CN1052043C - 生产无纺布的方法以及按照该方法所生产的无纺布 - Google Patents

Abstract

用对纤维网进行水力交织制造无纺布的方法，天然和/或合成的干纤维在计量后被送入分散器皿(111)中，但输入前可以加以预湿；纤维在由水和表面活性剂所组成的可发泡液体中被分散形成泡沫纤维分散系再被送置于金属丝网(118)上被沥干成型，成形的纤维网被直接加以水力交织处理，而可发泡的液体在穿过金属丝网后在一个简单的闭环系统中再循环至分散器皿中。本发明还涉及由该方法所生产的无纺布。

Description

生产无纺布的方法以及按照该方法所生产的无纺布

本发明涉及一种用水力交织纤维网来生产无纺布的方法，以及用这种方法所生产的无纺布。

水力交织法，或射流喷网法，是一种在1970年代推行的技术，例如可参见专利CA 841,938。该方法包括：用干法或用湿法形成纤维网，然后使纤维彼此缠结，即借助于许多极细的高压喷水流来使纤维缠结在一起。有许多列喷水流指向由移动的金属丝网所支承的纤维。随后使彼此缠结的纤维干燥。构成无纺布的纤维通常可以是短纤维例如聚酯、人造纤维、尼龙、聚丙烯等或是纤维素纤维或是纤维素纤维与短纤维的混合体。射流喷网无纺布成本低且具有高的吸收性能。在许多情况下它们用作家庭与工业中的吸干材料或在卫生行业中用作一次性的材料。

用分散在液体泡沫中的纤维来构成纤维网的泡沫成形技术现在用于生产纸张或其它纤维无纺制品如玻璃纤维垫，后者例如在汽车工业中是各种制品的压缩模。该技术在英国专利GB1,329,409与US4,443,297中有叙述。这样生产出来的纤维网表现出高度均匀的纤维结构。

本发明的目的是实现一种生产具有高度吸收性能、强度与均匀性的无纺布的简化的方法。它是由下述过程来实现的，把计量的可以加预湿的天然和/或合成的干纤维加入到分散器皿中使纤维在由水与形成泡沫纤维分散的表面活性剂构成的具有发泡性能的液体中被分散，随后泡沫纤维分散体被置于金属丝网上被沥干，而成型的纤维网随即被予以水力交织而具发泡性能的液体穿过金属丝网在一个简单的闭环系统条件下再循环至分散器皿中。

借助此法实现了一个柔性的、节省空间且耗能少的工艺过程，同时能够生产质量非常高的射流喷网成型无纺布。

下面参照在附图中所示的两个实施例来对本发明作更详细的描述。

图1是本发明的方法的流程图。

图2是分散器皿与泡沫箱的改进方案。

图1为本发明的泡沫成形工艺的解决方式，泡沫是由把表面活性剂加入到盛水的浆粕机111中并加以强烈地搅拌并输入空气来产生的。在工艺过程中由于在泵中在金属丝网118上受到扰动而产生了更多的泡沫。输入空气也是产生泡沫所需的条件。

表面活性剂可以是任何适用的类型：阴离子的、阳离子的、非离子的或两性的。在专利GB1,329,409中描述了适于形成纤维网所用的泡沫表面活性剂。但许多的其它的常用的表面活性剂也是可用的。表面活性剂的选择可以例如是考虑到某些因素，例如纤维制备过程中所可能采用的一些其它添加剂的化学成分，例如湿强度增强剂、粘结剂、起绉剂等。

所选择的用于得到相对稳定的泡沫的适用的表面活性剂可以保持纤维基本均匀地分散在泡沫中，该选择要基于各具体的情况加以调整，它与下述因素有关：例如表面活性剂的类型、水的硬度、水温及纤维类型。表面活性剂在水中的适当含量在0.02～1.0％重量之间，最好是在0.2％重量以下。

泡沫的特性随所束缚的空气量而变化。在含气量达约70～80％时，在小气泡中所存在的空气为自由水所环绕，这就是所谓的球形泡。空气含量再增大时泡沫变成所谓的多面体泡，其中水呈现为各空气泡之间的薄膜。后一种泡沫形式意味着泡沫非常稠密并且不易控制。

在泡沫成形的工艺中，通常采用球形泡沫，即空气含量在40-70％之间。小气泡作用是把各纤维隔离开来，同时由于与水相比有较高的粘性而缓冲了液体中的扰动并减少了各纤维间碰撞的频度并减少了由此而产生的絮状形成物。泡沫中气泡的尺寸受下列的因数的影响：在浆粕机/发泡机111中的搅拌器的类型、搅拌速度、表面活性剂的用量和类型。其适当的平均直径在0.02与0.2mm之间。

在所述实例中采用纤维素纤维与合成纤维的混合体。纤维素纤维呈易于被辊压而分离出纤维的粕状在喂入辊对112间以可控速度在被计量后落入浆粕机/发泡机111，辊对112具有面层称重计量仪。因此，在被粗略地粉碎落入浆粕机111之前浆粕被输送通过一个预湿通道。粗碎的浆粕在例如所谓的角钉罗拉对之间生成。为便于在浆粕机中形成分散，理想的是利用淡水来预湿浆粕。预湿通道与粗碎机在图中为简明起见而被略去。此时被辊压的浆粕呈现出均匀的面层重量因而可以仅根据喂入速度来加以计量。被辊压的浆粕的面层重量可能的变化程度也可以由造纸机的机器速度的变化来加以补偿以使得形成的薄片的面层重量基本上恒定。

合成纤维通常以成包122的形式被加以提供并由开包机123加以开包，用竹节形的皮带124加以计量并被置入收集金属丝网125中。纤维从收集金属丝网通过吹送管线126被吸出并经由一集棉器127在被计量后落入浆粕机/发泡机111中。

未描述的其它用于计量浆粕纤维与合成纤维的装置当然也是可以采用的。

在所示实例中，之所以对于两种类型的纤维而使用相同的浆粕机是因为这可以采用不同的工艺或要用不同类型的纤维来生产在下面将要谈到的所谓多层结构。

浆粕机/发泡机111可以同心地置于较大的箱体即泡沫箱128中。浆粕机111向上敞开而泡沫箱128是封闭的。两个容器通过在底部与顶部的管道129、130互相联通。

在浆粕机/发泡机111中纤维被强烈地分散与混合。同时亦在水中的表面活性剂的作用下产生了泡沫。为了防止泡沫上升并在在顶部构成一个增长的泡沫层，在浆粕机/发泡机111的顶部与底部之间维持泡沫的循环是非常重要的。借助于适当设计的转子集料器131可以得到充分形成的旋涡，由此得到了所需的循环。浆粕机的容积应能够平衡在纤维计量过程中出现的快速变化。适用的纤维浓度可以是0.1-1.5％重量。

在泡沫中的空气含量可以借助于对起泡纤维分散系的已知容积称重而测得。可以通过连续地记录在浆粕机/发泡机111与入口箱117之间的一定长度的导管的重量来进行测定。计量的标定可以以在该容积中充满不混有空气的液体时的重量为0％含气量而以在同一容积中仅含有空气时的重量为含空气量100％。含气量的调节可以例如是借助于添加表面活性剂。在浆粕机/发泡机111中的速度和/或在其中使压缩空气被释放入泵133。

带有纤维的泡沫在适当的泵133的助力下被泵入造纸机上的引入箱117，示例中的该机是Fourdrinier式的。但造纸机的型式对本发明来说是第二位的，例如本发明也可以采用真空胸辊机与双网机。泵应能够应付大量的空气并同时能控制所出现的长合成纤维而不会产生纺丝现象。有几种不同类型的泵能够实现上述需要。其中一例是通用的活塞泵。另一例是水环式的真空泵，如由BerendsenTeknik AS制造的Helivac式的。再增加的一个例子是采用Discflo Corp.制造的其转动叠盘具有径向缝的泵。

在所述实例中，引入箱117与吸引箱119可以是一个组合体。纤维网的成型是完全封闭的，即不具有自由的液面。脱水预成型的片材从入口箱117中输出。

泡沫-纤维分散系按机器的宽度均摊地进入引入箱117并充满了由入口箱的端壁与向下倾斜的上部所限定的空间。泡沫在真空泵120的助力下穿过金属丝网118被吸入而使预成型的片材遗留在金属丝网上。

也可以设想在各层上采用不同的类型的纤维/混合体来进行所谓的多层构形。不同类型的纤维即被分别地喂入在这种场合下使用的多层型入口罐。

为了在系统中维持用水平衡，在片材成型后应将伴随消耗的水加以回收。为达此目的而使用的一个方法是采用与成型的纤维网并列的喷嘴134。该喷嘴134还有的作用是可以在水绞成型片材之前为最大限度地减少其中所含的表面活性剂而提供一个洗涤区。也可以在系统的不同部位上添加淡水，例如在预湿阶段。由独立的吸引箱135—但其与上述同样的循环阶段相匹配——来向泡沫箱128提供补给水。

被吸引穿过金属丝网118的泡沫通过吸引箱119与真空泵120被输送到泡沫箱128的顶部。有一部分不可避免地漏出的空气也随泡沫一起被输送。泡沫箱128对于泡沫来说起到了一个缓冲箱的作用。

被置入容器的泡沫会缓慢地从球形泡沫转化为多边形泡沫，泡沫的这些型式已在前文中予以描述。在泡沫箱128中液体将这样逐渐地降入箱底而较轻的泡沫聚集在箱顶。表面活性剂则聚集在气水接触的界面上。可见表面活性剂将趋于保留在较轻的泡沫中因而浓缩于箱顶。

在泡沫箱128底部的液状体经箱底的连接管129流至浆粕机111。泡沫箱128顶部的泡沫以同样的方法在真空泵所建立的过压的作用下经由箱顶处的管130被驱出。这些轻的泡沫非常稳定并首先是体积庞大，故在其被送入浆粕机111之前应加以缩减。在管130中设置了高速螺旋浆136机械地击破较大的含气泡容体并使大量的被束缚气体中的一部分被释出。

在位于泡沫箱128与浆粕机111之间的上连接管130中也设置了控制阀137，以此来使泡沫箱128与浆粕机111中的压力水平保持恒定。

借助于上述设备得到了一个泡沫闭环，该环可控地向泡沫箱128与浆粕机111敞开。泡沫箱的大小可设计成使泡沫在箱中的停留时间为45-180秒，最好是60-120秒。大部分的液体成份随后可以泄入箱128的底部随后流至浆粕机。同时箱亦应能在其上部容纳较轻的泡沫。箱的总容积与所期望的液体体积的适当比例约为4-8，最好是约为6。

泡沫就这样在浆粕机/发泡机111、输入箱117、金属丝网118、吸引箱119之间循环并在一个简单的循环步骤之后经过泡沫箱128返回到浆粕机/发泡机111中去。加入一定量的表面活性剂与水以弥补在成型后被片材所带走的数量。补充的水量可以是例如通过对泡沫箱128中的压力降进行测量而加以控制。在泡沫纤维分散系中的表面活性剂的适宜含量可以通过对表面张力的测量而加以确定。

当然，浆粕机/发泡机111与泡沫箱128并不必设计成一个整体，它们也可以如图2所示地那样设置成彼此分开的形式。但即使在这种情况下它们彼此之间也通过管线129与130彼此联系。如前所述该系统也可以包括两个或更多的浆粕机/发泡机，它们仍可以全都与同一个泡沫箱连通。

成形的纤维片材在成形后可以直接在交织工位138处进行水力交织同时它仍然为丝网118所支持。交织工位138中包括有多列喷咀139，从喷咀中喷出许多非常细的高压水流，水流直接喷向纤维网使其进入交织过程，即纤维彼此缠绕起来。交织喷咀中的压力可以根据纤维材料、表层重量等因素调节至适当的程度。

为了对水力交织或称作射流喷网工艺作更详细的描述可以特别参考专利CA841938。

交织的纤维在通过抽吸盒140后被脱水，然后被输送至干燥工位加以干燥，最终的成品被加以辊压。

从交织喷咀中流出的水由抽吸罐140收回并被泵送去加以净化，随后再循环至交织工位138。所述的全套设备属于串联式的设备，其中泡沫成形纤维网作为水力交织工艺的基本材料在泡沫成型后直接加以交织。此时或如图1所示地使用同一金属丝网118或使用不同的金属丝网来进行泡沫成型或水力交织，例如在想要制造与水力交织相应的具有孔洞的制品。制品材料最好在两面都作交织。

泡沫成型纤维网的成形当然也可以采用除这里所示的工艺方法以外的方法来进行。例如在GB1329409与US4443297中所公开的其它这类工艺。

许多不同类型的纤维及其不同比例的混合形式都是可以采用的。浆粕纤维和例如是聚酯、聚丙烯、嫘莹、lyocell(粘胶纤维)等合成纤维的混合体可在这里使用。也可以用纤维长度超过12mm的天然纤维来代替合成纤维，如采用棉花、木棉和马利筋属植物等的籽纤维；西沙尔麻、马尼拉麻、波萝、新西兰麻等的叶纤维；亚麻、大麻、苧麻、黄麻、洋麻等的韧皮纤维。可以采不同长度的纤维，对于泡沫成型工艺来说较长的纤维可以用于通行的纤维湿法成网。长度约在18-30mm之间的长纤维对于水力交织是最佳的，因为在湿态与干态时它们都能增加制品的强度。在泡沫成型时的一个附加的优点是制品可以比湿法或网有更低的表层密度。可以用植物短纤维来代替浆粕纤维，例如细茎针茅、虉草和采籽后的麻茎。

对于某些类型的纤维来说，可能需要用粘合剂来增加制品的强度。适用的粘合剂有淀粉基粘合剂、聚乙烯醇、乳胶等，它们可用来增强无纺布的强度。

例1：

在Fourdrinier机上操作，机器速度为20米/分，所采用的纤维混合物的成分为50％的漂白的硫酸化针叶(conifer)浆粕纤维与50％的1.4分特/18毫米的聚丙烯纤维。在浆粕机中所制备的纤维分散系的纤维浓度为0.34％重量，在其中也加入了0.06％浓度的非离子型表面活性剂。在浆粕机中的停留时间为34秒。输至引入箱中的泡沫纤维分散系中的含气量为54％。成型纤维网的干含量为30％。在成型后立刻进行双面的水力交织，即使纤维网两面均产生交织现象。交织条带(strip)为3个(Piece)/道。喷咀孔径为120微米，孔数为1700/米。交织压力为95巴。交织后的纤维网被压制并在100C的热空气作用下加以干爆。

制得的产品特性如表1中所示。

例2：

第二次操作采用的纤维混合体由70％的硫酸盐漂白浆粕纤维与30％的1.0分特/18毫米聚丙烯纤维组成。纤维浓度为0.20％重量。添加的表面活性剂与例1相同。在浆粕机上停留的时间为40秒。输送至引入口箱的泡沫纤维分散系中的含气量为53％。交织进行方式同例1。

制得的产品特性如表1中所示。

例3：

第三次操作采用的纤维混合体由50％的漂白针叶硫酸盐浆粕纤维与50％的与1.7分特/12毫米的Tencel纤维(lyocell)组成。纤维浓度为0.36％重量而在浆粕机中的停留时间为26秒。输送至引入箱处的泡沫纤维分散系中的含气量为51％。交织进行方式同例1。

制得的产品特性如表1中所示。

例4：

另外的操作所使用的纤维混合体由60％的漂白针叶硫酸盐浆粕纤维与40％的1.7分特/12毫米的Tencel纤维组成。纤维浓度为0.18％重量而在浆粕机中的停留时间为27秒。泡沫纤维分散系的含气量在到达引入箱时为49％。交织的进行方式如例1。

                         表1

           例1           例2           例3           例4

      (浆粕/聚丙烯  (浆粕/聚丙烯  (浆粕/Tencel  (浆粕/Tencel

      纤维1.4×1为  纤维1.0×18   纤维1.7×12    纤维1.7×12

      50/50)        为70/30)      为50/50)       为60/40)表层重量       79            43            74            39(克/米²)(SCAN-P6：75)厚度(微米)     486           326           362           299(SCAN-P 47：83)断裂延伸率     67            22            14            22(长度％)(SCAN-P 38：80)断裂延伸率     118           115           42            50(厚度％)(SCAN-P 38：80)拉伸强度             3061          1037          3036          890(于长度，牛/米)(SCAN-P38：80)拉伸强度             955           139           711           368(干厚度，牛/米)(SCAN-P38：80)拉伸强度             2099          128           2605          350(湿长度，牛/米)(SCAN-P58：86)拉伸强度             358           18            627           174(湿厚度，牛/米)(SCAN-P58：86)吸收(5秒，克/克)     4.2           4.9           3.6           4.9[SIS251228(mod.)]总吸收量(克/克)      4.2           5             3.6           4.9[SIS251228(mod.)]

Claims (8)

1.用对纤维网进行水力交织来生产无纺布的方法，其特征在于将干的天然和/或合成纤维计量后输入分散器皿(111)中，但输入前可以加以预湿；纤维在由水和表面活性剂所组成的可发泡液体中被分散形成泡沫纤维分散系再被送置于金属丝网(118)上被沥干成型，成形的纤维网被直接加以水力交织处理，而可发泡的液体在穿过金属丝网后在一个简单的闭环系统中再循环至分散器皿中。

2.按权利要求1所述方法，其特征在于除纤维外，为了补充被成型后的纤维网或纸网从闭环系统中带走的成分只需要向闭环系统中添加作为载体的淡水、表面活性剂及可用的其它化学制品。

3.按权利要求2所述方法，其特征在于水力交织前将淡水撒布(134)在成型后的纤维网上，淡水在穿过纤维网后经吸引箱(135)进入闭环系统。

4.按前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于发泡液体在穿过金属丝网(118)以后被送入封闭的泡沫箱(128)中，其中的液体下泄至泡沫箱底部，而较轻的泡沫聚集在泡沫箱顶部，液体通过第一管线(129)从泡沫箱底部被引入分散皿(111)，而在泡沫箱顶部的第二管线(130)将泡沫引入分散皿，纤维也被加入分散皿中并在可发泡液体中被分散。

5.按权利要求4所述方法，其特征在于处于或邻近第二管线(130)的泡沫在机械力作用下使其中的较大气泡被打破而从泡沫中释放出被束缚的空气。

6.按权利要求5所述方法，其特征在于在泡沫箱(128)中的压力借助于设置于第二管线(130)中或直接位于其后的调节阀(137)来保持基本恒定。

7.由权利要求1的方法所制成的无纺布，其特征在于其纤维成份是天然纤维或天然纤维与合成纤维的混合体。

8.按权利要求7所述的无纺布，其特征在于其中的天然纤维的长度大于12毫米。

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