专利名称：高蓬松度纺粘纤维网的制作方法
高蓬松度纺粘纤维网
背景技术：
纺粘纤维网已经用于各种应用中，包括尿布和/或个人护理制品的背衬、地毯背衬、土工织物等等。此类纺粘纤维网通常为低蓬松度材料，其主要被依靠以提供结构增强、 屏蔽性质等。该领域的一些工作者已尝试通过各种方法开发具有更高蓬松度的纤维网。
发明内容
本文公开了基本上不含卷曲纤维和间隙形成纤维的高蓬松度纺粘纤维网。所述纤维网呈现出小于8. 0%至约4. 0%的密实度和至少1. 40的有效纤维直径与实际纤维直径之比。本文还公开了制备此类纤维网的方法。因此在一个方面，本文公开了一种纺粘纤维网，其具有小于8. 0%至约4. 0%的密实度，并具有至少1.40的有效纤维直径与实际纤维直径之比，其中所述纤维网基本上不含卷曲纤维、间隙形成纤维和双组分纤维。因此在另一方面，本文公开了一种自支承褶皱型过滤器，其包括过滤介质，所述过滤介质包括多个相向的褶皱，并且所述过滤器还包括沿着所述过滤介质的边缘存在的周边框架，其中所述过滤介质包括纺粘纤维网，所述纤维网具有小于8.0%至约4.0%的密实度，并具有至少1.40的有效纤维直径与实际纤维直径之比，其中所述纤维网基本上不含卷曲纤维、间隙形成纤维和双组分纤维。本发明的这些方面以及其他方面在下面的具体实施方式
中将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对受权利要求书保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。
图1是可用于形成本文所公开的纺粘非织造纤维网的设备的示意图。图2是可用于图1所示工艺中的缩束装置的侧视图。图3是传统纺粘非织造纤维网在100倍放大率下的俯视图形式的扫描电子显微图。图4是如本文所公开那样制备的纺粘非织造纤维网在250倍放大率下的俯视图形式的扫描电子显微图。图5是如本文所公开那样制备的纺粘非织造纤维网在100倍放大率下的剖视图形式的扫描电子显微图。图6是具有周边框架和稀松布的褶皱型过滤器的局部剖视透视图。在上述多张图中，相同的附图标记表明相同的元件。除非另外指明，否则本文中的所有附图均未按比例绘制，并且选择这些附图是为了示出本发明的不同实施例。具体地讲，除非另外指明，否则各种组件的尺寸仅用于示例性目的，并且不应根据图式推断介于各种组件的尺寸之间的关系。尽管在本公开中可能使用了例如“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”、“向下”、“第一”和“第二”等术语，但应当理解，除非另外指明，否则这些术语仅在其相对含义下使用。
具体实施例方式术语表本文中，术语“长丝”通常用于指代从一组孔挤出的热塑性材料的熔融流，术语“纤维”通常用于指代硬化的长丝及由其构成的纤维网。使用这些命名仅是为了方便描述。在本文所述的工艺中，在局部硬化的长丝与仍包含略微发粘和/或半熔融的表面的纤维之间可能没有明确的分界线。术语“熔纺”是指如下所形成的纤维从一组孔挤出长丝并允许长丝冷却和硬化以形成纤维，其中长丝穿过空气空间(可包含运动空气流)以帮助冷却长丝，并穿过抽长 (即，拉延)单元以至少部分地拉延长丝。熔纺与熔吹的区别可在于，熔吹涉及将长丝挤出到通过吹气孔而引入的会聚高速空气流中，这些吹气孔邻近挤出孔设置。“纺粘”是指纤维网包含一组熔纺纤维，这些熔纺纤维被收集成为纤维网并可选地经受一个或多个粘结操作。“直接收集的纤维”是指通过从一组孔挤出熔融长丝并在收集器表面上收集至少部分硬化的长丝作为纤维，而长丝或纤维不接触孔和收集器表面之间的偏转器等，进而基本上在一个操作中被形成并收集成纤维网的纤维。“褶皱”是指纤维网的至少一部分已折叠而形成包含多行大致平行、相反取向的折叠部的构造。这样，纤维网整体的成褶区别于单独的纤维的卷曲。“卷曲纤维”是指已经历卷曲工艺的纤维。卷曲工艺包括(例如，人造短纤维的) 机械卷曲。卷曲工艺还包括所谓的热活化工艺，其中双组分纤维(例如，所谓的组合纤维) 暴露于温度中以使得由于纤维组分之间的回缩不一致而发生卷曲。卷曲工艺还包括这样的热活化工艺，其中对纤维执行几何不对称的热处理，以在纤维中产生硬化梯度，从而导致卷曲。这样的热活化工艺或其它卷曲工艺可在纺粘工艺之前、过程中、或之后进行。卷曲纤维可通过具有螺旋状外观(例如，尤其是在通过双组分纤维的热活化而获得的卷曲纤维的情况下)等而被辨别为显示重复的特征(如显露为(例如)纤维的波状、锯齿状、 正弦等外观)，并且可由本领域普通技术人员容易地识别。示例性卷曲纤维在美国专利 4，118，531 (Hauser)和 5，597，645 (Pike 等人)以及加拿大专利 2612854 (Sommer 等人)中有所描述。“间隙形成纤维”是指在两个间隔开的表面之间的间隙(例如，会聚间隙)中(例如，辊隙、狭槽等中)所收集的纤维。间隙形成纤维可这样来辨认当纤维网被以横截面形式观看时显示U形或C形纤维的大致重复的图案和/或波浪、折叠、套环、隆起等的大致重复的图案，并且纤维网的大量纤维大致沿纤维网的最短尺寸(厚度方向)取向。在这种情况下，间隙形成纤维包括这样的纤维其可初步收集在单个表面(例如，基本平坦的收集面) 上，然后穿过实现上述波浪、折叠等图案的会聚间隙、辊隙等。示例性间隙形成纤维在美国专利 6，588，080 (Neely 等人)、6，867，156 (White 等人)和 7，476，632 (Olson 等人)中有所描述。密实度是指无量纲比率(通常以百分比记录)，其表示纤维网被固体(例如，聚合物纤维)材料所占据的总体积的比例。进一步说明以及获得密实度的方法见于“实例”章节中。蓬松度是100%减去密实度，并表示纤维网未被固体材料占据的总体积的比例。图1示出可用于形成本文所公开的高蓬松度纺粘纤维网的示例性设备。在一种使用此一设备的示例性方法中，聚合物纤维形成材料被引入料斗11中，在挤出机12中熔融， 并经由泵13泵送到挤出头10中。呈球粒或其他粒子形式的固体聚合物材料最常被使用并熔化至液体可泵送状态。挤出头10可以是常规的喷丝头或纺丝组合件，通常包括以规则图案(如直线行) 布置的多个孔。纤维形成液体的长丝15是从挤出头挤出，并可穿过空气填充的空间17输送至缩束装置16。挤出的长丝15在到达缩束装置16之前穿过空气空间17运行的距离可随挤出的长丝15所可能置于的条件而不同。骤冷空气流18可被引导向挤出的长丝15，以降低挤出的长丝15的温度和/或局部硬化挤出的长丝15。(尽管在本文中术语“空气”是为了方便而使用，然而应该理解，在本文所公开的骤冷和拉延工艺中可使用其他气体和/或气体混合物)。可使用一个或多个空气流；例如，相对于长丝流横向吹的第一空气流18a可主要用于移除在挤出过程中释放的不期望的气体材料或烟雾，以及第二骤冷空气流18b可主要起到实现温度降低的作用。骤冷空气流的流速可如本文所公开的那样被调控至有利， 以帮助实现具有本文所公开的独特性质的纤维网。长丝15可穿过缩束装置16 (下文中更详细地说明)，然后沉积到基本平坦(是指曲率半径大于六英寸)的收集器表面19上，在该表面上长丝15被收集成纤维团20。(在基本平坦的收集器表面19上收集纤维应该区别于例如在间隔开的表面之间的间隙中收集纤维)。收集器表面19可包括单个连续的收集器表面，例如由半径为至少六英寸的连续带或筒或辊提供的表面。收集器19通常可为多孔的，气体抽离(真空)装置14可设置在收集器下方以帮助将纤维沉积到收集器上(收集器的多孔性(例如，相对小规模的多孔性) 并不会改变上面所限定的收集器基本平坦的事实)。缩束装置出口与收集器之间的距离21 可以变化以获得不同的效果。另外，在收集之前，挤出的长丝可经受未在图1中示出的多个附加工序，如进一步拉延、喷洒等。在收集之后，收集的纺粘纤维团20 (纤维网)可经受一个或多个粘结操作，(例如)以增强纤维网的完整性和/或可操纵性。在某些实施例中，此类粘结可包括自生粘结， 自生粘结在本文中被定义为在无需向纤维网上施加固体接触压力的条件下在高温下执行的粘结(例如，通过使用烘箱和/或受控温度的气流所实现的)。此类粘结可通过将受热空气引导到纤维网上(例如，通过使用图1的受控加热装置101)来执行。此类装置在美国专利申请2008/0038976 (Berrigan等人)中有更详细的说明，该专利申请为此目的以引用方式并入本文。除了此类粘结之外或代替此类粘结，可采用其他熟知的粘结方法，例如使用压延辊。纺粘纤维网20可输送至其他设备，例如压印工位、层合机、切割机等，卷绕成存储卷筒等。图2是可供长丝15穿过的示例性缩束装置16的放大侧视图。缩束装置16可起到至少部分地拉延长丝15的作用，并且可另外起到使长丝15冷却和/或骤冷的作用(超过长丝15在穿过挤出头10与缩束装置16之间的距离过程中可能已经发生的任何冷却和 /或骤冷)。这样的至少部分拉延可用以实现每一长丝的至少一部分的至少局部取向，相应改善由其生成的硬化纤维的强度，如本领域技术人员所熟知的。这样的至少部分拉延还可显现为相对于没有拉延时的直径，硬化纤维的直径减小。通常，本领域普通技术人员预期，减少对纤维所执行的拉延的量(例如，减小缩束装置16中所使用的拉延空气的体积)可导致纤维变弱(由于其缺少取向)和/或直径变大。在一些情况下，示例性缩束装置16可包括两个半块或侧16a和16b，这两个半块或侧被分开以在它们之间限定缩束室24，如图2的设计。尽管以两个半块或侧的形式存在 (在此具体实例中)，然而缩束装置16仍用作一个一体的装置，并且将首先以其组合形式进行说明。示例性缩束装置16包括倾斜的进入壁27，其限定缩束室24的进入空间或狭道 24a。入口壁27优选在入口边缘或表面27a处弯曲以使携带挤出长丝15的空气流平缓进入。壁27附接到主体部分28，并且可以设置有凹进区域29，从而在本体部分28与壁27之间形成空气间隙30。空气可通过导管31引入间隙30中。缩束装置主体28可在28a处弯曲，从而使空气平稳地从气刀32流入室24中。可以选择缩束装置主体的表面28b的角度 (α),以确定气刀冲击穿过缩束装置的长丝流的所需角度。缩束室24可具有均勻的间隙宽度；或者如图2所示，间隙宽度可沿着缩束室的长度而变化。限定缩束室24的纵向长度的至少一部分的壁可采取板36的形式，这些板与主体部分28是分开的并且附接到该主体部分。在一些实施例中，缩束装置16的某些部分(例如，侧16a和16b)可能够(例如) 响应于系统的扰动朝着彼此和/或背离彼此移动。这种能力在一些情况下可为有利的。缩束装置16及其可能的变型的进一步细节可见于美国专利申请 2008/0038976 (Berrigan等人)以及美国专利6，607, 624和6，916，752中，该专利申请及这些专利均为此目的以引用方式并入本文。发明人已经发现，背离纺粘工艺的传统操作(例如，背离图1和图2所示设备的普通操作(例如，如上面的引用源中所述))，可如本文所述生成独特且有利的纤维网。具体地讲，发明人已发现，当至少正确选择相对于熔融聚合物通过量(例如，正熔纺的长丝的通过速率)所使用的骤冷空气和拉延空气的量时，可生成具有独特性质的纺粘纤维网。简而言之，此类纤维网可具有高蓬松度和有效纤维直径(EFD)与实际纤维直径 (AFD)的高比率的意外组合，如本文中稍后详细说明。高蓬松度和EFD与AFD的高比率的此一组合可赋予这些纤维网独特的能力以用作深度过滤器；例如，能够在粒子于过滤纤维网的表面上形成表面粉饼之前在过滤纤维网内收集相对高填塞的粒子。此类纤维网的蓬松度在本文中将用术语密实度(如本文中所定义并通过本文中报道的方法所测量)来表征。如本文所公开的，可生成密实度从约4. 0%至小于8. 0% (即， 蓬松度从约96.0%至大于92.0%)的纤维网。在各种实施例中，本文所公开的纤维网具有至多约7. 5%、至多约7. 0%、或至多约6. 5%的密实度。在另外的实施例中，本文所公开的纤维网具有至少约5. 0%、至少约5. 5%或至少约6. 0%的密实度。在各种实施例中，本文所公开的纺粘纤维网的有效纤维直径与实际纤维直径之比为至少约1. 40、至少约1. 50或至少约1. 60。此前本领域的其他工作人员报道的某些高蓬松度纤维网依赖于卷曲纤维(如本文先前定义的)的存在来实现高蓬松度。本文所述的纤维网不需要包含卷曲纤维以便实现高蓬松度。因此，在一些实施例中，本文所公开的纤维网基本上不含卷曲纤维，这在此上下文中表示纤维网每十个纤维中少于一个为本文所定义的卷曲纤维。在另外的实施例中，纤维网每二十个纤维中少于一个为本文所定义的卷曲纤维。(满足这些标准的示例性纤维网示出于图4和图5中)。本领域普通技术人员当然将容易地理解这样的非线性(例如，弯曲)纤维或其部分(如在形成任何纺粘纤维网的过程中可能发生的)与本文所定义的卷曲纤维之间的差别。在特定实施例中，本文所述的纤维网基本上不含卷曲短纤维。通常，本领域中的高蓬松度纤维网依赖于使用所谓的双组分纤维，所述纤维在进行特定热暴露(例如，热活化)时可能发生卷曲(例如，由于纤维的以并列或偏心皮/芯构型存在并具有不同回缩特性的两个组分，如本领域中所熟知的)。尽管可选地，在本文所公开的纤维网中可存在双组分纤维，然而本文所公开的纤维网不需要包含双组分纤维以便实现高蓬松度。因此，在一些实施例中，本文所公开的纤维网基本上不含双组分纤维，这如本文中所定义地表示纤维网的每十个纤维中少于一个是由双组分树脂制成(即，其余的纤维包括单组分纤维)。在另外的实施例中，纤维网的每二十个纤维中少于一个为本文所定义的双组分纤维。在具体实施例中，本文所公开的纤维网包括单组分纺粘纤维网，这在本文中被定义为纤维网大体上仅包含单组分纤维(即，纤维网的每五十个纤维中少于一个纤维为双组分纤维)。此类单组分纤维网当然不排除添加剂、加工助剂等的存在，所述添加剂、加工助剂等可存在于纤维网中(无论作为例如散布于纤维网中的粒状添加剂，还是作为例如存在于各个纤维的材料内的熔融添加剂)。在使双组分纤维的存在量最小化方面，本文所公开的纤维网在至少某些实施例中可为有利的。例如，本文所公开的纤维网可由基本上由聚丙烯构成的单组分纤维构成，所述单组分纤维可非常易于充电(例如，如果过滤应用需要)。包括可观数目的(例如)聚乙烯的双组分纤维可能无法被充电，因为聚乙烯接收并保持电荷的能力较差。如本文所公开的主要由单组分纤维构成的纤维网可相比于双组分纤维具有附加优点无需热活化步骤就可实现高蓬松度。此前本领域其他工作人员所报道的某些高蓬松度纤维网依赖于本文所定义的间隙形成纤维的存在。此类型的纤维网可包括沿纤维网的ζ方向(厚度方向)取向的显著数目的纤维部分。当以横截面观看纤维网时，此类纤维可呈现出(例如)套环、波浪、隆起、峰、 折叠、U形或C形(U或C的封闭端通常更靠近纤维网的内部布置，并且U或C的臂远离纤维网的内部布置)。此类纤维的ζ轴末端可熔融到纤维网的表面中。本文所公开的纤维网不需要包含间隙形成纤维以便实现高蓬松度。因此，在一些实施例中，本文所公开的纤维网基本上不含间隙形成纤维，这如本文中所定义的表示纤维网的每二十个纤维中少于一个为间隙形成纤维。满足此标准的示例性纤维网示出于图4和图5中。(本领域的普通技术人员将容易理解，在任何纺粘纤维网的形成过程中，某一小数量的纤维可形成类似间隙形成纤维所呈现的结构。本领域的普通技术人员还将理解，可容易地将此类情形与由间隙形成纤维制成的纤维网区别开来)。在特定实施例中，本文所公开的纤维网基本上不含C形纤维、U形纤维等的重复图案，并且基本上不含折叠、套环、隆起、 峰等的重复图案。在另外的实施例中，本文所公开的纤维网不包括多个纤维，其中所述纤维的ζ轴末端熔融到纤维网的表面中。在通过使用单个相对常规的基本平坦的收集面(例如，如图1所示)来生成高蓬松度纤维网时，本文所公开的工艺有利地避免了为提供间隙形成纤维而通常需要的间隔开的收集面的复杂布置方式。发明人已经发现，本文所公开的纤维网呈现出此前未报道的独特的特性。具体地讲，发明人通过将纤维网的纤维的实际纤维直径(AFD)与纤维网所呈现出的有效纤维直径 (EFD)进行比较来表征这些纤维网。如“实例”章节中详细说明的，实际纤维直径是通过微观观察来获得，并表示纤维的(平均)实际物理直径。有效纤维直径是基于穿过多孔介质的、流体、流的基本原理从熟知模型(Davies, C. N. ；The Separation ofAirborne Dust and Particles, Institution of Mechanical Engineers, London, Proceedings IB, 1952)获得的计算的参数(根据测量的压降和穿过纤维网的流速来计算)。本质上，纤维网的有效纤维直径表示根据流体流模型，预期将产生纤维网所呈现的流动特性的纤维直径。本领域的普通技术人员认识到，(尽管对应关系可能并不确切)对于给定的纺粘纤维网，有效纤维直径常常非常类似于实际纤维直径(例如，在其约20%范围内)。发明人已经发现，本文所公开的高蓬松度纤维网意外地呈现出比纤维网的实际纤维直径大至少约40%的有效纤维直径，如从“实例”章节的表5中看出。例如，实例4的纤维网4A显示出比纤维网的实际纤维直径(12. 6 μ m)大50%左右的有效纤维直径(19. 2 μ m) (即，EFD/AFD比为大约1. 52)。相比之下，比较例1的纤维网显示出比比较例1的纤维网的实际纤维直径(13. 0 μ m)大小于10%的有效纤维直径(14. 0 μ m)。本领域的普通技术人员将会知道，尽管两个纤维网显示出非常类似的实际纤维直径(12. 6 μ m对13. 0 μ m)，然而相比于比较例1的纤维网，纤维网4A的EFD/AFD比仍增加。 另外，4A纤维网和比较例1纤维网均在相同的设备上制成(其中比较例1纤维网是利用与本领域中所述的那些条件类似的普通操作条件来制成，并且4A纤维网是根据本文所公开的方法制成)。因此，通过本文所公开的方法改变操作条件并不会导致纤维网的纤维的实际直径发生显著改变(也不会导致纤维强度发生不可接受的降低)，而是导致显著更高的有效纤维直径以及显著更高的蓬松度。因此，本领域的普通技术人员将认识到，本文所公开的方法允许在这样的条件下生成熔纺纤维，所述条件允许纤维被充分拉延(可通过如上所述，制成的纤维可具有与普通条件下所制成的类似的直径的事实来证明，也可通过纤维具有可接受的强度的事实来证明)，同时允许纤维意外地形成具有有利地高的蓬松度和高的EFD/AFD比的纤维网。尽管不希望受理论或机制的限制，然而本发明人假设，由于即使在实际纤维直径非常类似的情况下，也可观察到这样显著更高的有效纤维直径，因而有效纤维直径的这种差异可能归因于纤维以通过本文所公开的工序实现的某种新颖构型而总体排列。本发明人已经发现，本文所公开的这样新颖且可用的纤维网可通过相对于熔融聚合物长丝的通过速率，显著减少所用的骤冷空气和/或拉延空气的量来生成。此一方法违背了传统看法，传统看法假设熔纺纤维应该在收集之前尽可能完全地骤冷(尽管一些研究者已报道了不使用骤冷空气而生成纺粘纤维，然而此类研究者通常仍使用相对大量的拉延空气，所述拉延空气在这种情况下也将执行骤冷功能)。一直认为这样最大化完全的骤冷可用于防止纤维粘到缩束装置的内表面，团集在一起从而形成绳状集聚束，这可不利地降低纤维网的均勻度等。意外地，本发明人发现，骤冷和/或拉延空气相对于熔纺纤维的通过速率以本文所公开的方式这样减少可提供具有意外高的蓬松度并且具有EFD与AFD的意外高的比率的纤维网，而无需使纤维网包含卷曲纤维、间隙形成纤维、双组分纤维等，同时避免了上述预期问题，同时对纤维提供充分拉延以具有可接受的强度。
并不希望受理论或机制限制，本发明人假设本文所公开的现象可能至少部分地是由于在纺粘工艺过程中，纤维在某一点沿其长度的一段碰撞并粘结在一起。即，在本文所公开的工艺中可能有利地形成相对大量的绳状集聚束(常称为“宏束(macrobimdle)”)，绳状集聚束包括若干(例如，四个、五个、或多至八个或更多)纤维，这些纤维沿其长度的一段粘结在一起(此类纤维偶尔称为“结合(married)”纤维)。对本领域的普通技术人员而言这为基本原理在制备纺粘纤维网时应避免或最小化诸如宏束等特征，因为它们可能粘到缩束装置的内部并干扰纺粘工艺，可能在所收集的纤维网中导致绳状集聚，从而使纤维网出现不期望的不均勻性，等等。尽管在任何纺粘纤维网中均会在某种程度上存在这样的宏束 (例如，图3的比较例1纤维网中可存在一些)，然而本发明人假设宏束量的增加可能至少部分地导致本文所公开的纤维网的独特性质。在图4中，存在于本文所公开的纤维网中的宏束指向外(由标号50指示)。具体地讲，图5的示例性纤维网示出本文所公开的纤维网的独特结构，其中存在大量宏束(这些宏束常常可大致在纤维网的平面内取向)。此结构可与本领域中的至少一些纤维网形成对比(例如，包含间隙形成纤维的一些纤维网)。本领域中的此类纤维网尽管整体上可能具有高蓬松度，但其可能具有不均勻结构，其中纤维网的内部具有相对高的蓬松度，而纤维网的一个或两个表面具有相对低的蓬松度(即，更致密)。本文所述的纤维网由于不包括相对致密的表面区域，因而可更能够允许粒子渗透到纤维网的内部区域中并保持在其中，这可有助于本发明人所指出的优异的深度填塞能力。虽然同样不希望受理论或机制限制，然而图2所示类型的缩束装置的独特设计 (本领域的技术人员会认为其具有相对短长度的拉延室)在如本文所述操作时可尤其有利于允许此类宏束成功产生并结合到纺粘纤维网中。因此，本文所公开的纤维网可通过相对于熔融聚合物通过量显著减少拉延空气 (以及可选地，骤冷空气)的量来生成。本领域的技术人员会认为本文所公开的拉延空气的量处于如下范围内所述范围通常被认为太低，从而会导致操作熔纺工艺时的上述困难， 和/或导致上述不期望的纤维网特征。因此，本文所公开的条件没有落入熔纺工艺的普通条件的惯常优化范围内。实例1-3中讨论了利用减少的骤冷空气流和拉延空气流生成的纤维网的实例(与相对于熔融聚合物通过量的量，通常使用的空气流速进行比较)。发明人还发现，如果充分增加熔融聚合物通过量，则在仍使用相对大的骤冷空气和/或拉延空气量的同时也可实现本文所公开的结果。实例4给出了以这样的方式生成的纤维网的实例。在这种情况下，骤冷空气和拉延空气与比较例1相当，但熔融聚合物通过量以足以实现本文所公开的有利结果的因子增加。因此，本文所公开的纤维网可通过相对于熔融聚合物通过量显著减少拉延空气 (以及可选地，骤冷空气)的量来生成，而无论这是通过(例如)减少骤冷空气和拉延空气， 或通过(例如)增大熔融聚合物通过速率，或该二者之某种组合而实现的。尽管本文中给出了工艺条件的某些组合(已证明其尤其适用于本文所给出类型的设备)，然而本领域的普通技术人员将理解，本文所公开的条件在一定程度上可能是本文所用设备的设计所特有的。可能不得不通过本文公开内容的教导，针对任何特定生产线获得合适的工艺条件组合。 并且，如所述，某些设备(例如，包括本文所述的创新的缩束装置设计的那些设备)可能最适合于生产本文所公开的纺粘纤维网。在生产本文所公开的高蓬松度纤维网时，纤维收集方法也可被调控至有利。例如， 施加于纤维收集表面(例如，通过图1所示的气体抽离装置14施加)的真空量可保持为最小，以便维持最高蓬松度(然而，同样意外地，本文所公开的纤维网已证明即使使用相对大量的真空也能够保持高蓬松度)。收集表面19的速度(形成速度)也可被调控至有利， (例如)以进一步降低密实度并增大蓬松度，如表IA和表2A所示出的。同样，任何后续粘结方法(其常常用于增强纤维网的完整性和物理强度)可被调控至有利。因此，在使用图1 的受控加热装置101时，由装置101提供的任何受热空气的流速和/或此类工艺中所施加 (例如，通过气体抽离装置14施加)的任何真空的量可被最小化。或者，在通过压延进行粘结时，力的量和/或实际压延面积可保持为最小(例如，可使用点粘结)。具体对于压延，如果此类压延被执行为使得其使接收压延力的纤维网区域显著致密，并且使得相对大的纤维网区域被如此压延，则致密区域可使纤维网的某些测量性质(例如，有效纤维直径)相对于纤维网在被压延之前固有实现的性质(以及相对于纤维网的未接收压延力的区域所呈现的性质)而改变。因此，在纤维网已被如此压延的特定情况下，可能有必要测试纤维网的未压延区域，和/或在其预压延条件下测试纤维网，以确定纤维网是否落入本文所公开的参数范围内。如上所述，根据本文的公开内容，本文所公开的纤维网可包括纤维，所述纤维暴露于相对低速或程度的骤冷和/或相对低速或程度的拉延。这样，在各种实施例中，本文所公开的纤维网可包括不包括双折射不同达5%或更高的纵向分段的纤维；和/或其中在分级密度(Graded Density)测试(如美国专利6，916，752 (Berrigan等人)中所公开的)，少于五个纤维段变得相对于水平面成至少60度的角设置的纤维。在一些实施例中，本文所公开的纤维网可包括如本文所定义的“直接收集的纤维”。在一些实施例中，本文所公开的纤维网可包括基本连续的纤维，表示纤维具有相对长(例如，大于六英寸)的无限长度。这样基本连续的纤维可与(例如)人造短纤维形成对比，人造短纤维通常相对短(例如，六英寸或更短)和/或短切成有限长度。在各种实施例中，本文所公开的纤维网的基重可在(例如)每平方米30-200克范围内。在各种实施例中，本文所公开的纤维网的厚度可在约0. 5mm至约3. Omm范围内。在一些实施例中，本文所公开的纤维网为自支承的，这意味着它们具有足够的完整性，从而可利用正常工艺和设备来处理(例如，可卷绕成卷、成褶、组装成过滤装置等)。 如本文中所述，可使用粘结工艺(例如，经由受控加热设备的自生粘结、点粘结等)来增强此自支承特性。在各种实施例中，本文所公开的纤维网具有至少约ΙΟμπκ至少约14μπι或至少约 18 μ m的实际纤维直径。在另外的实施例中，本文所公开的纤维网具有至多约30 μ m、至多约25 μ m或至多约20 μ m的实际纤维直径。在各种实施例中，本文所公开的纤维网具有至少约15 μ m、至少约20 μ m或至少约 25 μ m的有效纤维直径。在另外的实施例中，本文所公开的纤维网具有至多约45 μ m、至多约35 μ m或至多约30 μ m的有效纤维直径。在各种实施例中，可使用任何方便的热塑性纤维形成聚合材料来形成本文所公开的纤维网。此类材料可包括(例如)聚烯烃(例如，聚丙烯、聚乙烯等)、聚对苯二甲酸乙二酯、尼龙以及这些材料中任何材料的共聚物和/或共混物。在一些实施例中，可向本文所公开的纤维网中添加其他纤维、添加剂等。例如，可包括人造短纤维，可使用用于各种目的的粒状添加剂、吸附剂等，如本领域所已知的。具体地讲，(例如)如果需要，可存在氟化添加剂或处理，以便改善纤维网的耐油性。在一些实施例中，如本领域所熟知的，可通过(例如)水充电(hydrocharging)、电晕充电等对本文所公开的纤维网充电。例如支撑层、预过滤层等附加层可与本文所公开的纤维网组合(例如，通过层合)。因此，在一些实施例中，本文所公开的纤维网可作为多层制品中的一个或多个子层而存在。在一些实施例中，本文所公开的纤维网可如本领域所熟知地成褶，(例如)以形成褶皱型过滤器以用于诸如空气过滤等应用中。如先前所述，本领域的普通技术人员将区别纤维网整体的这种成褶与各个纤维的卷曲。本文所述的褶皱型过滤器可为自支承的，意味着它们在经受强制通风系统中通常会遇到的空气压力时不会过度伸缩或弯倒。本文所述的褶皱型过滤器可具有一个或多个稀松布和/或周边框架以增强褶皱型过滤器的稳定性。图 5示出示例性褶皱型过滤器114，其包含由本文所述的纺粘纤维网20构成的过滤介质，并且还包括周边框架112和稀松布110。尽管图5中示出与过滤介质的一个面不连续接触的平坦构造，然而稀松布110可与过滤介质一起成褶(例如，从而与过滤介质基本上连续接触)。 稀松布110可由非织造材料、线、玻璃纤维等构成。可能由于其高蓬松度和有效纤维直径与实际纤维直径的高比率允许其用作深度过滤器，本文所述的纤维网可呈现出有利的过滤性质，例如与低压降结合的高过滤效率。此类性质可通过任何熟知的参数来表征，这些参数包括渗透率百分比、压降、品质因子、捕集效率(例如，最低复合效率、最低效率记录值)等。在特定实施例中，本文所公开的纤维网具有至少约0. 5、至少约0. 7或至少约1. 0的品质因子。SM测试工序密实度和蓬松度密实度是通过将纤维网的所测堆密度除以构成纤维网的固体部分的材料的密度来确定。纤维网的堆密度可通过首先测量纤维网(例如，IOcmX IOcm的区段)的重量来确定。将测量的纤维网的重量除以纤维网面积，得到纤维网的基重，以g/m2为单位记录。纤维网的厚度可通过获得(例如，通过冲模切割)135mm直径的纤维网盘并在纤维网顶部居中放置IOOmm直径的230g重物的情况下测量纤维网厚度而测得。纤维网的堆密度是通过将纤维网的基重除以纤维网的厚度来确定，以g/m3为单位记录。然后，通过将纤维网的堆密度除以包括纤维网的固体纤维的材料(例如，聚合物) 的密度来确定密实度。(如果供应商未规定材料密度，则可通过标准装置来测量聚合物的密度。)密实度是通常以百分比来记录的无量纲比率。蓬松度通常记录为100 %减去密实度(例如，7 %的密实度相当于93 %的蓬松度)。有效纤维肓径卞艮 ig Davies, C. N.白勺 “The Separation of Airborne DustandParticles" (Institution of Mechanical Engineers,London,Proceedings IB, 1952) 中示出的方法来评价纤维网的有效纤维直径(EFD)。除非另有说明，否则测试以Hcm/sec 的面速度进行。实际纤维盲径和纤维网表征通过经由扫描电镜以500倍或更大的放大率对纤维网成像并利用Olympus DP2-BSW图像分析程序来评价纤维网中纤维的实际纤维直径(AFD)。针对每一纤维网样品获得至少100个单独的直径测量值，并将这些测量值的均值记录为该纤维网的AFD。可使用经由显微镜(例如，光学或SEM)的视觉检测来确定纤维网是否包括给定类型的纤维(例如，卷曲纤维、间隙收集纤维和/或双组分纤维)。这可通过检测纤维片段 (例如，显现于显微镜视野中)来进行，而不论纤维片段是否可来自各个单独的纤维，或者检测的至少一些片段是否可来自足够长以在视野内来回绕多次的纤维。因此，这样每二十个纤维中少于一个为给定类型的表征在本文中被定义为表示每二十个纤维片段(如(纤维网的适当数量的不同区域的)视觉检测过程中所评价的)中少于一个为给定类型。%渗诱率、压降和品质因子纤维网样品的渗透率百分比、压降和过滤品质因子(QF)是利用包含D0P(邻苯二甲酸二辛酯)液滴的测试用气溶胶来确定，以85升/分钟的流速递送(除非另外指明)以提供Hcm/s的面速度，并利用TSITMModel8130高速自动过滤器测试机(可从TSI Inc.商购获得)来评价。对于DOP测试，该气溶胶可包含直径约0. 185 μ m的粒子，且该自动过滤器测试机可在加热器关闭且粒子中和器打开时进行操作。可在过滤器的入口和出口处采用经校准的光度计来测量粒子浓度以及穿过该过滤器的粒子渗透率百分比。可采用MKS压力换能器(可从MKS Instruments商购获得)来测量穿过过滤器的压降(AP，mm H2O)。可使用如下公式来计算QF:
权利要求
1.一种纺粘纤维网，具有小于8. 0%至约4. 0%的密实度，并具有至少1. 40的有效纤维直径与实际纤维直径之比，其中所述纤维网基本上不含卷曲纤维、间隙形成纤维和双组分纤维。
2.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有至少约1.50的有效纤维直径与实际纤维直径之比。
3.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有至少约1.60的有效纤维直径与实际纤维直径之比。
4.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有约5.0%至约7. 5%的密实度。
5.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有约5.5%至约7. 0%的密实度。
6.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网被充电。
7.根据权利要求6所述的纤维网，其中所述纤维网具有至少约0.5的品质因子。
8.根据权利要求6所述的纤维网，其中所述纤维网具有至少约0.7的品质因子。
9.根据权利要求6所述的纤维网，其中所述纤维网具有至少约1.0的品质因子。
10.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网成褶，从而包括多行相向的褶皱。
11.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网包括直接收集的纤维团。
12.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有至少约0.8mm的厚度。
13.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网通过自生粘结而粘结。
14.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网的至少一些纤维包括宏束，所述宏束包括来自至少五个粘结在一起的纤维的片段。
15.根据权利要求14所述的纤维网，其中所述宏束大体上在所述纤维网的平面内取向。
16.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网的实际纤维直径为约10微米至约 25微米。
17.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网的有效纤维直径为约15微米至约 45微米。
18.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网的实际纤维直径为约10微米至约 25微米，且所述纤维网的有效纤维直径为约15微米至约45微米。
19.根据权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网包括单组分纺粘纤维网。
20.一种自支承褶皱型过滤器，包括过滤介质，所述过滤介质包括多个相向的褶皱，并且所述过滤器还包括沿着所述过滤介质的边缘存在的周边框架，其中所述过滤介质包括纺粘纤维网，所述纤维网具有小于8. 0%至约4. 0%的密实度，并具有至少1. 40的有效纤维直径与实际纤维直径之比，其中所述纤维网基本上不含卷曲纤维、间隙形成纤维和双组分纤维。
21.根据权利要求20所述的自支承褶皱型过滤器，其中所述过滤器包括正面和背面， 并且其中所述过滤器包括安装到所述过滤器的表面的至少一个稀松布。
全文摘要
本发明公开了基本上不含卷曲纤维和间隙形成纤维的高蓬松度纺粘纤维网。所述纤维网呈现出小于8.0％至约4.0％的密实度和至少1.40的有效纤维直径与实际纤维直径之比。本发明还公开了制备此类纤维网的方法。
文档编号B01D39/02GK102482819SQ201080037458
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月30日 优先权日2009年7月2日
发明者乔纳森·M·利瑟, 安德鲁·R·福克斯, 约翰·D·施泰尔特, 迈克尔·R·贝里甘 申请人:3M创新有限公司