用发散的纤维拉丝单元来增进纤维束分散的方法及设备的制作方法

专利名称：用发散的纤维拉丝单元来增进纤维束分散的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于形成非织造纤网的方法，还涉及一种用于形成这 类纤网的设备。
背景技术：
熔融挤出的非织造纤网具有很多用途，包括医疗护理衣服及用品，防 护衣服，殡仪和兽医用产品，以及个人护理产品。对于这些应用，非织造 纤网提供了触感、舒适感以及美感的特性，这些特性接近传统的纺织或者
体和气体或空气过滤场合，这是因为非织造纤网可以形成具有低的平均孔 尺寸的细纤维过滤网孔，适用于截留颗粒物质，同时仍具有透过网孔的低 压降。
这种用于纺出连续的长丝纱线、长丝或纤维例如纺粘纤维以及用于纺 出微纤维例如熔喷纤维的熔融挤出工艺，以及用纤维形成非织造纤网或者 织物的相关工艺在本领域中已经公知。典型地，纤维非织造纤网例如纺粘
非织造纤网用沿横向于机器方向的方向("CD")定向的纤维挤出装置例如 喷丝头，以及纤维细化装置例如纤维拉丝单元(FDU)形成。也就是说，这 些装置在与纤网生产的方向("机器方向"或"MD")成90度的角度的方 向上定向。尽管纤维一般以不规则的方式在成形面上铺设成网，然而，由 于纤维/人在CD上定向的喷丝头和FDU中出来，并且沉积在MD移动的 成形面上，因此所获得的非织造纤网具有总体上均匀的纤维定向性，其中 在MD上定向的纤维比在CD上定向的纤维多。纤维扩散器可以位于FDU 下方，用以在纤维铺设到成形面上之前减小纤维的速度。公认的是，如材 料抗张强度、孔隙率、渗透性、延展性以及材料阻隔性等属性例如取决于 材料均匀性和纤维或长丝在纤网中的定向性。
对于以可控的方式在纤网内分布纤维或者长丝，已作出了多种尝试， 这些尝试包括使用静电来给纤网中的纤维或者长丝充电，使用扩散装置将纤维或纤丝引向期望的方向，使用机械偏转装置以达到上述同样的目的，以及重新定向纤维成形装置。例如，WO2005/045116^仝开了一种生产非织 造纤网材料的方法和设备，其中纤维通过纤维拉丝单元被细化，并且纤维 在限定于对置的发散的侧壁之间的下游的扩散腔中的速度减小。在纤维进 入扩散腔或处于扩散腔中时通过两个或多个对置的充静电单元施加静电 电荷到纤维上。WO02/052071公开了一种生产非织造纤网材料的方法和设备，其中纤 网被施加静电荷，然后在电荷的影响下指向到偏转装置。然后，纤维被聚 集在成形表面上以形成非织造纤网。该偏转装置可包括一系列齿，这些齿 以由在非织造纤网中的纤维的理想定向所确定的距离分隔开。本领域持续寻找改进的方法和装置，以进一步提高在熔融挤出过程中 纤维的分散工艺，从而获得高质量的非织造材料。本发明涉及这样一种改 进的方法和设备。发明内容本发明的目的和优点将在下面的描述中部分阐明，或者可以从说明书 中显而易见地得出，或者可通过本发明的实施中了解到。本发明提供一种制造非织造纤网的方法及相关设备，该方法包括从开 式熔融挤出系统中提供多根纤维的步骤。在纤维离开挤出装置例如传统的 喷丝头后，可对纤维进4于冷却，然后通过具有入口和出口的独立的纤维拍: 丝单元(FDU)的拉伸槽来给纤维施加气动细化力，该细化力赋予纤维一 个速度并且在冷却区引起纤维细化(直径减小)。在一个开式系统内，冷 却空气通过一个或多个风机提供，并且气动细化力可以由空气喷嘴或者压 力通风系统的任意结合(总体称为空气喷嘴)来引导速度相对高的抽吸空 气通过拉伸槽在独立的FDU内产生。在封闭系统内，FDU通常与冷却风 室结合，使冷却空气也起到细化用的空气的作用。在FDU的特定构造内， FDU结构有助于一定程度的纤维细化。最好对在FDU的拉伸槽中的细化空气流扰动以进一步提高纤维束在 机器方向上的扩散。这可以例如通过来自设置在FDU相对的壁上的空气 喷嘴的交替脉冲空气来完成。这个特征可通过在FDU相应壁上的单个或 多个空气喷嘴实现。从FDU出来后，纤维被传送通过与FDU的出口间隔开的发散的扩散腔，纤维在该扩散腔中的速度减小。也可在扩散腔或FDU中给纤维施加 静电荷。纤维从扩散腔中出来并在移动的成形面上聚集形成纤网。线性拉丝装置、狭槽拉丝以及纤维拉丝单元利用高速射流将拉伸力施 加在纤维上以能够在纤维/空气流中压缩或密集纤维束是已知的。为了形成 期望的纤网，这种密集的或压缩的纤维束随后需要扩散开。使用扩散装置 以及其它类型的纤维偏转器或者展开装置以及静电装置来扩散纤维，以保 证在纤网形成过程前纤维高程度的分散。本发明方法和设备的独特特征包括将纤维传送通过FDU拉伸槽的发 散的轮廓，以在FDU内在机器方向上扩散和展开纤维。该发散的轮廓引 起纤维束在扩散器之前的拉伸槽内沿机器方向扩散和展开。该纤维束在 FDU内的机器方向上的展开与发散的扩散器的结合在类似的工艺参数下 和直的拉伸槽(平行狭槽)或收缩的拉伸槽(收缩的侧壁)相比形成改进 的纤网结构。FDU拉伸槽的发散的4仑廓部分可具有多种的形状。在一个实施例中， 发散的部分由FDU的对称发散侧壁(弯曲的、直的或者其结合)限定出， 使得相对于拉伸槽的纵向中心线限定出对称的发散的角度。在一替代实施 例中，所述发散部分由不对称发散侧壁或者一个发散侧壁限定出。拉伸槽 的所述发散的部分可以从最小的宽度到最大的宽度基本上连续地(以恒定 的或者变化的比率)发散的。可替代地，所述发散部分可以在最小宽度和 最大宽度之间以不连续的方式(例如阶梯式)发散。FDU拉伸槽的发散的轮廓部分可以包括该拉伸槽的总纵向长度。例 如，该拉伸槽可以从拉伸槽的入口处的最小宽度发散的到该拉伸槽的出口 处的最大宽度。在不同的实施例中，可以仅在拉伸槽总长度的一部分上限 定出发散的轮廓部分。例如，FDU拉伸槽可以包括与发散的轮廓部分相邻 的上游(相对于纤维行进的方向)非发散的部分。该非发散的部分可具有 基本上平行的或者收缩的侧壁。该FDU的发散的轮廓部分可以由弯曲壁段、直壁段限定出或者由弯 曲壁段和直壁段的结合限定出。与FDU拉伸槽的发散的轮廓部分相似，发散的扩散腔由对称或不对 称发散的侧壁限定出。在一特别实施例中，当纤维被传送通过FDU拉伸槽时，利用一个或 多个充静电单元施加静电荷到纤维上。例如，在FDU内电荷可以用对置9的充静电单元来施加，其中一个充静电单元比另一个充静电单元更4妄近扩 散腔布置。在替代实施例中，当纤维被传送通过扩散腔时，将静电荷施加 到纤维上，例如，通过在扩散腔内的对置的充静电单元。


图1是制造非织造纤网的示例性现有工艺的示意图。图2至图2B是根据本发明各方面的纤维拉丝单元的不同实施例的示 意图。图3是一个示例性的现有扩散腔的示意图。 定义本文中使用的术语"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、无规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，除非另外特别规定，术语"聚合物"应当包 括化学式结构的所有可能的几何构型。这些构型包括但不局限于全同立 构、间同立构以及无^见对称。除非另有规定，本文中使用的术语"纤维，，指短纤维以及连续纤维。 术语"纤维束"指一组单根纤维。本文中使用的术语"非织造纤网"或"非织造材料"是指具有相互交 叠但不是以像针织或织造织物那样的可识别方式相互交叠的单根纤维或 者长丝结构的纤网。非织造纤网可以由多种工艺例如熔喷工艺、纺粘工艺、 气流成网工艺以及才危理成网工艺形成。通常用克每平方米(gsm)或者每 平方码材料的盎司数(osy)来表示非织造纤网的基重，并且纤维直径通 常用微米来表示。术语"紡粘"或者"纺粘非织造纤网"指的是通过将熔融热塑性聚合 物从喷丝板的多个微孔中挤出形成的小直径纤维构成的非织造纤维或者 长丝材料。挤出出的纤维在用引出机构或者其他熟知的拉伸机构拉伸的同 时进行冷却。拉出的纤维在成形面上以不规则的方式沉积或者铺设形成蓬 松地缠结的纤维网，然后将铺设好的纤維网经过固结工艺处理使其具有物 理上的完整性以及尺寸稳定性。纺粘纤网的产品已经由例如Appel等人的 美国专利US 4,340,563、 Dorschner等人的美国专利US 3,692,618、以及 Matsuki等人的美国专利US 3，802，817公开。典型地，纺粘纤维或者纤丝的单位长度重量大于约l旦尼尔并且达到约6旦尼尔或者更高，不过也可 以制造更纤细且更重的纺粘纤维。就纤维直径而言，纺粘纤维的平均直径 通常大于7微米，更确切地说在约10孩i米和25樣i米之间，并且可多达约 3(M敛米或者更大。
具体实施方式
下文中将会涉及到本发明的方法以及装置的一些具体实施例，附图 示出了本发明的一个或多个实例。应当理解，下文给出的实施例仅是以示 例的方式对本发明的解释说明，而不作为对本发明限制。例如，在一个实 施例中阐述或者描述的特征可以用到另 一个实施例上来获得又一个实施 例。本发明涵盖了对本文中描述以及示出的实施例的这些和其它改进以及 变型。图1对应于现有4支术PCT公开号WO2005/045116的图1,并且在本 文中用来描述本发明的在熔融挤出工艺中用于生产非织造纤网的已有方 法和设备的各种常规特征。参考图1,给出的生产流水线IO用于生产单组 分或多组分连续纤维。生产流水线10是开式系统并且包括挤出装置，例 如用于熔融并且挤出来自聚合物储料器20的聚合物的普通挤出机30。聚 合物从挤出机30通过聚合物管道40输送到喷丝头50形成纤维60,该纤 维可为单组分或者多组分的纤维。当希望得到多组分纤维时，将使用挤出 来自第二聚合物储料器的聚合物第二挤出机。喷丝头50具有布置成一列 或者多列的开口或微孔。当聚合物通过喷丝头50挤出时，这些喷丝头的 开口形成向下延伸的纤维60 "幕"或"束"。用于挤出多组分连续纤维的 喷丝头50在本领域是公知的，因此在本文中不作详细的描述。 一个示例 性的生产多组分纤维的喷丝组件在Cook的美国专利US 5,989,004中进行 了描述，该专利的整体内容通过引用纳入本文。适合本发明的聚合物包括公知的适合生产非织造纤网和材料的聚合 物，例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯及其共聚物和共混物。应当理 解的是，聚合物的具体类型不是限定性的特征。图1中示例性的开式生产流水线10还包^"冷却风才几64，其位于从喷 丝头50延伸出的纤维60幕的附近。来自冷却风机64的空气对从喷丝头 50延伸出来的纤维60进^亍冷却。冷却风可以如图l所示/人纤维幕的一侧 引入，或者也可以从纤维幕的两侧引入。本文所用的术语"冷却，，简单地表示使用 一种比纤维的温度低的媒质来降低纤维的温度，例如使用冷空气 流，环境温度的空气流或者稍微适度加热的空气流。吸丝器或"纤维拉丝单元"(FDU) 70隔开地布置在喷丝头50下方以 接納冷却的纤维幕或纤维束。用于熔融纺丝聚合物的纤维拉丝单元的功能 和操作在本领域内是公知的。 一般来说，纤维拉丝单元70包括由FDU70 的平行侧壁限定出的细长的竖向通道或者拉伸槽，纤维通过该拉丝单元由 通常从拉丝槽的两侧进入并向下流动穿过该通道的抽吸空气进行拉伸。细 化腔或者纤维拉伸槽由对置的板或者侧壁构成，在图1中用72和74表示。 在现有技术的多种结构中，包括图l中的结构，对置的侧壁72和74基本 上相互平行并且通常垂直于水平面。纤维拉丝单元70使用运动的气动流， 例如由风机(未示出)提供的抽吸空气，该气动流将纤维拉伸通过狭槽。 抽吸空气可以是加热的，也可以是不加热的。抽吸空气使纤维加速并在纤 维上施加细化力或者拉力，以减小纤维的直径。该抽吸空气还引导并且拉 动纤维幕或纤维束通过纤维拉丝单元70的拉伸槽。抽吸空气可以被加热， 从而例如在纤维沉积之前在多组分纤维中激活潜在的螺旋状巻曲。当纤维从纤维拉丝单元70出来后，它们通过扩散腔80,从而在纤维 沉积为非织造纤网之前降低其速度。扩散腔或者扩散器大体上被Geus等 人的美国专利US 5,814,349公开，该专利通过引用整体纳入本文。其它的 扩散腔构造也在Geus等人的美国专利US 6,918,750和US 6,932,590有所 描述。如美国专利US 5,814,349所述，最好是将扩散器安装在纤维拉丝单 元的出口稍下方的位置，以使环境空气能够^U则面^^皮吸入扩散腔。如图1所示，扩散腔80最好在对置的侧壁82和84之间形成。对置 的侧壁82和84如此向外朝向扩散腔80的出口发散，使得由对置的侧壁 限定出的扩散腔的体积朝着扩散器底端扩大。对置的侧壁82和84优选是 基本上连续的且没有排气口的，这样来自细化空气射流的空气不会从扩散 腔的壁逸出，而是在穿过扩散腔80后从其底部流出。扩散腔80逐渐的扩 大或者增加的体积允许快速运动的细化空气射流从纤维拉丝单元70出来 并且通过扩散腔80时逐渐地膨胀到增加的体积。发散的侧壁82和84可 在扩散腔80的上部基本上彼此平行，并且在其彼此开始发散的点处从该 腔的竖直中心线以约5度的角度倾斜或者发散。扩散腔80的侧壁是可调 整的，由此发散的角度也是可以调整的，而且发散的角度可以小于5度或 者大于5度。当气动射流在扩散腔80中膨胀时，其速度降低并且纤维速度也降低， 使得纤维束沿机器方向稍微展开。也就是说，当纤维束穿过扩散腔向下移 动时，该纤维束开始具有比其在纤维拉丝单元70出口处尺寸稍大的机器 方向尺寸。然而，为了使形成在纤维沉积上的材料的具有高度均匀性，最好是机 器方向上纤维束的展开程度比单独采用扩散腔产生的纤维束的展开程度 大。为此，可以用一个或多个充静电装置给纤维束中的纤维施加静电荷， 静电荷施加可以在这些纤维通过纤维拉丝单元70的拉伸槽时，或者在其 穿过扩散腔80时，或者在两种情况下进行。图1示出了以对置的方式设 置在纤维拉丝单元70的对置的侧壁72和74上的示例性充静电单元76和 78。在使用对置的充静电单元的情况下，可将它们以偏置或者交错方式配 置，使得一个充静电单元高于或者低于另一个。例如参照图1,和充静电 单元76相比，充静电单元78在其相应的侧壁上安装的低一些，也就是说， 距离扩散腔更近。 一般地说，充静电装置例如充静电单元76、 78,可包括 一列或者多列放电针脚，这些针脚产生电晕放电，由此给纤维充静电，并 且纤维一旦充电，就会趋向于相互排斥进而帮助避免多组单根纤维聚集或 者"粘连，，在一起。给纤维充电以生产具有改进的纤维分布的非织造物的 示例性方法在2002年7月4日出版的Haynes等人的PCT公开文献 WO02/52071中已经公开了，其公开的内容通过引用被整体纳入本文。这 类充静电装置的功能和操作在本领域是公知的，不需在此作详细的描述。在另一个实施例中，为了帮助纤维束在机器方向上展开，优选在扩散 腔80内部4吏用一个或多个充静电单元。例如， 一个或多个充静电单元可 以设置在扩散腔的同一个侧壁上。还优选将至少一个充静电单元设置在扩 散腔的每个侧壁上。在充静电单元设置在两个侧壁上的情况下，它们可以 基本上直接相互面对面的方式布置，也就是说，这些充静电单元可以设置 在扩散腔80内基本上相同的垂直高度处。但是，将充静电单元在扩散腔 内以交错排列的方式布置也是有利的，类似于所描述的图1中关于纤维拉 丝单元70中的充静电单元76和78的交错构造。在另一个实施例中，可以在扩散腔或者纤维拉丝单元中使用单个充静 电单元，同时结合气动力的特定应用以平衡充静电单元产生的排斥力。作 为实例，尽管在上面参考图1阐明了利用大体上从通道的两侧进入的抽吸 空气将纤维拉伸通过拉伸槽拉伸纤维，但当充静电单元仅被布置在构成纤维拉丝单元的拉伸槽的侧壁中的一个上时，纤维束在机器方向上的展开可 以通过利用仅从该纤维拉伸槽的相向侧壁进入纤维拉丝单元的细化空气 来增强。
图2A到2G示出了根据本发明的可以运用在图1所述的生产线上或 者其它合适的生产线上的方法和设备的不同纤维拉丝单元270的多个方 面。应当理解的是，图示是示意性的并且有些夸张以更清楚地示出本发明 的各个方面。
参照图2A,示出了生产流水线200，如上所述，该生产流水线具有呈 喷丝头250形式的挤出装置，以将熔融聚合物形成许多单根纤维。双冷却 风机264设置在喷丝头250的出口处。具有入口 270和出口 275的纤维拉 丝单元(FDU) 270 4妻纳已冷却的纤维。细化空气(加热的或未加热的) 通过喷嘴、压力通风系统、或喷管的任何组合210 (总体被称为喷嘴)被 引导进入FDU270中。在示出的实施例中，在每个侧壁272和274上均设 置两个喷嘴210。这些双空气喷嘴布置成位于或非常接近于侧壁272、 274 的发散的点处，在下文中将更详细地说明。应当理解的是，用于在FDU 内提供细化空气的喷嘴210的任何数目、构造以及位置均涵盖在本发明的 范围和并青^申内。
为了进一步增强纤维束在机器方向上的展开，优选扰动由喷嘴210提 供的空气，例如通过发送脉沖或者其它方式干扰或者中断空气流。这也可 以通过使用一个或多个机械阀交替地发送脉沖或者改变供应到喷嘴210的 空气流来实现。这样的扰动可以通过在FDU的相应侧壁272、 274上设置 单个、两个或者多个喷嘴210来实现。拉丝空气的扰动在Lau等人的美国 专利US 5,807,795中有所描述，上述专利通过引用被整体纳入本文。
具有入口 286和出口 288，以及对称发散的壁282和284的发散的扩 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 的宽度大致等于或者小于扩散腔280的入口 286的宽度。纤维从扩散腔280 出来并且沉积在移动的成形带212上(图1中的110)以形成非织造纤网。
仍参照图2A,FDU270限定出包括发散的轮廓部分277的拉伸槽273。 通常，该发散的轮廓部分为拉伸槽273的纵向部分，在该部分狭槽273的 截面宽度从最小增加到最大。在图2A中的一个特殊实施例中，发散的轮 廓部分277基本上对应于拉伸槽273的整个长度，其中拉伸槽的入口 271 限定出最小宽度，并且出口 275限定出最大宽度。本实施例中的发散的轮廓部分277具有由对称发散的侧壁272和274限定出的大体上恒定的发散 角度。侧壁272和274相对于拉伸槽273的纵向中心线在4i伸槽273的长 度上同等地发散。如上文所述，在纤维从FDU的出口 275出来之前和在 进入扩散腔280之前，FDU的发散的轮廓部分277使得输送穿过拉伸槽的 纤维沿机器方向散开或展开。这个初始的沿机器方向的展开被认为显著地 增强了扩散器的功能而不影响在FDU270内的细化程度，因此对纤维的尺 寸的影响不明显。发散的轮廓部分270提供一种改进的非织造纤网，并且 不需要增加能量(例如，增加的细化空气压力)以提供这种有益效果。
还应当理解，尽管在图2A到2G中示出的FDU270的侧壁为直的(无 弯曲)，然而该侧壁也可以是弯曲的或者包括弯曲的壁和直壁的组合，以 达到拉伸槽273的发散的轮廓部分277之目的。
图2B示出了 FDU270的一个实施例，其中发散的轮廓部分277比拉 伸槽273的总长度短。在这个实施例中，侧壁272、 274自入口 271到FDU 内的一个下游位置基本上是平行的，在这下游位置上侧壁272、 274对称 地发散到出口 275。因此，发散的轮廓部分277之前是由平行的侧壁限定 出的拉伸槽273的初始非发散的部分。
如同图2A中的情况一样，图2B中的发散的轮廓部分277被大体上连 续的发散的壁部分限定(直的或弯曲的)。应当理解的是，该发散的轮廓 部分277可以由不连续的发散的侧壁轮廓限定出，例如阶梯状轮廓。在本 发明的精神和范围内，可以使用多种发散的轮廓以实现发散的轮廓部分 277的目的和功能。
如上文所述的，图2B的生产线200也在发散的扩散腔280内设置了 一个或多个充静电单元276、 278。这些单元可以像图中所表示的直接相对 设置，或者以交错排列的方式设置。并且，应当理解的是，图2A到2G 中的实施例中的任何一个都可包括在FDU20中的充静电单元的任何组合， 例如图2C中的充静电单元276、 278。
图2C示出了 FDU270的一个实施例，其中发散的轮廓部分277位于 拉伸槽273的非发散的部分之前。在这个实施例中，位于发散的部分之前 的拉伸槽273的初始纵向部分具有收敛的轮廓，使得发散的轮廓部分277 的最小宽度被限定在初始部分的最大收敛位置处。实质上，具有这种独特 的喷嘴轮廓使得在纤维进入发散的轮廓部分277之前能够对纤维进行加 速。侧壁272、 274的平行部分限定出拉伸槽273下游的非发散的部分。图2D示出FDU270的一个实施例，其中发散的轮廓部分277通过不 对称发散的侧壁272、 274限定出。在这个实施例中，侧壁274为直的并 且基本上平行于拉伸槽273的纵向中心线。相对的侧壁272在拉伸槽273 的上部平行于侧壁274，然后发散的到出口 275。扩散腔280的发散的轮 廓也由不对称发散的的侧壁282和284限定出。在一替代实施例中， FDU270可以具有不对称发散的轮廓，而扩散腔280具有对称发散的l^廓。
图2E中的实施例与图2D中的实施例近似，其中FDU270的側壁274 和扩散腔280的侧壁284是直的。在这个特殊的结构中，侧壁274、 284 设置在同一个平面内，并且可以构成一个连续的壁。扩散腔280的入口 286 仍然通过侧壁272和282之间的空间与FDU270的出口 275隔开。
图2F示出了一紧凑的或"短"的生产流水线200的一个实施例，和 其它实施例相比，该实施例中FDU270的纵向尺寸较短，并且仍然包括发 散的轮廓部分277。事实上，拉伸槽273的纵向长度可以小于扩散腔280 的纵向长度。应当理解的是本发明的优点可以通过扩散腔和纤维拉丝单元 的不同尺寸和构造，包括纤维拉丝单元和/或扩散单元的对称和不对称发散 的壁来实现。
图2G示出了 FDU270的一个实施例，其中^:伸槽273由侧壁272、 274的初始收缩段，和其后的侧壁272、 274的平行段限定出。该平行段汇 合连接到由对称发散的侧壁272、 274限定出的发散的轮廓部分277。在示 出的实施例中，拉伸槽273的收敛/平行/发散的轮廓部分相对于拉伸槽273 的纵向中心线对称。应当理解的是，任何一个或者所有的不同的轮廓部分 也可以是不对称的。
通常，纤维拉丝单元的拉伸槽有效纵向长度可以为大约10英寸到大 约100英寸。拉伸槽的一部分或者全部可以在本发明的范围内发散的。发 散的程度将因此取决于侧壁的长度和发散的角度，并且其可作为工艺参数 的函数由本领域技术人员根据经验很容易地确定。尽管不视为对本发明的 限制，人们认为，在特定的实施例中，发散的轮廓部分的入口宽度应为大 约0.125英寸到大约0.60英寸，并且发散的部分的出口宽度应当小于约1.0 英寸。在一替代实施例中，总的发散的角度(从一个侧壁到相对的侧壁) 可以在多达5度(包括5度)或者更大的角度范围内变化。
图3 (也是PCT公开出版物WO2005/045116中的附图)示出了由大 体上相对的侧壁310和320界定的一个示例性的发散的扩散腔300。在侧
16壁310和320内分别设置有充静电单元312和322。充静电单元312和322 以交错或者偏置的方式布置，使得充静电单元322比充静电单元312更接 近纤维拉丝单元70 (图1)的拉伸槽布置。在一替代实施例中，充静电单 元312、 322可以;波此直接面对面的方式布置。另外，在使用三个或更多 充静电单元的情况下，这些充静电单元可继续以图2中交错的方式布置， 或者可以配置成某些充静电单元以彼此面对面方式布置的同时，其它充静 电单元以交错的方式布置。
还是参照图3,扩散腔的侧壁能够进行调节，如图所示通过连接到侧 壁310上的调节杆314、 316和318和连接到侧壁320上的调节杆324、 326 和328调节。通过操控这些调节杆，可以将扩散腔300构造成侧壁310和 320基本上彼此平行，从而在开始向外倾斜或者彼此发散的、以括号B标 记的扩散器区域之前形成扩散器的一特定竖直段(扩散器的该段由括号A 标记出)。并且，可以引起侧壁310和320的沿着其全部长度彼此发散。 其它构造也是可行的并且优选取决于工艺参数，例如纤维产率和被引导通 过扩散腔的拉丝空气的量。例如，可能理想的是在发散之前将侧壁310和 320略微向内收敛，产生文丘里喷嘴或者文丘里喉管的截面。
再参看图1，还示出了一个循环的网带成形面，例如带110，其位于 纤维拉丝单元70和扩散腔80的下方以接纳来自扩散腔80的输出口的已 细化的纤维100。有利的是，可釆用布置在网带成形面110下方的真空源 (未示出)，来将细化的纤维，拉到网带成形面IIO上。祐j妄纳到网带成形面 110上的纤维构成蓬松连续纤维的非织造纤网，其优选用加固机构130进 行初步加固，以帮助将织物传送到结合装置。加固机构130可以是一种在 本领域中己知的机械压实辊，或者可以是如Arnold等人的美国专利 US5707468所述的将加热的空气喷到或穿过织物的气刀，该专利通过引用 而整体结合入本文。
生产流水线IO还包括结合装置，例如图1所示砑光辊150和160,其 用于通过热的点粘结或者点状粘合如上所述的非织造纤网。作为替代方 案，在纤维是具有不同熔点的聚合物组分的多组分纤维的情况下，可以有 利地使用本领域的普通技术人员熟知的热空气粘合机。 一般来说，通过最 好使用其温度处于或者高于较低熔点聚合物组分的聚合物熔点温度且低 于较高熔点的聚合物组分的熔点温度的热空气，该热空气粘合机引导热空 气流穿过连续的多组分纤维制成的纤网，从而形成纤维间连接。作为另一种替代方案，纤网可以通过使用在本领域中已知的其它手段来进行连接， 例如粘接、超声连接装置或者缠结连接如水刺或者针刺。
最后，生产流水线IO还包括巻绕辊180,用于承装已结合的织物170。 尽管本文未示出，^f旦还可以4丸行许多在本领域中己知的其它可能的处理和 /或精加工步骤例如织物切条、拉伸、整理或者将非织造纤网与其它材料层
压成复合物如薄膜或者其他非织造物层等，而不会偏离本发明的主题和范 围。
在另 一个实施例中，非织造纤网结构的均匀性可以通过使用扩散腔的 发散的侧壁内表面上或者附近的旋涡发生器来进一步改进或者加强。漩涡 发生器可以在侧壁的机器方向的横向沿着一个或多个壁的多个位置处隔 开布置，以便在空气流中产生漩涡。产生的漩涡用于加强侧壁附近的空气 流内层的紊流，增加那个区域中的流体的能量和减少流体分离，允许空 气流在侧壁发散时更有效地与侧壁一致，并因此使空气流具有更完全的机 器方向分散，由此纤维束沿机器方向更大程度地展开。漩涡可以通过在一 个或多个侧壁上的间隔布置的凸出部或者凸起来产生，例如在Triebes等 人的美国专利US5，695,377中所描述的，该专利通过引用而整体结合入本 文。根据漩涡发生器的布置以及在纤维束在扩散腔内沿机器方向的展开程 度，可能会出现纤维被钩在或者拖曳在漩涡发生器上的问题。在这种情况 下，可能更希望使用延伸进入形成侧壁的材料表面的凹坑或者反向凸舌作 为漩涡发生器，而不是使用从侧壁的内表面向外伸入扩散腔的漩涡发生 器。
产生旋涡的其它方法可以与上述方法一起使用或者代替上述方法。例 如基本沿扩散腔的橫向于机器方向的宽度布置的一个或者多个反向的台 阶可以用在侧壁内表面上来产生旋涡。作为另一个例子，可以在一个或者 两个侧壁上于发散处或附近使用空气射流，其通过以钻孔或者其它方式在 侧壁表面材料中形成的孔隙或者孔喷出细的流体射流，例如空气射流，来 产生漩涡。作为实际的空气射流的替代方案，可以在一个或者两个侧壁上 使用合成射流来产生漩涡，这种合成射流在Glezer等人的美国专利 US5,988,522中进行了大体描述，该专利通过引用而整体纳入本文。 一般 来说，合成射流可以由一个充满流体的腔产生，该腔在一端具有可弹性致 动的膜片，而在另一端具有刚性较大的壁，该刚性壁具有一个小孔。弹性 膜片通过声波能、机械能或者压电能重复致动，由此引起从腔室的另一端的该刚度较大的壁中的孔产生流体(例如空气)射流。 以下的实例仅作为说明目的，而不是限制本发明。
实例
实验纺粘非织造材料使用市售的熔体流动指数大约为35的全同立构 聚丙烯制造，这种聚丙烯购自ExxonMobil Chemical Co.(埃克森美孚化工 公司，休斯顿，得克萨斯)并被称为Exxon3155。所有的材料均^使用纺粘型 狭槽拉丝非织造纺丝系统制造，这种纺丝系统例如在上面^是到的Matsuki 等人的美国专利US3802817中有所描述，在成形面上聚集后，所有材料采 用热砑光辊进行热粘合。对于所有的材料，充静电系统布置在拉丝单元的 拉伸槽出口附近，用于给纤丝幕充静电，如前面引用的PCT公开文献 WO2005/045116总体所述的，其中纤维在进入扩散腔之前一皮施加静电电 荷。
同样对于实验材料的生产，基本上如Geus等人的美国专利 US5,814,349中所描迷的并在上文中大致描述(除了在扩散器中无充静电装 置)的扩散腔位于拉丝单元的拉伸槽的下方。扩散腔安装成略低于拉丝单元 的出口，并且允许空气被抽吸入扩散腔。扩散腔被设置成能使用控制杆来 产生文丘里管形状，其中在扩散腔的底部或出口处两侧壁在发散前稍微收 敛。
对照样品(直的FUD)使用具有平行侧壁的纤维拉丝单元(FDU)来 制造，其中在相同尺寸的FUD情况下所述侧壁构建出入口和出口。实验 材料(发散的FDU)使用具有发散侧壁的FDU来制造，其中所述侧壁构 建出的出口尺寸比入口尺寸大。 一组实验材料通过使用充静电系统对纤维 进行充电进行制造。对于所有的材料，纺纱和拉丝条件保持恒定。聚合物 通过速率、纤维拉丝率保持恒定，从而产生相同尺寸的纤维。对所有材料 来说，纤维具有大约18微米(大约2.0旦尼尔)的平均尺寸。
形成的非织造纤网的空气渗透率才艮据ASTM D737测试方法，并且使 用购自Schmid Corp.(施密特公司，斯帕坦堡，南卡来罗纳)的TEXTEST FX3300空气渗透率测试仪测出。测出材料的空气渗透率，并对每种材料 的每个样品的十五次重复测量结果求平均值。以CFM(立方英尺每分)为 单位测得的渗透率见表1。
表l:空气渗透率(CFM)直FDU 发散的FDU
充静电 I J I 5 ^ S ^ Z
渗透率 1060.8 1011.7 925.9 卯5.4
标准偏差 57.1 61.7 46.7 65.7
样品数 15 15 15 15
在本实施例中，空气渗透率是一个测量通过纺粘织物的空气流的手 段。较高的数值表明较低的压降。压降是纤网结构的直接的指示。较好的 形成物具有小的孔结构，这引起压降的增大。因此，好的结构通过低的渗 透率值显示。在表1中的数据表示出发散的FDU样品的渗透率值比对比 材料低约11%到13%。列在表中的所有材料具有相同的基重，大约 0.50osy(大约17gsm),并且以相同的聚合物通过速率制造，其大约10.6PIH (大约190千克/米/每小时)。结果表明，在其它所有的参数都基本恒定的 情况下，发散的FDU生产出结构更好的纤网。
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权利要求
1.一种制造非织造纤网的开式系统熔融挤出方法，该方法包括以下步骤提供多根来自挤出装置的纤维；利用开式系统的纤维拉丝单元(FDU)拉伸槽给所述纤维施加气动细化力，该纤维拉丝单元(FDU)具有入口和出口，该气动细化力赋予所述纤维一速度；将所述纤维传送通过该FDU拉伸槽的发散轮廓部分，以在该FDU内沿机器方向展开所述纤维；在与该FDU的出口间隔开的、发散的扩散腔中降低所述纤维的速度；在该扩散腔或者该FDU内给纤维施加静电荷；然后将所述纤维聚集在移动的成形面上形成纤网。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当纤维被传送通过所述 FDU时，所述静电荷被施加到纤维上。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在该FDU内使用对置 的充静电装置单元施加静电荷，所述充静电单元中的至少一个比所述充静 电单元中至少另一个大体上更接近该扩散腔布置。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当纤维被传送通过扩散 腔时，将静电电荷施加到纤维上。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在该扩散腔内使用对置 的充静电单元施加静电荷。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发散的扩散腔通过 对置的对称的发散侧壁限定。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发散的扩散腔通过 对置的不对称发散侧壁限定。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该FDU拉伸槽发散的 轮廓部分通过FDU内对称的发散侧壁限定。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该FDU拉伸槽的发散 轮廓通过FDU内不对称的发散侧壁限定。
10. 根 权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括用至少一个空气 喷嘴将细化空气供应到FDU内的拉伸槽的步骤。
11. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括用构造在FDU 相应的对置的侧壁上的一个或多个空气喷嘴将细化空气供应到FDU内的 拉伸槽的步骤。
12. 根据权利要求11所述的方法,其特征在于，还包括扰动供应到所 述空气喷嘴的细化空气的步骤。
13. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FDU拉伸槽的发 散轮廓部分从最小宽度到最大宽度基本上连续地发散。
14. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述FDU拉伸槽的发 散轮廓部分在该拉伸槽的入口和出口之间基本上连续地发散。
15. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FDU拉伸槽的发 散轮廓部分从最小宽度到最大宽度不连续地发散。
16. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维被传送通过该 FDU的拉伸槽的非发散部分，该非发散部分位于拉伸槽的发散轮廓部分的 上游。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该拉伸槽的非发散部 分通过基本上平行的FDU侧壁限定。
18. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该拉伸槽的非发散的 部分由FDU收症支的侧壁所限定。
19. 一种形成非织造纤网的开式系统的设备，其包括 挤出装置，其提供多根纤维；开放系统纤维拉丝单元(FDU)，其设置为接纳来自所述挤出装置的 多根纤维，所述FDU包括在其中对纤维进行细化的拉伸槽，所述拉伸槽 包括由隔开的侧壁限定出的入口和出口；所述拉伸槽的至少一个纵向部分包括沿纤维被传送通过所述FDU的 方向的发散轮廓，所述纤维在被传送通过所述FDU的所述发散轮廓部分 时沿机器方向展开；与所述FDU的所述出口间隔开的、发散的扩散腔；至少一个充静电单元，其被构造成在所述扩散腔内或者所述FDU内 给纤维施加静电荷；和位于所述扩散腔下方的移动的成形面，纤维被聚集于其上。
20. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述充静电单元被配 置在所述FDU内，以在纤维被传送通过所述拉伸槽时对其施加静电电荷。
21. 根据权利要求20所述的设备，其特征在于，包括在所述FDU内对 置的充静电单元，所述充静电单元中的至少一个比所述充静电单元中的至 少另 一个大体上更接近扩散腔布置。
22. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述充静电单元配置 在所述扩散腔内。
23. 根据权利要求22所述的设备，其特征在于，包括在所述扩散腔内 的对置的充静电单元。
24. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述发散的扩散腔通 过对置的对称发散侧壁来限定。
25. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述发散的扩散腔通 过对置的不对称发散侧壁限定。
26. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述FDU的拉伸槽的 发散轮廓部分通过对称发散侧壁限定。
27. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述FDU的拉伸槽 的发散的轮廓部分通过不对称发散侧壁限定出。
28. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述FDU拉伸槽的发 散轮廓部分在所述拉伸槽入口和所述拉伸槽出口之间基本上连续地发散。
29. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述FDU的所述发散 轮廓部分不连续地发散。
30. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述FDU拉伸槽包括 与所述发散轮廓部分相邻的上游非发散的部分。
31. 根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述非发散部分通过 基本上平行的侧壁来限定。
32. 根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述非发散部分通过 收敛的侧壁来限定。
33. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，进一步包括配置在所 述FDU内的至少一个空气喷嘴，以向所述FDU的拉伸槽的发散部分供应 细化空气。
34. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，进一步包括配置在所 述FDU的每个相应侧壁内的至少 一个空气喷嘴。
35. 根据权利要求34所述的设备，其特征在于，所述空气喷嘴配置成 用于扰动从所述空气喷嘴供应的细化空气。
36. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述FDU拉伸槽的所 述发散轮廓部分具有入口和出口 ，所述入口的宽度为约0.125英寸到约0.60 英寸，所述出口的宽度大于所述入口的宽度并且小于约1.0英寸。
37. 根据权利要求36所述的设备，其特征在于，所述FDU的纵向长度 在约10.0英寸到约100.0英寸之间。
38. 根据权利要求36所述的设备，其特征在于，所述FDU的纵向长度 比所述扩散腔的纵向长度小。
39. 根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述FDU的所述发散 轮廓部分具有一个多达约5度的总发散的角度。
40. —种制造非织造纤网的开式系统熔融才齐出方法，该方法包括 提供多根来自挤出装置的纤维；利用开式系统的纤维拉丝单元(FDU)的拉伸槽给所述纤维施加气动 细化力，该纤维拉丝单元(FDU)具有入口和出口，该气动细化力赋予所 述纤维一速度；将所述纤维传送通过该FDU拉伸槽的发散轮廓部分，以在该FDU内 沿机器方向展开所述纤维；以及将所述纤维聚集在移动的成形面上形成纤网。
41. 根据权利要求40所述的方法，其特征在于，还包括使用至少一 个空气喷嘴向FDU拉伸槽供应细化空气的步骤。
42. 根据权利要求40所述的方法，其特征在于，进一步包括使用配 置在所述FUD相应的对置的侧壁上的一个或多个喷嘴向FDU拉伸槽供应 细化空气的步骤。
43. 根据权利要求42所述的方法，其特征在于，进一步包括扰动供 应到所述空气喷嘴的细化空气的步骤。
44. 一种形成非织造纤网的开式系统的设备，该设备包括 挤出装置，其提供多根纤维；开放系统纤维拉丝单元(FDU)，其设置为接纳来自所述挤出装置的 多根纤维，所述FDU包括在其中对纤维进行细化的拉伸槽，所述拉伸槽 包括由隔开的侧壁限定出的入口和出口 ；所述拉伸槽的至少一个纵向部分包括沿纤维纟皮传送通过所述FDU的 方向的发散轮廓，所述纤维在被传送通过所述FDU的所述发散轮廓部分 时沿机器方向展开；和移动的成形面，所述纤维聚集于其上而形成纤维网。
45. 根据权利要求44所述的设备，其特征在于，进一步包括配置在 所述FDU内的至少一个空气喷嘴，以向所述FDU拉伸槽的发散轮廓部分 供应细化空气。
46. 根据权利要求44所述的设备，其特征在于，进一步包括配置在 所述FDU的每个相应侧壁上的至少一个喷嘴。
47. 根据权利要求46所述的设备，其特征在于，所述空气喷嘴被构 造成能扰动从所述空气喷嘴供应的细化空气。
全文摘要
本发明提供一种熔融挤出非织造纤网的方法和相关的设备，该方法包括提供多根来自挤出装置的纤维。所述纤维被传送通过纤维拉丝单元(FDU)的发散轮廓部分，其引起纤维在FDU内于机器方向上散开和扩展。纤维然后被传送通过与所述FDU出口间隔开的、发散的扩散腔，以降低纤维的速度并且使纤维在机器方向上进一步展开。可以在扩散腔或者FDU内对纤维施加静电荷。从扩散腔的出口出来的纤维被铺设到成形表面上形成非织造纤网。
文档编号D04H3/03GK101636532SQ200880008850
公开日2010年1月27日 申请日期2008年1月31日 优先权日2007年3月19日
发明者D·J·赫尔斯兰德, D·弗雷, E·E·伦农, J·H·康拉德, J·亨德里克斯 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司;赖芬豪泽机械工厂有限两合公司