ES2990135T3 - Hilos con almas elastoméricas conductoras, géneros y prendas de vestir formadas por los mismos, y procedimientos para su producción - Google Patents

Abstract

Un hilo conductor extensible (1) incluye un núcleo conductor (2) de una o más fibras elásticas (4-6) y una funda aislante (3) que cubre el núcleo conductor. Una o más de las fibras elásticas del núcleo pueden ser un material elastomérico (4) y pueden combinarse con una fibra menos elástica (5, 6) para controlar las propiedades de retorno de las fibras elásticas conductoras. También se proporcionan telas, prendas y varios dispositivos formados utilizando los hilos elásticos conductores y que pueden utilizarse para realizar varias operaciones de detección eléctrica para controlar y medir varias funciones y condiciones corporales, o el rendimiento de un usuario. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Hilos con almas elastoméricas conductoras, géneros y prendas de vestir formadas por los mismos, y procedimientos para su producción

Campo técnico

La presente invención versa, fundamentalmente, sobre hilos y procedimientos de producción de hilos y, más en particular, sobre hilos con almas elastoméricas conductoras estirables y envolturas de vaina, y sobre géneros y prendas de vestir producidos con tales hilos. La invención también versa acerca de sistemas que incluyen hilos elásticos conductores y un procesador conectado con dichos hilos conductores.

Antecedentes

Los géneros de tipo estirable con hilos elastoméricos se han vuelto muy populares y útiles en la industria actual de producción de prendas de vestir. Existen muchos procedimientos utilizados para formar hilos elastoméricos y géneros de tipo estirable. Las prendas de vestir formadas con tales hilos son muy populares en ropa de deporte y en uniformes e indumentaria atléticos, pero también encuentran aplicación en diversos otros tipos de prendas de vestir modernas debido a que estos géneros de tipo estirable producen prendas de vestir que se amoldan a la forma del cuerpo, proporcionan una comodidad adicional y son muy útiles cuando se precisa o es deseable una prenda de vestir ceñida.

Aunque hay disponibles muchos géneros y prendas de vestir de tipo estirable, muchos de ellos carecen de buena elasticidad. En muchos casos, los géneros y las prendas de vestir no son suficientemente resilientes. Diversos otros materiales pierden su elasticidad con el paso del tiempo y tienden a caer y agrietarse y se vuelven poco funcionales. Por ello, son necesarios mejores materiales elásticos para las prendas de vestir.

Pasando a la industria electrónica actual, que avanza rápidamente, se están desarrollando muchos dispositivos de detección y están siendo utilizados para monitorizar diversas funciones, condiciones, actividades y movimientos corporales, y de rendimiento atlético. Por ejemplo, se pueden utilizar estos dispositivos para monitorizar el número de pasos que da un usuario, la velocidad a la que camina o corre el usuario y pueden ser utilizados para detectar diversos otros movimientos corporales. En otros ejemplos, se pueden utilizar estos dispositivos de detección para monitorizar diversas condiciones metabólicas. Estos dispositivos de detección encuentran aplicación particular en los campos de la ortopedia y del atletismo, tales como en el entrenamiento atlético en donde se pueden medir y evaluar diversos aspectos del rendimiento atlético de un usuario.

Los dispositivos convencionales de esta naturaleza son a menudo voluminosos e incómodos de llevar puestos. Los dispositivos convencionales normalmente contienen componentes metálicos que el usuario debe llevar puestos y son generalmente incómodos. Estos dispositivos se ajustan con correas, a menudo, al cuerpo del usuario sobre o bajo la prenda de vestir del usuario y pueden incluir porciones rígidas. En muchos ejemplos, los propios dispositivos limitan la flexibilidad del usuario y afectan adversamente de otras formas al rendimiento del usuario.

En el documento WO2003/060449 se divulga un ejemplo de este tipo de dispositivo. Este documento versa acerca de un dispositivo emisor de efectos medidor de deformaciones de uso general, que comprende un género estirable eléctricamente conductor cuyas propiedades eléctricas cambian al estirarse, un circuito eléctrico de regulación que genera una señal en respuesta al estiramiento o a la relajación del género estirable del dispositivo. Hubo un intento de crear este dispositivo integrado en una prenda de vestir utilizando fibras y géneros conjugados eléctricamente conductores recubiertos con polímeros, utilizando, normalmente, polipirrol y polianilina como polímeros conjugados; sin embargo, el dispositivo no era compatible con textiles.

Son conocidos los hilos elásticos conductores. El documento EP 1749301 divulga una fibra que tiene una estructura elastomérica eléctricamente conductora que comprende un polímero elastomérico que se vuelve conductor mediante la adición de óxido de estaño dopado con antimonio o nanotubos de carbono dispersos en la matriz polimérica. El documento WO2015150682 divulga hilos conductores elásticos en los que se obtienen las propiedades conductoras retorciendo un hilo sintético en torno a un hilo con alma metálica, y retorciendo, subsiguientemente, el hilo obtenido de esta manera en torno a un hilo con alma elástica. De nuevo, el hilo resultante es poco adecuado para ser utilizado en un género para prendas de vestir. El documento KR-A-2014 0017335 describe un hilo conjugado conductor estirable en el que el alma comprende filamentos elásticos cubiertos con nanofibras conductoras estirables. Se pueden utilizar hilos conductores en el campo textil como sensores, o parte de sensores, conectados con un procesador para detectar un cambio en las propiedades eléctricas de los hilos conductores. El cambio en propiedades eléctricas puede derivarse, por ejemplo, de un cambio en la longitud y/o el área en sección de la porción conductora del hilo.

Por lo tanto, existe la necesidad de proporcionar hilos y géneros de tipo estirable que retengan su elasticidad con el paso del tiempo y el uso. También sería deseable proporcionar dispositivos de monitorización electrónica que un usuario lleve puestos con comodidad. También existe la necesidad de proporcionar hilos estirables/elásticos conductores que retengan propiedades eléctricas sustancialmente inalteradas tras muchos ciclos de trabajo. Como ejemplo, una propiedad eléctrica que ha de mantenerse sustancialmente inalterada es la resistencia eléctrica de un hilo y la forma en la que la resistencia cambia durante un ciclo de carga-descarga. Normalmente, se lleva a cabo un ciclo de carga-descarga cuando se estira la fibra conductora elástica.

Sumario

Los anteriores problemas se solucionan mediante la presente invención que proporciona un hilo conductor estirable con un alma que tiene propiedades conductoras y elásticas, y una vaina no conductora que cubre el alma, según la reivindicación 1. El alma tiene primeras fibras elásticas y segundas fibras menos elásticas para controlar el movimiento de retorno de las fibras elásticas conductoras. Otro objeto de la presente invención es un género que comprende los hilos expuestos anteriormente y una prenda de vestir fabricada del género, respectivamente según las reivindicaciones 7 y 9. Un objeto adicional de la invención es un procedimiento para formar un hilo conductor estirable, según la reivindicación 11. Otro aspecto de la invención es un sistema según la reivindicación 10, que incluye la prenda de vestir formada del género, y un procesador acoplado con los hilos conductores del género.

La presente divulgación versa acerca de hilos elásticos conductores y la producción de los mismos utilizando diversos procesos de fabricación de hilos que producen hilos conductores estirables para la detección y otras aplicaciones. Los hilos elásticos conductores incluyen un alma conductora de una o más fibras elásticas conductoras y una vaina aislante que cubre el alma conductora. Una o más de las fibras conductoras pueden ser un material elastomérico dentro del cual o sobre el cual se han añadido partículas conductoras o sobre el cual se ha aplicado un revestimiento conductor. Se pueden utilizar diversos procedimientos para formar las almas conductoras y las vainas aislantes que cubren las almas.

La divulgación también proporciona géneros formados con los hilos elásticos conductores y diversas prendas de vestir formadas utilizando los géneros con los hilos elásticos conductores. Los hilos elásticos conductores pueden ser utilizados en las direcciones tanto de urdimbre como de trama en construcciones de género tejido y tricotado. Los géneros y las prendas de vestir sirven de sensores u otros componentes electrónicos.

Otro aspecto de la divulgación es un sistema que incluye el género formado con los hilos elásticos conductores, y un procesador acoplado con el género. El procesador detecta movimientos corporales de un usuario que lleva puesta una prenda de vestir formada del género, como una función del cambio en longitud o anchura debido al estiramiento o a la flexión del género.

Breve descripción del dibujo

La presente invención se entiende de forma óptima a partir de la siguiente descripción detallada cuando es leída junto con los dibujos no limitantes adjuntos. Se hace hincapié en que, según la práctica común, las diversas características del dibujo no están necesariamente a escala. Al contrario, se pueden expandir o reducir arbitrariamente las dimensiones de las diversas características en aras de la claridad. Los números similares denotan características similares en toda la memoria y los dibujos.

Las Figuras 1A-1D son vistas esquemáticas de diversos hilos elastoméricos conductores según diversas realizaciones de la divulgación;

la Figura 2 es un diagrama de flujo de un procedimiento para la producción de un hilo elastomérico conductor según realizaciones de la divulgación;

la Figura 3 es un esquema de un sistema que muestra un procedimiento de producción de hilos con alma estirable de detección a partir de una solución polimérica viscosa según realizaciones de la divulgación;

la Figura 4 es un esquema de un sistema que muestra un procedimiento de producción de hilos con alma estirable de detección a partir de una solución polimérica viscosa según realizaciones adicionales de la divulgación;

la Figura 5 es un esquema de un aparato adecuado para la producción de fibras elastoméricas conductoras según realizaciones de la divulgación;

la Figura 6 es un esquema de un aparato adecuado para la producción de fibras elastoméricas conductoras según otras realizaciones de la divulgación; y

la Figura 7 muestra una prenda de vestir — un par de pantalones— formada de género que incluye los hilos elastoméricos conductores y componentes electrónicos acoplados con la prenda de vestir, según la divulgación.

Descripción detallada

La presente divulgación versa acerca de hilos elásticos conductores y la producción de tales hilos utilizando diversos procesos de fabricación de hilos. Los hilos elásticos conductores incluyen un alma conductora de una o más fibras elásticas y una vaina aislante que cubre el alma conductora. Se utilizan los hilos elásticos conductores para producir géneros conductores estirables utilizados para diversas aplicaciones de detección en diversos tipos de prendas de vestir y otros aparatos y dispositivos integrables en una prenda de vestir. Los hilos elásticos conductores pueden ser utilizados en las direcciones tanto de urdimbre como de trama en construcciones de género tejido y tricotado. Las prendas de vestir formadas del género conductor estirable incluyen diversos tipos de camisas, pantalones, mallas, gorras, pantalones cortos, calcetines y diversos otros tipos de indumentaria. También se puede utilizar el género conductor estirable para formar una manga, un calcetín de compresión o diversas bandas u otros aparatos o dispositivos que se llevan puestos en diversas ubicaciones en el cuerpo de un usuario.

El género conductor estirable forma un dispositivo de detección y está acoplado con electrónica apropiada y puede ser utilizado como un sensor eléctrico para medir o monitorizar diversas funciones, condiciones y acciones corporales para diversas aplicaciones en los campos médico, ortopédico, atlético y otros.

En algunas realizaciones, los hilos elásticos conductores se forman utilizando materiales conocidos para fibras elásticas tales como elastómeros termoplásticos y poliuretanos elásticos termoplásticos (TPU, por sus siglas en inglés) que tienen una estructura bien combinada de segmentos funcionales blandos y duros que proporciona una elasticidad excepcional. Se pueden utilizar diversos materiales de poliuretano elástico, denominados colectivamente elastanos. En tales realizaciones, los dos segmentos pueden estar basados, de forma ventajosa, en poliéteres que tienen bajas temperaturas de transición del estado vitreo, T<g>, y en isocianatos aromáticos con capacidad de un apilamiento n-n, respectivamente. Estos materiales son conocidos en la técnica y están disponibles comercialmente. En otras diversas realizaciones, se utilizan otros materiales elastoméricos y otras disposiciones para formar las fibras elásticas conductoras del alma del hilo. Materiales adecuados para las fibras elásticas son: poliuretano, tal como el utilizado para producir elastano (por ejemplo, Lycra, Dorlastan), Spandex (RadicciSpandex Co), Lastol (Dow Chemical XLA). Las primeras fibras elásticas tienen, preferiblemente, la forma de un filamento o de un haz de filamentos.

Se pueden seguir utilizando otros tipos diversos de fibras elásticas disponibles comercialmente, y otros materiales elásticos que están siendo desarrollados, como las fibras elásticas según la divulgación. El alma elástica del hilo inventivo incluye una primera fibra que es muy elástica y al menos una segunda fibra que es menos elástica que la primera fibra y tiene buenas propiedades de recuperación. La primera fibra puede ser estirada en al menos un 300%, preferiblemente al menos en un 400%, medido según ASTM D3107 o BISFA (The International Bureau for Standardisation of Man-made Fibers), DIN 53835-2 y estándares.

Materiales adecuados para la segunda fibra, es decir la fibra menos elástica de control, incluyen poliamidas tales como el nailon (por ejemplo, nailon 6, nailon 6,6, nailon 6,12 y similares), poliéster, poliolefinas tales como el polipropileno y el polietileno, mezclas y copolímeros de los mismos, PBT y filamentos de dos componentes, en concreto elastomultiésteres tales como filamentos de PBT/PET y de PTT/PET tales como T400<®>de Invista<®>. Normalmente, la segunda fibra menos elástica está texturizada o rizada. En su estado relajado, la segunda fibra puede ser tensada hasta una condición sustancialmente lineal y cuando se elimina la tensión, vuelve a la condición rizada inicial. Preferiblemente, la segunda fibra tiene la forma de un filamento o de un haz de filamentos.

Según la divulgación, las primeras fibras elásticas y conductoras y las segundas fibras menos elásticas son combinadas entre sí en una condición tensada y dispuestas en el alma del hilo de tal forma que la segunda fibra pueda actuar sobre la primera fibra, cuando sea estirada y, por lo tanto, alargada, para ayudar a la primera fibra a volver a la longitud inicial que tenía la primera fibra antes de ser estirada con el género. Existen distintas formas conocidas de obtener tal efecto. El documento US 2008/0318485 divulga la combinación de fibras elásticas (elastano) y menos elásticas (poliéster) y su mutua torsión, posiblemente con la cinta de algodón, para proporcionar un hilo elástico. Se hace referencia, en particular, a los párrafos 24, 28 y 29 del documento US 2008/0318485. Otra divulgación de cómo combinar fibras elásticas y menos elásticas está disponible en el documento US 2010/0281842, por ejemplo en los párrafos 22-25 y 35, donde se denomina “filamento de control” a la fibra menos elástica combinada con la fibra elástica. El documento WO 2012/062480, en nombre del presente solicitante, divulga un procedimiento de combinación de las fibras primera y segunda en el que las fibras están conectadas entre sí para actuar como una única fibra durante las etapas de tensión y de relajación (es decir, durante los procesos de carga-descarga). Posibles procedimientos de conexión divulgados en el documento WO 2012/062480 son el entremezclado, la torsión a un número elevado de torsiones por metro y la coextrusión.

En la presente descripción, se contempla que la coextrusión indique cualquier proceso según el cual al menos dos tipos de fibras (por ejemplo, elastómero conductor y poliéster u otra fibra menos elástica) están conectadas mecánicamente entre sí comprimiéndose entre sí, preferiblemente en una condición estirada de al menos una de las fibras. Como en los otros procedimientos de conexión del documento WO 2012/062480, también se lleva a cabo una “coextrusión” sobre las fibras que están moviéndose a lo largo de un aparato para tratar fibras. Se hace que las fibras pasen conjuntamente a través de un dispositivo en el que son coextrudidas en el sentido de verse obligadas a pasar por un mismo espacio de volumen reducido, de forma que sean comprimidas entre sí. Un dispositivo ejemplar para la coextrusión-conexión de fibras es un cilindro que tiene una forma en “V”; las fibras son forzadas a entrar en la parte inferior del cilindro en “V”, donde las fibras son comprimidas entre sí y, por lo tanto, conectadas para formar un único haz de fibras.

En otra realización, el haz tensado de fibras que ha de conectarse puede ser alimentado a una misma ubicación de un par de cilindros, por ejemplo en un surco, donde son comprimidas entre sí y, por lo tanto, conectadas entre sí. Al menos algunas fibras pueden haber sido tratadas con productos químicos durante su producción, pudiendo mejorar dichos productos químicos la adhesión entre sí de las fibras de los dos haces.

El haz obtenido de esta manera de fibras primeras y segundas es alimentado, entonces, al aparato de formación de vaina, generalmente una máquina de hilatura de anillos, que impartirá cierta torsión también al único haz de fibras conectadas, durante el proceso de hilatura de anillos, como se conoce en la técnica. En una realización preferida, el dispositivo para conectar las fibras de los dos haces está ubicado cerca del aparato para cubrir el alma elástica y conductora de múltiples fibras, tal como, por ejemplo, un aparato de hilatura de anillos; de esta forma, las fibras conectadas mediante coextrusión no se separan accidentalmente antes de ser alimentadas a la hiladora de anillos.

La presente divulgación contempla la formación de hilos eléctricamente conductores a partir de materiales que son,per se,eléctricamente aislantes, tales como TPU u otros materiales elastoméricos, añadiendo materiales conductores a los materiales elastoméricos eléctricamente aislantes en su origen. Esto puede realizarse mediante la adición de al menos uno de los siguientes: nanomateriales de carbono, nanopartículas de metal o de óxidos metálicos, otras partículas metálicas o no metálicas y mezclas de los mismos. Materiales adecuados son ZnS, Ag y nanomateriales de carbono, en particular nanopolvos de carbono. Las dimensiones del material conductor pueden encontrarse, de forma ventajosa, en el intervalo de 0,1 nm hasta aproximadamente 250 nm. En la realización ventajosa en la que TPU es el material elastomérico, se forma un TPU conductor (c-TPU, por sus siglas en inglés) incorporando las impurezas conductoras en el material de TPU. En otras realizaciones de hilos eléctricamente conductores, los materiales conductores están dispersos diversamente en las fibras elastoméricas de diversas formas en la matriz del material elastomérico.

La cantidad de impurezas conductoras en las fibras puede depender del tipo de material; como norma general, hay presentes impurezas conductoras en las fibras en el intervalo de aproximadamente un 1 % en peso hasta aproximadamente un 50 % en peso de la fibra, pero se pueden utilizar en otras realizaciones otras formulaciones tales como un 25-50% en peso.

En cada uno de los ejemplos mencionados anteriormente, se pueden introducir impurezas conductoras en la fibra elastomérica utilizando diversas técnicas. En algunas realizaciones, la conductividad es producida mediante la adición de aditivos conductores por encima del umbral de percolación del material elastomérico seguida por procesos de hilatura en seco o en húmedo, como se describirá adicionalmente a continuación. El umbral de percolación es el valor crítico de la probabilidad de ocupaciónp,o más en general una superficie crítica para un grupo de parámetrospi, p2,..., de forma que se produzca primero una conectividad infinita, es decir percolación. En otras realizaciones, se pueden utilizar otros procedimientos para impregnar la fibra elastomérica con adulterantes conductores. En algunas realizaciones, se utiliza un mezclado mecánico. En otras realizaciones adicionales, las impurezas conductoras están revestidas externamente sobre la superficie de la fibra elastomérica. El revestimiento puede ser un revestimiento que incluya las nanopartículas conductoras descritas anteriormente o puede ser cualquier otro revestimiento conductor adecuado.

El material conductor elastomérico puede ser vertido creando monofilamentos (preferiblemente) y/o creando fibras cortadas y puede ser utilizado tal cual o junto con otras fibras en un hilo. El alma estirable conductora incluye una o múltiples fibras, es decir, un haz de fibras. Una o más de las fibras del alma tiene propiedades elásticas. Una o más de las fibras del alma tiene propiedades conductoras. El alma elastomérica conductora se caracteriza por excelentes propiedades de recuperación y de resiliencia proporcionadas por una o más de las fibras del alma. El alma elastomérica conductora está completamente cubierta por una vaina aislante para formar un hilo estirable. El aislamiento —es decir, una vaina— puede ser una vaina de fibras de algodón, pero se utilizan otros materiales en otras realizaciones. En algunas realizaciones, la vaina aislante cubre completamente el alma, de forma que nada del alma aflora a través de las fibras de la vaina en ningún momento, incluyendo después de su uso. Se utilizan otras envolturas de vaina aislante en otras realizaciones. El hilo estirable puede ser utilizado por sí solo o en una construcción de género, tejida o tricotada.

El c-TPU u otros materiales elastoméricos conductores proporcionan aplicaciones nuevas y avanzadas para el hilo y mejoran las aplicaciones para los hilos actuales proporcionando un material estirable de detección que es integrable en una prenda de vestir y encuentra diversas aplicaciones en la industria electrónica como se ha mencionado anteriormente. Normalmente, la conductividad de las fibras elásticas es de 1,00 x 101 hasta 1,00 x 104 S/cm (Siemens / centímetro) medida mediante los estándares ASTM D 257 y ESD STM11.11.

Los materiales elastoméricos conductores pueden funcionar como diversos tipos de sensores en función de sus características resistiva, inductiva y capacitiva. El género estirable conductor puede ser utilizado para detectar movimientos corporales como una función del estiramiento (por ejemplo, las regiones del codo y de la rodilla) inducido por un cambio en las dimensiones (por ejemplo, el diámetro del alma conductora), es decir un sensor de deformaciones. En algunas realizaciones, el género estirable conductor funciona como un electrodo, un recorrido para señales, un calentador o diversos materiales electromagnéticamente aislantes. Los dispositivos de detección encuentran aplicación en los campos médico, ortopédico, atlético y otros. En algunas realizaciones, se utiliza el género conductor estirable para monitorizar el número de pasos que da un usuario o la velocidad a la que camina o corre el usuario y se puede utilizar el género conductor estirable para detectar diversos otros movimientos corporales. En otras realizaciones, se utilizan los dispositivos de detección para monitorizar diversas condiciones metabólicas tales como la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca, la presión arterial y diversas condiciones adicionales. Se pueden acoplar de forma adecuada diversos procesadores y otros componentes y dispositivos electrónicos con el género conductor, de forma que se pueda utilizar el c-TPU u otro género conductor como plataforma de detección en el campo de la electrónica integrable en una prenda de vestir. En el documento WO 2017/017260 se da a conocer un ejemplo de procesador que es parte de una prenda de vestir. El acoplamiento con el procesador puede ser por cable o inalámbricamente.

Como se ha expuesto anteriormente, las fibras conductoras elásticas (generalmente en forma de filamentos) se combinan con las segundas fibras para proporcionar el alma de un hilo elástico. Se descubrió que la presencia de las segundas fibras menos elásticas, normalmente texturizadas, tiene como resultado un alma en donde después de cada alargamiento del hilo al estirarlo, las fibras elásticas vuelven a su longitud inicial (o hasta sustancialmente su longitud inicial), pese a la presencia de elementos conductores en las fibras elásticas. Debido a que el componente elástico del alma vuelve (sustancialmente) hasta su longitud inicial, la porción conductora elástica del hilo de la invención siempre tendrá (sustancialmente) la misma geometría en una condición relajada, es decir no tensada. Esta misma condición inicial geométrica de las fibras elásticas tiene como resultado el hecho de que los valores de los parámetros que dependen de la geometría de la parte elástica del alma son (sustancialmente) las mismas al principio de un ciclo de carga-descarga (estiramiento-relajación), es decir cuando el hilo no está estirado ni tensado. Cualquier cambio detectado de dichos valores será causado por el cambio de la geometría de las fibras elásticas durante la deformación que está siendo detectada.

Con referencia ahora a las figuras, cada una de las Figuras 1A - 1D ilustra una realización del hilo estirable 1 que incluye un alma conductora elastomérica 2 y una vaina 3. Cada una de las Figuras 1A - 1C muestra tres fibras: una primera fibra 4, una segunda fibra 5 y una tercera fibra 6. La tercera fibra 6 puede no estar presente en algunas realizaciones, preferiblemente las fibras segunda y tercera son una fibra de dos componentes en una disposición lado a lado, como en T400. La Figura 1D muestra una realización no según la invención en la que el alma conductora elastomérica 2 únicamente incluye una única fibra 12. En otras realizaciones, el alma conductora elastomérica 2 incluye dos fibras o distintos números de fibras que se combinan para formar el alma conductora elastomérica 2.

Las fibras, es decir la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6, que componen el alma 2 están conectadas entre sí como se ha expuesto anteriormente, por ejemplo mediante torsión, entremezclado o coextrusión. En algunas realizaciones en las que las fibras están trenzadas, pueden ser trenzadas hasta grados diversos. Las fibras respectivas pueden conectarse entre sí hasta grados diversos y de muchas formas. En diversas realizaciones, se pueden coextrudir múltiples fibras elásticas conductoras con fibras artificiales, entremezcladas con fibras artificiales, de una única hebra o dos hebras retorcidas con fibras artificiales o de una única hebra o dos hebras retorcidas con fibras naturales, o texturizadas por chorro de aire (AJT, por sus siglas en inglés) con fibras artificiales.

En las realizaciones de las Figuras 1A-1C, una o más de las fibras, es decir una o más de la primera fibra 4, de la segunda fibra 5 y de la tercera fibra 6, pueden ser elastoméricas. También en las realizaciones de la Figura 1A - 1C, una o más de las fibras, es decir la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6, pueden ser conductoras. En algunas realizaciones, cada una de las fibras es elástica y, en algunas realizaciones, cada una de las fibras es conductora. En algunas realizaciones, cada una de las fibras, es decir la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6, es tanto conductora como elastomérica. En una realización, al menos dos de las tres fibras son elastoméricas y al menos dos de las tres fibras son conductoras. Según realizaciones en las que cada una de la primera fibra 4, de la segunda fibra 5 y de la tercera fibra 6 no son a la vez conductoras y elásticas, se pueden utilizar otros tipos de materiales diversos para la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6. Las Figuras 1A - 1C muestran las fibras, es decir la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6, en diversas disposiciones.

La primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6 pueden estar formadas del mismo material, o de materiales distintos, y al menos una tiene un grado distinto de elasticidad. En una realización, una de las fibras puede ser estirable hasta una longitud de un 400% de su longitud original y una de las otras fibras puede ser menos elástica pero estirable hasta aproximadamente un 20% de su longitud original. En algunas realizaciones, antes de conectar las fibras del alma, se estira al menos una fibra elástica del alma, por ejemplo la primera fibra 4, la segunda fibra 5 o la tercera fibra 6, combinada con otras fibras y luego se libera, de forma que después de la interconexión con la o las otras fibras, la fibra estirada y liberada recuperará y reducirá su longitud. Esto tendrá como resultado que haya disponibles para el estiramiento del hilo con alma de múltiples componentes una cantidad, o longitud, de una o dos de las otras fibras. De esta forma, el hilo de material compuesto puede ser estirado significativamente aunque una o más de las otras fibras sea menos o mucho menos elástica que la o las otras fibras. En diversas realizaciones, las fibras interconectadas del alma del hilo divulgado actúan sustancialmente como una única fibra. En realizaciones en las que se estira una primera fibra, como se ha descrito anteriormente, las propiedades de gran recuperación de las fibras segunda y/o tercera tendrán como resultado que el hilo y, más en particular, el género final sean al mismo tiempo estirables y tengan excelentes propiedades de recuperación.

Debido a que la estructura del alma conductora elástica tiene fibras primera y segunda y sus excelentes propiedades de recuperación, una ventaja del hilo reivindicado es que se mantienen las propiedades elásticas del hilo elástico y conductor durante su uso y durante la vida del género que incorpora el hilo de la invención. De hecho, tras el alargamiento, cuando se libera la fuerza que estira la fibra, la fibra elástica recuperará sustancialmente por entero las dimensiones que tenía la fibra antes de ser estirada. De esta manera, se mantendrán sustancialmente constantes las propiedades elásticas que dependen de las dimensiones de la fibra o del hilo, pese al uso reiterado y frecuente del género. Esta recuperación puede obtenerse mediante la presencia de la segunda fibra (o mediante la presencia de las fibras segunda y tercera). En algunas realizaciones, una fibra de elastano sin revestimiento puede ser una de las fibras, de manera que se mantengan las dimensiones originales del hilo elástico.

La Figura 1A muestra la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6 coextrudidas en contacto sustancialmente constante. Las fibras coextrudidas 4, 5, 6 son sustancialmente paralelas o las fibras coextrudidas pueden ser entremezcladas de forma paralela, pero no trenzadas ni retorcidas. No se muestran las Figuras 4, 5, 6 en una condición retorcida en la disposición mostrada en la FIG. 1A, pero generalmente de forma subsiguiente se produce cierta torsión en la etapa de hilatura de anillo que sigue a la etapa de coextrusión y en la que se aplica la vaina de fibras cortadas al alma de material compuesto.

En la presente descripción, se entiende que “coextrusión” indica cualquier proceso según el cual se conectan mecánicamente entre sí al menos dos fibras, por ejemplo una fibra elastomérica conductora y una fibra de poliéster, comprimiéndolas entre sí, con una o ambas fibras ventajosamente en una condición estirada antes de ser conectadas mecánicamente. La conexión de las fibras mediante medios mecánicos puede incluir la compactación mediante compresión. De forma similar a otros procedimientos para unir las fibras del alma, la “coextrusión” se lleva a cabo sobre las fibras que están moviéndose a lo largo de un aparato para tratar fibras. Las fibras pueden encontrarse, de forma ventajosa, en un estado estirado antes de ser unidas. En algunas realizaciones, una de las fibras puede ser estirada hasta 2-4 veces su longitud original y la otra fibra puede ser estirada hasta 1,1 hasta 1,5 veces su longitud original, pero pueden utilizarse otros grados de estiramiento en otras realizaciones. Las fibras pueden incluir, adicional o alternativamente, un revestimiento químico para ayudar a la adhesión, antes de ser unidas. Se hace que las fibras pasen conjuntamente a través de un dispositivo en el que son obligadas a juntarse en un espacio de volumen reducido, de forma que sean comprimidas mecánicamente entre sí. Un dispositivo ejemplar para conectar fibras es un cilindro que tiene una forma de “V”, donde las fibras son forzadas a entrar en el fondo de la parte en “V” del cilindro, donde las fibras son comprimidas entre sí y conectadas, de esta manera, para formar un único haz de fibras, tales como las fibras 4, 5, 6 del alma 2 de la FIG. 1A.

En otra realización, dos o más fibras que han de conectarse entre sí, son alimentadas a la misma ubicación de un par de cilindros, por ejemplo un surco, donde son comprimidas entre sí y, por lo tanto, comprimidas mecánicamente entre sí. Al menos algunas de las fibras pueden haber sido tratadas con productos químicos durante su producción y antes de ser unidas entre sí mediante coextrusión. Los productos químicos pueden mejorar la adhesión de las fibras de los dos haces entre sí.

El haz de las fibras 4, 5, 6 del alma 2 obtenido mediante coextrusión pasando a través de un espacio estrecho como se ha expuesto anteriormente, puede ser alimentado, entonces, a los aparatos de formación de vaina (por ejemplo, aparato de hilatura de anillos) como se mostrará en las Figuras 5 y 6. Una máquina de hilatura de anillos que une el alma 2 a una vaina inelástica puede impartir cierta torsión al único haz de fibras conectadas, es decir al alma 2 , durante el proceso de hilatura de anillos. En una realización ventajosa, el dispositivo para conectar el haz de fibras del alma mediante coextrusión está ubicado cerca del aparato para cubrir el alma elástica y conductora de múltiples fibras, tal como, por ejemplo, un aparato de hilatura de anillos. De esta forma, las fibras conectadas del alma 2 no se separan accidentalmente antes de que sean alimentadas a la hiladora de anillos.

En vista de lo anterior, es evidente para el experto que la coextrusión, según es utilizada en la presente memoria con referencia a las fibras del alma, significa un proceso de conexión de dos o más fibras mediante compresión mecánica. Esta compresión mecánica, o compactación mediante compresión, tiene lugar antes de que se dote a las fibras unidas de una vaina aislante, normalmente una vaina de fibras cortadas que son hiladas sobre el alma elástica conductora. Las fibras unidas mediante coextrusión pueden encontrarse, de forma ventajosa, en un estado estirado cuando están unidas entre sí. También es evidente para el experto que fibras coextrudidas, según se utiliza en la presente memoria, describe dos o más fibras unidas entre sí mediante coextrusión, estando tales fibras inicialmente unidas mecánicamente y siendo sustancialmente paralelas con una torsión mínima o nula en el momento de formarse, antes de ser alimentadas a un aparato de hilatura de anillos para proporcionar al alma una vaina.

La Figura 1B muestra la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6 entremezcladas; como en la realización de la Fig. 1a, únicamente se solicitan dos tipos de fibras y dos de las tres fibras, 5 y 6, se encuentran, preferiblemente, en forma de una fibra lado a lado de múltiples componentes, tal como una fibra T400. El entremezclado de las fibras (en concreto, el haz de fibras) puede llevarse a cabo según diversas técnicas conocidas y en desarrollo tecnológico, tales como chorros abiertos o cerrados de entremezclado. El entremezclado puede proporcionar un número de puntos de conexión que se encuentra dentro del intervalo desde aproximadamente 50 hasta 200 puntos por metro, o desde aproximadamente 80 hasta 120 puntos por metro o, en algunas realizaciones, desde aproximadamente 95 hasta 105 puntos por metro. El entremezclado puede llevarse a cabo según procedimientos conocidos o procedimientos en desarrollo y puede llevarse a cabo según procedimientos descritos en el documento WO2012/062480, transferida al presente solicitante. Las fibras entremezcladas son conectadas a una pluralidad de puntos P y el entremezclado puede llevarse a cabo según la técnica conocida o según lo siguiente:

Se carga en el margen (no mostrado) una bobina de hilo T-400. Se guía el hilo T-400 hasta un cilindro de alimentación y se enrolla en torno al cilindro cinco veces. Se carga un elastómero, por ejemplo una bobina de hilo de elastano, en cilindros de estiraje para proporcionar un estiraje, y se guía el hilo de elastano a través de un sensor y se lo combina con el hilo T-400 en un cilindro de alimentación. Desde el cilindro de alimentación, se guían las fibras combinadas hasta un chorro 18 de aire de entremezclado, por ejemplo un dispositivo de entremezclado Sincro Jet de Fadis, Italia.

Subsiguientemente, las fibras entremezcladas son guiadas hasta una estación de lubricación y son enrolladas finalmente en la bobina 206 de hilo de material compuesto que se mostrará en las FIGURAS 5 y 6 después de que se monten las fibras entremezcladas en el aparato inventivo de las FIGURAS 5 y 6. El sistema está dispuesto para proporcionar un número de puntos de conexión para hilos entremezclados, que se encuentra dentro del intervalo de 50 a 200 puntos por metro, tal como se ha descrito anteriormente.

La Figura 1C muestra la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6 retorcidas. En diversas realizaciones, tales como en la Figura 1C, en las que están retorcidas las múltiples fibras, el grado de torsión puede encontrarse dentro de un intervalo de aproximadamente 80 hasta 600 torsiones por metro, preferiblemente 120 - 600 torsiones por metro; y, en algunas realizaciones, puede encontrarse dentro del intervalo de aproximadamente 300-600 torsiones/metro o de 350 - 550 torsiones/metro. La torsión puede llevarse a cabo de una forma conocida en la técnica, tal como, por ejemplo, mediante una torsión en anillo, torsión Hamel o de 2 en 1.

En las diversas realizaciones ilustrativas, las fibras, es decir la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6, pueden ser del mismo diámetro o pueden tener distintos diámetros.

Cuando más de una de la primera fibra 4, de la segunda fibra 5 y de la tercera fibra 6 son conductoras, pueden incluir distintos grados de conductividad y pueden estar formadas de los mismos aditivos conductores, o distintos.

Una o más de la primera fibra 4, de la segunda fibra 5 y de la tercera fibra 6 pueden estar formadas de c-TPU o de los diversos otros elastómeros termoplásticos, como se ha descrito anteriormente. Además de c-TPU y de los otros materiales elastoméricos enumerados anteriormente, materiales adecuados para una o más de la primera fibra 4, de la segunda fibra 5 y de la tercera fibra 6 incluyen fibras de poliuretano tales como elastano, Spandex y aquellas fibras que tienen propiedades elásticas similares. En algunas realizaciones, se escoge al menos una de la primera fibra 4, de la segunda fibra 5 y de la tercera fibra 6 para que sea una fibra que pueda estirarse hasta un 400% de su longitud inicial (por ejemplo, como alargamiento a rotura) o más. En realizaciones particulares, una o más de la primera fibra 4, de la segunda fibra 5 y de la tercera fibra 6 pueden estar formadas de T162C, T178C, T136C, T902C y elastómeros de poliolefina tales como XLA. T162C, T178C, T136C, T902 son tipos de productos de Spandex de Invista y consisten, principalmente, en segmentos blandos basados en copoliéter y segmentos duros basados en diisocianato de 4,4'-difenilmetileno (MDI) como bloques funcionales. XLA es un polímero de etileno ramificado homogéneamente, reticulado, desarrollado por DOW Chemical Company. Otros ejemplos comerciales de fibras elastoméricas utilizadas para una o más de la primera fibra 4, de la segunda fibra 5 y de la tercera fibra 6 incluyen, sin limitación, Dowxla, Dorlastan (Bayer, Alemania), Lycra (Dupont, EE. UU.), Clerrspan (Globe Mfg. Co., EE. UU.), Glospan (Globe Mfg. Co., EE. UU.), Spandaven (Gomelast C.A., Venezuela), Roica (Asahi Chemical Ind., Japón), Fujibo Spandex (Fuji Spinning, Japón), Kanebo LooBell 15 (Kanebo Ltd., Japón), Spantel (Kuraray, Japón), Mobilon (Nisshinbo Industries), Opelon (Toray-Dupont Co. Ltd.), Espa (Toyoba Co.), Acelan (Teakwang Industries), Texlon (Tongkook Synthetic), Toplon (Hyosung), Yantai (Yantai Spandex), Linel, Linetex (Fillatice SpA). Se pueden escoger estas y otras fibras para proporcionar propiedades elásticas generalmente buenas y por tener gran capacidad de estiramiento. También pueden utilizarse fibras de poliolefina.

En cada uno de los ejemplos mencionados anteriormente, una o más de las fibras de la primera fibra 4, de la segunda fibra 5 y de la tercera fibra 6 incluyen impurezas conductoras como se ha descrito anteriormente. Preferiblemente, las fibras elastoméricas (elásticas) son conductoras y las fibras menos elásticas (de control) son no conductoras.

En la Figura 1D, una realización no según la invención, el alma elastomérica conductora 2 incluye únicamente una única fibra 12. La fibra 12 es una fibra conductora elastomérica y puede ser cualquiera de los materiales de fibra elastomérica conductora descritos anteriormente junto con la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6.

En otras realizaciones, se pueden combinar distintos números de fibras para formar el alma elastomérica conductora 2.

Con referencia de nuevo a las Figuras 1A - 1D, las fibras para la vaina 3 son fibras tales como algodón, lana, poliéster, rayón, nailon y materiales similares que proporcionan un aspecto natural y un tacto natural al hilo elástico. La vaina 3 forma la carcasa externa del hilo 1 y también puede estar formada de material natural o sintético, tal como todo tipo de celulosas regeneradas, cáñamo, lino, yute, kenaf, sisal, plátano, agave, bambú, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, fluoruro de polivinilideno, poliamida 6, poliamida 66, polipropileno, polietileno, poliacrilonitrilo, polilactida o mezclas de los mismos. En una realización ventajosa, se utilizan fibras cortadas de algodón. También pueden utilizarse diversas combinaciones del material anterior para la vaina 3.

Los materiales de la vaina 3 rodean el alma elastomérica conductora 2. En diversas realizaciones, la vaina 3 cubre completamente el alma conductora elastomérica 2. Se puede utilizar cualquier proceso adecuado utilizado para cubrir el alma conductora elastomérica 2 con el algodón u otras fibras para producir la vaina 3. Las tecnologías de hilado con alma y de hilado en anillos son procesos conocidos y muy utilizados en la industria textil, e implican combinar dos o más hilos con distintas características, para formar un miembro de hilo. Se pueden utilizar estos y diversos procedimientos adicionales para hilar fibras para producir un hilo. Cualquier procedimiento de hilatura para producir un hilo 1 que tiene un alma dispuesta en la vaina 3 se encuentra dentro del alcance de la presente divulgación. La hilatura de anillos es un procedimiento de hilado de fibras, tales como algodón, lino o lana, para crear un hilo, y puede utilizarse en diversas realizaciones. La divulgación también contempla que el hilo que incluye la vaina 3 y el alma conductora elástica 2 sea formado utilizando la hilatura con alma con el alma conductora elástica 2 alimentada en el algodón u otro material que forma la vaina 3. Junto con la hilatura con alma y la hilatura de anillos, la texturización del algodón, poliéster o poliamida con elastómeros termoplásticos o TPU se encuentra entre los procedimientos utilizados para lograr hilos y géneros elásticos de la divulgación.

En el documento WO2012/062480, al que se ha hecho referencia anteriormente, se proporcionan diversos procedimientos para formar un hilo combinando un alma estirable que incluye una o múltiples fibras que tienen propiedades elásticas con una envoltura de vaina aislante, y pueden utilizarse los diversos procesos proporcionados en el mismo según la presente divulgación, para producir hilos elásticos conductores novedosos para la detección y diversas otras aplicaciones.

La Figura 2 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento para producir hilos elastoméricos conductores según diversas realizaciones de la divulgación. En diversas realizaciones, el proceso para producir hilos elastoméricos conductores incluye la formación de las fibras del alma conductora elastomérica preparando una disolución de un elastómero, tal como un elastómero termoplástico o TPU, en un disolvente, etapa 100. El disolvente puede ser un disolvente adecuado, tal como dimetilformamida (DMF), dimetilacetamida (DMAc), N-metil-2-pirrolidona (NMP), utilizado en procesos de hilatura en seco. Estos disolventes son todos orgánicos polares y miscibles con agua, permitiendo la eliminación del disolvente del producto en etapas adicionales de un proceso de hilatura en húmedo, tal como podrá verse en las Figuras 3 y 4.

En algunas realizaciones, el elastómero forma aproximadamente un 20-50% en peso en la disolución y, en algunas realizaciones, el material elastomérico forma aproximadamente un 20-30% en peso de la disolución, pero pueden utilizarse otros porcentajes en peso y otras disoluciones de disolvente en otras realizaciones.

El proceso también permite la combinación de la disolución de elastómero/TPU con un material conductor deseado, etapa 102. En diversas realizaciones, se puede crear un alma conductora continua añadiendo aditivos conductores a un elastómero tal como, sin limitación, los materiales elastoméricos proporcionados en la presente memoria. Se pueden utilizar aditivos conductores tal como se ha descrito anteriormente y, según la realización en la que el material elastomérico es TPU, la adición de los aditivos conductores forma c-TPU. Los aditivos conductores pueden ser introducidos en la matriz del material elastomérico mediante un mezclado mecánico de los aditivos y/o un revestimiento superficial. El mezclado puede implicar añadir los aditivos conductores a la disolución que contiene material elastomérico para superar el umbral de percolación del material elastomérico en la disolución. La adición de los aditivos conductores en la disolución forma una disolución dispersada mediante difusión de una forma controlada. Tal adición puede realizarse, de forma ventajosa, de una manera controlada para evitar acumulaciones voluminosas y pegajosas de partículas. Se pueden mezclar aditivos conductores con compatibilizantes antes su mezcla con la disolución que contiene el material elastomérico en diversas realizaciones.

En la etapa 104, se puede utilizar la disolución de elastómero/TPU con aditivos conductores en un proceso de hilatura en húmedo o de hilatura en seco para formar las fibras conductoras descritas anteriormente, que pueden hacer de alma conductora elastomérica 2. En las FIGURAS 3 y 4 se muestran realizaciones de aparatos de hilatura en seco y en húmedo, respectivamente. En algunas realizaciones, se aplica un revestimiento conductor a las fibras durante el proceso de hilatura en húmedo o en seco de la etapa 104. Se pueden utilizar diversos revestimientos conductores. En algunas realizaciones, se puede aplicar el revestimiento conductor después del proceso de hilatura en húmedo o en seco de la etapa 104 y, en algunas realizaciones, las fibras pueden incluir tanto un revestimiento conductor como materiales conductores, tales como nanopartículas impregnadas dentro de la fibra.

En la etapa 106, el proceso permite la combinación de las fibras elastoméricas conductores formadas en la etapa 104, con segundas fibras, para formar un alma conductora elastomérica (elástica) 2 tal como mediante torsión, entremezclado o coextrusión. Según realizaciones en las que el alma conductora elastomérica incluye múltiples fibras, pueden combinarse de diversas formas, como se ha descrito anteriormente. La etapa 106 también permite una hilatura de anillos o hilatura con alma del alma conductora elástica, con materiales adicionales tales como diversas fibras convencionales y otras naturales y artificiales, tal como se ha descrito anteriormente, para formar una vaina aislante que cubra el alma conductora elastomérica. En la publicación de solicitud de patente US n° 2013/0260129 identificada anteriormente, por ejemplo y mostrados en las FIGURAS 5 y 6, se proporcionan diversos procedimientos para formar un hilo con un alma estirable que incluye una o múltiples fibras que tienen propiedades elásticas y está cubierta por una vaina aislante.

Las FIGURAS 3 y 4 muestran realizaciones de un aparato y de un procedimiento para formar las fibras conductoras elastoméricas a partir de la disolución que contiene el material elastomérico, el disolvente y los aditivos conductores. La FIG. 3 muestra el uso de procedimientos de hilatura en seco y la FIG. 4 muestra el uso de procedimientos de hilatura en húmedo.

Se puede presurizar una disolución homogénea de material elastomérico que incluye aditivos conductores a través de una boquilla, o hilera, para formar múltiples fibras finas que tienen diámetros entre 1-50 pm en algunas realizaciones.

Dependiendo del tipo de proceso de hilatura utilizado, se puede eliminar el disolvente bien mediante evaporación por aire caliente, o bien mediante lavado en un baño de agua seguido por evaporación de capa delgada para recoger el disolvente para su reutilización. En algunas realizaciones, se pueden utilizar diversos procedimientos para revestir la fibra elástica con un revestimiento conductor durante o después del proceso de hilatura en seco o en húmedo. Algunos procedimientos de revestimiento incluyen la pulverización, el cilindro de contacto, la inmersión y la impregnación en foulard, pero se pueden utilizar otros procedimientos de revestimiento en otras realizaciones. Materiales de revestimiento adecuados incluyen, sin limitación, óxidos metálicos conductores, disoluciones formadoras de nanopartículasin situ,nanomateriales de carbono.

La FIG. 3 proporciona una realización de un aparato para producir un hilo estirable mediante hilatura en seco y puede ser utilizado para producir el hilo elástico conductor según la presente invención. La cuba 20 contiene un compuesto disuelto 22 de hilatura. El compuesto disuelto 22 de hilatura puede ser una disolución homogénea de material elastomérico que incluye aditivos conductores y puede ser cualquiera de los componentes elastoméricos mencionados anteriormente que incluyen impurezas conductoras introducidas en la disolución utilizando diversas técnicas, como se ha descrito anteriormente. En diversas realizaciones, el compuesto disuelto 22 de hilatura puede ser una disolución de elastómero termoplástico o de poliuretano elástico termoplástico (TPU). Se pueden utilizar diversos materiales elásticos de poliuretano, denominados colectivamente elastanos, para formar la disolución de elastómero/TPU con un material conductor deseado que forma el compuesto disuelto 22 de hilatura. La bomba 24 de hilatura bombea el compuesto disuelto 22 a presión de hilatura a través de la boquilla 26 de hilatura. Se pueden utilizar diversas bombas y diversas configuraciones de boquilla.

La disolución de material elastomérico que incluye aditivos conductores es presurizada a través de la boquilla 24 de hilatura para formar múltiples fibras finas 28 que pueden tener diámetros que varían desde aproximadamente 1-50 pm en algunas realizaciones, pero se logran otros diámetros en otras realizaciones. Se forman múltiples fibras finas 28 en la cámara 30. La cámara 30 incluye una entrada 32 a través de la cual puede introducirse aire como se indica mediante las flechas 34. La cámara 30 también incluye una salida 36 a través de la cual puede expulsarse disolvente evaporado. Las múltiples fibras finas 28 pueden ser fibras elásticas conductoras y pueden combinarse para formar la fibra 38 mediante la unidad 40 de devanado que incluye cilindros 42 que extienden y estiran la fibra 38.

La FIG. 4 proporciona una realización de un aparato para producir hilo estirable mediante hilatura en húmedo y que puede utilizarse para producir los diversos hilos elásticos conductores según la presente invención. En la FIG. 4, la cuba 20, el compuesto disuelto 22 de hilatura, la bomba 24 de hilatura, la boquilla 26 de hilatura y las fibras 28 son como se ha descrito anteriormente. En la realización de hilatura en húmedo, el compuesto disuelto 22 de hilatura puede ser, de forma ventajosa, un material orgánico polar miscible con agua de forma que permita la eliminación del disolvente del hilo producido en el proceso de hilatura en húmedo. Las fibras finas 28 son producidas mediante la boquilla 26 de hilatura y dirigidas a la disolución 46 del baño 48 de precipitación. La disolución 46 puede ser agua pero pueden utilizarse otras disoluciones adicionales adecuadas 46 tales como, sin limitación, mezclas de aguadimetilformamida, copolímeros de bloques de siloxano-oxialquileno no hidrolizables y aceites emulsionados como lubricantes en el baño 48 de precipitación, en diversas realizaciones. La disolución 46 se escoge junto con el compuesto disuelto 22 de hilatura para permitir la eliminación del disolvente de los hilos producidos. La unidad 50 de devanado incluye cilindros 52 que forman conjuntamente la fibra 54 a partir de las fibras finas 28.

Cada una de las FIGURAS 5 y 6 muestra una realización para la producción del hilo 1 que incluye una o más fibras conductoras elastoméricas tales como la primera fibra 4, la segunda fibra 5 y la tercera fibra 6, presentadas anteriormente, según la invención.

En algunas realizaciones, el alma conductora elastomérica 2 divulgada anteriormente puede estar constituida de T400 y elastano, en la que las fibras T400 son fibras de dos componentes y tienen 83,3 dtex (75 denier) y las fibras de elastano tienen 44,4 o 77,8 dtex (40 o 70 denier). El título de hilos de esta alma de material compuesto es de 90,5 o 100 dtex (81,5 o 90 denier) que es 2,25-7 veces más grueso que los hilos normales de elastano hilados con alma. “Denier” es una unidad de peso para medir la finura de los hilos de seda, rayón, nailon, etc.... Se incluyen aditivos conductores adecuados, tal como se ha descrito anteriormente.

Debido a las dimensiones de un alma conductora elastomérica 2 de T400+elastano, la bobina relevante puede ser mucho mayor que una bobina de elastano; por lo tanto, como se muestra en las FIGURAS 5 y 6, la bobina 206 del alma conductora elastomérica 2 está ubicada en una continua 209 cerca de la bobina 207 de mecha de algodón.

El T400 y el elastano u otra disposición de alma conductora elastomérica 2, son guiados entre dos barras 210 de tensión que se utilizan para proporcionar un pretensado bajo al hilo, solo para alinear y enderezar el alma conductora 2. Esto es útil en vista de la naturaleza del “hilo” 2 con alma elastomérica de material compuesto, especialmente cuando se obtiene el hilo de material compuesto mediante el entremezclado de dos fibras, en concreto T400 y elastano. Desde las barras 210 de pretensado, se alimenta el hilo 2 con alma conductora elastomérica a dos cilindros motrices 211 sobre los que se coloca un peso 212. El alma conductora elastomérica 2 es guiada entre los cilindros motrices y el peso 212 para evitar el movimiento libre del hilo con alma con respecto a los cilindros 211 , sin embargo, pueden utilizarse otros medios adecuados para impartir una velocidad controlada al hilo 2 con alma conductora elastomérica en vez de la combinación de cilindros 211 y el peso 212 en otras realizaciones, por ejemplo medios tales como cilindros de estiraje conocidos en la técnica.

Una ventaja de la disposición divulgada anteriormente es que se puede utilizar el mismo aparato también para preparar un hilo estándar con alma de elastano. En esta realización, la fibra de elastano es cargada en una bobina de hilo que se coloca sobre los cilindros 211 en lugar del peso 212.

Desde la primera disposición 211, 212 de estiraje, se guía el alma conductora elastomérica 2 hasta una guía rodante 213 y desde la misma hasta los cilindros 214 de estiraje, que son el par más adelantado de una pluralidad de cilindros de estiraje para la mecha 208 de algodón, tal como puede estar disponible en la técnica. La mecha 208 de algodón es guiada desde la bobina 207 por delante de los cilindros 210 de pretensado, cilindros motrices 211, entrando por una primera guía 215 y una segunda guía 216. Como puede verse en la FIG. 5, la guía 215 está descentrada con respecto a la parte delantera del aparato con respecto a la segunda guía 216 para crear una tensión en la mecha y para mantener la mecha en una posición fija, evitando que la mecha se mueva libremente.

Desde la guía 216, se envía la mecha 208 de algodón a los cilindros 220, 222 y 214 de estiraje. Los cilindros 214 de estiraje están compartidos entre el alma conductora elastomérica 2 y la mecha 208.

Según la invención, el alma conductora elastomérica 2 está tensada antes de ser acoplada con la mecha de algodón, obteniéndose el tensado o el estiramiento por medio de la diferencia de velocidades entre los cilindros 211 y los cilindros 214, es decir la diferencia de velocidades entre los cilindros 211 y el último cilindro 214 de estiraje crea la relación de estiraje en el “hilo” con alma de material compuesto. Como se ha mencionado, la relación de estiraje del alma de material compuesto puede encontrarse en el intervalo de 1,05 hasta 1,16, preferiblemente en el intervalo de 1,10 hasta 1,14 y más preferiblemente desde 1,12 hasta 1,14. La anterior relación de estiraje es calculada como la relación de la velocidad de los cilindros 214 en función de la velocidad de los cilindros 211, siendo la velocidad la velocidad angular sobre la superficie de los cilindros.

Las barras 210 de pretensado contribuyen a obtener la relación requerida de estiraje. Las barras adicionales pretensión 210 son útiles para aumentar la relación de estiraje desde 1,05 hasta 1,14 porque proporcionan un alineamiento y una ligera tensión del alma conductora elastomérica 2, ayudando, de esta manera, en la etapa adicional de estirado. Esto tiene como resultado una gran precisión, con la que se mantiene el alma conductora elastomérica 2 en el centro del hilo final 1.

El uso de una guía adicional 215 y su posición descentrada con respecto a la guía 216 también permite que la mecha de algodón sea alimentada siempre en la misma posición y evita el movimiento de la mecha de algodón durante la producción a la larga. La combinación de un mejor control para mantener la posición de la mecha 208 de algodón y de una gran tensión sobre el alma conductora elastomérica 2 hace que sea posible mantener el alma conductora elastomérica 2 centrada en el hilo final 1 y cubrir perfectamente el alma con las fibras cortadas 3. Las dos porciones del hilo final 1 que dejan los cilindros 214 de estiraje son alimentadas a través de la guía 217 e hiladas entre sí en el dispositivo 218 de hilatura, conocido en la técnica y que comprende en una realización un anillo, un cursor y una púa.

Cualquier procedimiento de hilatura para producir un hilo 1 que tenga un alma conductora elastomérica 2 centrada en una vaina 3 se encuentra dentro del alcance de la presente invención. Tales procedimientos incluyen, por ejemplo, un sistema de hilo cubierto (utilizando maquinaria de JCBT, Menegato, OMM, RATTI, RPR, Ishikawa) o máquinas de torsión (utilizando maquinaria de Hamel, 2 en 1 de Volkmann, SiroSpin de COGNETEX o Zinser).

Se puede utilizar el hilo elástico producido como grandes bobinas de hilo de trama, como se ha descrito anteriormente con referencia a las FIGURAS 5 y 6, en la producción de género y de prendas de vestir de mezclilla elástica, especialmente como hilo de trama. La maquinaria y los procedimientos para producir mezclilla están disponibles en la técnica; por ejemplo, se puede usar maquinaria textil Morrison, o maquinaria Sulzer o modificaciones de las mismas para producir un género de mezclilla con gran elasticidad y una excelente recuperación tras el estiramiento.

El género obtenido puede ser tratado, entonces, con procesos de acabado, por ejemplo se pueden llevar a cabo procesos adicionales tales como un tratamiento térmico del género estirado para establecer el valor de estiramiento requerido para el propio género. Estos tratamientos son conocidos en la técnica y son llevados a cabo en función de las características finales requeridas para el género.

Hay un producto novedoso de un hilo con un alma conductora elástica de una o más fibras, al menos una de las cuales es una fibra conductora y en la que el alma conductora es un material elástico y está cubierta con una vaina aislante, tal como se ha descrito anteriormente. Los hilos con alma/hilados en anillos que tienen el alma elastomérica conductora continua pueden ser utilizados para aplicaciones de detección y de monitorización. Los hilos pueden ser utilizados en la dirección de la trama o de la urdimbre para formar diversos géneros estirables, tales como géneros de mezclilla. Los géneros de mezclilla estirable pueden ser utilizados para formar diversas prendas de vestir u otra indumentaria que se hayan de llevar puestas en diversas partes corporales de un usuario.

En una realización tal como se muestra en la FIG. 7, la prenda de vestir es un par de pantalones 70 formados de un género 72 constituido con los hilos elastoméricos conductores descritos en la presente memoria. Los pantalones 70 incluyen al menos una porción conductora estirable 74 formada del hilo conductor estirable y, en algunas realizaciones, toda la prenda de vestir está formada de una porción conductora estirable 74. La FIG. 7 también muestra el género conductor estirable que forma un dispositivo de detección y que está acoplado con componentes electrónicos 76. El acoplamiento puede ser con un cable o inalámbrico. Junto con los componentes electrónicos 76, el género conductor estirable 72 de los pantalones 70 puede ser utilizado como un sensor eléctrico para medir o monitorizar diversas funciones, condiciones y acciones corporales para diversas aplicaciones, como se ha descrito en la presente memoria. La detección y la monitorización pueden basarse en características físicas cambiantes de la porción conductora estirable 74 de la prenda 70 de vestir debido a la flexión, al estiramiento, etc., de la prenda de vestir, debido al movimiento del usuario. Los componentes electrónicos 76 pueden incluir diversos procesadores adecuados, o estar conectados con los mismos, que llevan a cabo las diversas funciones eléctricas descritas en la presente memoria.

En otras realizaciones, se utilizan los hilos para formar diversas prendas de vestir adicionales u otra indumentaria o dispositivos integrables en una prenda de vestir. Las prendas de vestir se pueden llevar puestas ceñidas al cuerpo del usuario. Las prendas de vestir pueden ser adecuadas como atuendo moderno o pueden ser prendas de vestir con un uso dedicado en los campos atlético, ortopédico u otros campos médicos. El género conductor puede servir de electrodo, un recorrido para señales, un sensor de deformaciones, un calentador o diversos materiales aislantes del electromagnetismo.

El género conductor estirable está acoplado con circuitería adecuada, tal como componentes eléctricos 76 mostrados en la FIG. 7, utilizando diversos cables o medios de comunicaciones inalámbricas para comunicarse con un procesador y otros dispositivos electrónicos para procesar, representar visualmente y analizar la información obtenida por el sensor del género estirable conductor. Se pueden utilizar diversos procesadores. El género conductor estirable se caracteriza por tener al menos una porción conductora estirable formada del hilo conductor estirable, teniendo la porción conductora estirable características eléctricas que varían con las características físicas del género conductor estirable. Las características físicas que pueden variar para proporcionar distintas características eléctricas incluyen cambios dimensionales, tales como un cambio en longitud o anchura, debidos al estiramiento, a la flexión u otras características dimensionales. En otras realizaciones, otras condiciones metabólicas, tales como la temperatura, producen distintas características eléctricas y efectos distintos del género conductor estirable. En otras realizaciones más, otras características físicas de la fibra conductora estirable proporcionan distintas características eléctricas que pueden ser detectadas. En algunas realizaciones, se utiliza el género conductor estirable en combinación con circuitería adecuada y un procesador, para monitorizar el número de pasos que da un usuario, la velocidad de movimiento de una parte del cuerpo de un usuario, el grado de flexión de una parte del cuerpo de un usuario y para otros movimientos atléticos y ortopédicos. En otras realizaciones, se pueden utilizar los dispositivos de detección para monitorizar diversas condiciones metabólicas, tales como la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca, la presión arterial y otras condiciones diversas. Los dispositivos de detección encuentran aplicación en los campos médico, atlético y otros.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un hilo conductor estirable (1) que comprende un alma (2) con propiedades conductoras y elásticas, y una vaina no conductora (3) que cubre dicha alma, incluyendo dicha alma (2) primeras (4) fibras elásticas conductoras y segundas (5, 6) fibras menos elásticas, estando combinadas y/o conectadas entre sí dichas fibras primeras y segundas en el alma del hilo, estando entremezcladas o retorcidas entre sí o coextrudidas mecánicamente dichas fibras primeras y segundas en el alma (2) del hilo, e incluyendo al menos una de dichas fibras primeras (4) y segundas (5, 6) partículas conductoras dispersas en las mismas.

2. El hilo conductor estirable (1) como en la reivindicación 1, en el que se forman dichas primeras fibras (4) de un material elástico conductor, siendo dicho material elástico conductor uno de un elastómero termoplástico y un poliuretano termoplástico.

3. El hilo conductor estirable (1) según cualquier reivindicación anterior, en el que las primeras fibras (4) comprenden un poliuretano termoplástico con un revestimiento conductor sobre el mismo y partículas conductoras en el mismo, comprendiendo dichas partículas conductoras, preferiblemente, al menos uno de partículas de ZnS, nanopartículas metálicas, nanopartículas de óxido metálico o nanopartículas de carbono y se encuentran presentes en un intervalo de un 25-50% en peso.

4. El hilo conductor estirable (1) según cualquier reivindicación anterior, en el que dicha vaina no conductora (3) comprende fibras cortadas seleccionadas entre al menos uno de: celulosa regenerada, cáñamo, lino, yute, kenaf, sisal, plátano, agave, bambú, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, fluoruro de polivinilideno, poliamida 6, poliamida 66, polipropileno, polietileno, poliacrilonitrilo y polilactida.

5. El hilo conductor estirable (1) según cualquier reivindicación anterior, en el que una de dichas fibras elásticas primeras o segundas (4, 5, 6) incluye un revestimiento conductor sobre las mismas.

6. El hilo conductor estirable (1) según cualquier reivindicación anterior, en el que dichas primeras fibras (4) son un elastómero y dichas segundas fibras (5, 6) son un copolímero a base de poliéster texturizado.

7. Un género (72) que comprende una porción conductora estirable (74) que comprende un hilo conductor estirable (1) según cualquier reivindicación 1 - 6, teniendo dicha porción conductora estirable (74) características eléctricas que varían con un cambio en longitud o anchura de dicha porción conductora estirable (74), debido al estiramiento, o a la flexión, de dicha porción conductora estirable (74) de dicho género (72).

8. El género (72) según la reivindicación 7, en el que dicho género (72) es un género de mezclilla.

9. Una prenda (70) de vestir, preferiblemente unos tejanos, confeccionada a partir de un género (72) según la reivindicación 7 u 8.

10. Un sistema que comprende la prenda (70) de vestir según la reivindicación 9, y un procesador (76) acoplado con dicha porción conductora estirable (74) de dicho género (72), adaptado dicho procesador (76) para detectar los movimientos corporales de un usuario que lleva puesta la prenda (70) de vestir, como una función del cambio en longitud o anchura de dicha porción conductora estirable (74) de dicho género (72), debido al estiramiento, o a la flexión, de dicha porción conductora estirable (74), comprendiendo dichos movimientos corporales el número de pasos de un usuario y/o la velocidad de movimiento de una parte del cuerpo de un usuario y/o el grado de flexión de una parte del cuerpo de un usuario.

11. Un procedimiento para formar un hilo conductor estirable (1) según las reivindicaciones 1 - 6, comprendiendo dicho procedimiento:

formar una disolución (100, 102) de un material elastomérico y de materiales conductores en un disolvente mediante la adición de aditivos conductores a una disolución inicial de dicho material elastomérico, comprendiendo dicho material elastomérico uno de un elastómero termoplástico y un poliuretano termoplástico;

hilar o extrudir (104) dicho material elastomérico de dicha disolución (22), creando primeras fibras elastoméricas conductoras (4, 38, 54);

combinar (106) dichas primeras fibras elastoméricas conductoras (4, 38, 54) con segundas fibras menos elásticas (5, 6) para formar un alma (2) con propiedades conductoras y elásticas, de al menos dos fibras (4, 5, 6), incluyendo al menos una de dichas fibras primeras y segundas partículas conductoras dispersas en la misma, comprendiendo dicha combinación (106) de dichas primeras fibras elastoméricas conductoras (4, 38, 54) con dichas segundas fibras menos elásticas (5, 6) entremezclar o retorcer dichas primeras fibras elastoméricas conductoras (4, 38, 54) con dichas segundas fibras (5, 6) o comprendiendo dicha combinación (106) de dichas primeras fibras elastoméricas conductoras (4, 38, 54) con dichas segundas fibras (5, 6) una etapa de coextrusión haciendo pasar dichas fibras (4, 5, 6) por un espacio en el que se comprimen entre sí dichas fibras; y

formar el hilo conductor estirable (1) combinando (106) dicha alma (2) de dichas al menos dos fibras (4, 5, 6) con al menos un material no conductor, rodeando dicho material no conductor dicha alma (2) para formar una vaina (3).

12. El procedimiento según la reivindicación 11, que comprende, además, estirar dichas primeras fibras elastoméricas conductoras (38, 54) y dichas segundas fibras menos elásticas, antes de dicha combinación.

13. El procedimiento según la reivindicación 11 o 12, en el que dicho disolvente es uno de dimetilformamida, dimetilacetamida y N-metil-2-pirrolidona, comprendiendo dicha formación de una disolución (100, 102) preparar dicha disolución inicial de dicho material elastomérico en dicho disolvente (100), y comprendiendo dichos materiales conductores al menos uno de partículas de Ag, partículas de óxido metálico, nanopartículas metálicas, nanopartículas de carbono y partículas de ZnS.

14. El procedimiento según la reivindicación 13, en el que al menos una de dichas primeras fibras elastoméricas conductoras (4, 38, 54) y segundas fibras menos elásticas (5, 6), incluye proporcionar un adhesivo sobre la misma, antes de dicha combinación.

15. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 - 14, en el que dicha hilatura (104) forma una pluralidad de fibras finas (28) que se combinan para formar dichas primeras fibras elastoméricas conductoras (4, 38, 54) antes de dicha combinación (106).

16. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 -15, en el que dicha hilatura (104) comprende hilatura en húmedo e incluye la eliminación de disolvente de dichas fibras elastoméricas conductoras (54) al procesar dichas fibras elastoméricas conductoras a través de una disolución (46) formada de mezclas de agua-dimetilformamida, copolímeros de bloques siloxano-oxialquileno no hidrolizables y lubricantes de aceite mineral emulsionado.