用于生产非织造织物的方法和装置的制作方法

专利名称：用于生产非织造织物的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于形成非织造织物的方法，以及一种用于形成这种织物的装置。
背景技术：
如今所使用的许多医疗护理衣服以及用品、防护衣服、停尸房和兽医产品、以及个人护理用品部分或者完全由非织造织物构成。这种产品的例子包括消费者和职业者医疗和护理用品如外科垫巾、大褂和绷带、防护工作服如衣裤相连的工作服和实验服以及婴儿、儿童和成人的防护吸湿性用品如尿布、裆部特别厚的内裤、游泳衣、失禁用衣服和短裤、卫生巾、擦布以及类似产品，但并不限于此。对于非织造纤维织物的这种应用提供了触觉的、舒适的以及美学的特性，这些特性能够逼近传统的纺织或编织衣服材料的特性。非织造织物也可以广泛地用作液体以及气体的过滤媒质或者空气过滤应用，因为它们可以形成精细纤维的过滤网格，具有较小的平均孔隙尺寸，适用于拦截颗粒物质，而穿过网格后的压力降却比较低。
非织造织物具有单根纤维或者纤丝的物理结构，它们一般以任意的方式交织在一起，而不是如编织或者纺织织物那样以矩形的、可以识别的方式交织在一起。纤维可以是连续的或者是不连续的，并且通常由普通种类的聚烯烃、聚酯和聚酰胺这类的热塑性聚合物或者共聚物树脂以及许多其它的聚合物构成。也可以将聚合物混和或者将多组分纤维相配。非织造纤维织物由熔融挤压工艺例如纺粘以及熔喷形成，那些通过干法成网工艺如梳理或者气流成网将人造短纤维形成的非织造织物在本领域中也是众所周知的。另外非织造织物可以用于与其它非织造层相配的合成材料，例如在纺粘/熔喷(SM)以及纺粘/熔喷/纺粘(SMS)的层压织物中，并且也可以与热塑性薄膜组合使用。非织造织物也可以粘合、压花、加工以及/或者上色以给予所希望的不同的属性，这取决于最终的应用。
这种用于纺织连续的长丝纱线和连续的纤丝或者纤维例如纺粘纤维以及纺织微纤维如熔喷纤维的熔融挤压工艺以及相关的形成非织造织物或者织物的工艺在本领域中已经公知。通常纤维非织造织物例如纺粘非织造织物是用纤维挤压装置例如喷丝头、以及指向横向或者“CD”的纤维细化装置如拉丝单元(FDU)形成的。也就是说，该装置的定位与织物产品的方向成90度的角度。非织造织物的方向众所周知为“纵向”或者“MD”。尽管纤维一般以无定向的方式在成形面上成网，但是因为纤维由指向横向的喷丝头以及拉丝单元出来，并在纵向移动的成形面上沉积，所获得的非织造织物具有总体上均匀的定向性，其中指向纵向的纤维比指向横向的纤维多。例如材料抗张强度、延展性以及材料障碍的属性是材料均匀性和纤维或纤丝在织物中的定向性的函数已经得到了广泛的认可。作了很多尝试使得纤维或者纤丝在织物内以规则的方式分布，这些尝试包括使用静电来给纤维或者纤丝充电、使用扩张机使纤维或者纤丝指向希望的定向、使用机械偏斜装置用于同样的目的、以及重定向纤维成形装置。但是还要继续努力以一种与由对许多这种非织造织物的一次性使用引起的成本协调的方式获得这种规则性。

发明内容
本发明提供了一种制造非织造织物的方法，该方法包括的步骤有提供多根纤维、使纤维在拉伸狭槽中承受气动细化力，该细化力使纤维具有一个速度、在一个扩散腔中降低纤维的速度，该扩散腔基本上在对置分叉的侧壁之间构成、给纤维在进入扩散腔前给纤维施加静电荷，其中静电荷由两个或者多个相对指向的充静电单元施加、然后将纤维在移动的成形面上聚集成织物。一个充静电单元离扩散腔的距离可以明显比至少另一个充静电单元离扩散单元的距离更近。
在另一种实施方式中，提出了一种方法，其包括的步骤有提供多根纤维、使纤维在拉伸狭槽中承受气动细化力，该气动细化力使纤维具有一个速度、在一个扩散腔中降低纤维的速度，该扩散腔基本上在对置分叉的侧壁之间构成、当纤维在扩散腔中时给纤维施加静电荷，其中静电荷由至少一个位于分叉的侧壁上方的充静电单元施加、然后将纤维在移动的成形面上聚集成织物。静电荷可以用两个或者多个相对指向的充静电单元施加，其中至少一个充静电单元位于每个分叉的侧壁上方，而至少一个充静电单元离拉伸狭槽的距离可以明显比至少另一个充静电单元离拉伸狭槽的距离更近。
在另一种实施方式中提出了一种方法，其包括的步骤有提供多根纤维、使纤维在形成于对置的拉伸狭槽侧壁之间的拉伸狭槽中承受气动细化力，该气动细化力使纤维具有一个速度、给纤维施加静电荷，静电荷由位于其中一个拉伸狭槽侧壁上的充静电单元施加、在一个扩散腔中降低纤维的速度，该扩散腔基本上在对置分叉的侧壁之间构成、然后将纤维在移动的成形面上聚集成织物，其中气动细化力由只从与其上布置有充静电单元的拉伸狭槽侧壁相对的拉伸狭槽侧壁进入拉伸狭槽的细化空气提供。
本发明还提出了一种用于制造非织造织物的装置，其包括一个纤维源、一个在对置的狭槽侧壁之间构成的纤维拉伸狭槽、一个基本上在对置分叉的侧壁之间构成的扩散腔，其中扩散腔位于拉伸狭槽下面、两个或者多个相对指向的位于扩散腔上方的充静电单元、以及一个用于将纤维聚集成非织造织物的成形面。至少其中一个充静电单元与扩散腔的距离可以明显比至少另一个充静电单元离扩散腔的距离更近。
在另一种实施方式中，该装置包括一个纤维源、一个在对置的狭槽侧壁之间构成的纤维拉伸狭槽、一个基本上在对置分叉的侧壁之间构成的扩散腔，其中扩散腔位于拉伸狭槽下面、至少一个位于扩散腔的其中一个分叉的侧壁上的充静电单元、以及一个用于将纤维聚集成非织造织物的成形面。该装置可以有两个或者多个相对指向的充静电单元，其中至少一个充静电单元位于每个分叉的侧壁上，并且至少一个充静电单元与拉伸狭槽的距离可以明显比至少另一个充静电单元离拉伸狭槽的距离更近。
在上述任何一种实施方式中，对置分叉的侧壁可以没有排气口，气动细化力可以用扰动的细化空气提供，对置分叉的侧壁中的一个或者两个可以具有至少一个漩涡发生器。


附图示出图1示出了生产非织造织物的示例性的过程的示意图；图2A和图2B示出了用于给纤维施加静电荷的装置的实施例；图3示出了图1中示例性过程的一部分的替代实施例的更详细视图；
图4示出了图1中示例性过程的一部分的替代实施例的更详细视图。
具体实施例方式
在这里以及权利要求书中所用的术语“包括”指包含或者是开放式的，不排除还有其它未列出的元件、组成成分或者方法步骤。
这里所用的术语“聚合物”一般包括均聚物、共聚物例如成块共聚物、接枝共聚物、无规共聚物和交替共聚物以及三元共聚物等，以及其混合和改性，但是并不限于此。另外除非特别规定，术语“聚合物”应当包括所有可能的化学式结构几何构型。这些构型包括等规的、间规的以及无规对称的。
这里所用的术语“纤维”指短纤维以及连续纤维，除非另有规定。
这里所用的术语“单一组分”纤维指由一个或者多个挤压机只用一种聚合物形成的纤维。但是这里不排除由一种聚合物形成的、添加了少量添加物用于上色、抗静电属性、润滑、亲水性等。这些添加物例如用于上色的二氧化钛通常少于5个重量百分比，更典型的是大约2个重量百分比。
这里所用的术语“多组分纤维”指的是由至少两种成分的聚合物形成的纤维，或者具有不同的属性或者添加物的同一种聚合物，由独立的挤压机挤压但纺在一起成为一根纤维。多组分纤维有时也称为组合纤维或者双组分纤维。聚合物布置在基本上稳定定位的分离的区域中横向垂直于多组分纤维的横截面并连续沿着多组分纤维的长度延伸。这种多组分纤维的构型例如可以是外鞘/芯部的构型，其中一种聚合物由另一种聚合物包围，或者可以是一种并排的构型、一种“海中之岛”的构型、或者布置成馅饼状夹层的形式或者是在一个圆形的、椭圆形的或者矩形的横截面的纤维上的条带的形式。多组分纤维例如在Kaneko等人的美国专利No.5108 820、Strack等人的美国专利No.5336552以及Pike等人的美国专利No.5 382 400中有讲解。对于两组分纤维，聚合物的比例可以是75/25、50/50、25/75或者其它希望的比例。
这里所用的术语“双组元纤维”或者“多组元纤维”指的是由至少两种聚合物或者用具有不同的属性或者添加物的同种纤维形成的纤维，由相同的挤压机挤压混和，其中聚合物并不布置在基本上稳定定位的分离的区域中横向垂直于多组分纤维的横截面。这种通常类型的纤维例如在Gessner的美国专利No.5 108 827中讨论。
这里所用的术语“非织造织物”或者“非织造材料”是指具有独立纤维或者纤丝结构的织物，其交织在一起，但并不是以可以识别的方式例如编织或者纺织织物。非织造织物由多道工序例如熔喷工序、纺粘工序、气流成网工序以及织物梳理工序形成。非织造织物的基重通常用克每平方米(gsm)或者每平方码材料盎司数(osy)来表示，并且纤维直径通常用微米来表示(注意将osy换算成gsm时将osy乘以33.91)。
术语“纺粘”或者“纺粘法非织造织物”指的是小直径纤维的非织造纤维或者纤丝材料，其由喷丝头的多个毛细孔通过挤压熔融热塑性聚合物形成纤维。挤压纤维在用喷射机构或者其它熟知的拉伸机构进行拉伸时进行冷却。拉出的纤维在成形面上以任意的方式沉积或者成网形成蓬松地缠绕的纤维织物，然后将成网的纤维织物进行结合工序使其具有物理上的完整性以及尺寸稳定性。纺粘织物产品例如在Appel等人的美国专利No.4 340 563号、Dorschner等人的第3692618号以及Matsuki等人的第3 802 817中公开了。有代表性的是，纺粘纤维或者纤丝的每单位长度重量超过1但尼尔并且最大可达大约6但尼尔或者更高，尽管可以制造更精细或者更重的纺粘纤维。对于纤维直径，纺粘纤维的平均直径通常大于7微米，更确切地说大约在10和25微米之间，最大可达大约30微米或者更大。
这里所用的术语“熔喷纤维”意思是指通过多个精细的、通常是圆形的毛细孔挤压熔融的热塑性材料形成的纤维或者微纤维，并作为熔融的细丝或者纤维进入收敛的高速气流(例如空气流)，使得熔融热塑性材料的纤维细化以减小其直径。然后，熔喷纤维由高速气流带走并沉积在聚集面上形成任意分散的熔喷纤维。这种处理例如在Buntin的美国专利No.3 849 241中公开了。熔喷纤维可以是连续的或者是不连续的，其平均直径通常小于10微米，更多的情况下小于7微米，甚至小于5微米，在沉积到聚集面上时一般是粘结的。
这里所用的“点状热粘合”包括使织物或者纤维织物或者其它薄层材料经过加热的砑光辊和支承辊之间粘合。砑光辊通常在其表面上有(尽管不总是有)某种形式的图案，这样整个织物不是在其整个表面上粘合。结果是，砑光辊许多图案的开发不仅用于功能上的原因，还用于美学上的原因。一种图案的例子具有点，并且是HansenPennings或者“H&P”的图案，在大约200平方英寸的粘合面积下具有30％的粘合面积，这在Hansen和Pennings的美国专利No.3855046中有讲解。H&P图案具有正方形的点或者针脚粘合面积，其中每个针脚的边长为0.038英寸(0.965mm)，两个针脚之间的空间间隔0.070英寸(1.778mm)，粘合的深度为0.023英寸(0.584mm)。获得的图案具有29.5％的粘合面积。另一种典型的点粘合图案是展开的Hansen和Pennings或者“EHP”粘合图案，其用边长0.037英寸(0.94mm)、针脚空间距离0.097英寸(2.464mm)以及深度0.039英寸(0.991mm)的正方形针脚产生15％的粘合面积。其它通常的图案包括高密度的菱形或者“HDD图案”，其包括每平方英寸大约460个针脚的点粘合(大约每平方厘米71个针脚)用于约15％至约23％的粘合面积，并且一种线形编织的图案看上去像名称建议，例如像窗格子。典型的是，粘合面积占据织物层压织物面积的百分比在大约10％和30％之间变化。点状热粘合通过将纤维在层中的粘合给予单独的层整体性，以及/或者对于多层的层压制品来说，点粘合将层保持在一起形成粘接层压制品。
具体实施方式
本发明提出了一种用于形成具有高度均匀性的纤维非织造织物的方法，并提出了一种用于形成这种非织造织物的装置。参考附图将对本发明进行更完整地描述。参看图1，这里以示意侧视图的形式示出了用于生产非织造织物的示例性的过程。参考图1，生产流水线10是参考生产单一组分连续纤维描述的，但是应该理解本发明也包括用多组分纤维(也就是说纤维具有两种或者更多的组分)制造的非织造织物。
生产流水线10包括一个用于将从聚合物储料器20喂入挤压机30的聚合物熔融和挤压的挤压机30。聚合物从挤压机30通过聚合物管道40喂入一个纤维源，例如喷丝头50。喷丝头50形成纤维60，其可以是单一组分或者多组分的纤维。在需要多组分纤维时，使用一个第二挤压机，其由一个第二聚合物储料器喂给。用于挤压多组分连续纤维的喷丝头对于该技术领域的普通技术人员来说是熟知的，因此这里不再详细描述；但是在Cook的美国专利No.5 989 004中描述了一种用于生产多组分纤维的喷丝组合的实施例，其整个内容在此作为参考。
适用于本发明的聚合物包括已知的适合于生产非织造织物和材料的聚合物，例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚碳酸脂和共聚物以及其混合物。合适的聚烯烃包括聚乙烯，例如高密度聚乙烯、中等密度聚乙烯、低密度聚乙烯以及线性低密度聚乙烯；聚丙烯，例如等规聚丙烯、间规聚丙烯、等规聚丙烯和无规聚丙烯的混和；聚丁烯，例如聚1-丁烯和聚2-丁烯；聚戊烯，例如聚1-戊烯和聚2-戊烯；聚3-甲基-1-戊烯；聚4-甲基-1-戊烯；和共聚物以及其混合物。合适的共聚物包括无规共聚物和块状共聚物，由两种或者多种不同的不饱和烯烃单体制成，例如乙烯/丙稀和乙烯/丁烯共聚物。合适的聚酰胺包括尼龙6、尼龙6/6、尼龙4/6、尼龙11、尼龙12、尼龙6/10、尼龙6/12、尼龙12/12、己内酰胺和亚烃基氧化二胺的共聚物等，也可以是其的混和或者共聚物。合适的聚酯包括聚交脂和聚乳酸聚合物以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸四亚甲酯、聚对苯二亚环己酸-1，4-二亚甲脂，以及其间规共聚物，也可以是其混合物。
喷丝头50具有布置成一列或者多列的开口或毛细孔。当聚合物通过喷丝头挤出时喷丝头开口形成了向下延伸的纤维60“幕”或者“束”。图1中示例性的生产流水线10也包括一个冷却风机64，其位于从喷丝头50延伸的纤维60幕的附近。来自冷却风机64的空气将从喷丝头50延伸的纤维60进行冷却。冷却风可以从纤维幕的一侧导引，如图1所示，或者也可以在纤维幕的两侧导引。这里所用的术语“冷却”简单地表示使用一种媒质降低纤维的温度，该媒质比纤维冷，例如使用冷空气流，环境温度的空气流或者稍微加热至中等加热的空气流。这种处理可能还希望包括一种用于将由熔融的聚合物产生的难闻的烟带出的装置(未示出)，例如真空除尘器，安置在喷丝头50上方或者附近。
用于接收冷却的纤维幕或者束的拉丝单元或者吸气器70位于喷丝头50以及冷却风机64的下面。用于熔融纺丝聚合物的拉丝单元或者吸气器在本领域中是熟知的。合适的拉丝单元例如包括在Matsuki等人的美国专利No.3 802 817号以及Appel等人的美国专利No.4 340563号以及4 405 297中所示类型的线性纤维吸气器，这些都在此作为参考。
一般来说，拉丝单元70包括一个用作细化腔纵向垂直的通道或者的拉伸狭槽，由通常来自通道或者拉伸狭槽两侧的吸气空气将纤维拉过该通道或者拉伸狭槽并向下流过该通道。细化腔或者纤维拉伸狭槽由对置的板或者侧壁构成，在图1中用72和74表示。对置的侧壁72和74一般基本上相互平行，并且在一种传统的纤维制造装置中一般垂直于水平方向。拉丝单元使用移动的气动流，例如由风机(未示出)提供的吸气空气，该气动流将纤维拉过狭槽。吸气空气可以是加热的，也可以不加热。吸气空气在纤维从喷丝头50中挤出后在纤维上施加细化力或者拉力，并使纤维加速。在这种应用气动拉力或者细化力将纤维加速时，使纤维细化，也就是说减小纤维的直径。吸气空气也将纤维幕或者束导引拉过拉丝单元70的细化腔。在可卷曲的构型中使用多组分纤维，并且希望在纤维沉积前激活纤维中潜在的螺旋卷曲，那么风机向拉丝单元70提供加热的吸气空气。在这方面，加热的吸气空气同时使纤维细化以及激活潜在的螺旋卷曲，这在Pike等人的美国专利No.5 382 400中所述，这里作为参考。在可卷曲的构型中使用多组分纤维，但是希望纤维沉积后在某些点激活纤维中潜在的螺旋卷曲，则风机向拉丝单元70提供不加热的吸气空气，并在纤维沉积后向织物的某些点提供热量以激活潜在的卷曲。
当纤维从拉丝单元70出来时它们穿过扩散器，以使它们沉积为非织造织物前降低纤维的速度。所示位于拉丝单元70底部出口下面的是示例性的扩散腔80。合适的扩散腔或者扩散器在Geus等人的美国专利N0.5 814 349中公开了，这里对其进行整体引用。如在美国专利No.5814 349中所述，优选将扩散腔布置在拉丝单元出口稍微下方，以使环境空气能够从旁边吸入扩散腔。如图1所示，扩散腔80在对置的侧壁82和84之间构成。可以从图1中看出，对置的侧壁82和84具有分叉，也就是说，对置的侧壁82和84朝底部向外倾斜，使得朝着扩散器底端体积扩大。对置的侧壁82和84优选是基本上连续且没有排气口，这样莱塞细化空气射流的空气不会从扩散腔的壁中逸出，而是穿过扩散腔80后从扩散腔80的底部流出。构成了图1中所示的扩散腔80的分叉的侧壁82和84在扩散腔的上部基本上相互平行，并且在其开始相互分叉的点处从垂直平面倾斜或者分叉大约5度的角度。但是扩散腔的侧壁是可以调整的，由此分叉的角度也是可以调整的，而且分叉的角度可以小于5度或者大于5度。扩散腔80逐渐扩展或者增加的体积运行快速移动的细化空气射流在从拉丝单元70出来并经过扩散腔80时其体积逐渐膨胀。
当气动射流在扩散腔80中膨胀时，其速度降低，并且纤维速度同样也降低，这允许纤维束在纵向上略微展开。也就是说，当纤维束向下经过扩散腔时，其在纵向上的尺寸开始略大于其在细化腔的对置的侧壁72和74之间时的尺寸。但是，为了使得纤维沉积时有高的材料均匀性，非常希望纵向纤维束展开的程度大于仅仅在扩散腔中产生的纤维束展开程度。例如，当纤维从扩散腔80出来时，优选使纤维束在纵向上展开扩散腔80底部纵向尺寸的50％。更有利的是使纤维束展开更多，例如使纤维束展开扩散腔80底部纵向尺寸的70％，或者甚至是90％，或者更多。
为了增加纤维束纵向展开程度，使用在本领域中熟知的充静电装置是有利的，其给纤维束的纤维施加静电荷，或者在其经过拉丝单元70的纤维拉伸狭槽时，或者在其经过扩散腔80时，或者在两种情况下都施加静电荷。示出了以对置的方式布置在拉丝单元70的对置的侧壁72和74上的示例性的充静电单元76和78。如图1所示，如果使用对置的充静电单元，优选将其偏置或者交错地配置，使得一个充静电单元在生产线上高于或者低于另一个。如图1所示，充静电单元78在其对应的侧壁上安装的比充静电单元76低，也就是离扩散腔更近。
一般地说，充静电装置包括一列或者多列产生电晕放电的放电针脚，由此给纤维充静电，并且纤维一旦充电，就有相互排斥的趋势，并且由此帮助避免多组单根纤维聚集或者“粘接”在一起。给纤维充电来生产具有改进的纤维分布的非织造织物的示例性过程在2002年7月4日出版的Haynes等人共同转让的PCT公开文献WO 02/52071中公开了，其公开的技术在这里作为参考。图2A中示出了一种示例性的充静电装置的详细视图。在图2A中以侧视图示出了电晕放电设备，其整体用201表示，其按照本发明是有用的。电晕放电设备201包括一个充静电装置如电极列210，其与电源209连接。电极210包括多个基本上沿着拉丝单元的拉伸狭槽的横向宽度延伸的杆，例如四个杆213、215、217、219，每个杆包含多个凹进的放电针脚221，其同样基本上沿着拉丝单元的拉伸狭槽的横向宽度延伸。电极列优选用电绝缘体205与电极列安装在其上的侧壁隔离。电晕放电设备201优选也包括一个目标电极230，其包括目标板231。目标电极230可以接地或者与电源239连接，并且优选用电绝缘体235与目标电极安装在其上的侧壁隔离。尽管在图1中不能看到，每个充静电单元76和78与一个相应的目标电极连接，目标电极参考图2A进行描述。
在另一种实施例中，为了帮助纤维束纵向展开，可以优选在扩散器内部使用一个或者多个充静电单元。如果在扩散腔内部使用多于一个的充静电单元，多个充静电单元可以设置在同一个扩散腔侧壁上。但是也可以优选将至少一个充静电单元设置在扩散腔的各自的侧壁上。当充静电单元设置在两个侧壁上，它们可以直接相互面对面，也就是充静电单元可以设置在扩散腔80内基本上相同的高度上。但是，将充静电单元在扩散腔内设置成交错的配置也可能是有利的，即类似于关于对图1中充静电单元76和78在拉丝单元70内的交错配置的描述。图3表示一种示例性的扩散腔，以及表示了充静电单元的交错布置。
图3中更详细地示出了一种示例性的扩散腔的侧视图，类似于参考图1描述的扩散腔80，并且位于图1中拉丝单元70的下方。如上面已经提到，示例性的扩散器在Geus等人的美国专利No.5 814 349中公开了。如图3所示，整体用300表示的扩散腔由一般情况下对置的侧壁310和320界定。在图3中所示的实施例中，充静电单元312和322分别位于侧壁310和320内。充静电单元312和322以交错排列方式或者偏置配置方式布置。在图3中，充静电单元322离拉丝单元(图1)的拉伸狭槽的距离比充静电单元322离拉伸狭槽的距离更近，也就是说充静电单元322在扩散腔中在侧壁320上的位置比充静电单元312在侧壁310上的位置高。其它与图1和图3中不同的配置和组合也是可以的。如已经提及，充静电单元也可以相互面对面设置，即在扩散腔内部基本上位于相同的垂直高度上。同样，当使用三个或者更多的充静电单元时，它们可以继续图3中所示的交错排列方式，或者也可以将某些充静电单元直接相互面对面布置，而其它充静电单元以交错排列方式布置。
优选使扩散腔的侧壁能够如图所示通过调整侧壁310上的杆314、316和318以及侧壁320上的杆324、326和328来调整。如图3所示，在操作调整杆时，可以配置扩散腔使得扩散器的侧壁310和320的某个在图3中用括号B表示的扩散器区域中开始向外倾斜或者相互分叉前的垂直部分(在图3中用括号A表示的扩散器区域)基本上相互平行。同样也可以使侧壁310和320的整个长度沿其整个长度相互分叉。也可以是另一种配置，即优选根据生产过程变化例如纤维生产速度和流过扩散腔的拉伸空气量来决定。例如可以优选使侧壁310和320在分叉前稍微靠拢，产生文丘里管口或者喉管的横截面，而不是根据上面对图3的描述那样基本上相互平行。
参看图1，还示出了一个循环的网带成形面110，其位于拉丝单元70和扩散腔80的下面来接收来自扩散腔80的输出口的细化的纤维100。在网带成形面110的下面有一个真空源(未示出)，该真空源有利于将细化的纤维拉到网带成形面110上。接收到网带成形面110上的纤维包括蓬松连续纤维的非织造织物，其可以根据希望用加固装置130进行初步加固，以帮助将织物传送到粘合装置。加固装置130可以是一种在本领域中已知的机械压实辊，或者可以是将加热的空气喷到织物上或者吹过织物的气刀，如在Arnold等人的美国专利No.5 707 468中所述，其在这里作为参考。
生产流水线10还包括一个粘合装置，例如砑光辊150和160，如图1所示，其用于将非织造织物如上所述进行点状热粘合。作为替代方案，如果纤维是具有不同熔点的聚合物组分的多组分纤维，本领域的普通技术人员熟知的空气通流粘合器的应用是有利的。一般来说空气通流粘合器将加热的空气流吹过连续多组分纤维的织物，由此通过使用加热的具有等于或者高于熔融温度较低的聚合物组分的熔融温度且低于熔融温度较高的聚合物组分的熔融温度的温度的空气形成纤维间粘合。作为另一种替代方案，纤维可以通过使用其它在本领域中已知的装置来粘合，例如胶接装置、超声波结合装置或者缠结装置如水刺或者针刺。
最后，生产流水线10还包括一个卷绕辊180用于缠绕粘合的织物170。还有许多在本领域中已知的附加的可能的处理以及/或者加工步骤在这里没有示出，例如织物纵向切割、拉伸、处理或者将非织造织物与其它材料碾压成合成物，例如薄膜或者其它非织造层，这些都可以进行而不会偏离本发明的主题和范围。织物处理的例子包括电介体处理将持久的静电导入织物，或者在替代方案中进行抗静电处理。另一种织物处理的例子包括使得含有疏水热塑性材料的织物具有湿水性或者亲水性的处理。湿水性处理添加剂可以合并在聚合物熔融物中作为内部处理，或者局部地添加在纤维或者织物形成后的某些点上。另一种处理织物的例子包括使其对低表面能的液体如酒精、乙醛以及酮具有抵抗性的处理。这种抗液性处理的例子包括将碳氟化合物或者局部地加入织物或织物纤维，或者将碳氟化合物在内部加入由其挤压出纤维的热塑性熔融物。另外作为一种将非织造织物缠绕在卷绕辊180上的替代方案，非织造织物可以进行不同的转化操作或者产品成形操作而不进行卷绕。
在另一种实施例中，非织造织物构型的均匀性可以通过扰动供给拉丝单元的细化空气进一步提高或者加强。图4中以更详细的横截面侧视图示出了一种示例性的喷槽拉伸单元例如图1中所示的拉丝单元70。如图4所示，对置的侧壁410和420基本上垂直于水平方向并且相互之间基本上平行，并在其之间限定了一个纵向的拉伸狭槽或者细化腔430，在纤维在出口432从细化腔排出并进入扩散腔(图1)前穿过该拉伸狭槽或者细化腔。同样细化腔430也限定了上喷射器侧面412和422。高速空气允许通过其中一个或者两个空气稳压室414和424经过气刀缝隙进入细化腔来拉伸或者细化纤维。气刀缝隙416和426分别由上喷射器侧面和侧壁410之间的、以及上喷射器侧面422与侧壁420之间的空间或者间隙确定。可以通过一个或者多个风机或者泵(未示出)将空气送入空气稳压室414和424。通过气刀缝隙416和426进入细化腔的空气可以优选使用一个或者多个机械扰动阀进行扰动来加强纵向纤维束展开，机械扰动阀交替地扰动送入两个稳压室的空气流，并用于交替地增大两个稳压室中的空气压力。这种吸入空气的扰动在Lau等人的美国专利No.5 807 795中进行了描述，在这里进行整体引用，并且可以优选使用或者位于纤维拉伸狭槽或者位于扩散腔中的充静电单元。
作为使用扰动阀的替代方案和/或者补充方案，可以使用图4中所示的变换器418和428，其在上面提到的美国专利No.5 807 795中公开了。变换器418和428可以通过电信号来致动。例如，变换器实际上可以是大型扬声器，其接收一个电信号以异相激活0°到180°，从而在稳压室414和424中提供交替放大的压力。但是任何型式的合适的变换器都可以通过使用任意激活装置来产生放大的空气流。这可能包括电磁装置、液动装置、气动装置或者机械装置，但是并不限于这些装置。
在另一种实施例中可以使用一个唯一的充静电单元，或者在扩散腔中，或者在纤维拉伸狭槽中，同时使用特殊的空气动力来平衡由充静电单元产生的推斥力。例如，尽管上面已经参考图1描述过，纤维是通过吸气空气拉过拉丝单元的拉伸狭槽，其中吸气空气一般从通道的两边进入，其中在通道中布置了一个充静电单元，例如只在一个壁上形成了拉丝单元的拉伸狭槽，我们发现在纵向上展开的纤维束可能只能由从细化腔或者纤维拉伸狭槽的对置的侧壁进入拉丝单元的细化空气来加强。作为一种特殊的例子，并参考图4，充静电单元可以布置在侧壁420上，以便使得纤维在从拉伸狭槽或者细化腔430的出口432出来前充静电。在这个例子中以及对于这个实施例，因为充静电单元布置在侧壁420上，因此吸气空气可以只由对置侧壁410中的气刀缝隙416来提供。
在另一种实施例中，非织造织物组织的均匀性可以通过使用扩散腔的分叉的侧壁的内表面上或附近的漩涡发生器来进一步改进或者加强。漩涡发生器可以沿着一个或者多个壁布置，并且横向侧壁的横向隔开布置，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的内层的紊流、增加那个区域中的流体的能量、减少流体分离、允许空气流在侧壁分叉时更有效地适应侧壁、并因此提供空气流更完整地纵向散射，并因此提供更大的纤维束纵向展开。漩涡可以通过间隔位置处的一个或者多个侧壁上的凸舌或者隆起来产生，例如在Triebes等人的美国专利No.5 695 377中所描述，其在这里作为参考。根据漩涡发生器的布置以及在扩散腔内展开的纵向纤维束的数量，纤维在漩涡发生器上的捕捉或者拖曳可能是一个问题。在这种情况下，可能更希望使用凹坑或者反向凸舌作为漩涡发生器，也就是说从形成侧壁的材料的表面向里面延伸，而不是使用从侧壁的内表面向外延伸进入扩散腔的漩涡发生器。
产生漩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。例如一个或者多个基本沿扩散腔横向宽度延伸的反向的台阶可以用在侧壁内表面上来产生漩涡。作为另一个例子，可以在一个或者两个侧壁上使用空气射流，即穿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射精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No.5 988522中进行了整体描述，这里作为参考。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，而在另一端具有刚度更大的壁，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刚度更大的壁中的孔发出的流体(例如空气)射流。
尽管本发明主要参考具有基本平行的侧面的喷注狭槽型拉丝单元已经进行了描述，但我们相信其应用并不如此有限，其它类型的狭槽拉伸拉丝系统一样可以使用。例如我们相信例如在Appel等人的美国专利No.4 340 563以及4 405 297中描述的非喷射拉丝系统或者线性纤维吸出器以及具有一个通常类似于文丘里管口的横截面的拉伸腔壁的拉丝系统也是有利的，例如Grabowski等人的美国专利No.4 692106以及Balk的美国专利No.4 838 774中所述的系统，两者在这里都作为参考。
作为本发明的另一种实施例，非织造织物可以用于包括至少一层非织造织物和至少一层例如纺织织物层、附加的非织造织物层、泡沫层或者薄膜层的附加层的层压制品中。附加层或者层压制品的层可以选择给予附加的和/或者补充属性，例如液障和/或抗菌属性。因此层压制品的结构非常适用于不同的用途包括各种接触皮肤的用品，例如防护衣服、尿布覆盖层、成人护理用品、裆部特别厚的内裤和卫生巾、各种垫巾、手术大褂等。层压制品的层可以通过本领域中已知的适用于层压制品结构的过程粘合以形成整体的结构，例如热粘合、超声波结合或者胶接过程或者机械法缠结处理或者水刺处理。
作为一种实施例，透气薄膜可以层压到非织造织物来提供防漏气层压制品以获得有用的属性例如组织松软、强度以及障碍属性的希望的组合。作为另一种实施例，非织造织物可以层压到不透气薄膜中以提供一种高强度的、高防护性能的层压制品，其具有类似衣料的质地。这些层压制品结构提供了所希望的类似衣料的属性，提高了强度属性以及高的防护性能。另一种非常适用于本发明的层压制品结构是纺粘-熔喷-纺粘层压材料，例如在Brock等人的美国专利No.4 041 203中所公开，这里作为参考。
按本发明制造的非织造织物非常适合用于各种用途，例如包括上述的一次性用品，例如防护衣服、杀菌外套、手术衣服、以及手帕布料和衬垫、吸湿性用品的覆盖层以及其它组成部分。
下面的例子描述了目的，但本发明并不限于此。
样品纺粘非织造织物和对比纺粘非织造织物使用商业上可获得的熔体流动指数大约为35的等规聚丙烯制造，其可以从ExxonMobilChemical Co.(埃克森美孚化工公司)(休斯顿，得克萨斯)获得并被称为Exxon 3155。材料以大约0.5osy(大约17gsm)的基重(样品材料1和2；对比材料1和2)和大约0.4osy(大约14gsm)的基重(样品材料3和对比材料3)使用纺粘型狭槽拉伸非织造纺丝系统制造，这种纺丝系统例如在上面提到的Matsuki等人的美国专利No.3 802 817中描述，然后在成形面上聚集后，所有材料使用具有上述的HDD型粘合图案的砑光机进行热粘合。对于所有的材料，纤维的平均直径大约为17-18微米(大约1.8-2.0但尼尔)。样品材料和对比材料是在聚合物生产率为每纺纱盘11.0磅每英寸每小时(“PIH”)(大约196千克/米/小时)和13.9PIH(大约248千克/米/小时)下生产的。每种材料具体的聚合物生产率在表1中列出。对比材料1-3是在拉丝单元拉伸狭槽中通过纤维拉伸制造的，并通过一个唯一的充静电单元并且用一个基本上如Haynes等人的PCT公开文献WO 02/52071中所述的分段式机械偏转器目标电极充电。对于所有的样品材料，如下所述使用充静电设备和扩散腔。
对于样品材料，充静电系统位于拉丝单元拉伸狭槽出口附近，用于给纤丝幕充电，其在Haynes等人的PCT公开文献wO 02/52071中作了一般描述并在这里参考图1进行了描述，其中纤维在进入扩散腔前施加静电荷。但是用于给纤维充电的具体的设备在图2B中进行了示意性地描述，并且没有使用分段式机械偏转器。在图2B中示出了整个以附图标记250表示的电晕放电设备。充静电设备位于拉丝单元拉伸狭槽(图2B中没有示出)的出口253附近。电晕放电设备250包括两个错位布置的充静电装置，充静电装置具有电极列260和290，其分别与电源269和299连接。每个电极列包括两个基本上沿着拉丝单元的横向宽度延伸的杆，例如所示的电极列260的杆261和263以及电极列290的杆291和293。每个杆包括多个凹进的放电针脚265(列260)和295(列290)，同样基本上沿着拉丝单元的横向宽度延伸。拉丝单元侧壁用电绝缘体287和267与充静电设备隔离。每个电极列分别与相应的具有目标板271和281的对置目标电极270和280关联。充静电设备接地。但是需要注意的是，目标电极也可以与电源279和289连接。电绝缘体275位于电极列260和目标电极270之间，并且电绝缘体285位于电极列290和目标电极280之间。
同样对于样品材料1-3的生产，基本上如Geus等人的美国专利No.5 814 349中描述并在上面参考图1和图3(只是在扩散器内没有设置充静电单元)描述的扩散腔或者扩散器位于拉丝单元拉伸狭槽的下面。扩散腔安装在拉丝单元出口稍微下面，并且允许环境空气吸入扩散腔。调整杆设置在扩散器上用于使扩散腔侧壁在侧壁分叉前稍微收敛(构成文丘里管口横截面)。侧壁在扩散腔顶部的间距大约为1.55英寸(大约3.94cm)。扩散腔中的最小侧壁间距大约为1.35英寸(大约3.43cm)，位于侧壁开始向外分叉为大约3.15英寸(大约8cm)的最大侧壁间距前，该最大侧壁间距位于扩散腔底部或者出口处。从最小侧壁间距点或者收敛点开始侧壁从垂直方向向外的倾角大约为1.5度，并在扩散腔的底部形成所述的最大分叉。
第二组对比材料，即对比材料4和5是同时使用具有大约0.50osy(大约17gsm)的基重的材料以及相同的拉丝单元和扩散腔以及与样品1和2相同的处理参数来制造的，只不过在生产对比材料4和5时没有施加静电荷。
所有对比材料和样品材料在纵向(“MD”)和横向(“CD”)使用条带拉伸试验方法进行峰值抗张强度试验(在试验时拉延材料样本时出现的最大力)。抗张强度试验用由SinTech公司(Carey，NorthCarolina)的Sintech 2/S张力检测器按照ASTM-D-5035-90来进行，只不过使用3英寸(76.2mm)宽6英寸(152.4mm)长的切条样本代替程序D-5035-90中规定的1英寸(25.4mm)或者2英寸(50.8mm)宽的的样本。在CD和MD方向上各进行材料的抗张强度试验，并为每种材料将每个样本在每个方向上进行十五次重复试验获得的结果求平均值。拉伸试验的结果在表1和表2中所示，并且以克为单位记载用于拉伸材料的载荷。
在表中，对具有相同的基重，并且以相同的聚合物生产率制造的样品材料和对比材料进行了比较。例如在表1中，样品材料1与对比材料1进行比较，因为两者都是大约0.50osy(17gsm)的织物，并且两者都以大约11.0PIH(大约196千克/米/小时)的聚合物生产率生产。样品材料2与对比材料2进行比较，等等。可以从表1中看出，对于每对样品材料-对比材料，即对于两种材料基重试验以及对于在两种聚合物生产率下生产的材料，横向(CD)抗张强度在样品材料中明显高于对比材料。
表1

样品材料1和2的抗张强度同样与对比材料4和5进行比较并在表2中示出。在表2中列出的所有材料具有相同的基重，大约为0.50osy(大约17gsm)。每个样品材料与以相同的聚合物生产率生产的对比材料进行比较。例如样品材料1与对比材料4进行比较，因为两种材料都是在聚合物生产率大约为11.0PIH(大约196千克/米/小时)的情况下生产的，而样品材料2与对比材料5进行比较。对于样品材料，材料总张力(也就是说CD和MD抗张强度的组合)比对比材料高。也可以看出总张力的增加量当材料生产率从196增加到248千克/米/小时时增加更多。同样要注意，在材料视觉方面，样品材料的组织比具有相同基重的对比材料更均匀，并且这种均匀性差别随着材料生产率从196增加到248千克/米/小时变得越来越显著。
在本说明书中引用了许多其它专利，有可能在引用的材料和本说明书之间存在冲突或者差异，本说明书应当控制。另外，由于本发明已经详细描述了特殊的实施例，很明显那些本领域的普通技术人员可以作出多种替代方案、改进方案和/或其它改变，而不脱离本发明的主题和范围。因此所有这些改进方案、替代方案以及其它改变都包括在权利要求中。
表2

权利要求
1.一种用于制造非织造织物的方法，该方法包括a)提供多根纤维；b)使纤维在拉伸狭槽中承受气动细化力，该细化力使纤维具有一个速度；c)在扩散腔中降低纤维的速度，该扩散腔基本上在对置分叉的侧壁之间构成；d)在纤维进入扩散腔前给纤维施加静电荷，其中静电荷由两个或者多个相对指向的充静电单元施加；然后e)在移动的成形面上使纤维聚集成织物。
2.一种用于形成非织造织物的装置，包括a)纤维源；b)在对置的狭槽侧壁之间形成的纤维拉伸狭槽；c)基本上在对置分叉的侧壁之间形成的扩散腔，该扩散腔位于拉伸狭槽下方；d)两个或者多个相对指向的充静电单元，位于扩散腔上方；以及e)用于将纤维聚集成非织造织物的成形面。
3.按权利要求1或者2所述的方法或者装置，其特征在于至少一个充静电单元离扩散腔比至少另一个充静电单元离扩散腔明显更近。
4.按前述权利要求任一项所述的方法或者装置，其特征在于所述对置分叉的侧壁是没有排气口的。
5.按前述权利要求任一项所述的方法或者装置，还包括向拉伸狭槽提供扰动细化空气。
6.按前述权利要求任一项所述的方法或者装置，其特征在于所述对置分叉的侧壁中的至少一个包括至少一个漩涡发生器。
7.一种用于制造非织造织物的方法，该方法包括a)提供多根纤维；b)使纤维在拉伸狭槽中承受气动细化力，该细化力使纤维具有一个速度；c)在扩散腔中降低纤维的速度，该扩散腔基本上在对置分叉的侧壁之间构成；d)在纤维进入扩散腔期间给纤维施加静电荷，其中静电荷由至少一个位于分叉的侧壁上的充静电单元施加；然后e)在移动的成形面上使纤维聚集成织物。
8.一种用于形成非织造织物的装置，包括a)纤维源；b)在对置的狭槽侧壁之间形成的纤维拉伸狭槽；c)基本上在对置分叉的侧壁之间形成的扩散腔，该扩散腔位于拉伸狭槽下方；d)至少一个充静电单元，位于扩散腔的分叉的侧壁中的一个上；以及e)用于将纤维聚集成非织造织物的成形面。
9.按权利要求7或者8所述的方法或者装置，其特征在于所述对置分叉的侧壁是没有排气口的。
10.按权利要求7至9任一项所述的方法或者装置，包括两个或者多个相对指向的充静电单元，其中在每个分叉的侧壁上至少设置一个充静电单元。
11.按权利要求7至10任一项所述的方法或者装置，其特征在于至少一个充静电单元离拉伸狭槽比至少另一个充静电单元离拉伸狭槽更近。
12.按权利要求7至11任一项所述的方法或者装置，还包括向拉伸狭槽提供扰动的细化空气。
13.按权利要求7至12任一项所述的方法或者装置，其特征在于所述对置分叉的侧壁中的至少一个包括至少一个漩涡发生器。
14.一种用于制造非织造织物的方法，该方法包括a)提供多根纤维；b)使纤维在拉伸狭槽中承受气动细化力，该细化力使纤维具有一个速度，其中该拉伸狭槽在对置的拉伸狭槽侧壁之间形成；c)给纤维施加静电荷，其中静电由位于拉伸狭槽的其中一个侧壁上的充静电单元施加；d)在扩散腔中降低纤维的速度，该扩散腔基本上在对置分叉的侧壁之间构成；然后e)在移动的成形面上使纤维聚集成织物；其特征在于所述气动细化力由只从与上面设置有充静电单元的拉伸狭槽侧壁对置的拉伸狭槽侧壁进入拉伸狭槽的细化空气提供。
全文摘要
本发明提出了一种用于制造非织造织物的方法，该方法包括提供多根纤维；使纤维承受气动细化力，该细化力使纤维具有一个速度；在扩散腔中降低纤维的速度，该扩散腔基本上在对置分叉的侧壁之间构成；给纤维施加静电荷；然后在移动的成形面上使纤维聚集成织物。本发明还提供了一种用于形成非织造织物的装置，该装置包括纤维源；纤维细化腔；扩散腔，该扩散腔基本上在对置分叉的侧壁之间构成，并且该扩散腔位于纤维细化腔的下方；以及用于将纤维聚集成非织造织物的成形面。
文档编号D04H3/14GK1867722SQ200480030076
公开日2006年11月22日 申请日期2004年8月30日 优先权日2003年10月27日
发明者E·E·伦农, T·W·布罗克, B·D·海恩斯, D·J·许尔斯兰德 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司