DE602004009955T3

DE602004009955T3 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von vliesstoffen

Info

Publication number: DE602004009955T3
Application number: DE602004009955T
Authority: DE
Inventors: Thomas Brock; Brian Forbes; Bryan HAYNES; Douglas HULSLANDER; Matthew Lake; Eric Lennon; Hannong Rhim
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: DE602004009955T2; CN100529226C; MXPA06003731A; US7504060B2; US20050082723A1; AR046049A1; EP1673500A1; DE602004009955D1; EP1673500B1; CN1863957A; WO2005040477A1; EP1673500B2

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden von Vliesstoffbahnen und eine Vorrichtung zum Ausbilden solcher Bahnen.
Hintergrund der Erfindung
Viele medizinische Kleidungsstücke und Produkte, Schutzkleidungsstücke, Leichnams- und Veterinärprodukte und Hygieneprodukte, die heutzutage in Gebrauch sind, bestehen teilweise oder vollständig aus Vliesstoffbahnmaterialien. Beispiele für solche Produkte schließen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, medizinische und gesundheitliche Verbraucherprodukte und professionelle Produkte, wie chirurgische Tücher, Umhänge und Bandagen, Schutzkleidungsstücke, wie Vollschutzkleidung und Laborkittel, und absorbierende Sanitärprodukte für Kinder und Erwachsene, wie Windeln, Trainingshosen, Schwimmbekleidung, Inkontinenzkleidungsstücke und -pads, Binden, Wischtücher u. ä., ein. Für diese Anwendungen stellen Vliesstofffaserbahnen taktile, bequeme und ästhetische Eigenschaften zur Verfügung, die sich denjenigen von traditionellen gewebten oder gewirkten Kleidungsmaterialien annähern. Vliesstoffbahnmaterialien werden ebenso weit verbreitet als Filtermedien sowohl für Flüssigkeit als auch für Gas, oder Luftfiltrationsanwendungen verwendet, da sie in ein Filternetz von feinen Fasern geformt werden können, das eine kleine mittlere Porengröße aufweist, die zum Auffangen von Partikeln geeignet ist, wobei es dennoch einen geringen Druckabfall über das Netz aufweist.
Vliesstoffbahnmaterialien weisen eine physikalische Struktur individueller Fasern oder Filamenten auf, die in einer im allgemeinen zufälligen Weise, anstatt in einer regulären, identifizierbaren Weise wie in gewirkten oder gewebten Stoffen, gelegt sind. Die Fasern können kontinuierlich oder diskontinuierlich sein, und sie werden häufig aus thermoplastischem Polymer oder Copolymer-Harzen aus den allgemeinen Klassen von Polyolefinen, Polyester und Polyamiden sowie vielfältigen anderen Polymeren hergestellt. Mischungen von Polymeren oder konjugierte Multikomponenten-Fasern können ebenfalls verwendet werden. Vliesstofffaserbahnen, die durch Schmelzextrusionsverfahren, wie Spunbonding und Meltblowing, ausgebildet werden, sowie jene, die durch Trockenlegungsverfahren, wie Kardieren oder Luftlegen von Spinn-Fasern, ausgebildet werden, sind in dem Stand der Technik gut bekannt. Zusätzlich können Vliesstoffe in zusammengesetzten Materialien in Verbindung mit anderen Vliesstoffschichten, wie in Spunbond/Meltblown (SM) und Spunbond/Meltblown/Spunbond(SMS)-Laminatbahnen, verwendet werden, und sie können ebenso in Kombination mit thermoplastischen Filmen verwendet werden. Vliesstoffbahnen könne auch bondiert, geprägt, behandelt und/oder koloriert werden, um verschiedene gewünschte Eigenschaften in Abhängigkeit von der endgültigen Verwendung zu verleihen.
Schmelzextrusionsverfahren zum Spinnen kontinuierlicher Filamentfäden und kontinuierlicher Filamente oder Fasern, wie Spunbond-Fasern, und zum Spinnen von Mikrofasern, wie Meltblown-Fasern, und die damit verbundenen Verfahren zum Ausbilden von Vliesstoffbahnen oder -stoffen daraus sind in dem Stand der Technik wohl bekannt. Typischerweise werden Faservliesstoffbahnen, wie Spunbond-Vliesstoffbahnen, mithilfe der Extrusionsvorrichtung, wie einer Spinndüse, und einer Faserverdünnungsvorrichtung, wie einer Faserzugeinheit (FDU) ausgebildet, die in der Quer-Maschinenlaufrichtung oder „CD” ausgerichtet ist. Das heißt, dass die Vorrichtung in einem Winkel von 90 Grad zu der Richtung der Bahnherstellung ausgerichtet ist. Die Richtung der Vliesstoffbahnherstellung ist als die „Maschinenlaufrichtung” oder „MD” bekannt. Auch wenn die Fasern auf der Formfläche in einer allgemeinen zufälligen Weise niedergelegt werden, weisen dennoch, da die Fasern im allgemeinen die CD-ausgerichtete Spinndüse und die FDU in einer Richtung verlassen, die im Wesentlichen parallel zu der MD ist, die resultierenden Vliesstoffbahnen insgesamt eine durchschnittliche Faserausrichtung auf, in der mehr Fasern in der MD als in der CD ausgerichtet sind. Es ist allgemein bekannt, dass solche Eigenschaften wie z. B. die Materialzugfestigkeit, -ausdehnbarkeit und Materialsperrfähigkeit Funktionen der Materialgleichförmigkeit und der Ausrichtung der Fasern oder Filamente in der Bahn sind. Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, die Fasern oder Filamente innerhalb der Bahn auf eine kontrollierte Weise zu verteilen, Versuche, die die Verwendung von Elektrostatik, um eine Ladung auf die Fasern oder Filamente aufzubringen, die Verwendung von Streueinrichtungen, um die Fasern oder Filamente in einer gewünschten Richtung auszurichten, die Verwendung von mechanischen Ablenkmitteln zu demselben Zwecke und das Neuausrichten der Faserausbildungsmittel einschließen.
Die US 3 293 718 offenbart eine Vorrichtung zum Ausbilden von Vliesstoffbahnen, in der elektrostatisch aufgeladene kontinuierliche Filamente durch aerodynamische transversale Ablenkungskräfte abgelenkt werden, die durch oszillierende Luftströmungen gebildet werden. Des weiteren wird eine Herstellung einer Meltspun-Bahn durch diese Vorrichtung beschrieben.
Die GB 1 244 753 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Vliesstoffbahn, die in einer Richtung ausgerichtet ist, das das Ablenken von elektrostatisch aufgeladenen kontinuierlichen Filamenten durch gegenläufige Luftströmungen einschließt, wobei einer der Ströme in der Maschinenlaufrichtung ausgerichtet ist, während der andere in der Quer-Maschinenlaufrichtung ausgerichtet ist.
Die US 2002/0117770 A1 offenbart eine Vorrichtung für die Herstellung von Vliesstoffbahnen, die eine Einrichtung zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung und eine Elektrodendeflektorplatte, die aus Zähnen hergestellt ist, umfasst.
Dennoch bleibt es gewünscht, eine noch größere Fähigkeit zu erhalten, diese Kontrolle auf eine Weise zu gewinnen, die mit den Kosten verträglich ist, die durch die Einweganwendungen vieler dieser Vliesstoffe diktiert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen einer Vliesstoffbahn mit gewünschter Faserausrichtung gemäß Anspruch 1 zur Verfügung, wobei das Verfahren die Schritte des Bereitstellens einer Faserquelle, des Aussetzens der Fasern einer elektrostatischen Ladung, des Ablenkens der Fasern mithilfe einer nicht-kontaktierenden Ablenkvorrichtung, des Sammelns der Fasern auf einer sich bewegenden, formenden Oberfläche, um die Vliesstoffbahn zu bilden, einschließt. Die nicht-kontaktierende Ablenkvorrichtung ist ein Luftstrahlablenker, der einzelne Luftstrahlen zur Verfügung stellt, und die Luftstrahlen können gestört sein, und weiterhin sind die Luftstrahlen in Bezug auf die Maschinenlaufrichtung mit einem Winkel von etwa 15 Grad bis etwa 60 Grad und/oder mit Bezug auf die horizontale Ebene mit einem Winkel von bis zu etwa 60 Grad abgewinkelt. In Ausführungsformen können die Fasern im Wesentlichen kontinuierliche Fasern sein, die durch Schmelzspinnen zur Verfügung gestellt werden, und die Fasern können pneumatischen Zugkräften ausgesetzt sein, bevor sie der elektrostatischen Ladung ausgesetzt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die nicht-kontaktierende Ablenkvorrichtung ein Luftmesser sein, das einen Vorhang aus Luft liefert. Die elektrostatische Ladung kann unter Verwendung einer geladenen Kontaktanordnung zur Verfügung gestellt werden. In bestimmten Ausführungsformen ist der Luftstrahlablenker eine Target-Elektrode für die geladene Kontaktanordnung.
Die Erfindung stellt weiterhin eine Einrichtung zum Bilden von Faser-Vliesstoffbahnen gemäß Anspruch 5 zur Verfügung, wobei die Einrichtung eine Faserquelle; eine Vorrichtung zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf die Fasern; eine nicht-kontaktierende Faserablenkvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, auf die Fasern zu wirken, während sich die Fasern unter dem Einfluss der aufgebrachten elektrostatischen Ladung befinden; und eine formende Oberfläche (110) zum Sammeln der Fasern (60) als eine Faser-Vliesstoffbahn umfasst. In bestimmten Ausführungsformen kann die Faserquelle eine Schmelzspinnvorrichtung zum Herstellen kontinuierlicher Fasern sein, die Vorrichtung zum Aufbringen der elektrostatischen Ladung kann eine geladene Kontaktanordnung sein, und die Einrichtung schließt weiterhin eine Faserzugeinheit ein, die pneumatische Zugkräfte auf die kontinuierlichen Fasern ausübt. In Ausführungsformen kann die Vorrichtung zum Aufbringen der elektrostatischen Ladung auf die Fasern so positioniert werden, dass sie die elektrostatische Ladung aufbringt, bevor die Fasern in die Faserzugeinheit gelangen, oder sie kann so positioniert werden, dass sie die elektrostatische Ladung auf die Fasern aufbringt, während sich die Fasern in der Faserzugeinheit befinden, oder sie kann so positioniert werden, dass sie die elektrostatische Ladung auf die Fasern aufbringt, nachdem die Fasern die Faserzugeinheit verlassen haben und bevor die Fasern auf der formende Oberfläche gesammelt werden. Die nicht-kontaktierende Faserablenkvorrichtung ist ein Luftstrahlablenker, der einzelne Luftstrahlen zur Verfügung stellt, die im Wesentlich konstant oder gestört sind. Der Luftstrahlablenker kann eine Target-Elektrode für die Vorrichtung zum Aufbringen der elektrostatischen Ladung sein. Die Luftstrahlen sind in einem Winkel mit Bezug auf die Maschinenlaufrichtung oder die horizontale Ebene oder beide abgewinkelt, wobei der Winkel durch die gewünschte Ausrichtung der Fasern in der Vliesstoffbahn bestimmt wird. Die Einrichtung kann weiterhin einen zweiten Luftstrahlablenker umfassen, der sich auf der gegenüberliegenden Seite der Fasern von einem ersten Luftstrahlablenker befindet. Wenn die Vorrichtung zum Aufbringen der elektrostatischen Ladung eine geladene Kontaktanordnung ist, kann sich die geladene Kontaktanordnung auf einer nicht-kontaktierenden Ablenkvorrichtung befinden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen von Vliesstoffbahnen.
2 veranschaulicht eine beispielhafte Vorrichtung zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf Fasern.
3 zeigt eine beispielhafte nicht-kontaktierende Ablenkvorrichtung.
4A zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung von Luftströmungswegen für ein einander gegenüberliegendes Paar von beispielhaften nicht-kontaktierenden Ablenkvorrichtungen.
4B zeigt eine schematische Seitenansichtdarstellung von Luftströmungswegen für ein einander gegenüberliegendes Paar von beispielhaften nicht-kontaktierenden Ablenkvorrichtungen.
5 ist ein Balkendiagramm, das die Variabilität des Basisgewichts in Vliesstoffbahnen veranschaulicht.
6 ist ein Balkendiagramm, das die Zugfestigkeit von Vliesstoffbahnen veranschaulicht.
Definitionen
Wie hier und in den Ansprüchen verwendet, ist der Begriff „umfassend” einschließend oder offen und schließt nicht zusätzliche nicht angeführte Elemente, kompositionelle Bestandteile oder Verfahrensschritte aus.
Wie hier verwendet, schließt der Ausdruck „Polymer” allgemein, ohne darauf beschränkt zu sein, Homo-Polymere, Copolymere, wie z. B. Block-, Pfopf-, Zufalls- und alternierende Copolymere, Terpolymere usw. und Mischungen und Modifikationen davon ein. Des weiteren soll der Ausdruck „Polymer”, sofern nicht im Besonderen anderweitig eingeschränkt, sämtliche möglichen geometrischen Konfigurationen des Materials einschließen. Diese Konfigurationen schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, isotaktische, syndiotaktische und zufällige Symmetrien ein.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Fasern” sowohl auf Spinn-Längenfasern als auch kontinuierliche Fasern, soweit es nicht anderweitig angezeigt ist.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Monokomponenten”-Faser auf eine Faser, die aus einem oder mehreren Extrudern unter Verwendung lediglich eines Polymers gebildet wird. Dies heißt nicht, dass Fasern ausgeschlossen werden, die aus einem Polymer gebildet sind, dem kleine Mengen an Zusatzstoffen für die Farbe, antistatische Eigenschaften, Gleitfähigkeit, Hydrophilie usw. hinzugefügt worden sind. Diese Zusatzstoffe, z. B. Titandioxid für die Farbe, sind im allgemeinen in einer Menge von weniger als 5 Gewichtsprozent und noch typischer weniger als etwa 2 Gewichtsprozent vorhanden.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Multikomponenten-Fasern” auf Fasern, die aus zumindest zwei Komponentenpolymeren oder demselben Polymer mit unterschiedlichen Eigenschaften oder Zusatzstoffen, extrudiert von unterschiedlichen Extrudern aber zusammen gesponnen, um eine Faser zu bilden, ausgebildet worden sind. Multikomponenten-Fasern werden manchmal auch als konjugierte Fasern oder Zweikomponenten-Fasern bezeichnet. Die Polymere werden in im Wesentlichen konstant positionierten abgetrennten Zonen über den Querschnitt der Multikomponenten-Fasern angeordnet, und sie erstrecken sich kontinuierlich entlang der Länge der Multikomponenten-Fasern. Der Aufbau einer solchen Multikomponenten-Faser kann z. B. eine Hülle/Kern-Anordnung darstellen, in der ein Polymer von einem anderen umgeben wird, oder sie kann eine Seite-an-Seite-Anordnung, eine „Insel”-Anordnung sein, oder sie kann als Kuchenstück-Formen oder als Streifen auf einer Faser von einem runden, ovalen oder rechteckigen Querschnitt angeordnet sein. Multikomponenten-Fasern werden z. B. in dem US-Patent Nr. 5 108 820 von Kaneko et al., dem US-Patent Nr. 5 336 552 von Strack et al. und dem US-Patent Nr. 5 382 400 von Pike et al. gelehrt. Bei Zweikomponenten-Fasern können die Polymere in Verhältnissen von 75/25, 50/50, 25/75 oder jedem anderen gewünschten Verhältnis vorhanden sein.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Bikonstituentenfaser” oder „Multikonstituentenfaser” auf eine Faser, die aus zumindest zwei Polymeren oder demselben Polymer mit unterschiedlichen Eigenschaften oder Zusatzstoffen als eine Mischung aus demselben Extruder extrudiert gebildet ist, und wobei die Polymere nicht in im Wesentlichen konstant positionierten abgetrennten Zonen über den Querschnitt der Multikomponenten-Fasern angeordnet sind. Fasern dieser allgemeinen Art werden z. B. in dem US-Patent Nr. 5 108 827 von Gessner diskutiert.
Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „Vliesstoffbahn” oder „Vliesstoffmaterial” eine Bahn, die eine Struktur aus individuellen Fasern oder Filamenten aufweist, die ineinander gelegt sind, jedoch nicht in einer identifizierbaren Weise, wie in einem gewirkten oder gewobenen Stoff. Vliesstoffbahnen sind durch verschiedene Verfahren gebildet worden, wie z. B. Meltblowing-Verfahren, Spunbonding-Verfahren, Luftlege-Verfahren und Verfahren für kardierte Bahnen. Das Basisgewicht von Vliesstoffbahnen wird im Allgemeinen in Gramm pro Quadratmeter (gsm) oder Unzen des Materials pro Quadrat-Yard (osy) ausgedrückt, und die nützlichen Faserdurchmesser sind im Allgemeinen in Mikron angegeben, (Man beachte, dass man, um von osy in gsm umzurechnen, osy mit 33,91 multipliziert).
Der Ausdruck „Spunbond” oder „Spunbond-Vliesstoffbahn” bezieht sich auf eine Vliesstofffaser- oder ein Vliesstofffilamentmaterial aus Fasern geringen Durchmessers, die durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Polymers als Fasern aus einer Mehrzahl von Kapillaren einer Spinndüse gebildet werden. Die extrudierten Fasern werden gekühlt, während sie durch einen Auszugsmechanismus oder anderen bekannten Zugmechanismus gezogen werden. Die gezogenen Fasern werden auf einer formenden Oberfläche in einer im Allgemeinen zufälligen Weise abgelegt oder niedergelegt, um eine lose verschränkte Faserbahn zu bilden, und dann wird die gelegte Faserbahn einem Bondierungsverfahren unterzogen, um ihr eine physikalische Integrität und Abmessungsstabilität zu verleihen. Die Herstellung von Spunbond-Stoffen wird z. B. in den US-Patenten Nr. 4 340 563 von Appel et al., 3 692 618 von Dorschner et al. und 3 802 817 von Matsuki et al. offenbart. Typischerweise haben Spunbond-Fasern oder -filamente ein Gewicht-pro-Längeneinheit von mehr als etwa 1 Denier und bis zu etwa 6 Denier oder mehr, auch wenn sowohl feinere als auch schwerere Spunbond-Fasern hergestellt werden können. Was den Faserdurchmesser anbelangt, weisen Spunbond-Fasern im Allgemeinen einen mittleren Durchmesser von größer als 7 Mikron und insbesondere zwischen etwa 10 und etwa 25 Mikron und bis zu etwa 30 Mikron oder mehr auf.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „Meltblown-Fasern” Fasern oder Mikrofasern, die durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch eine Mehrzahl von feinen, im Allgemeinen kreisförmigen, Düsenkapillaren als geschmolzene Fäden oder Fasern in konvergierenden Hochgeschwindigkeits-Gas(z. B. Luft)-Strömungen, die die Fasern aus dem thermoplastischen Material verdünnen, so dass ihr Durchmesser verringert wird, gebildet werden. Danach werden die Meltblown-Fasern von der Hochgeschwindigkeits-Gasströmung getragen und auf einer Sammeloberfläche abgelegt, um eine Bahn aus zufällig verteilten Meltblown-Fasern zu bilden. Ein solches Verfahren wird z. B. in dem US-Patent Nr. 3 849 241 von Buntin offenbart. Meltblown-Fasern können kontinuierlich oder diskontinuierlich sein, sind im Allgemeinen kleiner als 10 Mikron im durchschnittlichen Durchmesser und sind oftmals kleiner als 7 Mikron oder gar 5 Mikron im durchschnittlichen Durchmesser, und im Allgemeinen sind sie anhaftend, wenn sie auf einer Sammeloberfläche abgelegt werden.
Wie hierin verwendet, schließt „thermisches Punkbondieren” das Führen eines Stoffs oder einer Bahn oder eines anderen Lagenschichtmaterials, das zwischen einer erhitzten Kalanderwalze und einer Andruckwalze zu bondieren ist, ein. Die Kalanderwalze ist im Allgemeinen, wenn auch nicht immer, auf ihrer Oberfläche auf eine bestimmte Weise gemustert, so dass nicht der gesamte Stoff über seine gesamte Oberfäche bondiert wird. Infolgedessen sind verschiedene Muster für Kalanderwalzen aus funktionellen und ästhetischen Gründen entwickelt worden. Ein Beispiel eines Musters hat Punkte und ist das Hansen-Pennings -oder „H&P”-Muster mit etwa 30% bondierter Fläche mit etwa 200 Bondierungen/Quadratzoll, wie es in dem US-Patent Nr. 3 855 046 von Hansen und Pennings gelehrt wird. Das H&P-Muster hat quadratische Punkt- oder Pin-Bonding-Gebiete, in denen jeder Pin eine Seitenabmessung von 0,038 Zoll (0,965 mm), einen Abstand von 0,070 Zoll (1,778 mm) zwischen den Pins und eine Bondierungstiefe von 0,023 Zoll (0,584 mm) aufweist. Das resultierende Muster hat eine bondierte Fläche von etwa 29,5%. Ein weiteres typisches Punktbondierungsmuster ist das expandierte Hansen und Pennings oder „EHP”-Bondierungsmuster, das eine bondierte Fläche von 15% mit einem quadratischen Pin erzeugt, der eine seitliche Abmessung von 0,037 Zoll (0,94 mm), einen Pin-Abstand von 0,097 Zoll (2,464 mm) und eine Tiefe von 0,039 Zoll (0,991 mm) aufweist. Andere allgemeine Muster schließen ein Diamantmuster mit sich wiederholenden leicht versetzten Diamanten und ein Drahtgewebe-Muster ein, das, wie es der Name andeutet, z. B. wie ein Fenstergitter aussieht. Typischerweise variiert die prozentuale Bondierungsfläche von rund 10% bis rund 30% der Fläche der Stofflaminatbahn. Thermisches Punktbondieren verleiht individuellen Schichten durch das Sondieren von Fasern innerhalb der Schicht Integrität, und/oder Punktbondieren hält für Laminate mehrerer Schichten die Schichten zusammen, um ein zusammenhaltendes Laminat zu bilden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bilden von Vliesstoffbahnen von kontinuierlichen Fasern hoher Gleichförmigkeit zur Verfügung, wobei das Verfahren das Bereitstellen einer Faserquelle; Aussetzen der Fasern einer elektrostatischen Ladung; Ablenken der Fasern mit einer nicht-kontaktierenden Ablenkvorrichtung; und Sammeln der Fasern auf einer sich bewegenden, formenden Oberfläche, um eine Vliesstoffbahn zu bilden, einschließt. Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zum Bilden solcher Vliesstoffbahnen zur Verfügung.
Die Erfindung wird ausführlicher mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Um zu 1 zu kommen, so ist dort in schematischer Form in einer Seitenansicht ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffbahnmaterials veranschaulicht. Mit Bezug auf 1 wird die Prozesslinie 10 mit Bezug auf die Herstellung von kontinuierlichen Monokomponenten-Fasern beschrieben, aber es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung ebenso Vliesstoffbahnen umfasst, die mit Multikomponenten-Fasern (d. h. mit Fasern, die zwei oder mehr Komponenten aufweisen) hergestellt werden.
Die Prozesslinie 10 schließt einen Extruder 30 zum Schmelzen und Extrudieren von einem Polymer ein, das von einem Polymerbehälter 20 in den Extruder 30 geliefert wird. Das Polymer wird von dem Extruder 30 durch eine Polymerleitung 40 an eine Spinndüse 50 geliefert. Die Spinndüse 50 bildet Fasern 60 aus, die Monokomponenten- oder Multikomponenten-Fasern sein können. Wenn Multikomponenten-Fasern gewünscht sind, würde ein zweiter Extruder verwendet werden, der von einem zweiten Polymerbehälter beliefert werden würde. Spinndüsen zum Extrudieren von kontinuierlichen Multikomponenten-Fasern sind den Fachleuten im Stand der Technik bekannt, und sie werden somit hier nicht im Detail beschrieben; es ist jedoch eine beispielhafte Spinnanlage zum Herstellen von Multikomponenten-Fasern in dem US-Patent Nr. 5 989 004 von Cook beschrieben.
Polymere, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, schließen die bekannten Polymere ein, die für die Herstellung von Vliesstoffbahnen und -materialien geeignet sind, wie z. B. Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polykarbonate und Copolymere und Mischungen davon. Geeignete Polyolefine schließen Polyethylen, z. B. Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen niedriger Dichte und lineares Polyethylen niedriger Dichte; Polypropylen, z. B. isotaktisches Polypropylen, syndiotaktisches Polypropylen, Mischungen aus isotaktischem Polypropylen und ataktischem Polypropylen; Polybutylen, z. B. Poly(1-Buten) und Poly(2-Buten); Polypenten, z. B. Poly(1-Penten) und Poly(2-Penten); Poly(3-Methyl-1-Penten); Poly(4-Methyl-1-Penten); und Copolymere und Mischungen darvon ein. Geeignete Copolymere schließen statistische Polymere und Blockpolymere ein, die aus zwei oder mehr unterschiedlichen nicht-saturierten Olefin-Monomeren hergestellt werden, wie aus Ethylen/Propylen- und Ethylen/Butylen-Copolymeren. Geeignete Polyamide schließen Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 4/6, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 6/10, Nylon 6/12, Nylon 12/12, Copolymere aus Caprolactam und Alkylenoxid-Diamin u. ä., sowie Mischungen und Copolymere daraus ein. Geeignete Polyester schließen Poly-Lactide und Poly-Milchsäure-Polymere sowie Polyethylen-Terephthalat, Poly-Butylene-Terephthalat, Polytetramathylen-Terephthalat, Polycyclohexylen-1,4-Dimethylen-Terephthalat und Isophthalat-Copolymere davon sowie Mischungen davon ein.
Die Spinndüse 50 weist Öffnungen auf, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. Die Spinndüse-Öffnungen formen einen sich nach unten erstreckenden Vorhang von Fasern 60, wenn Polymer durch die Spinndüse extrudiert wird. Die beispielhafte Prozesslinie 10 in 1 schließt auch ein Abschreckgebläse 64 ein, das sich dem Vorhang von Fasern 60, der sich von der Spinndüse 50 erstreckt, benachbart befindet. Luft aus dem Abschreckgebläse 64 schreckt die Fasern 60 ab, die sich von der Spinndüse 50 erstrecken. Die Abschreckluft kann von einer Seite des Faservorhangs, wie in 1 gezeigt, oder von beiden Seiten des Faservorhangs aus gerichtet sein. Wie hierin verwendet, meint der Ausdruck „Abschrecken” lediglich ein Verringern der Temperatur der Fasern unter Verwendung eines Mediums, das kühler als die Fasern ist, wie unter Verwendung von z. B. gekühlten Luftströmungen, Luftströmungen mit Umgebungstemperatur oder leicht bis moderat erhitzten Luftströmungen. Das Verfahren kann wünschenswerter Weise weiterhin eine Einrichtung (nicht gezeigt) umfassen, um Rauch fortzutransportieren, der von dem geschmolzenen Polymer erzeugt wird, wie z. B. einen Unterdruckkanal, der oberhalb oder anderweitig nahe der Spinndüse 50 angebracht ist
Eine Faserzugeinheit oder ein Faser-Sauggerät 70 wird unterhalb der Spinndüse 50 und des Abschreckgebläses 64 positioniert, um die abgeschreckten Fasern zu empfangen. Faserzugeinheiten oder Fasersauggeräte zur Verwendung beim Schmelzspinnen von Polymeren sind in dem Stand der Technik wohl bekannt. Geeignete Faserzugeinheiten zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung schließen z. B. lineare Fasersauggeräte der Arten ein, die in dem US-Patent Nr. 3 802 817 von Matsuki et al. und den US-Patenten Nr. 4 340 563 und 4 405 297 von Appel et al. gezeigt sind.
Allgemein beschrieben, schließt die Faserzugeinheit 70 einen ausgedehnten vertikalen Durchgang ein, durch den die Fasern durch Saugluft, die von den Seiten des Durchgangs eintritt, und die durch den Durchgang nach unten strömt, gezogen werden. Saugluft wird durch ein Gebläse (nicht gezeigt) zur Verfügung gestellt. Die Saugluft kann erhitzt oder nicht erhitzt sein. Die Saugluft übt pneumatische Zugkräfte auf die Fasern aus und zieht die Fasern durch den Durchgang der Faserzugeinheit 70 und verdünnt die Fasern durch die Anwendung der Zugkräfte, d. h. verringert den Durchmesser der Fasern. Wenn Multikomponenten-Fasern in einer kräuselbaren Konfiguration verwendet werden und es gewünscht ist, eine latente helische Krümmung in den Fasern vor dem Niederlegen der Fasern zu aktivieren, liefert das Gebläse erhitzte Saugluft an die Faserzugeinheit 70. In dieser Hinsicht verdünnt die erhitzte Saugluft die Fasern und aktiviert auch die helische Krümmung, wie es in dem US Patent Nr. 5 382 400 von Pike et al. beschrieben ist. Wenn es gewünscht ist, die latente helische Krümmung in den Fasern an einem bestimmten Punkt nach der Faserniederlegung zu aktivieren, liefert das Gebläse nicht-erhitzte Saugluft an die Faserzugeinheit 70. In dieser Hinsicht kann Wärme der Bahn an einem bestimmten Punkt nach der Faserniederlegung zugeführt werden, um die latente Krümmung zu aktivieren.
An dem Ende der Faserzugeinheit 70 sind ein nicht-kontaktierender Deflektor 90 und eine elektrostatische Ladungseinrichtung 74 gezeigt. Die elektrostatische Ladungseinrichtung 74 ist eine Einrichtung, wie eine geladene Kontaktanordnung, zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf die Fasern, wenn sie aus dem ausgedehnten vertikalen Durchgang der Faserzugeinheit kommen und bevor die Fasern auf einer formenden Oberfläche, wie einer kleine Öffnungen aufweisenden formenden Oberfläche 110, die in 1 gezeigt ist, gesammelt werden. Elektrostatische Ladungseinrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. Allgemein beschrieben, besteht eine elektrostatische Ladungseinrichtung aus einer oder mehreren Reihen von elektrischen Emitterkontakten, die eine Korona-Entladung erzeugen, wodurch sie eine elektrostatische Ladung auf die Fasern aufbringen, und die Fasern, wenn sie aufgeladen sind, neigen dazu, sich abzustoßen, was dabei hilft, zu verhindern, dass Gruppen von individuellen Fasern zusammenklumpen oder sich „ineinander verschlingen”. Ein beispielhaftes Verfahren für das Laden von Fasern, um Vliesstoffe mit einer verbesserten Faserverteilung zu erzeugen, ist in der ebenfalls zugehörigen PCT-Veröffentlichung Nr. WO 02/52071 von Haynes et al., veröffentlicht am 4. Juli 2002, offenbart. Eine beispielhafte elektrostatische Ladungseinrichtung ist in 2 gezeigt. Es sollte bemerkt werden, dass, während in 1 eine elektrostatische Aufladungseinrichtung 74 gezeigt ist, die sich unterhalb der Faserzugeinheit 70 befindet, in bestimmten Ausführungsformen die elektrostatische Aufladungseinrichtung 74 wünschenswerter Weise oberhalb der Faserzugeinheit 70 positioniert werden kann, um die Ladung auf die Fasern aufzubringen, bevor sie in die Faserzugeinheit 70 gelangen, in anderen Ausführungsformen kann die elektrostatische Ladungseinrichtung 74 wünschenswerter Weise innerhalb der Faserzugeinheit 70 positioniert werden, um die Ladung auf die Fasern aufzubringen, wenn sie die Faserzugeinheit 70 passieren.
Um zu 2 zu kommen, so ist dort eine Seitenansicht einer Korona-Entladungsanordnung gezeigt, die allgemein mit 201 bezeichnet ist, die in Übereinstimmung mit der Erfindung nützlich ist. Die Korona-Entladungsanordnung 201 umfasst eine elektrostatische Ladungseinrichtung, wie eine Elektrodenanordnung 210 und eine Target-Elektrode 230. Der Ausgang aus der Faserzugeinheit 70 (1) ist mit 203 bezeichnet. Die Elektrodenanordnung 210 ist mit einer Energieversorgung 209 verbunden, und sie ist durch eine Isolierung 205 von der Faserzugeinheit getrennt. Die Target-Elektrode 230 kann geerdet sein oder mit der Energieversorgung 209 verbunden sein und ist durch eine Isolierung 235 von der Faserzugeinheit getrennt. Die Elektrodenanordnung 210 umfasst mehrere Stangen, die sich im Wesentlichen entlang der Quer-Maschinenlaufrichtungsbreite der Faserzugeinheit erstrecken, z. B. vier Stangen 213, 215, 217 und 219, von der jede eine Mehrzahl an Emitterkontakten 221 enthält, die sich ebenso im Wesentlichen entlang der Quer-Maschinenlaufrichtungsbreite der Faserzugeinheit erstrecken. Emitterkontakte sind wünschenswerter Weise zurückgesetzt, um eine Auffangen von und eine Verschmutzung mit Fasern zu vermeiden. Die Target-Elektrode 230 umfasst weiterhin eine Target-Platte 231.
Um auf 1 zurückzukommen, so ist an dem Ausgang der Faserzugeinheit 70 ein nicht-kontaktierender Deflektor 90 positioniert. Der nicht-kontaktierende Deflektor 90 kann auf der Faserzugeinheit 70 angebracht sein, oder unterhalb der Faserzugeinheit 70 aufgehängt werden, oder er kann an irgendeinem anderen Teil der Prozessvorrichtung befestigt sein, ohne physikalisch an der Faserzugeinheit angebracht zu sein, und der nicht-kontaktierende Deflektor 90 wird im Allgemeinen im Wesentlichen entlang der gesamtem Quer-Maschinenlaufrichtung der Faserzugeinheit 70 verlaufen. In dem Fall des Verfahrens, das in 1 gezeigt ist, fungiert der nicht-kontaktierende Deflektor 90 auch als eine Target-Elektrode für die elektrostatische Aufladungseinrichtung 74. Mit „nicht-kontaktierend” oder „kontaktfrei” ist gemeint, dass die Fasern zu einem bestimmten Grad von ihrem Transportweg vor der Faserniederlegung abgelenkt werden, ohne dass ein physikalisches Objekt verwendet wird, das in den Faserströmungsweg ragt oder die Fasern berührt. Als ein Beispiel können die Fasern durch konstante oder gestörte Fluidstrahlen, wie Luftstrahlen, oder durch eine Schicht oder einen Vorhang von Luft, wie er unter Verwendung eines Luftmessers erzeugt werden kann, abgelenkt werden. Der nicht-kontaktierende Deflektor 90 kann wünschenswerter Weise ein Luftstrahlablenker, wie in 3 gezeigt, sein.
Der Luftstrahlablenker, der in 3 gezeigt und allgemein mit 300 bezeichnet ist, umfasst eine Kammer 310 zum Aufnehmen von unter Druck gesetzter Luft, und die Strahlöffnungen 320 aufweist, die in beabstandeten Positionen über und durch die Oberfläche 330 der Kammer 310 gebohrt oder gefräst worden sind. Wenn Luft der Kammer 310 durch einen Einlass 340 zugeführt wird, bilden die Strahlöffnungen 320 voneinander getrennte Luftstrahlen. Mit „voneinander getrennten” oder „einzelnen” Luftstrahlen ist gemeint, dass die Luft zunächst die Kammer 310 in Form einer Mehrzahl von im Wesentlichen säulenartigen Luftstrahlen aus den Strahlöffnungen 320 verlässt, statt als eine Schicht oder ein Vorhang von Luft. Es sollte bemerkt werden, dass, auch wenn es ausgesagt wird, dass die Luft die Kammer 310 zunächst in Form voneinander getrennter Luftströmungen verlässt, es nicht beabsichtigt ist, die Möglichkeit auszuschließen, dass in einem bestimmten Abstand von der Kammer 310 die Strahlen anfangen, zu expandieren, und sich in einem weiteren Abstand von der Kammer 310 vereinigen können. Die Luftstrahlen werden entlang einer Richtung gerichtet, die durch den Winkel der Orientierung der Strahlöffnungen 320 bestimmt wird. Die Form, Größe, Beabstandung und der Orientierungswinkel der gebohrten Strahlöffnungen 320 kann variiert werden, um gewünschte Grade der Fasertrennung und eine gewünschte Faserausrichtung bei der Faserniederlegung zu erzeugen.
In bestimmten Ausführungsformen kann die gewünschte Faserausrichtung dadurch erreicht werden, dass die Strahlöffnungen 320 (3) so orientiert sind, dass sie Luftstrahlen erzeugen, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Strömungsweg des Faserstroms gerichtet sind, der aus der Faserzugeinheit 70 (1) austritt. Allgemein gesprochen wird sich der Faserstrom auf einem vertikalen Weg zu der kleine Öffnungen aufweisenden, formenden Oberfläche bewegen, so dass dort, wo die Luftstrahlen im Wesentlichen senkrecht zu dem Strömungsweg des Faserstroms gerichtet sind, die Luftstrahlen im Wesentlichen in die Maschinenlaufrichtung und im Wesentlichen parallel zu der horizontalen Ebene ausgerichtet werden. Es kann jedoch abhängig von der gewünschten Faserausrichtung ebenso gewünscht sein, dass die Luftstrahlen in einem Winkel zu der Maschinenlaufrichtung ausgerichtet werden. Es können z. B. die Luftstrahlen in einem Winkel zu der Maschinenlaufrichtung von bis zu etwa 60 Grad oder mehr ausgerichtet werden. Des weiteren kann es gewünscht sein, dass die Luftstrahlen in einem Winkel zu der horizontalen Ebene ausgerichtet werden, d. h. dass die Luftstrahlen in einem aufwärtsgerichteten oder abwärtsgerichteten Winkel von bis zu 60 Grad ausgerichtet sein können.
In bestimmten Ausführungsformen können Kombinationen von Winkeln ebenso erwünscht sein, wie eine solche, in der die Luftstrahlen in einem Winkel zur Maschinenlaufrichtung und ebenso in einem Winkel zur horizontalen Ebene ausgerichtet werden. Des Weiteren ist es wünschenswert, auch wenn es nicht in 1 gezeigt ist, mehr als einen nicht-kontaktierenden Deflektor zu verwenden d. h. zwei nicht-kontaktierende Deflektoren als gegenüberliegende Paare, wie es in 4A und 4B veranschaulicht ist. In 4A ist in einer Draufsicht ein Paar von nicht-kontaktierenden Deflektoren, in diesem Fall gepaarte Luftstrahlablenkern 410 und 420, gezeigt. Die Luftstrahlablenker 410 und 420 sind dem Luftstrahlablenker ähnlich, der in 3 dargestellt worden ist, und sie sind durch eine Reihe von Strahlöffnungen (3) durchlöchert, die gebohrt oder anderweitig in den Luftkammern ausgebildet sind. Die gestrichelten Linien A und B veranschaulichen die Luftstrahlströmungswege während des Betriebs der Luftstrahlablenker. Wie es in 4A gezeigt ist, sind die Luftstrahlströmungswege in einem Winkel von etwa 45 Grad zu dem Pfeil MD ausgerichtet, der die Maschinenlaufrichtung (Richtung der Materialproduktion) darstellt. Eine Seitenansicht eines Paars von Luftstrahlablenkern ist in 4B gezeigt. Für die Ausführungsform, die in 4B gezeigt ist, sind die Luftstrahlströmungswege während des Betriebs der Luftstrahlablenker mit einem Winkel von etwa 45 Grad zu der horizontalen Ebene (Pfeil E) nach unten ausgerichtet. Die Luftstrahlströmungswege werden durch gestrichelte Linien C bzw. D für Luftstrahlablenker 460 und 470 veranschaulicht.
Wenn ein Luftvorhang, wie ein solcher der unter Verwendung eines Luftmessers geliefert werden kann, verwendet wird (anstelle der Verwendung von voneinander getrennten Luftstrahlen), um die nicht-kontaktierende Ablenkung zu erzeugen, sollte bemerkt werden, dass der Luftvorhang mit einem Winkel im Wesentlichen senkrecht zu dem Strömungsweg des Faserstroms geliefert werden kann, oder dass er in einem Winkel bezüglich der horizontalen Ebene geliefert werden kann, wie es oben mit Bezug auf die Ausrichtung der Luftstrahlen beschrieben wurde. Wie oben erwähnt, können die Fluid- oder Luftstrahlen oder der Luftvorhang hinsichtlich der Luftgeschwindigkeit und Luftflussrate im Wesentlichen konstant sein, oder sie können alternativ als eine gestörte Strömung von Luft geliefert werden. Ein beispielhaftes Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Störung der Fluidströmungen ist in dem US Patent Nr. 5 807 795 von Lau et al. beschrieben. Eine Störung der Fluidströmung kann wünschenswert sein, um sowohl den Grad als auch die Ordnung der Turbulenz der Luftströmung in der Nähe des Auslasses der Faserzugeinheit zu erhöhen, wodurch das Mischen und die zufällige Ausrichtung der Fasern vor der Faserniederlegung erhöht werden.
Um auf 1 zurückzukommen, ist ebenso eine kleine Öffnungen aufweisende Endlosformfläche 110 gezeigt, die sich unter der Faserzugeinheit 70 befindet, um die verdünnten Fasern 100 aus der Ausgabeöffnung der Faserzugeinheit 70 aufzunehmen. Eine Vakuumquelle (nicht gezeigt), die sich unterhalb der kleine Öffnungen aufweisenden Formfläche 110 befindet, kann günstiger Weise verwendet werden, um die verdünnten Fasern auf die kleine Öffnungen aufweisende, formende Oberfläche 110 zu ziehen. Die Fasern, die auf der kleine Öffnungen aufweisenden Formfläche 110 empfangen werden, umfassen eine Vliesstoffbahn von lockeren kontinuierlichen Fasern, die wünschenswerter Weise anfänglich unter Verwendung einer Konsolidiereinrichtung 130 konsolidiert werden können, um das Transportieren der Bahn zu einer Bondierungseinrichtung zu unterstützen. Die Konsolidiereinrichtung 130 kann eine mechanische Verdichtungswalze sein, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, oder sie kann ein Luftmesser sein, das erhitzte Luft auf und durch die Bahn bläst, wie es in dem US Patent Nr. 5 707 468 von Arnold et al. beschrieben wird.
Die Prozesslinie 10 schließ weiterhin eine Bondierungseinrichtung, wie die Kalanderwalzen 150 und 160, die in 1 gezeigt sind, ein, die verwendet werden können, um die Vliesstoffbahn, wie oben beschrieben, einem Punkt-Bondieren oder Spot-Bondieren zu unterziehen. Alternativ können Durchluftbondierer, wie solche die den Fachleuten wohl bekannt sind, vorteilhafter Weise verwendet werden, wenn die Fasern Multikomponenten-Fasern sind, die Komponentenpolymere mit unterschiedlichen Schmelzpunkten besitzen. Allgemein gesprochen richtet ein Durchluftbondierer einen Strom erhitzter Luft durch die Vliesstoffbahn aus kontinuierlichen Multikomponenten-Fasern, wodurch Zwischenfaser-Bondierungen durch das wünschenswerte Verwenden von erhitzter Luft, die eine Temperatur bei oder oberhalb der Polymer-Schmelztemperatur der niedriger schmelzenden Polymerkomponente und unterhalb der Schmelztemperatur der höher schmelzenden Polymerkomponente aufweist, gebildet werden. Als noch weitere Alternativen kann die Bahn unter Verwendung anderer Mittel, die in dem Stand der Technik bekannt sind, wie z. B. Haftbondierungsmittel, Ultraschallbondierungsmittel oder Entanglement-Mittel, wie Hydro-Entangling oder Nadelung, bondiert werden.
Letztlich schließt die Prozesslinie 10 weiterhin eine Aufwickelrolle 180 zum Aufnehmen der bondierten Bahn 170 ein. Während sie hier nicht gezeigt sind, können verschiedene weitere potentielle Verarbeitungs- und/oder Fertigstellungsschritte, die in dem Stand der Technik bekannt sind, wie Bahn-Schlitzen, Dehnen, Behandeln oder Laminieren des Vliesstoffs in einen Verbund mit anderen Materialien, wie Filmen oder anderen Vliesstoffschichten, ausgeführt werden, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Beispiele der Bahnbehandlungen schließen eine Elektret-Behandlung zum Induzieren einer permanenten elektrostatischen Ladung in der Bahn oder alternative antistatische Behandlungen ein. Ein weiteres Beispiel für die Bahnbearbeitung schließt die Behandlung zum Versehen einer Bahn, die hydrophobes thermoplastisches Material umfasst, mit Benetzbarkeit oder Hydrophilie ein. Benetzbarkeitsbehandlungszusätze können der Polymerschmelze als eine interne Behandlung zugesetzt werden, oder sie können an einem Punkt nach der Bildung der Fasern oder der Bahn oberflächlich hinzugefügt werden. Ein noch weiteres Beispiel der Bahnbearbeitung schließt eine Behandlung ein, um eine Abstoßung gegenüber Flüssigkeiten mit einer niedrigen Oberflächenenergie, wie Alkoholen, Aldehyden und Ketonen, zu verleihen. Beispiele solcher Behandlungen zur Abstoßung von Flüssigkeiten schließen Fluorkarbonzusammensetzungen ein, die der Bahn oder den Fasern der Bahn entweder oberflächlich hinzugefügt werden oder die intern durch Zugeben zu der thermoplastischen Schmelze hinzugefügt werden, aus der die Fasern extrudiert werden. Zusätzlich kann als eine Alternative dazu, die Vliesstoffbahn auf einer Aufwickelrolle 180 aufzunehmen, die Vliesstoffbahn zu verschiedenen Umwandlungs- oder Produktausbildungsoperationen ohne ein Aufwickeln geführt werden.
Vliesstoffbahnmaterialien können in einem Laminat verwendet werden, das zumindest eine Schicht einer Vliesstoffbahn und zumindest eine zusätzliche Schicht, wie z. B. eine gewebte Stoffschicht, eine zusätzliche Vliesstoffschicht, eine Schaumstoffschicht oder eine Filmschicht enthält. Die zusätzliche Schicht oder die zusätzlichen Schichten für das Laminat können gewählt werden, um zusätzliche und/oder komplementäre Eigenschaften, wie Flüssigkeits- und/oder Mikrobensperreigenschaften zu verleihen. Die Laminatstrukturen sind infolgedessen sehr geeignet für verschiedene Verwendungen einschließlich verschiedener hautkontaktierender Anwendungen, wie Schutzkleidungsstücke, Deckschichten für Windeln, Sanitärprodukte für Erwachsene, Trainingshosen und Binden, verschiedene Tücher, chirurgische Umhänge u. ä. Die Schichten des Laminats können bondiert werden, um eine einheitliche Struktur durch im Stand der Technik bekannte Bondierverfahren zu bilden, die für Laminatstrukturen geeignet sind, wie ein thermisches, Ultraschall- oder Haftmittelbondierungsvefahren oder mechanische oder hydraulische Entanglement-Verfahren.
Als ein Beispiel kann ein atmungsaktiver Film auf die Vliesstoffbahn laminiert werden, um ein atmungsaktives Sperrlaminat zur Verfügung zu stellen, das eine wünschenswerte Kombination von nützlichen Eigenschaften zeigt, wie eine weiche Textur, Festigkeit und Sperreigenschaften. Als ein anderes Beispiel kann die Vliesstoffbahn auf einen nicht-atmungsaktiven Film laminiert werden, um ein festes, stark sperrendes Laminat zur Verfügung zu stellen, das kleidungsartige Eigenschaften besitzt. Diese Laminatstrukturen stellen erwünschte kleidungsartige strukturelle Eigenschaften, verbesserte Festigkeitseigenschaften und starke Sperreigenschaften zur Verfügung. Eine andere Laminatstruktur, die für die vorliegende Erfindung sehr geeignet ist, ist das Spunbond-Meltblown-Spunbond-Laminatmaterial wie es in dem US Patent Nr. 4 041 203 von Brock et al. offenbart ist.
Die Vliesstoffbahnmaterialien, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt werden, sind für verschiedene Verwendungen sehr geeignet, wie z. B. Verwendungen, die Einwegartikel, z. B. Schutzkleidungsstücke, sterile Verpackungen, chirurgische Kleidung, Wischtücher und Außenlagen und Deckschichten für absorbierende Artikel einschließen.
Die folgenden Beispiele werden zum Zwecke der Illustration zur Verfügung gestellt, und die Erfindung ist nicht darauf eingeschränkt.
Beispiel
Kommerziell erhältliches isotaktisches Polypropylen mit einer Schmelzflussrate von ungefähr 35, das von ExxonMobil Chemical Co. (Houston, Texas) erhältlich ist und als Exxon 3155 bezeichnet wird, wurde in einem Schlitzzieh-Vliesspinnsystem der Spunbond-Art verarbeitet, um Beispiel- und Vergleichs-Spunbond-Materialien herzustellen. Für sämtliche Materialien wurden die Schlitzzieh-Verfahrenseigenschaften auf eine Filamentziehgeschwindigkeit von etwa 2700 Meter pro Minute eingestellt, was in einen durchschnittlichen Filamentdurchmesser von etwa 18 Mikron resultiert. Für das Beispielmaterial wurde ein elektrostatisches Ladungssystem nahe dem Ziehzonenausgang positioniert, um den Filamentvorhang zu laden, wie es allgemein in der PCT-Veröffentlichung WO 02/52071 von Haynes et al. beschrieben wird. Ein Zweikammern-Luftstrahl-Deflektorsystem, in dem jede Kammer eine Mehrzahl von Öffnungen enthält, wurde direkt unterhalb des Ladungssystems und mit einer Kammer auf jeder Seite des Schlitzes der Schlitzzieheinheit platziert. Die Luftstrahlöffnungen waren in einem Winkel ausgerichtet, der 30 Grad nach unten (von der Horizontalen aus) und 45 Grad seitwärts von der Maschinenlaufrichtung betrug. Luft wurde jeder Luftstrahl-Deflektorkammer mit einem Druck von etwa 17 kPa zugeführt, um die Luftstrahlen zu erzeugen, die das Niederlegen der Polymerfilamente modifizierten. Die Filamente wurden auf einer kleine Öffnungen aufweisenden, formenden Oberfläche als ein faseriges Vliesstoffmaterial abgelegt, das ein Basisgewicht von etwa 15 Gramm pro Quadratmeter aufweist. Die Bahn wurde dann mit einem thermischen Bondierungskalander musterbondiert und auf einer Aufwickeleinrichtung aufgenommen.
Die Beispiel-Spunbond-Materialien, die oben hergestellt wurden, wurden mit Vergleichs-Spunbond-Materialien verglichen, die unter Verwendung entweder von Luftablenkung allein oder von Elektrostatik mit gewinkelter mechanischer Zahnablenkung, wie sie in der PCT-Veröffentlichung WO 02/52071 von Haynes et al. beschrieben ist, hergestellt wurden. Die Materialfestigkeit und Qualität der Materialgleichförmigkeit des Beispielmaterials wurde unter Verwendung eines Tests auf Basisgewichtsgleichförmigkeit, der unten beschrieben wird, und eines Zugfestigkeitstests in der Maschinenlaufrichtung (MD) und der Quer-Maschinenlaufrichtung (CD) gemessen.
Um die Gleichförmigkeit des Basisgewichts zu bewerten, wurden einhundert Kreise mit einem Durchmesser von 2,54 Zentimeter zufällig aus einer 1 Quadratmeter großen Probe eines Spunbond-Stoffs geschnitten. Das Gewicht jedes Kreises wurde gemessen und dann auf Basis einer Einheitsfläche normiert. Die Ergebnisse des Tests können in 5 gesehen werden, die ein Histogramm-Balkendiagramm der Anzahl von Kreisen „N” darstellt, die für jedes normierte Gewicht von jedem der zwei Materialien gemessen wurde. Die Gleichförmigkeit des Basisgewichts der zwei Materialien wird als ein berechneter Variationskoeffizient oder „COV” verglichen. Es wird der Prozent-COV als die Standardabweichung der Testergebnisse dividiert durch den Mittelwert der Testergebnisse berechnet und mit 100 multipliziert, um so in Prozent ausgedrückt zu werden. Der COV für das Beispiel-Spunbond-Material war um etwa 5% besser als der COV für das Vergleichs-Spunbond-Material mit der Luftablenkung allein (29,8% für das Beispiel gegenüber 35,0% für den Vergleich). Es wurde durch visuelle Prüfung der Materialien ebenso bemerkt, dass die visuelle Erscheinung der Ausbildung des Beispiel-Spunbond-Materials verglichen mit der des Spunbond-Materials unter Verwendung der Luftdeflektoren allein, welches Material ein gefleckteres und gesprenkelteres Aussehen zeigte, wie es durch starke und leichte Punkte in dem Material gezeigt ist, überlegen war.
Der Zugfestigkeittest wurde unter Verwendung eines Sintech 2/S-Zugfestigkeitstesters, der von der SinTech Corporation (Carey, North Carolina) erhältlich ist, in Übereinstimmung mit ASTM-D-5035-90 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass geschnittene Streifenproben von 3 Zoll (76,2 mm) anstelle von Proben von 1 Zoll (25,4 mm) oder 2 Zoll (50,8 mm), die in dem Verfahren D-5035-90 spezifiziert sind, verwendet wurden. Zehn Proben wurden auf die Zugfestigkeit in jeder der CD- und MD-Richtung getestet, und es wurden die Ergebnisse für jedes Material gemittelt und auf ein Einheitsgewicht von 0,5 osy (17 gsm) normiert. Ergebnisse aus diesen Tests sind grafisch in 6 gezeigt. Wie es aus 6 ersichtlich ist, wurde die CD-Zugfestigkeit des Beispielmaterials in der Richtung verbessert, wenn sie mit dem Vergleichs-Spunbond verglichen wurde, der unter Verwendung der Elektrostatik und der mechanischen gewinkelten Zahnablenkung hergestellt wurde. Für das Beispielmaterial betrug die mittlere CD-Zugfestigkeit 20,23 N/76,2 mm, was mehr als 12% größer als das Ergebnis von 18,05 N/76,2 mm für die Zugfestigkeit des Vergleichs-Spunbonds ist, der unter Verwendung der Elektrostatik und der mechanischen gewinkelten Zahnablenkung hergestellt wurde.
In der Beschreibung ist auf viele andere Patente Bezug genommen worden, und in dem Maße, in dem ein Konflikt oder eine Diskrepanz zwischen den Lehren der zitierten Patente und derjenigen der vorliegenden Beschreibung auftritt, soll die vorliegende Beschreibung gelten. Während die Erfindung in Ausführlichkeit mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, wird es den Fachleuten in der Technik zusätzlich offenbar sein, dass verschiedene Veränderungen, Modifikationen und/oder Abänderungen ausgeführt werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass sämtliche solche Modifikationen, Veränderungen und andere Abänderungen durch die Ansprüche umfasst sind.

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen einer Vliesbahn, umfassend: a) Bereitstellen einer Faserquelle (50); b) die Fasern (60) einer elektrostatischen Ladung Aussetzen c) Ablenken der Fasern (60) mit einer kontaktfreien Ablenkvorrichtung (90); und d) Sammeln der Fasern auf einer sich bewegenden, formenden Oberfläche (110), um die Vliesbahn zu bilden; dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (60) durch einen Luftstrahlablenker abgelenkt werden, der einzelne Luftstrahlen bereit stellt, wobei die Luftstrahlen im Wesentlichen konstant sind oder gestört sind und in Bezug auf die Maschinenrichtung um einen Winkel von 15 Grad bis 60 Grad und abwärts in Bezug auf die horizontale Ebene um einen Winkel von bis zu 60 Grad abgewinkelt sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fasern (60) im Wesentlichen kontinuierliche Fasern sind, die durch Schmelzspinnen bereit gestellt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern (60) pneumatischen Zugkräften ausgesetzt werden, bevor sie der elektrostatischen Ladung ausgesetzt werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die elektrostatische Ladung bereit gestellt wird durch Verwenden einer geladenen Kontaktanordnung (221), und weiterhin wobei der Luftstrahlablenker (90) eine Targetelektrode (230) für die geladene Kontaktanordnung (221) ist.
Eine Einrichtung zum Bilden einer faserigen Vliesbahn, umfassend: a) eine Faserquelle (50); b) eine Vorrichtung zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung (74) auf die Fasern (60); c) eine kontaktlose Faserablenkvorrichtung (90), die eingerichtet ist, auf die Fasern (60) einzuwirken, während die Fasern unter dem Einfluss der aufgebrachten elektrostatischen Ladung sind; und d) eine formende Oberfläche (110) zum Sammeln der Fasern (60) als eine faserige Vliesbahn; dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Ablenkvorrichtung (90) ein Luftstrahlablenker ist, der konfiguriert ist, einzelne Luftstrahlen bereit zu stellen, wobei die Luftstrahlen im Wesentlichen konstant sind oder gestört sind und in Bezug auf die Maschinenrichtung um einen Winkel von 15 Grad bis 60 Grad und abwärts in Bezug auf die horizontale Ebene um einen Winkel von bis zu 60 Grad abgewinkelt sind.
Die Einrichtung nach Anspruch 5, wobei die Faserquelle (50) eine Schmelzspinnvorrichtung zum Herstellen von kontinuierlichen Fasern ist und die Einrichtung weiterhin eine Faserzugeinheit (70) umfasst, die pneumatische Zugkräfte auf die kontinuierlichen Fasern (60) anwendet.
Die Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung zum Aufbringen der elektrostatischen Ladung (74) auf die Fasern (60) angeordnet ist, die elektrostatische Ladung aufzubringen, bevor die Fasern (60) in die Faserzugeinheit (70) eintreten.
Die Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung zum Aufbringen der elektrostatischen Ladung (74) auf die Fasern (60) angeordnet ist, die elektrostatische Ladung auf die Fasern (60) aufzubringen, während die Fasern (60) in der Faserzugeinheit (70) sind.
Die Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung zum Aufbringen der elektrostatischen Ladung (74) auf die Fasern (60) angeordnet ist, die elektrostatische Ladung auf die Fasern (60) aufzubringen, nachdem die Fasern (60) die Faserzugeinheit (70) verlassen haben und bevor die Fasern (60) auf der formenden Oberfläche (110) gesammelt werden.
Die Einrichtung nach einem der Ansprüche 5–9, wobei die Vorrichtung zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung (74) auf die Fasern (60) eine geladene Kontaktanordnung (221) umfasst, und wobei der Luftstrahlablenker (90) eine Targetelektrode (230) für die geladene Kontaktanordnung (221) ist.
Die Einrichtung nach einem der Ansprüche 5–10, weiterhin umfassend einen zweiten Luftstrahlablenker (420, 470), der auf der gegenüberliegenden Seite der Faser von dem ersten Luftstrahlablenker (90, 410, 460) ist.
Die Einrichtung nach Anspruch 11, wobei die geladene Kontaktanordnung (221) auf einem Luftstrahlablenker (410, 420, 460, 470) angeordnet ist.