CN106715774B - 非织造网 - Google Patents

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Abstract

公开了一种非织造网。

Description

非织造网
技术领域
本发明涉及非织造网。
背景技术
熔喷纤维可被制造成具有非常细的直径(在1–10微米范围内)，这在形成各种类型的非织造织物中是非常有利的。然而，熔喷纤维的强度相对弱。相反，纺粘纤维可被制造成非常强，但具有大得多的直径(在15–50微米范围内)。由纺粘形成的织物较透明(lessopaque)且倾向于展示粗糙的表面，因为纤维直径相当大。此外，根据美国专利5,476,616中教导的纺丝技术，通过多排喷丝板对热塑性树脂进行纺丝是相当具有挑战性的，这是由于外部排和/或列的长丝快速固化。由于外部排和/或列中的这种快速固化，长丝倾向于较大和/或与相邻内部排和/或列的长丝形成绳状缺陷(rope defects)。
到目前为止，问题是还没人能够找到方法来挤出小的纤维，其具有与熔喷纤维的直径相匹配的直径，还具有纺粘纤维的强度。
现在，已发明一种非织造网，其解决了该问题。
发明内容
简单地说，本发明涉及用于形成非织造网的装置和方法，以及所述网本身。用于制备非织造网的装置包括模块(die block)，其具有用于接收熔融材料的入口，所述入口与腔体相通。所述模块还具有气体通道，通过该气体通道可引入加压气体。所述气体通道具有内径。插入体位于所述气体通道中并具有内径和外径。大部分所述外径小于所述气体通道的内径以在它们之间形成空气室。所述装置还包括被固定到所述模块的喷丝板，其具有与所述腔体分开的气室。所述喷丝板还具有气体通路(passageway)，其连接所述气室与所述气体通道。多个喷嘴和多个固定销(stationary pin)被固定到所述喷丝板。所述多个喷嘴与所述多个固定销集合成具有多排和多列的阵列，所述阵列具有边缘(periphery)。所述多个喷嘴各自与所述腔体相连。所述装置还包括被固定到所述喷丝板的气体分配板，其具有通过其形成的多个第一、第二和第三开口。所述第一开口各自围绕一个所述喷嘴，所述第二开口各自围绕一个所述固定销，而所述第三开口各自与所述第一和第二开口相邻定位。所述装置还包括被固定到所述气体分配板的外部构件。所述外部构件具有通过其形成的多个第一和第二放大开口。所述第一放大开口各自围绕一个所述喷嘴，而所述第二放大开口各自围绕一个所述固定销。喷嘴和固定销的阵列具有至少一排和至少一列，其与所述边缘相邻定位，由所述第二放大开口组成。所述加压气体以预定速度经由所述第一和第二放大开口两者离开。将所述熔融材料挤出成长丝并且各长丝被加压气体覆盖以固化并被拉细成纤维。此外，在所有挤出长丝/纤维周围的边缘被另一加压气体帘覆盖以将它们与周围的环境空气隔开，这基本上是双覆盖物体系(dualshroudsystem)。最后，所述装置包括定位于所述外部构件的下游的移动表面，在所述移动表面上，所述纤维被收集成非织造网。
用于形成非织造网的方法包括形成熔融聚合物和将所述熔融聚合物引导通过模块的步骤。所述模块具有腔体和与所述腔体相连的入口，该入口运送通过其的熔融材料。所述模块还具有通过其形成的气体通道，用于运送加压气体。所述气体通道具有内径。插入体位于所述气体通道中。所述插入体具有内径和外径。大部分所述外径小于所述气体通道的内径以在它们之间形成空气室。喷丝板主体被固定到所述模块。所述喷丝板主体具有气室和连接所述气室与所述气体通道的气体通路。所述喷丝板主体具有固定到其上的多个喷嘴和多个固定销，其集合成具有多排和多列的阵列。所述阵列具有边缘。气体分配板被固定到所述喷丝板主体。所述气体分配板具有通过其形成的多个第一、第二和第三开口。所述第一开口各自围绕一个所述喷嘴，所述第二开口各自围绕一个所述固定销，而所述第三开口各自与所述第一和第二开口相邻定位。外部构件被固定到所述气体分配板。所述外部构件具有通过其形成的多个第一和第二放大开口。所述第一放大开口各自围绕一个所述喷嘴而所述第二放大开口各自围绕一个所述固定销。喷嘴和固定销的阵列具有至少一排和至少一列的所述第二放大开口，其与边缘相邻定位。从各喷嘴离开的挤出长丝被加压气体覆盖以固化并被拉细成纤维。此外，在所有挤出长丝/纤维周围的边缘被从各所述第二放大开口离开的加压气体覆盖以将它们与周围的环境空气隔开，这基本上是双覆盖物体系。最后，在移动表面上收集纤维以形成非织造网。
本发明的非织造网具有由熔融聚合物形成的多根纤维，所述非织造网具有介于约0.5微米至约50微米范围内的平均纤维直径、至少约0.5克/平方米(gsm)的基重，和在纵向测定的介于约10克力/克/平方米/厘米(gf/gsm/cm)(9,810牛顿[/Kg/m2xm])非织造网宽度至约50gf/gsm/cm(49,050牛顿[/Kg/m2xm])非织造网宽度范围内的拉伸强度。
本发明的一般目的是提供用于形成非织造网的装置。本发明的一个更具体的目的是提供用于形成非织造网的方法和所述网本身。
本发明的另一目的是提供具有细纤维的非织造网，所述纤维各自具有与常规熔喷纤维的直径类似的直径，并且所述非织造网具有与纺粘织物相当的强度。
本发明的另一目的是提供具有细纤维的非织造网，所述非织造网具有介于约0.5微米至约50微米范围内的直径、至少约0.5gsm的基重和介于约10gf/gsm/cm(9,810牛顿/[(kg/m2)xm])非织造网宽度至约50gf/gsm/cm(49,050牛顿/[kg/m2)xm])非织造网宽度的拉伸强度。
还有，本发明的另一目的是提供模块，其中进入加压气体通道与所述模块的其余部分绝热，这允许使用具有更冷温度的气体。
还进一步地，本发明的目的是提供具有双覆盖物体系的方法，借此各挤出长丝在其结晶和被拉细成纤维时被加压气体覆盖并且所有长丝/纤维被加压气体覆盖以将它们与周围的环境空气隔开。
鉴于以下说明和附图，对本领域技术人员而言，本发明的其它目的和优点将变得更加显而易见。
附图说明
图1是用于形成非织造网的方法的示意图。
图2是固定在一起的模块、喷丝板和外部板的横截面视图。
图3是显示一对气体通道的模块的透视图的垂直横截面。
图4是被开口包围的喷嘴的端视图。
图5是被开口包围的固定销的端视图。
图6是图2中标记为A的区域内的喷丝板的一部分的部分分解视图。
图7是布置在垂直于较短长度列排列的细长排中的喷嘴的阵列的透视图，其中两个外部排由各自容纳固定销的第二开口组成，而位于与阵列的末端相邻的三列由各自容纳固定销的第二开口组成。
图8是显示多个喷嘴的喷丝板主体的一部分的部分横截面视图，侧面有两个外部排和最外列，其包含第二放大开口，所述第二放大开口各自有固定销固定在其中。
图9是气体分配板的正视图。
图10是外部构件的正视图。
图11是用于形成非织造网的供选方法的示意图。
图12是比较根据本发明制备的非织造网和使用常规熔喷方法制备的非织造网的“纤维直径分布”的差异的一对柱状图。
图13是比较常规熔喷网、常规纺粘网和根据本发明制备的非织造网的纵向(MD)拉伸强度的图。
具体实施方式
定义
非织造物(non-woven)定义为天然和/或人造纤维或长丝的片、网或毡(batt)(不包括纸)，所述天然和/或人造纤维或长丝还未转化成纱，并且其通过机械、液压机械(hydro-mechanical)、热或化学手段相互粘合。
熔纺(spunmelt)是其中经由与一个或更多个挤出机相连的模头(die head)中的多个喷嘴由熔融聚合物纺出纤维的方法。熔纺方法可包括熔喷、纺粘和本发明方法(我们称其为纺喷(spunblowing))。
熔喷是用于制备具有小于约10微米的直径的非常细的纤维的方法，其中一旦长丝从喷嘴出来就使用热的高速气流拉细多个熔融聚合物流。接着将拉细的纤维收集在平带或双滚筒(dual drum)收集器上。典型的熔喷模具(die)每英寸具有约35个喷嘴和单排喷丝板。典型的熔喷模具使用两个倾斜空气射流来拉细长丝。
纺粘是用于通过使用冷的高速空气拉细初生丝同时使喷丝板面附近的纤维骤冷来从热塑性塑料聚合物直接制备强度高的纤维非织造网的方法。然后各纤维被无规铺在收集带上并运送到粘合机以赋予网增加的强度和完整性。纤维尺寸通常在250μm(微米)以下并且平均纤维尺寸在介于约10微米至约50微米的范围内。与熔喷纤维相比，该纤维强度非常高，这是由于在结晶(固化)长丝的拉细过程中获得的分子链排列。典型的纺粘模具具有多排聚合物孔并且聚合物熔体流速通常在约500克/10分钟以下。
本发明是常规熔喷方法和常规纺粘方法之间的混合方法。本发明弥合这两种方法之间的差别。本发明使用类似于纺粘中所用的喷丝板的多排喷丝板，所不同的是喷嘴和固定销以独特方式排列，以允许平行气体射流围绕初生丝以拉细它们并使它们固化。在本发明中，各挤出长丝被加压气体覆盖并且其温度可比聚合物熔体更冷或更热。此外，在所有长丝周围的边缘被加压气体帘围绕，这基本上是双覆盖物体系。
本发明的一个供选实施方案是使用吸丝器(aspirator)来将熔融长丝拉细成纤维。吸丝器使用高速气体(空气)，所述高速气体(空气)以基本平行于长丝的流动方向对准，而不是以陡峭的倾斜角度向其(长丝的流动方向)对准。这些特征的组合产生具有小或细的直径的纤维，类似于常规熔喷纤维，但强度高得多的纤维，类似于常规纺粘纤维。本发明的装置非常灵活且通用，在于它能适应于熔喷和纺粘聚合物树脂两者，其按照美国标准测试方法(ASTM)D1238，在210℃和2.16kg下，可能具有介于约4克/10分钟(g/10min.)至约6,000g/10min.的熔体流动速率。
装置
参考图1，装置10显示用于制备非织造网12。非织造网12可具有高的蓬松度(loft)。将聚合物树脂14(呈小的固体粒料形式)放入料斗16中并接着经由导管18传送至挤出机20。在挤出机20中，聚合物树脂14被加热到升高的温度。该温度将根据特定聚合物的特定组成和熔化温度(melt temperature)而变化。通常，将聚合物树脂14加热到其熔化温度或以上的温度。熔化的聚合物树脂14转变成熔融材料(聚合物)22，参见图2，接着其经由导管24传送至具有喷丝板主体52固定到其上的模块26。
聚合物树脂14的组成可以变化。聚合物树脂可为热塑性树脂。聚合物树脂14可选自：聚烯烃类、聚酯类、聚对苯二甲酸乙二醇酯类、聚对苯二甲酸丁二醇酯类、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯类、聚对苯二甲酸丙二醇酯类、聚甲基丙烯酸甲酯类、聚酰胺类、尼龙类、聚丙烯酸类、聚苯乙烯类、乙烯类聚合物、聚四氟乙烯类、超高分子量聚乙烯类、非常高分子量聚乙烯类、高分子量聚乙烯类、聚醚醚酮类、非纤维增塑纤维素类、聚乙烯类、聚丙烯类、聚丁烯类、聚甲基戊烯类、低密度聚乙烯类、线型低密度聚乙烯类、高密度聚乙烯类、聚苯乙烯类、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯类、苯乙烯-丙烯腈类、苯乙烯三嵌段和苯乙烯四嵌段共聚物类、苯乙烯-丁二烯类、苯乙烯-马来酸酐类、乙烯-乙酸乙烯酯类、乙烯-乙烯醇类、聚氯乙烯类、乙酸纤维素类、乙酸丁酸纤维素类、增塑纤维素塑料类、丙酸纤维素类、乙基纤维素、天然纤维类、其任何衍生物、其任何聚合物共混物、其任何共聚物或其任何组合。此外，聚合物树脂14可选自衍生自天然来源的生物可降解的热塑性塑料，如聚乳酸、聚3-羟基丁酸酯、聚羟基链烷酸酯类、或其任何共混物、共聚物、聚合物溶液或组合。化学领域的技术人员可能知道也可用于形成非织造网12的其它聚合物。应理解本发明的非织造网12不仅局限于以上确定的那些聚合物。
非织造网12可由均聚物形成。非织造网12可由聚丙烯形成。供选地，非织造网12可由两种或更多种聚合物形成。非织造网12可包含双组分纤维，其中所述纤维具有皮-芯构造，其中所述芯由一种聚合物形成，而包围的皮由第二聚合物形成。还有另一选择是由双组分纤维制备非织造网12，其中所述纤维具有并列构造。聚合物领域的技术人员将知道结合两种或更多种聚合物的各种纤维设计。
应理解非织造网12可包括添加剂，其可在收集纤维之前或之后施加。此类添加剂可包括但不限于：超吸收性物质(superabsorbent)、吸收性粒子、聚合物、纳米颗粒、磨料粒子、活性颗粒、活性化合物、离子交换树脂、沸石、柔软剂、增塑剂、陶瓷颗粒颜料、染料、香料、芳香剂、控释囊、粘合剂、胶粘剂、增粘剂、表面改性剂、润滑剂、乳化剂、维生素、过氧化物、抗菌剂、除臭剂、阻燃剂、消泡剂、抗静电剂、生物杀灭剂、抗真菌剂、降解剂、稳定剂、导电改性剂或其任何组合。
参考图2，描绘了模块26和喷丝板主体52的横截面视图。熔融材料22经由入口28进入模块26，该入口28与腔体30相通。腔体30可为放大区域，在此熔融材料(聚合物)均等化(equalize)。“均等化”是指使得均等、一致。根据模块26的尺寸，腔体30可为若干英寸宽和多达若干英尺长。腔体30可包含聚合物分布板和过滤筛(未显示)。
参考图2和3，模块26具有在其中形成的一个或更多个气体通道32。图2和3中显示了一对气体通道32、32。各气体通道32具有内径d。内径d的尺寸可以变化。通过各气体通道32、32的加压气体通常为加压空气。
应理解，在图3中，该对气体通道32、32相对入口28偏移，并因此入口28没有显示在图3中。
该对气体通道32、32各自的直径、长度和构造可变化。该对气体通道32、32各自可为线型、弯曲或有角度的，或具有一些其它独特构造。已发现：通过将中空插入体34安置在该对气体通道32、32中的每一个中，人们可更好地控制进入气体的温度。“气体”是指通过相对低的密度和粘度以及变为均匀分布于整个任何容器的自发倾向而区别于固态和液态的物质状态；气态的物质。在装置10中，将加压气体(最可能是空气)引入模块26和喷丝板主体52中。“空气”是指无色、无味的气态混合物，主要是氮气(约78％)和氧气(约21％)与较少量的其它气体。
插入体34可为陶瓷插入体。“陶瓷”是指通过使非金属矿物如粘土成形并然后在高温下焙烧制备的各种硬、脆、耐热和耐腐蚀的材料中的任何种。或者，插入体34可由各种其它耐热材料构造。还有另一选择是用耐热涂层如陶瓷涂层来涂布插入体34。人们也可用具有良好隔热性质的某些其它材料涂布插入体34。
如图3中最佳显示的，各插入体34、34具有内径d1和外径d2。理想地，内径d1是光滑的。内径d1可以根据模块26的尺寸而变化。一米等于39.37英寸。典型地，内径d1介于约0.1英寸(0.00254m)至约1英寸(0.0254m)范围内。理想地，内径d1直径为至少0.25英寸(0.00635m)。更理想地，内径d1直径为至少0.3英寸(0.00762m)。甚至更理想地，内径d1直径为至少0.4英寸(0.01016m)。最理想地，内径d1为约0.5英寸(0.0127m)。
各插入体34具有第一末端36和第二末端38。第一末端36与第二末端38分隔开。第一末端36与模块26的外表面42对齐，而第二末端38与模块26的内表面40对齐。第一末端36包含向外突出的法兰44，而第二末端38也包含向外突出的法兰46。“法兰”是指突出的边(rim)、缘(edge)、肋(rib)或环圈(collar)，如在管身上，用于增强对象、将其保持在合适位置或将其附着在另一对象上。法兰44和46的结构形状在喷丝板孔洞(bore hole)50中产生物理室48，其被加工到模块26中并且其中安装各插入体34。将该对插入体34、34的每一个安装到一对喷丝板孔洞50、50的一个中。室48、48位于各喷丝板孔洞50的内径d和该对插入体34、34的每一个的外径d2之间。各室48沿着两个法兰44和46之间的插入体34的一部分纵向延伸。理想地，各室48将沿着该对插入体34、34的每一个的外径d2的大部分延伸。各室48可充满气体，如空气。各室48起着限制从热的模块26至经过该对插入体34、34的每一个的内径d1的加压气体的热传递的热绝缘体的作用。因为这个，在模块26中不会形成冷点(coldspots)。此外，热的模块26不会加热传送至喷丝板主体52的进入加压气体。该对插入体34、34和相邻室48、48的组合使得操作者能够将加压气体(空气)引导通过模块26，而不显著地影响模块26或进入加压气体(空气)的温度。因为这个，在本发明方法中可利用冷得多的加压气体(空气)。该更冷的加压气体(空气)可增强纤维结晶作用(挤出长丝固化成纤维)并提高纤维拉伸性质。
仍参考图3，室48、48的尺寸、形状和构造可以变化。理想地，各室48、48具有介于约0.01英寸(0.000254m)至约0.3英寸(0.00762m)范围内的高度h。更理想地，各室48、48的高度h可介于约0.05英寸(0.00127m)至约0.25英寸(0.00635m)范围内。甚至更理想地，各室48、48的高度h可介于约0.1英寸(0.00254m)至约0.2英寸(0.00508m)范围内。最理想地，各室48、48的高度h大于约0.12英寸(0.0356m)。
室48、48的存在结合制备或涂布插入体34、34的材料将确保人们经由插入体34、34传送的加压气体(空气)不会由于模块26的温度而被大量加热。换言之，插入体34、34结合室48、48起着提供隔热和限制热传递的作用。
应理解，如果需要，各喷丝板孔洞50、50的内径d也可涂布有陶瓷涂层，以提供另一隔热层。
模块26由大量金属或钢(其为热的良导体)构造。重质量的模块26也使得它保留传递给它的任何热。由于熔融材料22(聚合物)流经模块26并由于防止聚合物熔体被冷的环境空气或工艺空气固化的加热筒(heatingcartages，未显示)，模块26的温度升高至环境温度以上。“环境温度”是指周围的温度，如室温。各种熔融材料22(聚合物)的熔化温度确实变化但通常超过100℃。对于许多聚合物而言，熔化温度可高达200℃、250℃、300℃、350℃、400℃或甚至更高。通过使进入加压气体(空气)与模块26中的升高的温度隔热，人们可更好地控制整个过程并制备在组成、直径和强度方面非常精确的挤出长丝和纤维。
再次参考图2，装置10还包括喷丝板主体52。“喷丝板”是指用于制备合成纤维的设备，由有孔穿透的板组成，通过所述孔塑性材料(聚合物)以长丝的形式被挤出。喷丝板主体52被固定到模块26。模块26和喷丝板主体52具有基本上相同的长度和宽度。通常，各自的周边毗连。模块26和喷丝板主体52各自具有通常为矩形的构造。喷丝板主体52具有长度l(参见图1)和宽度w(参见图2)。长度l比宽度w长。喷丝板主体52具有气室54。在喷丝板主体52中形成一个或更多个气体通路56、56。图2中描绘了一对气体通路56、56，各自与该对气体通道32、32的一个相连。该对气体通路56、56将气室54与该对气体通道32、32相连，使得可将加压气体(空气)引入气室54。附图中没有显示加压气体(空气)源，但是用以产生加压气体(空气)的装置对于本领域技术人员而言是众所周知的。
应理解气室54与模块26中形成的腔体30分开且与其不同。换句话说，气室54与腔体30分离。“分离”是指与其它隔离开或断开，以使得没有外部影响；隔离。这意味着当熔融材料22在腔体30中时，其不与加压气体(空气)接触。
应理解，如果需要，喷丝板主体52可涂布有陶瓷涂层。
装置10还包括多个喷嘴58。“喷嘴”是指具有开口的突出部件，由于在管的末端，其用于调节并引导流体或熔融材料流。各喷嘴58被固定到喷丝板主体52。各喷嘴58与相邻喷嘴58分隔开。在喷丝板主体52中，喷嘴58的数目可变化。喷丝板主体52可包含少至10个喷嘴58至几千个喷嘴58。对于商业规模的生产线而言，喷丝板主体52中的喷嘴58的数目可介于约1,000至约10,000范围内。理想地，喷丝板主体52将具有至少约1,500个喷嘴。更理想地，喷丝板主体52将具有至少约2,000个喷嘴。甚至更理想地，喷丝板主体52将具有至少约2,500个喷嘴。最理想地，喷丝板主体52将具有3,000个或更多个喷嘴。
喷嘴58的尺寸可以变化。喷嘴58的尺寸可介于约50微米至约1,000微米范围内。更理想地，喷嘴58的尺寸可介于约150微米至约700微米范围内。更理想地，喷嘴58的尺寸可介于约20微米至约600微米范围内。可使用各种尺寸的喷嘴，但通常全部喷嘴具有相同的尺寸。
参考图2、4和6，各喷嘴58可由金属如刚、不锈钢(stainless)、金属合金、黑色金属等形成。理想地，各喷嘴58由不锈钢形成。各喷嘴58被描绘成细长的中空管60，参见图2和6。“管”是指中空圆柱体，特别是运送流体或起着通道作用的那种。各中空、圆柱形管60在每个末端开口并且具有纵向中心轴和独特形状的内部横截面。理想地，各管60的内部横截面形状为圆形且在其整个长度上恒定。各喷嘴58的长度可变化。典型地，喷嘴58的长度介于约0.5至约6英寸范围内。
应理解喷嘴58可为任何几何形状，尽管优选圆形形状。
呈中空、圆柱形管60形式的各喷嘴58具有内径d3和外径d4。内径d3可介于约0.125毫米(mm)至约1.25mm范围内。各喷嘴58的外径d4应为至少约0.5mm。理想地，各喷嘴58的外径d4可介于约0.5mm至约2.5mm范围内。
将熔融材料22(聚合物)挤出通过各喷嘴58的内径d3。各中空、圆柱形管60中存在的熔融材料22(聚合物)上的背压应等于或超过约5bar。“bar”是指等于1百万(106)达因/平方厘米的压力单位。理想地，根据聚合物性质和操作条件，各中空、圆柱形管60中存在的熔融材料22(聚合物)上的背压可介于约20bar至约200bar范围内。更理想地，各中空、圆柱形管60中存在的熔融材料22(聚合物)上的背压可介于约25bar至约150bar范围内。甚至更理想地，各中空、圆柱形管60中存在的熔融材料22(聚合物)上的背压可介于约30bar至约100bar范围内。
再次参考图2，装置10还包括多个固定销62。各固定销62是具有纵向中心轴和外径d5的细长的实心构件。各固定销62被固定到喷丝板主体52并且它们通常具有与聚合物喷嘴58相似的外径。各固定销62的外径d5应在其整个长度上保持恒定。外径d5的尺寸可变化。理想地，各固定销62的外径d5为至少约0.25mm。更理想地，各固定销62的外径d5为至少约0.5mm。甚至更理想地，各固定销62的外径d5为至少约0.6mm。最理想地，各固定销62的外径d5为至少约0.75mm。
现在参考图7和8，多个喷嘴58和多个固定销62集合成具有多排64和多列66的阵列，具有边缘68。“阵列”是指有序排列。排64的数目以及列66的数目可变化。典型地，排64的数目将介于约2至约50范围内。理想地，排64的数目将介于约3至约30范围内。更理想地，排64的数目将介于约4至约25范围内。甚至更理想地，排64的数目将介于约4至约20范围内。最理想地，排64的数目将介于约5至约15范围内。
典型地，列66的数目将介于约50至约500范围内。理想地，列66的数目将介于约60至约450范围内。更理想地，列66的数目将介于约100至约300范围内。甚至更理想地，列66的数目将介于约150至约250范围内。最理想地，列66的数目将大于200。
喷丝板主体52将具有介于约30个喷嘴/厘米至约200个喷嘴/厘米范围内的喷嘴密度。理想地，喷嘴密度将超过50个喷嘴/厘米。更理想地，喷嘴密度将超过75个喷嘴/厘米。甚至更理想地，喷嘴密度将超过100个喷嘴/厘米。最理想地，喷嘴密度将超过150个喷嘴/厘米。
通过各喷嘴58的聚合物通过量表述为“克/孔/分钟”(ghm)。通过各喷嘴58的聚合物通过量可介于约0.01ghm至约4ghm范围内。
各挤出并拉细的纤维的成品直径(finished diameter)为约50微米以下。平均纤维直径介于约0.5微米至约50微米，其中标准偏差为0.5微米以上。理想地，平均纤维直径介于约1微米至约50微米，其中标准偏差为0.5微米以上。更理想地，平均纤维直径介于约1微米至约30微米，其中标准偏差为0.5微米以上。甚至更理想地，平均纤维尺寸介于约1微米至约20微米，其中标准偏差为0.5微米以上。最理想地，平均纤维尺寸介于约1微米至约10微米，其中标准偏差为0.5微米以上。
边缘68通过围绕多个喷嘴58和多个固定销62的外部延伸的线表示。排64显示为在装置10中水平延伸的长线，而列66长度较短并且垂直于排64排列。“垂直”是指以直角(90度)相交或形成直角(90度)。尽管排64和列66显示为彼此垂直排列，但是如果需要，人们当然可以使用不同角度的排列。排64和列66也被描绘成以平行排64和平行列66排列。“平行”是指处处等距离分开。然而，如果需要，人们可将排64和/或列66交错排列。排64的数目可变化，列66的数目也一样可变化。
在图7中，人们将注意到与排64和列66的阵列的边缘68的两个纵向侧相邻定位的两个外部排64、64不包含喷嘴58。此外，阵列末端的3列66也不包含任何喷嘴58。人们可按照需要在与边缘68相邻定位的一样多的排64和列66中利用固定销62。典型地，与阵列的外边缘68相邻的仅1或2排不具有喷嘴58，同时介于约1至约50列66可不具有喷嘴58。不包含喷嘴58的列66的精确数目将部分地取决于喷丝板主体52的整体尺寸。不在此类排64和列66中安置喷嘴58的原因是在具有约12排64并具有超过约150列66的矩形外部构件78中(参见图2)，就存在了更多列66。因此，人们可从列66中比从排64中消除更多的喷嘴58。此外，通过使喷丝板主体52中喷嘴58的阵列变窄，人们可更好地保持所用的多个喷嘴58之间的恒定温度值。
如上所提及的，可固定到喷丝板主体52的喷嘴58和固定销62的总数目可变化。喷丝板主体52的尺寸越大，它可支撑的喷嘴58和固定销62越多。对于典型商业喷丝板主体52而言，它将具有若干排64和更多列66。排64的数目可变化但通常将在约4至约20范围内。列66的数目也可变化但通常将在约50至约500范围内。理想地，商业尺寸的喷丝板主体52将具有约8至约16排和介于约100至约300列。例如，包含总共2,496个组合的喷嘴58和固定销62的喷丝板主体52可具有12排64和208列66。
现在参考图2和9，装置10进一步包括固定到喷丝板主体52的气体分配板70。气体分配板70起着围绕各喷嘴58均等分配加压气体(空气)以确保合适的长丝拉细的作用。气体分配板70的厚度、构造及其形成材料可变化。理想地，气体分配板70由金属或钢构成。更理想地，气体分配板70由不锈钢构成。气体分配板70具有通过其形成的多个开口。所述多个开口包括多个第一开口72(多个喷嘴58可通过其)、多个第二开口74(多个固定销62可通过其)和多个第三开口76(加压气体(空气)可通过其)。第一、第二和第三开口72、74和76的精确数目可根据喷丝板主体52的尺寸和所用的喷嘴58和固定销62的总数目变化。第一和第二开口(分别为72和74)必须与固定到喷丝板主体52的喷嘴58和固定销62的阵列对准。没有额外或没有使用的第一和第二开口(分别为72和74)应通过气体分配板70而形成。
多个第一、第二和第三开口(分别为72、74和76)全部显示为具有预定直径的圆形开口。这假设多个喷嘴58的每一个和多个固定销62的每一个都具有圆形外径。如果需要，第三开口76的几何形状不必须为圆形。然而，形成圆形孔比一些其它形状更加经济有效，并因此，从实用观点来看，第三开口76也将最可能具有圆形外径。
确定多个第一开口72各自的大小并将其配置成匹配或稍大于多个喷嘴58的外径d4。紧贴、紧密或按压配合可用于保持多个喷嘴58处于固定排列。确定多个第二开口74各自的大小并将其配置成匹配或稍大于多个固定销62的外径d5。再次，紧贴、紧密或按压配合可用于保持多个固定销62处于固定排列。确定多个第三开口76各自的大小并将其配置成允许合适量的加压气体(空气)通过它们。可基于众多因素如被挤出的熔融材料22(聚合物)的组成、存在的喷嘴58和固定销62的数目、各喷嘴58的内径d3、通过各喷嘴58的熔融材料22(聚合物)的流速、通过气体分配板70的加压气体(空气)的速度等等来计算所需的加压气体(空气)的量。“速度(velocity)”是指运动的快速度(rapidity)或速率(speed)，迅速度(swiftness)。本领域技术人员可容易地计算所需的加压气体(空气)的量、其速度以及对于以最大速度运行装置10有利的温度。
仍参考图9，人们可以清楚地看出各第一和第二开口(分别为72和74)可具有相同直径。或者，可确定第一开口72的直径大小以比第二开口74的直径小或大。当多个喷嘴58各自的外径d4与多个固定销62各自的外径d5相同时，那么第一开口72各自的直径将等于第二开口74各自的直径。
人们还将注意到在图9中，第二开口74全部围绕多个第一开口72的外边缘68定位。“边缘”是指形成区域的边界的线；外围。这种排列的原因是获得加压气体(空气)的第二覆盖物或帘，其保护挤出长丝免受周围环境空气的影响。这是本发明的独特特征。
同样，人们可以清楚地看出各第三开口76比第一开口72或者第二开口74的外径小。然而，如果人们希望确定各第三开口76的外径大小以大于或匹配各第一和第二开口(分别为72和74)的外径d4和d5，这可容易地实现，特别是如果使用小聚合物喷嘴58的话。使得第三开口76较大的一个缺点是排64和列66那么将必须分隔开更远。这将限制可固定到喷丝板主体52的喷嘴58和固定销62的总数。
仍参考图9，人们可以清楚地看出四个第三开口76与各第一和第二开口(分别为72和74)相邻安置。与各第一和第二开口(72和74)相关的第三开口76的精确数目可以变化。同样，第三开口76相对于各第一和第二开口(分别为72和74)的排列和角间距也可变化。此外，各第三开口76与第一和第二开口(分别为72和74)分隔开的距离也可变化。
应理解，如果需要，气体分配板70可涂布有陶瓷涂层。
现在参考图2和10，装置10进一步包括外部构件78。外部构件78被固定到气体分配板70，使得其与喷丝板主体52分隔开。外部构件78起着形成围绕各喷嘴58的环形加压气体(空气)通道的作用。外部板78的厚度、构造及其形成材料可变化。理想地，外部板78由金属或钢构成。更理想地，外部板78由不锈钢构成。外部板78具有通过其形成的多个开口，一些是一个喷嘴58通过其的第一放大开口80，而其余是其中存在一个固定销62的第二放大开口82。各第一放大开口80容纳喷嘴58，而各第二放大开口82容纳固定销62。
应理解，如果需要，外部构件78可涂布有陶瓷涂层。
参考图10，人们可清楚地看出第二放大开口82全部围绕多个第一放大开口80的外边缘84定位。这种排列的原因是它提供围绕多个喷嘴58的边缘84的覆盖物并防止周围环境空气与挤出长丝接触，使得长丝不会冷却太快。
回到参考图4和5，人们还将注意到各第一放大开口80具有内径d6并且各第二放大开口82具有内径d7。第一放大开口80的直径d6可等于第二放大开口82的直径d7。或者，第一放大开口80的直径d6可比第二放大开口82的直径d7小或大。
参考图10，各第一放大开口80的直径d6等于各第二放大开口82的直径d7。此外，当人们将图9中所示的第一和第二开口(分别为72和74)与图10中所示的第一和第二放大开口(分别为80和82)比较时，人们可以看到第一和第二放大开口(分别为80和82)大得多。这样的原因是加压气体(空气)将经由各第一和第二放大开口(分别为80和82)离开，并围绕各喷嘴58和围绕各固定销62形成覆盖物。“覆盖物”是指隐藏、保护或遮蔽的东西。当第一和第二放大开口(分别为80和82)是圆形时，加压气体(空气)的覆盖物可完全地包围(360°)各喷嘴58和各固定销62。
再次参考图7，人们可以看出多个喷嘴58各自排列在各第一放大开口80的中心。同样，多个固定销62各自排列在各第二放大开口82的中心。这样的原因是加压气体(空气)的覆盖物接着将围绕各喷嘴58的外边缘和围绕各固定销62的外边缘均匀分布。加压气体(空气)覆盖各喷嘴58并且协助引起挤出的熔融材料22(聚合物)固化和拉细。此外，人们可以看出在喷嘴58和固定销62的阵列中，排列至少一排64和至少一列66使得第二放大开口82与第一放大开口80的边缘84相邻定位。这意味着与外部板78的四边相邻定位的至少外部排64和至少最外列66将仅包含第二放大开口82。这种构造的原因是它提供围绕全部多个喷嘴58的加压气体(空气)的覆盖物或帘。该加压气体(空气)的第二覆盖物将限制或防止长丝在它们被安置挤出机20的设备中的周围环境空气接触时引起的快速固化。
再次参考图2，当加压气体以预定速度离开与多个喷嘴58相邻的各第一放大开口80时，熔融材料22(聚合物)被挤出成长丝86。各长丝86被周围的加压气体覆盖而与相邻长丝86分开以防止成绳状。“长丝”是指仍处于半软化状态的细或薄纺成(spun)材料。通过这种排列，防止了相邻长丝86、86之间的接触。此外，从多个第二放大开口82的每一个离开的加压气体(空气)围绕全部挤出长丝86形成覆盖物。该第二覆盖物保护半熔融长丝86、86免受周围环境空气影响并减慢长丝86、86的冷却。通过增加各长丝86冷却所花费的时间，人们可获得直径更细的纤维98并更精确地控制各纤维98的特性。使用双覆盖物加上使用吸丝器的第二阶段的纤维拉细(下面将对其进行解释)的这种特征是非常独特的。
仍参考图2和7，装置10进一步包括固定到外部构件78的一对覆盖条88、88。该对覆盖条88、88各自由单独且不同的构件组成，该构件与另一构件分隔开。或者，该对覆盖条88、88可制造成单一构件。该对覆盖条88、88各自显示为具有外表面90、90。该对覆盖条88、88各自沿着喷丝板主体52的长度l延伸。如所示的，该对覆盖条88、88各自相互平行排列。外表面90、90各自可具有倾斜部分92。倾斜部分92从外表面90向下和向内延伸。“倾斜”是指线或表面以不是90°的任何角度与另一线或平面相遇的角度或倾斜度。倾斜表面92、92沿着喷丝板主体52的长度l纵向延伸。倾斜表面92、92各自的角度α可以变化。理想地，以角度α形成各倾斜表面92、92(参见图2)，所述角度α可介于约15°至约75°范围内。
仍参考图2，该对覆盖条88、88可由金属如钢、不锈钢、金属合金、黑色金属等形成。理想地，该对覆盖条88、88由不锈钢形成。该对覆盖条88、88促进环境空气围绕离开至少一些第二放大开口82的加压气体的流动。该对覆盖条88、88将引导环境空气围绕外部构件78的下部流动，使得该空气将按照箭头94、94所指示的方向移动。环境空气将遵循倾斜表面92、92的方向，并然后被强有力地离开第二放大开口82的离开的加压气体(空气)掉转向下远离多个喷嘴58。离开的加压气体(空气)经由气体分配板70中形成的第三开口76并经由外部构件78中形成的第二放大开口82来自气室54。
该对覆盖条88、88还起着重新分配施加在外部构件78和气体分配板70上以将它们固定到喷丝板主体52上的夹持力的作用。该对覆盖条88、88还起着保护喷嘴58免受室内夹带空气的影响的作用，所述夹带空气可从侧面被吸入并可对外部排具有冷却效果。
现在参考图2和6，驱使模块26的腔体30中存在的熔融材料22(聚合物)向下通过多个喷嘴58并流经中空圆柱形管60。各喷嘴58具有末端96，其位于外部构件78的平面之下。理想地，各末端96位于该对覆盖条88、88的外表面90的平面之下。各喷嘴58向下延伸超过第一放大开口80一垂直距离d8，参见图6。距离d8可变化。理想地，距离d8应为至少约1mm。更理想地，距离d8为至少约2mm。甚至更理想地，距离d8为至少约3mm。最理想地，距离d8为至少约5mm。
参考图2，熔融材料22(聚合物)作为长丝86离开多个喷嘴58的每一个。各长丝86被从第一放大开口80离开的加压气体(空气)隔开。该加压气体(空气)提供覆盖物或遮蔽物(veil)，其限制长丝86与相邻长丝86接触、触碰和/或粘合并形成绳和/或束。“遮蔽物”指像帘子一样隐藏、分开或遮蔽的东西。可改变长丝86离开多个喷嘴58的速度和压力以适合人们的装置并形成纤维98，参见图1，其满足某些纤维标准，如特定直径、组成、强度等。
覆盖和拉细在喷嘴58处或附近的长丝86中所用的加压气体(空气)的温度可处于比通过的长丝86的熔化温度低的温度、与其相同的温度或比其高的温度。理想地，覆盖和拉细在喷嘴58处或附近的长丝86中所用的加压气体(空气)的温度处于比长丝86的熔化温度冷或热介于约0℃至约250℃范围内的温度。更理想地，覆盖和拉细在喷嘴58处或附近的长丝86中所用的加压气体(空气)的温度处于比长丝86的熔化温度冷或热介于约0℃至约200℃范围内的温度。甚至更理想地，覆盖和拉细在喷嘴58处或附近的长丝86中所用的加压气体(空气)的温度处于比长丝86的熔化温度冷或热介于约0℃至约150℃范围内的温度。最理想地，覆盖和拉细在喷嘴58处或附近的长丝86中所用的加压气体(空气)的温度处于比长丝86的熔化温度冷或热介于约0℃至约100℃范围内的温度。
经由多个第二开口82喷出的加压气体(空气)将形成加压气体(空气)流，其将限制或防止多根长丝86被周围的环境空气接触。理想地，该加压气体(空气)可围绕全部数目的长丝86的整个外周或边缘84形成包裹物、覆盖物或帘。可改变长丝86离开多个喷嘴58的速度和压力以适合人们的装置并形成纤维98，参见图1，其满足某些纤维标准，如特定直径、组成、强度等。
现在参考图11，显示了供选装置10’，其包括吸丝器100。吸丝器100位于各喷嘴58的末端96的下游。“吸丝器”是指用于产生高速气体(空气)射流以拖曳和拉细长丝86的设备。吸丝器100垂直对准多根长丝86的下游，使得多根长丝86可容易地通过其中。经由一根或更多根导管102将加压气体(空气)引入吸丝器100中。图11中描绘了一对导管102、102。导管102的数目可从1至若干变化。进入吸丝器100的进入加压气体(空气)平行于长丝86的流动方向对准。该平行气体(空气)流动特征是重要的，因为平行气体(空气)射流将在长丝86上施加拖曳力，使得它们处于张力下，这将导致长丝86被拉成纤维98。到达吸丝器100的进入加压空气可为冷却的、处于室温或为加热的。典型地，进入空气处于室温或稍高。当长丝86通过吸丝器100时，它们被以一定速度行进通过吸丝器100的加压气体(空气)拉细成纤维98，所述速度是离开多个第一和第二放大开口(分别是80和82)的加压气体(空气)的速度的至少两倍大。“拉细”是指使得更细长、细小或小。理想地，用于将长丝86拉细成纤维98的加压气体(空气)以一定速度移动，所述速度是离开多个第一和第二放大开口(分别是80和82)的加压气体(空气)的速度的至少2.5倍大。更理想地，用于将长丝86拉细成纤维98的加压气体(空气)以一定速度移动，所述速度是离开多个第一和第二放大开口(分别是80和82)的加压气体(空气)的速度的至少5倍大。甚至更理想地，用于将长丝86拉细成纤维98的加压气体(空气)以一定速度移动，所述速度是离开多个第一和第二放大开口(分别是80和82)的加压气体(空气)的速度的至少10倍大。最理想地，用于将长丝86拉细成纤维98的加压气体(空气)以一定速度移动，所述速度是离开多个第一和第二放大开口(分别是80和82)的加压气体(空气)的速度的超过10倍大。例如，用于将长丝86拉细成纤维98的加压空气可具有至少约50米/秒(m/s)、约100m/s、200m/s、约250m/s、约300m/s、约400m/s或更大的速度。
吸丝器100用作拉细长丝86的第二阶段使得它们获得与使用常规纺粘技术形成的纤维类似的强度性质。
回头参考图1，应注意当吸丝器100不存在时，使用稍微加热的气体(空气)以在各喷嘴58的末端96处或附近实现高度纤维拉细。制备的纤维98倾向于比常规纺粘纤维强度低但仍比常规熔喷纤维强度高得多。当加压气体(空气)的温度比聚合物熔化温度低约50℃至约100℃时尤其如此。本文中教导的本发明装置和方法是非常通用的并且容易经调节以制造具有宽范围性质的熔纺纤维98。此类性质跨越常规熔喷纤维至常规纺粘纤维之间的距离。
再次参考图11，从吸丝器100离开的纤维98的数目将等于进入吸丝器100的长丝86的数目。然而，纤维98将具有比各长丝86的直径小的直径。此外，纤维98通常将比长丝86强度更高。各纤维98的直径将部分地决定于各长丝86在吸丝器100中被拉细的量。当纤维98离开吸丝器100时，它们被引导向下并被收集到移动表面104上。
参考图1和11，移动表面104的设计和构造可以变化。例如,移动表面104可为安装在两个或更多个辊108上并受其支撑的可移动的、闭合环状成形网(forming wire)106。辊108中的一个可为驱动辊。图1和11中显示4个辊108。移动表面104可顺时针或逆时针旋转。或者，移动表面104可为传送带、可旋转滚筒、成形滚筒、双滚筒收集器或本领域技术人员已知的任何其它机械装置。
移动表面104可在室温下运行，尤其是当成形网106或传送带由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料构成时。然而，当移动表面104由金属丝或钢丝构成，或覆盖有金属带时，它可稍微经加热以施加特定纹理或图案，所述纹理或图案可增强非织造网12的特性。
移动表面104可以变化的速度移动，这可影响成品非织造网12的组成、密度、完整性等。例如，当移动表面104的速度增加时，非织造网12的蓬松度或厚度将降低。
仍参考图1和11，装置10或10’进一步包括与移动表面104相邻安置的真空室110。如所描绘的，真空室110安置在成形网106之下。真空室110向形成非织造网12的多根无规收集的纤维98施加真空或吸力。该真空将使工艺气体(空气)和环境空气脱离非织造网12并还将限制或防止纤维98飞扬(flying around)并从而增强非织造网12的均匀性。可使用各种类型的真空室110。施加的真空量可变化以适合人们的特定需要。本领域技术人员很清楚可实施该功能的真空装置的类型。
真空室110的下游是粘合机112。粘合机112的设计可变化。粘合机112可为机械粘合机、液压机械粘合机、热粘合机、化学粘合机等等。粘合机112是任选的但对于由非常薄、无规取向的纤维形成的大多数非织造网12而言，粘合步骤将提供增加的强度和完整性。当利用粘合机112时，它将通过形成点状粘合、点粘合、区域粘合等增强非织造网12的完整性。
应理解，如果需要，非织造网12可经历其它机械或化学处理。例如，非织造网12可经水刺、穿孔、裁剪、切开、针刺、压印(stamped)、压花(embossed)、印花、涂布等。在粘合机112之后，如果不希望其它处理，可将非织造网12卷绕到供应辊114上。裁剪机116可用于以合适的长度和/或宽度裁剪、切断(divide)、割断(sever)或切开非织造网12。
再次参考图1，显示了距离d9，其从各喷嘴58的末端顶96测量至移动表面104。该距离d9被本领域技术人员称为“模具至收集器的距离”(DCD)。该DCD可根据所用装置的类型、形成的纤维98的类型、装置10或10’的操作条件、被挤出的聚合物材料22(聚合物)、成品非织造网12的性质等而变化。通常，DCD可介于约10厘米(cm)((0.1m))至约150cm(1.5m)范围内。理想地，DCD可介于约20厘米(cm)((0.2m))至约125cm(1.25m)范围内。
方法
将参考图1、2和11解释用于形成非织造网12的方法。该方法包括形成熔融材料22(聚合物)和引导所述熔融材料(聚合物)通过模块26的步骤。熔融材料22(聚合物)可为均聚物或两种不同的聚合物，其中各自被引导至某组喷嘴58。理想地，熔融材料22(聚合物)是聚丙烯。在模块26的上游，通常在挤出机20中将熔融材料22(聚合物)加热至至少约170℃的温度。模块26具有腔体30和与腔体30相连的入口28。入口28将熔融材料22运送到模块26中。模块26还具有通过其形成的一个或更多个气体通道32、32，用于将加压气体(空气)运送至喷丝板主体52。气体通道32、32(显示两个)各自具有内径d。插入体34安置在各气体通道32、32中。各插入体34、34具有内径d1和外径d2。各插入体34、34的大部分外径d2小于各气体通道32、32的内径d以在它们之间形成室48。将喷丝板主体52固定至模块26。喷丝板主体52具有气室54和一个或更多个气体通路56、56(显示两个)，所述气体通路56、56将气室54与气体通道32、32相连。喷丝板主体52具有固定到其上的多个喷嘴58和多个固定销62，它们集合成具有多排64和多列66的阵列，其具有边缘68。
气体分配板70被固定到喷丝板主体52。气体分配板70具有通过其形成的多个第一、第二和第三开口，分别是72、74和76。各第一开口72容纳一个喷嘴58，各第二开口74容纳一个固定销62，而各第三开口76与第一和第二开口(分别为72和74)相邻定位。
外部构件78被固定到气体分配板70，远离喷丝板主体52。外部构件78具有通过其形成的多个第一和第二放大开口，分别是80和82。各第一放大开口80围绕一个喷嘴58而各第二放大开口82围绕一个固定销62。喷嘴58和固定销62的阵列具有至少一排64和至少一列66，其与边缘68相邻定位，由第二放大开口82组成。
所述方法还包括将加压气体(空气)引导通过气体分配板70中形成的多个第一、第二和第三开口，分别是72、74和76。将熔融材料22(聚合物)挤出通过各喷嘴58以形成多根长丝86。然后多根长丝86各自的至少一部分被以预定速度经由在外部构件78中形成的第一放大开口80喷出的加压气体(空气)覆盖。离开在外部构件78中形成的第二放大开口82的加压气体(空气)用于将全部长丝86与周围环境空气隔开。
在被挤出各喷嘴58的末端96后，长丝86开始固化并被离开的加压气体(空气)拉细成纤维98。可使用吸丝器100实现任选的第二阶段的拉细，参见图11。当利用吸丝器100时，吸丝器100中的加压气体(空气)具有离开第一和第二放大开口(分别是80和82)的加压气体的速度的至少两倍(两倍大)的速度。理想地，吸丝器100中的加压气体(空气)具有为离开第一和第二放大开口(分别是80和82)的加压气体的速度的至少5倍大的速度。更理想地，吸丝器100中的加压气体(空气)具有为离开第一和第二放大开口(分别是80和82)的加压气体的速度的至少十倍大的速度。长丝86被加压气体(空气)拉细，所述加压气体(空气)基本上平行对着长丝86的流动方向。这是重要的，因为在其它方法中，尤其是在常规纺粘方法中，拉细用气体(空气)以陡峭角度对着长丝。通过保持拉细用气体(空气)基本上平行于长丝86的流动方向，人们可将多排和多列的长丝86拉细成具有独特性质和特性的纤维98。这些独特特性中的两个包括形成小或细直径纤维98，和形成比常规熔喷纤维强度高得多的纤维98。纤维98通常作为连续纤维挤出。
在移动表面104上收集纤维98以形成非织造网12。移动表面104可为成形网106、传送带、旋转滚筒、滚筒收集器、双滚筒收集器等。
所述方法还可包括使非织造网12(当它位于移动表面104上时)经历真空的步骤，以便除去工艺气体和环境空气，以及限制纤维98飞扬并从而增强网均匀性。真空可由与移动表面104相邻定位的真空室110提供。理想地，真空室110位于移动表面104之下。
该方法可进一步包括粘合非织造网12的步骤。粘合机112可位于真空室110的下游或纤维98接触移动表面104的位置的下游。粘合机112起着粘合非织造网12的各点、区、线、区域等以便提高非织造网12的完整性的作用。裁剪机116可位于粘合机112的下游。裁剪机116用于将非织造网12的一部分与相邻部分裁剪、割断、切开或分离开。裁剪机116可为本领域技术人员已知的任何种类或类型的裁剪机械装置。
最后，所述方法可包括将成品非织造网12卷起至供应辊114上，使得它可被运输到制造地点或位置，在此可利用非织造网12。非织造网12可用在各种产品中和用于众多应用。特别希望具有良好强度性质的细直径纤维以用于各种类型的吸收产品，如尿布、卫生巾(feminine napkins)、卫生护垫(panty liners)、训练裤(training pants)、失禁服(incontinence garments)等。具有良好强度性质的细直径纤维还可用于隔音、隔热、擦拭巾等。纤维98还可用在各种产品中。
非织造网
在以上描述的装置10上制备的非织造网12包含由熔融材料22(聚合物)形成的多根纤维98。理想地，熔融材料22(聚合物)为均聚物。更理想地，熔融材料22(聚合物)为聚丙烯。任选地，非织造网12可由两种或更多种不同聚合物树脂形成。此外，非织造网12可包含双组分纤维。
非织造网12具有介于约0.5微米至约50微米范围内的平均纤维直径。理想地，平均纤维直径介于约1微米至约30微米范围内。更理想地，平均纤维直径介于约1微米至约20微米范围内。甚至更理想地，平均纤维直径介于约1微米至约15微米范围内。最理想地，平均纤维直径介于约1微米至约10微米范围内。平均纤维直径的标准偏差应在0.5微米以上。
非织造网12具有至少约0.5克/平方米(gsm)的基重。理想地，非织造网12具有至少约1gsm的基重。更理想地，非织造网12具有至少约20gsm的基重。甚至更理想地，非织造网12具有至少约50gsm的基重。最理想地，非织造网12具有100gsm以上的基重。
非织造网12具有在纵向(MD)测定的介于约10克力/克/平方米/厘米(gf/gsm/cm)(9,810牛顿/[Kg/m2)xm])非织造网宽度至约100gf/gsm/cm(98,100牛顿/[Kg/m2)xm])非织造网宽度范围内的拉伸强度。理想地，非织造网12具有在纵向(MD)测定的介于约12gf/gsm/cm(11,772牛顿/[Kg/m2)xm])非织造网宽度至约80gf/gsm/cm(78,480牛顿/[Kg/m2)xm])非织造网宽度范围内的拉伸强度。更理想地，非织造网12具有在纵向(MD)测定的介于约13gf/gsm/cm(12,753牛顿/[Kg/m2)xm])非织造网宽度至约70gf/gsm/cm非织造网宽度范围内的拉伸强度。甚至更理想地，非织造网12具有在纵向(MD)测定的介于约14gf/gsm/cm(13,734牛顿/[Kg/m2)xm])非织造网宽度至约60gf/gsm/cm(58,860牛顿/[Kg/m2)xm])非织造网宽度范围内的拉伸强度。最理想地，非织造网12具有在纵向(MD)测定的介于约15gf/gsm/cm(14,715牛顿/[Kg/m2)xm])非织造网宽度至约50gf/gsm/cm(49,050牛顿/[Kg/m2)xm])非织造网宽度范围内的拉伸强度。
形成非织造网12的纤维98是无规排列的。
可将形成非织造网12的纤维98粘合以增加非织造网12的完整性。可使用各种技术将纤维98粘合。例如，可将纤维98机械粘合、液压机械粘合、热粘合、化学粘合等。可使用点状粘合、区域粘合以及本领域技术人员已知的其它粘合技术。
进行以下实验并显示使用上述装置10和方法制造的非织造网12的独特特性。
实验
1.本发明非织造网
采用由Biax-FiberFilm Corporation(在N992 Quality Drive,Suite B,Greenville,WI 54942-8635有办公室)制造的试验生产线(pilot line)生产以下非织造样品，所述试验生产线具有两个25”模具，其具有多排喷丝板52、52固定到其上。各喷丝板52、52具有总共4,150个喷嘴，各喷嘴自具有0.305mm的内径d3。各喷嘴58被在外部构件78中形成的第一放大开口80围绕，允许加压气体(空气)离开第一放大开口80。各第一放大开口80的内径d6为1.4mm。相比之下，典型的商业喷丝板(由Biax-FiberFilm Corporation制造)每米可具有介于约6,000至约11,000个喷嘴。从不同供应商获得常规熔喷材料22(聚合物)，并且加工条件和系统参数公开于表1中。
表1
Figure GDA0001859685640000231
2.工艺条件
使用上述试验生产线制备若干非织造网。
使用三种不同种类的聚合物树脂。第一种聚合物树脂是以商品名Achieve 6936G1销售的ExxonMobil聚丙烯(PP)树脂。ExxonMobil Chemical在13501 Katy Freeway,Houston,TX 77079-1398有办公室。根据美国标准测试方法(ASTM)D 1238，在210℃和2.16千克(kg)下，Achieve 6936G1具有1,550克/10分钟(g/10min.)的熔体流动速率。第二种聚合物树脂是ExxonMobil聚丙烯-PP3155。根据ASTM D 1238，在210℃和2.16kg下，PP1355具有35g/10min的熔体流动速率。第三种聚合物树脂是由LyondellBasell销售的MetoceneMF650W。LyondellBasell在LyondellBasell Tower,Suite 700,1221 McKinney Street,Houston,TX 77010有办公室。根据ASTM D 1238，在210℃和2.16kg下，Metocene MF650W具有500g/10min的熔体流动速率。表1中公开了不同样品的工艺条件。
3.表征方法
3.1基重
基重定义为每单位面积的质量并可以克/平方米(g/m2)或盎司/平方码(osy)测定。按照INDA标准IST 130.1(其等同于ASTM标准ASTM D3776)进行基重测试。INDA是“Association of the Non-Woven Fabrics Industry(非织造织物行业协会)”的缩写。从非织造网中的不同位置模切十(10)个不同样品并且各样品具有等于100平方厘米(cm2)的各自面积。使用灵敏天平在天平上在重量的±0.1％内测定各样品的重量。通过用一百(100)乘以平均重量来测定以克/米2(g/m2)表示的基重。
3.2纤维直径测定
为了检查制造的非织造网的纤维形态和纤维直径分布，将样品溅射涂布上10纳米(nm)的薄金层并用扫描电子显微镜(型号SEM,Phenom G2,由在Dillenburgstraat 9E,9652AM Eindhoven,The Netherlands有办公室的Phenom World BV制造)分析。在5千伏(kV)的电子束加速电压下以500X和1,500X的放大倍数取得图像。使用Image J软件测定纤维直径。“Image J”是在国家卫生研究院(National Institute of Health)开发的公共域、基于Java的图像处理程序，并且可从http://imagej.nih.gov/ij/下载。对于各样品而言，测定至少100根单独纤维直径。
3.3织物拉伸强度
断裂力定义为施加到被延伸(carry)至断裂或破裂的非织造网上的最大力。对于韧性材料如非织造网而言，它们在破裂之前经历最大力。按照ASTM标准D 5035-90(其与INDA标准IST 110.4(95)相同)测定拉伸强度。为了测定非织造网的强度，在跨越非织造网的不同位置处从各非织造网剪下六个(6)样品条，并且各样品条具有25.4毫米(mm)x152.4mm(1”x6”)的尺寸。将各条夹在拉伸测试机(其为Thwing Albert拉伸测试机)的钳口之间。夹具以10英寸/分钟的恒定拉伸速率拉所述条。以克力/基重/非织造网宽度(gf/gsm/cm)的形式记录各非织造网的平均断裂力和该断裂力下的平均拉伸百分比。
3.4透气性测定
非织造织物的透气性是在特定压降下测定的通过一定面积的织物的空气流。使用Akustron透气性测试仪，在等于125Pa的压将下测定纤维垫的透气性。记录各垫的十次测定值并在本文中报道平均值。该测定透气性的方法相当于Frazier透气性测试方法或ASTMD737测试方法。
实施例1
在该实施例中，我们察看纺丝技术对网性能的影响。使用相同的聚合物树脂制备三(3)种不同的非织造网。全部三(3)种具有相同的基重，但各自使用不同的喷丝板设计和不同的工艺条件来纺丝。如表2中所示，使用Biax多排喷丝板设计制备样品S-1，Biax多排喷丝板设计不具有空气绝缘插入体34或围绕第一放大开口80的边缘84的空气覆盖帘(第二放大开口82)。使用常规熔喷方法制备样品S-2，所述常规熔喷方法仅具有一排喷嘴以及倾斜的空气射流。使用本发明方法制备样品S-3。
与样品S-1或样品S-2相比较，获得的样品S-3的纵向(MD)拉伸强度几乎是双倍。同样，人们将注意到样品S-3的纤维直径稍微大于常规熔喷样品S-2的纤维直径。该直径差异的主要原因是，当使用本发明方法时，环形通道中较冷的空气温度对着基本上平行于呈多排方式的长丝86的流动方向。此外，通过使用较冷气体(空气)拉细纤维98，人们可提高纤维结晶度并排列固化的纤维98内部的分子链。该特征促进长丝被拉细成强而细的纤维98。在常规熔喷方法中，使用热空气射流以陡峭或倾斜的角度引入拉细用空气。
现在参考图12，根据本发明制造的非织造网12的另一有趣的特征是宽的“纤维直径分布”。当人们将该“纤维直径分布”与使用常规熔喷方法制备的非织造网的“纤维直径分布”相比较时，非常清楚地是标准偏差值和“纤维直径分布”非常不同。在我们的装置10中，该宽的“纤维直径分布”的主要原因是使用了多排喷丝板设计。离开伴随边缘84定位的喷嘴58的长丝86(参见图10)没有暴露于周围的环境空气和快速的骤冷时间，并因此，这些长丝86倾向于保持较热更长时间并从而产生比从位于喷丝板主体52的外部排中的喷嘴58挤出的长丝86更细的纤维98。通过在与边缘68相邻定位的外部排64中用固定销62代替喷嘴58(参见图7)，围绕多根挤出长丝86形成空气帘或覆盖物。该空气帘或覆盖物延迟了周围环境空气与挤出长丝86的相互作用。该延迟防止熔融聚合物流在各喷嘴58的末端顶96处的提早固化，并减少在使用旧式的Biax多排喷丝板时遇到的渣质(shots)和绳状缺陷。该较早的多排喷丝板教导于美国专利5,476,616中。“渣质缺陷”是指网形成过程中形成的聚合物的小的、球形颗粒。表2还显示了纺喷样品S–3的透气性比在相同条件下制备的常规熔喷样品S-1高至少50％。这种增加的主要原因是较大的纤维直径和较宽的纤维直径分布(以纤维尺寸标准偏差反映)。
表2：实施例1的样品性能
Figure GDA0001859685640000261
注：1gf/gsm/cm＝981(牛顿/[Kg/m2)x米。
应理解，非织造网12中的纤维98可具有介于约0.9微米至约5微米的标准偏差。理想地，非织造网12中的纤维98具有介于约0.92微米至约3微米的标准偏差。更理想地，非织造网12中的纤维98具有介于约0.95微米至约1.5微米的标准偏差。
实施例2
在该第二实施例中，我们将通过本发明方法制备的样品S-5与通过常规熔喷方法制备的样品S-4，和与通过常规纺粘方法制备的样品S-6相比较。制备三(3)种样品并且各自具有相同的基重。如表3中所示，样品S-5的性质约介于熔喷网S-4和纺粘网S-6的性质的中间(half-way)。表3还显示样品S-5(使用我们的发明方法)的透气性落在几乎介于常规熔喷样品S-4和常规纺粘样品S-6的中间。这证明我们的新技术能够制备具有与熔喷纤维相当的细纤维直径，与纺粘纤维相比较强度仍然高的非织造网。
参考图13，本发明的非织造网12(样品S-5)的纵向(MD)拉伸强度超过熔喷网样品S-4的MD拉伸强度的两倍，并且是纺粘网样品S-6的MD拉伸强度的几乎一半。另一值得注意的特征是本发明的非织造网12(样品S-5)的延伸性几乎是熔喷网样品S-4的延伸性的三倍，并且与纺粘网样品S-6的延伸性类似。
从以上两个实施例清楚的是，使用我们的发明装置和方法制备的非织造网12是独特的，并且具有介于由使用常规熔喷方法制备的非织造网或使用常规纺粘方法制备的非织造网展示的性质的约中间的性质。
此外，本发明的装置10足够灵活和通用以使用各种各样的聚合物树脂来制备宽范围的非织造网。可使用熔喷级树脂以及纺粘级树脂来操作装置10。
表3：实施例2的样品性能
Figure GDA0001859685640000271
尽管已经结合若干具体实施方案对本发明进行了描述，但是应理解，按照前面的描述，许多供选、改进和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (21)

1.一种非织造网，其包含由具有介于35 g/10分钟至1,550 g/10分钟的熔体流动速率的熔融聚合物形成的多根无规排列的纤维，所述非织造网具有介于0.5微米至50微米范围内的平均纤维直径，其中标准偏差大于1.57微米、至少0.5 gsm的基重和在纵向测定的介于9,810牛顿/[(Kg/m2) * m]至98,100牛顿/[(Kg/m2) * m]范围内的拉伸强度，其中m代表所述非织造网宽度。
2.权利要求1所述的非织造网，其中所述平均纤维直径介于1微米至30微米范围内，并且所述非织造网具有88.94%的横向伸长率。
3.权利要求1所述的非织造网，其中所述平均纤维直径介于1微米至20微米范围内，并且所述非织造网具有7,396.74牛顿/[(Kg/m2) * m]的横向强度。
4.权利要求1所述的非织造网，其中所述平均纤维直径介于1微米至10微米范围内，并且所述非织造网具有23.84%的纵向伸长率。
5.权利要求1所述的非织造网，其中所述熔融聚合物为均聚物，并且所述非织造网具有19,855.44牛顿/[(Kg/m2) * m]的纵向强度。
6.权利要求1所述的非织造网，其中所述非织造网由两种不同的聚合物树脂形成。
7.权利要求1所述的非织造网，其中所述非织造网中的所述多根无规排列的纤维具有介于1.57 微米至2.98 微米范围内的标准偏差。
8.权利要求1所述的非织造网，其中所述无规排列的纤维是自粘合的。
9.权利要求8所述的非织造网，其中所述纤维是机械粘合、热粘合或化学粘合的。
10.权利要求9所述的非织造网，其中所述纤维是液压机械粘合的。
11.一种非织造网，其包含由具有介于35 g/10分钟至1,550 g/10分钟的熔体流动速率的熔融聚合物形成的多根无规排列的自粘合纤维，所述非织造网具有介于0.5微米至50微米范围内的平均纤维直径，大于1.57微米的标准偏差、至少0.5 gsm的基重和在纵向测定的介于11,772牛顿/[(Kg/m2) * m]至78,480牛顿/[(Kg/m2) * m]范围内的拉伸强度；所述非织造网通过如下形成：形成熔融聚合物；引导所述熔融聚合物通过模块，所述模块具有腔体和与所述腔体相连的入口，所述入口运送通过其的熔融聚合物，所述模块还具有穿过其形成的、用于运送加压气体的气体通道，所述气体通道具有内径，插入体位于所述气体通道中，所述插入体具有内径和外径，大部分所述外径小于所述气体通道的所述内径以在它们之间形成空气室，喷丝板主体固定至所述模块，所述喷丝板主体具有气室和将所述气室与所述气体通道相连的气体通路，气体分配板固定至所述喷丝板主体，以及外部构件固定至所述气体分配板，所述喷丝板主体具有固定至其上的多个喷嘴和多个固定销，所述多个喷嘴和多个固定销集合成形成多排和多列的阵列，所述阵列具有边缘，所述气体分配板具有穿过其形成的多个第一、第二和第三开口，所述第一开口各自容纳一个所述喷嘴，所述第二开口各自容纳一个所述固定销，且所述第三开口各自与所述第一和第二开口相邻定位，所述外部构件具有穿过其形成的多个第一和第二放大开口，所述第一放大开口各自围绕一个所述喷嘴且所述第二放大开口各自围绕一个所述固定销，所述阵列具有至少一排和至少一列所述第二放大开口，所述第二放大开口与所述边缘相邻定位；将加压气体引导通过在所述气体分配板中形成的所述多个第三开口；将所述熔融聚合物挤出通过各所述喷嘴以形成长丝；在经由所述第一放大开口喷出的加压气体中覆盖和拉细各所述长丝以形成纤维；通过使用经由所述第二放大开口离开的加压气体将全部所述纤维与环境空气分开；和在移动表面上收集所述纤维以形成所述非织造网，其中m代表所述非织造网宽度。
12.权利要求11所述的非织造网，其中所述纤维是液压机械粘合的，并且所述非织造网具有88.94%的横向伸长率。
13.权利要求11所述的非织造网，其中所述纤维是热粘合的，并且所述非织造网具有7,396.74牛顿/[(Kg/m2) * m]的横向强度。
14.权利要求11所述的非织造网，其中所述纤维是化学粘合的，并且所述非织造网具有23.84%的纵向伸长率。
15.权利要求11所述的非织造网，其中所述平均纤维直径介于1微米至10微米范围内，且所述拉伸强度介于12,753牛顿/[(Kg/m2) * m]至68,670 牛顿/[(Kg/m2) * m]范围内。
16.权利要求11所述的非织造网，其中所述均聚物为聚丙烯。
17.一种非织造网，其包含由具有介于35 g/10分钟至1,550 g/10分钟的熔体流动速率的熔融聚合物形成的多根无规排列的自粘合纤维，所述非织造网具有介于1微米至50微米范围内的平均纤维直径，大于1.57微米的标准偏差、至少1 gsm的基重和在纵向测定的介于14,715 牛顿/[(Kg/m2) * m]至49,050 牛顿/[(Kg/m2) * m]范围内的拉伸强度；所述非织造网在具有模块的装置上制备，所述模块具有腔体和与所述腔体相连的入口，所述入口运送通过其的熔融聚合物，所述模块还具有穿过其形成的、用于运送加压气体的气体通道，所述气体通道具有内径；插入体位于所述气体通道中，所述插入体具有内径和外径；大部分所述外径小于所述气体通道的所述内径以在它们之间形成空气室；喷丝板主体固定至所述模块，所述喷丝板主体具有气室和将所述气室与所述气体通道相连的气体通路；多个喷嘴和多个固定销固定至所述喷丝板主体，所述多个喷嘴和所述多个固定销集合成形成多排和多列的阵列，所述阵列具有边缘，并且所述多个喷嘴各自与所述腔体相连；气体分配板固定至所述喷丝板主体，所述气体分配板具有穿过其形成的多个第一、第二和第三开口，所述第一开口各自容纳一个所述喷嘴，所述第二开口各自容纳一个所述固定销，且所述第三开口各自与所述第一和第二开口相邻定位；外部构件固定至所述气体分配板，所述外部构件具有穿过其形成的多个第一和第二放大开口，所述第一放大开口各自围绕一个所述喷嘴且所述第二放大开口各自围绕一个所述固定销，所述阵列具有至少一排和至少一列所述第二放大开口，所述第二放大开口与所述边缘相邻定位，由此离开各所述喷嘴的挤出长丝被离开各所述第一放大开口的加压气体覆盖，并且全部所述挤出长丝被离开所述第二放大开口的加压气体覆盖以免受周围环境空气的影响，并且所述外部构件具有下表面，有一对覆盖条固定至所述下表面，所述一对覆盖条促进环境空气围绕经由至少一些所述第二放大开口离开的所述加压气体的流动；和移动表面位于所述外部构件下游，将所述纤维收集在所述移动表面上成为所述非织造网，其中m代表所述非织造网宽度。
18.权利要求17所述的非织造网，其中所述平均纤维直径介于1微米至30微米范围内，并且所述非织造网具有88.94%的横向伸长率。
19.权利要求17所述的非织造网，其中所述平均纤维直径介于1微米至15微米范围内，并且所述非织造网具有7,396.74牛顿/[(Kg/m2) * m]的横向强度。
20.权利要求17所述的非织造网，其中所述平均纤维直径介于1微米至10微米范围内，并且所述非织造网具有23.84%的纵向伸长率。
21.权利要求17所述的非织造网，其中所述非织造网具有19,855.44牛顿/[(Kg/m2) *m]的纵向强度。
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