CN115176050A - 改进的纺粘系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种系统和方法，其用于：从喷丝头提供多根纤维；使所述纤维经受骤冷空气；通过封闭式拉伸单元使所述纤维变细；降低所述多根纤维在扩散器中的速度，所述扩散器在所述纤维的行进方向上与所述封闭式拉伸单元的出口间隔开，所述扩散器具有相对的发散侧壁；以及在所述纤维进入所述扩散器之前使所述纤维经受所施加的静电荷，其中所述静电荷由一个或多个静电充电单元施加。

Description

改进的纺粘系统和工艺

本申请要求2020年3月5日提交的名称为“Improved Spunbond System andProcess”的美国专利申请序列号62/985712的优先权和权益，其全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于形成非织造幅材的方法和用于形成此类幅材的设备。

背景技术

目前使用的许多个人护理产品、医疗护理服装和产品、防护服、丧葬和兽医产品部分地或全部地由非织造幅材材料构成。此类产品的实例包括但不限于消费者和专业医疗和健康护理产品，诸如手术用消毒帷帘、手术服和外科绷带，防护工作服，例如防护连衣裤和实验工作服，以及婴儿、儿童和成人个人护理吸收产品，诸如尿布、训练短裤、游泳衣、失禁衣服和护垫、卫生巾、擦巾等。非织造幅材材料也广泛用作液体和气体或空气过滤应用的过滤介质，因为它们可以形成具有适合于捕获颗粒物质的低平均孔径的细纤维的过滤网，同时仍然具有穿过网的低压降。

非织造幅材材料具有各纤维或长丝的物理结构，这些纤维或长丝以通常随机的方式而不是像在针织或机织织物中那样以规则的、可识别的方式交织。纤维可以是连续的或不连续的，并且通常由来自聚烯烃、聚酯和聚酰胺的一般类别的热塑性聚合物或共聚物树脂以及许多其他聚合物制成。也可以采用聚合物或组合多组分纤维的共混物。通过熔融挤出工艺(诸如纺粘法和熔喷法)形成的非织造纤维幅材，以及通过干法成网工艺(诸如短纤维的梳理法或气流成网法)形成的非织造纤维幅材。

用于纺制连续长丝或纤维(诸如纺粘纤维)和用于纺制微纤维(诸如熔喷纤维)的熔融挤出工艺以及用于由其形成非织造幅材或织物的相关工艺在本领域中是众所周知的。通常，诸如纺粘非织造幅材的纤维非织造幅材是用在横向或“CD”上取向的纤维挤出设备(诸如喷丝头)和纤维变细设备形成的。也就是说，该设备相对于幅材生产方向成90度角取向。非织造幅材生产的方向被称为“纵向”或“MD”。尽管纤维以通常随机的方式铺设在成形表面上，但是由于纤维离开CD取向的喷丝头和变细设备并且沉积在MD移动的成形表面上，因此所得非织造幅材具有总的平均纤维方向性，其中更多的纤维在MD上取向而不是在CD上取向。众所周知，诸如材料拉伸强度、延展性和材料阻隔性等性能是材料均匀性和幅材中纤维或长丝的方向性的函数。因此，非常期望精细地控制非织造幅材中的材料均匀性和纤维方向性。

发明内容

一般来讲，本说明书中描述的主题的一个方面可以在包括以下方法的方法中实现：从喷丝头提供多根纤维；使所述纤维经受骤冷空气；通过封闭式拉伸单元使所述纤维变细；降低所述多根纤维在扩散器中的速度，所述扩散器在所述纤维的行进方向上与所述封闭式拉伸单元的出口间隔开，所述扩散器具有相对的发散侧壁；以及在所述纤维进入所述扩散器之前使所述纤维经受所施加的静电荷，其中所述静电荷由一个或多个静电充电单元施加。本方面的其他实施方案包括对应的系统和设备。

在本说明书中描述的主题的另一方面可以在以下系统中实现：喷丝头，所述喷丝头被配置成提供纤维帘；封闭式拉伸机，所述封闭式拉伸机被配置成气动地使所述纤维帘变细；静电充电装置，所述静电充电装置位于沿所述封闭式拉伸机的充电位置处并且被配置成在所述充电位置处将静电荷施加到所述纤维，其中所述纤维帘具有第一宽度并且具有第二宽度，所述第一宽度在沿所述封闭式拉伸机的第一位置处限定所述纤维帘在纵向上的宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度，在所述充电位置处限定所述纤维帘在所述纵向上的宽度，其中所述第一位置比所述充电位置更靠近所述喷丝头；扩散器，所述扩散器具有一组相对的发散壁并且被配置成接纳来自所述封闭式拉伸机的所述纤维帘，并且降低所述纤维帘的速度；以及成形表面，所述成形表面被配置成在所述纵向上移动并且收集离开所述扩散器的所述纤维帘。这个方面的其他实施方案包括对应的方法。

本说明书中所描述的主题的特定实施方案可被实施以便实现下列一个或多个优点。例如，在进入扩散器之前，将静电荷施加到封闭式拉伸机中的纤维帘上，允许各纤维流在拉伸机中展开(因为纤维流带有相同的电磁电荷并且希望彼此排斥)，从而有助于在扩散器中更大的空气动力学展开。当纤维铺设在成形表面上时，这使得纤维帘在横向上更均匀地分布。实质上，在纤维进入扩散器之前，将静电荷施加到拉伸机跳跃中的纤维帘上以使纤维开始展开，使得扩散器的展开效果被放大。这种更均匀的分布促进增强的材料拉伸强度、延展性和材料阻隔性。

在传统的非织造机器中，帘中纤维流的每一单位面积密度限制在给定时间段内可以制造的材料的产量(即，较高的纤维流密度相当于较高的产量)，因为在这些传统系统中的高密度下，帘中的纤维流开始粘在一起或“成绳”，从而导致材料质量差。

然而，本文所述的静电技术附加地或替代地允许更高密度的纤维帘(例如，以市场标准的均匀性或甚至高于市场标准的均匀性)。例如，因为帘中的纤维流被更有效地分离，所以纤维流密度可以增加，这允许非织造材料的更高产量，这提供了商业成本优势，因为在给定的时间段内可以制造更多的材料。

附图说明

图1示出用于生产非织造幅材的示例性系统的示意图。

图2A和图2B各自示出用于向纤维施加静电荷的示例性装置。

图3示出用于向纤维施加静电荷的示例性装置。

图4A示出没有静电单元的拉伸机中的纤维的示意图。

图4B示出具有静电单元的拉伸机中的纤维的图示。

定义

如本文所用，术语“聚合物”通常包括但不限于均聚物，共聚物，诸如嵌段、接枝、无规和交替共聚物、三元共聚物等以及它们的共混物和改性形式。此外，除非另外具体地加以限制，否则术语“聚合物”应包括材料所有可能的几何构型。这些构型包括但不限于全同立构、间同立构和无规对称。

除非另有说明，否则本文所用术语“纤维”是指短长度纤维和连续纤维(也称为长丝)。

如本文所用，术语“单组分”纤维是指由一个或多个挤出机仅使用一种聚合物形成的纤维。这并不意味着排除由一种聚合物形成的纤维，在该聚合物中添加少量添加剂用于着色、抗静电性能、润滑、亲水性等。这些添加剂(例如用于着色的二氧化钛)通常以小于5重量％、更典型地约2重量％的量存在。

如本文所用，术语“多组分纤维”是指由至少两种组分聚合物或具有不同性质或添加剂的相同聚合物形成的纤维，其从分开的挤出机中挤出但纺在一起以形成一根纤维。多组分纤维有时也被称为组合纤维或双组分纤维。聚合物布置在横跨多组分纤维的横截面的基本上恒定地定位的不同区中，并且沿着多组分纤维的长度连续地延伸。此类多组分纤维的构型可以是例如其中一种聚合物被另一种聚合物包围的皮/芯型布置，或者可以是并列布置、“海岛型”布置，或者在圆形、椭圆形或矩形横截面纤维上布置成饼楔形或条状。

多组分纤维在授予Kaneko等人的美国专利号5,108,820、授予Strack等人的美国专利号5,336,552和授予Pike等人的美国专利号5,382,400中有所教导。对于双组分纤维来说，聚合物可以以75/25、50/50、25/75、80/20的比率或任何其他期望的比率存在。

如本文所用，术语“双组分纤维”或“多组分纤维”是指由至少两种聚合物或具有不同性质或添加剂的相同聚合物形成的纤维，其作为共混物从相同挤出机中挤出，并且其中聚合物没有布置在跨越多组分纤维的横截面上基本上恒定定位的不同区域中。这种普通类型的纤维例如在授予Gessner的美国专利号5,108,827中有所讨论。

如本文所用，术语“非织造幅材”或“非织造材料”意指具有成夹层的但不是以可识别方式的(如在针织或编织织物中)各纤维或长丝的结构的幅材。非织造幅材由许多工艺形成，诸如熔喷工艺、纺粘工艺、气流成网工艺和梳理纤网工艺。非织造织物的基重通常以克/平方米(gsm)或盎司材料/平方码(osy)表示，而可用的纤维直径通常以微米表示。(注意，要从osy转换到gsm，sy乘以33.91)。

如本文所用，术语“纺粘”或“纺粘非织造幅材”意指通过将熔融热塑性聚合物作为纤维从喷丝头的多个毛细管中挤出而形成的小直径纤维的非织造纤维或长丝材料。挤出的纤维在被牵伸或拉长的同时被冷却。牵伸的纤维以通常随机的方式沉积或铺设在成形表面上，以形成松散缠结的纤维幅材，然后对铺设的纤维幅材进行粘合处理，例如热点粘合或通风粘合，以赋予物理完整性和尺寸稳定性。纺粘织物的生产例如在授予Appel等人的美国专利号4,340,563、授予Dorschner等人的美国专利号3,692,618和授予Matsuki等人的美国专利号3,802,817中公开。通常，纺粘纤维或长丝的每单位长度重量超过约1但尼尔且最高达约6但尼尔或更高，尽管可以生产更细和更重的纺粘纤维。就纤维直径而言，纺粘纤维的平均直径通常大于7微米，更具体地介于约10与约25微米之间，并且高达约30微米或更大。

如本文所用，术语“熔喷纤维”是指通过以下方式形成的纤维或微纤维：将熔融的热塑性材料通过多个通常为圆形的细模具毛细管以熔融的线或纤维的形式挤出到汇聚的高速气体(例如空气)流中，这些气流使熔融的热塑性材料的纤维变细以减小其直径。此后，熔喷纤维由高速气流携载并且沉积在收集表面上以形成随机分散的熔喷纤维幅材。这样的工艺例如在授予Buntin的美国专利号3,849,241中公开。熔喷纤维可以是连续的或不连续的，通常平均直径小于10微米，并且通常平均直径小于7微米或甚至5微米，并且当沉积到成形表面上时通常是粘性的。

如本文所用，“热点粘合”涉及使待粘合的织物或纤维幅材或其他片层材料在加热的砑光辊与砧辊之间通过。砑光辊通常(但不总是)在其表面上以某种方式形成图案，使得整个织物不会在其整个表面上粘合。因此，出于功能和美观的原因，已经开发了砑光辊的各种图案。图案的一个实例是具有点，并且是汉森彭宁斯(Hansen Pennings)或“H&P”图案，其具有约30％的粘合区域，具有约200个粘合/平方英寸，如授予Hansen和Pennings的美国专利号3,855,046中所教导的。H&P图案具有方形点或销粘合区域，其中每个销的侧面尺寸为0.038英寸(0.965mm)，销之间的间距为0.070英寸(1.778mm)，粘合深度为0.023英寸(0.584mm)。所得图案具有约29.5％的粘合区域。另一种典型的点粘合图案是扩展的汉森和彭宁斯或“EHP”粘合图案，其产生15％的粘合区域，其中方形销的侧面尺寸为0.037英寸(0.94mm)、销间距为0.097英寸(2.464mm)和深度为0.039英寸(0.991mm)。其他常见的图案包括具有重复的和略微偏移的菱形的菱形图案和如名称所示的线编织图案，例如类似于纱窗。通常，粘合面积百分比在织物层压幅材面积的约10％到约30％之间变化。热点粘合通过粘合层内的纤维来赋予各层完整性，和/或对于多层的层压材料，点粘合将层保持在一起以形成粘着层压材料。

如本文所用，术语“突起”意指从另一结构向外延伸的结构。突起可以延伸到穿过静电单元的纤维帘中，或者可以凹进腔中，使得它们不延伸到纤维帘中，而是从具有腔的结构中延伸。在本发明中，突起可以是杆、棒、线、线环或销。

如本文所用，术语“阵列”意指突起的矩阵。该基体可以是例如延伸纺粘系统的横向的宽度的一排突起或一系列排。

具体实施方式

本公开一般涉及在封闭式纺粘系统和附属设备中使用静电的改进方法。例如，封闭式纺粘系统包括喷丝头，该喷丝头产生或挤出大量的熔融聚合物流，并将这些熔融物流送入骤冷箱，该骤冷箱将空气引入流中，以部分地冷却和结晶该流。然后，将部分地结晶的流向下引入封闭式拉伸单元，该拉伸单元变窄，使得从骤冷箱引入的空气加速，从而使流拉伸和变细以减小其直径并拉长它们。

考虑到这些流尚未完全结晶并且是粘性的，如果相邻的流接触，它们可能变成缠绕的或成束的，这不希望地影响由纺粘机器生产的非织造幅材的质量。更一般地讲，如果这些流没有很好地分布在拉伸机的横截面积的范围上，则由这些流形成的非织造幅材通常缺乏许多最终用途期望的纤维均匀性。随着进步的增加，聚合物流成束或较差的均匀性的密度变得更有可能。

为了解决这个问题，本纺粘机器在拉伸机中包括装置，该装置将静电荷施加到流以使流带相同电荷(例如，所有流具有正电荷或者所有流具有负电荷)。因此，与没有施加这种静电荷的实施方式相比，当纤维在拉伸机的范围内展开时，这些流相互排斥，这减少了成束并促进了良好的非织造幅材均匀性。

随着流至少部分地在拉伸机中展开，流向下行进出拉伸机进入扩散器，该扩散器用于降低流的速度并进一步展开流以准备将流铺设在成形表面上，该成形表面将流收集为非织造幅材。因为流在拉伸机中展开，所以扩散器能够更有效地在幅材在成形表面上形成之前进一步展开流。下面参考图1更详细地描述这种改进的工艺，该图是用于生产非织造幅材的示例性系统5的示意图。

纺丝板或喷丝头10接纳来自常规熔融挤出系统(未示出)的聚合物并形成(熔融)纤维12，该纤维可以是单组分、多组分(复合)或双组分纤维，如上所述。纺丝板10具有布置成一排或多排或其他构型的开口(未示出)。当熔融聚合物通过纺丝板10中的开口挤出时，聚合物形成向下延伸的纤维“帘”或“束”12。用于生产此类纤维的示例性纺丝板10在授予Cook的美国专利号5,989,004中有所讨论，其全部内容以引用的方式并入本文。在一些实施方式中，纺丝板10中的开口密度(在正交于纤维流动方向12a的平面中测量)为100至350、优选地168至350、更优选地215至275个开口/英寸(即开口/英寸/MD)。在图1中，示出了纤维流动方向12a和MD，并且横向(CD)正交于纤维流动和MD轴线中的每一者，并且进出纸面。作为附加参考，系统的上游侧、纵向侧具有静电单元18a，而系统的下游侧、纵向侧具有静电单元18b。

适用于系统5的聚合物包括例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯和共聚物，以及聚羟基酸(PHA)及它们的共混物。合适的聚烯烃包括聚乙烯，例如高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯；聚丙烯，例如全同立构聚丙烯、间同立构聚丙烯、全同立构聚丙烯和无规立构聚丙烯的共混物；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)以及它们的共聚物和共混物。合适的共聚物包括由两种或更多种不同的不饱和烯烃单体制备的无规和嵌段共聚物，诸如乙烯/丙烯和乙烯/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、己内酰胺和烯化氧二胺(alkyleneoxide diamine)的共聚物等等，以及它们的共混物和共聚物。合适的聚酯包括聚交酯和聚乳酸聚合物以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸四亚甲基酯(polytetramethylene terephthalate)、聚亚环己基-1,4-二亚甲基对苯二甲酸酯(polycyclohexylene-1,4-dimethylene terephthalate)，以及它们的间苯二甲酸酯共聚物，以及它们的共混物。

在聚合物从纺丝板10中挤出的过程中，可能会释放出单体烟雾，这些烟雾会积聚并导致工艺不稳定。为了避免单体积聚，系统5包括单体排气装置13，以抽出和抽取至少一些释放的单体烟雾。在一些实施方式中，单体排气装置13功能性地放置在纺丝板10的下方(并通过纤维帘12向下流动到通道的侧面)。

随着纤维帘继续沿纤维流动方向12a向下行进，然后进入骤冷区11a。为此，在一些实施方式中，系统5包括被设计成固化或部分地固化纤维帘12中的聚合物的骤冷机构。例如，当纤维帘12的熔融挤出聚合物离开纺丝板10时，其穿过具有从一个或多个骤冷鼓风机11引入的空气的区11a。在一些实施方式中，在一侧(例如，系统5的上游纵向方向侧)有骤冷鼓风机11，而在其他实施方式中，在系统5的上游和下游纵向侧两者都有骤冷鼓风机11。此外，在一些实施方式中，沿系统5的纤维流动方向12a有多个骤冷鼓风机，使得纤维帘12穿过第一骤冷区，然后在纤维流动方向上进一步向下穿过其他骤冷鼓风机的一个或多个附加骤冷区。

更一般地讲，骤冷鼓风机11邻近从纺丝板10伸出的纤维帘12定位，并且来自骤冷鼓风机11的空气骤冷纤维12。术语“骤冷”意指使用比纤维12更冷的介质降低纤维12的温度，诸如使用例如冷却空气流、环境温度空气流或轻微至适度加热的空气流，例如固化或部分地固化纤维帘12中的聚合物。

系统5包括封闭式拉伸机14。拉伸机14定位在纺丝板10和骤冷鼓风机11的下方(在纤维流动方向12a上)。拉伸机14接纳骤冷的纤维帘12。一般来讲，拉伸机14包括细长的竖直通道15，纤维被从骤冷鼓风机11进入并向下流过通道15的骤冷空气拉动通过该通道。骤冷空气在纤维12上施加拉伸力并拉动纤维12通过拉伸器14的通道15，并且通过施加拉伸力使纤维12变细，即伸长并减小纤维12的直径。在一些实施方式中，纤维12在拉伸单元14中在纤维流动方向12a上的速度为介于8000至14000英尺/分钟、优选地12000至14000英尺/分钟、更优选地13000至14000英尺/分钟。如上所述，拉伸机14(并且更一般地讲，系统5)是封闭的，这意味着除了从骤冷鼓风机11引入的空气之外，在拉伸机14之前或之内没有其他空气被引入，以便纤维变细/拉动。

在拉伸机14的顶部14a(例如，骤冷区11a的紧邻下方)和底部14b(例如，扩散器24的紧邻上方)之间，系统5包括邻近通道15定位的静电单元18。在一些实施方式中，静电单元18包括两个静电装置，一个在系统5的上游纵向侧，并且一个在系统5的下游纵向侧。在其他实施方式中，静电单元18包括位于系统5的上游纵向侧或下游纵向侧的一个静电装置。通常，静电单元18用于放置电荷(根据配置，在纤维12上的正电荷或负电荷)，如下面进一步详细描述的。在一些实施方式中，拉伸单元14在通道15中邻近静电单元18的位置(例如，静电荷施加到纤维12的位置)处具有介于0.6英寸至2.5英寸之间、优选地1英寸至2英寸、更优选地1.25英寸至1.75英寸的纵向宽度。

在一些实施方式中，在拉伸机14下方，在纤维流动方向12a上，系统5包括扩散器24。如美国专利号5,814,349中所述，期望扩散器24安装在拉伸机14的出口处或略低于该出口处，以允许环境空气从狭槽17处的侧面抽吸进入扩散器24中。如图1中所示，扩散器24形成在相对的侧壁24a与24b之间，并且这些相对的侧壁发散，即，相对的侧壁24a和24b在纤维流12a的方向上向外倾斜，使得扩散器24的体积随着扩散器14的下部靠近成形表面26而膨胀。在一些实施方式中，侧壁24a和25b可以在纤维流12a的方向上以抛物线形状会聚然后发散。

在一些实施方式中，相对的侧壁24a和24b是连续的且不通气的，使得从狭槽17吸入的抽吸空气射流不会从扩散器24逸出，直到其离开最靠近成形表面26的扩散器24的底部。在一些实施方式中，侧壁24a和24b以5度的角度发散，但是是可调节的，并且因此发散角是可改变的，使得发散角可以大于或小于5度。扩散器24的逐渐膨胀或增加的体积允许快速移动的抽吸空气射流在其穿过扩散器24时逐渐膨胀到增加的体积中。

当来自狭槽17的抽吸空气射流(与流动通过拉伸机14并进入扩散器24的骤冷空气结合)在纤维行进方向12a上行进通过扩散器24时，其速度降低，并且纤维速度也降低，这允许纤维12在纵向上展开。也就是说，当纤维帘12向下通过扩散器24行进时，它开始呈现比在拉伸机14之间时具有的纵向尺寸稍大的纵向尺寸，即使考虑到如下所述的静电单元18的纵向扩散效应。

纤维12从扩散器24被导向并收集在成形表面26上。成形表面26在纵向上行进并绕辊28移动，所述辊中的一个或两个可以由马达(未示出)驱动。成形表面上的纤维12的集合(现在为非织造幅材)可以通过砑光辊36、38(其中的一个或两个可以如上所述形成图案)之间的粘合辊隙34来加固，以形成粘合幅材40。也可以或另外使用粘合所得非织造幅材的其他方法，诸如通过空气粘合。如果需要，可以任选地采用用于中和或减少非织造幅材上的电荷的电荷去除装置35(例如，类似于静电单元18，但施加与静电单元18相反的电荷)。系统5可以制造具有例如每单位长度重量0.7旦尼尔至高达约1.6旦尼尔或更高的纤维。

在一些实施方式中，静电单元18包括在静电单元18b的第一侧上的多排突起22，以及在静电单元18a的第二侧上的多排突起21。经由电源V1或V2向静电单元18的一侧或两侧上的突起22、21施加电位或电压，以在突起22、21上产生电位差。这种电位差通常被称为电位或电压偏置。替代地，静电单元18及其突起(22或21中的一者)的一侧可以接地，而另一侧将具有施加到突起(22或21中的另一者)的电位。

在一些实施方式中，电位差(无论是在如图1中所示的拉伸机14的任一侧上的两个静电单元之间，还是在单个静电充电单元18中的突起21之间)可以是例如10千伏至25千伏、或者更优选地16千伏至18千伏。在一些实施方式中，供应给给定静电单元(例如，18a或18b)的电流在0.2和0.8毫安的范围内，更优选地在0.2毫安和0.6毫安的范围内，并且甚至更优选地为约0.4毫安。

如图1中所示，突起22与21之间的电位差产生电晕放电，导致静电电荷被放置在静电单元18附近的纤维12上。一旦带电，纤维12倾向于彼此排斥，从而防止各纤维12的组聚集、成束或“捆绑”在一起。参考图2A和图2B以及图3，静电单元18的构型将在下面进一步详细描述。

参考图2A，在侧视图中示出另一示例性静电单元18。静电单元18在静电单元18的第一侧上具有第一电极阵列210并且在静电单元18的第二侧上具有第二电极阵列220，其中电极220、210彼此相对。如图所示，电极210和220每个都具有基本上沿拉伸机14的横向宽度延伸的一系列多个棒，例如与第一电极阵列210相关联的四个棒212、214、216和218以及与第二电极阵列220相关联的四个棒222、224、226和228，每个棒都具有多个突起211。突起211可以是杆、环，包括环或线或销，并且是期望的发射器销211。每个阵列中的棒由电绝缘材料205保持在适当位置，该电绝缘材料还用于将静电单元18与该工艺的其他设备(诸如拉伸机14)隔离。充电棒由电源230供电，或者在替代方案中，如果静电单元18的另一侧上的销211由电源供电，则充电棒接地。

在一些实施方式中，期望发射器销211凹进绝缘材料内，以防止纤维12污染发射器销211。发射器销211的污染可能是由于纤维12卡在发射器销211上造成的，因为销211具有相对尖锐的尖端以更好地生成静电荷。

参考图2B，在侧视图中示出另一示例性静电单元装置18。静电单元18在静电单元18的第一侧上具有第一电极阵列210和第三电极阵列260，并且在静电单元18的第二侧上具有第二电极阵列220和第四电极阵列270。如图所示，电极阵列210、220、260和270每个都具有基本上沿拉伸机14的横向宽度延伸的一系列多个棒，例如与第一电极阵列210相关联的四个棒212、214、216和218以及与第二电极阵列220相关联的四个棒222、224、226和228，与第三电极阵列260相关联的四个棒262、264、266和268以及与第四电极阵列270相关联的四个棒272、274、276和278，每个电极具有多个突起211，例如其可以是发射器销211。棒由电绝缘材料205保持在适当的位置，该电绝缘材料还用于将静电单元18与该工艺的其他设备(诸如拉伸机14)隔离。例如，充电棒中的每一者由电源230或231供电，或者在替代方案中，如果静电单元18的另一侧上的销211由电源供电，则充电棒接地。

如图2A和图2B中所示，突起211位于静电单元18的任一侧上并且彼此相对。在突起211或发射器销211之间生成静电荷。

图3以侧视图示出又一示例性静电单元18。静电单元18具有第一部分，该第一部分在静电单元18的第一侧上具有第一电极阵列310。该电极阵列具有基本上沿拉伸机14的横向宽度延伸的一系列多个棒，例如与其相关联的四个棒312、314、316和318，每个棒具有多个突起311。棒连接到电源330，该电源向销311提供电位或电压。在静电单元18的第二侧上，直接横跨电极311阵列的是目标319，其被显示为接地。在替代方案中，如果如上所述建立了偏置，则目标319也可以附接到电源。在图3中，第一侧和第二侧上的突起311是偏移的，并且彼此不直接相对。每个阵列中的棒由电绝缘材料305保持在适当位置，该电绝缘材料还用于将静电单元18与该工艺的其他设备(诸如拉伸机14)隔离。

另外，绝缘材料305将静电单元18的第一部分与静电单元18的其他部分绝缘。在静电单元18的第二部分中，该部分在静电单元351的第二侧上具有第二电极阵列320。该电极阵列320具有基本上沿拉伸机14的横向宽度延伸的一系列多个棒，例如与其相关联的四个棒322、324、326和328，每个棒具有多个突起311，显示为销311。这些棒被附接到静电单元18的第一侧上的电源330，直接横跨电极阵列320的是目标329。类似于静电单元18的第一部分，第二部分的棒由电绝缘材料305保持在适当位置，该电绝缘材料还用于将静电单元18的第二部分与第一部分和任选的第三部分隔离。另外，电源连接到棒，因此突起320和目标被显示为接地，但是在其他实施方式中可以附接到电源。

在静电单元18的任选的第三部分中，该部分在静电单元18的第一侧上具有第三电极阵列360。该电极阵列360具有基本上沿拉伸机14的横向宽度延伸的一系列多个棒，例如与其相关联的四个棒362、364、366和368，每个棒具有多个突起311。在静电单元18的第二侧上，直接横跨电极阵列360的是目标369。类似于静电单元18的第一部分和第二部分，第三部分的棒由电绝缘材料305保持在适当位置，该电绝缘材料还用于将静电单元18的第三部分与第二部分隔离，并且静电单元18的任选的附加部分和棒连接到电源。如果电极阵列位于静电单元18的前面部分的相对侧上，则可以在任选的第三部分下面增加附加部分。

示例性静电单元18的突起(例如，211)可以是销、杆、线或环形线。理想地，突起是销，最理想地是发射器销。示例性发射器销配置是其中发射器销以1/4英寸间隔开并且以1/8英寸凹陷在0.5英寸高×0.25英寸深的腔中的配置。销的实际间距可以变化，以实现期望的电晕放电。销通常布置成排，其可以与拉伸机14一样宽或稍窄。此外，在一些实施方式中，发射器销是凹陷的。

突起(例如211)可以堆叠成几排，例如2-50排或更多。替代地，可以有单排突起。

在一些实施方式中，只有静电单元18仅在拉伸机14的一侧上，例如仅在纵向的上游或下游侧上。在这种情况下，一排突起21可以具有正电位，而另一排可以具有负电位或者是接地的以产生电位差，从而生成电晕来给纤维12充电。

不管具体的实施方式如何，静电单元18用于展开拉伸机14中的束。这种效果在图4A和图4B中示出。更具体地说，图4A示出在静电单元18的位置处的拉伸机14的通道15中的纤维12的剖视图，其中示出了纵向(MD)以供参考。在静电单元关闭的情况下，该视图示出纤维12没有很好地展开，因为在通道15中存在开口间隙(G1)。相反，图4B示出相同的视图，但是打开静电单元18。如图4B中所示，纤维12比图4A中更大程度地展开，这归因于静电单元18对纤维12充电并导致它们相互排斥的效果。更一般地讲，将静电荷施加到拉伸机14中的纤维12上导致拉伸机14中的纤维帘12在纵向上的宽度大于拉伸机14中没有施加这种电荷的相同位置处的纤维帘12的宽度。

如上所述，由系统5制成的非织造幅材具有改进的性能(诸如均匀性)，如由系统5上制成的非织造幅材所示，该非织造幅材的基重变化系数介于2.8％至4％之间，更优选地3％至3.5％之间。该基重测试方法通过以下工艺进行：将幅材的全宽(CD)样品和Z形折叠样品分成3层。沿样品的CD切割4英寸×4英寸样品，其中最少十个4英寸×4英寸样品。(样品应尽可能地彼此靠近，即在样品之间留下尽可能小的间隙。)以这种方式收集1至N个三层(4英寸×4英寸)样品。每个3层样品都应称重。然后确定所有样品的平均重量(Avg(W))，并确定所有样品的标准偏差(SD)。然后通过将Avg(W)除以SD((Avg(W)/SD)并乘以100来确定变异系数。因此基重的变异系数为((Avg(W)/SD)*100。

实施方式

实施方式1.一种制造非织造幅材的方法，所述方法包括：

从喷丝头提供多根纤维；

使所述纤维经受骤冷空气；

通过封闭式拉伸单元使所述纤维变细；

降低所述多根纤维在扩散器中的速度，所述扩散器在所述纤维的行进方向上与所述封闭式拉伸单元的出口间隔开，所述扩散器具有相对的发散侧壁；以及

在所述纤维进入所述扩散器之前使所述纤维经受所施加的静电荷，其中所述静电荷由一个或多个静电充电单元施加。

实施方式2.如实施方案1所述的方法，其包括将所述纤维收集到成形表面上的幅材中。

实施方式3.如实施例1或2所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元靠近所述封闭式拉伸单元的下半部定位。

实施方式4.如实施例1或2所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元靠近所述封闭式拉伸单元的上半部定位。

实施方式5.如实施方式1至4所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于10千伏与25千伏之间的电压。

实施方式6.如实施方式1至5所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于16千伏与18千伏之间的电压。

实施方式7.如实施方式1至6所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于0.2毫安与0.8毫安之间的电流。

实施方式8.如实施方式1至7所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于0.2毫安与0.6毫安之间的电流。

实施方式9.如实施方式1至8所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生约0.4毫安的电流。

实施方式10.如实施方案1至9所述的方法，其包括将所述纤维收集到成形表面上的幅材中，其中所述幅材的基重变化系数介于3％与3.5％之间。

实施方式11.如实施方案1至10所述的方法，其中来自所述喷丝头的所述多根纤维在正交于所述纤维的所述行进方向的区中在MD上具有100至350、优选地168至350、更优选地215至275个开口/英寸的密度。

实施方式12.如实施方案1至11所述的方法，其中所述多根纤维在所述封闭式拉伸单元中的速度为介于8000至14000英尺/分钟、优选地12000至14000英尺/分钟、更优选地13000至14000英尺/分钟。

实施方式13.如实施方式1至12所述的方法，其中在纵向上，所述封闭式拉伸单元在所述封闭式拉伸单元中所述静电荷被施加到所述多根纤维的位置处具有介于0.6英寸至2.5英寸、优选地1英寸至2英寸、更优选地1.25英寸至1.75英寸的宽度。

实施方式14.如实施方式1至13所述的方法，其中所述静电荷由两个或多个方向相反的静电充电单元施加。

实施方式15.一种系统，所述系统包括：喷丝头，所述喷丝头被配置成提供纤维帘；封闭式拉伸机，所述封闭式拉伸机被配置成气动地使所述纤维帘变细；静电充电装置，所述静电充电装置位于沿所述封闭式拉伸机的充电位置处并且被配置成在所述充电位置处将静电荷施加到所述纤维，其中所述纤维帘具有第一宽度并且具有第二宽度，所述第一宽度在沿所述封闭式拉伸机的第一位置处限定所述纤维帘在纵向上的宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度，在所述充电位置处限定所述纤维帘在所述纵向上的宽度，其中所述第一位置比所述充电位置更靠近所述喷丝头；扩散器，所述扩散器具有一组相对的发散壁并且被配置成接纳来自所述封闭式拉伸机的所述纤维帘，并且降低所述纤维帘的速度；以及成形表面，所述成形表面被配置成在所述纵向上移动并且收集离开所述扩散器的所述纤维帘。

实施方式16.如实施方式15所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于10千伏与25千伏之间的电压。

实施方式17.如实施方式15至16所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于16千伏与18千伏之间的电压。

实施方式18.如实施方式15至17所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于0.2毫安与0.8毫安的电流。

实施方式19.如实施方式15至18所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于0.2毫安与0.6毫安的电流。

实施方式20.如实施方式15至19所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生约0.4毫安的电流。

实施方式21.如实施方式15至20所述的系统，其包括将所述纤维收集到成形表面上的幅材中，其中所述幅材的基重变化系数介于3％与3.5％之间。

实施方式22.如实施方式15至21所述的系统，其中来自所述喷丝头的所述多根纤维在正交于所述纤维的所述行进方向的区中在MD上具有100至350、优选地168至350、更优选地215至275个开口/英寸的密度。

实施方式23.如实施方式15至22所述的系统，其中所述多根纤维在所述封闭式拉伸单元中的速度为介于8000至14000英尺/分钟、优选地12000至14000英尺/分钟、更优选地13000至14000英尺/分钟。

实施方式24.如实施方式15至23所述的系统，其中在纵向上，所述封闭式拉伸单元在所述封闭式拉伸单元中所述静电荷被施加到所述多根纤维的位置处具有介于0.6英寸至2.5英寸、优选地1英寸至2英寸、更优选地1.25英寸至1.75英寸的宽度。

虽然本说明书含有许多特定实施细节，但是这些细节不应该被解释为对任何发明或可要求保护的内容的范围的限制，而是作为对特定发明的特定实施方案特定的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方案的上下文中所描述的某些特征也可以在单个实施方案中组合地实施。相反地，在单个实施方案的上下文中所描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合形式在多个实施方案中实施。此外，尽管特征在上文可以被描述为以某些组合形式起作用，甚至最初要求如此，但来自要求保护的组合的一个或多个特征可以在一些状况下从组合中删除，并且要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。

类似地，虽然操作在附图中是按特定顺序描绘的，但是这不应该被理解为要求此类操作以所示的特定顺序或按先后顺序执行，或所有所示出的操作都被执行，以实现所需结果。在某些情况下，多任务和并行处理可以是有利的。此外，在上述实施方案中各种系统部件的分离不应理解为在所有实施方案中都需要这种分离。

此书面说明并不将本发明限于阐述的精确术语。因此，虽然已经参照上述示例详细描述了本发明，但是本领域的普通技术人员可以在不脱离本发明范围的情况下实现对这些示例的变更、修改和变化。

Claims (24)

1.一种制造非织造幅材的方法，所述方法包括：

从喷丝头提供多根纤维；

使所述纤维经受骤冷空气；

通过封闭式拉伸单元使所述纤维变细；

降低所述多根纤维在扩散器中的速度，所述扩散器在所述纤维的行进方向上与所述封闭式拉伸单元的出口间隔开，所述扩散器具有相对的发散侧壁；以及

在所述纤维进入所述扩散器之前使所述纤维经受所施加的静电荷，其中所述静电荷由一个或多个静电充电单元施加。

2.如权利要求1所述的方法，其包括将所述纤维收集到成形表面上的幅材中。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元靠近所述封闭式拉伸单元的下半部定位。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元靠近所述封闭式拉伸单元的上半部定位。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于10千伏与25千伏之间的电压。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于16千伏与18千伏之间的电压。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于0.2毫安与0.8毫安之间的电流。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于0.2毫安与0.6毫安之间的电流。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生约0.4毫安的电流。

10.如权利要求9所述的方法，其包括将所述纤维收集到成形表面上的幅材中，其中所述幅材的基重变化系数介于3％与3.5％之间。

11.如权利要求10所述的方法，其中来自所述喷丝头的所述多根纤维在正交于所述纤维的所述行进方向的区中在MD上具有100至350、优选地168至350、更优选地215至275个开口/英寸的密度。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述多根纤维在所述封闭式拉伸单元中的速度为介于8000至14000英尺/分钟、优选地12000至14000英尺/分钟、更优选地13000至14000英尺/分钟。

13.如权利要求11所述的方法，其中在纵向上，所述封闭式拉伸单元在所述封闭式拉伸单元中所述静电荷被施加到所述多根纤维的位置处具有介于0.6英寸至2.5英寸、优选地1英寸至2英寸、更优选地1.25英寸至1.75英寸的宽度。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述静电荷由两个或更多个方向相反的静电充电单元施加。

15.一种系统，所述系统包括：

喷丝头，所述喷丝头被配置成提供纤维帘；

封闭式拉伸机，所述封闭式拉伸机被配置成气动地使所述纤维帘变细；

静电充电装置，所述静电充电装置位于沿所述封闭式拉伸机的充电位置处并且被配置成在所述充电位置处将静电荷施加到所述纤维，其中所述纤维帘具有第一宽度并且具有第二宽度，所述第一宽度在沿所述封闭式拉伸机的第一位置处限定所述纤维帘在纵向上的宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度，在所述充电位置处限定所述纤维帘在所述纵向上的宽度，其中所述第一位置比所述充电位置更靠近所述喷丝头；

扩散器，所述扩散器具有一组相对的发散壁并且被配置成接纳来自所述封闭式拉伸机的所述纤维帘，并且降低所述纤维帘的速度；以及

成形表面，所述成形表面被配置成在所述纵向上移动并且收集离开所述扩散器的所述纤维帘。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于10千伏与25千伏之间的电压。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于16千伏与18千伏之间的电压。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于0.2毫安与0.8毫安之间的电流。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生介于0.2毫安与0.6毫安之间的电流。

20.如权利要求19所述的系统，其中所述一个或多个静电充电单元中的每一者产生约0.4毫安的电流。

21.如权利要求20所述的系统，其包括将所述纤维收集到成形表面上的幅材中，其中所述幅材的基重变化系数介于3％与3.5％之间。

22.如权利要求20所述的系统，其中来自所述喷丝头的所述多根纤维在正交于所述纤维的所述行进方向的区中在MD上具有100至350、优选地168至350、更优选地215至275个开口/英寸的密度。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述多根纤维在所述封闭式拉伸单元中的速度为介于8000至14000英尺/分钟、优选地12000至14000英尺/分钟、更优选地13000至14000英尺/分钟。

24.如权利要求23所述的系统，其中在纵向上，所述封闭式拉伸单元在所述封闭式拉伸单元中所述静电荷被施加到所述多根纤维的位置处具有介于0.6英寸至2.5英寸、优选地1英寸至2英寸、更优选地1.25英寸至1.75英寸的宽度。

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