用發散的纖維拉絲單元來增進纖維束分散的方法及設備的制作方法

專利名稱：用發散的纖維拉絲單元來增進纖維束分散的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于形成非織造纖網的方法，還涉及一種用于形成這 類纖網的設備。
背景技術：
熔融擠出的非織造纖網具有很多用途，包括醫療護理衣服及用品，防 護衣服，殯儀和獸醫用產品，以及個人護理產品。對于這些應用，非織造 纖網提供了觸感、舒適感以及美感的特性，這些特性接近傳統的紡織或者
體和氣體或空氣過濾場合，這是因為非織造纖網可以形成具有低的平均孔 尺寸的細纖維過濾網孔，適用于截留顆粒物質，同時仍具有透過網孔的低 壓降。
這種用于紡出連續的長絲紗線、長絲或纖維例如紡粘纖維以及用于紡 出微纖維例如熔噴纖維的熔融擠出工藝，以及用纖維形成非織造纖網或者 織物的相關工藝在本領域中已經公知。典型地，纖維非織造纖網例如紡粘
非織造纖網用沿橫向于機器方向的方向("CD")定向的纖維擠出裝置例如 噴絲頭，以及纖維細化裝置例如纖維拉絲單元(FDU)形成。也就是說，這 些裝置在與纖網生產的方向("機器方向"或"MD")成90度的角度的方 向上定向。盡管纖維一般以不規則的方式在成形面上鋪設成網，然而，由 于纖維/人在CD上定向的噴絲頭和FDU中出來，并且沉積在MD移動的 成形面上，因此所獲得的非織造纖網具有總體上均勻的纖維定向性，其中 在MD上定向的纖維比在CD上定向的纖維多。纖維擴散器可以位于FDU 下方，用以在纖維鋪設到成形面上之前減小纖維的速度。公認的是，如材 料抗張強度、孔隙率、滲透性、延展性以及材料阻隔性等屬性例如取決于 材料均勻性和纖維或長絲在纖網中的定向性。
對于以可控的方式在纖網內分布纖維或者長絲，已作出了多種嘗試， 這些嘗試包括使用靜電來給纖網中的纖維或者長絲充電，使用擴散裝置將纖維或纖絲引向期望的方向，使用機械偏轉裝置以達到上述同樣的目的，以及重新定向纖維成形裝置。例如，WO2005/045116^仝開了一種生產非織 造纖網材料的方法和設備，其中纖維通過纖維拉絲單元被細化，并且纖維 在限定于對置的發散的側壁之間的下游的擴散腔中的速度減小。在纖維進 入擴散腔或處于擴散腔中時通過兩個或多個對置的充靜電單元施加靜電 電荷到纖維上。WO02/052071公開了一種生產非織造纖網材料的方法和設備，其中纖 網被施加靜電荷，然后在電荷的影響下指向到偏轉裝置。然后，纖維被聚 集在成形表面上以形成非織造纖網。該偏轉裝置可包括一系列齒，這些齒 以由在非織造纖網中的纖維的理想定向所確定的距離分隔開。本領域持續尋找改進的方法和裝置，以進一步提高在熔融擠出過程中 纖維的分散工藝，從而獲得高質量的非織造材料。本發明涉及這樣一種改 進的方法和設備。發明內容本發明的目的和優點將在下面的描述中部分闡明，或者可以從說明書 中顯而易見地得出，或者可通過本發明的實施中了解到。本發明提供一種制造非織造纖網的方法及相關設備，該方法包括從開 式熔融擠出系統中提供多根纖維的步驟。在纖維離開擠出裝置例如傳統的 噴絲頭后，可對纖維進4于冷卻，然后通過具有入口和出口的獨立的纖維拍: 絲單元(FDU)的拉伸槽來給纖維施加氣動細化力，該細化力賦予纖維一 個速度并且在冷卻區引起纖維細化(直徑減小)。在一個開式系統內，冷 卻空氣通過一個或多個風機提供，并且氣動細化力可以由空氣噴嘴或者壓 力通風系統的任意結合(總體稱為空氣噴嘴)來引導速度相對高的抽吸空 氣通過拉伸槽在獨立的FDU內產生。在封閉系統內，FDU通常與冷卻風 室結合，使冷卻空氣也起到細化用的空氣的作用。在FDU的特定構造內， FDU結構有助于一定程度的纖維細化。最好對在FDU的拉伸槽中的細化空氣流擾動以進一步提高纖維束在 機器方向上的擴散。這可以例如通過來自設置在FDU相對的壁上的空氣 噴嘴的交替脈沖空氣來完成。這個特征可通過在FDU相應壁上的單個或 多個空氣噴嘴實現。從FDU出來后，纖維被傳送通過與FDU的出口間隔開的發散的擴散腔，纖維在該擴散腔中的速度減小。也可在擴散腔或FDU中給纖維施加 靜電荷。纖維從擴散腔中出來并在移動的成形面上聚集形成纖網。線性拉絲裝置、狹槽拉絲以及纖維拉絲單元利用高速射流將拉伸力施 加在纖維上以能夠在纖維/空氣流中壓縮或密集纖維束是已知的。為了形成 期望的纖網，這種密集的或壓縮的纖維束隨后需要擴散開。使用擴散裝置 以及其它類型的纖維偏轉器或者展開裝置以及靜電裝置來擴散纖維，以保 證在纖網形成過程前纖維高程度的分散。本發明方法和設備的獨特特征包括將纖維傳送通過FDU拉伸槽的發 散的輪廓，以在FDU內在機器方向上擴散和展開纖維。該發散的輪廓引 起纖維束在擴散器之前的拉伸槽內沿機器方向擴散和展開。該纖維束在 FDU內的機器方向上的展開與發散的擴散器的結合在類似的工藝參數下 和直的拉伸槽(平行狹槽)或收縮的拉伸槽(收縮的側壁)相比形成改進 的纖網結構。FDU拉伸槽的發散的4侖廓部分可具有多種的形狀。在一個實施例中， 發散的部分由FDU的對稱發散側壁(彎曲的、直的或者其結合)限定出， 使得相對于拉伸槽的縱向中心線限定出對稱的發散的角度。在一替代實施 例中，所述發散部分由不對稱發散側壁或者一個發散側壁限定出。拉伸槽 的所述發散的部分可以從最小的寬度到最大的寬度基本上連續地(以恒定 的或者變化的比率)發散的。可替代地，所述發散部分可以在最小寬度和 最大寬度之間以不連續的方式(例如階梯式)發散。FDU拉伸槽的發散的輪廓部分可以包括該拉伸槽的總縱向長度。例 如，該拉伸槽可以從拉伸槽的入口處的最小寬度發散的到該拉伸槽的出口 處的最大寬度。在不同的實施例中，可以僅在拉伸槽總長度的一部分上限 定出發散的輪廓部分。例如，FDU拉伸槽可以包括與發散的輪廓部分相鄰 的上游(相對于纖維行進的方向)非發散的部分。該非發散的部分可具有 基本上平行的或者收縮的側壁。該FDU的發散的輪廓部分可以由彎曲壁段、直壁段限定出或者由彎 曲壁段和直壁段的結合限定出。與FDU拉伸槽的發散的輪廓部分相似，發散的擴散腔由對稱或不對 稱發散的側壁限定出。在一特別實施例中，當纖維被傳送通過FDU拉伸槽時，利用一個或 多個充靜電單元施加靜電荷到纖維上。例如，在FDU內電荷可以用對置9的充靜電單元來施加，其中一個充靜電單元比另一個充靜電單元更4妄近擴 散腔布置。在替代實施例中，當纖維被傳送通過擴散腔時，將靜電荷施加 到纖維上，例如，通過在擴散腔內的對置的充靜電單元。


圖1是制造非織造纖網的示例性現有工藝的示意圖。圖2至圖2B是根據本發明各方面的纖維拉絲單元的不同實施例的示 意圖。圖3是一個示例性的現有擴散腔的示意圖。 定義本文中使用的術語"聚合物" 一般包括但不限于均聚物，共聚物例如 嵌段共聚物、接枝共聚物、無規共聚物和交替共聚物以及三元共聚物等， 及其共混物和改性物。此外，除非另外特別規定，術語"聚合物"應當包 括化學式結構的所有可能的幾何構型。這些構型包括但不局限于全同立 構、間同立構以及無^見對稱。除非另有規定，本文中使用的術語"纖維，，指短纖維以及連續纖維。 術語"纖維束"指一組單根纖維。本文中使用的術語"非織造纖網"或"非織造材料"是指具有相互交 疊但不是以像針織或織造織物那樣的可識別方式相互交疊的單根纖維或 者長絲結構的纖網。非織造纖網可以由多種工藝例如熔噴工藝、紡粘工藝、 氣流成網工藝以及才危理成網工藝形成。通常用克每平方米(gsm)或者每 平方碼材料的盎司數(osy)來表示非織造纖網的基重，并且纖維直徑通 常用微米來表示。術語"紡粘"或者"紡粘非織造纖網"指的是通過將熔融熱塑性聚合 物從噴絲板的多個微孔中擠出形成的小直徑纖維構成的非織造纖維或者 長絲材料。擠出出的纖維在用引出機構或者其他熟知的拉伸機構拉伸的同 時進行冷卻。拉出的纖維在成形面上以不規則的方式沉積或者鋪設形成蓬 松地纏結的纖維網，然后將鋪設好的纖維網經過固結工藝處理使其具有物 理上的完整性以及尺寸穩定性。紡粘纖網的產品已經由例如Appel等人的 美國專利US 4,340,563、 Dorschner等人的美國專利US 3,692,618、以及 Matsuki等人的美國專利US 3，802，817公開。典型地，紡粘纖維或者纖絲的單位長度重量大于約l旦尼爾并且達到約6旦尼爾或者更高，不過也可 以制造更纖細且更重的紡粘纖維。就纖維直徑而言，紡粘纖維的平均直徑 通常大于7微米，更確切地說在約10孩i米和25樣i米之間，并且可多達約 3(M斂米或者更大。
具體實施方式
下文中將會涉及到本發明的方法以及裝置的一些具體實施例，附圖 示出了本發明的一個或多個實例。應當理解，下文給出的實施例僅是以示 例的方式對本發明的解釋說明，而不作為對本發明限制。例如，在一個實 施例中闡述或者描述的特征可以用到另 一個實施例上來獲得又一個實施 例。本發明涵蓋了對本文中描述以及示出的實施例的這些和其它改進以及 變型。圖1對應于現有4支術PCT公開號WO2005/045116的圖1,并且在本 文中用來描述本發明的在熔融擠出工藝中用于生產非織造纖網的已有方 法和設備的各種常規特征。參考圖1,給出的生產流水線IO用于生產單組 分或多組分連續纖維。生產流水線10是開式系統并且包括擠出裝置，例 如用于熔融并且擠出來自聚合物儲料器20的聚合物的普通擠出機30。聚 合物從擠出機30通過聚合物管道40輸送到噴絲頭50形成纖維60,該纖 維可為單組分或者多組分的纖維。當希望得到多組分纖維時，將使用擠出 來自第二聚合物儲料器的聚合物第二擠出機。噴絲頭50具有布置成一列 或者多列的開口或微孔。當聚合物通過噴絲頭50擠出時，這些噴絲頭的 開口形成向下延伸的纖維60 "幕"或"束"。用于擠出多組分連續纖維的 噴絲頭50在本領域是公知的，因此在本文中不作詳細的描述。 一個示例 性的生產多組分纖維的噴絲組件在Cook的美國專利US 5,989,004中進行 了描述，該專利的整體內容通過引用納入本文。適合本發明的聚合物包括公知的適合生產非織造纖網和材料的聚合 物，例如聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯及其共聚物和共混物。應當理 解的是，聚合物的具體類型不是限定性的特征。圖1中示例性的開式生產流水線10還包^"冷卻風才幾64，其位于從噴 絲頭50延伸出的纖維60幕的附近。來自冷卻風機64的空氣對從噴絲頭 50延伸出來的纖維60進^亍冷卻。冷卻風可以如圖l所示/人纖維幕的一側 引入，或者也可以從纖維幕的兩側引入。本文所用的術語"冷卻，，簡單地表示使用 一種比纖維的溫度低的媒質來降低纖維的溫度，例如使用冷空氣 流，環境溫度的空氣流或者稍微適度加熱的空氣流。吸絲器或"纖維拉絲單元"(FDU) 70隔開地布置在噴絲頭50下方以 接納冷卻的纖維幕或纖維束。用于熔融紡絲聚合物的纖維拉絲單元的功能 和操作在本領域內是公知的。 一般來說，纖維拉絲單元70包括由FDU70 的平行側壁限定出的細長的豎向通道或者拉伸槽，纖維通過該拉絲單元由 通常從拉絲槽的兩側進入并向下流動穿過該通道的抽吸空氣進行拉伸。細 化腔或者纖維拉伸槽由對置的板或者側壁構成，在圖1中用72和74表示。 在現有技術的多種結構中，包括圖l中的結構，對置的側壁72和74基本 上相互平行并且通常垂直于水平面。纖維拉絲單元70使用運動的氣動流， 例如由風機(未示出)提供的抽吸空氣，該氣動流將纖維拉伸通過狹槽。 抽吸空氣可以是加熱的，也可以是不加熱的。抽吸空氣使纖維加速并在纖 維上施加細化力或者拉力，以減小纖維的直徑。該抽吸空氣還引導并且拉 動纖維幕或纖維束通過纖維拉絲單元70的拉伸槽。抽吸空氣可以被加熱， 從而例如在纖維沉積之前在多組分纖維中激活潛在的螺旋狀巻曲。當纖維從纖維拉絲單元70出來后，它們通過擴散腔80,從而在纖維 沉積為非織造纖網之前降低其速度。擴散腔或者擴散器大體上被Geus等 人的美國專利US 5,814,349公開，該專利通過引用整體納入本文。其它的 擴散腔構造也在Geus等人的美國專利US 6,918,750和US 6,932,590有所 描述。如美國專利US 5,814,349所述，最好是將擴散器安裝在纖維拉絲單 元的出口稍下方的位置，以使環境空氣能夠^U則面^^皮吸入擴散腔。如圖1所示，擴散腔80最好在對置的側壁82和84之間形成。對置 的側壁82和84如此向外朝向擴散腔80的出口發散，使得由對置的側壁 限定出的擴散腔的體積朝著擴散器底端擴大。對置的側壁82和84優選是 基本上連續的且沒有排氣口的，這樣來自細化空氣射流的空氣不會從擴散 腔的壁逸出，而是在穿過擴散腔80后從其底部流出。擴散腔80逐漸的擴 大或者增加的體積允許快速運動的細化空氣射流從纖維拉絲單元70出來 并且通過擴散腔80時逐漸地膨脹到增加的體積。發散的側壁82和84可 在擴散腔80的上部基本上彼此平行，并且在其彼此開始發散的點處從該 腔的豎直中心線以約5度的角度傾斜或者發散。擴散腔80的側壁是可調 整的，由此發散的角度也是可以調整的，而且發散的角度可以小于5度或 者大于5度。當氣動射流在擴散腔80中膨脹時，其速度降低并且纖維速度也降低， 使得纖維束沿機器方向稍微展開。也就是說，當纖維束穿過擴散腔向下移 動時，該纖維束開始具有比其在纖維拉絲單元70出口處尺寸稍大的機器 方向尺寸。然而，為了使形成在纖維沉積上的材料的具有高度均勻性，最好是機 器方向上纖維束的展開程度比單獨采用擴散腔產生的纖維束的展開程度 大。為此，可以用一個或多個充靜電裝置給纖維束中的纖維施加靜電荷， 靜電荷施加可以在這些纖維通過纖維拉絲單元70的拉伸槽時，或者在其 穿過擴散腔80時，或者在兩種情況下進行。圖1示出了以對置的方式設 置在纖維拉絲單元70的對置的側壁72和74上的示例性充靜電單元76和 78。在使用對置的充靜電單元的情況下，可將它們以偏置或者交錯方式配 置，使得一個充靜電單元高于或者低于另一個。例如參照圖1,和充靜電 單元76相比，充靜電單元78在其相應的側壁上安裝的低一些，也就是說， 距離擴散腔更近。 一般地說，充靜電裝置例如充靜電單元76、 78,可包括 一列或者多列放電針腳，這些針腳產生電暈放電，由此給纖維充靜電，并 且纖維一旦充電，就會趨向于相互排斥進而幫助避免多組單根纖維聚集或 者"粘連，，在一起。給纖維充電以生產具有改進的纖維分布的非織造物的 示例性方法在2002年7月4日出版的Haynes等人的PCT公開文獻 WO02/52071中已經公開了，其公開的內容通過引用被整體納入本文。這 類充靜電裝置的功能和操作在本領域是公知的，不需在此作詳細的描述。在另一個實施例中，為了幫助纖維束在機器方向上展開，優選在擴散 腔80內部4吏用一個或多個充靜電單元。例如， 一個或多個充靜電單元可 以設置在擴散腔的同一個側壁上。還優選將至少一個充靜電單元設置在擴 散腔的每個側壁上。在充靜電單元設置在兩個側壁上的情況下，它們可以 基本上直接相互面對面的方式布置，也就是說，這些充靜電單元可以設置 在擴散腔80內基本上相同的垂直高度處。但是，將充靜電單元在擴散腔 內以交錯排列的方式布置也是有利的，類似于所描述的圖1中關于纖維拉 絲單元70中的充靜電單元76和78的交錯構造。在另一個實施例中，可以在擴散腔或者纖維拉絲單元中使用單個充靜 電單元，同時結合氣動力的特定應用以平衡充靜電單元產生的排斥力。作 為實例，盡管在上面參考圖1闡明了利用大體上從通道的兩側進入的抽吸 空氣將纖維拉伸通過拉伸槽拉伸纖維，但當充靜電單元僅被布置在構成纖維拉絲單元的拉伸槽的側壁中的一個上時，纖維束在機器方向上的展開可 以通過利用僅從該纖維拉伸槽的相向側壁進入纖維拉絲單元的細化空氣 來增強。
圖2A到2G示出了根據本發明的可以運用在圖1所述的生產線上或 者其它合適的生產線上的方法和設備的不同纖維拉絲單元270的多個方 面。應當理解的是，圖示是示意性的并且有些夸張以更清楚地示出本發明 的各個方面。
參照圖2A,示出了生產流水線200，如上所述，該生產流水線具有呈 噴絲頭250形式的擠出裝置，以將熔融聚合物形成許多單根纖維。雙冷卻 風機264設置在噴絲頭250的出口處。具有入口 270和出口 275的纖維拉 絲單元(FDU) 270 4妻納已冷卻的纖維。細化空氣(加熱的或未加熱的) 通過噴嘴、壓力通風系統、或噴管的任何組合210 (總體被稱為噴嘴)被 引導進入FDU270中。在示出的實施例中，在每個側壁272和274上均設 置兩個噴嘴210。這些雙空氣噴嘴布置成位于或非常接近于側壁272、 274 的發散的點處，在下文中將更詳細地說明。應當理解的是，用于在FDU 內提供細化空氣的噴嘴210的任何數目、構造以及位置均涵蓋在本發明的 范圍和并青^申內。
為了進一步增強纖維束在機器方向上的展開，優選擾動由噴嘴210提 供的空氣，例如通過發送脈沖或者其它方式干擾或者中斷空氣流。這也可 以通過使用一個或多個機械閥交替地發送脈沖或者改變供應到噴嘴210的 空氣流來實現。這樣的擾動可以通過在FDU的相應側壁272、 274上設置 單個、兩個或者多個噴嘴210來實現。拉絲空氣的擾動在Lau等人的美國 專利US 5,807,795中有所描述，上述專利通過引用被整體納入本文。
具有入口 286和出口 288，以及對稱發散的壁282和284的發散的擴 散腔280布置在出口 275的下方并且具有上述功能。FDU270的出口 275 的寬度大致等于或者小于擴散腔280的入口 286的寬度。纖維從擴散腔280 出來并且沉積在移動的成形帶212上(圖1中的110)以形成非織造纖網。
仍參照圖2A,FDU270限定出包括發散的輪廓部分277的拉伸槽273。 通常，該發散的輪廓部分為拉伸槽273的縱向部分，在該部分狹槽273的 截面寬度從最小增加到最大。在圖2A中的一個特殊實施例中，發散的輪 廓部分277基本上對應于拉伸槽273的整個長度，其中拉伸槽的入口 271 限定出最小寬度，并且出口 275限定出最大寬度。本實施例中的發散的輪廓部分277具有由對稱發散的側壁272和274限定出的大體上恒定的發散 角度。側壁272和274相對于拉伸槽273的縱向中心線在4i伸槽273的長 度上同等地發散。如上文所述，在纖維從FDU的出口 275出來之前和在 進入擴散腔280之前，FDU的發散的輪廓部分277使得輸送穿過拉伸槽的 纖維沿機器方向散開或展開。這個初始的沿機器方向的展開被認為顯著地 增強了擴散器的功能而不影響在FDU270內的細化程度，因此對纖維的尺 寸的影響不明顯。發散的輪廓部分270提供一種改進的非織造纖網，并且 不需要增加能量(例如，增加的細化空氣壓力)以提供這種有益效果。
還應當理解，盡管在圖2A到2G中示出的FDU270的側壁為直的(無 彎曲)，然而該側壁也可以是彎曲的或者包括彎曲的壁和直壁的組合，以 達到拉伸槽273的發散的輪廓部分277之目的。
圖2B示出了 FDU270的一個實施例，其中發散的輪廓部分277比拉 伸槽273的總長度短。在這個實施例中，側壁272、 274自入口 271到FDU 內的一個下游位置基本上是平行的，在這下游位置上側壁272、 274對稱 地發散到出口 275。因此，發散的輪廓部分277之前是由平行的側壁限定 出的拉伸槽273的初始非發散的部分。
如同圖2A中的情況一樣，圖2B中的發散的輪廓部分277被大體上連 續的發散的壁部分限定(直的或彎曲的)。應當理解的是，該發散的輪廓 部分277可以由不連續的發散的側壁輪廓限定出，例如階梯狀輪廓。在本 發明的精神和范圍內，可以使用多種發散的輪廓以實現發散的輪廓部分 277的目的和功能。
如上文所述的，圖2B的生產線200也在發散的擴散腔280內設置了 一個或多個充靜電單元276、 278。這些單元可以像圖中所表示的直接相對 設置，或者以交錯排列的方式設置。并且，應當理解的是，圖2A到2G 中的實施例中的任何一個都可包括在FDU20中的充靜電單元的任何組合， 例如圖2C中的充靜電單元276、 278。
圖2C示出了 FDU270的一個實施例，其中發散的輪廓部分277位于 拉伸槽273的非發散的部分之前。在這個實施例中，位于發散的部分之前 的拉伸槽273的初始縱向部分具有收斂的輪廓，使得發散的輪廓部分277 的最小寬度被限定在初始部分的最大收斂位置處。實質上，具有這種獨特 的噴嘴輪廓使得在纖維進入發散的輪廓部分277之前能夠對纖維進行加 速。側壁272、 274的平行部分限定出拉伸槽273下游的非發散的部分。圖2D示出FDU270的一個實施例，其中發散的輪廓部分277通過不 對稱發散的側壁272、 274限定出。在這個實施例中，側壁274為直的并 且基本上平行于拉伸槽273的縱向中心線。相對的側壁272在拉伸槽273 的上部平行于側壁274，然后發散的到出口 275。擴散腔280的發散的輪 廓也由不對稱發散的的側壁282和284限定出。在一替代實施例中， FDU270可以具有不對稱發散的輪廓，而擴散腔280具有對稱發散的l^廓。
圖2E中的實施例與圖2D中的實施例近似，其中FDU270的側壁274 和擴散腔280的側壁284是直的。在這個特殊的結構中，側壁274、 284 設置在同一個平面內，并且可以構成一個連續的壁。擴散腔280的入口 286 仍然通過側壁272和282之間的空間與FDU270的出口 275隔開。
圖2F示出了一緊湊的或"短"的生產流水線200的一個實施例，和 其它實施例相比，該實施例中FDU270的縱向尺寸較短，并且仍然包括發 散的輪廓部分277。事實上，拉伸槽273的縱向長度可以小于擴散腔280 的縱向長度。應當理解的是本發明的優點可以通過擴散腔和纖維拉絲單元 的不同尺寸和構造，包括纖維拉絲單元和/或擴散單元的對稱和不對稱發散 的壁來實現。
圖2G示出了 FDU270的一個實施例，其中^:伸槽273由側壁272、 274的初始收縮段，和其后的側壁272、 274的平行段限定出。該平行段匯 合連接到由對稱發散的側壁272、 274限定出的發散的輪廓部分277。在示 出的實施例中，拉伸槽273的收斂/平行/發散的輪廓部分相對于拉伸槽273 的縱向中心線對稱。應當理解的是，任何一個或者所有的不同的輪廓部分 也可以是不對稱的。
通常，纖維拉絲單元的拉伸槽有效縱向長度可以為大約10英寸到大 約100英寸。拉伸槽的一部分或者全部可以在本發明的范圍內發散的。發 散的程度將因此取決于側壁的長度和發散的角度，并且其可作為工藝參數 的函數由本領域技術人員根據經驗很容易地確定。盡管不視為對本發明的 限制，人們認為，在特定的實施例中，發散的輪廓部分的入口寬度應為大 約0.125英寸到大約0.60英寸，并且發散的部分的出口寬度應當小于約1.0 英寸。在一替代實施例中，總的發散的角度(從一個側壁到相對的側壁) 可以在多達5度(包括5度)或者更大的角度范圍內變化。
圖3 (也是PCT公開出版物WO2005/045116中的附圖)示出了由大 體上相對的側壁310和320界定的一個示例性的發散的擴散腔300。在側
16壁310和320內分別設置有充靜電單元312和322。充靜電單元312和322 以交錯或者偏置的方式布置，使得充靜電單元322比充靜電單元312更接 近纖維拉絲單元70 (圖1)的拉伸槽布置。在一替代實施例中，充靜電單 元312、 322可以;波此直接面對面的方式布置。另外，在使用三個或更多 充靜電單元的情況下，這些充靜電單元可繼續以圖2中交錯的方式布置， 或者可以配置成某些充靜電單元以彼此面對面方式布置的同時，其它充靜 電單元以交錯的方式布置。
還是參照圖3,擴散腔的側壁能夠進行調節，如圖所示通過連接到側 壁310上的調節桿314、 316和318和連接到側壁320上的調節桿324、 326 和328調節。通過操控這些調節桿，可以將擴散腔300構造成側壁310和 320基本上彼此平行，從而在開始向外傾斜或者彼此發散的、以括號B標 記的擴散器區域之前形成擴散器的一特定豎直段(擴散器的該段由括號A 標記出)。并且，可以引起側壁310和320的沿著其全部長度彼此發散。 其它構造也是可行的并且優選取決于工藝參數，例如纖維產率和被引導通 過擴散腔的拉絲空氣的量。例如，可能理想的是在發散之前將側壁310和 320略微向內收斂，產生文丘里噴嘴或者文丘里喉管的截面。
再參看圖1，還示出了一個循環的網帶成形面，例如帶110，其位于 纖維拉絲單元70和擴散腔80的下方以接納來自擴散腔80的輸出口的已 細化的纖維100。有利的是，可釆用布置在網帶成形面110下方的真空源 (未示出)，來將細化的纖維，拉到網帶成形面IIO上。祐j妄納到網帶成形面 110上的纖維構成蓬松連續纖維的非織造纖網，其優選用加固機構130進 行初步加固，以幫助將織物傳送到結合裝置。加固機構130可以是一種在 本領域中己知的機械壓實輥，或者可以是如Arnold等人的美國專利 US5707468所述的將加熱的空氣噴到或穿過織物的氣刀，該專利通過引用 而整體結合入本文。
生產流水線IO還包括結合裝置，例如圖1所示砑光輥150和160,其 用于通過熱的點粘結或者點狀粘合如上所述的非織造纖網。作為替代方 案，在纖維是具有不同熔點的聚合物組分的多組分纖維的情況下，可以有 利地使用本領域的普通技術人員熟知的熱空氣粘合機。 一般來說，通過最 好使用其溫度處于或者高于較低熔點聚合物組分的聚合物熔點溫度且低 于較高熔點的聚合物組分的熔點溫度的熱空氣，該熱空氣粘合機引導熱空 氣流穿過連續的多組分纖維制成的纖網，從而形成纖維間連接。作為另一種替代方案，纖網可以通過使用在本領域中已知的其它手段來進行連接， 例如粘接、超聲連接裝置或者纏結連接如水刺或者針刺。
最后，生產流水線IO還包括巻繞輥180,用于承裝已結合的織物170。 盡管本文未示出，^f旦還可以4丸行許多在本領域中己知的其它可能的處理和 /或精加工步驟例如織物切條、拉伸、整理或者將非織造纖網與其它材料層
壓成復合物如薄膜或者其他非織造物層等，而不會偏離本發明的主題和范 圍。
在另 一個實施例中，非織造纖網結構的均勻性可以通過使用擴散腔的 發散的側壁內表面上或者附近的旋渦發生器來進一步改進或者加強。漩渦 發生器可以在側壁的機器方向的橫向沿著一個或多個壁的多個位置處隔 開布置，以便在空氣流中產生漩渦。產生的漩渦用于加強側壁附近的空氣 流內層的紊流，增加那個區域中的流體的能量和減少流體分離，允許空 氣流在側壁發散時更有效地與側壁一致，并因此使空氣流具有更完全的機 器方向分散，由此纖維束沿機器方向更大程度地展開。漩渦可以通過在一 個或多個側壁上的間隔布置的凸出部或者凸起來產生，例如在Triebes等 人的美國專利US5，695,377中所描述的，該專利通過引用而整體結合入本 文。根據漩渦發生器的布置以及在纖維束在擴散腔內沿機器方向的展開程 度，可能會出現纖維被鉤在或者拖曳在漩渦發生器上的問題。在這種情況 下，可能更希望使用延伸進入形成側壁的材料表面的凹坑或者反向凸舌作 為漩渦發生器，而不是使用從側壁的內表面向外伸入擴散腔的漩渦發生 器。
產生旋渦的其它方法可以與上述方法一起使用或者代替上述方法。例 如基本沿擴散腔的橫向于機器方向的寬度布置的一個或者多個反向的臺 階可以用在側壁內表面上來產生旋渦。作為另一個例子，可以在一個或者 兩個側壁上于發散處或附近使用空氣射流，其通過以鉆孔或者其它方式在 側壁表面材料中形成的孔隙或者孔噴出細的流體射流，例如空氣射流，來 產生漩渦。作為實際的空氣射流的替代方案，可以在一個或者兩個側壁上 使用合成射流來產生漩渦，這種合成射流在Glezer等人的美國專利 US5,988,522中進行了大體描述，該專利通過引用而整體納入本文。 一般 來說，合成射流可以由一個充滿流體的腔產生，該腔在一端具有可彈性致 動的膜片，而在另一端具有剛性較大的壁，該剛性壁具有一個小孔。彈性 膜片通過聲波能、機械能或者壓電能重復致動，由此引起從腔室的另一端的該剛度較大的壁中的孔產生流體(例如空氣)射流。 以下的實例僅作為說明目的，而不是限制本發明。
實例
實驗紡粘非織造材料使用市售的熔體流動指數大約為35的全同立構 聚丙烯制造，這種聚丙烯購自ExxonMobil Chemical Co.(埃克森美孚化工 公司，休斯頓，得克薩斯)并被稱為Exxon3155。所有的材料均^使用紡粘型 狹槽拉絲非織造紡絲系統制造，這種紡絲系統例如在上面^是到的Matsuki 等人的美國專利US3802817中有所描述，在成形面上聚集后，所有材料采 用熱砑光輥進行熱粘合。對于所有的材料，充靜電系統布置在拉絲單元的 拉伸槽出口附近，用于給纖絲幕充靜電，如前面引用的PCT公開文獻 WO2005/045116總體所述的，其中纖維在進入擴散腔之前一皮施加靜電電 荷。
同樣對于實驗材料的生產，基本上如Geus等人的美國專利 US5,814,349中所描迷的并在上文中大致描述(除了在擴散器中無充靜電裝 置)的擴散腔位于拉絲單元的拉伸槽的下方。擴散腔安裝成略低于拉絲單元 的出口，并且允許空氣被抽吸入擴散腔。擴散腔被設置成能使用控制桿來 產生文丘里管形狀，其中在擴散腔的底部或出口處兩側壁在發散前稍微收 斂。
對照樣品(直的FUD)使用具有平行側壁的纖維拉絲單元(FDU)來 制造，其中在相同尺寸的FUD情況下所述側壁構建出入口和出口。實驗 材料(發散的FDU)使用具有發散側壁的FDU來制造，其中所述側壁構 建出的出口尺寸比入口尺寸大。 一組實驗材料通過使用充靜電系統對纖維 進行充電進行制造。對于所有的材料，紡紗和拉絲條件保持恒定。聚合物 通過速率、纖維拉絲率保持恒定，從而產生相同尺寸的纖維。對所有材料 來說，纖維具有大約18微米(大約2.0旦尼爾)的平均尺寸。
形成的非織造纖網的空氣滲透率才艮據ASTM D737測試方法，并且使 用購自Schmid Corp.(施密特公司，斯帕坦堡，南卡來羅納)的TEXTEST FX3300空氣滲透率測試儀測出。測出材料的空氣滲透率，并對每種材料 的每個樣品的十五次重復測量結果求平均值。以CFM(立方英尺每分)為 單位測得的滲透率見表1。
表l:空氣滲透率(CFM)直FDU 發散的FDU
充靜電 I J I 5 ^ S ^ Z
滲透率 1060.8 1011.7 925.9 卯5.4
標準偏差 57.1 61.7 46.7 65.7
樣品數 15 15 15 15
在本實施例中，空氣滲透率是一個測量通過紡粘織物的空氣流的手 段。較高的數值表明較低的壓降。壓降是纖網結構的直接的指示。較好的 形成物具有小的孔結構，這引起壓降的增大。因此，好的結構通過低的滲 透率值顯示。在表1中的數據表示出發散的FDU樣品的滲透率值比對比 材料低約11%到13%。列在表中的所有材料具有相同的基重，大約 0.50osy(大約17gsm),并且以相同的聚合物通過速率制造，其大約10.6PIH (大約190千克/米/每小時)。結果表明，在其它所有的參數都基本恒定的 情況下，發散的FDU生產出結構更好的纖網。
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權利要求
1.一種制造非織造纖網的開式系統熔融擠出方法，該方法包括以下步驟提供多根來自擠出裝置的纖維；利用開式系統的纖維拉絲單元(FDU)拉伸槽給所述纖維施加氣動細化力，該纖維拉絲單元(FDU)具有入口和出口，該氣動細化力賦予所述纖維一速度；將所述纖維傳送通過該FDU拉伸槽的發散輪廓部分，以在該FDU內沿機器方向展開所述纖維；在與該FDU的出口間隔開的、發散的擴散腔中降低所述纖維的速度；在該擴散腔或者該FDU內給纖維施加靜電荷；然后將所述纖維聚集在移動的成形面上形成纖網。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當纖維被傳送通過所述 FDU時，所述靜電荷被施加到纖維上。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在該FDU內使用對置 的充靜電裝置單元施加靜電荷，所述充靜電單元中的至少一個比所述充靜 電單元中至少另一個大體上更接近該擴散腔布置。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當纖維被傳送通過擴散 腔時，將靜電電荷施加到纖維上。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在該擴散腔內使用對置 的充靜電單元施加靜電荷。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述發散的擴散腔通過 對置的對稱的發散側壁限定。
7. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述發散的擴散腔通過 對置的不對稱發散側壁限定。
8. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，該FDU拉伸槽發散的 輪廓部分通過FDU內對稱的發散側壁限定。
9. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，該FDU拉伸槽的發散 輪廓通過FDU內不對稱的發散側壁限定。
10. 根 權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括用至少一個空氣 噴嘴將細化空氣供應到FDU內的拉伸槽的步驟。
11. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括用構造在FDU 相應的對置的側壁上的一個或多個空氣噴嘴將細化空氣供應到FDU內的 拉伸槽的步驟。
12. 根據權利要求11所述的方法,其特征在于，還包括擾動供應到所 述空氣噴嘴的細化空氣的步驟。
13. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述FDU拉伸槽的發 散輪廓部分從最小寬度到最大寬度基本上連續地發散。
14. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述FDU拉伸槽的發 散輪廓部分在該拉伸槽的入口和出口之間基本上連續地發散。
15. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述FDU拉伸槽的發 散輪廓部分從最小寬度到最大寬度不連續地發散。
16. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述纖維被傳送通過該 FDU的拉伸槽的非發散部分，該非發散部分位于拉伸槽的發散輪廓部分的 上游。
17. 根據權利要求16所述的方法，其特征在于，該拉伸槽的非發散部 分通過基本上平行的FDU側壁限定。
18. 根據權利要求16所述的方法，其特征在于，該拉伸槽的非發散的 部分由FDU收癥支的側壁所限定。
19. 一種形成非織造纖網的開式系統的設備，其包括 擠出裝置，其提供多根纖維；開放系統纖維拉絲單元(FDU)，其設置為接納來自所述擠出裝置的 多根纖維，所述FDU包括在其中對纖維進行細化的拉伸槽，所述拉伸槽 包括由隔開的側壁限定出的入口和出口；所述拉伸槽的至少一個縱向部分包括沿纖維被傳送通過所述FDU的 方向的發散輪廓，所述纖維在被傳送通過所述FDU的所述發散輪廓部分 時沿機器方向展開；與所述FDU的所述出口間隔開的、發散的擴散腔；至少一個充靜電單元，其被構造成在所述擴散腔內或者所述FDU內 給纖維施加靜電荷；和位于所述擴散腔下方的移動的成形面，纖維被聚集于其上。
20. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述充靜電單元被配 置在所述FDU內，以在纖維被傳送通過所述拉伸槽時對其施加靜電電荷。
21. 根據權利要求20所述的設備，其特征在于，包括在所述FDU內對 置的充靜電單元，所述充靜電單元中的至少一個比所述充靜電單元中的至 少另 一個大體上更接近擴散腔布置。
22. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述充靜電單元配置 在所述擴散腔內。
23. 根據權利要求22所述的設備，其特征在于，包括在所述擴散腔內 的對置的充靜電單元。
24. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述發散的擴散腔通 過對置的對稱發散側壁來限定。
25. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述發散的擴散腔通 過對置的不對稱發散側壁限定。
26. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述FDU的拉伸槽的 發散輪廓部分通過對稱發散側壁限定。
27. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述FDU的拉伸槽 的發散的輪廓部分通過不對稱發散側壁限定出。
28. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述FDU拉伸槽的發 散輪廓部分在所述拉伸槽入口和所述拉伸槽出口之間基本上連續地發散。
29. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述FDU的所述發散 輪廓部分不連續地發散。
30. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述FDU拉伸槽包括 與所述發散輪廓部分相鄰的上游非發散的部分。
31. 根據權利要求30所述的設備，其特征在于，所述非發散部分通過 基本上平行的側壁來限定。
32. 根據權利要求30所述的設備，其特征在于，所述非發散部分通過 收斂的側壁來限定。
33. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，進一步包括配置在所 述FDU內的至少一個空氣噴嘴，以向所述FDU的拉伸槽的發散部分供應 細化空氣。
34. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，進一步包括配置在所 述FDU的每個相應側壁內的至少 一個空氣噴嘴。
35. 根據權利要求34所述的設備，其特征在于，所述空氣噴嘴配置成 用于擾動從所述空氣噴嘴供應的細化空氣。
36. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述FDU拉伸槽的所 述發散輪廓部分具有入口和出口 ，所述入口的寬度為約0.125英寸到約0.60 英寸，所述出口的寬度大于所述入口的寬度并且小于約1.0英寸。
37. 根據權利要求36所述的設備，其特征在于，所述FDU的縱向長度 在約10.0英寸到約100.0英寸之間。
38. 根據權利要求36所述的設備，其特征在于，所述FDU的縱向長度 比所述擴散腔的縱向長度小。
39. 根據權利要求19所述的設備，其特征在于，所述FDU的所述發散 輪廓部分具有一個多達約5度的總發散的角度。
40. —種制造非織造纖網的開式系統熔融才齊出方法，該方法包括 提供多根來自擠出裝置的纖維；利用開式系統的纖維拉絲單元(FDU)的拉伸槽給所述纖維施加氣動 細化力，該纖維拉絲單元(FDU)具有入口和出口，該氣動細化力賦予所 述纖維一速度；將所述纖維傳送通過該FDU拉伸槽的發散輪廓部分，以在該FDU內 沿機器方向展開所述纖維；以及將所述纖維聚集在移動的成形面上形成纖網。
41. 根據權利要求40所述的方法，其特征在于，還包括使用至少一 個空氣噴嘴向FDU拉伸槽供應細化空氣的步驟。
42. 根據權利要求40所述的方法，其特征在于，進一步包括使用配 置在所述FUD相應的對置的側壁上的一個或多個噴嘴向FDU拉伸槽供應 細化空氣的步驟。
43. 根據權利要求42所述的方法，其特征在于，進一步包括擾動供 應到所述空氣噴嘴的細化空氣的步驟。
44. 一種形成非織造纖網的開式系統的設備，該設備包括 擠出裝置，其提供多根纖維；開放系統纖維拉絲單元(FDU)，其設置為接納來自所述擠出裝置的 多根纖維，所述FDU包括在其中對纖維進行細化的拉伸槽，所述拉伸槽 包括由隔開的側壁限定出的入口和出口 ；所述拉伸槽的至少一個縱向部分包括沿纖維纟皮傳送通過所述FDU的 方向的發散輪廓，所述纖維在被傳送通過所述FDU的所述發散輪廓部分 時沿機器方向展開；和移動的成形面，所述纖維聚集于其上而形成纖維網。
45. 根據權利要求44所述的設備，其特征在于，進一步包括配置在 所述FDU內的至少一個空氣噴嘴，以向所述FDU拉伸槽的發散輪廓部分 供應細化空氣。
46. 根據權利要求44所述的設備，其特征在于，進一步包括配置在 所述FDU的每個相應側壁上的至少一個噴嘴。
47. 根據權利要求46所述的設備，其特征在于，所述空氣噴嘴被構 造成能擾動從所述空氣噴嘴供應的細化空氣。
全文摘要
本發明提供一種熔融擠出非織造纖網的方法和相關的設備，該方法包括提供多根來自擠出裝置的纖維。所述纖維被傳送通過纖維拉絲單元(FDU)的發散輪廓部分，其引起纖維在FDU內于機器方向上散開和擴展。纖維然后被傳送通過與所述FDU出口間隔開的、發散的擴散腔，以降低纖維的速度并且使纖維在機器方向上進一步展開。可以在擴散腔或者FDU內對纖維施加靜電荷。從擴散腔的出口出來的纖維被鋪設到成形表面上形成非織造纖網。
文檔編號D04H3/03GK101636532SQ200880008850
公開日2010年1月27日 申請日期2008年1月31日 優先權日2007年3月19日
發明者D·J·赫爾斯蘭德, D·弗雷, E·E·倫農, J·H·康拉德, J·亨德里克斯 申請人:金伯利-克拉克環球有限公司;賴芬豪澤機械工廠有限兩合公司