DE69917234T2

DE69917234T2 - Segmentmatrize zum auftragen von heissschmelzklebstoffen oder anderen polymerschmelzen

Info

Publication number: DE69917234T2
Application number: DE69917234T
Authority: DE
Inventors: A. Martin ALLEN
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2019-03-13
Also published as: JP2002505951A; USRE39399E1; WO1999046057A1; DE69917234D1; US6220843B1; AU3001699A; JP4611521B2; CN1292733A; EP1062051B1; CN1102079C; EP1062051A1

Description

Der Auftrag von Schmelzklebern auf Substrate wird für viele Anwendungen benutzt, die Wegwerfwindeln, Monatsbinden, Verbandsstoffe und dergleichen einschließen. Diese Technologie hat sich aus dem Auftrag linearer Raupen, wie es im US-Patent 4,687,137 offenbart ist, zum druckluftunterstützten Auftrag, wie es im US-Patent 4,891,249 offenbart ist, und zum spiralförmigen Auftrag, wie es in den US-Patenten 4,949,668 und 4,983,109 offenbart ist, entwickelt. In jüngerer Zeit wurden Schmelzblasmatrizen zum Auftragen von Schmelzklebern angepasst (siehe US-Patent 5,145,689).
Um dem Anwender Flexibilität bei der Auswahl der effektiven Länge der Matrize zu ermöglichen, wurden modulate Matrizen entwickelt. Für kurze Matrizenlängen müssen nur ein paar Module an einem Verteilerblock befestigt werden (siehe US-Patent Nr. 5,618,566). Längere Matrizen können durch Hinzufügen weiterer Module zum Verteiler erreicht werden. Das US-Patent 5,728,219 lehrt, dass die Module mit unterschiedlichen Arten von Mundstücken oder Düsen versehen sein können, um nicht nur eine Auswahl der Länge zu erlauben, sondern auch des Auftragsmusters.
Gegenwärtig sind die am meisten verwendeten Klebstoffauftragsvorrichtungen intermittierend betriebene, druckluftunterstützte Matrizen. Diese umfassen Schmelzblasmatrizen, Spiraldüsen und Sprühdüsen.
Schmelzblasen ist ein Prozess, bei dem Hochgeschwindigkeitsheißluft (normalerweise als „Primärluft" bezeichnet) verwendet wird, um aus einer Matrize extrudierte, geschmolzene Filamente auf einen Sammler zu blasen, um einen Vlies zu bilden, oder auf ein Substrat, um ein Klebermuster, eine Beschichtung oder einen Verbundstoff zu bilden. Für den Prozess wird eine Matrize verwendet, die mit (a) mehreren, in der Spitze eines dreieckförmigen Matrizenmundstückes ausgebildeten Öffnungen (z. B. Austrittsöffnungen) und (b) flankierenden Luft platten versehen ist, die konvergierende Luftkanäle begrenzen. Wenn die extrudierten Reihen der Polymerschmelze aus den Öffnungen als Filamente austreten, berührt die konvergierende Hochgeschwindigkeitsheißluft aus den Luftkanälen die Filamente und dehnt und streckt sie unter Ausbildung von sehr kleinen Filamenten durch Strömungswiderstände. In einigen Schmelzblasmatrizen haben die Öffnungen die Form von Schlitzen. In allen Konstruktionen sind die Matrizenmundstücke so angepasst, dass sie eine Reihe von Filamenten bilden, die beim Kontakt mit den konvergierenden Heißluftschichten zu einem Sammler oder einem Substrat geführt und in einem Zufallsmuster aufgetragen werden.
Die Schmelzblastechnologie wurde ursprünglich zum Herstellen von Vliesstoffen entwickelt, wird seit kurzem jedoch beim Schmelzblasen von Klebern auf Substrate verwendet.
Die aus der luftunterstützten Matrize extrudierten Filamente können kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Für die vorliegende Erfindung wird der Begriff „Filament" austauschbar mit dem Begriff „Faser" verwendet und bezieht sich sowohl auf kontinuierliche als auch diskontinuierliche Stränge.
Ein anderer bekannter Matrizenkopf ist eine Spiralsprühdüse. Spiralsprühdüsen, wie sie in den US-Patenten 4,949,668 und 5,102,484 beschrieben sind, arbeiten nach dem Prinzip eines durch eine Düse extrudierten thermoplastischen Kleberfilamentes, während mehrere Heißluftstrahlen winkelförmig auf das extrudierte Filament gerichtet werden, um ihm eine kreisförmige oder spiralförmige Bewegung zu verleihen. Die Filamente nehmen somit ein sich ausweitendes, wirbelndes konusförmiges Muster an, während sie sich von der Extrusionsdüse weg zum Substrat bewegen. Wenn das Substrat in Bezug auf die Düse in Bearbeitungsrichtung bewegt wird, wird eine kreisförmige oder spiralförmige oder schraubenförmige Raupe kontinuierlich auf dem Substrat aufgetragen, wobei jeder Kreiszyklus vom vorhergehenden Zyklus um einen geringen Betrag in Richtung der Substratbewegung verschoben ist. Die Schmelzblasmatrizenmundstücke sorgen für ausgezeichnete Abdeckung, während die Spiraldüsen eine bessere Randsteuerung zur Verfügung stellen.
Andere Kleberaufträge umfassen die älteren, nicht luftunterstützten Raupendüsen, wie zum Beispiel Raupendüsen und Beschichtungsdüsen.
Das US-Patent Nr. 5,605,720 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen und Auftragen eines Schmelzklebers unter Anwendung einer Vorrichtung, die mehrere Verteiler umfasst, wobei jeder von ihnen mehrere Düsenmodule mit Kleber, Luft und Hilfsluft versorgt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Segmentmatrizenbaugruppe besitzt eine modulare Konstruktion, umfassend mehrere nebeneinander angeordnete und miteinander verbundene Matrizeneinheiten. Jede Matrizeneinheit umfasst ein Verteilersegment und ein an dem Verteilersegment befestigtes Matrizenmodul. Das Matrizenmodul besitzt ein daran befestigtes luftunterstütztes Matrizenende oder -düse. Das Matrizenende kann vom Schmelzblastyp sein und die Düse kann eine Spiraldüse oder eine Spritzdüse sein. Für eine zweckdienliche Beschreibung wird der Ausdruck „Düse" hierin in generischem Sinne verwendet und meint jedes luftunterstützte Matrizenmundstück oder -düse; und der Ausdruck „luftunterstützt" meint eine Düse, durch die ein geschmolzenes thermoplastisches Filament oder Filamente und Luftstrahlen, Luftströme oder Luftschichten ausgegeben werden, die die geschmolzenen Filamente berühren, um das Strömungsmuster des Filaments/der Filamente zu teilen, zu verjüngen oder zu verändern und den Filamenten eine gewünschte Eigenschaft zu verleihen entweder bezüglich der Größe der Filamente oder des Auftragsmusters.
Die Hauptbestandteile jeder Matrizeneinheit, das Verteilersegment und das Modul sind mit (a) Luftkanälen zum Liefern von Luft an die Düsen und (b) Polymerdurchflusskanälen zum Liefern einer Polymerschmelze zur Düse versehen. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Düse ein Schmelzblasmatrizenmundstück, die mit einer Reihe von Öffnungen und flankierenden Luftschlitzen versehen ist, so dass, wenn eine Filamentreihe durch das Schmelzblasmatrizenmundstück extrudiert wird, sie von den konvergierenden Heißluftschichten berührt werden, die die Filamente verjüngen oder auf Mikrogröße strecken. Wie es unten ausführlich beschrieben wird, kann die Düse auch eine Spiral- oder Sprühdüse sein. In der Praxis kann die Matrizenbaugruppe Segmenteinheiten umfassen, die verschiedene Arten von Düsen besitzen.
Die Segmentmatrizeneinheiten werden durch miteinander Verbinden mehrerer identischer Verteilersegmente zusammengebaut, wobei die Luftkanäle und Polymerdurchflusskanäle jedes Segmentes in Strömungsverbindung stehen. Im zusammengebauten Zustand funktionieren die miteinander verbundenen Verteilersegmente mehr in der Art eines integrierten Verteilers. An jedem Verteilersegment ist ein Matrizenmodul befestigt und bildet in Kombination mit anderen Matrizenmodulen eine Reihe an diesem. Somit wird Polymerschmelze als eine Filamentreihe aus der Modulanordnung extrudiert und auf einem sich bewegenden, unter der Baugruppe angeordneten Substrat aufgebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes Modul mit einem luftbetätigten Ventil versehen, um den Polymerdurchflusskanal selektiv zu öffnen und zu schließen. Die Hilfsluft zum Aktivieren des Ventils wird dem Modul durch jedes Verteilersegment geliefert. Die Ventile können in Abhängigkeit von den Hilfsluftkanälen und der Anzahl der verwendeten Regelventile einzeln betätigt oder als eine Gruppe betätigt werden.
Die erfindungsgemäße Segmentmatrizenbaugruppe bietet gegenüber dem bekannten Stand der Technik verschiedene Vorteile:

(a) Matrizenmodule können durch einfaches Entfernen eines bestehenden Moduls von einem zusammengebauten Verteiler und Ersetzen desselben durch ein neues Modul ausgetauscht werden. Dieses Merkmal erlaubt nicht nur den Austausch von defekten Modulen, sondern erlaubt auch den Austausch der Matrizendüse.
(b) Die Länge der Matrizenbaugruppe bestimmt die effektive Länge des Matrizenaustrags (d. h. die Länge der Düsenreihe). In bekannten Konstruktionen wurde die Länge durch die Verteilerlänge bestimmt, die ausgeführt werden musste. Zum Beispiel würde ein Verteiler ge baut werden, um eine maximale Anzahl von Modulen aufzunehmen. Häufig wäre jedoch weniger als die maximale Anzahl erforderlich. Dieses bedeutete, dass mehrere Verteilerseiten (d. h. solche ohne Module) abgedichtet werden müssten. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Verteiler nur aus den aktiven Verteilersegmenten aufgebaut (d. h. solche mit daran befestigten Modulen).
(c) Die Verteilersegmente sind im Wesentlichen identisch und austauschbar und einfach in der Konstruktion. Die Herstellung der kleinen Segmente ist viel einfacher als die für große integrierte Verteiler erforderliche.
(d) Wenn ein Verteilersegment verstopft oder beschädigt wird, kann es leicht durch ein neues Verteilersegment ersetzt werden. Bei der bekannten Vorrichtung hätte der gesamte Verteiler ausgetauscht werden müssen.
(e) Der feste Blockverteiler nach dem Stand der Technik kann in einigen Arbeitsvorgängen unbenutzte Polymerdurchflusskanäle umfassen, wie zum Beispiel in Situationen, in denen die aktie Matrizenlänge wesentlich kleiner als die Länge des Verteilers ist. Diese unbenutzten Kanäle am Ende des Verteilers könnten teilweise oder vollständig verstopft werden.

Diese und andere Vorteile der erfindungsgemäßen Matrizenbaugruppe werden den Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht einer erfindungsgemäß konstruierten segmentierten Schmelzblasmatrize, die Polymerströmungsleitungen zeigt.
2 ist eine Draufsicht der gegenwärtigen Segmentmatrize, die die Verfahrensluft-(Primärluft-)strömungsleitungen zeigt.
3 ist eine Vorderansicht der Segmentmatrize, die den Austrag von Filamenten auf ein Substrat darstellt.
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Ebene 4-4 der 1, die einen Mittelabschnitt des Segmentverteilers darstellt.
5 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene 5-5 der 1, die eine Stirnplatte des Segmentverteilers darstellt.
6 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene 6-6 der 1, die die Stirnplatte des Segmentverteilers gegenüber jenem in 5 gezeigten darstellt.
7 ist eine Schnittansicht des Segmentverteilers entlang der Ebene 7-7 der 4, die die Polymerdurchflusskanäle darstellt.
8 ist eine Schnittansicht des Segmentverteilers entlang der Ebene 8-8 der 4, die die Verfahrensluftstromkanäle darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 umfasst die erfindungsgemäße Schmelzblasmatrize 10 mehrere nebeneinander angeordnete Einheiten 15, die Verteilersegmente 11 und Module 12 umfassen. (In den 1, 2 und 3 sind die Verteilersegmente mit 11A bis 11F gekennzeichnet, und die Module sind für die 6-Segmentkonstruktion mit 12A bis 12F gekennzeichnet.
In den 4 und 8 sind die Verteilersegmente mit 11 gekennzeichnet, wobei verständlich ist, dass alle Verteilersegmente im Wesentlichen gleich sind.)
In der in den 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsform umfasst jede Matrizeneinheit 15 ein Verteilersegment 11, ein daran befestigtes Matrizenmodul 12 und einen Ventilschieber 20 zum Regeln des Polymerschmelzstromes durch das Matrizensegment. Wie in 3 gezeigt ist, hat jedes Matrizenmodul 12 ein Mat rizenmundstück 13, das Filamente 14 auf ein sich bewegendes Substrat (oder Sammler) austrägt, die eine Schicht oder ein Muster aus Filamenten auf dem Substrat in einer etwas unregelmäßigen Form bilden.
Jeder der Hauptbestandteile, das Verteilersegment, das Matrizenmodul und die Steuerungen werden unten ausführlich beschrieben.
Matrizenmodule
Die bevorzugten Matrizenmodule 12 sind von der in den US-Patenten 5,618,566 und 5,728,219 beschriebenen Art. Es sollte jedoch verständlich sein, dass andere Matrizenmodule verwendet werden könnten.
Wie am besten in 4 zu sehen ist, besteht jedes Matrizenmodul 12 aus einem Matrizenkörper 16 und einem Matrizenmundstück 13. Der Matrizenkörper 16 ist mit einer oberen runden Aussparung 17 und einer unteren runden Aussparung 18 ausgebildet, die durch eine enge Öffnung 19 miteinander verbunden sind. Die obere Aussparung 17 begrenzt eine zylindrische Kammer 23, die an ihrer Oberseite durch einen Gewindestopfen 24 geschlossen ist. Eine in der Kammer 23 befestigte Ventilanordnung 21 umfasst einen Kolben 22 mit einer von diesem herabhängenden Spindel 25. Der Kolben 22 ist in der Kammer 23 hin und her bewegbar, wobei ein Stellstift 24a die Aufwärtsbewegung begrenzt. An der Grenzfläche der verschiedenen Flächen können konventionelle O-Ringe für Fluiddichtungen verwendet werden, wie es bei 28 dargestellt ist.
In der Wand des Matrizenkörpers 16 sind Seitenöffnungen 26 und 27 ausgebildet, um eine Verbindung zur Kammer 23 über bzw. unter dem Kolben 22 zur Verfügung zu stellen. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, dienen die Öffnungen 26 und 27 zum Leiten von Luft (als Hilfsgas oder -luft bezeichnet) zu und von jeder Seite des Kolbens 22.
In der unteren Aussparung 18 ist ein mit Gewinde versehenes Ventileinsatzelement 30 eingebaut, dass eine mittige Öffnung 31 besitzt, die sich axial dort hindurch erstreckt und im Ventilteil 32 an seinem unteren Rand endet. Der untere Abschnitt des Einsatzelementes 30 hat einen verringerten Durchmesser und wird in Kombination mit der inneren Wand des Matrizenkörpers in einem nach unten zeigenden Hohlraum 34 begrenzt. Der obere Abschnitt 36 des Einsatzelementes 30 stößt an die obere Fläche der Aussparung 18 und hat mehrere (z. B. 4) Ringkanäle 37, die darin ausgebildet sind und in Strömungsverbindung mit dem mittigen Kanal 31 stehen. Um den oberen Abschnitt 36 herum erstreckt sich eine ringförmige Aussparung, die die Abschnitte 37 miteinander verbindet.
Die Ventilspindel 25 erstreckt sich durch die Körperöffnung 19 und die axiale Öffnung 31 des Einsatzelementes 30 und endet am Ende 40, das so angepasst ist, dass es auf der Ventilöffnung 32 sitzt. Der Ringraum 45 zwischen der Spindel 15 und der Öffnung 31 ist für den Durchfluss der Polymerschmelze dort hindurch ausreichend. Das Ende 40 der Spindel 25 sitzt auf der Öffnung 32, wobei der Kolben 22 in seiner unteren Position in der Kammer 23 ist, wie es in 4 dargestellt ist. Wie unten erläutert wird, bewegt die Betätigung des Ventiles das Spindelende 40 von der Öffnung 32 weg (offene Position), was den Durchfluss der Polymerschmelze dort hindurch erlaubt. Die Schmelze fließt vom Verteiler 11 durch die Seitenöffnung 38, durch 37, durch den Ringraum 45, tritt durch die Öffnung 32 in die Matrizenbaugruppe 13 aus. Als Grenzfläche der verschiedenen Flächen können konventionelle O-Ringe verwendet werden, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist.
Die Matrizenmundstückanordnung 13 umfasst eine Zusammensetzung von vier Teilen: eine Übergabeplatte 41, ein Matrizenmundstück 42 und zwei Luftplatten 43a und 43b. Die Anordnung 13 kann vormontiert sein und vor dem Befestigen am Matrizenkörper 16 durch Anwendung von Schrauben 50 eingestellt werden.
Die Übergabeplatte 41 ist ein dünnes Metallelement mit einer darin ausgebildeten mittigen Polymeröffnung 44. Zwei Reihen von Luftlöchern 49 flankieren die Öffnung 44, wie es in 4 dargestellt ist. Wenn die Übergabeplatte 41 an der unteren Befestigungsfläche des Körpers 16 befestigt ist, bedeckt sie den Hohlraum 34 und begrenzt damit eine Luftkammer mit den Luftlöchern 49, die Auslässe für die Luft aus dem Hohlraum 34 vorsehen. Die Öffnung 44 ist mit dem Kanal 32 ausgerichtet, wobei ein O-Ring zwischen diesen eine Fluiddichtung an der den Kanal 32 umgebenden Grenzfläche vorsieht. Die Löcher 49 sind mit in dem Matrizenmundstück 42 ausgebildeten Luftlöchern 57 ausgerichtet.
Das Matrizenmundstück 42 umfasst ein Basiselement, das sich gleich weit ausdehnt wie die Übergabeplatte 41 und die Befestigungsfläche des Matrizenkörpers 16, und ein dreieckförmiges Nasenstück 52, das mit der Basis integral ausgebildet sein kann.
Das Nasenstück 52 endet in einer Spitze 56, die eine Reihe dort entlang beabstandeter Öffnungen 53 besitzt.
Luftplatten 43a und 43b sind in Bezug auf das Nasenstück 52 flankierend angeordnet und begrenzen konvergierende Luftschlitze, die an der Spitze des Nasenstückes 52 austreten. Luft (als Verfahrensluft bezeichnet) wird auf gegenüberliegende Seiten des Nasenstückes 52 in die konvergierenden Schlitze geführt und aus diesen als konvergierende Luftschichten ausgetragen, die sich an der Spitze des Nasenstückes 52 treffen und die aus der Reihe der Öffnungen 53 austretenden Filamente 14 berühren.
Das in 4 offenbarte Modul 12 ist ausführlicher in dem oben angegebenen US-Patent 5,618,566 beschrieben. Für die vorliegende Erfindung sind auch Module anwendbar, die im US-Patent 5,728,219 offenbart sind. Es können auch andere Arten von Modulen verwendet werden. Die Module können Schmelzblasfasern, Spiralen, Raupen, Sprühwolken oder Polymerbeschichtungen aus der Düse ausgeben. Somit kann das Modul mit einer Vielzahl von Düsen versehen werden, einschließlich Schmelzblasdüsen, Spiralsprühdüsen, Raupendüsen und Beschichtungsdüsen.
Verteiler
Wie in den 1–3 zu sehen ist, umfasst der Segmentverteiler 11 Stirnplatten 61 und 62, die mehrere dazwischen geschichtete Verteilersegmente 11A–F besitzen. Die Stirnplatten 61 und 62 sind so konstruiert, dass sie an jedem Ende der Matrize Fluiddichtungen zur Verfügung stellen als auch Einlassöffnungen für eine Polymerschmelze bei 64 und einen Einlass für Verfahrensluft bei 66 vorsehen. Der Einlass 64 kann eine herausnehmbare Filterpatrone 68 zum Entfernen von Verunreinigungen aus dem Schmelzstrom haben. Wie unten ausführlich beschrieben wird, stellt der Lufteinlass 67 in der Platte 62 Luft zur Verfügung, die als Hilfsluft zum Betätigen der Steuerventile 20A–F in den jeweiligen Matrizenmodulen 12A–F bezeichnet wird.
Wie in den 1, 2, 5 und 6 zu sehen ist, besitzt die Stirnplatte 62 Gewindeschraubenlöcher 71a–d, die mit Senkschraubenlöchern 72a–d im Verteilersegment 11A fluchten (in den 1 bzw. 2 sind nur 72a und b gezeigt). Die Stirnplatte 61 hat Senkschrauben 73a–d, die mit Gewindelöchern 74a–d im Verteilersegment 11F fluchten (nur 74a, b sind gezeigt). Senkschrauben 79 verbinden somit die Platte 62 mit der verbleibenden Fläche 81 des Segmentes 11A, die zum Verbinden des Segmentes 11B mit 11A eben ist, und die ebene Fläche 82 zum Verbinden der Endplatte 61 mit dem Segment 11F.
Benachbarte Verteilersegmente 11A–F sind durch Schrauben 85 verbunden, die in einem abwechselnden Muster von Gewinde- und Senkschraubenlöchern angeordnet sind. Wie in 4 zu sehen ist, hat das Segment 11D vier gebohrte und Senkschraubenlöcher 86a–d und vier mit Gewinde versehene Schraubenlöcher 87a–d. Die Segmente 11C und 11E flankieren 11D und haben Schraubenlöcher, die mit den Löchern 86a–d und 87a–d fluchten, die Muster der Senkschraubenlöcher und der Gewindelöcher sind in den flankierenden Platten jedoch ausgetauscht. Somit fluchten die Senkbohrungslöcher 86a–d in der Platte 11D mit den Gewindelöchern in der Platte 11C, und die Gewindelöcher 87a–d fluchten mit den gebohrten und eingesenkten Löchern in Platte 11E (siehe 1 und 2). Diese Konstruktion des Wechselns des Musters der Senkbohrungen und Gewindebohrungen in benachbarten Platten wird über die Länge der Matrize wiederholt. Die Senkbohrungen 86a–d haben ausreichende Tiefe, so dass die Köpfe der Schrauben 85 nicht über die äußere seitliche Fläche der Mittelabschnitte herausragen und erlauben somit ebene aneinander stoßende Flächen benachbarter Abschnitte, wenn die Schrauben 85 festgezogen sind. Das Festziehen der Schrauben 85 bildet eine metallische Fluiddichtung zwischen be nachbarten Platten. Zum Abdichten benachbarter Platten können auch O-Ringe verwendet werden.
Polymerstrom
Bezug nehmend auf die 1, 4 und 7 besitzen die Verteilersegmente 11A–F mittige Polymerdurchflusskanäle 91 (siehe 4), die, wenn sie zusammengeschraubt sind, durchgängige Strömungskanäle 92 definieren, die sich über die Länge der Matrize erstrecken. Der Polymerkanal 92 verbindet die Verteilersegmente 11A–F. Eine Polymerschmelze tritt durch den Einlass 64 in die Matrize ein und fließt in den Kanal 92. Jedes Verteilersegment hat eine Bohrung 93a–f (siehe 7), die vom Kanal 92 in einen zweiten durchgehenden Kanal 94 führen, und Bohrungen 96A–F, die der Auslass des Verteilers sind und Polymer zu den Modulen 12A–F parallel zuführen. Der Auslass der Kanäle 96A–F ist mit dem Polymereinlass 38 (siehe 4) jedes Matrizenmoduls ausgerichtet. Die Seitenflächen der Verteilersegmente 11A–F und Stirnplatten 61 und 62 sind präzise bearbeitet, wodurch eine Fluiddichtung an den Grenzflächen hergestellt wird, wenn die Platten durch die Schrauben 85 wie beschrieben zusammengeschraubt sind.
Die Polymerschmelze tritt somit bei 64 durch die Platte 61 in die Matrize ein, füllt den Kanal 92, fließt parallel durch die Bohrungen 93A–F, füllt den durchgehenden Kanal 94, fließt parallel durch die Öffnungen 96A–F und tritt durch die Kanäle 38 (siehe 4) in die Module 12A–F ein. Das Polymer, das in die Module eintritt, wird wie beschrieben extrudiert, um Filamente 14 zu bilden. Die Polymerverteilerkonstruktion, bei der das Polymer zwischen den zwei durchgehenden Kanälen 92 und 94 über eine Vielzahl paralleler Bohrungen fließt, dient zum Ausgleichen des Stromes über die Matrizenlänge. Ein Heizelement 97 hält das Polymer auf der richtigen Betriebstemperatur.
Verfahrensluft
Es wird Bezug genommen auf die 2, 4, 5 und 6. Erwärmte Verfahrensluft tritt durch einen Einlass 66 ein, der mit einer entlang der Innenwand der Stirnplat te 62 ausgebildeten Nut 101 (6) ausgerichtet ist. Die Verteilersegmente 11A–F haben mehrere Bohrungen 102a–d, die durchgehende Strömungskanäle 103a–d definieren, die sich über die Länge der Matrize erstrecken, wie es in 2 zu sehen ist (es sind nur 103c, d gezeigt). Die Luftkanäle 103a–d verbinden die Verteilersegmente 11A–F miteinander. Die Einlässe der Kanäle 103a–d sind mit der Nut 101 ausgerichtet, so dass die in die Nut eintretende Luft über die Länge der Matrize von der Platte 62 zur Platte 61 strömt. Die Auslässe der Kanäle 103a–d sind mit einer Nut 106 in Kanälen der Platte 61 ausgerichtet, die die Luft umlenkt und die Kanäle 103e, f versorgt, wodurch sie über die Länge der Matrize in entgegengesetzter Richtung zu den Kanälen 103a–d zurück strömt. Die Auslässe der Kanäle 103e, f sind mit einer Nut 107 ausgerichtet, die in der Platte 62 ausgebildet ist und die Luft empfängt und die Luft umlenkt, so dass sie über die Länge der Matrize durch den Kanal 103g zurück strömt, der in eine Nut 108 der Endplatte 61 austritt. Die Nut 108 speist den Kanal 103h und ein Teil der Luft strömt zurück über die Länge durch den Kanal 103h, während der Rest der Luft durch den Schlitz 109 in der Platte 61 zum Verteileraustritt strömt. Luft, die über 103h zur Platte 62 zurückkehrt, strömt durch den Schlitz 111 zum Verteileraustritt. Somit macht die Luft drei oder vier Durchläufe über die Länge der Matrize, bevor sie zu den Matrizenmodulen ausgetragen wird. Ein mittiges Heizelement 112 erwärmt die mehrfach passierende Luft auf Betriebstemperatur. Pfeile 128 in 2 zeigen die Richtung der Luftströmung an. Weil die Verfahrenslufttemperatur höher ist als die Polymerbetriebstemperatur, sind in den Platten 61, 62 und den Verteilersegmenten 11A–F Isolationsbohrungen 115 vorgesehen, um den Wärmestrom zwischen der Verfahrensluftströmung und den Polymerdurchflusskanälen des Verteilers zu unterbrechen.
Wie in den 2 und 8 zu sehen ist, strömt die Verfahrensluft an beiden Seiten des Verteilers entlang durch Schlitze 109 und 111 zum Verteileraustritt. Die Verteilersegmente 11A–F haben Bohrungen, die einen Luftkanal 113 definieren, der sich über die Länge der Matrize erstreckt. Schlitze 109 und 111 treten von gegenüberliegenden Seiten in den Kanal 113 aus, der in parallele Bohrungen 114A–F speist, die wiederum zugehörige Lufteingänge 39 in den Matrizenmodulen 112A–F speisen. Die Luft strömt wie beschrieben durch die Matrizenmodule und wird als konvergierende Luftschichten auf an der Matrizenmundstückspitze 56 extrudierte Fasern 14 ausgetragen.
Hilfsluft
Jedes Matrizenmodul umfasst eine Ventilanordnung 21, die durch über oder unter dem Kolben 22 wirkende Druckluft betätigt wird. Den oberen und unteren Luftkammern auf jeder Seite des Ventilkolbens 22 (siehe 4) wird Hilfsluft durch in jedem Verteilersegment 11A–F ausgebildete Durchflussleitungen 116 bzw. 117 zugeführt. Ein Dreiwegemagnetventil 20D mit elektronischer Steuerung 120D steuert den Hilfsluftstrom. Der Hilfslufteinlass 118 ist ein durchgehender Strömungskanal über die Länge der Matrize. Ein Kanal 119 in jeder Platte gibt Luft parallel an jedes der Magnetventile 20A–F ab (in 4 schematisch gezeigt). Die Ventile geben die Luft an einen der Kanäle 116 oder 117 ab, in Abhängigkeit davon, ob das Ventil 21 zu öffnen oder zu schließen ist. Wie in 4 dargestellt ist, wird Hilfsdruckluft über die Leitung 116 zur Oberseite des Kolbens 22 abgegeben und wirkt, um den Kolben nach unten zu drücken, während die Steuerung 20D gleichzeitig die Luftkammer unterhalb des Kolbens öffnet, um die Öffnung 121 über die Leitungen 117 und 122 zu entlüften. In der unteren Position sitzt die Ventilspindel 25 auf der Öffnung 32 und schließt dadurch den Polymerdurchflusskanal zum Matrizenmundstück. In der offenen Position würde das Magnetventil 20D durch die Leitung 117 Druckluft an die untere Seite des Kolbens 22 abgeben und würde gleichzeitig die obere Seite des Kolbens öffnen, um die Öffnung 123 über die Leitung 124 zu entlüften. Der Druck unterhalb des Kolbens drückt den Kolben nach oben und löst die Ventilspindel 25 aus dem Sitz, um den Polymerdurchflusskanal zum Matrizenmundstück zu öffnen. Somit hat in dem bevorzugten Modus jedes Modul ein separates Magnetventil, so dass der Polymerstrom durch jedes Matrizenmodul unabhängig geregelt werden kann. In diesem Modus sind Seitenlöcher 126 und 127, die die Kanäle 116 bzw. 117 schneiden, verschlossen.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform kann ein einzelnes Magnetventil verwendet werden, um die Ventile 21 in mehreren benachbarten Matrizenmodulen zu aktivieren. In dieser Konfiguration sind die Oberseiten der Löcher 116 und 117 (gekennzeichnet mit 116a und 117a) geschlossen und die Seitenlöcher 126 und 127 sind geöffnet. Die Seitenlöcher 126 und 127 sind durchgehende Löcher und schneiden jeweils die einzustellenden Durchflussleitungen 116 und 117. Somit würde Druckluft in der geschlossenen Position zu allen Matrizenmodulen gleichzeitig durch die Bohrung 126 bereit gestellt, während die Bohrung 127 zum Entlüften geöffnet sein würde. Um das Ventil zu öffnen, wird die Hilfsluftströmung umgekehrt.
Zusammenbau und Arbeitsweise
Wie oben angegeben wurde, kann die erfindungsgemäße modulare Matrizenbaugruppe 10 individuell hergestellt werden, um die Anforderungen einer bestimmten Arbeitsweise zu erfüllen. Wie in den 1, 2 und 3 beispielhaft dargestellt ist, werden sechs Verteilersegmente 11A–F in der Baugruppe 10 verwendet, die jeweils ungefähr 0,75 inches (1,905 cm) breit sind. Die Verteilersegmente 11 werden wie zuvor beschrieben zusammengeschraubt und die Heizelemente installiert. Die Länge der Heizelemente wird basierend auf der Anzahl der verwendeten Segmente 11 ausgewählt und wird sich durch die meisten Segmente erstrecken. Die Module 12 können an jedem Verteilersegment 11 befestigt werden, bevor oder nachdem die Segmente 11 verbunden werden, und können irgend eine der zuvor beschriebenen Düsen 13 umfassen. 3 zeigt vier Module 12 mit Schmelzblasmatrizenmundstücken und zwei Endmodule mit Spiraldüsen.
Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie (a) die Konstruktion einer Schmelzblasmatrize mit einem breiten Bereich möglicher Längen austauschbarer Verteilersegmente und selbständiger Module, und (b) Änderung der Düsen (z. B. Schmelzblas-, Spiral-, oder Raupenauftragsvorrichtungen) zum Erreichen eines vorgegebenen und veränderten Musters zulässt. Variable Matrizenlänge und Klebermuster können zum Auftragen von Klebern auf Substrate unterschiedlicher Größen von einer Anwendung zur andern wichtig sein. Die folgenden Größen und Zahlen veranschaulichen die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Modulmatrizenkonstruktion.
Die Leitungen, Instrumente und Steuerungen werden verbunden und der Betrieb begonnen. Der Matrize 10 wird durch die Leitung 64 Schmelzkleber zugeführt, durch die Leitung 66 wird der Matrize Verfahrensluft zugeführt und durch die Leitungen 67 wird Hilfsluft oder -gas zugeführt.
Die Betätigung der Steuerventile öffnet die Öffnung 32 jedes Moduls 12, wie es zuvor beschrieben wurde, und bewirkt das Fließen der Polymerschmelze durch jedes Modul 12. In den Schmelzblasmodulen 15 fließt die Schmelze durch die Verteilerkanäle 91, 93, 94, 96, durch die Seitenöffnungen 38, durch die Kanäle 37 und den Ringraum 45 und durch die Öffnung 32 in die Matrizenmundstückanordnung 13. Die Polymerschmelze wird seitlich in dem Matrizenmundstück 13 verteilt und tritt durch die Öffnungen 53 als nebeneinanderliegende Filamente 14 aus. Mittlerweile strömt die Mehrkanal-Verfahrensluft durch die Verteilerkanäle 103, wo sie erwärmt wird, in die Schlitze 109 und 111, durch 113 und wird durch die Öffnungen 114A–F den jeweiligen Modulen 20A–F zugeführt. Die Luft tritt durch die Öffnung 39 in jedes Modul 12 ein und strömt durch die Bohrungen 49 und 57 und in Schlitze, die sie als konvergierende Luftschichten an oder nahe der Matrizenmundstückspitze des Nasenstückes 52 austragen. Die konvergierenden Luftschichten berühren die aus den Öffnungen 53 austretenden Filamente 14 und strecken sie durch Strömungswiderstand und tragen sie auf dem darunter liegen den Substrat in einem Zufallsmuster auf. Dieses bildet einen annähernd gleichmäßigen Auftrag des Schmelzblasmaterials auf dem Substrat.
In jedem der flankierenden Spiraldüsenmodule 12 sind die Polymer- und Luftströme grundsätzlich gleich, wobei der Unterschied am Düsenmundstück besteht. In der Spiraldüse wird ein Monofilament extrudiert und Luftstrahlen auf dieses gerichtet, um das Monofilament zu verwirbeln. Die Wirbelwirkung streckt das Monofilament und trägt es als überlappende Wirbel auf dem Substrat auf, wie es in dem oben genannten US-Patent 5,728,219 beschrieben ist.

Typische Verfahrensparameter sind wie folgt:

Polymer	Schmelzkleber
Temperatur der Matrize und des Polymers	280°F bis 325°F (536 bis 617°C)
Lufttemperatur	280°F bis 325°F (536 bis 617°C)
Polymerströmungsgeschwindigkeit	0,1 bis 10 grms/Bohrung/min.
Heißluftströmungsgeschwindigkeit	0,1 bis 2 SCFM/inch (0,067 bis 1,338 m³s^–1/cm)
Auftrag	0,05 bis 500 g/m²

Wie oben angegeben wurde, kann die Matrizenbaugruppe 10 zum Schmelzblasen eines beliebigen polymeren Materials verwendet werden, Schmelzblaskleber sind jedoch das bevorzugte Polymer. Die Kleber umfassen EVA's (z. B. 20 – 40 Gewichtsprozent VA). Diese Polymere haben grundsätzlich niedrigere Viskositäten als solche, die für Schmelzblasgewebe verwendet werden. Anwendbare konventionelle Schmelzkleber umfassen solche, die in den US-Patenten 4,497,941; 4,325,853 und 4,315,842 offenbart sind. Die bevorzugten Schmelzkleber umfassen Kleber auf SIS- und SBS-Block-Copolymerbasis. Diese Kleber enthalten Block-Copolymer, Klebrigmacher und Öl in verschiedenen Verhältnissen. Die obigen Schmelzkleber dienen nur der Erläuterung; andere Schmelzkleber können auch verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Schmelzblas-Schmelzkleber beschrieben wurde, sollte verständlich sein, dass die Erfindung auch für Schmelzblaspolymer bei der Herstellung von Geweben verwendet werden kann. Die Maße des Matrizenmundstückes können einen geringen Unterschied in bestimmten Merkmalen haben, wie es in den oben angegebenen US-Patenten 5,145,689 und 5,618,566 beschrieben ist.
Die typischen, Schmelzblasgewebe bildenden Harze umfassen einen breiten Bereich von Polyolefinen, wie zum Beispiel Propylen- und Ethylenhomopolymere und Copolymere. Spezifische thermoplastische Materialien umfassen Ethylenacrylcopolymere, Nylon, Polyamide, Polyester, Polystryrene, Polymethylmethacrylate, Polytrifluorochloroethylene, Polyurethane, Polycarboneate, Silikonsulfide und Polyethylenterephthalate, Pech und Mischungen der oben genannten Stoffe. Das bevorzugte Harz ist Polypropylen. Die obige Liste soll nicht beschränkend sein, da neue und verbesserte thermoplastische Schmelzblasharze weiterentwickelt werden.
Die Erfindung kann auch vorteilhaft beim Beschichten von Substraten oder Objekten mit Thermoplasten verwendet werden.
Das thermoplastische Polymer, die Schmelzkleber oder solche für Schmelzblasgewebe verwendeten können der Matrize durch eine Vielzahl bekannter Mittel einschließlich Extrudern, Dosierpumpen und dergleichen zugeführt werden.

Claims

Eine Segmentmatrizenbaugruppe bestehend aus einem Verteiler (11) mit wenigstens einem Polymerdurchflusskanal (92, 94) und wenigsten einem Luftstromkanal (113), wenigstens zwei Matrizenmodulen (12), jedes bestehend aus einem Matrizenkörper (16) mit einem Polymerdurchflusskanal und einem Luftstromkanal in fluider Kommunikation mit dem Polymerdurchflusskanal (92, 94) bzw. dem Luftstromkanal (113) des Verteilers (11), und einem Matrizenende (13) oder einer Düse, die am Matrizenkörper (16) montiert ist und mit einem Polymerdurchflusskanal in fluider Kommunikation mit dem Polymerdurchflusskanal seines zugehörigen Matrizenkörpers (16) zum Empfangen der Polymerschmelze und Austragen eines Filaments oder Filamenten (14) daraus, Mittel (64) zur Lieferung einer Polymerschmelze zum Verteiler (11), wodurch die Schmelze durch jedes Matrizenmodul (12) fließt und als ein Filament oder Filamente aus jedem Matrizenende (13) oder jeder Düse austritt, und Mittel (66) zur Lieferung von Luft zum Verteiler (11), wodurch Luft durch jedes Matrizenmodul (12) fließt und durch das Matrizenende (13) oder die Düse austritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler wenig-stens zwei separate Verteilersegmente (11) umfasst, wobei jedes einen Verteiler-Polymerdurchflusskanal (91) und einen darin geformten Luftstrom-kanal aufweist, die Verteilersegmente in einer Seite-an-Seite-Beziehung zwischenverbunden sind, wobei die Verteiler-Polymerkanäle (91) und die Luftkanäle in fluider Kommunikation stehen und jeweils den Verteiler-Polymerdurchflusskanal (92, 94) und den Verteiler-Luftstromkanal (113) formen; dass jeder Matrizenkörper (16) auf einem jeweiligen der Verteilersegmente (11) montiert ist und der Matrizenkörper-Polymerdurchflusskanal und Luftstromkanal in fluider Kommunikation mit dem Polymerdurchflusskanal (91) und dem Luftstromkanal des zugehörigen Verteilersegments stehen; dass das Polymerschmelzeliefermittel (64) die Polymerschmelze an wenigstens ein Verteilersegment (11) liefert, wodurch die Schmelze durch die Verteilersegmente verteilt wird und durch jedes Matrizenmodul (12) fließt, und dass das Luftversorgungsmittel (66) Luft an wenigstens ein Verteilersegment liefert, wodurch Luft in die zwischenverbundenen Verteilersegmente (11) verteilt wird und durch jedes Matrizenmodul (12) strömt.
Die Matrizenbaugruppe des Anspruchs 1, worin das Matrizenende (13) oder die Düse aus der Gruppe selektiert wird, die aus Meltblowing-Matrizenende, Spiralsprühdüse, Sprühdüse, Bördeldüse und Beschicktungsdüse besteht.
Die Matrizenbaugruppe des Anspruchs 2, worin das Matrizenende an wenigstens einem Modul ein Meltblowing-Matrizenende (13) ist.
Die Matrizenbaugruppe eines beliebigen vorhergehenden Anspruchs, worin das Matrizenende (13) jedes Matrizenmoduls (12) mit Luft beaufschlagt wird, indem Luftkanäle darin geformt sind, wobei besagte Luftkanäle des Matrizenendes in fluider Kommunikation mit dem Luftkanal des Matrizen-körpers (16) stehen, auf dem es montiert ist.
Die Matrizenbaugruppe eines beliebigen vorhergehenden Anspruchs bestehend aus Ventilmitteln (21) zur unabhängigen, selektiven Steuerung des Polymerschmelzstroms durch jedes Matrizenmodul (12).
Die Matrizenbaugruppe eines beliebigen vorhergehenden Anspruchs, worin jedes Modul ein luftbetätigtes Ventil (21) aufweist, das darin montiert ist, um den darin befindlichen Polymerdurchflusskanal zu öffnen und zu schließen, und jedes Verteilersegment (11) einen Instrumentenluftstromkanal (116, 117) hat, der darin geformt ist, um dem luftbetätigten Ventil (21) Luft zuzuführen bzw. von diesem abzuführen, die Baugruppe weiter Steuermittel (20, 120) umfasst, um den Luftkanälen der Verteilersegmente (11) selektiv Luft zuzuführen bzw. von diesen abzuführen. 7 Die Matrizenbaugruppe eines beliebigen vorhergehenden Anspruchs, worin die Verteilersegmente (11) identisch sind.
Die Matrizenbaugruppe eines beliebigen vorhergehenden Anspruchs, worin die Baugruppe von 2 bis 100 Verteilersegmenten (11) umfasst.
Die Matrizenbaugruppe eines beliebigen vorhergehenden Anspruchs, worin die Baugruppe von 5 bis 50 Verteilersegmenten (11) umfasst.
Die Matrizenbaugruppe nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, worin jedes Verteilersegment (11) und das darauf montierte Matrizenmodul (12) einer Breite von 0,25 bis 1,5 Zoll (0,635 bis 3,81 cm) ist.
Die Matrizenbaugruppe nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, worin jedes Verteilersegment (11) elektrische Heizgeräte (112) zum Erwärmen des Polymers und der Luft einschließt, und worin der Luftkanal (103) jedes Verteilersegments (11) in fluider Kommunikation mit den Luftkanälen (103) der anderen Verteilersegmente (11) steht, wodurch Luft durch jedes Segment (11) strömt, bevor sie zum Matrizenmodul (12) strömt, das auf dem Verteilersegment montiert ist.