PL206771B1 - Sposób wytwarzania przestrzennego włóknistego wyrobu wstęgowego - Google Patents

Description

Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 363744 (22) Data zgłoszenia: 15.02.2002 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

15.02.2002, PCT/FI02/000120 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

06.09.2002, WO02/68743 (11) 206771 (13) B1 (51) Int.Cl.

D04H 1/00 (2006.01) D21J 3/00 (2006.01) D21F 11/00 (2006.01) (54) Sposób wytwarzania przestrzennego włóknistego wyrobu wstęgowego (30) Pierwszeństwo:

26.02.2001, US, 09/792,039 (43) Zgłoszenie ogłoszono:

29.11.2004 BUP 24/04 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

30.09.2010 WUP 09/10 (73) Uprawniony z patentu:

AHLSTROM CORPORATION, Helsinki, FI (72) Twórca(y) wynalazku:

JONATHAN GEORGE, Mathi, IT ANDREA GROSSO, Torino, IT EINO LAINE, Kyminlinna, FI

HANNA RAHIALA, Karhula, FI

KAY ROKMAN, Karhula, FI (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Anna Hołyst

PL 206 771 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania przestrzennego włóknistego wyrobu wstęgowego. Wynalazek dotyczy wykorzystania procesów spieniania do wytwarzania wstęg włókninowych przy użyciu konkretnych surowców oraz do wytwarzania konkretnych wyrobów końcowych. Procesy spieniania są w zasadzie takie jak opisano w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 3, 716, 449; nr US 3, 871, 952 i nr US 3, 938, 782 (których ujawnienia włącza się w niniejszym opisie przez odniesienie) oraz w zgłoszeniu patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr seryjny US 08/923,900 złożonym 4 września 1997 i zgłoszeniu patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 09/098,458 złożonym 17 czerwca 1998, których ujawnienia włącza się w niniejszym opisie przez odniesienie.

Procesy spieniania są zazwyczaj używane do wytwarzania płaskich elementów o równomiernej grubości, tj. elementów dwuwymiarowych, w trakcie formowania wstęgi.

Sposób wytwarzania przestrzennego włóknistego wyrobu wstęgowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w etapie (a) wytwarza się zawiesinę piankową zawierającą co najmniej ciecz, środek powierzchniowo czynny, powietrze i włókna, takie jak dowolne włókna krótkie, korzystnie włókna o długości 50 mm lub mniejszej, takie jak włókna syntetyczne, obrobiona mechanicznie pulpa drzewna albo obrobiona chemicznie pulpa drzewna, w etapie (b) wprowadza się zawiesinę piankową do formy mającej przestrzenny, różny od płaskiego, dolny element formy z rowkami, oraz w etapie (c) formuje się włóknisty wyrób wstęgowy mający kształt przestrzenny z rowkami pasujący do przestrzennego dolnego elementu formy z rowkami poprzez usunięcie pianki z zawiesiny piankowej w elemencie formy.

Korzystnie sposób zawiera ponadto etap (d) w którym formuje się włóknisty wyrób wstęgowy po etapie (c).

Korzystnie sposób zawiera ponadto etap (d) w którym termoformuje się włóknisty wyrób wstęgowy po etapie (c).

Korzystnie ponadto impregnuje się włóknisty wyrób wstęgowy za pomocą żywicy lub lateksu odpowiednich do uformowania włóknistej wstęgi w element filtracyjny.

Korzystnie sposób ponadto przemieszcza się zawiesinę piankową na przenośniku w powiązaniu z etapem b.

Korzystnie sposób etap formowania (c) jest ciągły.

Korzystnie zawiesina piankowa zawiera włókna i cząstki.

Korzystnie etap formowania (c) jest procesem o charakterze okresowym.

Korzystnie włóknisty wyrób wstęgowy ma kształt przestrzenny zawierający rowki i fałdy i jest elementem filtracyjnym.

Korzystnie ponadto impregnuje się włóknisty wyrób wstęgowy przy użyciu żywicy lub lateksu.

Korzystnie ponadto utwardza się żywicę lub lateks, które impregnują włóknisty wyrób wstęgowy.

Korzystnie etap formowania (c) realizuje się przy użyciu urządzenia o działaniu okresowym.

Korzystnie w skład urządzenia typu okresowego wchodzi kaseta zawierająca co najmniej jedną formę dolną.

Korzystnie etap formowania (d) realizuje się za pomocą urządzenia typu okresowego mającego co najmniej jedną formę dolną.

Korzystnie urządzenie typu okresowego ma wkładkę zawierającą co najmniej jedną formę górną.

Korzystnie co najmniej jedna forma górna i co najmniej jedna forma dolna są komplementarne.

Korzystnie etap formowania (c) realizuje się za pomocą urządzenia typu ciągłego.

Korzystnie urządzenie typu ciągłego ma wiele form dolnych.

Korzystnie etap formowania (d) realizuje się za pomocą urządzenia typu ciągłego mającego wiele form dolnych.

Korzystnie urządzenie typu ciągłego ma wiele form górnych.

Korzystnie wiele form górnych i wiele form dolnych są komplementarne do siebie.

Korzystnie etapy (a) - (c) powtarza się dla wielu warstw zawiesiny piankowej.

Korzystnie etapy (a) - (d) powtarza się dla wielu warstw wspomnianej zawiesiny piankowej.

Korzystnie wiele warstw zawiesiny piankowej wprowadza się do formy przed umieszczeniem formy górnej na wspomnianych warstwach zawiesiny piankowej.

Korzystnie wiele warstw zawiesiny piankowej wprowadza się do formy przed umieszczeniem formy górnej na wspomnianych warstwach zawiesiny piankowej.

Korzystnie część pianki usuwa się z zawiesiny po osadzeniu każdej warstwy pianki w formie.

Korzystnie piankę usuwa się z zawiesiny po osadzeniu wszystkich warstw pianki.

PL 206 771 B1

Korzystnie termoformowanie z etapu (d) realizuje się w wyniku działania ciepłem i ciśnieniem na włóknisty wyrób wstęgowy.

Korzystnie ciśnienie wywiera się za pomocą dmuchawy lub formy ciśnieniowej.

Korzystnie włókna lub cząstki w piance zawierają włókna termoplastyczne lub cząstki termoplastyczne.

Korzystnie we wspomnianym etapie termoformowania (d) spaja się włóknisty wyrób wstęgowy poprzez stopienie lub topienie, włókien lub cząstek termoplastycznych nadając wyrobowi wytrzymałość mechaniczną i inne właściwości.

Według obecnego wynalazku, wytwarza się element przestrzenny za pomocą formy przestrzennej w trakcie formowania wstęgi z jednej lub więcej warstw pianki. Stosując formę przestrzenną, np. formę z siatki drucianej, można formować, na przykład harmonijkowe lub rowkowane wyroby filtrujące, bezpośrednio z pianki mającej włókna lub cząstki, która, po wprowadzeniu w formę, tworzy wyrób. Za pomocą ujawnionych tu procesów spieniania i form przestrzennych można wytwarzać różnorodne wyroby. Na przykład, formy przestrzenne i procesy spieniania nadają się do wytwarzania różnorodnych wyrobów filtrujących, w tym stosowanych w motoryzacji filtrów harmonijkowych do płynów i powietrza, filtrów harmonijkowych do instalacji grzejnych i/lub klimatyzacyjnych (HVAC), profilowanych filtrów do masek do oddychania i filtrów bakterii, laminatowych wyrobów do czyszczenia z superchłonnymi warstwami wewnętrznymi, takich jak ściereczki w postaci dopasowanej do głowic do czyszczenia i innych wyrobów.

Wynalazek można użyć do eliminacji dalszych etapów fałdowania mechanicznego albo etapów rowkowania, które stosowano poprzednio do wytwarzania fałd i rowków w dwuwymiarowym płaskim arkuszu wstęgi wytwarzanym za pomocą dwuwymiarowych płaskich form i procesów spieniania. W szczególności, wynalazek eliminuje stosowane dotychczas techniki mechanicznego wycinania rowków i innych kształtów w celu utworzenia przestrzennych wyrobów z wyrobów płaskich po ich uformowaniu przy użyciu procesów spieniania. Wynalazek eliminuje dotychczasową konieczność stosowania wyposażenia technicznego kształtującego zasadniczo płaskie pośrednie wyroby wstęgowe wytwarzane za pomocą form dwuwymiarowych w gotowy wyrób przestrzenny. Wynalazek nadaje się zwłaszcza do zastosowania w produkcji harmonijkowych i rowkowanych bibuł filtracyjnych, zwłaszcza takich, które są stosowane w samochodach.

Proces spieniania stosowany do wytwarzania wstęgi jest używany do wytwarzania wyrobów, np. wstęg z użyciem cząstek lub włókien, np. włókien krótko ciętych, syntetycznych materiałów włóknistych, włókien z mechanicznej pulpy z celulozy drzewnej lub chemicznej pulpy z celulozy drzewnej, albo z innych materiałów wstęgowych. Stosując proces spieniania można wytwarzać przestrzenne, nie płaskie wstęgi z różnorodnych włókien, cząstek lub kombinacji włókien i cząstek.

Jedno z zastosowań wynalazku odnosi się do wytwarzania harmonijkowej lub rowkowanej bibuły filtracyjnej, zwłaszcza dla przemysłu motoryzacyjnego. Bibuła filtracyjna zaczęła być używana w samochodach około 40-50 lat temu, a obecnie jest standardowym wyposażeniem w każdym samochodzie z silnikiem spalinowym. Obecne zastosowania bibuł filtracyjnych w motoryzacji można podzielić na następujące kategorie gatunkowe: do powietrza, oleju, wysokowydajne do powietrza (HDA), do paliwa i do powietrza w kabinie. Bibuły filtracyjne do powietrza w samochodach służą do chwytania cząstek wpływających do silnika razem z powietrzem. Bibuła filtracyjna HDA ma to samo zadanie, ale jest zaprojektowana dla środowisk bardziej wymagających z dużą ilością pyłu w powietrzu (np. do maszyn do prac ziemnych, itp.). Bibuła filtracyjna do olejów jest skonstruowana tak, żeby odprowadzała cząstki ze strumienia oleju wpływającego do silnika. Bibuła filtracyjna do paliw jest skonstruowana w taki sposób, żeby usuwała cząstki z benzyny lub oleju napędowego przed ich doprowadzeniem do silnika. Bibuła filtracyjna do powietrza do kabin jest skonstruowana tak, żeby wychwytywała cząstki zewnętrzne przed ich wpłynięciem do kabiny lub pomieszczenia, w którym siedzą pasażerowie. Takie bibuły filtracyjne mają również inne zastosowania.

Poprzednio, bibuły filtracyjne dla motoryzacji były wytwarzane w procesie formowania mokrego, pochodzącą z wczesnych lat 1900. W procesie formowania mokrego, w rozdrabniaczu łamie się włókna w trakcie mieszania. Następnie włókna pompuje się w formie płynnej zawiesiny przez urządzenie do usuwania płatków i młyny rozbijające do maszyny papierniczej. Urządzenia do usuwania płatków i mł yny do rozbijania rozpraszają włókna i nadają im lepszą powierzchnię dla wytworzenia silnego spajania. Głównymi zespołami maszyny papierniczej są koniec mokry i koniec suchy. Pomiędzy rozdrabniaczem a końcem mokrym dodaje się również różne typy środków chemicznych zwiększających wytrzymałość na mokro i na sucho. Na końcu mokrym znajduje się skrzynia wlewowa i elementy odwad4

PL 206 771 B1 niające. Na ogół skrzynia wlewowa ma sito płaskie, sito skośne albo perforowany element typu cylindrycznego. Elementy odwadniające są skonstruowane w taki sposób, że odsysają wodę z zawiesiny w celu odwodnienia jej od w przybliżeniu 0,05% udziału włókien do 25% udziału włókien na ruchomym sicie (elemencie perforowanym). Po końcu mokrym materiał dochodzi do końca suchego. Jego zadaniem jest wysuszenie materiału filtrującego od udziału włókien 25% do około 98-99%.

Materiał filtrujący jest teraz impregnowany „w linii” na tej samej maszynie papierniczej albo nawijany i impregnowany „poza linią” na oddzielnej maszynie impregnującej. Celem procesu impregnowania jest całkowite nasycenie materiału żywicą albo lateksem (termoutwardzalnym lub termoplastycznym), co nadaje materiałowi jego końcową wytrzymałość mechaniczną, jak również przekształcenie go w filtr. W skład linii impregnacyjnej wchodzi głównie urządzenie impregnujące i suszarki. Urządzenie impregnujące może być prasą do zaklejania, powlekarką rolkową, powlekarką kurtynową lub podobnym urządzeniem, a suszarki mogą być dowolnymi konwencjonalnymi urządzeniami typu stykowego lub bezstykowego. Po uzyskaniu przez materiał wilgotności rzędu 10-15%, materiały do filtrowania oleju i typu HDA są rowkowane, w wyniku czego uzyskują kształt ciągłej fali o kształcie S w kierunku maszynowym. Rowkowanie materiału tego typu zwiększa całkowitą powierzchnię filtracyjną i pomaga w utrzymywaniu następnie uformowanych fałd oddzielonych podczas fałdowania materiału i budowania elementu filtracyjnego.

Po zaimpregnowaniu, materiał jest rozcinany na płaty o różnej szerokości przed zapakowaniem i wysłaniem do klienta. Na miejscu u klienta materiał jest mechanicznie fałdowany na konwencjonalnej maszynie fałdującej nadającej mu końcową konfigurację fizyczną przed wykonaniem elementu filtracyjnego zawierającego bibułę filtracyjną. Sposób uszczelniania końców materiału, dalszej polimeryzacji materiału i ważności konkretnych parametrów zależą od klienta i zastosowania końcowego, a szczegóły te są konwencjonalne.

W zgł oszeniu patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr seryjny US 09/098,458 omówiono wytwarzanie płaskiego płata bibuły filtracyjnej za pomocą procesu spieniania, a następnie płat jest rowkowany i fałdowany w celu wytworzenia rzeczywistego materiału filtracyjnego. Obecny wynalazek zapewnia formowanie bibuły filtracyjnej na formie, która jest sama rowkowana, pofałdowana lub rowkowana i pofałdowana. Nie ma potrzeby wykonywania kolejnych mechanicznych etapów fałdowania, rowkowania lub innego nadawania kształtów przestrzennych wyrobowi wstęgowemu uzyskanemu podczas procesu formowania.

Formowanie wyrobów z pianki z włókien lub cząstek jest korzystne w stosunku do procesów formowania mokrego. Na przykład, bibuła filtracyjna została wytworzona w procesie formowania wodnego. W procesie tym włókna w płynnej zawiesinie są wprowadzane na rowkowaną formę. Głębokość płynnej zawiesiny jest stosunkowo mała. Wkrótce po wprowadzeniu zawiesiny włóknistej, powierzchnia zawiesiny opada poniżej górnej części dolnej formy, tracąc szczelność, co umożliwia zasysanie od dołu formy w celu uniknięcia usuwania wody z zawiesiny włóknistej. Po utracie szczelności, zasysanie działa głównie na tę część formy, która nie ma styczności z włóknami zawiesiny. W rezultacie formowanie włókien u dołu formy jest powolne i nie optymalne. Ponadto istnieje możliwość gromadzenia się w górnych częściach formy mniejszej liczby włókien niż w częściach dolnych, ponieważ włókna w płynnej zawiesinie mają skłonność do osadzania się i koncentrowania na dole formy. W przeciwieństwie do tego, ujawnione tu procesy spieniania obejmują jedną lub więcej warstw pianki, z których każda tworzy stosunkowo głęboką warstwę pianki w przestrzennej formie. Ze względu na grubość pianki, jest nieprawdopodobne żeby górna powierzchnia pianki opadła poniżej szczytowych części w powierzchniach dolnej formy. Ponadto górna forma może być używana do kształtowania górnej powierzchni pianki w taki sposób, żeby pasowała do kształtu leżącej pod spodem formy dolnej, w wyniku czego unika się całkowitego przechodzenia górnych części dolnej formy przez warstwę pianki.

Kolejny problem występuje w procesach formowania mokrego w przypadku wytwarzania bibuły filtracyjnej z kilku różnych warstw, materiałów, podłoży lub ich kombinacji. Po wprowadzeniu na poprzednią warstwę (lub warstwy) w postaci rozcieńczonych zawiesin, kolejne warstwy mają tendencję do orientowania włókien z poprzedniej warstwy w dolnych częściach rowków. W rezultacie gotowy wyrób ma nierównomierną grubość, co z kolei zmniejsza jego zdolności filtracyjne. Procesy spieniania są lepiej dostosowane do warstwowego układania różnych pianek, gdzie w każdej warstwie pianki jest inna gęstość włókien lub cząstek. Warstwy pianki mają skłonność do zachowywania zorientowanych chaotycznie włókien, co często jest pożądane. Alternatywnie, włókna w piance mogą być zorientowane równolegle do drogi przepływu w dyszy wtryskującej piankę. Wtryskując piankę z dyszy do formy pionowo

PL 206 771 B1 można zachować w przybliżeniu pionową orientację włókien w piance po osadzeniu w formie. Pionowa orientacja włókien w gotowym wyrobie wstęgowym może być korzystna do formowania wstęg stosunkowo grubych i stosunkowo porowatych.

W tych znanych dotychczas procesach formowania mokrego i spieniania, wystę pują potencjalne problemy powstające z jednej strony w wyniku formowania technikami mokrymi, a z drugiej strony w wyniku oddzielnego fał dowania i rowkowania bibuł y filtracyjnej w procesach spieniania. Po pierwsze, zwiększanie liczby etapów procesu powoduje wyższe koszty wytwarzania. Połączenie kilku etapów procesu w jeden powoduje skrócenie całego procesu, a wskutek tego jego potanienie. Po drugie, mechaniczne zmiany uformowanej bibuły filtracyjnej mogą zmniejszyć wytrzymałość gotowego wyrobu. Wyginanie uformowanej płaskiej bibuły filtracyjnej tak, żeby powstały fałdy i rowki powoduje powstanie naprężeń w wyginanych częściach, które to naprężenia mogą pogorszyć jakość gotowego wyrobu wskutek szybkiego zniszczenia.

Obecny wynalazek dotyczy procesu wytwarzania wstęgi techniką spieniania, w którym to procesie używa się form do kształtowania i suszenia pianki do postaci wyrobów przestrzennych, takich jak filtry przestrzenne. Wyroby te mogą być jednowarstwowe, uformowane w wyniku pojedynczego nałożenia pianki, albo laminatowe, uformowane z kilku warstw różnych pianek. Opisując w skrócie, pianka zawiera zawiesinę powietrza, wody, środka powierzchniowo czynnego i włókien lub cząstek. Typ włókien, cząstek lub kombinacja włókien i cząstek zależy od wyrobu, jaki ma być wytwarzany. Na przykład, włókna w piance mogą być włóknami ciętymi na krótko, o przeciętnej długości 0,05 mm (milimetra) lub mniejszej. Włókna lub cząstki dopasowują się do przestrzennej formy podczas osadzania w niej pianki. Podczas osadzania pianki w formie, woda i powietrze (które jest w piance w postaci pęcherzyków powietrza o różnorodnych średnicach) są odciągane przez formę, odsysane i ponownie używane. Włókna lub cząstki z pianki są osadzane na formie tworząc wyrób wstęgowy. Włókna lub cząstki są suszone na formie, po czym gotowy wyrób przestrzenny jest z niej wyjmowany. Wyrób wstęgowy może być utworzony z kombinacji włókien i cząstek, albo całkowicie z cząstek, które są osadzone z pianki.

Wprowadzanie pianki na formy przestrzenne jest wykonywane delikatnie w celu eliminacji problemów powstających w procesie formowania wodnego. Problemom tym można częściowo zapobiec, ponieważ gęstość pianki wynosi 1% do 10% (i może wynosić 20% dla pianek z włóknami superchłonnymi) i jest większa niż typowa gęstość 0,01% do 0,5% zawiesiny w konwencjonalnym procesie formowania wodnego. W wyniku wyższej gęstości, użycie procesu spieniania umożliwia wytwarzanie wyrobów grubszych, takich jak grubsze bibuły filtracyjne lub grubsze warstwy papieru, w pojedynczym etapie. W przypadku stosowania większych gęstości w procesach formowania cieczowego, włókna mają skłonność do skupiania się i tworzenia kłaczków przed uformowaniem wstęgi. Powstawanie kłaczków pogarsza jakość końcowego wyrobu, ze względu na związane z tym wahania grubości i inne właściwości bibuły filtracyjnej, co z kolei powoduje zmiany zdolności filtracyjnej wewnątrz tego samego wyrobu.

Ponadto pianka wymaga znacznie mniej cieczy niż proces formowania cieczowego, co znacznie zmniejsza zużycie wody. Zmniejszenie zużycia wody zmniejsza ilość urządzeń potrzebnych do transportu cieczy za formą. Po odprowadzeniu pianki z formy, piankę można w zasadzie ponownie użyć. Ogólnie, do odzyskanej pianki, przed jej wprowadzeniem w inną formę, można dodać tylko włókna i cząstki, ewentualnie ś rodek powierzchniowo czynny.

W jednym z przykładów wykonania, po wprowadzeniu pianki na dolną formę, na górze umieszcza się komplementarną formę górną. Korzystnie, forma górna jest w zasadzie odwróconą formą dolną tak, że grzbiety formy górnej zasadniczo pasują do rowków formy dolnej. Podobnie, rowki formy górnej zasadniczo pasują do grzbietów formy dolnej. Forma górna może być użyta dla zagwarantowania, że części górne formy dolnej są pokryte pianką, a zatem uszczelnione. Zapewnienie pozostawania pianki na górnych częściach formy dolnej zapobiega stratom szczelności i powiązanym z tym problemom z odsysaniem opisanym powyżej. Ponadto formę górną można użyć do działania ciśnieniem na piankę, zwiększając nacisk na górną powierzchnię pianki i wspomagając usuwanie pianki z warstwy filtracyjnej.

Po głównym uformowaniu warstwy filtracyjnej, zdejmuje się formę górną i bibuła filtracyjna może być albo wprowadzona do fazy suszenia albo do fazy, w której osadza się następną warstwę pianki. Chociaż można osadzać w zasadzie ten sam materiał piankowy za pomocą nowej skrzyni wlewowej w opisany powyż ej sposób, to istnieje moż liwość osadzania innego materiał u piankowego. Na uformowanych warstwach można osadzić dodatkowe warstwy, na przykład trzy lub więcej warstw. Liczba potencjalnych warstw wynika częściowo z wymaganych właściwości gotowego wyrobu.

PL 206 771 B1

W innym przykł adzie wykonania, maszyna produkcyjna jest maszyną typu okresowego, gdzie każda partia zawiera co najmniej jedną formę dolną. Dla każdej partii jest kaseta, która zawiera, na przykład, pięć rzędów i pięć kolumn form dolnych. Po wprowadzeniu za pomocą skrzyni wlewowej na formy dolne w kasecie odpowiedniej ilości pianki, na górnej powierzchni pianki umieszcza się wkładkę z dopasowaną liczbą form górnych. Ta kaseta i wkł adka przemieszczają się wzdł u ż linii produkcyjnej, a pusta kaseta zaczyna od nowa proces formowania partii.

W jeszcze innym przykładzie wykonania, maszyna produkcyjna jest maszyną typu ciąg łego, w której formy dolne i górne wprowadza się na przemieszczają ce się sito, nazywane również elementem perforowanym, i układ rolek. Na sicie niosącym formy dolne znajdują się powtarzalne formy dolne tak, że w miarę przemieszczania się form dolnych, np. poprzecznie lub obrotowo, do skrzyni wlewowej są dosuwane nowe formy dolne. Podobnie jak w procesie okresowym, skrzynia wlewowa osadza piankę na formach dolnych osadzonych na sicie przemieszczającym formy dolne. Następnie, na górnej powierzchni odpowiedniej formy dolnej zawierającej piankę umieszcza się komplementarną formę górną przymocowaną do taśmy z formami górnymi.

W kolejnym przykł adzie wykonania, po uformowaniu warstwy, forma jest otwierana. Podobna procedura do tych opisanych powyżej może być wykonana tak, żeby uformować inną warstwę. Alternatywnie, uformowana ostatnio warstwa, albo warstwy, mogą być przepuszczane przez nadmuchowy piec suszący albo podobne urządzenie w celu wspomagania procesu suszenia.

W jeszcze innym przykł adzie wykonania, przed umieszczeniem formy górnej na górnej powierzchni pianki, na formie dolnej osadza się wiele oddzielnych warstw pianki. Po osadzeniu każdej warstwy pianki, część pianki można odessać przez formę dolną bez umieszczania formy górnej na górze. Usunięcie pewnej ilości pianki może zapewnić zarówno utrzymanie odpowiedniej wysokości przez piankę w formie, jak i zmniejszenie całkowitego czasu przebiegu procesu. Alternatywnie, usuwanie pianki może nastąpić po osadzeniu wszystkich warstw. W tym przykładzie wykonania, forma górna jest użyteczna kiedy wysokość pianki jest mniejsza niż wysokość formy dolnej. W takiej sytuacji, bez formy górnej może nastąpić utrata szczelności jeżeli w piance utworzy się szczelina kiedy części górne dolnej formy przechodzą przez piankę. Forma górna zapobiega powstawaniu szczelin w piance poprzez dociskanie pianki w dół w formę dolną, rozprowadzając równomiernie piankę w formie dolnej i zapewniają c, ż e warstwa pianki zachowuje równomierną grubość. Forma górna jest również korzystna dlatego, że zapewnia lepsze odprowadzanie pianki, zwiększając nacisk, który wyciska piankę przez formę dolną i górną, które są, typowo, sitami drucianymi.

W kolejnym przykł adzie wykonania, warstwy pianki są szybko osadzane jedna za drugą w formie bez dłuższych odstępów w czasie pomiędzy osadzaniem warstw. Na przykład, można to zrobić stosując wiele skrzyń wlewowych, każda osadzająca inną piankę o niezależnych właściwościach. Alternatywnie, można to zrobić za pomocą pojedynczej skrzyni wlewowej o zdolności do osadzania różnych pianek o niezależnych właściwościach. W drugim przykładzie, niezależne warstwy pianki są nadal osadzane kolejno, ale do wszystkich warstw jest używana ta sama skrzynia wlewowa.

Stosowanie obecnego wynalazku zapewnia wiele korzyści, z których kilka, ale nie wszystkie, wymieniono dalej. Po pierwsze, proces ten jest stosunkowo szybki i można w nim używać substancji delikatnych lub reaktywnych, takich jak węgiel aktywny, substancje usuwające nieprzyjemne zapachy, sole, wyroby superchłonne, itp., bez znaczącego rozkładu lub znaczących strat właściwości. Po drugie, proces ten można realizować na maszynach typu okresowego lub ciągłego, co zapewnia elastyczność w zakresie konstrukcji urządzeń lub fabryki. Po trzecie, w procesie tym stosuje się piankę, która zapewnia zdolność do osadzania wielu warstw bez ich mieszania ze sobą. Po czwarte, proces eliminuje konieczność rowkowania lub fałdowania bibuły filtracyjnej po jej uformowaniu. Ponieważ bibuła ta nie jest wyginana po utworzeniu, ryzyko pęknięcia warstw filtracyjnych jest minimalne. Po piąte, proces ten można stosować do dowolnych krótkich włókien, np. włókien 50 mm lub krótszych, takich jak włókna syntetyczne, obrobiona mechanicznie pulpa drzewna albo obrobiona chemicznie pulpa drzewna.

Proces według wynalazku jest lepszy od technik termoformowania stosowanych do filtrów profilowanych. Termoformowanie jest procesem stosowanym po formowaniu w celu ukształtowania elementu filtracyjnego. Procesy termoformowania są niepotrzebne w obecnym wynalazku, który kształtuje element filtrujący za pomocą tej samej formy, w której włóknista pianka krzepnie do postaci przestrzennego elementu włóknistego. Ponadto pianka używana w procesie według wynalazku umożliwia wytworzenie bardziej równomiernego wyrobu filtrującego niż jest to możliwe w procesach mokrego lub

PL 206 771 B1 suchego formowania włókien, z którymi jest ściśle związane termoformowanie. Jednakże istnieje możliwość użycia termoformowania do wyrobu wstęgowego wyjętego z formy i wytworzonego według wynalazku.

Podczas gdy obecny wynalazek opisano w powiązaniu z wytwarzaniem bibuł filtracyjnych, wynalazek może być również stosowany do wytwarzania innych wyrobów przestrzennych przy użyciu pianki. Wynalazek zapewnia również inne zalety, które staną się oczywiste dla każdej osoby biegłej w tej dziedzinie po jego przeanalizowaniu w powiązaniu z załączonymi rysunkami.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia znany dotychczas sposób wytwarzania bibuły filtracyjnej, schematycznie, fig. 2 - filtr samochodowy z bibułą filtracyjną według wynalazku, schematycznie, fig. 3 - sposób wytwarzania bibuły filtracyjnej, schematycznie, fig. 4 - urządzenie do wytwarzania bibuły filtracyjnej, schematycznie, fig. 5 - kasetę z wieloma formami dolnymi, schematycznie, fig. 6 - formę dolną, schematycznie, a fig. 7 - urządzenie do wytwarzania bibuły filtracyjnej, schematycznie.

Na fig. 1 pokazano schematycznie znany dotychczas proces stosowania pianki do wytwarzania bibuły filtracyjnej w linii. Najpierw, formuje się wstęgę stosując proces formowania pianki, jak oznaczono przez 10, w którym zawiesinę powietrza, wody, środka powierzchniowo czynnego i włókien przemieszcza się w styczności z przemieszczającym się perforowanym elementem transportowym, po czym usuwa się piankę z zawiesiny przez ten element, w wyniku czego powstaje wstęga włókninowa. Włókna są włóknami krótko ciętymi o długości 50 milimetrów lub mniejszej. Włókna te mogą być utworzone z materiałów syntetycznych, z mechanicznej pulpy drzewnej, chemicznej pulpy drzewnej i innych materiałów włóknistych. W procesach produkcji pianki stosuje się również suszenie i inne etapy konwencjonalne.

Pozostałe etapy na fig. 1 mają zastosowanie do procesów formowania wodnego, impregnacja za pomocą konwencjonalnych żywic lub lateksów w celu poprawy właściwości wstęgi odbywa się w 11, oraz, w razie potrzeby, wykonuje się konwencjonalne rowkowanie, jak oznaczono przez 12. Etapy 10, 11 i 12 typowo wykonuje się w zakładach wytwarzających wstęgę. Konwencjonalne etapy fałdowania 13 i utwardzania 14 żywicy są realizowane w miejscu, w którym będzie wykonywana faktyczna bibuła filtracyjna, i ewentualnie instalowana w konwencjonalnych kanistrach. Ten sam proces, jak pokazano na fig. 1, można zrealizować, poza linią, gdzie impregnacja i rowkowanie następuje z dala od miejsca, w którym ma miejsce proces formowania wstęgi przez formowanie pianki (nie pokazano).

Na fig. 2 pokazano schematycznie i w uproszczeniu przestrzenny filtr samochodowy 20, który może być wykonany przy użyciu bibuły filtracyjnej wytworzonej według obecnego wynalazku. Bibuła filtracyjna 21 jest wytwarzana w procesie spieniania, a konwencjonalne rowki 22 i konwencjonalne fałdy 23 są pokazane schematycznie. Następnie pofałdowana i rowkowana bibuła filtracyjna 21 jest umieszczana w odpowiednim kanistrze 24. Mechanizm umieszczania bibuły filtracyjnej 21 w kanistrze 24 i szczegóły kanistra, w tym sposób umieszczania bibuły filtracyjnej 21 w kanistrze, są konwencjonalne i zależą od zastosowania lub konkretnych wymagań klienta.

Na fig. 3 pokazano schematycznie przykład wykonania obecnego wynalazku. Etap 30 jest tym samym etapem co etap 10 na fig. 1, z tym wyjątkiem, że forma używana do formowania wstęgi w etapie 30 jest formą przestrzenną, np. formą z ramką z drutu, podczas gdy forma używana w etapie 10 jest zasadniczo płaska. W zalecanym przykładzie wykonania forma zawiera rowki i fałdy. Realizacja tych etapów procesu podczas formowania wstęgi eliminuje konieczność wykonywania tych etapów po uformowaniu wstęgi, co było wymogiem procesów znanych dotychczas. Po uformowaniu wstęgi z rowkami i falami poprzez formowanie pianki można realizować inne konwencjonalne etapy procesu. Po odessaniu pianki z formy można zastosować do suszenia i/lub ogrzewania włókien lub cząstek w formie etap suszenia 31 i/lub etap ogrzewania 32. Podczas wytwarzania pianki można dodawać do niej jakieś włókna termoplastyczne lub cząstki, które mogłyby się przydać później w procesie obróbki cieplnej. W trakcie ogrzewania uformowanego wyrobu, włókna lub cząstki termoplastyczne mogą stopić się lub spoić, nadając wyrobowi odpowiednią wytrzymałość i inne pożądane właściwości. Ten typ procesu nazywa się termoformowaniem. Ponadto w etapie 33 procesu można dodawać konwencjonalne żywice lub lateksy w celu intensyfikacji właściwości wstęgi. Dodatkowo, po etapie impregnowania 33 może nastąpić etap 34 utwardzania żywicy. Etapy 30, 31, 32 i 33 są typowo realizowane w zakładach produkujących wstęgę, natomiast etap 34 utwardzania żywicy jest na ogół realizowany w miejscu, w którym będzie wytwarzana faktyczna bibuła filtracyjna, i ewentualnie nawet zainstalowana w konwencjonalnych kanistrach.

PL 206 771 B1

Przykład wykonania obecnego wynalazku pokazano schematycznie na fig. 4A, 4B, 5 i 6, gdzie podobne części są oznakowane podobnymi numerami. Na fig. 4A i 4B pokazano proces okresowy formowania wstęgi z rowkami i fałdami przez formowanie pianki. Jak pokazano na fig. 4A, dolną formę napełnia się pianką, a następnie górna forma pomaga w odprowadzaniu pianki z form, jak pokazano na fig. 4B. Na fig. 5 pokazano kasetę zawierającą pojedynczą formę do zastosowania w procesie okresowym. Na fig. 6 pokazano pojedynczą formę dolną z rowkami i fałdami.

Jak widać na fig. 4A i 4B, kaseta 102 jest osadzona na perforowanym elemencie formującym 110, np. przestrzennym sicie drucianym o kształcie pasującym do pożądanego kształtu wyrobu (nie pokazanego). Pod każdą kasetą 102 znajduje się element odsysający 106, który mocuje się do dna każdej formy 104 oraz rurociągu ssącego 108. Element odsysający 106 zapewnia usuwanie pianki podczas formowania wstęgi z każdej formy 104, natomiast przewód ssący 108 zapewnia usuwanie całej pianki ze wszystkich form 104 w kasecie 102. Nawiązując dalej do fig. 4A i 4B, skrzynia wlewowa 114, np. dysza do pianki pionowa do formy, osadza piankę 116 w każdej formie 104 (nie pokazanej na fig. 4A i 4B) w kasecie 102. Włókna w piance mają na ogół orientację chaotyczną, kiedy płynie ona ze skrzyni wlewowej do koryta 102. Taka chaotyczna orientacja włókien może być pożądana dla zapewnienia podpory strukturalnej wyrobowi wstęgowemu. Alternatywnie, dyszę skrzyni wlewowej można wybrać w taki sposób, żeby włóknom w piance nadać orientację równoległą do kierunku przepływu przez dyszę. Jeżeli dysza osadza pionowo piankę w kasecie 102, to wtedy włókna w kasecie i wyrobie wstęgowym będą zorientowane ogólnie pionowo. Taka pionowa orientacja włókien może być pożądana dla grubości i porowatości wyrobu wstęgowego.

Po osadzeniu pianki na formie dolnej, na górnej powierzchni pianki 116 w formach 104 umieszcza się wkładkę 118 formy górnej. Wkładka 118 ma kształt formy komplementarny do form dolnych 104 tak, że na górnych częściach formy dolnej 104 utrzymuje się szczelność. Górna wkładka 118 i kaseta 102 tworzą uszczelnienie wokół pianki. Utrzymywanie szczelności umożliwia rurze ssącej 108 usuwanie pianki podczas wytwarzania wstęgi bez strat na ssaniu w niektórych częściach formy dolnej 104. Wkładka 118 może wywierać pewne ciśnienie w celu usuwania nadmiaru pianki przez element odsysający 106. We wkładce 118 może znajdować się wylot dmuchawy do wywierania ciśnienia powietrza na górną powierzchnię pianki, a tym samym wymuszania lepszego dopasowania pianki do formy dolnej. Ponadto inna rura ssąca może odprowadzać piankę przez formy górne w formie górnej i odsysać piankę, która przepływa przez sito druciane w formach górnych.

Kaseta 102 może zwierać wiele form dolnych 104. Na przykład, na fig. 5 pokazano pięć rzędów 120 i pięć kolumn 122 form dolnych 104. W tym przykładzie jest dwadzieścia pięć form dolnych. Jednakże w tym przykładzie wykonania znajduje się co najmniej jedna forma 104, a w kasecie 102 może znajdować się dowolna, skończona liczba form 104. Na fig. 6 pokazano schematycznie formę dolną 104. Wkładka 118 formy górnej mogłaby mieć górne formy pasujące do każdej formy dolnej. Element odsysający 106 znajduje się poniżej formy 104 oraz element odsysający 106 jest w położeniu pośrednim pomiędzy formą 104 a rurą ssącą 108 (element odsysający 106 pokazano jako rurę lub podobną część urządzenia na fig. 5 i 6, oraz jako skrzynię na fig. 4A i 4B i 7). Ponadto, przestrzenny charakter formy 104 uwidaczniają fałdy 126 i rowki 124. Jednakże zakres wynalazku nie jest ograniczony do kształtów i form zawierających wyłącznie rowki lub fałdy. Ponieważ forma dolna 104 ma rowki 124 i fałdy 126, wyrób może mieć postać przestrzenną bez następnego dodawania rowków 124 i fałd 126.

Na fig. 7 pokazano schematycznie inny przykład wykonania, w którym w procesie ciągłym wytwarza się wstęgę z rowkami i falami przez układanie pianki. Podobnie jak na fig. 4A, 4B, 5 i 6, na fig. 7 podobne elementy oznakowano podobnymi liczbami. Pokazano szereg pojedynczych form dolnych 104 przymocowanych do perforowanego elementu transportowego 128. Element transportowy 128 obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara na rolkach 130, umożliwiając ciągłe działanie urządzenia. W miarę przemieszczania przez element transportowy (perforowany) 128 pustej formy dolnej 104 pod skrzynią wlewową 114, skrzynia wlewowa 114 osadza piankę 116 w tej formie dolnej 104. Element mocujący 106 jest przymocowany do form dolnych 104, a rura ssąca 108 usuwa nadmiar pianki podczas tego procesu. Element transportowy (perforowany) 128 przemieszcza napełnioną formę dolną 104 zawierającą piankę 116 do zetknięcia się z jedną z form górnych 136, która ma kształt komplementarny do formy dolnej 104. Forma górna 136 jest przymocowana do taśmy 132, która obraca się na rolkach 134 w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Element transportowy 128 dalej przemieszcza dolną formę 104 po usunięciu formy górnej, a wyrób wstęgowy w formie 104 jest suszony przez suszarkę 138 i nagrzewnicę 140. Dmuchawa 142 poPL 206 771 B1 wietrza może wymuszać przepływ powietrza przez formę dolną 104 w celu wyjęcia wyrobu filtracyjnego 143. Nagrzewnica 140 może, ale nie musi, być użyta do termoformowania wyrobu przestrzennego kiedy znajduje się on ciągle w formie. O ile chodzi o termoformowanie, to pianka użyta do wykonania wyrobu może zawierać włókna lub materiały termoplastyczne, tak zwane spoiwa. Pianka jest wtryskiwana do formy, a gotowy wyrób będzie już zawierał włókna lub cząstki termoplastyczne. Podczas przepuszczania wyrobu przez nagrzewnicę 140, te włókna lub cząstki topią się lub stapiają wewnątrz wyrobu w celu nadania mu po etapie formowania wytrzymałości mechanicznej i innych właściwości. Ponadto w skład etapu termoformowania mogą również wchodzić, oprócz obróbki termicznej, obróbka ciśnieniowa, która może być wykonana za pomocą dmuchawy albo formy ciśnieniowej o specjalnej konstrukcji.

Przykładowa skrzynia wlewowa 114 może składać się z wielu skrzyń wlewowych, i ta skrzynia wlewowa 114 może osadzać podczas produkcji więcej niż jedną warstwę pianki. Do wytwarzania włóknistego elementu filtrującego 143 można użyć wielu warstw pianki, z których każda warstwa może mieć inny materiał włóknisty lub inną gęstość włókien. Ponadto, zarówno wkładka 118 jak i formy górne 136 nie muszą być umieszczane, odpowiednio, na kasecie 102 i na dolnej formie 104, do końcowego etapu formowania wstęgi, np. kiedy wysokość warstwy pianki jest mniejsza niż wysokość formy dolnej. Ponadto, przed umieszczeniem wkładki 118 na kasecie 102 lub górnej formy 136 na dolnej formie 104, można osadzić wiele warstw pianki 116. Ponadto można zmieniać ilość i taktowanie, tj. usytuowanie procesu, usuwania pianki za pomocą rury ssącej 108. Na przykład, w przypadku osadzania wielu warstw pianki 116, usuwanie pianki może nie nastąpić aż do osadzenia jej wszystkich warstw. Ponadto w dolnej formie 104 mogą być tylko rowki 124, tj. nie ma w niej fałd 126, tak, że wyrób tylko w niewielkim stopniu odbiega od zasadniczo płaskiego. Alternatywnie, forma dolna 104 może mieć dowolny przestrzenny kształt do zastosowania do formowania wstęgi przez formowanie pianki.

Należy rozumieć, że najprostszym przykładem wykonania formy górnej jest cienka folia z, np. tworzywa sztucznego lub gumy, która jest wprowadzana na górną powierzchnię warstwy/warstw pianki. Jedynym zadaniem folii jest zapobieganie odsłonięciu górnych części dolnej formy na działanie atmosfery w celu utrzymania stałego podciśnienia wewnątrz formy.

Podczas gdy wynalazek opisano w powiązaniu z obecnie uznanymi za najbardziej praktyczne i zalecane przykładami wykonania, rozumie się samo przez się, że wynalazek nie jest ograniczony do ujawnionych przykładów wykonania, ale przeciwnie, ma na celu objęcie różnych modyfikacji i układów ekwiwalentnych zawartych w istocie i zakresie załączonych zastrzeżeń patentowych.

Claims (31)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania przestrzennego włóknistego wyrobu wstęgowego, znamienny tym, że w etapie (a) wytwarza się zawiesinę piankową zawierającą co najmniej ciecz, środek powierzchniowo czynny, powietrze i włókna, takie jak dowolne włókna krótkie, korzystnie włókna o długości 50 mm lub mniejszej, takie jak włókna syntetyczne, obrobiona mechanicznie pulpa drzewna albo obrobiona chemicznie pulpa drzewna, w etapie (b) wprowadza się zawiesinę piankową do formy mającej przestrzenny, różny od płaskiego, dolny element formy z rowkami, oraz w etapie (c) formuje się włóknisty wyrób wstęgowy mający kształt przestrzenny z rowkami pasujący do przestrzennego dolnego elementu formy z rowkami poprzez usunięcie pianki z zawiesiny piankowej w elemencie formy.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto etap (d) w którym formuje się włóknisty wyrób wstęgowy po etapie (c).
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto etap (d) w którym termoformuje się włóknisty wyrób wstęgowy po etapie (c).
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że ponadto impregnuje się włóknisty wyrób wstęgowy za pomocą żywicy lub lateksu odpowiednich do uformowania włóknistej wstęgi w element filtracyjny.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto przemieszcza się zawiesinę piankową na przenośniku w powiązaniu z etapem (b).
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap formowania (c) jest ciągły.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiesina piankowa zawiera włókna i cząstki.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap formowania (c) jest procesem o charakterze okresowym.

   PL 206 771 B1
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włóknisty wyrób wstęgowy ma kształt przestrzenny zawierający rowki i fałdy i jest elementem filtracyjnym.
10. 10. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że ponadto impregnuje się włóknisty wyrób wstęgowy przy użyciu żywicy lub lateksu.
11. 11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że ponadto utwardza się żywicę lub lateks, które impregnują włóknisty wyrób wstęgowy.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap formowania (c) realizuje się przy użyciu urządzenia o działaniu okresowym.
13. 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że w skład urządzenia typu okresowego wchodzi kaseta zawierająca co najmniej jedną formę dolną.
14. 14. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że etap formowania (d) realizuje się za pomocą urządzenia typu okresowego mającego co najmniej jedną formę dolną.
15. 15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że urządzenie typu okresowego ma wkładkę zawierającą co najmniej jedną formę górną.
16. 16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że co najmniej jedna forma górna i co najmniej jedna forma dolna są komplementarne.
17. 17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap formowania (c) realizuje się za pomocą urządzenia typu ciągłego.
18. 18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że urządzenie typu ciągłego ma wiele form dolnych.
19. 19. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że etap formowania (d) realizuje się za pomocą urządzenia typu ciągłego mającego wiele form dolnych.
20. 20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że urządzenie typu ciągłego ma wiele form górnych.
21. 21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że wiele form górnych i wiele form dolnych są komplementarne do siebie.
22. 22. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etapy (a) - (c) powtarza się dla wielu warstw zawiesiny piankowej.
23. 23. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że etapy (a) - (d) powtarza się dla wielu warstw wspomnianej zawiesiny piankowej.
24. 24. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wiele warstw zawiesiny piankowej wprowadza się do formy przed umieszczeniem formy górnej na wspomnianych warstwach zawiesiny piankowej.
25. 25. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że wiele warstw zawiesiny piankowej wprowadza się do formy przed umieszczeniem formy górnej na wspomnianych warstwach zawiesiny piankowej.
26. 26. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że część pianki usuwa się z zawiesiny po osadzeniu każdej warstwy pianki w formie.
27. 27. Sposób według zastrz. 24 albo 25, znamienny tym, że piankę usuwa się z zawiesiny po osadzeniu wszystkich warstw pianki.
28. 28. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że termoformowanie z etapu (d) realizuje się w wyniku działania ciepłem i ciśnieniem na w łóknisty wyrób wstęgowy.
29. 29. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że ciśnienie wywiera się za pomocą dmuchawy lub formy ciśnieniowej.
30. 30. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna lub cząstki w piance zawierają włókna termoplastyczne lub cząstki termoplastyczne.
31. 31. Sposób według zastrz. 3 albo 30, znamienny tym, że we wspomnianym etapie termoformowania (d) spaja się włóknisty wyrób wstęgowy poprzez stopienie lub topienie włókien lub cząstek termoplastycznych nadając wyrobowi wytrzymałość mechaniczną i inne właściwości.