CN1290775A - 高速纺出的丝在横向方向上排列的横向排列纤维网 - Google Patents
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Abstract
通过排列高速纺出的丝生产横向排列纤维网。从输送机上面的喷丝嘴挤出熔融树脂。从环形主气流嘴喷出高温高速的主气流,使熔融的丝被主气流振动。从辅助气流嘴中喷出高温辅助气流,辅助气流在喷丝嘴下面彼此碰撞,在输送机的宽度方向上扩散辅助气流,使得熔融的丝在输送机的宽度方向上扩散,由此以30000m/min或更大的速率纺出丝。生成的丝在输送机的宽度方向上排列并堆积在输送机上。
Description
本发明涉及一种生产高速纺出的丝在横向方向上排列的横向排列纤维网的方法,以及实现此方法的装置。横向排列纤维网被用作横向拉伸无纺布的原料纤维网。另外,横向排列纤维网还可用来作为一种用于制造交织叠层无纺布的原料纤维网,该交织叠层无纺布是将横向拉伸无纺布放置在纵向拉伸无纺布等等上面,使得其排列方向彼此交叉。
大部分常规无纺布是一种随机无纺布,既构成无纺布的丝的排列是随机的。所以,抗拉强度弱且产品的尺寸不定。本发明的申请人曾提出了用以克服上述常规无纺布所遇到的缺陷的发明专利申请,如日本特许公开36948/91,日本专利No.2612203,日本特许公开6126/95等等。上述公开的资料中介绍了一种叠层式无纺布,其中至少两层作为原材料的无纺布被拉伸,且各层叠压并相互结合在一起从而彼此拉伸方向交叉。另外,上述资料中还公开了一种制造上述无纺布的方法。
日本特许公开36948/91中介绍了一种制造由纺出的未定向丝形成的长纤维无纺布的方法。此方法形成的无纺布在合适温度下被沿一个方向拉伸从而使无纺布中沿一个方向排列的丝的比率很高。另外,此专利申请中还公开了一种由上述方法拉伸的无纺布彼此层压从而无纺布的拉伸方向相互交叉的方法。
另外,日本特许公开36948/91中还介绍了一种制造长纤维无纺布的方法,其中,无纺布由排列在一个方向上的未定向的纺丝构成。根据此制造长纤维无纺布的方法,纺丝通过一个设置在单方向运行的筛孔上的喷嘴挤出制成。然后,一股螺旋流动的热空气流将纺丝吹散。随后,在喷嘴下方产生一对空气流从而空气流彼此碰撞。因空气流碰撞产生的扩散空气流进一步分散旋转纺出的丝。此时,如果彼此碰撞的空气流的移动方向与筛孔的运行方向平行,那么纺丝就在与筛孔的运行方向垂直的方向上分散。因此,在筛孔上就会堆积分散的纺丝,可在筛孔上产生一片无纺布,使得大部分的丝在织物的横向上排列。照此就产生了主要包含横向排列纺丝的无纺布。相反,如果彼此碰撞的空气流的移动方向与筛孔的运行方向基本垂直,那么纺丝就在与筛孔的运行方向平行的方向上分散。这样,当分散的纺丝在筛孔上堆积时,在筛孔上就会产生无纺布而使纺丝在织物的纵向上排列。照此就会产生主要包含纵向排列纺丝的无纺布。
日本专利No.2612203公开了一种生产这样的无纺布的方法,其中纤维随着喷气嘴中的气流一起吹向运行的输送带的上表面上,纤维堆积,使得纤维在输送带的上表面上排列在一个方向上,于是可生产纤维排列好的纤维网。根据生产纤维的方法的一个实例,至少一部分输送带在垂直于其运行方向的方向上向下弯曲,流体和纤维吹向输送带的弯曲的槽部分的底部上。然后,从喷气嘴中喷出的流体在输送带槽延伸的方向上分散,纤维在分散的方向上排列。
日本特许公开No.6126/95公开了一种生产这样的无纺布的方法,其中采用喷射纺丝法,使得多根丝在基本一个方向上排列,从而形成一个方向上排列的无纺布。根据生产无纺布的方法,当通过喷嘴喷出高分子化合物来纺丝时,纺出的丝在宽度方向上转动或振动。然后,在转动或振动的丝具有两倍或更大的飘浮特性的条件下,至少一对相对于丝的侧部两侧对称的气流在一根转动或振动的丝的中心处从丝的侧部施加在丝上。于是,至少一对气流施加在丝上,使得丝在垂直于喷丝方向上的方向上分散,同时丝被飘浮。以此方式,丝在其被分散的方向上排列,丝堆积成层,可生产一个方向上排列的无纺布。
由上述的方法生产的无纺布具有很高的抗拉强度。而且,由于构成无纺布的丝的小直径在其经受拉伸处理后为5微米-15微米,其手感很光滑,质地柔软。此外,无纺布光滑,适合于印刷。换句话说,由于丝径很小,无纺布具有正常的质地。另外,由于抗拉强度很高,无纺布不管其厚度如何小都具有实用性。
尽管在各个公报中公开的上述的方法生产的无纺布具有很高的抗拉强度和通常的质地,但上述的生产无纺布的方法的生产率不能令人满意。因此,有必要提高生产率,降低成本。为此,为了提高上述生产装置的生产率和降低成本,有必要发展一种用于纺出丝在横向方向上排列的横向排列纤维网的丝的纺丝装置。此外,除了纺丝的生产率得到提高外,有必要增加由获得的丝形成的横向排列纤维网的抗拉强度,同时保持很高的生产率。
如果预定了最后阶段的产品的丝的直径,为了提高通过唯一一个锥体生产丝的生产率,要求增加通过唯一一个锥体的丝的纺丝速率。根据常规的高速纺丝的方法,如在由高分子公开联合会出版的题目为“最新的纺丝技术”(日本纤维工业协会编辑)的参考文献中所公开的,工业条件下的纺丝的限定速度为10000m/min。当生产丝在横向方向上排列的宽幅横向排列纤维网时,要求以30000m/min-100000m/min或更大的速率纺丝,远远超过迄今为止所限定的速率。
但是,在生产无纺布时仅仅生产率很高是无意义的,即生产的无纺布应当具有正常的特性。也就是说,丝的直径应当足够小,可使织物具有正常的作为横向排列纤维网的质地。更具体地说,刚纺出的丝的直径应当为10微米-30微米,最好为25微米。此外,如果丝形成的横向排列纤维网在横向方向上被拉伸以生产横向排列纤维网,该横向排列纤维网的抗拉强度为132.5mN/tex(1.5g/d)或更大是理想的。该横向排列纤维网的抗拉强度为158.9mN/tex(1.8g/d)或更大较好。该横向排列纤维网的抗拉强度为176.6mN/tex(2.0g/d)或更大最好。此外,由于横向排列纤维网或横向拉伸纤维网被用作无纺布,要求纺丝装置不会产生诸如由于丝的断裂导致的起球之类的缺陷的纤维网。
因此,本发明的一个目的是提供一种纺出的丝在横向方向上排列的横向排列纤维网,并且其可以具有很高的生产率,生产成本很低。
本发明的另一个目的是提供一种生产这种横向排列纤维网的方法、生产这种横向排列纤维网的装置以及在用于生产这种纤维网的装置中使用的喷丝头。
本发明的另一个目的是提供一种横向排列纤维网,其中横向排列纤维网的横向方向上的抗拉强度很高,并且,尽管纤维网的生产率很高,但保持了作为织物特性的正常的质地。
本发明的再一个目的是提供一种生产这种横向排列纤维网的方法和一种用于生产这种横向排列纤维网的装置,生产纤维网的生产率是很高的。
为了实现上述的目的,提供一种丝在横向方向上排列的横向排列纤维网,其中以30000m/min或更高的速率纺丝,丝在横向排列纤维网的宽度方向上从一个边缘向另一个边缘连续延伸,并且其宽度为300mm或更宽。
根据本发明的横向排列纤维网,以30000m/min或更高的速率纺出形成横向排列纤维网的丝,该速率远远大于比如常规的高速复丝纺丝机器的速率。因此,可以获得一种能以很高的生产率和很低的成本生产的横向排列纤维网。此外,根据本发明的横向排列纤维网,构成横向排列纤维网的丝在横向排列纤维网的宽度方向上从一个边缘向另一个边缘连续延伸,并且其宽度为300mm或更宽。因此,该横向排列纤维网适合于用作横向排列无纺布,而不象具有诸如由于丝断裂而导致的起球之类的缺陷部分的纤维网。而且,由于丝在横向排列纤维网的宽度方向上从一个边缘向另一个边缘连续延伸,横向排列纤维网变得很宽,并且在纤维网的生产率很高的情况下,在横向排列纤维网的横向方向上的抗拉强度和生产率很大。此外,当在横向方向上拉伸原料纤维网以生产横向拉伸无纺布时,上述的横向排列纤维网适合于用作原料纤维网。
根据本发明,丝的直径最好在10微米-30微米的范围内,横向排列纤维网在横向方向上的伸长率最好为70%或更大。
由于具有上述的特性,当利用横向排列纤维网作为用于生产横向拉伸无纺布的原料纤维网时,可以生产具有足够大的宽度、想要的质地和柔软性质的横向拉伸无纺布。
根据本发明,可在横向方向上拉伸横向排列纤维网,而且,构成拉伸的横向排列纤维网的丝的直径最好在5微米-15微米的范围内,横向排列纤维网在拉伸方向上的抗拉强度最好为132.5mN/tex(1.5g/d)或更大。
如上所述,在横向方向上拉伸的横向排列纤维网由直径在5微米-15微米的范围内的丝形成,横向排列纤维网在拉伸方向上的抗拉强度为132.5mN/tex(1.5g/d)或更大。因此,根据本发明的横向拉伸无纺布抚摸起来很柔软,并且在横向方向上具有很高的抗拉强度。该横向拉伸无纺布适合用作生产交织叠层无纺布的原料纤维网,该交织叠层无纺布是将横向拉伸无纺布层压在纵向拉伸无纺布等等上面,使得各个无纺布的丝的排列方向彼此交叉。
根据本发明的生产横向排列纤维网的方法和用于生产横向排列纤维网的装置,首先,从内径为0.6mm或更大的喷丝嘴中向下挤出熔融树脂。在喷丝嘴的开口端处,形成直径为2.5mm或更大且与喷丝嘴的开口端同心的环形主气流嘴,主气流在重力方向上高温、高速地喷出,从而从喷丝嘴的开口端挤出的熔融的丝被振动。其后,从辅助气流嘴喷出高温辅助气流,辅助气流嘴相对于熔融的丝设置在输送机运行方向上的上游端和下游端,朝向被主气流振动的挤出的熔融的丝。
以此方式,被主气流振动的挤出的熔融的丝随着彼此碰撞的辅助气流一起流动,并在输送机的宽度方向上扩散。于是,被主气流振动的挤出的熔融的丝可被辅助气流扩散,结果是,能以30000m/min和更大的高速由挤出的熔融的丝的固化而纺出丝。
然后,挤出的熔融丝在输送机的宽度方向上扩散,从而纺出的丝在输送机的宽度方向上排列并堆积在输送机上。因此,可生产具有在输送机的宽度方向上排列的丝的横向排列纤维网,并且可沿输送机的运行方向在一个方向上延伸。
根据生产横向排列纤维网的方法,由于能以30000m/min或更大的高速纺丝,提高了横向排列纤维网的生产率,由此降低了横向排列纤维网的成本。而且,可以生产丝在宽度方向上从横向排列纤维网的一个边缘向另一个边缘延伸的横向排列纤维网,并且可以使其宽度达到300mm或更宽。
为了提高横向排列纤维网的生产率,有必要在输送机上面排列多个喷丝头。根据本发明,可由唯一一个喷丝头高速纺丝。因此,可减少在输送机上面排列的喷丝头的必要数目。因此,使用本发明的生产横向排列纤维网的方法和装置,可以减少设备的成本和设备的占地区域。而且,由于可减少在输送机上面排列的喷丝头的必要数目,也可以使得将被调整的喷丝头的数目减少。因此,本发明的生产横向排列纤维网的方法和装置有利于设备的调整和保养。而且,本发明的生产横向排列纤维网的方法和装置在生产横向排列纤维网时具有很高的生产率,而且横向排列纤维网可获得很宽的宽度。
在本发明的上下文的描述中,为了说明无纺布的丝的排列方向或者无纺布的拉伸方向,术语“纵向方向”是指在生产无纺布时无纺布的输送方向,术语“横向方向”是指在垂直于纵向方向的方向,即无纺布的宽度方向。
在本发明的上下文的描述中,术语“伸长率”是依照JIS(日本工业标准)-L1095。也就是说,宽度5厘米的纤维网被固定,以便在纵向方向上延伸10厘米的距离,并且以10cm/min的拉伸速度拉伸。然后,在拉断纤维网时的拉伸长度与其原始长度的比值表示为百分数。
此外,习惯上,纤维网或无纺布的抗拉强度被表示为断裂强度,或者通过基于JIS-L1096的长纤维丝无纺布测试方法确定的每5厘米的断裂负荷。但是,在本发明上下文的描述中,由于可任意选择测试下的无纺布单位面积的质量,无纺布的质量被换算为但尼尔(tex),抗拉强度表示为每单位tex的强度(mN/tex)。除了每单位tex的强度(mN/tex)外,每单位但尼尔(d)的强度也作为参考。
通过下面结合附图对本发明的实例的描述,本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加清楚。
图1A是沿在喷丝头中形成的喷丝嘴的中心线剖开的喷丝头的横截面的示意图,该喷丝头设置在本发明的一个实施例的用于生产横向排列纤维网的生产装置中;
图1B是显示从图1A的A所示的方向或从其下侧所见的图1A中所示的结构的示意图;
图2A是说明装配有图1A和1B中所示的喷丝头的纺丝装置怎样被驱动生产无纺布的示意图,该示意图显示了从垂直于纺丝装置的网眼带的运行方向的方向所见的纺丝装置;
图2B是说明装配有图1A和1B中所示的喷丝头的纺丝装置怎样被驱动生产无纺布的示意图,该示意图显示了从纺丝装置的网眼带的运行方向的下游端所见的纺丝装置;
图3是显示在图1A、1B、2A和2B中所示的喷丝头中形成的流动通道的一个实例的横截面的示意图,该流动通道是用于使从主气流嘴喷出的加热气流为均匀的气流;
图4A是显示沿喷丝嘴和辅助气流嘴的中心线剖开的图1A和1B中所示的喷丝头的横截面的示意图,其中说明的是用于喷出加热气流的小孔,这些小孔位于喷丝头下表面上形成的主气流嘴的周围;
图4B是显示图1A和1B中所示的喷丝头的下表面的平面图的示意图,其中说明的是用于喷出加热气流的小孔,这些小孔位于喷丝头下表面上形成的主气流嘴的周围;
图4C是显示沿垂直于图4A的平面的平面剖开的图4A中所示的喷丝头的一部分的横截面的示意图,其中说明的是用于喷出加热气流的小孔,这些小孔位于喷丝头下表面上形成的主气流嘴的周围;
图5是显示用于在图1A和1B中所示的喷丝头中提供加热气流的流动通道的一个变形例的横截面的示意图;
图6A是显示用于在横向方向上拉伸由图2A和2B中所示的装置生产的带状无纺布的装置的一个实例的平面图;
图6B是显示用于在横向方向上拉伸由图2A和2B中所示的装置生产的带状无纺布的装置的一个实例的侧视图;
图7是一个表,其中列出了熔融树脂的材料、纺丝条件和实验例1-4(实例1-4)和比较例1-5的实验结果;
图8是一个表,其中列出了产生图7中所示的实验例1-4(实例1-4)和比较例1-5所利用的喷丝头的各个部件的尺寸;
图9A-9C是各显示沿横向排列纤维网的横向方向延伸的质量分布的分布图的代表实例的示意图;
图10A是显示从垂直于网眼带的运行方向的方向所见的喷丝头的横截面及从喷丝头挤出的熔融聚合物的示意图,可参考该图说明挤出的熔融树脂被从主气流嘴喷出的主气流振动;
图10B是显示从网眼带的运行方向的下游端所见的喷丝头的横截面及从喷丝头挤出的熔融聚合物的示意图,可参考该图说明挤出的熔融树脂被从主气流嘴喷出的主气流振动;
图11A是显示从垂直于网眼带的运行方向的方向所见的喷丝头的横截面及从喷丝头挤出的熔融聚合物的示意图,可参考该图说明挤出的熔融树脂被从主气流嘴喷出的主气流振动并向下落下,并且被辅助气流在网眼带的宽度方向上扩散;
图11B是显示从垂直于网眼带的运行方向的下游端所见的喷丝头的横截面及从喷丝头挤出的熔融聚合物的示意图,可参考该图说明挤出的熔融树脂被从主气流嘴喷出的主气流振动并向下落下,并且被辅助气流在网眼带的宽度方向上扩散。
图1A和1B示出了本发明第一实施例的用于生产横向排列纤维网的装置,其包括在一个方向上运行的网眼带和设置在网眼带上的具有一个喷丝头的纺丝单元。按照用于生产横向排列纤维网的本装置,丝由纺丝装置高速喷出。喷出的丝堆积在网眼带上,使得丝在网眼带的宽度方向上排列。以此方式,生产大多数丝在同样的方向上定向的横向排列纤维网。
如图1A和1B所示,本实施例的用于生产横向排列纤维网的装置中设置的喷丝头10包括喷气单元6、设置在喷气单元6中的圆柱形喷丝嘴部件5。喷丝嘴部件5具有在一个方向上延伸的喷丝嘴1,并且在喷丝嘴部件5的至少一个端部开口。喷丝嘴1在开口端的内径为Nz。喷丝头10连接到纺丝单元上,在操作时使得喷丝嘴1的纵向方向平行于重力方向。从喷丝嘴1的上侧提供作为熔融树脂的熔融的聚合物。提供的熔融聚合物流经喷丝嘴1,并从喷丝嘴1下侧的开口端向下挤出。
另一方面,喷气单元6具有一个凹部,从而形成一对斜表面8a和8b。喷气单元6的凹部的底部是水平面7,其在喷丝头工作时垂直于重力方向。于是,斜表面8a位于水平面7的一侧上,另一斜表面8b位于水平面7的另一侧上。此外,这一对斜表面8a和8b相对于一个垂直于水平面7并包含喷丝嘴1的中心线的平面彼此对称地形成。此外,这一对斜表面8a和8b倾斜地形成,使得斜表面8a和8b之间的水平距离随着被测量的距离的水平面的下降而变得越来越大。
喷丝嘴部件5的下端部分在喷气单元6的水平面7的中心部分处暴露于喷丝头10的外面。喷丝嘴部件5设置在喷气单元中,从而在喷丝头5的外表面和喷气单元6的内表面之间形成一个环形间隙,该环形间隙用作主气流嘴2,加热的空气可从该主气流嘴2喷出作为主气流。喷丝嘴5的外径,即主气流嘴2的内径是d,而主气流嘴2的外径为D。喷丝嘴部件5连接到喷气单元6,使得喷丝嘴部件5的端部从喷气单元6的主气流嘴2的端部或水平面7突出一个高度H,如图1A所示。
从主气流嘴2的上部将主气流提供给主气流嘴2。提供的主气流流经主气流嘴2从水平面7处的主气流嘴2的开口端向下高速喷出到外面。如上所述,主气流从主气流嘴2高速喷出,从而在喷丝嘴部件5的下面形成气压下降的气压下降区域。由于形成气压下降区域,从喷丝嘴1挤出的熔融的聚合物被振动。喷丝嘴部件5的下表面和水平面7之间的距离H作为喷丝嘴部件5在轴向方向上的设置距离,该水平面7是来自主气流嘴2的主气流的喷气表面。
喷丝嘴1的直径Nz的范围是0.60mm-0.85mm或更大。喷丝嘴部件5的外径或者主气流喷出的环形主气流嘴2的内径d的范围是2.5mm-6.0mm。采用这些尺寸,高温下的主气流从环形主气流嘴2中喷出,以便包围喷丝嘴1。以此方式,主气流可在重力方向上从主气流嘴2的开口端流经主气流嘴2的直径2.5mm或更大的整个周围区域,该区域与在喷丝嘴1的纵向方向上延伸的中心线同心。
此外,喷气单元6具有多个加热的辅助气流喷出的辅助气流嘴4a和4b。由于辅助气流从辅助气流嘴4a和4b中喷出,被主气流嘴2喷出的主气流振动的熔融聚合物可扩散和落下。然后,从熔融的聚合物抽出的丝可在一个方向上排列,如后面将要描述的。辅助气流嘴4a在斜表面8a上开口,而辅助气流嘴4b在斜表面8b上开口。每个辅助气流嘴4a和4b具有同样的沿垂直于气流嘴的纵向方向的方向剖开的横截面或者圆形。圆形横截面的直径为r。辅助气流嘴4a延伸进喷气单元6,使得其延伸方向垂直于斜表面8a,相类似,辅助气流嘴4b延伸进喷气单元6,使得其延伸方向垂直于斜表面8b。
多个辅助气流嘴4a多个辅助气流嘴4b可排列成使得所有的多个辅助气流嘴4a和多个辅助气流嘴4b中的每一个的中心线以及喷丝嘴1的中心线都包含在垂直于水平面7和斜表面8a和8b的平面内。于是,多个辅助气流嘴4a和多个辅助气流嘴4b相对于斜表面8a和8b之间的中间平面,即包含喷丝嘴1的中心线并垂直于水平面7对称。
尽管在本发明的上述的实施例中,形成了两对辅助气流嘴4a和4b,但也可在斜表面8a和8b上分别形成唯一一个辅助气流嘴4a和4b。也就是说,可仅仅形成一对辅助气流嘴4a和4b。但是,最好是形成两对或多对辅助气流嘴4a和4b。
在喷丝头10的布置中,从各个辅助气流嘴4a和4b在相对于水平方向向下倾斜的方向上喷出辅助气流。因此,从辅助气流嘴4a喷出的辅助气流和从辅助气流嘴4b喷出的辅助气流指向从喷丝嘴1挤出的熔融聚合物的两侧,并且在喷丝嘴1下面相互碰撞。当从辅助气流嘴4a喷出的辅助气流和从辅助气流嘴4b喷出的辅助气流在喷丝嘴1下面相互碰撞时,一部分相互碰撞的辅助气流在垂直于包含辅助气流嘴4a和4b及喷丝嘴1的中心线并与水平面7平行的平面的方向上扩散。从喷丝嘴1挤出的熔融聚合物被扩散的辅助气流飘动。被扩散的辅助气流飘动的熔融聚合物相对于从喷丝嘴1的中心线延伸的中心线从一侧向另一侧扩散,如从斜表面8a或8b侧向喷丝嘴1所视的。
并且,在喷气单元6的水平面7上的喷丝嘴部件5附近形成多个小孔3。每个小孔3在垂直于喷丝嘴1的水平方向或水平面7的方向上延伸。沿垂直于小孔的纵向方向的直线剖开的每个小孔3的横截面为圆形,其直径为常数q。这些小孔3在喷丝嘴部件5的辅助气流嘴4a和4b的每一侧上排列在垂直于喷丝嘴1的中心线的直线上。在喷丝嘴部件5的辅助气流嘴4a的一侧上设置的小孔3的数目与在喷丝嘴部件5的辅助气流嘴4b的一侧上设置的小孔3的数目相同。此外,类似于辅助气流嘴4a和4b,小孔3相对于斜表面8a和8b之间的中点的平面或者包含喷丝嘴1的中心线并垂直于水平面7的平面对称排列。
按照本发明的上述的实施例,在喷丝嘴部件5和一个表面8a之间设置了三个小孔3。在喷丝嘴部件5和另一个表面8b之间也设置了三个小孔3。从水平面7一侧上的每个小孔3的开口端喷出加热的气流,从而可稳定地纺丝。从每个小孔3中喷出的加热气流可从用于从主气流嘴2喷出的气流的主气流热源中引出。此外,提供给小孔3的加热气流可从用于从辅助气流嘴4a和4b喷出气流的辅助气流的热源中引出。另外,可准备一个与主气流或辅助气流分开的第三气流,从第三热源出来的气流可从小孔3中喷出。
图2A和2B是各显示怎样通过本实施例的横向排列纤维网的装置生产无纺布的示意图,该装置包括具有图1A和1B所示的喷丝头10的纺丝单元。
如图2A和2B所示,用于生产本实施例的横向排列纤维网的装置包括作为输送带的皮带形状的网眼带19。丝在网眼带19上堆积,从而可生产无纺布。生产的无纺布由网眼带19输送。至少一部分网眼带19在喷丝头10下面的水平面内在图2A的箭头A所示的方向上运行。
喷丝头10固定在一个未示出的框架上,从而喷丝嘴1位于宽度方向上的网眼带19的中心部分上。此外,喷丝嘴1、小孔3、辅助气流嘴4a和4b被设置成可使得这些元件的中心线都包含在与网眼带19的运行方向平行且垂直于网眼带19的表面的平面内。也就是说,喷丝嘴1和多个小孔3沿网眼带19的运行方向排列。多个辅助气流嘴4a在网眼带19的运行方向上设置在喷丝嘴部件5的上游端,而多个辅助气流嘴4b在网眼带19的运行方向上设置在喷丝嘴部件5的下游端。因此,辅助气流嘴4a和4b被设置在处于一个平面内。该平面包含喷丝嘴1的中心线,平行于网眼带19的运行方向,且垂直于网眼带19的表面,沿网眼带19的运行方向相对于喷丝嘴1的中心线对称。
此外,本实施例的用于生产横向排列纤维网的装置包括多个作为冷却装置的冷却嘴20。冷却嘴20设置在网眼带19上,处于网眼带19的运行方向的上游端和下游端,以便冷却从喷丝嘴1挤出的熔融的聚合物17。从每个冷却嘴20喷出含有雾状水分的气流。在从喷丝嘴1挤出的熔融的聚合物17到达网眼带19之前,从每个冷却嘴20喷出的含有雾状水分的气流喷向熔融的聚合物17,从而可冷却熔融的聚合物17。在本实施例的模式中,冷却嘴20设置在熔融的聚合物17的两侧,冷却嘴20可仅设置在网眼带的上游端和下游端之一处。
如上所述,喷丝头10由诸如喷丝嘴部件、主气流喷气单元、辅助气流喷气单元等等之类的各种元件组成。当制造喷丝头时,这些元件可被独立地制造,然后可把这些元件装配在一起以制成喷丝头。为了精确地确定喷丝头的每一个元件的尺寸精度和得到最佳的装配,喷丝头的装配过程是很重要的。但是,按照本发明的喷丝头,重要的事实是装配后各个元件的校准精度。如果喷丝头的每个元件被独立制造,其后它们装配成喷丝头,很难在这些元件中进行机械校准。因此,可以在整体组合的状态下加工这些元件。另外,这些元件被装配成可进行机械校准,并且可在校准固定的情况下在其上进行焊接工作。因此,一些生产试验表明,通过上述的生产方法可获得稳定校准的喷丝头10。
将从主气流嘴2喷出的主气流提供给用上述的方法生产的喷丝头10。当喷丝头10被驱动时,有必要使将被提供给主气流嘴2的主气流均匀。术语“均匀”意味着从主气流嘴2喷出的加热气流不仅仅速度均匀,而且温度均匀。
图3是显示在喷丝头10中形成的与主气流嘴2连通的流动通道的一个实例的示意图。如图3中所示,该流动通道由环形间隙11至14形成。每个环形间隙11至14在喷丝头上部中形成相对于喷气单元6的主气流嘴2与喷丝嘴1的中心线同心的环形形状。环形间隙11在重力方向上延伸,使得该间隙的宽度保持在恒定值S1。因此,加热的气流可通过环形间隙11向下流动。环形间隙11的下部与环形间隙12连通,该环形间隙12从环形间隙11的下部向喷丝嘴1的中心线延伸,使得该间隙在水平面上向环形间隙11的内部延伸。环形间隙12的间隙尺寸为S2,该值保持恒定。从环形间隙11提供的加热气流在环形间隙12中向着喷丝嘴1的中心线向内流动。
环形间隙12的内部与环形间隙13的下部连通,该环形间隙13在环形间隙11的内侧在重力方向上延伸。该环形间隙13的间隙尺寸为S3,该值保持恒定。环形间隙13的上端与环形间隙14连通,该环形间隙14从环形间隙13的上端向着喷丝嘴1的中心线向内延伸。该环形间隙14的间隙尺寸为S4,该值保持恒定。从环形间隙13提供的加热气流在环形间隙14中向着喷丝嘴1的中心线向内流动。
环形间隙11至14的间隙尺寸S1至S4以如此的方式确定,即环形间隙11至14中的至少一个的间隙尺寸处于0.1mm-0.5mm的范围内。以此方式,当加热气流流经环形间隙11至14形成的流动通道时,加热气流的速度和温度变得很均匀,结果是可生成均匀的加热气流。
在其中形成有上述的流动通道的喷丝头10中,作为主气流的加热气流被提供给喷丝头10,并且从上部引入环形间隙11。被引入环形间隙11中的加热气流在其顺序流经环形间隙11、12、13和14时变为均匀的气流。引入环形间隙14中的加热气流从环形间隙14的内侧部分引入主气流嘴2的上部,其位于环形间隙14的内侧上的中心处。以此方式,速度和温度都变为均匀气流的加热气流被提供给主气流嘴2的内部空间,从而可以喷出速度和温度都为均匀气流的加热气流。
在本实施例中,上述结构的流动通道应用在用于从主气流嘴2喷出加热气流的流动通道中,同样或类似结构的流动通道也可应用在从辅助气流嘴4a和4b和小孔3喷出气流的流动通道中。用此布置,可以从辅助气流嘴4a和4b和小孔3喷出均匀的加热气流。
下面将参考图2、10和11描述通过使用上述结构的生产装置生产横向排列纤维网的方法。
首先,从喷丝嘴部件5上部将熔融的聚合物供入喷丝嘴1中。因此,保存在喷丝嘴1中的熔融聚合物从其下端的喷丝嘴1的开口端向网眼带19的上表面挤出。在这种情况下,由于从主气流嘴2向下喷出高温的主气流,由于加热气流的原因在喷丝嘴部件5下面产生气压下降区。由于气压下降区的原因,从喷丝嘴1中挤出的熔融聚合物被振动。于是,熔融聚合物17由于重力下落,同时被从主气流嘴2中喷出的主气流振动。
图11A和11B是说明从喷丝嘴挤出的熔融聚合物由于在喷丝嘴部件5的下面产生的气压下降区的原因被从主气流嘴2喷出的主气流振动的现象的示意图。挤出的熔融聚合物17的振动模式包括几个振动分量,比如在垂直于重力方向的多个方向上的振动和在上下方向上的振动。因此,熔融聚合物17以这样的方式振动,即该振动包括在垂直于重力方向的多个方向上的不规则摆动运动和在上下方向上的不规则摆动运动。
此外,如上所述,在喷丝嘴1下面,从网眼带19的运行方向的上游端上的辅助气流嘴4a喷出的高温辅助气流和从网眼带19的运行方向的下游端上的辅助气流嘴4b喷出的高温辅助气流之间产生碰撞。于是,两种从设置在网眼带19的运行方向的上游端和下游端的辅助气流嘴4a和4b喷出的辅助气流在振动和下落的熔融聚合物17上彼此碰撞。由于气流的碰撞,一部分彼此碰撞的辅助气流在网眼带19的宽度方向上扩散。振动和下落的熔融聚合物17被在网眼带19的宽度方向上扩散的辅助气流飘动,从而熔融聚合物17也在网眼带19的宽度方向上扩散,如图2B所示。
图11A和11B是说明被主气流振动和下落的熔融聚合物17在网眼带19的宽度方向上扩散的现象的示意图。如图11B中所示,由主气流导致的在熔融聚合物17上的不规则振动在网眼带17的宽度方向上和上下方向上得到增强。在振动增强期间,熔融聚合物17在网眼带19的宽度方向上被扩散的辅助气流进一步扩散。如图11A中所示,随着熔融聚合物17的振动幅度在网眼带19的宽度方向上的扩散,熔融聚合物17的振动幅度在网眼带19的运行方向上略微增加。
当熔融聚合物17在网眼带19的宽度方向上被辅助气流扩散且向下下落时,熔融聚合物17被从每个冷却嘴20喷出的含有雾状水分的空气冷却。于是,熔融聚合物17快速冷却,结果是熔融聚合物17固化为丝。生成的丝在网眼带19的宽度方向上排列并堆积在网眼带19上。如上所述,熔融聚合物17被挤出,并且由聚合物喷出的丝堆积在网眼带19上,以便在网眼带19的宽度方向上排列。于是,随着丝制成的横向排列纤维网堆积在网眼带19上并在网眼带19的运行方向上延伸,便生成了带状无纺布18。
在上述的方法中,从喷丝嘴1挤出的熔融聚合物17被从主气流嘴2喷出的主气流振动,其后,从喷丝嘴1中挤出的熔融聚合物17被从辅助气流嘴4a和4b喷出的辅助气流在网眼带19的宽度方向上扩散。于是,能以30000米/分(m/min)或更大的高纺丝率纺出由挤出的熔融聚合物17抽出的丝。以高纺丝率纺出的丝堆积在网眼带19上以生产无纺布18,从而能以高的生产率和低的成本来生产横向排列纤维网。此外,随着喷丝头10的各个部件的尺寸或各种的纺丝条件的不同,可以生产宽度为300毫米或更宽、横向方向伸长率为70%或更大的无纺布。此外,随着喷丝头10的各个部件的尺寸或各种的纺丝条件的不同,制成的构成无纺布18的丝的直径可处于10μm-30μm(微米)的范围内。
构成无纺布18的丝在形成带状的无纺布的宽度方向上从一个边缘向另一个边缘连续延伸。如果无纺布18的宽度为300毫米或更宽,则无纺布18适合用作横向排列无纺布,而不象具有缺陷部分的纤维网,该缺陷部分是由于诸如起球之类的断丝造成的。而且,由于丝在无纺布18的宽度方向上从一个边缘向另一个边缘连续延伸,可以获得在横向方向上具有很大的抗拉强度和很大的宽度的横向排列纤维网,同时保持很高的生产率。
此外,上述的无纺布18可作为将在横向方向上拉伸的原料纤维网,以便生产横向拉伸无纺布。如上所述,如果形成无纺布18的丝被制成直径为10微米-30微米,当在横向方向上拉伸无纺布18时,拉伸的丝可被制成直径为5微米-15微米。由直径为5微米-15微米的丝制成的无纺布变为宽幅横向拉伸无纺布,其具有布料或织物的最好的质地。此外,这种横向拉伸无纺布是合适的用于生产交织叠层无纺布的原料纤维网,交织叠层无纺布是将横向拉伸无纺布层压在纵向排列无纺布等之上,使得无纺布的丝的排列方向彼此交织。
如果要求改进横向排列纤维网的生产率,有必要增加在输送机上排列的喷丝头的数目。但是,根据生产横向排列纤维网的方法和用于生产横向排列纤维网的装置,能以很高的速率由单独一个喷丝头喷丝。因此,可减少排列的喷丝头的数目。于是,根据本发明的生产横向排列纤维网的方法和用于生产横向排列纤维网的装置有利于成本的降低和面积的减少。此外,由于排列的喷丝头的数目较小,可调整的喷丝头的数目也较小。因此,本发明的生产横向排列纤维网的方法和用于生产横向排列纤维网的装置有利于设备的调整和保养。
图4A-4C是显示本发明的实施例的第一变形例的示意图。根据该变形例,多个小孔3设置在喷气单元6中,使得它们的开口以规则的间距排列在与喷丝嘴1同心的圆周上,该圆周围绕喷气单元6的水平面7上的主气流嘴2。每个小孔3被设置在相对于水平面7略微倾斜的方向上,因此,小孔的深度方向,即小孔3的中心线相对于水平面7倾斜。甚至可由如上所述排列的小孔3中喷出的加热气流稳定地进行纺丝。
图5是显示本发明的实施例的另一变形例的示意图。如图5中所示,主气流嘴2可与喷丝头10中的各个小孔3连通。根据喷丝头10的结构,从主气流嘴2喷出的加热气流和从各个小孔3中喷出的加热气流可共有同样的加热源。在喷丝头10中的流动通道可采用任意的结构,只要可从主气流嘴2中喷出具有均匀速度和温度的加热气流即可。
图6A和6B是显示一个用于在横向方向上拉伸带状无纺布的装置的一个实例,该无纺布由参考图2A和2B描述的生产装置生产。图6A和6B中显示的装置是一种通过使用一对滑轮在横向方向上拉伸带状无纺布的横向拉伸装置。
图6A和6B中显示的装置包括加热气流在其中循环的加热空气腔31、一对设置在加热空气腔31中右侧和左侧上的拉伸滑轮32和33、一对设置在加热空气腔31中的皮带35、用于冷却在加热空气腔31中拉伸的无纺布18的冷却辊34等等。一对设置在左侧和右侧的拉伸滑轮32和33以同样的圆周速度转动,并且相对于无纺布流水线的中心线对称设置,以便形成一个发散点,即拉伸滑轮32和33的圆周之间的距离随着测量距离的位置从无纺布18的运行方向的上游移动到下游而逐渐变宽。
这一对拉伸滑轮32和33在其圆周上形成有带槽,从而循环带35的一部分与这对拉伸滑轮32和33的带槽啮合。循环带35拉伸在四个滚轮36上。在图6A中未示出循环带35。循环带35与一对拉伸滑轮32和33以这样的方式啮合,即一部分循环带35在由这对拉伸滑轮32和33形成的发散点上经过这对拉伸滑轮32和33的外周处。
根据上述的横向拉伸装置,由不定向丝制成的无纺布18输送进加热空气腔31中。输送的无纺布18在这对拉伸滑轮32和33之间的距离最窄的部分处引入。被拉伸滑轮32和33引入的无纺布18的在横向方向上的一个边缘被拉伸滑轮32的外周和嵌入拉伸滑轮32的圆周上形成的带槽中的循环带35夹持。无纺布18的在横向方向上的另一个边缘也被拉伸滑轮33的外周和嵌入拉伸滑轮33的圆周上形成的带槽中的循环带35夹持。以此方式,无纺布18的在宽度方向上的两边缘被拉伸滑轮32和33和循环带35夹持,由此输送无纺布18。在无纺布18输送期间,无纺布18由于拉伸滑轮32和33的发散结构而被拉伸,使得无纺布18两边缘之间的距离增大。结果,无纺布18在加热空气腔31中被横向拉伸。
在横向方向上拉伸的无纺布18在拉伸滑轮32和33的最宽的部分处与拉伸滑轮32和33及循环带35分离。根据需要,由冷却辊34冷却拉伸的无纺布18,然后,将无纺布18输送到加热空气腔31的外部。因此,可生产作为横向排列纤维网的横向拉伸无纺布40,其中无纺布18在上述的方法中被横向拉伸。
现在,将描述根据本发明的生产横向排列纤维网的方法和用于生产横向排列纤维网的装置的实施例的最好的模式。
本发明人等研究了高速纺丝。研究结果显示了一种在下述的条件下解决高速纺丝中的问题的解决方案。也就是说,关于纺丝装置,所有的讨论集中在喷丝嘴、主气流嘴、辅助气流嘴、喷丝头的内部结构、纺丝条件、这些条件之间的关系和生产的产品上等等。根据本研究和讨论,本发明人等发现了一种下述条件下的解决方案。
如果纺出普通型的丝,特别是,如果纺丝的目的是生产由直径为15微米或更小的丝形成的无纺布,喷丝嘴通常设计成直径为0.2mm-0.3mm。如果想要纺出的丝的直径为15微米或更小,则相应的喷丝嘴的直径不超过0.5mm。但是,如果还想要在本发明的情况下高速进行纺丝,要求喷丝嘴的直径Nz为0.6mm或更大。较好的是,喷丝嘴的直径为0.65mm或更大。最好的是,要求喷丝嘴的直径为0.70mm或更大。但是,喷丝嘴的直径不应达到0.85mm或更大。
主气流喷出的环形主气流嘴2的内径d为2.5mm或更大较好。最好的是,该直径为3.0mm或更大。但是,主气流嘴2的内径不应为6.0mm或更大。在这种情况下,加热气流从其中向下喷出的多个小孔3形成在喷丝头10的斜表面上的的主气流嘴2周围。于是,可稳定地纺出丝。
在网眼带19的纵向方向上彼此相对的辅助气流嘴4a和4b的直径r为φ1.5mm或更大较好。该直径为为φ2.0mm或更大最好。但是,辅助气流嘴4a和4b的直径不应为φ6.0mm或更大。此外,最好是多个辅助气流嘴4a和4b设置在从喷丝嘴1挤出的熔融树脂的两侧。
作为喷丝嘴1的圆柱形喷丝嘴部件5在其内部空间中的设置距离H,即喷丝嘴部件5下表面从环形主气流嘴2周围部分突出的高度H大于零且小于1.0mm较好。最好是,该高度处于0.1mm-0.5mm的范围内。
喷丝头10最好具有这样的结构,即喷丝嘴部件和构成主气流喷气单元的部件统一地制成。此外,如参考图3所描述的,在喷丝头10中形成的用于使主气流均匀的流动通道最好为间隙为0.1mm-0.5mm的环形管嘴。用此结构,喷丝头10的每个部件可在机械装配时很好地校准,主气流可均匀地喷出,结果是可稳定地纺丝。在这种情况下,如果具有辅助气流嘴4a和4b的辅助气流喷气单元也与喷丝头一起统一形成,将进一步改进喷丝头的整个校准精度。
一个用于喷涂的喷射枪是一种类似于本发明的生产横向排列纤维网的方法中使用的喷丝头10的装置。但是,该喷射枪的管嘴直径比本发明的喷丝头的管嘴直径小。并且,该喷射枪的形状不同于本发明的喷丝头10的管嘴的形状。
根据本发明,由喷丝头10高速纺出的丝的直径大于10微米且小于30微米。丝的直径最好大于10微米且小于25微米。丝的通常的直径为大约20微米。如果丝的直径超过30微米,在纺丝时,丝将不能被主气流充分地振动,结果是纺丝不稳定。此外,作为织物生产的产品的质地很不好。如果丝的直径小于10微米,纺丝也不稳定。此外,由这种较细的丝构成的纤维网的延伸性很差。通过本发明的生产方法和生产装置高速纺出的丝为不定向丝。如果在下一步的工序中拉伸由这种不定向丝形成的纤维网,该纤维网的拉伸率可为5倍或更大。经过拉伸工序的丝的直径大于5微米且小于15微米。构成本发明的横向排列纤维网的丝的直径基本上保持恒定。下面将具体地描述测量丝径(丝的直径)的方法。在本说明书中的术语“丝径”是指构成横向排列纤维网的丝的直径的平均值。
以通常的高速纺丝纺出的复丝的直径为大约20微米。但是,这种丝在以高速纺丝时的时序点下易于分子定向。因此,几乎不可能拉伸纺出的丝。因此,复丝的直径在使直径变细的方面受到限制。因此,在丝拉伸后进行比较,普通的复丝的直径易于大于由本发明的生产方法和生产装置纺出的丝的直径。
此外,本发明的横向排列纤维网的特征是丝堆积体,其中通过高速纺丝纺出的丝堆积在输送机上,使得丝在垂直于输送机的运行方向的横向方向上排列。
根据本发明的高速纺丝生产的横向排列纤维网制成的无纺布,在构成无纺布的丝中基本上不出现分子定向。该事实基本上不同于普通高速纺丝的复丝的情况,复丝最终并直接经受将足够变为纤维的程度的分子定向。
因此,本发明的横向排列纤维网在室温下具有令人满意的伸长率。也就是说,横向排列纤维网在丝排列的方向上具有70%或更大的伸长率。伸长率为100%或更大较好,为150%或更大最好。从如上所述的在丝中不出现分子定向、丝迅速冷却和丝很好排列的事实,可以相信无纺布的优点,即无纺布在丝排列的方向上具有更大的伸长率。
按照本发明的生产方法和生产装置的高速纺丝的特征在于,获得的纤维网随着喷丝嘴中挤出的熔融树脂的数量的增加而成比例地加宽。按照本发明的生产方法和生产装置的高速纺丝的特征还在于丝在纤维网的宽度方向上连续延伸。因此,由本发明的生产方法和生产装置生产的横向排列纤维网的宽度为300mm或更宽,为350mm或更宽较好,为400mm或更宽最好。
按照本发明的生产方法和生产装置,可以通过以30g/min或更大的速率从喷丝嘴1挤出熔融的树脂来获得直径为10微米-30微米的丝。因此,能以高速,即30000m/min或更大的速率纺丝,为70000m/min或更大的速率较好,为100000m/min或更大的速率最好。
复丝(multi-filament)的高速纺丝的纺丝速率在工业条件下被限制在7000m/min,在实验室条件下被限制在10000m/min。与上述的复丝纺丝速率相比较,本发明的生产方法和生产装置可获得其5倍的纺丝速率。此外,如上所述,本发明的高速纺丝和复丝的高速纺丝所获得的丝的直径、丝分子定向的状态、丝排列的状态等等彼此不同。
此外,作为生产无纺布的高速纺丝的方法,可以称为一种熔吹无纺布纺丝。但是,按照熔吹纺丝方法,每一个喷丝嘴中挤出的熔融树脂的速率至多为1g/min。此外,如果熔吹纺丝方法是一种普通布置的方法,每一个喷丝嘴中挤出的熔融树脂的速率将处于30g/min的五分之一的水平或低于30g/min的五分之一的水平,30g/min是本发明的每一个喷丝嘴中挤出的熔融树脂的速率。但是,按照熔吹系统的纺丝,获得的丝很细或者为3微米,纺丝速率相对较高。但纺丝速率限制在大约20000m/min-30000m/min。
如上所述,本发明的高速纺丝和熔吹系统的高速纺丝所获得的丝的直径是彼此不同的。也就是说,如上所述,由熔吹系统的高速纺丝所获得的丝的直径比本发明的高速纺丝所获得的丝的直径小。当然,基于熔吹系统的纺丝可被布置成可生成大直径的丝。但是,在这种情况下,纺丝速率将下降。由基于熔吹系统纺丝所生产的丝与由本发明的高速纺丝生产的丝具有共同的本质,即丝几乎不经受分子定向。但是,由基于熔吹系统纺丝所生产的丝在纺丝过程中易于损坏,结果是,由基于熔吹系统纺丝所生产的最终的无纺布的抗拉强度较低,伸长率较小,都低于通过本发明的高速纺丝所生产的横向排列纤维网的抗拉强度和伸长率。此外,由基于熔吹系统纺丝所生产的构成熔吹无纺布的丝在几十厘米的长度处被切断,并且不在唯一的一个方向上排列。因此,由基于熔吹系统纺丝所生产的无纺布是一种随机无纺布。
声波在300摄氏度的温度下在加热空气中能以30000m/min的速度传播,这意味着本发明的纺丝速率大于在加热空气中传播的声波的速度,或者在一些情况下,几倍于声波的速度。因此,可以说,本发明的纺丝方法的特征在于上述的事实。
按照上述的本发明的生产横向排列纤维网的方法,构成横向排列纤维网的丝在纺出后被拉伸。在这种情况下,有必要使将被快速冷却的丝具有正常的延伸性。按照本发明的生产横向排列纤维网的方法,熔融树脂以相当高的速度被挤出,因此,从喷丝嘴中挤出的熔融树脂的热容量相对较大,结果是,熔融树脂的冷却速度不令人满意。如果丝不被快速冷却,在丝中导致结晶化。如果具有结晶化的丝被拉伸,丝的分子系统不得不破坏其中形成的结晶结构。因此,如果横向排列纤维网由在纺丝步骤时没有被快速冷却的丝形成,横向排列纤维网经受很大的拉伸应力,在拉伸时丝最终拉伸断裂。因此,不能在高速下拉伸该横向拉伸纤维网。
按照本发明,在纺出的丝到达输送机之前,由含有雾状水分的气流冷却丝,从而丝被快速冷却。为了使丝具有很高的延伸性,这种冷却方式是最有效的。
根据本发明,由高速纺出的丝形成的横向排列纤维网被在纤维网的横向方向上拉伸,从而该纤维网被制得很坚韧,可承受横向方向上施加的拉力。根据本发明,通过在横向方向上排列丝直接形成的纤维网不具有足够的宽度。因此,在横向方向上拉伸横向排列纤维网以获得想要的宽度。因此,作为最终产品的横向排列纤维网具有多种用途。而且,如果横向排列纤维网被大幅度拉伸,则纤维网被制成具有更大的宽度。可使得纤维网更有用。
用于横向拉伸本发明的横向排列纤维网的装置可以被设计成类似于一种在薄膜的两轴拉伸中使用的绷架型拉伸装置(绷架)。另外,用于横向拉伸本发明的横向排列纤维网的装置可以被设计成类似于一种在日本特许公开No.36948/91中公开的滑轮型横向拉伸装置。另外,横向拉伸装置可以被设计成一种槽辊(groove-roll)系统的横向拉伸装置,其中一对具有槽的辊子组合在一起,纤维网在横向方向上伸展在两辊子之间。滑轮型装置或槽辊型装置因其简便而易于使用。
被拉伸后的本发明的横向排列纤维网在纤维网的横向方向上的抗拉强度至少为132.5mN/tex(1.5g/d)或更大,为158.9mN/tex(1.8g/d)或更大较好,为176.6mN/tex(2.0g/d)或更大最好。
本发明的横向排列纤维网可在横向方向上加强诸如一片无纺布、一片张纸、一个薄膜等等之类的另一纤维网。此外,本发明的横向排列纤维网可用于一种构成在由本申请人提交的日本特许公开No.36948/91中公开的交织叠层无纺布的横向排列纤维网。
在生产本发明的横向排列纤维网时用于纺丝的熔融树脂或聚合物的适合的材料可以包括:诸如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯树脂、聚氨酯、氟基塑料树脂或这些材料的衍生物等热塑树脂。另外,可采用适于干法或湿法纺丝装置使用的聚乙烯醇树脂、聚丙烯腈树脂等等。
上述的聚合物中,聚丙烯、聚乙烯对苯二酸、尼龙6、尼龙66具有很好的纺丝特性。因此,这些材料特别适合用于本发明的高速纺丝。此外,在这些聚合物中,黏度在100-1000泊范围内的聚合物特别适合用于本发明的高速纺丝。
(实例1-4)
图7是一个表,列出了横向排列纤维网的实例1-4和比较例1-5,以及相应类型的喷丝头、从喷丝头挤出的熔融树脂的材料、在由用于生产具有上述的横向排列纤维网的装置生产横向排列纤维网时的纺丝条件。图8是一个表,列出了喷丝头、喷丝头的相应的尺寸的实例,以及利用喷丝头生产的相应的实例1-4和比较例1-5。
如图7中所示,列出了熔融树脂的材料、纺丝条件和实验的结果。如图8中所示,示出了喷丝头的尺寸以及利用喷丝头生产的相应的实例1-4和比较例1-5。也就是说,在图7中的列A中列出的标号①-⑧表示图8中列出尺寸的喷丝头的类型。
在图7的列B中,列出了从相应的实例和比较例的喷丝头挤出的聚合物,以及聚合物的熔体流动速率和限制黏度。在图7的列B中,标记PP表示聚丙烯,MFR表示树脂的熔体流动速率。此外,标记PET表示聚乙烯对苯二酸,IV值表示树脂的限制黏度。
在图7的列H中,列出了丝径。列出的数据由这样的方式确定,即由放大1000倍的显微镜测量在纤维网的横向方向上均匀采样的100根丝。其后,对测量所获得的数据进行数据处理,即进行平均,然后,如在图7的列H中所示的列出。带有%号的附加的数字标记表示平均时的波动系数。
在图7的列I中,列出了通过下述的方程式1计算而确定的纺丝速率,其中Q被熔融树脂的挤出速率代替,D被上述平均丝径的平均值代替。Y(纺丝速率)的量纲是m/min。在下述的方程式1中,Q(熔融树脂的挤出速率)的量纲是g/min。而D(横向排列纤维网的丝径)的量纲是μm。在这种情况下,当熔融树脂的材料为PET时ρ[g/cm3](量纲)是1.34,当熔融树脂的材料为PP时ρ[g/cm3]是0.90。π表示该直径的圆的圆周率。[方程式1]
在图7的列J中,列出了表示拉伸前的抗拉强度和伸长率的数字。在纤维网未被拉伸的条件下和在20摄氏度的温度下测量横向方向上的抗拉强度和伸长率。当测量抗拉强度和伸长率时,一片长度为50mm的纤维网被卡住,其横向方向上的纤维网的一部分是50mm,在横向方向上以100mm/min的速率伸长纤维网。
在图7的列K中,列出了表示拉伸放大比率的数字。拉伸放大比率被理想化地定义,从而在横向方向上的长度为50mm、宽度为50mm的一片纤维网由夹具固定,在热水中在横向方向上拉伸该纤维网直到这一片纤维网断裂,从而可确定该纤维网刚被拉断前的拉伸放大比率。在实践中,以这样的方式确定纤维网刚被拉断前的拉伸放大比率,即纤维网经受作为实验过程的预拉伸,以便确定纤维网开始断裂的拉伸放大比率,因此,一个小于确定的拉伸放大比率的0.1倍(10%)的值被更新定义为拉伸放大比率。然后,所获得的拉伸放大比率被作为“拉伸后抗拉强度和伸长率”的测量样品利用,在图7的列L中列出,下面将要描述。拉伸温度,即为测量拉伸前抗拉强度和伸长率的实验室的热水的温度对PP而言是98摄氏度,对PET而言是70摄氏度。
在图7的列L中,列出了拉伸后的抗拉强度和伸长率,其分别是在经受拉伸处理的纤维网的拉伸方向上的抗拉强度和伸长率。当测量抗拉强度和伸长率时,一片长度为50mm的纤维网被卡住,其卡住部分的距离为100mm,在横向方向上以100mm/min的速率伸长纤维网。
如图8中所示,列出了作为喷丝头的各个部件的尺寸的各种确定的数值,比如喷丝嘴1的管嘴直径Nz、主气流嘴2的内径d、主气流嘴2的外径D、喷丝嘴部件的突出高度H、小孔3的内径q、辅助气流嘴4a的直径r、在喷丝头10中与主气流嘴2连通的环形孔的最小的间隙S。对于每一个实例1-4和比较例1-5确定喷丝头的各个部件的尺寸。
图7中的每一个实例1-4是在具有图1A、1B和3中所示的结构的喷丝头的各个部件具有正常的尺寸时以30000m/min或更大的纺丝速率纺出的丝形成的纤维网。在每一个的情况下,可以生产宽度为300mm或更宽的横向排列纤维网,其中丝在纤维网的宽度方向上连续延伸。也是在这种情况下,构成横向排列纤维网的丝的平均直径大于10微米且小于30微米,横向排列纤维网在横向方向上的伸长率为70%或更大。
当在横向方向上拉伸横向排列纤维网时,可获得横向排列和横向拉伸纤维网,其由直径大于5微米且小于15微米的丝形成,其在拉伸方向上的抗拉强度为132.5mN/tex(1.5g/d)或更大。
在实例和比较例中采用的横向方向上的拉伸是在实验室基础下的横向方向上的拉伸。但是,如果横向排列纤维网被图6A和6B中所示的使用滑轮的加热空气系统的横向拉伸装置拉伸,则可以在横向方向上在温度为120摄氏度的热空气环境下以6.5倍的拉伸放大比率拉伸如在实例1中由PP形成的纤维网。并且,可以获得拉伸方向上抗拉强度为220.8mN/tex(2.5g/d)、伸长率为12%的横向拉伸纤维网。至于实例2中由PET形成的纤维网,通过使用图6A和6B中所示的横向拉伸装置,可以获得在横向方向上在温度为87摄氏度的热空气环境下以5.8倍的拉伸放大比率拉伸的纤维网。并且,所获得的纤维网的拉伸方向上的抗拉强度为167.8mN/tex(1.9g/d)、伸长率为10%的横向拉伸纤维网。
至于喷丝头10中的用于使主气流均匀的环形通道的最小间隙S,以很高的挤出速率纺丝在最小间隙S为0.5mm时比在最小间隙为1.0mm时具有更高的稳定性。尽管没有采用比较例,当最小间隙S小于0.1mm时,纺丝条件将被环形通道的机械精度大大影响,结果是,纺丝稳定性反而变坏。
图7中的比较例1-5是由于喷丝头的一些尺寸选择不正确而导致的负面结果。更具体地说,比较例1是管嘴直径Nz小于0.60mm的No.4喷丝头生产的。比较例2是管嘴直径Nz大于0.90mm的No.5喷丝头生产的。比较例3是主气流嘴2的内径d大于6mm的No.6喷丝头生产的。比较例5是辅助气流嘴内径r小于1.5mm的No.8喷丝头生产的。上述情况下的喷丝头不适合于高速纺丝,因为高挤出速率纺丝不稳定以及拉伸处理后抗拉强度低。
尽管在图7和8的表中未示出这样一种比较例,如果主气流嘴2的内径d小于2.0mm,则也不能稳定地纺丝。
如实例1-4所获得的所有的纤维网是在这样的方式下生产的,即在纺出的丝到达输送机之前由含有雾状水分的空气冷却丝。但是,如果在实例1或2的同样的条件下生产纤维网,只是纺出的丝没有被含有雾状水分的空气冷却,则即使在实验室条件下测量拉伸放大比率,所获得的横向排列纤维网也不具有5倍或更大的拉伸放大比率,横向方向上的抗拉强度不能达到88.3mN/tex(1g/d)。
如图7中的注释列中所示,随着喷丝头的各种尺寸和纺丝条件的不同,在纤维网或纤维网的分布图出现颗粒状树脂球将很普遍,下面将要描述。在纤维网中的出现的颗粒小至0.2-0.3mm(小颗粒),大至超过1.0mm(大颗粒)。如果颗粒的数目很多且颗粒的尺寸很大,则拉伸放大比率很低,拉伸后纤维网的抗拉强度很小。
生产的产品在纤维网的横向方向上丝的分布很不均匀。也就是说,纤维网的分布图在纤维网的横向方向上在两侧具有略微较厚的部分。在这种情况下,术语“分布图”是指横向排列纤维网在横向方向上的质量分布。以如下的方式测量这种分布图。
首先,在作为产品生产的横向排列纤维网的整个宽度上将纵向方向上的长度100mm的一片纤维网作为样品。然后,测量采样的横向排列纤维网的宽度。
接着,在垂直于构成横向排列纤维网的丝的排列方向的方向上以25mm的宽度切割长度为100mm的横向排列纤维网样品,测量最终切出的纤维网的每一片的质量。
然后,基于通过测量以25mm的宽度切出的纤维网片的每一片的质量所获得的数据来绘出横向排列纤维网的横向方向上的质量的分布。以此方式,可以获得横向排列纤维网的分布图作为横向排列纤维网的横向方向上的质量分布。
图9A、9B和9C是各显示作为横向排列纤维网的横向方向上质量分布的分布图的代表实例的示意图。图9A示出了扁平型分布图,图9B示出了哑铃型分布图,图9C示出了山峰型分布图。横坐标轴表示以25mm的间隔所取的测量点,而纵坐标轴表示质量(g)。
图9A示出的扁平型分布图表示横向排列纤维网的横向方向上的质量分布基本上均匀。图9B示出了的铃型分布图表示横向排列纤维网在其横向方向上的两边缘部分的厚度比其中心部分的厚度厚,因此,纤维网边缘比中心部分更重。图9C示出的山峰型分布图显示横向排列纤维网在其横向方向上的中心部分与其两边缘部分相比较更厚,因此,纤维网中心部分比边缘更重。
在用于产生比较例4的No.7的喷丝嘴中,如果喷丝嘴部件5的突出高度H为零或更小,也就是说,喷丝嘴部件5的下端相对于喷气单元6的水平面凹进去,则可高速进行纺丝,生成的纤维网在拉伸处理后具有很高的抗拉强度。但是,在这种情况下,如在图7的注释列中所指出的,纤维网具有图9B中所示的过于哑铃型的分布图,结果是在横向方向上拉伸处理后的产品报废。另一方面,如果突出高度H是一个较大的值,比如0.5,则如在用于产生比较例3的No.6的喷丝嘴中,纤维网具有图9C所示的山峰型分布图,如在图7的注释列中所指出的。
尽管使用具体的术语描述了本发明的优选实施例,但这些描述仅仅是为了说明的目的,可以理解,所作的变化和修改都不脱离随后的权利要求的宗旨和范围。
Claims (17)
1、一种丝在横向方向上排列的横向排列纤维网,其特征在于,以30000m/min或更高的速率纺丝,丝在横向排列纤维网的宽度方向上从一个边缘向另一个边缘连续延伸,并且其宽度为300mm或更宽。
2、按照权利要求1所述的横向排列纤维网,其特征在于,丝的平均直径在10微米-30微米的范围内,横向排列纤维网在横向方向上的伸长率为70%或更大。
3、按照权利要求1所述的横向排列纤维网,其特征在于,该横向排列纤维网是一种可在横向方向上拉伸的纤维网,构成拉伸的横向排列纤维网的丝的平均直径在5微米-15微米的范围内,横向排列纤维网在拉伸方向上的抗拉强度为132.5mN/tex或更大。
4、按照权利要求1所述的横向排列纤维网,其特征在于,丝可由聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯树脂、聚氨酯、氟基塑料树脂或这些树脂的衍生物中的任一种制成。
5、一种生产横向排列纤维网的方法,包括如下步骤:
从一个开口端处的内径为0.6mm或更大的喷丝嘴中挤出熔融树脂,该喷丝嘴设置在于一个方向上运行的输送机上面,以便熔融树脂以30g/min或更大的挤出速率向下导出;
从同心地围绕喷丝嘴开口端的直径为2.5mm或更大的环形主气流嘴中在重力方向上向输送机喷出高温高速的主气流,以便从喷丝嘴中挤出的熔融的丝被主气流振动;
从一对辅助气流嘴中分别向被主气流振动的从喷丝嘴中挤出的熔融的丝喷出一对高温辅助气流,这一对辅助气流嘴分别相对于挤出的熔融的丝设置在输送机的上游端和下游端,从这一对辅助气流嘴中喷出的这一对气流在喷丝嘴下面彼此碰撞,在输送机的宽度方向上扩散至少一部分碰撞的辅助气流,使得被振动的挤出的熔融的丝在输送机的宽度方向上扩散,由此以30000m/min或更大的速率由被振动的挤出的熔融的丝纺出丝;以及
在输送机的宽度方向上扩散的纺出的丝堆积在输送机上,以便横向排列纤维网由在输送机的宽度方向上排列的丝形成。
6、按照权利要求5所述的生产横向排列纤维网的方法,其特征在于,还包括如下步骤:
在从喷丝嘴中挤出的熔融的丝被辅助气流在输送机的宽度方向上扩散之后,和在从喷丝嘴中挤出的熔融的丝到达输送机之前,由含有雾状水分的气流冷却从喷丝嘴中挤出的熔融的丝。
7、按照权利要求5所述的生产横向排列纤维网的方法,其特征在于,还包括如下步骤:
从设置在喷出主气流的环形气流嘴外侧的且不同于辅助气流嘴的多个喷气嘴中喷出加热气流,以便通过固化从喷丝嘴中挤出的熔融的丝引出丝而稳定地纺丝。
8、按照权利要求7所述的生产横向排列纤维网的方法,其特征在于,多个不同于辅助气流嘴的喷气嘴相对于喷丝嘴设置在输送机运行方向的上游端和下游端上,使得多个喷气嘴排列在平行于输送机运行方向的一条直线上,从该多个喷气嘴中的每一个中喷出加热气流。
9、按照权利要求7所述的生产横向排列纤维网的方法,其特征在于,多个不同于辅助气流嘴的喷气嘴以预定的间隔设置在同心地围绕喷丝嘴的开口端的圆上,从该多个喷气嘴中的每一个中喷出加热气流。
10、按照权利要求5所述的生产横向排列纤维网的方法,其特征在于,丝可由聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯树脂、聚氨酯、氟基塑料树脂或这些树脂的衍生物中的任一种制成。
11、一种用于生产丝在横向方向上排列的横向排列纤维网的装置,其包括:
在一个方向上运行的输送机;
设置在输送机上面的喷丝嘴,该喷丝嘴的内径为0.6mm-0.85mm,用于向下挤出熔融树脂;
在喷丝嘴周围形成的以便与喷丝嘴开口端同心的直径为2.5mm或更大的环形主气流嘴,用于在重力方向上喷出高温高速的主气流,以便从喷丝嘴中挤出的熔融的丝被振动;以及
至少一对辅助气流嘴,这一对辅助气流嘴相对于被主气流振动的挤出的熔融的丝设置在输送机运行方向的上游端和下游端上,向被主气流振动的挤出的熔融的丝喷出高温辅助气流,以便从相对于挤出的熔融的丝设置在输送机运行方向的上游端和下游端上的辅助气流嘴中分别喷出的辅助气流在喷丝嘴下面彼此碰撞。
12、按照权利要求11所述的用于生产横向排列纤维网的装置,其特征在于,喷丝嘴形成为一个圆柱形喷丝嘴部件,环形主气流嘴形成在该喷丝嘴部件的周围,该喷丝嘴部件和该环形主气流嘴构成喷丝头,该喷丝头设置在输送机上面,并且,该喷丝嘴部件的下表面相对于该喷丝头的环形主气流嘴的周围部分突出0.01mm-1.00mm。
13、按照权利要求11所述的用于生产横向排列纤维网的装置,其特征在于,该辅助气流嘴的开口端的直径为1.5mm或更大。
14、按照权利要求11所述的用于生产横向排列纤维网的装置,其特征在于,还包括多个喷气嘴,该多个喷气嘴设置在喷出主气流的环形主气流嘴的外侧,并且不同于辅助气流嘴,由此从多个喷气嘴中喷出加热气流,以便通过固化从喷丝嘴中挤出的熔融的丝引出丝而稳定地纺丝。
15、按照权利要求14所述的用于生产横向排列纤维网的装置,其特征在于,多个不同于辅助气流嘴的喷气嘴相对于喷丝嘴设置在输送机运行方向的上游端和下游端上,使得多个喷气嘴排列在平行于输送机运行方向的一条直线上。
16、按照权利要求14所述的用于生产横向排列纤维网的装置,其特征在于,多个不同于辅助气流嘴的喷气嘴以预定的间隔设置在同心地围绕喷丝嘴的开口端的圆上。
17、按照权利要求11所述的用于生产横向排列纤维网的装置,其特征在于,喷丝嘴形成为一个圆柱形喷丝嘴部件,环形主气流嘴形成在该喷丝嘴部件的周围,该喷丝嘴部件和该环形主气流嘴构成喷丝头,该喷丝头设置在输送机上面,并且,该喷丝头中形成有一个与环形主气流嘴连通的管嘴通道,其间隙的大小至少部分为0.1mm-0.5mm,由此从该环形主气流嘴中喷出的主气流具有均匀的速度和温度。
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