CN1375579A - 将单组分液态线挤出成多组分细丝的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种熔体纺丝设备包括纤维产生装置,用来通过挤出两种或多种单组分线并使之在挤出之后结合然后在压缩空气的作用下使之变细的方式来生产出多组分细丝。该两种或多种材料在纺丝组件中不相互接触。两种液体材料在整个纺丝组件上分离,从而防止了两种液体材料间的泄漏,并且使得每种液体材料具有优化的温度,以便进行恰当的挤出。

Description

将单组分液态线挤出成多组分细丝的设备和方法

相关申请的交叉参考

本申请涉及以下的未决且共同所有的申请，该申请与本申请在同一日期申请，即名称为“生产多组分液态细丝的设备”的美国专利申请(律师证号NOR.983)，并且其公开的全部内容在这里被引用作为参考。

技术领域

本发明大体上涉及将两种分开的液体材料挤出成细丝或线，更具体地说，涉及一种用于将两种分开的液体材料纺粘或熔体喷射成多组分细丝的熔体纺丝(熔纺)设备。

背景技术

由合成热塑性塑料制成的熔纺织物已经长时间应用于各种用途，包括过滤、棉胎、用于清除油的织物、例如用在尿布和妇女卫生用品上的吸收材料、热绝缘材料和医用衣服和织物。

熔纺材料由于包含通过机械装置使纤维缠结而制成的随机取向的细丝或纤维而属于被称为无纺织物的普通类别。具有或没有一些纤维间熔合的纤维缠结赋予织物以整体性和强度。如上所述，可以将无纺织物转变成各种最终用途产品。

虽然熔纺无纺织物可以通过许多工艺来制成，但是最普及的工艺为熔体喷射和纺粘工艺，这两种工艺都涉及热塑性材料的熔体纺丝。熔体喷射是一种用于无纺织物生产的工艺，其中熔融热塑性塑料从模具顶端挤出以形成一排细丝。离开模具顶端的纤维马上与汇聚板或热空气喷射流接触，以将这些细丝拉细成细微的直径。然后以随机的方式将这些纤维放到收集装置上，从而形成无纺织物。

纺粘工艺涉及通过喷丝头挤出连续的细丝。所挤出的细丝保持分开，并且例如通过充电、受控的气流或收集装置的速度来获得所要求的细丝取向。将这些细丝收集在收集装置上，并且通过使细丝层穿过压紧滚筒和/或热滚压砑光机被粘接。

无纺材料用在这些产品中，例如尿布、外科长袍、地毯背衬、滤布以及许多其它消费品和工业用品。生产无纺材料的最普及的机器使用了熔体喷射和纺粘设备。对于特定的用途来说，要求采用多种热塑性液态材料以形成每根细丝的单独断面部分。通常，这些多组分细丝包括两种组分，因此更具体地说被称作双组分细丝。例如，当生产供服装业使用的无纺材料时，最好生产出具有并排结构的双组分细丝。一个重要的考虑涉及到材料的成本。例如，一股廉价材料的线可以与一股更昂贵的材料的线结合，第一股线可以由聚丙烯或尼龙制成，另一股线可以由聚酯或共聚酯。另外，这两种类型材料在干燥或冷却时会收缩不同量，从而产生出具有理想特性的卷曲的细丝。

还存在许多其它的多组分纤维结构，例如皮芯、绒尖染色和微但尼尔结构，每种结构都有其自身特殊的用途。可以采用一种或多种组分液体来控制各种材料特性。这些特性包括例如热的、化学的、电的、光的、芳香的和抗微生物特性。同样，在排出以制造所需截面结构的长丝之前，存在许多类型的模具喷嘴用于结合多种液体组分。

各种设备利用包括竖直或水平层叠板的模具喷嘴来形成双组分细丝。具体地说，熔体喷射模具喷嘴将两股液体材料流导向至靠近一叠竖直板的顶端的相对侧面上。纺粘模具喷嘴将两种不同的材料流引导至一叠垂直板的顶板上。被蚀刻或被钻成垂直或水平的板叠的液体通道将两种不同类型的液体材料引导至它们在模具喷嘴内结合然后在喷射出口处挤出成为多组分细丝的地方。可以获得各种断面结构的细丝，例如并排和皮心结构。

以垂直或水平取向的方式采用薄板叠在板之间会出现不良密封。在一种生产情况下，液体压力将使得相邻的板相互稍微分开地移动。因此，少量的一种类型液体会通过这些不良密封泄漏，从而引起聚合物“丸”或小球形成在所挤出的细丝上。该丸使得多组分细丝出现问题，例如强度降低或粗糙度增加。还有，层叠板不会在两种类型材料之间提供热阻隔。因此，每种液体材料的细丝不能在其最优的温度下结合，从而有可能对其挤出造成负面影响。

其它设备通过在通过多条排出通道进行挤出之前使两种类型的液体材料结合在空腔中来避免使用层叠板。更具体地说，两种不同类型的材料例如热塑性聚合物最初并排地留在空腔中，并且在压力下被输送给排出通道，在排出通道中它们以并排的关系被挤出成为双组分细丝。由于两种液体材料以并排的关系留在在模具空腔和排出通道中，所以这会导致热问题或与材料在挤出之前不正确地结合或混合物相关的问题。

由于这些原因，所以要求提供用于熔体纺粘多组分细丝的设备和方法，并且不会遇到现有的熔体纺丝设备中的各种问题。

发明概述

本发明提供用于将多种液体材料熔体纺粘成多组分细丝的方法和设备。例如包括熔体纺丝设备和与熔体喷射和纺粘应用的方法。具体地说，熔体纺丝设备的纺丝组件或模具喷嘴通过从模具喷嘴中挤出两条单组分细丝并且在挤出之后结合从而形成多组分细丝的方式来生产多组分细丝。这两种液体材料不会相互接触直到每种材料都被挤出穿过模具喷嘴中的分开口。在整个纺丝组件上保持两种液体材料分开可以防止两种液体流中间的过早泄漏，并且允许保持每种液体材料的最优温度，以便进行正确的挤出成形。

本发明的方法通过将第一股第一种液体材料线挤出并且同时挤出第二股第二种液体材料线来生产出多组分细丝。这些股线在都被挤出之后结合在一起，从而形成多组分细丝，例如两组分材料具有基本上并排的断面结构。

本发明的熔体纺丝设备包括模具喷嘴，它具有构成为与第一种液体材料源相通的第一液体输入口，并且具有构成为与第二种液体材料源相通的第二液体输入口。该模具喷嘴还包括用于挤出第一股第一种液体材料线的第一出口或孔以及用于挤出第二股第二种液体材料线的第二出口或孔。每个第一出口与第二出口中的相应一个相邻，用来分别挤出在挤出成形为多组分细丝之后结合在一起的第一和第二股线。

对于那些本领域的普通技术人员来说，通过阅读以下优选实施例并参照附图将更容易理解本发明的各个优点、目的和特征。

附图简要说明

图1为根据本发明构成的多组分熔体纺丝设备的分解透视图；

图2为根据本发明构成的用于生产多组分细丝的图1的熔体纺丝设备的纺丝组件的一个端部的分解透视图；

图3为大体上沿着图2的直线3-3剖开的断面图，但是显示出处于组装好的状态的纺丝组件；

图4为图3的纺丝组件的模具喷嘴的喷射区域的放大断面图；

图5为图3的组装好的纺丝组件的局部底视图；

图6为装有本发明的熔体纺丝装置的熔体喷射设备的示意图；

图7为装有本发明的熔体纺丝设备的纺粘设备的示意图。

优选实施例的详细说明

对该说明书而言，词语例如“垂直的”、“水平的”、“底部”、“右边”、“左边”等与附图结合用来便于说明。众所周知，熔体纺丝设备可以采取基本上任意的取向，因此这些方向性词语不应该被用来对符合本发明的熔体纺丝设备来说暗示任何特定的绝对方向。另外，针对本发明可采用的液体的术语“不同的”、“两种”和类似的术语并不意味着限制，除了表示这两种液体具有一种或多种不同的特性。这些液体可以是相同的聚合物，但是由于进行了不同处理所以具有不同的物理特性。

在挤出后将两条单组分线结合成多组分细丝避免了不同类型的液体材料之间在挤出之前的物理相互作用或接触。这些线在它们挤出成形的引导下被压迫在一起。在本发明的熔体喷射应用的情况中，压缩空气的冲击还有助于迫使不同材料的两股线形成多组分细丝。在挤出之前的完全物理分离防止在不同液体材料流之间的任何泄漏，这种泄漏会引起在组成液体材料中的一种中形成缺陷例如“丸”。而且，这些流体在纺丝组件中在物理上分离，从而在在不同温度下挤出的不同类型的液体之间提供热绝缘。

参照图1，根据本发明原理构成的熔体纺丝装置10包括岐管装置12，用来分别向纺丝组件18的液体输入口14、16供应两种液体材料(聚合物A和聚合物B)。输入口14和16例如通过在每个输入口14、16周围固定在凹槽(未示出)内的静止密封件与岐管装置12密封连接。

岐管装置12包括第一和第二外部岐管件20、22。中间岐管件24以夹层的关系连接在外部岐管件20、22之间。中间岐管件24的上表面包括第一和第二液体供应入口25、26，它们分别从液体供应例如液泵(未示出)中接收聚合物A和B。每个供料入口25与形成在外部岐管件20和中间岐管件24之间的凹槽相通。该凹槽形成一种“衣架”形状以形成第一岐管液体通道，从而将液体提供给纺丝组件18的液体输入口14的至少一部分纵向长度上。同样，供料入口26与形成在外部岐管件22和中间岐管件24之间的凹槽相通。该凹槽形成另一种“衣架”形状以形成第二岐管液体通道，从而将液体提供给纺丝组件18的液体输入口16的至少一部分纵向长度上。根据纺丝组件18的长度，岐管装置12沿着其纵向长度可以包括多个供料入口25、26和相应的岐管液体通道。

沿着每个外部岐管件20、22设置的孔28和30每个都容纳有加热装置，例如电加热棒，用来将在它们相应的第一和第二岐管液体通道中的两种液体和压缩空气单独地加热到合适的应用温度上。在外部岐管件20、22中还设有温度感应装置(未示出)，例如电阻温度探测器(RTDs)或热电偶，用来单独地控制每种液体材料的温度。

对于那些本领域普通技术人员来说，在当前公开的内容的启示下应该理解，符合本发明要求的各种加热***可以适当地应用在不同的用途中。

外部岐管件20、22还包括多个空气供应通道34、36，用来把压缩过的空气(压缩空气)供应给纺丝组件18的空气通道输入口38、40。压缩空气使沿着纺丝组件18的纵向长度从一排多组分细丝喷射出口44(参见图3-5中的说明)挤出的多条细丝变细。变细的多组分细丝42在基底上形成无纺织物46，该基底大体上垂直于熔体纺丝设备移动，例如由箭头50所示。

参照图2，纺丝组件18包括熔体纺丝设备10的细丝产生部件。具体地说，传送块52包括用于将纺丝组件18安装在岐管装置12上的纵向侧面凹槽54、56。该传送块52还包括液体输入口14、16和空气通道输入口38、40。

安装在传送块52下面以形成模具喷嘴的模具喷嘴块58包括第一和第二排空气通道60、62以及第一和第二排液体通道64、66。一对气切板68、70安装在模具喷嘴块58下面。

参照图3-5，这些图显示出处于组装好状态中的纺丝组件18，并显示出怎样使压缩空气和两种液体材料在每个多组分细丝喷射出口44处结合在一起。两种液体材料(聚合物A和B)在整个纺丝组件18中在相应的液体通道72、74中保持相互分开并且单独地被挤出。具体地说，聚合物A在多个第一出口76处被挤出，而聚合物B在多个第二出口78处被挤出，每个第二出口78与第一出口76中的相应一个相邻。另外，每种液体材料优选保持在相应的温度下，以便进行正确的挤出并且在挤出之后进行两股不同液体线的结合。

具体地说，从岐管装置12中供应的第一种液体材料进入纺丝组件18的传送块52中的第一液体输入口14以形成第一流体例如在箭头80处。第一流体80遇到设置在第一过滤凹槽84内的第一过滤器82以便除去污染物。第一流体80继续通过第一液体传送通道86，该通道是一种纵向单槽或一系列通道，每条通道在纵向上与第一出口76中的一个对准。

模具喷嘴块58具有纵向对准的第一模具喷嘴液体通道88，它与传送块52的第一液体传送通道86和模具喷嘴块58中的第一出口76中的相应一个相通。

同样，从岐管装置12中供应的第二种液体材料进入纺丝组件18的传送块52中的第二液体输入口16以形成第二流体，例如在箭头90处。第二流体90遇到设置在第二过滤凹槽94内的第二过滤器92以便除去污染物。第二流体00继续通过第二液体传送通道96，该通道是一种纵向单槽或一系列通道，每条通道在纵向上与第二出口78中的一个对准。

模具喷嘴块58具有纵向对准的第二模具喷嘴液体通道98，它与传送块52的第二液体传送通道96和模具喷嘴块58中的第二出口78中的相应一个相通。

传送块52包括与第一空气通道输入口38相通的第一空气传送通道99和与第二空气通道输入口40相通的第二空气传送通道100。

模具喷嘴块58包括在第一空气传送通道99之间连通的第一模具喷嘴空气通道102以及形成在气刀板68和模具喷嘴块58之间的汇聚空气通道104。同样，模具喷嘴块58包括在第二空气传送通道100之间连通的第一模具喷嘴空气通道106以及形成在气刀板70和模具喷嘴块58之间的汇聚空气通道108。

具体参照图4，第一流体80从第一出口76中的一个作为单组分线110被挤出，并且第二流体90从第二出口78中的一个作为单组分线112被挤出。之后第一和第二线110、112一起结合成具有两种液体股的并排断面结构的多组分细丝42。通过第一和第二出口76、78的接近性以及第一和第二模具喷嘴液体通道88、98的汇聚取向来促进粘接或结合。

具体参照图5，每对相邻设置的第一和第二出口76、78彼此相切。因此，细丝110、112不会相互接触或粘接直到挤出成形之后。由于相应模具喷嘴液体通道88、98相对于底部的模具喷嘴58的外表面的非垂直取向，所以每个出口76、78是长方形的。

第一空气射流114在第一纺丝狭缝116处离开空气通道104，并且被引导在多组分细丝42处。汇聚的第二空气射流118在第二纺丝狭缝120处离开空气通道108，并且被引导在多组分细丝42处。空气射流114、118共同冲击细丝42并使之变细。

图6显示出采用了根据本发明构成的纺丝组件18的熔体喷射设备200。该设备200可以是任何合适的普通熔体喷射设备，或例如在受让给本发明的受让人的美国专利No.6182732中所披露的设备，该文献其全文在这里被引用作为参考。设备200大体上包括具有用来将第一种材料输送给熔体纺丝装置10的聚合物输送管道204的挤出机202。第二种液体材料也从类似的挤出机和聚合物输送管道(未示出)中送出。设备200适当地支撑在用来接收被挤出的多组分细丝42的基底206或载体的上方。该设备的各个其它细节在这里不再进行描述，因为这些细节很容易被本领域普通技术人员所理解。

图7显示出采用了根据本发明构成的熔体纺丝装置10’，除了在纺丝粘接操作的情况外，纺丝组件18’不必包括用来将压缩空气输送到被挤出的多组分细丝42附近的部件和空气通道。还有，在图7中所示的纺粘设备210可以以另外的方式构成，例如在上述所引用的美国专利No.6182732中披露的一样。对于本领域普通技术人员所容易理解的是，该设备还包括空气骤冷丝室212、214。可以理解的是，纺丝组件18’还可以被那些普通技术人员改变成包括多排多组分细丝喷射出口。

虽然已经通过各个优选实施例的说明对本发明进行了描述并且同时对这些实施例进行了详细说明，但是申请人并不是想将附属的权利要求的范围约束或以任何方式限制在这些细节上。其它优点和改变对那些本领域普通技术人员来说是显而易见的。本发明的各个特征可以根据用户的需要和喜好单独地使用或以许多组合形式使用。现在已经对本发明以及如当前所知的一样实施本发明的优选方法进行了说明。但是，本发明本身应该只是由附属的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种设备，用于将第一种液体材料挤出成多股第一线并且将第二种液体材料挤出成多股第二线，然后将多股第一和第二线结合成多条多组分细丝，该设备包括：

模具喷嘴，它包括构成为与第一种液体材料源相通的第一液体输入口以及构成为与第二种液体材料源相通的第二液体输入口；

多个第一液体出口，每个液体出口用来挤出相应的多条第一线；

多个第二液体出口，每个液体出口用来挤出相应的多条第二线，每个第二出口位于所述第一液体出口中的相应一个附近；

多条第一液体通道，每条通道在所述第一液体输入口和所选择的所述第一液体输出口中的一个之间相通；以及

多个第二液体通道，每条通道在所述第二液体输入口和所选择的所述第二液体输送中的一个之间相通，所述第一和第二液体通道分别汇聚在所述第一和第二液体出口处，以便分别挤出多条第一和第二线，第一和第二线在挤出之后立即结合在一起，以形成多条多组分细丝，该细丝具有结合了第一和第二种液体材料的横断面结构。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：

岐管装置，包括在第一种液体材料源和所述模具喷嘴的所述第一液体输入口之间连通的第一岐管液体通道，以及在第二种液体材料源和所述模具喷嘴的所述第二液体输入口之间连通的第二岐管液体通道，所述岐管装置还包括设置在所述第一岐管液体通道近端用来将第一液体材料源保持在第一预定温度下的第一加热装置和设置在所述第二岐管液体通道近端用来将第二液体材料源保持在第二预定温度下的第二加热装置。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一和第二出口分别在所述模具喷嘴的外表面处相切。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，模具喷嘴还包括：

传送块，包括所述第一和第二液体输入口和所述第一和第二液体通道中的一部分；以及

模具喷嘴块，包括所述第一和第二出口和所述第一和第二液体通道中的其它部分。

5.一种设备，用于将第一种液体材料挤出成多条第一线并且将第二种液体材料挤出成多条第二线，然后将多条第一和第二线结合成多条多组分细丝，该设备包括：

模具喷嘴，它包括构成为与第一种液体材料源相通的第一液体输入口以及构成为与第二种液体材料源相通的第二液体输入口；

多个第一液体出口，每个液体出口用来挤出相应的多条第一线；

多个第二液体出口，每个液体出口用来挤出相应的多条第二线，每个第二出口位于所述第一液体出口中的相应一个附近；

多条第一液体通道，每条通道在所述第一液体输入口和所选择的所述第一液体输送中的一个之间相通；以及

多个第二液体通道，每条通道在所述第二液体输入口和所选择的所述第二液体输送中的一个之间相通，所述第一和第二液体通道分别汇聚在所述第一和第二液体出口处，以便分别挤出多条第一和第二线，第一和第二线在挤出之后立刻结合在一起，以形成多条多组分细丝，该细丝具有结合了第一和第二中液体材料的横断面结构；以及

设置在所述第一和第二液体出口的相对侧面上并且构成用来引导压缩空气冲击所述多组分细丝的空气通道。

6.一种生产多组分细丝的方法，包括：

挤出多条由第一种液体材料构成的第一线；

同时挤出多条由第二种液体材料构成的第二线；并且

在挤出之后立刻将多条第一线分别与多条第二线结合成多组分细丝，每条细丝具有结合了第一和第二种液体材料的断面结构。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

使压缩空气冲击在聚结的多组分细丝上，以使多组分细丝变细。

8.如权利要求所述的方法，其特征在于，还包括：

在挤出多条第一线之前，将第一种液体材料源保持在第一预定温度上。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

在挤出多条第二线之前，将第二种液体材料源保持在第二预定温度上。

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