BRPI0715525A2

BRPI0715525A2 - manta fibrosa que compreende microfibras dispersas entre fibras de fiaÇço por fusço ligadas

Info

Publication number: BRPI0715525A2
Application number: BRPI0715525-5A
Authority: BR
Inventors: Andrew R Fox; John D Stelter; Timothy J Lindquist
Original assignee: 3M Innovative Properies Company
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2013-04-24
Also published as: KR20090035560A; US20080026661A1; CN101495693A; WO2008016771A1; CN101495693B; EP2047022A1; US7807591B2; JP2009545681A; US20100258967A1; KR101432325B1; US8591683B2; JP5642964B2

Abstract

MANTA FIBROSA QUE COMPREENDE MICROFIBRAS DISPERSAS ENTRE FIBRAS DE FIAÇçO POR FUSçO LIGADAS. A presente invenção refere-se a uma manta fribosa não-tecida que compreende uma matriz de fibras de fiação por fusão contínuas, ligadas em uma forma auto-sustentável coerente e microfibras preparadas separadamente, dispersas entre as fibras de fiação por fusão. As microfibras podem ter diâmetros medianos menores que um ou dois micrômetros. O método para preparação de tal manta fibrosa não-tecida compreende o estabelecimento de um fluxo de fibras de fiação por fusão oreintadas contínuas contendo um eixo longitudinal, o estabelecimento de um fluxo de microfibras produzidas por meltblow que saem de uma matriz de meltblowing em um ponto próximo ao fluxo de fibras de fiação por fusão, com o fluxo produzido por meltblo sendo direcionado para se fundir com o fluxo de fiação por fusão e contendo um eixo longitudinal que forma um ângulo entre 0 e 90 graus com o eixo longitudinal do fluxo de fiação por fusão, capturando as fibras produzidas por meltblown no fluxo de fibras de fiação por fusão e coletando o fluxo fundido como uma manta em um coletor espaçado próximo ao ponto de intersecção dos fluxos de fiação por fusão e de meltblown.

Description

"MANTA FIBROSA QUE COMPREENDE MICROFIBRAS DISPERSAS ENTRE FIBRAS DE FIAÇÃO POR FUSÃO LIGADAS"

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a mantas fibrosas de não-tecido que compreendem uma combinação de fibras de fiação por fusão orientadas contínuas e microfibras preparadas separadamente.

Antecedentes da Invenção

As mantas fibrosas de não-tecido usadas como meios filtrantes freqüentemente compreendem dois ou mais tipos de fibras, com cada uma contendo um diâmetro médio diferente, para que a manta possa filtrar partículas de uma ampla gama de tamanhos. Geralmente, os diferentes tipos de fibras se encontram em diferentes camadas da manta. Um exemplo mostrado na publicação de pedido de patente U.S. N0 US 2004/0035095 (Healy), é uma manta de filtragem que compreende uma camada de microfibras contendo diâmetros entre cerca de 0,8 e 1,5 micrômetros, produzida por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade (meltblown) em uma manta de fiação contínua (consulte os parágrafos de [0009] até [0012]). Um problema com tal manta é que microfibras tão pequenas, expostas na parte superior da manta, são muito frágeis e são facilmente esmagadas por manuseio normal ou contato com algum objeto. Além disso, com fibras de diâmetro muito fino pode ser difícil, devido ao baixo peso de uma fibra individual, transportar as fibras e mantê-las em um fluxo de fibras eficiente. Algumas dessas fibras muito finas tendem a se dispersar conforme elas saem de uma matriz de meltblowing, ao invés de se moverem em um fluxo contido até um coletor.

Outro exemplo de uma multicamada da técnica anterior são mantas fibrosas de multi-diâmetro chamadas de mantas de SMS, que compreendem uma camada de fibras de fiação contínua, uma camada de microfibras produzidas por meltblown e outra camada de fibras de fiação contínua. A natureza multicamada de tais mantas aumenta sua espessura e peso e também adiciona alguma complexidade na fabricação.

Sumário da Invenção

Através da presente invenção, microfibras são incorporadas a uma manta fibrosa não-tecida que compreende uma matriz coerente de fibras de fiação por fusão. Descobriu-se que um fluxo de microfibras, incluindo um fluxo consistindo apenas em microfibras muito finas contendo uma diâmetro mediano de um ou dois micrômetros ou menos, pode ser combinada com um fluxo de fibras de fiação por fusão, onde as microfibras são capturadas pelo fluxo de fibras de fiação por fusão e dispersas entre as fibras de fiação por fusão. Além disso, através da presente invenção, as fibras de fiação por fusão coletadas são ligadas de preferência através de uma etapa de ligação térmica autógena, para formar uma matriz coerente que é auto-sustentável, em que as microfibras são seguras com segurança e protegidas, de modo que a manta pode ser manuseada e usada com perda ou esmagamento mínimo das microfibras. De preferência, as fibras de fiação por fusão são fibras orientadas que compreendem um material polimérico semi-cristalino, adicionando, desse modo, às propriedades mecânicas ou físicas de manta.

Em resumo, a presente invenção fornece uma manta fibrosa não-tecida que compreende uma matriz de fibras de fiação por fusão ligadas contínuas, em uma forma auto-sustentável coerente e microfibras preparadas separadamente dispersas entre as fibras de fiação por fusão, muito freqüentemente em uma quantidade que representa pelo menos um por cento, em peso, das fibras da manta.

Uma manta, conforme descrito, tem inúmeras propriedades benéficas e exclusivas. Por exemplo, um produto final útil que pode ser preparado consiste apenas em uma única camada, mas compreende uma mistura de microfibras e fibras maiores, com capacidades de filtração melhoradas e área de superfície da fibra aumentada. Tal produto de camada única oferece propriedades importantes - complexidade do produto e resíduos são reduzidos através da eliminação de processos de laminação e equipamento e através da redução do número de materiais intermediários. Dada a natureza direta de formação da manta da fabricação das mantas da invenção, em que um material polimérico formador de fibras é convertido em uma manta em uma operação essencialmente direta, mantas da invenção podem ser bem econômicas. Além disso, se todas as fibras da manta compreendem a mesma composição polimérica, a manta pode ser totalmente reciclável.

Uma manta da invenção, incluindo produtos de camada única, pode ser usada em uma variedade de formas - por exemplo, ela pode ser moldada ou pregueada, bem como pode ser usada em sua forma coletada. Usando-se microfibras de diâmetro muito pequeno, o que é possível através da invenção, dá-se à manta uma área de superfície da fibra ainda mais ampliada, com tais efeitos benéficos como filtração aprimorada e desempenho de isolamento térmico ou acústico. Características como filtração e isolamento podem ser ajustadas para um uso particular, mediante o uso de fibras de diferentes diâmetros. E, em contraste com a alta queda de pressão freqüentemente característica de mantas de microfibra, as quedas de pressão das mantas da invenção são mantidas mais baixas, pois as fibras de fiação por fusão maiores são separadas fisicamente e espaçadas entre as microfibras.

Glossário

Para propósitos da presente invenção, "microfibras" são fibras que contém um diâmetro mediano de 10 micrômetros ou menos; "microfibras ultrafinas" são microfibras que contém um diâmetro mediano de dois micrômetros ou menos; e "microfibras de submícron" são microfibras que contém um diâmetro mediano de um micrômetro ou menos. Quando referência é feita aqui a um lote, grupo, conjunto, etc. de um tipo particular de microfibra, por exemplo, "um conjunto de microfibras de submícron", isso significa a população completa de microfibras naquele conjunto, ou a população completa de um único lote de microfibras e não apenas aquela porção do conjunto ou lote que têm dimensões de submícron.

"Fibras de fiação por fusão orientadas contínuas", na presente invenção, refere-se a fibras essencialmente contínuas que partem de uma matriz e passam através de uma estação de processamento em que as fibras são permanentemente extraídas e pelo menos porções das moléculas de polímero dentro das fibras são permanentemente orientadas em alinhamento com o eixo longitudinal das fibras ("orientada", quando usado em relação às fibras, significa que pelo menos porções das moléculas de polímero das fibras são alinhadas ao longo do eixo longitudinal das fibras). "Fibras meltblown", na presente invenção, refere-se a fibras preparadas pela extrusão de material formador de fibras fundido através de orifícios em uma matriz, em uma corrente gasosa de alta velocidade, onde o material extrudado é primeiramente atenuado e, então, solidificado como uma massa de fibras. "Microfibras preparadas separadamente" significa um fluxo de microfibras produzidas por um aparelho formador de microfibra (por exemplo, uma matriz) posicionada de tal modo que o fluxo de microfibras é inicialmente separado de maneira espacial (por exemplo, sobre uma distância de cerca de 25 mm (1 polegada) ou mais, mas que irá se misturar em fuga e se dispersar em um fluxo de fibras de fiação contínua de tamanho maior.

"Ligação autógena" é definida como a ligação entre as fibras a uma temperatura

elevada, conforme obtida em um forno ou com um conector através do ar, sem a aplicação de pressão de contato sólida como em uma ligação por ponto ou calandragem.

Polímeros "molecularmente iguais" refere-se a polímeros que têm, essencialmente, a mesma unidade molecular repetida, mas que podem ser diferentes em peso molecular, método de produção, forma comercial, etc.

"Auto-suportada" ou "auto-sustentável", na descrição da manta, significa que a manta pode ser segura, manuseada e processada por si só.

Outra Técnica Anterior

A técnica anterior está repleta de instruções de um fluxo de um tipo de fibra que é misturado com outro fluxo de fibras e coletado como uma manta combinada. Um desses exemplos é a patente U.S. N0 4.931.355 (Radwanski et al), que mostra uma manta composta formada através da introdução de um fluxo secundário de "fibras de polpa, fibras têxteis, fibras meltblown e filamentos contínuos" (Resumo) em um fluxo primário de fibras meltblown e, então, hidro-entrelaçamento da mistura depositada. Diz-se que o uso de fibras meltblown facilita o hidro-entrelaçamento e evita outras técnicas de ligação (coluna 4, linhas 16 a 20). O fluxo secundário tem, de preferência, uma velocidade mais baixa que o fluxo primário (coluna 7, linhas 46 a 50). Diz-se que todas as fibras da manta são desorganizadas para fornecer boas propriedades isotrópicas (coluna 13, linhas 47 a 49). Não há amostra de uma manta que compreende uma matriz coerente de fibras de fiação por fusão contínuas orientadas termicamente unidas, com microfibras dispersas entre as fibras de fiação por fusão.

A patente U.S. N0 5.993.943 (Bodaghi et al) mostra fibras meltblown orientadas de

diâmetro pequeno, incluindo fibras que podem ter uma média de menos de um micrômetro (mícron) de diâmetro, as quais fibras meltblown não-orientadas podem ser adicionadas; mas não há amostra de uma matriz coerente de fibras meltblown ligadas, em que microfibras produzidas por meltblown são dispersas. WO 2004/011123 (Springett) mostra um elemento filtrante que compreende uma

manta porosa moldada que contém fibras têxteis termicamente unidas e microfibras não- unidas termicamente eletricamente carregadas, com a manta porosa moldada sendo mantida em sua configuração moldada, pelo menos em parte, pelas ligações entre as fibras têxteis em pontos de intersecção da fibra. Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é um diagrama esquemático geral de um aparelho da invenção usado para formar uma manta fibrosa não-tecida, de acordo com a presente invenção.

A figura 2 é uma vista lateral ampliada de uma câmara de processamento para preparação de fibras úteis em uma manta da invenção, com meios de montagem para a câmara não mostrados.

A figura 3 é uma vista superior, parcialmente esquemática, da câmara de processamento mostrada na figura 2 junto com a montagem e outros aparelhos associados.

A figura 4 é uma vista ampliada de uma porção do aparelho mostrada na figura 1.

A figura 5 é uma vista esquemática ampliada e expandida de uma parte de tratamento por calor do aparelho mostrada na figura 1.

A figura 6 é uma vista em perspectiva de um aparelho da figura 5.

A figura 7 é um histograma que mostra a distribuição das fibras em uma manta do exemplo 11.

Descrição Detalhada da Invenção As figuras 1 a 6 mostram um aparelho ilustrativo para realizar a invenção como

parte de um método e um aparelho de produção direta da manta. A figura 1 é uma vista lateral esquemática geral; as figuras 2 e 3 são vistas ampliadas das porções formadoras de fibra do aparelho da figura 1; as figuras 4 e 5 são vistas ampliadas de outras porções do aparelho mostrado na figura 1; e a figura 6 é uma vista em perspectiva do aparelho, conforme mostrado nas figuras 1 e 5.

Conforme ilustrado genericamente na figura 1, um fluxo 1 de fibras de fiação por fusão orientadas contínuas é preparado no aparelho formador de fibra 2 e direcionado até o aparelho de coleta 3. Em seu curso entre o aparelho formador de fibra 2 e o aparelho de coleta 3, o fluxo 1 é interceptado por um fluxo 100 de fibras meltblown que emanam do aparelho de meltblowing 101. Os dois fluxos se unem, conforme discutido em mais detalhes abaixo e ficam depositados no aparelho de coleta como uma manta blendada de fibras de fiação por fusão orientadas contínuas e fibras meltblown. Caso se deseje, um segundo aparelho de meltblowing 101a pode ser usado para introduzir fibras meltblown em ambos os lados do fluxo de fiação por fusão.

O aparelho formador de fibra 2 na figura 1 é um aparelho preferencial para uso na invenção. Usando-se esse aparelho, material formador de fibras é trazido até um cabeçote de extrusão 10 — nesse aparelho ilustrativo, através da introdução de um material formador de fibra polimérica em uma tremonha 11, fusão do material em uma extrusora 12 e bombeamento do material fundido até o cabeçote de extrusão 10, através de uma bomba 13. Apesar do fato de que dito material polimérico sólido em pélete ou outra forma particulada é mais comumente usado e fundido em um líquido em estado bombeável, outros líquidos formadores de fibras como soluções de polímero também podem ser usados.

O cabeçote de extrusão 10 pode ser uma fiandeira ou conjunto de fiandeiras convencional, que geralmente incluem múltiplos orifícios dispostos em um padrão regular, por exemplo, fileiras de linhas retas. Os filamentos 15 de líquido formador de fibras são extrudados do cabeçote de extrusão e transmitidos até uma câmara de processamento ou atenuador 16. A distância 17 através da qual os filamentos 15 extrudados viajam antes de chegarem ao atenuador 16 pode variar, assim como as condições as quais eles são expostos. Tipicamente, correntes de arrefecimento 18 de ar ou outro gás são apresentadas aos filamentos extrudados para reduzir a temperatura dos filamentos extrudados 15. Alternativamente, correntes de ar ou outro gás podem ser aquecidas para facilitar o estiramento das fibras. Pode haver uma ou mais correntes de ar ou outro fluido — por exemplo, uma primeira corrente de ar 18a que passa de maneira transversal à corrente de filamento, que pode remover materiais gasosos indesejados ou vapores liberados durante a extrusão; e uma segunda corrente de ar de arrefecimento 18b que alcança uma redução de temperatura desejada. Ou até mesmo mais correntes de arrefecimento podem ser usadas; por exemplo, o fluxo mostrado como 18b na figura 1 pode compreender, por si só, mais de um fluxo para alcançar um nível desejado de arrefecimento. Dependendo do processo sendo usado ou a forma desejada do produto final, o ar de arrefecimento pode ser suficiente para solidificar os filamentos extrudados 15 antes que eles alcancem o atenuador 16. Em outros casos, os filamentos extrudados ainda estão em uma condição amaciada ou fundida quando eles entram no atenuador. Alternativamente, nenhuma corrente de arrefecimento é usada; nesse caso, ar ambiente ou outro fluido entre o cabeçote de extrusão 10 e o atenuador 16 pode ser um meio para qualquer mudança nos filamentos extrudados, antes deles entrarem no atenuador.

Os filamentos 15 passaram através do atenuador 16 e eventualmente foram para um coletor 19 onde eles foram coletados como uma massa de fibras 20, conforme discutido em mais detalhes abaixo. O coletor 19 é, geralmente, poroso e um dispositivo de remoção de gás 14 pode ser posicionado abaixo do coletor para ajudar na deposição das fibras no coletor. A distância 21 entre a saída do atenuador e o coletor pode variar para se obter diferentes efeitos.

No atenuador, os filamentos são alongados e reduzidos em diâmetro e as moléculas de polímero nos filamentos se tornam orientadas, isto é, pelo menos porções das moléculas de polímero dentro das fibras se alinham ao eixo longitudinal das fibras. No caso de polímeros semi-cristalinos, a orientação é geralmente suficiente para desenvolver cristalinidade induzida por alongamento, que reforça e muito as fibras resultantes. A figura 2 é uma vista lateral ampliada de um atenuador representativo 16 para preparação de fibras de fiação por fusão que são especialmente úteis nas mantas da invenção. O atenuador 16 compreende duas metades ou lados móveis 16a e 16b, separados de modo a definir, entre eles, a câmara de processamento 24: as superfícies opostas dos lados 16a e 16b formam as paredes da câmara. A figura 3 é uma vista superior e um tanto quanto esquemática em uma escala diferente, que mostra o atenuador representativo 16 e uma parte de sua montagem e estrutura de suporte. Conforme visto a partir da vista superior na figura 3, o processamento ou câmara de atenuação 24 é, geralmente, uma fenda alongada, contendo um comprimento transversal 25 (transversal à trajetória de movimento dos filamentos através do atenuador).

Apesar do fato de que existem duas metades ou lados, o atenuador funciona como um dispositivo unitário e será discutido primeiramente em sua forma combinada. (A estrutura mostrado nas figuras 2 e 3 é apenas representativa e uma variedade de construções diferentes pode ser usada.) O atenuador representativo 16 inclui paredes de entrada inclinadas 27, que definem um espaço ou passagem de entrada 24a da câmara de atenuação 24. As paredes de entrada 27 são, de preferência, curvas na borda ou superfície de entrada 27a, para suavizar a entrada das correntes de ar que carregam os filamentos extrudados 15. As paredes 27 são fixadas a uma porção de corpo principal 28 e podem ser dotadas de uma área rebaixada 29 para estabelecer um vão 30 entre a porção de corpo 28 e a parede 27. Ar pode ser introduzido nos vãos 30 através de condutos 31, criando facas de ar (representadas pelas flechas 32) que aumentam a velocidade dos filamentos que passam através do atenuador e que também têm um efeito de arrefecimento adicional sobre os filamentos. O corpo do atenuador 28 é, de preferência, curvo em 28a para suavizar a passagem do ar da faca de ar 32 na passagem 24. O ângulo (a) da superfície 28b do corpo do atenuador pode ser selecionado para determinar o ângulo desejado em que a faca de ar comprime o fluxo de filamentos que passam através do atenuador. Ao invés de estarem próximas a entrada da câmara, as facas de ar pode estar dispostas mais para dentro da câmara.

A câmara de atenuação 24 pode ter uma largura do vão uniforme (a distância horizontal 33 na página da figura 2 entre os dois lados do atenuador é aqui chamada de largura do vão) sobre seu comprimento longitudinal através do atenuador (a dimensão ao longo de um eixo longitudinal 26 através da câmara de atenuação é chamada de comprimento axial). Alternativamente, conforme ilustrado na figura 2, a largura do vão pode variar ao longo do comprimento da câmara do atenuador. Em uma modalidade diferente, a câmara de atenuação é definida por paredes retas ou planas; em tais modalidades, o espaçamento entre as paredes pode ser constante ao longo do seu comprimento, ou, alternativamente, as paredes podem convergir ou divergir um pouco (isso é preferencial, pois ela tende a causar uma ampliação da corrente de fibra de fiação por fusão) sobre o comprimento axial da câmara de atenuação. Em todos esses casos, as paredes que definem a câmara de atenuação são consideradas aqui como paralelas, pois o desvio do paralelismo exato é relativamente baixo. Conforme ilustrado na figura 2, as paredes que definem a porção principal do comprimento longitudinal da passagem 24 podem assumir a forma de placas 36 que são separadas da, e fixadas à, porção de corpo principal 28.

O comprimento da câmara de atenuação 24 pode variar para alcançar diferentes efeitos; essa variação é especialmente útil na porção entre as facas de ar 32 e a abertura de saída 34, às vezes chamada aqui de comprimento da calha de escoamento 35. O ângulo entre as paredes da câmara e o eixo 26 pode ser mais largo próximo à saída 34 para mudar a distribuição das fibras no coletor; ou uma estrutura, como as superfícies do defletor, superfícies de Coanda curva e comprimentos de parede irregulares podem ser usados na saída para se alcançar uma dispersão desejada ou outra distribuição das fibras. Em geral, a largura do vão, o comprimento da calha de escoamento, o formato da câmara de atenuação, etc. são escolhidos em conjunto com o material a ser processado e o modo de tratamento desejado para se alcançar os efeitos desejados. Por exemplo, comprimentos de calha de escoamento mais longos podem ser úteis para aumentar a cristalinidade das fibras preparadas. As condições são escolhidas e podem ser amplamente variadas para processar os filamentos extrudados em uma forma de fibra desejada.

Conforme ilustrado na figura 3, os dois lados 16a e 16b do atenuador representativo 16 são suportados através de blocos de montagem 37 fixados à rolamentos lineares 38 que deslizam em hastes 39. O rolamento 38 têm um movimento de baixo atrito na haste através de meios como fileiras de rolamentos de esfera que se estendem axialmente, dispostas radialmente ao longo da haste, de modo que os lados 16a e 16b possam se mover prontamente na direção e para longe uma do outra. Os blocos de montagem 37 são fixados ao corpo do atenuador 28 e um compartimento 40 através da qual ar de um tubo de suprimento 41 é distribuído aos condutos 31 e facas de ar 32.

Nessa modalidade ilustrativa, cilindros de ar 43a e 43b são conectados, respectivamente, aos lados do atenuador 16a e 16b, através da conexão das hastes 44 e aplicação de uma força de aperto que pressiona os lados do atenuador 16a e 16b em direção um ao outro. Alguns modos de operação úteis do atenuador 16 são descritos na patente U.S. N0 6.607.624 (Berrigan et al.). Por exemplo, o movimento dos lados do atenuador ou paredes da câmara pode ocorrer quando há uma perturbação no sistema, como quando um filamento que está sendo processado se quebra ou se enrosca com outro filamento ou fibra.

Como será visto, no atenuador 16 ilustrado nas figuras 2 e 3, não existem paredes

laterais nas extremidades do comprimento transversal da câmara. Como resultado, as fibras que passam através da câmara podem se espalhar para fora da câmara, conforme elas se aproximam da saída da câmara. Tal disposição pode ser desejável para ampliar a massa das fibras coletadas no coletor. Em outras modalidades, a câmara de processamento não inclui paredes laterais, apesar de que uma única parede lateral em uma extremidade transversal da câmara não está fixada a ambos os lados de câmara 16a e 16b, pois ligação nos dois lado da câmara iria evitar a separação dos lados, conforme discutido acima. Ao invés disso, uma parede lateral ou paredes laterais podem ser fixadas a um lado da câmara e mover aquele lado quando e se o mesmo se mover em resposta a alterações de pressão dentro da passagem. Em outras modalidades, as paredes laterais são divididas, com uma porção fixada a um lado da câmara e a outra porção fixada ao outro lado da câmara, com as porções de parede lateral se sobrepondo, de preferência, se for desejado confinar o fluxo de fibras processadas dentro da câmara de processamento.

Apesar do fato de que o aparelho mostrado nas figuras 1 a 3 com paredes móveis tem vantagens, conforme descrito, o uso de tal atenuador não é necessário na prática da presente invenção. Fibras úteis para a invenção podem ser preparadas em um aparelho em que as paredes do atenuador são fixas e imóveis, ou que não se movem na prática.

Geralmente, qualquer material polimérico formador de fibras pode ser usado na preparação da fibra de fiação por fusão, apesar do fato de que, geralmente e de preferência, o material formador de fibras é semi-cristalino. Os polímeros comumente usados na formação de fibras, como polietileno, polipropileno, tereftalato de polietileno, náilon e uretanos, são especialmente úteis. Mantas da invenção também foram preparadas a partir de polímeros amorfos como poliestireno. Os polímeros específicos mencionados aqui são apenas exemplos e uma ampla variedade de outros materiais poliméricos ou formadores de fibras são úteis. Fibras podem, também, ser formadas a partir de mesclas de materiais, incluindo

materiais em que determinados aditivos foram misturados, como pigmentos ou corantes. Fibras bicomponentes de fiação por fusão, como fibras bicomponentes tipo núcleo-capa ou g tipo lado a lado, podem ser preparadas ("bicomponente", na presente invenção, inclui fibras com dois ou mais componentes, com cada componente ocupando uma parte da área da seção transversal da fibra e se estendendo sobre o comprimento substancial da fibra), assim como microfibras bicomponentes produzidas por meltblown. Entretanto, a invenção é particularmente útil e vantajosa com fibras monocomponentes (em que as fibras têm essencialmente a mesma composição ao longo de sua seção transversal, mas "monocomponente" inclui blendas ou materiais contendo aditivos, em que uma fase contínua de composição uniforme se estende ao longo da seção transversal e sobre o comprimento da fibra). Entre outros benefícios, a habilidade de se usar fibras de componente único reduz a complexidade de fabricação e impõe menos limitações no uso da manta.

Vários processos usados convencionalmente como auxiliares nos processos de formação de fibra podem ser usados em conexão com filamentos, conforme eles entram ou saem do atenuador, como aspersão de acabamentos ou outros materiais nos filamentos, aplicação de uma carga eletrostática aos filamentos, aplicação de névoa de água, etc. Além disso, vários materiais podem ser adicionados a uma manta coletada, incluindo agentes de ligação, adesivos, acabamentos e outras mantas ou filmes.

O aparelho de meltblowing 101 pode ser uma estrutura conhecida e operada por meios conhecidos, para produzir microfibras produzidas por meltblown para uso na invenção. Uma descrição antiga de um método e aparelho básicos para de meltblowing é encontrada em "Superfine Thermoplastic Fibers", em Industrial Engineering Chemistry, por Wente, Van A., Vol. 48, páginas 1.342 et seq (1.956), ou no Relatório N0 4364 da Naval Research Laboratories, publicado em 25 de Maio de 1954, intitulado "Manufacture of Superfine Organic Fibers" por Wente, V. A.; Boone, C. D.; e Fluharty, E. L. Um aparelho de meltblowing típico inclui uma matriz 102 que tem uma câmara de extrusão 103 através da qual material formador de fibras liqüefeito avança a partir de uma extrusora 104; orifícios de matriz 105 dispostos em linha ao longo da parte frontal da matriz e através da qual o material formador de fibras é extrudado; e orifícios de gás cooperativos 106, através dos quais um gás, tipicamente aquecido, é forçado a uma alta velocidade. A corrente gasosa de alta velocidade retira e atenua o material formador de fibras extrudado, até que o material formador de fibras se solidifica (em variados graus de solidez) e forma um fluxo de microfibras 100 durante a passagem até o seu ponto de união com a corrente de fiação por fusão 1.

Métodos para microfibras obtidas por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade, de diâmetro muito pequeno incluindo tamanhos de submícron, são conhecidas; vide, por exemplo, a patente U.S. N0 5.993943 (Bodaghi et al), por exemplo, da coluna 8, linha 11 até a coluna 9, linha 25; mas a passagem de filamentos através de uma câmara de orientação, conforme descrito por Bodaghi et al., não é necessária para se obter microfibras de diâmetro pequeno para uso na invenção.

Polipropileno é, geralmente, o material preferencial para formação de fibras meltblown, mas muitos outros materiais podem ser usados, incluindo, geralmente, qualquer um dos materiais úteis na formação de fibras de fiação por fusão. É geralmente preferencial, no caso de mantas que irão ser eletricamente carregadas, que tanto as fibras meltblown como fibras de fiação contínua sejam feitas de um material eletricamente carregável. Os materiais preferenciais incluem polipropileno, policarbonato, polimetilpenteno e copolímeros de olefinas cíclicas; outros são polietileno e polímeros de ácido polilático.

A matriz de meltblowing 102 é, de preferência, posicionada próxima ao fluxo 1 de fibras de fiação por fusão para melhor realizar a captura de fibras meltblown pelas fibras de fiação por fusão; colocação próxima da matriz de meltblowing ao fluxo de fiação por fusão é especialmente importante para a captura de fibras de submícron. Por exemplo, a distância 107 na figura 4, da saída da matriz 102 até a linha central da corrente de fiação por fusão 1 é, de preferência, de 5 a 25 centímetros (cerca de 2 a 12 polegadas) e, de preferência, cerca de 15 ou 20 centímetros (6 ou 8 polegadas) ou menos para microfibras muito pequenas. Além disso, o fluxo 100 de fibras meltblown é, de preferência, disposto em um ângulo agudo θ em relação ao fluxo 1 de fibras de fiação por fusão, de modo que um vetor do fluxo produzido por meltblown 100 é alinhado diretamente com o fluxo 1. De preferência, θ situa-se entre cerca de 0 e 45 graus e, com mais preferência, entre 10 e 30 graus. A distância 108 do ponto aproximado da união das correntes de meltblown e fiação por fusão até o coletor 19 é, tipicamente, pelo menos 10 mas menor que 40 centímetros, para evitar entrelaçamento excessivo e manter a uniformidade da manta. A distância 109 é suficiente, geralmente pelo menos cerca de 15 centímetros (6 polegadas), para que a energia cinética da corrente de fiação por fusão seja reduzida e permitindo, por meio disso, que a corrente produzida por meltblown se misture melhor com a corrente de fiação por fusão.

Outras técnicas para formar fibras de submícron também podem ser usadas, por exemplo, conforme apresentado na patente U.S. N0 5.227.107, na patente U.S. N0 6.743,273, na patente U.S. N0 6.800.226, na patente U.S. N0 4.363.646 (Torobin) e na patente U.S. N0 3.874.886. As fibras meltblown são tipicamente muito longas, apesar do fato de que elas

geralmente são consideradas como descontínuas. Seus comprimentos longos - com uma razão entre comprimento e diâmetro se aproximando do infinito, em contraste aos comprimentos finitos de fibras têxteis - faz com que elas fiquem melhor presas dentro da matriz das fibras de fiação por fusão. Elas são geralmente orgânicas e poliméricas e, freqüentemente, do mesmo polímero molecular que as fibras de fiação por fusão. Conforme as correntes de fibras meltblown e as fibras de fiação por fusão se fundem, as fibras meltblown se tornam dispersas entre as fibras de fiação por fusão. Uma mistura razoavelmente uniforme é obtida, especialmente nas dimensões x-y, com a distribuição na dimensão ζ sendo controlada por etapas de processo específicas como controle de distância 107, o ângulo θ e a massa e a velocidade dos fluxos que se fundem. O fluxo fundido prossegue até o coletor 19 na figura 1 e é coletado pelo mesmo como uma massa 20 em forma de manta.

A quantidade de microfibras incluídas em uma manta da invenção pode variar dependendo do uso pretendido da manta. Uma quantidade eficaz, isto é, uma quantidade eficaz para se alcançar o desempenho desejado, não precisa ter uma grande quantidade de peso. Geralmente, as microfibras contam como pelo menos um por cento, em peso, e menos que cerca de 50 por cento, em peso, das fibras da manta. Devido a alta área superficial das microfibras, uma quantidade de peso baixa pode alcançar o desempenho desejado. No caso de mantas da invenção que incluem microfibras muito pequenas, as microfibras geralmente contam como pelo menos 5 por cento da área superficial fibrosa de manta e, mais tipicamente, 10 ou 20 por cento ou mais da área superficial fibrosa. Uma vantagem particular da invenção é a habilidade de se introduzir fibras de diâmetro pequeno em uma aplicação desejada, como filtração ou isolamento térmico ou acústico.

Dependendo da condição das fibras de fiação por fusão e fibras meltblown, alguma ligação pode ocorrer entre as fibras, durante a coleta. Entretanto, ligação adicional entre as fibras de fiação por fusão na manta coletada é geralmente necessária para fornecer uma matriz de coerência desejada, fazendo com que a manta seja mais manuseável e mais apta a prender as fibras meltblown dentro da matriz ("ligar" as fibras significa aderir as fibras juntas firmemente, de modo que elas geralmente não se separem quando a manta é submetida a manuseio normal).

Técnicas de ligação convencionais que usam calor e pressão aplicados em um processo de ligação por ponto ou por cilindros de calandra lisos podem ser usadas, apesar do fato de que tais processos podem causar deformação indesejada das fibras ou compactação da manta. Uma técnica mais preferencial para ligação das fibras de fiação por fusão é mostrada no pedido de patente U.S. N0 11/461.201, depositado em 31 de Julho de 2006. O aparelho usado para realizar essa técnica é ilustrado nas figuras 1, 5 e 6 dos desenhos. Em resumo, conforme aplicado à presente invenção, essa técnica preferencial envolve sujeitar a manta coletada de fibras de fiação por fusão e fibras meltblown a uma operação controlada de aquecimento e arrefecimento que inclui a) passagem forçada, através da manta, de uma corrente gasosa aquecida até uma temperatura suficiente para amaciar as fibras de fiação por fusão, o suficiente para fazer com que as fibras de fiação por fusão se liguem em pontos de intersecção da fibra (por exemplo, em pontos de intersecção suficientes para formar uma matriz coerente ou ligada), com a corrente aquecida sendo aplicada por um tempo distinto muito curto para fundir totalmente as fibras e b) passagem forçada imediata, através da manta, de uma corrente gasosa a uma temperatura pelo menos 50°C menor que a corrente aquecida para arrefecer as fibras (conforme definido no pedido de patente U.S. N0 11/461.201 acima, "forçadamente" significa que uma força em adição a pressão ambiente normal é aplicada à corrente gasosa para impulsionar a corrente através da manta; "imediatamente" significa como parte da mesma operação, isto é, sem um tempo de intervalo de armazenamento, conforme ocorre quando a manta é enrolada em um rolo antes da próxima etapa de processamento). Como um termo de abreviação, essa técnica é descrita como uma técnica de aquecimento de fluxo arrefecido e o aparelho é chamado de aquecedor de fluxo arrefecido. Descobriu-se que as microfibras produzidas por meltblown não se fundem

substancialmente ou perdem sua estrutura de fibra durante a operação de ligação, mas se mantém como microfibras distintas com suas dimensões de fibra originais. As fibras meltblown são conhecidas por terem uma morfologia diferente, menos cristalina que fibras de fiação por fusão e teorizamos que o aquecimento limitado aplicado à manta durante a operação de ligação é gasta no desenvolvimento de crescimento cristalino dentro das fibras meltblown, antes que a fusão das fibras sopradas fundidas ocorra. Estando essa teoria correta ou não, a ligação das fibras de fiação por fusão sem fusão substancial ou distorção das microfibras produzidas por meltblown não ocorre e é benéfica às propriedades da manta finalizada.

Uma variação do método descrito, apresentado com mais detalhes no pedido de

patente U.S. N° 11/461.201 supracitado, tira vantagem da presença de dois tipos diferentes de fases moleculares dentro das fibras de fiação por fusão - um tipo chamado de fase molecular caracterizada por cristalitos devido a uma presença relativamente grande de domínios cristalinos de cadeia estendida, ou de cadeia induzida e um segundo tipo chamado de fase caracterizada por amorfismo, pois há uma presença relativamente grande de domínios de ordem cristalina inferior (isto é, de cadeia não estendida) e domínios que são amorfos, apesar do fato de que o segundo pode ter alguma ordem ou orientação de um grau insuficiente para a cristalinidade. Esses dois tipos diferentes de fases, que não precisam ter limites bem definidos e que podem existir em mistura um com o outro, têm tipos diferentes de propriedades, incluindo características de fusão e/ou amaciamento diferentes: a primeira fase caracterizada por uma presença maior de domínios cristalinos de cadeia estendida se funde a uma temperatura (por exemplo, o ponto de fusão do domínio cristalino de cadeia estendida) que é mais alto que a temperatura em que a segunda fase se funde ou se amacia (por exemplo, a temperatura de transição vítrea do domínio amorfo, conforme modificado pelos pontos de fusão dos domínios cristalinos de ordem inferior).

Em uma variação mencionada do método descrito, o aquecimento é realizado a uma temperatura e por um tempo suficiente para que a fase das fibras caracterizada por amorfismo se funda ou se amacie, enquanto a fase caracterizada por cristalitos permanece não-fundida. Geralmente, a corrente gasosa aquecida está a uma temperatura maior que a temperatura de fusão inicial do material polimérico das fibras. Após o aquecimento, a manta é rapidamente arrefecida, conforme discutido acima.

Viu-se que o tratamento da manta coletada a tal temperatura faz com que as fibras

de fiação por fusão sejam refinadas morfologícamente, que é entendido conforme exposto a seguir (não desejamos nos ligar a declarações da presente invenção de nosso "entendimento", o que geralmente envolve algumas considerações teóricas). Em relação a fase caracterizada por amorfismo, a quantidade de material molecular da fase suscetível ao crescimento indesejável (que impede o amaciamento) de cristais não é tão grande quanto antes do tratamento. Entende-se que a fase caracterizada por amorfismo experimentou um tipo de limpeza ou redução da estrutura molecular que poderia levar a aumentos indesejáveis na cristalinidade das fibras não-tratadas convencionais durante uma operação de termossolda. Fibras tratadas da invenção são capazes de um tipo de "amaciamento repetível", o que significa que as fibras e particularmente a fase caracterizada por amorfismo das fibras, irá passar por algum grau de um ciclo repetido de amaciamento e resolidificação, conforme as fibras são expostas a um ciclo de temperaturas maiores e menores dentro de uma região de temperatura inferior aquela que pode causar fusão de toda a fibra.

Em termos práticos, amaciamento repetível é indicado quando uma manta tratada (que geralmente já apresenta uma ligação útil como resultado de um tratamento de aquecimento e arrefecimento) pode ser aquecida para realizar ligação autógena adicional das fibras. O ciclo de amaciamento e resolidificação pode não continuar indefinidamente, mas é geralmente suficiente para que as fibras possam ser ligadas inicialmente mediante a exposição a calor, por exemplo, durante um tratamento por calor, de acordo com a presente invenção e depois aquecidas novamente para efetuar um re-amaciamento e uma ligação adicional, ou, caso se deseje, outras operações, como calandragem ou remodelagem. Por exemplo, uma manta da invenção pode ser calandrada em uma superfície lisa ou dada um formato não-planar, por exemplo, moldada como uma máscara facial, tirando vantagem da capacidade de ligação aprimorada das fibras (apesar do fato de que, nesses casos, a ligação não se limita a ligação autógena).

Enquanto a fase caracterizada por amorfismo, ou fase de ligação, tem um papel descrito de amaciamento durante a consolidação da manta, calandragem, modelagem ou outra operação similar, a fase da fibra caracterizada por cristalitos tem, também, um papel importante, especificamente para reforçar a estrutura de fibra básica das fibras. A fase caracterizada por cristalitos pode, geralmente, permanecer não fundida durante uma operação de ligação ou operação similar, pois seu ponto de fusão é mais alto que o ponto de fusão/amolecimento da fase caracterizada por amorfismo e, desse modo, ela se mantém como uma matriz intacta que se estende através da fibra e suporta a estrutura da fibra e dimensões da fibra. Desse modo, apesar do fato de que aquecimento da manta em uma operação de ligação autógena irá fazer com que as fibras se unam por serem submetidas ao mesmo fluxo e coalescência em pontos de intersecção da fibra, a estrutura básica e distinta da fibra é substancialmente mantida por todo o comprimento das fibras entre intersecções e ligações; de preferência, a seção transversal das fibras permanece inalterada por todo o comprimento das fibras entre intersecções ou ligações formadas durante a operação. Semelhantemente, apesar do fato de que calandragem de uma manta da invenção pode fazer com que as fibras sejam reconfiguradas pela pressão e o calor da operação de calandragem (fazendo, por meio disso, com que as fibras mantenham o formato prensado sob elas permanentemente durante a calandragem e fazendo com que a manta fique mais uniforme em sua espessura), as fibras geralmente se mantém como fibras distintas com uma retenção conseqüente das propriedades de porosidade, filtração e isolamento desejadas da manta.

Conforme mostrado nas figuras 1, 5 e 6, em um método preferencial para execução da invenção, a massa 20 de fibras de fiação por fusão e fibras sopradas fundidas coletadas é carregada pelo coletor móvel 19 sob um dispositivo de aquecimento controlado 200 montado acima do coletor 19. O dispositivo de aquecimento 200 exemplificador compreende um compartimento 201 que é dividido em um espaço cheio superior 202 e um espaço cheio inferior 203. Os espaços cheios superior e inferior são separados por uma placa 204 perfurada com uma série de orifícios 205, que são tipicamente uniformes em tamanho e espaçamento. Um gás, tipicamente ar, é alimentado ao espaço cheio superior 202 através das aberturas 206 dos condutos 207 e a placa 204 funciona como um meio de distribuição de fluxo para fazer com que o ar alimentado ao espaço cheio superior seja distribuído de maneira relativamente uniforme quando passado através da placa no espaço cheio inferior 203. Outros meios de distribuição de fluxo úteis incluem aletas, defletores, tubulações, represas de ar, telas ou placas sinterizadas, isto é, dispositivos que nivelam a distribuição de ar.

No dispositivo de aquecimento ilustrativo 200, a parede de fundo 208 do espaço cheio inferior 203 é formada com uma fenda 209 alongada e retangular, através da qual um fluxo 210 de ar aquecido alongado ou em forma de faca do espaço cheio inferior é soprado na massa 20 que passa pelo coletor 19 abaixo do dispositivo de aquecimento 200 (a massa e o coletor 19 são mostrados parcialmente invisíveis na figura 6). O dispositivo de exaustão de ar 14 se estende, de preferência, o suficiente para se estender abaixo da fenda 209 do dispositivo de aquecimento 200 (bem como estende-se ao longo da parte inferior da manta a uma distância 218 além da corrente aquecida 210 e através da área marcada 220, como será discutido abaixo). O ar aquecido no espaço cheio está, desse modo, sob uma pressão interna dentro do espaço cheio 203 e na fenda 209 ele está ainda mais abaixo do vácuo de exaustão do dispositivo de liberação de gás 14. Para controlar ainda mais a força de exaustão, uma placa perfurada 211 pode ser posicionada sob o coletor 19 para impor um tipo de contrapressão ou um meio de restrição de fluxo que garante que a corrente 210 de ar aquecido irá se espalhar até uma extensão desejada através da largura ou área aquecida da massa 20 coletada e que será inibida na passagem através de possíveis porções de baixa densidade da massa coletada. Outros meios de restrição de fluxo úteis incluem telas ou placas sinterizadas.

O número, tamanho e densidade das aberturas na placa 211 podem variar em diferentes áreas para se alcançar o controle desejado. Grandes quantidades de ar passam através do aparelho formador de fibra e devem ser descartadas conforme as fibras alcançam o coletor na região 215. Ar suficiente passa através da manta e do coletor na região 216 para segurar a manta no lugar sob as várias correntes de processamento de ar. E abertura suficiente é necessária na placa sob a região de tratamento por calor 217 para permitir que o ar de tratamento passe através da manta, enquanto resistência suficiente é fornecida para assegurar que o ar é distribuído de maneira uniforme.

As condições de temperatura e tempo devem ser controladas ao longo de toda a área aquecida da massa. Obtivemos os melhores resultados quando a temperatura do fluxo 210 de ar aquecido que passa através da manta estava dentro de uma faixa de 5°C e, de preferência, dentro de 2 ou mesmo 1°C, ao longo da largura da massa sendo tratada (a temperatura do ar aquecido é freqüentemente medido para controle conveniente da operação no ponto de entrada do ar aquecido no compartimento 201, mas isso também pode ser medido de modo adjacente a manta coletada através de termopares). Além disso, o aparelho de aquecimento é operado para manter uma temperatura estável no fluxo ao longo do tempo, por exemplo, circulando-se rapidamente o aquecedor ligado e desligado, para evitar aquecer demais ou de menos. De preferência, a temperatura é mantida dentro de um grau Celsius da temperatura desejada, quando medida em intervalos de um segundo.

Para controlar ainda mais o aquecimento, a massa é submetida a arrefecimento rapidamente após a aplicação da corrente 210 de ar aquecido. Tal arrefecimento pode geralmente ser obtido através da passagem de ar ambiente sobre e através da massa 20, imediatamente depois que a massa deixa o fluxo controlado de ar quente 210. O número 220 na figura 5 representa uma área em que ar ambiente é passado através da manta pelo dispositivo de exaustão de ar, depois que a manta passou através da corrente de ar quente. Na verdade, tal ar pode passar sob a base do compartimento 201, por exemplo, na área 220a marcada na figura 5 dos desenhos, de modo que ele alcança a manta quase que imediatamente após a manta deixar a corrente de ar quente 210. E o dispositivo de exaustão de ar 14 se estende ao longo do coletor por uma distância 218 além do dispositivo de aquecimento 100, para assegurar resfriamento e arrefecimento completo de toda a massa 20. Para propósitos de abreviação, a combinação dos aparelhos de aquecimento e arrefecimento é chamada de aquecedor de fluxo arrefecido.

Um objetivo do arrefecimento é remover o calor antes que mudanças indesejadas ocorram nas microfibras contidas na manta. Outro objetivo do arrefecimento é remover rapidamente o calor da manta e das fibras e limitando, por meio disso, a extensão e a natureza da cristalização ou ordenação molecular que irá ocorrer subseqüentemente nas fibras. Através de arrefecimento rápido do seu estado fundido/amaciado até um estado solidificado, entende-se que a fase caracterizada por amorfismo deve ser congelada em uma forma cristalina mais purificada, com redução do material molecular que pode interferir no amaciamento, ou amaciamento repetível, das fibras. Para alguns propósitos, o arrefecimento pode não ser absolutamente necessário, apesar do fato de que ele é extremamente preferencial na maioria dos casos.

Para se alcançar o arrefecimento, a massa é desejavelmente resfriada por um gás a uma temperatura pelo menos 50°C menor que o ponto de fusão nominal; além disso, o gás de arrefecimento é desejavelmente aplicado por um tempo da ordem de pelo menos um segundo (o ponto de fusão nominal é freqüentemente determinado por um fornecedor de polímero; ele também pode ser identificado através de calorimetria de varredura diferencial e, para propósitos da presente invenção, o "Ponto de Fusão Nominal" para um polímero é definido como um pico máximo de uma curva de segundo aquecimento, do fluxo de aquecimento total do DSC na região de fusão de um polímero, se houver apenas um máximo nessa região; e, se há mais de um máximo indicando mais de um ponto de fusão (por exemplo, devido a presença de duas fases cristalinas distintas), conforme a temperatura em que o ponto de fusão de amplitude mais alta ocorre). De qualquer forma, o gás de arrefecimento ou outro fluido tem capacidade de calor suficiente para solidificar rapidamente as fibras.

Uma vantagem da invenção é que microfibras produzidas por meltblown seguras dentro da manta da invenção são melhor protegidas contra compactação do que elas seriam caso estivessem presentes em uma camada composta apenas por microfibras. As fibras de fiação por fusão são geralmente maiores, mais rígidas e mais fortes que as microfibras produzidas por meltblown e elas podem ser produzidas a partir de materiais diferentes das microfibras. A presença de fibras de fiação por fusão entre as microfibras produzidas por meltblown e um objeto aplicando pressão limita a aplicação de força de esmagamento nas microfibras. Especialmente no caso de fibras de submícron, que podem ser muito frágeis, uma resistência aprimorada contra compactação ou esmagamento fornecida pela invenção oferece um benefício importante. Mesmo quando mantas da invenção são submetidas a pressão, por exemplo, ao serem enroladas em rolos gigantes de armazenamento ou em processamento secundário, mantas da invenção oferecem boa resistência a compactação da manta, que poderia, de outro modo, levar a uma alta queda de pressão e desempenho insatisfatório de carregamento para filtros. Um teste de compactação é descrito e usado em alguns dos exemplos para ilustrar a resistência à compactação exibida pelas mantas da invenção. A presença de fibras de fiação por fusão também adiciona outras propriedades como resistência da manta, dureza e propriedades de manuseio.

Os diâmetros das fibras podem ser ajustados para fornecer filtração necessária e outras propriedades. Por exemplo, pode ser desejável que as fibras de fiação por fusão tenham um diâmetro mediano de 5 a 40 micrômetros e as fibras produzidas por meltblown tenham um diâmetro de 0,5 a 10 micrômetros. De preferência, as fibras de fiação por fusão têm um diâmetro mediano entre 10 e 30 micrômetros, visto que as microfibras têm, de preferência, um diâmetro mediano de 5 micrômetros ou menos. Conforme anteriormente declarado, a invenção é particularmente útil para incorporar microfibras muito pequenas, incluindo fibras ultrafinas contendo um diâmetro mediano de 2 micrômetros ou menos, ou fibras de submícron contendo um diâmetro mediano de um micrômetro ou menos. Além disso, é possível formar um gradiente através da manta, por exemplo, na proporção produzida por meltblown sobre a altura ou espessura da manta, que pode ser alcançada através da variação das condições de processamento como a velocidade do ar ou taxa da massa do fluxo produzido por meltblown ou a geometria da intersecção dos fluxos de fiação por fusão e produzido por meltblown, incluindo a distância da matriz de meltblown a partir do fluxo de fiação por fusão e o ângulo do fluxo produzido por meltblown. Uma concentração de fibras produzidas por meltblown próxima a uma borda de uma manta é comum.

Conforme mostrado em linhas tracejadas na figura 1, um segundo fluxo 100a de fibras produzidas por meltblown pode, opcionalmente, ser introduzida no fluxo de fibras orientadas contínuas. Correntes adicionais também podem ser incluídas.

A invenção é mais comumente praticada através da coleta de uma manta em uma coletor do tipo de tela contínua, como o coletor tipo esteira 19 na figura 1 ou um tambor coberto com uma tela. Em um método de coleta diferente, uma manta pode ser coletada mirando-se o fluxo fundido de fibras de fiação por fusão e fibras produzidas por meltblown no vão entre dois coletores, conforme mostrado e descrito em WO 2004/046443 (Olson et al.), onde uma manta contendo uma configuração em forma de C das fibras é obtida.

Se uma manta pode ser preparada a partir de fibras de submícron sozinhas, tal manta pode ser fina e fraca. Mas, incorporando-se as fibras de submícron em um matriz de fibras orientada ligada coerente, uma manta resistente e auto-suportado ou material laminar pode ser obtido. De preferência, mantas da invenção tem uma dureza Gurley de pelo menos 200 mg, especialmente quando projetadas para serem usadas em dispositivos como filtros pregueados. Vários procedimentos estão disponíveis para carregar eletricamente uma manta fibrosa não-tecida para melhorar sua capacidade de filtração: consulte a patente U.S. N0 5.496.507 (Angadjivand).

Na preparação de fibras de fiação por fusão ou fibras produzidas por meltblown, diferentes materiais formadores de fibras podem ser extrudados através de diferentes orifícios do cabeçote de extrusão de fiação por fusão ou matriz de meltblowing, de modo a preparar mantas que compreendem uma mistura de fibras.

Exemplos

Exemplos 1 a 4

Quatro mantas de amostra da invenção foram preparadas no aparelho, conforme mostrado na figura 1, a partir de fibras de fiação por fusão de polipropileno e microfibras produzidas por meltblown de polipropileno. As fibras de fiação por fusão foram preparadas a partir de polipropileno contendo um índice de fluidez de 70 (Fina 3860), ao qual foi adicionado 0,75%, em peso, de um estabilizador leve de amina impedida (CAS N0 71878-19-8; Chimassorb 944, disponível junto à Ciba Specialty Chemicals). O cabeçote de extrusão 10 tinha 16 fileiras de orifícios, com 32 orifício em uma fileira, produzindo um total de 512 orifícios; os orifícios foram dispostos em um padrão de quadrado (o que significa que os orifício estavam em alinhamento transversal, bem como longitudinal e igualmente espaçados tanto transversalmente como longitudinalmente) com 6,4 mm (0,25 polegadas) de espaçamento. O polímero foi alimentado em diferentes taxas, listadas na tabela 1 abaixo, ao cabeçote de extrusão 10 e foi aquecido, no mesmo, até uma temperatura de 235 graus Celsius.

Duas correntes de arrefecimento, contendo um fluxo conforme ilustrado em 18b na figura 1, foram usadas (nenhuma corrente de arrefecimento, conforme ilustrado por 18a, foi usada). Uma primeira corrente de ar de arrefecimento superior foi suprida a partir de uma caixa de arrefecimento de 406 mm (16 polegadas) de altura a uma velocidade de face de aproximadamente 0,42 m/s (83 pés/minuto) para os exemplos 1 a 3 e 0,47 m/s (93 pés/minuto) para o exemplo 4. Além disso, uma segunda corrente de ar de arrefecimento inferior seguindo a primeira corrente de arrefecimento foi suprida a partir de caixas de arrefecimento de 197 mm (7,75 polegadas) de altura a uma velocidade de face de aproximadamente 0,16 m/s (31 pés/minuto) para os exemplos 1 a 3 e 0,22 m/s (43 pés/minuto) para o exemplo 4. Ar para as caixas de arrefecimento superiores foi suprido a uma temperatura de 7,2 graus Celsius (45 graus Fahrenheit), enquanto ar para as caixas se arrefecimento inferiores foi suprido a temperatura ambiente.

O vão da faca de ar (30 na figura 2) foi de 0,76 mm (0,030 polegadas) e ar foi alimentado a faca de ar a uma pressão de 97 kPa (14 psig (0,97 bar)). O vão superior do atenuador (33 na figura 2) tinha 5,1 mm (0,20 polegadas), o vão inferior tinha 4,7 mm (0,185 polegadas) e as paredes (36 na figura 2) tinham 152 mm (6 polegadas) de comprimento. A distância 17 do cabeçote de extrusão 10 até o atenuador 16 foi de 78,7 centímetros (31 polegadas) e a distância 21 do atenuador até a esteira coletora 19 foi de 68,6 centímetros (27 polegadas).

As fibras de fiação por fusão do exemplo 4 foram medidas através de microscopia eletrônica de varredura (EPM) e descobriu-se que elas tinham um diâmetro mediano (44 fibras medidas) de 15 micrômetros. As fibras de fiação por fusão dos exemplos 1 a 3 foram estimadas como tendo um diâmetro da fibra mediano de aproximadamente 11 micrômetros (baseado em amostras similares). A corrente de fibras de fiação por fusão foi depositada na esteira coletora a uma largura de cerca de 36 centímetros (cerca de 14 polegadas).

Para as fibras produzidas por meltblown, polipropileno contendo um índice de fluidez de 350 (Fina 3960) e contendo 0,75%, em peso, de Chimassorb 944 foi alimentado a uma matriz de meltblowing 102 com orifícios perfurados contendo uma ponta de 254 mm de largura (10 polegadas), com vinte e cinco orifícios de 0,38 mm de diâmetro (0,015 polegadas) por polegada (um orifício por mm) a uma taxa de 4,54 quilogramas por hora (10 libras por hora). A temperatura da matriz foi de 325 graus Celsius e a temperatura da corrente de ar primária foi de 393 graus Celsius (740 graus Fahrenheit); o fluxo de ar na corrente de ar primária foi estimada como sendo cerca de 7,1 padrão m3 por minuto métrico (250 scfm). A relação entre a matriz de meltblowing e a corrente de fibra de fiação contínua 1 foi a seguinte: a distância 107 foi de 10 centímetros (cerca de 4 polegadas); a distância 108 foi de 22 centímetros (cerca de 8,5 polegadas); a distância 109 foi de 48 centímetros (cerca de 19 polegadas); e o ângulo teta foi de 20 graus.

As fibras produzidas por meltblown foram medidas através de um EPM e descobriu-se que a mesma tinha um diâmetro da fibra mediano de 1,13 micrômetros e a corrente de fibras produzidas por meltblown tinha uma largura como estando presente a uma largura de cerca de 30 centímetros (cerca de 12 polegadas) na manta coletada na esteira coletora 19. Essencialmente 100% das fibras produzidas por meltblown foram capturadas dentro da corrente de fiação por fusão. A manta de um exemplo (exemplo 4) foi seccionada transversalmente e descobriu-se que microfibras foram distribuídas através de toda a espessura da manta. Nas taxas de fluxo de polímero registradas na tabela 1, as mantas dos exemplos 1 a 3 tinham uma razão de cerca de 64 partes, em peso, de fibras de fiação por fusão e 36 partes, em peso, de fibras produzidas por meltblown. A manta do exemplo 4 tinha uma razão de cerca de 82 partes, em peso, de fibras de fiação por fusão e 18 partes, em peso, de fibras produzidas por meltblown.

A corrente combinada de fibras de fiação por fusão e fibras produzidas por meltblown foi coletada em uma esteira de coleta de aço inoxidável com uma rede 20 (19), que se moveu a uma taxa de 8,8 metros/minuto (cerca de 29 pés/minuto) para os exemplos 1 a 3 e a 14,3 metros/minuto (cerca de 47 pés/minuto) para o exemplo 4. O vácuo sob a esteira da coleta foi estimada como estando na faixa de 1.500-3.000 Pa (6 a12 polegadas de H2O); e a região 215 da placa 211 foi de 35,6 centímetros (14 polegadas) de comprimento e tinha aberturas de 1,6 mm (0,062 polegadas) de diâmetro em um espaçamento desalinhado, resultando em uma área aberta de 23%; a região presa da manta 216 tinha 47 centímetros (18,5 polegadas) de comprimento e tinha aberturas de 1,6 mm (0,062 polegadas) de diâmetro em um espaçamento desalinhado, resultando em uma área aberta de 30%; e a região de aquecimento/ligação 217 e a região de arrefecimento 218 totalizaram 33 centímetros (13 polegadas) de comprimento e tinham aberturas de 4,0 mm (0,156 polegadas) de diâmetro em um espaçamento desalinhado, resultando em uma área aberta de 63%.

Ar foi suprido através de condutos 207 a uma taxa suficiente para apresentar 500 pés cúbicos por minuto de ar a fenda 209, que tinha 3,8 por 55,9 centímetros (1,5 polegada por 22 polegadas). A parte inferior da placa 208 era 1,9-2,54 centímetros (% de 1 polegada) da manta coletado 20 no coletor. A temperatura do ar passando através da fenda 209 do aquecedor de fluxo arrefecido é dada em uma tabela 1 para cada exemplo (conforme medido pela junção aberta dos termopares na entrada dos condutos 207 até o compartimento 201).

A manta que sai da área de arrefecimento 220 foi ligada com integridade suficiente para ser manuseada por processos normais e equipamentos; isto é, a manta pode ser enrolada por enrolamento normal em um cilindro de armazenamento ou pode ser submetida a várias operações como modelagem, pregueamento ou montagem em um dispositivo de uso como um painel de filtragem. Sob exame microscópico, descobriu-se que as fibras de fiação por fusão foram ligadas em intersecções da fibra e descobriu-se que as fibras produzidas por meltblown foram substancialmente não-fundidas e continham ligação limitada as fibras de fiação por fusão (que pode ter sido desenvolvido, pelo menos em parte, durante a misturação das correntes de fiação por fusão e microfibra).

Outra manta e parâmetros de formação são descritos na tabela 1 (na tabela, QFH significa aquecedor de fluxo arrefecido (quenched flow heater) e BMF significa microfibras produzidas por meltblown (meltblown microfibers)). Tabela 1

Exemplo Gramatura Temperatur Taxa de fiaçãoTaxa de fiação Taxa deTaxa dePorcentagem n° nominal, a do QFH.por fusão empor fusão emBMF emBMF emde massa de g/m2 0C gom kg/h (Ib/h) kg/cm/h kg/h (Ib/h) BMF (Ib/pol/h) 1 100 155 0,30 9,2 (20,3) 0,2(1,00) 4,5(10,0) 36% 2 100 159 0,30 9,2 (20,3) 0,2(1,00) 4,5(10,0) 36% 3 100 151 0,30 9,2 (20,3) 0,2 (1,00) 4,5(10,0) 36% 4 100 147 0,80 24,6 (54,2) 0,2(1,00) 4,5(10,0) 18% As quatro mantas coletadas foram hidrocarregadas com água desionizada, de acordo com a técnica mostrada na patente U.S. N0 5.496.507 (Angadjivand) e deixadas para secar estendendo-as em uma linha de um dia para o outro, sob condições ambientes e foram, então, formadas em respiradores lisos, moldados em formato de bojo, com uma prensa de modelagem hidráulica aquecida. As condições de modelagem para as quatro amostras, incluindo a temperatura do molde, vão e tempo de permanência, variaram conforme descrito na tabela 2 abaixo. Os respiradores terminados tinham uma área superficial externa de aproximadamente 145 cm2. As mantas foram moldadas com o lado do coletor da manta (o lado da manta que estava em contato direto com a superfície coletora durante a coleta da manta) ambos o superior e o inferior, para se examinar se a mistura da fibra e/ou a superfície de coleta afetou o comportamento do carregamento.

As amostras foram, então, testadas com carga como respiradores com NaCI em um Testador de Filtro TSI 8130 Automático (partículas de aproximadamente 0,075 pm de diâmetro). Amostras foram carregadas até penetração máxima a uma taxa de fluxo de 85 Ipm e os testes foram, então, interrompidos. A corrente contrária compreendeu partículas geradas a partir de uma solução de 2% de NaCI em uma concentração de 19 a 25 mg/m3. O equipamento para teste de filtros automático foi passado com um aquecedor ligado e um neutralizador de partícula ligado. Os resultados foram dados na tabela 2. A última coluna dá o peso total coletado no filtro a partir da corrente contrária até o tempo de penetração máxima.

Tabela 2

Amostra Manta de Entrada Tempera- Tempo de Vão do Lado dotura do Modelage Molde, em Coletor Molde, em m, em um (mils) 0C(0F) segundos AP lnicial% de Pa (mmPen. H20) Inicial AP na Pen. Pen. % deMáximo Máxima Pen. de Pa (mmMáxima desafio H20) mg A Inferior 135(275) 508(20) 5 92 (9,4) 0,034 336 (34,3) 0,25 75,2 B Superior 121 (250) 508(20) 10 118(12,0)0,075 153 (15,6)0,08 5,1 C Superior 121 (250) 508(20) 5 117(11,9)0,094 172 (17,5)0,12 7,3 D Superior 135(275) 508(20) 5 116(11,8)0,117 154(15,7)0,13 4,7 E Superior 135(275) 508(20) 5 106(10,8)0,097 135(13,8)0,10 4,8 F 2 Inferior 135(275) 508(20) 5 58 (5,9) 0,066 94 (9,6) 0,29 91,8 G 2 Inferior 135(275) 508(20) 5 77 (7,9) 0,295 136(13,9)1,06 25,7 H 2 Inferior 135(275) 508(20) 5 78(5,1) 0,092 71 (7,2) 0,16 63,0 2 Inferior 135(275) 508(20) 5 82(8,4) 0,150 152(15,5)0,62 26,8 J 2 Superior 121 (250) 508(20) 5 83 (8,5) 0,226 121 (12,3)0,34 6,6 K 2 Superior 121 (250) 508(20) 5 90 (9,2) 0,305 135 (13,8)0,44 6,6 L 2 Superior 135(275) 508(20) 5 95 (9,7) 0,723 126 (12,8)0,81 4,4 M 2 Superior 135(275) 508(20) 5 89(9,1) 0,515 126(12,8) 0,55 6,6 N 3 Inferior 135(275) 508(20) 5 117(11,9)0,065 213(21,7)0,17 28,1 O 3 Superior 121 (250) 508(20) 10 135(13,8)0,048 159(16,2)0,06 2,9 P 3 Superior 121 (250) 508(20) 5 118(12,0)0,177 148(15,1)0,19 4,4 Q 3 Superior 135(275) 508(20) 5 148(15,1)0,113 148(15,1)0,11 - R 3 Superior 135(275) 508(20) 5 131 (13,4)0,095 173(17,6)0,10 5,0 S 4 Inferior 135(275)508(20) 5 41 (4,2) 0,520 88 (9,0) 4,45 41,9 T 4 Superior 135(275) 508(20) 5 42 (4,3) 0,699 92(9,4) 1,73 17,4 U Respira dor Comerei al 62(6,3) 0,104 83 (8,5) 0,43 167,5

Conforme os resultados mostrados, várias das amostras começam com uma queda de pressão menor que 98 Pa (10 mm H2O) e experimentam uma penetração máxima < 5% e algumas das amostras começam com a queda de pressão menor que 98 Pa (10 mm H2O) e experimentam uma penetração máxima < 1%. Também nota-se que as amostras F, G, H1 I mostraram variabilidade moderada entre as réplicas; acredita-se que as variabilidade seja devido a variabilidade no ajuste do vão do molde durante o processo de formação do respirador. Um teste de carregamento para um respirador comercial padrão (de construção em multicamada) é listado como um controle.

As amostras da máxima preferência na tabela 2 são as amostras F, H e S. As amostras FeH são de máxima preferência pois elas apresentam resultados de penetração e carregamento de queda de pressão muito similares ao respirador comercial multicamada padrão. A amostra S também é uma amostra de máxima preferência, pois ela é processada a uma velocidade de processamento total significativamente mais alta, tem uma queda de pressão inicial baixa e tem uma penetração máxima menor que 5%. Outras amostras preferenciais na tabela 2 incluem as amostras A1 G, I e T, pois elas apresentam uma queda de pressão inicial menor que 98 Pa (10 mm H2O), penetrações máximas menores que 5% e oposição moderada de NaCI na penetração máxima (o que significa que elas não se conectam muito rapidamente).

Exemplos 5 a 13 Exceto conforme mostrado na tabela 3, amostras de mantas foram preparadas da mesma maneira que o exemplo 4 e avaliadas para uso como meios filtrantes pregueados auto-suportados (na tabela 3, a "posição x" representa a distância 107 na figura 4 dos desenhos). As amostras também foram hidrocarregadas da maneira descrita nos exemplos 1 a 4. Um parâmetro crucial para se avaliar se uma manta de filtro é adequado para uso como um filtro pregueado auto-suportado é a dureza da manta; dureza adequada é necessária para inicialmente formar e mais tarde reter o formato pregueado. Em um filtro descrito como "auto-suportado", a propriedade do meio filtrante está sendo descrita e não a propriedade do filtro, isto é, que o meio em si não é reforçado por fios, redes, ou camadas de enrijecimento, mesmo se a construção do filtro conter fios, cola, ou uma estrutura de reforço para reforçar todo o filtro.

Uma dureza Gurley superior a 200 mg é tipicamente necessária para uma altura de prega de 12 a 25 mm (0,5 a 1,0 polegada) (comum para condicionamento de ar HVAC residencial, purificadores de ar de ambientes, filtração de ar de cabines, etc.) e uma dureza Gurley superior a 600 mg é tipicamente necessária para uma altura de prega de 50 a 150 mm (2 a 6 polegadas) (comum para condicionamento de ar HVAC comercial e filtros de fornalha residenciais "profundos"). (Dureza Gurley é medida com um Equipamento para Teste Gurley de Resistência à Flexão, Modelo 4171E. As amostras são preparadas através do corte por matriz de retângulos de 3,8 χ 5,0 cm (1,5 χ 2,0 polegadas) a partir de uma manta. As amostras são cortadas com o lado longo se estendendo na direção transversal da manta. As amostras são, então, carregadas na máquina para testes com o lado longo na manta sendo seguro por uma garra. A manta é flexionada em ambas as direções, isto é, com o braço de teste pressionado contra a primeira face e, então, contra a segunda face e a máquina registra a dureza média das duas medições em miligramas. O teste é tratado como um teste destrutivo.)

As mantas exemplíficadoras da invenção foram comparadas às propriedades de manta plana de um filtro de condicionamento de ar HVAC comercialmente disponível, especificamente um filtro pregueado de 50 mm (2 polegadas) de profundidade com um espaçamento entre as pregas de 5 mm, com o meio filtrante sendo um laminado de três camadas que inclui uma manta de polipropileno de fiação contínua de cobertura de 17 g/m2, um meio filtrante produzido por meltblown e carregado eletroestaticamente de 40 g/m2 e uma camada de enrijecimento de poliéster de fiação contínua de 90 g/m2. A manta usada para produzir o filtro pregueado comercial foi testada em uma condição plana antes da flexão em uma forma pregueada.

As propriedades chave a serem obtidas nas mantas exemplíficadoras da invenção incluem uma dureza Gurley superior a 600 mg (para se alcançar a uma profundidade de prega determinada de 5 cm (duas polegadas) do filtro comercial) e penetração (eficiência) similar a do filtro comercial. As amostras foram testadas para queda de pressão inicial e propriedades de penetração com ftalato de dioctila (DOP, aproximadamente 0,185 μηη de diâmetro) em um Equipamento para Teste de Filtros Automático TSI 8130. Partículas foram geradas a uma concentração de aproximadamente 100 mg/m3. O equipamento para teste de filtros automático foi passado com um aquecedor desligado e um neutralizador de partícula desligado. O fator de qualidade é definido como Q = -ln(%pen /100) / ΔΡ. Os resultados são dados na tabela 4.

Tabela 3

Taxa de Posição X da % de Amostra Gramatura, Temperatura Taxa de fiaçãomeltblown, massa de matriz de BMF. g/m2 do QFH, 0C cm (pol.) por fusão, gom kg/cm/h meltblown (Ib/pol/h) 100 155 20 (8) 0,80 0,2(1,00) 18% 6 100 147 10(4) 0,80 0,2(1,00) 18% 7 100 147 20 (8) 0,80 0,2(1,00) 18% 8 100 155 10(4 0,80 0,2(1,00) 18% 9 100 147 20 (8) 0,80 0,08 (0,50) 10% 100 155 10(4 0,80 0,08 (0,50) 10% 11 100 147 10(4 0,80 0,08 (0,50) 10% 12 100 155 20 (8) 0,80 0,08 (0,50) 10% 13 100 151 15(6) 0,80 0,08 (0,50) 14%

Tabela 4

Amostra % de AP a 85 Ipm1 do DOP Pa (mm H20) Ipm Pen. Fator a 85 qualidade deDureza Gurley, mg 35,1 (3,58) 12,6 0,58 784 6 49,0 (5,00) 4,34 0,63 369 7 42,0 (4,28) 6,72 0,63 387 8 44,7 (4,56) 7,36 0,57 862 9 25,1 (2,56) 14,5 0,75 392 28,6 (2,92) 17,4 0,60 559 11 33,3 (3,40) 9,10 0,70 414 12 20,4 (2,08) 24,1 0,68 622 13 33,7 (3,44) 10,6 0,65 432 Laminado Comercial 27,2 (2,77) 14,8 0,69 N/A Três amostras (5, 8 e 12) apresentaram a dureza necessária e agruparam a penetração da amostra comercial. Adicionalmente, várias das outras amostras apresentaram penetração e queda de pressão suficientes, mas com uma dureza que era ligeiramente baixa. Notou-se que dureza mais alta é comumente obtida por meio de um peso de manta mais alto e uma diferença de até 10 g/m2 pode trazer um grande aprimoramento na dureza. As amostras como um todo mostram claramente que a otimização da amostra comercial pode ser facilmente copiada. Os exemplos 5 a 13 são todos a cerca de 100 g/m2, o que é consideravelmente menor que a solução laminada [produto multicamada] comercial atual de aproximadamente 150 g/m2. Avaliação adicional foi realizada através do carregamento de teste dos exemplos

a 13 como filtros planos com NaCI1 em um Equipamento para Teste de Filtros TSI 8130 Automático (partículas de aproximadamente 0,075 Mm de diâmetro). Do mesmo jeito que os respiradores moldados, o meio plano foi testado com o lado do coletor da manta ambos superior e inferior, para examinar se a mistura das fibras e/ou a superfície coletora afetaram o comportamento do carregamento. As amostras foram carregadas até uma penetração máxima a um fluxo de 60 Ipm (10 cm/s de velocidade de face) e os testes foram, então, interrompidos. Partículas foram geradas a partir de uma solução de 2% de NaCI em uma concentração de cerca de 16 a 23 mg/m3. O equipamento para teste de filtros automático foi passado com um aquecedor ligado e um neutralizador de partícula ligado. Os resultados estão na tabela 5.

Notou-se que amostras apresentaram penetrações máximas tão baixas quanto 6% de penetração de NaCI (conforme a manta de filtro foi testada, a penetração aumentou gradualmente, até alcançar uma máxima, onde a penetração caiu devido ao efeito de filtração da corrente contrária coletada no filtro). As mantas de amostra dos exemplos 9 e 10 testadas no lado "inferior" são as amostras de máxima preferência, pois elas tem uma queda de pressão inicial mais próxima a comparação, baixa penetração inicial, fator de qualidade inicial mais alto e penetração máxima mais baixa, todas com aumento da queda de pressão similar como uma função de corrente contrária. A manta do exemplo 12 também é uma amostra de máxima preferência pois ela tem uma queda de pressão inicial levemente inferior, uma penetração máxima um pouco mais alta, mas quase 3X a massa contrária na penetração máxima para um aumento na queda de pressão quase igual- equivalente a um filtro com carregamento melhor. As amostras hidrocarregadas 9 e 11 testadas no lado "superior" e as Amostras 5, 8, 11 e 13 testadas no lado "inferior" são, também, amostras preferenciais, pois elas tem queda de pressão moderada, penetração inicial baixa, fatores de qualidade iniciais de moderados a altos e penetração máxima menor que o controle. Tabela 5

Amostra Lado coletor ▲ P inicial a do % de Pen 60 Ipm1 inicial de NaCI Pa (mm H20) Fator deA P de pen.% de qualidade máxima a 60 Ipm,máxima inicial Pa (mm H20) NaCI pen. Desafio na depen. máxima, mg 9 Superior 20 (2) 3,82 1,63 70 (7,1) 32,7 35,9 11 Superior 28 (2,9) 2,13 1,33 82 (8,4) 10,7 18,1 Inferior 26 (2,7) 2,45 1,37 71 (7,2) 22,8 26,7 6 Inferior 43 (4,4) 0,456 1,23 109(11,1) 6,49 28,3 7 Inferior 36 (3,7) 0,957 1,26 94 (9,6) 10,5 26,9 8 Inferior 31 (3,2) 1,32 1,35 88 (9) 15,6 62,1 9 Inferior 19(1,9) 4,61 1,62 54 (5,5) 31,9 35,1 Inferior 23 (2,3) 4,39 1,36 58 (5,9) 30 24,2 11 Inferior 27 (2,8) 1,91 1,41 76 (7,7) 16,2 29,5 12 Inferior 18(1,8) 9,38 1,31 44 (4,5) 45,9 62,4 13 Inferior 28 (2,9) 2,7 1,25 69 (7,0) 18,9 21,4 Laminado Comercial N/A 19(1,9) 9,97 1,21 42 (4,3) 39,9 22,2

Comparando-se a tabela 4 e a tabela 5, a Amostra 12 é a amostra de máxima preferência como um todo, devido ao balanço das propriedades físicas do meio plano e desempenho de filtração.

O exemplo 11 foi submetido a análise através de um microscópio eletrônico de

varredura e descobriu-se que as fibras produzidas por meltblown tinham um diâmetro mediano de 0,65 micrômetros, um diâmetro médio de 0,88 micrômetros e um desvio padrão de 0,67 micrômetros; o diâmetro máximo foi de 4,86 micrômetros e o mínimo foi de 0,20 micrômetros. O tamanho da amostra foi de 151 fibras produzidas por meltblown e 28 fibras de fiação por fusão; todas as fibras menores que 10 mícrons de diâmetro foram consideradas como fibras produzidas por meltblown. Um histograma da distribuição de tamanho é mostrado na figura 7, com o diâmetro da fibra, em micrômetros, plotado ao longo da abscissa e a freqüência plotada ao longo da ordenada. Com base nas porcentagens da massa componente e medições por EPM do diâmetro das fibras produzidas por meltblown e fibra de fiação por fusão, a área superficial das microfibras produzidas por meltblown foi determinada como sendo cerca de 51% da área superficial total da manta e a área superficial das fibras de submícron foi determinado como sendo cerca de 23% da área superficial total da manta. As fibras de submícron do exemplo 11 foram capturadas com, essencialmente, 100% de eficiência durante o processo de formação da manta e a manta ligada resultante tinha força adequada e integridade para manuseio normal.

Enquanto uma construção específica é comparada a esses experimentos, o corpo profundo de informações incluído nas Amostras 1-13 ilustraram que a presente invenção pode ser ajustada e usada em numerosas aplicações de filtro pregueado, incluindo, mas não se limitando a classificações baixas a altas de MERV para aplicações em filtros de Condicionamento de Ar1 filtros de purificadores de ambiente, filtros para ar de cabines, filtros de ingestão automotivos e vários usos de filtros pregueados gerais ou específicos.

As amostras também foram testadas para resistência à compactação.

Compactação é importante pois mantas são submetidas a pressão quando enroladas em rolos longos e em processamento secundário e compactação da manta pode levar a um aumento da queda de pressão e desempenho de carregamento insatisfatório dos filtros.

Para executar um teste de compactação, oito círculos de 13,3 cm (5,25") de diâmetro foram cortados de cada manta. Os círculos foram medidos para espessura inicial e queda de pressão a 14 cm/s de velocidade de face. Cada conjunto de oito círculos foi, então, empilhado e um peso foi colocado no topo das amostras para fornecer uma pressão de 6,9 kPa (1,0 psi) na seção transversal do círculo. Cada conjunto de 8 círculos foi testado independentemente. Os pesos foram removidos em 24 e 48 horas e a espessura e queda de pressão foram medidas. Após o fim do teste de 48 horas, a mudança de porcentagem na espessura e a queda de pressão foram calculadas.

As mantas dos exemplos 4 e 12 foram testadas e, para comparação, uma manta produzida por meltblown (exemplo C1) também foi testada. A manta produzida por meltblown constitui em apenas fibras de polipropileno contendo um diâmetro eficaz da fibra de 5,5 micrômetros, com a gramatura da manta sendo de 106 g/m2 e a manta contendo uma solidez de 5,4%. Os resultados foram registrados na tabela 6, onde "t" é o tempo, em horas.

Tabela 6

Queda de pressão, Espessura, mm (mils) Pa (mm H20) Exemplo Tipo t = 0 t = 24 t = 48 % Δ t = 0 t = 24 t = 48 % Δ 1,14 1,08 1,07 12 Composta (45,2) (42,5) (42,0) -7% 53(5,4) 54(5,5) 56(5,7) 5% 0,93 0,90 0,88 4 Composta (36,8) (35,8) (34,5) -6% 23(2,3) 24(2,4) 24(2,4) 4% 2,20 1,62 1,52 141 170 177 C1 Meltblown (86,5) (63,6) (59,8) -31% (14,4) (17,3) (18,0) 25%

Conforme será visto, as mantas da invenção tinham uma compactação menor que 10%. Até mesmo uma compactação de 20% seria melhor que a compactação exibida pela manta de meltblown.

Claims

1. Manta fibrosa não-tecida, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende uma matriz de fibras de fiação por fusão ligadas contínuas, em uma forma auto- sustentável coerente e microfibras preparadas separadamente dispersas entre as fibras de fiação por fusão, em uma quantidade que representa pelo menos um por cento, em peso, das fibras da manta.

2. Manta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as microfibras têm um diâmetro mediano de dois micrômetros ou menos.

3. Manta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as microfibras têm um diâmetro mediano de um micrômetro ou menos.

4. Manta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as microfibras compreendem microfibras produzidas por extrusão em blocos com passagem de ar quente em alta velocidade (meltblown).

5. Manta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de fiação por fusão e as microfibras compreendem molecularmente o mesmo polímero.

6. Manta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos ou as fibras de fiação por fusão ou as microfibras são eletricamente carregadas até um estado de capacidade de filtração intensificada.

7. Manta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que ambas as fibras de fiação por fusão e as microfibras são eletricamente carregadas até um estado de capacidade de filtração intensificada.

8. Manta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de fiação por fusão são ligadas de maneira autógena.

9. Manta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que é moldada em uma configuração não-planar.

10. Manta, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que a manta é mantida na configuração não-planar por ligações autógenas entre as fibras de fiação por fusão na manta.

11. Manta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de fiação por fusão compreendem fibras orientadas compreendidas de um material polimérico semi-cristalino.

12. Manta fibrosa não-tecida, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende uma matriz de fibras de fiação por fusão orientadas contínuas, ligadas autogenamente em uma forma auto-sustentável coerente e microfibras produzidas por meltblown preparadas separadamente contendo um diâmetro mediano de 10 micrômetros ou menos, dispersas entre as fibras de fiação por fusão em uma quantidade que representa pelo menos um por cento, em peso, das fibras da manta.

13. Manta, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que é moldada em uma configuração não-planar.

14. Manta fibrosa não-tecida, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende fibras de fiação por fusão orientadas contínuas, que formam uma matriz de manta ligada coerente e um lote de microfibras preparadas separadamente contendo um diâmetro mediano de cerca de 2 micrômetros ou menos, dispersas dentro da matriz em uma quantidade suficiente para fornecer pelo menos 5 por cento da área superficial fibrosa da manta.

15. Manta, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que as microfibras fornecem pelo menos 20 por cento da área superficial fibrosa da manta.

16. Manta, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que o lote de microfibras têm um diâmetro mediano de um micrômetro ou menos.

17. Manta, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que as microfibras compreendem fibras produzidas por meltblown.

18. Manta, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de fiação por fusão são ligadas de maneira autógena.

19. Manta, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma dureza Gurley de pelo menos 200 mg.

20. Manta, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma compactação de não mais que 20% no teste de compactação aqui mencionado.

21. Manta, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma compactação de não mais que 10% no teste de compactação aqui mencionado.

22. Método para preparação de uma manta fibrosa não-tecida, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende o estabelecimento de um fluxo de fibras de fiação por fusão orientadas contínuas contendo um eixo longitudinal, estabelecimento de um fluxo de microfibras produzidas por meltblown que saem de uma matriz de meltblowing em um ponto a menos de 25 centímetros do eixo longitudinal do fluxo de fibras de fiação por fusão, com o fluxo produzido por meltblown sendo direcionado para se fundir com o fluxo de fiação por fusão e contendo um eixo longitudinal que forma um ângulo entre 0 e 90 graus com o eixo longitudinal do fluxo de fiação por fusão, capturando as fibras produzidas por meltblown no fluxo de fibras de fiação por fusão e coletando o fluxo fundido como uma manta em um coletor espaçado a 40 centímetros ou menos do ponto de intersecção dos fluxos de fiação por fusão e de meltblown.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas adicionais de submissão da manta de fibras coletada a uma operação controlada de aquecimento e arrefecimento que inclui a) passagem forçada, através da manta, de uma corrente gasosa aquecida a uma temperatura suficiente para amaciar as fibras de fiação por fusão e fazer com que as fibras de fiação por fusão se unam, com a corrente aquecida sendo aplicada por um tempo distinto muito curto para fundir completamente as fibras e b) passagem forçada imediata, através da manta, de uma corrente gasosa a uma temperatura pelo menos 50°C menor que a corrente aquecida para arrefecer as fibras.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que a manta de não-tecido é transportada em uma esteira transportadora através da operação controlada de aquecimento e arrefecimento.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a manta se move através da operação completa de aquecimento e arrefecimento em 15 segundos ou menos.