ES2296835T3

ES2296835T3 - Un metodo de unir dos o mas sustratos con una costura.

Info

Publication number: ES2296835T3
Application number: ES02003426T
Authority: ES
Inventors: Christine W. Jarvis; Robert E. Bennett; Brian Frederick
Original assignee: Clemson University
Current assignee: Clemson University
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2008-05-01
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: DE60223312T2; US8361582B2; EP1247854B1; EP1760130A2; US20080118695A1; US20020172792A1; EP1247854A3; ATE377638T1; EP1878777A2; EP1247854A2; EP1878777A3; DE60223312D1; EP1760130A3

Abstract

Un método de unir sustratos, cuyo método comprende: proporcionar un primer sustrato (11) con una superficie superior y una superficie inferior y un segundo sustrato (14) con una superficie superior y una superficie inferior; posicionar una cinta continua (10) de termoplástico adyacente a dicho primer sustrato (11) y a dicho segundo sustrato (14) de tal forma que la citada cinta (10) se encuentre en comunicación operativa con dichas superficies, superior e inferior, del citado primer sustrato (11) y con dichas superficies, superior e inferior, del citado segundo sustrato (14), en el que dicha cinta (10) es capaz de formar tanto una unión adhesiva como una unión física con los mencionados sustratos (11, 14); y formar una costura uniendo dicha cinta (10) a dichas superficies, superior e inferior, de dicho primer sustrato (11) y a dichas superficies, superior e inferior, de dicho segundo sustrato (14), en el que dicha unión entre dicha cinta (10) y dichas superficies, superior e inferior, de dichos sustratos primero y segundo (11, 14) incluye unión física y unión adhesiva, caracterizado porque al menos parte de dicha cinta (10) contiene múltiples capas (40, 50), conteniendo una (40) de dichas capas un material termoplástico con una primera temperatura de fusión por calor y conteniendo la otra (50) de dichas capas un material termoplástico con una segunda temperatura de fusión por calor, siendo dicha segunda temperatura de fusión por calor mayor que dicha primera temperatura de fusión por calor.

Description

Un método de unir dos o más sustratos con una costura.

Antecedentes del invento

Las láminas separadas de materiales, tales como las telas, se han unido entre sí, tradicionalmente, para una diversidad de propósitos, utilizando costuras que se realizaban mediante puntadas o cosiendo las telas. Sin embargo, el realizar costuras cosidas en las telas puede constituir un proceso costoso y relativamente lento, lo que no es deseable en algunas aplicaciones. Además, el uso del cosido con puntadas puede resultar completamente indeseable para determinados tipos de materiales, tales como telas de barrera, en las que se requiere que el área de la costura conserve, también una función de barrera.

Así, en respuesta a tales problemas, se han desarrollado diversos otros métodos para unir telas separadas, Por ejemplo, se han utilizado diversos métodos térmicos que se basan en el comportamiento en fusión de las telas para producir costuras. Específicamente, la tela y la costura se calientan hasta una cierta temperatura tal que los materiales de la tela y de la costura comienzan a fundirse. Al fundirse, se forman uniones por calor en los puntos de cruce de las fibras de la tela y de la costura fundidas. Otros métodos han utilizado, también, adhesivos tales como pegamentos o adhesivos líquidos a base de disolventes. Sin embargo, un problema asociado con estas técnicas es que las costuras se ven sometidas a roturas debidas a tensiones a bajas temperaturas e, incluso, a temperaturas elevadas, los puntos de fusión por calor divergentes hacen que la costura resultante sea relativamente débil.

En un intento para mejorar la resistencia, algunos enfoques han utilizado, también, métodos de unión por calor y/o mediante adhesivos conjuntamente con una costura cosida usual. Por ejemplo, uno de tales métodos incluye coser una costura, tal como una costura solapada o una sobrecostura doble con agujas, entre dos telas. Después, se coloca un trozo de cinta en su totalidad sólo sobre la superficie superior de la primera tela mientras que se coloca otro trozo de cinta en su totalidad sólo sobre la superficie inferior de la segunda tela. Luego, se sueldan las cintas con calor y presión. No obstante, un problema que se presenta con un proceso de esta clase es que es relativamente ineficaz y costoso. En particular, durante la fabricación, primero debe coserse una costura en los sustratos y, luego, aplicarse las cintas. Estas múltiples tareas incrementan los costes de fabricación y los de material. Además, las agujas forman, con frecuencia, agujeros en el sustrato durante el cosido. Aunque la cinta puede, en ocasiones, cerrar los agujeros hechos por las agujas, sigue existiendo la posibilidad de que el llenado sea incompleto. Desafortunadamente, la presencia de cualquier agujero en un sustrato puede ser indeseable en determinadas aplicaciones, por ejemplo cuando el sustrato se utiliza como tela de barrera.

El documento US-A-4410575 describe un método para unir por fusión dos telas cuyas partes extremas están superpuestas. Entre estas partes extremas se interpone una cinta de unión de tal modo que las partes de borde lateral de la cinta se extiendan por fuera de la tela por ambos lados. Se unen entonces por fusión las telas y la cinta sin llegar a fundir estas partes de borde lateral de la cinta. Si se doblan apropiadamente estas partes, pueden servir para absorber las fuerzas laterales con el fin de estabilizar la construcción.

En el resumen (PAJ) del documento JP-A-62148242 se ponen en posición dos películas de material compuesto, cada una de las cuales tiene, en sus superficies superior e inferior, una película de poli(fluoruro de vinilideno), de forma que se solapen por sus bordes. Entre las dos películas de material compuesto se interpone una película de poli(fluoruro de vinilideno), solapándose las partes extremas de dicha película interpuesta con las superficies no enfrentadas de las películas de material compuesto. Luego, se funden por calor las películas de material compuesto y la película interpuesta, para formar así una película continua de poli(fluoruro de vinilideno).

En consecuencia, en la actualidad existe la necesidad de un método mejorado para formar una costura relativamente fuerte entre dos o más materiales.

Sumario del invento

De acuerdo con el presente invento, se proporciona un método de formar una costura entre sustratos (por ejemplo, telas). Dicho método comprende el paso de proporcionar un primer sustrato con una superficie superior y una superficie inferior y un segundo sustrato que tiene una superficie superior y una superficie inferior. Además, una cinta continua de termoplástico, adyacente a dicho primer sustrato y a dicho segundo sustrato, se posiciona de tal modo que la mencionada cinta se encuentre en comunicación operativa con dichas superficies, superior e inferior, de dicho primer sustrato y con dichas superficies, superior e inferior, de dicho segundo sustrato. Se forma una costura uniendo la citada cinta a dichas superficies, superior e inferior, del citado primer sustrato y a dichas superficies, superior e inferior, del citado segundo sustrato. De acuerdo con el invento, al menos parte de dicha cinta contiene múltiples capas, conteniendo una de dichas capas un material termoplástico con una primera temperatura de fusión por calor y conteniendo, otra de dichas capas, un material termoplástico con una segunda temperatura de fusión por calor, siendo dicha segunda temperatura de fusión por calor mayor que dicha primera temperatura de fusión por calor.

El método de acuerdo con el invento consiste en que la cinta forme tanto una unión adhesiva como una unión física con dichos sustratos. Más precisamente, la unión entre la mencionada cinta y dichas superficies, superior e inferior, de dichos sustratos primero y segundo, incluye la unión física y la unión adhesiva. Con "unión adhesiva" se hace referencia, en general, a la unión que resulta de las fuerzas de atracción entre dos o más materiales. Por ejemplo, las uniones adhesivas pueden ser, algunas veces, el resultado de fuerzas "dipolo-dipolo" entre materiales, que son un tipo de fuerza de van der Waals que se genera por la interacción de los momentos dipolares de dos moléculas polares. Además, una "unión física" puede hacer referencia al entremezclado físico de un material dentro de los intersticios de un sustrato.

En algunas realizaciones, el método puede incluir, también, calentar una primera parte de cinta y/o una segunda parte de cinta hasta una cierta temperatura predeterminada. En este caso, dicha primera parte de cinta es una parte situada junto al primer sustrato de tal forma que la parte de cinta esté dispuesta en comunicación operativa con las superficies, superior e inferior, del primer sustrato. Dicha segunda parte de cinta es una parte situada junto al segundo sustrato de tal forma que la segunda parte de cinta esté dispuesta en comunicación operativa con las superficies, superior e inferior, del segundo sustrato. Cada parte de cinta comprende un material termoplástico que es capaz de fluir en fusión cuando se le somete a una cierta cantidad de calor y presión. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la primera parte de cinta y/o la segunda parte de cinta pueden calentarse hasta una temperatura de entre unos 10ºC por debajo del punto de fusión por calor del material termoplástico, hasta unos 50ºC por encima del punto de fusión del material termoplástico. Además de calentarse, la primera y/o la segunda partes de cinta pueden ser sometidas, también, a una cierta presión. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la primera y/o la segunda partes de cinta pueden ser sometidas a una presión de entre unos 2,76\times10^{5} Pa (40 libras por pulgada cuadrada) hasta unos 8,27\times10^{5} Pa (120 libras por pulgada cuadrada).

Si se desea, las partes de cinta también pueden doblarse o conformarse antes y/o después de colocarlas junto al primero y al segundo sustratos. Por ejemplo, en una realización, las partes de cinta pueden doblarse en una configuración en Z.

De acuerdo con otra realización del presente invento, se proporciona una costura que incluye un primer sustrato y un segundo sustrato. Cada sustrato tiene una superficie superior y una superficie inferior que definen, al menos, un borde. Además, la costura comprende una primera parte de cinta y una segunda parte de cinta que están unidas tanto por adherencia como físicamente al primer sustrato y al segundo sustrato, respectivamente.

Otras características y aspectos del presente invento se exponen con mayor detalle en lo que sigue.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de una realización de una cinta que puede ser utilizada para formar una costura de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 2 es una vista en perspectiva de una realización de una cinta doblada, utilizada para formar una costura de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 3 es una vista en perspectiva que ilustra una realización del presente invento para formar una costura entre dos sustratos utilizando la cinta de la Fig. 2;

la Fig. 4 ilustra una realización de una costura formada de acuerdo con el presente invento;

la Fig. 5 ilustra una realización de una cinta multicapa, utilizada para formar una costura de acuerdo con el presente invento; y

la Fig. 6 son microfotografías SEM de una costura formada de acuerdo con una realización del presente invento, de las que la Fig. 6A ilustra una costura formada por una cinta de termoplástico, bicapa, de poliuretano unida a 193,33ºC (380ºF), representada con una ampliación de \times100, y la Fig. 6B muestra la costura ilustrada en la Fig. 6A con una ampliación de \times200.

El empleo repetido de caracteres de referencia en la presente memoria y en los dibujos, pretende representar las mismas características o elementos análogos.

Descripción detallada de realizaciones representativas

Un experto normal en la técnica ha de comprender que la presente exposición es una descripción de, solamente, realizaciones ilustrativas, y que con ella no se pretende limitar los aspectos más amplios del presente invento, los cuales están incorporados en la construcción ilustrativa.

En general, el presente invento se refiere a un método de unir dos o más sustratos con una cinta de termoplástico. Por ejemplo, una cinta de termoplástico utilizada en el presente invento es capaz de formar tanto una unión adhesiva como una unión física con un sustrato. Como resultado, se ha descubierto que la cinta puede formar una costura entre dos sustratos que presente una excelente resistencia a la tracción en comparación con costuras usuales. Además, dicha resistencia a la tracción mejorada puede conseguirse sin que ello conlleve un efecto adverso sustancial sobre las propiedades funcionales de los sustratos (por ejemplo, propiedades de barrera, etc.).

Generalmente, con una cinta de termoplástico de acuerdo con el presente invento, pueden unirse una variedad de sustratos. Por ejemplo, sustratos que pueden utilizarse incluyen telas, tales como telas tejidas, tricotadas, no tejidas o materiales compuestos de las mismas. Cuando se utilicen, las telas pueden contener fibras sintéticas, fibras naturales o mezclas de las mismas. Además, también pueden utilizarse otros materiales, tales como materiales elastómeros (naturales o sintéticos), materiales a base de papel (por ejemplo, pulpa natural o una mezcla de fibras cortas, naturales y sintéticas), películas extrudidas (por ejemplo, películas de polímeros termoplásticos o elastómeros termoplásticos), etc.

Los sustratos también pueden tener cualquier forma, tamaño o configuración deseados. Por ejemplo, puede proporcionarse un sustrato como una lámina plana de material con bordes lineales y/o no lineales. En algunos casos, los sustratos pueden tener, también, granes longitudes y/o bordes longitudinales sustancialmente paralelos. Si se desea, los bordes de uno o más de los sustratos pueden estar acabados por corte y/o mediante un orillo. En algunas realizaciones, una o más superficies de un sustrato pueden estar, también, revestidas o tratadas superficialmente mediante un tratamiento, tal como un tratamiento con silicona, a fin de alterar o mejorar las propiedades superficiales o el comportamiento de barrera de los materiales. Debe comprenderse que los sustratos descritos en lo que antecede son, únicamente, ejemplos de algunos de los sustratos que pueden utilizarse, y que el presente invento no se limita el uso de ningún sustrato en particular.

Como se ha mencionado en lo que antecede, puede formarse una costura entre dos o más sustratos utilizando una cinta de termoplástico. En general, en la cinta de termoplástico del presente invento, puede utilizarse cualquiera de una diversidad de materiales termoplásticos. Por ejemplo, algunos casos de materiales termoplásticos adecuados que pueden utilizarse en el presente invento incluyen, aunque sin limitarse a ellos, poliuretano, polietileno, polipropileno, copoliésteres y similares. El punto de fusión por calor de los materiales termoplásticos empleados para formar la cinta de termoplástico puede ser el mismo o diferente del de los materiales utilizados para formar el o los sustratos. Por ejemplo, en algunos casos, los materiales de sustrato tienen una temperatura de fusión por calor mayor que la temperatura de fusión por calor del o de los materiales de la cinta, de manera que el sustrato retenga, sustancialmente, su estructura y propiedades funcionales al aplicarle calor y presión.

De acuerdo con el invento, la cinta contiene más de un tipo de material termoplástico. Por ejemplo, la cinta puede ser de un material compuesto constituido por un polímero termoplástico mezclado o estratificado con otro polímero termoplástico. En una realización, por ejemplo, la cinta contiene una mezcla de, al menos, dos polímeros termoplásticos con puntos de fusión por calor que difieren en, al menos, 5ºC aproximadamente. En otra realización, la cinta es de un material compuesto estratificado tal que una parte de ella esté formada de un primer componente de polímero termoplástico mientras que otra parte de la cinta esté formada de un segundo componente de polímero termoplástico. Por ejemplo, hasta el 75% de la anchura de la cinta puede estar formada del primer componente de polímero termoplástico mientras que el resto de la anchura de la cinta puede estar formada del segundo componente de polímero termoplástico. Cada componente de polímero termoplástico puede contener uno o más tipos de polímeros termoplásticos.

También pueden utilizarse otros materiales en conjunto con el o los polímeros termoplásticos con el fin de formar la cinta de termoplástico del presente invento. Por ejemplo, en algunas realizaciones, diversos materiales pueden aplicarse como revestimiento sobre una o más superficies de la cinta y/o a lo largo de los bordes de la misma, a fin de mejorar la capacidad de la cinta para unirse con uno más sustratos. Algunos ejemplos de materiales adicionales que pueden utilizarse en conjunto con un polímero termoplástico incluyen adhesivos a base de disolventes, perlas realzadas discretas de un material adhesivo, etc., pero sin limitarse a ellos.

En algunas realizaciones, la cinta puede utilizarse en configuración plana, mientras que en otras realizaciones, la cinta puede utilizarse en configuración doblada o conformada. Por ejemplo, haciendo referencia a las Figs. 2-3, en ellas se ilustra una realización del presente invento en la que la cinta 10 de termoplástico se muestra doblada en una "configuración en Z" para formar una primera sección 16, una segunda sección 17 y una tercera sección 18. Las secciones 16, 17 y 18 pueden consistir en una única tira continua o en dos o más tiras separadas. Cuando se forman a partir de tiras separadas, dichas tiras pueden no estar unidas (por ejemplo, dos o más secciones en forma de U) o unirse utilizando técnicas usuales. Además, las tiras separadas, cuando se utilizan, pueden estar formadas de los mismos o de diferentes materiales. Debe comprenderse que la cinta 10 no tiene que poseer tres secciones, sino que se puede configurar con cualquier número de secciones deseado.

Con independencia del método particular utilizado para construir la o las secciones, en la realización con la configuración en Z ilustrada en la Fig. 3, la superficie inferior 36 de la primera sección 16 mira hacia la superficie superior 27 de la segunda sección 17, mientras que la superficie inferior 37 de la segunda sección 17 mira hacia la superficie superior 28 de la tercera sección 18. Generalmente, la cinta 10 puede conformarse o doblarse, tal como se ha descrito anteriormente, merced al uso de una variedad de técnicas diferentes. Por ejemplo, en algunas realizaciones, puede extrudirse un material termoplástico sobre una superficie de conformación que tenga la forma del pliegue deseado. Así, a medida que el polímero es depositado sobre la superficie de conformación, adopta de forma natural la forma de la superficie de conformación. En otras realizaciones, el material termoplástico puede extrudirse como una cinta plana y, luego, doblarse mediante el uso de una serie de barras de guía. Una vez doblado, se le puede aplicar presión y un poco de calor para fijar la forma doblada.

De acuerdo con el presente invento, una vez que se cuenta con la cinta de termoplástico particular y los sustratos, se les pone entonces en comunicación operativa de tal modo que la cinta pueda formar una costura entre los sustratos. A este respecto, se describirán ahora con mayor detalle, varias realizaciones para poner la cinta de termoplástico en comunicación operativa con los sustratos, con el fin de formar una costura. Sin embargo, debe comprenderse que las realizaciones expuestas en lo que sigue únicamente tienen como propósito ilustrar algunos ejemplos del presente invento y que el presente invento también contempla otras realizaciones y otras técnicas para poner una cinta de termoplástico en comunicación operativa con uno o más sustratos.

Por ejemplo, con referencia a la Fig. 3, en ella se ilustra una realización de un método de formar una costura entre dos sustratos y una cinta doblada en una configuración en Z. Como se muestra, se pone un primer sustrato 11 en posición entre la superficie inferior 36 de la primera sección 16 de la cinta 10 y la superficie superior 27 de la segunda sección 17 de la cinta 10. Además, el segundo sustrato 14 se posiciona entre la superficie inferior 37 de la segunda sección 17 de la cinta 10 y la superficie superior 28 de la tercera sección 18 de la cinta 10. En la mayoría de las realizaciones, los sustratos se sitúan en posición de tal modo que los bordes 64 y 62 se encuentren en posición solapada, tal como se muestra en la Fig. 3. Como resultado de ello, la cinta 10 puede ponerse más fácilmente en contacto con las superficies superior e inferior de cada uno de los sustratos 11 y 14.

En algunas realizaciones, la cinta 10 puede ponerse, también, en comunicación operativa con los sustratos 11 y 14 antes de doblar o conformar la cinta 10. Por ejemplo, en una realización del presente invento, una cinta plana 10 de termoplástico (véase la Fig. 1) es puesta en comunicación con los dos sustratos 11 y 14 solapando la cinta 10 sobre determinadas partes de los sustratos 11 y 14. Después, pueden aplicarse calor y presión para unir ligeramente la cinta plana 10 a los sustratos 11 y 14. Una vez que se han unido ligeramente, pueden utilizarse entonces una serie de barras de guía para conformar o doblar la cinta 10 en la forma deseada.

Después de que los sustratos 11 y 14 han sido puestos en comunicación con la cinta 10, tal como se ha descrito en lo que antecede, pueden ser suministrados a un dispositivo usual de realización de la costura (no mostrado) en el que se aplican calor y presión para soldar los materiales y formar la costura deseada. Si bien no es necesario, el calor y la presión se aplican, típicamente, de manera simultánea. En general, en el presente invento puede utilizarse cualquiera de una diversidad de métodos usuales para aplicar calor y presión a un material. Por ejemplo, algunos casos de métodos adecuados para aplicar calor y presión incluyen, aunque sin limitarse a ellos, el uso de rodillos de agarre calentados, técnicas de calandrado en caliente, técnicas de soldadura por ultrasonidos, el uso de láseres conjuntamente con rodillos de agarre, el uso de ciertas frecuencias de radio conjuntamente con rodillos de agarre, combinaciones de los mismos y similares.

La presión y la temperatura particulares utilizadas pueden variar en función de una diversidad de factores tales como los materiales empleados para la cinta y/o el o los sustratos, el tamaño y la forma de la cinta y/o del o de los sustratos, la anchura deseada de la costura, la resistencia deseada de la costura, el tipo de construcción de la costura, etc. Por ejemplo, en la mayoría de los casos, la costura puede formarse a una temperatura que va desde unos 10ºC menos que la temperatura de fusión por calor del material termoplástico de la cinta 10 cuya temperatura de fusión por calor sea la más baja, hasta una temperatura unos 50ºC mayor que dicha temperatura de fusión por calor. Por ejemplo, en una realización, una cinta bicapa de poliuretano con un punto de fusión por calor de 147ºC pude calentarse hasta una temperatura de tratamiento comprendida entre unos 170ºC y unos 195ºC. Además, la costura puede formarse a una presión de tratamiento comprendida entre unos 2,76\times10^{5} Pa (40 libras por pulgada cuadrada) y unos 8,27\times10^{5} Pa (120 libras por pulgada cuadrada). Así, en la realización mostrada en la Fig. 3, puede aplicarse presión para comprimir la configuración en Z de la cinta 10 aplicando una fuerza de compresión a la primera sección 16 y/o a la tercera sección 18. En una realización, por ejemplo, los materiales pueden prensarse a mano a una temperatura de unos 110ºC durante 5 segundos. En otra realización, los materiales pueden prensarse a mano a una temperatura de entre unos 170ºC y unos 195ºC durante 10 segundos.

Una vez aplicados el calor y la presión, la cinta 10 puede formar una costura con los sustratos 11 y 14. Como se ha descrito en lo que antecede, la costura puede tener cualquiera de una variedad de configuraciones y construcciones. Por ejemplo, haciendo referencia a la Fig. 4, en ella se muestra una realización de una costura 70 en la que la costura 70 está definida por la región de la cinta 10 posicionada entre los sustratos 11 y 14.

De acuerdo con el presente invento, se ha descubierto que la costura formada entre la cinta de termoplástico y los sustratos utiliza tanto "uniones adhesivas" como "uniones físicas" para mejorar la resistencia de la costura. Una "unión adhesiva" se refiere, en general, a la unión resultante de las fuerzas de atracción ejercidas entre dos o más materiales. Por ejemplo, las uniones adhesivas pueden ser, algunas veces, el resultado de "fuerzas dipolo-dipolo" entre materiales, que son un tipo de fuerza de van der Waals que se ejerce al interaccionar los momentos dipolares de dos moléculas polares.

Sin embargo, además de formar una unión adhesiva con los sustratos, también se ha descubierto que la cinta de termoplástico también puede formar una "unión física". Por ejemplo, en una realización, tras sido haber calentada hasta una cierta temperatura, al menos parte de la primera sección 16 y/o de la segunda sección 17 de la cinta 10 pueden reblandecerse o fundirse de modo que dicha parte sea relativamente capaz de fluir en fusión. Además, al ser sometido a una determinada presión, el polímero de tales partes capaces de fluir en fusión de la cinta 10 puede ser forzado entre los intersticios de la topografía de los sustratos 11 y 14. Después, se deja enfriar la costura, con lo que las partes capaces de fluir en fusión solidifican dentro de los intersticios de los sustratos 11 y 14 para formar con ellos una "unión física" contigua. Por ejemplo, haciendo referencia a las Figs. 6A-6B, en ellas se muestran ciertas partes 88, capaces de fluir en fusión de una cinta 10 bicapa de poliuretano, en contacto físico con dos sustratos 11 y 14.

Así, como la cinta es capaz de formar uniones adhesivas y físicas con uno o más sustratos, la resistencia de la costura resultante puede mejorarse en forma significativa. En particular, se ha descubierto que costuras formadas de acuerdo con el presente invento pueden unir sustratos sin utilizar el cosido usual con agujas, pero pueden poseer, no obstante, una resistencia que sea casi igual a la obtenida utilizando el cosido usual. Sin embargo, debe comprenderse que puede utilizarse el cosido usual en conjunto con la costura del presente invento, si así se desea.

Además, debe comprenderse, también, que, en algunos casos, la cinta 10 puede formar, solamente, una pequeña cantidad de uniones físicas o adhesivas con un sustrato particular. En especial, un aspecto singular del presente invento reside en la capacidad para formar una costura entre materiales con los que no sea fácil formar uniones adhesivas o físicas con la cinta de termoplástico. En tales casos, puede ser deseable controlar determinados aspectos de la formación de la costura con el fin de controlar mejor la magnitud de la unión adhesiva y/o de la unión física.

Por ejemplo, en algunas realizaciones, las temperaturas y/o las presiones de tratamiento pueden seleccionarse para favorecer ciertos tipos de unión. Por ejemplo, puede utilizarse una temperatura de tratamiento más baja para producir una costura que se una a los sustratos 11 y 14, principalmente, mediante unión adhesiva. Específicamente, a temperaturas de tratamiento más bajas, se hará capaz de fluir en fusión una menor cantidad del o de los polímeros termoplásticos utilizados en la formación de la cinta 10. En consecuencia, la cinta 10 se une físicamente en menor medida a los sustratos 11 y 14. Por otra parte, a temperaturas de tratamiento más altas, se hará capaz de fluir en fusión una mayor cantidad del o de los polímeros termoplásticos utilizados en la formación de la cinta 10, incrementándose, por tanto, la medida de la unión física entre la cinta 10 y los sustratos 11 y 14.

Además, al tiempo que se hacen variar las condiciones de tratamiento, la construcción particular de la cinta y/o de los sustratos puede afectar, también, a la naturaleza de la unión entre la cinta 10 y los sustratos 11 y 14. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, los sustratos 11 y/o 14 pueden estar formados de un material no fibroso o no poroso, tal como una lámina de caucho butilo. En tales casos, puede desearse incrementar el área del sustrato para facilitar la unión física con él. Por ejemplo, el borde del sustrato puede cortarse en un diseño no lineal para aumentar su superficie. Tales diseños no lineales pueden proporcionarse mediante un corte por cizalladura en dientes de sierra "dentado" o diseños creados con una cuchilla o un troquel (por ejemplo, un troquel de ultrasonidos). Además, puede utilizarse ataque químico (por ejemplo, ataque químico por plasma) para crear una topografía tridimensional en una o más superficies de un sustrato. Tal topografía tridimensional puede proporcionar un "ancla" para el polímero capaz de fluir en fusión durante el tratamiento, a fin de mejorar la unión física de la cinta al sustrato.

Además de variando la construcción del o de los sustratos, también puede hacerse variar la construcción de la cinta de termoplástico a fin de controlar la magnitud de la unión adhesiva y física. Por ejemplo, en algunas realizaciones, puede utilizarse una cinta de termoplástico multicapa (por ejemplo, con dos capas, tres capas, etc.) para variar la medida de la unión adhesiva y de la unión física. Haciendo referencia a la Fig. 5, por ejemplo, en ella se muestra una realización de una cinta 10 de termoplástico, bicapa, en la que una primera capa 40 forma la superficie superior 26 de la primera sección 16 de la cinta 10 y una segunda capa 50 forma la superficie inferior 36 de la primera sección 16 de la cinta 10.

Para alterar la medida de la unión adhesiva y física, los materiales utilizados para formar las capas 40 y 50 pueden seleccionarse previamente para conseguir un determinado tipo de unión. Por ejemplo, en una realización, la capa 40 puede formarse de un primer material que tenga un cierto punto de fusión, mientras que la capa 50 puede formarse de un segundo material que tenga un punto de fusión superior al punto de fusión del primer material. Así, ciertas partes de la cinta 10 pueden unirse a un sustrato principalmente mediante unión adhesiva mientras que otras partes de la cinta 10 pueden unirse a un sustrato principalmente por unión física. Específicamente, en esta realización, la superficie inferior 36 de la primera sección 16 y la superficie superior 27 de la segunda sección 17 pueden unirse al sustrato 11, principalmente, mediante unión adhesiva, mientras que la superficie inferior 37 de la segunda sección 17 y la superficie superior 28 de la tercera sección 18, pueden unirse al sustrato 14, principalmente, mediante unión física.

Tal unión preferencial, puede resultar particularmente útil cuando los materiales que forman el sustrato 11 difieren de los materiales que forman el sustrato 14. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el sustrato 14 puede ser relativamente incompatible, desde el punto de vista de la adherencia, con la cinta 10. Además, en otras realizaciones, el sustrato 11 puede tener un punto de fusión por calor que sea relativamente incompatible con el punto de fusión por calor de la cinta 10. No obstante, dado que la cinta 10 es capaz de unirse por adherencia y físicamente, puede formar, todavía, uniones con una excelente resistencia tanto con el sustrato 11 como con el sustrato 14.

Además de poder formar una fuerte costura entre dos sustratos, la cinta de termoplástico utilizada en el presente invento puede proteger, también, uno o más bordes de los sustratos. En particular, como se muestra en la Fig. 3, la cinta 10 puede cubrir sustancialmente el borde 62 del sustrato 11 y el borde 64 del sustrato 14 de forma que, al aplicar calor y presión, la cinta 10 forme un cierre sobre los bordes 62 y 64. Este cierre puede impedir que diversos objetos desgasten por abrasión o perforen los bordes de los sustratos, lo cual podría conducir, eventualmente, a la degradación de la unión entre los sustratos.

El presente invento se puede comprender mejor haciendo referencia a los siguientes ejemplos.

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Ejemplo 1

Se demostró la capacidad de dos sustratos para ser unidos mediante una cinta de termoplástico de acuerdo con una realización del presente invento. Se obtuvieron dos sustratos del U.S. Army Soldier Systems Center, de Natick, Massachusetts, EE.UU. Los sustratos se prepararon a partir de un material en lámina que responde a la especificación militar MIL-C-13621. Específicamente, la lámina contenía tres capas y tenía un gramaje global de entre 370 a 460 gramos por metro cuadrado (gsm). La capa interior era un cañamazo de tela de nilón con tejido de sarga. Además, las capas exteriores estaban formadas de caucho butilo. Los bordes de los sustratos se cortaron con cortes dentados antes de fabricar la costura.

La cinta de termoplástico utilizada era una película bicapa de poliuretano modificado disponible con la denominación ST-52 de Bermis Associates, Inc., de Shirley, Massachusetts, EE.UU. En particular, una capa contenía un adhesivo de poliuretano y tenía un grosor de 0,064 milímetros, mientras que la otra capa contenía un material de barrera de poliuretano y tenía un grosor de 0,101 milímetros. La temperatura de fusión de la capa adhesiva era de 82ºC y la temperatura de fusión de la capa de barrera era de 147ºC. La cinta tenía una anchura de 22,2 milímetros.

Para formar la costura, se puso inicialmente la cinta termoplástico en comunicación con los sustratos para formar un calibre de costura que estaba definido por un solapamiento de 6,35 mm de los bordes de la tela. Las colas de la cinta se extendían 1,6 mm más allá de los bordes de la tela en las superficies superior e inferior de la costura. Un borde de la cinta de termoplástico se unió previamente al borde de una de las piezas de tela utilizando una máquina de coser por ultrasonidos Sonobond modelo SM8000, disponible de Sonobond Ultrasonics, de West Chester, Pennsylvania, EE.UU. La máquina de coser se ajustó con una altura de la sonda de 2,3 milímetros, una regulación de amplitud de 1,5 y un tiempo de residencia de 1 segundo. Se establecieron puntos de unión separados en, aproximadamente, 6 mm.

La segunda pieza de tela se unió previamente de forma parecida a la cinta de termoplástico. Se dobló luego la cinta para disponer los bordes de la tela en posición solapada, tal como se muestra en la Fig. 4. Entonces, se utilizó una prensa de placa plana para unir los materiales. En particular, la prensa se utilizó a temperaturas de 170ºC y 195ºC, una presión de, aproximadamente, 5,6 kg/cm^{2} y durante un tiempo de residencia de unos 10 segundos.

Ejemplo 2

Se demostró la capacidad de dos sustratos para ser unidos mediante una cinta de termoplástico de acuerdo con una realización del presente invento. Se obtuvieron dos sustratos del U.S. Army Soldier Systems Center, de Natick, Massachusetts, EE.UU. Se prepararon los sustratos a partir de una tela para tienda de campaña como se describe en la especificación militar MIL-PRF-44103D, Clase 2, Calidad B. Específicamente, la tela era un tejido de nilón revestido con una impresión tostada de camuflaje para el desierto.

La cinta de termoplástico utilizada era una película bicapa de poliuretano modificado disponible con la denominación ST-52 de Bermis Associates, Inc., de Shirley, Massachusetts, EE.UU. En particular, una capa contenía un adhesivo de poliuretano y tenía un grosor de 0,064 milímetros, mientras que la otra capa contenía un material de barrera de poliuretano y tenía un grosor de 0,101 milímetros. La temperatura de fusión de la capa de adhesivo era de 82ºC y la temperatura de fusión de la capa de barrera era de 147ºC. La cinta tenía una anchura de 22,2 milímetros.

Se formó la costura como se describió en el Ejemplo 1. Además, se ensayó la resistencia a la tracción por agarre de tres muestras de la tela y la costura, de acuerdo con la norma ASTM D-5034. La tela falló bajo cargas de 155 a
160 kg. La resistencia media a la tracción por agarre de los tres ensayos de la costura fue de 150,98 kg.

Ejemplo 3

Se preparó el Ejemplo 3 de acuerdo con el Ejemplo 2, excepto porque el calibre de la costura era de 3,175 milímetros y la cinta de termoplástico tenía una anchura de 19 milímetros. Se ensayó de nuevo la resistencia a la tracción por agarre de tres costuras de muestra. Para una de las costuras, la tela falló antes que la costura, es decir, bajo una carga de 157,4 kg. Las otras dos costuras fallaron bajo cargas de 134,3 kg y 136,3 kg.

Ejemplo 4

Se demostró la capacidad de dos sustratos para ser unidos mediante una cinta de termoplástico de acuerdo con una realización del presente invento. Se obtuvieron dos sustratos del U.S. Army Soldier Systems Center, de Natick, Massachusetts, EE.UU. Se prepararon los sustratos a partir de una tela tricapa como se describe en la especificación militar MIL-C-44187. Específicamente, esta tela estaba constituida por una tela de nilón tejida plana con un gramaje comprendido entre 88 y 102 gramos por metro cuadrado (g/m^{2}) estratificada con una película microporosa de poli(tetrafluoroetileno) (PTFE) con un gramaje de entre 10 y 24 g/m^{2}. El respaldo de la tela era una tela tricotada de nilón con un gramaje de entre 34 y 62 g/m^{2}.

La cinta de termoplástico utilizada era una cinta formada a partir de tres tiras separadas de una película bicapa de poliuretano modificado disponible con la denominación ST-52 de Bermis Associates, Inc., de Shirley, Massachusetts, EE.UU. En particular, una capa contenía un adhesivo de poliuretano y tenía un grosor de 0,064 milímetros mientras que la otra capa contenía un material de barrera de poliuretano y tenía un grosor de 0,101 milímetros. La temperatura de fusión de la capa adhesiva era de 82ºC y la temperatura de fusión de la capa de barrera era de 147ºC. La cinta resultante tenía una anchura de 7 milímetros.

Se formó la costura como se describió en el Ejemplo 2. Se ensayaron la resistencia a la tracción por agarre y la resistencia al desprendimiento de la tela y la costura de acuerdo con las normas ASTM D-5034 y ASTM D-2724 (secciones 14-15), respectivamente. La resistencia media a la tracción por agarre de las tres muestras de la costura fue de 114 kg y la resistencia media al desprendimiento por agarre para estas costuras fue de 2,28 kg.

Ejemplo 5

Con fines de comparación, se utilizó una costura solapada usual con un calibre de la costura de 6,3 milímetros para unir los dos sustratos descritos en el Ejemplo 4. Tras coser la costura a través de los sustratos, se utilizaron, también, dos tiras de cinta de termoplástico. En particular, una tira de la cinta de termoplástico se colocó en su totalidad sólo sobre la superficie superior de un sustrato, para adherir a ella un extremo de la costura. La otra tira se colocó totalmente sólo sobre la superficie inferior del otro sustrato para adherir al mismo el otro extremo de la costura cosida. Luego, se calentaron y se comprimieron las tiras de cinta para fijar la cinta.

La resistencia media a la tracción por agarre de estas costuras fue de 78 kg y la resistencia media al desprendimiento de estas costuras fue de 1,53 kg.

Ejemplo 6

Con fines de comparación, se utilizó una sobrecostura doble cosida con agujas, usual, para unir los dos sustratos descritos en el Ejemplo 4. La resistencia media a la tracción por agarre de estas costuras fue de 85,1 kg y la resistencia media al desprendimiento de estas costuras fue de 4,03 kg.

Un resumen de los resultados obtenidos en los Ejemplos 2 a 6, se ofrece en lo que sigue en la Tabla I

TABLA I Resumen de Ejemplos

1

Así, como se muestra a partir de la Tabla I, una costura formada de acuerdo con el presente invento puede proporcionar una resistencia mejorada de la unión en comparación con costuras formadas de acuerdo con técnicas usuales. En particular, la capacidad de la cinta de termoplástico para formar uniones físicas y adhesivas puede proporcionar una costura con una resistencia y una duración inesperadas. Tales costuras pueden utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, las costuras pueden ser útiles para unir materiales de barrera, en particular cuando debe mantenerse la función de barrera en el área de la costura. Ejemplos de tales materiales de barrera incluyen prendas protectoras para áreas de exposición biológica, guerra química y trajes de buceo. Además, dado que las costuras del presente invento no tienen como base el cosido con agujas, pueden encontrar una utilidad mejorada en aplicaciones que exijan una porosidad controlada al paso del aire, por ejemplo en construcciones de paracaídas. Además, otras aplicaciones en las que pueden resultar útiles las costuras incluyen tiendas de campaña, uniformes militares, aeronaves con revestimiento de tela (por ejemplo, dirigibles) y similares.

Estas y otras modificaciones y variaciones del presente invento pueden ser llevadas a la práctica por los que tengan un conocimiento normal de la técnica sin apartarse del alcance del presente invento, que se establece en las reivindicaciones adjuntas. Además, debe entenderse que los aspectos de las diversas realizaciones pueden intercambiarse, en su totalidad o parcialmente. Adicionalmente, los expertos normales en la técnica apreciarán que la descripción que antecede se ofrece, únicamente, a modo de ejemplo, y no se pretende limitar con ella el invento descrito, por lo demás, en dichas reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Un método de unir sustratos, cuyo método comprende:

proporcionar un primer sustrato (11) con una superficie superior y una superficie inferior y un segundo sustrato (14) con una superficie superior y una superficie inferior;

posicionar una cinta continua (10) de termoplástico adyacente a dicho primer sustrato (11) y a dicho segundo sustrato (14) de tal forma que la citada cinta (10) se encuentre en comunicación operativa con dichas superficies, superior e inferior, del citado primer sustrato (11) y con dichas superficies, superior e inferior, del citado segundo sustrato (14), en el que dicha cinta (10) es capaz de formar tanto una unión adhesiva como una unión física con los mencionados sustratos (11, 14); y

formar una costura uniendo dicha cinta (10) a dichas superficies, superior e inferior, de dicho primer sustrato (11) y a dichas superficies, superior e inferior, de dicho segundo sustrato (14), en el que dicha unión entre dicha cinta (10) y dichas superficies, superior e inferior, de dichos sustratos primero y segundo (11, 14) incluye unión física y unión adhesiva,

caracterizado porque al menos parte de dicha cinta (10) contiene múltiples capas (40, 50), conteniendo una (40) de dichas capas un material termoplástico con una primera temperatura de fusión por calor y conteniendo la otra (50) de dichas capas un material termoplástico con una segunda temperatura de fusión por calor, siendo dicha segunda temperatura de fusión por calor mayor que dicha primera temperatura de fusión por calor.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende calentar al menos una primera parte (16, 17) o una segunda parte (17, 18) de dicha cinta (10) a una temperatura predeterminada, en el que dicha primera o dicha segunda parte (16, 17; 17, 18) de la cinta, respectivamente, se pone en comunicación operativa con dicho sustrato primero o segundo (11, 14), respectivamente, y en el que dicha primer o dicha segunda parte (16, 17; 17, 18) de la cinta, respectivamente, comprende un material termoplástico que es capaz de fluir en fusión cuando se le somete a una cierta cantidad de calor y presión.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicha temperatura está comprendida entre unos 10ºC por debajo y unos 50ºC por encima de una temperatura de fusión por calor de dichas partes, al menos, primera o segunda (16, 17; 17, 18) de dicha cinta (10), respectivamente.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende someter a presión a, por lo menos, una primera parte (16, 17) o a una segunda parte (17, 18) de dicha cinta (10), en el que dicha primera o dicha segunda parte (16, 17; 17, 18) de la cinta, respectivamente, se dispone en comunicación operativa con dicho primero o dicho segundo sustrato (11, 14), respectivamente, y en el que dicha primera o dicha segunda parte (16, 17; 17, 18) de la cinta, respectivamente, comprende un material termoplástico que es capaz de fluir en fusión cuando se le somete a cierta cantidad de calor y presión.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque dicha presión está comprendida entre unos 2,76\times10^{5} Pa (40 libras por pulgada cuadrada) y unos 8,27\times10^{5} Pa (120 libras por pulgada cuadrada).

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende someter a dicha cinta (10) a calor y presión simultáneamente.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer sustrato (11) y dicho segundo sustrato (14) son telas.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende doblar dicha cinta (10) hasta darle una cierta forma.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicha cinta (10) se dobla hasta darle una configuración en Z.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicha cinta (10) se dobla antes de posicionarla junto a dicho primer sustrato (11) y a dicho segundo sustrato (14).

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicha cinta (10) se dobla después de posicionarla junto a dicho primer sustrato (11) y a dicho segundo sustrato (14).

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende atacar químicamente al menos una de dichas superficies de dicho primer sustrato (11), de dicho segundo sustrato (14), o de combinaciones de las mismas.

\newpage

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque un borde (62, 64) definido por dichas superficies superior e inferior de, al menos, uno de los citados sustratos (11, 14), es no lineal.

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha cinta (10) comprende poliuretano.

15. Un artículo que comprende:

: un primer sustrato (11) con una superficie superior y una superficie inferior y un segundo sustrato (14) con una superficie superior y una superficie inferior; y

: una costura definida por una cinta (10) de termoplástico continua unida a dichas superficies, superior e inferior, de dicho primer sustrato (11) y a dichas superficies, superior e inferior, de dicho segundo sustrato (14), en el que dicha cinta (10) es capaz de formar tanto una unión adhesiva como una unión física con los mencionados sustratos (11, 14), y en el que dicha unión, entre dicha cinta (10) y dichas superficies superior e inferior de dichos sustratos primero y segundo (11, 14) incluye la unión física y la unión adhesiva,

caracterizado porque, al menos, parte de dicha cinta (10) contiene múltiples capas (40, 50), conteniendo una (40) de dichas capas un material termoplástico con una primera temperatura de fusión por calor y conteniendo la otra (50) de dichas capas un material termoplástico con una segunda temperatura de fusión por calor, siendo dicha segunda temperatura de fusión por calor mayor que dicha primera temperatura de fusión por calor.

16. Un artículo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque dicho primero y dicho segundo sustratos (11, 14) son telas.

17. Un artículo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque un borde (62; 64) definido por dichas superficies superior e inferior de, al menos, uno de dichos sustratos (11; 14) es no lineal.

18. Un artículo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque al menos una de dichas superficies de dicho primer sustrato (11), dicho segundo sustrato (14), o combinaciones de las mismas, han sido atacadas químicamente.

19. Un artículo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque dicha cinta (10) está doblada en una configuración en Z.

20. Un artículo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque dicha cinta (10) comprende poliuretano.

21. Un artículo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque dicha costura está formada por dichos materiales termoplásticos primero y segundo que tienen dichos puntos de fusión primero y segundo.

22. Un artículo de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado porque dicha cinta (10) es una cinta bicapa de poliuretano.