PL185932B1

PL185932B1 - Włókna poliestrowe i wypełniony wyrób zawierającywłókna poliestrowe

Info

Publication number: PL185932B1
Application number: PL97332622A
Authority: PL
Inventors: James V. Hartzog; Juergen Musch; Darren S. Quinn
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 2003-09-30
Also published as: KR100514557B1; JP2001502016A; US5891568A; IL129184A0; CA2263767A1; WO1998014646A1; TW387021B; AU717635B2; AU4182497A; RU2182195C2; TR199900734T2; PL332622A1; DE69711062D1; IL129184A; EP0929700A1; DE69711062T2; EP0929700B1; KR20000048893A

Abstract

1. Wlókna poliestrowe o konfiguracji srubowej, o liczbie karbików (CF) co najwyzej okolo 24 karbików na dm (CPdm), wartosci BL2 okolo 0,75 - 1,25 cm i udziale pustej prze- strzeni (VC) co najmniej 10% objetosciowych, powleczone trwalym srodkiem wygladzaja- cym, znamienne tym, ze sa one powleczone do uzyskania wspólczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszacego co najwyzej 0,27 i wykazuja trwalosc skarbikowania (CTU) co najmniej okolo 35%. 5. Wypelniony wyrób zawierajacy wlókna poliestrowe o konfiguracji srubowej, o li- czbie karbików (CF) co najwyzej okolo 24 karbików na dm (CPdm), wartosci BL2 okolo 0,75 - 1,25 cm 1 udziale pustej przestrzeni (VC) co najmniej 10% objetosciowych, powle- czone trwalym srodkiem wygladzajacym, znamienny tym, ze zawiera wlókna powleczone do uzyskania wspólczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszacego co najwy- zej 0,27 i wykazuja trwalosc skarbikowania ('CTU') co najmniej okolo 35%. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku są włókna poliestrowe i wypełniony wyrób zawierający włókna poliestrowe o konfiguracji śrubowej.

Poliestrowy włóknisty materiał wypełniający (zwany tu czasem wypełnieniem z włókien poliestrowych) znalazł uznanie jako dość tani materiał wypełniający i/lub izolacyjny stosowany w takich wyrobach jak poduszki i wyściółki meblarskie oraz inne wyroby wyposażeniowe, w tym wyroby używane do wyposażania miejsc do spania, np. śpiwory, materace, kołdry i ocieplacze, w tym duwety, a także w wyrobach odzieżowych, np. w kurtkach typu parka, oraz inne wkłady izolujące w ubraniach, a to z uwagi na jego dobrą zdolność wypełniania, walory estetyczne i różne zalety w porównaniu z innymi materiałami wypełniającymi. Z tego względu wytwarza się go obecnie i stosuje w dużych ilościach w skali przemysłowej. „Karbikowatość” jest bardzo ważną cechą. „Karbikowatość” zapewnia odpowiednie wypełnienie objętościowe, co jest zasadniczym wymaganiem stawianym materiałowi wypełniającemu z włókien. Dla poprawy estetyki korzystnie stosuje się środki wygładzające, znane ze stanu techniki oraz wspomniane poniżej. Podobnie jak w przypadku innych wyrobów, korzystne jest aby żądane właściwości nie ulegały pogorszeniu w trakcie długotrwałego użytkowania; określa się to ogólnie jako trwałość. Ogólnie preferowano puste włókna poliestrowe a nie pełne, a dzięki ulepszeniom dotyczącym możliwości wytwarzania poliestrowego materiału wypełniającego z pustych włókien o przekroju kołowym, poliestrowy materiał wypełniający znalazł powszechne uznanie w przemyśle jako korzystny materiał wypełniający. Przykłady znanych przekrojów poprzecznych stanowią przekroje z jedną wzdłużną pustą przestrzenią takie jak ujawniono

185 932 w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3772137 (Tolliver) i w brytyjskim opisie patentowym nr 1168759 (Glanzstoff), i włókna z wieloma pustymi przestrzeniami, w tym te z 4 kanałami, takie jak ujawnione w opisie EPA 267684 (Jones i Kohli), oraz te z 7 kanałami, ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5104125 (Broaddus), przy czym wszystkie te włókna były stosowane w skali przemysłowej jako poliestrowy włóknisty materiał wypełniający o pustych włóknach. Większość włóknistego materiału wypełniającego stosowano w skali przemysłowej w postaci włókien ciętych (często nazywanych włóknami staplowymi), lecz pewne rodzaje materiału wypełniającego, w tym poliestrowy włóknisty materiał wypełniający, stosowano w postaci deregistrowanych kabli z włókien ciągłych, takich jak ujawnione np. w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3952134 i 2238850 (Watson). W niniejszym opisie stosuje się oba określenia „włókno” i „włókno ciągłe” wymiennie, bez zamierzonego użycia jednego terminu w celu wykluczenia drugiego.

Zazwyczaj ze względów ekonomicznych zwiększano objętość włóknistego materiału wypełniającego z włókien poliestrowych, zwłaszcza w postaci włókien staplowych, poprzez karbikowanie mechaniczne, zwykle w skrzynkowej maszynie karbikującej, co umożliwia głównie karbikowanie typu zygzaka dwuwymiarowego, jak to omówiono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5112684 (Halm i inni). Można jednak włóknom syntetycznym nadawać karbikowatość innego i trójwymiarowego typu z użyciem różnych sposobów, takich jak odpowiednie asymetryczne szybkie chłodzenie, albo z użyciem włókien dwuskładnikowych, jak podano np. w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4618531 (Marcus), w którym opisano dające się ponownie spulchniać kłębki włókna (czasami określane w handlu jako „klastery”), składające się z ułożonego losowo, splątanego, skarbikowanego spiralnie, poliestrowego włóknistego materiału wypełniającego, oraz w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4794038, w którym opisano kłębki włókna zawierające włókno wiążące (jako dodatek do poliestrowego włóknistego materiału wypełniającego), tak że kłębki włókna zawierające włókno wiążące mogły być formowane do postaci wyrobów użytkowych poprzez aktywowanie włókien wiążących. Takie kłębki włókna obydwu typów wzbudziły duże zainteresowanie w przemyśle, ponieważ istniała potrzeba wytwarzania ulepszonego poliestrowego włóknistego materiału wypełniającego, mającego „karbikowatość spiralną”. Określenie „karbikowatość spiralna” jest często używane w tej dziedzinie techniki, lecz procesy stosowane do dostarczania włókien syntetycznych o konfiguracji śrubowej (być może jest to dokładniejsze określenie niż karbikowatość spiralna) nie obejmują procesu „karbikowania” w sensie mechanicznym, gdyż włókna syntetyczne przyjmują swą konfigurację śrubową samorzutnie, w trakcie ich formowania i/lub przetwarzania, w wyniku różnic pomiędzy częściami przekroju poprzecznego włókien. Przykładowo, asymetryczne szybkie chłodzenie może nadać „karbikowatość spiralną” włóknom jednoskładnikowym, a włókna dwuskładnikowe o niecentrycznym przekroju poprzecznym, korzystnie obok siebie, lecz również jednoskładnikowe z przesuniętym środkiem, mogą samorzutnie przyjąć konfigurację śrubową.

Wiadomo od dawna, że tego rodzaju śrubowe włókna dwuskładnikowe mają szereg zalet w porównaniu z włóknami wypełniającymi skarbikowanymi mechanicznie, jak ujawniono np. w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3595738 (Clarke i inni). Clarke określał takie włókna jako „mające karbikowatość trójwymiarową typu odwrotnie śrubowego” i jest to prawdziwe, że helisy są typu odwrotnie śrubowego. Dla ułatwienia, w mniejszym opisie takie włókna poliestrowe najczęściej będą określane po prostu jako włókna o konfiguracji śrubowej. Clarke podkreślał jednak, że te zalety były „tylko widoczne pod warunkiem, ze zakres karbikowatości śrubowej mieści się w pewnych granicach”, oraz że , jeżeli włókna mają mniej niż niż około 8 karbików na 1 cal (2,54 cm) i stopień skarbikowania poniżej około 40%, wykonane z nich materiał wypełniający lub wyściółka mają niską wytrzymałość na ściskanie”. Clarke ujawnił (w tabeli u góry kolumn 516), że charakterystyka tkanin z włókna poliestrowego z „próbki nr 1 i próbki nr 2”, mających „średnią liczbę karbików równą 7 i 8 (na cal, to znaczy 27,5 i 31,5 CPdm, karbików na dm) oraz „średni CI (stopień skarbikowania) w procentach” równy 39 i 42, była taka „Zgrzeblenie włókna słabe, niska spójność tkaniny Wypełnienie objętościowe· mała wytrzymałość na ściskanie”, oraz ujawnił także, iż pozostałe

185 932 próbki, mające „średnią liczbę karbików” równą co najmniej 10 (prawie 40 CPdm) „znacznie przewyższały” te w przypadku próbek nr 1 i 2.

Dotychczas ujawniono, bądź też było dostępnych, stosunkowo mało spiralnych włókien dwuskładnikowych. Ciarkę nie ujawnił żadnych tego rodzaju włókien z pustymi przestrzeniami. Ulepszony typ materiału wypełniającego z poliestrowego włókna dwuskładnikowego z wieloma pustymi przestrzeniami, o konfiguracji śrubowej (skarbikowanie spiralne) ujawnili Hernandez i inni w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5458971 i 5683811. Hemandez ujawnił także wcześniejsze włókna z jedną pustą przestrzenią, sprzedawane pod nazwą handlową H18Y przez Unitika (która to firma sprzedaje oczywiście także inne puste włókna oznaczone innymi symbolami, jak np. H18X) i jako 7-HCS przez Sam Yang, oraz zmierzone właściwości takich włókien, które omówiono poniżej dla porównania.

Obecnie zgodnie z wynalazkiem stwierdzono, że w przeciwieństwie do włókien opisanych przez Clarke'a można uzyskać nieoczekiwane korzystne właściwości użytkowe włókien śrubowych z wzdłużnymi pustymi przestrzeniami (tak jak ogólnie podał Hemandez) jako ulepszonego materiału wypełniającego pod warunkiem, że włókna śrubowe są wykonane z dużym udziałem pustej przestrzeni, mają małą liczbę karbików (CF) i wykazują mały współczynnik tarcia.

Tak więc włókna poliestrowe według wynalazku stanowią włókna o konfiguracji śrubowej, o liczbie karbików (CF) co najwyżej około 24 karbików na dm (CPdm, co odpowiada około 6 karbikom na cal, CPI), wartości BL2 około 0,75 - 1,25 cm (co odpowiada około 0,75 - 1,25 cala) i udziale pustej przestrzeni (VC) co najmniej 10% objętościowych, powleczone trwałym środkiem wygładzającym, a cechą tych włókien jest to, że są one powleczone do uzyskania współczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszącego co najwyżej 0,27 i wykazuj:! trwałość skarbikowania (CTU) co najmniej około 35%.

Korzystne są włókna poliestrowe, w których udział pustej przestrzeni (VC) wynosi co najmniej 18% objętościowych.

Korzystne są włókna poliestrowe odznaczające się tym, że liczba karbików wynosi co najmniej 12 CPdm.

Korzystnie włókna poliestrowe są powleczone do uzyskania współczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszącego co najmniej 0,21.

Wypełniony wyrób według wynalazku zawiera włókna poliestrowe o konfiguracji śrubowej, o liczbie karbików (CF) co najwyżej około 24 karbików na dm (CPdm), wartości BL2 około 0,75 - 1,25 cm i udziale pustej przestrzeni (VC) co najmniej 10% objętościowych, powleczone trwałym środkiem wygładzającym, a cechą tego wyrobu jest to, że zawiera włókna powleczone do uzyskania współczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszącego co najwyżej 0,27 i wykazują trwałość skarbikowania (CTU) co najmniej około 35%.

Wyrób według wynalazku korzystnie zawiera włókna, w których udział pustej przestrzeni (VC) wynosi co najmniej 18% objętościowych.

Wyrób według wynalazku korzystnie zawiera włókna o liczbie karbików co najmniej 12 CPdm.

Wyrób według wynalazku korzystnie zawiera włókna powleczone do uzyskania współczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszącego co najmniej 0,21.

Korzystnie włókna według wynalazku mają jeden lub więcej następujących parametrów: wartość CF równa 22 CPdm (5,5 CPI) lub mniej, wartość CF równa co najmniej 12 CPdm (3,0 CPI), wartość CTU równa co najmniej 37%, wartość CTU do 45%, wartość BL2 równa co najmniej około 0,95 cm (co odpowiada około 0,38 cala), BL2 do około 1,15 cm (co odpowiada około 0,45 cala), wartość VC równa co najmniej 18%, VC nawet do 28% i/lub wartość SPF równa co najmniej 0,21.

Włókna według wynalazku stanowią także włókna poliestrowe o konfiguracji śrubowej, o liczbie karbików (CPI) co najwyżej około 6,0 karbików na 1 cal (2,54 cm), trwałości skarbikowania (CTU) co najmniej około 350 oraz o wysokim udziale pustej przestrzeni (VC) co najmniej 18% objętościowych, które są powleczone trwałym środkiem wygładzającym do uzyskania współczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszącego co najwyżej 0,27. Takie włókna mają jeden lub więcej niżej wymienionych parametrów, wartość CPI co najwyżej 5,5,

185 932 wartość CPI co najmniej 2,5, wartość CTU równą co najmniej 37%, CTU do 45%, wartość

VC nawet do 28%, wartość SPF równą co najmniej 0,21.

Wypełnione wyroby według wynalazku zawierają tego rodzaju włókna jako materiał wypełniający, w razie potrzeby zmieszane z innymi materiałami wypełniającymi, przy czym dzięki użyciu ulepszonego materiału wypełniającego uzyskano wyroby o polepszonych właściwościach użytkowych.

W wyżej wymienionych opisach patentowych ujawniono wiele informacji dotyczących technologii poliestrowych włóknistych materiałów wypełniających. Mimo iz wynalazek opisano w szczególności w odniesieniu do włókien dwuskładnikowych, takich jakie ogólnie ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5458971, nie uważa się aby wynalazek był ograniczony tylko do takich szczególnych włókien. Uważa się, że odnosi się on bardziej ogólnie do włókien wypełniających o konfiguracji śrubowej, wysokim udziale pustej przestrzeni, małej liczbie karbików i małym współczynniku tarcia. Włókna o wielu pustych przestrzeniach są szczególnie korzystne. Włókna o wielu pustych przestrzeniach stanowią włókna mające więcej niż jedną pustą przestrzeń biegnącą wzdłuż. W wyżej wymienionych opisach patentowych, jak np. Hemandez'a, ujawniono także znane wartości dpf (denier na włókno), jak również informacje dotyczące kontrolowania i modyfikowania właściwości włókien, aby uzyskać takie korzyści jakie są możliwe do uzyskania zgodnie z wynalazkiem.

Metodyka badań

Parametry wymienione w niniejszym opisie są parametrami znormalizowanymi, przy czym te parametry i sposoby ich pomiaru opisano w wyżej wymienionych opisach patentowych. Ponieważ te sposoby mogą ulegać zmianom, zwłaszcza w przypadku pomiarów wypełnienia objętościowego, stosowane tu sposoby przedstawiono w skrócie poniżej.

Właściwości włókien

Właściwości włókien zwykle określa się zasadniczo w sposób opisany w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3722137 i 5458971. Wartości BL1 i BL2 oznaczające wysokość pod obciążeniem odpowiednio 0,001 funta/cal² i 0,2 funta/cal² (0,07 kPa i 1,5 kPa), określone metodą TBRM (pomiaru wypełnienia w pełnym zakresie), są normalnie wynikami pomiarów wysokości metodą TBRM w calach, lecz zamieniono je tutaj na ich metryczne odpowiedniki, to znaczy cm (a wyniki pomiarów w calach podano w nawiasach w tabelach). Pomiary te opisano np. w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5480710 i 3772137.

Liczba karbików (CF)

Pomiary te wykonano w sposób opisany w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3722137. W tabelach zamieszczonych poniżej, wyniki pomiarów na cal zamieniono na CPdm (liczba karbików na dm) i są to pierwsze liczby w tabelach (po których w nawiasach podano liczbę karbików na calach).

Właściwości wyrobów z wypełnieniem

Wyroby wykonane z materiału wypełniającego, stanowiącego najbardziej skuteczne wypełnienie objętościowe lub wykazującego największą zdolność wypełniania, będą mieć największą wysokość w części środkowej. Wysokość początkowa (IH) na środku wyrobu, takiego jak poduszka, pod zerowym obciążeniem określa się po wielokrotnym uderzeniu w przeciwległe rogi wyrobu (ponowne spulchnienie) i umieszczeniu poduszki na czułym na obciążenie stoliku maszyny pomiarowej Instron, po czym mierzy się i zapisuje jej „wysokość początkową” (IH) w calach pod zerowym obciążeniem (odpowiednik metryczny w cm podano także w nawiasach w tabelach). W przypadku wyrobów typu kołdry pikowanej bądź płata pomija się etap spulchniania. Maszyna pomiarowa Instron jest wyposażona w stopkę dociskową z tarczą metalową o średnicy około 4 cali (około 10 cm). Stopka dociskowa ściska wyrób z obciążeniem zwiększającym się w sposób ciągły, aż do osiągnięcia 20 funtów (około 90 N). Przed wykonaniem cyklu ściskania, w trakcie którego wykonuje się pomiary i rejestruje wyniki (w tym IH), wyrób poddaje się pełnemu cyklowi ściskania pod obciążeniem 20 funtów (90 N) i zwolnieniu obciążenia w celu kondycjonowania wyrobu. Następnie sporządza się wykres wysokości w funkcji obciążenia ściskającego, określając wysokość wyrobów pod różnymi obciążeniami podczas drugiego cyklu ściskania. Miękkość można określić poprzez pomiar nachylenia ujemnego w punkcie na krzywej. W celu dokonania kwantyfikacji, dane wyjściowe

185 932 przedstawia się najpierw w postaci wielomianu trzeciego stopnia. Nachylenie krzywej oblicza się z pierwszej pochodnej wielomianu pod żądanym obciążeniem. Miękkość początkową określa się jako „IS”. Oceny subiektywne wykazały, że wartość IS powyżej 1,0 jest bardzo pożądana z technicznego punktu widzenia. Tak więc wyższa wartość „miękkości początkowej” (IS) odpowiada miększemu wyrobowi. Reakcja podparcia (SR) jest tym nachyleniem przy obciążeniu podparcia; dla poduszki nachylenie przy 8 funtach (36 N) przyjmuje się jako najlepiej odzwierciedlające reakcję na ciężar głowy ludzkiej i w niniejszym opisie oznaczono je symbolem „SR₈”. Zarówno IS, jak i SR₈ mierzy się w calach/funt (odpowiednik metryczny cm/kg podano także w nawiasach w tabelach).

Trwałość skarbikowania (CTU) dla liny, wiązki i pojedynczych włókien mierzy się następująco.

Trwałość skarbikowania dla liny

Linę o znanej wartości denier i długości co najmniej 1,5 m przygotowuje się do pomiaru wykonując węzeł na każdym końcu. Tak powstałą próbkę poddaje się obciążeniu 125 mg/den. Dwie klamry z metalu umieszcza się na linie w odległości od siebie równej dokładnie 100 cm. Obydwa końce liny odcina się w odległości 1-2 cali (2,54 - 5,08 cm) poza klamrami. Powstałe w ten sposób odcięte pasmo zawiesza się pionowo i mierzy długość po powrocie do stanu skarbikowania z zaokrągleniem do najbliższego 0,5 cm. Trwałość skarbikowania oblicza się z następującego wzoru:

%CTU = —_x 100 A gdzie A oznacza długość w stanie rozciągniętym, 100 cm, B oznacza długość w stanie skarbikowanym, w cm.

Trwałość skarbikowania dla wiązki

Równoległą wiązkę skarbikowanych włókien o długości >1 cal (2,5 cm) zbiera się, wazy i mierzy długość w stanie rozciągniętym. Na podstawie masy i długości określa się wartość denier wiązki. Wiązkę mocuje się za pomocą zacisku na każdym końcu. Wiązkę zawiesza się pionowo za jeden zacisk, a na drugim zawiesza się ciężar na tyle duży, aby obciążenie całkowite z uwzględnieniem masy zacisku wynosiło 125 mg/den. Długość pomiędzy zaciskami rozciągniętej wiązki mierzy się z dokładnością do milimetra i zapisuje jako A, czyli długość w stanie rozciągniętym. Na wiązce wykonuje się znak w miejscu dolnego zacisku, a następnie zdejmuje się dolny zacisk i obciążenie. Długość pomiędzy znakiem a górnym zaciskiem mierzy się i zapisuje jako B, czyli długość po powrocie do stanu skarbikowania. Trwałość skarbikowania oblicza się z następującego wzoru:

%CTU = Υχ 100 A

Trwałość skarbikowania dla pojedynczego włókna

W przypadku pojedynczych włókien o normalnej długości staplowej, początkową długość w stanie skarbikowania należy przyjąć taką samą, jak długość po powrocie do stanu skarbikowania. Pojedyncze włókno mocuje się w pobliżu jednego końca i zawiesza pionowo. Odległość do skarbikowanego końca mierzy się z dokładnością do milimetra i zapisuje jako B, czyli początkową długość w stanie skarbikowania. Za pomocą pesety chwyta się wolny koniec włókna i napręża, aż do całkowitego rozprostowania. Długość rozciągniętego włókna od górnego zacisku do końca włókna mierzy się i zapisuje jako A, czyli długość w stanie rozciągniętym. Trwałość skarbikowania w % oblicza się ze wzoru:

%CTU = Υχ 100 A

Gdy karbikowatość włókna powraca całkowicie, tak ze włókno powraca do swej początkowej długości w stanie skarbikowania, to wówczas wartość %CTU jest w przybliżeniu podobna do stopnia skarbikowania, opisanego przez Clarke'a w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3595738.

185 932

Współczynnik tarcia mierzy się metodą SPF (Staple Pad Friction - współczynnik tarcia w tamponie staplowym), tak jak to opisano poniżej oraz np. w opisie patentowym Stanów

Zjednoczonych Ameryki nr 5683811.

Dla określenia wartości SPF włókien według wynalazku, tampon staplowy z włókien, dla którego należy zmierzyć współczynnik tarcia, umieszcza się pomiędzy ciężarkiem na górze tamponu staplowego i podstawą znajdującą się pod tamponem staplowym i zamontowaną na dolnej głowicy maszyny Instron 1122 (produkcji Instron Engineering Corp., Canton, Mass).

Tampon staplowy przygotowuje się przez zgrzeblenie włókien staplowych (z użyciem zgrzeblarki rolkowej SACO-Lowell) z wytworzeniem płata, który tnie się na odcinki, o długości 4,0 cala (10,16 cm) i szerokości 2,5 cala (6,35 cm), przy czym włókna sąułożone w kierunku długości płata. Odcinki składa się razem, dopóki tampon staplowy nie osiągnie masy

1,5 g. Obciążnik na górze tamponu staplowego ma długość (L) 1,88 cala (4,78 cm), szerokość (W) 1,52 cala (3,86 cm) i wysokość (H) 1,46 cala (3,71 cm) oraz masę 496 g. Powierzchnie obciążnika i podstawy, stykające się z tamponem staplowym, pokrywa się płótnem ściernym (o ziarnistości w granicach 220-240), tak że to płótno ścierne styka się z powierzchniami tamponu staplowego. Tampon staplowy umieszcza się na podstawie. Obciążnik umieszcza się na środku tamponu. Do jednej z mniejszych pionowych ścianek (WxH) obciążnika mocuje się j edno włókno wą linkę nylonową którą prowadzi się wokół małego bloczka aż do górnej głowicy maszyny Instron, przyjmując kąt opasania bloczka równy 90°.

Komputer połączony z maszyną Instron przyjmuje sygnał do rozpoczęcia próby. Dolna głowica maszyny Instron porusza się ku dołowi z prędkością 12,5 cala/min (31,7 cm/min). Tampon staplowy, obciążnik i bloczek poruszają się także ku dołowi razem z podstawą która jest zamontowana na dolnej głowicy. Naprężenie w jedno wlóknowej lince nylonowej wzrasta, w miarę rozciągania jej pomiędzy poruszającym się ku dołowi obciążnikiem i górną głowicą która pozostaje nieruchoma. Siła działa na obciążnik w kierunku poziomym, który jest zarazem kierunkiem ułożenia włókien w tamponie staplowym. Początkowo w obrębie tamponu staplowego nie ma ruchu, albo jest on bardzo niewielki. Siła przyłożona do górnej głowicy maszyny Instron jest monitorowana przez ogniwo obciążnikowe i wzrasta do poziomu progowego, gdy włókna w tamponie staplowym zaczynają przemieszczać się względem siebie. (Ze względu na obecność płótna ściernego, stykającego się tamponem staplowym, na tych powierzchniach styku występuje niewielkie przemieszczenie bądź nie ma go wcale; zasadniczo wszelkie przemieszczenie jest wynikiem wzajemnego przemieszczania się włókien w obrębie tamponu staplowego). Progowy poziom siły wskazuje, jaka siła jest wymagana do pokonania tarcia statycznego pomiędzy włóknami i wartość tę zapisuje się.

Współczynnik tarcia określa się dzieląc zmierzoną siłę progową przez masę obciążnika równą 496 g. Średnią oblicza się z ośmiu wartości. Te osiem wartości uzyskuje się w wyniku czterech pomiarów z użyciem każdego z dwóch tamponów staplowych służących jako próbki.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady; wszystkie części i udziały procentowe podano wagowo, o ile nie zaznaczono inaczej; udział pustej przestrzeni w wyrobach według wynalazku zmierzono objętościowo, tak jak podano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4444710, lecz standardowo często przyjęto podawać jąjako pole powierzchni, tak jak podano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5104725. Dysza przędzalnicza użyta do przędzenia 3-kanałowego włókna poliestrowego w przykładach była taka, jak przedstawiona w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5458971

Przykład 1

Włókna dwuskładnikowe o układzie równoległym wytworzono i przetworzono zasadniczo w sposób opisany w przykładzie 1 w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5458971, z wyjątkami opisanymi poniżej. Łączny przerób polimeru wynosił 210 funtów na godzinę (około 95,5 kg/h), przy czym dwa strumienie roztopionego polimeru łączono obok siebie w stosunku 88,5% (A) i 11,5% „B”, przy temperaturze polimeru „B” równej 284°C, przy użyciu płyty dozującej z otworami bezpośrednio nad każdym z 1176 otworów kapilarnych dyszy przędzalniczej, a przędzenie prowadzono przy przerobie 0,1786 funta na godzinę na kapilarę (0.081 kg/h/kapilarę) z prędkością 900 jardów na minutę (823 m/min). Skoagulowane włókna ciągłe (z trzema równo rozmieszczonymi pustymi przestrzeniami o takiej samej

185 932 wielkości, równoległymi do wzdłużnej osi włókna) poddawano szybkiemu chłodzeniu w poprzecznie przepływającym strumieniu powietrza o temperaturze 55°F (18°C) i o natężeniu przepływu 880 stóp sześciennych na minutę (25 m³/min), z wytworzeniem włókien o udziale pustej przestrzeni około 20% i wartości denier po przędzeniu równą 18 dpi (20 dtex). Szereg takich wiązek włókien zebrano razem i utworzono linę, którą w znany sposób rozciągnięto w strefie rozciągania na gorąco, w warunkach wilgotnych ze zraszaniem w temperaturze 90°C, stosując współczynnik rozciągania 3,15X, a potem natychmiast ochłodzono do 45°C i usunięto siłę naprężającą, pozwalając włóknom na rozwinięcie swej właściwej karbikowatości. Na linę naniesiono środek wygładzający zawierający poliaminosiloksan i otrzymaną linę ułożono na przenośniku, odprężono w piecu w temperaturze 175°C, ochłodzono i naniesiono apreturę antystatyczną w ilości około 0,12% (w przeliczeniu na masę włókna). Lina, mającą nominalną wartość końcową denier dla odprężonej liny równą 459000 (509500 dtex), pocięto w znany sposób na odcinki o długości 3 cali (76 mm). Zmierzono właściwości otrzymanej próbki i wyniki dla tej próbki 1A podano w tabeli 1. Ta próbka 1A jest korzystna zgodnie z wynalazkiem.

Właściwości innej próbki 1B, o mniejszej liczbie karbików, poniżej korzystnego zakresu według wynalazku, podano również w tabeli 1.

Dla porównania zbadano właściwości próbki niezgodnej z wynalazkiem, lecz przygotowanej w podobny sposób, z wyjątkiem tego, że stosunek polimerów i temperaturę dobrano tak, aby uzyskać większą liczbę karbików, zgodnie z wymaganiami podanymi w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3595738; przy czym te właściwości dla próbki IX podano w tabeli 1. Porównanie trzech wartości SPF wskazuje na korelację pomiędzy małą wartością CF (która jest pożądana zgodnie z wynalazkiem), a mała wartością SPF (która również jest pożądana zgodnie z wynalazkiem).

Przygotowano poduszki, tnąc włókna na odcinki o długości 1-1/8 (2,9 cm), otwierając włókna i wdmuchując do wsypy o wymiarach 20 cali x 26 cali (51 x 66 cm) ze 100% tkaniny bawełnianej nr 200. Nr 200 tkaniny bawełnianej wskazuje, ze liczba włókien bawełnianych w 1 calu osnowy plus liczba włókien bawełnianych w 1 calu wątku wynosiła 200, przy czym 1 cal odpowiada około 2,5 cm. Napełnienie dobrano tak, aby uzyskać 16 uncji (0,45 kg) włókna w każdej poduszce. Następnie zmierzono wysokość poduszek pod obciążeniem 0,3, 1, 5,10, 15 i 20 funtów (1,4, 4,5, 23, 45, 68 i 90 N). Miękkość początkową (IS) i reakcję podparcia zmierzono w opisany sposób, a wyniki podano w tabeli 1.

Pomiary poduszek oraz oceny subiektywne wykazały, że próbka IX (z włókien o większej liczbie karbików) miała wyraźnie gorszą miękkość od dwóch pozostałych. Próbka 1B o najmniejszej liczbie karbików nie miała tak dobrej reakcji podparcia, jak próbka 1A. Próbka 1A miała wysoką miękkość początkową połączoną z dużą reakcją podparcia, tak więc dała najlepsze wyniki i jest korzystna..

Tabela 1

	Właściwości włókna	Właściwości poduszki
Próbka	CF	VC	CTU	SPF	BL2	BL1	IH	IS	sr₈
1A	16 (4,1)	19,5	41	0,22	0,99 (0,39)	14,9 (5,85)	8,3 (21)	1,36(7,6)	0,33 (1,8)
1B	11 (2,9)	18,7	39	0,19	0,86 (0,34)	14,6 (5,75)	8,1(20)	1,37 (7,7)	0,22 (1,2)
IX	34 (8,6)	16,5	40	0,33	1,40 (0,55)	13,9 (5,49)	8,1(21)	0,92 (5,2)	0,33(1,8)

Przykład 2

2(1) - Włókna dwuskładnikowe wytworzono i przetworzono zasadniczo w sposób opisany w powyższym przykładzie 1, z następującymi wyjątkami. Łączny przerób polimeru

185 932 wynosił 170 funtów na godzinę (około 77 kg/h), przy czym dwa strumienie roztopionego polimeru łączono obok siebie w stosunku 88% „A” i 12% „B”, przy temperaturze polimeru „B” równej 283°C, a przędzenie włókien prowadzono z prędkością 600 jardów na minutę (550 m/min) przy przerobie 0,144 funta na godzinę na kapilarę (0,066 kg/h/kapilarę), po czym włókna poddawano szybkiemu chłodzeniu przy natężeniu przepływu 1250 stóp sześciennych na minutę (35 m³/min), z wytworzeniem włókien o udziale pustej przestrzeni 22%. Wiązki włókien zebrano razem i utworzono linę, przy czym wartość końcowa denier dla odprężonej liny wynosiła 506000 (562000 dtex), a następnie rozciągnięto 3,5X i ostatecznie pocięto w znany sposób na 3-calowe (76 mm) odcinki. Zmierzono właściwości i w tabeli 2 podano wyniki, jak również wyniki uzyskane dla T-514 w celach porównawczych. T-514 stanowi mieszankę wygładzonych, skarbikowanych mechanicznie włókien z politereftalanu etylenu, mających 5,5 dpf (6 dtex) i długość cięcia około 3 cali (76 mm), sprzedawanych przez firmę DuPont, przy czym ta mieszanka zawiera włókna 7-kanałowe, ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5104725, oraz włókna 4-kanałowe, ujawniono w EPA 267684; a porównanie przeprowadzono z włóknami z przykładu 2(1), jak przedstawiono poniżej.

2(1) - Włókna dwuskładnikowe o nieco większej wartości dpf wytworzono i przetworzono zasadniczo w sposób opisany w powyższym przykładzie 2.1, z wyjątkiem tego, że łączny przerób polimeru wynosił 210 funtów na godzinę (około 96 kg/h), temperatura polimeru „B” wynosiła 285°C, prędkość przędzenia 900 jardów na minutę (823 m/min), a linę rozciągano 3,15X w temperaturze 98° C i odprężono (po wygładzeniu i „swobodnym opuszczeniu” na poruszającą się taśmę przenośnika) w temperaturze 170°C, przy czym otrzymano odprężoną linę o wartości denier równej 825000 (917000 dtex). Właściwości zmierzono i wyniki podano w tabeli 2A.

W tabeli 2A podano także, w celach porównawczych, wyniki dla wyrobu handlowego sprzedawanego przez Sam Yang, oznaczonego jako „7-HCS”, wspomnianego w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5458971; udział pustej przestrzeni (VC) w 7-HCS zmierzono poprzez określenie powierzchni na podstawie powiększonej fotografii przekroju poprzecznego. W przypadku 7-HCS liczbę karbików oznaczono gwiazdką (*), ponieważ parametr ten był zmienny w zakresie 13-21 CPdm (3,4 - 5,4 CPI); wskazuje to na słabą jednorodność wyrobu 7-HCS.

Tabela 2A

Próbka	DPF (dtex)	VC	CF	CTU%	SPF	TBRM BL1	TBRMBL2
Przykład 2(1)	6,5 (7,2)	22	18(4,5)	39	0,24	14,5 (5,69)	1,02 (0,40)
Przykład 2(2)	7,9 (8,8)	22	19(4,7)	40	0,27	14,6 (5,73)	1,07 (0,42)
T-514	5,7 (6,3)	17	21 (5,7)	30	0,27	14,4 (5,67)	1,19 (0,47)
7-HCS	7,0 (7,8)	4	*	51	0,25	14,6 (5,76)	0,91 (0,36)

Pocięte włókna z przykładu 2(1) i z T-514 przetworzono na płaty, a następnie wykonano kołdry pikowane o gramaturze 12 uncji na jard kwadratowy (0,4 kg/m²), z zastosowaniem znanego procesu technologicznego. Kołdrę z przykładu 2(1) oceniono subiektywnie jako miększą wykazującą większą zdolność wypełniania, szybszy powrót do stanu wyjściowego po ściśnięciu i lepszą układalność niż kołdra wykonana w podobny sposób z handlowej mieszaniny T-514. Badania kołdry na puszystość (z wykorzystaniem dynamicznej próby obciążenia TTM) i oporu cieplnego (według Brytyjskiej Normy BS 5335:1984) potwierdziły, że kołdra

185 932 z przykładu 2 (1) miała większą puszystość i lepszy stosunek oporu cieplnego do masy (zmierzony w tog cm2/g, przy czym tog to jednostka oporu cieplnego; 1 tog = 0,1 m2 · K/W), jak pokazano w tabeli 2B, w której podano również poprawę (A%) osiągniętą dzięki zastosowaniu włókna według wynalazku (a także w nawiasach odpowiedniki wyjściowych wartości IH w cm).

Tabela 2B

Wyrób	IH	Stosunek oporu cieplnego do masy
Przykład 2(1)	10(26)	160
T-514	8,6 (22)	147
A%	17	8

Przygotowano także mini-kołdry, zgrzebląc każdy z wyrobów z przykładu 2(1) i T-514, tnąc płaty na wymiar 18,5 x 25 (47 x 67 cm), a następnie składając płaty w celu utworzenia cieńszych i grubszych składanych płatów, przygotowanych w ten sposób z każdego wyrobu o gramaturze 8 uncji na jard kwadratowy (0,3 kg/m212 uncji na jard kwadratowy; (0,4 kg/m²).

Każdy płat włożono do luźnej wsypy i oceniono puszystość. Puszystość kołder z przykładu 2 (1) i z włókna handlowego T-514 oceniono ilościowo mierząc wysokość środka mini kołder pod zerowym obciążeniem, podając wyniki w calach (w nawiasach w cm), jak pokazano w tabeli 2C, z poprawą (A%) osiągniętą dzięki zastosowaniu włókna według wynalazku.

Tabela 2C Wysokość mini-kołder

Wyrób	Grubszy	Cieńszy
Przykład 2( 1)	4,46(11,3)	5,10(13,0)
T-514	4,22 (10,7)	4,62(11,7)
Δ%	6	11

Przygotowano poduszki w sposób opisany w przykładzie 1, z włókien podanych w tabeli 2D, a następnie zmierzono ich wysokość pod tymi obciążeniami, a wysokość odpowiadającą tym wartościom ściskania podano w tabeli 2D w calach (odpowiedniki w cm podano w nawiasach).

Tabela 2D

Wysokość poduszek pod wskazanym obciążeniem

Wyrób	0,3	1	5	10	15	20
7-HCS	7,544 (19,2)	6,450 (16,4)	3,124 (7,9)	1,655 (4,2)	1,116(2,8)	0,894 (2,3)
Przykład 2.1	8,135 (20,7)	7,163 (18,2)	3,939 (10,0)	2,165 (5,5)	1,405 (3,6)	1080 (2,7)
Przykład 2 2	8,204 (20,8)	7,321 (18,6)	4,402 (11,2)	2,535 (6,4)	1,533 (3,9)	1,070 (2,7)

Jak objaśniono powyżej (sposób badania wyrobów wypełnionych), dane te można lepiej zbadać sporządzając wykresy wysokości w funkcji obciążenia, tak aby uzyskać krzywą ściskania

185 932 dla poduszek. Tego rodzaju obliczenia przeprowadzono dla danych w tabeli 2D i uzyskano dane w tabeli 2E, przy czym H₁₀ i H₂₀ to odpowiednio wysokość pod danym obciążeniem w funtach. Widać wyraźnie, ze włókno handlowe (7-HCS) jest gorsze od włókien według wynalazku, biorąc pod uwagę puszystość początkową i reakcję na obciążenie w obszarze podparcia, to znaczy zmiany wysokości pomiędzy H,_o i H₂₀. Obliczając zmianę wysokości (delta) jako procent w stosunku do 7-HCS widać, ze te włókna według wynalazku nie zapadły się „do dna” lecz nadal zapewniały podparcie pod większymi obciążeniami (w funtach), wykazując równocześnie pożądany poziom miękkości przy małych obciążeniach. Dane te potwierdzają, ze znane włókno 7-HCS (o mniejszej liczbie karbików) zachowuje się tak, jak przewidział Ciarkę, to znaczy włókno zapewnia mniejsze podparcie wskutek tego, że wykazuje mniejszą reakcję na obciążenie (zmianę wysokości) w tym obszarze podparcia. Zaskakujące jest jednak to, że włókna według wynalazku wykazały znacząco inne i lepsze zachowanie, a mianowicie doskonałą wysokość początkową miękkość powyżej 1,0, a ponadto wystarczające podparcie, jak widać z ich zachowania wysokości i reakcji na obciążenie poza H₁₀.

Tabela 2E

Próbka	IS	s₈	H,o	h₂₀	H,o - H₂₀	AVS 7-HCS
7-HCS	1,329 (7,4)	0,28 (1,56)	1,655 (4,2)	0,894 (2,3)	0,761 (1,9)	0%
Przykład 2.1	1,210(6,8)	0,35 (1,96)	2,165 (5,5)	1,080 (2,7)	1,085 (2,8)	43%
Przykład 2 2	1,052 (5,9)	0,36(2,01)	2,535 (6,4)	1,070 (2,7)	1,465 (3,7)	92%

W przeciwieństwie do 7-HCS (znane włókno o małym udziale pustej przestrzeni), H18Y to znane włókno o dużym udziale pustej przestrzeni. Jak można zobaczyć na podstawie wyników pomiarów w tabeli IA, w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5458971, włókna H18Y nie zapewniająBL2 w granicach około 0,75 - 1,25 cm, lecz znacznie większą wartość BL2 równą 1,42 cm, a wiec są poza zakresem włókien według wynalazku. Wpływ zmian udziału pustej przestrzeni dla włókien według wynalazku przedstawiono w poniższym przykładzie 3.

Przykład 3

Włókna dwuskładnikowe o skarbikowaniu spiralnym i różnym udziale pustej przestrzeni wytworzono w sposób opisany w przykładzie 1 z wyjątkiem tego, że ilość powietrza w procesie szybkiego chłodzenia dobrano tak, aby zmienić procentowy udział pustej przestrzeni. Otrzymane włókna pocięto na odcinki 2,5 cala (64 mm), zgrzeblono w płaty, pocięto na kwadraty o boku 6 cali (15 cm) i składano, aż do uzyskania całkowitej masy płata 20 ± 0,3 g. Zmierzono początkową wysokość płatów w calach (odpowiedniki metryczne w cm podano w nawiasach). Wyniki podano w tabeli 3.

Tabela 3

Próbka	CF	Pustka (%)	CTU	SPF	BL1	BL2	Wysokość płata
3A	17(4,3)	14,0	40	0,24	14,2 (5,60)	1,02 (0,40)	6,02(15,3)
3B	16(4,1)	17,5	40	0,25	14,8 (5,81)	0,99 (0,39)	6,32(16,1)
3C	18(4,5)	23,5	46	0,23	15,7 (6,17)	1,09 (0,43)	6,58(16,7)

Jak widać z danych, większy udział pustej przestrzeni zapewnia zwiększoną wysokość płata (większą puszystość).

Stwierdzono, ze gdy liczba karbików i CTU były bardzo małe, wartość SPF była również o wiele nizsza, tylko 0,18, a otrzymane włókna nie miały spójności wystarczającej do przeróbki na zgrzeblarce. Takie włókna o małej wartości SPF można by jednak przerabiać w inny sposób, np. przez rozdmuchiwanie.

185 932

Przykład 4

Próbkę włókna 4X przygotowano zasadniczo w sposób opisany w przykładzie 1 z wyjątkiem tego, że aminosiloksan natryśnięto tylko na niektóre włókna, w wyniku czego wartość SPF w przypadku tej próbki wynosiła 0,32, a więc współczynnik tarcia między włóknami był większy niż pożądany zgodnie z wynalazkiem. Część próbki zanurzono jednak w 0,5% roztworze aminosiloksanu, tak aby zapewnić pełne pokrycie powierzchni i otrzymane włókna (4A) z powłoką powierzchniową poddano utwardzaniu w temperaturze 175°C przez 8 minut do uzyskania wartości SPF równej 0,26, co jest wartością wystarczająco małą, aby była pożądana zgodnie z wynalazkiem. Włókna o długości 1-1/8 cala (29 mm) z obydwu próbek wdmuchnięto do poduszek o masie 16 uncji (0,45 kg) i zbadano właściwości tak otrzymanych poduszek. Wyniki podano w tabeli 4 i pokazują one, że niższy współczynnik tarcia między włóknami zapewnia znacząco puszystszą poduszkę, która była miększa i dawała lepszą reakcję pod obciążeniem 8 funtów (36 N).

Tabela 4

Próbka	Naniesienie silikonu	CF	CTU	BL1	BL2	SPF	IH	IS	sr₈
4X	Słabe	19 (4,9)	37	14,9 (5,88)	1,40 (0,55)	0,32	7,0 (18)	0,88	0,11 (0,6)
4A	Dobre	18 (4,7)	37	14,3 (5,62)	1,27 (0,50)	0,26	8,4 (21)	1,11	0,36 (2,0)

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Włókna poliestrowe o konfiguracji śrubowej, o liczbie karbików (CF) co najwyżej około 24 karbików na dm (CPdm), wartości BL2 około 0,75 - 1,25 cm i udziale pustej przestrzeni (VC) co najmniej 10% objętościowych, powleczone trwałym środkiem wygładzającym, znamienne tym, ze są one powleczone do uzyskania współczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszącego co najwyżej 0,27 i wykazują trwałość skarbikowania (CTU) co najmniej około 35%.
2. Włókna poliestrowe według zastrz. 1, znamienne tym, B że udział pustej przestrzeni (VC) wynosi co najmniej 18% objętościowych.
3. Włókna poliestrowe według zastrz. 2, znamienne tym, że liczba karbików wynosi co najmniej 12 CP dm.
4. Włókna poliestrowe według zastrz. 2, znamienne tym, że są powleczone do uzyskania współczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszącego co najmniej 0,21.
5. Wypełniony wyrób zawierający włókna poliestrowe o konfiguracji śrubowej, o liczbie karbików (CF) co najwyżej około 24 karbików na dm (CPdm), wartości BL2 około 0,75 - 1,25 cm i udziale pustej przestrzeni (VC) co najmniej 10% objętościowych, powleczone trwałym środkiem wygładzającym, znamienny tym, że zawiera włókna powleczone do uzyskania współczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszącego co najwyżej 0,27 i wykazują trwałość skarbikowania (CTU) co najmniej około 35%.
6. Wyrób według zastrz. 5, znamienny tym, że zawiera włókna, w których udział pustej przestrzeni (VC) wynosi co najmniej 18% objętościowych.
7. Wyrób według zastrz. 6, znamienny tym, ze zawiera włókna o liczbie karbików co najmniej 12 CPdm.
8. Wyrób według zastrz. 6, znamienny tym, że zawiera włókna powleczone do uzyskania współczynnika tarcia w tamponie staplowym (SPF) wynoszącego co najmniej 0,21.