CN1080513A - 间断性地向纤维衬垫上喷射细粒粉末材料的方法和设备 - Google Patents

Abstract

向移动纤维衬垫周期间断喷撒细粒粉末材料的 设备与方法。该设备包括一个输出体积确定的干燥 材料输送器，用以形成一束连续的细粒粉末物料流。 然后，这束连续的物料流通过喷嘴内输送，从出口处 喷出，由运动控制系统控制，喷嘴可在第一和第二位 置之间运动。运动控制系统包括一个差动齿轮箱和 一个编码器，用以协调在纤维衬垫的预定位置上喷撒 粉末。连续物流分送器安装在喷嘴出口一侧，第一位 置与第二位置之间。在运行中，运动动力驱动喷嘴在 第一位置和第二位置之间摆动。

Description

本发明涉及到制造一种含有粉末层的纤维衬垫的方法及设备，并详细探讨周期间断性地向移动的纤维衬垫的预定位置上喷射细粒粉末材料，以便在纤维衬垫的预定区域形成细粒粉末层的方法和设备。

卫生用品，如一次性婴儿尿布、卫生纸巾、排泄失禁病人用的垫褥及病床床单，必须具有较高的吸水量，以便在适当的一段时间内能吸附排出的体液。早期的这类卫生用品，使用纤维素填料、疏松纤维素或脱脂棉作为吸水材料。这些材料的问题是，与其体积相比，其吸水量比较小。为了提高这些材料制成的卫生用品的吸水量，必须增大吸水材料的体积。这样就使得产品体积庞大，在很多卫生用品中是不能接受的，特别是卫生纸巾。

为了缩小卫生用品的体积及尺寸，并增加其吸水量，现已开发出具有较高吸水能力的吸水材料，并与由纤维蓬松物，木浆，纺织纤维或其它无纺纤维材料复合而成的吸水纤维材料结合使用。这些对水和体液有较高吸水能力的材料，在技术上是已知的，通常含有不溶解性防水有机化合物。这些化合物部分或全部是合成的，商业上可提供细微粒型的产品。多种在纤维衬垫表面或内部确定位置并颁高吸水材料的技术已经被开发出来。现有一种将粉末与纤维衬垫结合的技术方法是，在衬垫的顶层表面加上粉末。例如，美国专利No.4，800，102介绍了一种通过可转动的园盘向纤维衬垫喷射粉末的方法和设备，该园盘上至少有一个开口，不断来自喷射设备的粉末通过它到达衬垫。该设备还包括配置在上方并紧密靠近园盘的刮板，用于使粉末通过开口离开园盘表面;下部粉末接收器安装在刮板的下方，以收集由刮板刮偏了的粉末材料;上部粉末吸入器安装在圆盘上方，靠近刮板，可有效地从圆盘上除去任何刮板末能送入开口的粉末。由下部粉末接收器和上部粉末吸入器回收的粉末料将输送回供粉装置。美国专利No.4，861，405公开了一种向多层连续片状基层材料顶层表面上喷射粉末的方法和设备。这项专利中介绍的系统是：利用连续片状基层材料的速度，在其预定表面产生预定厚度的气流区，利用多层连续片状材料的预定表面接近时，空气流动压力减小而产生的减压现象，将粉末通过导管以自由下落的方式连续地输送到气流区，粉末被吸向多层连续片状基层材料的预定表面，并附着在上面。

美国专利No.4，882，204公开的另一种方法是，在一按钮式喷雾器的容器中装入有吸水性的粉末微粒，利用其喷嘴制成整个厚度和宽度上均有较高吸收能力的婴儿尿布。喷射力使得许多粉末颗粒进入尿布的内层。

美国专利No.4，675，209还公开了一项将具有较高吸水能力的材料加在移动着的衬垫的上层表面的技术方法，该方法包括如下步骤：在衬垫的精确确定的区域涂布上能溶解的、有附着性的胶膜，用吸水性的材料覆盖这些区域，最后除去未附着在覆盖区域的多余材料。

另一种将吸水材料与纤维衬垫结合的已有技术方法是，在制作腔中将具有较高吸水能力的材料与纤维材料相混合。美国专利No.4，927，346公开了一种制造含有纤维材料的无纺衬垫的设备，这种纤维材料在整个预定的厚度下与高吸水性颗粒相混合，无纺衬垫在通过制作腔的输送设备的表面制成，该制作腔内有一导管，与一真空设备相连，可将注入容器中的纤维材料吸到输送设备上，输送设备顶部的喷枪以预定的速度喷出吸水材料，这样，吸水材料将贯穿无纺衬垫的中心层与纤维材料混合，同时，在其中心层的两边实际上没有吸水材料。喷枪可间歇性操作，以便沿着无纺衬垫的长度和宽度方向形成有一定间隔、严格确定的区域，在衬垫上，每一个区域都在一定的厚度区域上散布着吸湿材料。

上述传统装置，除通过制作腔内的输送装置损失吸水材料外，还存在着其他问题。另外，已有的制造在整个长度和宽度上颁着高性能吸水材料的衬垫的方法，造成了实际的浪费，因为在后续的制作过程中，无纺衬垫将被切成卫生用品要求的长度。现有的制造顶层表面具有吸水材料的衬垫的方法，也有其缺点，无纺衬垫的吸收能力实际上受到了限制，这导致产生“凝胶阻塞物”，衬垫顶部浸满液体，阻碍了将液体输送到衬垫的剩余部分。结果是，液体存在于衬垫的表面，与卫生用品的穿用者接触，引起不适。这些方法的另一个弱点是，吸湿材料具有细粒或颗粒状形式，可从端部未加密封的一类衬垫中取出。

现代卫生用品的产品技术规范要求高吸水性材料应置于纤维衬垫的中心，不可延伸到衬垫的边缘或端部。另外，使用吸水材料时必须不破坏纤维衬垫或从中泄漏。但是，传统的设备和技术，例如以上讨论的，尚不能完全有效地制造出在预定的厚度，长度和宽度上分布着细粒粉末材料的纤维衬垫。另外，传统的制作技术还不足以将粉末材料以大致均匀的方式输送，而这种输送方式，易于将粉末分布到纤维衬垫内预定的位置及分布图案上。

本发明旨在提出一种方法和设备，用于向移动着的纤维衬垫的预定位置上喷撒细粒粉末材料，以便在衬垫的预定厚度内及预定的表面上形成粉末材料层。本发明的设备包括一个提供细粒粉末材料的供料源，细粒粉末材料从供料源被输送到供料器料斗，体积定量供料器出口处有一定量输送螺杆和管套，以做到精确定量出料，然后，细粒粉末材料被风送到喷嘴，细粒粉末材料连续地流过喷嘴，在喷嘴的出口处喷出。喷嘴的入口附近安装有一个固定轴销，中心附近安装有一个活动轴销。喷嘴以可变化的速度，相关于固定轴销在第一位和第二位置之间运动。粉末分送器布置在喷嘴出口的一侧，处在第一位置和第二位置之间。喷嘴的运动由与活动轴销相连的偏心轮驱动装置控制。

偏心轮驱动装置的运动动力产生于主机的主动轴，主动轴控制纤维衬垫移动的速度。在主机的主动轴和编码器之间装有可调整的差动齿轮箱，用以协调在纤维衬垫的预定位置喷撒细粒粉末材料。编码器由齿轮箱的传动轴驱动，这样，编码器在每个制造周期旋转一周。可编程控制器与编码器的输出端和伺服电机联通。伺服电机通过偏心轴与喷嘴的可活动轴销相连。可编程控制器驱动伺服电动机在每个制造周期中以可变速度运动。

喷嘴的运动动力使得喷嘴在第一位置和第二位置之间摆动。这样，当喷嘴通过粉末分送器的轴线时，喷嘴出口处连续的细粒材料流就被分隔成第一和第二两束间断的材料流。第一束细粒粉末材料流喷射到以预定的速度移动的纤维衬垫上的预定位置上，以便在纤维衬垫的预定厚度内形成细粒粉末材料层。

在本发明的优选实施例的设备上，设置了回收装置，用以接收第二束颗粒粉末材料流，并将其风送回定量供料器料仓。回收装置包括一个旋风分离器，将细粒粉末材料由输送气流中分离出来。细粒粉末材料通过一个翻转空气塞从旋风分离器排出，自由落回到定量供料器料仓。

本发明的方法和设备，使得准确定量的细粒粉末材料能够以较原有技术和设备更精确的方式喷射在移动的纤维衬垫上。另外，回收装置的使用，减少了用于每次生产的细粒粉末材料的用量，因而降低了原材料成本。

图1为本发明间断细粒粉末材料喷粉设备侧视示意图。

图2为本发明输出体积确定的供料器示意图。

图3为本发明输出体积确定的供料器中定量螺杆及喷嘴管套立视图。

图4为换向喷嘴侧视示意图及换向装置侧视断面图。

图5是根据本发明方法与设备设计的换向喷嘴运动控制装置侧视示意图。

图6为本发明的一个制造周期内的伺服电机速度曲线图。

图7是使用本发明方法与设备制出的，在指定位置具有细料粉末材料的纤维衬垫的俯视图。

图8是图4中在预定厚度口具有细粒粉末材料的纤维衬垫的断面图。

参见图1，图中给出了设备10的图示，该设备用于间断地向移动的纤维衬垫喷射细粒分末材料。本发明的设备10可用于如碳酸氢钠、高吸水性聚合物及其它用于一次性尿布、卫生纸巾和排泄失禁病人用的垫褥等卫生用品中的粉末材料。设备10包括细粒粉末材料供料源12。供料源12可以是一个贮存筒或其它适合存贮细粒粉末材料的容器。供料源有一个出口14，可按装导管16。导管16伸到供料源的底部。鼓形减压输送器18通过导管16与供料源12连通。鼓形减压输送器有一个真空源，可用于将细粒粉末材料从供料源12风送到输出体积确定的干燥材料供料器22的堆料仓20。鼓形减压输送器上的自动控制系统（图中未表示）与位于堆料仓20内的高、低位置上的传感器连通，通过该系统的动作，将堆料仓20内细粒材料的料位高度保持在高低位传感器之间。这个保持细粒粉末料位高度的系统是传统的系统，在技术上广为人知，任何适用于保持所谓标高的系统都可用于此。

参看图1、2和3，定体积供料器22包括一个位于堆料仓20下方的供料仓24。美国专利No.4，770，344介绍了一种适用于本发明的定体积干燥材料供料器的例子，本发明参考了该例子。供料器22还包括一个外置的搅棒（图中未表示），用于破坏搭桥现象，并使得细粒粉末材料达到一致的堆密度。安装在供料仓内底部的是一根定量输送螺杆26和喷嘴管套27。定量输送螺杆26由电动机28按预定的速度驱动。定量输送螺杆26的旋转，将准确定量的细粒粉末材料从供料仓24，经过仓内底部的出口30排出。定量输送螺杆26和喷嘴管套27的设计，试图改善从出口30排出的细粒粉末材料瞬间定量的一致性。出口30通向一台粉末泵32，该泵接到定量准确的细粒粉末材料，将其吸入气流中，以通过与出口30相连的柔性软管34输送出去。

现在参看图4，图中画出了换向装置36，其中包括喷嘴38，它的入口40与柔性软管34相连，以接收通过柔性软管34输送过来的带有细粒粉末材料的连续气流。喷嘴38是一个普通的筒状部件，它的内部是空心的，出口42处为尖锥体，其横截面为矩形（图中未表示）。含有细粒粉末材料的连续物料流通过喷嘴38，在出口42处喷出。喷嘴38的尖锥形状和出口42的矩形横截面相结合，将喷出出口42的细粒粉末材料聚集中的、轮廓清晰的连续粉末材料流。刃状连续流分送器41为楔形物，其厚端为43，向薄端45逐渐变尖。沿着与连续流分送器41垂直的方向其截面为矩形。固定轴销44安装在入口40附近，编心轴46安装在喷嘴38的中心附近，并在园盘48的外缘附近与其相连，通过作用于偏心轴承46的运动控制装置的作用，喷嘴38可在第一位置47和第二位置49间运动。随着喷嘴38在第一位置47和第二位置49之间摆动，每次喷嘴38经过连续流分送器41的表面时，从出口42喷出的连续物流将被分割为两束间断的细粒粉末材料流。根据本发明的方法，作为形成的两束间断材料流的例子，图4表示了当喷嘴38按47-49-47-49-连续流分送器所在平面的顺序运动时，形成的第一束间断的细粒粉末材料流51和第二束间断的细粒粉末材料流53。

参见图1和图4，输送带50位于喷嘴38下方。输送带50绕过滚筒52和54，其中驱动滚筒54由电动机（图中未表示）以预定速度驱动。该电动机带有主动轴56，它以预定速度转动。被拉伸了的纤维衬垫58置于输送带上，按箭头所示方向移动。如下将详细介绍，第一束间断的细粒粉末材料流51被喷撒在移动衬垫58的预定位置。

在本发明的可供选择的具体设备上，可使用回收设备60。回收设备60包括一个换向装置62，它有一个矩形入口64，用于接收第二来细料粉末材料流53。入口64的截面长度最好是起码和喷嘴42的截面长度相等，以便使第二束间断材料流能完全进入入口64。泵66用于将第二束细粒粉末材料流通过管道67风送到旋风分离器68。旋风分离器68将细粒粉末材料从用于风送第二束细粒粉末材料的输送气流中分离出来。然后，细粒粉末材料通过翻转空气塞70从旋风分离器中排出，自由落回定体积输送器22的堆料仓20。

图5为转向喷嘴38运动控制系统示意图。喷嘴38的运动动力产生于主机的主动轴56。主机的主动轴56通过皮带76与可调差动齿轮箱72的主动轴74相连。编码器78连接到差动齿轮箱72的从动轴80。差动齿轮箱是可调的，以便编码器78在每一个生产周期旋转一周。这就使设备能够准时将细粒粉末材料喷撒在纤维衬垫58的预定位置上。编码器78的输出信号79为可编程控制器82接收。该控制器82与伺服电机84连通，电机的轴86与圆盘48连接。可编程控制器82驱动伺服电机84，以使其轴86在一个生产周期内具有可变化的速度曲线，如图6所示。另外，伺服电机84的变化的速度曲线将按照主机驱动轴56的预定频率循环。

在运行中，载有纤维衬垫58的输送带50以预定速度移动。同时，精确定量的连续细粒粉末材料流通过喷嘴38的出口42喷射出来。由编心轴46驱动。喷嘴38在第一位置47和第二位置49之间按照伺那电动机84的变化速度曲线运动，并按预定的频率循环。举一例说明，假设喷嘴38可能从第一位置47开始（对应于伺服电机84变化速度曲线上的位置A），快速到达分送器41的薄端45（对应于位置B）。直到此点，细粒粉末材料都流进行了换向装置62的入口64。当喷嘴38快速越过分送器41所在的平面时，由于伺服电机48速度变化，喷嘴运动速度减慢，到达第二位置49（对应于位置C），并开始返回分送器41的薄端45（对应于位置D），在这个过程中，细粒粉末材料被喷射到了纤维衬垫58的预定位置上，以在纤维衬垫58的预定厚度内形成细粒粉末材料层。然后，喷嘴38快速返回到第一位置47（对应于速度曲线上的位置E）。对于每一个生产周期，该循环不断重复。一种典型情况是，本发明可每分钟运行600个生产循环。

换向喷嘴38最好与纤维衬垫58的运动方向成一定角度，给预细粒粉末材料一个与移动衬垫58相同方向的速度分量，以减少细粒粉末材料从衬垫58“溅落”。楔形分送器和喷嘴38通过分送器41所在平面时的快速运动相结合，每当喷嘴38越过分送器41所在平面时，都整齐地将细粒粉末材料流截断。这就使得分送设备36能够产生界限明确的第一和第二束间断细粒粉末材料流。

如图7所示，纤维衬垫58即为本发明的方法和设备产生的效果，沿着纤维衬垫58，在选定的区域喷撒细粒粉末材料88。在制造最终的卫生用品的后续步骤中，沿着切割线90将衬垫58切开，形成单独的纤维垫91。另外，如图8所示，第一束喷射到衬垫58上的间断细粒粉末材料流的喷射的速度必须经过选择，以使得在每一块纤维衬垫91上，细粒粉末材料形成的材料层92在预定的厚度内。

按照现行卫生用品规范，本发明中的方法与设备能满足粉末材料88位于各单独的纤维衬垫91的中心，而不延伸到边缘和端头的要求。粉末材料形成的图案89的宽度取决于喷嘴38的出口42的矩形截面的长度。可编程控制器82通过伺服电机84控制喷嘴38的运动，它的使用，使得能够“调整”细粒粉末材料出料的轮廓，并可通过选择可编程控制器82的适当的控制程序，快速改变粉末材料图案89的长度。例如，如果在每一个生产周期内，伺服速度保持恒定，制出的粉末材料图案的长度将小于图案89。另一方面，如果在每一个周期的开始和结束点附近，提高伺服速度，或者在每个周期的中间降低伺服速度，将产生长于图案89的图案。通过调整差动齿轮箱72，可将每一片单独的垫91加长或缩短。每块单独的垫91的长度决定于主机主动轴56每一生产周期内的转数。为加长或缩短图案89的长度，齿轮箱72是可调的，以使得编码器78在主机主动轴56的很大的转数范围内转一圈。

本发明提供了一种方法和设备，用以将准确定量的细粒粉末材料喷撒到移动的纤维衬垫上。另外，在物流分送器的回收侧使用了回收装置，用以回收细粒粉末材料，使得粉末用量较少，导致了较低的原材料成本。一种典型情况是，本发明中的设备在每个生产周期中平均使用0.15g细粒粉末材料。

就以上介绍的设备，将发明进行了详细的图示和介绍后，熟练本技术的人士就会明白，在不离开本发明的精神和实质的范围内，可做出上述和其他各种各样的变化，这些变化都属于本发明范围内并由附后的权利要求书加以限制。

Claims (10)

1、用于向纤维材料衬垫上喷撒细粒粉末材料的设备，其特征包括：

输送带装置，承载上述的纤维衬垫，并使其在水平方向按预定速度移动；

设有引入口和输出口的供料器；适用于接收上述细粒粉末材料的引入口及适用于产生上述细粒粉末材料的连续物流的输出口；以及

安装在上述输送带装置上方的分送装置，用于将细粒粉末材料的连续流分为第一和第二束间断的细粒粉末材料流，其中第一束间断物流被喷射到上述以预定速度移动的纤维垫的预定位置上，以在上述纤维衬垫的预定区域内形成细粒粉末材料层。

2、如权利要求1所述的设备，其特征还包括：

用于上述细粒粉末材料的供料源，及

安装在上述供料器上方的输送装置，用于将上述细粒粉末材料从上述供料源风送到上述供料器的引入口。

3、如权利要求1所述的在上述纤维衬垫的预定厚度内形成上述细粒粉末材料层的设备。

4、如权利要求1所述的设备，其特征在于分送装置包括：

可以在上述预定频率范围在第一位置和第二位置间运动的喷嘴，该喷嘴有一个输出口，可将上述连续细粒粉末材料流对准上述纤维衬垫的预定位置。

5、如权利要求4所述的设备，其特征是上述喷嘴布置在一定的角度上，以使得从该喷嘴射出的连续粉末材料流具有同移动纤维衬垫相同方向的速度分量。

6、如权利要求4所述的设备，其特征是分送装置还包括：

楔形连续流分送器，安装在喷嘴出口的一侧、位于上述第一和第二位置之间，以致每当喷嘴越过连续流分送器所在平面时，上述连续细粒粉末材料流被分割成上述第一和第二两束间断的物料流。

7、如权利要求1所述的设备，其特征是分送装置包括：

具有引入口、尖锥形出口的喷嘴，静止轴销在引入口附近与喷嘴相连，运动轴几乎在该喷嘴的中间与其相连，上述喷嘴的引入口被连接到供料器的出口上，以接收上述连续的细粒粉末材料流，在运动轴的驱动下，该喷嘴可相关于静止轴销在第一和第二位置之间运动;

8、如权利要求7所述的设备，其特征是分送装置还包括控制装置，用于以预定的频率按上述变化的速度驱动喷嘴在第一位置和第二位置之间运动。

9、如权利要求8所述的设备，其特征是控制装置包括：

编码器;以及

可调差动齿轮箱，用于驱动所述编码器，以致在主机驱动轴的较大的不同速度范围内，编码器按预定频率转动。

10、如权利要求9所述的设备，其特征是上述控制装置还包括：

连接到上述喷嘴运动轴上的伺服电动机;及

与上述编码装置的输出及上述伺服电动机连通的可编程控制器，用于控制伺服电动机的伺服速度，以使得该伺服电动机按预定的频率以变化的速度运转。

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