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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen eine faserige Vliesbahn mit einem Porengrößengradienten
und Verfahren zum Bilden einer solchen Bahn. Das Verfahren der vorliegenden
Erfindung verwendet in einer Ausführungsform eine gebildete Bahn
mit einer durchschnittlichen Porengröße und deren ausgewählte Wärmeaussetzung,
um Bereiche der Fasern zu schrumpfen, wodurch in ausgewählten Teilen
kleinere Poren gebildet werden. In einer zweiten Ausführungsform
ist eine Bahn mit unterschiedlichen Faserdurchmessern oder Faserzusammensetzungen
gebildet. Das Wärmeaussetzen
der Bahn schrumpft gleichmäßig die
Fasern mit unterschiedlichen Faserdurchmessern oder Zusammensetzung
zu verschiedenen Graden, wodurch ein Porengrößengradient über die
Bahn gebildet wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die Herstellung von Vliesen ist eine
hoch entwickelte Kunst. Im Allgemeinen umfassen Vliesbahnen oder
Bahnen und deren Herstellung das Bilden von Filamenten oder Fasern
und deren Aufbringen auf einen Träger, auf solch eine Art, dass
sich die Filamente oder Fasern überlappen,
oder als eine Bahn mit einem gewünschten
Flächengewicht
verschlingen. Das Bondieren solch einer Bahn kann einfach durch
Verschlingung oder durch andere Mittel, wie z. B. Haftmittel, Wärmeanwendung
und Druck auf auf Wärme
reagierende Fasern oder in manchen Fällen durch Druck allein, erreicht
werden. Obwohl viele Variationen innerhalb dieser allgemeinen Beschreibung
bekannt sind, werden zwei herkömmlich
verwendete Verfahren als Spinnbondieren und Schmelzblasen definiert.
Spinnbondierte Vliesstrukturen und deren Herstellung werden in unzähligen Patenten
definiert, umfassend beispielsweise US-Patent Nummern 3,565,729
an Hartmann vom 23. Februar 1971, Nr. 4,405,297 an Appel et al.
vom 20. September 1983 und Nr. 3,692,618 an Dorschner et al. vom
19. September 1972. Erklärungen
des Schmelzblasverfahrens können
ebenso in einer Vielzahl an Quellen gefunden werden, beispielsweise
in einem Artikel mit dem Titel "Superfine
Thermoplastic Fibers" von
Wendt in "Industrial
and Engineering Chemistry",
Ausgabe 48, Nr. 8 (1956) Seiten 1342–1346, als auch in US-Patent
Nummern 3,978,185 an Buntin et al. vom 31 August 1976, Nr. 3,795,571
an Prentice vom 5. März
1974 und Nr. 3,811,957 an Butin vom 21. Mai 1974.
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In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet
der Begriff „Zusammensetzung" den chemischen Aufbau einer
Faser. Der Begriff „Struktur" bezeichnet die physikalischen
Eigenschaften der Faser, umfassend, jedoch nicht auf tex (Denier)
beschränkt,
die Länge,
Kräuselung,
Schlingung, Anzahl an Komponenten (wie beispielsweise Zwei- oder
Mehrkomponentenfasern, welche im folgenden detaillierter beschrieben
werden) und Festigkeit.
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Eine der Eigenschaften der durch
entweder ein Schmelzblasoder ein Spinnbondierverfahren hergestellten
Faserbahn ist der Faserdurchmesser, der auch als tex (Denier) der
Faser bekannt ist, und die Dochtwirkungsleistung des Stoffes, der
die Fähigkeit
der Bahn zum Ziehen von Feuchtigkeit aus der Anwendungsregion bezeichnet.
Die Fähigkeit
zur Dochtwirkung von Feuchtigkeit bezieht sich auf den Denier der
Faser und die Dichte der Bahn, welche die Porengröße in dem
Material definiert. Die Dochtwirkung wird durch das Kapillarverhalten
der Fasern in Berührung
miteinander verursacht. Das Ziehen oder das Kapillarverhalten ist
wiederum mit der Porengröße oder
den Kapillaren in der Bahn verbunden. Dies heißt, dass je schmaler die Kapillare
und je größer das
Ziehen oder die Dochtwirkungskraft, desto höher der Druck.
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Es hat sich als nützlich herausgestellt, einen
Stoff mit einer Zusammensetzung herzustellen, welche einen Porengrößengradienten über eine
gegebene Region des Stoffes hat. Ein Vorteil davon ist die bessere Steuerung
der Fluiddochtwirkung in Zielregionen. Bei vielen Patenten wurde
der Versuch gemacht, Verfahren der Herstellung von Vliesstoffen
mit variablen Porengrößen herzustellen.
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US-Patent Nr. 4,375,446 an Fujii
et al. offenbart ein Schmelzblasverfahren, in welchem Fasern in
eine Vertiefung geblasen werden, welche zwischen zwei Trommelplatten
mit Poren erzeugt ist. Eine Trommel ist eine Sammelplatte und die
andere Trommel ist eine Pressplatte; die Fasern werden zwischen
die zwei Trommeln gepresst. Der Winkel, in welchem die Fasern in
die Vertiefung geschossen werden, wird als die Herstellung von Bahnen
mit unterschiedlichen Eigenschaften beschrieben.
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US-Patent Nr. 4,999,232 an LeVan
offenbart eine dehnbare Einlage bestehend aus differenzschrumpfbaren
Zweikomponentenfasern, welche überschneidende
Bahnen mit bestimmten Winkeln bilden. Der Winkel bestimmt den Grad
an Dehnung in die Maschinenrichtung und Querrichtung. Ein spiralförmiger Kräusel wird
in dem Material durch Differenz-Schrumpfen hergestellt.
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US-Patent Nr. 2,952,260 an Burgeni
offenbart ein absorbierendes Produkt, wie beispielsweise eine Hygienebinde,
mit drei Bahnlagen, welche übereinander
gefaltet sind; jede Lage hat verschieden gestaltete Bänder aus
porösen
Zonen aus zusammengepressten oder nicht zusammengepressten Fasern.
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US-Patent Nr. 4,112,167 an Dake et
al. offenbart eine Bahn umfassend eine Abwischzone mit einer geringen
Dichte und einem hohen Hohlraumvolumen. Die Zone niedriger Dichte
wird mit einem lipophilem Reinigungsweichmacher erwärmt. Die
Bahn wird durch Trocknen von zwei Lagen aus aus Brei gebildeten
Bahnen hergestellt.
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US-Patent Nr. 4,713,069 an Wang et
al. offenbart eine Hemmschicht mit einer zentralen Zone mit einer Wasserdampfübertragungsgeschwindigkeit,
die geringer ist als jene der nicht zentralen Zonen der Hemmschicht.
Die Hemmschicht kann durch Schmelzblasen oder einem Laminat aus
spinnbondierten Bahnlagen oder durch Beschichten der zentralen Zone
mit einer Zusammensetzung gebildet werden.
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US-Patent Nr. 4,738,675 an Buckley
et al. offenbart eine mehrlagige Wegwerfwindel mit zusammengepressten
und nicht zusammengepressten Regionen. Die zusammengepressten Regionen
können
durch Prägen
mit Rollen hergestellt werden.
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US-Patent Nr. 4,921,659 und 4,931,357
an Marshall et al. offenbaren ein Verfahren zum Bilden einer Bahn
unter Verwendung eines variablen Querwebers. Zwei unabhängige Faserquellen
(eine kurze Faser, eine lange Faser) werden gerollt und durch Vorschubrollen
zu einer zentralen Mischzone geführt.
Die relativen Vorschubgeschwindigkeiten der Vorschubrollen sind
steuerbar, um die Faserzusammensetzung der daraus gebildeten Bahn
zu verändern.
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US-Patent Nr. 4,927,582 an Bryson
offenbart eine abgestufte Verteilung von Granulatmaterialien in
einer Faserbahn, welche durch Einführung eines hochabsorbierenden
Materials gebildet wird, deren Fluss zu einem Fluss aus faserigem
Material reguliert ist, welches in einer Bildekammer vermischt wird.
Die steuerbare Flussgeschwindigkeit ermöglicht ausgewählte Verteilung
von hochabsorbierendem Material innerhalb des faserigen Materials,
welches auf der Bildelage angeordnet wird.
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US-Patent Nr. 5,227,107 an Dickenson
et al. offenbart einen Mehrfachkomponenten-Vlies, der durch Leiten
von Fasern von einer ersten und einer zweiten Faserquelle durch
eine Bildekammer hergestellt wird, so dass sie sich mischen, um
einen relativ gleichmäßigen Präkursor zu
bilden, der dann von der Bildekammer auf einer Bildeoberfläche angeordnet
wird, so dass eine faserige Vliesbahn hergestellt wird, die eine
Mischung aus den ersten und zweiten Fasern ist.
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US-Patent Nr. 5,330,456 an Robinson
offenbart einen absorbierenden Streifen mit einer faserigen absorbierenden
Streifenlage aus superabsorbierendem Polymer (SAP) und einer Flüssigkeitsübertragungslage, wobei
die letztere auf der SAP-Lage angeordnet wird.
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Aus WO 95/13856 sind Vliesfiltermedien
bekannt. Eine Vorrichtung ist gemäß diesem Dokument zum Bilden
einer Vliesfaserbahn bereitgestellt, umfassend zwei Trichter, die
zum Beinhalten einer Menge an Harzmaterialien geeignet ist. Zwei
Düsen stehen
in Verbindung mit dem Trichter, wobei jede Düse eine Öffnung hat. Mittel zum Bilden
von auf Wärme
reagierenden Fasern aus den Düsen
sind bereitgestellt, als auch Mittel zum Sammeln der Fasern als
eine Bahn. Diese Mittel umfassen ein sich bewegendes mit Löchern versehenes Band.
Ferner ist eine Wärmequelle
zum Aufbringen von Wärme
auf die Bahn bereitgestellt, so dass sich die Fasern kräuseln.
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Bei Stoffen, welche durch Mehrlagenverfahren
hergestellt werden, kann es zu Schwierigkeiten wegen der Zwischenlagenhemmschicht,
welche durch unvollständige
Dochtwirkung zwischen den Lagen verursacht wird, bei der Übertragung
zwischen Lagen kommen. Stoffe, welche durch Differenzkompression
von verschiedenen Regionen erzeugt werden, sind ebenfalls unerwünscht, da
alternierende Regionen mit hoher und niedriger Dichte die Flüssigkeitsübertragung
verlangsamen.
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Es wäre wünschenswert, ein Verfahren
zur Herstellung eines variablen Porengrößenmaterials zu haben, welches
bestehende Verfahren zur Herstellung der Bahn nützen könnte. Solche eine Bahn würde verbesserte
Fluss- und Dochtwirkungseigenschaften haben, welche die Fähigkeit
der Fluidabsorption eines fluidabsorbierenden Produkts in einer
Zielregion und die Dochtwirkung des Fluids rasch von den entfernten
Regionen weg verbessern würde.
Solch eine Bahn hätte
verbesserte Dochtwirkungsgeschwindigkeiten und -kapazitäten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren zur Bildung einer Vliesbahn mit einem Porengrößengradienten
bereit, der aus auf Wärme
reagierenden Fasern hergestellt ist, wie gemäß Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche beziehen
sich auf bevorzugte Ausführungsformen
davon.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung eine Bahn mit einer durchschnittlichen
Porengröße bereit,
welche auf herkömmliche
Art hergestellt ist. Die Bahn kann unter Verwendung von herkömmlichen
Schmelzblas-, Spinnbondier-, Luftbilde-, Nassbilde- oder anderen
Verfahren, welche dem Fachmann bekannt sind, gebildet werden. Die
Bahn kann zu einem Keil oder zu einer anderen Form geschnitten werden
und das Material wird ausgewählt
Wärme ausgesetzt,
um ausgewählt
bestimmte Regionen der Bahn zu schrumpfen. Die Wärmequelle kann erwärmtes Wasser, Öl oder eine
andere Flüssigkeit sein,
wie beispielsweise in Form von einem Spray, einem Feststoff, wie
beispielsweise einer erwärmten
Rolle oder einem Rad, eine Strahlenwärmequelle, wie beispielsweise
Glüh- (inkohärentes)
oder Laserkohärentes) Licht,
ultraviolettes Licht, Mikrowellenenergie oder eine andere elektromagnetische
Strahlung. Die breiteren Regionen der Bahn werden einer größeren Wärme ausgesetzt
als die schmaleren Regionen, was zu einer rechtwinklig-geformten
Bahn mit einem Porengradienten führt.
Verschieden geformte Bahnen können
vor dem Erwärmen
verwendet werden, abhängig
von der Form des erwünschten
Endprodukts.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer
Vliesbahn mit überlappenden
oder diskreten Zonen mit verschiedener Struktur und/oder Zusammensetzung
der Faser bereit. In einem Schmelzblasverfahren, nach dem Bilden
der Fasern und deren Anordnung auf einem Sammelband, werden die
Fasern einer im Allgemeinen gleichmäßig aufgebrachten Wärmequelle, wie
beispielsweise Heißluft,
erwärmten
Feststoffen oder Flüssigkeit
ausgesetzt, welche über
die Breite der gebildeten Bahn geblasen oder gesprüht werden.
Die Fasern schrumpfen gemäß den Eigenschaften
der Faserstruktur und Zusammensetzung, wodurch eine Bahn mit einem
Porengrößengradienten
gebildet wird.
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Eine Vorrichtung zur Erreichung des
Verfahrens der zweiten bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung
eines Schmelzblasverfahrens umfasst wenigstens einen Behälter geeignet
zum Umfassen einer Zufuhr wenigstens eines Polymerharzes (normalerweise
in Pelletform bereitgestellt), wobei jeder Behälter in Verbindung mit einer
Schmelzblasdüse
steht. Ein mit Löchern
versehenes Förderband,
welches unterhalb der Düse
angeordnet ist, nimmt verdünnte
Faserströme
auf, welche aus der Düsenspitze
austreten. Eine Wärmequelle,
wie beispielsweise eine Heißluftgebläse oder
eine Flüssigkeitspumpe
steht in Verbindung mit einer Sammelleitung, welche über wenigstens
einen Bereich der Breite des Förderbandes
angeordnet ist. Die Sammelleitung hat wenigstens eine Öffnung,
die auf dem unteren Bereich angeordnet ist, welche Heißluft oder Sprühflüssigkeit
auf die Faserbahn blasen kann, wenn diese unterhalb der Sammelleitung
vorbeiläuft,
während sich
diese auf dem Förderband
befindet. Ein Luftfilter kann ausgewählt zwischen der Heißluftquelle
und der Sammelleitung oder an der Heißluftquelle zur Filterung von
Verunreinigungen angeordnet sein. Ausgewählt kann ein Behälter umfassend
Fasern oder andere Partikel in Verbindung mit der Sammelleitung
zum Blasen von Fasern oder Partikeln auf die Faserbahn mittels der
Heißluft
stehen, was eine zusätzliche
Steuerung der strukturellen und funktionellen Eigenschaften durch
Veränderung
der Zusammensetzung des Materials vor dem Schrumpfen bereitstellen
kann. Im Falle einer Fluidwärmequelle,
wird das Fluid wie beispielsweise Wasser, von der Bahn unter Verwendung
von herkömmlichen
Mitteln, wie beispielsweise einer Vakuumquelle entfernt.
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In einer dritten Ausführungsform
kann das zweite bevorzugte Ausführungsformverfahren
verwendet werden, wobei eine allgemein bekannte Spinnbondiervorrichtung
und die Zugabe der Sammelleitung und Wärmequelle, wie zuvor beschrieben,
eingesetzt wird.
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In einer vierten Ausführungsform
werden Schmelzblas- und Spinnbondierverfahren zusammen verwendet,
um eine Verbundwerkstoff-lagige Bahn herzustellen, wie beispielsweise
spinnbondierte schmelzgeblasene spinnbondierte Bahnen, welche dem
Fachmann bekannt sind und durch den Zessionar der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden.
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Es ist ferner möglich, Mehrkomponentenfasern,
wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Hülle-/Kern-, exzentrische Hülle-/Kern-,
Seite-an-Seite(zweikomponent) und Seite-an-Seite-an-Seite (dreikomponent)
Anwendungen oder andere bekannte Mehrkomponentenstrukturen und Zusammensetzungen
zu verwenden.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bilden einer Vliesbahn
mit einem variablen Porengrößengradienten
bereitzustellen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum Bilden einer Faserbahn mit einem Porengrößengradienten
bereitzustellen, indem eine Faserbahn mit einer durchschnittlichen
Porengröße mit einer
Wärmequelle
in Berührung
gebracht wird, um die Fasern ausgewählt zu schrumpfen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum Bilden einer Faserbahn mit einem Porengrößengradienten
bereitzustellen, indem eine aus verschiedenen Fasertex (Denier)
oder anderen strukturellen Eigenschaften bestehende Faserbahn mit
einer Wärmequelle
in Berührung
gebracht wird, um die Fasern ausgewählt zu schrumpfen.
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Es ist auch eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bilden einer Faserbahn
mit einem Porengrößengradienten
bereitzustellen, indem eine Faserbahn, bestehend aus Faserzonen, mit
einer Wärmequelle
in Berührung
gebracht wird, um die Fasern ausgewählt zu schrumpfen, wobei jede Zone
eine Faser mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung oder Struktur
hat, wobei die Zonen möglicherweise überlappen.
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Es ist ferner einen weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bilden einer Faserbahn
mit einer unterschiedlichen Bahnzusammensetzung oder Struktur unter
Verwendung der Einführung
von Fasern und Partikeln bereitzustellen, um die Zusammensetzung
und Struktur zu steuern.
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Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten
Beschreibung der Ausführungsformen
der Erfindung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen und den anhängigen
Ansprüchen
genommen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt, in welcher gleiche Referenzzeichen gleiche oder ähnliche
Teile der Figuren darstellen, von welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Abschnittes der Bahn mit einer anfänglich homogenen
Porengröße gemäß einer ersten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 eine
perspektivische Ansicht der Bahn von 2 nach
der Wärmeaussetzung
darstellt.
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3 ein
Diagramm ist, welches die Porenradiusverteilung von schmelzgeblasenen
PET-Fasern vor dem Schrumpfen gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform
darstellt.
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4 ein
Diagramm ist, welches die Porenradiusverteilung von schmelzgeblasenen
PET-Fasern nach dem Schrumpfen gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform
darstellt.
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Schmelzblasvorrichtung zeigt, welche
zum Bilden einer variablen Zusammensetzungs-Faserbahn gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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6 eine
Bildansicht einer Vorrichtung zeigt, wobei eine Reihe der Schmelzblasdüsen eine
erste Faserlage bilden und eine zweite Reihe der Schmelzblasdüsen Fasern
herstellen, die die erste Lage der Fasern überlappen, wodurch eine Laminatstruktur
hergestellt wird.
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7 eine
Seitenansicht einer Spinnbondiervorrichtung zeigt, die zum Bilden
einer variablen Zusammensetzungs-Faserbahn
gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung von drei Spinnbondierdüsen verwendet
wird.
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8 eine
Seitenansicht einer Vorrichtung zeigt, die in einer alternativen
Ausführungsform
verwendet wird, in welcher eine Faserlage zuerst auf einer Reihe
Spinnbondier-Düsenanordnungen
angeordnet wird, gefolgt von der Anordnung von einer zweiten Faserlage,
welche durch eine Reihe an Schmelzblasdüsen hergestellt wird.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung kann verwendet
werden, um Vliesfaserbahnen mit einer gesteuerten Porengradientenverteilung
herzustellen, die durch Verwendung auf Wärme reagierender Fasern erzeugt
werden. Die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung sind fortgesetzte Verfahren zum Aufbringen von Wärme oder anderen
Kräften,
welche die Fasern ausgewählt
zum Schrumpfen bringen.
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Bei allen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung kann das verwendete Polymer jedes geeignete thermoplastische
Material sein, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Polymere
und Copolymere aus Ethylen, Propylen, Ethylenterephthalat, Mischungen
daraus und dergleichen. Das Polymer sollte die Eigenschaft des Schrumpfens
aufweisen. Solche Materialien sind dem Fachmann bekannt und müssen nicht
im Detail erklärt
werden. Theoretisch zeigen alle thermoplastischen Polymere, welche
dem Fachmann bekannt sind, Wärmeschrumpfeigenschaften,
wenn sie zuerst ausgerichtet (wie in einem Faserspinnverfahren)
und dann verfestigt werden, um die Ausrichtung „einzufrieren". Nachfolgende Wärmebehandlung
verursacht, dass ein Schrumpfen des Materials, um die Spannungen,
welche während
des Ausrichtungsverfahrens erzeugt wurden, abzubauen. Zusätzlich können die
gebildeten Fasern herkömmliche
Monofilament-Monokomponent-Fasern oder Mehrkomponentenfasern wie
beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Hülle/Kern, exzentrische Hülle/Kern,
Seite-an-Seite (zweikomponent), Insel-im-Meer (dreikomponent) oder
dergleichen sein. Für
eine Beschreibung dieser oder anderer Mehrkomponentenfasern siehe
US-Patent Nr. 5,382,400, herausgegeben an Pike et al. und übertragen
an den Zessionar der vorliegenden Erfindung.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, welche in den 1–4 gezeigt wird, hat ein Bereich
einer Vliesfaserbahn 10 eine im Allgemeinen gleichbleibende
Porengrößenverteilung,
welche durch Fasern oder Filamente 12 definiert wird. Die
Begriffe Faser und Filament sind gleichbedeutend, wie auch die Begriffe
Bahn und Bahn, und können
hierin auswechselbar verwendet werden. Die Bahn 10 wird
durch Verwendung von herkömmlichen
Schmelzblas- oder Spinnbondiertechniken, welche in dem Fachgebiet
bekannt sind, erzeugt und müssen
nicht im Detail erklärt
werden. Kurz gesagt, wird jedoch in einem Schmelzblasverfahren eine
Menge an Polymerharzpellets durch einen Extruder durch einen Schneckenförderer und
dann durch eine Schmelzblasdüse
mit mehreren feinen Öffnungen
geleitet. Das geschmolzene Harz wird durch die Öffnungen gedrückt, um
Fasern zu bilden. Die Fasern werden verdünnt und aufgebrochen, indem
sie mit erwärmter
Zugluft in Kontakt gebracht werden und als eine verschlungene Bahn
auf einer sich bewegenden Oberfläche
gesammelt werden, wie beispielsweise einem mit Löchern versehenem Vakuumband.
Die Fasern werden nach dem Absetzen von dem Band gesammelt.
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In dieser ersten Ausführungsform
bildet die Schmelzblasdüse
eine Bahn aus Fasern mit einer durchschnittlichen Porengröße über der
Breite der Bahn, da die Düsenöffnungen
denselben Durchmesser haben, was dazu führt, dass die Fasern im Allgemeinen
denselben Durchmesser haben. Ein Proben-Porengrößenverteilungsdiagramm für nicht
geschrumpfte PET-Fasern, welche durch Verwendung eines Schmelzblasverfahrens
gebildet werden, wird in 3 gezeigt.
Die Porengröße kann
in dem Bereich von etwa 5 μ bis
etwa 1000 μ in
einem äquivalenten
Porenradius liegen, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 20 μ bis etwa
500 μ. Andere
Porengrößenbereiche,
vor und nach dem Schrumpfen, werden als innerhalb des Rahmens der
vorliegenden Erfindung liegend angesehen. Vorzugsweise ist der Koeffizient
der Abweichung nicht größer als
etwa 50%. Eine Beschreibung der Porengröße taucht in US-Patent Nr.
5,039,431 auf, herausgegeben an Johnson et al. und übertragen
an den Zessionar der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt ein Porengrößenverteilungsdiagramm für geschrumpfte
PET-Fasern, welche unter Verwendung eines Schmelzblasverfahrens
gebildet werden.
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Vorzugsweise kann erwärmte Luft
auf die Fasern in ausgewählten
Regionen geblasen werden, um die Fasern zu schrumpfen. 2 zeigt beispielsweise die
Wirkung einer ausgewählten
Erwärmungszone 14 auf die
Bahn. Fasern oder Filamente 12 werden geschrumpft und in
Zone 14 noch besser verschlungen, was zu verringerten Porengrößen in dieser
Zone führt,
verglichen mit dem Rest der Bahn 10. Faktoren, welche den Grad
an Schrumpfung beeinflussen, umfassen, sind jedoch nicht darauf
beschränkt,
Temperatur der erwärmten
Luft, Geschwindigkeit der Luft, Entfernung von der Düsen von
den Fasern, Dauer der Wärmeanwendung, Aufbau
der Luft selbst (beispielsweise Feuchtigkeit, pH-Wert, Zusammensetzung
der anderen vaporisierten oder nicht vaporisierten Komponenten)
und dergleichen.
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Ausgewähltes Schrumpfen der Fasern
wird durch Anwendung von Wärme
auf die Fasern erreicht. Als Alternative wird Dampf, Öl oder anderes
geeignetes Fluid mit den Fasern in ausgewählten Regionen über eine bestimmte
Zeitdauer in Berührung
gebracht, um die Fasern in manchen Regionen mehr und in anderen
Regionen weniger zu schrumpfen. Das Schrumpfen kann durch mehrere
Faktoren beeinflusst werden, umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt, Temperatur
der aufgebrachten Wärmequelle,
Zusammensetzung der Wärmequelle,
Entfernung des Wärmequellen-Applikators
zu der Bahn und Dauer der Aussetzung.
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Andere Faktoren, welche das Schrumpfen
beeinflussen können,
die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, umfassen, sind
jedoch nicht darauf beschränkt,
Wasser, Licht (UV, Laser), Druck, Magnetismus oder andere elektromotorische
Kraft und dergleichen, abhängig
von der Faser- und Mattenzusammensetzung. Es ist möglich, Fasern
mit einer pH-sensiblen Zusammensetzung und Säure oder Alkalin-adjustiertes Fluid
zu verwenden, um das Schrumpfen zu beeinflussen.
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Es ist ferner möglich, Mikrowellenenergie zum
Erwärmen
der Fasern zu verwenden. Ein Beispiel dieses Verfahrens kann das
Bilden von Fasern unter Verwendung von Metallpartikeln als ein mitbildendes
Material sein. Die imprägnierten
Partikel erwärmen,
wenn sie Mikrowellen- oder anderer Energie ausgesetzt werden und
schrumpfen dadurch die Fasern. Unterschiedliche Partikelkonzentrationen
innerhalb der Bahnregionen können
durch eine Mehrzahl an unterschiedlich großen Düsenspitzen oder durch eine
Mehrzahl an einzelnen Düsen
oder durch andere Techniken, welche dem Fachmann bekannt sind, erreicht
werden. Als eine Alternative zur Mikrowellenenergie können auch
eine oder mehrere Rollen verwendet werden, um auf die Bahn Wärme aufzubringen.
Mehrere Paare an Wärmerollen,
zwischen welche die Bahn gepresst wird, können einen gesteuerten Grad
an Erwärmung
bereitstellen und auch die Bahn absetzen, wie beispielsweise in
dem Fall einer Verbundstoff-Bahnstruktur.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
welche in 5 gezeigt
wird, wird eine variable Zusammensetzungsbahn 100 mit Zonen
verschiedener Faserdurchmesser vorzugsweise durch ein Schmelzblasverfahren
gebildet. Es sollte klargestellt werden, dass andere Verfahren verwendet
werden können,
wie beispielsweise Spinnbondieren (unten detaillierter beschrieben),
Luftbilden, Nassbilden oder dergleichen. Eine Schmelzblasvorrichtung
und ein Verfahren werden detailliert in US-Patent Nr. 5,039,431
beschrieben, herausgegeben an Johnson et al., welches eine Anzahl
an Düsen
zum Bilden einer mehrlagigen Bahn verwendet. 5 zeigt eine Vorrichtung 105 mit
einer Anzahl an Trichtern 110, wobei jeder thermoplastische
Pellets 112 (nicht gezeigt) aus Polymerharz umfasst. Jeder
Trichter 110 kann eine bestimmte Polymerzusammensetzung haben,
oder verschiedene Trichter können
dieselbe Zusammensetzung haben. Die folgende Beschreibung bezieht
sich auf jede Düsenanordnung 111.
Die Pellets 112 werden zu einem Extruder 114 transportiert,
der einen internen Schneckenförderer 116 umfasst.
Der Schneckenförderer 116 (nicht
gezeigt) wird durch einen Motor 118 angetrieben. Die Extruder 114 werden
ihrer Länge
nach auf Schmelztemperatur der thermoplastischen Harzpellets 112 erwärmt, um
einen Schmelze zu bilden. Die Schneckenförderer 116, welche
durch die Motoren 116 angetrieben werden, zwingen das geschmolzene
Harzmaterial durch die Extruder 114 in eine befestigte Zuführleitung 120,
wobei jede mit einem Düsenkopf 122, 124 und 126 verbunden
ist. Jeder Düsenkopf
hat eine Düsenbreite.
Vorzugsweise sind die Düsenköpfe 122, 124 und 126 nahe
voneinander beabstandet, so dass die Fasern, welche daraus gebildet
werden, verschlungen werden. Fasern werden an der Düsenkopf
spitze auf herkömmliche
Art hergestellt, d. h. durch Verwendung von Hochdruckluft, um den
Polymerstrom zu verdünnen
und ihn aufzubrechen, um Fasern an jedem Düsenkopf zu bilden, dessen Fasern
in Lagen auf einem sich bewegenden, mit Löchern versehenen Band 128 zum
Bilden der Bahn 100 angeordnet werden. Eine Vakuumbox 129 wird
unterhalb des Bandes 128 angeordnet, um die Fasern in das
Band 128 während
des Schmelzblasverfahrens zu ziehen. Es ist möglich, dass ein Trichter 110 ein
Polymer mit einer Mehrzahl an Düsenköpfen 122, 124 und 126 zuführen kann.
Als Alternative kann jeder Trichter 110 ein anderes Polymer
zu jeder Düse
zuführen.
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Die daraus gebildete Bahn 100 wird
durch eine Sammelleitung 130 erwärmt, welche erwärmte Luft gleichmäßig über die
Bahn 100 verteilt, wobei, wenn sie von einer Vakuumbox 131 unterstützt wird,
die Wärmegleichmäßigkeit
durch die Bahndicke verbessert wird. Die erwärmte Luft tritt in die Sammelleitung 130 durch eine
Leitung 132 ein, welche in Verbindung mit einer Wärmeluftquelle 134 steht.
Ausgewählt
kann ein Luftfilter 136 in Flussrichtung der Wärmequelle 134 eingebracht
werden, um die Verunreinigung der Bahn 100 zu verringern.
In einer alternativen Ausführungsform
kann die Sammelleitung 130 eine Mehrzahl an einzelnen Regionen
haben, wobei jede Region durch eine andere Wärmeluftquelle gespeist wird,
wobei jede Quelle Wärme mit
einer anderen Temperatur erzeugt. In einer alternativen Ausführungsform
kann eine Sammelleitung 130 unterhalb des Bandes 116 und
der Bahn 100 angeordnet sein und die Position der Vakuumbox 131 kann
ausgewählt
umgekehrt sein.
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Die Bahn 100 kann abgeschreckt
werden, um die Wirkung der Wärme
auf die Fasern zu beenden. Sobald die geschrumpfte Faserbahn 100 erzeugt
wurde, kann die Bahn 100 von dem Band 128 durch herkömmliche
Rückziehrollen
(nicht gezeigt) zurückgezogen
werden. Ausgewählt
können
herkömmliche
Kalanderrollen (nicht gezeigt) die Bahn 100 nach den Rückziehrollen
einspannen, um die Bahn 100 mit einem Muster zu prägen oder
zu bondieren, wobei der Bahn 100 ein erwünschter
Grad an Steifheit und/oder Festigkeit verliehen wird.
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Wenigstens eine der Zonen A, B und
C der Bahn 100 schrumpft, wenn er Wärme ausgesetzt wird. Da die
Fasern miteinander verschlungen sind, erzeugt das Schrumpfen einen
Gradienteneffekt. Der Grad an Schrumpfung ist abhängig von
einer Anzahl an Faktoren, umfassend, jedoch nicht darauf beschränkt, die
Faserzusammensetzung, den Faserdurchmesser, die Faserdichte, die Überlappung
in den Zonen, die Zeit der Aussetzung einer Wärme nach der Bildung und dem
Absetzen, die erwärmte
Lufttemperatur, der Dauer der Aussetzung der erwärmten Luft, der Entfernung
der Sammelleitung 130 von der Bahn 100 und dergleichen. Zusätzlich kann
die erwärmte
Luft selbst verschiedene damit verbundene Variablen haben, wie beispielsweise, jedoch
nicht darauf beschränkt,
Temperatur, Feuchtigkeit, Acidität
und dergleichen. Die Luftquelle kann vaporisiertes Wasser oder anderes
Fluid enthalten. Solche Fluida können
den chemischen Aufbau der Faserbahn verändern und die Porengröße oder
andere Eigenschaften erhöhen
oder verringern. Ferner kann die Luftquelle auch Fasern, wie beispielsweise
Holzzellstoff, oder Partikel, wie beispielsweise superabsorbierendes
Polymer („SAP") enthalten, welches,
wenn es auf die Bahn
100 geblasen wird, entweder auf der
Oberfläche
oder innerhalb der Poren eingeschlossen wird. In dem Fall, in welchem
die Fasern oder Partikel teilweise geschmolzen werden, können sie
auf oder in der Bahn 100 kleben bleiben oder erstarren.
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Die resultierende Bahn 100 hat
einen Porengrößengradienten über die
Breite der Bahn. Beispielsweise, wenn der Düsenkopf 122 Fasern
mit einem großen
(relativ) tex (Denier) herstellt, stellt der Düsenkopf 124 Fasern
mit einem mittleren tex (Denier) her und der Düsenkopf 126 stellt
Fasern mit einem feinen tex (Denier) her, wobei dann der resultierende
Gradient in Zone A Fasern mit der größten Porengröße hat,
wobei die Fasern in Zone B eine geringere Porengröße haben
und die Fasern in Zone C die geringste relative Porengröße haben.
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In einer alternativen Ausführungsform
werden die drei Düsenköpfe 122, 124 und 126 durch
einen einzelnen Düsenkopf 150 (nicht
gezeigt) ersetzt, der Öffnungen
mit unterschiedlichen Durchmessern hat. Durch Steuerung der Öffnungsgröße über die
Breite des Düsenkopfs 150,
kann der erzeugte Fasertex (Denier) gesteuert werden.
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Als Alternative ist es möglich, eine
Vorrichtung 200, gezeigt in 6,
zu verwenden, in welcher eine Lage an Fasern 210, bestehend
aus einem Polymer A, auf einem Förderband 212 durch
eine erste Reihe an Schmelzblas- (oder Spinnbondier-) Düsen (teilweise
gezeigt und gesammelt als 214 bezeichnet) angeordnet ist,
welche zugeführte geschmolzene
Harzpolymer A sind, wie oben mit Bezug auf die Anordnung 111 beschrieben.
Eine zweite Lage aus Fasern 216, bestehend aus einem Polymer
B, wird auf dem Förderband 212 durch
eine zweite Reihe an Schmelzblasdüsen angeordnet, welche gesammelt
als 218 bezeichnet werden, welche auf gleiche Weise zugeführtes geschmolzenes
Harzpolymer B sind. Vakuumboxen 219 und 219A,
welche unterhalb des Bandes 212 angeordnet sind, ziehen
während
des Verfahrens die gebildeten Fasern auf das Band 212.
Die resultierende Laminatbahn 220 wird auf eine oben beschriebene
Art unter Verwendung einer Sammelleitung 230 Wärme ausgesetzt,
welche durch eine Leitung 232 mit einer Wärmequelle 234 verbunden ist,
auf eine oben beschriebene Art Wärme
ausgesetzt. Ausgewählte
Boxen 236 können
in die Leitung 234 eingesetzt werden. Eine Vakuumbox 237 unterstützt die
Verbesserung der Wärmegleichheit
durch die Bahndicke. Der Vorteil der Verwendung von zwei oder mehreren
Polymeren ist, dass die Wärmeschrumpfeigenschaften jedes
Polymers eine bessere Steuerung des Porengrößengradienten, welcher dadurch
gebildet wird, ermöglicht.
Die Verwendung von Polymeren mit sehr unterschiedlichen Wärmeschrumpfeigenschaften
kann das Schrumpfen in Z-Richtung verbessern, was eine Bahn mit
höheren
oder geringeren Absorptions- oder Dochtwirkungseigenschaften herstellen
kann.
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Ein Schmelzblasverfahren kann in
dem Fall vorteilhafter sein, in welchem ein geringerer relativer
Porengrößenbereich
der vor-geschrumpften Bahn hergestellt werden soll und ein Spinnbondierverfahren
kann in dem Fall vorteilhafter sein, in welchem ein höherer Porengrößenbereich
erhalten werden soll.
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Als ein alternatives Bahn-Bildeverfahren
der zweiten bevorzugten Ausführungsform
kann die vorliegende Erfindung mit einem Spinnbondierverfahren und
-Vorrichtung verwendet werden. Spinnbondier-Bahnbildung ist auf
dem Fachgebiet bekannt und muss hierin nicht detailliert beschrieben
werden. Kurz gesagt, zeigt die 7 jedoch
eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 300, in
welcher Trichter 310 Polymer in Extruder 312 zuführen, welches
dann durch Leitungen 314 in eine Spinndüse 316 geführt wird.
Die Spinndüse zieht
das Harz in die Fasern, welche durch einen Abschreckgebläse 318 abgeschreckt
werden, das unterhalb jeder Spinndüse (eines dieser ist in der
Zeichnung gezeigt) angeordnet ist. Eine Faserzieheinheit oder -Aspirator 320 ist
unterhalb der Spinndüse 316 angeordnet
und nimmt die abgeschreckten Filamente auf. Es sollte klargestellt
werden, dass jede Anzahl an Spinnbondier-Extruder-Spinndüsenanordnungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann.
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Die Faserzieheinheit 320 umfasst
einen Verlängerungs-Vertikal-Durchgang,
durch welchen die Filamente durch Aspirationsluft gezogen werden,
welche aus den Düsen
des Durchgangs austritt und nach unten durch den Durchgang fließt. Ein
Erwärmer 322 (einer
davon ist in der Zeichnung gezeigt) führt der Faserzieheinheit 320 heiße Aspirationsluft
zu. Die heiße
Aspirationsluft zieht die Filamente und Umgebungsluft durch die
Einheit 320. Ein mit Löchern
versehenes Sammelband 324 nimmt die fortlaufenden Filamente
von den Auslassöffnungen
der Faserzieheinheit 320 auf, welche durch eine Vakuumbox 325 unterstützt wird,
um eine Bahn 328 zu bilden. Ausgewählte können Kalanderrollen (nicht
gezeigt) auf eine herkömmliche
Art verwendet werden, um der Bahn 328 ein Muster oder eine
Gesamtbondierung zu geben.
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Nach dem Bilden der Bahn 328 wird
eine Wärme-Sammelleitung 330,
wie hierin oben beschrieben, verwendet, um die Bahn 328 zu
erwärmen
und eine Vakuumbox 329 wird verwendet, wie oben beschrieben. Dadurch
wird in der Bahn ein Porengradient gebildet.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform
der zweiten Ausführungsform
kann eine Kombination aus Schmelzblas- und Spinnbondierverfahren
verwendet werden, um eine Verbundstoffbahn herzustellen, welche
unter Verwendung der Wärmequellenvorrichtung
und -Verfahrens der zweiten Ausführungsform
geschrumpft wird. Ein Verbundstoff aus schmelzgeblasenen spinnbondierten
schmelzgeblasenen Fasern, bekannt als SMS, kann unter Verwendung
der vorliegenden Erfindung erzeugt und wärmegeschrumpft werden. In solch
einem Verfahren wird eine Lage aus schmelzgeblasenen Fasern oben
auf einer Lage aus spinnbondierten Fasern gebildet und mit einer
zweiten spinnbondierten Lage kombiniert, um ein dreilagiges Laminat
zu bilden, wobei das Laminat dann zwischen ein Paar Kalanderrollen
gepresst wird, um eine einheitliche Bahn zu bilden. 8 zeigt eine Vorrichtung 400,
welche eine spinnbondierten schmelzgeblasenen Bahn 410 bilden kann.
Ein Trichter 412 führt
einem Extruder 414 Polymerpellets zu. Extrudiertes Harz
wird durch eine Leitung 416 in eine Spinndüse 418 geleitet,
welche aus dem Harz Filamente bildet. Ein Abschreckgebläse 420 ist
benachbart dem Filamentstrom angeordnet und schreckt die Filamente
ab. Die Filamente werden von einer Faserzieheinheit 422 aufgenommen,
welche mit Heißluft
mittels eines Wärmers 424 versorgt
wird.
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Die gebildeten Filamente werden in
ein mit Löchern
versehenes Sammelband 426 durch eine Vakuumbox 428 gezogen,
welche unterhalb des Bandes 426 angeordnet ist. Ein Schmelzblas-Düsenkopf 430,
der mit Polymerharz aus einem Trichter 432 über einen
Extruder 434 und eine Leitungs- 436 Anordnung
versorgt wird, stellt eine Lage aus schmelzgeblasenen Filamenten
her, welche auf dem Sammelband 426 auf der spinnbondierten
Lage aus Filamenten angeordnet wird. Eine Wärme-Sammelleitungsanordnung 440 und
Vakuumbox 441, wie oben detailliert beschrieben, wärmeschrumpft
die Laminatbahn 443 ausgewählt, um eine Porengröflengradienten-Einschnür-Dehnungs-Rolleranordnung 442 zu
bilden und/oder Kalanderrollen 443 und 444 können, wie
dem Fachmann bekannt, verwendet werden. Ein Sammelroller 450 kann
das fertige Produkt entfernen und aufnehmen.
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Ein Vorteil der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, dass eine herkömmlich gebildete Bahn nach
der Bildung behandelt werden kann, um einen unterschiedlichen Porengröflengradienten
zu bilden. Dieses Verfahren kann die Notwendigkeit der Herstellung
einer neuen Vorrichtung zum Bilden der Bahn verringern. Ein Porengrößengradient
ist dadurch von Vorteil, dass, je geringer die Porengröße desto
höher die Dochtwirkungskraft
der Bahn. Eine Porengrößenstruktur
ist die effizienteste Struktur zum weiterleiten von Flüssigkeit
gegenüber
Gravität.
Wenn kleinere Regionen einen Porengradienten haben sollen, dann
kann eine ausgewählte
Wärmeanwendung
auf eine homogene Porengrößenbahn
einen hohen Grad an Steuerung gegenüber dem Schrumpfen haben. Ein
weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Zugabe von mitbildenden Partikeln
gegenüber
den Bahneigenschaften zusätzliche
Steuerung bereitstellt.
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Ein Vorteil der zweiten Ausführungsform
ist, dass die Steuerung gegenüber
dem erreichbaren Bereich von Porengrößen viel höher ist, da es zwei Freiheitsgrade
mit Bezug auf die Steuerung gibt, d. h. Bahndichte und Wärmeanwendung.
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BEISPIELE
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Die Erfindung wird mit Bezug auf
die folgenden Beispiele weiter beschrieben, die nur zum Zwecke der Illustration
gegeben sind. Wenn nicht anderweitig genannt, handelt es sich in
solchen Beispielen um Gewichts-Teile und Gewichts-Prozente.
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BEISPIEL 1 – BILDUNG
EINER PORENGRADIENTENSTRUKTUR AUS EINER HOMOGENEN ZUSAMMENSETZUNG
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Eine schmelzgeblasene Bahn (Probe
#5214) wurde aus PET auf herkömmliche
Art hergestellt, um eine im Wesentlichen homogene Porengrößenverteilung
zu bilden. Für
eine detaillierte Beschreibung eines Verfahrens zum Bilden einer
schmelzgeblasenen Bahn, siehe Butin et al., US-Patent Nr. 3,849,241.
Eine Probe aus Material wurde in Form eines abgestumpften invertierten
Dreiecks geschnitten. Abschnitte der Bahnprobe wurden für 30 Sekunden
in kochendes Wasser (100°C)
getaucht, um ausgewählte
Bereiche der Bahn zu schrumpfen. Als Alternative wird ein/e Sprühkopf/Sammelleitung,
welche/s sich im Wesentlichen über
das Band und die Breite der Bahn erstreckt, verwendet, um kochendes
Wasser auf die Bahn zu sprühen.
Die Geschwindigkeit der Faser auf dem Band, welches unter der Sammelleitung
durchläuft,
und die Länge
der Sammelleitung bestimmen die Dauer, über welche die Bahn Wärme ausgesetzt
wird.
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Das Verfahren erzeugte eine einheitliche
Struktur mit einem Porengrößengradienten.
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BEISPIEL 2 – ANALYSE
DER PORENGRÖßENSTRUKTUR
UND DER VERGLEICHSPROBEN VON BEISPIEL 1
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Das Porenradiusverteilungsdiagramm
der gebildeten nichtgeschrumpften Bahn ist in 3 dargestellt, in welcher die x-Achse
den Porenradius in Mikron zeigt und die y-Achse die Absorbenz in
ml/g zeigt, wie durch Verwendung einer Vorrichtung, basierend auf
dem porösen
Plattenverfahren, bestimmt, welches zuerst durch Burgeni und Kapur
in „The
Textile and Research Journal",
Ausgabe 37 (1967), Seite 356, erwähnt wurde. Das System ist eine
modifizierte Version des porösen
Plattenverfahrens und besteht aus einer beweglichen Velmex-Stufe,
welche an einen programmierbaren Schrittmotor und eine elektronische
Waage angekoppelt ist, die durch einen Mikrocomputer gesteuert werden.
Ein Steuerprogramm bewegt die Stufe automatisch auf die gewünschte Höhe, sammelt
Daten bei einer spezifizierten Probennahmemenge bis ein Gleichgewicht
erreicht ist und bewegt sich dann zu der nächsten kalkulierten Höhe. Steuerbare
Parameter des Verfahrens umfassen Probenentnahmemenge, Kriterien
für ein
Gleichgewicht und die Anzahl der Absorptions-/Desorptionszyklen.
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Daten für diese Analyse werden in einem Ölmedium
gesammelt. Alle 15 Sekunden wurden diese abgelesen; wenn, nach vier
nachfolgenden Ablesungen die durchschnittliche Veränderung
weniger als 0,005 g/min. betrug, wurde angenommen, dass ein Gleichgewicht
erreicht worden ist. Ein vollständiger
Absorptions-/Desorptionszyklus wurde verwendet, um die berichteten
Daten zu erhalten. Die verwendet Probe war ein Düsenschnittblatt mit einem Durchmesser
von 7 cm (2,75 Inch).
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Die Porenradiusverteilung für die nicht-geschrumpfte
Probe hatte einen Höchstwert
von 170 μ.
Die Porenradiusverteilung für
die geschrumpfte Probe ist in 4 gezeigt.
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Eine vertikale Dochtwirkungstechnik
umfasst das teilweise Eintauchen eines langen Stückes eines Probenstoffes in
ein Fluidbecken und dessen vertikales Hängen lassen von oben für einen
bestimmten Zeitraum. Die Tiefe des Stoffes in dem Fluid ist nicht
ausschlaggebend. Die vertikal Dochtwirkungshöhe ist die Höhe, welche
das Fluid vertikal nach oben in den Stoff wandert (gemessen von
dem Fluidlevel des Stoffes), nachdem ein Gleichgewicht erreicht
worden ist. Die Gleichgewichtshöhe
wird als maximale mögliche
Dochtwirkungshöhe
angesehen (welche nach einer bis zwei Stunden erreicht wurde). Die
Gleichgewichtszeiten der in diesem Experiment verglichenen Proben
waren nicht notwendigerweise äquivalent.
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Ein Experiment wurde unter Verwendung
von Mineralöl
gemacht, wobei g = 27 × 10–5 N/cm
(27 Dyn/cm), n = 0,006 Pa·s
(6 cps), wobei g die Oberflächenspannung
und n die Viskosität
ist. Die Gleichgewichts-Vertikal-Dochtwirkungshöhen für die Porengradientenprobe
und die homogene nicht geschrumpfte Probe war wie folgt:
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Die werte waren im Einklang mit der
Porengrößenverteilung,
welche in dem Absorptionsmodus gemessen wurde.
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BEISPIEL 3 – VERFAHREN
ZUR WÄRMEBEHANDLUNG
DER HOMOGENEN BAHNSTRUKTUR
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Die homogene Zusammensetzungsprobe
von Beispiel 1 wird einem Heißluftstrom über die
Oberfläche der
Bahn aus einer Heißluftquelle über einen
Zeitraum zwischen etwa 5 Sekunden und 2 Minuten bei einem Temperaturbereich
zwischen etwa 100°C
und etwa 200°C
ausgesetzt. Der Strom wird auf ausgewählte Bereiche der Bahn mit
unterschiedlichen Zeitdauern geleitet. Eine glatte Bewegung der
Heißluftquelle
sorgt für
einen glatten Übergang
zwischen den Bereichen.
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BEISPIEL 4 – VERFAHREN
ZUR HERSTELLUNG EINER VARIABLEN PORENGRÖßENGRADIENTENSTRUKTUR AUS EINER
VARIABLEN ZUSAMMENSETZUNG
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Eine Bahn mit variabler Zusammensetzung
mit unterschiedlichen Faserdurchmessern wird unter Verwendung von
Polypropylen durch ein Schmelzblasverfahren mit drei Düsen hergestellt,
wobei jede Düse
einen anderen Faserdurchmesser extrudiert, um drei Zonen zu bilden.
Als Alternative kann eine Einzeldüse mit unterschiedlichen Öffnungsgrößen über die
Düse verwendet
werden. Der Zonenfasergehalt, die relative Schrumpfung und die Porengröße sind
wie folgt:
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Eine aus der Bahn erhaltene Probe
wird zu einem invertierten abgestumpften Dreieck geschnitten. Die Probe
wird gleichmäßig für etwa 30
Sekunden einer Wärmequelle
ausgesetzt, wie beispielsweise Heißluft mit einer Temperatur,
vorzugsweise in einem Bereich von etwa 150°-200°C
oder kochendem Wasser. Es sollte klargestellt werden, dass diese
Bereiche approximativ sind und Variationen, Ausdehnungen und Annäherungen
der Bereiche nutzbar sind und als innerhalb des Rahmens dieser Erfindung
angesehen werden. Das resultierende Produkt hat in Zone 3 die höchste Schrumpfung
und dadurch die geringste Porengröße, in Zone 2 eine mäßige Schrumpfung
und mittlere Porengröße und in
Zone 1 die geringste Schrumpfung und größte Porengröße.
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BEISPIEL 5 – ALTERNATIVES
VERFAHREN DER ZENTRAL- UND SEITENZONENHERSTELLUNG
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Bei einem Material, welches zu einer
Windel oder dergleichen verarbeitet werden kann, ist Zone 1 entlang
einer zu bildenden Länge
der Bahn, die zentrale Zone, aus Groß-Faser-PET hergestellt; die
Zonen 2 und 3, auf einer der Seiten der Zone 1, sind aus mittlerem
oder feinem Faser-PET oder einer PET/Polypropylenmischung. Nach
dem Aufbringen der Wärmequelle
hat die zentrale Zone 1, in welcher der Fluidkontakt und der Absorptionsfluss
am höchsten
sind, eine große
Porengröße. Die
Seitenzonen 2 und 3, welche das Fluid von der zentralen Zone 1 "wegdochtwirken" (wick away), haben
geringere Porengrößen.
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BEISPIEL 6 – VERFAHREN
ZUR HERSTELLUNG EINER VARIABLEN PORENGRÖßENGRADIENTENSTRUKTUR AUS EINER
MISCHUNG AUS FASERN UNTER VERWENDUNG EINES SCHMELZBLASVERFAHRENS
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Eine wie in 6 gezeigte Vorrichtung wird verwendet,
in welcher Fasern, die aus einem Polymer A schmelzgeblasen sind,
durch drei Düsen
gebildet werden und über
und auf einem Band angeordnet werden. während die A-Polymerfasern noch
geschmolzen sind, werden Fasern, welche aus einem Polymer B schmelzgeblasen
sind, durch separate Düsen
oben auf dem A-Polymer angeordnet, so dass sich die Fasern vermischen
und aufströmen.
Nachdem die gemischte A- und B-Faser-Bahn
gebildet ist, wird sie einer Wärmequelle unterzogen,
wie in den vorherigen Beispielen beschrieben. Die dadurch gebildete
Mehrkomponentenbahn hat einen Porengrößengradienten, der durch die
Struktur und Zusammensetzung jeder verwendeten Faser A und Faser
B gesteuert werden kann.
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Obwohl die Erfindung in Verbindung
mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, soll der Rahmen der Erfindung nicht auf
bestimmte Formen beschränkt
werden, sondern soll, im Gegensatz, solche Alternativen, Modifizierungen
und Äquivalente
abdecken, wie sie innerhalb des Rahmens der Erfindung gemäß den anhängigen Ansprüchen umfasst
werden können.