ES2329945T3

ES2329945T3 - Proceso y aparato para producir fibras submicrometricas.

Info

Publication number: ES2329945T3
Application number: ES07020436T
Authority: ES
Inventors: Michael H. Johnson; Timothy Krause; Michael W. Hayes; Rajeev Chhabra; Savas Aydore; Olaf Erik Alexander Isele; Han Xu
Original assignee: Polymer Group Inc
Current assignee: Avintiv Specialty Materials LLC
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2027-10-18
Also published as: MX2007012873A; IL219512A0; AU2012203368A1; CN102168346A; US20100120314A1; US20080093778A1; HK1158713A1; EP1918430A8; JP5714534B2; IL219513A; IL219512A; CN102154717A; US7666343B2; US8962501B2; US20110147301A1; CO5910043A1; EP1918430A1; KR20120123006A; BRPI0703962B1; EP1918430B1

Abstract

Un proceso para la realización de una tela no tejida, que comprende: una corriente de gas presurizado que circula dentro de un paso de gas que se confina entre una primera y una segunda paredes opuestas, de las cuales al menos una de las paredes opuestas se calienta; dicho paso de gas comprende una primera sección aguas arriba en la que el gas se introduce desde un extremo de suministro, una región de transición y una segunda sección aguas abajo en la que el gas circula hacia un extremo de salida, en el que la región de transición conecta de modo fluido la primera sección y la segunda sección y el paso de gas acaba en el extremo de salida de la segunda sección, y en el que dicha primera sección del paso de gas tiene un área de sección de corte decreciente desde el extremo de suministro a la zona de transición y dicha segunda sección del paso de gas tiene un área de sección de corte creciente desde la región de transición al extremo de salida de la segunda sección; al menos una corriente fluida de polímero que circula a través de al menos un paso de polímero delimitado que termina en al menos una abertura en al menos una de dichas paredes calentadas opuestas, en el que cada corriente fluida de polímero se extruye en la forma de una película desde cada una de dichas aberturas; y cada película de polímero extruida se une con la corriente de gas y la película de polímero se fibrila para formar fibras que comprende fibras de diámetro submicrométrico que salen del extremo de salida de la segunda sección del paso de gas.

Description

Proceso y aparato para producir fibras submicrométricas y no tejidos y artículos que contienen las mismas.

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a la producción de fibras submicrométricas, y más especialmente se refiere a un proceso y aparato para llevar a cabo la formación de fibras submicrométricas mediante la fibrilación de películas de polímeros y materiales no tejidos.

Antecedentes técnicos

Las tecnologías de hilado continuo y discontinuo de filamentos se conocen en la técnica y se denominan comúnmente como tecnologías de hilado de fusión (spunmelt en inglés). Las tecnologías de hilado de fusión incluyen tanto el proceso de soplado de fusión (meltblown en inglés) como el de hilado enlazado (spunbond en inglés). Un proceso de hilado enlazado involucra el suministro de un polímero fundido, que se extruye bajo presión a través de un gran número de orificios en una placa conocida como tobera de hilatura o troquel. Los filamentos continuos resultantes se templan y estiran por cualquiera de una serie de métodos, tales como los sistemas de trefilado por ranura, pistolas atenuantes o rodillos Godet. Los filamentos continuos se recogen como una tela suelta sobre una superficie porosa en movimiento, tal como cinta transportadora de una malla de hilos. Cuando se usa más de una tobera de hilatura en línea con la finalidad de formar un género multicapas, las telas posteriores se recogen sobre la superficie más superior de la tela previamente formada.

El proceso de soplado de fusión se relaciona con los medios del proceso de hilado enlazado para formar una capa de género no tejido, en el que, se extruye un polímero fundido bajo presión a través de los orificios en una tobera de hilatura o troquel. Un gas a alta velocidad incide sobre y atenúa los filamentos según salen del troquel. La energía de esta etapa es tal que los filamentos formados se reducen en su diámetro en gran medida y se fracturan de forma que se producen microfibras de longitud indeterminada. Esto difiere del proceso de hilado enlazado en donde se preserva la continuidad de los filamentos.

Las compañías fabricantes de equipos de hilado de fusión, tales como Reifenhäuser, Ason Neumag, Nordson y Accurate Products han diseñado numerosos modelos para fabricación por soplado de fusión y/o hilado enlazado que ofrecen una diversidad de atributos deseables, tales como un rendimiento del polímero incrementado, mejor manejo del flujo de aire o de la distribución del polímero y control mejorado de la desviación de los filamentos, por mencionar unos pocos. Las Patentes de los Estados Unidos Números 4.708.619, 4.813.864, 4.820.142, 4.838.774, 5.087.186, 6.427.745 y 6.565.344, describen ejemplos de equipos para el procesado de materiales de soplado de fusión o hilado enlazado.

Hay una creciente demanda de artículos producidos a partir no tejidos que contengan fibras submicrométricas. Los diámetros de las fibras submicrométricas se entiende generalmente que son menores que aproximadamente 1000 nanómetros (es decir, una micra). Las telas de fibras submicrométricas pueden producirse mediante una variedad de métodos y a partir de una variedad de materiales. Aunque se han usado varios métodos, hay inconvenientes en cada uno de los métodos y ha sido difícil producir fibras submicrométricas de modo efectivo en coste. Las instalaciones de equipos convencionales de hilado de fusión no pueden proporcionar fibras de alta calidad, pocos defectos y telas que sean predominantemente microfinas incluyendo fibras de diámetro submicrométrico con distribuciones del tamaño de las fibras limitadas.

Los métodos de producción de fibras submicrométricas incluyen una clase de métodos descritos por la fibrilación de fusión. Ejemplos no limitadores de los métodos de fibrilación de fusión incluyen el soplado de fusión, rotura de fibra fundida y fibrilación de película fundida. Los métodos de producción de fibras submicrométricas, no a partir de fundidos, son la fibrilación de película, electro hilatura e hilado de solución. Otros métodos de producción de fibras submicrométricas incluyen el hilado de una fibra de dos componentes de diámetro mayor en "islas en el mar", círculo segmentado u otra configuración en donde la fibra se procesa entonces adicionalmente de forma que se obtienen fibras submicrométricas.

La fibrilación de fundido es una clase general de realización de fibras definido porque uno o más polímeros se funden y extruyen en muchas configuraciones posibles (por ejemplo extrusión conjunta, películas o filamentos homogéneos o de dos componentes) y entonces se fibrilan o se separan en fibras y filamentos.

La fibrilación de película fundida es otro método de producir fibras. Se produce una película de fusión a partir del fundido y entonces se utiliza un fluido para formar fibras a partir de la película de fusión. Los dos ejemplos de este método incluyen las Patentes de Estados Unidos Números 6.315.806, 5.183.670 y 4.536.361 de Torobin y las Patentes de Estados Unidos Números 6.382.526, 6.520.425 y 6.695.992 de Reneker asignadas a la Universidad de Akron.

El electrohilado es un método usado comúnmente para producir fibras submicrométricas. En una manifestación de este método, se disuelve un polímero en un disolvente y se coloca en una cámara sellada en un extremo con una pequeña abertura en una zona inferior en forma de cuello en el otro extremo. Se aplica entonces un potencial de alto voltaje entre la solución del polímero y un colector cerca del extremo abierto de la cámara. Las tasas de producción de este proceso son muy lentas y las fibras se producen típicamente en pequeñas cantidades. Otra técnica de hilado para producir fibras submicrométricas es el hilado de disolución o destello que utiliza un disolvente.

Una de las formas de obtener una alta escisión de la fusión para un proceso de fibrilación de película fundida es a través de un gas a alta velocidad (es decir, velocidades de gas cercanas a la sónica o supersónicas). Para obtener velocidades supersónicas o transónicas (cercanas a la sónica), el flujo necesita típicamente converger en una garganta (la parte más estrecha de una tobera en donde la velocidad alcanza niveles sónicos) y entonces expandirse en una zona divergente. Las toberas adiabáticas (no se obtiene ni se pierde calor a través de los límites del sistema de toberas) reúnen estos criterios generales y son conocidas en la técnica e incluyen las denominadas toberas Laval. El uso de toberas del tipo Laval en la formación de fibras se describe por ejemplo en la Publicación de la Solicitud de Patente de Estados Unidos Nº 2004/0099981 A1 y en las Patentes de Estados Unidos Nº 5.075.161 y 5.260.003. Estos métodos utilizan las toberas Laval para acelerar las velocidades del gas hasta el intervalo sónico y/o supersónico. Cuando la fundición de polímero se expone a velocidades de gas tan altas, se expande en una gran diversidad de finas fibras. Generalmente usan una entrada concéntrica y la canalización del gas y el fundido de polímero en las toberas de descarga, lo que puede no ser óptimo desde el punto de vista de la complejidad de la disposición del equipo y del mantenimiento del equipo, etc. Sin embargo, otras configuraciones de tobera, tales como disposiciones no concéntricas (no anulares) de las toberas plantean sus propios retos. Por ejemplo, en un sistema de toberas de fibras o filamentos en donde la introducción del polímero fundido y del gas procede de unidades separadas lado a lado, tiende a surgir un problema cuando el gas de creación de las fibras circula entre un lateral con una superficie o pared que se calienta a una alta temperatura (por ejemplo debido a la introducción de un flujo de polímero fundido desde ese lado) y una superficie o pared en el lado opuesto (por ejemplo, un lado de introducción del gas) que está a una temperatura inferior que la del lado del polímero fundido. En tal escenario, el flujo de gas tiende a convertirse en inestable en la sección divergente en las configuraciones de tobera anteriores tales como con una tobera Laval. Esto conduce a problemas de pérdida en la escisión del polímero, retroceso del flujo de polímero o acumulación dentro del lado del gas del paso de gas y posteriormente un flujo y formación de fibras de polímero variable de modo excesivamente irregular y decreciente. Después de que tenga lugar una suficiente acumulación de fundido aguas arriba en el lado del gas, el polímero fundido se separa y se sopla típicamente al exterior como un "disparo", dado que el fundido se enfría localmente y ya no puede formar fibras debido a la insuficiente capacidad de escisión del polímero. Cuando en el otro extremo de esa variación el flujo de polímero escasea, la escisión es excesiva conduciendo a un polvo no deseado. Se han necesitado nuevos avances para permitir la producción de fibras submicrométricas de calidad consistentemente elevada para artículos desechables de una forma más eficiente con Niveles de producción comercialmente significativos. Se describen procesos adicionales para la producción de fibras submicrométricas en los documentos JP 2005 029931, GB-A-2187133 o US 2003/13706911.

Sumario

La presente invención se dirige a unas fibras submicrométricas de alta calidad, bajos defectos y a unos no tejidos que incorporan las fibras submicrométricas que se producen en una etapa simple única, la fibrilación de película de fusión, un proceso de alto rendimiento, y un dispositivo de tobera usado para esta finalidad. Se consiguen productos no tejidos que tienen un contenido en microfibras de alta calidad, que en un aspecto exceden el 99% de contenido de fibras submicrométricas, en producciones a escala comercial, se obtienen también mediante la presente invención una escisión del polímero incrementada y una reducción de los problemas de retorno o acumulación del polímero que en otro caso conducirían a efectos no deseados en las fibras, tal como el desarrollo de disparos dentro del sistema de toberas. Con la presente invención, se proporcionan productos de microfibras no tejidas, de alta calidad, que tienen propiedades de barrera, suavidad, absorbencia, opacidad y/o área superficial elevada mejoradas y que son adecuados para una gran variedad de productos fibrosos industriales e higiénicos de consumo.

La presente invención proporciona la materia sujeto como se define en las reivindicaciones 1 a 33 así como se define en la siguiente especificación. Se ejemplifican también realizaciones particulares en los apartados 1 a 5, 8 a 32 y 39 a 41 como se indica a continuación.

1. Un proceso para la realización de una tela no tejida, que comprende:

una corriente de gas presurizado que circula dentro de un paso de gas que se confina entre una primera y una segunda paredes opuestas, de las cuales al menos una de las paredes opuestas se calienta;

dicho paso de gas comprende una primera sección aguas arriba en la que el gas se introduce desde un extremo de suministro, una región de transición y una segunda sección aguas abajo en la que el gas circula hacia un extremo de salida, en el que la región de transición conecta de modo fluido la primera sección y la segunda sección y el paso de gas acaba en el extremo de salida de la segunda sección, y en el que dicha primera sección del paso de gas tiene un área de sección de corte decreciente desde el extremo de suministro a la zona de transición y dicha segunda sección del paso de gas tiene un área de sección de corte creciente desde la región de transición al extremo de salida de la segunda sección;

al menos una corriente fluida de polímero que circula a través de al menos un paso de polímero delimitado que termina en al menos una abertura en al menos una de dichas paredes calentadas opuestas, en el que cada corriente fluida de polímero se extruye en la forma de una película desde cada una de dichas aberturas; y

cada película de polímero extruida se une con la corriente de gas y la película de polímero se fibrila para formar fibras que comprende fibras de diámetro submicrométrico que salen del extremo de salida de la segunda sección del paso de gas.

2. El proceso del apartado 1, en el que la corriente de gas se introduce en el paso de gas con un caudal másico que varía desde aproximadamente 150 kilogramos por hora por metro a aproximadamente 3500 kilogramos por hora por metro.

3. El proceso del apartado 1, en el que la corriente de gas y la corriente fluida de polímero se introducen con una relación del caudal másico de la corriente de gas/corriente fluida de polímero menor de aproximadamente 40:1.

4. El proceso del apartado 1, en el que la corriente de gas a la entrada del paso de gas está a una temperatura menor de 50ºC.

5. El proceso del apartado 1, en el que el material de la tela no tejida comprende más del 35% de fibras de diámetro submicrométrico.

8. El proceso del apartado 1, en el que las fibras se componen de un polímero seleccionado entre el grupo que consiste en poliolefinas, poliésteres, poliamidas, polímeros biodegradables, poliuretanos, poliestirenos, resinas alquídicas, ácidos polihidroxialcanoicos y una combinación de los mismos.

9. Un proceso para realizar una tela no tejida, de cualquiera de los apartados precedentes en el que dicha primera sección del paso de gas tiene un área de sección que decrece monótonamente desde el extremo de suministro a la región de transición y dicha segunda sección del paso de gas tiene un área de sección que aumenta monótonamente desde la región de transición al extremo de salida de la segunda sección.

10. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 9, en el que cada apertura de paso de polímero es una rendija con un diámetro hidráulico definido como cuatro veces el área de la sección de una abertura de paso de polímero dividida por el perímetro interior de la abertura de paso de polímero, dicho diámetro hidráulico de cada abertura de paso de polímero varía desde aproximadamente 0,025 mm (0,001 pulgadas) a aproximadamente 2,540 mm (0,100 pulgadas).

11. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 10, en el que la película de polímero tiene un grosor de película de polímero que no excede el diámetro hidráulico de la abertura de paso de polímero.

12. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 11, en el que un primer eje bisectriz imaginario, definido como un plano bisectriz del ángulo entre la primera y la segunda paredes, divide geométricamente la primera sección en dos mitades con volúmenes aproximadamente iguales y un segundo eje bisectriz imaginario, definido como un plano bisectriz del ángulo entre la primera y la segunda paredes, divide geométricamente la segunda sección en dos mitades con volúmenes aproximadamente iguales.

13. El proceso del apartado 12, en el que el ángulo de bisección de la primera y la segunda paredes con respecto al primer eje bisectriz varía desde aproximadamente 15 a aproximadamente 40 grados en la primera sección y donde el ángulo de bisección de la primera y la segunda paredes con respecto al segundo eje bisectriz varía desde aproximadamente 2 a aproximadamente 20 grados en la segunda sección del paso de gas.

14. El proceso del apartado 13, en el que la primera y segunda paredes del paso de gas se calientan a aproximadamente una misma temperatura para proporcionar estados térmicos simétricos con respecto al primer y segundo ejes bisectrices.

15. El proceso del apartado 14, en el que sólo una película de polímero se forma sobre al menos una de las paredes calentadas opuestas, y cada abertura de paso de polímero desde la que se extruye la película de polímero se sitúa en la mitad superior de la segunda sección determinada en relación a la longitud de paso de polímero incluyendo la pared calentada que se extiende entre la región de transición y el extremo de salida de la segunda sección.

16. El proceso del apartado 15, en el que la primera y la segunda paredes del paso de gas se curvan suavemente de modo que la curvatura de las paredes opuestas en la primera sección cambia suavemente sin ningún borde agudo dentro de la curvatura de las paredes opuestas en la segunda sección en la región de transición del paso de gas.

17. El proceso del apartado 11, donde una de las paredes opuestas es una pared caliente y la otra pared es una pared fría, en el que la temperatura de la pared caliente es al menos 50ºC más alta que la pared fría y sólo la pared caliente tiene al menos una abertura de paso de polímero fluido.

18. El proceso del apartado 17, en el que el ángulo de bisección de la primera y de la segunda paredes con respecto al primer eje bisectriz en la primera región varía desde aproximadamente 15 a aproximadamente 40 grados.

19. El proceso del apartado 18, en donde la pared caliente en la segunda sección se separa del primer eje bisectriz en un ángulo que varía desde aproximadamente 1 grado a 20 grados y la pared fría en la segunda sección converge hacia el primer eje bisectriz en un ángulo que varía desde aproximadamente 0,1 grados a aproximadamente 15 grados.

20. El proceso del apartado 19, en donde la relación entre el ángulo divergente de la pared caliente con relación al primer eje bisectriz y el ángulo convergente de la pared fría con relación al primer eje bisectriz varía desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 500:1.

21. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 20, en el que el ángulo entre la línea central de cada paso de polímero y la pared que contiene las correspondientes aberturas de paso de polímero varía desde aproximadamente 10 grados a aproximadamente 100 grados.

22. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 21, en el que la película de polímero que se extruye desde cada abertura de paso de polímero circula con el flujo de gas a lo largo de una superficie de formación de fibras de polímero, que tiene un ángulo de orientación con respecto al primer eje bisectriz que varía desde aproximadamente 90 grados medidos en la dirección de las agujas del reloj a alrededor de 45 grados medidos en la dirección contraria a las agujas del reloj.

23. El proceso del apartado 22, en el que la longitud de la superficie de formación de fibras de polímero correspondiente a cada abertura de paso de polímero es menor de aproximadamente 100 veces el diámetro hidráulico de la correspondiente abertura de paso de polímero.

24. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 23, en el que la primera y la segunda paredes del paso de gas se curvan suavemente de forma que la curvatura de las paredes opuestas en la primera sección cambia suavemente sin ningún borde agudo hasta la curvatura de las paredes opuestas en la segunda sección dentro de la región de transición del paso de gas.

25. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 24, en el que las paredes opuestas en la segunda sección del paso de gas se curvan de forma que la pared caliente tiene una forma convexa y se curvan separándose del segundo eje bisectriz y la pared fría tiene una forma cóncava que se curva hacia el segundo eje bisectriz según se observa desde el interior de la segunda sección en el paso de gas.

26. El proceso del apartado 19, en el que la relación del radio de curvatura de la pared caliente al radio de curvatura de la pared fría en la segunda sección del paso de gas varía desde aproximadamente 1:10.000 a aproximadamente 100:1.

27. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 26, en el que la corriente de gas y la corriente de polímero fluida se introducen dentro de la segunda sección con una relación entre los caudales másicos de la corriente de gas/corriente de polímero fluido menor de aproximadamente 15:1.

28. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 27, en el que la corriente de gas se introduce dentro del paso de gas con un caudal másico que varía desde aproximadamente 150 kilogramos por hora por metro a aproximadamente 3500 kilogramos por hora por metro.

29. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 28, en el que la corriente de gas y la corriente de polímero fluido se introducen dentro de la segunda sección con una relación entre los caudales másicos de la corriente de gas/corriente de polímero fluido menor de aproximadamente 40:1.

30. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 29, en el que la corriente de gas a la entrada del paso de gas está a una temperatura menor de 50ºC.

31. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 30, en el que el material de la tela no tejida comprende más del 35% de fibras submicrométricas.

32. El proceso de cualquiera de los apartados 1 a 31, comprendiendo además el proporcionar un conjunto de materiales de polímero diferentes como diferentes corrientes de polímero fluido que circulan a través de pasos de polímero delimitados separados que acaban en una abertura en al menos una de dichas paredes calentadas opuestas, en el que las diferentes corrientes de polímero fluido se extruyen en la forma de películas desde cada dicha abertura, en el que el material de la tela no tejida comprende fibras multicomponente.

39. Un aparato para formar fibras de tamaño submicrométrico, que comprende:

una primera y una segunda paredes opuestas que definen un paso de gas, de las que al menos una de las paredes se puede calentar, en el que dicho paso de gas es operativo para recibir gas presurizado desde una fuente de gas presurizado y para conducir el gas presurizado como una corriente de gas en una dirección desde aguas arriba hacia aguas abajo dentro del paso de gas, en el que dicho paso de gas comprende una primera sección aguas arriba dentro de la que el gas se introduce desde un extremo de suministro, una región de transición y una segunda sección aguas abajo en la que el gas circula hacia un extremo de salida, en el que la región de transición conecta de modo fluido la primera sección a la segunda sección y a los extremos del paso de gas en el extremo de salida de la segunda sección y en el que dicha primera sección del paso de gas tiene un área de sección decreciente desde el extremo de suministro a la región de transición y dicha segunda sección del paso de gas tiene un área de sección creciente desde la región de transición al extremo de salida de la segunda sección;

al menos un paso de polímero delimitado operativo para recibir el polímero fundido desde un extrusor de polímero y para conducir el polímero fundido al menos a una corriente fluida de polímero que puede circular al menos a una de dichas paredes calentadas en el paso de gas, en donde el paso de polímero termina en al menos una abertura en al menos una de dichas paredes opuestas que pueden calentarse, en el que cada una de dichas aberturas es operativa para extruir la corriente de polímero fluido en la forma de una película sobre una pared que puede calentarse en donde la película se junta con la corriente de gas del paso de gas para fibrilar la película de polímero para formar fibras que comprenden fibras submicrométricas que salen desde las extremo de salida de dicha segunda sección del paso de gas.

40. El aparato del apartado 39, en el que al menos una abertura de paso de polímero desde la que se extruye la película de polímero se sitúa en la segunda sección del paso de gas.

41. El aparato de los apartados 39 ó 40, en el que la al menos una abertura de paso de polímero desde la que se extruye la película de polímero se sitúa en una mitad inferior, aguas abajo de la segunda sección tal como se determina con relación a la longitud de paso de polímero incluyendo la pared calentada que se extiende entre la región de transición y la del extremo de salida de la segunda sección.

Se ha hallado un proceso para la realización de una tela de no tejido para producir productos de fibras submicrométricas con alta calidad, alta producción a través de proporcionar una corriente de gas presurizada que circula dentro de un paso de gas confinado entre una primera y una segunda paredes opuestas que definen las superficies respectivas convergentes aguas arriba y divergentes aguas abajo dentro de las que el polímero fundido se introduce para proporcionar una película de polímero extruida sobre una superficie de pared calentada sobre la que incide la corriente de gas que circula dentro de los pasos de gas, es efectiva para fibrilar la película de polímero en fibras de diámetro submicrométrico. "Convergente" significa que el área de la sección de corte disminuye en la dirección del flujo de gas; y "divergente" significa que el área de la sección de corte aumenta en la dirección del flujo de gas. En una realización, el paso de gas comprende una primera sección aguas arriba dentro de la que el gas entra desde un extremo de suministro, una región de transición y una segunda sección aguas abajo en la que el gas circula hacia un extremo de salida, en el que la región de transición conecta de modo fluido la primera sección a la segunda sección y a los extremos del paso de gas en el extremo de salida de la segunda sección. En una realización particular, la primera sección del paso de gas tiene un área de sección de corte decreciente monótonamente desde el extremo de suministro a la región de transición, y la segunda sección del paso de gas tiene un área de sección de corte creciente monótonamente desde la región de transición al extremo de salida de la segunda sección. Se transmite al menos una corriente de polímero fluido que circula a través de al menos un paso de polímero delimitado que termina en al menos una abertura en al menos una de las paredes calentadas opuestas. El polímero se calienta suficientemente en el tránsito para hacerlo y mantenerlo fluido hasta que se introduce dentro del paso de gas. Cada corriente fluida de polímero se extruye en la forma de una película desde cada abertura. Cada película de polímero extruida se une con la corriente de gas y la película de polímero se fibrila para formar fibras que comprenden fibras submicrométricas que salen desde el extremo de salida de la segunda sección del paso de gas. Por razones del presente documento, "área de sección de corte decreciente monótonamente" significa "área de sección de corte estrictamente decreciente" desde el extremo superior (entrada) al extremo inferior de la sección de la tobera aguas arriba y "área de sección de corte creciente monótonamente" significa "área de sección de corte estrictamente creciente" desde el extremo superior al extremo de salida de la sección de la tobera aguas abajo.

Aunque sin querer ligarse a ninguna teoría, se cree que la introducción del polímero calentado como una película sobre una pared de apoyo calentada que en parte define el paso de gas dentro de la tobera como se ha descrito en el presente documento, hace posible mantener y controlar el flujo de gas de una forma mejorada tal que el producto de la fibra fibrilada tiene una distribución de tamaño mejorada que se desplaza hacia o se iguala exclusivamente en el intervalo de tamaño de las fibras submicrométricas.

En una realización particular, cada película de polímero extruida se une con la corriente de gas en la segunda sección del paso de gas. Se ha hallado que la introducción del polímero fundido en la segunda sección del sistema de toberas sobre una pared de apoyo divergente calentada facilita especialmente la producción de fibras submicrométricas y las telas resultantes de alta calidad, alto contenido con rendimientos comerciales. En una realización adicional, la localización en donde la película de polímero extruida se une con el gas en la segunda sección aguas abajo para producir las fibras y la tela de la mejor calidad depende del tipo de gas, de la geometría de la tobera incluyendo ángulos y transiciones y de la presión del gas, y se localizan preferiblemente en la mitad superior de la segunda sección para condiciones de baja presión de gas, y se localizan preferiblemente en la mitad inferior aguas abajo de la segunda sección para condiciones de alta presión de gas. En una realización particular, sólo una película de polímero se forma sobre al menos una de las paredes calentadas opuestas, la presión de gas medida como presión de gas estática supera aproximadamente 69 kPa (10 psi), preferiblemente aproximadamente 103 kPa (15 psig), más preferiblemente aproximadamente 138 kPa (20 psig) y típicamente menos de aproximadamente 1380 kPa (200 psig) y cada abertura de paso de polímero desde la que la película de polímero se extruye se localiza en una segunda mitad aguas abajo de la segunda sección entre la región de transición en el extremo de salida de la segunda sección. Se ha hallado que la segunda mitad de la segunda sección aguas abajo puede proporcionar una región de velocidad de gas óptima donde la fibrilación de la película fundida se lleva a cabo eficientemente, dando un producto de microfibras de alta calidad.

Como otra ventaja de la presente invención, la salida incrementada de fibras submicrométricas se obtiene con una menor demanda de gas. Una demanda de gas inferior hace posible reducir el consumo de energía y/o el uso de unidades operativas a menor escala para proporcionar aún niveles de producción de fibras submicrométricas significativos comercialmente. En una realización, la corriente de gas y la corriente de polímero fluida se introducen en la segunda sección en una relación de caudales másicos de la corriente de gas/corriente fluida de polímero menor de aproximadamente 100:1, preferiblemente menor de aproximadamente 40:1, particularmente menor de aproximadamente 30:1, más particularmente menor de aproximadamente 15:1 y típicamente más de aproximadamente 1:1, particularmente más de aproximadamente 2:1, más particularmente más de aproximadamente 5:1. La relación del caudal másico de la corriente de gas a la corriente fluida de polímero se calcula como kilogramos por hora por metro de corriente de gas a través del paso de gas a kilogramos por hora por metro de corriente de polímero fluida a través de todas las aberturas de polímero en la segunda sección del paso de gas.

En realizaciones más particulares, cada abertura de paso de polímero puede ser una rendija con un diámetro hidráulico definido como cuatro veces el área de la sección de corte de la abertura de paso de polímero dividida por el perímetro interior de la abertura de paso de polímero, dicho diámetro hidráulico de cada abertura de paso de polímero varía desde aproximadamente 0,0025 cm hasta aproximadamente 0,254 cm, preferiblemente aproximadamente 0,012 a 0,127 cm más preferiblemente aproximadamente 0,020 a 0,127 cm. La película de polímero tiene generalmente un grosor de película de polímero que no excede el diámetro hidráulico de la abertura de paso de polímero. El polímero fluido puede expandirse tras salir de la abertura de paso de polímero, por ejemplo, debido al fenómeno de abombado del troquel sin que se limite por la teoría. Sin embargo, el grosor de la película de polímero fluida casi instantáneamente se hace menor que o igual que el diámetro hidráulico de la abertura de paso de polímero.

En la caracterización de la geometría del paso de gas definido por las paredes de la tobera de la presente invención, una primera superficie bisectriz, definida como un bisector angular del ángulo entre la primera y la segunda paredes en la primera sección, divide geométricamente la primera sección en dos mitades con volúmenes aproximadamente iguales, y una segunda superficie bisectriz definida como un bisector angular del ángulo entre la primera y la segunda paredes en la segunda sección, divide geométricamente la segunda sección en dos mitades con volúmenes aproximadamente iguales. La superficie bisectriz puede ser plana o curvilínea, dependiendo de la realización de la presente invención como será más evidente a partir de la descripción detallada del presente documento. En una realización general, el ángulo de bisección de la primera y la segunda paredes con respecto a la primera superficie bisectriz varía desde aproximadamente 15 a aproximadamente 40 grados, preferiblemente desde aproximadamente 15 a aproximadamente 35 grados, más preferiblemente desde aproximadamente 18 a aproximadamente 30 grados, en la primera sección y el ángulo de bisección de la primera y la segunda paredes con respecto a la segunda superficie bisectriz varía desde aproximadamente 0,2 a aproximadamente 20 grados, preferiblemente desde aproximadamente 0,5 a aproximadamente 15 grados, más preferiblemente desde aproximadamente 0,5 a aproximadamente 12 grados en la segunda sección del paso de gas. Otro intervalo adecuado es desde aproximadamente 2 a aproximadamente 20 grados.

Las paredes opuestas de la tobera donde se introduce el polímero en el paso de gas pueden manejarse de forma que sean térmicamente similares o diferentes. En una realización, la primera y la segunda paredes del paso de gas se calientan a aproximadamente la misma temperatura para proporcionar estados térmicos simétricos con respecto a la primera y la segunda superficies bisectrices. En una realización alternativa, una de las paredes opuestas puede ser una pared caliente mientras la otra pared es una pared fría, en donde la temperatura de la pared caliente es al menos más alta que la de la pared fría de forma que sea al menos 25ºC más alta, preferiblemente al menos 50ºC más alta, más preferiblemente al menos 75ºC más alta y típicamente no más de 500ºC más alta, preferiblemente no más de 350ºC y más preferiblemente no más de 200ºC, y sólo la pared caliente tiene al menos una abertura de paso de polímero fluida. En esta configuración, las microfibras pueden producirse en un entorno de fibrilación de fundición caliente/gas "frío" (es decir aire sin calentar) que reduce la complejidad y los costes del proceso. En esta realización, la pared caliente en la segunda sección se separa de la primera superficie bisectriz en un ángulo que varía desde aproximadamente 0,5 grados a 60 grados (tal como desde 1 a 20 grados). Preferiblemente aproximadamente 1 a 30 grados, más preferiblemente aproximadamente 2 a 15 grados, pero la pared fría en la segunda sección converge hacia la primera superficie bisectriz en un ángulo que varía desde aproximadamente 0,1 grados a aproximadamente 15 grados preferiblemente aproximadamente 0,5 a 12 grados, más preferiblemente aproximadamente 1 a 10 grados. La relación entre el ángulo de la pared caliente con relación a la primera superficie bisectriz y el ángulo de la pared fría con relación a la primera superficie bisectriz puede variar desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 500:1, preferiblemente desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 200:1, más preferiblemente aproximadamente 1:1 a aproximadamente 100:1. El ángulo entre la línea central de cada paso de polímero y la pared que contiene la correspondiente abertura de paso de polímero puede variar desde aproximadamente 10 grados a aproximadamente 100 grados, preferiblemente aproximadamente 15 a aproximadamente 80 grados, más preferiblemente aproximadamente 20 a aproximadamente 60 grados. La película de polímero extruida a partir de cada abertura de paso de polímero puede circular con el flujo de gas a lo largo de una superficie de formación de fibras de polímero, que tiene un ángulo de orientación con respecto a la primera superficie bisectriz que varía desde aproximadamente 90 grados medidos en la dirección de las agujas del reloj a aproximadamente 45 grados medidos en la dirección contraria a las agujas del reloj, preferiblemente aproximadamente 60 grados en la dirección de las agujas del reloj a aproximadamente 30 grados en contra de las agujas del reloj, más preferiblemente aproximadamente 30 grados en la dirección de las agujas del reloj a aproximadamente 15 grados contra las agujas del reloj. La longitud de la superficie de formación de fibras de polímero que corresponde a cada abertura de paso de polímero puede ser menor que aproximadamente 100 veces el diámetro hidráulico de la correspondiente abertura de paso de polímero.

En otra realización, la primera y la segunda paredes del paso de gas se curvan suavemente de forma que la curvatura de las paredes opuestas en la primera sección cambia suavemente sin ningún borde agudo hacia la curvatura de las paredes opuestas en la segunda sección en la región del área de la sección de corte más pequeña del paso de gas. Las paredes opuestas en la segunda sección del paso de gas pueden curvarse de forma que la pared caliente tenga una forma convexa que se curva hacia el exterior desde la segunda superficie bisectriz y la pared fría tiene una forma cóncava que se curva hacia la segunda superficie bisectriz tal como se ve desde el interior de la segunda sección en el paso de gas. La relación del radio de curvatura de la pared caliente al radio de curvatura de la pared fría en la segunda sección del paso de gas varía desde aproximadamente 1:10.000 a aproximadamente 100:1, preferiblemente desde aproximadamente 1:1000 a aproximadamente 50:1, más preferiblemente desde aproximadamente 1:100 a aproximadamente 5:1. La corriente de gas se introduce en el paso de gas con un caudal másico que varía desde aproximadamente 150 kilogramos por hora por metro a aproximadamente 3500 kilogramos por hora por metro, preferiblemente desde aproximadamente 300 kilogramos por hora por metro a aproximadamente 3.000 kilogramos por hora por metro, más preferiblemente aproximadamente 500 a aproximadamente 1.500 kilogramos por hora por metro.

La tobera usada en los procesos descritos en este documento para la realización de telas de no tejido que comprenden las fibras submicrométricas representa otra realización de la presente invención. El dispositivo de tobera inventivo no se limita a ningún tipo particular de material de polímero o gas de fibrilación y permite que el polímero se seleccione independientemente para una aplicación específica entre una amplia variedad de materiales de polímero. Particularmente el gas de fibrilación es un material gaseoso tal como aire, nitrógeno, vapor, etc. El gas puede usarse como un tipo simple de los mismos o como una combinación de diferentes gases. Los gases adecuados adicionalmente pueden incluir gases reactivos o gases con componentes reactivos o combinaciones de los mismos. En realizaciones, el gas generalmente puede ser inerte para los materiales de las paredes de la tobera. Para los propósitos del presente documento, los términos "sistema de tobera" y "tobera" se usan de modo intercambiable.

La alta calidad de las microfibras proporcionadas por la presente invención se proporciona con unas distribuciones en el tamaño de fibras delimitadas con mínimos defectos de fibra. Los materiales del producto de la tela no tejida en bruto recogidos directamente del proceso de la presente invención pueden comprender generalmente más del 35%, particularmente más del 75% y más particularmente más del 99% de fibras submicrométricas. La desviación estándar de la distribución del diámetro de las fibras generalmente puede ser menor de aproximadamente 0,5 micras, particularmente menos de aproximadamente 0,3 micras. La presente invención también puede usarse en la producción de microfibras en el intervalo de fibras de soplado de fusión. La presente invención puede implementarse sobre una amplia variedad de materiales de polímero. Las fibras pueden componerse de un polímero, por ejemplo, seleccionado de entre poliolefinas, poliésteres, poliamidas, polímeros biodegradables, poliuretanos, poliestirenos, resinas alquídicas, ácidos polihidroxialcanoicos, adhesivos y otros compuestos capaces de realizar fibras y combinaciones de los mismos. La tela de no tejido puede usarse en una amplia variedad de artículos por sí mismos o en combinación con otros materiales. La tela de no tejido puede usarse, por ejemplo, en filtros, ropas de medicina, toallitas de limpieza en medicina, materiales de aislamiento en la construcción, vendas, ropa de protección, separadores de baterías, portadores de catalíticos, pañales, braguitas de bebé, ropa para incontinencia de adultos, productos relacionados con la menstruación como compresas o salva-slips de higiene femenina, tampones, artículos de limpieza personal, artículos de higiene personal y toallitas de higiene personal como toallitas para niño, toallitas faciales y toallitas femeninas y una combinación de los mismos.

Otras características y ventajas de la presente invención quedarán claramente evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, los dibujos adjuntos y las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en sección generalizada agrandada de un sistema de toberas de la presente invención para la formación de fibras submicrométricas.

La Figura 2 es una vista en sección tomada en la sección 120 mostrada en la Figura 12 de una realización ilustrativa del sistema de toberas con un paso de introducción del polímero fundido simple de acuerdo con una realización de la presente invención para la formación de fibras submicrométricas.

La Figura 3 es una vista en sección de una realización ilustrativa de un sistema de toberas con un paso de introducción del polímero fundido múltiple de acuerdo con otra realización de la presente invención para la formación de fibras submicrométricas.

La Figura 4 es una vista en sección de una realización ilustrativa de un sistema de toberas que incluye una pared divergente en el lado de introducción del polímero y una pared opuesta convergente en la sección de toberas aguas abajo de acuerdo con otra realización de la presente invención para la formación de fibras submicrométricas.

La Figura 5 es una vista en sección de una realización ilustrativa del sistema de toberas con superficies de pared curvadas de acuerdo con otra realización de la presente invención para la formación de fibras submicrométricas.

La Figura 6 es una vista en sección de una realización ilustrativa del sistema de toberas que incluye una superficie de incidencia definida de acuerdo con otra realización de la presente invención para la formación de fibras submicrométricas.

La Figura 7 es una vista en sección agrandada de una zona aguas abajo del sistema de toberas de acuerdo con la Figura 6.

La Figura 8 es una vista en sección de una realización ilustrativa del sistema de toberas con una superficie bisectriz curvilínea para el paso de gas en las secciones aguas arriba y aguas abajo de acuerdo con otra realización de la presente invención para la formación de fibras submicrométricas.

La Figura 9 es una vista en sección de una realización alternativa del sistema de toberas de la Figura 8.

La Figura 10 es una vista en sección de una realización ilustrativa del sistema de toberas de otra realización de la presente invención para la formación de fibras submicrométricas.

La Figura 11 es una vista en sección de una realización alternativa del sistema de toberas de la Figura 10.

La Figura 12 es una vista isométrica del sistema de toberas de la Figura 1.

La Figura 13 es una vista en planta del lado superior de la tobera de la Figura 12.

La Figura 14 es una vista en planta del lado inferior de la tobera de la Figura 12.

La Figura 15 es una microfotografía MEB (500x) de microfibras con disparos.

La Figura 16 es una microfotografía MEB (500x) de microfibras con muy pocos o ningún disparo.

Las características representadas en las figuras no son necesariamente dibujadas a escala. Los elementos numerados de modo similar en las diferentes figuras representan componentes similares a menos que se indique lo contrario.

Descripción detallada

Mientras que la presente invención es susceptible de realización en varias formas, se muestra en los dibujos y será descrita en este documento más adelante una realización de la invención preferida en la actualidad, en el entendimiento de que la presente descripción se considerará como una ejemplificación de la intención, y no está dirigida a limitar la invención a la realización específica ilustrada.

Con referencia a la Figura 1, se representa un sistema general 800 de tobera para la realización de fibras, y a modo de ejemplo, se muestra un sistema anular, simétrico respecto a un eje. El gas se presuriza en el elemento 700, desde el que se suministra la corriente de gas 3 y se introduce en una primera sección 8 de la tobera que tiene una geometría generalmente convergente y circula hacia y a través de una región de transición 9 y entonces la corriente de gas entra dentro y se expande en una segunda sección 10 de la tobera que tiene una geometría generalmente divergente antes de salir del sistema de toberas a través del plano de salida 101 a la atmósfera del entorno 900. La región de transición 9 representa una sección de garganta estrechada de la tobera en la que la sección convergente aguas arriba se cambia en la sección divergente aguas abajo. La región de transición o de garganta incluye el área de la sección de corte más pequeña de la tobera. El polímero fundido se alimenta desde un cuerpo de extrusión 801 del polímero u otra fuente de polímero fundido al paso de gas 802 o interior de la tobera 800. Como se indica por las líneas no limitadoras discontinuas 804-805 representadas en la figura, el polímero fundido puede introducirse en cualquier parte en la tobera 800 siempre que se proporcione una película del polímero sobre una superficie 803 de la pared calentada interior de la tobera 800 sobre la que incide la corriente de gas 3 y circula dentro del paso de gas 802, efectiva para fibrilar la película de polímero en fibras de diámetro submicrométrico.

Con referencia a la Figura 2, se ilustra un sistema de toberas 1 para la realización de microfibras, y particularmente productos de no tejido que comprenden fibras de diámetro submicrométrico en forma de tela o malla, de acuerdo con realizaciones de la presente invención. El sistema de toberas 1 mostrado en la Figura 2 representa un paso de gas simétrico 4, a modo de ejemplo. La corriente 2 de polímero fundido se introduce dentro del sistema de toberas 1 a lo largo de una vía de paso de polímero 200 curvada, recta o con otra disposición geométrica adecuada. Un eje o plano 7 de bisectriz imaginaria divide geométricamente el espacio entre las paredes opuestas 51 y 61 en la primera sección 8 y también las paredes opuestas 5 y 6 en la segunda sección 10. Como puede apreciarse, si las paredes opuestas son superficies rectilíneas (es decir generalmente planas) en pendiente, entonces el bisector 7 es un plano, en tanto que si las paredes opuestas se curvan para proporcionar una superficie concéntrica continua, entonces el bisector 7 es un eje longitudinal. Si hay paredes generalmente planas en pendiente opuestas, entonces se proporcionan también paredes laterales separadoras hacia arriba y adelante y hacia atrás que conectan las paredes opuestas en pendiente (5, 6 y 51, 61), efectivas para completar la envoltura del paso de gas 4 de una forma estanca a fluidos. Por ejemplo, se indica en la Figura 2 una pared lateral posterior 43. La pared del lado anterior correspondiente es similar pero no se muestra en la Figura 2 para simplificar esta ilustración.

Con referencia adicional a la Figura 12, se ilustra el mismo sistema de toberas 1 en una forma que muestra la pared lateral posterior 43 y la pared lateral anterior 44. Las paredes 43 y 44 se juntan de una forma estanca para los fluidos a los extremos opuestos 1210/1211 y 1221/1222 de los componentes del troquel 121 y 122, respectivamente, que incluyen las paredes opuestas anteriormente descritas que definen el paso de gas que se extiende a través de la primera y la segunda sección de la tobera. El troquel y los componentes de la pared del extremo pueden hacerse de un material, por ejemplo polímero, metal, cerámica, etc., al que puede darse forma, por ejemplo, mediante moldeado, fundición, mecanizado, etc. en las formas apropiadas y son componentes que pueden tolerar las condiciones del proceso de producción de microfibras, tal como las descritas en el presente documento. En la Figura 12, la localización y la forma del apilado en forma de doble embudo definido por las paredes opuestas se traza con líneas imaginarias en el extremo de las paredes 43 y 44 para facilitar la ilustración, aunque se apreciará que las paredes del extremo 43 y 44 cierran el paso de gas 4 y los extremos posterior y anterior opuestos de la tobera. Como se ilustra en la Figura 12, la entrada superior de la tobera 41 tiene definido su espacio entre los bordes superiores 510 y 610 de los troqueles 121 y 122, respectivamente. La salida de la tobera 42 tiene definido su espacio entre los bordes inferiores 500 y 600 de los troqueles 121 y 122, respectivamente.

Las Figuras 13 y 14 muestran un área de la sección de corte de la entrada 1001 de la tobera (indicada por el área de la sección de corte de la Figura 13 definida entre los bordes 610 y 510) y la salida del área de la sección de corte de la salida 1002 de la tobera (indicada por el área de la sección en la Figura 14 definida entre los bordes 500 y 600) de la abertura de entrada en la tobera 41 y la abertura de salida 42, respectivamente definidas por los componentes de troquel 121 y 122. También se muestra en la Figura 13 un área de la sección de corte intermedia 1003 definida entre las localizaciones de las paredes opuestas 1004 y 1005 (indicada por las líneas de trama) situada entre la entrada de la tobera 41 y la región de transición 9 de la tobera. También se muestra en la Figura 14 un área de la sección de corte intermedia 1006 definida entre las localizaciones de paredes opuestas 1007 y 1008 (indicada por las líneas de trama) localizadas entre la región de transición 9 y la salida de la tobera 42. En las Figuras 13 y 14, los bordes del troquel que definen el paso de gas que no son visibles en la vista dada tienen localizaciones indicadas generalmente por líneas de puntos.

Cómo se ilustra, el área de la sección de corte de la primera sección 8 es decreciente preferiblemente al menos sustancialmente de modo continuo, en la dirección aguas abajo entre la entrada 41 a través del área intermedia 1003 y adelante hasta alcanzar la región de transición 9. El área de la sección de corte de la segunda sección 10 es creciente, preferiblemente al menos sustancialmente de modo continuo, en la dirección aguas abajo entre la región de transición 9 a través del área intermedia 1006 y adelante hasta alcanzar la abertura de salida 42 de la tobera. En una realización particular, la primera sección 8 del paso de gas 4 tiene un área de sección de corte 1001 decreciente monótonamente desde el extremo de suministro 41 al extremo de descarga inferior 410 de la primera sección 8, es decir, el comienzo de la región de transición 9 y la segunda sección 10 del paso de gas 4 tiene un área de sección de corte 1002 creciente monótonamente desde la entrada 420 o comienzo de la segunda sección 10 (es decir, el extremo inferior de la región de transición 9) al extremo de salida 42 de la segunda sección 10. Estos criterios también se usan en las realizaciones adicionales siguientes de la presente invención.

Con referencia ahora la Figura 3, también pueden introducirse múltiples corrientes 2 de polímero fluido concurrentemente desde múltiples pasos de introducción del polímero correspondiente 200a-d que se alimentan dentro del paso de gas 4. El número de corrientes de polímero fluido no se limita más que por restricciones prácticas de una disposición de tobera dada. Se introduce una corriente de gas 3 presurizada dentro del paso de gas 4 y circula en una dirección 30 desde la sección de tobera aguas arriba 8 a través de la región de transición 9 a una sección de tobera aguas abajo 10. La primera y la segunda paredes opuestas 5, 6 comprenden una primera sección 8 y una segunda sección 10. La primera y la segunda paredes opuestas 5, 6 convergen en la primera sección 8 hacia la región de transición de la sección de garganta 9, que es la sección de corte más estrecha del paso de gas 4, tal como se mide en la dirección normal al plano de bisección imaginario 7 entre la entrada de la tobera 41 y la salida de la tobera 42. Por ello la sección de garganta 9 conecta la primera sección 8 a la segunda sección 10 y conduce el gas desde una sección a la otra. En al menos una de las paredes opuestas 5 ó 6 divergen del plano 7 en la segunda sección 10. En esta ilustración, la primera sección 8 tiene un área 65 de sección de corte decreciente continuamente, progresivamente medida entre las paredes opuestas 51 y 61 en la dirección del flujo de gas 30 desde la entrada 41 a la garganta 9. La segunda sección 10 tiene un área de sección de corte 66 creciente continuamente, progresivamente medida entre las paredes opuestas 5 y 6 en la dirección del flujo de gas 30 desde la garganta 9 a la salida 42. Estas áreas de sección de corte 65 y 66 se miden normales al plano 7 entre las paredes opuestas (es decir, 51, 61 ó 5, 6, como sea aplicable) en la dirección del flujo del gas 3. Las corrientes de polímero fluido 2 dejan el paso 200 o pasos 200a-d de introducción del polímero en las aberturas de paso de polímero 20 y circulan al exterior sobre las paredes opuestas 5 y 6, y se combinan con la corriente de gas de alta velocidad 3, preferiblemente en la segunda sección 10 del paso de gas 4, para formar películas 11, es decir, el polímero fundido que sale de las aberturas de paso de polímero se extiende en corrientes en la forma de una película u otra forma de extensión uniforme del polímero fluido. La película o películas se fibrilan para formar fibras 12 que comprenden fibras de diámetro submicrométrico que se recogen debajo del sistema de toberas 1 como el material de la tela o malla fibrosa 13. La cantidad de fibrilación de películas 11 a partir de las corrientes de polímeros fluidos 2 puede ser diferente dependiendo de la localización de los pasos 200a-d en el paso de gas 4. En una realización no limitadora, el polímero fundido y fibrilado en la forma de filamentos fundidos continuos o discretos o partículas fundidas, por ejemplo, debido a una escisión excesiva de las películas 11 desde los pasos 200b y 200c, puede combinarse con películas de polímero fundido fibrilado 11 de los pasos 200a y 200d, respectivamente. En tal realización, si las corrientes de polímero fluido 200b y 200c son respectivamente de tipos de polímero distintos de las corrientes de polímero fluido 200a y 200d, el material de tela fibrosa puede componerse de fibras multicomponente o más específicamente fibras bicomponente. Se ha hallado que la introducción del polímero fundido en la segunda sección del sistema de toberas sobre una pared de apoyo divergente calentada facilita especialmente la producción de fibras submicrométricas y las telas resultantes de alta calidad, alto contenido a rendimientos comerciales. Las aberturas de paso de polímero 20 dentro del paso de gas 4 pueden tener secciones de corte ovales, redondas, rectangulares u otras geometrías. Pueden ser aberturas simples o múltiples de paso de polímero dentro del paso de gas sobre cualquiera de las superficies/paredes opuestas. Las aberturas simples o múltiples en la realización preferida están sobre los lados más calientes, el lado del polímero fundido (por ejemplo, ver la Figura 6 descrita con mayor detalle a continuación).

Con referencia de nuevo a la Figura 3, se ha hallado que la localización de la abertura de paso de polímeros 20 para la realización de fibras de alta calidad depende del tipo de gas utilizado, la geometría de las secciones de tobera y la presión del gas. En una realización preferida, la presión del gas que entra es relativamente baja, menor de aproximadamente 69 kPa (10 psi), y la película de polímero extruida se une con el gas en la parte superior (50%) de la segunda sección aguas abajo 10. Indicada como sección 101, en la que el polímero fundido se extruye a partir del paso de gas 200c. Se ha hallado en este caso que la mitad superior de la segunda sección aguas abajo 10 puede proporcionar una región de velocidad de gas óptima donde la fibrilación de la película fundida se lleva a cabo eficientemente, rindiendo un producto de microfibras de más alta calidad. En consecuencia, es una realización preferida en el caso de la presión del gas de entrada, sobrepasando aproximadamente 69 a 103 kPa (10 a 15 psi), que la película de polímero extruida se una con el gas en la mitad inferior aguas abajo (50%) de la segunda sección aguas abajo 10, indicada como restante tras la sección 101, en la que el polímero fundido se extruye a partir del paso de gas 200. Cuando se aumenta la presión de gas, la localización preferida para la unión de las corrientes de gas y de polímero se mueve aguas abajo, es decir desde el paso 200c al paso 200b al paso 200d y al paso 200a para el intervalo más alto de presiones de gas.

La tela fibrosa 13, tal como se muestra en las Figuras 2-3, puede componerse de una pila de fibras sueltas o alternativamente una tela unitaria de fibras autosoportada, dependiendo de las condiciones del proceso tales como la temperatura, distancia del colector 100 y otras. Las fibras pueden depositarse también sobre una tela de sustrato móvil para formar una capa adicional. La recogida de las fibras descargadas desde el sistema de toberas 1 puede realizarse, por ejemplo, sobre una cinta o sustrato 300 ayudado por un vacío por debajo de la cinta o sustrato u otros medios para mantener las fibras depositadas sobre la cinta o sustrato hasta un procesado posterior. La estructura de recogida de fibras puede ser, por ejemplo, una malla o cinta a través de la que el vacío tira de las fibras sobre la estructura. Puede comprender también una tela fibrosa preformada. Es obvio para aquellos expertos en la técnica que el sistema de toberas puede ser esencialmente de diseño en ranuras o de diseño anular con modificaciones menores. Aunque las Figuras 2 y 3 muestran una tobera con geometría esencialmente plana y simétrica, se muestra sólo por simples razones de ilustración no limitadoras.

La Figura 4 muestra más detalles de un sistema de toberas 1, y en esta ilustración muestra un sistema con un lado de aparato más frío que se delimita mediante la primera pared opuesta más fría 5, y un lado de aparato más caliente que contiene el componente de polímero fundido que se delimita por la segunda pared opuesta más caliente 6. Un eje o plano 7 divide geométricamente el espacio entre las paredes opuestas 5 y 6 en la primera sección 8, por ello define también la contracción de bisección o los semi ángulos \alpha. Preferiblemente, el ángulo de bisección \alpha está entre 0,5 y 89,5 grados, más preferiblemente entre 1 y 45 grados y el que más preferiblemente entre 15 y 40 grados. En una de las realizaciones la bisección \alpha es de aproximadamente 30 grados. La pared opuesta 6 diverge del eje o plano 7 en la segunda sección 10, mientras que el área de la sección de corte general 66 del paso de gas 4 en la segunda sección 10, como se mide en una dirección normal a la dirección 30 del flujo de gas, realmente aún aumenta, permitiendo que el gas se expanda después de la sección de garganta de 9. La pared más fría opuesta 5 es generalmente convergente con respecto al eje o plano 7 en un ángulo \theta. El ángulo \beta se mide desde la pared opuesta más caliente 6 al eje o plano bisectriz 7, y el ángulo \theta se mide desde el eje o plano 7 hasta la pared opuesta más fría 5. Por lo tanto, el ángulo \theta es cero si la pared opuesta 5 es paralela al eje o plano bisectriz 7, y negativo si es convergente y positivo si es divergente. La pared opuesta 6 tiene un ángulo de divergencia \beta que debería ser generalmente desde aproximadamente 1 grado a menos de aproximadamente 90 grados con relación al eje o plano 7 o preferiblemente desde aproximadamente 2 a menos de aproximadamente 20 grados. En una realización este ángulo de divergencia \beta es aproximadamente 15 grados. La pared opuesta 5 tiene un ángulo de divergencia que debería ser menor de aproximadamente +45 grados con relación al eje o plano 7, pero preferiblemente tiene un ángulo de convergencia que es desde aproximadamente -45 grados a aproximadamente cero grados. La suma de \beta y \theta debería estar preferiblemente entre aproximadamente 0,1 grados a aproximadamente 30 grados. El polímero se dirige a través de los pasos de introducción del polímero 200 y sale dentro del paso de gas 4 a través de una o más aberturas de paso de polímeros 20 y circula en la forma de película, arroyos o tubos huecos, y preferiblemente película, sobre las superficies de formación de fibras de polímero 63, también denominadas como superficies de incidencia. Los pasos de polímero fundido 200 pueden estar en varios ángulos \gamma con respecto a la pared opuesta más caliente 6, en cualquier sitio desde la perpendicular (90 grados) a casi paralelo (flujo concurrente) de la superficie de la pared opuesta más caliente 6 (aproximadamente 5 grados) o contra corriente en aproximadamente 170 grados, pero preferiblemente desde 10 a 100 grados. La superficie de formación de fibras de polímero 63 está presente más abajo (en la dirección del flujo de gas) de cada abertura de paso de polímero 20 y tiene una continuación suave en la segunda pared opuesta 6 desde antes de la introducción del polímero fundido 2 y sobre el que el polímero fundido fluye al exterior antes y durante la formación de fibras por la corriente de gas 4. Si la superficie de formación de fibras de polímero 63 no es una continuación suave de la segunda pared más caliente opuesta 6, entonces puede estar en un ángulo \varphi que se mide entre la superficie de formación de fibras del polímero más abajo de cada abertura de paso de polímero en la dirección del flujo de polímero y el respectivo paso de polímero 2 y es menor de aproximadamente 180 grados. Con un ángulo \phi de (90 - \gamma) grados o menor con relación al paso de polímero (en una realización con \gamma menor de 90 grados). La superficie de formación de fibras de polímero 63 se convertiría esencialmente en cero. Alternativamente, la orientación de la superficie de formación de fibras de polímero puede medirse con relación al plano o eje bisectriz 7. Cuando se mide con relación al plano o eje bisectriz 7, la orientación de la superficie de formación de fibras de polímero varía desde aproximadamente 90 grados medidos en la dirección de las agujas del reloj a aproximadamente 45 grados medidos en la dirección contraria a las agujas del reloj. La longitud "\delta" de una superficie de formación de fibras de polímero 63 es crítica para un buen proceso de formación de fibras con pocos defectos en las fibras tales como disparos, etc. y debería ser menor de aproximadamente 1000 veces el diámetro hidráulico de la respectiva abertura de paso de polímero 20, pero preferiblemente menor de 100 veces el diámetro hidráulico de la respectiva abertura de paso de polímero 20. Una razón para este ejemplo de configuración es que la pared opuesta 6 se calienta para mantener la corriente de polímero presurizada 2 fundida y en circulación. La pared calentada 6 en la segunda sección 10 del paso de gas 4 tiene un ángulo de divergencia \beta de menos de 45 grados desde el eje central, bisectriz 7, preferiblemente desde aproximadamente 1 a 20 grados. La pared más fría no calentada 5 opuesta a la pared calentada 6 en la segunda sección 10 del paso de gas 4 puede tener un ángulo de convergencia \theta de menos de 30 grados desde el eje central 7, particularmente desde aproximadamente 0,1 a 15 grados. La relación, \beta/\theta, del ángulo de divergencia \beta al ángulo de convergencia \theta de las paredes opuestas 6 y 5, respectivamente, en la segunda sección 10 del paso de gas 4 varía entre 1:1 a 500:1. La geometría interior de corte de la garganta 9 puede ser, por ejemplo, de forma rectangular si las paredes opuestas están en pendiente (por ejemplo, ver la Figura 2) o alternativamente puede ser redondeada si se usan las paredes opuestas curvadas formando unos límites interiores curvados continuos que definen el paso de gas. En otra realización, el paso de gas 4 comprende una sección de corte anular situado entre las paredes 5 y 6. Las paredes en la Figura 4 se muestran como en pendiente, lisas y planas, sin embargo las paredes en varias secciones pueden ser curvadas. Esto puede realizarse para las paredes 5 y 6 tanto en la primera como en la segunda como en la sección de garganta o en una combinación de ellas. Se presenta en la siguiente descripción una realización particular, no limitadora.

Con referencia a la Figura 5, en otra realización del sistema de toberas 1, las paredes opuestas 6 y 5 en la segunda sección 10 del paso de gas 4 son curvadas. La zona curvada puede tener una dimensión vertical 102 desde aproximadamente 0,01 cm a aproximadamente 5 cm, y el paso del fundido 200 puede tener un diámetro hidráulico de aproximadamente 0,0025 cm a 0,254 cm. La relación r_{1}/r_{2} del radio de curvatura r_{1} de la pared más caliente 6 al radio de curvatura r_{2} de la pared más fría en la segunda sección 10 del paso de gas 4 puede variar entre 1:10.000 a aproximadamente 100:1.

Con referencia a la Figura 6, en otra realización del sistema de toberas 1, la geometría de la pared calentada 6 es similar a la descrita en conexión con la Figura 5 anteriormente. Sin embargo, en esta realización, la sección de garganta 9 del paso de gas 4 tiene una mayor longitud en comparación con las realizaciones de las Figuras 2-4. La pared 5 opuesta a la pared calentada 6 convergente hacia el eje o plano bisectriz 7 en un ángulo \theta típicamente variable desde aproximadamente 0,1 grados a aproximadamente 15 grados. La pared calentada 6 diverge del plano 7 en un ángulo \beta variable típicamente desde aproximadamente 1 a aproximadamente 20 grados. Como se ve mejor en la Figura 7, la corriente de polímero fluida 2 entra en la segunda sección 10 del paso de gas 4 a través de una o una variedad de aberturas 20 y se dirige en un ángulo \gamma que puede variar desde aproximadamente 10 a 170 grados, pero varía típicamente desde aproximadamente 30 a aproximadamente 150 grados, particularmente de aproximadamente 60 a aproximadamente 95 grados con relación a la segunda pared, más caliente 6. Como se muestra, la pared calentada 16 comprende una zona en punta 65 inmediatamente por debajo de un paso de introducción de polímero 2. La zona en punta integral 65 tiene una longitud de superficie de formación de fibras de polímero menor de aproximadamente 0,127 cm, más preferiblemente menor de aproximadamente 0,025 cm. La zona curvada 64 se sitúa inmediatamente por debajo de la zona en punta 65 se curva para separarse del eje central 7 en la dirección aguas abajo 30 y la pared 5 opuesta a la pared calentada converge hacia el plano 7 a lo largo de la zona de pared 151 de la misma en una localización espaciada lateralmente desde y adyacente al extremo inferior de la zona de punta 152 se dobla hacia atrás para formar el ángulo 90+\theta con el plano 7. La zona en curva 64 define la zona en punta 65 en su extremo superior y también ayuda a impedir la disrupción dentro del paso de gas 4 cerca del paso de introducción de polímero 2. La zona en punta 65 mejora la formación de fibras submicrométricas. En esta ilustración, la zona en punta 65 tiene un lado 67 cara al paso de gas 4 que puede ser sustancialmente plano y define la longitud de formación de fibras de polímero \delta. Cuando los ángulos \gamma, \beta y \theta no están en los intervalos prescritos en este documento, el proceso puede impactarse de modo adverso. Por ejemplo, puede impactarse negativamente la formación de fibras, los tamaños de las fibras y aumentar la formación no deseable de disparos. Como una ilustración no limitadora, la zona en punta 65 puede tener una longitud vertical o longitud de incidencia \delta de aproximadamente 0,013-0,127 cm, la zona curvada 64 puede tener una dimensión vertical de aproximadamente 0,1-0,25 cm o mayor y el paso de fundido 2 puede tener un diámetro hidráulico de aproximadamente 0,0025 a aproximadamente 0,025 cm. Y preferiblemente desde 0,005 a aproximadamente 0,02 cm.

Con referencia a las Figuras 8-9 la primera y la segunda paredes (5, 6 y 51, 61) del paso de gas 4 de estas configuraciones alternativas de la tobera 1 se curvan suavemente de forma que la curvatura de las paredes opuestas 5, 6 en la primera sección 8 cambia suavemente en la región de transición 9 del paso de gas 4 sin ningún borde agudo hasta la curvatura de las paredes opuestas 51, 61 en la segunda sección y en donde el polímero 2 se introduce en esta ilustración. Las paredes opuestas en la segunda sección 10 del paso de gas 4 se curvan de forma que la pared caliente 6 tiene una forma convexa que se curva separándose de la superficie bisectriz curvilínea 7 y la pared fría 5 tiene una forma cóncava que se curva hacia la superficie bisectriz curvilínea 7 tal como se ve desde dentro de la segunda sección 10 en el caso de gas 4. La relación del radio de curvatura de la pared caliente 6 al radio de curvatura de la pared fría y en la segunda sección 10 del paso de gas 4 puede variar desde aproximadamente 1:10.000 a aproximadamente 100:1, particularmente aproximadamente 1:4 a aproximadamente 1:1 y más particularmente aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:1. Los radios de curvatura de la primera y segunda paredes 51, 61 en la primera sección 8 pueden variar desde aproximadamente el 1% a aproximadamente el 1000% de la longitud de la primera y de la segunda paredes 5, 6 en la segunda sección 10 del paso de gas 4. Cada abertura de introducción de polímero 20 particularmente puede colocarse en la pared caliente 6 en la segunda sección 10. Cada abertura de polímero 20 también puede colocarse entre aproximadamente el 20% a aproximadamente el 80% de la longitud curvilínea de la pared caliente 6 en la segunda sección 10 del paso de gas 4. La película de polímero puede extruirse en la segunda sección 10 a través de cada abertura de polímero 20 en un ángulo que varía desde aproximadamente 20 grados a aproximadamente 160 grados con respecto a la tangente en la pared caliente 6 en la segunda sección 10 del paso de gas 4.

Con referencia a las Figuras 10-11, la primera y la segunda paredes (5, 6 y 51, 61) del paso de gas 4 de estas configuraciones alternativas de la tobera 1 son pendientes y planas y la región de transición 9 es una configuración de curva asimétrica situada entre la sección aguas arriba 8 y la sección aguas abajo 10 en donde se introduce el polímero 2 en esta ilustración.

Los dispositivos de tobera usados para practicar los procesos descritos en este documento se configuran para ser un cartucho que se monta en cuerpos de troqueles convencionales. Los cuerpos de troqueles convencionales pueden variar. Sin embargo, puede seguirse la práctica de maquinaria estándar industrial para montar el cartucho que engloba la tobera inventiva a un cuerpo de troquel. Por ejemplo, el troquel que soporta la tobera puede montarse en un cuerpo de troquel con una disposición de tornillos convencional y unas superficies planas/conformadas. Si se necesita una junta/sello, se mecaniza el canal en la parte superior del troquel y/o se define la localización por cada cuerpo de troquel específico. Por ejemplo, el sistema de toberas de la presente invención puede adaptarse y caber dentro del cuerpo de extrusión inferior del equipo de hilado de fusión estándar, por ejemplo, el equipo suministrado por suministradores tales como Reifenhäuser, Ason-Neumag, Lurgi Zimmer, Accurate Products, Nordson e Impianti. El gas presurizado puede suministrarse al sistema de toberas por medio de colectores de gas usados en combinación con los cuerpos de extrusión en equipos convencionales o comerciales o por medio de otra fuente de gas comprimido alimentado a la entrada de la tobera por medio de unos conductos y conexiones de fluido estancas al aire.

Para implementar el proceso de la invención usando el sistema de toberas y el equipo de apoyo ilustrado anteriormente, el polímero generalmente se calienta hasta que forma un líquido y fluye fácilmente. Como se indicó en las figuras, el polímero fundido se introduce en la segunda sección 10 del paso de gas 4 del sistema de toberas 1 por medio del abertura 20, y forma una película cuando desciende a lo largo de la superficie de la pared 6 donde se localiza por debajo de la apertura 20, tal como se ha descrito anteriormente. Para formar el polímero fundido, el polímero se calienta suficientemente para formar un flujo de polímero fundido. A modo de ejemplo y no de limitación, el polímero fundido puede tener una viscosidad en el punto de formación de fibras en la tobera como un valor numérico positivo menor de 30 Pa-s, particularmente menor de 20 Pa-s, puede variar desde 0,1 a 20 Pa-s y particularmente desde 0,2 a 15. Estas viscosidades se dan sobre una tasa de escisión que varía desde aproximadamente 100 a aproximadamente 100.000 por segundo (a 240ºC). El polímero fundido generalmente está a una presión que excede la presión atmosférica en el momento en que se conduce a través de la separación en el troquel del polímero y se introduce en el paso de gas del diseño de tobera.

El caudal de fundido adecuado y óptimo del material de polímero de comienzo usado para proporcionar el polímero fundido puede variar dependiendo del tipo de material polímero utilizado y otras condiciones del proceso tales como las propiedades del flujo del gas. En el caso del polipropileno que tiene una temperatura de transición vítrea de aproximadamente menos 18ºC, un caudal de fundido adecuado puede variar, por ejemplo, desde aproximadamente 35 a más de 2000 decigramos por minuto, preferiblemente no mayor de 1800. El caudal de fundido se mide usando el método ASTM D-1238. Si el material polímero utilizado es polipropileno, puede tener un índice del polidispersidad (PDI) que varía, por ejemplo, desde aproximadamente 2,0 a aproximadamente 4,0. Para propósitos del presente documento, PDI es una medición de la distribución de los pesos moleculares en una muestra de polímero dada, donde el PDI calculado es el peso molecular medio másico dividido por el peso molecular medio numérico.

El rendimiento del polímero en el proceso y el aparato inventivo dependerá principalmente del polímero específico utilizado, el diseño de la tobera y la temperatura y la presión del polímero. El rendimiento del polímero agregado del sistema de tobera 1 es más de aproximadamente 1 kg h^{-1} m^{-1}, particularmente puede variar desde 1 a 200 kg h^{-1} m^{-1}, más particularmente desde 10 hasta 200 kg h^{-1} m^{-1} y el que más particularmente entre 25 y 70 kg h^{-1} m^{-1}. Por orificio, el rendimiento de polímero puede ser más de aproximadamente 1, particularmente más de aproximadamente 50, y más particularmente más de aproximadamente 1000 gramos por minuto por orificio. Puede haber varias separaciones u orificios de introducción funcionando a la vez para aumentar el rendimiento total de la producción. El rendimiento, junto con la presión, la temperatura y la velocidad, se miden a la salida del orificio del troquel. Puede usarse también una cortina de gas u otra corriente de gas auxiliar para afectar al patrón de rociado de las fibras submicrométricas desde dos o más toberas. Esta corriente o cortina de gas puede ayudar en la protección frente a las formaciones de rociados entre toberas adyacentes o puede ayudar en la compresión del patrón de rociado. La corriente o cortina de gas puede mejorar la uniformidad de la tela.

El sistema de tobera inventivo no se limita a ningún tipo particular de material polímero y permite que el polímero se seleccione independientemente para una aplicación de producto específico de entre una amplia variedad de materiales polímeros. Los materiales polímeros adecuados para la formación de telas de fibras de la presente invención son aquellos polímeros capaces de fibrilarse en microfibras usando las toberas de la presente invención. Estos polímeros incluyen, pero no se limitan a los polímeros seleccionados de entre el grupo que consiste en poliolefinas, poliésteres, poliamidas, polímeros biodegradables, poliuretanos, poliestirenos, resinas alquídicas, ácidos polihidroxialcanoicos, adhesivos u otros compuestos capaces de realizar fibras y combinaciones de los mismos. Un ejemplo particular de los materiales polímeros son, por ejemplo, los polipropilenos. Los polímeros pueden seleccionarse adicionalmente de entre homopolímeros, copolímeros y conjugados y pueden incluir aquellos polímeros que tengan incorporados aditivos de fusión o agentes activos superficialmente o pigmentos. Puede usarse más de un tipo de polímero a la vez por medio del uso de múltiples pasos de polímero 200a-d como se ilustró en la Figura 3. En tal realización, puede producirse una tela 13 que comprende fibras submicrométricas multicomponente, como se ha descrito anteriormente.

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El fluido gaseoso puede introducirse en el sistema de toberas a una temperatura menor de la de fusión del polímero y particularmente por debajo de 100ºC, más particularmente menos de 50ºC o por el contrario a temperatura ambiente (por ejemplo, aproximadamente 30ºC o menos). El fluido gaseoso también puede calentarse, aunque no se requiere para los procesos de la presente invención. Ejemplos no limitadores de los fluidos gaseosos de formación de fibras son gases tales como aire, nitrógeno, vapor, etc. Gases adicionalmente adecuados pueden incluir gases reactivos o gases con componentes reactivos o combinaciones de los mismos. La presión del fluido gaseoso de formación de fibras (es decir fibrilación) es una presión positiva suficiente para soplar las fibras submicrométricas y pueden estar ligeramente por encima de la presión del polímero fundido tal como se extruye fuera de la abertura desde la que se introduce en el paso de gas del sistema de toberas. El fluido gaseoso de formación de fibras tendrá generalmente una presión por debajo de 6900 kPa, particularmente será menor de 690 kPa, más particularmente estará entre aproximadamente 100 a aproximadamente 550 kPa. El caudal de gas usado es suficiente para escindir la película de polímero con una tasa suficiente para fibrilar. El caudal de gas a través del sistema de toberas generalmente está en el intervalo de 150 kilogramos por hora por metro a aproximadamente 3500 kilogramos por hora por metro, particularmente 600 a 2000 kilogramos por hora por metro, más particularmente 1000 a 1800 kilogramos por hora por metro. En términos de flujo de masa de gas, medidas como una unidad de masa del gas que circula por unidad de tiempo por unidad de área, el flujo de gas varía desde aproximadamente 15 kg s^{-1} m^{-2} a aproximadamente 1500 kg s^{-1} m^{-2} dependiendo de la separación entre las paredes compuestas 5 y 6 en la sección de garganta 9 y el caudal de gas utilizado. Para los propósitos de este documento, generalmente se usa para los cálculos del flujo de la masa de gas la sección de corte de la región de transición 9 de la tobera 1.

Como un beneficio de la presente invención, se obtiene una producción incrementada de fibra submicrométrica con menor demanda de gas, haciendo factible reducir el consumo de energía y/o usar unidades de funcionamiento a menor escala para aún proporcionar niveles de producción de fibras submicrométricas significativos comercialmente. En una realización, la corriente de gas y la corriente de polímero fluido se introducen en la segunda sección con una relación de caudal másico de la corriente de gas/corriente de polímero fluida generalmente menor de aproximadamente 40:1, particularmente menor de aproximadamente 30:1; más particularmente menor de aproximadamente 15:1. En una realización, la relación de caudal másico entre la corriente de gas y la corriente de polímero fluido puede ser incluso menor de 10:1. La relación de caudal másico entre la corriente de gas y la corriente de polímero fluido se calcula como los kilogramos por hora por metro de corriente de gas a través del paso de gas a los kilogramos por hora por metro de corriente de polímero fluido a través de todas las aberturas de polímero en la segunda sección. De modo equivalente, la relación del flujo de masa de la corriente de gas al de la corriente de polímero fluido es menor de aproximadamente 20:1, más preferiblemente menor de aproximadamente 10:1 y el que más preferiblemente menor de aproximadamente 7:1. La relación del flujo másico de la corriente de gas/corriente de polímero fluida se calcula como kg s^{-1} m^{-2} de flujo másico de gas a través del paso de gas a los kg s^{-1} m^{-2} de flujo másico de polímero fluido que circula a través de todas las aberturas de polímero en la segunda sección del paso de gas. Por lo tanto, se proporciona un rendimiento mejorado por medio de un proceso más eficiente, de menor coste entregando microfibras o telas de fibras submicrométricas de más alta calidad con producciones viables comercialmente. Entre otras ventajas, el proceso es más eficiente ya que impide el retroceso del polímero y/o acumulación en el lado de gas en el proceso de formación de fibras. El producto de tela o malla resultante es de alta calidad, dado que la tela posee una buena uniformidad incluso con tamaños de fibra submicrométricas y con menores defectos de fibra y tela.

Se proporcionan microfibras de alta calidad mediante la presente invención dentro de distribuciones del tamaño de fibra ajustadas con mínimos defectos de fibra. Para los propósitos del presente documento, una fibra de "alta calidad" se define como fibras predominantemente submicrométricas en una distribución de diámetro de fibras ajustada con mínimos defectos de fibras tales como disparos y polvo. "Disparos" se define como masas de polímero discretas sin convertirse en fibras, en gran parte esféricas o elipsoidales o combinaciones de las mismas con las dimensiones más grandes de las masas discretas variando entre 10 a 500 micras. A modo de ilustración no limitadora, la Figura 15 es una vista representativa (500x) mostrando microfibras con disparos producidos con equipos y condiciones de proceso de realización de fibras estándar. El disparo crea y deja grandes poros y otros defectos en la tela formada por las microfibras. La Figura 16 es una vista representativa (500x) mostrando microfibras con pocos o ningún disparo realizada con un sistema de toberas funcionando de acuerdo con una realización de la presente invención. Se proporciona una buena distribución de fibras y se alcanza una conversión de calidad más eficiente polímero-fibra y tela en la tela fibrosa mostrada en la Figura 16. "Polvo" es otro defecto de fibra, donde el polímero se escinde excesiva o incontroladamente en masas de polímero en gran medida esféricas o elipsoidales o combinaciones de las mismas con dimensiones mayores de menos de 10 micras. Una baja calidad, no deseada de fibras puede tener un intervalo excesivo en el diámetro de las fibras o contener una gran cantidad de polvo o grandes cantidades de disparos. Una fibra de calidad particularmente baja, o efecto de formación de fibras, puede contener grandes disparos, típicamente mayores de 40 micras de diámetro, en donde la masa tiene suficiente impulso y energía térmica (es decir temperatura) para penetrar a través del grosor completo de la tela no tejida para formar un defecto distintivo de "perforación" en ella que puede identificarse visualmente bien bajo un examen ampliado (es decir, 10 veces o 10X) de la tela. Por lo tanto, una tela realizada a partir de la formación de fibras de alta calidad, y las fibras, tienen una distribución de diámetro de fibras ajustado, sin ninguna o una pequeña cantidad de polvo con una media por debajo de 10 partículas por milímetro cuadrado, ninguna o una baja cantidad de disparos con una media por debajo de 10 partículas por milímetro cuadrado y ninguna o una cantidad despreciable de perforaciones del tipo que crea el disparo. Estas mediciones y evaluaciones pueden realizarse usando microscopios ópticos con ampliaciones de 10X o preferiblemente 100X (para disparos), y con fotografías de barrido con microscopio electrónico (para polvo y disparos). Para determinar una media, se necesita tomar al menos 10 o preferiblemente más de veinte muestras en una condición de producción o un periodo de producción seleccionado y evaluado de esta manera con la búsqueda de polvo y disparos.

Las telas fibrosas producidas de acuerdo con la presente invención pueden incluir fibras que exhiban uno o más diámetros de fibra. Los diámetros de fibra pueden variar desde diámetros de fibra submicrométricas hasta diámetros de microfibras. Para los propósitos de este documento el "diámetro de fibra" se determina mediante MEB con análisis de imagen. Aunque no limitado a ellos, el diámetro de fibra medio puede ser, por ejemplo, aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1 micra, particularmente aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,9 micras y más particularmente aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,8 micras. Los materiales del producto de la tela no tejida en bruto recogidos directamente a partir del proceso de la presente invención pueden comprender generalmente más del 35%, particularmente más del 75%, más particularmente más del 95% y más particularmente más del 99% de fibras submicrométricas. La desviación estándar de la desviación del diámetro de fibras generalmente puede ser menor de aproximadamente 0,5 micras, particularmente menor de aproximadamente 0,3 micras. Adicionalmente, el género no tejido de la presente invención puede exhibir pesos base que varían desde muy ligeros a muy pesados. Por ejemplo, y no a modo de limitación, los géneros pueden tener un peso base que varía desde menos de aproximadamente 5 gramos por metro cuadrado (g/m^{2}), a géneros que tienen un peso base mayor de aproximadamente 200 g/m^{2}, particularmente aproximadamente 0,1 a aproximadamente 50 g/m^{2}. El peso base de los productos de tela de no tejido pueden variarse dependiendo de la aplicación de la tela prevista. Para algunas aplicaciones de peso ligero, el peso base de la capa de fibras submicrométricas puede ser, por ejemplo, menor de aproximadamente 10 g/m^{2}, dependiendo del uso de la tela no tejida. Puede ser deseable formar una tela de varias capas superpuestas. La capa de fibras submicrométricas puede combinarse con una, dos, o más de la misma o diferente capas. Una tela compuesta podría comprender, por ejemplo, una construcción de tres componentes con una capa de hilado enlazado/capa de fibras submicrométricas/capa de hilado enlazado. Otro ejemplo de tela compuesta podría comprender una construcción de capa de hilado enlazado/capa de soplado de fusión como fibras de 1-10 micras/capa de fibras de fibrilación de película fundida submicrométricas/capa de hilado enlazado. Los pesos base totales para las telas compuestas pueden variar, por ejemplo, desde aproximadamente 5 g/m^{2} a aproximadamente 200 o más g/m^{2}, pero pueden variar dependiendo del número y de los tipos de capas montadas juntas.

Puede producirse una tela de fibras submicrométricas uniforme mediante el proceso de la presente invención. La uniformidad de la tela puede medirse a través de varios métodos. Además de la tasa de disparos y polvo descrita anteriormente, otros ejemplos de medidas de uniformidad incluyen el bajo coeficiente de variación en el diámetro de los poros, peso básico, permeabilidad al aire y/o opacidad. La uniformidad puede significar también una ausencia de enlaces o atados de fibras, o agujeros visibles u otros de tales defectos. La uniformidad puede evaluarse también con mediciones de la tela con presión hidráulica u otra barrera líquida. El diámetro del poro puede determinarse mediante métodos conocidos para aquellos expertos en la técnica. El diámetro del poro medio de la capa de fibras submicrométricas puede ser menor de aproximadamente 15 micras. El coeficiente de variación deseado para una tela uniforme puede ser menor del 20%. La pérdida de enlace puede medirse contando el número de ataduras o enlaces de fibras en un área medida de la tela; esto se realiza mejor conjuntamente con una evaluación de los disparos y polvo. La ausencia de agujeros puede medirse también contando el número de agujeros que tienen un diámetro por encima de un cierto nivel en un área medida de la tela. Puede usarse un microscopio óptico con una ampliación de 10-100X, un microscopio electrónico de barrido u otro medio de agrandamiento. Por ejemplo, los objetos pueden encontrarse si son visibles con el ojo desnudo usando una caja de luz o tienen más de 100 micras de diámetro.

La presente invención puede implementarse sobre una amplia variedad de materiales de polímero y la tela de no tejido puede usarse en una amplia variedad de artículos por sí misma o en combinación con otros materiales. El género no tejido producido de acuerdo con la invención pueden incluir una o más capas fibrosas, así como no tejidos, gasas, películas y combinaciones de los mismos y pueden utilizarse en la fabricación de numerosos productos de limpieza del hogar, higiene personal, medicinales y otros donde puede emplearse un género no tejido. La tela no tejida puede usarse, por ejemplo en filtros de gases o líquidos, ropas de medicina, toallitas de limpieza en medicina, materiales de aislamiento en la construcción, pañales, braguitas de bebé, ropa para incontinencia de adultos, productos relacionados con la menstruación como compresas o salva-slips de higiene femenina, tampones, artículos de limpieza personal, artículos de higiene personal y toallitas de higiene personal como toallitas para niño, toallitas faciales, toallitas de cuerpo y toallitas femeninas y una combinación de los mismos. Además, los géneros pueden utilizarse como gasas médicas, o materiales quirúrgicos absorbentes similares, para absorber exudados de las heridas y ayudar en la eliminación de filtraciones de las zonas quirúrgicas. Otros usos finales incluyen la higiene húmeda o seca, antimicrobiana o toallitas de superficie dura para los mercados de medicina, industriales, automóvil, higiene del hogar, servicios de alimentación y artes gráficas que pueden ser fácilmente portados para usos de limpieza y similares.

Los no tejidos de la presente invención pueden incluirse también en construcciones adecuadas para vestimenta médica y de protección industrial, tales como batas, cortinas, dril, ropa de laboratorios, máscaras faciales y similares y cubiertas protectoras incluyendo cubiertas para vehículos tales como automóviles, camiones, barcos, aeroplanos, motocicletas, bicicletas, carritos de golf así como cubiertas para equipos que se dejan a menudo en el exterior como parrillas, equipo de parque y jardín tales como segadoras, roturadoras, muebles de jardín, cubiertas de suelo, manteles y cubiertas para áreas al aire libre. En una realización particular, los no tejidos se usan en artículos seleccionados del grupo que consiste en vendas, pañales, braguitas de bebé, ropa para incontinencia de adultos, productos relacionados con la menstruación como compresas o salva-slips de higiene femenina, tampones, artículos de limpieza personal, artículos de higiene personal y toallitas de higiene personal como toallitas para niño, toallitas faciales, toallitas de cuerpo y toallitas femeninas y una combinación de los mismos. Los no tejidos pueden usarse también en aplicaciones de cubierta y cama tales como protectores de colchón, edredones, nórdicos, fundas de edredón y colchas. Adicionalmente, las aplicaciones acústicas, como componentes del interior y exterior del automóvil, refuerzos de alfombras, aislantes y aparatos de amortiguación del sonido y envoltorios de maquinaria y tapizados de paredes. Los no tejidos son ventajosos adicionalmente para varias aplicaciones de filtrado, incluyendo cámaras de filtrado, más filtros de piscina y relax. Los no tejidos pueden usarse también en otras aplicaciones, tales como separadores de batería o como portadores de agentes/partículas (por ejemplo, portadores de catalizadores).

Dependiendo de la aplicación del uso final deseado del género no tejido, pueden incluirse aditivos específicos directamente en el polímero fundido o aplicados tras la formación de la tela. Ejemplos adecuados no limitadores de tales aditivos incluyen los aditivos que mejoran o impiden la absorbencia, estabilizadores del UV, retardantes del fuego, tintes y pigmentos, fragancias, protectores de la piel, tensioactivos, disolventes industriales funcionales acuosos o no acuosos tales como, aceite de planta, aceites animales, terpenoides, aceites de silicio, aceites minerales, aceites minerales blancos, disolventes parafínicos, polibutilenos, poliisobutilenos, polialfaolefinas y mezclas de los mismos, toluenos, agentes acomplejantes, inhibidores de la corrosión, abrasivos, destilados del petróleo, desengrasantes y las combinaciones de los mismos. Aditivos adicionales incluyen composiciones antimicrobianas, incluyendo, sin limitarse a yoduros, alcoholes tales como etanol o propanol, biocidas, abrasivos, materiales metálicos tales como óxidos metálicos, sales metálicas, complejos metálicos, aleaciones metálicas o mezclas de los mismos, complejos bacteriostáticos, complejos bactericidas y las combinaciones de los mismos.

Todas las cantidades, partes, relaciones y porcentajes descritos en el presente documento son en peso salvo que se indique lo contrario. El siguiente ejemplo no limitador ilustra adicionalmente la presente invención.

Ejemplo

Se usaron un extrusor (extrusor de tornillo único, 6,35 cm de diámetro) y un cuerpo de troquel de soplado de fusión convencional (ancho de 63,5 cm) para proporcionar una fuente de polipropileno 1800 MFR. La temperatura del extrusor fue 343ºC. Se montó una tobera que tenía la configuración general de la Figura 4 en un cuerpo de troquel de extrusor convencional usando un perno con juntas convencional montado en una zona de la superficie plana superior sobre el dispositivo de tobera. Se alimentó una fuente de aire presurizado desde un suministro de aire a la entrada de la tobera por medio de conexiones y sellados estancos al aire. La tobera tenía las siguientes características geométricas (usando la Figura 4 como un ejemplo no limitador): 0,0406 centímetros como la mínima distancia entre las paredes opuestas 5 y 6 en la sección de garganta 9; la pared fría 5 convergiendo en un ángulo \theta negativo de 1,5 grados hacia el plano bisectriz 7; la pared caliente divergiendo en un ángulo \beta de 2 grados desde el plano bisectriz 7; el paso de polímero se introdujo en la segunda sección en la segunda mitad aguas abajo de la segunda sección y tenía un diámetro hidráulico de aproximadamente 0,02 cm y se orientó en un ángulo \gamma de aproximadamente 32 grados con la pared caliente 6; la longitud de la superficie de formación de fibras de polímero \delta fue casi cero. La sección convergente 8 tenía una longitud vertical de aproximadamente 0,23 cm con el ángulo de bisección \alpha aproximadamente de 30 grados. La sección de garganta 9 tenía una longitud vertical de aproximadamente 0,025 cm, y la sección divergente 10 tenía una longitud vertical de aproximadamente 0,5 cm. El aire presurizado se introdujo dentro del extremo de entrada (sección convergente) de la tobera con un caudal de 142 l/s (litros por segundo) a una temperatura de aire de 26,7ºC. El producto de tela de no tejido se recogió y analizó lo que reveló que tenía los siguientes atributos de producto: un peso base total de 17,2 g/m^{2} para la construcción de una capa de hilado enlazado/capa de fibras submicrométricas/capa de hilado enlazado; el contenido de fibra estimado producido a partir del aparato de tobera de la invención actual fue aproximadamente del 15% (2,7 g/m^{2}); el diámetro medio de las fibras en la capa de fibras submicrométricas: 0,45 micras; la desviación estándar: 0,15; la relación de la desviación estándar/media de la distribución del diámetro de fibras submicrométricas = 0,33 y el intervalo de los diámetros de fibras: 0,1 a 0,85 micras.

Claims

1. Un proceso para la realización de una tela no tejida, que comprende:

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que la corriente de gas se introduce en el paso de gas con un caudal másico que varía desde aproximadamente 150 kilogramos por hora por metro a aproximadamente 3500 kilogramos por hora por metro.

3. El proceso de la reivindicación 1 ó 2, en el que la corriente de gas y la corriente fluida de polímero se introducen con una relación del caudal másico de la corriente de gas/corriente fluida de polímero menor de aproximadamente 40:1.

4. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la corriente de gas a la entrada del paso de gas está a una temperatura menor de 50ºC.

5. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material de la tela no tejida comprende más del 35% de fibras de diámetro submicrométrico.

6. Un proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las fibras se componen de un polímero seleccionado entre el grupo que consiste en poliolefinas, poliésteres, poliamidas, polímeros biodegradables, poliuretanos, poliestirenos, resinas alquídicas, ácidos polihidroxialcanoicos y una combinación de los mismos.

7. Un proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que

dicha primera sección del paso de gas tiene un área de sección que decrece monótonamente desde el extremo de suministro a la región de transición y dicha segunda sección del paso de gas tiene un área de sección que aumenta monótonamente desde la región de transición al extremo de salida de la segunda sección.

8. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que cada apertura de paso de polímero es una rendija con un diámetro hidráulico definido como cuatro veces el área de la sección de una abertura de paso de polímero dividida por el perímetro interior de la abertura de paso de polímero, variando dicho diámetro hidráulico de cada abertura de paso de polímero desde aproximadamente 0,025 mm (0,001 pulgadas) a aproximadamente 2,540 mm (0,100 pulgadas).

9. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la película de polímero tiene un grosor de película de polímero que no excede el diámetro hidráulico de la abertura de paso de polímero.

10. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que un primer eje bisectriz imaginario, definido como un plano bisectriz del ángulo entre la primera y la segunda paredes, divide geométricamente la primera sección en dos mitades con volúmenes aproximadamente iguales y un segundo eje bisectriz imaginario, definido como un plano bisectriz del ángulo entre la primera y la segunda paredes, divide geométricamente la segunda sección en dos mitades con volúmenes aproximadamente iguales.

11. El proceso de la reivindicación 10, en el que el ángulo de bisección de la primera y la segunda paredes con respecto al primer eje bisectriz varía desde aproximadamente 15 a aproximadamente 40 grados en la primera sección y donde el ángulo de bisección de la primera y la segunda paredes con respecto al segundo eje bisectriz varía desde aproximadamente 2 a aproximadamente 20 grados en la segunda sección del paso de gas.

12. El proceso de las reivindicaciones 10 u 11, en el que la primera y segunda paredes del paso de gas se calientan a aproximadamente una misma temperatura para proporcionar estados térmicos simétricos con respecto al primer y segundo ejes bisectrices.

13. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que sólo una película de polímero se forma sobre al menos una de las paredes calentadas opuestas, y cada abertura de paso de polímero desde la que se extruye la película de polímero se sitúa en la mitad superior de la segunda sección determinada en relación a la longitud de paso de polímero incluyendo la pared calentada que se extiende entre la región de transición y el extremo de salida de la segunda sección.

14. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la primera y la segunda paredes del paso de gas se curvan suavemente de modo que la curvatura de las paredes opuestas en la primera sección cambia suavemente sin ningún borde agudo dentro de la curvatura de las paredes opuestas en la segunda sección en la región de transición del paso de gas.

15. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, donde una de las paredes opuestas es una pared caliente y la otra pared es una pared fría, en el que la temperatura de la pared caliente es al menos 50ºC más alta que la de la pared fría y sólo la pared caliente tiene al menos una abertura de paso de polímero fluido.

16. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, en el que el ángulo de bisección de la primera y de la segunda paredes con respecto al primer eje bisectriz en la primera región varía desde aproximadamente 15 a aproximadamente 40 grados.

17. El proceso de las reivindicaciones 15 ó 16, en donde la pared caliente en la segunda sección se separa del primer eje bisectriz en un ángulo que varía desde aproximadamente 1 grado a 20 grados y la pared fría en la segunda sección converge hacia el primer eje bisectriz en un ángulo que varía desde aproximadamente 0,1 grados a aproximadamente 15 grados.

18. El proceso de la reivindicación 17, en donde la relación entre el ángulo divergente de la pared caliente con relación al primer eje bisectriz y el ángulo convergente de la pared fría con relación al primer eje bisectriz varía desde aproximadamente 1:1 a aproximadamente 500:1.

19. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que el ángulo entre la línea central de cada paso de polímero y la pared que contiene las correspondientes aberturas de paso de polímero varía desde aproximadamente 10 grados a aproximadamente 100 grados.

20. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en el que la película de polímero que se extruye desde cada abertura de paso de polímero circula con el flujo de gas a lo largo de una superficie de formación de fibras de polímero, que tiene un ángulo de orientación con respecto al primer eje bisectriz que varía desde aproximadamente 90 grados medidos en la dirección de las agujas del reloj a alrededor de 45 grados medidos en la dirección contraria a las agujas del reloj.

21. El proceso de la reivindicación 20, en el que la longitud de la superficie de formación de fibras de polímero correspondiente a cada abertura de paso de polímero es menor de aproximadamente 100 veces el diámetro hidráulico de la correspondiente abertura de paso de polímero.

22. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, en el que la primera y la segunda paredes del paso de gas se curvan suavemente de forma que la curvatura de las paredes opuestas en la primera sección cambia suavemente sin ningún borde agudo hasta la curvatura de las paredes opuestas en la segunda sección dentro de la región de transición del paso de gas.

23. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 22, en el que las paredes opuestas en la segunda sección del paso de gas se curvan de forma que la pared caliente tiene una forma convexa y se curvan para separarse del segundo eje bisectriz y la pared fría tiene una forma cóncava que se curva hacia el segundo eje bisectriz según se observa desde el interior de la segunda sección en el paso de gas.

24. El proceso de la reivindicación 17, en el que la relación del radio de curvatura de la pared caliente al radio de curvatura de la pared fría en la segunda sección del paso de gas varía desde aproximadamente 1:10.000 a aproximadamente 100:1.

25. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, en el que la corriente de gas se introduce dentro del paso de gas con un caudal másico que varía desde aproximadamente 150 kilogramos por hora por metro a aproximadamente 3500 kilogramos por hora por metro.

26. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, en el que la corriente de gas y la corriente de polímero fluido se introducen dentro de la segunda sección con una relación entre los caudales másicos de la corriente de gas/corriente de polímero fluido menor de aproximadamente 40:1.

27. El proceso de la reivindicación 26, en el que la corriente de gas y la corriente de polímero fluida se introducen dentro de la segunda sección con una relación entre los caudales másicos de la corriente de gas/corriente de polímero fluido menor de aproximadamente 15:1.

28. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, en el que la corriente de gas a la entrada del paso de gas está a una temperatura menor de 50ºC.

29. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 28, en el que el material de la tela no tejida comprende más del 35% de fibras submicrométricas.

30. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29, que comprende además proporcionar un conjunto de materiales de polímero diferentes como diferentes corrientes de polímero fluido que circulan a través de pasos de polímero delimitados separados que acaban en una abertura en al menos una de dichas paredes calentadas opuestas, en el que las diferentes corrientes de polímero fluido se extruyen en la forma de películas desde cada una de dichas aberturas, en el que el material de la tela no tejida comprende fibras multicomponente.

31. Un aparato para formar fibras de tamaño submicrométrico, que comprende:

una primera y una segunda paredes opuestas que definen un paso de gas, de las que al menos una de las paredes se puede calentar, en el que dicho paso de gas es operativo para recibir gas presurizado desde una fuente de gas presurizado y para conducir el gas presurizado como una corriente de gas en una dirección de aguas arriba hacia aguas abajo dentro del paso de gas, en el que dicho paso de gas comprende una primera sección aguas arriba dentro de la que el gas se introduce desde un extremo de suministro, una región de transición, y una segunda sección aguas abajo en la que el gas circula hacia un extremo de salida, en el que la región de transición conecta de modo fluido la primera sección a la segunda sección y a los extremos del paso de gas en el extremo de salida de la segunda sección y en el que dicha primera sección del paso de gas tiene un área de sección decreciente desde el extremo de suministro a la región de transición y dicha segunda sección del paso de gas tiene un área de sección creciente desde la región de transición al extremo de salida de la segunda sección;

32. El aparato de la reivindicación 31, en el que al menos una abertura de paso de polímero desde la que se extruye la película de polímero se sitúa en la segunda sección del paso de gas.

33. El aparato de las reivindicaciones 31 ó 32, en el que la al menos una abertura de paso de polímero desde la que se extruye la película de polímero se sitúa en una mitad inferior, aguas abajo de la segunda sección tal como se determina con relación a la longitud de paso de polímero incluyendo la pared calentada que se extiende entre la región de transición y la del extremo de salida de la segunda sección.