CN215561040U - 一种纤维网形成设备及共混纤维网 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种纤维网形成设备及共混纤维网。纤维网形成设备包括：颗粒材料供应系统，定向为输送垂直向下移动的颗粒材料流；聚合物供应系统，适于向第一多排纺喷系统和第二多排纺喷系统提供聚合物材料；成形箱，适于形成包括颗粒材料和纺喷纤维的共混材料；收集装置，用于从成形箱的共混纤维出口收集共混的短纤维和纺喷纤维，且适于沿设备的机器方向移动。共混纤维网包括：颗粒材料，纺喷型合成纤维。

Description

一种纤维网形成设备及共混纤维网
技术领域
本公开涉及用于包含纤维和颗粒材料的纤维网材料的制造设备，涉及操作这种设备的方法，并且涉及由此产生的特定材料。
背景技术
本文所用的“共成型”和/或“共成型方法”是指一种众所周知的方法，通过该方法将两种或多种单独的材料共混，其中通常将长丝(例如聚合物长丝)与一种或多种其它材料，例如颗粒材料，如短纤维，例如纸浆纤维，或颗粒结合。长丝和颗粒材料的共混物可收集起来形成纤维结构。这种结构可用于多种应用，包括用于水性和有机流体的吸收性介质、用于干湿应用的过滤介质、用于去除气态流体或组分的吸收性介质、绝缘材料、保护性缓冲材料，密封和输送系统以及用于干湿应用的擦拭介质，尤其是用于婴儿湿巾。通过使用颗粒吸收性或高吸收性树脂(SAP)材料可以很好地提高液体吸收性，如可以以颗粒或纤维形式的颗粒材料提高液体吸收性。
在许多应用中，长丝的使用显着提高了结构的可用性，否则该可用性会因颗粒材料本身缺乏完整性而受到影响：因此，提供纯木浆纤维结构时，几乎不会产生机械完整性，并且在润湿时会产生很高的塌陷度。类似地，至少在使用大量SAP时—直至纯SAP—完整性和固定性可能几乎不存在。将其与热塑性纤网材料结合可以极大地增强包括湿拉伸强度和干拉伸强度的这种结构的性能，特别是当热塑性纤网材料就地，即与颗粒材料结合的同时，形成为长丝时。
进一步发现，使用熔喷纤维作为纤维结构的外层是有利的，参见例如 US8017534/EP2265756(K-C)，旨在提供均匀形成的纤维结构，该纤维结构包括熔喷纤网材料和至少一种次级纤维材料，例如纸浆，可用作湿巾。该结构可通过提供来自熔喷模具的熔喷纤网材料的第一流和第二流，并在形成区域中将其与天然纤维(例如纸浆纤维)流共混来形成该结构，在该形成区域将其收集在成形纤维网上。
每个熔喷模具配置成使得每个模具的两条衰减气体流汇聚以形成单股气流，其随着熔融丝离开熔喷模中的小孔或孔口而带走并衰减熔丝。对于众所周知的熔喷工艺，衰减气体，通常是空气，以与长丝流方向成约60°的角度提供，这也称为“气刀”。
类似地，WO2017004117/WO2017004116(P&G)公开了一种共成型纤维网结构，其具有夹在两层稀松布层之间的共成型芯层。芯层可以由纤维素纸浆纤维和熔纺长丝的共混物形成，稀松布层可以由熔纺长丝形成，其中熔纺长丝可以是熔喷长丝。稀松布层的总基重可以为0.1g/m2至小于3.0g/m2。此外，描述了多种纤维，例如纸浆纤维，可以与多种长丝，例如聚丙烯长丝共混。
作为采用如上所述的“气刀”系统的熔喷系统的变体，WO2009002612(3M)微观和中观熔喷纤维描述了单排的两种直径的孔，从而产生包含熔喷纤维的多孔非织造纤维网，该熔喷纤维呈现可以与短纤维结合的微观纤维和中观纤维的双峰共混物。
US5665278(J&M)描述了熔喷热塑性纤维，其通过由无气喷嘴产生的微尺寸水滴冷却或淬火，所述水滴的平均直径小于20微米。
甚至更进一步，已知在单个模具头中采用不同类型的聚合物，例如在US6164950(Freudenberg)中描述的，涉及使用两种类型的聚酯类型的聚合物，该两种类型的聚合物的熔融温度差在5℃至50℃之间，用于通过单独的熔体通道以及在不同温度下运行的绝缘通道进行多排纺粘。
与本文中上文所述的“气刀”熔喷系统相反，WO2009010940(P&G)描述了通过使用多排熔喷系统来形成纤网共成型结构，该系统具有基本平行的气流，即角度小于约10°。
从US9303334(Biax)，在下文中也称为US’334，也已知这种长丝形成系统，其中描述了纺粘和熔喷之间的“共混系统”，并称为“纺喷”。
该设备包括模具块和固定在其上的喷丝板，以及固定到喷丝板上的多个喷嘴和多个固定销，这些喷嘴和固定销分组为多行和多列的阵列。
此外，至少喷嘴被开口围绕，所述开口适于允许加压气体通过并在长丝离开喷嘴时覆盖长丝，从而使长丝固化并变细为纤维，以通过下方的真空箱中大量抽吸力进一步收集在铺放带上
此外，所有挤出长丝/纤维周围的外围被另一个加压气幕覆盖，以将其与周围的环境空气隔离。进一步提到的是，开口可以具有不同的尺寸。
US20160355950(P&G)中描述了共成型方法的进一步改进。相应地，将两种或更多种单独的材料，例如诸如短纤维和/或颗粒的固体添加剂和长丝在成形箱中共混。这种成形箱可包括具有一个或多个长丝入口和一个或多个固体添加剂入口的壳体。长丝可以由聚合物长丝源例如长丝成型模提供，并且长丝和固体添加剂的流可以以小于90°的角度在箱中共混。这种设置的目的是在显著降低真空抽吸力的情况下提供更好的材料共混，例如与引用的US’334中描述的系统相比。
PCT/EP2019/080293(TKWM，未公开，代理案号1311-1610)描述了一种特殊的纺喷模具块，其中喷丝板块包括与喷丝板主体一体的喷嘴。喷嘴布置成喷嘴的阵列，喷嘴可以布置成子阵列。此外，可以对喷嘴进行倒角，以允许光滑的聚合物流过喷嘴的毛细管。
PCT/EP2019/080291(TKWM，未公开，代理案号1311-1710)描述了另一种特定的纺喷模具块，其中喷嘴可从喷丝板块移除。此外，可以对喷嘴进行倒角，以允许光滑的聚合物流过喷嘴的毛细管。模具喷丝板块还可以包括凹槽，当填充密封剂时，凹槽允许分别选择和取消选择喷丝板块的行。
实用新型内容
在第一方面，本公开是一种纤维网成形设备，适于形成共混纤维网，该纤维网包括：
-颗粒材料，单独或组合选自由以下材料组成的组：短纤维，优选纸浆纤维，和颗粒，优选高吸收性颗粒，
-纺喷型合成纤维。
该设备包括
-颗粒材料供应系统，定向为输送基本上/主要/通常垂直向下移动的颗粒材料流；
-至少一个聚合物供应系统，适于向第一和第二多排纺喷系统提供聚合物材料，
-其中每个系统都适于形成纺喷纤维，并且包括一系列聚合物释放孔，该聚合物释放孔包括至少两排基本上横向延伸的聚合物释放孔，
-成形箱，适于形成包括颗粒材料和纺喷纤维的共混材料，
成形箱包括：
ο颗粒材料入口，连接到颗粒材料供应系统；
ο两个纺喷纤维入口，每个都连接到一个纺喷系统，
ο和共混材料出口，
-收集装置，优选为成形带，用于从成形箱的共混纤维出口收集共混的短纤维和纺喷纤维，适于沿设备的机器方向移动，
其中成形箱的每个纺喷纤维入口在机器方向上定位在颗粒材料入口之前(“上游”)和之后(“下游”)。
聚合物释放孔阵列包括至少第一和第二子阵列，每个子阵列包含至少1排，优选至少2 排，更优选至少4排，最优选6排或更多排孔，其中至少一个子阵列的孔适于释放与不同子阵列的孔释放的纤维具有一个或多个不同特性的纤维，
该一个或多个不同特性选自由以下各项组成的组：
子阵列的孔呈现不同的孔直径；
子阵列的孔连接到聚合物供应系统：
-用于不同聚合物类型；
-用于不同聚合物通量
-用于不同的聚合物供应压力
-并且子阵列的孔连接到独立的温度控制系统。
该设备还包括淬火系统，该淬火系统包括：
-第一淬火装置机器，定向地定位于第一多排纺喷系统的上游；
-第二淬火装置机器，定向地定位于第一多排纺喷系统和颗粒材料入口之间；
-第三淬火装置机器，定向地定位于颗粒材料入口和第二多排纺喷系统之间；
-第四淬火装置机器，定向地定位于第二多排纺喷系统的下游；
其中每个淬火装置适于将第一、第二、第三和第四淬火流体流分别释放到成形箱中。
淬火装置包括淬火流体流控制系统，适于通过所述控制系统的控制装置独立于淬火流体流中的至少一种来控制至少另一种淬火流体流的特性，
所述特性是单独或组合地选自以下特性组成的列表：
-将淬火装置连接到不同类型的淬火流体，
优选选自空气、水和蒸汽组成的组，
-淬火流体温度控制方式
-淬火流体供应压力调节方式；
-淬火流体供应流速；
-相对于纺喷头或相对于颗粒材料输送轴的淬火流体出口角度。
该设备还可以包括一个或多个零件，选自由以下零件组成的组：
-可移动的喷嘴，更优选的是倒角的，并可选地带有开槽模具头；
-包括喷丝板块和喷嘴的整体模具头；
-相对于模具头轴线的可变模具头角度；
-连接到独立的聚合物供应系统的双喷嘴。
可选地，包括具有比相应的其他子阵列的孔更大的直径的孔的两个纺喷系统的所述子阵列朝向所述颗粒材料入口机器方向定位。
在另一方面，本公开是一种用于形成共混纤维网的方法，包括以下步骤：
-提供：
-颗粒材料，单独或组合选自由以下材料组成的组：短纤维，优选纸浆纤维，和颗粒，优选高吸收性颗粒，
-一种或多种类型的聚合材料；
-如上所述的设备；
-将颗粒材料送入成形箱；
-在纺喷系统中由聚合材料形成至少两种类型的纺喷长丝，用于形成至少一种特性不同的纤维，选自由以下步骤组成的组：
-提供不同的聚合物类型；
-提供不同的聚合物通过量；
-提供不同的聚合物供应压力；
-将这些都送入成形箱；
-在收集装置上收集共混纤维网；
-从设备中去除收集的共混纤维网。
该方法还可以包括以下步骤：
-定位用于将淬火流体输送到成形箱中的淬火装置，使得对于每个所述纺喷系统，一个淬火装置定位于其上游，一个定位于其下游，
-通过定位用于输送淬火流体的淬火装置，使得对于每个所述纺喷系统，一个淬火装置定位于其上游，一个定位于其下游，将淬火流体流送到成形箱中，
-通过调节一种或多种特性，将淬火流体流的特性调整到相应的纺喷纤维的特性，所述特性选自以下特性组成的组：淬火流体类型，例如空气、水、蒸汽、温度、流速、速度和方向。
在另一方面，本公开是一种共混纤维网，包括：
-颗粒材料，单独或组合选自由以下材料组成的组：短纤维，优选纸浆纤维，和颗粒，优选高吸收性颗粒，
-纺喷型合成纤维，
其中纤维网呈现x、y和z(厚度)方向，并且包括x-y方向延伸的第一和第二表面区域，所述第一和第二表面区域包括纺喷型合成纤维，并且基本上不含颗粒材料。
纤维网还包括z方向定定位于表面区域之间的中心区域，该中央区域包括共混的颗粒材料和纺喷型合成纤维。
包含在中心区域中的纺喷型合成纤维与表面层的纤维的基本不同之处在于选自由以下特性组成的组中的至少一种特性：
-纤维直径，
-聚合物类型；
-纤维类型；
-平均纤维长度；
-纤维强度。
中心区域的纺喷型合成纤维可包括至少第一和第二多根吹型型纤维，不同之处在于选自由以下特性组成的组中的一个或多个特性：
-纤维直径，
-聚合物类型；
-纤维类型；
-平均纤维长度；
-纤维强度。
可选地，第一表面区域的第一类型合成纤维和第二表面区域的第二类型合成纤维相等。
在另一方面，本公开涉及共混纤维网在制造擦巾中的用途。
附图说明
图1描绘了根据本公开的设备的设置。
图2A和B描绘了根据本公开的特定实施方式。
图3A和B描绘了根据本公开的特定实施方式。
图4描绘了根据本公开的方法的操作过程中的流动路径或轨迹。
图5描绘了根据本公开的贯穿横截面的纤维网。
相同的数字表示相同或等同的特征。附图是示意性的，未必按比例绘制。
具体实施方式
在某些方面，本公开涉及一种用于连续生产的设备和操作这种设备的方法。
术语“机器方向”(MD)对应于通常与纤维网制造方向对齐的方向，以及与之垂直的“横向”。
通常，MD和CD在水平方向上对齐，并且都沿重力或逆重力垂直于垂直方向。
但是，本领域技术人员将容易地意识到，如果连续制造包括一些向上或向下运动，则MD 可能不在水平范围内。
对于设备元件的关系定位，术语“上游”，“下游”和相关术语通常用于描述沿设备上的制造路径的相对定位。
此外，术语“上”，“下”和相关术语通常用于解释相对于重力的定位。然而，本领域技术人员将容易地意识到何时某些执行可以倾斜或者甚至倾斜而不丧失其在本文中描述的功能。
当考虑一种材料，尤其是纤维网材料时，厚度或z方向尺寸通常比MD或CD小得多，后者指的是所制造的纤维网材料的取向。通常，尽管不是必须的，本领域技术人员可以识别纤维网的MD和CD。
本质上，通常认为“聚合物长丝”是连续或基本上连续的。长丝相对比纤维长。长丝的非限制性实例包括熔喷，纺粘或纺丝长丝。可以纺成长丝的材料的非限制性实例包括天然聚合物，例如淀粉、淀粉衍生物、纤维素和纤维素衍生物、半纤维素、半纤维素衍生物和合成聚合物，包括但不限于聚乙烯醇长丝和/或聚乙烯醇衍生物长丝、以及热塑性聚合物长丝，例如聚酯、尼龙、聚烯烃(例如聚丙烯长丝)，聚乙烯长丝，以及可生物降解或可堆肥的热塑性纤维，例如聚乳酸长丝、聚羟基链烷酸酯长丝和聚己内酯长丝。长丝可以是单组分或多组分的，例如双组分长丝。在一个实例中，本公开的聚合物长丝包括热塑性聚合物，例如从由聚烯烃，例如聚丙烯和/或聚乙烯、聚酯、聚乙烯醇、尼龙、聚乳酸、聚羟基链烷酸酯、聚己内酯及其共混物组成的组中选择的热塑性聚合物。在一个实例中，热塑性聚合物包括聚烯烃，例如聚丙烯和/或聚乙烯。在另一个实例中，热塑性聚合物包括聚丙烯。
术语“纤维”包括天然存在的纤维，例如木浆纤维，改性天然材料纤维，例如基于纤维素的成型纤维，例如
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或
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或基于合成聚合物的纤维。在本文中，区分了短纤维(例如纤维素纸浆纤维或人造短纤维)和长丝纤维，所述短纤维被预先制成并作为纤维材料供应(尽管其可能需要分解，这对于纤维素纸浆是众所周知的，因为其可以以卷或包的形式输送，所述卷或包被打开以产生纤维，通常是单独的纤维)，所述长丝纤维由熔融聚合物原位形成，例如在根据本公开的方法的过程中。在根据本公开的方法的过程中，这些长丝将在结晶和固化时破裂并形成纺喷纤维。
在第一方面，术语“不同的聚合物类型”涉及不同化学种类的聚合物，例如聚酯或聚对苯二甲酸乙二酯对聚丙烯对聚乙烯。在第二方面，如果特性不同(例如通过不同的聚合物链长，熔体流动指数或添加剂)，则其也指相同种类的聚合物。如果例如两种双组分或多组分纤维表现出不同数量的成分或不同的几何排列，例如芯-皮相对并排，则两种纤维类型也可以不同。
在当前上下文中，术语“颗粒材料”可涉及预成型的，不连续的，通常为短的单个纤维 (例如纤维素纸浆纤维)或短的合成纤维(例如人造短纤维)以及颗粒(例如具有吸附性的功能性颗粒)例如用于气味吸收结构或吸收性的液体吸收剂，如超吸收性聚合物(SAP)，例如聚丙烯酸酯类型的。这种短纤维通常呈现出至少约10的长度直径比，并且通常长度小于约 5厘米。
在本公开的一个实例中，“短纤维”是指木浆纤维，例如化学浆，例如牛皮纸浆，亚硫酸盐浆和硫酸盐浆，以及机械浆，包括例如磨木浆，热机械浆和化学改性的热机械浆。同样适用于本公开的是来源于再生纸的纤维，其可以包含任何或所有上述种类以及其他非纤维材料，例如用于促进原始造纸的填料和粘合剂。除了各种木浆纤维之外，其它纤维素纤维如棉短绒、人造丝、莱赛尔纤维和甘蔗渣也可用于本公开。
本文所用的“共成型”和/或“共成型方法”是指共混两种或多种不同材料的方法。在一个示例中，共成型包括这样的过程，通过该过程，将一种或多种和/或两种或多种第一材料，例如长丝，如聚合物长丝，与一种或多种和/或两种或多种第二材料，例如颗粒材料，如纤维，例如纸浆纤维，或颗粒共混在一起。在共成型过程中，两种或多种单独的材料共混在一起，以形成两种或多种材料的共混物。例如，在共成型过程中，可以将长丝与纤维共混以形成长丝和纤维的共混物，可以将其收集以形成根据本公开的纤维结构。
如本文中所用，“纤维结构”是指包括一根或多根长丝和/或一种或多种颗粒材料的结构。在一个实例中，根据本公开的纤维结构是指长丝或纤维和颗粒在结构内的有序排列以执行功能。本公开的纤维结构可以是均匀的或可以包括z方向上不同的区域，这些区域可以呈现出清晰的边界，即是分层的，或者是从一个区域到相邻区域的逐渐过渡。如果被分区或分层，则纤维结构可包括至少两个和/或至少三个和/或至少四个和/或至少五个区域或层。
本文中所用的“材料流”是指通常沿着共同轨迹运动的材料，其中包括诸如颗粒材料，如短纤维或颗粒，长丝的材料—其为熔融材料，尤其是聚合材料，固化材料或固化的材料，纤维，例如断裂或连续凝固的长丝。根据其轨迹，流可以基本上是平行的、发散的或会聚的。
在当前上下文中，术语“模具块”是指多排纺喷系统的元件，向其供应熔融聚合物，并且其中聚合物长丝通过多个喷嘴的毛细管挤压聚合物而形成。模具块通常包括：
-喷丝板块，包括
-上板，
其中术语“上部”通常指“熔融聚合物供应侧”，
-下板，
-多个喷嘴，
可能与喷丝板块一体或可移动，
并且形成喷嘴的一个多行多列的阵列；
-空气分配板；
-外部空气板；
-以及覆盖条和固定装置。
多排纺喷系统可以包括其他元件，例如用于聚合物和空气覆盖喷嘴和/或喷嘴阵列的供应装置，
用于聚合物和空气的温度控制装置。
本文使用的冠词“一”和“一种”，例如“一种纤维”，应理解为是指要求保护或描述的一种或多种材料。
除非另有说明，所有百分比和比率均按重量计算。
设备
当出于说明性而非限制性目的而参考图1的示意性截面图时，本公开在第一方面是一种用于形成共混纤维网1900的设备1000，其包括成形箱1100。颗粒材料1400由颗粒材料供应系统1410提供，并且第一聚合材料1200和第二聚合材料1300从第一(1210)和第二(1310) 聚合物供应系统提供到第一(1220)和第二(1320)聚合物长丝形成系统。将材料分别供应到成形箱1100的特定材料入口1114以及第一和第二聚合物材料入口1112、1113。在抽吸箱 1700的真空的辅助下，共混材料在成形箱出口1119处离开成形箱，作为放置在诸如移动筛的收集装置1600上的共混纤维网1900。
设备具有通用的三维延伸部，呈现出与在其上产生的纤维网的厚度或z方向相对应的设备高度方向1005。其还呈现出机器方向或x方向1002以及横向或y方向(由代表方向箭头 1008的箭头座的“x”表示)。因此，图1描绘了z-x方向的横向视图，其中，如观察者所见，左侧部分描绘了上游部分1001，而具有收集装置1600上的共混纤维网1900的右侧部分描绘了下游部分1009，因为收集装置适于从上游部分移动到下游部分，从而以增加的纤维网高度收集共混纤维网，达到最终的纤维网高度或厚度。横向上，设备水平对齐，并且具有小于1 米的延伸部，但是通常大于1米，对于大于3米或者甚至大于5米的大规模生产设备，虽然通常不超过10米。该设备可以横向地包括几个单元，或者在其整个宽度上是一体的。虽然第一个可以允许更容易的处理，例如用于系统的设置、清洁、维修或更换某些零件，例如以便调节不同数量的喷嘴，第二个避免了纤维网中的横向不连续性。
纤维网成形设备可以是独立的、分离的、分立的、模具块化的装置，其可以这样插入到较大的制造机器中，例如吸收性制品或擦拭物制造机器，和/或其可以是这种较大机器的完全集成的部件。
适用于本公开的成形箱1100包括壳体、由一个或多个壁形成的封闭的或部分封闭的成形腔室1110，一种或多种材料通过该壁穿过入口或出口。成形箱可以由多种材料制成，例如金属，通常是钢，但也可以由足够硬的聚合材料制成，例如聚碳酸酯甚至玻璃。
成形箱的材料入口连接到相应的材料供应系统，并且布置为使得第一聚合物长丝入口 1112定位于颗粒材料入口1114的上游，颗粒材料入口1114定位于第二聚合物长丝入口1113 的上游。
在特定的优选实施方式中，颗粒材料入口可定位成使得颗粒材料通常沿重力流过成形腔室1110而朝向收集装置流动，尽管相对于竖直方向的一些倾斜是可接受的。
特定材料入口1114可呈现大于约0.07厘米、或大于约0.1厘米、或大于约0.1厘米、或大于约0.3厘米和/或小于约25厘米、或小于约12.5厘米或小于约7.5厘米的MD定向延伸部。第一和第二聚合物长丝入口1112和1113优选地也相对于颗粒材料供应入口对称定位，并且相对于竖直方向倾斜30°至90°，优选地倾斜60°，并且适于允许排出的长丝在接触收集装置的表面之前缠结向下流动的颗粒材料。
聚合物长丝入口1112和1113可分别呈现大于约0.25厘米、大于1.25厘米或大于约2.5 厘米、和/或小于约40厘米、或小于约25厘米、或小于约15厘米的MD定向延伸部。
共混材料经由成形腔室出口1119离开成形腔室，该成形腔室出口1119朝向诸如移动带 1600之类的收集装置定位，并进一步由抽吸箱1700的真空抽吸力支撑。
成形腔室出口可呈现大于约0.25厘米、或大于约1.25厘米、或大于约2.5厘米、和/或小于约75厘米、或小于约50厘米、或小于约30厘米的MD定向延伸部。
在上面引用的US2016335950中更详细地描述了成形箱的一种特别优选的实施方式，关于对成形盒的设计，特别是尺寸，明确参考引用的US2016335950。
虽然为了便于解释，以单数形式描述颗粒材料入口和长丝入口，但是这些入口中的任何一个的多种实施方式都可以通过使用普通技术来很好地设想和执行。
颗粒材料1400被输送到成形箱1100的特定材料入口1114。为此，颗粒材料以散装材料的形式提供，或者—例如如果是短纤维材料，则可以以卷或包的形式输送，然后可以通过常规方式，例如锤磨机和/或固体添加剂撒布机和/或气流成网设备，如成型头，例如Dan-Web Machinery A/S R公司的成形头，和/或如WO2016/354736(P&G)中所述的喷射器，分解成单独的纤维。
颗粒材料可以通过重力或通过气动输送，或其他机械进料器或其组合被供应到成形箱的入口1114。此外，该设备包括至少两个多排纺喷系统1220和1320，其可以分别连接到一个公共的或(如图1所示)两个单独的聚合物供应系统1210、1310，该聚合物供应系统1210、 1310将合适的聚合物1200、1300供应到纺喷模具或模具块，该模具或模具块连接到成形箱 1100的各自的长丝入口1112、1113。
当前上下文中，术语“连接的”是指这样的定位，即由纺喷系统释放的长丝直接流进成形箱1100的成形腔室1110中。
如下文更详细描述的，多排纺喷系统根据美国专利US’334(Biax)的一般教导，即多个喷嘴排列成多行和多列的阵列，并将长丝排出到成形腔室1110中。
系统的方向如上所述，其中喷嘴以平行于喷嘴的模具块中心线限定系统模具的方向。
对于该操作，喷嘴适于主要沿着喷嘴中心线通过喷嘴孔排出长丝，如图1所示，喷嘴中心线相对于颗粒材料入口倾斜，这里显示为垂直线，使得模具块中心线拦截颗粒材料蒸汽的轨迹(见下文)。朝着喷嘴阵列的机器方向极限，长丝的方向可以向外偏离。关于进一步的设计和操作细节以及合适的材料，明确参考引用的US’334。
本公开的一个特定要素是聚合物供应系统，即其模具块，包括喷嘴的子阵列，该喷嘴的子阵列适于形成表现出不同特性的多个长丝。
在为此目的的第一种方法中，喷嘴阵列包括至少两个子阵列，所述至少两个子阵列在喷嘴的几何形状即内径或外径或喷嘴长度方面是不同的。可选地，子阵列喷嘴的毛细管也可以呈现不同的横截面形状，例如非圆形形状，如星形或双叶形或多叶形。
在PCT/EP2019/080293(TKWM；未公开，代理案号1311-1610)中更详细地描述了这种方法的第一变体，关于包括具有两个子喷嘴阵列的整体喷丝板块的模具块的设计和操作，明确参考PCT/EP2019/080293。
如图2A中所示，喷丝板块152可以作为模具块(未示出)或聚合物长丝形成系统1220 或1320中任何一个的一部分，其包括喷丝板主体153，喷丝板主体153与喷嘴成一体，图中示出了具有五个喷嘴158的一列，每个喷嘴代表一个横向延伸的行并一起形成喷嘴阵列1225、 1325。如图所示，喷嘴沿重力(1005)垂直定向。但是，连接到成形箱的系统的方向应使喷嘴的方向相对于重力倾斜，参见图1，技术人员将容易相应地调整相对位置术语，如“上方”或“下方”。图2A进一步描绘了用于将熔融聚合物提供给喷嘴的聚合物供应腔130，及用于提供用于覆盖每根长丝的空气的空气供应通道132，以及用于连接模具块199的各部分的孔。
喷嘴阵列1225分别包括子阵列1222、1322和1228、1328。这样的子阵列可以包括至少 1排喷嘴，优选地，尽管不一定在模具块的整个宽度上延伸。在特定的实施方式中，并且如图2A所示，子阵列1222、1322的喷嘴158’与子阵列1228、1328的喷嘴158”在从由喷嘴内径、喷嘴外径和喷嘴长度组成的组中选择的至少一个尺寸上显著不同，这里由不同的喷嘴内径或毛细管直径157’和157”表示。在当前上下文中，术语“显著不同”是指各自尺寸的差异至少为5％，通常大于10％。
在该方法的第二变型中，模具块包括具有可拆卸喷嘴的喷丝板块，如在 PCT/EP2019/080291(TKWM，未公开，代理案号1311-1710)中更详细描述的那样，关于可拆卸喷嘴的设计，明确参考PCT/EP2019/080291。
参考图2B，用于聚合物长丝形成系统1220、1320的喷丝板块152的第一种实施方式，包括喷丝板主体，具有上板(151)和下板(155)以及通过下板的孔可移动地定位的喷嘴158，其中示出了具有八个喷嘴158的一列，每个喷嘴代表一个横向延伸的行并且一起形成喷嘴阵列1225、1325。如图所示，喷嘴沿重力(1005)垂直定向。但是，连接到成形箱的系统的方向应使喷嘴的方向相对于重力倾斜，参见图1，技术人员将容易相应地调整相对位置术语，如“上方”或“下方”。图2B进一步描绘了用于将熔融聚合物提供给喷嘴的聚合物供应腔130，及用于提供用于覆盖每根长丝的空气的空气供应通道132，以及用于连接模具块199的各部分的孔。
喷嘴阵列1225、1325分别包括子阵列1222、1322和1228、1328。这样的子阵列可以包括至少1排喷嘴，优选地，尽管不一定在模具块的整个宽度上延伸。在特定的实施方式中，并且如图2A所示，子阵列1222、1322的喷嘴158’与子阵列1228、1328的喷嘴158”在从由喷嘴内径、喷嘴外径和喷嘴长度组成的组中选择的至少一个尺寸上显著不同，这里由不同的喷嘴内径或毛细管直径157’和157”表示。在当前上下文中，术语“显著不同”是指各自尺寸的差异至少为5％，通常大于10％。
提供具有不同特性的长丝的另一种方法包括将子阵列的喷嘴连接到单独的聚合物供应系统。
在该方法的第一变型中，只要使用不同的聚合物，就参考上述参考文件 PCT/EP2019/080293，以及如图3A所示，其中在与图2A类似的设置中，用于聚合物供应的腔130由分离装置131分成子腔室130’和子腔室130”，其分别向各个子阵列1222、1322和 1228、1328的喷嘴供给不同类型的聚合物，其中聚合物在至少一个定性特征如聚合物类型或定量参数如聚合物流速、聚合物压力方面不同，由此相差至少5％，通常大于10％，或在聚合物温度方面不同，由此相差至少5℃。可选地，喷嘴可以与同轴定位的子毛细管一起执行，以产生双组分或多组分纤维，其中为这种子毛细管提供了不同的、分别不混溶的聚合物类型。
对于这些变体中的任何一种，优选地执行喷嘴，以便通过对喷嘴的入口部分进行倒角来增强熔融聚合物的平滑流动。对于具有可移除喷嘴的实施方式，喷丝板块可以通过将倒角定位于凹槽中来执行，该凹槽可以填充有密封装置，以选择性地排除模具头的某些行，如引用的申请中更详细描述的，就喷嘴设计而言，明确参考引用的申请。
在该方法的第二种变体中，只要使用不同的聚合物，还可以参考上面引用的 PCT/EP2019/080291。
如图3B中所示，描绘了与图2B中的喷丝板块152类似的设置，一个子阵列1222、1322 的喷嘴158’可以经由第一熔融聚合物供应腔130’连接到第一单独的聚合物供应系统，第一熔融聚合物供应腔130’通过分离装置131与第二聚合物供应腔130”分离，并适于向第一子阵列 1222，1322供应第一类型的熔融聚合物，不同于经由第二熔融聚合物供应腔130”供应给不同子阵列1228、1328然后供应给喷嘴158”的熔融聚合物，其中聚合物在诸如聚合物类型的定性特征或诸如聚合物流速、聚合物压力的定量参数中的至少一个方面不同，从而相差至少5％，通常大于10％，或者在聚合物温度方面不同，从而相差至少5℃。可选地，喷嘴可以与同轴定位的子毛细管一起执行，以产生双组分或多组分纤维，其中为这些子毛细管分别提供了不同的、不混溶的聚合物类型。
再进一步，尽管通常不太优选，但是要从不同喷嘴中引入长丝的不同特性，方法是仅将不同设置应用于不同的淬火装置，如下所述。
再次参考图1，设备1000还包括淬火系统，该淬火系统包括淬火装置1510、1520、1530、 1540，邻近聚合物长丝入口1112、1113定位，以便至少向从长丝形成系统1220、1320离开的喷嘴阵列的外部喷嘴的长丝提供淬火流体。淬火的目的是控制刚离开长丝成形喷嘴的聚合物长丝的凝固和结晶，从而控制纤维网的性能，如注射成形、手感、拉伸性和撕裂强度。淬火还会影响纤维网的特性，例如通过纤维间融合以及纤维缠结。
淬火流体可以是气体，例如空气或蒸汽，或者是液体，例如水喷雾，或者其组合。淬火的影响取决于例如淬火流体的特性，如在淬火流体包括液体(例如水)的情况下的温度、蒸发势能(焓)、淬火流体流的方向和速度，以及相对于要接触的长丝数量的淬火流体的数量。通常，以低于长丝离开喷嘴时的温度提供淬火流体。
与没有成形箱的传统淬火系统相反，其中环境空气通过长丝流的运动从环境中被带走，优选的实施方式提供了具有受控特性的流体介质，例如调节的空气或水喷雾。
在本公开的特别优选的实施方式中，淬火系统适于选择性地控制单独的淬火装置。这与喷嘴子阵列的实施方式特别相关，对于喷嘴子阵列，长丝可以在模的相应上游和下游部分呈现不同的长丝特性。淬火装置的独立控制装置现在可以被影响且可对其进行调节，例如使其适于控制：
-淬火流体的类型，例如空气、蒸汽、水喷雾；
-流体的温度和能量含量；
-淬火流体流的量，可表示为：
-质量流速，以单位时间质量表示，
-或动量，以例如[kg*m/sec]表示，
-或质量通量，以[kg/(m2*sec)]表示；
-离开淬火装置时淬火流体流的速度，通常以米/秒表示；
-淬火流体流相对于相邻长丝流的方向；
在特定的实施方式中，当针对所得纤维网的高均质性时，该设备可包括或连接到横向可空间控制的喷射器，该喷射器能够在运行期间受操纵，以便当悬浮在流体介质中时控制颗粒材料(例如短纤维)的压力、速度、质量和/或流量CD曲线。在US2016/354736中公开了这种喷射器的具体实施方式，只要涉及到关于这种喷射器的具体公开，就可以明确引用US2016/354736。
尽管已经通过参考包括单个颗粒材料供应系统和两个聚合物长丝形成系统的设备描述了本设备，但是本领域技术人员将容易地意识到，可以存在更多的这些设备，可选地还包括更多数量的淬火装置。此外，壳体可以具有额外的开口以容纳其他添加剂、额外的淬火装置等。
方法
本公开通过允许调节多个操作参数，特别是通过允许独立控制子阵列和淬火装置的工艺条件，来允许迄今未知的操作来获得纤维网特性。
参考示意性地描述了在上面和图1中描述的设备的图4，示意性地描绘了材料流轨迹。一般来说，所有材料的轨迹都会受到重力、相应材料以及其他材料的材料特性(密度、尺寸)、流动特征(速度、方向)的影响，尤其是当流合并时以及材料共混时。在当前上下文中，术语“轨迹”指的是某些材料的流动路径，其可以—并且通常将—为材料的每个元素，即每个颗粒、纤维、长丝、液滴或流体元素呈现不同的路径。然而，在下面的解释中，认为“轨迹”示例性地表示元件的某些路径，从在相应入口处进入成形箱的材料到成形箱出口1119和收集装置1600。
在颗粒材料入口1114处进入成形箱的颗粒材料沿着颗粒材料流轨迹1450(由细虚线表示)向收集装置1600移动。颗粒材料流的速度可以从低至基本上仅由重力加速(例如，对于自由落入成形箱中的颗粒)到载流体的速度(例如，当纤维颗粒从各自的供应源气动输送时) 变化。
可以根据US’334的一般教导结合上述设备的特定实施例来形成聚合物长丝。
长丝轨迹1252、1352(粗实线)、1258、1358(细实线)取决于特定长丝从哪个部分释放，例如从子阵列1222、1228、1322、1328中的哪个释放，取决于长丝的特性，例如如上所述的尺寸、组成等，长丝从喷嘴排出的速度，以及释放喷嘴在子阵列中的位置。
应该注意的是，当长丝从喷嘴出来时基本上是连续的，但是在其到达收集装置时会分裂成一定长度的纤维。然而，在图2的展示中，认为连续长丝和所得纤维的轨迹是相同的。
淬火流体轨迹1515、1525、1235、1545主要取决于相应的淬火流体入口1512、1522、1532、1542的位置、淬火流体的类型、淬火流体流的方向和速度。因此，所有材料流的总体轨迹影响所有其他材料的轨迹，从而提供了材料的共混。大多数共混将在沉积在收集装置1600 上之前发生，尽管一些附加的共混可能在此处发生。
上面提到的用于影响每个材料流的轨迹的参数允许在很宽的范围内非常精确地控制共混以及所得的纤维网特征。再次参考图2，描述了特定的设置仅用于说明性目的，而不是限制性的目的。
首先，从第一模具块1220的第一子阵列1222释放的长丝和纤维的轨迹1252不与颗粒材料的轨迹相交，因此在收集装置上提供了无颗粒材料层。
如图2中示例性所示，颗粒材料1450的轨迹分别与从第一和第二模具块1220和1230的第二子阵列1228、1328释放的长丝或纤维的轨迹相交。
最终，从第二模具块1320的第一子阵列1322释放的长丝和纤维的轨迹1352不与颗粒材料的轨迹相交，从而在中心层的顶部上提供了无颗粒材料层。
因此，可以形成一种结构，该结构呈现出无颗粒表面和具有共混纤维和颗粒材料的中心层，其中表面的纤维呈现出与中心层中的纤维不同的尺寸，例如更细的直径。
此外，淬火流体的调节以及材料流和抽吸箱1700的抽吸力1750的平衡允许对最终材料的工程设计有更多更多的选择。
在一个特定的实例中，第二和第三淬火装置的调整可以是这样的，即当分别从第一和第二模具块的第二子阵列释放时，其不同地冲击长丝和纤维，作为一种功能，这些行长丝释放喷嘴更靠近淬火装置或更靠内。这实际上可以分别为长丝1258和1538提供逐渐变化的条件，例如温度或流速和方向，导致共混纤维网在其厚度或z方向上具有梯度的特性。
在纤维网形成后，可以对其进行进一步的加工步骤，以形成预成型或最终使用的制品，例如但不限于添加材料如粘合剂、施加压实、任选地图案化压实、切割、折叠或包装，例如压花操作、印刷操作、毛簇生成操作、热粘合操作、超声波粘合操作、穿孔操作、表面处理操作如施加洗剂、硅酮和/或其它材料及其共混物。
纤维网
用所描述的工艺在所描述的设备上制造的纤维网网呈现出z方向的几个具有纤维结构的区域。
在一个实例中，本公开的纤维结构呈现出孔体积分布，使得大于8％和/或至少10％和/ 或至少14％和/或至少18％和/或至少20％和/或至少22％和/或至少25％和/或至少29％和/或至少34％和/或至少40％和/或至少50％存在于纤维结构中的总孔体积存在于半径为2.5微米至50微米的孔中，如通过孔体积分布试验方法测得的，例如在上面引用的US2016/355950中描述的，关于该试验方法，明确参考US2016/355950。
尽管本公开可以用于制造众所周知的材料，但是其特征在于设备及其运行允许生产具有新特性的新型材料。
参考图5，由分别操作根据本公开的方法的设备而产生的纤维网的示例性实施方式的z 方向截面图描绘成具有两个纺喷纤维表面区域2110、2120、两个纺喷纤维内部区域2210、2220 和包含颗粒材料的中心区域2300。
其中，至少在内部区域的子区域中纺喷纤维与表面区域的纺喷纤维基本上不同。在本文中，术语“基本上不同”是指第一多根纤维呈现出不同于相邻区域的第二多根纤维的特性，其中特性的差异选自由以下特性组成的组中的一种或多种：
-纤维直径；
-纤维长度；
-纤维强度；
-纤维成分；
-聚合物类型；
-熔体流动指数或速率；
-纤维结构
-卷曲；
-截面组成。
总纤维网的总纤维网基重可大于约10g/m2，或大于约15g/m2，或大于约30g/m2，或大于约40g/m2，或大于约60g/m2，或大于约100g/m2，或甚至大于约150g/m2，和/或小于约500g/m2，或小于约300g/m2，或小于约150g/m2，或大于约100g/m2。
基本上不含颗粒材料的每个表面区域可以呈现出大于约0.5g/m2、或大于约1g/m2、或大于约2g/m2、和/或小于约20g/m2、或小于约10g/m2、或小于约5g/m2的表面区域基重。
颗粒材料可以体现大于约10g/m2、或大于约20g/m2、或大于约40g/m2、或大于约60g/m2、或大于约100g/m2、或大于约150g/m2、或大于约300g/m2、和/或小于约300g/m2、或小于约 150g/m2、或小于约100g/m2、或小于约50g/m2的颗粒材料基重。
与传统技术形成的纤维网相比，本公开允许创建从一个区域到相邻区域的更渐进的过渡—或者甚至内部区域2210、2220可以在中心区域2300中重叠。
与呈现出相应子层的相对清晰的分离的许多现有技术的多层执行方式相反，如上所述的方法和设备允许为纤维网提供从一个子区域到下一子区域的逐渐过渡。逐渐变化的特性可能是纤维特性，例如纤维类型、直径、卷曲，除其他参数外，还可能影响纤维网特性，例如局部孔体积分布或局部组成，其中术语“局部”是指体积至少是整体结构平均孔体积的三倍。
擦巾的用途
根据本公开的纤维网或在设备上制造的纤维网或根据本公开的工艺制造的纤维网可用作或用于个人、表面或食物清洁制品，也可用作液体吸收剂或吸附剂制品，或用作过滤介质。
纤维网特别适用于“卫生棉纸产品”，本文中所使用的“卫生棉纸产品”是指柔软的、典型的低密度(即小于约0.15g/cm3)纤维网，可用作尿后和排便后清洁(卫生纸)、直立喉科分泌物(面巾纸)、特别是多功能吸收和清洁用途(吸收毛巾)的擦拭工具。
本文中使用的术语“擦巾”是指包含一片纤维材料的制品。擦巾也称为“清洁纸”。擦巾，无论是干的还是湿的，旨在用于从有生命的或无生命的表面或物体上去除物质，或者将材料应用到有生命的或无生命的表面或物体上。例如，湿巾可用于清洁硬表面，例如地板。擦巾也可用于人类或动物清洁或擦拭，如肛门清洁、会阴清洁、生殖器清洁、面部和手部清洁。湿巾也可用于身体物质的应用，包括但不限于化妆品、皮肤调理剂、软膏和药物的应用。其还可以用于清洁或修饰宠物。另外，其可用于表面和物体的一般清洁，例如家用厨房和浴室的表面，眼镜，运动和体育器材，汽车表面等。在本公开中，擦巾可以是用于人类清洁的清洁纸。擦巾可以是擦巾并且包括洗剂。擦巾可以是湿擦巾。
本领域技术人员将认识到，本说明书集中于可以单独使用或彼此结合使用的几个实施例。
例如，通过参考不同的长丝厚度来解释该原理(见图2)并不意味着该原理不能用于呈现不同聚合物类型或特性或两者兼有的长丝。

Claims (10)

1.一种纤维网形成设备，适于形成共混纤维网，所述共混纤维网包括：
-颗粒材料，单独或组合选自由以下材料组成的组：短纤维和颗粒，
-纺喷型合成纤维，
所述纤维网形成设备包括：
-颗粒材料供应系统，定向为输送垂直向下移动的颗粒材料流；
-至少一个聚合物供应系统，所述聚合物供应系统适于向第一多排纺喷系统和第二多排纺喷系统提供聚合物材料，其中每个所述系统都适于形成纺喷纤维，并且包括一系列聚合物释放孔，所述聚合物释放孔包括至少两排横向延伸的聚合物释放孔，
-成形箱，适于形成包括所述颗粒材料和纺喷纤维的共混材料，所述成形箱包括：
o颗粒材料入口，连接到所述颗粒材料供应系统；
o两个纺喷纤维入口，每个都连接到所述第一多排纺喷系统和第二多排纺喷系统中的一个，和
o共混材料出口，
-收集装置，用于从所述成形箱的所述共混纤维出口收集共混的短纤维和纺喷纤维，且适于沿所述设备的机器方向移动，
由此所述成形箱的所述纺喷纤维入口的每一个在机器方向上定位在所述颗粒材料入口的上游和下游，
其特征在于，
-所述聚合物释放孔阵列包括至少第一子阵列和第二子阵列，每个子阵列包含至少1排孔，
其中至少一个所述子阵列的孔适于释放与不同子阵列的孔释放的纤维具有一个或多个不同特性的纤维，
所述一个或多个不同特性选自由以下各项组成的组：
所述子阵列的孔呈现不同的孔直径；
所述子阵列的孔连接到聚合物供应系统：
用于不同聚合物类型；
用于不同聚合物通量；
用于不同聚合物供应压力；
所述子阵列的孔连接到独立的温度控制系统。
2.根据权利要求1所述的纤维网形成设备，还包括淬火系统，所述淬火系统包括：
第一淬火装置机器，定向地定位于所述第一多排纺喷系统的上游；
第二淬火装置机器，定向地定位于所述第一多排纺喷系统和所述颗粒材料入口之间；
第三淬火装置机器，定向地定位于所述颗粒材料入口和所述第二多排纺喷系统之间；
第四淬火装置机器，定向地定位于所述第二多排纺喷系统的下游；
每个所述淬火装置适于将第一淬火流体流、第二淬火流体流、第三淬火流体流和第四淬火流体流分别释放到所述成形箱中；
并且所述淬火装置包括淬火流体流控制系统，所述淬火流体流控制系统适于通过所述控制系统的控制装置独立于所述淬火流体流中的至少一种来控制至少另一种淬火流体流的特性，
所述特性是单独或组合地选自以下特性组成的列表：
-将所述淬火装置连接到不同类型的淬火流体，
-淬火流体温度控制方式；
-淬火流体供应压力调节方式；
-淬火流体供应流速；
-淬火流体出口角度：
相对于纺喷头，
或相对于颗粒材料输送轴而言。
3.根据权利要求1或2所述的纤维网形成设备，还包括一个或多个零件，选自由以下零件组成的组：
-可移动的喷嘴；
-包括喷丝板块和喷嘴的整体模具头；
-相对于模具头轴线的可变模具头角度；
-连接到独立的聚合物供应系统的双喷嘴。
4.根据权利要求1或2所述的纤维网形成设备，其中包括具有比相应的其他子阵列的孔更大的直径的孔的两个多排纺喷系统的所述子阵列朝向所述颗粒材料入口机器方向定位。
5.根据权利要求1所述的纤维网形成设备，其中所述收集装置为成形带。
6.根据权利要求2所述的纤维网形成设备，其中所述淬火流体选自空气、水和蒸汽组成的组。
7.一种共混纤维网，包括：
-颗粒材料，单独或组合选自由以下材料组成的组：短纤维和颗粒，
-纺喷型合成纤维，
呈现x、y和z方向
包括沿x-y方向延伸的第一表面区域和第二表面区域，
包括纺喷型合成纤维，并且不含所述颗粒材料；
包括z方向定位于所述表面区域之间的中心区域，
包括共混的颗粒材料和纺喷型合成纤维，
其特征在于，
包含在所述中心区域中的所述纺喷型合成纤维与所述表面区域的所述纤维的不同之处在于选自由以下特性组成的组中的至少一种特性：
纤维直径；
聚合物类型；
纤维类型；
平均纤维长度；
纤维强度。
8.根据权利要求7所述的共混纤维网，其中进一步地，
所述中心区域的所述纺喷型合成纤维包括至少第一多根纺喷型纤维和第二多根纺喷型纤维，不同之处在于选自由以下特性组成的组中的一个或多个特性：
纤维直径；
聚合物类型；
纤维类型；
平均纤维长度；
纤维强度。
9.根据权利要求7或8所述的共混纤维网，其中进一步，
所述第一表面区域的第一类型合成纤维和所述第二表面区域的第二类型合成纤维相等。
10.根据权利要求7或8所述的共混纤维网，其中所述短纤维是纸浆纤维，并且所述颗粒是高吸收性颗粒。
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