DE69033812T2

DE69033812T2 - Verfahren und Anlage für Fasern-Bildung

Info

Publication number: DE69033812T2
Application number: DE69033812T
Authority: DE
Inventors: Martin A. Allen; Richard N. Ii Dodge; John T. Fetcko Iii; Larry C. Fowler; Ann L. Wagner
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2010-06-08
Also published as: EP0633339A2; DE69021781D1; DE69021781T2; ES2076256T3; BR9002673A; MY107297A; KR0128432B1; EP0633339A3; DE69033812D1; EP0401829A3; CA2016289C; AU4176293A; AU5605990A; JPH11247062A; JPH0397907A; ATE126843T1; EP0401829B1; EP0633339B1; JP2911963B2; EP0401829A2

Description

Die Herstellung von Vliesstoffen ist eine hochentwickelte Technik. Im Allgemeinen werden Vliesbahnen oder -matten hergestellt, indem Filamente oder Fasern mit unterschiedlichem oder spezifischem Durchmesser gebildet werden und diese derart auf einem Träger abgelagert werden, dass die Filamente oder Fasern zu einer Bahn eines gewünschten Flächengewichts überlappen oder sich verschlingen.
Bei dem Versuch, die Form der verarbeiteten Fasern zu steuern, die ihrerseits die Eigenschaften der gebildeten Bahn beeinflussen, sind verschiedene Mittel entwickelt worden. Zum Beispiel offenbart U.S.-Patent 2,571,457, ausgegeben am 16. Oktober 1951 an Ladisch, eine Sprühdüse zur Bildung von Filamenten und/oder Fasern mit Durchmessern von etwa einem Mikrometer und kleiner, indem ein Polymerstrom durch die mittlere Öffnung einer Auslassdüse geführt wird, wobei ein elastisches Fluid, wie beispielsweise Luft, dazu gebracht wird, sich spiralförmig in Richtung des Scheitels eines Kegels zu winden. U.S.-Patent 3,017,664, ausgegeben am 23. Januar 1962 an Ladisch, offenbart eine Faserbildungsauslassdüse, bei der ein Strom aus Polymermaterial aus einer Auslassdüsenöffnung in Form eines Rohrs austritt, wobei die Bildung des Rohrs erzielt wird, indem das Polymer über die Außenwand eines kreisförmigen Körpers ausgebreitet wird, der in der Öffnung angeordnet ist. Ein elastisches Fluid, das mit einer sehr großen Geschwindigkeit spiralförmig um den Polymerfilm rotiert, erzeugt ein Vakuum zwischen dem Film und dem elastischen Fluid. Es werden Fasern aus dem Film aus faserbildender Flüssigkeit aufgenommen und in dem elastischen Fluid auseinandergezogen, damit sie fein werden. Obwohl beide Patente von Ladisch sich spiralförmig windende Luft offenbaren, die den Harzstrom aus einer Öffnung umgibt, wird die ausströmende Luft durch Auslassdüsenöffnungen abgegeben, die den Polymerstrom nicht umgeben.
U.S.-Patent 3,543,332, ausgegeben am 1. Dezember 1970 an Wagner et al., offenbart die Herstellung von Fasern unter Verwendung einer Spinnauslassdüse, wobei die Spinnauslassdüse eine mittlere Öffnung zur Bildung eines Polymerstroms und zusätzliche Öffnungen aufweist, die die mittlere Öffnung für das Durchströmen von faserbildender Luft umgeben.
U.S.-Patent 3,755,527, ausgegeben am 28. August 1973 an Keller et al., offenbart ein Verfahren zur Herstellung von schmelzgeblasenen synthetischen Polymervliesmatten. Das Schmelzblasverfahren verwendet eine Mehrzahl von Extrusionsöffnungen, durch die ein geschmolzenes Polymerharz extrudiert wird. Auf jeder Seite der Mehrzahl von Öffnungen befindet sich ein Schlitz für heiße Luft zum Zuführen eines heißen Gasstroms in Form eines zusammenhängenden Stroms auf jeder Seite der Mehrzahl von Faserströmen, die aus dem Harz gebildet werden. Um Fasern mit einem Durchmesser zwischen 10 und 40 um zu erzeugen, werden Kombinationen aus der Temperatur der Düsenspitze, der Harzstromgeschwindigkeit und der relativen Molekülmasse des Harzes gewählt, um eine scheinbare Viskosität in den Düsenlöchern von etwa 10 bis 800 Poise zu erzielen (1 Poise = 100 mPa. s). Die Viskosität wird daraufhin auf einen betriebsfähigen Bereich eingestellt, indem die Temperatur der Düsenspitze verändert wird.
U.S.-Patent 3,905,734, ausgegeben am 16. September 1975 an Blair, offenbart Verbesserungen für eine Vorrichtung zur Endlos-Rohrbildung durch Schmelzblasverfahren. Die Baugruppe verwendet messerartige Ströme aus Formiergas auf jeder Seite einer Polymeraustrittsöffnung.
U.S.-Patent Nr. 3,978,185, ausgegeben am 31. August 1976 an Buntin et al., offenbart einen schmelzgeblasenen Vliesmatte, der aus thermoplastischen Polymerfasern hergestellt wird, die als im Wesentlichen vollständig frei von Polymerschuss angegeben werden und bei einer großen Polymerdurchsatzgeschwindigkeit in einem spezifischen Schmelzblasverfahren hergestellt werden, bei dem thermoplastische Polymerharze mit einem spezifischen Viskositätsbereich in Anwesenheit einer Ausgangsverbindung mit freiem Radikal zersetzt werden.
U.S.-Patent Nr. 4,135,903, ausgegeben am 23. Januar 1979 an Oshido et al., und 4,185,981, ausgegeben am 29. Januar 1980 an Oshido et al., offenbaren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus einem bei Wärme erweichenden Material unter Verwendung von Gasströmen mit hoher Geschwindigkeit, die das geschmolzene Polymer dazu veranlassen, um seine Mittelachsenlinie zu rotieren und es in eine im Wesentlichen kegelförmige Form umwandeln, deren Querschnitt sich in Richtung seiner Flussrichtung stufenweise zu einem ersten Kegel verringert, und die veranlassen, dass es von der Spitze des Kegels in Flussrichtung in Form einer Faser und auswärts in der radialen Richtung in einem zweiten Kegel weiter befördert wird.
Patent EP 0293 065 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Erzeugung von viskosen Fluidfasern, Tröpfchen und Kombinationen davon, einschließlich Schmelzkleber und anderen Fluiden, das umfasst: Sprühen eines Stroms eines solchen Druckfluids durch eine feine Öffnung und entlang einer vorherbestimmten Richtung im Freiflug und gleichzeitiges Richten eines Druckluftkegels auf den Strom, wobei dieser in seinem Freiflug unterhalb der Öffnung geschnitten wird, um die Art, die Abmessungen und das Muster der resultierenden Fluidbeschichtung auf die Oberflächen, die darunter angeordnet sind, zu steuern.
Es bleibt wünschenswert, ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung von Fasern aus geschmolzenen faserbildenden Harzen zu entwickeln, die geeignet sind, um daraufhin Vliesstoffe aus den gebildeten Fasern zu bilden, wobei die Vorrichtung und das Verfahren einen erhöhten Durchsatz auf einer Pro-Loch-Basis und einen größeren Betriebsbereich bereitstellen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem selbständigen Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß dem selbständigen Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung werden aus den Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung, den Beispielen und den Zeichnungen ersichtlich. Weitere Einzelheiten dieser Anwendungsgebiete werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich. Die Patentansprüche verstehen sich als erster, nicht beschränkender Versuch der Definition der Erfindung im Allgemeinen.
Die Erfindung stellt Mittel zur Herstellung von Vliesstoffen bereit, die für eine breite Vielfalt von Anwendungen geeignet sind, wie beispielsweise für persönliche Hygieneprodukte, Haushaltsreinigungsmaterialien, Wischtücher und dergleichen. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein neuartiges Verfahren und Mittel zur Bildung von Fasern aus einem faserbildenden thermoplastischen Polymerharz bereit, das zur Bildung einer Vliesbahn geeignet ist.
Die Vorrichtungen und Verfahren, die in den oben angegebenen Verweisen beschrieben sind, sind recht gut geeignet, flache Stoffe oder Bahnen aus Vliesmaterial zu bilden, die meistens einer zusätzlichen Verarbeitung zur Eingliederung in andere Produkte, wie beispielsweise Windeln und andere persönliche Hygieneartikel, oder einer nachfolgenden Umwandlung in solche Artikel wie beispielsweise Einwegarbeitskleidung unterzogen werden. Mit fortschreitender Vliesfaserbildungstechnologie sind jedoch die Anwendungsgebiete für solche Materialien stark erweitert worden, und da neue Anwendungsbereiche gefunden werden, werden die Konstruktionsbeschränkungen der gegenwärtigen Anlagen offensichtlicher. Des Weiteren werden auf Grund der ansteigenden Kosten der Polymere, die für die Bildung von Fasern verwendet werden, die Gesamtherstellungskosten ein immer wichtigerer Faktor. Die Erfindung stellt einen Weg bereit, die Kosten des Vliesmaterials zu verringern, indem ermöglicht wird, die Produktionsfähigkeit der Anlage zu erhöhen, während bei gegenwärtigen Schmelzblasanlagen starke Beschränkungen hinsichtlich der Polymerdurchsatzmenge bestehen, die von den Schmelzblasdüsen toleriert werden kann. (Mit zunehmenden Polymerviskositäten und - drücken nimmt auch die Wahrscheinlichkeit zu, dass die Düsen selbst brechen oder an ihnen ein Reißverschlusseffekt auftritt, wie in der Industrie bekannt ist.)
Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, die wesentlich höhere Polymerdrücke und daher größere Durchsätze auf einer Pro-Loch-Basis im Vergleich zu normalen Konstruktionen von Schmelzblasdüsenspitzen zulassen.
Ein anderes größeres Problem bei früherer Vliesfaserbildung und den resultierenden Vliesbahnen ist ein Phänomen, das "Schuss" genannt wird. Schuss tritt auf, wenn die ziehende Luft nicht angemessen auf den extrudierten Polymerstrom angewendet wird. Wenn dieser Zustand auftritt, bilden sich zusammen mit den Fasern kleine Polymertropfen, wodurch sich der gebildete Bahn sehr rauh anfühlt. Dies kann durch die Auslegung der Anlage, eine ungeeignete Einstellung des Luft-Polymer-Verhältnisses, die Verarbeitungsbedingungen oder eine Kombination aus allen dreien verursacht werden. Bei fast allen Anwendungen ist Schuss nicht wünschenswert.
Die vorliegende Erfindung stellt jedoch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit einem wahlweise erhöhten Luftstrom zum extrudierten Polymer und um dieses herum bereit, um Schuss zu verringern und die Faserbildungseffizienz zu erhöhen oder das Verfahren, falls nötig, umzukehren.
Da die Anforderungen an Vliesmaterialien komplexer werden, ist es manchmal wünschenswert, Vliesmaterialien zu bilden, die aus eng verschlungenen Fasern unterschiedlicher Polymerzusammensetzung und/oder Fasergröße bestehen. Die gegenwärtige Generation von Materialien, die mehr als ein Polymer und/oder eine Faser verwenden, erfordert typischerweise eine Herstellung in einem mehrreihigen Schichtaufbau, bei dem eine Reihe von Düsen Fasern einer Größe oder eines Polymers bildet, während ein anderer Satz von Düsen Fasern einer anderen Größe oder eines anderen Polymers erzeugt.
Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, die die Bildung von Mehrkomponenten- Vliesmaterialien in einer lokalisierteren und effizienteren Weise ermöglichen.
Ein anderer Nachteil der gegenwärtigen Schmelzblasvorrichtungen und -verfahren liegt in ihrer Unfähigkeit, Vliesmaterialien zu erzeugen, die eine dreidimensionale Struktur aufweisen und/oder in ihrer Dichte entweder in der Bearbeitungsrichtung oder in der Querrichtung oder in beiden Richtungen in Zonen eingeteilt sind. Ein Hauptgrund dafür ist die Tatsache, dass die Schmelzblasanlage, wie in den oben genannten Verweisen beschrieben, in ihrer Gestaltung eben ist und auf Grund der Heizanforderungen des Polymers und des Problems des Verstopfens der Düsenöffnungen durch stockendes Polymer auf einer kontinuierlichen Basis betrieben werden muss. Folglich können die Zyklen einer solchen Anlage nicht ein- und ausgeschaltet werden, um Vliesmaterialien mit unterschiedlicher Dichte und anderen unterschiedlichen Eigenschaften zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, die eine zyklische Freigabe von Polymer während des Faserbildungsverfahrens ermöglichen.
Bei gegenwärtigen Schmelzblasanlagen, die in den oben angegebenen Verweisen beschrieben werden, werden Produktionsdurchläufe bei einer spezifizierten Breite durchgeführt, die gewöhnlich der Breite der Reihe von Schmelzblasdüsenspitzen oder -öffnungen entspricht. Um die Breite zu verändern, müssen die Löcher verstopft oder das System abgeschaltet werden, um die Straße mit kleineren oder größeren Reihen von Düsenspitzen neu zu bestücken. Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, die Online-Veränderungen der Produktionsbreiten des Vliesmaterials ermöglichen. Schließlich verstopfen gegenwärtige Schmelzblasanlagen häufig, wenn die kleinen Düsenöffnungen mit erhärtetem Polymer gefüllt werden. Gewöhnlich kann bei laufender Maschine wenig getan werden, um die Löcher zu säubern. Während einige verstopfte Löcher die Produktionsqualität normalerweise nicht beeinträchtigen, muss die Düse, wenn zu viele Öffnungen verstopft sind, ausgebaut und gereinigt werden - ein kostspieliges und zeitraubendes Verfahren.
Die vorliegende Erfindung stellt daher ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit, die selbstreinigend sind. Diese und andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einer weiteren Durchsicht der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen deutlicher.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung von Fasern aus einem faserbildenden Harz bereitgestellt, das die Schritte umfasst: Bilden eines Harzstroms aus einem Formgehäuse, welches mindestens eine Harzauslassöffnung aufweist, wobei sich der Strom entlang einer ersten Achse erstreckt, wobei die Harzauslassöffnung sich in einer Vertiefung in dem Gehäuse befindet, und Verfasern des Harzes, um Fasern zu bilden, indem man ein primär verfaserndes Fluid in vollständig umgebenden Kontakt mit dem Harzstrom strömen lässt, wobei das primär verfasernde Fluid sich um die Polymerquelle windet, während es durch die Düsenspitze extrudiert wird, und wobei das primär verfasernde Fluid in einem Primärfluidstromwinkel zwischen etwa 15 und 60 Grad mit dem Harzstrom in Kontakt kommt, wobei der Winkel als Innenwinkel zwischen dem Schnittpunkt der ersten Achse des Harzstroms und einer Linie tangential zu dem Strom des primär verfasernden Fluids gemessen wird.
Bei einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung 10 zur Bildung von Fasern 22 aus einem faserbildenden Harz bereitgestellt, die umfasst: ein Düsengehäuse 29 mit einer Harzkammer zur Aufnahme einer Zufuhr von geschmolzenem, faserbildendem Harz, wobei die Kammer eine mit ihr in Fluidverbindung stehende Harzauslassöffnung 41 aufweist, um das geschmolzene Harz in Form eines Stroms auszustoßen, wobei der Strom eine erste Achse 61 definiert, wobei ein primär verfaserndes Mittel 43 die Harzauslassöffnung 41 vollständig umgibt, um das Harz in Fasern 22 zu ziehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Harzauslassöffnung sich in einer Vertiefung in dem Düsengehäuse befindet und dass sich das primär verfasernde Fluid um die Polymerquelle windet, während es durch die Düsenspitze extrudiert wird.
Eine Vorrichtung der Art zur Bildung einer Vliesbahn aus einem faserbildenden, thermoplastischen Polymerharz kann ein Behältermittel für die Zufuhr einer Menge von geschmolzenem faserbildendem, thermoplastischem Polymerharz sowie ein Pumpenmittel umfassen, um das Harz aus dem Behältermittel zu einer faserbildenden Düse zu pumpen. Das Düsenmittel bildet einen diskreten Harzstrom, der aus dem Behältermittel gepumpt werden kann. Das Düsenmittel umfasst ein Verfaserungsmittel zur Bildung von Fasern aus dem Harzstrom unter Verwendung eines ersten Fluiddurchgangsmittels zur Bildung eines Fluidstroms, wie beispielsweise Luft, der mit dem gebildeten Harzstrom über einen vorherbestimmten Abstand innerhalb des Düsenmittels in Kontakt kommen kann und diesen im Wesentlichen umgibt. Das Verfaserungsmittel kann des Weiteren ein zweites Fluiddurchgangsmittel umfassen, um weiter mit den gebildeten Fasern in Kontakt zu kommen und diese zu verfeinern. Ein Aufnahmemittel kann in einem einstellbaren, vorherbestimmten Abstand vom Düsenmittel beabstandet sein und kann die Fasern sammeln, die vom Fluiddurchgangsmittel gebildet werden, wodurch der Vliesstoff gebildet wird. Ein hydraulisch betätigter Schaft innerhalb des Düsenmittels kann eine An-/Aus-Steuerung bereitstellen, um den Strom des faserbildenden Harzes selektiv zu stoppen. Der Schaft kann des Weiteren verwendet werden, um Harzstücke aus dem Düsenmittel zu entfernen.
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind leicht zu erkennen, da diese unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich wird, wobei:
Fig. 1 eine schematische Veranschaulichung einer Vorrichtung ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Düse ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 3 eine obere Draufsicht einer Düsenplatte ist;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht ist, die im Wesentlichen entlang der Linie 4-4 aus Fig. 3 genommen ist;
Fig. 5 eine vergrößerte, fragmentarische Querschnittsansicht der Auslassdüse innerhalb der Düsenanordnung ist;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer Auslassdüse ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 7 eine Draufsicht ist, die im Wesentlichen entlang der Linien 7-7 aus Fig. 6 genommen ist;
Fig. 8 eine Seitenansicht einer anderen Auslassdüse ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 9 eine Endansicht der Auslassdüse ist, die in Fig. 8 gezeigt ist;
Fig. 10 eine andere Seitenansicht der Auslassdüse aus Fig. 6 ist, die den Rillenwindungswinkel G' zeigt;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht der Auslassdüse aus Fig. 6 ist, die den Rillenangriffswinkel H' zeigt;
Fig. 12 eine Seitenansicht noch einer anderen Ausführungsform einer Auslassdüse ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
Fig. 13 eine Draufsicht ist, die im Wesentlichen entlang der Linien 13-13 aus Fig. 12 genommen ist.
Eine Vorrichtung der Art zur Bildung einer Vliesbahn aus einem faserbildenden, thermoplastischen Polymerharz ist schematisch bei 10 in Fig. 1 gezeigt. Im Allgemeinen umfasst die Vorrichtung einen Behälter 12 zur Zufuhr einer Menge von geschmolzenem, faserbildendem, thermoplastischem Polymerharz. Solche Harze sind in der Technik bekannt. Beispiele solcher Harze, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polypropylen, Polyethylen, Polyester, Polyetherestercopolymer, Polyurethan, Polyetheramidcopolymer, Styrolethylen und Butenpolymer. Des Weiteren können die Eigenschaften solcher Polymere und Copolymere durch die Zugabe verschiedener Strömungsmodifikatoren und anderer Additive, die Fachleuten bekannt sind, weiter verbessert werden.
Viele dieser Polymere können auf Grund der hohen Viskositäten der Polymere, die einen Reißverschlusseffekt der Düse bei erhöhten Drücken hervorrufen können, schlecht oder überhaupt nicht bei Hochgeschwindigkeitsdurchsätzen in bestehenden Anlagen, wie beispielsweise Schmelzblasanlagen, verwendet werden. Beispiele solcher Polymere umfassen PET Polyester, Styrolethylen, Butencopolymere und Polyetherestercopolymere. Wie anhand der unten aufgeführten Beispiele gezeigt, können diese Polymere unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung extrudiert werden.
Der Behälter 12 umfasst im Allgemeinen ein Mittel zum Schmelzen des Polymerharzes und zum Aufrechterhalten des geschmolzenen Zustands des Harzes. Typische Harze schmelzen bei Temperaturen im Bereich von 149 bis 260 Grad C. Daher muss der Behälter in der Lage sein, Harztemperaturen mindestens innerhalb dieses Bereiches aufrecht zu erhalten. Eine Pumpe 14 pumpt das geschmolzene Harz aus dem Behälter 12 zu einer oder mehreren faserbildenden Düsen, die allgemein mit 16 bezeichnet sind. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Quelle für Druckluft 18 zum Betrieb einer An-/Aus- Steuereinrichtung, die unten erörtert wird, sowie eine Quelle für Verfaserungsfluid 20, um das geschmolzene Harz zu verfasern, wie unten erörtert. Es ist zu beachten, dass eine einzelne Düse 16 oder eine Baugruppe aus mehreren Düsen, wie in Fig. 3 und 4, verwendet werden kann, um gemäß der vorliegenden Erfindung Fasern und Vliesmaterialien zu bilden.
Die Fasern 22, die aus der Düse 16 herauskommen, werden in einer Aufnahmebaugruppe, wie beispielsweise einem Drahtbildungsendlosband 24, in Form einer Bahn 26 gesammelt. Die Aufnahmebaugruppe kann ein Mittel 27 zur Erzeugung eines Vakuums unterhalb des Aufnahmeabschnitts des Bands 24 umfassen, um die Bahn 26 wirksam an der Riemenfläche zu halten und die Dichte der resultierenden Vliesbahn 26 zu beeinflussen. Die Aufnahmefläche des Bands 24 ist um einen vorherbestimmten Abstand A' von der Düse 16 beabstandet. Die gebildete Bahn 26 kann auf einer Aufwickelrolle 28 gesammelt werden. Alternativ kann die Bahn 26 stromabwärts vom Bildungsverfahren weiter verarbeitet werden. Im Allgemeinen beträgt der Bildungsabstand A' zwischen etwa 7 und 100 Zentimeter.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 weist die faserbildende Düse 16 in ihrer einfachsten Art ein Hauptgehäuse 29 zur Aufnahme einer Düsenbaugruppe mit einer Harzauslassdüse 31 auf, die in einer Luftbildungskammer 33 angeordnet und mit einer Luftplatte 35 bedeckt ist. Die Luftplatte 35 kann eine Mehrzahl von Öffnungen zur Anbringung über einer Mehrzahl von Auslassdüsen umfassen. Fig. 3 und 4 zeigen vier Baugruppen 36 in Reihe. Alternativ können die Baugruppen in mehreren Reihen ausgerichtet sein oder gestaffelt sein, um die Anzahl von Öffnungen pro Breite der Einheit zu vergrößern. Die Harzauslassdüse 31 ist ihrerseits mit einer zurückziehbaren Tauchkolbenbaugruppe 37 (ein Teil der An- /Aus-Steuereinrichtung) ausgestattet, die die Unterbrechung des Harzstromes und die Reinigung der Auslassdüsenöffnung ermöglicht. Die Düse 16 ist dafür ausgelegt, sowohl die Zufuhr von Luft als auch von geschmolzenem Harz zu empfangen. Die Luft wird getrennt verwendet, um die zurückziehbare Tauchkolbenbaugruppe 37 zu betreiben und das geschmolzene Harz in Fasern zu ziehen und zu verfeinern, wie unten ausführlicher beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und bei Verfolgung des Stromes des geschmolzenen Harzes vom Eintritt zum Austritt aus der Düse 16 tritt das geschmolzene Harz durch die Harzeinlassöffnung 38, die in das Innere der Auslassdüse 31 führt, die in der Düse 16 angeordnet ist, zuerst in das Hauptgehäuse 29 der Düse 16 ein. Die Auslassdüse 31 enthält eine Harzkammer oder einen Hauptstromkörper 39, der die hydraulisch betätigte Tauchkolbenbaugruppe 37 aufnimmt und umgibt. Folglich stehen die Harzeinlassöffnung 38 und der Hauptstromkörper 39 miteinander in Fluidverbindung. Wenn das geschmolzene Harz in den Hauptstromkörper 39 eintritt, füllt es die Kammer und setzt sie unter Druck. Das geschmolzene Harz wird daraufhin durch eine Harzfluidkapillare 40 aus der Kammer freigegeben, um durch eine Harzauslassöffnung 41, die in der Luftplattenbaugruppe 35 angeordnet ist, Fasern zu bilden. Anfangs liegt die Tauchkolbenbaugruppe 37 am Boden der Harzauslassöffnung 41 an, wodurch die Freigabe des geschmolzenen Harzes verhindert wird. Wenn der Tauchkolben 37 zurückgezogen wird und daher nicht mehr an der Harzauslassöffnung 41 anliegt, kann das Harz aus dem Hauptstromkörper 39 austreten und so mit der Bildung der Fasern 22 beginnen.
Um das Harz, das aus der Harzauslassöffnung 41 austritt, zu verfasern und zu verfeinern, wird Verfaserungs-/Verfeinerungs-Luft oder ein anderes Fluid verwendet, um die Polymerquelle gewunden zu werden und das Harz in Fasern 22 zu ziehen. Folglich ist das Düsenmittel 16 mit einem primären und, falls gewünscht, mit einem sekundären Verfaserungsmittel zum Ziehen und Verfeinern der Fasern 22 ausgestattet.
Luft oder eine andere Fluidverfaserungsquelle tritt durch eine Fluideinlassöffnung 42 in die Düse 16 ein. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, steht die Fluideinlassöffnung 42 in Fluidverbindung mit der Luftbildungskammer 33, die durch den Abstand zwischen dem Inneren des Hauptformgehäuses 29 bzw. der Luftplatte 35 der Düse 16 und dem Äußeren der Auslassdüse 31 gebildet wird. Die Luftbildungskammer 33 umgibt mindestens den unteren Abschnitt der Düse 31 und erstreckt sich in die Luftplattenbaugruppe 35, wo sie in einer ringförmigen Fluidauslassöffnung 43 endet. Die Fluidauslassöffnung 43 weist typischerweise einen Durchmesser im Bereich von 3,0 bis 5,0 mm auf. Es ist diese Fluidauslassöffnung 43, die das primäre Mittel zur Verfeinerung und Verfaserung der Fasern 22 bildet. Wenn der Durchmesser der Fluidauslassöffnung 43 verkleinert wird, wird die Verfaserungs-/Verfeinerungsluft beschleunigt, wodurch die Fasern 22 stärker verfeinert werden.
Zur weiteren Verfeinerung und Verfaserung der geschmolzenen Fasern 22 kann weiterhin ein zweites Verfaserungsmittel verwendet werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 kann die Luftplattenbaugruppe 35 mit sekundären Fluidauslassöffnungen 44 versehen werden, die radial und axial auswärts von der ersten oder primären Fluidauslassöffnung 43 beabstandet angeordnet sind, um eine Vielzahl von sekundären Fluidströmen zu erzeugen, die auf das geschmolzene Harz auftreffen und dieses weiter zu Fasern verfasern. Diese sekundären Fluidauslassöffnungen 44 stehen über Fluidkanäle 45 mit der Luftversorgung 20 in Fluidverbindung, wobei die Fluidkanäle 45 die sekundären Fluidauslassöffnungen 44 mit der Luftbildungskammer 33 verbinden. Alternativ können die sekundären Fluidauslassöffnungen 44, wobei dies nicht gezeigt ist, mit einer unabhängigen Druckfluidquelle verbunden sein, so dass die Art und/oder der Druck des davon ausströmenden Fluids unabhängig von dem ersten Verfaserungsfluid gesteuert werden kann. Wichtig für die korrekte Faser- und Vliesbahnbildung ist das Gleichgewicht zwischen der Bildung der Fasern und ihrer darauffolgenden Verfeinerung. Daher werden die Gestaltung und die wechselseitige Einwirkung zwischen der Auslassdüse 31 mit ihrem Harzauslass 41 und dem primären und sekundären Verfaserungsfluidstrom noch ausführlicher dargestellt.
Wie in Fig. 5 und in Verbindung mit Fig. 2 ausführlicher gezeigt, kommen die Harzauslassöffnung 41 und die ringförmige Fluidauslassöffnung 43 direkt oberhalb einer ringförmigen Wand 46 zusammen, die in der Luftplatte 35 der Düse 16 angeordnet ist. Die Höhe der ringförmigen Wand 46 wird durch den Abstand B' zwischen den Linien 48 und 49 bestimmt. Dieser Abstand B' ist gegenwärtig durch Bearbeitungsfähigkeiten beschränkt; jedoch beträgt die Höhe B' der ringförmigen Wand 46 vorzugsweise weniger als 0,5 Millimeter. Wenn diese Höhe übermäßig groß wird, sammelt sich geschmolzenes Harz, das aus dem Harzauslass 41 austritt, an der ringförmigen Wand 46, wodurch große Tröpfchen aus geschmolzenem Harz entstehen, die auf die gebildete Vliesbahn 26 befördert werden. Diese großen Tröpfchen werden als "Schuss" bezeichnet und können abhängig von dem Endverwendungszweck der Fasern bzw. der Vliesbahn wünschenswert sein oder nicht.
Da die Harzauslassöffnung 41 und die Fluidauslassöffnung 43 direkt oberhalb der ringförmigen Wand 46 zusammentreffen, kann die Auslassdüse 31 und daher die Harzauslassöffnung 41 im Verhältnis zur Luftplatte 35 verändert werden, um das Ausmaß der Vertiefung innerhalb der Düse 16 zu variieren. Dieser Abstand C' wird zwischen dem Ende der Harzauslassöffnung 41 (Linie 50) und dem Boden der ringförmigen Wand 46 (Linie 48) gemessen. Durch Einstellen dieses Abstands C' können die Auswirkungen der Luft, die aus der Fluidauslassöffnung 43 ausströmt, variiert werden, um die Verfaserung des geschmolzenen Harzes fein einzustellen. Vorzugsweise beträgt der Vertiefungsabstand C' mehr als 0 und bis zu 5 Millimeter, obwohl der Abstand von den Anforderungen an den Luftstrom, die Polymerviskosität und verschiedenen anderen Faktoren abhängt, die zusammengenommen eine wirkungsvolle Steuerung und Verfaserung des geschmolzenen Harzes zum Ergebnis haben. Bei 0,0 Millimeter bzw. keiner Vertiefung würden das Ende der Auslassdüse, d. h. die Harzauslassöffnung 41, und die Fluidauslassöffnung 43 im Wesentlichen auf derselben Ebene liegen, die durch die äußere Fläche des Luftplattenabschnitts 35 des Düsengehäuses 29 abgegrenzt wird. Dieselbe Ebene würde ebenfalls die Linie 48 mit einschließen, die in Fig. 5 gezeigt ist. Im Allgemeinen bewegt sich die Luft, die aus der Fluidauslassöffnung 43 austritt, mit einer höheren Geschwindigkeit, wenn der Abstand C' verringert wird, wodurch das Harz, das aus der Harzauslassöffnung 41 austritt, stärker verfeinert wird. Wenn umgekehrt der Abstand C' vergrößert wird, bewegt sich die Luft, die aus der Fluidauslassöffnung 43 austritt, mit einer niedrigeren Geschwindigkeit, wodurch das Harz, das aus der Harzauslassöffnung 41 austritt, weniger stark verfeinert wird. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass sich die Auslassdüse 31 in bestimmten Fällen über die Ebene hinaus erstrecken kann, die durch die äußere Fläche des Düsengehäuses 29 abgegrenzt wird.
Bei der Düse 16 wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 5 der Fluidauslassöffnung 43 über die Einlassöffnung 42 in der Seite des Hauptgehäuses 29 Luft zugeführt. Die Einlassöffnung 42 leitet die Luft in die Luftbildungskammer 33, die die Auslassdüse 31 umgibt, und die mit der Fluidauslassöffnung 43 in der Luftplatte 35 verbunden ist. Die Luftbildungskammer 33 weist eine Hohlraumfläche auf, die allgemein bei 56 gezeigt ist. Die Hohlraumfläche 56 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 58 auf, der im Querschnitt gesehen im Wesentlichen eine Ringform aufweist, sowie einen zweiten kegelstumpfförmigen Abschnitt 60, der innerhalb der Luftplatte 35 angeordnet ist. Die Fläche 60 ist um den sogenannten primären Fluidflusswinkel geneigt, der durch den Winkel D' in Fig. 4 und 5 definiert ist. Dies ist der Winkel, mit dem das primäre Verfaserungsfluid auf den Fluss des geschmolzenen Harzes, das in Richtung der ersten Achse 61 fließt, gerichtet wird. Der primäre Fluidflusswinkel D' ist der Winkel zwischen der vertikalen bzw. ersten Achse 61 der Auslassdüse 31 und einer Linie 51, die tangential zur Fläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts 60 verläuft. Im Allgemeinen sollte der primäre Fluidflusswinkel D' zwischen etwa 15 und 60 Grad betragen. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass diese erste Achse 61 den Anfangsflussweg des geschmolzenen Harzes definiert, wenn es aus der Harzauslassöffnung 41 austritt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 5 kann die Luftplattenbaugruppe 35 mit sekundären Fluidauslassöffnungen 44 ausgerüstet werden, die radial und axial außerhalb der ersten bzw. primären Fluidauslassöffnung 43 voneinander beabstandet sind, um eine Mehrzahl von sekundären Fluidströmen zu erzeugen, die auf das geschmolzene Harz stoßen und dieses weiter zu Fasern verfasern. Diese sekundären Fluidauslassöffnungen 44 stehen über Fluidkanäle 45, die die sekundären Fluidauslassöffnungen 44 mit der Luftbildungskammer 33 verbinden, mit der Luftversorgung 20 in Fluidverbindung. Alternativ können die sekundären Fluidauslassöffnungen 44 mit einer unabhängigen Fluidquelle verbunden sein, so dass die Art und/oder der Druck des Fluids, das davon ausströmt, unabhängig von der primären Verfaserungsquelle gesteuert werden können, wobei dies nicht gezeigt ist. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass die sekundären Fluidauslassöffnungen 44 runde oder anders geformte Querschnitte mit variierenden Abmessungen aufweisen können, um unterschiedliche Faserformungseffekte zu erzielen.
Die sekundären Fluidauslassöffnungen 44 sind radial einwärts in Richtung der Längsachse 61 der Auslassdüse 31 abgewinkelt, so dass das sekundäre Verfaserungsfluid in einem vorherbestimmten Winkel auf die zuvor geformten Fasern 22 auftrifft. Dieser Winkel wird als sekundärer Fluidflusswinkel E' bezeichnet und wird als Innenwinkel zwischen der ersten Achse des Harzflusses (ebenfalls zwischen der Längsachse 61 der Auslassdüse 31) und einer Linie 52 gemessen, die tangential zu einem der Fluidströme verläuft, die von den sekundären Fluidauslassöffnungen 44 ausströmen. Siehe Fig. 5. Dieser Winkel E' kann zwischen 1 und 45 Grad variiert werden.
Die konkave Bodenfläche 62 der Luftplatte 35 stellt in Kombination mit den primären und sekundären Verfaserungsfluidströmen einen abgegrenzten Verfaserungsbereich bereit, in dem das primäre Verfaserungsfluid durch die Auslassöffnung 43 mit dem Harzstrom aus der Harzauslassöffnung 41 in Kontakt kommt und diesen im Wesentlichen umgibt. Daraufhin stößt das sekundäre Verfaserungsfluid auf die zuvor gebildeten Fasern. Nach Austritt aus der Düse verhält sich die Verfaserungsluft, die aus der primären und sekundären Fluidauslassöffnung 43 und 44 austritt, wie ein sich frei ausdehnender Strahl. Mit dieser Art der Strahlausdehnung wird ein sehr hohes Turbulenzniveau erzeugt, das verursacht, dass der geschmolzene Harzstrom in beliebige Richtungen gezogen wird, wodurch der geschmolzene Harzstrom in einem sehr hohen Grad verfeinert und verfasert wird. Die sekundären Verfaserungsströme stoßen auf die ausgebreiteten Fasern, die durch den primären Verfaserungsfluidstrom gebildet wurden, und bei einem Kollisionspunkt der beiden Ströme wird das Verfaserungsfluid umgeleitet, um einen nicht-kreisförmigen, sich ausdehnenden Strahl zu erzeugen, wie durch die Pfeile 63, 64, 65 und 66 in Fig. 5 gezeigt. Dieser Typ des turbulenten Verfaserungsverfahrens gleicht dem Schmelzblasverfahren, das in der Industrie üblich ist. Im Gegensatz dazu ermöglichen das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung jedoch Durchsätze auf einer Pro-Loch-Basis, die im Vergleich zu herkömmlichen Schmelzblasanlagen und zu herkömmlichen Schmelzblasverfahren 50 mal höher liegen. Bei fortlaufenden Filamentverfaserungsverfahren, wie beispielsweise Spinnbindung, wird die Verfaserungsluft im Schichtbereich gesteuert. Dadurch wird das geschmolzene Harz in einer gesteuerten Umgebung verfeinert. Die Vorteile des turbulenten Verfaserungsverfahrens bestehen darin, dass ein höherer Grad der Verfeinerung erreicht werden kann, als es bei dem schichtweisen fortlaufenden Verfaserungsverfahren möglich ist. Dieser höhere Grad der Verfeinerung kann die Bildung von Fasern kleinerer Größe zu Folge haben.
Abgesehen von Veränderungen des primären und sekundären Verfaserungsfluidstromes um die Fasern können ebenfalls Veränderungen an der Auslassdüse 31 vorgenommen werden, um die Faserbildung zu beeinflussen. Wie in Fig. 6 und 7 ausführlicher gezeigt, umfasst eine erste Ausführungsform der Auslassdüse 31 einen ersten axialen Abschnitt 68 mit einer ersten vorherbestimmten radialen Ausdehnung und mit einem axialen Endabschnitt 70, der eine Landungsfläche 72 umfasst, wobei die Landungsfläche 72 die Harzauslassöffnung 41 umfasst. Der axiale Endabschnitt 70 weist eine zweite vorherbestimmte radiale Ausdehnung auf, die geringer als die erste radiale Ausdehnung des ersten axialen Abschnitts 68 ist. Der Auslassdüsenabschnitt 31 umfasst weiterhin einen kegelförmigen axialen Abschnitt 74, der sich zwischen dem ersten axialen Abschnitt 68 und dem axialen Endabschnitt 70 erstreckt. Der Winkel des kegelförmigen axialen Abschnitts 74 ist als Innenwinkel F' zwischen der Längsachse 61 der Auslassdüse 31 und einer Linie 73 definiert, die tangential zur Fläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts 74 verläuft. Im Allgemeinen beträgt dieser kegelstumpfförmige Winkel F' zwischen etwa 15 und 60 Grad. Zusätzlich kann die Auslassdüse 31 einen mit Gewinde versehenen Endabschnitt 75 zur Anbringung der Auslassdüse 31 in dem Hauptgehäuse 29 der Düse 16 aufweisen.
Die Auslassdüse 31 kann weiterhin ein Mittel für das Leiten des Fluidflusses um diese herum aufweisen. Dieses Fluidflussleitmittel kann eine Mehrzahl von Rillen 76 auf der äußeren Fläche der Auslassdüse 31 umfassen. Die Rillen 76 können sich über den kegelförmigen axialen Abschnitt 74, den axialen Endabschnitt 70 und in die Landungsfläche 72 erstrecken.
Bei einer zweiten Ausführungsform des Auslassdüsenabschnitts der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 8 und 9 gezeigt ist, in denen gleiche Konstruktionen durch mit Strichindex versehene Zahlen gezeigt sind, umfasst die Auslassdüse 31' keinen axialen Endabschnitt 70. Die Landungsfläche 72' liegt eher direkt benachbart zur entfernten Kante des kegelförmigen axialen Abschnitts 74'. Wie bei beiden Ausführungsformen von Fig. 7 und 9 gezeigt, erstrecken sich die Rillen 76, 76' in die Landungsflächen 72, 72'.
Die Verfaserungsluftquelle 20 stellt einen primären Luftstrom bereit, der durch den Fluideinlass 42, der in Fig. 2 gezeigt ist, in die Düse eintritt. Der innere Hohlraum 33 weist einen Ausgleichskanal für die Verteilung der hereinströmenden Luft um die Auslassdüse 31 auf. Die Luft wird um die Auslassdüse 31 herum ausgeglichen und wird daraufhin auf Grund des Luftdrucks, der im System verwendet wird, zur Fluidauslassöffnung 43 des Luftstromkanals geleitet, der innerhalb des Hohlraums 33 abgegrenzt ist. Diese Primärluft strömt durch die Rillen 76, 76', die in zusammengesetzten Winkeln in den Außendurchmesser der Auslassdüse geschnitten wurden, wodurch die Verfaserungsluft veranlasst wird, sich um die neu gebildeten Fasern 22 zu winden und diese zu verfeinern.
Der Rillenwindungswinkel G' um die Auslassdüsenspitze ist der Innenwinkel, der zwischen der ersten Achse 61 der Auslassdüse 31 und einer Linie 78 gemessen wird, die parallel zur Längsachse einer der Rillen 76 verläuft, wobei der Innenwinkel in Fig. 10 als Winkel G' gezeigt ist. Der Rillenwindungswinkel G' sollte im Allgemeinen zwischen 20 und 45 Grad betragen. Dieser Windungswinkel bestimmt die Dreh- und die Zentrifugalkraft des Fluidflusses, der auf den geschmolzenen Harzstrom wirkt, der aus der Harzauslassöffnung 41 ausströmt.
Der Rillenangriffswinkel H' bestimmt, wie schnell die Luft mit dem Harzstrom in Kontakt kommt. Dieser Winkel ist der Winkel, der zwischen der Längsachse 61 der Auslassdüse 31 und einer Linie 79, die parallel zur Innenfläche 83 einer der Rillen 76 verläuft, gemessen wird. Siehe Fig. 11. Der Angriffswinkel H' bestimmt zusammen mit dem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts 60 der Luftbildungskammer 33 den Kollisionsort des primären Luftstroms, wenn dieser durch die Rillen 76 strömt und mit dem geschmolzenen Harzstrom in Kontakt kommt, der aus der Harzauslassöffnung 41 austritt. Der Rillenangriffswinkel H' sollte im Allgemeinen zwischen 7 und 60 Grad betragen.
Bei einer dritten Ausführungsform der Auslassdüse, die in Fig. 12 und 13 gezeigt ist, umfasst die Auslassdüse 31 keine Rillen auf dem kegelförmigen axialen Abschnitt 74 oder auf der Landungsfläche 72. Durch die Abwesenheit der Rillen bei dieser dritten Ausführungsform werden die Drehkräfte im Luftstrom minimiert. Dies kann für bestimmte geschmolzene Polymere bevorzugt werden, die eine relativ niedrige Schmelzstärke aufweisen.
Es ist ersichtlich, dass es viele Flächen innerhalb des Düsengehäuses 29 gibt, die variiert werden können, um die Flusseigenschaften und damit die Bildung der Fasern 22 zu modifizieren, die durch die vorliegende Vorrichtung und das vorliegende Verfahren erzeugt werden. Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Austauschbarkeit der Auslassdüsen 31. Durch Entfernen der Luftplatte 35 kann die Auslassdüse 31 entfernt und eine neue Auslassdüse eingesetzt werden. Als Ergebnis können durch den Austausch der Auslassdüsen Änderungen in der Harz- und Faserbildung vorgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung wird zudem vielseitiger durch die Tatsache, dass sie mit einem Mittel zum selektiven Stoppen und Starten des Harzflusses und damit der Faserbildung ausgestattet ist. Bei Konfigurationen mit mehreren Düsen, wie die in Fig. 3 und 4 gezeigten, ist es möglich, die Zyklen einer, einiger oder aller Auslassdüsen ein- und auszuschalten. Somit ist es möglich, den Faserbildungsvorgang zu unterbrechen, wodurch einzelne diskrete Vliesbahnen erzeugt werden. Zusätzlich können durch die Fähigkeit, die Zyklen ausgewählter Auslassdüsen ein- und auszuschalten, Vliesbahnen mit in Verarbeitungs- und/oder in Querrichtung variierenden Flächengewichten erzeugt werden. Bei Inline- Verfahren, wie beispielsweise bei der Bildung von Hygieneprodukten (Windeln, Damenbinden usw.), ist es daher möglich, spezifische Bereiche und Attribute des Produktes, wie beispielsweise in Zonen aufgeteilte Saugfähigkeiten, maßzuschneidern. Um dies zu erreichen, umfasst die Vorrichtung 10 ein An-/Aus-Steuerungsmittel für das selektive Stoppen und Starten des Harzstroms aus der Harzauslassöffnung 41, während gleichzeitig Harzstücke daraus entfernt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 5 umfasst das An-/Aus- Steuerungsmittel eine pneumatische Vorrichtung, die im Allgemeinen mit 90 bezeichnet wird und die mit dem Hauptdüsengehäuse 29 verbunden ist und dadurch einen Bestandteil desselben darstellt. Von der pneumatischen Vorrichtung 90 aus erstreckt sich eine Tauchkolbenbaugruppe bzw. eine sich hin- und herbewegende Stange 92, die mit ihrer entfernt gelegenen Spitze 94 oberhalb der Harzstromkapillare 40 angeordnet ist, in den Hauptströmungskörper 39. Die Stange 92 weist einen offenen Zustand auf, wie in Fig. 2 und 5 gezeigt, wobei die Spitze 94 in den Hauptströmungskörper 39 zurückgezogen ist und von der Kapillare 40 beabstandet ist, und einen geschlossenen Zustand (nicht gezeigt) auf, wobei die Stange 92 bewegt wird, um die Spitze 94 gegen die Kapillare 40 in geschlossene Position zu drücken. Indem die Stange 92 in die geschlossene Position gedrückt wird, wird in der Kapillare 40 ein hydrostatischer Druck erzeugt, der sämtliche Harzstücke, die sich darin befinden, entfernt und die Strömung des geschmolzenen Harzes aus der Harzstromöffnung 41 drosseln.
Die pneumatische Vorrichtung 90 umfasst eine pneumatische Kammer 96, die eine obere Kammer 96a und eine untere Kammer 96b umfasst, die in Fig. 2 gezeigt sind. Die Stange 92 umfasst einen Endabschnitt 98, der sich in die pneumatische Kammer 96 erstreckt. Der Endabschnitt 98 der Stange 92 weist einen Stempel 100 auf, der darauf befestigt ist und mit Dichtungen 102 versehen ist, die mit den Wänden der Kammer 96 in Kontakt sind, um die obere und die untere Kammer 96a und 96b zu bilden. Die Kammer 96 umfasst ein Paar hydraulische Fluidöffnungen 104, 106, die in die pneumatische Kammer 96 führen, um auf jeder Seite des Stempels 100 einen variierenden Fluiddruck bereitzustellen, so dass der Stempel 100 innerhalb der pneumatischen Kammer 96 hin- und herbewegt wird, wodurch die Stange 92 zwischen dem geschlossenen Zustand (aus) und dem offenen Zustand (ein) hin- und herbewegt wird.
Der Hauptströmungskörper 39 umfasst eine Stangenöffnung 108, wobei sich die Stange 92 durch die Stangenöffnung 108 erstreckt. Die Düse 16 umfasst eine hitzebeständige dynamische Dichtung 110, die einen gleitenden Eingriff ermöglicht, während eine Abdichtung zwischen der Stange 92 und der Stangenöffnung 108 perfektioniert wird, um den Durchlass von geschmolzenem Harz durch die Öffnung 108 zu verhindern. Die Dichtung 110 kann einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, um sich in den Raum zwischen der Stange 92 und der Wand der Öffnung 108 zu erstrecken, wenn durch das hereinströmende Polymerharz Druck ausgeübt wird. Daher stellt die Dichtung 110 bei unter Druck stehendem geschmolzenem Material eine Trennung zwischen dem geschmolzenen Material und der Außenumgebung bereit. Der Dichtungsmechanismus sollte eine einwandfreie Abdichtung bei Temperaturen bis 350 Grad C bereitstellen.
Der Betrieb des An-/Aus-Mechanismus bringt eine selektive Druckanwendung auf entweder die obere Kammer 96a oder die untere Kammer 96b mit sich. Um den Mechanismus einzuschalten und die Strömung des geschmolzenen Harzes aus der Harzauslassöffnung 41 einzuleiten, wird der Druck von der oberen Kammer 96a durch die Fluidöffnung 104 abgelassen, und über die Fluidöffnung 106 wird der unteren Kammer 96b Druckluft zugeführt. Auf Grund des Druckungleichgewichts auf beiden Seiten des Stempels 100 bewegt sich der Stempel 100 weiter in die obere Kammer 96a hinein und bewegt die Spitze 94 der Stange 92 von der Kapillare 40 weg in die geöffnete Position, wodurch die Freigabe des geschmolzenen Harzes vom Hauptströmungskörper 39 durch die Harzauslassöffnung 41 ermöglicht wird. Um den Mechanismus auszuschalten und die Strömung des geschmolzenen Harzes zu unterbrechen, wird das oben genannte Verfahren umgekehrt. Und zwar wird der Druck der unteren Kammer 96b verringert und der Druck in der oberen Kammer 96a wird erhöht, wobei wiederum ein Druckungleichgewicht verursacht wird, wodurch die Spitze 94 der Stange 92 gegen die Kapillare 40 in die geschlossene Position gedrückt wird und der Strom des geschmolzenen Harzes unterbrochen wird. Zusätzlich erzeugt dieser Vorgang innerhalb der Kapillare 40 einen ausreichenden hydrostatischen Druck, um darin befindliche Harzstücke zu entfernen. Alternativ wird darauf hingewiesen, dass die pneumatische Vorrichtung 90 beispielsweise durch Hinzufügen einer mechanischen Feder (nicht gezeigt) in eine der Kammern 96a oder 96b modifiziert werden kann, um ihrerseits auf den Stempel 100 zu wirken, um die Stange 92 entweder im geschlossenen oder im geöffneten Zustand zu halten, wenn in der gegenüberliegenden Kammer kein Luftdruck verwendet wird. Somit kann die vorliegende Erfindung unter verschiedenen Bedingungen verwendet werden, um einen äußerst nützlichen Bereich von Durchsätzen bereitzustellen, der wesentlich höher liegt als bei Schmelzblasverfahren.
Ein Verfahren zur Bildung der Vliesbahn 16 umfasst im Allgemeinen folgende Schritte: Bereitstellung einer Menge geschmolzenen faserbildenden thermoplastischen Harzes, Pumpen des Harzes zur faserbildenden Düse 16, Bilden einer diskreten Harzströmung, die von der Düse 16 aus fließt, Erzeugen einer Verfaserungsfluidströmung, wie beispielsweise Luft, die mit dem gebildeten Harzstrom in Kontakt ist und diesen im Wesentlichen umgibt, sowie Einsammeln der gebildeten Fasern in einem vorherbestimmten Abstand A' von der Düse 16. Insbesondere wird die Verfaserungsfluidströmung über eine vorherbestimmte Strecke vollständig um das Harz herum gehalten, wobei die Strecke als Düsenvertiefungsabstand C' bezeichnet wird, welcher der Abstand zwischen den Linien 48 und 50 in Fig. 5 ist. Dieser Abstand wird variiert, indem die Auslassöffnung, von der Primärluftöffnung 43 aus gesehen, zurückversetzt wird.
Das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt des Ausgleichens des Fluidstroms vom Fluideinlassport 42 um die Auslassdüse 31 innerhalb der Düse 16 in der Luftbildungskammer 33. Der Fluidstrom wird um die Auslassdüse 31 geleitet, indem das Fluid über die Rillen 76, die außen auf der Auslassdüse 31 gebildet sind, geleitet wird. Die ausgebreiteten Fasern werden durch Bildung eines sekundären Verfaserungsfluidstroms geleitet und weiter verfasert, der mindestens zwei Fluidströme umfasst, die auf die Fasern stoßen, die durch den im Wesentlichen umgebenden Primärluftstrom und das Zusammenstoßen der Fluidströme gebildet werden, um einen Strahl zu bilden, der sich nicht kreisförmig ausdehnt, wie in Fig. 5 durch die Pfeile 63 bis 66 gezeigt. Das sekundäre Verfaserungsfluid, das aus den beiden Auslassöffnungen 44 auf gegenüberliegenden Seiten des umgebenden Fluids strömt, strömt in einem Winkel, der durch den Winkel E' in Fig. 5 definiert wird, in Richtung des umgebenden Fluidstroms.
Das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt des selektiven Stoppens des Harzstromes aus der Harzauslassöffnung 41. Um den Harzstrom zu stoppen, wird die Stange 92 hin- und herbewegt, so dass die entfernte Spitze 94 der Stange 92 an der Fläche der Harzauslasskapillare 40 anliegt, um den Harzstrom zu stoppen, und die entfernte Spitze 94 von der Harzauslasskapillare 40 weg bewegt wird, um den Harzstrom freizugeben. Die geschlossene Position der entfernten Spitze 94 erzeugt einen hydrostatischen Druck in der Kapillare 40, so dass Harzstücke aus der Kapillare 40 und der Harzauslassöffnung 41 entfernt werden. Die Stange 92 wird durch die pneumatische Betätigung des Stempels 100, der mit der Stange 92 verbunden und innerhalb der pneumatischen Kammer 96 angeordnet ist, hin- und herbewegt, um die entfernte Spitze 94 in die geschlossene und in die offene Position zu bringen. Die Stange 92 kann in kurzen oder langen Hüben hin- und herbewegt werden.
Bei Betrieb hat die Harzauslassöffnung 41 einen bevorzugten Durchmesser von 0,5 bis 1,0 Millimeter, obwohl Versuche mit einem Polymeröffnungsdurchmesser von bis zu 3 Millimetern eine effektive Verfaserung gezeigt haben. Die Auslassdüsenvertiefung C' wurde zwischen mehr als 0 und 5 Millimetern mit dem Ergebnis einer effektiven Verfaserung variiert. Die Temperatur der Auslassdüse wurde zwischen 138 und 330 Grad C variiert. Tests haben eine effektive Luftströmung von 56 bis 1558 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse mit dem Ergebnis einer effektiven Verfaserung gezeigt. Der Luftdruck der Auslassdüse wurde zwischen 6,9 und 172 kPa variiert, während bei einigen Versuchen Drücke von bis zu 317 kPa angewendet wurden. Die Verfaserungslufttemperatur wurde, abhängig vom verwendeten Polymer, zwischen 137 und 343 Grad C variiert. Ein Formungsabstand A' zwischen der Auslassdüsenspitze und dem Landungsbereich des Empfangsbandes wurde zwischen 15 und 64 Zentimeter variiert, obwohl bei einigen Versuchen ein Abstand von nur 7,5 Zentimeter oder bis zu 102 Zentimeter erfolgreich verwendet wurde. Der Polymerdurchsatz wurde zwischen 0,76 und 38 Gramm pro Minute pro Auslassdüse variiert, obwohl andere Versuche Durchsätze von bis zu 151 Gramm pro Minute pro Auslassdüse und bis zu 0,1 Gramm pro Minute erreicht haben. Polymere, die mit der vorliegenden Erfindung verfasert werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: Polypropylen, Polyethylen, Polybuten, PET-Polyester, PETG-Kopolyester, PBT-Polyester, Ethylenvinylacetatcopolymer, Polyurethan, Polyetherestercopolymere und Styrol/Ethylenbutencopolymere.
Um die funktionellen Attribute und Eigenschaften der Vorrichtung und die mittels der vorliegenden Erfindung hergestellten Produkte zu demonstrieren, wurde, wie unten dargestellt, eine Reihe von Experimenten unter Verwendung einer Vorrichtung der Art durchgeführt, die schematisch in Fig. 1 gezeigt ist und die eine allgemeine Düsenspitzenbaugruppe, wie beispielsweise die, die in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst. Bei allen Beispielen können strukturell sowohl die Geometrie der Auslassdüsenspitze als auch die Geometrie der Luftplatte variiert werden, um die Eigenschaften der resultierenden Faserbildung zu verändern. Zusätzlich können sowohl der Auslassdüsenvertiefungsabstand als auch der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung variiert werden, so dass die Faserbildung und die Attribute der resultierenden Vliesbahn beeinflusst werden. Abhängig von dem jeweiligen verwendeten Polymer können andere Faktoren verändert werden, um die Faserbildung zu beeinflussen, einschließlich der Schmelztemperatur des Polymers, der Polymerdurchsatzgeschwindigkeit in Gramm pro Loch (Auslassdüse) pro Minute, der Luftströmung in Standardliter pro Minute pro Auslassdüse und schließlich der Lufttemperatur der Formungsluft. In den meisten Fällen wurde das Harz durch eine Kopfbaugruppe mit vier Auslassdüsen extrudiert. Jedoch wurde in Beispiel VIII, IX, XIII und XIV eine Baugruppe mit einer einzelnen Auslassdüse verwendet; in Beispiel IV wurde eine Baugruppe mit acht Auslassdüsen verwendet, und in Beispiel XII wurde eine Baugruppe mit achtzehn Auslassdüsen verwendet. Alle Daten sind auf einer Pro-Loch-Basis (Auslassdüsenbasis) angegeben.

BEISPIEL I

Ein PET-Polyester, das von Eastman Chemical Products, Inc. hergestellt wird und mit der Nr. 9028 bezeichnet ist, wurde bei einer Schmelztemperatur von 287 Grad C bei einem Durchsatz von 3,1 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 455 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 177 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 293 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen, die beide einen Durchmesser von 1,5 Millimeter bei einer Trennung von 180 Grad aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 38,10 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 15,5 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,061 Gramm pro Kubikzentimeter auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,015 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL II

Ein PETG-Kopolyester, das von Eastman Chemical Products, Inc. hergestellt wird und mit Kodar 6763 bezeichnet ist, wurde bei einer Schmelztemperatur von 287 Grad C bei einem Durchsatz von 7,4 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 896 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 127 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 283 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen, die beide einen Durchmesser von 2,0 Millimeter bei einer Trennung von 180 Grad aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 58 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 24,9 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,050 Gramm pro Kubikzentimeter auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,0076 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL III

Ein Polyurethan, das von B.F. Goodrich hergestellt wird und mit Estane 5740 · 732 bezeichnet ist, wurde bei einer Schmelztemperatur von 216 Grad C bei einem Durchsatz von 6,6 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 827 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 184 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 232 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen, die beide einen Durchmesser von 1,5 Millimeter bei einer Trennung von 180 Grad aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 25 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 15 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 24 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,150 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,0098 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL IV

Ein Styrolethylenbutenstyrolcopolymer, das von der Shell Chemical Company hergestellt wird und mit Kraton G-2740X bezeichnet ist, wurde bei einer Schmelztemperatur von 238 Grad C bei einem Durchsatz von 3, 7 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 586 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 120 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 253 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 4 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 45 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 4 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und drei Sekundärluftöffnungen auf jeder Seite der Primärluftöffnungen, die jeweils einen Durchmesser von 1,5 Millimeter aufwiesen. Die Sekundärfluidstromwinkel betrugen 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 23 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 86 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,161 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,025 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL V

Ein Polymer, das 83 Gewichtsprozent Dow Chemical Aspun-6814 Polyethylen, 12 Gewichtsprozent Allied Chemical AC-9 Polyethylen, 4 Gewichtsprozent blauen Polyethylenfarbstoff und 1 Gewichtsprozent Benetzungsmittel enthielt, wurde bei einer Schmelztemperatur von 232 Grad C bei einem Durchsatz von 18,9 Gramm pro Loch pro Minute unter Verwendung eines Schmelzdrucks von 2758 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 348 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 210 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen. Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen mit einer Trennung von 180 Grad, die beide einen Durchmesser von 2 Millimeter aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 4 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 54 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 21 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,072 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,24 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL VI

Eine Mischung aus 93,5% Himont Profax PF-015 Polypropylen, 4,0% blaues Polypropylenfarbstoffkonzentrat Standridge Color Corp. 5834 und 2,5% Benetzungsmittel wurden bei einer Schmelztemperatur von 235 Grad C bei einem Durchsatz von 18,9 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 1172 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 266 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 235 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 4 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen mit einem Durchmesser von 1,5 Millimeter auf jeder Seite der Primärluftöffnungen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 48 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 21 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,080 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,11 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL VII

Profax PF-015 Polypropylen wurde bei einer Schmelztemperatur von 260 Grad C bei einem Durchsatz von 2,8 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 103 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 545 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 260 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 1,25 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 30 Grad auf. Die Auslassdüsen wiesen keine Rillen auf. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 3 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 30 Grad und drei Sekundärluftöffnungen auf jeder Seite der Luftplatte, die alle einen Durchmesser von 1,5 Millimeter aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 0,5 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 48 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 2,3 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,069 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,034 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL VIII

Himont Profax PF-015 Polypropylen wurde bei einer Schmelztemperatur von 260 Grad C bei einem Durchsatz von 148 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 1710 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1558 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 260 Grad C verwendet. Die Auslassdüse, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet war, wies einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüse umfasste sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen, die beide einen Durchmesser von 1,5 Millimeter bei einer Trennung von 180 Grad aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 38 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 30 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,069 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,30 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL IX

Himont Profax PF-015 Polypropylen wurde bei einer Schmelztemperatur von 260 Grad C bei einem Durchsatz von 37 Gramm pro Loch pro Minute unter Verwendung eines Schmelzdrucks von 690 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 651 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 260 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Polymerauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen, die beide einen Durchmesser von 1,5 Millimeter bei einer Trennung von 180 Grad aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 38 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 3,1 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,049 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,078 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL X

Arnitel EM-450 Polyetherestercopolymer, das von Akzo hergestellt wird, wurde bei einer Schmelztemperatur von 266 Grad C bei einem Durchsatz von 2,95 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 869 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 404 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 264 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen, die beide einen Durchmesser von 1,5 Millimeter bei einer Trennung von 180 Grad aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 25 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 24 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 12 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,104 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,058 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL XI

Himont Profax PF-015 Polypropylen wurde bei einer Schmelztemperatur von 260 Grad C bei einem Durchsatz von 23 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 1931 kPa extrudiert. Die Luftströmungsgeschwindigkeit der ziehenden Luft betrug 375 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 274 Grad C. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 4 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 0,5 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen, die beide einen Durchmesser von 2 Millimeter bei einer Trennung von 180 Grad aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 13 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 5,7 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,035 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,079 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL XII

Profax PF-015 Polypropylen wurde bei einer Schmelztemperatur von 260 Grad C bei einem Durchsatz von 0,34 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 69 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 136 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 304 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 1,25 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 1 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 30 Grad auf. Die Auslassdüsen wiesen keine Rillen auf. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 4 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und drei Sekundärluftöffnungen auf jeder Seite jeder Harzauslassöffnung, die alle einen Durchmesser von 1,5 Millimeter aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 39 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser weniger als 2,0 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,039 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,020 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL XIII

Himont Profax PF-015 Polypropylen wurde bei einer Schmelztemperatur von 260 Grad C bei einem Durchsatz von 38,4 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 462 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1104 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 260 Grad C verwendet. Die Auslassdüse, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet war, wies einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 2 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüse umfasste sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen, die beide einen Durchmesser von 1,5 Millimeter bei einer Trennung von 180 Grad aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüse betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 38 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 3,3 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,095 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,14 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.

BEISPIEL XIV

Himont Profax PF-015 Polypropylen wurde bei einer Schmelztemperatur von 260 Grad C bei einem Durchsatz von 38,3 Gramm pro Loch pro Minute mit einem resultierenden Schmelzdruck von 283 kPa extrudiert. Als Verfaserungsfluid wurde Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 651 Standardliter pro Minute pro Auslassdüse bei einer Lufttemperatur von 260 Grad C verwendet. Die Auslassdüsen, die innerhalb des Düsengehäuses angeordnet waren, wiesen einen Durchmesser des ersten axialen Abschnitts von 12 Millimeter, einen Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts von 5 Millimeter und einen Durchmesser der Harzauslassöffnung von 3 Millimeter bei einem Winkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts von 45 Grad auf. Die Auslassdüsen umfassten sechs Rillen mit einem Rillenwindungswinkel von 20 Grad und einem Rillenangriffswinkel von 7 Grad. Die Luftstromgeometrie umfasste einen Durchmesser der Primärluftöffnung von 5 Millimeter, einen Primärfluidstromwinkel von 45 Grad und zwei Sekundärluftöffnungen, die beide einen Durchmesser von 1,5 Millimeter bei einer Trennung von 180 Grad aufwiesen. Der Sekundärfluidstromwinkel betrug 45 Grad. Der Vertiefungsabstand der Auslassdüsen betrug 2 Millimeter, und der Formungsabstand zwischen der Düse und der Aufnahmevorrichtung betrug 38 Zentimeter. Unter den oben genannten Bedingungen betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 3,1 um, die Bahn, die aus den extrudierten Fasern gebildet wurde, wies eine Dichte von etwa 0,065 g/cm³ auf, und die durchschnittliche Schuss-Größe betrug 0,075 Quadratmillimeter, gemessen mit einem optischen Mikroskop.
Aus den vorhergehenden Beispielen ist ersichtlich, dass das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Bildung von Fasern und daraus resultierenden Vliesbahnen aus einer großen Vielzahl von Polymeren unter verschiedenen Bedingungen ermöglichen. Typische Schmelzblasanlagen können unter den besten Bedingungen nur Standardpolymere mit Geschwindigkeiten von nicht mehr als 3 Gramm pro Loch pro Minute verarbeiten. Bei bestimmten Polymeren sind selbst diese Durchsätze auf Grund der Gefahr, dass bei den Schmelzblasdüsen ein Reißverschlusseffekt auftritt, nicht möglich. Im Gegensatz dazu hat sich gezeigt, dass das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in der Lage sind, Polymere mit Geschwindigkeiten von bis zu 150 Gramm pro Loch pro Minute zu verarbeiten. In der Öffnung ist diese höhere Durchsatzkapazität auf die höhere Schmelzdruckkapazität der Auslassdüse zurückzuführen. Wie in den Arbeitsbeispielen dargestellt, kann Schmelzdrücken von bis zu 2758 kPa standgehalten werden. Andere Experimente haben gezeigt, dass Schmelzdrücken von bis zu 6900 kPa ohne Ausfall der Vorrichtung standgehalten werden kann. Dies steht im Gegensatz zu den Drücken von Schmelzblasdüsenspitzen, von denen angenommen wird, dass sie Höchstauslassdrücke von nur 2100 kPa aufweisen. Somit kann die vorliegende Vorrichtung in Konfigurationen mit einer einzelnen oder mit mehreren Düsen verwendet werden, die die gegenwärtigen Schmelzblaskapazitäten auf einer Pro-Loch-Basis weit übersteigen. Folglich kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in Bereichen verwendet werden, in denen Raumbeschränkungen entscheidend sind. Zusätzlich kann die Vorrichtung verwendet werden, um eine lokalisierte Faserbildung zu erzeugen, wodurch die Bildung der Vliesbahnen ermöglicht wird, die große Unterschiede in ihren Flächengewichten aufweisen. Vliesbahnen mit Unterschieden hinsichtlich ihres Flächengewichts von mehr als 10% wurden durch lokalisierte Zunahmen und/oder Abnahmen der Faserbildung in Verarbeitungs- und/oder Querrichtung erzeugt. Folglich ist ersichtlich, dass das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer großen Vielzahl von Anwendungen angewendet werden kann, um die gegenwärtigen Vliesbildungsverfahren zu verbessern.
Im Folgenden werden weitere vorteilhafte Gesichtspunkte der Erfindung beschrieben.
Gemäß einem ersten dieser Gesichtspunkte umfasst ein Verfahren zur Bildung von Fasern aus einem faserbildenden Harz nach Anspruch 1 folgende Schritte: Bilden eines Harzstroms aus einem Düsengehäuse, das mindestens eine Harzauslassöffnung aufweist, wobei sich der Strom entlang einer ersten Achse erstreckt und die Harzauslassöffnung innerhalb des Düsengehäuses vertieft ist, und Verfaserung des Harzstroms, um durch Strömenlassen eines Primärverfaserungsfluids in vollständig umgebenden Kontakt mit dem Harzstrom Fasern zu bilden, wobei das Primärverfaserungsfluid spiralförmig um die Polymerquelle gewunden wird, wenn das Polymer durch die Düsenspitze extrudiert wird und das Primärverfaserungsfluid jeden der Harzströme in einem Primärfluidstromwinkel von etwa 15 bis 60 Grad berührt und der Winkel als Innenwinkel zwischen dem Schnittpunkt der ersten Achse des Harzstroms und einer Linie, die tangential zum Primärverfaserungsfluidstrom um die einzelnen Harzströme verläuft, gemessen wird.
Gemäß einem bevorzugten Gesichtspunkt umfasst das Verfahren den folgenden Schritt: weitere Verfaserung des Harzstroms, bevor die Fasern eingesammelt werden, indem die einzelnen Harzströme mit einem Sekundärverfaserungsfluidstrom in Kontakt gebracht werden, der mindestens zwei Fluidströme umfasst, die beide in einem Sekundärfluidstromwinkel von etwa 1 bis 45 Grad auf die Harzströme stoßen, wobei der Winkel als Innenwinkel zwischen dem Schnittpunkt der ersten Achse der Harzströme und einer Linie, die tangential zu dem Sekundärverfaserungsfluidstrom um die einzelnen Harzströme verläuft, gemessen wird.
Das Verfahren umfasst den Schritt des Abwinkelns mindestens eines der Primärverfaserungsfluidströme in einer Weise, dass er sich um die erste Achse des Harzstroms windet.
Bei noch einem anderen bevorzugten Gesichtspunkt umfasst das Verfahren den Schritt des Einsammelns der Fasern in Form einer Vliesbahn.
Bei einem anderen Gesichtspunkt umfasst die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur intermittierenden Faserbildung aus einem faserbildenden Harz: ein Düsengehäuse, das eine Harzkammer für die Aufnahme von geschmolzenem, faserbildendem Harz umfasst, wobei die Kammer eine Harzauslassöffnung aufweist, die damit in Verbindung steht, um das geschmolzene Harz in Form eines Stroms abzugeben, und der Strom eine erste Achse definiert, ein Primärverfaserungsmittel, das die Harzauslassöffnung 41 vollständig umgibt, um den Strom aus geschmolzenem Harz in Fasern zu ziehen, wobei die Harzauslassöffnung innerhalb des Düsengehäuses vertieft angeordnet ist und das Primärverfaserungsfluid um die Polymerquelle gewunden wird, wenn das Polymer durch die Düsenspitze extrudiert wird. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ein An-/Aus-Steuerungsmittel zur selektiven Unterbrechung des Stroms des geschmolzenen Harzes aus der Harzauslassöffnung.
Bei einem bevorzugten Gesichtspunkt ist die Düsenbaugruppe innerhalb des Gehäuses angeordnet.
Bei einem bevorzugten Gesichtspunkt umfasst die Vorrichtung mit Verfaserungsmitteln ein Primärverfaserungsfluid, das den Strom aus geschmolzenem Harz vollständig umgibt.
Bei einem anderen bevorzugten Gesichtspunkt umfasst die Vorrichtung mit einem Düsengehäuse eine Fluidauslassöffnung, die die Harzauslassöffnung für die Abgabe des Primärverfaserungsfluids vollständig umgibt.
Bei noch einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt umfasst die Vorrichtung mit einem An-/Aus-Steuerungsmittel einen Tauchkolben innerhalb der Harzkammer, die eine geschlossene Position aufweist, in der der Tauchkolben mit der Harzauslassöffnung in Kontakt ist, um einen Strom des geschmolzenen Harzes aus der Öffnung zu verhindern, und eine offene Position, in der der Tauchkolben von der Öffnung zurückgezogen ist, so dass ein Strom des geschmolzenen Harzes aus der Öffnung möglich ist.
Bei einem weiterhin bevorzugten Gesichtspunkt umfasst die Vorrichtung mit einem Düsengehäuse eine hydraulische Kammer, wobei der Tauchkolben einen Endabschnitt umfasst, der sich in die hydraulische Kammer erstreckt und einen Stempel umfasst, der darauf befestigt ist, wobei die Kammer Öffnungen für hydraulisches Fluid aufweist, die in die hydraulische Kammer führen, um einen variierenden Fluiddruck auf beiden Seiten des Stempels bereitzustellen, so dass der Stempel innerhalb der hydraulischen Kammer hin- und herbewegt wird, um den Tauchkolben zwischen der offenen und der geschlossenen Position hin- und herzubewegen.
Bei einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt gemäß der Erfindung umfasst die Vorrichtung mit Verfaserungsmitteln eine Fluidauslassöffnung in dem Düsengehäuse, die den Harzstrom aus der Harzauslassöffnung vollständig umgibt, sowie ein Primärverfaserungsfluid, das aus der Fluidauslassöffnung austritt, um das Harz zu verfasern, so dass Fasern gebildet werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt umfasst die Vorrichtung mit Verfaserungsmitteln des Weiteren ein Sekundärverfaserungsfluid, das mindestens zwei Fluidströme umfasst, die mit einem Sekundärfluidstromwinkel von 1 bis 45 Grad auf den Harzstrom stoßen, wobei der Winkel als Innenwinkel zwischen dem Schnittpunkt der ersten Achse des Harzstroms und einer Linie, die tangential zum Fluss des Fluidstroms verläuft, gemessen wird.
Bei noch einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt umfasst die Vorrichtung mit einem Düsengehäuse weiterhin eine Auslassdüse, die darin angeordnet ist und mindestens teilweise von einer Verfaserungsfluidkammer umgeben ist, die in der Fluidauslassöffnung endet, wobei die Auslassdüse die Harzkammer und die Harzauslassöffnung umfasst.
Bei einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt ist die Auslassdüse entfernbar in dem Düsengehäuse befestigt.
Bei einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt weist die Vorrichtung mit der Auslassdüse eine Außenfläche der Auslassdüse auf, wobei die Außenfläche der Auslassdüse eine Vielzahl von Rillen aufweist, die benachbart zur Harzauslassöffnung verlaufen, um das Primärverfaserungsfluid zu leiten.
Bei einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt umfasst die Vorrichtung mit der Außenfläche der Auslassdüse einen ersten axialen Abschnitt, der eine erste vorherbestimmte radiale Ausdehnung und einen axialen Endabschnitt aufweist, der vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische äußere Fläche mit einer Landungsfläche aufweist, die die Harzauslassöffnung umfasst, die sich durch diese erstreckt, und der eine zweite vorherbestimmte radiale Ausdehnung aufweist, die geringer als die erste radiale Ausdehnung ist, wobei die Auslassdüse einen kegelförmigen axialen Abschnitt umfasst, der sich zwischen dem ersten axialen Abschnitt und dem axialen Endabschnitt erstreckt, der die Vielzahl der Rillen umfasst, wobei sich die Rillen in die Landungsfläche erstrecken und vorzugsweise in der zylindrischen äußeren Fläche angeordnet sind.
Bei einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt weist die Auslassdüse einen Rillenangriffswinkel von etwa 7 bis 60 Grad und einen Rillenwindungswinkel von etwa 20 bis 45 Grad auf.
Bei noch einem weiteren bevorzugten Gesichtspunkt weist die Auslassdüse einen Kegelstumpfwinkel von etwa 15 bis 60 Grad auf.

Claims

1. Verfahren zur Faserbildung aus einem faserbildenden Harz, umfassend die Schritte:

(a) Bilden eines Harzstroms aus einem Düsengehäuse, welches wenigstens eine Harzauslassöffnung aufweist, wobei sich der Strom entlang einer ersten Achse erstreckt, wobei die Harzauslassöffnung sich in einer Vertiefung in dem Gehäuse befindet, und

(b) Verfasern des Harzes um Fasern zu bilden, indem man ein primär verfaserndes Fluid in komplett umgebenden Kontakt mit dem Harzstrom strömen lässt, wobei das primär verfasernde Fluid sich um die Polymerquelle windet, während es durch die Düsenspitze extrudiert wird, und wobei das primär verfasernde Fluid in einem Primärfluidstromwinkel zwischen etwa 15 und 60 Grad mit dem Harzstrom in Kontakt kommt, wobei der Winkel als Innenwinkel zwischen dem Schnittpunkt der ersten Achse des Harzstroms und einer Linie tangential zu dem Strom des primär verfasernden Fluids gemessen wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, welches den Schritt der weiteren Verfaserung des Harzes enthält, indem das Harz mit einem Strom eines sekundär verfasernden Fluids in Kontakt gebracht wird, einschließlich wenigstens zweier Fluidströme, die jeweils auf das Harz in einem Sekundärfluidstromwinkel zwischen etwa 1 und 45 Grad auftreffen, wobei der Winkel als Innenwinkel zwischen dem Schnittpunkt der ersten Achse des Harzstroms und einer Linie tangential zu dem Strom des Fluidstroms gemessen wird.

3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Harzstrom einen Schmelzdruck von weniger als oder gleich 6900 kPa aufweist.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Harzstrom eine Durchflußmenge von etwa 0,1 bis 151 Gramm pro Öffnung pro Minute aufweist, vorzugsweise von etwa 0,75 bis 38,0 Gramm pro Öffnung pro Minute.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das primär verfasernde Fluid mit einer Rate von etwa 57 bis 1558 Standardlitern pro Minute fließt, vorzugsweise mit einer Rate von etwa 57 bis 708 Standardlitern pro Minute.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner den Schritt des Anwinkelns des primär verfasernden Fluidstroms enthält, so dass dieser sich um die erste Achse des Harzstroms windet.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das primär verfasernde Fluid einen Druck zwischen etwa 6,9 und 317 kPa aufweist, vorzugsweise zwischen etwa 6,9 und 172 kPa.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das primär verfasernde Fluid eine Temperatur zwischen etwa 137ºC und 344ºC aufweist.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Harzauslassöffnung einen Durchmesser zwischen etwa 0,25 und 3,0 Millimeter aufweist, vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 1,0 Millimeter.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner den Schritt des Sammelns der Fasern in Form einer Vliesbahn enthält.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Sammeln der Fasern in Form einer Vliesbahn in einem Abstand von etwa 7,5 bis 102 cm, vorzugsweise etwa 15 bis 64 cm von der Harzauslassöffnung stattfindet.

12. Verfahren zur Faserbildung aus einem faserbildenden Harz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die zusätzlichen Schritte:

(a) Pumpen eines geschmolzenen faserbildenden Harzes in eine oder mehrere Düsenanordnungen, wobei jede der Anordnungen eine das geschmolzene faserbildende Harz aufnehmende Harzkammer und eine Harzauslassöffnung aufweist, die zum Ausströmen des Harzes in Fluidverbindung mit der Kammer stehen, wobei jede der Anordnungen ferner einen zurückziehbaren Tauchkolben innerhalb der Harzkammer enthält, der eine geschlossene Stellung, in der der Tauchkolben mit der Harzauslassöffnung in Kontakt ist, um das Strömen des Harzes aus der Öffnung zu verhindern, und eine geöffnete Stellung aufweist, in der der Tauchkolben aus der Harzauslassöffnung zurückgezogen wird, um das Strömen des Harzes aus der Öffnung zu ermöglichen;

(b) Zurückziehen einer oder mehrerer Tauchkolben von der geschlossenen zu der geöffneten Stellung, um stoßweise Harzströme aus den Auslassöffnungen zu bilden, sobald die Tauchkolben eine geöffnete Stellung aufweisen, wobei sich die Ströme entlang individueller erster Achsen erstrecken;

(c) Unterbrechen einer oder mehrerer Harzströme durch selektives Hin- und Herbewegen des Tauchkolbens zwischen den geöffneten und geschlossenen Stellungen.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Unterbrechung des Harzstroms die Bildung separater Vliesbahnen und/oder die Bildung einer separaten Vliesbahn, die Unterschiede in ihrem Flächengewicht von wenigstens 10 Prozent aufweist, zur Folge hat.

14. Vorrichtung (10) zur Faserbildung (22) aus einem faserbildenden Harz umfassend:

ein Düsengehäuse (29) mit eine Harzkammer, um eine Versorgung mit geschmolzenem faserbildendem Harz zu empfangen, wobei die Kammer eine mit ihr in Fluidverbindung stehende Harzauslassöffnung (41) aufweist, um das geschmolzene Harz in Form eines Stroms auszustoßen, wobei der Strom eine erste Achse (61) definiert, wobei eine primär verfasernde Einrichtung (43) die Harzauslassöffnung (41) komplett umgibt, um das Harz in Fasern (22) zu ziehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Harzauslassöffnung sich in einer Vertiefung in dem Düsengehäuse befindet, und dass das primär verfasernde Fluid sich um die Polymerquelle windet, während es durch die Düsenspitze extrudiert wird.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die verfasernde Einrichtung eine Fluidauslassöffnung (43) in dem Düsengehäuse, das den Harzstrom in der Harzauslassöffnung (41) komplett umgibt, und ein aus der Fluidauslassöffnung (43) ausströmendes primär verfaserndes Fluid enthält, um durch Verfaserung aus dem Harz Fasern (22) zu bilden, wobei das primär verfasernde Fluid mit dem Harzstrom in einem Primärfluidstromwinkel (D') zwischen etwa 15 und 60 Grad in Kontakt kommt, wobei der Winkel als ein Innenwinkel zwischen dem Schnittpunkt der ersten Achse (61) des Harzstroms und einer Linie (51) tangential zu dem Strom des primär verfasernden Fluids gemessen wird.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14 und 15, die ferner eine außerhalb der primär verfasernden Einrichtung (43) befindliche sekundär verfasernde Einrichtung (44) enthält, um ein sekundär verfaserndes Fluid bereitzustellen, welches weiterhin das Harz in Fasern (22) verfasert.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die sekundär verfasernde Einrichtung ein wenigstens zwei Fluidströme enthaltendes sekundär verfaserndes Fluid aufweist, wobei diese jeweils auf den Harzstrom in einem Sekundärfluidstromwinkel (E') zwischen etwa 1 und 45 Grad auftreffen, wobei der Winkel als ein Innenwinkel zwischen dem Schnittpunkt der ersten Achse (61) des Harzstroms und einer Linie (52) tangential zu dem Strom des Fluidstroms gemessen wird.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die wenigstens zwei Fluidströme von der Fluidauslassöffnung (43) nach außen radial und im Umfang um die erste Achse (61) symmetrisch beabstandet sind.

19. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Düsengehäuse (29) eine äußere Oberfläche aufweist, die eine Ebene mit der Harzauslassöffnung (41) definiert, und wobei die Fluidauslassöffnung (43) im Wesentlichen in derselben Ebene liegt, die durch die äußere Oberfläche des Düsengehäuses definiert ist.

20. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Fluidauslassöffnung (43) im Wesentlichen innerhalb einer Ebene (48) liegt, die durch die äußere Oberfläche des Düsengehäuses definiert ist, und wobei die Harzauslassöffnung (41) innerhalb des Düsengehäuses in einer Vertiefung bei einem Abstand (C') liegt, der gemessen von der Ebene (48) 5 Millimeter nicht übersteigt.

21. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei die Harzauslassöffnung (41) einen Durchmesser von etwa 0,25 bis 3,0 Millimeter aufweist.

22. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Fluidauslassöffnung (43) einen Durchmesser zwischen etwa 3 und 5 Millimeter aufweist.

23. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei das primär verfasernde Fluid und das sekundär verfasernde Fluid durch separate Fluidzuleitungen zugeführt werden.

24. . Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei das Düsengehäuse (29) ferner eine darin befindliche Auslassdüse (31) umfasst, die wenigstens teilweise von einer Verfaserungsfluid-Kammer (33) umgeben ist, die in der Fluidauslassöffnung (43) endet, wobei die Auslassdüse (31) die Harzkammer und die Harzauslassöffnung (41) enthält.

25. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, wobei die Auslassdüse (31) entnehmbar innerhalb des Düsengehäuses (29) gehalten wird.

26. Vorrichtung gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei die Düsenaußenoberfläche einen eine erste vorbestimmte radiale Ausdehnung aufweisenden ersten Axialbereich (68) und einen Axialbereich (70) enthält, der eine Stirnfläche (72) aufweist, die die sich dahindurch erstreckende Harzauslassöffnung (41) aufweist, und der eine zweite vorherbestimmte radiale Ausdehnung aufweist, die kleiner ist als die erste radiale Ausdehnung, wobei die Auslassdüse (31) einen sich verjüngenden Axialbereich (74) aufweist, der sich zwischen dem ersten Axialbereich (68) und dem Axialendbereich (70) erstreckt.

27. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die Auslassdüse (31) eine Düsenaußenoberfläche aufweist, wobei die Düsenaußenoberfläche mehrere benachbart zur Harzauslassöffnung (41) liegende Rillen (76) aufweist, um das primär verfasernde Fluid zu leiten.

28. Vorrichtung gemäß Anspruch 27, wobei die Auslassdüse (31) einen Rillenangriffswinkel (H') von etwa 7 bis 60 Grad aufweist.

29. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 27 bis 28, wobei die Auslassdüse (31) einen Rillenwindungswinkel (G') von etwa 20 bis 45 Grad aufweist.

30. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei die Auslassdüse (31) einen Kegelstumpfwinkel (F') von etwa 15 bis 60 Grad aufweist.

31. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei der sich verjüngende Axialbereich (74) die Mehrzahl von Rillen (76) enthält, wobei die Rillen (76) sich bis in die Stirnfläche erstrecken.

32. Vorrichtung gemäß Anspruch 31, wobei der Axialendbereich (70) eine die Rillen (76) enthaltende, im Wesentlichen zylindrische Düsenaußenoberfläche enthält.

33. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 32, die ferner Sammeleinrichtungen (24) zum Empfangen der Fasern (22) in Form einer Vliesbahn (26) enthält.

34. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 33 zum stoßweisen Bilden von Fasern aus einem faserbildenden Harz, ferner umfassend:

eine innerhalb des Gehäuses befindliche Düsenanordnung, die die Harzkammer und eine An/Aus-Steuereinrichtung (37) zum wahlweisen Unterbrechen des Stroms aus geschmolzenen Harz aus der Harzauslassöffnung (41) enthält.

35. Vorrichtung gemäß Anspruch 34, wobei die An/Aus- Steuereinrichtung einen Tauchkolben (37) innerhalb der Harzkammer enthält, der eine geschlossene Stellung, wobei der Tauchkolben (37) in Kontakt mit der Harzauslassöffnung (41) steht, um das Strömen des geschmolzenen Harzes aus der Öffnung (41) zu verhindern, und eine geöffnete Stellung aufweist, wobei der Tauchkolben (37) von der Öffnung (41) zurückgezogen wird, um das Strömen des geschmolzenen Harzes aus der Öffnung zu ermöglichen.

36. Vorrichtung gemäß Anspruch 34 oder 35, wobei das Düsengehäuse (29) eine hydraulische Kammer enthält, wobei der Tauchkolben (37) einen sich bis in die hydraulische Kammer (96) erstreckenden Endbereich enthält, der einen darauf angebrachten Stempel (100) umfasst, wobei die Kammer Hydraulikfluidöffnungen (104, 106) enthält, die sich zur hydraulischen Kammer öffnen, um unterschiedlichen Fluiddruck auf jeder Seite des Stempels (100) bereitzustellen, um den Stempel innerhalb der hydraulischen Kammer (96) hin- und herzubewegen, um den Tauchkolben (37) zwischen den geöffneten und geschlossenen Stellungen zu bewegen.

37. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 36 zum Bilden einer Vliesbahn aus einem faserbildenden Harz, ferner umfassend:

eine Mehrzahl innerhalb des Gehäuses angeordneter Düsenanordnungen (16), wobei jede Düsenanordnung (16) eine Harzkammer umfasst, um eine Versorgung mit geschmolzenem faserbildendem Harz zu empfangen, wobei jede der Kammern eine mit ihr in Fluidverbindung stehende Harzauslassöffnung (41) aufweist, um das geschmolzene Harz in Form eines Stroms auszustoßen, wobei der Strom sich vorzugsweise entlang einer ersten Achse erstreckt, und eine An/Aus-Steuereinrichtung (37), um wahlweise den Harzstrom aus wenigstens einer der Harzauslassöffnungen (41) zu unterbrechen, um die Dichte der Vliesbahn (26) zu verändern.

38. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 24, 26 und 37, wobei der Axialendbereich (70) vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische äußere Oberfläche aufweist, die eine Stirnfläche (72) aufweist, und wobei der Axialendbereich (70) mehrere Rillen (76) enthält, wobei die Rillen (76) sich bis zur Stirnfläche (72) erstrecken und sich vorzugsweise in der zylindrischen äußeren Oberfläche befinden.

39. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 37 und 38, um eine Vliesbahn mit unterschiedlichem Flächengewicht zu bilden und/oder, um individuelle Vliesbahnen in einem kontinuierlichen Bildungsverfahren zu bilden.