PL208382B1

PL208382B1 - Sposób perforacji włókniny oraz urządzenie do perforacji włókniny

Info

Publication number: PL208382B1
Application number: PL373164A
Authority: PL
Inventors: Mathias Muth; Ralf Sodemann
Original assignee: Fiberweb Corovin Gmbh
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2003-07-05
Publication date: 2011-04-29
Also published as: EP1539445A1; KR20050026482A; JP2005538260A; MXPA05000635A; US20060128245A1; DE10232148A1; DE60323241D1; KR100944739B1; JP2008248467A; CN100335249C; WO2004007158A1; DK1539445T3; PL373164A1; DE10232148B4; AU2003253030B2; AU2003253030A1; EP1539445B1; ATE406243T1; CN1668428A; JP4384035B2

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób perforacji włókniny przy użyciu struktury perforującej, w szczególności zawierającej igły, które wnikają we włókninę . Igły umieszczone są na pierwszym walcu, a przenikając przez włókninę stykają się z powierzchnią drugiego walca. Dla perforacji włókniny zastosowano kalander walcowy, który składa się z pierwszego i drugiego walca. Pierwszy walec wyposażony został w wymienioną strukturę perforującą. W procesie produkcji, za pomocą niniejszego sposobu oraz urządzenia w postaci kalandra walcowego, otrzymuje się perforowaną włókninę o określonej przepuszczalności płynów.

EP nr 0 598 970 A1 ujawnia znane urządzenie oraz sposób perforacji tkaniny, na przykład materiału membranowego. W procesie tym tkanina przesuwana jest pomiędzy dwoma przeciwbieżnymi cylindrami, z których pierwszy jest gładki, a drugi o wypukłej powierzchni. Drugi cylinder obraca się z większą prędkością obwodową niż pierwszy cylinder. Na cylindrze gładkim znajduje się elastycznie odkształcalne pokrycie z materiału gumowego lub włókien materiału włókienniczego. Efektem różnicy w prę dkoś ciach obwodowych cylindrów jest poś lizg, na skutek którego w tkaninie powstają otwory, wokół których kształtują się karby częściowo oderwanego materiału. Karby te biegną w kierunku, w którym materiał membranowy przesuwany jest pomi ę dzy dwoma cylindrami. Rolą karbów jest umożliwienie płynowi przenikania z jednej strony membrany na drugą oraz nie dopuszczenie, aby płyn wrócił się w przeciwnym kierunku.

EP nr 0 214 608 A2 opisuje znane perforowane włókniny typu spun bond, składające się z włókien polipropylenowych i dwuskładnikowych. W powiązaniu z nimi ujawniony został znany sposób perforacji włókniny, gdzie walec wypukły posiada szereg igieł perforacyjnych, które stykają się z wałkiem przeciwbieżnym. Perforacja włókniny polega na tym, że igły perforacyjne zagłębiają się we wklęsłych otworach walca przeciwbieżnego jednocześnie wnikając we włókninę. Otwory perforacyjne włókniny mają w tym znanym rozwiązaniu średnicę w granicach od 0,015 do 0,125 cala. Jednakże, perforacja zajmuje jedynie od 20% do 55% całej powierzchni.

W kolejnym znanym rozwiązaniu według WO 9967454 ujawniono sposób wytwarzania włókniny o duż ej iloś ci perforowanych otworów uł o ż onych w poprzek wł ókniny, z w ł ókien materiał u wł ókninowego. Perforowane otwory tworzone są przez układanie włókien na pasie sitowym w tkaninę włóknistą, następnie tkanina włóknista jest perforowana przez mechanizm perforujący oraz przerabiana na włókninę. Urządzenie do tego celu zawiera mechanizm perforujący składający się z dwóch elementów. Jeden element zawiera szereg kolców wystających w kierunku włóknistej tkaniny. Drugi element posiada otwory, w które wnikają częściowo kolce pierwszego elementu, które odkształcają włókna tkaniny włóknistej, nie uszkadzając ich, wnikając w tkaninę i w ten sposób prowadząc do powstania struktury otworów. Zagłębienia w drugim elemencie zasilane są podciśnieniem lub nadciśnieniem, które umożliwia wciąganie lub wydmuchiwanie włókien znajdujących się w strefach zagłębień. W ten sposób wytworzone włókniny charakteryzują się strukturą otworów o średnicy od 0,5 mm do 5 mm oraz od 40 do 120 punktów na centymetr kwadratowy, przy czym powierzchnia wiązań stanowi od 10% do 40% powierzchni materiału włókniny.

Kolejne rozwiązanie przedstawione w WO 03004229 ujawnia urządzenie do perforacji materiału włókninowego zgodnie z fig. 1 i fig. 2 oraz opisem tych figur rysunku na stronach 11 i 12. Urządzenie to zawiera walec perforacyjny z igłami oraz walec przeciwbieżny. Walec przeciwbieżny zawiera pokrycie, najlepiej by było to pokrycie gumowe. Możliwe jest wnikanie igieł walca perforacyjnego w pokrycie walca przeciwbieżnego, optymalnie na głębokość od 2,5 mm do 6 mm. Podobnie, samo pokrycie walca może zawierać otwory, których położenie pokrywa się z położeniem igieł.

Następne rozwiązanie według WO 03004259 ujawnia urządzenie perforujące, gdzie pierwszy walec ze strukturą wypukłą penetruje walec drugi ze strukturą wklęsłą, efektem czego jest perforacja włókniny. Na przykład, przedstawiony tam walec przeciwbieżny zawiera na swojej powierzchni otwory, które wnikają do jego wnętrza. Wymiary otworów zbliżone są do elementów wypukłych walca perforującego. Otwory mogą przybierać formę okrągłą, podłużną lub także kanalików, jeśli na powierzchni walca przeciwbieżnego utworzono na przykład występy podłużne. Struktura termoplastyczna tworzy się w efekcie interakcji walca perforującego i walca przeciwbieżnego.

Kalandry, z których każdy składa się z walca igłowego i walca perforowanego, opisano w europejskim zgłoszeniu patentowym nr EP nr 1 048 419 A1 oraz w europejskim zgłoszeniu patentowym nr EP 1 046 479 A1. Igły walca igłowego wnikają w przeciwległe do nich otwory walca perforowanego, wytwarzając perforację materiału przepuszczanego przez prześwit pomiędzy walcem perforowanym

PL 208 382 B1 i walcem igł owym. Materiał y nadają ce się do perforowania stanowią folie plastikowe, papier lub materiały włókninowe. Grubość tych ostatnich może wynosić do kilku milimetrów.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu oraz urządzenia umożliwiających perforację włókniny przy minimalnych nakładach technicznych, ale z zachowaniem wysokiej wydajności produkcji.

Cel ten został osiągnięty poprzez opracowanie sposobu perforacji włókniny przy wykorzystaniu urządzenia w postaci kalandra walcowego według wynalazku.

Według wynalazku, sposób perforacji włókniny polega na tym, że strukturę perforującą przeprowadza się przez włókninę. Struktura perforująca umieszczona jest na pierwszym walcu. Włókninę przepuszcza się pomiędzy dwoma walcami oraz strukturą perforującą penetruje się włókninę aż do powierzchni drugiego walca.

Według wynalazku, sposób perforacji włókniny charakteryzuje się tym, że przy pomocy struktury perforującej przemieszcza się włókna włókniny, zaś strukturę perforującą wprowadza się w materiał powierzchniowy na drugim walcu i odkształca się go podczas penetracji i w materiale powierzchniowym na drugim walcu formuje się gniazda konturowe.

W trakcie procesu perforacji, strukturę perforującą korzystnie nagrzewa się do temperatury niższej niż temperatura topnienia perforowanej włókniny. W korzystniej wersji wynalazku, strukturę perforującą nagrzewa się do temperatury niższej niż temperatura rozkładu materiału tworzącego gniazda konturowe.

Zgodnie z wynalazkiem, w trakcie perforacji odkształca się włókna włókniny i dociska się je do materiału powierzchniowego drugiego walca, przy czym włókna spłaszcza się i utrwala się otwór we włókninie. W momencie zanurzenia struktury perforującej we włóknienie, włókna wypycha się co najmniej częściowo z włókniny i tworzy się wystającą ponad powierzchnię włókniny strukturę, która odpowiada geometrii igieł struktury perforującej. W momencie zanurzenia struktury perforującej w materiale powierzchniowym drugiego walca, poszczególne włókna włókniny wypycha się częściowo i penetruje się nimi ten materiał powierzchniowy drugiego walca.

Według wynalazku, urządzenie do perforacji włókniny stanowi kalander walcowy zawierający pierwszy i drugi walec, przy czym pierwszy walec posiada na powierzchni strukturę perforującą o wypukłym profilu, Pomiędzy pierwszym i drugim walcem znajduje się szczelina, przez którą przepuszcza się włókninę.

Według wynalazku, urządzenie do perforacji włókniny charakteryzuje się tym, że drugi walec kalandra zawiera na powierzchni materiał, który ulega odkształceniu pod wpływem struktury perforującej. Szczelina pomiędzy oboma walcami ma rozmiar mniejszy niż wysokość struktury perforującej pierwszego walca.

Urządzenie dodatkowo zawiera zespół regulacji, przy użyciu którego można regulować wielkość szczeliny.

Według wynalazku, materiał powierzchniowy drugiego walca korzystnie zawiera włókna. W skład materiału powierzchniowego drugiego walca korzystnie wchodzi materiał filcowy. Materiał filcowy ma grubość co najmniej 6 mm.

W korzystniej wersji, materiał powierzchniowy drugiego walca może stanowić pokrycie w formie kurczliwego kołnierza. Materiał powierzchniowy nałożony jest ciśnieniowo na powierzchnię drugiego walca. Pomiędzy powierzchnią drugiego walca kalandra, a materiałem powierzchniowym znajduje się materiał łączący.

Według wynalazku, z układem napędowym połączony jest drugi walec kalandra. W rozwiązaniu według wynalazku przewidziano, że strukturę perforującą korzystnie stanowią igły perforujące.

Na powierzchni drugiego walca może znajdować się korzystnie wymienna szpula, na której znajduje się materiał powierzchniowy. W razie potrzeby szpula może być szybko wymieniona na nową.

Według wynalazku, urządzenie może zawierać układ wykrywający obecność lub nieobecność perforowanej włókniny.

Niezależnie od możliwości wymiany wymiennej szpuli, urządzenie może zawierać mechanizm wymiany kompletnego drugiego walca współpracującego z walcem pierwszym, na walec trzeci.

Dla ułatwienia czynności obsługowych, urządzenie może zawierać boczną strefę dostępu do drugiego walca.

Według sposobu zgodnego z niniejszym wynalazkiem, służącym wytwarzaniu perforowanej włókniny, struktura perforująca, a konkretnie igły, przenika włókninę. Igły umieszczone na walcu przenikają przez włókninę docierając do powierzchni drugiego walca i powodują przemieszczenie włókien

PL 208 382 B1 włókniny w trakcie przenikania przez materiał. Dobiera się tu taki materiał, żeby igły były w stanie go odkształcić. Odkształcenia wykonywane są w taki sposób, że w materiale powstają kontury. Zasadniczo, igły powinny kilka razy przechodzić przez te kontury. Pierwsze kontury powstają w momencie przeniknięcia struktury perforującej przez materiał. Struktura perforująca powinna przynajmniej częściowo wnikać we włóknisty materiał, który powinien stanowić przynajmniej część powierzchni drugiego walca. Ten wymienny materiał to w szczególności materiał filcowy.

Igły mogą różnić się geometrią i przekrojem. Na przykład, mogą być zaostrzone łub ścięte, mogą mieć podcięcia, kształt cylindryczny lub stożkowaty. Geometria i przekrój igły mogą zmieniać się wzdłuż jej długości. Oprócz igieł stosować można przykładowo piramidy, kołki, szczególnie o kształcie stożkowatym, o geometrii grzybka, kształty prostokątne z główkami, przynajmniej częściowo zaokrąglonymi. Strukturę perforującą można frezować, wytrawiać, a nawet rzeźbić z brył. Strukturę perforującą można także zamontować na późniejszym etapie, na przykład przykleić, zamontować na uchwyty lub za pomocą innej metody mocowania frykcyjnego lub/i przez dopasowanie do kształtu.

Struktura perforująca, a konkretnie igły, powinna wnikać w materiał filcowy stanowiący powierzchnię drugiego walca. W ten sposób, jako że materiał filcowy umieszczony jest na drugim walcu, stanowi on powierzchnię oporu dla przeciwległych igieł, która powinna charakteryzować się elastycznością, ale i pewnym stopniem twardości. Materiał filcowy powinien dawać możliwość stabilizacji włókniny na drugim walcu tak, aby walec mógł odkształcić włókninę przenikając jej powierzchnię. Według jednej z wersji, materiał filcowy stosowany na drugim walcu mocuje się na nim pod naciskiem mechanicznym. W ten sposób otrzymujemy materiał filcowy o określonej wytrzymałości na nacisk wywierany przez igły oraz/lub pierwszy walec.

Jednocześnie w ten sposób włókna filcowe zachowują pewne właściwości elastyczne. Według jednej z wersji sposobu według wynalazku, napędzany może być walec pierwszy, wyposażony w igły, podczas gdy walec drugi, na powierzchni którego umieszczono materiał filcowy nie ma bezpośredniego napędu. Zamiast tego, pierwszy walec wprawia w ruch drugi walec za pośrednictwem igieł zagłębiających się we włókninie. W ten sposób, ruch obu walców zostaje zsynchronizowany.

Ułożenie materiału filcowego powinno być takie, żeby igły stykały się z jego powierzchnią zawsze w tych samych miejscach. W ten sposób w materiale filcowym tworzą się gniazda, w które zagłębiają się igły. W ten sposób ogranicza się zużycie materiału filcowego stosowanego na drugim walcu. Kolejna wersja przewiduje podgrzewanie igieł. Podgrzewanie należy ograniczyć do temperatury poniżej temperatury topnienia włókniny lub temperatury rozkładu materiału filcowego. Przykładowo, powierzchniowa temperatura igieł powinna być wystarczająca, żeby roztopić lub/i zmiękczyć włókna włókniny, ale bez naruszania struktury tych włókien. Metoda ta, w wersji udoskonalonej, przewiduje, że materiał filcowy nanosi się na drugi walec w formie kurczliwego płaszcza. Najlepiej, aby był to płaszcz bez szwów. Powierzchnia drugiego walca powinna być metalowa. Może być gładka lub falista. Falowanie może przybierać formę spirali lub rowków o równoległych osiach. Możliwe jest także wyposażenie powierzchni drugiego walca w nacięcia w stylu gwintu śruby, o lewo- lub prawoskrętnej podziałce. Połączenie metalowej powierzchni drugiego walca z materiałem filcowym powinno gwarantować nacisk, jaki wywierać będzie na metalową powierzchnię drugiego walca kurczliwy płaszcz. Dodatkowo, pomiędzy materiałem filcowym a metalową powierzchnią można zastosować środek łączący w postaci spoiwa. Spoiwo to powinno przykł adowo ulegać rozpuszczeniu pod wp ł ywem alkoholu ł ub podobnego środka. W ten sposób spojenie pomiędzy materiałem filcowym a drugim walcem będzie usuwalne. W przypadku, kiedy zużycie materiału filcowego będzie zbyt duże, będzie można wymienić go na nowy. Pozostałe elementy drugiego walca nie wymagają wymiany.

Kolejne ulepszenie, stanowiące niezależny pomysł, przewiduje nanoszenie materiału filcowego na nośnik. Materiał filcowy na nośniku jest następnie nakładany na walec i na przykład naciągany. Nośnikiem powinna być wymienna szpula. Wymienną szpulę należałoby osadzić na walcu. Szpulę i walec należy połączyć za pomocą typowych łączeń , których działanie opiera się na tarciu i/lub dopasowaniu do kształtu. Na przykład, systemy występowo-rowkowe, łączenia śrubowe lub podobne rozwiązania. Sposób nanoszenia materiału filcowego na nośnik powinien umożliwiać jego wymianę tak, aby nośnik można było stosować wielokrotnie. Nośnik, a w szczególności wymienna szpula, umożliwia szybką wymianę materiału filcowego. W ten sposób minimalizuje się czas przestoju kalandra. Materiał filcowy i nośnik są połączone, na przykład tak, jak jest to opisane w kontekście połączenia materiału filcowego z walcera. W roli wymiennej szpuli najlepiej zastosować tworzywo sztuczne. Kurczliwy płaszcz wymaga jedynie naciągnięcia na wymienną szpulę. Nie wymusza to wymiany walców kalandra. Wykorzystując więcej niż jedną wymienną szpulę możemy pozwolić sobie na stosowanie materiaPL 208 382 B1 łu filcowego o krótszej żywotności. Dzięki właściwej organizacji zaopatrzenia maszyny, wymianę szpuli można przeprowadzać równocześnie z wymianą szpuli podajnika.

Zgodnie z kolejnym, również niezależnym, założeniem niniejszego wynalazku, kalander walcowy ma być zbudowany w taki sposób, żeby możliwe było uzyskanie dostępu do walca przeciwbieżnego z jednej strony w taki sposób, żeby przykładowo możliwa była wymiana szpuli. Najlepiej, aby wymiany można było dokonać pozwalając na to, by pozostała część urządzenia pozostała na swoim miejscu, na przykład w panewkach. Jeśli konieczne okaże się zrównoważenie ciężaru walca przeciwbieżnego, kalander można w tym celu wyposażyć w element nośny. Element ten przyjmie ciężar powstały w momencie wypięcia zwalnianej strony walca przeciwbieżnego. Element nośny powinien być przynajmniej częściowo ruchomy tak, aby zapewnić wystarczającą ochronę podczas zdejmowania i nakł adania wymiennej cewki. Część elementu noś nego jest ruchoma wzdł u ż osi walca przeciwbież nego. Walec przeciwbieżny może być podtrzymywany od zwolnionej strony przez element amortyzujący ciężar. Element ten może być, na przykład, przykręcany i rozciągać się wzdłuż osi walca przeciwbieżnego. Siła amortyzacji jest tak duża, że umożliwia ściągnięcie i nałożenie kołnierza.

Kolejny, również niezależny pomysł przewiduje, że kalander wyposażony zostaje w zmieniacz dla walca przeciwbieżnego. Jeśli, na przykład, materiał filcowy na jednym z walców jest tak zużyty, że wymaga wymiany, walec ten zostaje odsunięty od walca perforacyjnego, do którego dosuwa się drugi walec przeciwbieżny z nowym materiałem filcowym. Teraz, na przykład, można zdemontować pierwszy walec przeciwbieżny w celu wymiany materiału filcowego. Przykładowy zmieniacz walców opisany został w wynalazku według patentu niemieckiego nr 100 05 306 C1, do którego całości odwołujemy się w obszarze niniejszego ujawnienia, szczególnie w odniesieniu do kalandra, wymiany walców oraz sposobu działania walców. Właściwy docisk podczas stosowania kołnierza filcowego osiąga się, na przykład, naciągając kołnierz filcowy na czystą powierzchnię drugiego walca lub na czysty nośnik, a nastę pnie nawilż ają c go wodą podgrzaną do okoł o 60-80°C. W takim przypadku, dobrym pomys ł em może być dodanie środka zwilżającego, którym może być na przykład detergent, do wody. W ten sposób przyspiesza się kurczenie kołnierza filcowego. Następnie, kołnierz ten należy ostudzić za pomocą zimnej wody i wysuszyć na drugim walcu w temperaturze 30-40°C. Łączenie pomiędzy materiałem filcowym a drugim walcem i/lub nośnikiem utworzone w ten sposób wystarczy, aby materiał filcowy nie ślizgał się na walcu w trakcie nakłuwania materiału przez igły. Sama powierzchnia materiału filcowego także może podlegać obróbce. Jest to konieczne, na przykład, jeśli na powierzchni materiału filcowego występują nierówności lub ślady zużycia, które mogą zakłócać jego pracę. Istnieje także możliwość szorstkowania lub obróbki powierzchni w taki sposób, żeby zredukować poziom jej chropowatości. Ten drugi zabieg można, na przykład, przeprowadzić delikatnie opalając wystające włókna materiału filcowego, a następnie usuwając je za pomocą szczotki.

Zaleca się stosowanie materiału filcowego o zawartości wełny, jako materiału włóknistego. W niektórych przypadkach, jednak, zaleca się stosowanie innych materiałów włóknistych w roli materiału filcowego. Mogą to być, na przykład, len lub bawełna, wiskoza, poliamid, poliakrylonitryl, poliester, polipropylen, poliamid aromatyczny, politetrafluoretylen, poliamid, lub polisiarczek fenylenu. Podczas, gdy wełna charakteryzuje się długoterminową wytrzymałością cieplną wynoszącą około 100°C, przy wyższych temperaturach igieł, stosuje się, na przykład, włókna poliamidu, poliestru, lub poliamidu aromatycznego. Niezwykłą trwałość stosowanego płaszcza kurczliwego osiąga się przy jego twardości mieszczącej się w grupie F według DIN 61 200.

Materiał filcowy powinien charakteryzować się gęstością brutto od 0,32 g/cm³ do 0,48 g/cm³. Grubość filcu w materiale filcowym powinna wynosić powyżej 5 mm, w szczególności powyżej 8 mm, a najlepiej 10 mm lub wię cej, na przykład do 15 mm. Najlepiej stosować koł nierz filcowy z filcem weł nianym zgodnym z F 2 o grubości ścianki około 10 mm oraz gęstości 0,36 g/cm³. Dodatkową zaletą zastosowania kołnierza filcowego i/lub materiału filcowego jest fakt, że w ich przypadku szczególnej uwagi nie trzeba poświęcać rozszerzalności cieplnej igieł i/lub pierwszego walca. Szczególnie, jeśli to pierwszy walec napędza walec drugi, następuje automatyczna synchronizacja igieł i punktów, w których przenikają one materiał filcowy. Co więcej, według jednej z wersji materiał drugiego walca charakteryzuje się niższą elastycznością niż materiał filcowy, który stanowi powierzchnię drugiego walca. Drugi walec powinien być wykonany z metalu, z najlepiej stali stopowej. Według innej wersji, drugi walec zawiera tworzywo sztuczne i najlepiej, aby w przeważającej części wykonany był z tworzywa sztucznego. Nie wyklucza się, że drugi walec może być także walcem rurowym.

Prześwit pomiędzy pierwszym i drugim walcem powinien zostać ustawiony w taki sposób, żeby igły przenikające przez włókninę odkształcały jej włókna i dociskały je do materiału filcowego, ściska6

PL 208 382 B1 jąc je i umacniając otwory w włókninie. Zależnie od prędkości walców i/lub przepuszczanej przez nie włókniny, stosowanego docisku, temperatury oraz innych parametrów, otwory mogą przybrać kształt, na przykład, lejka. Co więcej, zastosowanie materiału filcowego na drugim walcu umożliwia zastosowanie igieł o mocno zróżnicowanych geometriach. Igły mogą być zaostrzone, stożkowe, ścięte lub przybierać inne kształty. Ich przekrój może przybrać kształt prostokąta, gwiazdy, koła, półkola, kształt zadany łub kombinację wielu kształtów.

Według kolejnego ulepszenia, igły mogą być w szczególności ukształtowane w taki sposób, aby w momencie przenikania włókniny, jej włókna zostawały przynajmniej częściowo przemieszczone poza strukturę włókniny. W ten sposób, włókna tworzą strukturę, która ulega odkształceniu zgodnie z geometrią igieł . Struktura ta powinna powstawać we wł ókninie po jej przejś ciu przez pierwszy i drugi walec. Inna wersja niniejszej metody przewiduje, że w momencie zagłębienia się igieł w materiale filcowym, włókna również zostają przynajmniej częściowo wciągnięte w materiał filcowy. W ten sposób istniejąca struktura powierzchni włókniny zostaje dodatkowo uwypuklona w momencie zejścia włókniny z drugiego walka. Na przykład, przywierając do filcu, włókna będą rozciągane aż do momentu zerwania łączenia włókien z filcem. Według kolejnego założenia niniejszego wynalazku, perforowaniu włókniny służy kalander walcowy, składający się z pierwszego i drugiego walca. Pierwszy walec posiada strukturę perforującą, która stanowi wypukłość na powierzchni pierwszego walca. Pomiędzy pierwszym i drugim walcem tworzy się odstęp, przez który prowadzi się włókninę do perforowania. Powierzchnię drugiego walca stanowi materiał filcowy, a odstęp pomiędzy pierwszym i drugim walcem ustawiony jest tak, że struktura perforująca wnika w materiał filcowy.

Jedno z ulepszeń przewiduje, że odstęp pomiędzy pierwszym a drugim walcem można regulować. W szczególności, umożliwia to takie jego ustawienie, że stosowane igły nie przenikają materiału filcowego, ani przepuszczanej włókniny całkowicie, a jedynie do pewnego stopnia. Igły walca igłowego powinny mieć zaokrąglony kształt. Średnica igły powinna wynosić od 1 mm do około 3 mm. Powierzchnia igły ma wynosić od 1,5 mm² do 5 mm², a gęstość rozmieszczenia od 8 do 25 na cm², zaś zagęszczenie obszaru igieł powinno wynosić od 30% do 70%. Głębokość penetracji materiału filcowego przez igły powinna wynosić od 2 mm do 6 mm. Odstęp pomiędzy pierwszym i drugim walcem należy ustawić w taki sposób, żeby igły nie przenikały materiału filcowego i włókniny do końca. Kolejna wersja przewiduje, że rozmiar odstępu powinien być taki, żeby przepuszczana przez niego włóknina oprócz perforowania była jednocześnie prasowana. W tym celu włókninę można poddawać ciśnieniu lub/oraz temperaturze, które na włókninę wywierane byłyby przez pierwszy walec lub jego części.

W poniż szych tabelach przedstawiono dane o przyk ł adowym walcu igł owym, za pomocą którego, w zestawieniu z drugim walcem pokrytym materiałem filcowym, wykonano różne perforacje.

T a b e l a 1

Kształt igły według rzutu od góry	Średnica igły [mm]	Powierzchnia igły [mm²]	^y ₂ [ilość/cm²]	Proporcja obszaru igieł [%]
Okrągła	1,95	2,987	15,36	45,86

Przykładowe dane pomiarowe z różnych eksperymentów, otrzymane przy zastosowaniu walca igłowego i pokrytego filcem walca przeciwbieżnego przestawiono w tabeli poniżej.

T a b e l a 2

Podawany materiał	A	A	A	B	B	B	B
Ciężar powierzchniowy [g/mm²]	30	30	30	30	30	40	40
Głębokość penetracji przez igłę [mm]	4,5	4,5	5,0	4,5	5,0	4,5	5,0
Obszar otworu [mm²]	0,63	0,68	1,09	0,73	0,84	0,91	0,95
Obszar otworów [%]	9,7	10,6	18,3	12,3	14,2	15,1	15,7

A: włóknina polipropylenowa typu spunbond.

B: włóknina polipropylenowa typu spunbond + dwukomponentowa włóknina polietylenowa/polipropylenowa typu spunbond.

PL 208 382 B1

We wspomnianych eksperymentach prędkość pasa wstęgi włókniny wynosiła 95 m/minutę. Struktura perforująca, a konkretnie igły, zostały wykonane tak, aby perforacja wykonana we włókninie była przenikalna dla wody. Wykazano, że w tym przypadku szczególnie właściwie do zastosowania jako włóknina nadaje się włóknina typu prebond. Należy tu stosować włókninę jednowarstwową.

Przykładowo, stosuje się włókninę typu spunbond wykonaną w większości z polipropylenu, która jest materiałem jednowarstwowym. Ciężar stosowanej włókniny typu powinien wynosić od 20 g/m²do 40 g/m². Ciężar podstawowy powinien wynieść 30 g/m². W innej włókninie może na przykład występować zawartość innego rodzaju włóknin, na przykład thermobond wynosząca 14,49%. W stosowanej włókninie obszar wiązań powinien wynosić od 10% do około 60%.

Poza metodą temperaturową, włóknina może uzyskać swoją stabilność i wytrzymałość poprzez inne metody wiązania, na przykład za pomocą strumieni wody pod ciśnieniem, klejenia, włókien klejonych, spajania ultradźwiękowego, itd. W przykładowych włókninach, które wyprodukowano, obszar otworów wynosił 1,09 mm, o średniej długości 1,35 mm wzdłużnej i średniej długości poprzecznej wynoszącej 1,04 mm.

Stosowany walec igłowy był podgrzewany od środka za pomocą oleju grzewczego przeznaczonego specjalnie do tego celu tak, że temperatura powierzchni walca igłowego wynosiła od 105°C do 130°C.

Przy zastosowaniu włókniny jednowarstwowej otrzymano rozmiary otworów o stosunku osi wzdłużnej do poprzecznej wynoszącym około 1. W niniejszym przypadku wydajność kalandra wyniosła do 95 m/minutę.

Przeprowadzono dalsze przykłady, tym razem na włókninie dwuwarstwowej. Pierwsza warstwa została wykonana z włókniny z polipropylenu typu spunbond, druga z materiału dwukomponentowego. Obszar wiązań we włókninie wyniósł około 17%.

Szczególnie korzystne, stabilne okrągłe otwory perforacji osiągnięto dla ciężaru bazowego wynoszącego od 30 g/m² do 40 g/m². Do perforacji najlepiej stosować włókninę o obszarze wiązań wynoszącym od 8% do 25%.

Poza wspomnianymi materiałami polipropylenowymi i polietylenowymi, w skład włókniny wchodzić mogą także inne materiały, na przykład poliamidy, poliester, włókno szklane, PET, wiskoza, włókno octanowe, poliakryl, polistyren, PCW, ich pochodne polimery oraz ich kombinacje. Zastosowanie włóknin dwukomponentowych i wielokomponentowych, zawierających konkretnie wymienione materiały, jest także możliwe.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na załączonych rysunkach, na których poszczególne figury ilustrują:

Figura 1 - urządzenie do wytwarzania perforowanej włókniny.

Figura 2 - szczegół z rysunku fig. 1.

Figura 3 - włókninę jednowarstwową przed perforacją.

Figura 4 - włókninę jednowarstwową według fig. 3 po perforacji.

Figura 5 - włókninę dwuwarstwową przed perforacją.

Figura 6 - włókninę dwuwarstwową według fig. 5 po perforacji.

Figura 7 - materiał filcowy, na wymiennej szpuli.

Figura 8 - schemat kalandra walcowego z boczną strefą dostępu.

Figura 9 - schemat kalandra walcowego z wymiennymi walcami.

Na rysunku fig. 1 przedstawiono w przykładzie wykonania urządzenie 1 do produkcji perforowanej włókniny 2. Włókninę 3 typu prebond prowadzi się z podajnika 4 przez prowadnice 5 oraz wałek pomiaru napięcia 6 do kalandra walcowego 7. Kalander walcowy 7 składa się z pierwszego walca 8 wyposażonego w igły 9 służące jako struktura perforująca oraz walca drugiego 10. Drugi walec 10 jest metalowy, a na powierzchni wyłożony jest materiałem filcowym 11. Jako materiał filcowy 11 przykładowo zastosowano kołnierz kurczliwy 12. Kurczliwy kołnierz 12 nakłada się na ten drugi walec 10 tak, żeby wewnętrzna powierzchnia 13 kołnierza 12 stykała się z metalową powierzchnią 14 tego drugiego walca 10.

Powierzchnia 15 kołnierza kurczliwego 12 jednocześnie stanowi więc zewnętrzną powierzchnię drugiego walca 10. Igły 9 pierwszego walca 8 penetrują tę powierzchnię 15. Włóknina typu 3 zostaje następnie doprowadzona do kalandra walcowego 7 w taki sposób, że najpierw owija się na wymienionym drugim walcu 10. Włóknina 3 powinna owijać się wokół drugiego walca 10 pod kątem ponad 90°, w szczególności powyżej 120°, a przykładowo ponad 180°. W ten sposób udaje się obniżyć napięcie

PL 208 382 B1 włókniny, która osiada na materiale filcowym 11, aż do momentu perforacji przez igły 9. W ten sposób przede wszystkim wygładzeniu ulega oczekująca na perforację włóknina 3.

Włóknina jest naprężona w granicach określonej wartości. Naprężenie powinno, na przykład, być przynajmniej wykrywalne przez wałek pomiaru napięcia 6 oraz możliwa powinna być jego regulacja za pomocą regulatora ustawień. Na rysunku fig. 1 pokazano także, że możliwa jest regulacja odstępu 16 pomiędzy pierwszym 8 i drugim walcem 10. Przynajmniej jeden z dwóch walców 8, 10 jest ruchomy. W ten sposób, możliwa jest regulacja głębokości penetracji igieł 9 w materiale filcowym 11. Regulację głębokości perforacji można sprawdzać, na przykład bezpośrednio sprawdzając wygląd perforacji na perforowanej włókninie 2. Proces ten może odbywać się automatycznie. Na przykład, jakość można sprawdzać bezpośrednio za pomocą urządzenia kontrolnego, przykładowo kamery, a w przypadku odchyleń można wprowadzać odpowiednie zmiany. Dodatkowo, można na przykład uzyskiwać informacje o konieczności wymiany materiału filcowego. Po procesie perforacji nie perforowanej włókniny 3 przez igły 9, zależnie od dalszej przykładowej technologii, perforowana włóknina nie musi od razu opuszczać prześwitu 16 i być nawijana za pomocą nawijarki. Zamiast tego, włóknina pozostaje na pierwszym walcu 8 i prowadzona jest dalej zgodnie z kierunkiem wskazanym przez strzałkę. Perforowaną włókninę 2 należy dalej prowadzić pod zaokrąglonym kątem powyżej 90°, szczególnie większym niż 120°, a najlepiej w przedziale od 160° do 270°. Dopiero wtedy perforowaną włókninę 2 można zdjąć z pierwszego walca 8 i z igieł 9.

Taki sposób prowadzenia włókniny ma wiele zalet: po pierwsze, utrwalenie perforacji włókniny uzyskuje się poprzez właściwe podgrzanie igieł. W tym przypadku utrwalenie to można osiągnąć ogrzewając włókna włókniny wokół igieł 9 bardziej równomiernie, a w szczególności także wolniej. W ten sposób możliwe staje się zmiękczenie włókien włókniny znajdujących się w bezpośrednim kontakcie z igłami 9. Większy kąt, pod jakim włóknina opasuje walec, powinien raczej umożliwić zmiękczenie także włókien w ich sąsiedztwie. Zmiękczenie powinno doprowadzić do lekkiego połączenia dociskanych do siebie powierzchni włókien. W ten sposób, możliwe staje się utrwalenie przyjętych struktur i geometrii. Dodatkowo, tego rodzaju prowadzenie włókniny pozwala na dociśnięcie do siebie włókien za pomocą igieł 9, które przenikając perforowaną włókninę 2 prowadzą ją dalej wzdłuż powierzchni materiału filcowego 11. Pozwala to także na utrwalenie struktury perforacji utworzonej we włókninie przez igły 9. Perforowana włóknina 2 prowadzona jest z pierwszego walca 8 na kolejny wałek pomiaru naprężenia 17. Stamtąd, perforowana włóknina 2 dociera do nawijarki 18 poprzez cały szereg prowadnic 5.

Wałek pomiaru naprężenia 17 pozwala na regularną kontrolę naprężeń włókniny podczas procesu perforacji oraz na odpowiednie dostosowywanie prędkości nawijarki 18 i/lub podajnika-odwijarki 4. Co więcej, prędkości pierwszego walca 8 i/lub drugiego walca 10 można odpowiednio regulować, w taki sposób, żeby włóknina poddawana była pożądanemu naprężeniu rozciągającemu.

Rysunek fig. 2 przedstawia szczegółowo fragment rysunku fig. 1 oraz penetrację materiału filcowego 11 płaszcza kurczliwego 12 przez igły 9. Schematycznie przedstawiono przykładową budowę pierwszego walca 8. Możliwości konstrukcyjnego osiągnięcia celu, jakim jest wyposażenie pierwszego walca 8 w igły lub inną strukturę perforującą, są znane są z innych rozwiązań.

Na rysunku fig. 3 przedstawiono jednowarstwową włókninę 19, przedstawioną w formie perforowanej na rysunku fig. 4. Jednowarstwowa włóknina 19 powinna być włókniną typu spunbond. Perforacje wykonuje się w taki sposób, że włókna włókniny odstające od jej powierzchni tworzą struktury o kształcie lejków.

Załączony rysunek fig. 5 i fig. 6 przedstawia włókninę dwuwarstwową 20, której warstwy są przed perforacją laminowane lub laminowane podczas procedury perforacji. Pierwsza warstwa 21 i warstwa druga 22 perforowane są jednocześnie. Struktury lejkowe tworzone w pierwszej warstwie 21 powinny przechodzić do drugiej warstwy 22 w taki sposób, że powierzchnia tej drugiej pozostaje niemal gładka, bez dodatkowych wybrzuszeń. Jednakże, zależnie od głębokości penetracji igieł, włókna włókniny z warstwy pierwszej 21 i/lub warstwy drugiej 22 mogą tworzyć wypukłości na powierzchni włókniny dwuwarstwowej 20.

Na załączonym rysunku fig. 7 przedstawiono wymienną szpulę 23, przykładowo z tworzywa sztucznego. Na wymienną szpulę nakładany jest kurczliwy kołnierz, który w tym przypadku pokryty jest materiałem filcowym 11. Materiał filcowy 11 można ponownie usunąć z wymiennej szpuli 23 tak, aby następnie można było umieścić na niej nowy kołnierz kurczliwy. Szpula wymienna 23 powinna charakteryzować się pewnym stopniem elastyczności lub/i odkształcalności. W ten sposób, na przykład, nacisk wywierany na szpulę wymienną 23 przez kurczliwy kołnierz może być przenoszony ze

PL 208 382 B1 szpuli 23 na walec przeciwbieżny kalandra usytuowany dokładnie naprzeciw walca perforacyjnego. W praktyce nacisk ten może być tak duży, że ustała on mocowanie szpuli wymiennej 23 na walcu przeciwbieżnym.

Rysunek fig. 8 przedstawia schematyczny widok kalandra 24, do którego dostęp uzyskuje się z boku. W ten sposób możliwa jest wymiana powierzchni drugiego walca 10 bez konieczności jego demontażu. W tym celu mocowanie 25 oraz/lub pokrywę można odkładać na bok lub opuszczać i/lub podnosić. W ten sposób możliwy jest nieograniczony dostęp z boku do wymienionego drugiego walca 10. W praktyce, konstrukcja tego drugiego walca 10 oraz odpowiedni dobór wymiarów i rozkładu ciężaru powinny być takie, żeby mocowanie z jednej strony kalandra 24 wystarczyło do podtrzymania ciężaru drugiego walca 10. Rozwiązanie to może mieć zastosowanie, jeśli kalander 24 nie jest w ruchu, ale także, jeśli kalander 24 jest w ruchu. Na przykład, drugi walec 10 może być walcem cylindrycznym, można wykonać go z lekkich materiałów lub/i przynajmniej częściowo może być wykonany z tworzyw sztucznych lub nawet aluminium. Dzięki możliwości zamontowania mocowania tylko z jednej strony, drugi walec 10 można by także wysuwać z ramy kalandra i wymieniać powierzchnię tego drugiego walca 10. Konstrukcja i tryb pracy układu przedstawionego schematycznie na rysunku fig. 9 odpowiada układowi z rysunku fig. 1.

Dodatkowo, na rysunku fig. 9 przedstawiono układ, w którym drugi walec 10 można wymieniać na walec trzeci 26 poprzez wymianę mechanizmu. W ten sposób, drugi walec 10 może, na przykład, zostać wymieniony, podczas gdy z pierwszym walcem 8 współpracuje walec trzeci 26. W tym celu, kalander walcowy 7 został, poza trzecim walcem 26, wyposażony w, na przykład, mechanizm dźwigniowy 27, za pomocą którego drugi walec 10 i trzeci walec 26 zostały ze sobą połączone. Jeśli mechanizm dźwigniowy 27 wykona ruch według strzałki wokół osi, drugi walec 10 zostanie odsunięty od pierwszego walca 8. Z kolei, trzeci walec 26 zostanie dosunięty do walca pierwszego 8. Dokładna regulacja odległości konkretnego walca 10, 26 od pierwszego walca 8 powinna odbywać się niezależnie od mechanizmu dźwigniowego 27. Jeśli trzeci walec 26 pracuje z walcem pierwszym 8, włókninę do perforowania można poprowadzić wzdłuż trzeciego walca 26 do pierwszego walca 8 zgodnie ze wskazaniem przerywanej linii. Pozycja wałka mierzącego napięcie 17 powinna być dostosowana do pozycji trzeciego walca 26. W ten sposób upewniamy się, że napięcie mierzone będzie również podczas pracy trzeciego walca 26.

Claims

1. Sposób perforacji włókniny, polegający na tym, że strukturę perforującą przeprowadza się przez włókninę, przy czym ta struktura perforująca umieszczona jest na pierwszym walcu, a włókninę przepuszcza się pomiędzy dwoma walcami oraz strukturą perforującą penetruje się włókninę aż do powierzchni drugiego walca, znamienny tym, że przy pomocy struktury perforującej przemieszcza się włókna włókniny, przy czym strukturę perforującą wprowadza się w materiał powierzchniowy drugiego walca i odkształca się go podczas penetracji i w materiale powierzchniowym na drugim walcu formuje się gniazda konturowe.

2. Sposób perforacji według zastrz. 1, znamienny tym, że strukturę perforującą nagrzewa się do temperatury niższej niż temperatura topnienia perforowanej włókniny.

3. Sposób perforacji według zastrz. 1, znamienny tym, że strukturę perforującą nagrzewa się do temperatury niższej niż temperatura rozkładu materiału tworzącego gniazda konturowe.

4. Sposób perforacji według jednego z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienny tym, że w trakcie perforacji odkształca się włókna włókniny i dociska się je do materiału powierzchniowego drugiego walca, przy czym włókna spłaszcza się i utrwala się otwór we włókninie.

5. Sposób perforacji według zastrz. 4, znamienny tym, że w momencie zanurzenia struktury perforującej, włókna wypycha się co najmniej częściowo z włókniny i tworzy się wystającą ponad powierzchnię włókniny strukturę, która odpowiada geometrii struktury perforującej.

6. Sposób perforacji według zastrz. 5, znamienny tym, że w momencie wejścia struktury perforującej w materiał powierzchniowy drugiego walca, poszczególne włókna włókniny wypycha się częściowo i penetruje się nimi ten materiał powierzchniowy drugiego walca.

7. Urządzenie do perforacji włókniny, stanowiące kalander walcowy zawierający pierwszy i drugi walec, przy czym pierwszy walec posiada na powierzchni strukturę perforującą o wypukłym profilu, zaś pomiędzy pierwszym i drugim walcem znajduje się szczelina, przez którą przepuszcza się włókni10

PL 208 382 B1 nę, znamienne tym, że drugi walec (10) zawiera na powierzchni materiał (11), który ulega odkształceniu pod naciskiem struktury perforującej, przy czym szczelina (16) pomiędzy walcami (8, 10) ma rozmiar mniejszy niż wysokość struktury perforującej pierwszego walca (8).

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że zawiera zespół regulacji wielkości szczeliny (16).

9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że materiał powierzchniowy (11) drugiego walca zawiera włókna.

10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że w skład materiału powierzchniowego (11) drugiego walca wchodzi materiał filcowy.

11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że materiał filcowy ma grubość co najmniej

6 mm.

12. Urządzenie według zastrz. 10 albo 11, znamienne tym, że materiał powierzchniowy (11) stanowi pokrycie w formie kurczliwego kołnierza.

13. Urządzenie według zastrz. 10 albo 11, znamienne tym, że materiał powierzchniowy (11) nałożony jest ciśnieniowo na powierzchnię drugiego walca (10).

14. Urządzenie według jednego z zastrz. 10 albo 11, znamienne tym, że pomiędzy powierzchnią drugiego walca (10) a materiałem powierzchniowym (11) znajduje się materiał łączący.

15. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 7 do 11, znamienne tym, że z układem napędowym połączony jest drugi walec (10) urządzenia.

16. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 7 do 11, znamienne tym, że strukturę perforującą stanowią igły perforujące (9).

17. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że na powierzchni drugiego walca (10) znajduje się nośnik, zwłaszcza wymienna szpula, na której znajduje się materiał powierzchniowy (11).

18. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 7 do 11, znamienne tym, że zawiera układ wykrywający perforowaną włókninę.

19. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 7 do 11, znamienne tym, że zawiera mechanizm wymiany drugiego walca (10) współpracującego z walcem pierwszym (8), na walec trzeci.

20. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że zawiera boczną strefę dostępu do drugiego walca (10).