PT97343A - Bolas de fibras com uma distribuicao e enredamento aleatorios de fibras dentro de cada bola, processo para a sua fabrica cao e estrutura moldada que as contem - Google Patents

Description

"ENCHIMENTOS E OUTROS ASPECTOS DE FIBRAS"

Referência cruzada a pedidos de patente de invenção relacionados 0 presente pedido de patente de invenção é uma continuação em parte dos pedidos de patente de invenção copendentes principais (DP-4690) N2 07/508 878, depositado em 12 de Abril de 1990 por Snyder e Vaughn, e (DP-4390-A) N2 07/549 818 e (DP-4391) N2 07/549 847, ambos depositados em 9 de Julho de 1990 por Marcus, como continuação em parte do pedido (DP-4390) Ns 07/290 385, depositado em 27 de Dezembro de 1988, agora publicado como patente de invenção US 4 940 502, por sua vez uma continuação em parte do pedido de patente de invenção norte-americana N2 06/ /921 644, depositado em 21 de Outubro de 1986, agora publicado como patente de invenção US 4 794 038, de 27 de Dezembro de 1988, por sua vez uma continuação em parte do pedido de patente de invenção norte-americana N2 734 423, depositado em 15 de Maio de 1985, agora publicado como patente de invenção US 4 618 531.

Campo da invenção A presente invenção refere-se a aperfeiçoamentos no material fibroso de enchimento, em especial um enchimento de fibras de poliéster e, mais particularmente, um enchimento de fibras que apresenta a forma de uma bola de fibras, e a outros aspectos e utilizações destas e de outras fibras.

Fundamento da invenção 0 enchimento de fibras de poliéster tornou-se um produto largamente utilizado e bem aceite como material de enchimento relativamente barato para travesseiros, coberturas acolchoadas, sacos de dormir, decoração (paramentos), almofadas para mobiliário, colchões e produtos análogos. 0 referido enchimento tem sido fabricado, de uma maneira geral, a partir de fibras cortadas de te-reftalato de polietileno, de filamentos ondulados num ondulador de tipo caixa de enchimento. Os valores dos deniers (ou dtex) das fibras têm sido geralmente da ordem de 5-6, isto é um valor de denier por filamento (dpf) significativamente maior dó que o das fibras de algodão e fibras têxteis de poliéster usadas em decoração. As fibras podem ser ocas ou maciças e podem ter uma secção transversal circular regular ou outra, e são cortadas com vários comprimentos, de acordo com os requisitos da utilização final ou do processo. 0 enchimento de fibras de poliéster e muitas vezes "alisado", isto é, revestido com silicones e, mais recentemente, com copolímeros de tereftalato de polietileno/poliéter segmentados, para reduzir o atrito fibra/fibra. Um atrito fibra/fibra baixo melhora o toque do produto acabado feito com enchimento de fi-

fi bras , produzindo um toque mais liso e mais macio, e contribui para reduzir a tendência do enchimento de fibras para se emaranhar (ou aglomerar) no produto durante o uso.

Os filamentos cortados do enchimento de fibras de poliés-ter têm geralmente sido processados fazendo a sua abertura e depois formando mantos que são sobrepostos cruzados para formar um chumaço (por vezes designado por "batt"), que é usado para encher o produto. A eficácia dos produtos que se encheram usando esta técnica tem sido satisfatória em muitas utilizações durante muitos anos, mas não pode reproduzir completamente a estética dos enchimentos naturais como a penugem e misturas de penugem/penas. Esses enchimentos naturais têm uma estrutura que ê fundamentalmente diferente dos "batts" de enchimento de fibras de poliêster cardados; são constituídos por pequenas partículas sem qualquer continuidade do material de enchimento; isso permite que as partículas se movam à volta no interior do riscado dos colchoes e adaptem a forma do produto aos contornos do utilizador ou aos seus desejos. Pensa-se que a facilidade com que os enchimentos de penugem e de penas se podem mover desempenha um papel chave na sua recuperação da compressão depois de terem sido compactados, por simples agitação e umas pancadinhas. Esta virtude é designada por "reamaciabilidade".

Em contraste com a penugem e as penas, os "batts" de enchimento de fibras de poliêster cardados têm uma estrutura em camadas, na qual as fibras são dispostas paralelas e estão fracamente interligadas dentro de cada manto e entre as camadas, de -4-* .« modo que não podem mover-se e reamaciar-se de uma maneira análoga à da penugem e das penas. Mas os enchimentos de fibras de po-liéster têm algumas vantagens sobre os enchimentos naturais, em particular no que respeita à capacidade de lavagem e à durabilidade. Por conseguinte, Marcus desenvolveu um produto de enchimento de fibras constituído por pequenos grupos de fibras de poliés-ter ou bolas de fibras que mantêm a sua identidade durante o uso e a lavagem e permitem ao utilizador reamaciar o produto cheio com o enchimento de fibras. Estes grupos combinam as boas propriedades mecânicas e capacidade de lavagem do enchimento de fibras de poliéster com a reamaciabilidade da penugem ou das misturas de penugem/penas.

Embora tenham sido produzidos comercialmente alguns produtos em partículas em cardas modificadas a partir de enchimento de fibras normal, tais produtos foram preparados para utilizações finais diferentes e não têm as características exigidas para a manufactura de produtos de cama e de mobiliário. Steinruck apresentou uma tal carda modificada e um processo para a formação de "protuberâncias", na patente de invenção US 2 923 980.

Marcus fabricou as suas novas bolas de fibras usando fibras com características específicas como alimentação para um novo processo de fabricar bolas de fibras. As patentes de invenção US 4 618 531 e 4 783 364 apresentam produtos de bolas de fibras preferidos e um processo para produzir as mesmas a partir de fibras onduladas em espiral (incluindo fibras onduladas em ômega), que podem ser enroladas em condições suaves devido ao

seu potencial para o encaracolamento espontâneo. Este produtos tiveram êxito comercial nos Estados Unidos da America e na Europa, principalmente em colchoaria para cama e mobiliário. Marcus demonstrou que a ondulação helicoidal era importante para conseguir a estrutura de bola de fibras desejada, isto é, para proporcionar a disposição aleatória desejada das fibras no interior de cada bola de fibras e para conseguir uma coesão reduzida desejada entre as superfícies de bolas vizinhas. As fibras comerciais com ondulação mecânica normal não produzem bolas de fibras com a estrutura desejada para as mesmas que produz uma grande durabilidade, elevada capacidade de enchimento e reduzida coesão, que são requisitos chave para os produtos de enchimento reamaciáveis.

Para optimizar a capacidade de enchimento (isto é, aumentar o volume) e a durabilidade (isto é, baixar a quantidade de perda de volume durante o uso) e em particular a durabilidade para a lavagem, julga-se que as fibras no interior da bola de fibras devem estar distribuídas aleatoriamente, devem ter uma densidade uniforme em toda a estrutura e devem ser suficientemente emaranhadas para manter a identidade da bola de fibras durante a lavagem ou no uso normal. Para se obter a capacidade de enchimento e a durabilidade óptimas, julga-se que ê importante que cada fibra no interior da bola de fibras deve ter o seu volume completa e individualmente desenvolvido, de modo que possa contribuir plenamente para a capacidade de enchimento e para a durabilidade. Para conseguir esta estrutura, da qual depende a eficácia das bolas de fibras, Marcus usou fibras que tendem a encaracolar-se

espontaneamente, de modo que pode produzir-se, sob a acçao de forças muito suaves, uma estrutura boa e consolidada. Nas patentes de invenção atrás referidas, Marcus apresentou uma maneira preferida para obter esta estrutura desejada das bolas de fibras e as características desejadas das mesmas usando fibras com ondulação helicoidal como fibras de alimentação e um processo de revolvimento por ar para enrolar as fibras sob a acção de forças suaves. Os produtos resultantes são caracterizados por uma distribuição aleatória das fibras dentro da bola de fibras, sendo pelo menos 50% redondas (tendo uma relação da maior dimensão para a menor dimensão inferior a 2:1) e tendo uma baixa coesão, o que não se apresentava nos produtos anteriores. Marcus não produziu bolas de fibras aceitáveis nas mesmas condições usando fibras comerciais com ondulação mecânica normal.

As fibras de alimentação usadas por Marcus para fabricar as suas novas bolas de fibras são relativamente pouco usuais, difíceis de obter e/ou caras em alguns mercados, nos quais de longe a maioria das fibras de poliéster cortadas ê ondulada mecanicamente, em geral por uma técnica de onduladores de caixas de enchimento. Desde que Marcus descreveu a vantagem de utilizar enchimentos de fibras sob a forma de uma bola de fibras, em vez de fibras paralelas, numa estrutura cardada tipo "batt", tem sido desejável descobrir por que razão as fibras onduladas mecanicamente não formam bolas de fibras boas, e proporcionar fibras de alimentação diferentes das usadas por Marcus# Snyder e outros, no pedido de patente de invenção copendente US Ns 07/508 898, apresentaram um outro processo e um novo aparelho para a fabricação de aglomerações de fibras e conseguiram processar fibras onduladas mecanicamente para obter aglomerações de fibras satisfatórias. Um objecto importante da presente invenção consiste em proporcionar tais fibras de alimentação onduladas mecanicamente com a capacidade de serem processadas para se obter tais aglomerações, por vezes denominadas bolas de fibras. Outros objectos serão aqui evidenciados.

As almofadas amovíveis, reamaciáveis são actualmente típicas nas modernas mobílias de estilo. Isto criou uma nova necessidade de enchimento de fibras reamaciáveis, de modo que as almofadas possam ser reconduzidas ao seu volume. 0 mobiliário também exige produtos de enchimento com maior capacidade de suporte e de enchimento do que os produtos de roupa de cama e de decoração. Isso pode exigir fibras com denier mais elevado. Tais fibras podem exigir condições de ondulação diferentes das das fibras com denier da ordem de 5 - 6 dtex.

Na patente de invenção US 4 794 038 de Marcus, apresenta-ram-se bolas de fibras enroladas em espiral e fibras de ligação, que podem ser moldadas para se obter um bloco de fibras consolidado. Mais uma vez se usaram fibras onduladas em hélice para se conseguir a estrutura de bola desejada. É desejável proporcionar fibras onduladas mecanicamente susceptíveis de fabricar tais bolas de fibras.

Como aqui se tornará evidente, os princípios da presente invenção podem também ser aplicados para a fabricação de aglome-

rações de fibras diferentes do enchimento de fibras de poliéster.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Surpreendentemente, verificou-se agora que podem produzir-se bolas de fibras com características comparáveis a partir de certas fibras onduladas mecanicamente que possuem configurações de ondulação específicas. Julga-se que uma característica importante é um potencial de se ondularem espontaneamente, semelhantes a este respeito às fibras onduladas em espiral usadas como fibras de alimentaçao por Marcus. Utilizaram-se fibras de alimentação apropriadas com combinações de ondulação primária e secundária, com gamas de frequência e amplitude específicas. As gamas de valores exactos requeridos dependerão de várias considerações, tais como o denier e a configuração das fibras de alimentação e a técnica de processamento usada para fazer as bolas. A frequência e a amplitude da ondulação secundária, em especial, e a boa consolidação desta ondulação secundária, crê-se que são os requisitos chave para a produção das bolas de fibras.

De acordo com um aspecto da presente invenção, proporcionam-se bolas de fibras reamaciáveis, com uma densidade uniforme e uma distribuição e emaranhamento aleatórios das fibras dentro de cada bola, caracterizadas por as bolas de fibras terem uma dimensão média da secção transversal de cerca de 2 a cerca de 20mm, e por as fibras individuais terem um comprimento na gama de cerca de 10 a 100 mm e serem preparadas a partir de fibras que têm uma ondulação primária e uma ondulação secundária, tendo a referida ondulação primária uma frequência média de cerca de 14 a cerca de 40 ondulações por 10 cm e a referida ondulação secundária uma frequência média de cerca de 4 a cerca de 16 ondulações por 10 cm, e tendo uma amplitude média, a partir do eixo longitudinal das fibras de pelo menos 4 vezes a amplitude média das ondulações primárias.

Proporcionam-se também bolas de fibras com uma distribuição e um emaranhamento aleatórios das fibras no interior de cada bola, sendo as referidas fibras uma mistura de fibras de suporte de cargas e fibras de ligação, que contêm optativamente um material susceptível de ser aquecido quando sujeito a uma fonte de energia de micro-ondas ou de altas frequências, caracteri-zadas por as bolas de fibras terem um diâmetro médio compreendido entre cerca de 2 mm e cerca de 20 mm e tendo as fibras individuais um comprimento de cerca de 10 a cerca de 100 mm, tendo as fibras que suportam cargas uma ondulação primária e uma ondulação secundária, tendo a referida ondulação primária uma frequência média de cerca de 14 a cerca de 40 ondulações/10 cm e a referida ondulação secundária uma frequência média de cerca de 4 a cerca de 16 ondulações/ 10 cm e sendo a amplitude média da ondulação secundária igual a pelo menos 5 vezes a amplitude média da ondulação primária.

Proporcionam-se além disso processos para a fabricação das referidas bolas de fibras, como se descreve mais completamente adiante. -10-

Proporcionam-se adicionalmente estruturas moldadas preparadas a partir de bolas de fibras que contêm fibras de ligação.

Outros aspectos da presente invenção são fibras de alimentação preferidas para a fabricação das bolas de fibras e processos usados para a fabricação de tais fibras de alimentação apropriadas.

De acordo com estes e outros aspectos da presente invenção, proporcionam-se processos para ondular mecanicamente uma fita de estopa de filamentos de poliéster de baixo denier (cerca de 4 a cerca de 10 dtex) por filamento, num ondulador de caixas de enchimento com uma carga do ondulador de cerca de 13 a cerca de 26 Ktex por 25,4 mm (1") de largura do ondulador, e para consolidar a fita de estopa ondulada, por aquecimento, para proporcionar filamentos ondulados com uma ondulação primária com uma frequência média de cerca de 14 a cerca de 40 ondulações por 10 cm e uma ondulação secundária com uma frequência média de cerca 4 a cerca de 16 ondulações por 10 cm, e uma amplitude média de pelo menos 4 vezes a amplitude média da ondulação primária e para converter a fita de estopa ondulada resultante em fibras cortadas para proporcionar fibras de alimentação para um processo de produção de bolas de fibra a partir de tais fibras de alimentação, e para produzir essas bolas de fibras por um processo de revolução pelo ar ou usando uma máquina de fabricação de bolas equipada com um revestimento de cardas, por exemplo do tipo de topo com rolos modificado, ou, como se apresenta, por exemplo no pedido de patente de invenção de Snyder e outros, US 07/508 878, e fibras de -11 .% alimentação onduladas mecanicamente preferidas para utilizar nessas máquinas e processos de fabricação de bolas. Proporcionam--se processos semelhantes para filamentos de poliéster com valores de denier mais elevados, com cargas do ondulador, por exemplo, até cerca de 34 Ktex por 25,4 mm (1") , de maneira correspondente. Não deve considerar-se a presente invenção limitada apenas à indução da ondulação apropriada por utilização de um ondulador mecânico do tipo de caixas de enchimento, por exemplo, sendo também considerados outros processos para a indução da estrutura apropriada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos anexos, as figuras representam:

As fig. 1A, 1B, 2A, 3, 4 e 5, fotografias, cujos pormenores são indicados mais adiante; e A fig. 6, uma vista em perspectiva, com arranque parcial, de um ondulador do tipo de caixa de enchimento, para mostrar os efeitos de ondulação obtidos.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO

Segundo a presente invenção, certas fibras de alimentação onduladas mecanicamente podem produzir bolas de fibras com ca-racterísticas de reamaciamento e durabilidade semelhantes às produzidas a partir de fibras onduladas em espiral (muitas vezes de-

nominadas fibras onduladas helicoidais), quando submetidas a condições de processamento semelhantes. Uma ampla gama de fibras onduladas mecanicamente pode produzir de maneira satisfatória bolas de fibras, quando sujeitas a outros processos de fabricação de bolas de fibras, tais como um processo descrito no pedido de patente de invenção copendente de Snyder e outros, US 07/508 878, depositado em 12 de Abril de 1990 (DP-4690), cuja descrição se incorpora aqui por referência. Em alguns casos, a estrutura da bola de fibras ê assim semelhante à obtida a partir de fibras onduladas em espiral, de modo tal que é difícil distinguir os dois produtos, mesmo em fotografias das bolas de fibras obtidas num microscópio electrónico de varrimento. A este respeito faz--se referência às fig. 1A, 1B, 2A e 2B, todas elas fotografias obtidas no referido microscópio com a ampliação de 20 X. As fig. 1A e 1B são fotografias de bolas de fibras preparadas a partir de fibras onduladas mecanicamente como se descreve no Exemplo 1 a seguir. As fig. 2A e 2B são fotografias de bolas de fibras comerciais obtidas a partir de fibras de alimentação onduladas em espiral. Discutem-se estas com mais pormenor adiante. Genericamente, a maneira mais fácil de examinar a ondulação das fibras de alimentação a partir das quais se prepararam as bolas de fibras consiste em procurar alguma das extremidades livres que se estendem usualmente a partir das bolas de fibras, e examinar as partes que se estendem para fora da bola, em vez de tentar dese-maranhar as próprias bolas de fibras. É difícil proporcionar uma representação bidimensional apropriada das bolas de fibras como -13- as ilustradas nas figuras, mas as fotografias obtidas no referido microscópio dão uma melhor representação que uma fotografia feita com uma câmara usual. Estas fotografias no referido microscópio são proporcionadas para mostrar a semelhança estrutural com o produto comercial que pode atingir-se segundo a presente invenção com fibras de alimentação onduladas mecanicamente. A produção de bolas de fibras com uma boa estrutura a partir de fibras onduladas mecanicamente tem um interesse particular, prático e comercial, para as fibras com secções transversais especiais que são difíceis de produzir e/ou ondular com as técnicas de ondulaçao helicoidal ou técnicas bicomponentes, tais como fibras com canais múltiplos e/ou elevada percentagem de espaços vazios e fibras de elevado denier. A tecnologia aqui descrita torna possível produzir bolas de fibras com uma estrutura tridimensional, com coesão reduzida e uma boa durabilidade, a partir praticamente de qualquer fonte de filamentos sintéticos fiados, modificando as condições de ondulação e produzindo assim uma combinação específica de ondulação primária e secundária, como adiante se descreve. Como os entendidos da matéria reconhecerão, qualquer operação de ondulação tem de ser, até certo ponto, empírica, pois o especialista modificará as condições de ondulação de acordo com as fibras de alimentação particulares, de acordo com o tipo, as dimensões e/ou a construção do ondulador, e de acordo com o que se pretende, fazendo experiências até os resultados serem satisfatórios (nas bolas de fibras, no caso presente), mas dão-se aqui linhas de orientação. -1

Para fins de enchimento, as bolas de fibras devem de preferência ser circulares e ter um diâmetro médio de 2 a 20 mm, tendo pelo menos 50%, em peso, das bolas de preferência uma secção transversal tal que a dimensão máxima não seja maior do que duas vezes a dimensão mínima. As bolas de fibras são constituídas por fibras dispostas e emaranhadas aleatoriamente e que tenham sido consolidadas por calor para proporcionar ondulação primária e secundária com amplitudes e frequências especificadas. Uma ondulação primária apropriada tem uma frequência média de cerca de 14a cerca de 40 ondulações por 10 cm, de preferência de cerca de 18 a cerca de 28 (ou, para algumas fibras, cerca de 32) ondulações por 10 cm, a ondulação secundária tem uma frequência média de cerca de 4 a cerca de 16 ondulações por 10 cm e uma amplitude média da ondulação secundária pelo menos igual a 4 vezes a amplitude da ondulação primária. As fibras de poliéster onduladas tem um comprimento de corte de cerca de 20 mm a cerca de 100 mm e uma densidade linear (para fins de enchimento de fibras) de cerca de 3 a cerca de 30 dtex. Níveis de dtex inferiores não proporcionam em geral uma boa elasticidade e flexibilidade ou suporte do enchimento, mas fibras de poliéster ou outras fibras com valores de dtex inferiores podem ser processadas para se obter bolas de fibras para outros fins, por exemplo para utilizar como protuberâncias em fios de novidade, se se desejar. De facto, com-preender-se-á que as gamas de valores aqui referidos são aproximadas e que os limites exactos para qualquer fibra dependerão geralmente de vários factores, tais como a utilização desejada, "ir outros factores das fibras, como o denier e a configuração da secção transversal e as condiçoes do processo especificamente escolhidas para essa fibra particular.

De acordo com as utilizações finais, as bolas de fibras podem conter uma proporção determinada, geralmente até 30%, de outras fibras, em particular fibras de ligação. Como será evidente para os especialistas na matéria, agora que se descobriu como fabricar fibras onduladas mecanicamente apropriadas para a conversão em bolas de fibras, bem como para a conversão de fibras onduladas em espiral (como ê ensinado por Marcus), é possível fabricar bolas de fibras a partir de várias misturas de fibras, em particular misturas de fibras onduladas em espiral e fibras onduladas mecanicamente apropriadas para a fabricação de bolas de fibras. Mais uma vez, as proporções e as configurações precisas da ondulação de tais fibras necessárias nessas misturas dependem de factores tais como a técnica a usar para fabricar bolas de fibras e o denier e a secção transversal das fibras e, adicionalmente, para as misturas, os outros constituintes da mistura. As fibras que suportam cargas podem ser revestidas com um alisador, tal como um alisador de silicone ou um copolímero segmentado constituído essencialmente por polioxialquileno e tereftalato de polietileno, para reduzir o atrito fibra/fibra. Além da maior ma-cieza nó produto final, a lubrificação também desempenha um papel importante no processo de fabricação de bolas de fibras, ajudando as fibras a deslizar umas sobre as outras durante o processo, reduzindo a força necessária para as enrolar. -1

Para compreender as configurações das ondulações das fibras de alimentação segundo a presente invenção e como obter essas configurações das ondulações, pode ser útil uma certa discussão geral da ondulação.

Para processar fibras cortadas sintéticas regulares, os seus filamentos precursores são geralmente tratados sob a forma de uma estopa de filamentos para deformar mecanicamente os filamentos individuais e depois consolidar esta deformação para obter a sua estrutura termoplástica por aquecimento sob uma tensão mínima. As razões principais para isso são proporcionar a coesão entre fibras (para proporcionar continuidade e facilitar as fases ulteriores do processamento do têxtil para as fibras cortadas, em cardadeiras e máquinas de fiar) ou proporcionar um volume maior e uma estética táctil desejável. Este processo ê usualmente designado por ondulação, e vai ser discutido com referência à fig. 6, que representa um ondulador do tipo de caixa de enchimento.

Os onduladores comerciais variam nos seus pormenores (e a prática precisa em qualquer operação comercial pode não ter sido conhecida publicamente), mas são em geral constituídos por pelo menos os elementos seguintes: cilindros alimentadores (1) e (2), para fornecer fibras para uma câmara de enchimento (3), onde tem lugar a deformação das fibras, e quaisquer meios para aplicação de contrapressão, por exemplo uma comporta (4) carregada por uma pressão (ou um segundo conjunto de cilindros) na saída. Há muitas outras peças, mas estas são as peças chave pa-

ra a discussão que se segue.

Usualmente, com um grande número de filamentos forma-se uma fita de estopa (5), com uma largura que é ligeiramente menor do que a largura da câmara de enchimento (3), e que ê fornecida com precisão para o interior da câmara de enchimento (3). Esta câmara de enchimento pode ser considerada como uma caixa tridimensional; tem um comprimento que pode ser considerado em linha com o fluxo de fibras através do processo (ele representa-se como a dimensão z), uma largura, que é ligeiramente maior do que a largura da fita de estopa (considera-se esta a dimensão χ) e uma profundidade, que é a outra dimensão da câmara de enchimento (3) (que representa a dimensão x)· Esta câmara de enchimento proporciona uma capacidade transitória ou capacidade de armazenamento para a fita de estopa, acoplada com os meios de contra-pressão, e faz com que os filamentos flictam no plano y-z da câmara de enchimento, visto que há espaço suplementar para os filamentos flectirem na dimensão y. De maneira desejável, o tipo de ondulaçao gerado é denominado em dente de serra ou em espinha de arenque. Se se desejar, pode aquecer-se o ondulador, em especial na entrada, para facilitar a ondulação, e depois arrefecê-lo para ajudar a consolidação da ondulação, um pouco, antes de deixar o ondulador. Se a profundidade (x) da câmara de enchimento (3) for suficientemente grande e/ou a quantidade de fibras fornecidas para o interior da câmara de enchimento for suficientemente pequena, a fita de estopa flectirá no plano x-z, formando uma geometria mais sinusoidal. Esta ondulação ê usualmen- % te de amplitude muito maior e tem uma frequência menor do que a gerada pela flexão no plano y-z.

Para compreender a presente invenção, designa-se por ondulação primária a que é produzida no plano y-z e ondulação secundária a que é gerada no plano x-z. Estas ondulações estão indicadas na fita de estopa que sai do ondulador na parte inferior da fig. 6, estando a ondulação secundária indicada em (12) e a ondulação primária em (11).

Ambos os tipos de ondulação podem ver-se nas fotografias de uma fita de estopa nas fig. 3, 4 e 5. Como pode ver-se a partir das linhas no papel de suporte (a 1 cm), as fig. 4 e 5 têm uma ampliação maior que a fig. 3. A ondulação secundária da fita de estopa global está representada com mais evidência do que a ondulação primária, e está representada como fiadas aproxima-damente verticais, com uma amplitude genericamente perpendicular ao plano da fotografia, excepto que uma parte da estopa na parte superior da fig. 3 foi virada para mostrar a amplitude no plano da fotografia. Esta ondulação secundária corresponde à profundidade (na dimensão x) da câmara de enchimento. A fig. 3 (correspondente ao Exemplo 1 dado mais adiante) mostra uma ondulação secundária que está muito melhor consolidada que no caso da fig. 4 (correspondente à Comparação A). Na fig. 5, a consolidação por calor foi intermédia, sendo melhor do que a da fig. 4, mas não tão boa como a da fig. 3. A ondulação primária pode distinguir--se nas fotografias onde alguns filamentos foram afastados e tem uma amplitude muito menor do que a da ondulação secundária e

orienta-se numa direcção genericamente perpendicular à da ondulação secundária, pois a ondulação primária corresponde à diferença entre as larguras da fita de estopa e da câmara de enchimento (na dimensão y_ da câmara de enchimento).

Como aqui se nota, a carga do ondulador pode ser um factor importante para a obtenção da configuração da ondulação desejada para a fabricação de bolas de fibras. As cargas do ondulador indicam a quantidade de estopa filamentosa ( por vezes também designada por corda) que é fornecida para o interior do ondulador, sendo aqui determinada em termos de Ktex por polegada de largura do ondulador.

Um requisito importante é que a ondulação secundária seja consolidada nos filamentos antes de eles serem puxados para fora, por exemplo quando se faz avançar a estopa do ondulador ou durante o processamento ulterior da estopa. Conforme o que tenha sido usado anteriormente em qualquer prática comercial particular, pode ser desejável a adição de algum meio pôs-ondulador para impedir a tensão antes da ondulação estar bem consolidada e/ou de uma consolidação complementar por calor, pois as práticas anteriores variaram e podem não ser conhecidas publicamente. Ê a configuração da ondulação das fibras de alimentação no instante da formação da bola de fibras que é importante, e não qualquer configuração transitória da ondulação no interior do ondulador, ou mesmo pouco depois.

Também se compreenderá que se explicou agora a importância de uma configuração tridimensional consolidada por calor em

fibras de alimentação para a produção de grupos de fibras arredondadas (ou bolas de fibras), podendo tais configurações ser obtidas por outros meios dentro do domínio alargado da presente invenção. Para facilidade de compreensão, explicou-se isso em termos de um processo de ondulaçao mecânico do tipo de caixa de enchimento.

Um processo preferido de ondulação mecânica para produzir fibras de alimentação para a produção de bolas de fibras compreende essencialmente a ondulação da corda sob a acção de uma carga do ondulador relativamente baixa. Usaram-se sucessivamente cargas tais como de 13 a 26 Ktex por polegada (largura do ondulador) para filamentos circulares de 4 a 10 dtex e cargas um tanto maiores, atê 34 Ktex por polegada, para denier mais elevados. Como se compreenderá, qualquer carga precisa do ondulador dependerá de várias considerações além do denier das fibras, incluindo a técnica e as condições que serão usadas para converter as fibras de alimentação em grupos de fibras. Verificou-se que uma técnica do tipo que usa cardadeiras é mais aceitável do que uma técnica que use um equipamento tipo Lorch modificado. Uma carga do ondulador baixa ajuda a gerar a ondulação secundária e afecta a sua frequência e a sua amplitude e, em certa medida, melhora a consolidação por calor da ondulaçao secundária que constitui a memória da fibra para se encaracolar espontaneamente. Uma carga do ondulador baixa deixa mais espaço para que a corda se dobre para cá e para lá, e pode provocar a rotação da fita de estopa, o que cria variações no plano de ondulação da ondulação secundária, o

que ajuda a produzir uma boa estrutura de bolas de fibras tridimensional, como se descreve mais adiante. A ondulação secundária é essencial para a produção das bolas de fibras segundo a presente invenção, mas para produzir resultados óptimos tem de ser consolidada por calor o mais possível para fixar a configuração desejada da ondulação.

Como se indicou, a patente de invenção US 4 618 531 e a patente de invenção US 4 783 364 apresentam bolas de fibras produzidas a partir de fibras de alimentação com uma ondulação em espiral (ou helicoidal). Tais bolas de fibras têm relativamente poucas fibras saídas da bola de fibras e, por conseguinte, uma baixa coesão entre as bolas de fibras. A ondulação em espiral também proporciona uma contribuição óptima das fibras para o volume, a elasticidade e flexibilidade e a durabilidade do enchimento de fibras, bem como a sua reamaciabilidade. A estrutura das bolas de fibras depende em grande parte da ondulação espontânea das fibras devida à "memória'' das fibras, o que resulta da sua estrutura bicomponentes ou de tensões de torção comunicadas durante o encolhimento assimétrico. Este potencial de ondulação espontânea permite que as bolas de fibras sejam produzidas a partir de fibras de enchimento em condições muito suaves, aplicando forças muito fracas para conseguir uma estrutura consolidada das bolas de fibras. As bolas de fibras têm uma estrutura elástica e flexível com um poder de enchimento e uma durabilidade excelentes . A diferença principal entre tais bolas de fibras e os

produtos anteriores designados por "protuberâncias" ("nubs"), ou produtos comerciais semelhantes, produzidos usualmente em cardas, é que as "protuberâncias" contêm uma quantidade muito substancial de fibras que estão presentes num núcleo fortemente emaranhado e não contribuem para qualquer elasticidade e flexibilidade, constituindo simplesmente um "peso morto". Estas protuberâncias podem estar emaranhadas de maneira tão forte que não podem resistir a uma operação de cardação. As protuberâncias sao bem adaptadas para a incorporação em fios grossos (por exemplo para tapetes berberes, alcatifas e outros têxteis que exigem estéticas visuais e tácteis diferentes) mas não têm o corpo, a elasticidade e flexibilidade e a durabilidade exigida para aplicação em enchimentos.

Como foi indicado, Marcus produziu as suas bolas de fibras elásticas e flexíveis usando fibras onduladas helicoidalmente, não produzindo o seu processo de revolvimento por ar bolas de fibras a partir de fibras onduladas mecanicamente normais. As fibras onduladas helicoidalmente continuam a ser as fibras de alimentação preferidas para produzir tais produtos têxteis com a estrutura desejada, mas descobriu-se agora que, ao contrário da experiência anterior, se podem produzir bolas de fibras com uma estrutura muito semelhante, a partir de fibras onduladas modificadas mecanicamente que tenham uma combinação muito específica de ondulação primária e secundária. A chave do problema está, segundo se crê, em proporcionar fibras de alimentação com um potencial de encaracolamento espontâneo. Embora este potencial possa nem sempre ser tão forte como com fibras bicomponentes, ele permite produzir bolas de fibras em condições suaves, dando como resultado uma estrutura semelhante. A configuração da ondulação das fibras e as condições do processo usadas para produzir estas fibras são importantes relativamente à estrutura das bolas de fibras. As condições de revolvimento no ar que não produzem quaisquer bolas de fibras com fibras onduladas mecanicamente normais existentes no mercado podem ser usadas segundo a presente invenção para produzir um produto com uma estrutura, um poder de enchimento e uma durabilidade aceitáveis a partir de fibras com uma ondulação mecânica modificada. 0 parâmetro chave na fabricação de bolas de fibras com a estrutura õptima a partir das "fibras onduladas mecanicamente" modificadas ê a ondulação secundária. Ê a ondulação secundária destas fibras que se supõe imprimir âs mesmas a capacidade de se ondularem espontaneamente, visto que ela proporciona configurações tridimensionais de ondulaçao.

Assim, o elemento chave na produção de fibras que têm ondulaçao mecânica modificada (tal como é necessária para a formação das bolas de fibras segundo a presente invenção) crê-se ser uma ondulação secundária bem consolidada com uma frequência de cerca de 4 a cerca de 16 ondulações por 10 cm. Crê-se que a ondulação primária é menos crítica. De preferência essa ondulação primária deve ser inferior a 28 ondulações por 10 cm, porque auxilia melhor a boa consolidação da ondulação primária e torna mais fácil o enrolamento e o emaranhamento das fibras na bola de fibras; mas conseguem-se alguns bons resultados com uma frequência da ondulação primária tão elevada como cerca de 40 ondula- -24 « çoes/10 cm (Exemplo 1). Uma maneira simples e comprovada que se utilizou para conseguir uma ondulação secundária pronunciada que é bem consolidada consiste em reduzir a carga do ondulador, mas isso pode também conseguir-se por outros meios, por exemplo alargando a garganta do ondulador, isto é, a dimensão x. A corda de poliéster que é usada para o processo ê de preferência depositada no ondulador com uma carga ou densidade relativamente baixa, de preferência inferior a 26 Ktex por polegada, para permitir que ela se dobre para trás e para a frente, mudando de direcção com uma frequência de cerca de 8 a 32 vezes dentro de uma secção de 10 cm da corda. De preferência, devido a esta carga reduzida do ondulador, a fita de estopa deve não so ser dobrada para trás e para a frente, como também variar o ângulo de assentamento, de modo a criar variações do plano da ondulação secundária, de modo que a ondulação secundária não fique necessariamente sempre perpendicular ao plano da ondulação primária. A ondulação secundária, a sua frequência, a sua caracte-rística tridimensional e a consolidação por calor da sua configuração são chaves para que as fibras onduladas mecanicamente formem bolas de fibras, e para a sua estrutura. Supõe-se que, com base em algumas observações durante a produção, na maioria dos casos, o nodo da ondulação secundária serve como ponto de inversão para a fibra de um lado para o outro da bola de fibras, criando laços redondos e suaves na superfície da bola de fibras. A estrutura resultante é muito semelhante à estrutura das bolas de fibras produzidas a partir de fibras de alimentação onduladas helicoidais. A frequência e a amplitude indicadas da ondulação secundária não são suficientes, a não ser que tenham sido bem consolidadas nesta configuração. Isso pode ser estimado funcionalmente estirando um feixe e libertando-o, para avaliar o esti-camento da ondulação. Esta avaliação funcional pode ser desenvolvida numa medição quantitativa, se se desejar, como adiante se indica ou,por exemplo: 1) montando um feixe de título (Ktex) conhecido numa máquina Instron, esticando para eliminar a ondulação secundária e depois medindo a força de recuperação da ondulação a partir da resposta da célula de carga do aparelho Instron, ou 2) fixando uma extremidade de um feixe de título (Ktex) conhecido, esticá-lo sob meios de extensão para conseguir e medir o seu comprimento esticado completo (TL), retirando depois os meios de extensão de modo a deixar que o feixe se retraia e medindo o comprimento retraído (RL), e calculando o CTU como a diferença, em percentagem, entre os dois comprimentos medidos (TL--RL) como uma percentagem do comprimento esticado total (TL). Mas utilizou-se a avaliação funcional e verificou-se que é satisfatória para a orientação do desenvolvimento de novos produtos com base na presente invenção. A ondulação primária também desempenha um papel, menos importante, na formação das bolas de fibras e na sua estrutura. Ê preferível ter uma frequência relativamente baixa, inferior a 28 ondulações/10 cm e nodos da ondulação arredondados, mas estes por si sôs não são suficientes para se obter a estrutura das bolas de fibras desejada, sem a ondulação secundária. Demonstrou-se que, -2 .% simplesmente proporcionar níveis baixos de ondulação primária, não é suficiente para formar bolas de fibras no equipamento Lorch modificado atrás referido.

Verificou-se que as fibras de alimentação com uma secção transversal cheia formam geralmente bolas de fibras mais facilmente do que as fibras ocas, em particular no equipamento tipo Lorch modificado dado a conhecer nas patentes de invenção US 4 618 531, 4 783 364 e 4 794 038. Em certas cardas modificadas, as diferenças devidas à ondulação secundária podem ser menores, no que respeita à capacidade de simplesmente produzir grupos de fibras. Mas a ondulação específica como se descreve na presente invenção mantêm-se importante para a produção de bolas de fibras desejavelmente com uma boa estrutura, uma grande durabilidade, capacidade de enchimento (elevação/encorpamento) e coesão reduzida. Embora as fibras maciças e de títulos relativamente baixos sejam geralmente mais facilmente enroladas para produzir bolas de fibras segundo a presente invenção, esta pode produzir bolas de fibras a partir de fibras com um módulo de flexão elevado, tais como fibras de 13 dtex, 4-furos, 25% de espaços vazios, como pode ver-se nos Exemplos. Crê-se que a tecnologia usada nas cardas (modificadas) da técnica anterior não permite produzir bolas de fibras com um grande encorpamento e boa durabilidade a partir de tais fibras de elevado módulo de flexão ou fibras de canais múltiplos. A presente invenção crê-se ser a melhor e talvez a única via prática para produzir bolas de fibras com a estrutura desejada a partir de fibras com elevada percen- -27

tagem de vazios e/ou fibras multicanais. Estas fibras são muito difíceis de produzir cóm uma ondulação helicoidal, através de um arrefecimento rápido por jacto. A via dos dois componentes seria extremamente difícil; tanto quanto a requerente sabe, tais fibras de dois componentes nao foram produzidas comercialmente. A combinação da ondulação primária e secundária segundo a presente invenção permite a produção de bolas de fibras a partir de tais fibras de alimentação, sem dificuldade, produzindo um produto de enchimento bom e eficaz para as utilizações finais que exigem elevada capacidade de enchimento, elevado grau de suporte e uma grande duração.

As fibras de poliéster usadas para a produção de bolas de fibras segundo a presente invenção podem ser revestidas com um alisador, podendo usar-se para este fim um agente de alisamento convencional. Descrevem-se tais materiais na patente de invenção US 4 794 038. Os alisadores convencionais são normalmente usados a um nível compreendido entre cerca de 0,01% e cerca de 1 % de Si, em peso, da bola de fibras. Os polímeros de silicone são usados geralmente com concentrações em quantidades (aproximada-mente) de 0,03 % a 0,8 %, de preferência de 0,15 % a 0,3 %, medidas como % de Si, relativamente ao peso da fibra. 0 papel do alisador aqui é reduzir a coesão entre os filamentos e permitir a formação de uma melhor estrutura durante a operação de formação da bola de fibras, para melhorar a macieza do material de enchimento e reduzir a coesão entre as bolas de fibras (melhorando o reamaciamento). Mas, como se referiu, as fibras de alimenta-

ção podem ser revestidas com cerca de 0,05 % a cerca de 1,2 %, em peso (de fibras), de um co(óxido de polialquileno/tereftalato de polietileno segmentado), tais como os dados a conhecer nas patentes de invenção US 3 416 952, 3 557 039 e 3 619 269 de Mclntyre e outros, e várias outras patentes de invenção que dão a conhecer copolímeros segmentados semelhantes contendo segmentos de tereftalato de polietileno e segmentos de oxido de polial-quileno. Podem usar-se outros materiais apropriados contendo óxido de polialquileno/óxido de polietileno enxertados. O atrito fibra/fibra conseguido com estes produtos ê muito semelhante ao conseguido com silicones, mas as fibras alisadas com estes materiais dão ligação a fibras de ligação de copoliéster comerciais, sendo isso essencial para a fabricação de bolas de fibras para fins de moldação, como se descreve no pedido de patente de invenção copendente de I. Marcus US N- 07/549 847 (DP-4391) e na patente de invenção US 4 940 502.

Devido à elasticidade e flexibilidade e ao suporte elevados das almofadas feitas por moldação de bolas de fibras, que são aproximadamente os mesmos para um bloco de bolas de fibras de 25 3 3

Kg/m e para um "battn de bloco de 45 Kg/m feitos da mesma mistura de fibras, ê necessária uma quantidade de 5 % a 30 %, de preferência de 10 % a 20 %, em peso, de fibras de ligação. Fibras de ligação apropriadas que podem ser usadas estão descritas, por exemplo, por Marcus, nas patentes de invenção US 4 794 038 e 4 818 599, que aqui se incorporam por referência, tal como no pedido de patente de invenção copendente US 07/533 607, depositado

-29- por Kerawalla, em 5 de Junho de 1990, referente a estruturas de fibras ligadas usando micro-ondas como fonte de energia de alta frequência. A presente invenção ê ainda descrita nos Exemplos seguintes, nos quais as fibras eram todas feitas de tereftalato de po-lietileno. Todas as partes e percentagens são expressas em peso, e baseiam-se no peso das fibras, a não ser que refira o contrário. As medições de encorpamento foram feitas em travesseiros de 80 cm x 80 cm (1 000 g de peso de enchimento) e as perdas de encorpamento são dadas em % apôs um ensaio de utilização simulada. A avaliação qualitativa das estruturas reflecte a proporção das bolas de fibras que são redondas, a pilosidade das bolas de fibras e a maneira fácil como se formam as bolas de fibras (estrutura solta, desemaranhada, etc.), numa escala de 1=(a pior) a 5=( a melhor).

Comparação A

Preparou-se uma corda estirada e ondulada convencionalmente a partir de fibras maciças de 6,7 dtex, usando uma relação de estiramento de 3,5 X, uma carga do ondulador de 29 Ktex por polegada e 0,25 % (Si) de um ondulador de polissiloxano comer- . ciai. As fibras resultantes tinham uma frequência de ondulação primária de 31 ondulações/10 cm com 3 ondulações secundárias fracamente consolidadas/10 cm. Cortou-se a corda em fibras cortadas com 32 mm de comprimento e abriram-se as fibras cortadas numa / 50>Γ unidade de abertura Laroche comercial e injectaram-se numa máquina Lorch modificada, como se descreve nas patentes de invenção US 4 618 531, 4 783 364 e 4 794 038. As fibras foram revolvidas na máquina durante 4 minutos a 450 rpm. Não se formaram quaisquer bolas de fibras a partir destas fibras de alimentação nestas condições. EXEMPLO 1

Este Exemplo foi semelhante à Comparação A, mas a corda foi ondulada sob uma pressão reduzida e reduziu-se a carga do on-dulador em 38,5 %. O produto resultante tinha uma ondulação primária com uma frequência de 39 ondulações/10 cm e uma ondulação secundária relativamente grande, com uma frequência de 4 ondulações/1 0 cm, e muito melhor consolidada, como se mostrou pela força de eliminação da ondulação, que foi de cerca de 0,6 N/Ktex (cerca de 4 vezes a da ondulação secundária das fibras de alimentação usadas na Comparação A). Cortou-se a corda em fibras individuais de 32 mm que se converteram facilmente em bolas de fibras, nas condições descritas atrás, como uma boa estrutura e uma boa reamaciabilidade. O Quadro 1B dá as propriedades destas bolas do Exemplo 1 e compara-as com um produto comercial feito de fibras de alimentação onduladas em hélice de 5 dtex (alisadas com sili-cone) de acordo com a patente de invenção US 4 618 531. -3*— .%

Quadro 1A

Características de ondulação

Comparação A Exemplo 1

Ondulação primária (ondulações/10 cm) 31 39

Ondulação secundária (ondulações/10 cm) 3 4

Força de eliminação da ondulação (N/Ktex) - ondulação primária 6,0 5,3 - ondulação secundária 0,14 0,57

Conclusões das comparações resumidas no Quadro 1A.

Para produzir bolas de fibras com uma estrutura aceitável por esta técnica, ê necessária uma frequência significativa da ondulação secundária e uma boa consolidação por calor. Embora as forças necessárias para eliminar as ondulações primárias sejam comparáveis para as fibras de alimentação da Comparação A e para o Exemplo 1, a força necessária para eliminar a ondulação secundária foi 4 vezes mais elevada no caso do Exemplo 1. Esta força corresponde directamente à consolidação por calor da ondulação secundária, que está relacionada com o potencial das fibras para se enrolar espontaneamente.

Como a Comparação A não forma bolas de fibras nas condições do ensaio, as fibras do Exemplo 1 foram comparadas com bolas de fibras comerciais.

-32-

Quadro 1B

Propriedades das bolas de fibras 1. Encorpamento

Comercial Exemplo 1 IH2 228 mm 212 mm 4 N" 208 mm 1 90 mm 60 N..... 101 mm 87 mm 200 N 44 mm 39 mm 2 , Perdas de encorpamento Comercial Exemplo 1 IH2 -25,2% -21 ,2% 4 N -25,0% -20,7% 60 N -21,2% -16,4% 200 N - 5,7% - 2,6% 3 4 Coesão e graduação Comercial Exemplo 1 Coesão 3,3 N 4,3 N Graduação qualitativa 4-5 4

Conclusões das comparações resumidas no Quadro 1B.

Estas fibras onduladas mecanicamente produziram bolas de fibras com capacidade de enchimento e durabilidade comparáveis às das bolas de fibras comerciais produzidas a partir de fibras onduladas em espiral.

As fig. 2A e 2B são fotografias tiradas, com um microscópio electrónico de varrimento (ESM) com uma ampliação de 20 X, das bolas de fibras comerciais (feitas de fibras onduladas em espiral, de 5 dtex). As fig. 1A e 1B são fotografias semelhantes de bolas de fibras do Exemplo 1. Esta comparação fotográfica ESM mostra disposições aleatórias muito semelhantes das fibras dentro das bolas de fibras e densidades de fibras semelhantemente uniformes. As fibras nos dois produtos tinham desenvolvido completamente o seu encorpamento sem feltragem. Esta estrutura determina a eficácia dos produtos de bolas de fibras; o encorpamento, a durabilidade e a reamaciabilidade. As semelhanças de estrutura representadas nas fotografias explicam as semelhanças dos dados no Quadro 1B.

As fig. 3 e 4 são fotografias de fitas de estopa a partir das quais foram cortadas fibras de alimentação usadas como atrás se descreveu. A fig. 3 corresponde ao Exemplo 1, enquanto a fig. 4 corresponde à Comparação A. Estas figuras mostram claramente a ondulação secundária com fiadas que vão de baixo para cima nas fotografias. A ondulaçao primária vê-se nas fissuras formadas na parte superior destas fiadas pelas manipulações feitas para separar as fibras individuais do restante da corda. Um feixe de fibras que foi separado da corda e rodado de 90 graus pode ver-se na parte superior da fig. 3. As configurações das ondulações secundária e primária podem ser observadas. A amplitude reduzida e a frequência elevada da ondulação primária em confronto com a amplitude elevada e a frequência baixa da ondulação secundária

também se vêm claramente. A diferença entre as ondulações secundárias nas fig. 3 e 4 são evidentes a partir destas fotografias. A fig. 5 mostra uma fita de estopa de fibras de 6,1 dtex com um furo único, que produziram bolas de fibras na máquina Lorch modificada, mas com uma estrutura um tanto mais pobre. A ondulação secundária é, como pode ver-se, de longe melhor que na Comparação A (fig. 4), mas não foi adequadamente consolidada por calor. Isto poderia ser ajustado, obtendo-se assim fibras dé alimentação melhores.

Comparação B

Preparou-se uma corda estirada e ondulada de maneira convencional a partir de fibras de 13 dtex, de 4 furos, 24% de espaços vazios, usando uma relação de estiramento de 3,5 X, uma carga do ondulador de 26 Ktex por polegada e 0,5 % de um co-po-liêter / poliéster comercial ZELCON * 5126, disponível na E.I. du Pont de Nemours and Company. As fibras resultantes tinham uma ondulação primária com a frequência de 22 ondulações/10 cm com uma frequência de 2 ondulações/10 cm na ondulação secundária, fracamente consolidada. Cortou-se a corda em fibras cortadas com o comprimento de 50 mm e abriram-se essas fibras numa máquina cardadora e foram depois transportadas no ar para uma carda de cilindros, modificada para produzir bolas de fibras com o diâmetro médio de cerca de 6,5 mm. As bolas de fibras produzidas com a cadência de 80 Kg/hora apresentavam uma pilosidade substancial -35-

e uma coesão relativamente elevada de 10,5 N, com alguns corpos alongados. As bolas de fibras tinham densidade não uniforme, tendo algumas secções uma densidade elevada e mostrando alguma fel-, tragem limitada. Esta feltragem reduz o encorpamento (isto é, a capacidade de enchimento) e, em menor grau, a elasticidade e flexibilidade do produto (Quadro 2). As fibras cortadas não produzem quaisquer bolas de fibras na máquina de Lorch modificada, nas condições usadas para o Exemplo 1.

Exemplo 2

Preparou-se uma corda estirada e ondulada como na Comparação B, mas reduziu-se a pressão da comporta do ondulador para aumentar a ondulação secundária e melhorar a sua consolidação por calor, usando a mesma relação de estiramento de 3,5 X, a mesma carda do ondulador (26 Ktex por polegada) e 0,5 % de um co-po-liéter/poliéster comercial ZELCON* 5126, disponível na E.I. du Pont de Nemours and Company. As fibras resultantes tinham uma frequência da ondulação primária de 22 ondulações/10 cm, com uma frequência da ondulação secundária de cerca de 4 ondulações/10 cm. A ondulação secundária era bem pronunciada, mas a sua consolidação por calor não se mostrou ser óptima, julgada por uma graduação subjectiva da força de recuperação da corda esticada. Cortou-se a corda em fibras cortadas de 50 mm de comprimento e abriram-se as fibras numa máquina cardadora, depois transportaram-se no ar para uma carda de rolos, modificada para produzir, bolas de

fibras. As bolas de fibras foram produzidas a 95 Kg/hora, nas mesmas condições de ajustamento que na Comparação B, e mostraram ter pilosidade reduzida e bolas de fibras bem formadas, com um diâmetro médio de 6,3 mm, com uma redução muito significativa da ãrea feltrada. Como consequência disso, a coesão caiu para cerca de 6,5 N e o encorpamento (capacidade de enchimento) também mostrou uma melhoria significativa (Quadro 2). Estas fibras formam bolas de fibras no equipamento Lorch modificado, nas condições usadas para a Comparação A e para o Exemplo 1, mas a sua estrutura era mais fraca do que a dos produtos comerciais feitos no mesmo equipamento a partir de fibras de alimentação onduladas em espiral. Crê-se que a razão para isto reside no facto de a consolidação por calor da ondulação secundária neste ensaio não ter sido a adequada; este processo de revolvimento no ar exige fibras de alimentação com um potencial de ondulação espontânea maior do que na carda modificada. .%

Quadro 2 Características de ondulação Comparação B Exemplo 2 Ondulações/10 cm ondulação primária 22 22 Ondulações/10 cm ondulação secundária 2 4 Propriedades das fibras Comparação B Exemplo 2 IH2 90 mm 125 mm 7,5 N 67 mm 88 mm 60 N 41 mm 48 mm 120 N 33 mm 37 mm mm recuperação de trabalho 48,5 % 55 % Coesão 10,5 N 6,5 N (ΝΟΤΑ - embora a ondulação secundária do Exemplo 2 fosse melhor consolidada que para a Comparação B, ela não tem uma força de recuperação elevada, avaliada subjectivamente)

Conclusões das comparações resumidas no Quadro 2. 0 produto do Exemplo 2 apresentava uma capacidade de enchimento muito mais elevada, com uma altura inicial 39% maior e um encorpamento de suporte 17 % maior, relativamente à Comparação B. A coesão era significativamente mais baixa, reflectindo uma reamaciabilidade muito melhor. 0 produto do Exemplo 2 tem um elevado valor comercial, enquanto a Comparação B é considerada insatisfatória.

Comparaçao C

Preparou-se uma corda estirada e ondulada como na Comparação B. Cortou-se esta corda em fibras cortadas com comprimentos de 50 mm juntamente com um ligador bicomponente manto/núcleo, de 17 dtex, numa relação de pesos de 88:22 e abriram-se as fibras cortadas numa máquina cardadora, e depois transportaram-se por ar para uma carda de rolos, modificada para produzir bolas de fibras com um diâmetro médio de cerca de 6,5 mm. As bolas de fibras foram produzidas a 74 Kg/hora e mostraram uma pilosidade substancial e uma coesão relativamente elevada de 12 N, com alguns corpos alongados. As bolas de fibras tinham densidade não uniforme com algumas secções de densidade elevada e apresentando uma fel-tragem limitada. Esta feltragem reduziu o encorpamento (isto ê, a capacidade de enchimento) e, em menor grau, a elasticidade e flexibilidade do produto (Quadro 3).

Exemplo 3

Preparou-se uma corda estirada e ondulada de 13 dtex, 4 furos, 24 % de espaços vazios, como para o Exemplo 2. Cortou-se esta corda em fibras cortadas com comprimentos de 50 mm juntamente com uma corda de fibras de dois componentes manto/núcleo de 17 dtex com uma relação de pesos de 88:22 e abriram-se as fibras numa máquina cardadora, transportando-se depois por ar para uma carda de rolos, modificada para produzir bolas de fibras. 9

As bolas de fibras foram produzidas com a cadência de 87 Kg/ho-ra, nas mesmas condições que para a Comparação C e apresentaram uma pilosidade reduzida e bolas de fibras bem formadas, tendo um diâmetro médio de 6,5 mm com uma redução muito significativa na área feltrada. Como consequência disso, a coesão caiu para cerca de 7,5 N e o encorpamento (capacidade de enchimento) melhorou significativamente em relação à Comparação C, como pode ver-se no Quadro 3.

Quadro 3

Comparaçao C Exemplo 3 IH2 93 mm 136 mm 7,5 N 68 mm 92 mm 60 N 41 mm 48 mm 120 N 33 mm 36 mm Recuperação de trabalho 48,6 % 55 % Coesão 12,0 N 7,5 N

DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE ENSAIO USADOS

Muitos dos ensaios aqui usados foram já descritos nas patentes de invenção anteriores aqui referidas.

Medições de encorpamento em almofadas:

As medições de encorpamento foram feitas convencional- -40 * mente numa máquina Instron para medir as forças de compressão e a altura da almofada. A medição é feita com um pé de 10 cm de diâmetro fixado na Instron. A amostra é primeiro comprimida uma vez, com a pressão máxima de 60 N, e depois libertada. Da curva da segunda compressão anotam-se a altura inicial (IH2) do material em ensaio, o encorpamento de suporte (SB 7,5N), isto é, a altura da almofada sob uma força de 7,5N, e a altura sob uma força de 60N (B60N). A macieza ê calculada, quer em termos absolutos (AS, isto é IH2-SB 7,5N), quer em termos relativos (RS, isto é, expressa como % de IH2). A elasticidade e flexibilidade é medida como Recuperação de Trabalho (WR%), isto é, a relação da área sob a curva de recuperação total, calculada como percentagem da área sob a curva total de compressão.

Durabilidade:

Para simular o uso normal prolongado, concebeu-se um en-saiador de fadiga (FTP) para trabalhar mecanicamente alternadamente (isto é, comprimir e libertar) um travesseiro, ao longo de 6 000 ciclos, durante um período de 18 horas, usando uma série de movimentos de corte sobrepostos seguidos por compressões rápidas, calculadas para produzir a aglomeraçao, a ligaçao e a interligação das fibras que normalmente ocorre durante um uso prolongado com enchimento de fibras. A quantidade de enchimento de fibras no travesseiro pode afectar grandemente os resultados, sendo assim cada travesseiro (80 cm x 80 cm) cheio por sopragem com 1 000 g de material de enchimento, a nao ser que se estabe-

leça outra coisa. É importante que o travesseiro retenha a sua capacidade de recuperação da sua forma e do seu volume (altura) originais durante o uso normal, caso contrário o travesseiro perderá a sua estética visual e o conforto. Medem-se assim as perdas de encor-pamento, de uma maneira convencional, nos travesseiros, quer antes, quer depois da exposição no ensaiador de fadiga, atrás mencionado. A estética visual, o encorpamento e a macieza de um travesseiro são uma questão de preferências pessoais e/ou tradicionais; o que é importante é que a alteração das propriedades do travesseiro durante o uso seja o menor possível (isto é, maior a durabilidade do travesseiro). As medições de encorpamento são feitas numa máquina "Instron" para medir as forças de compressão e a altura do travesseiro, que é comprimido com um pé de 288 mm de diâmetro fixado na Instron. A partir do gráfico da máquina Instron anotam-se (em cm) a altura inicial (IH2) do material em ensaio, o encorpamento de suporte (a altura sob uma compressão de 60N) e a altura sob uma compressão de 200 N. A macieza é considerada, quer em termos absolutos (encorpamento IH2-suporte), quer em termos relativos (em percentagem de IH2). Ambos são importantes, tal como ê importante saber se estes valores são man-. tidos depois do ensaio no ensaiador de fadiga.

Medição da coesão:

Este ensaio foi concebido para ensaiar a capacidade do enchimento de fibras para permitir a passagem de um corpo atra- vés do mesmo, estabelecendo isso a correlação com a reamaciabili-dade no caso das bolas de fibras feitas de fibras com propriedades comparáveis, tais como o denier, o alisador, etc. Essencialmente, a coesão é a força necessária para puxar um rectângulo vertical de barras metálicas através do enchimento de fibras, que é retido por 6 barras fixas a pequenas distâncias umas das outras aos pares de cada lado do plano do rectângulo. Todas as barras metálicas têm 4 mm de diâmetro e são de aço inoxidável. 0 rectângulo é feito de barras de 30 mm de comprimento (verticais) e 160 mm (horizontais). 0 rectângulo é fixado na máquina Instron e a barra mais baixa do rectângulo e suspensa cerca de 3 mm acima do fundo de um cilindro de plástico transparente de 180 mm de diâmetro. (As barras fixas serão depois introduzidas através de furos na parede do cilindro e colocadas afastadas 20 mm aos pares de cada lado do rectângulo). Antes de introduzir estas barras, colocam-se no entanto 50 g de enchimento de fibras no cilindro e ajus ta-se a linha de zero da máquina Instron, para compensar o peso do rectângulo e do enchimento de fibras. O enchimento de fibras ê comprimido sob um peso de 402 g durante 2 minutos. As seis barras (fixas) são depois introduzidas horizontalmente aos pares, como foi mencionado, 3 barras de cada lado do rectângulo, um par por cima do outro, com separações verticais de 20 mm com o par mais baixo situado a 30 mm do fundo do cilindro. Remove-se depois o peso. Finalmente, o rectângulo ê empurrado para cima através da bola de fibras entre os três pares de barras fixas, enquanto a máquina Instron mede a formação das forças em Newtons. -43-

% de rotundidade:

Como se indicou, não são desejáveis tranças, isto é, cilindros condensados de fibras, visto que diminuem a reamaciabi-lidade (e aumentam o valor da coesão) do que de outro modo seriam bolas de fibras segundo a presente invenção, de modo que se imaginou o processo seguinte para determinar as proporções de corpos redondos e arredondados. Retira-se cerca de 1 g (uma mão cheia) de enchimento de fibras para exame visual e separam-se em três montes: as que são obviamente redondas, as que são obviamente alongadas e os casos de fronteira, que são medidos individualmente. Contam-se como redondas todas as que têm uma relação compri-mento/largura da secção transversal inferior a 2:1.

As dimensões das bolas de fibras e o denier das fibras são importantes por razões de estética, mas compreender-se-á que as preferências estéticas podem variar e variam mesmo no decurso do tempo. Os comprimentos cortados são preferidos para fabricar as bolas de fibras desejadas de pilosidade reduzida. Como tem sido sugerido na técnica pode ser desejada uma mistura de fibras de deniers diferentes, por razões de ordem estética.

Determinação da frequência de ondulações:

As frequências das ondulações sao determinadas usando uma Crimp Balance Zweigle S-160, da Zweigle Reutlingen (Alemanha).

Determinação da frequência da ondulação primária:

Conta-se o numero de ondulações primárias enquanto o es- -44-

pêcirae está sob uma tensão baixa. Assim, as fibras individuais são fixadas na Crimp Balance e coloca-se um peso de 2 mg/dtex no gancho e contam-se as ondulações primárias. (0 comprimento medido pode ser registado como L1). Calcula-se a frequência com base ho comprimento esticado (L2) do espécime sob uma tensão elevada. Este comprimento esticado L2 ê determinado sob um peso de 45 mg/ /dtex. A frequência da ondulação é depois calculada relativamente a L2.

Determinação da frequência da ondulação secundária:

Determina-se o comprimento esticado L2 como se indicou anteriormente e liberta-se depois completamente até 60 % do seu comprimento esticado. Contam-se então as ondulações secundárias e calcula-se a sua frequência relativamente ao comprimento esticado L2 sob 45 mg/dtex.

Medição da tensão de eliminação da ondulação secundária: A consolidação por calor da ondulação secundária ajuda a estabelecer a memória das fibras para se ondularem espontaneamente. A medição da força necessária para desfazer a ondulação secundária está directamente relacionada com o potencial das fibras para se ondularem espontaneamente. Forças reduzidas mostram uma consolidação por calor pobre. Isso pode ter como consequência uma estrutura pobre das bolas de fibras, mesmo que a frequência e a amplitude da ondulação secundária sejam no restante apropriadas.

Fixaase um feixe de fibras, cortado de uma corda de cer- -4 Λ ca de 0,7 Ktex, com grampos, na máquina Instron e alonga-se o . . feixe com uma velocidade constante de extensão, até a curva resultante se transformar numa linha recta. Marca-se o feixe ao nível dos grampos e retira-se da máquina Instron. Pesa-se o feixe para calcular os seus Ktex exactos e suspende-se um peso de 2 mg/ /dtex para determinar o seu comprimento entre as duas marcas (isto é, a tensão ou alongamento de eliminação da ondulação para a ondulação secundária). Regista-se este comprimento na curva ten-são/alongamento, de modo a determinar a tensão de eliminação da ondulação para a ondulação secundária. A tensão de eliminação da ondulação para a ondulaçao primária pode ser calculada continuando a parte em linha recta da curva tensão-alongamento até inter-sectar a linha de base. Tira-se uma perpendicular do ponto de in-tersecção até intersectar a curva tensão-alongamento. A tensão lida nesse ponto de intersecção corresponde à força total de eliminação da ondulação do feixe, a partir da qual é calculada a força de eliminação da ondulação de ondulação primária, pela diferença entre a força total e a força de eliminação da ondulação da ondulaçao secundária. A força necessária para eliminar a ondulação primária ê geralmente de ordem de grandeza maior do que a força necessária para eliminar a ondulação secundária.

Como se compreenderá facilmente, a presente invenção ê particularmente util quando aplicada a um enchimento de fibras, para aplicações de enchimento, e para fibras de poliêster com características apropriadas para esses fins, mas a presente invenção nao se limita a isso. Como pode compreender-se a partir t -46-

do pedido de patente de invenção copendente Ne 07/508 878 (DP--4690) podem também fazer-se grupos de fibras a partir de outras fibras, e não deve limitar-se aos deniers utilizáveis e apropriados para fins de enchimento. Também, serão evidentes para os especialistas na matéria outras variantes. Por exemplo, podem fazer-se agrupamentos de fibras a partir de misturas de materiais diferentes, para se obter vantagens e propriedades melhores. Podem obter-se resultados especialmente vantajosos combinando na mesma estrutura de um agrupamento diferentes configurações das fibras, no que respeita â ondulação e/ou ao título (denier) e/ou à estrutura das fibras, para maximizar as contribuições individuais na totalidade do agrupamento. Além disso, podem combinar--se tipos diferentes de ondulação na mesma fibra, com vantagem, para obter um potencial reforçado de formação de grupos e/ou propriedades melhoradas do agrupamento resultante. Também, como foi indicado, os especialistas na matéria podem imaginar muitas maneiras de produzir estruturas tridimensionais com laçadas num filamento sem usar um ondulador de caixa de enchimento, de modo que tais filamentos com laçadas sejam apropriados para (ser cortados em fibras cortadas e) formar agrupamentos em máquinas apropriadas tais como um equipamento Lorch modificado ou cardas modificadas. Tais meios alternativos de ondulaçao podem incluir a ondulação por jacto de enchimento, texturização com falsa torção, e texturização por jacto de ar, a título de exemplo. A presente invenção não se limita apenas ao processo ou formas de realização dos aparelhos aqui expostos especificamente.

Claims (19)

1. REIVINDICAÇÕES 1.- Bolas de fibras com uma distribuição e enredamen to aleatórios de fibras dentro de cada bola, caracterizadas por terem um diâmetro médio de cerca de 2 a cerca de 20 mm e por as fibras individuais terem um comprimento de cerca de 10 a cerca de 100 mm e serem preparadas a partir de fibras com uma ondulação primaria e uma ondulação secundária, tendo a referida ondula ção primária uma frequência de cerca de 14 a cerca de 40 ondula-ções/10 cm e tendo a referida ondulação secundária uma frequência de cerca de 4 a cerca de 16 ondulações/10 cm, e sendo a amplitude média da ondulação secundária pelo menos 4 vezes a ampli tude média da ondulação primária.
2. 2. - Bolas de fibras de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por as fibras serem fibras de poliéster.
3. 3. - Bolas de fibras de acordo com a reivindicação 2, caracterizadas por serem refelpáveis.
4. 4. - Bolas de fibras de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizadas por pelo menos 50%, em peso, das bolas terem uma secção transversal tal que a dimensão máxima de cada bola não é maior do que duas vezes a dimensão mínima.
5. 5. - Bolas de fibras de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizadas por as fibras serem revesti das com um alisador, que i um polímero silicõnico, na quantidade de cerca de 0,01% a cerca de 1% de Si (em peso das fibras).
6. 6. - Bolas de fibras de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizadas por as fibras serem revesti das com cerca de 0,05% a cerca de 1,2% (em peso das fibras) de um alisador que consiste essencialmente num copolímero segmentado de poli(óxido de alquileno) e de poli(tereftalato de etileno).
7. 7. - Bolas de fibras com uma distribuição e enredamen to aleatórios de fibras no interior de cada bola, sendo as referidas fibras uma mistura de fibras que suportam cargas e fibras

   de ligação que optativamente con.têm um material susceptível de ser aquecido quando sujeito a micro-ondas ou a uma fonte de ener gia de altas frequências, caracterizadas por as bolas de fibras terem um diâmetro médio de cerca de 2 mm a cerca de 20 mm e as fibras individuais terem um comprimento de cerca de 10 a cerca de 100 mm, tendo as fibras que suportam cargas uma ondulação pri mãria e uma ondulação secundária, tendo a referida ondulação pri mãria uma frequência de cerca de 14 a cerca de 40 ondulações/ /10 cm e tendo a referida ondulação secundária uma frequência de cerca de 4 a cerca de 16 ondulações/10 cm, e sendo a amplitude média da ondulação secundária pelo menos 4 vezes maior que a amplitude média da ondulação primária.
8. 8. - Bolas de fibras de acordo com a reivindicação 7, caracterizadas por as fibras de ligação constituírem de cerca de 5 a cerca de 30%, em peso, da mistura de fibras e as fibras que suportam cargas serem fibras de poliéster.
9. 9. - Bolas de fibras de acordo com as reivindicações 7 ou 8, caracterizadas por as fibras de ligação serem fibras poliméricas de dois componentes, manto/núcleo ou lado-a-lado, consistindo essencialmente num polímero componente com uma temperatura de ligação que é pelo menos 50°C inferior ã temperatura de fusão de um outro polímero componente. 50
10. 10. - Bolas de fibras de acordo com as reivindicações 7 ou 8, caracterizadas por as fibras de ligação serem fibras po-liméricas de ligação com um componente único tendo uma temperatu ra de ligação que é pelo menos 50°C inferior â temperatura de fu são das fibras que suportam cargas.
11. 11. - Processo para a fabricação de bolas de fibras de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 8, caracteriza do por se revolverem as -fibras fornecidas, por meio de ar, contra a parede de um vaso.
12. 12. - Processo para a fabricação de bolas de fibras de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 8, caracteriza do por se fazer passar fibras fornecidas abertas através de uma carda de cilindros.
13. 13. - Processo para a fabricação de bolas de fibras de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 8, caracteriza do por se fazer passar as fibras fornecidas abertas através de uma carda plana.
14. 14.- Estrutura moldada, caracterizada por compreender bolas de fibras de acordo com as reivindicações 7 ou 8 com uma forma pré-determinada e na qual as fibras de ligação foram activadas pelo calor. ¢.
15. 15.- Estrutura moldada, caracterizada por compreender bolas de fibras de acordo com as reivindicações 7 ou 8, com uma forma pré-determinada e na qual as fibras de ligação foram activadas por uma fonte de energia de micro-ondas ou de altas frequências.
16. 16.- Estrutura moldada, caracterizada por compreender bolas de fibras de acordo com a reivindicação 9, com uma forma pré-determinada e na qual as fibras de ligação foram acti vadas por uma fonte de energia de micro-ondas ou de altas frequências.
17. 17.- Estrutura moldada, caracterizada por compreender bolas de fibras de acordo com a reivindicação 10, com uma forma pré-determinada e na qual as fibras de ligação foram acti vadas por uma fonte de energia de micro-ondas ou de altas frequências.
18. 18.- Estrutura moldada, caracterizada por compreender bolas de fibras de acordo com a reivindicação 9, com uma for ma pré-determinada e na qual as fibras de ligação foram activadas pelo calor.
19. 19.- Estrutura moldada, caracterizada por compreender bolas de fibras de acordo ccm a reivindicação 10 ccm urra forma pré-deter- minada e na qual as fibras de ligação foram activadas pelo calor. Lisboa, 14 de Abril de 1991 Oficial ela Propriedade HMÍUMri*· 0"ΙΛ ^