm	10
		60% PET	dtex 8/60 mm
Przykład 2	S1:	50% PET/kopolimer PES	dtex 4,8/55 mm	15
100%		50% PET	dtex 6,7/90 mm
Włóknina	S2 :	100% PP, skędzierzawienie spiralne	dtex 6,7/90 mm	10	39	19	50,6	40	81,0
3 warstwy	S3:	50% PET/kopolimer PES	dtex 4,8/55 mm	15
		50% PET	dtex 6,7/90 mm
Przykład 3	S1:	30% PET/PP	dtex 3,3/51 mm	25
Runa		70% PET	dtex 6,7/50 mm
S1 i S3	S2 :	w kierunku md jednoosiowo	md 3,2 mm	30	16	0	16	65	77,4
zorientowa-		naprężona siatka PP	cd 7,7 mm
ne w md	S3:	30% PET/PP	dtex 3,3/51 mm	10
		70% PET	dtex 1,7/38 mm
Przykład 4	S1:	30% PET/PP	dtex 3,3/51 mm	25
Runa		70% PET	dtex 6,7/50 mm
S1 i S3	S2 :	w kierunku md jednoosiowo	md 3,2 mm	30	16	0	16	65	77,4
zorientowa-		naprężona siatka PP	cd 7,7 mm
ne w cd	S3 :	30% PET/PP	dtex 3,3/51 mm	10
		70%PET	dtex 1,7/38 mm
Przykład 5	S1:	30% PET/PP	dtex 3,0/50 mm	20
		70% PP	dtex 2,8/60 mm
	S2:	jednoosiowo w kierunku md	grubość	14	22	0	22	34	44
		naprężona folia PE	15 μιτ
	S3:	-

*) przed skurczem

T a b e l a 2: Wyniki pomiarów

Wariant produktu z	Gramatura g/m²	Grubość przy 780 Pa mm	Zdolność powrotu do stanu wyjściowego (%)	Odporność na ściskanie (%)	Granica pełzania (%)
Przykład 1	68,5	3,60	93	73	57
Przykład 2	81,0	2,70	91	72	55
Przykład porównawczy do 1 i 2	70,2	2,95	76	60	44

Zastrzeżenia patentowe

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze, z wystę pującymi regularnie na przemian w odniesieniu do powierzchni tworu wypukłościami i wgłębieniami, zawierający co najmniej jedną warstwę włókniny i połączony z nią skurczony twór powierzchniowy, znamienny tym, że co

PL 205 538 B1 najmniej jedną warstwę włókniny stanowi tworząca warstwę zewnętrzną okrywa z włókna ciętego, połączona ze skurczonym tworem powierzchniowym za pomocą spoin zgrzewanych w postaci rozmieszczonych regularnie linii, biegnących prostopadle do kierunku najsilniejszego skurczu tworu powierzchniowego.
2. Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według zastrz. 1, znamienny tym, że deseń wiążący do mocowania okrywy z włókna ciętego na skurczonym tworze powierzchniowym ma postać rozmieszczonych regularnie i nieprzerywanych linii.
3. Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według zastrz. 1, znamienny tym, że skurczony twór powierzchniowy jest wybrany z grupy obejmującej tkaninę, dzianinę, siatkę, matę, ułożone równolegle monofilamenty, przędze z włókien ciętych lub multifilamentów, włókninę lub folię.
4. Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według zastrz. 3, znamienny tym, że skurczony twór powierzchniowy jest wybrany z grupy składającej się z włókniny lub folii.
5. Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według zastrz. 4, znamienny tym, że skurczony twór powierzchniowy jest z naprężonej jednoosiowo lub dwuosiowo folii.
6. Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera skurczony twór powierzchniowy i dwie, nie skurczone lub skurczone w mniejszym stopniu, okrywy z włókna ciętego.
7. Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według zastrz. 1, znamienny tym, że okrywy z włókna ciętego mają gramaturę od 6 do 70 g/m².
8. Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według zastrz. 1, znamienny tym, że deseń zgrzewania okryw z włókna ciętego i kurczliwego tworu powierzchniowego ma postać rozmieszczonych regularnie prostopadle do i/lub w kierunku pracy maszyny, korzystnie nieprzerywanych linii lub belek.
9. Włókienny twór powierzchniowy o trójwymiarowej strukturze według zastrz. 1, znamienny tym, że deseń zgrzewania okryw z włókna ciętego i kurczliwego tworu powierzchniowego ma postać linii, rozmieszczonych regularnie na powierzchni włókniny w kształcie sześciokątów.
10. Sposób wytwarzania włókiennego tworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze, z występującymi regularnie na przemian w odniesieniu do powierzchni tworu wypukłościami i wgłębieniami, zawierającego co najmniej jedną warstwę włókniny i połączony z nią skurczony twór powierzchniowy, znamienny tym, że stosuje się kombinację co najmniej jednej okrywy z włókna ciętego jako warstwy zewnętrznej z kurczliwym tworem powierzchniowym, następnie zgrzewa się okrywę z włókna ciętego z kurczliwym tworem powierzchniowym, korzystnie pod działaniem ciepła i docisku kalandra i/lub za pomocą ultradźwięków, nadając spoinie zgrzewanej postać liniowego deseniu biegnącego prostopadle do kierunku najsilniejszego skurczu kurczliwego tworu powierzchniowego, po czym nagrzewa się otrzymany kompozyt do temperatury skurczu kurczliwego tworu powierzchniowego.
11. Zastosowanie włókiennego tworu powierzchniowego o trójwymiarowej strukturze określonego zastrz. 1 do 9 jako filtru do filtrowania płynów, pyłów i/lub cząstek, jako mającą dużą objętość warstwę pochłaniającą i rozprowadzającą w wyrobach sanitarnych, zwłaszcza w pieluchach lub wyrobach sanitarnych dla kobiet, oraz jako element sczepny dla zapięć rzepowych.