MXPA04012012A - Uso de suminsitro de energia pulsante para carga electrostatica de no tejidos. - Google Patents

Abstract

Estan descritas aqui mejoras a procesos y equipo para la fabricacion de telas no tejidas utiles en numerosas aplicaciones incluyendo productos para el cuidado personal, vestuario de proteccion y productos industriales. La fibra y/o los filamentos usados para formar la tela no tejida son depositados sobre una superficie formadora en una orientacion controlada usando la aplicacion de una carga electrostatica a las fibras y/o filamentos en combinacion con el dirigirlas a una placa deflectora de electrodo mientras que estan bajo la influencia de la carga. La placa puede hacerse de dientes con una separacion y una orientacion de angulo que son seleccionados de acuerdo con el arreglo deseado de las fibras y/o filamentos en la tela no tejida. Como resultado, las propiedades del tejido tal como las resistencias relativas en la direccion de la maquina y en la direccion transversal a la maquina pueden ser controladas. La carga de los pernos es controlada de manera que todos los pernos permanezcan a una carga maxima durante el ciclo con el resultado de que pueden ser obtenidos tiempos de corrida extendidos.

Description

WO 03/106749 Al <ll< I IÍLIII: i I IMIIJIIil lí iir I ??' II i ?????? IIII!ltlllL I ill: For two-leíter codes and other abbreviations, referto the "Cuid-ance Notes on Codes and Abbreviations" appearing at the begin-ning of each regular issue of the PCT Gazette. 1 USO DE SUMINISTRO DE ENERGÍA PULSANTE PARA CARGA ELECTROSTÁTICA DE NO TEJIDOS Campo de la Invención Esta solicitud reivindica prioridad de la solicitud provisional de patente de los Estados Unidos de América número 60/389,257, presentada el 15 de junio de 2002.

Esta invención está dirigida a un método y aparato para controlar la distribución y orientación de fibra o filamento en la fabricación de telas no tejidas, incluyendo no tejidos unidos con hilado, asi como los no tejidos resultantes teniendo una deseada distribución y orientación de la fibra o filamento. Más particularmente, esta invención está dirigida a una aplicación controlada de un campo electrostático en combinación con un especifico objetivo de medios de desviación del electrodo que actúa sobre fibras o filamentos antes de la deposición sobre un alambre de formación u otros medios de formación del tejido. El diseño de los medios de desviación localizados por debajo de los medios de sacado de la fibra, cuando son combinados con la aplicación controlada de electrostática proporciona la separación de las fibras o filamentos y la distribución direccional sobre la superficie de formación para resultar en telas con deseada orientación preferente y en propiedades de la tela resultantes. La invención también incluye un método de producir unidos con hilado y otras telas no tejidas que pueden hacerse a la medida para lograr una amplia variedad de propiedades físicas y de otras propiedades para numerosas aplicaciones en productos para el cuidado personal, cuidado de la salud, aparatos protectores e industriales.

Antecedentes Los tejidos o telas no tejidos constituyen todo o parte de numerosos productos comerciales tales como productos para la incontinencia de adultos, toallas sanitarias, pañales desechables y batas para hospital. Los tejidos o telas no tejidas tienen una estructura física de fibras, hebras o hilos individuales que son entre colocados, pero no de una manera regular, identificable como en una tela tramada o tejida. Las fibras pueden ser continuas o discontinuas, y son frecuentemente producidas de polímero termoplástico o resinas de copolímero de las clases generales de poliolefinas , poliésteres y poliamidas, así como de numerosos otros polímeros. Las mezclas de polímeros o de fibras de múltiples componentes conjugados también pueden emplearse. Los métodos y aparatos para la formación de las fibras y producir una tela no tejida de fibras sintéticas son bien conocidos; técnicas comunes incluyen soplado con fusión, unido con hilado y el cardado.

Las telas no tejidas pueden usarse individualmente o en materiales compuestos como en un laminado unido con hilado y soplado con fusión (SM) o una tela de tres estratos unido con hilado-soplado con fusión-unido con hilado (SMS) . También pueden usarse en conjunto con películas y pueden unirse, grabarse, tratarse o colorearse. Los colores pueden lograrse por la adición de un apropiado pigmento a la resina polimérica. Además de los pigmentos, otros aditivos pueden utilizarse para impartir específicas propiedades a una tela, tales como la adición de un retardador de fuego para impartir resistencia a la llama o el uso de materia en partícula inorgánica para mejorar la porosidad. Debido a que están hechas de resinas de polímero como poliolefinas, las telas no tejidas son usualmente extremadamente hidrofóbicas . A fin de hacer estos materiales humectables, los surfactantes pueden añadirse internamente o externamente. Además, los aditivos tales como pulpa o borra de madera pueden incorporarse en la tela para proporcionar mejorada absorbencia y disminuir la densidad del tejido. Tales aditivos son bien conocidos en el arte. La unión de las telas no tejidas puede lograrse por una variedad de métodos típicamente basados en calor y/o* presión, tales como unión a través de aire y unión de punto térmico. La unión ultrasónica, el hidroenredado y la unión por puntada también pueden usarse. Existen numerosos patrones de unión y de grabado que pueden seleccionarse por textura, propiedades físicas y apariencia. Las cualidades tales como resistencia, suavidad, elasticidad, absorbencia, flexibilidad y capacidad de respirar son prontamente controladas al hacer los no tejidos. Sin embargo, ciertas propiedades deben con frecuencia balancearse en contra de otras. Un ejemplo puede ser 4 el intentar más bajos costos al disminuir el peso base de la tela mientras que mantiene una razonable resistencia. Las telas no tejidas pueden hacerse para sentirse del tipo de tela o del tipo de plástico como se desee. El peso base promedio de las telas no tejidas para la mayoría de las aplicaciones es generalmente de entre 5 gramos por metro cuadrado y de 300 gramos por metro cuadrado, dependiendo del deseado uso final del material. Las telas no tejidas han sido usadas en la fabricación de productos para el cuidado personal tales como pañales desechables para niños, calzoncillos de aprendizaje para niños, almohadillas femeninas y prendas para la incontinencia. Las telas no tejidas son particularmente útiles en la esfera de tales productos absorbentes desechables debido a que es posible producirlos con deseada estética del tipo de tela a un bajo costo. Los productos para el cuidado personal no tejidos han tenido amplia aceptación del consumidor. Las propiedades elásticas de algunas telas no tejidas les han permitido usarse en prendas de ajuste a la forma, y su flexibilidad permite al usuario el moverse de una manera normal y sin restricciones. Los materiales laminados unido con hilado y soplado con fusión (SM) o de unido con hilado-soplado con fusión-unido con hilado (SMS) combinan las cualidades de propiedades de resistencia, permeabilidad al vapor y de barrera; tales telas han probado ser ideales en el área de los aparatos de protección. La envoltura de esterilización y las batas quirúrgicas hechas de tales laminados son ampliamente usadas debido a su efectividad médica, comodidad y su apariencia del tipo de tela que familiariza a los 5 pacientes a un ambiente potencialmente alienante. Otras aplicaciones industriales para tales no tejidos incluyen a paños limpiadores, sorbedores para aceite y similares, filtración, y cubiertas para automóviles y barcos, solo para nombrar a unas cuantas.

Es ampliamente reconocido que las propiedades relacionadas a la resistencia y la barrera de las telas no tejidas son una función de la uniformidad y la dirección de las fibras o filamentos en el tejido. Varios intentos han sido hechos para distribuir a las fibras o filamentos dentro de la tela de una manera controlada. Estos intentos han incluido el uso de electrostática para impartir una carga a las fibras o filamentos, el uso de dispositivos para extender para dirigir las fibras o los filamentos, el uso de medios desviadores para el mismo propósito, y la reorientación de los medios de formación de la fibra. Sin embargo, aún permanece el deseo de lograr una ulterior capacidad para ganar este control de una forma que es consistente con los costos dictados por las aplicaciones desechables para muchos de estos no tejidos.

Síntesis de la Invención La presente invención incluye el uso de electrostática en un arreglo que proporciona extendidos periodos de tiempo entre periodos de paralización del trabajo de la máquina para limpieza. Particularmente cuando se usa en un proceso unido con hilado, el proceso y el arreglo resultantes reducen la tendencia a recolectar fibras o filamentos en pernos electrodos al alternar el flujo de la corriente para seleccionar juegos de pernos que resultan en menos del total de pernos disponibles cargados a un punto dado en el tiempo. El número de los pernos cargados en todo tiempo es suficiente para lograr el deseado efecto electrostático. La invención es aplicable a una amplia variedad de polímeros en filamentos mono-componentes, biconstituidos o conjugados y usando muy diferentes pasos de unión, tales como patrón térmico o unión ultrasónica así como unión por adhesivo. También, los filamentos o fibras pueden variar ampliamente en denier, forma de la sección cruzada y similares y puede combinarse como mezclas de lo anterior. Telas no tejidas de una sola capa o laminados de múltiples capas pueden formarse de conformidad con la invención.

La invención proporciona un proceso para formar una tela no tejida que incluye los pasos de: a. proporcionar una fuente de fibras y/o filamentos; b. someter a las fibras y/o filamentos a una carga electrostática usando una formación de perno; 7 c. selectivamente cargar los pernos en el arreglo de tal forma que menos del número total de pernos es completamente cargado en algún punto en el tiempo en un ciclo de operación; d. variar el nivel de carga y/o de pernos que son cargados mientras que mantiene el deseado efecto electrostático; y e. recolectar las fibras y/o filamentos sobre una superficie de formación para formar una tela no tejida.

En una incorporación las fibras y/o filamentos son proporcionados por hilado fundido. En otro aspecto los filamentos hilados fundidos pueden ser continuos y sometidos a fuerzas de sacado neumático en la unidad de sacar antes de ser sometidas a la llamada carga electrostática. En una especifica incorporación el dispositivo desviador incluye una serie de dientes separados por una distancia determinada por la deseada orientación de las fibras y/o filamentos en la tela no tejida. También, en un aspecto los dientes están orientados a un ángulo con respecto a las fibras y/o filamentos dirigidos, el ángulo determinado por la deseada orientación de las fibras y/o filamentos en la tela no tejida. En otro aspecto de la presente invención, la formación de pernos es formada en un sistema de contención que facilita la remoción de los pernos para limpieza y también proporciona un sello para controlar el movimiento de aire que puede ocasionar contaminación o ensuciado de los pernos o de otra forma contrariamente afectar la formación de las fibras o filamentos en una tela no tejida. La invención también incluye el aparato y las resultantes telas no tejidas.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una ilustración esquemática de un proceso unido con hilado incluyendo el control de la fibra o filamento de la invención.

La Figura 2 es una vista agrandada del combinado dispositivo desviador de electrodo de objetivo segmentado y electrostático de conformidad con la invención.

La Figura 3 es una vista detallada de un dispositivo desviador de electrodo objetivo de conformidad con la invención.

Las Figuras 4 y 5 ilustran un formato de operación para las formaciones de pernos que alternan estados cargados y no cargados.

Las Figuras 6 y 7 ilustran un segundo formato de operación para las formaciones de pernos que alternan estados cargados y no cargados con algún traslapado.

La Figura 8 ilustra aún otro formato de operación para mantener una carga de todos los pernos en la formación continuamente pero variando el nivel de carga para todos los pernos .

La Figura 9 ilustra un formato de operación usando corriente alternante para todos los pernos.

La Figura 10 ilustra un arreglo para fácilmente insertar y remover las formaciones de pernos e incluir medios de sellar para control del flujo de aire.

Descripción Detallada Definiciones Como se usa aqui y en las reivindicaciones, el término "comprender" es inclusive o abierto y no excluye elementos adicionales no señalados, componentes del compuesto o pasos del método.

Como se usa aqui, el término, "tela o tejido no tejido" significa un tejido que tiene una estructura de fibras o filamentos que están entre colocados, pero no de una manera identificable, como una tela tejida. Los tejidos o las telas no tejidas han sido formados por muchos procesos tales como, por ejemplo, procesos de unido con hilado, procesos de soplado por 10 fusión, y procesos de tejido cardado y unido. El peso base de las telas no tejidas es usualmente expresado en onzas del material por yarda cuadrada (osy) o en gramos por metro cuadrado (gsm) y los diámetros de la fibra útiles son usualmente expresados en mieras. (Nótese que para convertir de onzas por yarda cuadrada a gramos por metro cuadrado, se multiplican las onzas por yarda cuadrada por 33.91).

Como se usa aquí, "ciclo de carga" se refiere al tiempo durante el cual todos los pernos en la formación electrostática han experimentado ambos el más alto y el más bajo nivel de carga.

Como se usa aquí, el término "micro fibras" significa fibras de pequeño diámetro que tienen un diámetro promedio no mayor de alrededor de 75 mieras, por ejemplo, que tienen un diámetro desde alrededor de 0.5 mieras a alrededor de 50 mieras, o más particularmente, las micro fibras también pueden tener un diámetro promedio desde alrededor de 2 mieras a alrededor de 25 mieras. Otra expresión frecuentemente usada del diámetro de la fibra es el denier, que está definido como gramos por 9000 metros de una fibra y puede calcularse como el diámetro de la fibra en mieras cuadradas, multiplicadas por la densidad en gramos por centímetro cúbico, multiplicado por 0.00707. Un más bajo denier indica una fibra más fina y un más alto denier indica una fibra más gruesa o pesada. Por ejemplo, el diámetro de una fibra de polipropileno dada como 15 mieras 11 puede convertirse a denier al cuadrado. Multiplicando el resultado por 0.89 gramos por centímetro cúbico y multiplicando por 0.00707. Por tanto, una fibra de polipropileno de 15 mieras tiene un denier de alrededor de 1.42 (152 x 0.89 x 0.00707 = 1.415). Fuera de los Estados Unidos de América la unidad de medición es comúnmente el "tex", que es definido como los gramos por kilómetro de fibra. El tex puede ser calculado como el denier por 9.

Como se usa aquí, las "fibras unidas con hilado" se refieren a las fibras de diámetro pequeño que son formadas por la extrusión de un material termoplástico fundido como filamentos a través de una pluralidad de vasos capilares de un hilador finos que tienen una configuración circular o de otra forma, con el diámetro de los filamentos extrudidos siendo rápidamente reducidos como, por ejemplo, en la patente de los Estados Unidos de América número 4,340,563 otorgada a Appel y otros, y la patente de los Estados Unidos de América número 3,692,618 otorgada a Dorschner y otros, la patente de los Estados Unidos de América número 3,802,817 otorgada a Matsuki y otros, las patentes de los Estados Unidos de América números 3,338,992 y 3,341,394 otorgadas a Kinney, la patente de los Estados Unidos de América número 3,502,763 otorgada a Hartman, y la patente de los Estados Unidos de América 3,542,615 otorgada a Dobo y otros. Las fibras unidas con hilado son templadas y generalmente no son pegajosas cuando son depositadas sobre una superficie recolectora. Las fibras unidas 12 con hilado son generalmente continuas y tienen un promedio de diámetro (de una muestra de al menos 10) mayores de 7 mieras, más particularmente, entre alrededor de 10 y 20 mieras. Las fibras también tienen formas tales como aquellas descritas en la patente de los Estados Unidos de América número 5,277,976 otorgada a Hogle y otros, y la 5,466,410 otorgada a Hills, y la 5,069,970 y 5,057,368 otorgadas a Largman y otros, que describen fibras con formas no convencionales.

Como se usa aquí, el término "fibras sopladas con fusión" significan las fibras formadas por la extrusión de un material termoplástico fundido a través de una pluralidad de vasos capilares de matriz finos y usualmente circulares con hebras o filamentos fundidos a adentro de chorros de gas calentados a alta velocidad (por ejemplo, aire) y convergentes que atenúan los filamentos de material termoplástico fundido para reducir su diámetro, que puede ser a un diámetro de micro-fibra. Después de esto, las fibras sopladas con fusión son llevadas por el chorro de gas a alta velocidad y son depositadas sobre una superficie recolectora para formar un tejido de fibras sopladas con fusión dispersadas al azar. Tal proceso es descrito por ejemplo, en la patente de los Estados Unidos de /América número 3,849,241 otorgada a Butin y otros. Las fibras sopladas con fusión pueden ser continuas o discontinuas, son generalmente más pequeñas de 10 mieras en diámetro promedio y son generalmente pegajosas cuando son depositadas sobre una superficie recolectora. 13 Como se usa aqui, el "laminado de múltiples capas" significa un laminado en donde algunas de las capas, por ejemplo, son unido con hilado y alguna soplado con fusión tal como un laminado unido con hilado/ soplado con fusión y unido con hilado (SMS) y otros descritos en la patente de los Estados Unidos de América número 4,041,203 otorgada a Brock y otros; la patente de los Estados Unidos de América número 5,169,706 otorgada a Collier y otros; la patente de los Estados Unidos de América número 5,145,727 otorgada a Potts y otros; la patente de los Estados Unidos de América número 5,178,931 otorgada a Perkins y otros, y la patente de los Estados Unidos de América número 5,188,885 otorgada a Timmons y otros. Tal laminado puede ser hecho por el depósito en secuencia en una banda de formación en movimiento primero de una capa de tela unida con hilado, después de una capa de tela soplada con fusión y por último de otra capa unida con hilado y entonces unir el laminado de la manera descrita abajo. Alternativamente, las capas de tela pueden hacerse individualmente, recolectadas en rollos, y combinadas en un paso separado de unión. Tales telas usualmente tienen un peso base desde alrededor de 0.1 a 12 onzas por yarda cuadrada (osy) (de 6 a 400 gramos por metro cuadrado (gsm) ) , o más particularmente desde alrededor de 0.75 a alrededor de 3 onzas por yarda cuadrada (osy) . Los laminados de múltiples capas también pueden tener varios números de capas sopladas con fusión o de múltiples capas unidas con hilado en muchas diferentes combinaciones y pueden incluir otros materiales del tipo de películas (F) o de materiales 14 coformados, por ejemplo, laminado de unido con hilado y soplado con fusión (SM) , un laminado unido con hilado- soplado con fusión-soplado con fusión y unido con hilado (SMMS) , un laminado unido con hilado-pelicula y unido con hilado (SFS) , etc .

Como se usa aqui, el término "polímero" generalmente incluye, pero no es limitativo a, homopolimeros, copolimeros, tales como, por ejemplo, bloque, injerto, al azar y copolimeros alternativos, terpolímeros, etc., y mezclas y modificaciones de los mismos. Además, a menos que de otra forma se limiten específicamente, el término "polímero" deberá incluir todas las configuraciones geométricas posibles del material. Estas configuraciones incluyen, pero no son limitadas a simetrías isotácticas, sindiotácticas , y al azar.

Como se usa aquí, el término "dirección a la máquina" o "MD" se refiere a la longitud de una tela en la dirección en la cual ha sido producida. El término "dirección transversal a la máquina" o "CD" se refiere al ancho de una tela, por ejemplo, en una dirección generalmente perpendicular a la dirección a la máquina.

Como se usa aquí, el término fibra "mono-componente" se refiere a una fibra formada de uno o más extrusores usando solamente un polímero. Esto no significa excluir a las fibras formadas de un polímero a las cuales pequeñas cantidades de aditivos han sido añadidas para coloración, propiedades antiestáticas, lubricación, hidrofililla, etc. Estos aditivos, por ejemplo el dióxido de titanio para la coloración, están generalmente presentes en una cantidad de menos de alrededor de 5 por ciento por peso y más típicamente alrededor de 2 por ciento por peso.

Como se usa aquí, el término "fibras conjugadas" se refiere a las fibras que han sido formadas de al menos dos polímeros extrudidos de separados extrusores pero hiladas juntas para formar una fibra. Las fibras conjugadas son también algunas veces referidas como fibras bicomponentes o de múltiples componentes. Los polímeros son usualmente diferentes unos de otros aún cuando las fibras conjugadas pueden ser de fibras mono-componentes. Los polímeros son arreglados en zonas distintas sustancialmente constantemente colocadas a través de la sección transversal de las fibras conjugadas y extendidas continuamente a lo largo de la longitud de las fibras conjugadas. La configuración de tal fibra conjugada puede ser, por ejemplo, un arreglo de vaina y núcleo en donde un polímero es rodeado por otro o puede ser un arreglo lado a lado, un arreglo de pastel o un arreglo de "islas en el mar". Las fibras conjugadas son enseñadas en la patente de los Estados Unidos de América número 5,108,820 otorgada a Kaneko y otros; la patente de los Estados Unidos de América número 4,795,668 otorgada a Krueger y otros; la patente de los Estados Unidos de América número 5,540,992 otorgada a Marcher y otros, y la patente de los Estados Unidos de América número 5,336,552 otorgada a Strack y otros. Las fibras conjugadas son también enseñadas en la patente de los Estados Unidos de América número 5,382,400 otorgada a Pike y otros, y pueden usarse para producir rizo en las fibras al usar las tasas diferenciales de expansión y de contracción de dos o más polímeros. Las fibras rizadas también pueden producirse por medios mecánicos y por el proceso de la patente alemana DT 25 13 251 Al. Para dos componentes de fibras, los polímeros pueden estar presentes en proporciones de 75/25, 50/50, 25/75 o en cualesquiera proporciones deseadas. Las fibras también pueden tener formas tales como aquellas descritas en las patentes de los Estados Unidos de América números 5,277,976 otorgada a Hogle y otros; 5,466,410 otorgada a Hills; 5,069,970 y 5,057,368 otorgadas a Largman y otros, las cuales describen fibras con formas no convencionales. Las "fibras biconstituidas" se refieren a fibras que han sido formadas de al menos dos polímeros extrudidos del mismo extrusor como una mezcla. El término "mezcla" es definido más adelante. Las fibras biconstituidas no tienen los varios componentes de polímero arreglados en las distintas zonas relativamente y constantemente colocadas a lo largo del área de la sección transversal de la fibra y los varios polímeros son usualmente no continuos a lo largo de toda la longitud de la fibra, en vez usualmente forman fibrillas o protofibrillas que comienzan y terminan al azar. Las fibras biconstituidas son algunas veces también referidas como fibras multiconstituidas . Las fibras de este tipo general son descritas en, por ejemplo, las patentes de los Estados Unidos de América números 5,108,827 y 5,294,482 otorgadas a Gessner. Las fibras bicomponentes y biconstituidas son también descritas en el libro de texto Mezclas y Compuestos de Polímeros por John A. Manson y Leslie H. Sperling, derechos de autor 1976 por Plenum Press, una división de Plenum Publishing Corporation, Nueva York, Nueva York, IBSN 0-306-30831-2, en las páginas 273 a 277.

Como se usa aqui, el término "mezcla" significa una mezcla de dos o más polímeros, mientras que el término "aleación" significa una subclase de mezclas en donde los componentes son inmiscibles pero han sido compatibles. La "miscibilidad" y la "no miscibilidad" son definidas como mezclas que tienen valores negativos y positivos, respectivamente, por la libre energía del mezclado. Además, el "compatibilizar" es definido como el proceso de modificar las propiedades de entre conexión de una mezcla de polímero inmiscible a fin de hacer una aleación.

Como se usa aquí, el término "tela o tejido cardado y unido", se refiere a telas que son hechas de fibras básicas que son usualmente adquiridas en fardos. Los fardos son colocados en una unidad de fibrilado o de cardado, que abre al fardo del estado compacto y separa las fibras. Las fibras son enviadas a través de una unidad de peinado o de cardado que además separa o rompe y alinea las fibras básicas en la dirección a la máquina como para formar una tela no tejida orientada en la dirección a la máquina. Una vez que la tela es formada, es entonces unida por uno o más de varios métodos de unión. Uno de tales métodos de unión es la unión por polvo, en donde, un adhesivo en polvo es distribuido a través de la tela y entonces activado, usualmente por calentamiento de la tela y del adhesivo con aire caliente. Otro método de unir adecuado es la unión por patrón, en donde rodillos de calandrar calentados o equipo de unión ultrasónico son usados para unir las fibras juntas, usualmente en un patrón de unión localizado, aún cuando la tela puede unirse a través de toda su superficie si se desea. Otro método adecuado y bien conocido de unir, particularmente cuando se usan fibras básicas bicomponentes es la unión a través de aire.

Como se usa aqui, el término "unión ultrasónica" significa un proceso realizado, por ejemplo, al pasar la tela entre un cuerno sónico y un rodillo de yunque como se ilustra en la patente de los Estados Unidos de América número 4,374,888 otorgada a Bornslaeger, incorporada aqui como referencia en su totalidad.

Como se usa aquí, el término "unión de punto térmico" involucra el pasar una tela o tejido de fibras para ser unidos entre un rodillo de calandrar calentado y un rodillo de yunque. El rodillo de calandrar es usualmente, aún cuando no siempre, estampado de alguna forma como para que toda la tela no se una a través de toda su superficie, y el rodillo de 19 yunque es usualmente plano. Como resultado, varios patrones para los rodillos de calandrar han sido desarrollados por razones funcionales asi como estéticas. Un ejemplo de un patrón tiene puntos y el patrón Hansen Pennings o "H&P" con alrededor de un área de unión de 30% con alrededor de 100 uniones por pulgada cuadrada como se enseño en la patente de los Estados Unidos de América número 3,855,046 otorgada a Hansen & Pennings, incorporada aquí como referencia en su totalidad. El patrón H&P tiene áreas de unión en un punto cuadrado o de perno en donde cada perno tiene una dimensión de 0.038 pulgadas (0.965 milímetros), un espaciado de 0.070 pulgadas (1.778 milímetros) entre los pernos, y una profundidad de unión de 0.023 pulgadas (0.584 milímetros). El patrón resultante tiene un área unida de alrededor de 29.5%. Otro típico patrón de punto de unión es el patrón de unión expandido Hansen Pennings o "EHP" que produce un área de unión de 15% con un perno cuadrado que tiene una dimensión lateral de 0.037 pulgadas (0.94 milímetros), un espaciado de perno de 0.097 pulgadas (2.464 milímetros) y una profundidad de 0.039 pulgadas (0.991 milímetros) . Otro típico patrón de punto de unión designado "714" tiene áreas de unión de perno cuadrado en donde cada perno tiene una dimensión lateral de 0.023 pulgadas, un espaciado de 0.062 pulgadas (1.575 milímetros) entre pernos, y una profundidad de unión de 0.033 pulgadas (0.838 milímetros). El patrón resultante tiene un área -unida de alrededor del 15%. Aún otro patrón común es el patrón de Estrella C, que tiene un área de unión de alrededor de 16.9%. El patrón de Estrella en C 20 tiene una barra de dirección cruzada o diseño de "pana" interrumpido por las estrellas que caen. Otros patrones comunes incluyen al patrón de diamante con diamantes repetidos y ligeramente desplazados con alrededor de 16% de área de unión y un patrón de tramado de alambre que se ve como el nombre sugiere, por ejemplo, como un patrón de reja de ventana con un área de unión de 19%. Típicamente, el porcentaje del área de unión varia desde alrededor de 10% a alrededor de 30% del área del tejido de laminado de tela. Como es bien conocido en el arte, la unión de punto sostiene las capas de laminado juntas asi como que imparte la integridad a cada capa individual al unir los filamentos y/o las fibras dentro de cada capa.

Como se usa aquí, el término "producto para el cuidado personal" significa pañales, calzoncillos de aprendizaje, ropa para nadar, calzoncillos absorbentes, productos para la incontinencia de adultos, y productos para la higiene femenina. Y también incluye productos absorbentes para aplicaciones veterinarias y mortuorias.

Como se usa aquí, el término "cubierta protectora" significa cubiertas para vehículos tales como por ejemplo, carros, camiones, botes, aviones, motocicletas, bicicletas, carritos para golf, etc., cubiertas para equipo dejado con frecuencia al aire libre como parrillas de barbacoa, equipo para jardín y para patio (podadoras, labradores de rotor, etc) , y muebles para jardín, así como, cubiertas para piso, telas para mesas y cubiertas para áreas de comida.

Como se usa aquí, el término "tela para exteriores" significa una tela que es principalmente, aún cuando no es exclusiva para, usar en el exterior. La tela para exterior incluye a la tela usada en cubiertas protectoras, tela para caravanas y remolques, lonas alquitranadas, marquesinas, toldos, tiendas, telas agrícolas y aparatos de exterior, tales como cubiertas principales, ropa y overoles para trabajo industrial, pantalones, camisas, chamarras, guantes, calcetines, cubiertas para zapatos, y similares.

Descripción Volviendo a la Figura 1, se muestra ahí un ejemplo de un proceso de formación del no tejido unido con hilado de conformidad con la invención. Como se ilustra, la placa de girar 10 recibe al polímero desde un sistema de extrusión fundido convencional (no mostrado) y forma filamentos 12 que pueden ser mono-componentes, conjugados o biconstituidos como se describió arriba. La unidad de sacado de la fibra 14 incluye una fuente de sacado de aire de las cámaras 16 dirigida a una alta velocidad jalando filamentos 12 ocasionando la orientación de los filamentos, aumentando sus propiedades de resistencia. Debajo de la unidad de sacado de la fibra 14 se muestra una unidad electrostática 18 que incluye filas 20 de pernos que producen una descarga de corona en contra de 22 electrodos específicos 22 y un desviador 24. Los filamentos cargados 12 entonces están dirigidos al alambre de formación 26 que se mueve alrededor de rodillos 28, uno o ambos de los cuales pueden impulsarse. En algunos casos un número de filamentos puede tenderse para acumular en o alrededor de la unidad electrostática 18 o la unidad de sacado de la fibra 14. Un dispositivo tal como un cepillo rotatorio 51 puede usarse para limpiar cualquier indeseada acumulación. Mostrado en el arreglo de la Figura 1, el cepillo puede montarse como por una barra 53 y una ranura de soporte 55 en la unidad electrostática 18 y puede impulsarse por motor 52 para atravesar el ancho de la unidad de sacado de la fibra 14 y rotar durante esta travesía como para recolectar filamentos sueltos. Como será entendido por aquellos con habilidad en el arte, el cepillo puede operarse manualmente como por un dispositivo de polea, y otros similares medios de aclarado del filamento pueden emplearse. Un dispositivo de compactacion tal como un cuchillo por aire 30 puede usarse para consolidar el tejido 32 antes del punto de presión de unir 34 entre los rodillos de calandrar 36, 38 (uno o ambos de los cuales pueden tener un patrón como se describió antes) que forman al tejido unido 40. Si se desea, medios convencionales 15 para remover o reducir la carga en el tejido pueden emplearse tales como aplicar un campo cargado opuesto o una nube de ion. Tales dispositivos son conocidos y descritos, por ejemplo, en la patente de los Estados Unidos de América número 3,624,736 otorgada a Jay, incorporada aquí en su totalidad por referencia. 23 Será reconocido por aquellos con habilidad en el arte que varias combinaciones de la polaridad de carga pueden usarse al realizar la invención. Por ejemplo, con referencia a la Figura 1, el siguiente gráfico ilustra ejemplares alternativas. La carga de cero indica que el dispositivo está conectado a tierra.

Volviendo a la Figura 2, se muestra una vista de un arreglo de descarga de corona 201 útil de conformidad con la invención. La salida de la unidad de sacado de la fibra 14 es indicada como 203 y es separada por aislamiento 205 del amperímetro 207 conectado al suministro de energía 209 que forma el objetivo 235 incluyendo la placa 211. La formación de electrodos comprende múltiples barras, por ejemplo cuatro barras 213, 215, 217, 219, cada una de las cuales contiene una pluralidad de pernos de emisión rebajados 221. También forman parte del objetivo 235 el desviador 231 acoplado por medios conductivos tales como por perno 233 a la placa 211. El objetivo desviador puede aislarse de o conectarse a la placa 24 objetivo por medios conductivos.

De conformidad con la invención la tendencia de los pernos de emisión 221 para recolectar o acumular fibras o filamentos en operación es significativamente reducida. Como es conocido, cuando las fibras o filamentos (u otros aditivos o recipientes) recolectan sobre pernos emisores, la efectividad de tales pernos es reducida y, finalmente, la operación del equipo de formación del tejido debe cesar hasta que los pernos han sido limpiados. Se ha encontrado, de conformidad con la invención, que el tiempo de operación entre las limpiezas puede extenderse por la selectiva activación de los pernos de una manera que ciertos pernos están descargados o cargados a un más bajo nivel durante un ciclo de operación. En una incorporación los pernos adyacentes en una formación son ya sea cargados o descargados al mismo tiempo alternativamente. El periodo de operación de carga y descarga puede variar ampliamente dependiendo del sistema de por debajo de un segundo a horas o aún días. Por ejemplo, rápidos cambios pueden requerir de sofisticada electrónica mientras que el cambiar cada cambio de operación puede simplemente ser controlado por operador. En una segunda incorporación corriente alterna es usada para proporcionar periodos de operación carga o descarga para todos los pernos. En cualquier caso, la corriente es seleccionada como para mantener el deseado nivel de carga aplicado a las fibras o filamentos. 25 Volviendo a la Figura 3, se muestra una vista en perspectiva de un desviador de electrodo selectivo 231 de conformidad con la invención. El desviador está segmentado por ranuras 301 formadas por dientes 303 montados por pernos 305 para soportar 307. Aún cuando no es aparente del dibujo, los dientes 303 pueden separarse por un espaciado de, por ejemplo, alrededor de un octavo de pulgada para proporcionar adicional control de la distribución de la fibra. La forma y espaciado de los dientes 303 pueden variar para producir intencionados grados de separación y orientación de la fibra de colocación.

Volviendo a las Figuras 4 y 5, un ciclo es mostrado donde barras de Carga 213, 215 están cargadas a cualquier punto en el tiempo que las barras de carga 217, 219 están descargadas, y el contrario también es verdad. En otras palabras, las barras de carga 213, 215 son activadas y simultáneamente las barras de carga 217, 219 son apagadas, entonces las barras de carga 217, 219 son prendidas y simultáneamente las barras de carga 213, 215 son apagadas.

Volviendo a las Figuras 6 y 7, se describe un ciclo donde todas las cuatro barras 213, 215, 217, y 219 son prendidas por un intervalo de corto tiempo antes de que dos de las barras 217, 219 sean apagadas. Esto resulta en una punta de energía de corta duración; sin embargo, el efecto electrostático no será afectado negativamente. 26 La Figura 8 ilustra aún un diferente ciclo donde todas las cuatro barras 213, 215, 217, y 219 están encendidas en todo momento, pero la corriente para todas las cuatro barras varia de alta a baja simultáneamente.

La Figura 9 ilustra un ciclo usando corriente alterna para todas las cuatro barras 213, 215, 217, y 219 de tal forma que todas las cuatro rápidamente varían de corriente positiva a negativa simultáneamente.

Volviendo a la Figura 10, se muestra una representación esquemática del conjunto de barra de carga 270. El conjunto de barra de carga está hecho de un soporte de metal 260 con un módulo de barra de carga removible 250. El módulo de barra de carga 250 está hecho de un material no conductor tal como policarbonato y sostiene a las barras de carga individuales 213, 215, 217, 219. Las barras de carga acoplan al módulo de barra de carga usando pernos de los lados opuestos de los electrodos 221.

El módulo de barra de carga puede fácilmente removerse ya sea deslizando el sistema fuera del lado de la máquina o por la remoción del lado frontal. Una vez que el módulo de barra de carga es colocado un activador tal como cilindros de aire 240 son usados para agarrar al conjunto en su lugar. 27 Este diseño ofrece varias ventajas. Primero, el conjunto de barra de carga es fácil de remover. Durante la producción normal las barras de carga deben limpiarse periódicamente. Este diseño minimiza el tiempo al eliminar numerosos pernos para sostener el sistema en su lugar. Otro conjunto de barra de carga puede estar pronto para reinstalar tan pronto como la unidad es removida de la máquina. Segundo, el módulo de- barra de carga contiene individuales barras de carga. Si una barra de carga no funciona un reemplazo puede instalarse. Tercero, el conjunto minimiza las aberturas de aire que pueden acumular aceites y ceras que son típicamente producidos durante el proceso de fabricación del unido con hilado (SB) . Estos depósitos pueden acumularse en cualquiera de las aberturas de aire alrededor de las barras de carga y pueden resultar en la pérdida de corriente debido a los altos voltajes de operación.

Es aparente que muchas combinaciones son posibles, y aquellas ilustradas son solamente ejemplares. Por ejemplo, el mismo procedimiento puede usarse con solamente una barra de carga activa para cualquier intervalo de tiempo dado. Para el ejemplo mostrado, la barra de carga 213 puede encenderse mientras que las barras de carga 215, 217, y 219 están apagadas. Para el siguiente intervalo, la barra de carga 213 es apagada y la barra de carga 215 es prendida, manteniendo a las barras de carga 217 y 219 apagadas. Este proceso puede continuar hasta que cada barra de carga alternativamente ha 28 sido encendida por un intervalo y entonces el proceso es repetido. En tal caso, cada barra de carga puede operar solamente 25% del tiempo. De una forma similar, el ciclo de la Figura 4 puede operarse de tal forma que cada barra de carga es cargada solamente 50% del tiempo.

Ejemplos Mientras que la invención será ilustrada por medio de ejemplos, los ejemplos son solamente representativos y no limitantes en el alcance de la invención que está determinada en referencia a las reivindicaciones adjuntas.

Electrodo Los pernos emisores están separados aparte de pulgada, y rebajados a 1/8 de pulgada en una cavidad de 0.5 pulgadas de alto por 0.25 pulgadas de profundidad. Estas filas de 26 pulgadas de ancho (24 pulgadas efectivas) de pernos son amontonadas en cuatro, y la distancia entre los pernos de ¾ de pulgada (véase la Figura 3) . Las filas de pernos son fabricadas por The Simco Company, Inc., de 2257 North Penn Road, de Hartfield, Pennsylvania 19440. Estos electrodos fueron conectados a una fuente de alto voltaje DC a través de una sola resistencia de 100 mega ohm para medir la corriente de descarga por via del correspondiente voltaje. El suministro de energía fue el EH30R3, 0-30 kilovoltios, 0-3 MA, 100 watts regulados, 29 reversible con respecto a la tierra del armazón, pero el voltaje negativo fue aplicado aquí aún cuando la carga opuesta también puede usarse y variada como se describió arriba. Fue producida por Glassman High Voltaje, Inc., de PO Box 551, Route 22 East, en Salem Park, Whitehouse Station, Nueva Jersey 08889.

Objetivo Dos objetos específicos fueron usados: una placa específica y un desviador específico. La placa fue una placa de acero conductor de 3 pulgadas de alto por 26 pulgadas de ancho. El desviador comprendió de una multitud de dientes de acero conductor de 60 grados de ángulo por 3/8 de ancho por 1.88 pulgadas de largo. Fueron amontonados a un ángulo de 32 grados con respecto a la línea central de la unidad de sacado de la fibra con un espaciado de 1/8 de pulgada (véase la Figura 3) . Sus superficies de acero fueron recubiertas con cerámica PRAXAIR LA-7, recubrimiento de 0.002-0.005 pulgadas de grueso. Este recubrimiento resistente a la abrasión tiene muy poca resistencia de superficie de 7 ohms sobre aproximadamente ¾ de pulgada de distancia, mientras que el valor correspondiente de la resistencia de acero no recubierta fue de cerca de 0.0002 ohms. Estos dos objetivos fueron unidos con pernos de acero conductor uno al otro, y conectados a otro suministro de energía a través de otra resistencia de 100 mega-ohm. La fuente de energía fue el mismo suministro de energía Glassman, pero con diferente señal positiva, polaridad. Por tanto, la red de 30 corriente entre el valor en el electrodo y aquel en el objetivo Índica la cantidad de descarga en el chorro de fibra naciente de aire, y estimada la cantidad de carga en las fibras.

Ejemplos A al E Condiciones de Giro Una efectiva placa de giro ancho de 17 pulgadas de 130 agujeros por pulgada fue usada a 0.65 gramos por agujero para obtener 0.5 onzas por yarda cuadrada a aproximadamente 2 denier/filamento de fibras de polipropileno unidas con hilado. El equipo usado fue generalmente de acuerdo con la patente de los Estados Unidos de América No. 3,802,817 otorgada a Matsuki he incorporada aquí en su totalidad por referencia, excepto como se describió específicamente aquí.

Tabla 1. Resultados de Carga y Combinación Electrostática Ejemplo ID A B C D E Voltaje de Electrodo, VI KV 0 -5 -5 -5 -17 Voltaje de Objetivo, V2 KV 0 15 18 18 5 Corriente Neta, Ired = A1-A2 0 2.5 3.3 3.3 3.3 Microamperes/pulgada (1) Voltaje General, VI - V2 KV 0 -20 -23 -23 -22 Carga Especifica MicroCoulomb/g fibra (2) 0 2.51 3.34 3.34 3.34 MicroCoulomb/m2 superficie fibra (3) 0 10 13.3 13.3 13.3 Deflector de Objetivo No No No Sí SI Tasa de Formación de Tejido (4) 0 1 2 5 5 31 Nota: (1) La indicación actual fue fluctuada severamente, quizás implicando la fluctuación del flujo de fibra. (2) Basado sobre producciones indicadas arriba y presumiendo la carga neta sobre fibras. (3) Basado sobre área de superficie de fibra especifica = 0.25 metro cuadrado/g a 2 denier por fibra. (4) Calificación subjetiva visual con 5 siendo la mejor.

Como se mostró en la Tabla 1, la . carga electrostática en éste circuito de desviación a menos 20 a menos 23 mejoró la formación, pero se hicieron mucho mayores mejoras con la placa de deflector de objetivo con un circuito de desviación de alto voltaje.

Aún cuando esta invención no está limitada a ninguna teoría de operación, se cree que tal mejora dramática se ha hecho como sigue. Típicamente las fibras son fácilmente movidas alrededor del campo de flujo debido a las fluctuaciones locales en la velocidad lo cual es una característica del flujo turbulento. Al ser cargadas las fibras, la fuerza de expulsión electrostática resultante evita que las fibras formen cuerdas o se aterronen juntas. Una velocidad típica en la salida de la unidad de jalado de fibra es del orden de 6,000 metros por minuto. Asumiendo que la fluctuación turbulenta en la velocidad desde el orden de 10% de la velocidad media, por ejemplo 6,000 por 10/100 = 600 metros por minuto. Además asumir que éste componente de velocidad fluctuante es dirigido perpendicular al eje de fibra. La fuerza de arrastre que actúa sobre la fibra debido a ésta fluctuación en velocidad será del orden de 1 dina. Esta fuerza corresponderá a una separación de filamento de 0.02 centímetros por 2 denier por fibra y fibras de 1 centímetro de largo con una carga de 3.3 microcoulomb/gramo de acuerdo a la ley de Coulombic. Esencialmente hay un balance entre la fuerza electrostática y la turbulencia que induce fuerzas a una escala de longitud de 0.02 centímetros. Estrictamente hablando las fuerzas electrostáticas aseguran la separación del filamento sobre una escala de longitud pequeña.

Por otro lado el defecto mecánico proporciona el mezclado que ayuda a mejorar la formación de deflexiones que son del orden de 1.2 a 2.5 centímetros en escala. El acoplamiento de los electrostáticos con el deflector mecánico asegura la uniformidad de fibras sobre una escala de longitud de 0.02 a 2.5 centímetros. Considerar la siguiente analogía. Una caja de arena contiene arena de profundidad variable resultando en una superficie con baches. Arrastrando un rastrillo a través de la arena ayudará a reducir la textura de superficie sobre una escala de longitud igual al espaciamiento de las líneas. Arrastrando una rejilla a través de la arena ayudará a alisar la superficie sobre una escala de longitud de la malla en la rejilla. Para ésta analogía el deflector mecánico actúa como el rastrillo y los electrostáticos actúan como la rejilla.

Con respecto a los intervalos de tiempo de operación incrementados entre la limpieza requerida de los pernos, se cree que el proporcionar periodos de operación sin carga o de carga reducida de cada barra de pernos reduce el nivel de atracción del polvo y otros contaminantes a los pernos. Las partículas de polvo son generalmente cargadas negativamente y serán atraídas a los pernos que son cargados positivamente. Mediante el reducir el tiempo y/o la cantidad de la carga positiva sobre los pernos, la cantidad de polvo y contaminantes atraídos a los pernos reduce y se distribuye más parejamente entre los pernos para el resultado de que el tiempo de corrida puede ser esencialmente incrementado.

Aún cuando la invención se ha descrito en términos de su mejor modo y otras incorporaciones, las variaciones y modificaciones serán evidentes a aquellos expertos en el arte. Se intenta que las reivindicaciones anexas incluyan y cubran todas esas variaciones y modificaciones que no departen materialmente del alcance amplio de la invención como se describe aquí.

Claims (15)

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Un proceso para formar una tela no tejida que comprende los pasos de: a) proporcionar una fuente de fibras y/o filamentos; b) someter dichas fibras y/o filamentos a una carga electrostática usando un arreglo de perno; c) seleccionar los pernos de carga en dicho arreglo de manera que menos que el número total de pernos está completamente cargado en algún punto en el tiempo en un ciclo de operación; d) variar el nivel de carga y/o de los pernos que son cargados mientras que se mantiene el efecto electrostático deseado; y e) recolectar las fibras y/o filamentos sobre una superficie formadora para formar una tela no tejida.

2. El proceso tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dichas fibras y/o filamentos son proporcionados por hilado de derretido.

3. El proceso tal y como se reivindica en la cláusula 2, caracterizado porque dichos filamentos hilados con derretido son continuos y se someten a fuerzas de jalado neumático en una unidad de jalado de fibra antes de ser sometidos a una carga electrostática.

4. El proceso tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado además porque incluye el paso de dirigir dichas fibras y/o filamentos en contra de un deflector antes de la recolección, dicho dispositivo deflector comprende una serie de dientes separados por una distancia determinada por la orientación deseada de dichas fibras y/o filamentos en dicha tela no tejida.

5. El proceso tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado además porque incluye el paso de proporcionar dicho arreglo de pernos en un dispositivo removible que es removible para facilitar la extracción de perno .

6. El proceso tal y como se reivindica en la cláusula 5, caracterizado porque dicho dispositivo permite los sellos de aire para el movimiento de aire reducido y la perturbación reducida del desplazamiento de fibra y/o filamento . 36

7. Un aparato para formar una tela no tejida, dicho aparato comprende: a) una fuente de fibras y/o filamentos ; b) un dispositivo de arreglo de perno para cargar selectivamente pernos en dicho arreglo de manera que menos del número total de pernos es completamente cargado en algún punto en el tiempo en un ciclo de operación; c) medios para variar el nivel de carga y/o de pernos que son cargados mientras que se mantiene el efecto electrostático deseado mientras que las fibras y/o filamentos están bajo la influencia de dicha carga electrostática; y d) una superficie formadora para recolectar dichas fibras y/o filamentos como una tela no tejida.

8. El aparato tal y como se reivindica en la cláusula 7, caracterizado porque dicha fuente de fibras y/o filamentos es un dispositivo de hilado con derretido.

9. El aparato tal y como se reivindica en la cláusula 8, caracterizado porque dicho dispositivo de hilado de derretido produce filamentos continuos y además incluye una unidad de jalado de fibra que aplica fuerzas de jalado 37 neumáticas a dichos filamentos continuos 'antes de ser sometidos a dicha carga electrostática.

10. El aparato tal y como se reivindica en la cláusula 9, caracterizado además porque comprende un dispositivo deflector entre dicha unidad de jalado y dicha superficie formadora y comprende una serie de dientes separados por una distancia determinada por la orientación deseada de dichas fibras y/o filamentos en dicha tela no tejida.

11. Medios para aplicar una carga electrostática a un arreglo de filamentos en movimiento en un aparato para formar una tela no tejida, dichos medios comprenden pernos de cargas múltiples contenidos dentro de un conjunto adaptado para ser enganchado dentro de dicho aparato de formación de tela no tejida y sellados como para minimizar las separaciones de aire y removidos por deslizamiento desde dicho aparato de formación de tela no tejida.

12. Los medios tal y como se reivindica en la cláusula 11, caracterizados porque incluyen medios neumáticos para mantener dicho conjunto sellado dentro del aparato formador de tela no tejida.

13. Una tela no tejida producida de acuerdo con el proceso tal y como se reivindica en la cláusula 1. * 38

14. Una tela no tejida producida de acuerdo con el proceso tal y como se reivindica en la cláusula 3.

15. Una tela no tejida producida de acuerdo con 5 el proceso tal y como se reivindica en la cláusula . R E S U M E N Están descritas aquí mejoras a procesos y equipo para la fabricación de telas no tejidas útiles en numerosas aplicaciones incluyendo productos para el cuidado personal, vestuario de protección y productos industriales. La fibra y/o los filamentos usados para formar la tela no tejida son depositados sobre una superficie formadora en una orientación controlada usando la aplicación de una carga electrostática a las fibras y/o filamentos en combinación con el dirigirlas a una placa deflectora de electrodo mientras que están bajo la influencia de la carga. La placa puede hacerse de dientes con una separación y una orientación de ángulo que son seleccionados de acuerdo con el arreglo deseado de las fibras y/o filamentos en la tela no tejida. Como un resultado, las propiedades del tejido tal como las resistencias relativas en la dirección de la máquina y en la dirección transversal a la máquina pueden ser controladas. La carga de los pernos es controlada de manera que no todos los pernos permanezcan a una carga máxima durante el ciclo con el resultado de que pueden ser obtenidos tiempos de corrida extendidos.