TWI602965B - 紡織設備以及使用其製作熔噴纖維的方法 - Google Patents

Description

紡織設備以及使用其製作熔噴纖維的方法

本發明是有關於一種紡織設備，特別是一種關於製作熔噴纖維的紡織設備。

在現今的紡織材料中，熔噴纖維除具備有超細纖維特性外，也具備有高效低阻、過濾成本低、耐化學性以及無毒無污染的性質。因此，利用熔噴纖維所生產的非織造布產品廣泛使用於過濾性產品之中，例如熔過濾布、複合濾布、筒狀濾芯以及濾袋等。

由於熔噴纖維需達到具備超細纖維的特性，為了符合超細纖維規格，紡織設備除了利用特殊紡嘴外，一般紡織設備也會搭配電紡製程生產。然而，使用特殊紡嘴或電紡製程的設備昂貴，且也具有複雜的操作步驟，使得使用特殊紡嘴或電紡製程所生產的熔噴纖維價格也跟著提升。因此，如何能有效簡化熔噴纖維製程，並降低其製造成本，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。

本發明之一態樣提供一種紡織設備，其透過加熱裝置延長熔融塑料的固化時間，進而形成具有細纖維絲的熔噴纖維。由於本發明之紡織設備是透過溫控的方式控制熔噴纖維的形態，因此構造簡單且不需要昂貴的設備成本。

本發明之一態樣提供一種紡織設備，包含熔噴裝置、加熱裝置以及收集元件。熔噴裝置用以發射熔融塑料以形成熔噴纖維。加熱裝置設置於熔噴裝置之一側，並包含外殼以及升溫裝置。外殼具有通道，用以接收熔噴纖維，其中通道朝向熔噴裝置之一端的截面積小於或等於通道另一端的截面積。升溫裝置設置於外殼之內壁，用以提升通道之溫度。收集元件設置於加熱裝置相對熔噴裝置之一側，用以接收通過通道之熔噴纖維。

於部分實施例中，通道朝熔噴裝置之一端的截面積小於通道另一端的截面積，且通道之截面積自朝向熔噴裝置之一端至另一端為線性漸增。

於部分實施例中，外殼包含頸部，頸部位於通道兩端之間。通道之截面積從朝向熔噴裝置之一端至頸部漸減，並且通道之截面積從頸部向另一端漸增。

於部分實施例中，通道之截面為圓形、矩形或多邊形。

於部分實施例中，升溫裝置之溫度介於100℃至400℃之間。

於部分實施例中，升溫裝置的數量為多數個，且 升溫裝置於熔噴裝置指向收集元件的方向呈軸向對稱。

於部分實施例中，升溫裝置於熔噴裝置指向收集元件的方向上彼此平行。

於部分實施例中，熔噴裝置更包含噴嘴以及氣孔。噴嘴用以發射熔融塑料。氣孔連接至壓縮空氣源，並用以提供氣流導引熔噴纖維。

於部分實施例中，升溫裝置包含陶瓷管、石英管、加熱板、紅外線加熱管或電熱棒。

於部分實施例中，紡織設備更包含線圈。線圈設置於外殼內，其中升溫裝置包含鐵磁性板體，鐵磁性板體透過與線圈電磁感應後升溫。

本發明之一態樣提供一種熔噴纖維的製作方法，包含下列步驟。提供熔融塑料至熔噴裝置中，並透過熔噴裝置發射熔融塑料至通道。提升通道之溫度，用以延長熔融塑料固化成熔噴纖維之時間，且通道之截面積沿熔融塑料的發射方向漸增或皆相同。接收通過通道之熔融塑料。

於部分實施例中，通道之溫度介於100℃至400℃之間。

綜上所述，本發明之紡織設備透過升溫裝置延長熔融塑料的固化時間，使其所形成的熔噴纖維尺寸除了是纖維細絲外，也呈現不規則的絲狀。此外，本發明之紡織設備可透過簡易置換設備，例如不同升溫裝置或是不同截面之通道，產生不同型態或是不同尺寸的熔噴纖維。

100‧‧‧紡織設備

102‧‧‧熔融塑料

104‧‧‧熔噴纖維

110‧‧‧熔噴裝置

112‧‧‧噴嘴

114‧‧‧氣孔

120‧‧‧加熱裝置

122‧‧‧外殼

124‧‧‧通道

126‧‧‧頸部

128‧‧‧對稱軸

130‧‧‧升溫裝置

140‧‧‧收集元件

A₁,A₂‧‧‧截面積

第1A圖為本發明之紡織設備置第一實施例的側視剖面示意圖。

第1B圖為第1A圖之熔噴裝置射出熔融塑料的側視示意圖。

第2圖為第1A圖的紡織設備中加熱裝置的正面示意圖，其中第2圖所繪之視角為自第1A圖的收集元件朝向加熱裝置。

第3圖為本發明之紡織設備第二實施例的加熱裝置的正面示意圖，其中第3圖的視角與第2圖相同。

第4圖為本發明之紡織設備第三實施例的加熱裝置的正面示意圖，其中第4圖的視角與第2圖相同。

第5圖為本發明之紡織設備第四實施例的加熱裝置的正面示意圖，其中第5圖的視角與第2圖相同。

第6圖為本發明之紡織設備第五實施例的側視剖面示意圖。

第7圖為本發明之紡織設備第六實施例的側視剖面示意圖。

第8圖為透過本發明之紡織設備所形成之熔噴纖維的掃描式電子顯微鏡照片。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構操作 之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。 此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件將以相同之符號標示來說明。

關於本文中所使用之『約』、『大約』或『大致』 一般通常係指數值之誤差或範圍約百分之二十以內，較好地是約百分之十以內，而更佳地則是約百分五之以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如『約』、『大約』或『大致』所表示的誤差或範圍。

由於現今熔噴纖維為了達到具備超細纖維的特 性，需透過特殊紡嘴或電紡設備生產，然而特殊紡嘴或電紡設備之設備昂貴，進而使得所生產的熔噴纖維成本也提升。有鑑於此，本發明之紡織設備包含加熱裝置，並用以延長熔融塑料的固化時間，進而形成具有細纖維絲的熔噴纖維。由於本發明之紡織設備是透過溫控的方式控制熔噴纖維的形態，因此構造簡單且不需要昂貴的設備成本。

請參照第1A圖，第1A圖為本發明之紡織設備第 一實施例的側視剖面示意圖。紡織設備100包含熔噴裝置110、加熱裝置120以及收集元件140。熔噴裝置110用以發射熔融塑料102以形成熔噴纖維104。加熱裝置120設置於熔噴裝置110之一側，並包含外殼122以及升溫裝置130。外殼122具有通道124，用以接收熔噴纖維104，其中通道124朝向熔噴裝置110之一端的截面積A₁小於或等於通道另一端的截面積A₂。升溫裝置130設置於外殼122之內壁，用以提升通道124 之溫度。收集元件140設置於加熱裝置120相對熔噴裝置110之一側，用以接收通過通道124之熔噴纖維104。

當熔融塑料102置入熔噴裝置110後，其將成為具 有熔融狀態的熔融塑料102，接著熔噴裝置110再將熔融塑料102朝加熱裝置120的通道124射出。此時，由於熔融塑料102自身的黏滯力，熔融狀態的熔融塑料102的速度呈拋物線分布，亦即熔融塑料102的速度是自中心向周圍遞減，使得其形狀如第1B圖所示，其中第1B圖為第1A圖之熔噴裝置射出熔融塑料的側視示意圖。第1B圖中，熔融塑料102朝箭頭方向被射出並產生延伸效應，使得熔融塑料102於固化期間會漸漸被拉伸為較細的線徑，接著，熔融塑料102於固化後將成為具有超細纖維絲的熔噴纖維104(請見第1A圖)。

此時，第1A圖中，由於通道124內的溫度已經透 過升溫裝置130提升，因此延長了熔融塑料102固化成熔噴纖維104的固化時間，其中升溫裝置130之溫度介於100℃至400℃之間。同前所述，當熔噴裝置110噴出熔融塑料102，且熔融塑料102尚未完全固化成熔噴纖維104時，熔融塑料102會於固化期間內漸漸被拉伸而變細，而當固化時間被延長後，熔融塑料102被拉伸變細的時間也對應延長，因此所形成的熔噴纖維104也具有更細的尺寸。在此，熔噴纖維104的尺寸所指為熔噴纖維104之纖維絲的線徑。

於部分實施例中，熔噴裝置110更包含噴嘴112以 及氣孔114。噴嘴112用以發射熔融塑料102。氣孔114連接至壓縮空氣源116，並用以提供氣流導引熔噴纖維104。進一步 而言，氣流除了導引熔融塑料102沿射出方向行進外，熔融塑料102也會受到氣流牽引而被更進一步拉伸。

當熔噴纖維104行進至通道124相對熔噴裝置110 之一端時，熔噴纖維104再由收集元件140接收。收集元件140包含滾輪，由通道124射出之熔噴纖維104將行進至收集元件140的滾輪上，並藉由滾輪轉動而收集。

本實施例中，通道124朝熔噴裝置110之一端的截 面積A₁小於通道另一端的截面積A₂，且通道124之截面積自朝向熔噴裝置110之一端至另一端為線性漸增。於此配置下，通道124內的溫度自設置熔噴裝置110之一端至另一端具有梯度。藉由此梯度，可以更進一步控制熔融塑料102的固化時間以形成不同尺寸之熔噴纖維104。在此，「形成不同尺寸之熔噴纖維104」之意，其所指為收集元件140所接收之熔噴纖維104具有粗細不等(線徑不同)的纖維細絲，亦即熔噴纖維104中的纖維細絲為不規則之絲狀。

綜上所述，本發明之紡織設備100藉由加熱裝置 120延長熔融塑料102的固化時間，使得熔融塑料102之延伸效應的作用時間對應地延長，進而形成具有細纖維絲的熔噴纖維104。再者，通道124具有線性變化的截面積，因此所形成的熔噴纖維104尺寸為呈現不規則的絲狀。

請同時看到第1A圖以及第2圖，第2圖為第1A圖 的紡織設備中加熱裝置的正面示意圖，其中第2圖所繪之視角為自第1A圖的收集元件朝向加熱裝置。第2圖中，用以提升通道124溫度的升溫裝置130設置於外殼122之內壁。於部分實施 例中，升溫裝置130包含陶瓷管、石英管、加熱板、紅外線加熱管或電熱棒。本實施例中，所繪之升溫裝置130為加熱板，如第2圖中的斜線區域。

於部分實施例中，升溫裝置130的數量為多個， 且升溫裝置130於熔噴裝置110指向收集元件140的方向呈軸向對稱。本實施例中，升溫裝置130的數量為4個，且通道124於中心處具有對稱軸128，其中對稱軸128平行熔噴裝置110指向收集元件140的方向，而升溫裝置130對稱於此對稱軸128。 為了方便說明，第2圖中也繪示有對稱軸128，第2圖的對稱軸128方向為平行進入紙面方向。

於此配置下，由於升溫裝置130是以對稱的方式 提升通道124的溫度，通道124內的溫度分布也對應地呈現均勻，因此每一條由熔融塑料102固化而成的纖維絲之外緣也同為均勻地被延長固化時間。也就是說，所形成的熔噴纖維104中，具有較細尺寸的纖維絲比例因此而增加。

本實施例中，通道124之截面為矩形。然而，應 了解到，第2圖所舉之截面為矩形的通道124僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇通道124的截面形狀，以形成不同尺寸或形貌的熔噴纖維104。

於部分實施例中，通道124之截面為圓形、矩形 或多邊形。舉例而言，請看到第3圖，第3圖為本發明之紡織設備第二實施例的加熱裝置的正面示意圖，其中第3圖的視角與第2圖相同。本實施例與第一實施例的差異在於加熱裝置120 中的通道124之截面為圓形。此外，升溫裝置130同樣設置於外殼122之內壁，且升溫裝置130以通道124之對稱軸128為中心呈軸向對稱，其中第3圖的對稱軸128方向為平行進入紙面方向。

請再看到第4圖，第4圖為本發明之紡織設備第三 實施例的加熱裝置的正面示意圖，其中第4圖的視角與第2圖相同。本實施例與第一實施例的差異在於本實施例加熱裝置120中的通道124之截面為多邊形，其中本實施例之通道124的截面以七邊型為例。同樣地，升溫裝置130設置於外殼122之內壁，且升溫裝置130以通道124之對稱軸128為中心呈軸向對稱，其中第4圖的對稱軸128方向為平行進入紙面方向。

綜上所述，本發明之紡織設備中的通道之截面形 狀可以有不同形狀，進而對應形成不同形貌之熔噴纖維。也就是說，對應於不同過濾產品的規格需求(濾效)，作為過濾產品原料的熔噴纖維可以藉由簡單置換通道之截面形狀滿足其規格需求。此外，升溫裝置所採用之裝置也能對應地更換，以調整熔噴纖維的濾效。

請參照第5圖，第5圖為本發明之紡織設備第四實 施例的加熱裝置的正面示意圖，其中第5圖的視角與第2圖相同。本實施例與第一實施例的差異在於本實施例加熱裝置120中的升溫裝置130採用加熱管，例如陶瓷管、石英管、紅外線加熱管或電熱棒。

本實施例中，管狀的升溫裝置130設置於外殼122之內壁，且管狀的升溫裝置130彼此平行，並對稱於通道124 之對稱軸128，呈軸向對稱，其中第5圖的對稱軸128方向為平行進入紙面方向。

請回到第1A圖。同前所述，紡織設備100是以提 升通道124溫度作為延長熔融塑料102固化成熔噴纖維104的時間。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要彈性選擇升溫方式。例如，於部分實施例中，紡織設備100更包含線圈(未繪示)。線圈設置於外殼122內，其中升溫裝置130包含鐵磁性板體(未繪示)，鐵磁性板體透過與線圈電磁感應後升溫。也就是說，紡織設備100也可以透過電磁感應使線圈產生時變磁場後，將鐵磁性板體以電流熱效應方式升溫。

請參照第6圖，第6圖為本發明之紡織設備第五實 施例的側視剖面示意圖。本實施例與第一實施例的差異在於本實施例之紡織設備100於通道124內設置有頸部126，以增加引導熔融塑料102之氣流的流速。

本實施例中，外殼122包含頸部126，頸部126位 於通道124兩端之間。通道124之截面積從朝向熔噴裝置110之一端至頸部126漸減，並且通道124之截面積從頸部126向另一端漸增。

同前所述，熔噴裝置110中的氣孔114與壓縮空氣 源116連接，以提供引導熔融塑料102之氣流。當此氣流經過頸部126時，由於通道124對應頸部126部分之截面積較小，此將使得對應頸部126位置之氣流具有更快的流速。具體而言，具有更快流速之氣流將有助於熔融塑料102的延伸效應，使得其被拉伸為具有更細纖維絲的熔噴纖維104。

請參照第7圖，第7圖為本發明之紡織設備第六實 施例的側視剖面示意圖。本實施例與第一實施例的差異在於本實施例之通道124朝向熔噴裝置110之一端的截面積A₁等於通道124另一端的截面積A₂。

本實施例中，通道124自朝向熔噴裝置110之一端 至另一端的截面積皆相同，因此能形成不同型態的熔噴纖維104。此外，本實施例之紡織設備100也能設置如第五實施例中的頸部126(請見第6圖)，以提升熔噴裝置110提供之氣流的流速，使得通道124內通過對應頸部126位置之氣流流速提升。除此之外，升溫裝置130於熔噴裝置110指向收集元件140的方向上彼此平行。舉例而言，當通道124於熔噴裝置110指向收集元件140的方向的截面為矩形時，設置於外殼122內壁的升溫裝置130除了彼此平行外，其也平行於對稱軸128。

綜上所述，本發明之紡織設備延長熔融塑料的固 化時間，進而形成具有細纖維絲的熔噴纖維。此外，上述實施例所舉之設置方式能互相搭配，例如，通道採用如第五實施例具有頸部的配置，而升溫裝置採用如第四實施例的加熱管。以下敘述中，將結合實驗數據以及掃描式電子顯微鏡照片(scanning electron microscope；SEM)，以對所製作而成的熔噴纖維作進一步說明。

請回到第1A圖。本發明之一態樣提供一種熔噴纖 維104的製作方法，包含下列步驟。提供熔融塑料102至熔噴裝置110中，並透過熔噴裝置110發射熔融塑料102至通道124。提升通道124之溫度，用以延長熔融塑料102固化成熔噴 纖維104之時間，且通道124之截面積沿熔融塑料102的發射方向漸增或皆相同。接收通過通道124之熔融塑料102。於部分實施例中，通道124之溫度介於100℃至400℃之間。

請看到表一，表一為以熔噴纖維製成之濾片的濾 效以及壓損量測結果，其中表一所使用之測試粒徑為0.3微米(μm)之氯化鈉、測試流量為每秒5.3公分(cm/sec)以及濾片尺寸為100平方公分(cm²)。表一中，比較例之熔噴纖維為直接藉由熔噴裝置熔噴形成，亦即比較例之熔噴纖維是在熔噴纖維不經由任何後續通道的條件下製成。實驗例之熔噴纖維為透過本發明之包括通道的紡織設備所製成，其中通道內的溫度藉由開啟升溫裝置大致提升至215℃。

根據表一之結果，透過本發明之紡織設備所形成 的熔噴纖維具有更佳的過濾效果。此外，所形成的熔噴纖維也具有較低的壓損，使得使用者配戴透過此熔噴纖維製成的口罩時，不會造成呼吸不順暢的問題。

請再看到第8圖，第8圖為透過本發明之紡織設備 所形成之熔噴纖維的掃描式電子顯微鏡照片。第8圖為將熔噴纖維放大3500倍之結果。第8圖中，透過本發明之紡織設備所形成之熔噴纖維為不規則的纖維細絲，且熔噴纖維尺寸大致小於0.5微米(μm)，且平均直徑為0.448微米(μm)。

綜上所述，本發明之紡織設備藉由加熱裝置延長 熔融塑料的固化時間，使得熔融塑料進行延伸效應的時間被延長，進而形成具有細纖維絲的熔噴纖維。再者，所形成的熔噴纖維尺寸為呈現不規則的絲狀。此外，本發明之紡織設備可透過簡易置換設備，例如不同升溫裝置或是不同截面之通道，產生不同型態或是不同尺寸的熔噴纖維，以配合不同的過濾效果。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧紡織設備

102‧‧‧熔融塑料

104‧‧‧熔噴纖維

110‧‧‧熔噴裝置

112‧‧‧噴嘴

114‧‧‧氣孔

116‧‧‧壓縮空氣源

120‧‧‧加熱裝置

122‧‧‧外殼

124‧‧‧通道

128‧‧‧對稱軸

130‧‧‧升溫裝置

140‧‧‧收集元件

A₁,A₂‧‧‧截面積

Claims (11)

1. 一種紡織設備，包含：一熔噴裝置，用以發射一熔融塑料以形成一熔噴纖維；一加熱裝置，設置於該熔噴裝置之一側，並包含：一外殼，具有一通道，用以接收該熔噴纖維，其中該通道朝向該熔噴裝置之一端的截面積小於該通道另一端的截面積，且該通道之截面積自朝向該熔噴裝置之該端至該另一端為線性漸增；以及至少一升溫裝置，設置於該外殼之內壁，用以提升該通道之溫度；以及一收集元件，設置於該加熱裝置相對該熔噴裝置之一側，用以接收通過該通道之該熔噴纖維。
2. 一種紡織設備，包含：一熔噴裝置，用以發射一熔融塑料以形成一熔噴纖維；一加熱裝置，設置於該熔噴裝置之一側，並包含：一外殼，具有一通道，用以接收該熔噴纖維，其中該外殼包含一頸部，且該頸部位於該通道的兩端之間，其中該通道之截面積從朝向該熔噴裝置之一端至該頸部漸減，並且該通道之截面積從該頸部向另一端漸增；以及。至少一升溫裝置，設置於該外殼之內壁，用以提升該通道之溫度；以及一收集元件，設置於該加熱裝置相對該熔噴裝置之一側，用以接收通過該通道之該熔噴纖維。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之紡織設備，其中該通道之截面為圓形、矩形或多邊形。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項之紡織設備，其中該升溫裝置之溫度介於100℃至400℃之間。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項之紡織設備，其中該些升溫裝置的數量為多數個，且該些升溫裝置於該熔噴裝置指向該收集元件的方向呈軸向對稱。
6. 如申請專利範圍第5項之紡織設備，其中該些升溫裝置於該熔噴裝置指向該收集元件的方向上彼此平行。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項之紡織設備，其中該熔噴裝置更包含：一噴嘴，用以發射該熔融塑料；以及一氣孔，連接至一壓縮空氣源，用以提供一氣流導引該熔噴纖維。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項之紡織設備，其中該升溫裝置包含陶瓷管、石英管、加熱板、紅外線加熱管或電熱棒。
9. 如申請專利範圍第1項或第2項之紡織設備，更包含一線圈，設置於該外殼內，其中該升溫裝置包含一鐵磁性板體，該鐵磁性板體透過與該線圈電磁感應後升溫。
10. 一種熔噴纖維的製作方法，包含：提供一熔融塑料至一熔噴裝置中，並透過該熔噴裝置發射該熔融塑料至一通道；提升該通道之溫度，用以延長該熔融塑料固化成一熔噴纖維之時間，其中該通道朝向該熔噴裝置之一端的截面積小於該通道另一端的截面積，且該通道之截面積自朝向該熔噴裝置之該端至該另一端為線性漸增；以及接收通過該通道之該熔融塑料。
11. 如申請專利範圍第10項之熔噴纖維的製作方法，其中該通道之溫度介於100℃至400℃之間。