CN1768170A

CN1768170A - 形成均匀分布材料的方法

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Publication number: CN1768170A
Application number: CNA2004800086740A
Authority: CN
Inventors: J·E·阿曼特罗特; R·A·马林; L·R·马沙尔
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: DuPont Safety and Construction Inc
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2006-05-03
Anticipated expiration: 2024-04-05
Also published as: WO2004090538A8; EP1608802A2; JP2007524765A; WO2004090538A3; JP4594929B2; US20040222568A1; BRPI0409548A; KR101250129B1; US20080284055A1; DE602004001399T2; CN100537860C; EP1608802B1; WO2004090538A2; KR20060002916A; US8114325B2; DE602004001399D1

Abstract

从纺丝头喷出流化混合物，该纺丝头包含位于排放口的扇形喷嘴，从而导致材料在喷出的过程中展开。喷出的材料，趁流体射流中开始出现大规模湍流之前，被收集在位于距纺丝头排放口0.25～13cm的移动收集表面上。获得的产品具有良好基重均一性。

Description

形成均匀分布材料的方法

技术领域

本发明涉及将从喷嘴射出的材料收集成均匀分布形式的领域。本发明还涉及(丛丝形)超细薄膜原纤单纱材料的闪纺领域。

背景技术

技术上已知这样一种材料成形的制造方法，其中将流体组合物以流体射流的方式从喷嘴喷出，随后该材料固化成要求的形式。例如，采用喷嘴喷射含有颜料、粘结剂、漆添加剂和溶剂的液态漆，在该漆喷涂到某一表面以后，其中的溶剂立即闪蒸或蒸发，结果留下干漆。又知一种生产细颗粒的方法，其中将溶液从雾化喷嘴喷出成雾滴，随后溶剂立即闪蒸或蒸发，结果留下干颗粒。虽然这些方法能形成细小、均一的颗粒，但是没有一种现有收集颗粒的方法能保留刚喷出的颗粒的均一性，原因在于它们的喷射速率极高。

闪纺方法涉及将成纤物质在某种挥发性流体，以下称作“纺丝剂”中的溶液从高温、高压环境中送入到较低温度、较低压力环境中，从而造成纺丝剂的闪蒸或蒸发并生产出各种材料，例如，纤维、原纤、泡沫塑料或超细薄膜原纤单纱或纤网。材料纺丝的温度在纺丝剂的大气压沸点以上，以便使纺丝剂在一旦从喷嘴流出之后立即闪蒸致使聚合物固化成为纤维、泡沫塑料或薄膜原纤单纱。然而，这些传统闪纺方法所制成的纤网层不完全均匀。

发明内容

本发明涉及一种包括下列步骤的方法：将具有至少两种组分的流化混合物供应给至少一个包含通入到扇形喷嘴中的纺丝孔的至少一个纺丝头；让流化混合物从扇形喷嘴流出从而成形一种流出的物质；使流出物质中的至少一种组分蒸发或膨胀从而形成一股流体射流；利用该流体射流将流出物质剩下的组分从纺丝头运走；以及将流出物质剩下的组分收集在距纺丝头约0.25cm～约13cm的移动收集表面上。

在另一种实施方案中，本发明涉及一种方法，包括：使聚合物溶液通过具有通入到扇形喷嘴中的纺丝孔的纺丝头闪纺，从而形成含超细薄膜原纤单纱材料的流体射流，并将该超细薄膜原纤单纱材料收集在距纺丝头约0.25cm～约13cm的移动收集表面上。

定义

术语“非织造布片材”、“非织造布”和“片材”在这里可彼此互换地用来指非织造布片材。

术语“纺丝剂”在这里用来指在能闪纺的聚合物溶液中的挥发性流体。

术语“射流”和“流体射流”在这里可彼此互换地用来指包括气体、空气或水蒸气的流体的空气动力学运动流股。术语“运载射流”和“材料-运载射流”在这里可彼此互换地用来指在其流动中运输材料的流体射流。

术语“超细薄膜原纤单纱材料”、“超细薄膜原纤纤网”和“闪纺纤网”在这里可彼此互换地用来指在闪纺方法期间纺丝剂一旦闪蒸后所形成的超细薄膜原纤纤网材料。

术语“纵向”(MD)在这里被用来指移动的收集表面的运动方向。“横向”(CD)是垂直于纵向的方向。

附图简述

本说明包括的作为其一部分的附图，图示出目前优选的本发明实施方案连同说明，用于解释本发明的原理。

图1是本发明纺丝组件的透视图。

图2是包括图1的纺丝组件的闪纺设备示意图，如图所示，纺丝组件正在闪纺工艺中将超细纤维丛丝纤网纺到移动的传送带上。

图3是包括替代的纺丝组件的闪纺设备的示意图，如图所示，纺丝组件正在该闪纺工艺中将超细纤维丛丝纤网纺到移动的传送带上。

图4是包括纺丝组件的闪纺设备的示意图，如图所示，纺丝组件正在闪纺工艺中将超细纤维丛丝纤网纺到转鼓上。

具体实施方式

现在来详细研究由附图给出其实例的本发明目前优选实施方案。在所有附图中，同样的标识代号用来指定同样的要素。

用于成形超细薄膜原纤单纱材料纤网层的传统闪纺方法公开在美国专利3,081,519(Blades等人)、3,169,899(Steuber)、3,227,784(Blades等人)和3,851,023(Brethauser等人)中，在此将其公开内容收作参考。传统闪纺方法存在的一个困难存在于试图将纤网层收集成完美展布状态以便生产出厚度和基重均一性极佳的产品方面。

若能具有一种闪纺方法，它生产出的超细薄膜原纤片材具有改进的纤网分布和基重的均一性，则将是可心的。

在本发明方法中，材料从纺丝头朝移动收集表面喷出，例如，到位于距纺丝头约0.25cm～约13cm处的移动传送带或者转鼓上。纺丝头装在纺丝组件内，该组件内装有至少一个被组件体包围的纺丝头。多个纺丝头可存在于一个纺丝组件内。可同时地采用多个指向同一移动收集表面的纺丝组件。

可将几种类型材料喂入到纺丝组件中并从纺丝头纺出到那上面。物料以流化混合物的形式喂入。所谓“流化混合物”是指处于高于其临界压力的液态或任何流体的组合物，该混合物包含至少两种组分。流化混合物可以是均相流体组合物，例如，溶质在溶剂中的溶液，多相流体组合物，例如，两种流体的混合物或者一种流体的液滴在另一种流体中的分散体，或者处于压缩蒸汽相的流体混合物。适合用于本发明方法的流化混合物可包含聚合物在纺丝剂中的溶液。流化混合物也可包含固体颗粒在流体中的分散体或悬浮体，或者固体材料在流体中的混合物。

本发明方法可用来造纸，包括将浆粕和水的流化混合物喂入到挤出组件中并提供足以将混合物从挤出喷嘴推出到位于距挤出组件一定距离的收集器上的压力。

在本发明的另一种实施方案中，固体材料，例如，浆粕，与流体，例如，水的流化混合物以高于流体沸点的温度和足以维持流体处于液态的高压喂入到纺丝组件中。一旦越过纺丝头后，混合物的流体组分立即闪蒸或迅速膨胀(如果已经处于蒸汽状态)，从而形成推动流出物料朝着收集表面喷射并展布其余固化物料的流体射流。在优选的实施方案中，物料被推入的环境和/或收集表面维持在接近流体沸点的温度，致使流体极少凝结。有利的是，该环境维持在流体沸腾温度的约40℃范围内的温度，或者甚至在流体沸腾温度的约10℃范围内。该温度可高于或低于流体的沸腾温度。

片材产品也可通过将颗粒和流体的流化混合物喂入到纺丝组件中来成形。可这样实现：在混合物中包括进将在产品中起到粘结剂作用以便将颗粒维系在一起成为片材的组分。替代地，颗粒本身可包含赋予颗粒自粘结能力的粘结剂组分。在任何一种情况下，收集表面上所收集的颗粒随后通过让收集的颗粒暴露在高温下从而使颗粒软化或发粘而发生粘合。物料被收集在收集表面期间其周围的气氛应维持在足以使收集的物料粘合的温度。

在本发明的一种实施方案中，喂入到纺丝头中的物料是至少两种具有不同熔融或软化温度的聚合物的流化混合物，而收集在收集表面的物料周围气氛的温度则维持在介于这两种聚合物熔融或软化温度之间的温度，以便使较低熔点或软化温度的聚合物软化或变得发粘，从而将流出的物料粘合为内聚性片材。

在本发明的一种实施方案中，喂入到纺丝头中的流化混合物是包含聚合物和挥发性纺丝剂的聚合物溶液。纺丝剂在一旦流过纺丝头的纺丝孔以后便立即闪蒸或蒸发，从而形成纺丝剂气体的流体射流，将混合物的其余组分(聚合物)从纺丝头推出。流体射流以至少约30m/s，有利的是，至少约61m/s的速度离开纺丝头。纺丝剂的闪蒸还导致聚合物固化成为某种形式，例如，超细薄膜原纤单纱、不连续原纤、不连续颗粒或聚合物珠粒。闪纺所要求的条件可从以下文献中得知：美国专利3,081,519(Blades等人)、3,169,899(Steuber)、3,227,784(Blades等人)、3,851,023(Brethauser等人)，在此将其公开内容收作参考。

可用于本发明这一实施方案的聚合物包括聚烯烃，例如，聚乙烯、低密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯、线型高密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯以及这些单体的共聚物。

适合用于本发明的其它聚合物包括聚酯，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸1，3-丙二醇酯、聚对苯二甲酸1，4-丁二醇酯；部分氟化的聚合物，包括乙烯-四氟乙烯、聚偏二氟乙烯和ECTFE——一种乙烯与氯四氟乙烯的共聚物；以及聚酮，例如，E/CO——一种乙烯与一氧化碳的共聚物，和E/P/CO——一种乙烯、聚丙烯和一氧化碳的三元共聚物。聚合物共混物也可用于本发明，包括聚乙烯和聚酯的共混物以及聚乙烯和部分氟化的氟聚合物的共混物。所有这些聚合物和聚合物共混物都可与纺丝剂形成溶液，随后该溶液闪纺成为超细薄膜原纤。许多聚合物-纺丝剂组合都是可能的，如公开在美国专利号5,009,820；5,171,827；5,192,468；5,985,196；6,096,421；6,303,682；6,319,970；6,096,421；5,925,442；6,352,773；5,874,036；6,291,566；6,153,134；6,004,672；5,039,460；5,023,025；5,043,109；5,250,237；6,162,379；6,458,304；和6,218,460，在此将其公开内容收作参考。

在本发明的一种实施方案中，此种纺丝头包括一种通道，包含聚合物和纺丝剂的聚合物溶液通过该通道喂入到降压孔。降压孔通往降压室，以便将聚合物溶液维持在低于溶液浊化点的压力，从而使之进入聚合物和纺丝剂-两相分离区。降压室通往纺丝孔，纺丝孔通往纺丝头的排放口(outlet)，后者由两个相对的面来规定。纺丝剂一旦流出纺丝孔便发生闪蒸，形成纤网或超细薄膜原纤单纱。纺丝头的排放口在这里亦称作“扇形喷嘴”，描述在美国专利5,788,993(Bryner等人)中，在此将其公开内容收作参考。扇形喷嘴的壁可完全嵌入到纺丝组件的面板以内以便较容易地加热其壁。有利的是，排放口不具有不连续的流动表面，例如，在纺丝孔出口与排放口出口之间没有间隙、锐利棱角或凸起，并且扇形喷嘴和纺丝孔可由一块材料制成。

扇形喷嘴造成运载射流一边流出一边展开，从而也使流出的物料展开。这样产生的流出纤网具有沿着运载射流宽度的质量分布。一般而言，宽度越大，收集时产品越均一。然而，还存在着某些实际考虑因素限制着所要求的宽度，例如，空间限制，正如本领域技术人员所知。运载射流展开到聚合物薄膜原纤纤网的阻力限制其进一步展开为止。在具有多个相邻纺丝头的纺丝组件中，由每个纺丝头产生的纤网与由相邻纺丝头产生的纤网相互交搭。

纺丝头的温度有利地维持在与正在闪纺的聚合物的熔融温度或软化点至少一样高的水平。纺丝头可采用任何公知的方法加热，包括电阻、加热流体、水蒸气或感应加热。

图1画出用于本发明方法的纺丝组件20，包括纺丝组件的排放口24(未画出)。图2画出闪纺设备26，在生产中它采用纺丝组件20将超细纤维丛丝纤网闪纺到移动收集带28上去。图3画出闪纺设备27，它采用具有多个纺丝头(未画出)和纺丝头排放口23的纺丝组件21，图中画出正在将超细纤维丛丝纤网29闪纺到移动收集带28上从而形成非织造布片材25。纤网29连同流体射流从纺丝组件中流出，该射流一旦从纺丝头出来立即膨胀，并运载和推动纤网高速离开纺丝组件本体。图4画出一种类似的方法，其中表示出在闪纺设备26，采用纺丝组件20，在闪纺方法中将超细纤维丛丝纤网纺出到收集转鼓27上。鼓的表面可以是收集表面，或者一种分开的收集表面可运转在转鼓的上方。

流体射流，借助，在一旦流出纺丝头以后，纺丝剂的闪蒸或者压缩蒸汽的迅速膨胀而形成，开始呈层流，随后在距离纺丝头排放口一定距离处蜕变为湍流。当纤网从纺丝头闪蒸出来并被流体射流携带时，纤网的形式本身将取决于射流的流体流动类型。当射流处于层流时，纤网要比射流处于湍流时展开和分布均匀得多。通过在大规模湍流开始之前就将闪纺纤网收集在位于距纺丝头约0.25cm～约13cm距离的收集表面上，可获得惊人均一的片材产品。

流体射流将材料沿由扇形喷嘴的取向决定的不同方向展开。优选的是，扇形喷嘴的取向使它将材料主要沿横向(CD)，即，垂直于纵向(MD)的方向，展开。这导致材料一边流出一边均匀地分布。在本发明的一种实施方案中，现已发现，当孔与孔之间的距离近似等于单股材料-运载射流在材料被收集到收集表面一点的宽度(即，材料被收集时的宽度)乘上整数时，产生一种非常均一的产品轮廓。

当采用多个纺丝头时，一部分纺丝头可放置得使扇形喷嘴沿与横向成约20～40°之间的角度展开物料，并且一部分纺丝头可放置得沿与横向成相反方向的同一角度展开物料。具有沿相反方向成角度的狭缝式排放口所提供的最终产品将具有较小方向性和更为均衡的性能。

收集流出物料的移动收集表面可以是多孔的，以便随着材料的被收集对流出的材料施加真空，借此帮助固定和铺置材料。多孔收集表面可由穿孔金属板或硬聚合物制成。在一种实施方案中，收集表面包含蜂窝状材料，它允许对收集的材料施加真空，同时提供足够刚性，不因蜂窝结构而变形。该蜂窝组织还可具有一层网眼材料覆盖它以便收集材料。

流出的材料可替代地被收集在一种基材上，例如，附在收集表面上移动的机织或非织造布或者薄膜。这在所收集的材料呈非常细的颗粒形式时可能尤其有用。替代地，收集表面可以是产品本身的一种组分。例如，预成形机织或非织造布片材或薄膜可以是该收集表面，于是可将一种低浓度溶液喷涂到该收集表面，从而形成一层薄膜。这可能对于改善预成形片材或薄膜的表面性能，例如，可印刷性、附着力、孔隙度等有用。

可采用各种不同方法将材料固定在移动收集表面上。按照一种方法，可在收集表面的反面抽真空，充分的抽吸流量使材料以片材形式固定在收集表面。所需要的流量将随着片材的孔隙度和纤维的形状而不同。

作为依靠真空固定流出的物料的替代方案，材料可依靠材料与收集表面之间的静电引力被固定在收集表面上。这可按如下所述实现：在将收集表面接地的同时，在纺丝组件和收集表面之间的间隙内产生正或负离子，以便使刚流出的材料拾取带电的离子，于是该材料变得被收集表面吸引。在间隙内造成正抑或负离子取决于何种离子证明能更有效地固定流出的材料。例如，现已发现，采用由氯氟烃作为纺丝剂的溶液闪纺的聚乙烯超细薄膜原纤材料，在它带正电荷时的固定作用好于它带负电荷时。

为了在纺丝组件和收集表面之间间隙内创造正或负离子，并借此使通过间隙的物料带正或负电荷，本发明的一种实施方案采用一种安装在纺丝组件上的电荷-感应元件。该电荷-感应元件可包含销钉(针)、刷子、金属丝或其它元件，其中该元件由导电材料如金属或合成聚合物浸渍以碳，来制造。在电荷-感应元件上加上电压，使电荷-感应元件中产生电势，从而在电荷-感应元件附近造成强电场。该强电场将使元件附近的气体电离，从而产生电晕。在电荷-感应元件中需要产生的电流大小是为将材料很好地固定在移动收集表面所需要的电流大小。最佳电流将随着具体处理的材料而不同，但至少是为充分固定材料所需要的水平，而最高是刚好低于在电荷-感应元件与接地的收集表面之间观察到电弧的水平。在聚乙烯超细薄膜原纤材料的闪纺情况下，一般原则是，当充电至约8μC/g薄膜原纤材料时，材料将被很好地固定。电压是通过将电荷-感应元件连接到电源上而加在电荷感应元件上的。距材料的收集表面越远，产生相等的静电固定力所需要的电压越高。

在一种优选的实施方案中，采用的电荷感应元件是导电针或刷子，它们指向收集表面并凹陷到纺丝组件表面以内以免伸入到纺丝组件与收集表面之间的间隙内。电荷感应元件位于纺丝头，移动收集表面上一点的领先(vantage)点以后或“下游”，以便使材料能从纺丝头流出，并随后被电荷感应元件充电。

当电荷感应元件是针时，它们优选地包含导电金属。可使用一个或多个针。当电荷感应元件是刷子时，它们可以是任何导电材料。作为针或刷子的替代物，金属丝，例如，钢琴金属丝也可用作电荷感应元件。

在本发明的一种替代实施方案中，其中也利用静电力固定材料，被安装在纺丝组件上的导电元件如针、刷子或金属丝接地，同时收集表面连结到电源上。收集表面可以是任何不产生反向电晕的导电材料，因为反向电晕具有产生不恰当(与要求的相反)极性的充电气体粒子从而干扰固定的作用。

如果要求正离子以便使材料带正电，则在收集表面施加负电压。如果要求负离子，则在收集设备上施加正电压。

在本发明的一种实施方案中，采用真空固定和静电固定的组合来保证材料充分地固定在收集表面。

当流出的材料是聚合物材料时，本发明加工期间穿透移动收集表面流过的气体可进行加热，以便使聚合物材料一部分在各个点自身粘合。气体从围绕或与纺丝组件相邻的静压室或罩子吹出。

在本发明的一种实施方案中，其中流出的材料是一种聚合物纤维材料，材料在它被收集在收集表面时的温度足以导致一部分聚合物纤维材料软化或变得发粘，致使它在被收集的同时自身粘合或与周围材料粘合。优选的是，一小部分聚合物因此被软化或变得发粘。这可通过在收集之前加热流出的材料，或者通过先收集该材料，然后立即穿过它送过加热气体。

有利的是，纺丝组件和收集表面周围的空间被罩起来，以便于温度和压力的控制。该封闭的空间在这里被称作“纺丝室”。纺丝室可按照各种不同熟知的手段中任何一种进行加热。例如，纺丝室可采用一种措施加热，或者采用多种措施的组合，包括向纺丝室内吹热风、在纺丝室壁内设水蒸气管、电阻加热以及诸如此类。纺丝室的加热是，按照本发明，一种保证聚合物纤维材料在收集表面上良好固定的一种方式，因为在一定温度以上聚合物纤维将变得发粘。

纺丝室的加热还能生产出沿其厚度不同程度地粘合的非织造布产品。这可通过采用对热的敏感性彼此不同的聚合物层构成产品来实现。例如，至少两种具有不同熔融或软化温度的聚合物可从各自的纺丝头流出。纺丝室的温度应控制在高于最低熔融或软化温度聚合物的熔融或软化点，但低于最高熔融或软化温度聚合物的熔融或软化点，于是最低熔融或软化温度聚合物材料将粘合，而最高熔融或软化温度聚合物材料将保持未粘合状态。

如果材料是聚合物材料并且加热到足以使其自身粘合，如上所述，则材料可在收集表面形成一种内聚性片材或膜，而不需要施加真空或静电力。

在本发明的闪纺实施方案中保证将材料固定在收集表面上的另一措施是向纺丝组件和收集表面之间的空间内引入雾化(fogging)流体。在此种实施方案中，含有液体的雾化流体从喷嘴，它可与流出材料的纺丝头为同一类型的，喷出。此种喷嘴在这里被称作“雾化喷嘴”。雾化喷嘴喷出一种液滴组成的雾，它能促使纤网铺置在收集表面。雾化喷嘴靠近纺丝头设置以便将从中流出的雾滴直接引入到从纺丝头喷出的运载射流中，某些液滴被运载射流夹带并接触纤网。从雾化喷嘴射出的液态雾滴还可起到给流出的物质提供附加动量和减少流出材料在铺置在收集表面之前遇到的拖拽力水平的作用。

当聚合物溶液按照本发明闪纺时，溶液的浓度影响每个纺丝头的聚合物通过量。聚合物浓度越低，聚合物通过量越小。每个纺丝头的聚合物通过量也可通过改变纺丝孔的大小来改变，正如本领域技术人员所了解的。

本发明方法制造的产品包括非织造布片材、薄膜和不连续颗粒及其组合。当成形非织造布片材时，本发明生产出，就基重均一性而论，惊人均一的产品。可制造出纵向均一性指数小于约86.25(g/m²)^1/2，或小于约47(g/m²)^1/2，甚至小于约23(g/m²)^1/2。产品比较均一，因为每个纤网层在运载射流中开始湍流之前就被扇形喷嘴展布，并收集。

抗张强度对基重的比值大于约15磅/英寸/码²(0.78N/cm/g/m²)。按本发明方法制造的非织造布出品是一种具有多个纤网层的多层产品。

试验方法

下面的试验方法被用来确定这里给出的各种特征和性能。ASTM指的是美国材料试验学会。ISO是指国际标准组织。TAPPI是指纸浆和造纸工业技术协会。

基重(BW)按照ASTM D-3776测定，在此将其收作参考并以g/m²为单位给出。

抗张强度按照ASTM D 1682测定，在此将其收作参考，但做了以下修改。在试验中，2.54cm×20.32cm(1英寸×8英寸)样品在样品的相对两端夹紧。所用夹具在样品上彼此相距12.7cm(5英寸)。样品以5.08cm/min(2英寸/分钟)的速度持续地拉伸直至样品断裂。断裂时的力以磅/英寸为单位记录下来并换算为N/cm，即作为断裂抗张强度。

厚度(TH)采用ASTM D 177-64测定，在此收作参考，并以微米为单位给出。

片材的断裂伸长(亦称“伸长”)是片材在条形拉伸试验中断裂前片材拉长的程度的度量。2.54cm(1英寸)宽样品安装在夹具上，夹具相距12.7cm(5英寸)，采用拉伸试验机如Instron台式试验机，横速拉伸。对样品施加连续增加的载荷，采用5.08cm/min(2英寸/分)的滑动横梁速度，直至破坏。测定结果以断裂前的伸长百分数给出。该试验大致遵照ASTM D 5035-95进行，在此收作参考。

片材材料的密度的计算方法是，将片材以g/m²为单位的基重乘上10,000得到g/cm²的数值，然后除以厚度的cm数，就得到以g/cm³为单位的密度。

聚合物片材的孔隙百分率是片材孔隙度的度量。孔隙百分率用1减去这里所计算的密度，除以聚合物的理论密度，乘上100，并以％为单位给出。

弗雷泽透气性是多孔材料的空气透过速率的度量，以立方英寸每分钟每平方英尺为单位测定，随后换算并以L/s/m²为单位给出。它测定在0.5英寸水柱压差下透过材料的空气流的体积。在真空系统中安装孔板(节流孔板)以便将透过样品的空气流率限制在某一可测定的数值。孔板的尺寸取决于材料的孔隙度。弗雷泽透气性，亦称弗雷泽孔隙度，采用Sherman W.Frazier公司的双模式压力计测定，标定的孔板单位是ft³/ft²/min。

Gurley Hill孔隙度(GH)是片材材料对气体材料而言的渗透性的度量。具体地说，它是一定体积气体需要多少时间在一定压力梯度条件下透过某一面积的材料。Gurley Hill孔隙度按照TAPPI T-460OM-88，在此收作参考，采用Lorentzen & Wettre模式121DDensometer测定。该试验测定100cm³空气在大约1.21kPa(4.9英寸)水的压力下被推过28.7mm直径样品(具有1平方英寸面积)所需要的时间。结果以秒数表示，有时亦称作格利(Gurley)秒数。

Mullenburst顶破强度按照TAPPI T403-85测定，在此收作参考，并以psi为单位测量，随后换算并以kN/m²给出。

静压头(HH)是片材在静压载荷下对液态水渗透的阻力的度量。18cm×18cm的样品(7英寸×7英寸)安装在SDL 18 Shirley静压头试验仪(由Shirley开发有限公司，Stockport，英国)中。顶住102.6cm²一段样品的一面以60±3cm/min的速率压水直至3个面积的样品被水透过。测定静压头，以英寸为单位，然后换算并以厘米水柱给出。该试验大致遵照ASTM D 583进行，在此收作参考，这是从1976-11的出版物中抽出的。数值越高表明对液体透过的阻力越大。

水蒸气传播速率(MVTR)以g/m²/24h为单位给出，采用Lyssy仪器和试验方法TAPPI T-523测定，在此收作参考。

埃尔曼多夫撕破强度是为使片材中某一裂口蔓延所需要的力的度量。在片材中继续撕某一舌型裂口所需要的平均力是通过测定在将它撕开某一固定距离的过程中所做功来确定的。试验仪由下列部分组成：扇形摆，带着一个夹具，当摆处于抬起的起始位置时它与固定夹具对齐，具有最大势能。样品固定在两个夹具中，撕裂是通过在二夹具之间的样品上割出切口而开始的。松开摆，样品随着活动夹具离开固定夹具移动而被撕开。埃尔曼多夫撕破强度以牛顿为单位按照下面的标准方法测定：TAPPI-T-414 om-88和ASTM D 1424，在此收作参考。在下面的实例中给出的撕破强度数值每一个都是在片材上至少12次测定的结果的平均值。

片材样品的脱层强度是采用恒速伸长速率拉伸试验机如Instron台式试验机测定的。1.0英寸(2.54cm)×8.0英寸(20.32cm)样品通过插入鹤嘴锄到样品的断面中从而开始分层并用手揭开大约1.25英寸(3.18cm)。脱层样品的面被安装在夹具间距1.0英寸(2.54cm)的试验机夹具中。开动试验仪并以5.0英寸/分(12.7cm/min)的滑动横梁速度运行。在滑动横梁移动了约0.5英寸而除掉松弛部分以后，电脑开始采集力读数。样品被脱层约6英寸(15.24cm)，在此期间采集了3000个力读数并取平均。平均脱层强度是该平均力除以样品宽度并以N/cm为单位表示的。该试验大致遵照ASTM D 2724-87的方法进行，在此收作参考。下面实例所给出的脱层强度值每一个都是基于至少12次在片材上做的测定的平均值。

不透明度按照TAPPI T-425 om-91测定，在此收作参考。不透明度是单一片材背靠黑色背景的反射率与白色背景标准物的反射率之比，以百分数表示。针对下面实例所给出的不透明度的数值每一个都基于至少6次对片材进行的测定的平均值。

Spencer耐刺穿性是按照ASTM D 3420进行的，在此收作参考，它测定刺穿样品所需要的能量。Spencer耐刺穿以英寸-磅/平方英寸为单位测定并换算为cm-N/cm²。该设备，下落摆式试验机，以Spencer冲击附件型号60-64进行了改装，由Thwing-Albert仪器公司出品。

片材的纵向均一性指数(MD UI)按照以下程序计算。β厚度和基重仪(由Honeywell-Measurex，Cupertino，加利福尼亚，供应)扫描片材并沿片材横向(CD)每0.2英寸采集一个基重数据。随后，片材沿纵向(MD)前进0.425英寸，再由仪器沿横向CD采集另一行基重测定数据。照此，对整个片材进行扫描，基重数据以电子表格的格式存储起来。表中的基重测定值的行和列分别对应于基重测定值的CD和MD“行(或列)”。列1中的每一个数据点与列2中其相邻数据点进行平均；列3中的每个数据点与列4中其相邻数据点进行平均；其余仿此。这有效地将MD行(列)数目削减一半并模拟MD行之间0.4英寸，而不是0.2英寸的间距。为了计算沿纵向(MD)的均一性指数(UI)，该UI是针对MD中的平均数据的每一列计算的。每一列数据的UI是通过首先计算基重的标准偏差，然后是列的平均基重算出的。该列的UI等于基重的标准偏差除以平均基重的平方根，乘上100。最后，计算片材的总纵向均一性指数(MD UI)，将全部每一列的UI取平均，从而给出一个均一性指数。均一性指数在这里以(g/m²)^1/2为单位给出。

对比例A

12％Mat6高密度聚乙烯(由Equistar化学LP供应)在Freon11(由Palmer Supply公司供应)中的溶液喂入到纺丝箱体或矩形块中，其中含有将纺丝头分配给一组8个纺丝头的通道，每个纺丝头包含通往扇形喷嘴的纺丝孔。溶液通过纺丝头以超细纤维丛丝纤网形式闪纺到未粘合Tyvek纺粘聚烯烃的收集基材(款式1056，杜邦公司出品)上。该溶液是在180℃的温度和850psig(5.9MPa)的降压条件下闪纺的。纺丝头的排放口与收集带之间的距离是6英寸(15cm)，在此距离出现了大规模流体射流的湍流。

箱体内的通道通往直径0.025英寸(0.064cm)和长度0.038英寸(0.096cm)的降压孔，它们又通往直径0.480英寸(1.2cm)和长度3.0英寸(7.6cm)的降压室。每个降压室通到直径0.025英寸(0.064cm)和长度0.080英寸(0.20cm)的纺丝孔。每个纺丝孔通到扇形喷嘴。流动速率为约20pph(9.1kg/h)每孔，或总共160pph(72kg/h)。每个扇形喷嘴包含2个凹陷的壁，其中点与纺丝孔对齐。扇形喷嘴的壁在端部相距0.020英寸(0.05cm)，在壁的中点相距0.25英寸(0.64cm)。扇形喷嘴的壁具有凹陷曲率，曲率半径为2.25英寸(5.72cm)。

一排静电针位于纺丝孔上游和下游侧，距箱体0.25英寸(0.64cm)。针的间距为约0.75英寸(1.9cm)。针被充电并加上40kV～70kV的电压。收集(传送)带接地。

该方法正常运行了30s，随即纤网便开始挂在纺丝头下游静电棒的针上。

对比例B

对比例A中使用的溶液喂入到对比例A中那样的8个纺丝头的纺丝箱体中。使用的条件和硬件相同，只是静电针仅位于纺丝头上游侧。

该方法运行了3min。产品配置情况看上去尚可接受。

对比例C

工艺条件和硬件如同对比例B中使用的。

方法运行了7.25h。单个成形的纤网看上去还可以，尽管某些纤网趋于抱团在一起在产品中形成“绳子”，此乃大规模流体射流湍流的后果。

实例1

0.5％Mat8高密度聚乙烯(由Equistar化学LP供应)和1％纤维素(BH600-20Alpha-cel，由国际纤维公司获得)在Freon11(由Palmer Supply公司供应)中的溶液喂入到纺丝箱体中，其中含有将纺丝头分配给一组4个纺丝头的通道，每个纺丝头包含通往扇形喷嘴的纺丝孔。每个纺丝头包含一个降压孔，其直径0.25英寸(0.064cm)，长度0.080英寸(0.20cm)，通往降压室。每个降压室通到直径0.025英寸(0.064cm)和长度0.080英寸(0.20cm)的纺丝孔。纺丝孔通到扇形喷嘴，扇形喷嘴包含2个凹陷的壁，其中点彼此相距0.04英寸(0.1cm)并呈锥形渐缩至两端相距0.03英寸(0.08cm)。壁的长度是1.6英寸(4.1cm)。壁的凹陷曲率半径为1.5英寸(3.8cm)。

分散体通过扇形喷嘴闪蒸到未粘合Tyvek纺粘聚烯烃的收集基材(杜邦公司出品)上。该分散体是在176℃～179℃之间的温度和1400psig(9.6MPa)和1500psig(10MPa)之间的降压条件下闪纺的。Tyvek收集基材和收集的材料被移动的多孔收集带运载着。纺丝头的排放口和收集带之间的距离是3英寸(7.6cm)。

施加真空以便将Tyvek固定在收集带上。

一层基重为0.75盎司/平方码(25g/m²)的HDPE和纤维素被沉积到Tyvek基材上。HDPE的聚合物颗粒粘稠到足以将纤维素粘附在Tyvek上，不需要任何其它明显锚固力，因此HDPE聚合物起着将纤维素颗粒彼此粘合以及粘附到Tyvek基材上的作用。

随后的喷墨印刷试验显示改进的印刷特性，归功于HDPE和纤维素层。表面沉积了HDPE和纤维素层的收集基材的可印刷性与不带此种HDPE和纤维素层的收集基材的反面(未粘合Tyvek纺粘聚烯烃)的做了比较。将实例1的带包层的收集基材和收集基材的反面(未包层)对照侧二者分别喂过惠普870Cxi喷墨印刷机(惠普开发公司，LP，供应)，首先采用黑色油墨盒(HP51645a，惠普开发公司，LP，供应)，随后采用彩色油墨盒(HP51641a，惠普开发公司，LP，供应)。一种图形以绿色、黄色、红色和黑色印刷。样品的HDPE/纤维素包层的一侧首先印刷。5种不同颜色每一种(包括黑色)看上去立即就干了。20min后，样品的反面以5种不同颜色的油墨印刷同样图形。各种彩色的看上去立即变干。2小时后，黑色油墨仍旧未干，并且很容易涂抹模糊。与对照例基材相比，从HDPE/纤维素包层的样品印刷表面上的油墨观察到线条边缘发毛的减少并且印刷的图象整体更为清晰。

实例2

11％Mat8高密度聚乙烯(由Equistar化学LP供应)在Freon11(由Palmer Supply公司供应)中的聚合物溶液在1200psig(8.3MPa)降压和190℃～193℃纺丝温度的条件下经纺丝头闪纺。纺丝头包含通往降压室的降压孔，降压室又通到纺丝孔，纺丝孔通到扇形喷嘴。降压孔的直径为0.025英寸(0.064cm)，长度0.038英寸(0.096cm)。降压孔通到降压室，再通到纺丝孔，后者直径0.025英寸(0.064cm)，长度0.080英寸(0.20cm)。纺丝孔通到扇形喷嘴。扇形喷嘴由2个具有彼此相对、凹陷曲面的壁组成，二壁之间的距离在中点处最大0.04英寸(0.1cm)，在壁的两端之间最小0.03英寸(0.08cm)。闪纺纤网沉积到Reemay纺粘聚酯(由BBA非织造布公司供应)的收集基材上。收集基材和收集到的材料由多孔收集带承载着前进。纺丝头的排放口与收集带之间的距离是3英寸(7.6cm)。

通过维持导电带中的电流等于200μA，在收集带上施加电压。改变带的速度。将电压从-30变到-70kV，带速越慢(基重越高)，要求的电压越大。

制成的产品的纵向均一性指数(MD UI)载于表1。

实例3

11％Mat8高密度聚乙烯(由Equistar化学LP供应)在Freon11(由Palmer Supply公司供应)中的聚合物溶液在1200psig(8.3MPa)降压和190℃～193℃纺丝温度的条件下经如实例2所述纺丝头闪纺。闪纺纤网沉积到Reemay纺粘聚酯(由BBA非织造布公司供应)的收集基材上。纺丝头的排放口与收集带之间的距离是3英寸(7.6cm)。

如同实例2一样，对收集带施加电压。

通过与收集带连通的真空风机对收集带施加真空，以便在14～17psig(96～117kPa)的真空压力下使闪纺纤网固定。真空风机以2000rpm的速度运行。

制成的产品的纵向均一性指数(MD UI)载于表1。

实例4

11％Mat8高密度聚乙烯(由Equistar化学LP供应)在Freon11(由Palmer Supply公司供应)中的聚合物溶液在1200～1300psig(8.3～9.0MPa)降压和190℃纺丝温度的条件下经如实例2所述纺丝头闪纺。

闪纺纤网沉积到Reemay纺粘聚酯(由BBA非织造布公司供应)的收集基材上。纺丝头的排放口与收集带之间的距离是3英寸(7.6cm)。

如同实例3那样对收集带施加真空。

制成的产品的纵向均一性指数(MD UI)载于表1。

实例5

11％Mat8高密度聚乙烯(由Equistar化学LP供应)在Freon11(由Palmer Supply公司供应)中的聚合物溶液在1200psig(8.3MPa)降压和190℃～192℃纺丝温度的条件下经如实例2所述纺丝头闪纺。

电压加在与收集带和纺丝头都隔离的针阵列上。离子从静电针流到纺丝头，从而使从纺丝头喷出的纤网拾取穿过离子场的电荷。穿过静电针的电流维持恒定在200μA。电压从+30变化到+50kV。

制成的产品的纵向均一性指数(MD UI)载于表1。

实例6

电压加在与收集带和纺丝头都隔离的针阵列上，如同实例5那样。

真空施加在收集带上，如同在实例3中那样。

制成的产品的纵向均一性指数(MD UI)载于表1。

实例7

11％Mat8高密度聚乙烯(由Equistar化学LP供应)在Freon12(由Palmer Supply公司供应)中的聚合物溶液在1200～1400psig(8.3～9.6MPa)降压和189～195℃纺丝温度的条件下经如实例2所述纺丝头闪纺。

真空施加在收集带上，如同在实例3中那样。

制成的产品的纵向均一性指数(MD UI)载于表1。

表1

实施例号	带速	MD UI
实施例号	带速	MD UI	234567	m/min(yd/min)91(100)180(200)91(100)180(200)270(300)91(100)180(200)270(300)91(100)180(200)270(300)91(100)180(200)270(300)91(100)180(200)270(300)	(g/m²)^1/2((oz/yd²)^1/2)11.7(68.1)11.1(64.6)12.4(72.3)11.8(68.7)12.5(72.8)14.8(86.1)15.0(87.3)13.4(78.0)11.2(65.2)11.6(67.5)12.4(72.3)14.3(83.3)23.6(137)16.2(94.3)35.3(206)29.8(174)14.3(83.3)

实例8

16％Mat 6高密度聚乙烯(由Equistar化学LP供应)在85％二氯甲烷(由工业化学公司获得)和15％VertrelXF(由杜邦公司获得)组成的纺丝剂中的溶液喂入到包含通到纺丝头的通道的纺丝箱体中，纺丝头包含通往扇形喷嘴的纺丝孔。扇形喷嘴包含2个凹陷的壁，其中点处与纺丝孔平齐。扇形喷嘴的壁在壁的两端处彼此相距0.010英寸(0.025cm)，而在壁的中点彼此相距0.08英寸(0.20cm)。扇形喷嘴长0.66英寸(1.68cm)。纺丝孔的出口角是60°。

溶液通过纺丝头以超细纤维丛丝纤网的形式闪纺到Reemay纺粘聚酯(由BBA非织造布公司供应)的收集基材上。溶液的闪纺是在210℃的温度和762psig(5.25MPa)降压条件下进行的。纺丝头的排放口与收集带之间的距离是1英寸(2.54cm)。

在纺丝箱体内的通道连到直径为0.025英寸(0.064cm)，长0.032英寸(0.081cm)的降压孔，后者又通到直径0.480英寸(1.2cm)和长3.0英寸(7.6cm)的降压室。降压室通到直径0.025英寸(0.064cm)和长0.80英寸(0.20cm)的纺丝孔。流率为约24磅每小时(10.9kg/h)。

Reemay收集基材以60码每分(55mpm)的速度移动，从而产生2.2盎司每平方码(75g/m²)的收集溶液基重。溶液不借助真空固定力或静电固定力就能闪纺到收集基材上。纺出的纤网被牢靠地固定在收集基材上。

Claims

1.一种包括下列步骤的方法：

将具有至少两种组分的流化混合物供应给至少一个包含通入到扇形喷嘴中的纺丝孔的至少一个纺丝头；

让流化混合物从扇形喷嘴流出从而成形一种流出的物质；

使流出物质的至少一种组分蒸发或膨胀从而形成一股流体射流；

利用该流体射流将流出物质剩下的组分从纺丝头运走；以及

将流出物质剩下的组分收集在距纺丝头约0.25cm～约13cm的移动收集表面上。

2.权利要求1的方法，其中流化混合物中的一种组分包含纺丝剂，还包括将流化混合物以高于纺丝剂沸腾温度的温度在足以维持纺丝剂处于液态的压力下喂入到纺丝头中，并使流化混合物流入到温度在纺丝剂沸腾温度的约40℃范围内的环境中，以便使纺丝剂蒸发并使固化的第二组分从纺丝头中流出。

3.权利要求2的方法，其中流化混合物流入到温度在纺丝剂沸腾温度的约10℃范围内的环境中。

4.权利要求1的方法，其中流化混合物包含纺丝剂，并且流化混合物以高于纺丝剂沸腾温度的温度流出。

5.权利要求1的方法，其中流出物质的速度至少为约30m/s。

6.一种方法，包括：让一种聚合物溶液通过纺丝头闪纺，纺丝头具有通入到扇形喷嘴中的纺丝孔，从而形成含超细薄膜原纤单纱材料的流体射流，以及将该超细薄膜原纤单纱材料收集在位于距纺丝头约0.25cm～约13cm的移动收集表面上。

7.权利要求1或权利要求6的方法，其中移动收集表面位于距纺丝头约1.3cm～约3.8cm。

8.权利要求1或权利要求6的方法，其中移动收集表面是移动带。

9.权利要求1或权利要求6的方法，其中移动收集表面是转鼓。

10.权利要求6的方法，其中聚合物是聚烯烃。

11.权利要求1的方法，还包括将所收集的材料加热到足以粘合该收集的材料的温度。

12.权利要求1的方法，其中流化混合物包含聚合物，还包括使热气体以足以粘合收集的材料的温度透过所收集的材料。

13.权利要求1的方法，其中流化混合物包含2种熔融或软化温度不同的聚合物，还包括使收集的材料的温度维持在介于这两种聚合物的熔融或软化温度之间的温度。

14.权利要求1的方法，其中流化混合物包含浆粕和流体的混合物。

15.权利要求1的方法，其中流化混合物包含颗粒和流体的混合物。

16.权利要求1的方法，其中流化混合物还包含粘结剂组分。

17.权利要求6的方法，其中扇形喷嘴主要沿横向铺展该材料。

18.权利要求1的方法，还包括透过移动收集表面施加真空。

19.权利要求1或权利要求6的方法，还包括在流出的材料与移动收集表面之间造成一定电势。

20.权利要求19的方法，还包括在移动收集表面施加电压并将纺丝头接地。

21.权利要求19的方法，还包括在纺丝头上施加电压并将移动收集表面接地。

22.权利要求1或权利要求6的方法，还包括从至少一个雾化喷嘴朝纺丝头和收集表面之间喷入液态雾滴。