用于制备非织造纤维网的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了方法和设备，所述设备包括：具有上端和基本上开放的下端的腔室，所述腔室定位在具有收集器表面的收集器上方；至少一个定位在所述下端上方的纤维入口；定位在所述腔室内的第一多个辊，其中每个辊具有多个从围绕中心旋转轴线的圆周表面向外延伸的突出部；定位在所述腔室内位于所述第一多个辊上方的第二多个辊，其中所述第二多个辊中的每一个具有多个从围绕中心旋转轴线的圆周表面向外延伸的突出部，并且所述第二多个辊被定位为从所述第二多个辊中的每一个的所述圆周表面向外延伸的所述突出部的至少一部分与从所述第一多个辊中的至少一个的所述圆周表面向外延伸的所述突出部的至少一部分垂直重叠。
【专利说明】用于制备非织造纤维网的方法和设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2011年12月30日提交的美国临时专利申请61/581，969的优先权，该专利的公开内容以引用方式全文并入本文。
【技术领域】
[0003]本公开涉及可用于制备非织造纤维网的方法和设备，更具体地，涉及用于制备气流成网非织造纤维网的方法和设备。
【背景技术】
[0004]由预成形的散纤维源制备非织造纤维网的各种方法是已知的。此类预成形的散纤维通常在形成后或用于形成非织造纤维网之前的储存过程中发生相当大程度的缠绕、纤维间粘合、团聚或“缠结”。一种由预成形的散纤维源形成纤维网的尤其有用的方法涉及气流成网法，其通常涉及提供在空气中处于良好分散状态的预成形纤维，然后当纤维在重力下通过空气沉降时在收集器表面上收集所述良好分散的纤维。已经公开了多种使用预成形的散纤维制备气流成网非织造纤维网的设备和方法，例如，美国专利6，233，787,7, 491，354、7，627，933 和 7，690，903，以及美国专利申请公开 2010/0283176A1。
【发明内容】
[0005]在一个方面，本公开描述了一种设备，所述设备包括具有上端和基本上开放的下端的腔室，该腔室定位在具有收集器表面的收集器上方；定位在下端上方的至少一个纤维入口 ；定位在腔室内的第一多个辊，其中每个辊具有从围绕中心旋转轴线的圆周表面向外延伸的多个突出部；定位在腔室内位于第一多个辊上方的第二多个辊，其中第二多个辊中的每一个具有从围绕中心旋转轴线的圆周表面向外延伸的多个突出部，并且第二多个辊被定位成使得从第二多个辊中的每一个的圆周表面向外延伸的突出部的至少一部分与从第一多个辊中的至少一个的圆周表面向外延伸的突出部的至少一部分垂直重叠。在一些示例性实施例中，设备还包括在收集器表面上方定位在腔室内的固定筛。在某些此类示例性实施例中，固定筛还定位在第一多个辊的下方。
[0006]在任意前述情况的一些示例性实施例中，第二多个辊中的每一个排列在延伸穿过第二多个辊中的每一个的中心旋转轴线的水平面中。在任意前述情况的其他示例性实施例中，第一多个辊中的每一个排列在水平面中，所述水平面延伸穿过第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线。
[0007]在任意前述情况的某些示例性实施例中，第二多个辊中的每一个在水平面中在与每个相邻辊的旋转方向相反的方向上旋转，所述水平面延伸穿过第二多个辊的每条中心旋转轴线。在一些此类示例性实施例中，第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线在平面中与选自第二多个辊的对应辊的中心旋转轴线垂直排列，所述平面延伸穿过第一多个辊中的一个的中心旋转轴线和选自第二多个辊的对应辊的中心旋转轴线。在一些具体的此类示例性实施例中，第一多个辊中的每一个在水平面中在与每个相邻辊的旋转方向相反的方向上旋转，所述水平面延伸穿过第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线，并且进一步地，其中第一多个棍中的每一个在与选自第二多个棍的每个对应棍的旋转方向相反的方向上旋转。任选地，在某些此类示例性实施例中，纤维入口定位在收集器表面的上方。
[0008]在其他示例性实施例中，第二多个辊中的每一个在水平面中在与每个相邻辊的旋转方向相同的方向上旋转，所述水平面延伸穿过第二多个辊的每条中心旋转轴线。在一些此类示例性实施例中，第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线在平面中与选自第二多个辊的对应辊的中心旋转轴线垂直排列，所述平面延伸穿过第一多个辊中的一个的中心旋转轴线和选自第二多个棍的对应棍的中心旋转轴线，其中第一多个棍中的每一个在水平面中在与每个相邻辊的旋转方向相反的方向上旋转，所述水平面延伸穿过第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线，任选地其中所述纤维入口定位在第一多个辊的下方。任选地，在某些此类示例性实施例中，纤维入口定位在第一多个辊的下方。
[0009]在任意前述情况的另一些示例性实施例中，每个突出部具有长度，并且第一多个辊中的每一个的至少一个突出部的至少一部分与第二多个辊中的一个的至少一个突出部的至少一部分纵向重叠。在一些此类示例性实施例中，所述纵向重叠对应于重叠的突出部中的至少一者的长度的至少90%。在某些此类示例性实施例中，第二多个辊中的每一个的一个突出部的至少一部分与第二多个辊中的相邻辊的一个突出部的至少一部分纵向重叠。在一些此类示例性实施例中，所述纵向重叠对应于重叠的突出部中的至少一者的长度的至少90%。在前述情况的其他示例性实施例中，第一多个辊中的每一个的至少一个突出部的至少一部分与第一多个辊中的相邻辊的至少一个突出部的至少一部分纵向重叠。在一些此类示例性实施例中,所述纵向重叠对应于重叠的突出部中的至少一者的长度的至少90%。
[0010]在另一个方面，本公开描述了制备非织造纤维网的方法，该方法包括:提供根据前述实施例中任一者的设备；将多根纤维引入腔室的上端；将多根纤维作为离散的基本上非团聚的纤维分散在气相中；将一组离散的基本上非团聚的纤维输送到腔室的下端；以及在收集器表面上收集该组离散的基本上非团聚的纤维作为非织造纤维网。
[0011]在一些示例性实施例中，所述方法还包括在从收集器表面移除非织造纤维网之前，在不使用粘合剂的情况下将该组离散的基本上非团聚的纤维的至少一部分粘结在一起。在任意前述情况的其他示例性实施例中，该方法还包括:将多个颗粒引入腔室内，将多根离散的基本上非团聚的纤维与多个颗粒在腔室内混合以形成基本上非团聚的离散纤维与颗粒的混合物，然后在收集器表面上收集该混合物作为非织造纤维网，并将颗粒的至少一部分固定至非织造纤维网。
[0012]在任意前述情况的另一些示例性实施例中，大于O重量％且小于10重量％的非织造纤维网包括多组分纤维，所述多组分纤维进一步至少包括具有第一熔融温度的第一区域和具有第二熔融温度的第二区域，其中第一熔融温度低于第二熔融温度，并且其中将颗粒固定到非织造纤维网包括:将多组分纤维加热到至少为第一熔融温度并低于第二熔融温度的温度，由此使颗粒的至少一部分通过粘结到多组分纤维的至少一部分的至少第一区域而固定到非织造纤维网，并且离散纤维的至少一部分在多个交点处与多组分纤维的第一区域粘结在一起。
[0013]在前述情况的另外的示例性实施例中，多根离散的基本上非团聚的纤维包括具有第一熔融温度的第一组单组分离散热塑性纤维，和具有大于第一熔融温度的第二熔融温度的第二组单组分离散纤维；其中，将颗粒固定至非织造纤维网包括:将第一组单组分离散热塑性纤维加热到至少为第一熔融温度且低于第二熔融温度的温度，使得颗粒的至少一部分粘结到第一组单组分离散纤维的至少一部分，并且进一步地，其中第一组单组分离散纤维的至少一部分粘结到第二组单组分离散纤维的至少一部分。
[0014]在前述情况的一些具体示例性实施例中，将颗粒固定至非织造纤维网包括下列中的至少一种:热粘结、自生粘结、粘合剂粘结、粉末状粘结剂粘结、水刺法、针刺法、压延法或它们的组合。在某些此类示例性实施例中，可将液体引入腔室中以润湿离散纤维的至少一部分，由此颗粒的至少一部分在所述腔室中附着到离散纤维的经润湿的部分。在前述情况的一些具体的此类示例性实施例中，在上端处、下端处、上端和下端之间、或它们的组合，将多个颗粒引入腔室中。
[0015]在任意前述情况的其他示例性实施例中，该方法还包括施加覆盖非织造纤维网的纤维覆盖层，其中纤维覆盖层通过气流成网法、湿法成网法、梳理法、熔吹法、熔体纺丝法、静电纺丝法、丛丝形成、气体射流原纤化、纤维分裂或它们的组合形成。在某些此类示例性实施例中，纤维覆盖层包括中值纤维直径小于I μ m的一组亚微米纤维，该亚微米纤维通过熔吹法、熔体纺丝法、静电纺丝法、丛丝形成、气体射流原纤化、纤维分裂或它们的组合形成。
[0016]在一些示例性实施例中，本公开的示例性设备和方法有利地提供纤维开松和气流成网的集成处理，即便对于高度缠结或成丛(如团聚)的纤维源(如天然纤维源)也是如此。在一些示例性实施例中，所述示例性设备和方法还有利地允许较高程度地控制纤维穿过开松腔室再循环的程度，外加将开松的纤维(即，非团聚的离散纤维)连续扬析出开松腔室并进入成形腔室，从而降低过度开松纤维的可能性，其中过度开松可能不利地导致纤维过度损耗、纤维损坏和/或形成对于后续处理或加工而言缺乏足够完整性的非织造纤维网。
[0017]已汇总了本公开的示例性实施例的各个方面和优点。以上概述并非旨在描述本发明的每个图示实施例或每项具体实施。随后的附图和【具体实施方式】将更具体地举例说明使用本文所公开的原理的某些优选实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]还结合附图进一步描述本公开的示例性实施例，图中:
[0019]图1A为侧视图，示出了根据本公开各个示例性实施例的可用于形成气流成网非织造纤维网的示例性设备和方法。
[0020]图1B为侧视图，示出了根据本公开各个示例性实施例的可用于形成气流成网非织造纤维网的另一种示例性设备和方法。
[0021]图1C为详细横截面顶视图，示出了根据本公开的各个示例性实施例的图1A的示例性设备和方法的一部分的细节。
[0022]图2A-2C为详细横截面侧视图，示出了用于制备本公开的气流成网非织造纤维网的设备和方法的示例性实施例。
[0023]图3为详细横截面侧视图，示出了根据本公开的示例性实施例的可用于形成气流成网非织造纤维网的设备和方法的另一个示例性实施例。
[0024]虽然可不按比例绘制的以上附图示出了本公开的各个实施例，但还可以想到其他的实施例，如在【具体实施方式】中所述。在所有情况下，本发明通过示例性实施例的表示而非通过表达限制来描述当前公开的发明。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多其他的修改和实施例，这些修改和实施例落入本发明的范围和实质内。
【具体实施方式】
[0025]如本说明书和所附实施例中所用，单数形式“一个”和“所述”包括多个指代物，除非内容明确地另外指明。因此，例如，提及的包含“某种化合物”的细旦纤维包括两种或多种化合物的混合物。如本说明书和所附实施例中所用，术语“或”的含义一般来讲包括“和/或”的含义，除非该内容明确地另外指明。
[0026]如本说明书所用，由端点表述的数值范围包括归入该范围内的所有数值(例如I至 5 包括 1、1.5、2、2.75,3,3.8、4 和 5)。
[0027]除非另外指明，否则在所有情况下，本说明书和实施例中所使用的所有表达数量或成分、性质测量等的数值均应理解成由术语“约”所修饰。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附实施例列表中所述的数值参数可以根据本领域技术人员利用本发明的教导内容寻求获得的所需性质而有所变化。从最低程度上说，每一个数值参数并不旨在限制等同原则在受权利要求书保护的实施例的范围内的应用，至少应该根据所报告的数值的有效数位和通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。
[0028]对于以下定义术语的术语表，整个申请应以这些定义为准，除非在权利要求书或说明书中的别处提供不同的定义。
[0029]术语表
[0030]“气流成网法”是通过其可形成非织造纤维网层的工艺。在气流成网工艺中，具有介于约3至约52毫米(mm)范围内的典型长度的小纤维束被分离并被夹带在气体(如，空气、氮气、惰性气体等)中，并且随后通常借助于真空源而沉积到成形筛上。无规取向的纤维可随后使用例如热点粘结、自生粘结、热空气粘结、针刺法、压延法、喷雾粘合剂等彼此粘结。在例如美国专利4，640，810 (Laursen等人)中提出了示例性气流成网工艺。
[0031]具体涉及从第一辊延伸的第一突出部相对于从相邻的第二辊(水平或垂直相邻)延伸的第二突出部的“纵向重叠”是指第一突出部的整个长度与第二辊空间重叠或“接合”的百分比。
[0032]“开松”是指将一丛高度团聚的纤维转变成基本上非团聚的离散纤维的过程。
[0033]具体涉及一组纤维的“基本上非团聚的”是指在一组纤维中，至少约80%，更优选地90%、95%、98%、99%或甚至最多100重量％的纤维包括未粘附或粘结到其他纤维的单独的离散纤维。
[0034]“非织造纤维网”指具有单独纤维或纤维的结构的制品或片材，所述单独纤维或纤维夹在中间，但是并非如针织物中那样的可辨认的方式。非织造织物或纤维网已由多种方法形成，例如，如熔吹法、气流成网法和粘结梳理成网法。
[0035]“内聚非织造纤维网”指通过足以形成自支承纤维网的纤维缠结或粘结来表征的纤维网。
[0036]“自支承”意指纤维网具有足够的抱合力和强度，以便在基本上不会被撕裂或破裂的情况下适于悬挂并能够被处理。
[0037]具体涉及从非织造纤维网的主表面延伸的突出部的“非中空”指所述突出部不含除了在无规取向的离散纤维之间的微观空隙(即空隙体积)之外的内部腔体或空隙区域。
[0038]具体涉及一组纤维的“无规取向的”指纤维主体基本上不在单个方向上排列。
[0039]“湿法成网”是通过其可形成非织造纤维网层的工艺。在湿法成网工艺中，具有介于约3至约52毫米(mm)的典型长度的小纤维束被分离并被夹带在液体供给中，并且随后通常借助于真空源而沉积到成形筛上。水通常是优选的液体。无规沉积的纤维还可进一步缠结(例如水力缠结)，或可利用例如热点粘结、自生粘结、热空气粘结、超声波粘结、针刺法、压延法、施加喷雾粘合剂等粘结到彼此。在例如美国专利5，167，765 (Nielsen等人)中提出了示例性湿法成网和粘结工艺。在例如美国专利申请公布2008/0038976A1 (Berrigan等人)中也公开了示例性粘结工艺。
[0040]“共成形”或“共成形工艺”是指其中至少一个纤维层与至少一个不同纤维层基本同时形成或并列形成的工艺。通过共成形工艺制备的纤维网通常被称作“共成形纤维网”。
[0041]“颗粒装填法”或者“粒子装填工艺”指在纤维流或纤维网形成的同时将颗粒添加到其中的工艺。在例如美国专利4，818，464(Lau)和4，100，324(Anderson等人)中提出了示例性颗粒装填工艺。
[0042]“颗粒“和“粒子”实质上可互换使用。一般来讲，颗粒或粒子意指细分形式的材料的不同小块或单个部分。然而，颗粒也可以包括细碎形式的相关或群聚在一起的单独粒子的集合。因此，本公开的某些示例性实施例中所使用的单独颗粒可以聚集、物理地互相结合、静电地相关或以其他方式相关以形成颗粒。在某些实例中，可有意形成单独颗粒团形式的颗粒，例如在美国专利5，332，426 (Tang等人)中所述的那些。
[0043]“颗粒装填的介质”或“颗粒装填的非织造纤维网”指这样一种非织造纤维网，所述非织造纤维网具有开口结构的缠结的离散纤维块，含有陷入纤维内或粘合至纤维的颗粒，所述颗粒是化学活性的。
[0044]“陷入”意指颗粒分散并在物理上固定在纤维网的纤维中。一般来讲，沿纤维和颗粒存在点和线接触，以使得颗粒的几乎整个表面区域可用于与流体相互作用。
[0045]“微纤维”指群体中值直径为至少一微米(μ m)的一组纤维。
[0046]“粗微纤维”指群体中值直径为至少10 μ m的一组微纤维。
[0047]“细微纤维”指群体中值直径小于10 μ m的一组微纤维。
[0048]“超细微纤维”指群体中值直径为2 μ m或更小的一组微纤维。
[0049]“亚微米纤维”指群体中值直径小于I μ m的一组纤维。
[0050]“连续取向的微纤维”指从模具放出并移动通过处理工位的基本上连续的纤维，在处理工位中纤维被永久性地拉伸，且纤维内聚合物分子的至少部分被永久性地取向成与纤维的纵向轴线排列(相对于特定纤维使用的“取向的”指纤维的聚合物分子的至少部分沿着纤维的纵向轴线排列)。
[0051]“单独制备的微纤维”指的是由微纤维成形设备(如模具)制备的微纤维流，所述微纤维成形设备的布置方式使得微纤维流初始时与较大尺寸的微纤维流在空间上是分开的(例如，有约I英寸(25mm)或更大的距离)，但将在行程中与之合并以及分散到其中。
[0052]“纤维网基重”由1cmXlOcm纤维网样品的重量计算，并且通常用克每平方米(gsm)表不。
[0053]在施加压力为150Pa的条件下，使用测试脚尺寸为5cmX12.5cm的测厚仪在1cmX 1cm纤维网样品上测量“纤维纤维网厚度”。
[0054]“堆密度”是取自文献的每单位体积的组成纤维网的本体聚合物或聚合物共混物的质量。
[0055]“有效纤维直径”或“EFD”是基于空气渗透试验的纤维网中纤维的表观直径，在空气渗透试验中，空气在I个大气压和室温下以规定的浓度和面速度(通常5.3厘米/秒)穿过纤维网样品，并测量对应的压降。根据所测量的压降，有效纤维直径得以计算，如在机械工程师协会，《伦敦论文集》(1B，1952)Davies1C.N.的“气载尘埃和颗粒的分离，，(The Separat1n of Airborne Dust and Particulates, Institut1n of MechanicalEngineers, London Proceedings, IB (1952))中提出。
[0056]“分子相同聚合物”意指具有基本相同的重复分子单元的聚合物，但其在分子量、制备方法、商业形式等等方面可以不相同。
[0057]“层”意指两个主表面之间形成的单层。层可内部存在于单个纤维网内，例如在具有限定纤维网厚度的第一主表面和第二主表面的单个纤维网中用多个层形成的单层。层也可以存在于包含多个纤维网的复合制品中，例如当具有限定纤维网厚度的第一主表面和第二主表面的第一纤维网被具有限定第二纤维网厚度的第一主表面和第二主表面的第二纤维网覆盖或垫起时(在这种情况下，第一纤维网和第二纤维网中的每一个均形成至少一个层)第一纤维网中的单层。另外，层可以同时存在于单个纤维网内、该纤维网和一个或多个其他纤维网之间,其中每一个纤维网形成一个层。
[0058]相对于特定第一层的“邻接”意指在某一位置与另一个第二层连接或附连，在该位置处，第一层和第二层靠近(即，相邻)并直接接触彼此，或彼此邻接但不直接接触(即，在第一层和第二层之间插入一个或多个附加层)。
[0059]“颗粒密度梯度”、“吸附剂密度梯度”和“纤维群体密度梯度”意指特定纤维群体内的颗粒、吸附剂或纤维材料的量(如，在纤维网的限定区域内每单位体积给定材料的数量、重量或体积)不需要在整个非织造纤维网上是均匀的，并且该量可以变化，以在纤维网的某些区域中提供更多的材料，而在其他区域中提供较少的材料。
[0060]“模具”指在聚合物熔融处理和纤维挤出工艺中使用的处理组件，包括但不限于熔喷和纺粘。
[0061]“熔吹”和“熔喷工艺”指用于通过如下方式形成非织造纤维网的方法:穿过模具中的多个喷丝孔挤出熔化的成纤材料以形成纤维，同时使所述纤维与空气或其他细化用流体接触以将所述纤维细化成纤维，随后收集经细化的纤维。在例如美国专利6，607, 624 (Berrigan等人)中提出了示例性熔吹法。
[0062]“熔喷纤维”指通过熔吹法或熔喷工艺制备的纤维。
[0063]“纺粘法”和“纺粘加工”指用于通过将熔化的成纤材料从喷丝头的多根细毛细管挤出成连续或半连续纤维，并随后收集经细化的纤维而形成非织造纤维网的方法。一个示例性的纺粘加工公开于例如美国专利3，802, 817 (Matsuki等人)中。
[0064]“纺粘纤维”和“经纺粘的纤维”指使用纺粘法或纺粘加工制得的纤维。这种纤维通常为连续纤维，并且充分缠结或点粘结以形成内聚非织造纤维网，使得通常不能从这种纤维的整体中取出一根完整的纺粘纤维。所述纤维还可具有例如在美国专利5，277，976 (Hogle等人)中描述的那些形状，在上述专利中描述了具有非常规形状的纤维。
[0065]“梳理法”和“梳理工艺”指通过将短纤维通过梳理或梳理单元加工而形成非织造纤维网的方法，所述梳理或梳理单元分离或拆分短纤维并沿着纵向排列短纤维，从而形成总体上纵向取向的非织造纤维网。在例如美国专利5，114，787 (Chaplin等人)中提出了示例性梳理工艺。
[0066]”粘结梳理纤维网”是指通过梳理工艺形成的非织造纤维网，其中至少一部分纤维通过包括例如热点粘结、自生粘结、热空气粘结、超声波粘结、针刺法、压延法、施用喷雾粘合剂等的方法粘结在一起。
[0067]“自生粘结”意指在烘箱或通风粘结器中，在未施加例如点粘结或压延的固体接触压力的条件下而获得的高温下的纤维间的粘结。
[0068]“压延”指将非织造纤维网在施加压力的情况下穿过辊从而获得压缩和粘结的非织造纤维网的方法。辊可任选地进行加热。
[0069]“致密化”意指下述处理，通过该处理，在沉积之前或之后，对直接或间接沉积到过滤器卷绕心轴或轴柄上的纤维进行压缩，并通过设计或作为处理正在形成的或已形成的过滤器的一些方法的人为结果使得这些纤维整体或局部形成孔隙度低的区域。致密化还包括将纤维网压延的过程。
[0070]“流体处理单元”、“流体过滤制品”或“流体过滤系统”意指包含流体过滤介质的制品，例如多孔非织造纤维网。这些制品通常包括用于流体过滤介质的纤维外壳以及用来使经处理的流体从该流体外壳以适当方式通过的出口。术语“流体过滤系统”还包括任何相关的将原始流体(例如，未经处理的气体或液体)从经处理的流体分离的方法。
[0071]“空隙体积”指在多孔或纤维主体(如纤维网或过滤器)内未填充空间的百分比或分数值，该百分比或分数值可通过如下方式进行计算:测量纤维网或过滤器的重量和体积，然后将所述重量与具有该相同体积的相同组分材料的实心体的理论重量进行比较。
[0072]“孔隙度”意指材料中的空隙空间的测量。孔隙和空隙的大小、频率、数量和/或互相连通性都对材料的孔隙度有贡献。
[0073]现在将具体参照附图描述本公开的各种示例性实施例。在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可以对本发明的示例性实施例作出各种修改和更改。因此，应当理解，本发明的实施例并不限于以下所述的示例性实施例，而是受权利要求书及其任何等同物中提出的限制约束。
[0074]A.用于制备气流成网非织造纤维网的设备
[0075]在示例性实施例中，本公开提供了一种集成设备，该设备可开松成丛(即，团聚的)纤维以形成基本上非团聚的离散纤维，该基本上非团聚的离散纤维可用于形成气流成网非织造纤维网。
[0076]1.用于将成丛纤维开松和形成气流成网的纤维网的设备
[0077]现在参见图1A，图中示出了可被配置为实施各种工艺以制备气流成网非织造纤维网234的示例性设备220。该设备包括:具有上端和基本上开放的下端的一体式开松和成形腔室，该腔室定位在具有收集器表面的收集器上方；至少一个定位在下端上方的纤维入口 ；定位在腔室内的第一多个辊，其中每个辊具有多个从围绕中心旋转轴线的圆周表面向外延伸的突出部；定位在腔室内位于第一多个辊上方的第二多个辊，其中第二多个辊中的每一个具有多个从围绕中心旋转轴线的圆周表面向外延伸的突出部，并且第二多个辊被定位成使得从第二多个辊中的每一个的圆周表面向外延伸的突出部的至少一部分与从第一多个辊中的至少一个的圆周表面向外延伸的突出部的至少一部分垂直重叠。在一些示例性实施例中，设备还包括在收集器表面上方定位在腔室内的固定筛。在某些此类示例性实施例中，第一多个辊的下方也定位有固定筛。
[0078]图1B示出了示例性设备220的可供选择的实施例，其可被配置成实施各种工艺以制备气流成网非织造纤维网234。设备220包括:具有开放的上端和下端的纤维开松腔室400 ;至少一个用于将多根纤维116引入开松腔室400的纤维入口 219 ;定位在开松腔室内的第一多个辊222”-222”’，其中每个辊具有多个从围绕中心旋转轴线的圆周表面向外延伸的突出部221-221’；以及具有上端和下端的成形腔室402，其中成形腔室的上端与开松腔室400的上端流体连通，成形腔室402的下端基本上开放并且定位在具有收集器表面319’的收集器232上方。
[0079]现在参见图1A-1B，在任意前述情况的其他示例性实施例中，第一多个辊222”-222”’中的每一个被显示为排列在水平面中，所述水平面延伸穿过第一多个辊222”-222”’中的每一个的中心旋转轴线，使得突出部221’在延伸穿过第一多个辊222 ” -222 ”’中的每一个的中心旋转轴线的水平面中纵向重叠。
[0080]在前述的示例性实施例中，设备220还可以有利地包括定位在开松腔室400内的位于第一多个辊222”-222”’上方的第二多个辊222-222’，第二多个辊222-222’中的每一个具有中心旋转轴线、圆周表面以及从圆周表面向外延伸的多个突出部221-221’。
[0081]在一些此类示例性实施例中，第二多个辊222和222’中的每一个排列在水平面中，所述水平面延伸穿过第二多个辊222-222’中的每一个的中心旋转轴线。在图1A-1B中，第二多个辊222-222’中的每一个被显示为排列在水平面中，所述水平面延伸穿过第二多个辊222和222’中的每一个的中心旋转轴线，使得每个水平相邻辊的突出部221-221’在延伸穿过第一多个辊222”-222”’中的每一个的中心旋转轴线的水平面中纵向重叠。
[0082]图1C提供了根据本公开各个示例性实施例的详细横截面顶视图(穿过图1B的查看线IC截取)，其示出了从第二多个辊222-222’中的第一辊222的圆周表面延伸的突出部221与从第二多个辊222-222’中的第二辊222’的圆周表面延伸的突出部221’的水平纵向重叠(即，水平接合)，所述第二辊222’定位成与第一辊222水平相邻。
[0083]在图1A、2A和2B中示出的一些示例性实施例中，第二多个辊222和222’中的每一个在水平面中在与每个相邻辊222’和222的旋转方向相反的方向上旋转，所述水平面延伸穿过第二多个辊222-222’的每条中心旋转轴线，如通过图1A、2A和2B中的方向箭头所
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[0084]在图1B和2C中示出的另外的示例性实施例中，第二多个辊222和222’中的每一个在水平面中在与每个相邻辊222’和222的旋转方向相同的方向上旋转，所述水平面延伸穿过第二多个辊222-222’的每条中心旋转轴线，如通过图1B和2C中的方向箭头所示。
[0085]在图1A和IB中示出的另外的示例性实施例中，第一多个辊222”_222”’中的每一个的中心旋转轴线在平面中与选自第二多个辊222-222’的对应辊222或222’的中心旋转轴线垂直排列，所述平面延伸穿过第一多个辊222”-222”’中的一个的中心旋转轴线和选自第二多个辊222-222’的对应辊222或222’的中心旋转轴线。
[0086]在图1A-1B和2A-2B中示出的某些此类示例性实施例中，第一多个辊222”和222”’中的每一个在水平面中在与每个相邻辊222”’或222”的旋转方向(通过图1A中的方向箭头所示)相反的方向(通过图1A-1B和2A-2B中的方向箭头所示)上旋转,所述水平面延伸穿过第一多个辊222”-222”’中的每一个的中心旋转轴线。
[0087]在图1A和2A-2B中示出的一些具体示例性实施例中，第一多个辊222”-222”’在与选自第二多个辊222-222’的每个对应(垂直相邻)辊的旋转方向相反的方向上旋转。任选地，在此类示例性实施例中，纤维入口 219定位在收集器表面319’上方，例如如图1A中所示。
[0088]在通过图2C示出的一些可供选择的实施例中，第一多个辊222”_222”’在与选自第二多个辊222-222’的每个对应(垂直相邻)辊的旋转方向相反的方向上旋转。任选地，在此类示例性实施例中，纤维入口 219定位在收集器表面319’上方，例如如图1A-1B中所
/Jn ο
[0089]在通过图1B和2C所示的前述情况的另外的可供选择的实施例中，第二多个辊222-222’ (图1B)或第一多个辊222”-222”’ (图2C)中的每一个在水平面中在与每个相邻辊222’或222的旋转方向相同的方向(通过图1B和2C中的方向箭头所示)上旋转，所述水平面延伸穿过第二多个辊222-222’的每条中心旋转轴线。
[0090]在通过图1B和2A-2B所示的其他示例性实施例中，第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线在平面中与选自第二多个辊的对应辊的中心旋转轴线垂直排列，所述平面延伸穿过第一多个辊中的一个的中心旋转轴线和选自第二多个辊的对应辊的中心旋转轴线，其中第一多个辊中的每一个在水平面中在与每个相邻辊的旋转方向相反的方向上旋转，所述水平面延伸穿过第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线。任选地，在此类示例性实施例中，纤维入口定位在第一多个辊222”-222”’下方，如在图1B中所示。
[0091]如通过图2A-2C所示,在前述情况的另一些示例性实施例中，每个突出部221具有长度，并且第一多个辊222”-222”’中的每一个的至少一个突出部221的至少一部分与第二多个辊222-222’中的垂直相邻辊222或222’中的一个的至少一个突出部221的至少一部分垂直地纵向重叠，如图2中由辊222和222”以及辊222’和222”’所示。在某些此类示例性实施例中，垂直的纵向重叠对应于垂直重叠的突出部221中的至少一个的长度的至少90%。
[0092]优选地，第一多个辊222”-222”，中的每一个以约5_50Hz、更优选地10_40Hz、甚至更优选地约15-30HZ或甚至约20Hz的旋转频率V2旋转。
[0093]在图2A-2C中所示的前述情况的另外示例性实施例中，第二多个辊222和222’中的每一个的一个突出部221的至少一部分与第二多个辊的各自水平相邻辊222’或222的一个突出部221的至少一部分水平地纵向重叠。在某些此类示例性实施例中，水平的纵向重叠对应于水平重叠的突出部中的至少一个的长度的至少90 %。
[0094]优选地，第二多个辊222-222’中的每一个以约15_50Hz、更优选地10_40Hz、甚至更优选地约15-30HZ或甚至约10-20HZ的旋转频率Vl旋转。
[0095]为了使得未开松的纤维丛能较大程度地穿过第一多个辊222”_222”’进行再循环，优选地，第二多个辊222-222’中的每一个以旋转频率Vl旋转，所述旋转频率Vl大于选自第一多个辊222”-222”’的对应的垂直接合辊的旋转频率V2。在一些示例性实施例中，第二多个辊222-222’的旋转频率Vl与第一多个辊222”_222”’的旋转频率V2的比率V1/V2被选择为0.5:1、1:1、2:1或甚至更优选地4:1。
[0096]在图2A-2C中所示的前述情况的另一些示例性实施例中，第一多个辊222”和222”’中的每一个的至少一个突出部221的至少一部分与第一多个辊的各自水平相邻辊222”’或222”的至少一个突出部221的至少一部分水平地纵向重叠。在某些此类示例性实施例中，水平的纵向重叠对应于水平重叠的突出部221中的至少一个的长度的至少90%。
[0097]在图3中所示的一些可供选择的示例性实施例中，设备220还可以有利地包括定位在开松腔室400内位于第一多个辊222”-222”’和第二多个辊222-222’上方的另外的(如第三、第四或更高的)多个辊222””-222””’，所述另外的多个辊222””-222””’中的每一个具有中心旋转轴线、圆周表面以及从圆周表面向外延伸的多个突出部221。
[0098]在一些示例性实施例中，所述另外的多个辊222””和222””’中的每一个的至少一个突出部221的至少一部分与所述另外的多个辊222””-222””’的各自水平相邻辊222””或222””的至少一个突出部221的至少一部分水平地纵向重叠。在某些此类示例性实施例中，水平的纵向重叠对应于水平重叠的突出部221中的至少一个的长度的至少90%。
[0099]在图3所示的一些具体实施例中，所述另外的多个辊222””-222””被定位成不与其他辊(例如辊222或222’ )垂直地纵向重叠。所述另外的多个辊222””-222””的此类定位提供了一种辊构型，其中第一多个辊222”和222”’与第二多个辊222和222’配合工作，以使团聚的纤维116丛再循环并因此“开松”，从而形成基本上非团聚的离散纤维116’，通过另外多个垂直脱离的辊222””-222””的旋转动作，该基本上非团聚的离散纤维116’可被输送出开松腔室400的顶部并进入成形腔室402的顶部。
[0100]如图1B所示，在任意前述的某些示例性实施例中，至少一个纤维入口 219可包括由辊320’ -320”驱动以用于将多根未开松的纤维116引入开松腔室400下端的环形带325’。在某些此类示例性实施例中，至少一个纤维入口 219可任选地优选包括压缩辊321，其用于在将所述多根纤维116引入开松腔室400的下端之前向环形带325’上的多根纤维116施加压缩力。
[0101]在另外的示例性实施例(未示出)中，设备220还可包括具有定位在开松腔室400内位于第一多个棍222 ”-222 ”’下方的固定筛的纤维入口。优选地,在一些不例性实施例中，可以将固定筛219’弯曲成与下面的辊222”和222”’的位置适形的弯曲形状(未示出)，使得底部分别与辊222”和222”’的突出部221-221’的半径同心。通常，希望在固定筛219’与突出部221-221，之间保留0.5-1英寸(1.27-2.54cm)的间隙。
[0102]在任意前述的一些具体实施例中，收集器319包括固定筛、移动筛、移动的连续穿孔带或旋转的穿孔筒中的至少一者，如图1A-1B所示。在一些示例性实施例中，真空源14可有利地包括在收集器319下方，以便通过穿孔或多孔的收集器吸入空气，从而提高纤维在收集器表面319’上的保留度。
[0103]2.用于引入另外的纤维输入流的任选设备
[0104]现在参见图1A-1B，在另外的任选示例性实施例中，可有利地使用一个或多根任选的离散纤维输入流210，210’，210’ ’来将另外的纤维110-120-130添加到成形腔室402中(成形腔室可与开松腔室成一整体，如图1A所示)，所述另外的纤维可与从开松腔室400接收的基本上非团聚的离散(即，“开松的”)纤维116’混合，并最终被收集以形成气流成网非织造纤维网234。
[0105]例如，如图1A-1B所示，分离的纤维流210被示为将多根纤维(优选地为多组分纤维)110引入成形腔室402中；分离的纤维流210’被示为将多根离散填充纤维120 (其可为天然纤维)引入成形腔室402中；并且分离的纤维流210’’被示为将第一组离散热塑性纤维116引入成形腔室402中。然而,应当理解,离散纤维无需作为分离的流被引入腔室中，并且离散纤维的至少一部分在进入成形腔室402之前可有利地结合到单纤维流中。例如，在进入成形腔室402之前，可包括开松器(未示出)以开松、梳理和/或混合输入的离散纤维，尤其是在包括多组分纤维110和填充纤维120的共混物的情况下。
[0106]此外，纤维流210，210’，210’ ’被引入成形腔室402的位置可有利地变化。例如，纤维流可有利地定位在腔室的左侧、顶部或右侧。此外，纤维流可被有利地定位成在成形腔室402的顶部或甚至在其中部被引入。
[0107]3.用于引入颗粒的任选设备
[0108]另外示出了进入成形腔室402的是颗粒130，130’的一个或多个输入流212，212’。尽管在图1A-1B中示出了颗粒的两个流212，212’，然而应当理解，可使用仅一个流，或者可使用多于两个流。应当理解，如果使用多个输入流212，212’，则在每个流212，212’中，所述颗粒可为相同的(未示出)或不同的130，130’。如果使用多个输入流212，212’，则目前优选的是颗粒130，130’包括不同的颗粒材料。
[0109]还应当理解，所述颗粒输入流212，212’可有利地在成形腔室402的其他区域处被引入。例如，所述颗粒可在成形腔室402的顶部附近被引入(引入颗粒130的输入流212)，和/或在腔室的中间被引入(未示出)，和/或在成形腔室402的底部被引入(引入颗粒130’的输入流212’)。
[0110]此外，用于将颗粒输入流212，212’引入成形腔室402的位置可有利地变化。例如，输入流可有利地定位成在所述腔室的左侧212’、顶部212或右侧(未示出)引入颗粒130，130’。此外，输入流可有利地进行布置，以在成形腔室402的顶部212、中间(未示出)或底部212’引入颗粒130，130’。
[0111]在一些示例性实施例(例如，其中所述颗粒包括具有约1-25微米的中值尺寸或直径的细小颗粒，或者其中所述颗粒包括密度小于lg/mL的低密度颗粒)中，目前优选的是，用于颗粒130的至少一个输入流212在环形带筛224上方被引入，如以下进一步的描述。
[0112]在其他示例性实施例(例如，其中所述颗粒包括中值尺寸或直径大于约25微米的粗颗粒，或者其中所述颗粒包括密度大于lg/mL的高密度颗粒)中，目前优选的是，用于颗粒130’的至少一个输入流212’在环形带筛224下方被引入，如以下进一步的描述。在某些这种实施例中，目前优选的是，用于颗粒130’的至少一个输入流212’在腔室的左侧被引入。
[0113]此外，在其中所述颗粒包括中值尺寸或直径小于约5微米且密度大于lg/mL的极细小的颗粒的某些示例性实施例中，目前优选的是，用于颗粒的至少一个输入流212’在腔室的右侧被引入，优选地在环形带筛224的下方被引入，如以下进一步的描述。
[0114]另外，在一些具体示例性实施例中，输入流(如212)可有利地布置为以如下方式引入颗粒(如130):使颗粒130遍及气流成网非织造纤维网234而基本上均匀分布。作为另外一种选择，在一些示例性实施例中，输入流(如212’)可有利地布置为以如下方式引入颗粒(如130’):使颗粒130基本上分布于气流成网非织造纤维网234的主表面处，例如在图1A-1B中的气流成网非织造纤维网234的下主表面附近，或者在气流成网非织造纤维网234的上主表面附近(未示出)。
[0115]虽然图1A-1B各自示出了其中颗粒(如130’)可基本上分布于气流成网非织造纤维网234的下主表面处的一个示例性实施例，但应当理解，可获得颗粒在气流成网非织造纤维网内的其他分布，这将取决于颗粒的输入流进入成形腔室402的位置，以及颗粒的性质(如，中值粒度或直径、密度等)。
[0116]因此，在一个示例性实施例(未示出)中，颗粒的输入流可被有利地布置(如，在成形腔室402的右下侧附近)，从而以如下方式引入极粗或高密度的颗粒:所述方式使得所述颗粒基本上分布于气流成网非织造纤维网234的顶部主表面处。位于气流成网非织造纤维网234上或气流成网非织造纤维网234内的颗粒130，130’的其他分布也在本公开的范围内。
[0117]用于将颗粒130，130’的输入流212，212’引入成形腔室402的合适设备包括市售的振动进料器，例如，由美国新泽西州皮特曼的K-Tron有限公司(K-Tron, Inc.(Pitman, NJ))制造的那些。在一些示例性实施例中，颗粒的输入流可通过喷气嘴增强以使颗粒流化。合适的喷气嘴可从美国伊利诺伊州威尔顿的喷雾系统有限公司(SprayingSystems, Inc.(Wheaton, IL))商购获得。
[0118]4.用于粘结纤维网的任选粘合设备
[0119]在一些示例性实施例中，所形成的气流成网非织造纤维网234离开位于收集器319的表面319’上的成形腔室402，并前进至诸如烘箱的任选的加热单元240，如果在气流成网非织造纤维网234中包括多组分纤维，则所述加热单元用于加热多组分纤维的可熔融或可软化的第一区域。熔融或软化的第一区域趋于移动并在气流成网非织造纤维网234的纤维的交叉点处汇集。然后在冷却时，熔融的第一区域凝结并凝固以产生固定的互连的气流成网非织造纤维网234。
[0120]在一些实施例中，任选的颗粒130(如果包括的话)可通过多组分纤维的熔融并随后凝结的第一区域、或者通过部分熔融并随后凝结的第一组热塑性单组分纤维而固定到气流成网非织造纤维网234。因此，在首先形成纤维网然后加热纤维网的两个步骤中，可产生含有颗粒130的非织造纤维网而无需粘结剂或另外的涂布步骤。
[0121]在任意前述方法的其他示例性实施例中，大于O重量％且小于10重量％的非织造纤维网包括多组分纤维，其进一步至少包括具有第一熔融温度的第一区域和具有第二熔融温度的第二区域，其中所述第一熔融温度低于所述第二熔融温度，并且其中将颗粒固定到非织造纤维网包括:将所述多组分纤维加热到至少为所述第一熔融温度并低于所述第二熔融温度的温度，由此使颗粒的至少一部分通过粘结到多组分纤维的至少一部分的至少第一区域而固定到非织造纤维网，并且所述离散纤维的至少一部分在多个交点处与所述多组分纤维的所述第一区域粘结在一起。
[0122]在任意前述方法的其他示例性实施例中，多根离散的基本上非团聚的纤维包括具有第一熔融温度的第一组单组分离散热塑性纤维，和具有高于第一熔融温度的第二熔融温度的第二组单组分离散纤维；其中，将颗粒固定至非织造纤维网包括:将第一组单组分离散热塑性纤维加热到至少为第一熔融温度且低于第二熔融温度的温度，使得颗粒的至少一部分粘结到第一组单组分离散纤维的至少一部分，并且进一步地，其中第一组单组分离散纤维的至少一部分粘结到第二组单组分离散纤维的至少一部分。
[0123]在一个示例性实施例中，颗粒130落下穿过气流成网非织造纤维网234的纤维，并因此优先地落到气流成网非织造纤维网234的下表面上。当气流成网非织造纤维网前进至加热单元240时，位于气流成网非织造纤维网234的下表面上的多组分纤维的熔融或软化并随后凝结的第一区域将颗粒130固定到气流成网非织造纤维网234，优选地不需要另外的粘结剂涂层。
[0124]在另一个示例性实施例中，当气流成网非织造纤维网为具有小的开口的相对致密的纤维网时，颗粒130优先地保持在气流成网非织造纤维网234的顶部表面234上。在这种实施例中，部分落下穿过纤维网的一些开口的颗粒可形成梯度。当气流成网非织造纤维网234前进至加热单元240时，位于气流成网非织造纤维网234的顶部表面上或在气流成网非织造纤维网234的顶部表面附近的多组分纤维的熔融或软化并随后凝结的第一区域(或者部分熔融的热塑性单组分纤维)将颗粒130固定到气流成网非织造纤维网234，优选地不需要另外的粘结剂涂层。
[0125]在另一实施例中，优选为水或水性溶液的液体215从喷雾器214作为薄雾被引入。液体215优选地润湿离散纤维110，116，120，使得颗粒130，130’依附至纤维表面。因此，颗粒130，130’通常分散于气流成网非织造纤维网234的整个厚度。当气流成网非织造纤维网234前进至加热单元240时，在(多组分或热塑性单组分)离散纤维的第一区域熔融或软化的同时，液体215优选地蒸发。多组分(或热塑性单组分)离散纤维的熔融或软化并随后凝结的第一区域将气流成网非织造纤维网234的纤维固定在一起，并且另外将颗粒130，130’固定到气流成网非织造纤维网234，而不需要另外的粘结剂涂层。
[0126]在将离散纤维110，116，120引入成形腔室402之后，液体215的薄雾显示为润湿纤维110和116以及120(如果包括)。然而，纤维的润湿可在工艺中的其他位置处发生，包括在将离散纤维110，116，120引入成形腔室402之前。例如，在颗粒130落下的同时，液体可在成形腔室402的底部处被引入以润湿气流成网非织造纤维网234。除此之外或作为另外一种选择，液体215的薄雾可在成形腔室402的顶部处被引入，或者在成形腔室402的中部引入，以在颗粒130，130’和离散纤维110，116，120落下之前将它们润湿。
[0127]应当理解，所选的颗粒130应能够经受热，气流成网非织造纤维网234暴露于所述热以熔融多组分纤维110的第一区域112。通常提供100至150°C的热。此外，应当理解，所选的颗粒130应当能够经受液体溶液214的薄雾(如果包括)。因此，薄雾的液体可为水性溶液，并且在另一实施例中，薄雾的液体可为有机溶剂溶液。
[0128]5.用于将附加层施加到气流成网纤维网上的任选设备
[0129]本公开的示例性气流成网非织造纤维网234可任选地包括至少一个附加层，所述至少一个附加层邻接包括多根离散纤维和多个颗粒的气流成网非织造纤维网234。所述至少一个邻接层可为垫层(如用于气流成网非织造纤维网234的支承层232)、顶层(如覆盖层230)，或者它们的组合。所述至少一个邻接层无需直接接触气流成网非织造纤维网234的主表面，但优选地确实接触气流成网非织造纤维网234的至少一个主表面。
[0130]在一些示例性实施例中，所述至少一个附加层可预成形为例如在形成气流成网非织造纤维网234之前制备的纤维网卷(参见例如图1A-1B中的纤维网卷262)。在其他示例性实施例中，纤维网卷(未示出)可在成形腔室402之下展开并从其下穿过，以为气流成网非织造纤维网234提供收集器表面。在某些示例性实施例中，纤维网卷262可被定位成在气流成网非织造纤维网234离开成形腔室402 (其可与设备220成一整体，如图1中所示)之后施加覆盖层230,如图1A-1B所不。
[0131]在其他示例性实施例中，所述至少一个邻接层可与气流成网非织造纤维网234通过使用例如后成形施加器216而共成形，所述后成形施加器216显示为邻接(优选地接触)气流成网非织造纤维网234的主表面施加多根纤维218 (在一些目前优选的实施例中，其包括中值直径小于I微米的一组纤维)，从而形成多层气流成网非织造纤维网234，所述多层气流成网非织造纤维网234在一些实施例中可用于制造过滤制品。
[0132]如上所述，本公开的示例性气流成网非织造纤维网234可任选地包括一组亚微米纤维。在一些目前优选的实施例中，一组亚微米纤维包括邻接气流成网非织造纤维网234的层。包括亚微米纤维组分的所述至少一个层可为垫层(如，用于气流成网非织造纤维网234的支承层或收集器)，但是其更优选地用作顶层或覆盖层。一组亚微米纤维可与气流成网非织造纤维网234共成形，或者可在形成气流成网非织造纤维网234之前预成形为纤维网卷，并展开以提供用于气流成网非织造纤维网234的收集器或覆盖层(参见例如图1A-1B中的纤维网卷262和覆盖层230)，或者除此之外或作为另外一种选择，可在形成气流成网非织造纤维网234之后后成形，并邻接(优选地覆盖)气流成网非织造纤维网234施加(参见例如图1A-1B中的后成形施加器216，其将纤维218施加至气流成网非织造纤维网234上)。
[0133]在其中一组亚微米纤维与气流成网非织造纤维网234共成形的示例性实施例中，一组亚微米纤维可沉积至气流成网非织造纤维网234的表面上，以便在纤维网的表面上或接近纤维网表面形成一组亚微米纤维。所述方法可包括如下步骤，其中气流成网非织造纤维网234穿过中值纤维直径小于I微米(ym)的亚微米纤维的纤维流，所述气流成网非织造纤维网234可任选地包括支承层或收集器(未示出)。在穿过纤维流的同时，亚微米纤维可沉积到气流成网非织造纤维网234上，从而暂时或永久地粘结到所述支承层。当纤维沉积到支承层上时，纤维可任选地彼此粘结，并且在该支承层上时可以进一步硬化。
[0134]所述一组亚微米纤维可与气流成网非织造纤维网234共成形，或可在形成气流成网非织造纤维网234之前预形成为纤维网卷(未示出)并且展开以提供用于气流成网非织造纤维网234的收集器(未示出)或覆盖层(参见例如图1A-1B中的纤维网卷262和覆盖层230)，或者除此之外或作为另外一种选择，可在形成气流成网非织造纤维网234之后后成形，并邻接(优选地覆盖)气流成网非织造纤维网234施加(参见例如图1A-1B中的后成形施加器216，其将纤维218施加至气流成网非织造纤维网234上)。
[0135]在形成之后，在一些示例性实施例中，气流成网非织造纤维网234穿过任选的加热单元240，所述任选的加热单元240使第一区域熔融并随后凝结，以固定气流成网非织造纤维网234，并且还在某些示例性实施例中固定任选的颗粒130，130’。在一些示例性实施例中还可包括任选的粘结剂涂层。因此，在一个示例性实施例中，气流成网非织造纤维网234可前进至后成形处理器250 (例如涂布机)，其中液体或干粘结剂可在区域318内被施加至非织造纤维网的至少一个主表面(如，顶部表面和/或底部表面)。涂布机可为辊涂机、喷涂机、浸溃涂布机、粉末涂布机或其他已知的涂布机构。涂布机可将粘结剂施加至气流成网非织造纤维网234的单个表面或两个表面上。
[0136]如果施加至单个主表面上，则气流成网非织造纤维网234可前进至另一涂布机(未示出)，其中可用粘结剂涂布另一未经涂布的主表面。应当理解，如果包括任选的粘结剂涂层，则颗粒应能够经受涂布工艺和条件，并且任何化学活性颗粒的表面不应该基本上被粘结剂涂层材料遮蔽。
[0137]可完成其他后处理步骤，以向气流成网非织造纤维网234添加强度或纹理。例如，气流成网非织造纤维网234可被针刺、压延、水刺、压印或层合至后成形处理器250中的另一材料。
[0138]B.用于制备气流成网非织造纤维网的方法
[0139]本公开还提供了使用根据上述实施例中任一个的设备制备气流成网非织造纤维网的方法。
[0140]1.用于开松纤维丛并形成气流成网纤维网的方法
[0141]因此，在图1A中所示的其他示例性实施例中，本公开介绍了制备非织造纤维网234的方法，该方法包括:提供根据前述实施例的包括一体式开松腔室和成形腔室的设备220，将多根纤维116引入一体腔室的上端，将多根纤维116作为离散的基本上非团聚的纤维116’分散在气相中，将该组离散的基本上非团聚的纤维116’输送至腔室的下端，以及在收集器319的收集器表面319’上收集该组离散的基本上非团聚的纤维116’，从而得到非织造纤维网234。
[0142]在其他示例性实施例中，本公开提供了制备非织造纤维网234的方法，该方法包括:提供根据前述设备实施例的包括单独的开松腔室400和成形腔室402的设备220，将多根纤维116引入开松腔室400中，将多根纤维116作为离散的基本上非团聚的纤维116’分散在气相中，将一组离散的基本上非团聚的纤维116’输送至成形腔室402的下端，以及在收集器319的收集器表面319’上收集该组离散的基本上非团聚的纤维116’，从而得到非织造纤维网234。
[0143]2.在气流成网纤维网中包括颗粒的任选方法
[0144]参见图1A，在一些示例性实施例中，所述一组离散的基本上非团聚的纤维116’优选地在重力作用下且任选地由施加到定位在成形腔室下端处的收集器319上的真空力协助而大致向下输送穿过一体式开松/成形腔室。
[0145]参见图1B，在其他示例性实施例中，所述一组离散的基本上非团聚的纤维116’优选地大致朝上穿过开松腔室400输送到成形腔室402的顶部中，然后在重力作用下且任选地由施加到定位在成形腔室下端处的收集器319上的真空力协助而大致向下输送穿过成形腔室402。
[0146]在某些示例性实施例中，所述方法还包括将多个颗粒(其可为化学活性颗粒)引入成形腔室中，在成形腔室内将多根离散的基本上非团聚的纤维和多个颗粒混合以形成纤维颗粒混合物，然后在收集器上捕集该组基本上离散的纤维作为气流成网非织造纤维网，以及将颗粒的至少一部分固定至气流成网非织造纤维网。在一些示例性实施例中，可在上端处、下端处、上端和下端之间或它们的组合，将多个颗粒引入成形腔室中。
[0147]然而，在某些示例性实施例中，将纤维颗粒混合物输送至成形腔室的下端以形成气流成网非织造纤维网包括:使另外的离散纤维落入成形腔室中，并允许纤维在重力的作用下落下穿过成形腔室。在其他示例性实施例中，将纤维颗粒混合物输送至成形腔室的下端以形成气流成网非织造纤维网包括:使所述离散纤维落入成形腔室中，并允许纤维在重力和施加至成形腔室下端的真空力的作用下落下穿过成形腔室。
[0148]在包括颗粒的方法的某些示例性实施例中，颗粒被固定到非织造纤维网。在包括颗粒的一些此类示例性实施例中，液体可被引入成形腔室中，以润湿离散纤维的至少一部分，从而颗粒的至少一部分在成形腔室中附着到离散纤维的经润湿部分。
[0149]在其他示例性实施例中，可使用所选的粘结方法将颗粒固定到纤维，对此将在下文进行进一步说明。在一些此类示例性实施例中，优选地大于O重量％且小于10重量％的气流成网非织造纤维网，更优选地大于O重量％且小于10重量％的离散纤维由多组分纤维组成，其中所述多组分纤维至少包括具有第一熔融温度的第一区域和具有第二熔融温度的第二区域，其中所述第一熔融温度低于所述第二熔融温度，将所述颗粒固定到气流成网非织造纤维网包括将所述多组分纤维加热到至少是第一熔融温度并低于所述第二熔融温度的温度，使得所述颗粒的至少一部分粘结至所述多组分纤维的至少一部分的至少第一区域，并且所述离散纤维的至少一部分在与所述多组分纤维的第一区域的多个交叉点处粘结在一起。
[0150]在其中多根离散纤维包括具有第一熔融温度的第一组单组分离散热塑性纤维和具有高于第一熔融温度的第二熔融温度的第二组单组分离散纤维的其他示例性实施例中，将所述颗粒固定至所述气流成网非织造纤维网包括将所述热塑性纤维加热到至少是第一熔融温度并低于第二熔融温度的温度，使得所述颗粒的至少一部分粘结至第一组单组分离散纤维的至少一部分，此外，其中第一组单组分离散纤维的至少一部分粘结至第二组单组分离散纤维的至少一部分。
[0151]在包括具有第一熔融温度的第一组单组分离散热塑性纤维和具有高于第一熔融温度的第二熔融温度的第二组单组分离散纤维的一些示例性实施例中，优选地，大于O重量％且小于10重量％的气流成网非织造纤维网、更优选地大于O重量％且小于10重量％的所述离散纤维由第一组单组分离散热塑性纤维组成。
[0152]在某些示例性实施例中，将所述颗粒固定至所述气流成网非织造纤维网包括将第一组单组分离散热塑性纤维加热到至少是第一熔融温度并低于第二熔融温度的温度，使得所述颗粒的至少一部分粘结至第一组单组分离散热塑性纤维的至少一部分，并且所述离散纤维的至少一部分在与所述第一组单组分离散热塑性纤维的多个交叉点处粘结在一起。
[0153]在前述实施例的一些中，将所述颗粒固定至所述气流成网非织造纤维网包括缠结所述离散纤维，从而形成包括多个填隙空隙的内聚气流成网非织造纤维网，每个填隙空隙限定具有至少一个开口的空隙体积，所述至少一个开口具有由至少两个叠置的纤维限定的中值尺寸，其中所述颗粒显示出小于所述空隙体积的体积和大于所述中值尺寸的中值粒度，此外，其中所述化学活性颗粒基本上不粘结至所述离散纤维，且所述离散纤维基本上不彼此粘结。
[0154]通过上述方法的一些实施例，可获得优先地位于非织造制品的一个表面上的颗粒。对于开松的、膨松有弹性的非织造纤维网，所述颗粒将落入穿过所述纤维网，并优选地落到非织造制品的底部上。对于致密的非织造纤维网，所述颗粒将保持在表面上，并优选地位于所述非织造制品的顶部上。
[0155]此外，如上所述，可以获得遍及非织造制品厚度的颗粒分布。因此，在该实施例中，所述颗粒可在所述纤维网的两个工作表面上并遍及所述厚度。在一个实施例中，在纤维可被熔融以固定所述颗粒之前，所述纤维可被润湿以有助于使所述颗粒依附到所述纤维上。在另一实施例中，对于致密的非织造纤维网，可引入真空以将颗粒牵拉遍及非织造制品的厚度。
[0156]在上述实施例的任一实施例中，可在上端处、下端处、上端与下端之间或它们的组合，将颗粒引入设备220中。
[0157]3.用于制备气流成网纤维网的任选粘结方法
[0158]在如图1A-1B所示的一些示例性实施例中，该方法还包括在将纤维网从收集器表面移除之前在不使用粘合剂的情况下将所述多根纤维的至少一部分粘结在一起。根据纤维的状况，在收集之前或期间，纤维之间可能发生一定程度的粘结。然而，可能需要或期望在收集的纤维网中在气流成网纤维之间另外的粘结，以保留由收集器表面形成的图案的方式将纤维粘结在一起。“将纤维粘结在一起”指将纤维牢固附接在一起而无需另外的粘合剂材料，使得当纤维网经受常规处理时纤维通常不分离。
[0159]在由通风粘结提供的轻度自生粘结不能提供对于剥离或剪切性能所需的纤维网强度的一些示例性实施例中，可能有用的是，在从收集器表面移除收集的气流成网纤维网之后，引入第二或补充粘结步骤，例如点粘结压延。用于实现增加的强度的其他方法可包括挤出层压或将膜层聚合涂布至图案化气流成网纤维网的背(即，非图案化)侧，或将图案化气流成网纤维网粘结到支承纤维网(如，常规气流成网的纤维网、非多孔膜、多孔膜、印刷膜等)。事实上，可以使用任何粘结技术，例如，本领域技术人员所已知的，向待粘结的一个或多个表面施用一种或多种粘合剂、超声焊接，或者能够形成局部粘结图案的其他热粘结方法。这些补充粘结可以使基料更易于处理以及能够更好地保持其形状。
[0160]也可采用在点粘结方法中使用热和压力或采用平滑压延辊的常规粘结技术，但这些方法可造成不希望的纤维变形或纤维网的压缩。用于粘结气流成网纤维的可选择的技术为通风粘结，如在美国专利申请公布2008/0038976A1 (Berrigan等人)中所公开。
[0161]在某些示例性实施例中，粘结包括自生热粘结、非自生热粘结和超声粘结中的一种或多种。在特定的示例性实施例中，纤维中的至少一部分在由图案所确定的方向上取向。合适的粘结方法和设备(包括自生粘结方法)在美国专利申请公布2008/0026661Al(Fox等人)中有所描述。
[0162]4.用于制备图案化气流成网纤维网的任选方法
[0163]在一些示例性实施例中，具有二维或三维图案化表面的气流成网非织造纤维网234可通过如下方式形成:在图案化收集器表面319’上捕集气流成网离散纤维，随后在收集器319上时不使用粘合剂使所述纤维粘结，例如在通风粘结器240下在收集器319上时通过热粘结所述纤维而不使用粘合剂。用于制备图案化气流成网非织造纤维网的合适设备和方法在提交于 2010 年 7 月 7 日、标题为 “PATTERNED AIR-LAID NONWOVEN FIBROUS WEBSAND METHODS OF MAKING AND USING SAME” (图案化气流成网非织造纤维网及其制备和使用方法)的共同待审美国专利申请61/362，191中有所描述。
[0164]5.用于将附加层施加到气流成网纤维网上的任选方法
[0165]再次参见图1A-1B，在前述实施例的任一实施例中，所述气流成网非织造纤维网可在收集器上形成，其中所述收集器选自筛、稀松布、网片、非织造织物、织造织物、针织物、泡沫层、多孔膜、穿孔膜、纤维阵列、熔融原纤化纳米纤维网、熔喷纤维网、纺粘纤维网、气流成网纤维网、湿法成网纤维网、梳理成网纤维网、水力缠绕纤维网以及它们的组合。
[0166]在特别可用于不使自生粘结形成至显著程度的材料的可供选择的实施例中，气流成网离散纤维可在收集器的表面上收集，并且能够粘结至所述纤维的一个或多个另外的纤维材料的层可施用至所述纤维上、遍布所述纤维或围绕所述纤维，由此在从收集器表面移除纤维之前将纤维粘结在一起。
[0167]其他层可以是例如一个或多个熔喷层或者一个或多个挤出层压膜层。所述层无需物理缠绕，但一般需要沿层间界面的一定程度的层间粘结。在这种实施例中，可能无需使用通风粘结将纤维粘结在一起以在图案化气流成网纤维网的表面上保持图案。
[0168]6.用于制备气流成网纤维网的任选的附加处理步骤
[0169]在前述任意实施例的其他实例中，所述方法还包括施加覆盖所述气流成网非织造纤维网的纤维覆盖层，其中所述纤维覆盖层通过气流成网法、湿法成网法、梳理法、熔吹法、熔体纺丝法、静电纺丝法、丛丝形成、气体射流原纤化、纤维分裂或它们的组合形成。在某些示例性实施例中，所述纤维覆盖层包括中值纤维直径小于I μ m的一组亚微米纤维，所述亚微米纤维通过熔吹法、熔体纺丝法、静电纺丝法、丛丝形成、气体射流原纤化、纤维分裂或它们的组合形成。
[0170]除了上述制备气流成网纤维网的方法之外，一旦纤维网形成，还可以对纤维网执行以下处理步骤中的一个或多个步骤:
[0171](I)将收集的气流成网纤维网沿着处理路径向进一步的处理操作推进；
[0172](2)使一个或多个另外的层与收集的气流成网纤维网的外表面接触；
[0173](3)压延所收集的气流成网纤维网；
[0174](4)用表面处理或其他组合物(如，阻燃剂组合物、粘合剂组合物或印刷层)涂布所收集的气流成网纤维网；
[0175](5)将收集的气流成网纤维网附接至硬纸板或塑性管；
[0176](6)以卷的形式卷绕所收集的气流成网纤维网；
[0177](7)裁切所收集的气流成网纤维网以形成两个或更多个裁切卷和/或多个裁切片材；
[0178](8)将收集的气流成网纤维网置于模具中并将图案化气流成网纤维网模塑成新的形状；
[0179](9)将隔离衬片施加到收集的气流成网纤维网上暴露的任选的压敏粘合剂层(存在时)上；和
[0180](10)经由粘合剂或任何其他附接装置(包括但不限于夹具、托架、螺栓/螺钉、钉子和条带)将收集的气流成网纤维网附接至另一基材。
[0181]任选地包括颗粒和/或图案的气流成网非织造纤维网的示例性实施例已如上描述，并通过以下实例的方式在下文进一步说明，所述实例不应以任何方式解释为限制本发明的范围。相反，应当清楚地理解，可以采取多种其他实施例、修改形式及其等同物，本领域的技术人员在阅读本文的说明之后，在不脱离本发明的实质和/或所附权利要求书的范围的前提下，这些其他实施例、修改形式及其等同物将显而易见。
[0182]任选地包括颗粒和/或三维图案的气流成网非织造纤维网的示例性实施例已如上描述，并通过以下实例的方式在下文进一步说明，所述实例不应以任何方式解释为限制本发明的范围。相反，应当清楚地理解，可以采取多种其他实施例、修改形式及其等同物，本领域的技术人员在阅读本文的说明之后，在不脱离本发明的实质和/或所附权利要求书的范围的前提下，这些其他实施例、修改形式及其等同物将显而易见。
[0183]实M
[0184]虽然，阐述本公开广义范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体实施例中所列出的数值则是尽可能精确地报告的。然而，任何数值都固有地含有一定的误差，这些误差不可避免地由其各自的试验测定中存在的标准偏差引起。在最低程度上，每一个数值参数并不旨在限制等同原则在权利要求书保护范围上的应用，至少应该根据所记录的数值的有效数位和通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。
[0185]材料
[0186]表1
[0187]
【权利要求】
1.一种设备，包括: 腔室，所述腔室具有上端和基本上开放的下端，所述腔室定位在具有收集器表面的收集器上方； 至少一个纤维入口，所述至少一个纤维入口定位在所述腔室的所述下端上方； 第一多个辊，所述第一多个辊定位在所述腔室内，所述第一多个辊中的每一个具有中心旋转轴线、圆周表面以及从所述圆周表面向外延伸的多个突出部； 第二多个辊，所述第二多个辊定位在所述腔室内位于所述第一多个辊上方，所述第二多个辊中的每一个具有中心旋转轴线、圆周表面以及从所述圆周表面向外延伸的多个突出部， 其中所述第二多个辊相对于所述第一多个辊定位，使得从所述第二多个辊中的每一个的圆周表面向外延伸的多个突出部的至少一部分与从所述第一多个辊的至少一个的圆周表面向外延伸的多个突出部的至少一部分垂直重叠。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括在所述收集器表面上方定位在所述腔室内的固定筛。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的设备，其中所述第二多个辊中的每一个排列在水平面中，所述水平面延伸穿过所述第二多个辊中的每一个的中心旋转轴线。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一多个辊中的每一个排列在水平面中，所述水平面延伸穿过所述第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第二多个辊中的每一个在水平面中在与每个相邻辊的旋转方向相反的方向上旋转，所述水平面延伸穿过所述第二多个辊的每条中心旋转轴线。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一多个辊中的每一个的所述中心旋转轴线在平面中与选自所述第二多个辊的对应辊的中心旋转轴线垂直排列，所述平面延伸穿过所述第一多个辊中的一个的中心旋转轴线和选自所述第二多个辊的所述对应辊的中心旋转轴线。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一多个辊中的每一个在水平面中在与每个相邻辊的旋转方向相反的方向上旋转，所述水平面延伸穿过所述第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线，并且进一步地，其中所述第一多个辊中的每一个在与选自所述第二多个辊的每个对应辊的旋转方向相反的方向上旋转，任选地其中所述纤维入口定位在所述收集器表面上方。
8.根据权利要求4所述的设备，其中所述第二多个辊中的每一个在水平面中在与每个相邻辊的旋转方向相同的方向上旋转，所述水平面延伸穿过所述第二多个辊的每条中心旋转轴线。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一多个辊中的每一个的所述中心旋转轴线在平面中与选自所述第二多个辊的对应辊的中心旋转轴线垂直排列，所述平面延伸穿过所述第一多个辊中的一个的中心旋转轴线和选自所述第二多个辊的所述对应辊的中心旋转轴线，其中所述第一多个辊中的每一个在水平面中在与每个相邻辊的旋转方向相反的方向上旋转，所述水平面延伸穿过所述第一多个辊中的每一个的中心旋转轴线，任选地其中所述纤维入口定位在所述第一多个辊下方。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中每个突出部具有长度，并且进一步地，其中所述第一多个辊中的每一个的至少一个突出部的至少一部分与所述第二多个辊中的一个的至少一个突出部的至少一部分纵向重叠。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述纵向重叠对应于重叠的突出部中的至少一个的长度的至少90%。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的设备，其中所述第二多个辊中的每一个的一个突出部的至少一部分与所述第二多个辊中的相邻辊的一个突出部的至少一部分纵向重叠。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述纵向重叠对应于重叠的突出部中的至少一个的长度的至少90%。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的设备，其中所述第一多个辊中的每一个的至少一个突出部的至少一部分与所述第一多个辊中的相邻辊的至少一个突出部的至少一部分纵向重叠。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述纵向重叠对应于重叠的突出部中的至少一个的长度的至少90%。
16.一种用于制备非织造纤维网的方法，包括: 提供根据权利要求1-15中任一项所述的设备； 将多根纤维引入所述腔室的上端中； 将所述多根纤维作为离散的基本上非团聚的纤维分散在气相中； 将一组所述离散的基本上非团聚的纤维输送至所述腔室的下端；以及 在收集器表面上收集所述一组离散的基本上非团聚的纤维作为非织造纤维网。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括在从所述收集器表面移除所述非织造纤维网之前，在不使用粘合剂的情况下将所述一组离散的基本上非团聚的纤维的至少一部分粘结在一起。
18.根据权利要求16或17中任一项所述的方法，还包括: 将多个颗粒引入所述腔室中； 将所述多根离散的基本上非团聚的纤维和所述多个颗粒在所述腔室内混合，以形成所述离散的基本上非团聚的纤维与所述颗粒的混合物，然后在收集器表面上收集所述混合物作为非织造纤维网；以及 将所述颗粒的至少一部分固定至所述非织造纤维网。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中大于O重量％且小于10重量％的所述非织造纤维网包括多组分纤维，所述多组分纤维进一步至少包括具有第一熔融温度的第一区域和具有第二熔融温度的第二区域，其中所述第一熔融温度低于所述第二熔融温度，并且其中将所述颗粒固定到所述非织造纤维网包括:将所述多组分纤维加热到至少为所述第一熔融温度且低于所述第二熔融温度的温度，由此使所述颗粒的至少一部分通过粘结到所述多组分纤维的至少一部分的至少第一区域而固定到所述非织造纤维网，并且所述离散纤维的至少一部分在多个交点处与所述多组分纤维的所述第一区域粘结在一起。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，其中所述多根离散的基本上非团聚的纤维包括具有第一熔融温度的第一组单组分离散热塑性纤维和具有高于所述第一熔融温度的第二熔融温度的第二组单组分离散纤维；其中将所述颗粒固定至所述非织造纤维网包括:将所述第一组单组分离散热塑性纤维加热到至少为所述第一熔融温度且低于所述第二熔融温度的温度，由此使所述颗粒的至少一部分粘结到所述第一组单组分离散纤维的至少一部分，并且进一步地，其中所述第一组单组分离散纤维的至少一部分粘结到所述第二组单组分离散纤维的至少一部分。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其中将所述颗粒固定到所述非织造纤维网包括下列中的至少一种:热粘结、自生粘结、粘合剂粘结、粉末状粘结剂粘结、水刺法、针刺法、压延法或它们的组合。
22.根据权利要求18-21中任一项所述的方法，其中将液体引入所述腔室中以润湿所述离散纤维的至少一部分，由此使所述颗粒的至少一部分在所述腔室中附着到所述离散纤维的经润湿的部分。
23.根据权利要求18-22中任一项所述的方法，其中在所述上端处、所述下端处、所述上端和所述下端之间、或它们的组合，将所述多个颗粒引入所述腔室中。
24.根据权利要求16-23中任一项所述的方法，还包括施加覆盖所述非织造纤维网的纤维覆盖层，其中所述纤维覆盖层通过气流成网法、湿法成网法、梳理法、熔吹法、熔体纺丝法、静电纺丝法、丛丝形成、气体射流原纤化、纤维分裂或它们的组合形成。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述纤维覆盖层包括中值纤维直径小于Iμ m的一组亚微米纤维，所述亚微米纤维通过熔吹法、熔体纺丝法、静电纺丝法、丛丝形成、气体射流原纤化、纤维分裂或它们的组合形成。
【文档编号】D04H1/732GK104169484SQ201280065494
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】吴天纵, 约翰·W·亨德森, 古斯塔沃·H·卡斯特罗, 格里·A·霍夫达尔, 戴维·L·瓦尔 申请人:3M创新有限公司