CH, CN, CO, CR. CU, CZ DE, D DM. DZ EC, EE, ES, ES, Fl FR. GB, GR, HU, /£ IT, W, MC. NL PT, SE, SI, F¡, GB. GD, GE, G , GM, HR, HU, ID, IL, IN. IS, JP. KE, SK, TR). OAPl palera (BF. BJ, CF CG. CI, CM. GA. GN, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, W, LV, MA, MD, GQ, GW, ML, MR, NE. SN, TD, TG) MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NI, NO, NZ, OM, PH. PL, — as lo lhe applicam 's entitlemem to claim the priority oflhe PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, TJ, TM, TN, TR, TT, ewlier application (Rule 4.17(Ui)) for all designations TZ, UA, UG, UZ VC. m YU, ZA, ZM, ZW, ARJPOp tent Published: (GH, GM, KE, LS, MW, MZ SD, SL, SZ TZ, UG. ZM, ZW), — with internation l search report Eurasian patent (AM, AZ, BY, KG, KZ MD, RU, TJ, TM). European patenl (AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE; For two-letter codes and other abbrevialions, refer to the "Guid- ance Notes on Codes and Abbreviations" appearing at the begin- ning of each regular issue of ihe PCT Gazetle.
TELAS FIBROSAS NO TEJIDAS PEGABLES, ORIENTADAS Y METODOS DE FABRICACION DE LAS MISMAS
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El pegado de las telas fibrosas no tejidas de fibra orientada requiere frecuentemente una solución intermedia indeseable en las etapas de procesamiento o aspectos del producto. Por ejemplo, cuando las telas recolectadas de fibras orientadas tales como fibras hiladas por fusión o de hilado pegado son pegadas (por ejemplo para consolidar la tela, se incrementa su resistencia o de otra manera se modifican las propiedades de tela) , una fibra de pegado u otro material de pegado es comúnmente incluido en las telas además de las fibras hiladas por fusión o hiladas por pegado. Alternativamente o además, la tela es sometida a calor y presión en una operación de pegado por puntos o una operación de calandrado de área amplia. Tales etapas son requeridas debido a que las fibras hiladas por fusión o de hilado pegado por si mismas en general son altamente estiradas para incremento la resistencia de fibra, dejando a las fibras con capacidad limitada para participar en el pegado de fibra. Sin embargo, la adición de las fibras de pegado u otro material de pegado se incrementa el costo de la tela, hace a la operación de manufactura más compleja e introduce ingredientes extraños a las telas. Además, el calor y presión
Ref.: 159811 2
cambian las propiedades de la tela, por ejemplo, haciendo a la tela más semejante a papel, rígida o quebradiza. El pegado entre las fibras hiladas por pegado, aún cuando es obtenido con el calor y presión del pegado por puntos o calandrado, también tiende a ser de resistencia más baja que la deseada: la resistencia de enlace entre las fibras hiladas por fusión es comúnmente menor que la resistencia de enlace o resistencia de pegado entre las fibras que tiene una morfología menos ordenada que las fibras hiladas por pegado tienen. Véase la publicación reciente, Structure and properties of polypropylene fibers during thermal bonding, Subhash Chand et al, (Thermochimica Acta 367-368 (2001) 155-160) . En tanto que la técnica ha reconocido las deficiencias involucradas en el pegado de telas de fibra orientadas, no se sabe que exista una ninguna solución satisfactoria. La patente norteamericana 3,322,607 describe un esfuerzo para mejorar, sugiriendo entre otras técnicas de pegado que las fibras sean preparadas teniendo fibras de orientación mezclada, en las cuales algunos segmentos de las fibras tienen una orientación más baja y mediante esto . una temperatura de reblandecimiento más baja, de tal manera que funcionan como filamentos aglutinantes. Como se ilustra en el ejemplo XII de esta patente (véase también columna 8, líneas 9-52), tales fibras de orientación mezcladas son preparadas 3
al conducir filamentos extruidos a un rollo de alimentación calentado y acoplamiento de los filamentos sobre el rodillo por algún tiempo en tanto que el rodillo gira. Se dice que segmentos de baja orientación resultan de tal contacto y que proporcionan capacidad de enlace o capacidad de pegado en las telas. (Véase también patente norteamericana 4,086,381, por ejemplo, en la columna 5, líneas 59 y subsecuentes para una enseñanza similar) . Sin embargo, los segmentos de pegado de baja orientación de las fibras de la patente norteamericana No. 3,322,607 también son de mayor diámetro que otros segmentos de orientación más alta (columna 17, líneas 21-25) . El resultado es que se necesita calor incrementado para reblandecer los segmentos de baja orientación para pegar la tela. También, todo el proceso de formación de fibras se pone en operación a una velocidad más bien baja, disminuyendo mediante esto la eficiencia, además, de acuerdo con la patente (columna 8, líneas 22-25 y 60-63) el pegado de los segmentos de baja orientación es evidentemente insuficiente para un enlace o pegado adecuado, con el resultado que las condiciones de enlace o pegado son seleccionadas para proporcionar algo de pegado de los segmentos o fibras de alta orientación además de los segmentos de baja orientación. Se necesitan métodos de pegado mejorados y sería deseable si estos métodos pudieran proporcionar un pegado 4
autógeno (definido en la presente como pegado entre fibras a una temperatura elevada como se obtiene en un horno o con un pegador de aire pasante -también conocido como una cuchilla de aire caliente- sin aplicación de presión de contacto sólida tal como en el pegado por puntos o calandrado) y preferiblemente sin ninguna fibra de pegado agregada u otro material de pegado. El alto nivel de estiramiento de las fibras hiladas por fusión o de hilado pegado limita su capacidad para el pegado autógeno. En lugar del pegado autógeno, la mayoría de las telas fibrosas de hilado por fusión de un solo componente o telas fibrosas de hilado pegado son pegadas mediante uso de calor y presión, por ejemplo pegado por puntos o una aplicación de área más amplia de calor y presión de calandrado y aún los procesos de calor y presión están comúnmente acompañados mediante el uso de fibras de pegado u otro material de pegado en la tela. La presente invención proporciona nuevas telas fibrosas no tejidas que exhiben muchas propiedades físicas deseadas de las telas de fibra orientadas tales como telas de hilado pegado, pero tienen capacidad de enlace o pegado mejorado y más conveniente. Resumido brevemente, una nueva tela de la invención comprende fibras de diámetro uniforme que varían en morfología en su longitud para proporcionar segmentos longitudinales que difieren entre sí en características de reblandecimiento durante una operación de 5
pegado seleccionada. Algunos de estos segmentos longitudinales se reblandecen bajo las condiciones de la operación de pegado, esto es, son activos durante la operación de pegado seleccionada y se pegan a las otras fibras de la tela y otros de los segmentos son pasivos durante la operación de pegado. "Diámetro uniforme" significa que las fibras tienen esencialmente el mismo diámetro (variando por 10% o menos) en una longitud significativa (esto es, 5 centímetros o más) en la cual puede haber y comúnmente hay variación en morfología. Preferiblemente, los segmentos longitudinales activos se reblandecen suficientemente bajo condiciones de pegado útiles, por ejemplo a una temperatura suficientemente baja, de tal manera que la tela puede ser pegada autógenamente. Las fibras son preferiblemente orientadas, esto es, las fibras comprenden preferiblemente moléculas que están alineadas longitudinalmente a las fibras y están bloqueadas en aquella alineación (son envueltas térmicamente a aquella alineación) . En modalidades preferidas, los segmentos longitudinales pasivos de las fibras son orientados a un grado exhibido por las telas fibrosas de hilado pegado típicas. En los polímeros cristalinos o semi-cristalinos, tales segmentos exhiben preferiblemente cristalización inducida por tensión o cristalización de cadena extendida (esto es, las cadenas moleculares dentro de la fibra tienen 6
un orden cristalino alineado en general a lo largo del eje de la fibra) . Como un todo, la tela puede exhibir propiedades de resistencia como aquellas obtenidas en las telas de hilado pegado, en tanto que son pegables fuertemente en maneras que una tela de hilado pegado típica no puede ser pegada. Adem s. Las telas pegadas autógenamente de la invención pueden tener un mullido y uniformidad a través de la tela que no están disponibles con el pegado por puntos o calandrado utilizados en general con las telas de hilado pegado. El término "fibra" se usa en la presente para denominar una fibra de mono- componente, una fibra bi-componente o fibra conjugada (por conveniencia, el término "bi -componente" frecuentemente será usado para denominar fibras que consisten de dos componentes, también como fibras que consisten de más de dos componentes) y una sección de fibra de una fibra bi-componente, esto es, una sección que ocupa parte de la sección transversal de y se extiende sobre la longitud de la fibra bi -componente . Las telas fibrosas de mono-componente son frecuentemente preferidas y la combinación de orientación y capacidad de pegado ofrecidas por la invención hace posible telas pegables de alta resistencia utilizando fibras de mono-componente . Otras telas de la invención comprenden fibras de bi -componente en las cuales la fibra descrita de morfología variable es de un componente (o sección de fibra) de una fibra de multi- 7
componentes, esto es, ocupa solamente parte de la sección transversal de la fibra y es continua a lo largo de la longitud de la fibra. Una fibra (esto es, sección de fibra) como se describe puede llevar a cabo funciones de pegado como parte de una fibra de multi -componentes , también como proporcionar propiedades de alta resistencia. Las telas fibrosas no tejidas de la invención pueden ser preparadas mediante procesos de formación de fibra en los cuales filamentos de material de formación de fibra son extruidos, sometidos a fuerzas de orientación y se hacen pasar a través de un campo turbulento de corrientes gaseosas en tanto que por lo menos algunos de los filamentos extruidos están en una condición reblandecida y llegan a su temperatura de congelación (por ejemplo la temperatura a la cual el material formador de fibra de los filamentos solidifica) en tanto que se encuentra en el campo turbulento. Un método preferido para fabricar telas fibrosas de la invención comprenden: (a) extruir filamentos del material formador de fibra; (b) dirigir los filamentos a través de una cámara de procesamiento en la cual corrientes gaseosas aplican una tensión de orientación longitudinal a los filamentos; (c) hacer pasar los filamentos a través de un campo turbulento después de que salen de la cámara de procesamiento y (d) recolección de los filamentos procesados; la temperatura de los filamentos es controlada de tal manera que por lo menos algunos de los filamentos solidifican después de que salen de 8
la cámara de procesamiento para antes de que sean recolectados. Preferiblemente, la cámara de procesamiento es definida mediante dos paredes laterales, por lo menos una de las paredes es movible instantáneamente hacia y a lo lejos de la otra pared y es metida a medios de movimiento para proporcionar movimiento instantáneo durante el paso de los filamentos. Además de la variación en morfología a lo largo de la longitud de una fibra, puede haber variación en morfología entre fibras de una tela fibrosa de la invención. Por ejemplo, algunas fibras pueden ser de un diámetro más grande que otras como resultado de experimentar menos orientación en el campo turbulento. Las fibras de diámetro más grande frecuentemente tienen una morfología menos ordenada y pueden participar (esto es, estar activas) en operaciones de pegado a una diferente extensión que las fibras de diámetro más pequeño, que frecuentemente tienen una morfología más altamente desarrollada. La mayoría de enlaces o pegado en una tela fibrosa de la invención puede involucrar tales fibras de diámetro más grande, que frecuentemente pero no necesariamente, varía por si mismas en morfología. Sin embargo, segmentos longitudinales de morfología menos ordenada (y por consiguiente temperaturas de reblandecimiento más bajas) que ocurren dentro de una fibra de morfología variada de diámetro más pequeño preferiblemente también participan en el pegado de la tela.
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En las figuras: La figura 1 es un diagrama global esquemático del aparato útil para formar una tela fibrosa no tejida de la invención. La figura 2 es una vista lateral ampliada de una cámara de procesamiento útil para formar una tela fibrosa no tejida de la invención, con medios de montaje para la cámara no mostrada. La figura 3 es una vista superior, parcialmente esquemática, de la cámara de procesamiento mostrada en la figura 2 junto con aparatos de montaje y otros aparatos asociados. Las figuras 4a, 4b y 4c son diagramas esquemáticos a través de enlaces de fibra ilustrativos en telas de la invención. La figura 5 es un diagrama esquemático de una porción de una tela de la invención, que muestra fibras que se cruzan y son pegadas entre sí. Las figuras 6, 8 y 11 son micrografías electrónicas de barrido de telas ilustrativas de dos ejemplos de trabajo de la invención descrita posteriormente en la presente. Las figuras 7, 9 y 10, son gráficas de valores de birrefringencia medidos en telas ilustrativas a partir de ejemplos de trabajo de la invención descrita posteriormente en la presente. La figura 12 es una gráfica de trazos de calorimetría de barrido diferencial para telas de un ejemplo de trabajo descrito posteriormente en la presente. La figura 1 muestra un aparato ilustrativo que puede ser usado para preparar telas no fibrosas no tejidas de 10
la invención. El material formador de fibra es traído a una cabeza de extrusión 10 -en este aparato ilustrativo particular, al introducir un material formador de fibra a" tolvas 11, fusión del material extrusor 12 y bombeo del material fundido a la cabeza de extrusión 10 a través de una' bomba 13. Aunque el material polimérico sólido en pelotillas u otra forma de partículas es comúnmente usado y fundido a un estado líquido, bombeable, otros líquidos formadores de fibra tales como soluciones poliméricas podrían también ser usadas. La cabeza de extrusión 10 puede ser una hilera para extrusión de hilados convencional o paquete de hilado, que incluye en general múltiples orificios arreglados en un patrón regular, por ejemplo, hileras de líneas rectas. Los filamentos 15 del líquido formador de fibra son extruidos de la cabeza de extrusión y transportados a una cámara de procesamiento o atenuador 16. Como parte de un control deseado del proceso, la distancia 17 que los filamentos 15 viajan antes de llegar a atenuador 16 puede ser ajustada, como las condiciones a las cuales son expuestos. Comúnmente, algunas corrientes de enfriamiento de aire u otro gas 18 son presentadas a los filamentos extruidos mediante método y aparatos convencionales para reducir la temperatura de los filamentos extruidos 15. Algunas veces, los sistemas de enfriamiento pueden ser calentados para obtener una temperatura deseada de los filamentos extruidos y/o facilitar 11
el estirado de los filamentos. Pueden haber una o más corrientes de aire (u otro fluido) -por ejemplo una primera corriente 18a soplada transversalmente a la corriente de filamentos, la cual puede separar los materiales gaseosos indeseables o humos liberados durante la extrusión y una segunda corriente de enfriamiento 18b que obtiene una reducción de temperatura deseada mayor. Dependiendo del proceso usado o la forma de producto terminado deseada, la corriente de enfriamiento puede ser suficiente para solidificar algunos de los filamentos extruidos 15 antes de que lleguen al atenuador 16. Sin embargo, en general, en un método de la invención, los componentes filamentarios extruidos están todavía en una condición reblandecida o fundida cuando entran al atenuador. Alternativamente, no se utilizan corrientes de enfriamiento, en tal caso, el aire ambiental u otro fluido entre la cabeza de extrusión 10 y el atenuador 16 puede ser un medio para cualquier cambio de temperatura en los componentes filamentarios extruidos antes de que entren al atenuador. Los filamentos 15 pasan a través del atenuador 16, como se discute en más detalle a continuación y luego salen. Más frecuentemente, como se ilustra en la figura 1, salen sobre un recolector 19 en donde son recolectados como una masa de fibras 20 que puede ser o no coherente y tomar la forma de una tela manejable. El recolector 19 es en general 12
poroso y un dispositivo de extracción de gas 14 puede ser colocado debajo del colector para ayudar a la deposición de fibras sobre el recolector. Entre el atenuador 16 y el recolector 19 se encuentra un campo 21 de corrientes turbulentas de aire u otro fluido. La turbulencia ocurre a medida que las corrientes que pasan a través del atenuador llegan al espacio sin confinar en el extremo del atenuador, en donde la presión que existía dentro del atenuador, en donde la presión que existía dentro del atenuador es liberada. La corriente se ensancha a medida que sale del atenuador y se desarrollan remolinos dentro de la corriente ensanchada. Estos remolinos torbellinos de corriente que corren en diferentes direcciones de la corriente principal - someten a los filamentos dentro de ellos a fuerzas diferentes de las fuerzas en línea recta de los filamentos son en general sometidos dentro y por encima del atenuador. Por ejemplo, los filamentos pueden sufrir un aleteo alternativo dentro de los remolinos y ser sometidos a fuerzas que tienen un componente de vector transversal a la longitud de la fibra. Los filamentos procesados son largos y viajan por una trayectoria tortuosa y aleatoria a través del campo turbulento. Diferentes porciones de los filamentos experimenta fuerzas diferentes dentro del campo turbulento. Alguna extensión, las tensiones longi udinales sobre 13
porciones de por lo menos algunos de los filamentos son relajadas y aquellas porciones consecuentemente se vuelven menos orientadas que aquellas porciones que experimentan una aplicación más larga de la tensión longitudinal. Al mismo tiempo, los filamentos se enfrían. La temperatura de los filamentos dentro del campo turbulento puede ser controlada, por ejemplo al controlar la temperatura de los filamentos a medida que entran al atenuador (por ejemplo, al controlar la temperatura del material formador de fibra extruida, la distancia entre la cabeza de extrusión y el atenuador y la cantidad y naturaleza de las corrientes de enfriamiento) , la longitud del atenuador, la velocidad y temperatura de los filamentos a medida que se mueven a través del atenuador y la distancia del atenuador desde el recolector 19. Al provocar que algunos o todos los filamentos y segmentos de los mismos se enfríen dentro del campo turbulento a una temperatura a la cual los filamentos o segmentos solidifican, las diferencias en orientación experimentadas por diferentes porciones de los filamentos y la morfología consecuente de las fibras, se congelan, esto es, las moléculas son atrapadas térmicamente en su posición alineada. Las orientaciones diferentes que las diferentes fibras y diferentes segmentos experimentan a medida que pasan a través del campo turbulento son retenidas a por lo menos alguna extensión en las fibras tales como son recolectadas en el recolector 19.
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Dependiendo de la composición química de los filamentos, diferentes clases de morfologías pueden ser obtenidas en una fibra. Como se discute posteriormente en la presente, las formas morfológicas posibles dentro de una fibra incluyen formas amorfas, ordenada o rígida- amorfa , amorfa-orientada, cristalina, orientada o cristalina formada y cristalización de cadena extendida (algunas veces llamada cristalización inducida por tensión) . Diferentes clases de estas clases diferentes de morfologías pueden existir a lo largo de la fibra de una sola fibra o pueden existir en diferentes cantidades o a grados diferentes de orden u orientación. Además, estas diferentes puede existir a la extensión que los segmentos longitudinales a lo largo de la longitud de la fibra difieren en características de reblandecimiento durante una operación de pegado. Después de pasar a través de una cámara de procesamiento y campo turbulento como se describe, pero antes de la recolección, los filamentos o fibras extruidos pueden ser sometidos a un número de etapas de procesamiento adicionales no ilustradas en la figura 1, estirado adicional, atomización, etc. Después de la recolección, toda la masa 20 de fibras recolectadas puede ser transportada a otro aparato tal como un horno de pegado, pegador de aire pasante, calandrias, estaciones de repujado, laminadores, cortadores y los semejantes o se puede hacer pasar a través de rodillos 15
impulsores 22 y enrollarse a un rollo de almacenamiento 23. Bastante frecuentemente, es transportada a un horno o pegador de aire pasante, en donde la masa es calentada para desarrollar pegados autógenos que estabilizan o estabilizan adicionalmente la masa como una tela manejable. La invención es particularmente útil como un proceso de formación de tela directo en cual un material polimérico formador de fibra es convertido a una tela en una operación esencialmente directa (que incluye extrusión de filamentos, procesamiento de los filamentos, solidificación de los filamentos en un campo turbulento, recolección de los filamentos procesados y si es necesario, procesamiento adicional para transformar la masa recolectada a una tela) . Las telas fibrosas no tejidas de la invención comprenden preferiblemente fibras recolectadas directamente de fibras, lo que significa que las fibras son recolectadas como una masa semejante a fibra a medida que salen del aparato formador de fibra (otros componentes tales como fibras cortadas o partículas pueden ser recolectadas junto con la masa de fibras formada directamente como se describe posteriormente en la presente) . Alternativamente, las fibras que salen del atenuador pueden tomar la forma de filamentos, estopa o hilo, que puede ser enrollado sobre un carrete de almacenamiento o procesado adicionalmente. Las fibras de diámetro uniforme que varían en morfología a lo largo de su longitud como se 16
describe en la presente se comprende que son novedosas y útiles. Esto es, fibras que tienen porciones de por lo menos 5 centímetros de largo que tienen 10% o menos de cambio en diámetro pero varían en morfología a lo largo de aquella longitud, como se indica por ejemplo, por la presencia de segmentos activos y pasivos durante una operación de pegado seleccionada o por diferentes grados de orden u orientación a lo largo de la longitud o mediante pruebas descritas posteriormente en la presente que miden gradaciones de la densidad o de birrefringencia a lo largo de la longitud de la fibra o porción de fibra, se comprende que son novedosas y útiles. Tales fibras o recolecciones de fibras pueden ser formadas en telas, frecuentemente después de ser fragmentadas a longitudes de cardado y opcionalmente combinadas con otras fibras y combinadas a una forma de tela no tejida. El aparato ilustrado en la figura 1 es de ventaja para llevar a la práctica la invención debido a que permite el control sobre la temperatura de filamentos que pasan a través del atenuador, permite que los filamentos que pasan a través de de la cámara a velocidades rápidas y puede aplicar altas tensiones sobre los filamentos que introducen altos grados de orientación deseados sobre los filamentos. (El aparato como se muestra en los dibujos también se ha descrito en la solicitud de patente norteamericana No. de serie 09/835,904, presentada el 16 de abril de 2001 y la 17
correspondiente solicitud de PCT No. PCT US01/46545, presentada el 8 de Noviembre de 2001 y publicada como WO 02/055782 el 18 de Julio de 2002, ambas de las cuales son incorporadas por referencia en la presente solicitud) . Algunos aspectos ventajosos del aparato son mostrados además en la figura 1, que es una vista lateral ampliada de un dispositivo de procesamiento representativo o atenuador y la figura 3 que es una vista superior, parcialmente esquemática, del aparato de procesamiento mostrado en la figura 2 junto con aparatos de montaje y otros aparatos asociados. El atenuador ilustrativo 16 comprende dos mitades o lados movibles 16a y 16b separados para definir entre ellos la cámara de procesamiento 24: las superficies frontales del lado 16a y 16b forman las paredes de la cámara. Como se ve desde la vista superior de la figura 3, la cámara de procesamiento o cámara de atenuación 24 es en general una ranura alargada, que tiene una longitud transversal 25 (transversal a la trayectoria de viaje de los elementos a través del atenuador) que puede variar dependiendo del número de filamentos que son procesados . Aunque existen como dos mitades o lados, el atenuador funciona como un dispositivo unitario y será discutido primero en su forma combinada. (La estructura mostrada en las figuras 2 y 3 es representativa solamente y se pueden usar una variedad de diferentes construcciones) . El 18
atenuador representativo 16 incluye paredes de entrada inclinadas 27, que definen un espacio de entrada o garganta 24a de la cámara de atenuación 24. Las paredes de entrada 27 son preferiblemente curvas en el borde de entrada o superficie 27a para alisar o suavizar la entrada de corriente de aire que portan los filamentos extruidos 15. Las paredes 27 son anexadas a una porción del cuerpo principal 28 y pueden estar provistas con un área rebajada 29 para establecer un espacio o separación 30 entre la porción de cuerpo 28 y la pared 27. El aire puede ser introducido a los espacios 30 a través de conductos 31, creando cuchillas de aire (representadas por las flechas 32 que incrementan la velocidad de los filamentos que bajan a través del atenuador y que también tienen un efecto de enfriamiento adicional sobre los filamentos. El cuerpo del atenuador 28 es preferiblemente curvo en 28a para suavizar o uniformizar el pasaje de aire desde la cuchilla de aire 32 al pasaje 24. El ángulo (alfa) de la superficie 28b del cuerpo del atenuador puede ser seleccionado para determinar el ángulo deseado al cual la cuchilla de aire impacta una corriente de filamentos que pasan a través del atenuador. En lugar de estar cerca de la entrada a la cámara, las cuchillas de aire pueden estar dispuestas además dentro de la cámara. La cámara de atenuación 24 puede tener un tamaño de espacio uniforme (la distancia horizontal 33 en la página de 19
la figura 2 entre los dos lados del atenuador es llamada la presente el ancho de espacio) sobre su longitud longitudinal a través del atenuador. La dimensión a lo largo de un eje longitudinal 16 a través de la cámara de atenuación es llamada la longitud axial. Alternativamente como se ilustra en la figura 2, el ancho de espacio puede variar a lo largo de la longitud de la cámara del atenuador. Preferiblemente, la cámara de atenuación es más estrecha internamente dentro del atenuador; por ejemplo, como se muestra en la figura 2, el ancho de espacio 33 en la ubicación de las cuchillas de aire es el ancho más estrecho y la cámara de atenuación se expande en ancho a lo largo de su longitud hacia la abertura de salida 34, por ejemplo a un ángulo beta. Tal estrechamente internamente dentro de la cámara de alternación 24, seguido por un estrechamente, crea un efecto de venturi que incrementa la masa de aire inducido a la cámara y se suma a la velocidad de filamentos que viajan a través de la cámara. En una modalidad diferente, la cámara de atenuación es definida por paredes rectas o planas en tales modalidades, es espaciamiento entre las paredes ser constante en su longitud o alternativamente las paredes pueden divergir o converger ligeramente sobre la longitud axial de la cámara de atenuación. En todos estos casos, las paredes que define la cámara de alternación son consideradas como paralelas en la presente, debido a que la desviación del paralelismo exacto es relativamente ligera. Como se ilustra en la figura 20
2, las paredes que definen la porción principal de la longitud longitudinal del pasaje 24 pueden tomar la forma de placas 36 que están separadas de y anexadas a la porción de cuerpo principal 28. La longitud de la cámara de atenuación 24 puede ser variada para obtener diferentes efectos; la variación es especialmente útil con la porción entre las cuchillas de aire 32 y la abertura de salida 34, algunas veces llamada en la presente la longitud 35 del conducto. El ángulo entre las paredes de la cámara y el eje 26 puede ser más amplio cerca de la salida 34 para cambiar la distribución de fibras sobre el recolector también como cambiar la turbulencia y patrones del campo de corriente a la salida del atenuador. La estructura tal como superficies del reflector, superficies curvas de Coanda y la longitud de pared desiguales también pueden ser usadas en la salida para obtener un campo de fuerza de corriente deseado también como dispersión u otra distribución de fibras. En general, el ancho de espacio, longitud de longitud de conducto, forma de la cámara de atenuación, etc. son escogidos en conjunción con el material que es procesado y el modo de tratamiento deseado para obtener efectos deseados. Por ejemplo, longitudes de conducto más largas pueden ser útiles para incrementar la cristalinidad de las fibras preparadas. Las condiciones son escogidas y se pueden hacer variar ampliamente para procesar los filamentos extruidos a una forma de fibra deseada.
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Como se muestra en la figura 3, los dos lados 16a y 16b del atenuador representativo 16 son cada uno soportados a través de bloques de montaje 37 anexados a rodamientos lineales 38 que se deslizan sobre vástagos 39. El rodamiento 38 tiene un viaje de baja fricción sobre el vástago por medios tales como hileras que se extienden axialmente de rodamientos de bola dispuestos radialmente alrededor del vástago, mediante lo cual los lados 16a y 16b pueden moverse fácilmente hacia y a lo lejos entre si. Los bloques de montaje 37 son anexados al cuerpo del atenuador 28 y un alojamiento 40 a través del cual el aire de un tubo de suministro 41 es distribuido a los conductos 31 y cuchillas de aire 32. En esta modalidad ilustrativa, los cilindros 43a y 43b son conectados, respectivamente, a los lados del atenuador 16a y 16b por medio de vástagos de conexión 44 y aplican una fuerza de sujeción que prensa los lados del atenuador 16a y 16b uno hacia el otro. La fuerza de sujeción es escogida en conjunción con los otros parámetros de operación para equilibrar la presión existente dentro de la cámara de atenuación 24. En otras palabras, bajo condiciones de operación preferidas, la fuerza de sujeción es un balance o equilibrio con la fuerza que actúa internamente dentro de la cámara de atenuación para apartar los lados del atenuador, por ejemplo, la fuerza creada por la presión gaseosa dentro 22
del atenuador. El material filamentario puede ser extruido, hacerse pasar a través del atenuador y recolectado como fibras terminadas en tanto que las partes del atenuador permanecen en su posición de equilibrio o de estado estable establecida y la cámara de atenuación o pasaje 24 permanece como su ancho de espacio de equilibrio o de estado estable establecido. Durante la operación del aparato representativo ilustrado en las figuras 1-3, el movimiento de los lados del atenuador o pared de la cámara ocurre en general solamente cuando hay una perturbación del sistema. Tal perturbación puede ocurrir cuando un filamento que es procesado se rompe o enreda con otro filamento o fibra. Tales rupturas o rodamientos son frecuentemente acompañados por un incremento en presión dentro de la cámara de atenuación 24, por ejemplo debido a que el extremo delantero del filamento que viene de la cabeza de extrusión o rodamiento es ampliado y crea un bloqueo localizado de la cámara 24. La presión incrementada puede ser suficiente para forzar los lados del atenuador o paredes de la cámara 16a y 16b a moverse a lo lejos entre si. Después de este movimiento de las paredes de la cámara, el extremo del filamento entrante o el enredamiento puede pasar a través de atenuador, después de lo cual la presión en la cámara de atenuación 24 regresa a su valor de estado estable antes de la perturbación y la presión de sujeción ejercida por los cilindros de aire 43 devuelve los lados del atenuador 23
a su posición de estado estable. Otras perturbaciones que provocan un incremento en presión en la cámara de atenuación incluyen "goteo", esto es piezas líquidas globulares de material formador de fibra que caen de la salida de la cabeza de extrusión después de la interrupción de un filamento extruido o acumulaciones de material filamentario extruido que se puede acoplar y pegar a las paredes de la cámara de atenuación o al material formador de fibra previamente depositado. En efecto, uno o ambos de los lados del atenuador 16a y 16b "flotan" esto es, no son retenidos en su lugar mediante alguna estructura sino que en lugar de esto están montados para un movimiento libre y fácil naturalmente en la dirección de las flechas 50 en la figura 1. En un arreglo preferido, las únicas fuerzas que actúan sobre los lados del atenuador en lugar de la fricción y gravedad son la fuerza de predisposición o fuerza de impulso aplicada por los cilindros de aire y la presión interna desarrollada dentro de la cámara de atenuación 24. Otros medios de sujeción diferentes al cilindro de aire pueden ser usados, tales como un(os) muelle (s), deformación de un material elástico o levas,- sin embargo el cilindro de aire ofrece un control deseado y variabilidad. Muchas alternativas están disponibles para causar o permitir un movimiento deseado de la(s) pared (es) de la cámara de procesamiento. Por ejemplo, en lugar de depender de la presión de fluido para forzar la(s) pared (es) de la cámara 24
de procesamiento a separarse, un detector dentro de la cámara (por ejemplo, un láser o un detector térmico que detecta la acumulación sobre las paredes o taponamiento de la cámara) puede ser usado para activar un mecanismo servo-mecánico que separa la(s) pared (es) y luego la(s) devuelve a su posición de estado estable. El otro aparato útil de la invención, uno o ambos de los lados del atenuador o paredes de la cámara son impulsados en un patrón oscilante, por ejemplo, mediante un dispositivo impulsor servo-mecánico, vibratorio o ultrasónico. La velocidad de oscilación puede variar dentro de amplios intervalos, en los que se incluyen, por ejemplo, por lo menos velocidades de 5,000 ciclos/minutos a 60,000 ciclos/segundo. En todavía otra variación, los medios de movimiento tanto para separar las paredes como devolverlas a su posición de estado estable toman la forma simplemente de una diferencia estar la presión del fluido de la cámara de procesamiento y la presión ambiental que actúa sobre el exterior de las paredes de la cámara. Más específicamente, durante la operación de estado estable, la presión dentro de la cámara de procesamiento (una suma de las varias fuerzas que actúan dentro de la cámara de procesamiento establecida, por ejemplo mediante la forma interna de la cámara de procesamiento, la presencia, ubicación y diseño de cuchillas de aire, la velocidad de una corriente de fluido que entra a la cámara, etc.) está en equilibrio con la presión ambiental 25
que actúa sobre el exterior de las paredes de la cámara. Si la presión dentro de la cámara se incrementa debido a una perturbación del proceso de formación de fibra, una o ambas de las paredes de la cámara se aleja de la otra pared hasta que la perturbación termina, después de lo cual la presión dentro de la cámara de procesamiento es reducida a un nivel menor que la presión de estado estable (debido a que el ancho de espacio entre las paredes de la cámara es mayor que en la operación de estado estable) . Después de esto, la presión ambiental que actúa sobre el exterior de las paredes de la cámara impulsa a la(s) pared (es) de la cámara de regreso hasta que la presión dentro de la cámara está en equilibrio con la presión ambiental y ocurre la operación de estado estable. La carencia de control sobre el aparato y parámetros de procesamiento puede ser la única dependencia sobre las diferencias de presión una opción menos deseable. En suma, además de ser movible instantáneamente y en algunos casos "flotar", la(s) pared (es) de la cámara de procesamiento también son en general sujetas a medios para provocar que se muevan de una manera deseada. Se puede considerar que las paredes están en general conectadas, por ejemplo física u operacionalmente a medios para provocar un movimiento deseado de las paredes. Los medios en movimiento pueden ser cualquier aspecto de la cámara de procesamiento o aparato asociado o una condición de operación o una 26
combinación de los mismos que provoca el movimiento deseado de las paredes de la cámara movibles -movimiento de separación, por ejemplo para impedir o aliviar una perturbación de proceso de formación de fibra y movimiento de manera conjunta, por ejemplo para establecer o devolver la cámara a la operación de estado estable. En la modalidad ilustrada en las figuras 1-3, el ancho de espacio 33 de la cámara de atenuación 24 está inter-relacionado con la presión existente dentro de la cámara o con la velocidad de flujo del fluido a través de la cámara y la temperatura del fluido. La fuerza de sujeción se hace coincidir o corresponder con la presión dentro de la cámara de atenuación y varía dependiendo del ancho de espacio de la cámara de atenuación: para una velocidad de flujo de fluido dada, mientras más estrecho es el ancho del espacio, más alta es la presión dentro de la cámara de atenuación y más alta debe ser la fuerza de sujeción. Las fuerzas de sujeción más bajas permiten un ancho de espacio más amplio. Retenes mecánicos, por ejemplo estructura de empalme sobre uno o ambos de los lados del atenuador 16a y 16b pueden ser usados para asegurar que se mantengan anchos de espacio mínimos o máximos . En un arreglo útil, el cilindro de aire 43a aplica una fuerza de sujeción más grande que el cilindro 43b, por ejemplo mediante uso en el cilindro 43a de un pistón de 27
diámetro más grande que el utilizado en el cilindro 43b. Esta diferencia de fuerza establece del lado del atenuador 16b como el lado que tiende a moverse más fácilmente cuando ocurre una perturbación durante la operación. La diferencia en fuerza es aproximadamente igual a y compensa las fuerzas fricciónales que resisten el movimiento de los rodamientos 38 sobre los vástagos 39. Medios limitantes pueden ser anexados al cilindro de aire más grande 43a para limitar el movimiento del lado del atenuador 16a hacia el lado del atenuador 16b. Un medio limitante ilustrativo, como se muestra en la figura 3, utiliza como el cilindro de aire 43a un cilindro de aire de doble vástago, en el cual el segundo vástago 46 es roscado, se extiende a través de una placa de montaje 47 y porta una tuerca 48 que puede ser ajustada para ajustar la posición del cilindro de aire. El ajuste de los medios limitantes, por ejemplo al hacer girar la tuerca 48, posiciona la cámara de atenuación 24 en alineación con la cabeza de extrusión 10. Debido a la separación instantánea descrita y re-cierre de los lados del atenuador 16a y 16b, los parámetros de operación para una operación de formación de fibra son expandidos. Algunas condiciones que haría previamente el proceso inoperable -por ejemplo, debido a que conducen a la ruptura de filamento que requiere parada para re-enhebrado-se vuelven aceptables. Después de la ruptura del filamento, 28
el re-enhebrado del extremo de filamento entrante ocurre en general automáticamente. Por ejemplo, las velocidades más altas que conducen a rupturas del filamento frecuentes pueden ser usadas. Similarmente , anchos de espacio estrechos que provocan que las cuchillas de aire sean más enfocadas y que impartan más fuerza y mayor velocidad sobre los filamentos que pasan a través del atenuador, pueden ser usados. De otra manera, los filamentos pueden ser introducidos a la cámara de atenuación en una condición más fundida, permitiendo mediante esto mayor control sobre las propiedades de fibra, debido a que se reduce el peligro de taponamiento de la cámara de atenuación. El atenuador puede ser movido más cercano a o además de la cabeza de extrusión para controlar, entre otras cosas, la temperatura de los filamentos cuando entran a la cámara de atenuación. Aunque las paredes de la cámara del atenuador 16 son mostradas como estructuras en general monolíticas, también pueden tomar la forma de un montaje de partes individuales, cada una montada para el movimiento instantáneo o de flotamiento descrito. Las partes individuales que comprenden una pared se acoplan entre sí por medio de medios de sellado para mantener la presión interna dentro de la cámara de procesamiento 24. En un arreglo diferente, hojas flexibles de un material tal como plástico o hule forman las paredes de la cámara de procesamiento 24, mediante lo cual la 29
cámara se puede deformar localmente después de un incremento localizado en presión (por ejemplo debido a un taponamiento provocado por la ruptura de un solo filamento o grupo de filamentos). Una serie o rejilla de medios impulsores se pueden acoplar con la pared segmentada o flexible; suficientes medios impulsores son usados para responder a deformaciones localizadas y para impulsar una porción deformada de la pared de regreso a su posición sin deformar. Alternativamente, una serie o rejilla de medios oscilantes se pueden acoplar con la pared flexible y hacer oscilar las áreas locales de la pared. De otra manera, de la manera descrita anteriormente, una diferencia entre la presión de fluido dentro de la cámara de procesamiento y la presión ambiental que actúa sobre la pared o porción localizada de la pared puede ser usada para provocar la apertura de una porción de la(s) pared (es), por ejemplo durante una perturbación del proceso y para devolver la(s) pared (es) a la posición sin deformar o de estado estable, por ejemplo cuando la perturbación termina. La presión del fluido puede también ser controlada para provocar un estado continuo de oscilación de una pared flexible o segmentada. Como se verá en la modalidad preferida de la cámara de procesamiento ilustrada en las figuras 2 y 3, no hay paredes laterales en los extremos de la longitud transversal de la cámara. El resultado es que las fibras que pasan a 30
través de la cámara se pueden esparcir hacia afuera de la cámara a medida -que se aproximan a la salida de la cámara. Tal dispersión puede ser deseable para ampliar la masa de fibra recolectada sobre el recolector. En otras modalidades, la cámara de procesamiento no incluye paredes laterales, aunque una sola pared lateral en un extremo transversal de la cámara no está anexada a ambos lados de la cámara 16a y 16b, debido a que la anexión a ambos lados de la cámara impediría la separación de los lados como se discute anteriormente. En lugar de esto, una(s) pared (es) lateral (es) puede (n) ser anexada (s) a un lado de la cámara y moverse con aquel lado cuando y si se mueve en respuesta a cambios de presión dentro del pasaje. En otras modalidades, las paredes laterales están divididas, una porción anexada a un lado de la cámara y la otra porción anexada al otro lado de la cámara, las porciones de pared lateral se superponen preferiblemente si se desea para confinar la corriente de fibras procesadas dentro de la cámara de procesamiento. En tanto que el aparato como se muestra, en el cual las paredes son movibles instantáneamente, son mucho más preferidas, la invención también se puede poner en operación - en general con un aparato en general con menos conveniencia y eficiencia - utilizando cámaras como se enseña en la técnica previa en las cuales las paredes que definen la cámara de procesamiento están en posición fija.
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Una amplia variedad de materiales formadores de fibra pueden ser usados para fabricar telas fibrosas de la invención. Ya sea materiales poliméricos orgánicos o material inorgánicos, tales como vidrio o materiales de cerámica, pueden ser usados. En tanto que la invención es particularmente útil con materiales formadores de fibra en forma fundida, otros líquidos formadores de fibra tales como soluciones o suspensiones pueden también ser usados. Cualesquier materiales poliméricos orgánicos formadores de fibra pueden ser usados, en los que se incluyen los polímeros usados comúnmente en la formación de fibras tales como polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, nylon y uretanos. Algunos polímeros o materiales que son más difíciles de formar en fibras mediante técnicas de hilado pegado o hilado en estado fundido pueden ser usados, en los que se incluyen polímeros amorfos tales como definas cíclicas (que tienen una viscosidad en estado fundido alta que limita su utilidad en las técnicas de extrusión directa convencionales), copolímeros en bloque, polímeros a base de estireno, policarbonatos, acrílicos, poliacrilonitrilos y adhesivos (en los que se incluyen variedades sensibles a presión y variedades de fusión técnica) . (Con respecto a los copolímeros en bloque, se puede notar que bloques individuales de los copolímeros pueden variar en morfología, como cuando un bloque es cristalino o semi-cristalino y el 32
otro bloque es amorfo; la variación en morfología exhibida por las fibras de la invención no es tal variación, sino que en lugar de esto es más una macropropiedad en la cual varias moléculas participan en la formación de una porción en general físicamente identificable de una fibra) . Los polímeros específicos enlistados en la presente son ejemplos solamente y una amplia variedad de otros material poliméricos o formadores de fibra son útiles. Interesantemente, los procesos de formación de fibra de la invención que utilizan polímeros fundidos pueden frecuentemente ser llevados a cabo a temperaturas más bajas que las técnicas de extrusión directa tradicionales, lo que ofrece una diversidad de ventaj as . Las fibras también pueden ser formadas a partir de combinaciones de materiales, en los que se incluyen material a los cuales ciertos aditivos han sido combinados, tales como pigmentos o tintes. Como se indica anteriormente, fibras bicomponentes , tales como fibras bicomponente de núcleo-envolvente o fibras bicomponente de lado a lado, pueden ser preparadas ("bicomponente" en la presente incluye fibras de más de dos componentes). Además, diferentes materiales formadores de fibras pueden ser extruidos a través de diferentes orificios de la cabeza de extrusión para preparar telas que comprenden una mezcla de fibras. En otras modalidades de la invención otros materiales son introducidos 33
a una corriente de fibras preparadas de acuerdo con la invención antes o a medida que las fibras son recolectadas para preparar una tela combinada. Por ejemplo otras fibras cortadas pueden ser combinadas en la manera enseñada en la patente norteamericana No. 4,118,531 o material en partículas puede ser introducido y capturado dentro de la tela de la manera enseñada en la patente norteamericana 3,971,373; o microtelas como se enseña en la patente norteamericana 4,813,948 pueden ser combinadas a las telas. Alternativamente, fibras preparadas de acuerdo con la presente invención pueden ser introducidos a una corriente de otras fibras para preparar una combinación de fibras. Además de la variación en orientación entre fibras y segmentos discutidos anteriormente, telas y fibras de la invención pueden exhibir otras características únicas. Por ejemplo, en algunas telas recolectadas, se encuentra que las fibras que están interrumpidas, esto es, están rotas o enredadas con si mismas u otras fibras o deformadas de otra manera tal como mediante acoplamiento con una pared de la cámara de procesamiento. Los segmentos de fibra en la ubicación de la interrupción - esto es, los segmentos de fibra en el punto de una ruptura y los segmentos de fibra en los cuales ocurre un enredamiento o deformación - son todas denominadas un segmento de fibra interrumpido en la presente o más comúnmente por propósitos de brevedad son denominados 34
simplemente "extremos de fibra" : estos segmentos de fibra interrumpidos forman el término o extremo de una longitud de fibra sin afectar, aunque en el caso de enredamientos o deformaciones frecuentemente no hay rompimiento o división real de la fibra. Los extremos de fibra tienen una forma de fibra (en contraposición con una forma globular como algunas veces se obtiene en los métodos de soplado en estado fundido u otros métodos previos) que son usualmente ampliadas en diámetro con respecto a las presiones medias o intermedias de la fibra; usualmente son de menos de 300 mieras de diámetro. Frecuentemente los extremos de fibra, especialmente extremos rotos tienen una forma ondulada o en espiral, lo que provoca que los extremos se enreden consigo mismos u otras fibras. Además, los extremos de fibra pueden ser pegados lado a lado con otras fibras, por ejemplo mediante coalescencia autógena del material del extremo de fibra con material de una fibra adyacente. Los extremos de fibra como se describe en la presente surgen debido al carácter único del proceso de formación de fibra ilustrado en las figuras 1-3, el cual (como se discutirá en detalle adicional posteriormente en la presente) puede continuar a pesar de rupturas e interrupciones en la formación de fibra individual . Tales extremos de fibra pueden no ocurrir en todas las telas recolectadas de la invención, sino que pueden ocurrir por lo menos en algunos parámetros de proceso de operación útiles.
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Las fibras individuales pueden ser sometidas a una interrupción como por ejemplo se pueden romper en tanto que son estiradas en la cámara de procesamiento o se pueden enredar consigo mismas u otra fibra como resultado de ser desviadas de la pared de la cámara de procesamiento o como resultado de turbulencia dentro de la cámara de procesamiento, pero no obstante tal interrupción, el proceso de formación de fibra de la invención continua. El resultado es que la tela recolectada puede incluir un número significativo y detectable de los extremos de fibra o segmentos de fibra interrumpidas en donde hay discontinuidad en la fibra. Puesto que la interrupción ocurre normalmente en o después de la cámara de procesamiento, en donde las fibras son sometidas comúnmente a fuerzas de estiramiento, las fibras están bajo tensión cuando se rompen, enredan o deforman. El rompimiento o enredamiento da como resultado en general una interrupción o liberación de tensión que permite que los extremos de fibra se retracten y ganen en diámetro. También, los extremos rotos son libres de moverse dentro de las corrientes de fluido en la cámara de procesamiento, lo cual por lo menos en algunos casos conduce a enredamiento de los extremos a una forma en espiral y enredamiento con otras fibras. Las telas que incluyen fibras con extremos fibrosos ampliados pueden tener la ventaja de que los extremos de fibra pueden comprender un material más fácilmente 36
reblandecido adaptado para incrementar el pegado de una tela y la forma en espiral puede incrementar la coherencia de la tela. Aunque está en forma fibrosa, los extremos de fibra tienen un diámetro más grande que las porciones intermedias o medias. Los segmentos de fibra interrumpidos o extremos de fibras, ocurren en general en una cantidad menor. La porción principal intermedia de las fibras ("medias") que comprenden "segmentos medios" tienen las características indicadas anteriormente. Las interrupciones están aisladas y son aleatorias, esto es, no ocurren de una manera repetitiva regular o predeterminada. Los segmentos longitudinales localizados en la parte media, discutidos anteriormente (denominados frecuentemente en la presente simplemente como segmentos longitudinales o segmentos medios) definen de los extremos de fibra recién discutidos, entre otras cosas, en que los segmentos longitudinales tienen en general el mismo diámetro o un diámetro similar como los segmentos longitudinales adyacentes. Aunque las fuerzas que actúan sobre los segmentos longitudinales adyacentes pueden ser suficientemente diferentes entre si para provocar las diferencias indicadas en morfología entre los segmentos, las fuerzas no son tan diferentes para cambiar sustancialmente el diámetro o proporción de estiramiento de los segmentos longitudinales adyacentes dentro de las fibras. Preferiblemente, los segmentos longitudinales adyacentes difieren en diámetro por 37
no más de aproximadamente 10%. Más en general, longitudes significativas - tales como de 5 centímetros o más - de las fibras en las telas de la invención no varían en diámetro por más de aproximadamente 10%. Tal uniformidad en diámetro es ventajosa, por ejemplo debido a que contribuye a una uniformidad de propiedades dentro de la tela y permite una tela esponjosa y de baja densidad. Tal uniformidad de propiedades y esponjosidad son mejoradas adicionalmente cuando las telas de la invención son pegadas sin deformación sustancial de las fibras como puede ocurrir en el pegado por puntos o calandrado de una tela. Sobre la plena longitud de la fibra, el diámetro puede (pero preferiblemente no) variar sustancialmente más de 10%; pero el cambio es gradual, de tal manera que los segmentos longitudinales adyacentes son del mismo diámetro o un diámetro similar. Los segmentos longitudinales pueden variar ampliamente en longitud, desde longitudes muy cortas a tan largas como un diámetro de fibra (por ejemplo aproximadamente 10 mieras) a longitudes más largas tales como 30 centímetros o más. Frecuentemente, los segmentos longitudinales son menores de aproximadamente 2 milímetros de longitud. En tanto que los segmentos longitudinales adyacentes pueden no diferir extensamente en diámetro en las telas de la invención, puede haber una variación significativa en diámetro de fibra a fibra. Como un todo, una 38
fibra particular puede experimentar diferencias significativas de otra fibra en el agregado de fuerzas que actúan sobre la fibra y aquellas diferencias pueden provocar que el diámetro y proporción de estiramiento de la fibra particular sea diferente de aquella de otras fibras. Las fibras de diámetro más grande tienden a tener una proporción de estiramiento menor y una morfología menos desarrollada que las fibras de diámetro más pequeño. Las fibras de diámetro más grande pueden ser más activas en las operaciones de pegado que las fibras de diámetro pequeño, especialmente en operaciones de pegado autógeno. Dentro de una tela, el pegado predominante puede ser obtenido a partir de fibras de diámetro más grande. Sin embargo, se observado también telas en las cuales el pegado parece más probablemente ocurrir entre las fibras de diámetro pequeño. El intervalo de diámetros de fibra dentro de una tela usualmente puede ser controlado al controlar los varios parámetros de la operación de formación de fibras. Los intervalos estrechos de diámetros son frecuentemente preferidos, por ejemplo para hacer las propiedades de la tela más uniformes y para minimizar el calor que es aplicado a la tela para obtener el pegado. Aunque existen diferencias en morfología dentro de una tela suficientemente para el pegado mejorado, las fibras también pueden ser desarrolladas suficientemente en morfología para proporcionar propiedades de resistencia 39
deseadas, durabilidad y estabilidad dimensional. Las fibras por si mismas pueden ser fuertes y los pegados mejorados obtenidos debido a los segmentos de pegado más activo y fibras mejora además la resistencia de la tela. La combinación de buena resistencia de la tela con conveniencia incrementada y desempeño de los pegados obtiene buena utilidad para telas de la invención. En el caso de materiales poliméricos cristalinos y semi-cristalinos , modalidades preferidas de la invención proporcionan telas fibrosas no tejidas que comprenden estructura cristalina de cadena extendida (también llamada cristalización inducida por tensión) en las fibras, incrementando mediante esto la resistencia y estabilidad de la tela (cristalización de cadena extendida, también como otras clases de cristalización, pueden ser detectadas mediante análisis de rayos X) . La combinación de aquella estructura con pegados autógenos, algunas veces enlaces penetrantes de circunferencia, es una ventaja adicional. Las fibras de la tela pueden ser más bien uniformes en diámetro sobre la mayor parte de su longitud e independientemente de otras fibras para obtener telas que tienen propiedades de esponjosidad deseadas. Esponjosidades de 90% (el inverso de solidez y que comprende la proporción de volumen de aire en una tela al volumen total de la tela multiplicado por 100) o más pueden ser obtenidos y son útiles para muchos propósitos tales como 40
filtración o aislamiento. Aún los segmentos de fibra menos orientados han sufrido preferiblemente alguna orientación que mejora la resistencia de fibra a lo largo de la plena longitud de la fibra. En suma, las telas fibrosas de la invención incluyen en general fibras que tienen segmentos longitudinales diferentes entre si en morfología y característica de pegado consecuentes y que también pueden incluir extremos de fibra que exhiben morfologías y características de pegado diferentes de aquella de por lo menos algunos otros segmentos en las fibras y las telas fibrosas pueden también incluir fibras que difieren entre si en diámetro y tienen diferencias en morfología y características de pegado de otras fibras dentro de la tela. Otros materiales formadores de fibra que no son cristalinos se pueden todavía beneficiar de los altos grados de orientación. Por ejemplo formas no preferidas de policarbonato, polimetilmetacrilato y poliestireno, cuando están altamente orientados, ofrecen propiedades mecánicas mejoradas. La morfología de fibras de tales polímeros puede variar a lo largo de la longitud de la fibra, por ejemplo de amorfo a amorfo ordenado a amorfo orientado y a diferentes grados de orden u orientación. (solicitud de patente norteamericana No. de serie 10/151, 780, presentada el 20 de Mayo de 2002 (Expediente del Abogado No. 57738US002, está 41
particularmente dirigida a telas fibrosas amorfas no tejidas y métodos para su fabricación y es incorporada en la presente por referencia) . La morfología final de las cadenas poliméricas en los filamentos puede ser influenciada tanto por el campo turbulento como por la selección de otros parámetros de operación, tales como grado de solidificación del filamento que entra al atenuador, velocidad y temperatura de corriente de aire introducida al atenuador por las cuchillas de aire y longitud axial, ancho de espacio y forma (debido, por ejemplo, a que la forma influencia el efecto de venturi) del pasaje del atenuador. Los mejores enlaces o pegados son obtenidos cuando el segmento de pegado fluye suficientemente para formar un tipo de enlace penetrante de circunferencia como se ilustra en los diagramas esquemáticos de las figuras 4a y 4b. Tales enlaces desarrollan más contacto extenso entre las fibras pegadas y el área incrementada de contacto incrementa la resistencia del enlace o pegado. La figura 4a ilustra un enlace o pegado en el cual una fibra o segmento 52 se deforme mientras que otra fibra o segmento 53 retiene esencialmente su forma de sección transversal. La figura 4b ilustra un enlace en el cual dos hileras 55 y 56 son pegadas y cada una se deforma en forma de sección transversal . Tanto en las figuras 4a como en la figura 4b, se muestran enlaces 42
penetrantes de circunferencia: la línea punteada 54 en la figura 4a muestra la forma de la fibra 52 que tendría excepto por la deformación provocada por la penetración de la fibra 53 y las líneas punteadas 57 y 58 en la figura 4b muestran las formas de las fibras 56 y 55, respectivamente, tendrían excepto por el enlace. La figura 4c ilustra esquemáticamente dos figuras pegadas conjuntamente en un enlace que puede ser diferente de un enlace penetrante de circunferencia, en el cual el material de las porciones extremos (por ejemplo una porción o porciones concéntricas) de una o más de las fibras ha coalescido para unir las dos fibras conjuntamente sin penetrar realmente la circunferencia ya sea de una o de otra de las fibras. Los enlaces ilustrados en las figuras 4a-4c pueden ser enlaces o pegados autógenos, por ejemplo obtenidos mediante calentamiento de una tela de la invención sin aplicación de presión de calandrado. Tales enlaces permiten una mano más suave a la tela y mayor retención de esponjosidad bajo presión. Sin embargo, los pegados a presión como en el pegado por puntos o calandrado de área amplia son también útiles. Los enlaces pueden también ser formados mediante la aplicación de energía infrarroja, láser, ultrasónica u otras formas de energía que activan térmicamente o activan de otra manera el pegado entre las fibras. La aplicación de solventes puede también ser usada.
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Las telas pueden exhibir tanto enlaces autógenos como enlaces formados a presión, tal como cuando la tela es sometida solamente a presión limitada que es instrumental en solamente algunos de los enlaces. Las telas que tienen enlaces autógenos son consideradas como pegadas autógenamente en la presente, aún si otras clases de enlaces formados a presión están también presentes en cantidades limitadas. En general, al llevar a la práctica la invención, una operación de pegado es seleccionada de manera deseable que permite algunos segmentos longitudinales se reblandezcan y están activos en el pegado a una fibra o porción adyacente de una fibra, en tanto que otros segmento longitudinales permanecen pasivos o inactivos para obtener los enlaces. La figura 5 ilustra el aspecto del segmento activo/pasivo de las fibras usadas en las telas fibrosas no tejidas de la presente invención. La colección de fibras ilustrada en la figura 5 incluye segmentos longitudinales que mientras en la frontera de la figura 5, son activos a lo largo de toda su longitud, segmentos longitudinales que son pasivos a lo largo de toda su longitud y fibras que incluyen tanto segmentos longitudinales activos como pasivos. Las porciones de las fibras ilustradas con rayado son activas y las porciones sin rayado son pasivas. Aunque las fronteras entre los segmentos longitudinales activos y pasivos son ilustrados como nítidos por propósitos ilustrativos, se debe 44
comprender que las fronteras pueden ser más graduales en las fibras reales. Más específicamente, la fibra 62 es ilustrada siendo completamente pasiva dentro de la figura 5. Las fibras 63 y 64 son ilustradas tanto con segmentos activos como pasivos dentro de las fronteras de la figura 5. La fibra 65 es ilustrada como completamente activa dentro de las fronteras de la figura 5. La fibra 66 es ilustrada tanto con segmentos activos como pasivos dentro de las fronteras de la figura 5. La fibra 67 es ilustrada como activa a lo largo de toda su longitud como se ve en la figura 5. La intersección 70 entre las fibras 63, 64 y 65 dará como resultado comúnmente un enlace debido a que todos los segmentos de fibra en aquella intersección son activos ("intersección" en la presente significa un lugar en donde las fibras se ponen en contacto entre si; observación tridimensional de una tela de muestra normalmente será necesario examinar si hay contacto y/o pegado) . La intersección 71 entre las fibras 63, 64 y 66 también dará como resultado comúnmente un enlace debido a que las fibras 63 y 64 son activas en aquella intersección (aunque la fibra 66 es pasiva en la intersección) . La intersección 71 ilustra el principio que, en donde un segmento activo y un segmento pasivo se ponen en contacto entre sí, un enlace será comúnmente formado en aquella intersección. Aquí el principio 45
es también visto en la intersección 72, en donde las fibras
62 y 67 se cruzan, con un enlace que es formado entre el segmento activo de la fibra 67 y el segmento pasivo de la fibra 62. Las intersección 73 y 74 ilustran enlaces entre los segmentos activos de fibras 65 y 67 (intersección 73) y los segmentos activos de fibras 66 y 67 (intersección 74) . En la intersección 75, un enlace será formado comúnmente entre el segmento pasivo de la fibra 62 y el segmento activo de la fibra 65. Un enlace no será formado sin embargo, comúnmente entre el segmento pasivo de la fibra 62 y el segmento pasivo de la fibra 66 que también se cruzan en la intersección 75. Como resultado la intersección 75 ilustra el principio que dos segmentos pasivos se ponen en contracto entre si, lo cual no dará comúnmente no dará como resultado un enlace. La intersección 76 incluirá comúnmente enlaces entre el segmento pasivo de la fibra 62 y los segmentos activos de las fibras
63 y 64 que se encuentran en aquella intersección. Las fibras 63 y 64 ilustran que en donde dos fibras 63 y 64 caen próximas entre sí a lo largo de porciones de sus longitudes, las fibras 63 y 64 comúnmente se pegará a condición de que una o ambas de las fibras sean activas (tal enlace o pegado puede ocurrir durante la preparación de las fibras que se considera como pegado autógeno en la presente) . Como resultado las fibras 63 y 64 son ilustradas pegadas entre sí entre las intersección 71 y 76 debido a que ambas 46
fibras son activas en aquella distancia, además, en el extremo superior de la figura 5 las fibras 63 y 64 son también pegadas en donde solamente la fibra 64 es activa. En contraste, en el extremo inferior de la figura 5, las fibras 63 y 64 divergen en donde ambas fibras efectúan una transición a segmentos pasivos. Comparaciones analíticas se pueden llevar a cabo en diferentes segmentos (segmentos internos también como extremos de fibras) de las fibras de la invención para mostrar las diferentes características y propiedades. Una variación en densidad frecuentemente acompaña la variación en morfología de las fibras y la variación en densidad puede ser detectada comúnmente mediante una prueba para gradación de densidad a lo largo de la longitud de fibra (algunas veces denominado más brevemente como la Prueba de Densidad Gradada), definida en la presente. Esta prueba está basada en una técnica de densidad-gradiente descrita en la norma ASTM D1505-85. Esta técnica utiliza un tubo de densidad-gradiente, esto es un cilindro o tubo graduado lleno con una solución de por lo menos dos líquidos de densidad diferentes que se mezclan para proporcionar una gradación de densidades sobre la altura del tubo. En una prueba estándar, la mezcla líquida llena el tubo a por lo menos una altura de 60 centímetros para proporcionar un cambio gradual deseado en la densidad de la mezcla líquida. La densidad del líquido debe cambiar sobre 47
la altura de la columna a una velocidad de entre aproximadamente 0.0030 y 0.0015 gramos/cm3/cm de altura de columna. Piezas de fibra de la muestra de fibras o tela que es probada son cortadas en longitudes de 1.0 milímetros y se dejan caer al tubo. Las telas son muestreadas en por lo menos tres lugares separados por lo menos 7.62 centímetros (3 pulgadas) . Las fibras son extendidas sin tensión sobre una placa de vidrio y cortadas con una cuchilla de navaja de afeitar. Una placa de vidrio de 40 milímetros de largo, 22 milímetros de ancho y 0.15 milímetros de espesor es usada para raspar las piezas de fibra cortadas de la placa de vidrio sobre la cual fueron cortadas. Las fibras son desionizadas con una fuente de radiación beta durante 30 segundos antes de que sean colocadas en la columna. Se permite que las fibras se asienten en su lugar durante 48 horas antes de que se realicen las mediciones de densidad y posición de la fibra. Las piezas se asientan en la columna a su nivel de densidad y asumen una posición que varía de horizontal a vertical dependiendo de si varían en densidad sobre su longitud: las piezas de densidad constante asumen una posición horizontal, en tanto que las piezas que varían en densidad varían de horizontal y asumen una posición más vertical. En una prueba estándar, veinte piezas de fibra forman una muestra que es probada, son introducidas al tubo de densidad-gradiente. Tales piezas de fibras se acoplan 48
contra la pared del tubo y otras piezas de fibra se pueden acumular con otras piezas de fibras. Tales fibras acopladas o en manojo no son consideradas y solamente las piezas libres -no acopladas y no enfardadas - son consideradas. La prueba se debe volver a correr si menos de la mitad de las veinte piezas introducidas a la columna permanecen como piezas libres . Mediciones angulares son obtenidas visualmente al incremento de 5 grados más cercano. La disposición angular de las fibras curvas está basada sobre la tangente en el punto medio de la fibra curva. En la prueba estándar de fibras o telas de la invención, por lo menos 5 de las piezas libres asumirán en general una posición por lo menos 30 grados de la horizontal en la prueba. Más preferiblemente, por lo menos la mitad de las tres piezas asumirá tal posición. También, más preferiblemente, las piezas (por lo menos cinco y preferiblemente por lo menos la mitad de las piezas libres) asumen una posición 45 grados o más de la horizontal o aún 60 u 85 grados o más de la horizontal. Mientras mayor es el ángulo de la horizontal, mayores son las diferentes en densidad, lo que se tiende a correlacionar con mayores diferencias en morfología, haciendo mediante esto una operación de pegado que distingue los segmentos activos y pasivos más probables y más convenientes de llevar a cabo. También, mientras más alto es el número de piezas de fibras o 49
que están dispuestas a un ángulo de la horizontal, más prevalenciente la variación en morfología tiende a ser, lo que ayuda además para obtener el pegado deseado. Las fibras de la invención preparadas a partir de polímeros cristalinos muestran frecuentemente una diferencia en birrefringencia de segmento a segmento. Al observar una sola fibra a través de un microscopio polarizado y estimar el número de retardo utilizando la tabla de Michel-Levy (véase On-Line Determination of Density and Crystallinity During Melt Spinning, Vishal Bansal et al, Polymer Engineering and Science, Noviembre 1996, Vol . 36, No. 2, pp . 2785-2798), se obtiene la birrefringencia con la siguiente fórmula: birrefringencia = retardo (nm)/l000D, en donde D es el diámetro de fibra en mieras. Se ha encontrado que las fibras de la invención susceptibles a mediciones de birrefringencia incluyen en general segmentos que difieren en número de birrefringencia por al menos 5% y preferiblemente por lo menos 10%. Mayores diferencias ocurren frecuentemente como se muestra por los ejemplos de trabajo a continuación, algunas fibras de la invención incluyen segmentos que difieren en número de birrefringencia por 20 o aún 50 por ciento. Fibras diferentes o porciones de una fibra también pueden exhibir diferencias en propiedades tal como se mide mediante calorimetría de barrido diferencial (DSC, por sus siglas en inglés) . Por ejemplo, pruebas de DSC sobre tela de 50
la invención que comprenden fibras cristalinas o semi-cristalinas pueden revelar la presencia de cristalización de cadena extendida por la presencia de un pico de fusión doble. Un pico de temperatura más alta puede ser obtenido para el punto de fusión de una porción cristalina de cadena extendida o tensión inducida y otro pico en general de temperatura más baja puede ocurrir en el punto de fusión de una porción cristalina sin cadena extendida o menos ordenada. (El término "pico" en la presente significa aquella porción de una curva de calentamiento que es atribuible a un solo proceso, por ejemplo fusión de una porción molecular específica de una fibra tal como una porción de cadena extendida; algunas veces los picos están suficientemente cercanos entre sí que un pico tiene la apariencia de un resalto de la curva que define el otro pico, pero todavía son considerados como picos separados, debido a que representan puntos de fusión de fracciones moleculares distintas) . En otro ejemplo, se obtuvieron datos utilizando polímeros amorfos sin procesar (esto es, pelotillas de los polímeros usados para formar las fibras de la presente invención) , fibras poliméricas amorfas manufacturadas de acuerdo con la presente invención y las fibras poliméricas amorfas de la invención después de pegado simulado (calentamiento para simular, por ejemplo una operación de pegado autógena) .
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Una diferencia en las propiedades térmicas entre las fibras poliméricas amorfas tal como son formadas y las fibras poliméricas amorfas después del pegado simulado puede sugerir que el procesamiento para formar las fibras afecta significativamente el material polimérico amorfo de una manera que mejora su desempeño de pegado. Todos los barridos de MDSC (calorimetría de barrido diferencial modulada) de las fibras tal como son formadas y las fibras después del pegado simulado presentaron liberación de tensión térmica significativa lo cual puede ser una prueba de niveles significativos de orientación en ambas de las fibras tal como son formadas y las fibras después del pegado simulado. Aquella liberación de tensión puede por ejemplo ser evidenciada por el ensanchamiento del intervalo de transición vitrea cuando se comparan las fibras poliméricas amorfas tal como son formadas con las fibras poliméricas amorfas después del pegado simulado. Aunque no se desea estar limitados por la teoría, se puede describir que porciones de las fibras poliméricas amorfas de la presente invención exhiben un empaque local ordenado de las estructuras moleculares, algunas veces denominada como una fracción amorfa rígida u ordenada como resultado de la combinación de tratamiento térmico y orientación de los filamentos durante la formación de fibra (véase, por ejemplo P. P. Chiu et al., Macromolecules, 33,9360-9366) .
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El comportamiento térmico del polímero amorfo usado para la manufactura de las fibras fue significativamente diferente al comportamiento térmico de las fibras poliméricas amorfas antes o después del pegado simulado. Aquel comportamiento térmico puede incluir preferiblemente, por ejemplo cambios en el intervalo de transición vitrea. Como tal, puede ser ventajoso caracterizar las fibras poliméricas de la presente invención como que tienen un intervalo de transición vitrea ensanchado en el cual, en comparación con el polímero antes del procesamiento, tanto la temperatura de inicio (esto es, la temperatura a la cual ocurre el inicio del reblandecimiento) y la temperatura final (esto es, la temperatura a la cual sustancialmente todo el polímero llega a la fase ahulada o cauchatada) , del intervalo de transición vitrea para la fibras poliméricas se mueve de una manera que incrementa el intervalo de transición vitrea global . En otras palabras, la temperatura de inicio desciende y la temperatura final se incrementa. En algunas instancias, puede ser suficiente que solamente la temperatura final del intervalo de transición vitrea se incremente. El intervalo de transición vitrea ensanchado puede proporcionar una ventana de proceso más amplia en la cual se puede efectuar el pegado autógeno en tanto que las fibras poliméricas retinen su forma fibrosa (debido a que todo el polímero y las fibras no se reblandece dentro del intervalo 53
de transición vitrea más estrecho de las fibras conocidas) . Se debe notar que el intervalo de transición vitrea ensanchado es medido preferiblemente contra el intervalo de transición vitrea del polímero de partida después que ha sido calentado y enfriado para eliminar tensiones residuales que se pueden presentar como resultado de, por ejemplo procesamiento del polímero en pelotillas para su distribución. Otra vez, en tanto que no se desea estar limitados por la teoría, se puede considerar que la orientación del polímero amorfo en las fibras puede resultar en una disminución de la temperatura de inicio del intervalo de transición vitrea. En el otro extremo del intervalo de transición vitrea, aquellas porciones de las fibras poliméricas amorfas que llegan a la fase amorfa rígida u ordenada como resultado del procesamiento como se describe anteriormente puede proporcionar la temperatura final elevada del intervalo de transición vitrea. Como resultado, los cambios en estiramiento u orientación de las fibras durante la manufactura pueden ser útiles para modificar el ensanchamiento del intervalo de transición vitrea, por ejemplo, mejorar el ensanchamiento o reducir el ensanchamiento. Después del pegado o enlace de una tela de la invención al calentarla en un horno, la morfología de los segmentos de fibra puede ser modificada. El calentamiento del horno tiene un efecto de recocido. Así, en tanto que las 54
fibras orientadas pueden tener una tendencia al encogimiento en el calentamiento (lo cual puede ser minimizado por la presencia de cristalización de cadena extendida u otros tipos de cristalización) , el efecto de recocido de la operación de pegado, junto con el efecto estabilizador de lo enlaces por si mismos, puede reducir el encogimiento. El diámetro promedio de las fibras preparadas de acuerdo con la invención puede fluctuar ampliamente. Tamaños de microfibra (aproximadamente 10 mieras o menos de diámetro) pueden ser obtenidos y ofrecen varios beneficios; sin embargo también se pueden preparar fibras de diámetro más grande y son u tiles para ciertas aplicaciones; frecuentemente las fibras son de 20 mieras o menos de diámetro. Fibras de sección transversal circular son más frecuentemente preparadas pero también se pueden usar otras formas de sección transversal . Dependiendo de los parámetros de operación escogidas, por ejemplo grado de solidificación del estado fundido antes de entrar al atenuador, las fibras recolectadas pueden más bien ser continuas o esencialmente discontinuas. La formación de fibra utilizando el aparato como se muestra en las figuras 1-3 tiene la ventaja que los filamentos pueden ser procesados a velocidades muy rápidas no conocidas previamente disponibles en los procesos de formación de tela directa que utilizan una cámara de 55
procesamiento para proporcionar atenuación primaria de material filamentario extruido. Por ejemplo, no se sabe que el polipropileno haya sido procesado a velocidades de filamento aparentes de 8000 metros/minuto en proceso que utilizan tal cámara de procesamiento, para tales velocidades de filamento aparentes son posibles con tal aparato (el término velocidad de filamento aparente es usado, debido a que las velocidades son calculadas, por ejemplo a partir de la velocidad de flujo del polímero, densidad de polímero y diámetro de fibra promedio) . Velocidades de filamento aparentes aún más rápidas se han obtenido, por ejemplo 10,000 metros/minuto o aún 14,000 o 18,000 metros/minuto y estas velocidades pueden ser obtenidas en un amplio intervalo de polímeros. Además, grandes volúmenes de polímero pueden ser procesados por orificio en la cabeza de extrusión y estos grandes volúmenes pueden ser procesados en tanto que al mismo tiempo se hace mover los filamentos extruidos a alta velocidad. Esta combinación da surgimiento a un alto índice de productividad - la velocidad de rendimiento del polímero (por ejemplo, en gramos/orificio/minuto) multiplicada por la velocidad aparente de los filamentos extruidos (por ejemplo en metros/minuto) . El proceso de la invención se puede llevar a la práctica fácilmente con un índice de productividad de 9,000 o aún más alto, en tanto que aún produce filamentos que promedian 20 mieras o menos de diámetro.
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Varios procesos usados convencionalmente como adjuntos a procesos formación de fibras pueden ser usados en relación a los filamentos a medida que entran o salen del alternador, tales como atomización de terminados u otros materiales sobre los filamentos, aplicación de una carga electrostática a los filamentos, aplicación de neblinas de agua, etc. Además, varios materiales pueden ser agregados a una tela recolectada, en los que se incluyen agentes de enlace o agentes de pegado, adhesivos, terminados y otras telas o película. Aunque no hay comúnmente ninguna razón para hacer esto, los filamentos pueden ser soplados de la cabeza de extrusión mediante una corriente gaseosa primaria a la manera de aquella utilizada en operaciones de soplado en estado fundido convencionales. Tales corrientes gaseosas primarias provocan una atenuación y estiramiento iniciales de los filamentos. Ejemplos 1-4 Un aparato como se muestra en las figuras 1-3 fue usado para preparar cuatro telas fibrosas diferentes a partir de tereftalato de polietileno que tiene una viscosidad intrínseca de 0.60 (resina PET 651000 de 3M) . En cada uno de los cuatro ejemplos, el PET fue calentado a 270°C en el extrusor (temperatura medida en el extrusor 12 cerca de la salida a la bomba 13) y la boquilla fue calentada a una temperatura como se enlista en la Tabla 1 posteriormente. La 57
cabeza de extrusión o boquilla tenía cuatro hileras de orificios y cada hilera tenía 21 orificios, haciendo un total de 84 orificios. La boquilla tenía una longitud transversal de 101.6 milímetros (4 pulgadas) . El diámetro del agujero era de 0.889 milímetros (0.035 pulgadas) y la proporción de L/D era de 6.25. La velocidad de flujo del polímero era de 1.6 g/aguj ero/minuto . La distancia entre la boquilla y el atenuador (dimensión 17 en la figura 1) era de aproximadamente 38 centímetros (15 pulgadas) y la distancia del atenuador al recolector (dimensión 21 en la figura 1) era de ligeramente menor de 64 centímetros (25 pulgadas) . El espacio de cuchilla de aire (la dimensión 30 en la figura 2) era de 0.762 milímetros (0.030 pulgadas); el ángulo de cuerpo del atenuador (alfa en la figura 2) era de 30°; aire a temperatura ambiente se hizo pasar a través del atenuador y la longitud del conducto del atenuador (dimensión 35 en la figura 2) era de 167.64 milímetros (6.6 pulgadas) . La cuchilla de aire tenía una longitud transversal (la dirección de la longitud 25 de la ranura en la figura 3) de aproximadamente 120 milímetros y el cuerpo del atenuador 28 en el cual se formó el rebajo para la cuchilla de aire tenía una longitud de aproximadamente 152 milímetros. La longitud transversal de la pared 36 anexada al cuerpo el atenuador era de 127 milímetros (5 pulgadas) .
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Otros parámetros del atenuador también se hicieron variar como se describe en la Tabla 1 a continuación, en los que se incluyen los espacios en la parte superior y fondo del atenuador (las dimensiones 33 y 34 respectivamente en la figura 2) y el volumen total de aire que se hace pasar a través del atenuador (dado en metros cúbicos reales/minuto o ACMM; aproximadamente la mitad del volumen enlistado se hizo pasar a través de cada cuchilla de aire 32) . Tabla 1
Telas fibrosas fueron recolectadas en un recolector formador de telas por uso convencional en una condición sin pegar sobre una tela soporte o rejilla de hilado pegado de nylon. Luego las tales se hicieron pasar a través de un horno a 120°C durante 10 minutos en tanto que son retenidas sobre una placa de pernos que impedia que la tela se encogiera. La última etapa provocó el pegado autógeno dentro de las telas como se ilustra en la figura 6 que es una micrografia electrónica de barrido (150X) de una porción de la tela del ejemplo 1.
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Estudios de birrefringencia utilizando un microscopio polarizado se llevaron a cabo sobre las telas preparadas para examinar el grado de orientación dentro de la tela y dentro de las fibras. Diferentes colores fueron vistos sistemáticamente en diferentes segmentos longitudinales de las fibras. El retardo fue estimado utilizando la tabla de Michel-Levy y se determinó el número de birrefringencia . El intervalo y birrefringencia promedio en estudios de tela de cada ejemplo son representados gráficamente en la figura 7. Las ordenadas son graficadas en unidades de birrefringencia , y las abcisas son graficadas en las diferentes porciones en las cuales los segmentos de fibra que exhiben un número de birrefringencia particular ocurren para cada uno de los cuatro ejemplos. Cada ejemplo fue también analizado para identificar la variación en birrefringencia en fibras a diámetro constante. Se estudiaron fibras de diámetro constante, aunque las secciones de fibra estudiadas no fueron necesariamente de la misma fibra. Los resultados encontrados para el ejemplo 4 son presentados en la siguiente Tabla 2. Como se ve, también se detectaron colores diferentes. Se encontró una variación similar en birrefringencia a diámetro constante en otros ej emplos .
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Tabla 2
También se encontró variación en birrefringencia dentro de una sola fibra, como se muestra en la Tabla 3 a continuación, que es un estudio de dos fibras de la tela del ejemplo 4. Tabla 3
Ejemplos 5-8 Telas fibrosas fueron preparadas en el aparato como se muestra en las figuras 1-3 a partir de tereftalato de polibutilo (PBT-1 suministrado por Ticona; Densidad de 1.31 g/cc, punto de fusión 227°C y temperatura de transición vitrea de 66°C) . La temperatura del extrusor fue ajustada a 245°C y la temperatura de la boquilla fue de 240°C. La velocidad de flujo del polímero fue de 1 g/agujero/minuto. La distancia entre la boquilla y el atenuador fue de 61
aproximadamente 36 centímetros (14 pulgadas) y la distancia del atenuador al recolector era de aproximadamente 41 centímetros (16 pulgadas). Las condiciones adicionales son dadas en la Tabla 4 y los otros parámetros fueron en general como se da en los ejemplos 1-4. Tabla 4
Las telas fueron recolectadas en una condición sin pegar y luego se hicieron pasar a través de un horno a 220°C durante 1 minuto. La figura 8 es una SEM a 500X que muestra enlaces en una tela del ejemplo 5. Se estudio la birrefringencia, con un intervalo y birrefringencia promedio para los diferentes ejemplos como se muestra en la figura 9. A través de estos estudios, se encontró variación en morfología entre las fibras y dentro de las fibras. Ejemplos 9-4 Telas de fibras de tereftalato de politrimetileno (PTT) fueron preparadas en el aparato como se muestra en las figuras 1-3 utilizando (en los ejemplos 9-11) una versión clara del PTT (CP509201 suministrado por Shell Chemicals) y 62
(en los ejemplos 12-14) una versión que contenia 0.4 de TI02 (CP509211) . La boquilla de extrusión fue como se describe en los ejemplos 1-4 y fue calentada a una temperatura como se enlista en la tabla 5 a continuación. La velocidad de flujo del polímero fue de 1.0 g/aguj ero/minuto . Tabla 5
La distancia entre la boquilla y el atenuador (dimensión 19 en la figura 2) fue de aproximadamente 38 centímetros (15 pulgadas) y la distancia del atenuador al recolector (dimensión 21 en la figura 2) fue de aproximadamente 66 centímetros (26 pulgadas) . Otros parámetros fue como se da en los ejemplos 1-4 o como se describe en la tabla 5. Las telas fueron recolectadas en una condición sin pegar sobre una rejilla o tela soporte de hilado pegado de nylon (Cerex) y luego se hicieron pasar en línea sobre el recolector a través de una cuchilla de aire caliente para el pegado. Estudios de birrefringencia para los ejemplos 9-11 produjeron resultados como se muestra en la figura 10. Una 63
fibra seleccionada aleatoriamente de 14 mieras de diámetro mostró una diferencia en birrefringencia de 0.0517 a 0.041 (determinado mediante una tabla de color) solo unos pocos milímetros separada. Ejemplo 15 Fibras de ácido poliláctico (grado 6250D suministrado por Cargill-Dow) fueron producidas en el aparato como se muestra en las figuras 1-3 y en una boquilla y atenuador como se describe en los ejemplos 1-4, excepto como sigue. Las temperaturas del extrusor y boquilla fueron ajustadas a 240 °C. La distancia entre la boquilla y el atenuador era de aproximadamente 30.5 centímetros (12 pulgadas) y entre el atenuador y el recolector era de 63.5 centímetros (25 pulgadas) . El espacio superior en el atenuador era de 4.267 milímetros (0.168 pulgadas) y el espacio del fondo era de 3.023 milímetros (0.119 pulgadas) . La tela recolectada fue pegada en un horno a 55 °C durante 10 minutos. Las fibras en la tela exhibieron una morfología variada y fueron pegadas autógenamente. Ejemplo 16 El aparato como se ilustra en las figuras 1-3 fue usado para preparar telas fibrosas a partir de polipropileno (Fina 3860) que tiene un índice de flujo en estado fundido de 70. Los parámetros fueron en general como se describe en los ejemplos 1-4 excepto que la velocidad de flujo del polímero 64
era de 0.5 g/aguj ero/minuto , la boquilla tenia 168 orificios de 0.343 milímetros de diámetro, con una proporción de L/D del orificio de 3.5, el espacio del atenuador era de 7.67 milímetros en la parte superior y fondo y la distancia de la boquilla al atenuador era de 108 milímetros y la distancia de atenuador al recolector era de 991 milímetros. La tela fue pegada utilizando una cuchilla de aire caliente en la cual el aire fue calentado a 166°C y tenía una velocidad frontal mayor de 100 metros/minuto . Para ilustrar la variación en morfología exhibida a lo largo de la longitud de las fibras, se llevó a cabo un análisis gravimétrico utilizando una prueba para Gradación de Densidad a lo largo de la longitud de fibra descrita anteriormente. La columna contenía una mezcla de metanol y agua. Los resultados son dados en la tabla 6 para piezas de fibra libre en el tubo, dando la ubicación de una pieza de fibra particular (punto medio de la fibra) a lo largo de la altura del tubo en centímetros, el ángulo de la pieza de fibra y el promedio calculado o densidad global para la pieza de fibra.
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Tabla 6
El promedio de los ángulos a los cuales las piezas de fibra fueron dispuestas fue de 85.5 grados y la media de aquellos ángulos fue de 90°. Ejemplo 17 Se produjeron telas fibrosas a partir de una resina de nylon 6 (Ultramid B3 suministrada por BASF) utilizando el aparato como se muestra en las figuras 1-3 y una boquilla como se describe en los ejemplos 1-4. Las temperaturas del extrusor y boquillas fueron ajustadas a 270 grados Centígrados. La velocidad de flujo del polímero era de 1.0 g/aguj ero/minuto . La distancia entre la boquilla y el atenuador era de aproximadamente 33 centímetros (13 pulgadas) y entre el atenuador y el recolector era de 63.5 centímetros (25 pulgadas) . El espacio superior en el atenuador era de 3.429 milímetros (0.135 pulgadas) y el espacio del fondo era 66
de 2.845 milímetros (0.112 pulgadas). La longitud del conducto era de 167.4 milímetros. El flujo de aire a través del atenuador era de 4.021 ACMM (142 SCFM) . La tela recolectada fue pegada en línea sobre el recolector con una cuchilla de aire caliente utilizando aire a una temperatura de 220°C y una velocidad frontal mayor de 100 metros /minuto . Bajo un microscopio polarizado, las telas revelaron diferentes grados de orientación a lo largo de las fibras y entre las fibras. Porciones de fibras que muestran una variación de birrefringencia a lo largo de su longitud fueron identificadas y la birrefringencia en dos sitios fue medida utilizando la tabla de Michel Levy y la técnica de compensador de Berek. Los resultados son reportados en la tabla 7. Tabla 7
Ejemplo 18 Telas fibrosas no tejidas fueron preparadas a partir de poliuretano (Morton PS-440-200, MFI de 37), utilizando el aparato de las figuras 1-3 con una boquilla de extrusión como se describe para los ejemplos 1-4. El rendimiento del polímero fue de 1.98 g/aguj ero/minuto . El 67
atenuador, básicamente como se describe para los ejemplos 1-4, tenia un espacio de 4.978 milímetros (0.196 pulgadas) en la parte superior y un espacio de 4.547 milímetros (0.179 pulgadas) en el fondo. El volumen de aire que se hizo pasar a través del atenuador era mayor de 3 ACMM. El atenuador estaba a 31.75 cm (12.5 pulgadas) debajo de la boquilla y aproximadamente 61 centímetros (24 pulgadas) por encima del recolector. Las telas, que consistían de fibras que promedian 14.77 mieras de diámetro fueron auto-pegadas tal como son recolectadas y no fue necesaria o se llevó a cabo ninguna etapa de pegado adicional. Utilizando un microscopio polarizado, se podría ver la variación en morfología/orientación entre fibras de la misma muestra y a lo largo de la misma fibra. Porciones de fibras que exhiben una variación en birrefringencia a lo largo de la fibra fueron identificadas y la birrefringencia en dos sitios fue medida utilizando la tabla de Michel Levy y la técnica de compensador de Berek. Los resultados son mostrados en la tabla 8. Tabla 8
Fibra Posición Birrefrin- Diferencia de Birrefrin- Diferencia de gencia birrefrin- gencia birrefringencia (Levy) gencia (a)% (Berek) (b)% Fibra 1 0.040 22.5 0.042 33.3 1 2 0.031 0.028 Fibra 1 0.036 1 1.1 0.0375 28.8 2 2 0.032 0.0267 68
Variaciones en morfología fueron examinadas utilizando la prueba para Gradación de Densidad a lo largo de la longitud de fibra utilizando una mezcla de metanol y agua, con los resultados como se muestra en la tabla 9. Tabla 9
Angulo en columna (grados de la horizontal) 65 90 75 80 70 85 90 90 85 85 45 90 90 60 75 80 90 80
El ángulo promedio fue de 79.25° y el ángulo medio fue de 82.5° Ejemplo 19 Telas fibrosas no tejidas de polietileno fueron preparadas a partir de polietileno que tiene un MFI de 30 y densidad de 0.95 (Dow 6806) utilizando el aparato como se muestra en las figuras 1-3 y una boquilla de extrusión como se describe para los ejemplos 1-4. La temperatura del 69
extrusión y boquilla fueron ajustadas a 80°C. El rendimiento fue de 1.0 g/agujero/minuto. El atenuador, básicamente como se describe en los ejemplos 1-4, fue colocado aproximadamente 38 centímetros (15 pulgadas) debajo de la boquilla y aproximadamente 51 centímetros (20 pulgadas) por encima del recolector. El espacio del atenuador era de 3.124 milímetros (0.123 pulgadas) en la parte superior y 2.794 milímetros (0.11 pulgadas) en el fono. El flujo de aire a través del atenuador era de 3.2 ACMM (113 SCFM) . Las telas recolectadas fueron pegadas con una cuchilla de aire caliente utilizando aire a una temperatura de 135 grados C y una velocidad frontal mayor de 100 metros/minuto. Porciones de fibras que exhibían una variación en birrefringencia a lo largo de la fibra fueron identificadas y la birrefringencia en dos sitios sobre la fibra fueron medidas utilizando la tabla de Michel Levy y la técnica de compensador de Berek. Los resultados son dados en la tabla 10. Tabla 10
Fibra Posición Birrefrin- Diferencia de Birrefrin- Diferencia de gencia birrefrin- gencia birrefringencia (Levy) gencia (a)% (Berek) (b)% Fibra 1 0.0274 15.7 0.0240 33.3 1 2 0.0325 0.0328 Fibra 1 0.036 8.3 NA NA 2 2 0.033 NA 70
Ejemplo 20 El ejemplo 19 fue repetido excepto que la boquilla tenia 168 orificios, el diámetro de los orificios era de 0.508 milímetros, el espacio del atenuador era de 3.20 milímetros en la parte superior y 2.49 milímetros en el fondo, la longitud del conducto era de 228.6 milímetros, el flujo de aire a través del atenuador era de 2.62 ACMM y la distancia del atenuador al recolector era de aproximadamente 61 centímetros. La prueba para Gradiente de Densidad a lo largo de la longitud de la fibra se llevó a cabo utilizando una mezcla de metanol y agua, con resultados como se muestra en la Tabla 11. Tabla 11
El ángulo promedio en la prueba fue de 76.5° y el ángulo de la media fue de 80°.
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Ejemplo 21 El aparato como se muestra en la figura 1-3 fue usado para preparar fibras poliméricas amorfas utilizando polímero de olefina cíclica (TOPAS 6017 de Ticona) . El polímero fue calentado a 320 °C en el extrusor (temperatura medida en el extrusor 12 cerca de la salida a la bomba 13) y la boquilla fue calentada a una temperatura de 320°C. La cabeza de extrusión o boquilla tenía 4 hileras y cada hilera tenía 42 orificios, haciendo un total de 168 orificios. La boquilla tenía una longitud transversal de 102 milímetros (4 pulgadas). El diámetro del orificio era de 0.51 mm (0.020 pulgadas) y la proporción L/D era de 6.25. La velocidad de flujo del polímero era de 1.0 g/orificio/minuto . La distancia entre la boquilla y el atenuador (dimensión 17 en la figura 1) era de aproximadamente 84 centímetros (33 pulgadas) , y la distancia del atenuador al recolector (división 21 de la figura 1) era de aproximadamente 61 centímetros (24 pulgadas) . El espacio de la cuchilla de aire (la dimensión 30 en la figura 2) era de 0.762 milímetros (0.030 pulgadas); el ángulo del cuerpo del atenuador (alfa en la figura 2) era de 30°; aire a temperatura ambiente se hizo pasar a través del atenuador y la longitud del conducto del atenuador (dimensión 35 en la figura 2) era de 168 milímetros (6.6 pulgadas). La cuchilla de aire tenía una longitud transversal (la dirección de la 72
longitud 25 de la ranura en la figura 3) de aproximadamente 120 milímetros y el cuerpo de atenuador 28 en el cual se formó el rebajo para la cuchilla de aire tenía una longitud transversal de aproximadamente 152 milímetros. La longitud transversal de la pared 36 anexada el cuerpo de atenuador era de 127 milímetros (5 pulgadas) . El espacio del atenuador en la parte superior era de 1.6 mm (dimensión 33 en la figura 2) . El espacio del atenuador en el fondo era de 1.7 mm (dimensión 34 en la figura 2) . El volumen de aire total que se hizo pasar a través del atenuador era de 3.62 metros cúbicos reales por minuto (ACMM) ; aproximadamente la mitad del volumen pasa a través de la cuchilla de aire 32. Telas fibrosas fueron recolectadas sobre un recolector formador de tela por uso convencional en una condición sin pegar. Luego las telas fibra fueron calentadas en un horno a 300 °C durante 1 minuto. La última etapa provocó el pegado autógeno dentro de las telas como se muestra en la figura 11 (una micrografía tomada a una amplificación de 200X utilizando un microscopio electrónico de barrido) . Como se puede ver, las fibras poliméricas amorfas pegadas autógenamente retienen su forma fibrosa después del pegado. Para ilustrar la variación en morfología exhibida a lo largo de la longitud de las fibras, se llevó a cabo un análisis gravimétrico utilizando la prueba de densidad 73
gradada descrita anteriormente La columna contenia una mezcla de agua-solución de nitrato de calcio de acuerdo con la norma ASTM D1505-85. Los resultados para veinte piezas que se mueven de arriba a abajo dentro de la columna son dados en la tabla 12. Tabla 12
Angulo en columna (grados de la horizontal) 80 90 85 85 90 80 85 80 90 85 85 90 80 90 85 85 85 90 80
El ángulo promedio de las fibras fue de 85.5 grados, la media fue de 85 grados. Ejemplo 22 El aparato como se muestra en las figuras 1-3 fue usado para preparar fibras poliméricas amorfas utilizando poliestireno (Crystal PS 3510 de Nova Chemicals) que tiene un índice de flujo en estado fundido de 15.5 y densidad de 1.04. El polímero fue calentado a 268 °C en el extrusor (temperatura 74
medida en el extrusor 12 cerca de la salida a la bomba 13) , y la boquilla fue calentada a una temperatura de 268 °C . La cabeza de extrusor o boquilla tenía cuatro hileras y cada hilera tenía 42 orificios, haciendo un total de 1S8 orificios. La boquilla tenía una longitud transversal de 102 milímetros (4 pulgadas) . El diámetro del orificio era de 0.343 mm y la proporción L/D era de 9.26. La velocidad de flujo del polímero fue de 1.00 g/ori f ic io/minuto . La distancia entre la boquilla y el atenuador
(dimensión 17 en la figura 1) fue de aproximadamente 318 milímetros y la distancia del atenuador al recolector (dimensión 21 en la figura 1) fue de 610 milímetros. El espacio de la cuchilla de aire (la dimensión 30 en la figura 2) era de 0.76 milímetros; el ángulo del cuerpo del atenuador (alfa en la figura 2) fue de 30°; aire con una temperatura de 25°C se hizo pasar a través del atenuador y la longitud del conducto del atenuador (dimensión 35 en la figura 2) fue de 152 milímetros. La cuchilla de aire tenía una longitud transversal (la dirección de la longitud 25 de la ranura de la figura 3) de aproximadamente 120 mm ; y el cuerpo de atenuador 28 en el cual se formó el rebajo para la cuchilla de aire tenía una longitud transversal de 152 milímetros. La longitud 75
transversal de la pared 36 anexada al cuerpo del atenuador fue de 127 milímetros (5 pulgadas) . El espacio del atenuador en la parte superior fue de 4.4 mm (dimensión 33 en la figura 2) . El espacio del atenuador en el fondo fue de 3.1 mm (dimensión 34 en la figura 2) . El volumen total de aire que se hace pasar a través del atenuador era de 2.19 ACMM (Metros Cúbicos Reales por Minuto) ; aproximadamente la mitad del volumen pasa a través de cada cuchilla de aire 32. Telas fibrosas fueron recolectadas sobre un recolector formador de telas poroso convencional en una condición sin pegar. Luego las telas fueron calentadas en un horno a 200 ° C durante 1 minuto. La última etapa provocó el pegado autógeno dentro de las telas, las fibras poliméricas amorfas pegadas autógenamente retienen su forma fibrosa después del pegado . Para ilustrar la variación en morfología exhibida a lo largo de la longitud de las fibras, se llevó a cabo un análisis gravimétrico utilizando la prueba de densidad gradada descrita anteriormente. La columna contenía una mezcla de agua y solución de nitrato de calcio. Los resultados para veinte piezas que se mueven de arriba a abajo dentro de la columna son dados en la tabla 13.
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Tabla 13
Angulo en columna (grados de la horizontal) 85 75 90 70 75 90 80 90 75 85 80 90 90 75 90 85 75 80 90 90
El ángulo promedio de las fibras fue de 83 grados, la media fue de 85 grados. Ejemplo 23 El aparato como se muestra en las figuras 1-3 fue usado para preparar fibras poliméricas amorfas utilizando un copolimero en bloque con 13 por ciento de estireno y 87 por ciento del copolimero de etileno butileno (KRATON G1657 de Shell) con un índice de flujo en estado fundido de 8 y densidad de 0.9. El polímero fue calentado a 275°C en el extrusor (temperatura medida en el extrusor 12 cerca de la salida a la bomba 13) y la boquilla fue calentada a una temperatura de 275°C. Al cabeza de extrusión o boquilla tenía cuatro hileras y cada hilera tenía 42 orificios, 77
haciendo un total de 168 orificios . La boquilla tenía una longitud transversal de 101.6 milímetros (4 pulgadas) . El diámetro del orificio fue de 0.508 mm y la proporción L/D fue de 6.25. La velocidad de flujo del polímero fue de 0 . 64 g/orif icio/minuto . La distancia entre la boquil la y el atenuador
(dimensión 17 en la f igura 1 ) fue de 667 mi l ímetros y la distancia del atenuador al recolector (dimensión 21 en la f igura 1 ) fue de 330 milímetros . El espacio de cuchilla de aire (la dimensión 30 en la figura 2) fue de 0 .76 milímetros ; el ángulo del cuerpo del atenuador (alfa en la figura 2) fue de 30° ; aire con una temperatura de 25 °C se hizo pasar a través del atenuador y la longitud del conducto del atenuador (dimensión 35 en la figura 2) fue de 76 milímetros . La cuchilla de aire tenía una longitud transversal (la dirección de la longitud 25 de la ranura en la figura 3) de aproximadamente 120 milímetros y el cuerpo del atenuador 28 en el cual se formó el rebaj o para la cuchi l la de aire tenía una longitud transversal de aproximadamente 152 mil ímetros . La longitud transversal de la pared 36 anexada al cuerpo del atenuador fue de 127 milímetros ( 5 pulgadas ) . El espacio del atenuador en la parte superior fue de 7.6 mm (dimensión 33 en la figura 2) . El espacio del atenuador en el fondo fue de 7.2 rrm (dimensión 34 en la figura 2) . El volumen total de aire que se hace pasar a través del atenuador fue de 0 .41 ACMM (Metros cúbicos reales/minuto) ; aproximadamente la mitad del volumen pasa a través de cada cuchilla de aire 32 .
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Telas fibrosas fueron recolectadas sobre un recolector formador de telas poroso convencional con las f ibras que se pegan autógenamente a medida que las f ibras fueron recolectadas . Las fibras poliméricas amorfas pegadas autógenamente retuvieron su forma fibrosa después del pegado . Para ilustrar la variación en morfología exhibida a lo largo de la longitud de las fibras, se llevó a cabo un análisis gravimétrico utilizando la prueba de densidad gradada descrita anteriormente. La columna contenía una mezcla de metanol y agua. Los resultados para veinte piezas que se mueven de arriba a abajo dentro de la columna son dados en la tabla 14 . Tabla 14
Angulo en columna (grados de la horizontal) 55 45 50 30 45 45 50 35 40 55 55 40 45 55 40 35 35 40 55
El ángulo promedio de las f ibras fue de 45 grados 79
la media fue de 45 grados. Ejemplo 24 El aparato como se muestra en las figuras 1-3 fue usado para preparar fibras poliméricas amorfas utilizando policarbonato (resina SLCC HF 1110P de General Electric) . El polímero fue calentado a 300 °C en el extrusor (temperatura medida en el extrusor 12 cerca de la salida a la bomba 13) , y la boquilla fue calentada a una temperatura de 300 °C. La cabeza de extrusión o boquilla tenía cuatro hileras y cada hilera tenía 21 orificios, haciendo un total de 84 orificios. La boquilla tenía una longitud transversal de 102 milímetros (4 pulgadas) . El diámetro de orificio era de 0.889 milímetros (0.035 pulgada) y la proporción L/D fue de 3.5. La velocidad de flujo del polímero era de 2.7 g/orificio/minuto . La distancia entre la boquilla y el atenuador
(dimensión 17 en la figura 1) era de aproximadamente 38 centímetros (15 pulgadas) y la distancia del atenuador al recolector (dimensión 21 en la figura 1) era de 71.1 centímetros (28 pulgadas) . El espacio de la cuchilla de aire (la dimensión 30 en la figura 2) era de 0.76 milímetros (0.030 pulgada); el ángulo del cuerpo del atenuador (alfa en la figura 2) era de 30°; aire a temperatura ambiente se hizo pasar a través del atenuador y la longitud del conducto del atenuador (dimensión 35 en la figura 2) era de 168 milímetros (6.6 pulgadas). La cuchilla de aire tenía una longitud 80
transversal (la dirección de la longitud 25 de la ranura en la figura 3) de aproximadamente 120 milímetros y el cuerpo de atenuador 28 en el cual se formó el rebajo para la cuchilla de aire tenía una longitud transversal de aproximadamente 152 milímetros. La longitud transversal de la pared 36 anexada al cuerpo del atenuador era de 127 milímetros (5 pulgadas) . El espacio del atenuador en la parte superior era de 1.8 mm (0.07 pulgada) (dimensión 33 en la figura 2) . El espacio del atenuador en el fondo era de 1.8 mm (0.07 pulgadas) (dimensión 34 en la figura 2) . El volumen total de aire que se hace pasar a través del atenuador (dado en metros cúbicos reales/minuto, o ACMM) era de 3.11; aproximadamente la mitad del volumen que pasa a través de cada cuchilla de aire 32. Las telas fibrosas fueron colectadas en un recolector formador de telas poroso convencional en una condición sin pegar. Luego las telas fueron calentadas en un horno a 200°C durante 1 minuto. La última etapa provocó el pegado autógeno dentro de las telas, las fibras poliméricas amorfas pegadas autógenamente retienen su forma fibrosa después del pegado. Para ilustrar la variación en morfología exhibida a lo largo de la longitud de las fibras, se llevó a cabo un análisis gravimétrico utilizando la prueba de densidad gradada descrita anteriormente. La columna contenía una mezcla de agua y solución de nitrato de calcio. Los resultados para veinte piezas que se mueven de arriba a abajo 81
dentro de la columna son dados en la tabla Tabla 15
Angulo en columna (grados de la horizontal) 90 90 90 85 90 90 90 90 85 90 90 85 90 90 90 90 90 85 90
El ángulo promedio de las fibras fue de 89 grados, la media fue de 90 grados. Ejemplo 25 El aparato como se muestra en las figuras 1-3 fue usado para preparar fibras poliméricas amorfas utilizando poliestireno (resina de poliestireno 145D de BASF) . El polímero fue calentado a 245°C en el extrusor (temperatura medida en el extrusor 12 cerca de la salida a la bomba 13), y la boquilla fue calentada a una temperatura de 245°C. La cabeza de extrusión o boquilla tenía cuatro hileras y cada hilera tenía 21 orificios, haciendo un total de 84 orificios.
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La boquilla tenía una longitud transversal de 101.6 milímetros (4 pulgadas). El diámetro de orificio era de 0.889 mm (0.035 pulgada) y la proporción L/D era de 3.5. La velocidad de flujo del polímero era de 0.5 g/orificio/minuto . La distancia entre la boquilla y el atenuador
(dimensión 17 en la figura 1) era de aproximadamente 38 centímetros (15 pulgadas) , y la distancia del atenuador al recolector (dimensión 21 en la figura 1) era de 63.5 centímetros (25 pulgadas) . El espacio de la cuchilla de aire (la dimensión 30 en la figura 2) era de 0.762 milímetros (0.030 pulgada) ; el ángulo del cuerpo del atenuador (alfa en la figura 2) era de 30°; aire a temperatura ambiente se hizo pasar a través del atenuador y la longitud del conducto del atenuador (dimensión 35 en la figura 2) era de 167.64 milímetros (6.6 pulgadas) . La cuchilla de aire tenía una longitud transversal (la dirección de la longitud 25 de la ranura en la figura 3) de aproximadamente 120 milímetros y el cuerpo del atenuador 28 en el cual se formó el rebajo para la cuchilla de aire tenía una longitud transversal de aproximadamente 152 milímetros. La longitud transversal de la pared 36 anexada al cuerpo del atenuador era de 127 milímetros (5 pulgadas) . El espacio del atenuador en la parte superior era de 3.73 mm (0.147 pulgada) (dimensión 33 en la figura 2). El espacio del atenuador en el fondo era de 4.10 mm (0.161 pulgadas) (dimensión 34 en la figura 2) . El volumen total de 83
aire que se hace pasar a través del atenuador (dado en metros cúbicos reales/minuto o ACMM) era de 3.11, aproximadamente la mitad del volumen pasa a través de cada cuchilla de aire 32. Telas fibrosas fueron recolectadas sobre un recolector formador de telas convencional en una condición sin pegar. Luego las telas fueron calentadas en una pegadora de aire pasante 100 °C durante 1 minuto. La última etapa provocó el pegado autógeno dentro de las telas, las fibras poliméricas amorfas pegadas autógenamente retienen su forma fibrosa después del pegado. Se llevaron a cabo pruebas utilizando un Calorímetro de Barrido Diferencial Q 1000 de TA Instruments para determinar el efecto de procesamiento sobre el intervalo de transición vitrea del polímero. Se aplicó una velocidad de calentamiento lineal de 5°C/minuto a cada muestra, con una amplitud de perturbación de +/-1°C cada 60 segundos. Las muestras fueron sometidas a un perfil de calentamiento-enfriamiento-calentamiento que fluctúa de 0°C a aproximadamente 150 °C. Los resultados de las pruebas sobre el polímero global, esto es, polímero que no es formado en fibras y los polímeros formados en fibras (antes y después del pegado simulado) son ilustrados en la figura 12. Se puede ver que, en el intervalo de transición vitrea, la temperatura de inicio de las fibras antes del pegado simulado es más baja 84
que la temperatura de inicio del polímero global. También, la temperatura final del intervalo de transición vitrea para las fibras antes del pegado simulado es más alta que la temperatura final del polímero global. Como resultado, el intervalo de transición vitrea de las fibras poliméricas amorfas es más grande que el intervalo de transición vitrea del polímero global. Las modalidades específicas precedentes son ilustrativas de la práctica de la invención. La presente invención se puede llevar a la práctica apropiadamente en ausencia de cualquier elemento o ítem no descrito específicamente en este documento. Las revelaciones completas de todas las patentes, solicitudes de patentes y publicaciones son incorporadas a este documento por referencia como si se incorporaran individualmente. Varias modificaciones y alteraciones de esta invención se harán evidentes para aquellos experimentados en la técnica sin desviarse del alcance de esta invención. Se debe comprender que esta invención no estará indebidamente limitada a las modalidades ilustrativas resumidas en la presente. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención es el que resulta de la presente descripción de la invención.