DE602004009019T2

DE602004009019T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vliesstoffherstellung

Info

Publication number: DE602004009019T2
Application number: DE602004009019T
Authority: DE
Inventors: Bryan David Advance Haynes; Eric Edward Roswell Lennon
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: DE602004029726D1; EP1528132A1; EP1887121A1; EP1528132B1; US20050087288A1; DE602004009019D1; EP1887121B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung von Vliesstoffgeweben und eine Vorrichtung zur Bildung solcher Gewebe.
Viele der heute in Gebrauch befindlichen Produkte der persönlichen Pflege, Kleidungsstücke und Produkte der medizinischen Versorgung, Arbeitsschutzkleidung, Begräbnis- und Tiermedizinprodukte sind teilweise oder ganz aus Textilverbundstoffen hergestellt. Beispiele solcher Produkte umfassen Produkte der Gesundheitsfürsorge für Verbraucher und beruflich medizinische wie chirurgische Abdecktücher, Operationskittel und Bandagen, Arbeitsschutzbekleidungen wie Overalls und Laborkittel sowie aufsaugende Produkte der persönlichen Pflege für Säuglinge, Kinder und Erwachsene wie Windeln, Trainingshosen, Schwimmkleidung, Kleidungsstücke bei Inkontinenz und Windeleinlagen, Monatsbinden, Wischtücher und dergleichen, sind aber nicht darauf beschränkt. Für diese Anwendungen bewirken faserartige Vliesstoffe tastbare, komfortable und ästhetische Eigenschaften, die diejenigen traditioneller gewebter oder gestrickter Tuchmaterialien nahe kommen können. Textilverbundstoffe werden auch weit verbreitet als Filterungsmedien für Filtrationsanwendungen sowohl für Flüssigkeiten und Gase als auch Luft eingesetzt, da sie zu einem Filternetz von feinen Maschen ausgebildet werden können, die eine geringe durchschnittliche Porengröße besitzen, die zum Auffangen von Feststoffteilchen geeignet ist, während es noch immer einen geringen Druckabfall über dem Netz gibt.
Textilverbundstoffe besitzen die physikalische Struktur einzelner Fasern oder Fäden, die in einer im Allgemeinen eher zufälligen als regelmäßigen, erkennbaren Art wie in gestrickten Geweben oder Webstoffen verflochten sind. Die Fasern können endlos oder unterbrochen sein und werden häufig aus thermoplastischen Polymer- oder Copolymerharzen von den allgemeinen Klassen der Polyolefine, Polyester und Polyamide sowie zahlreichen anderen Polymeren hergestellt. Es können auch Mischungen von Polymeren oder zugeordnete Mehrkomponentenfasern eingesetzt werden. Im Stand der Technik sind sowohl faserartige Vliesstoffe, die durch Schmelzspinnverfahren wie Spinnvlies herstellen oder Schmelzblasen gebildet werden, als auch diejenigen bekannt, die durch Trockenlegungsprozesse wie Krempeln oder Luftstromverfahren von Spinnfasern gebildet werden. Außerdem können Vliesstoffe in Verbundwerkstoffen in Verbindung mit anderen Vlieslagen wie im Spunbond/Meltblown-Schichtstoff (SM) und im Spunbond/Meltblown/Spunbond-Schichtstoff (SMS) und außerdem in Kombination mit thermoplastischen Folien verwendet werden. Faservliese können auch verfestigt, gaufriert, behandelt und/oder gefärbt werden, um ihnen in Abhängigkeit von der Gebrauchsanwendung verschiedene gewünschte Eigenschaften zu verleihen.
Schmelzspinnverfahren zum Erspinnen von Endlosgarnen und Endlosfäden oder -fasern wie Spinnfasern und zum Erspinnen von Mikrofasern wie Schmelzblasfasern und die zugeordneten Verfahren zur Bildung von Vliesstoffen oder Geweben daraus sind an sich bekannt. Typisch ist, dass faserartige Vliesstoffe wie Spinnvliesstoff mit der Faserextrusionsvorrichtung wie eine Spinndüse und Faserstreckvorrichtung wie eine Faserzieheinheit (FDU), die in Querrichtung der Maschine oder „CD" orientiert ist, gebildet werden. Das heißt, die Vorrichtung ist in einem Winkel von 90° zu der Richtung der Gewebeherstellung ausgerichtet. Die Richtung der Vliesstoffherstellung ist als „Maschinenrichtung" oder „MD" bekannt. Obwohl die Fasern auf der Formfläche normalerweise zufällig gelegt sind, weisen die sich ergebenden Vliesstoffe dennoch eine ganzflächige mittlere Richtungsabhängigkeit auf, weil die Fasern die CD-orientierte Spinndüse und FDU verlassen und auf der sich in MD bewegenden Formfläche angeordnet sind, wobei in MD mehr Fasern orientiert sind als in CD. Man lässt weitreichend gelten, dass solche Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Dehnbarkeit und Sperrwirkung des Materials zum Beispiel eine Funktion der Gleichförmigkeit des Materials und der Richtungsabhängigkeit der Fasern oder Fäden im Gewebe sind. Es wurden verschiedene Versuche unternommen, um die Fasern oder Fäden innerhalb des Gewebes gesteuert zu verteilen, Versuche, die die Verwendung von Elektrostatik, um den Fasern oder Fäden eine Ladung zu erteilen, die Nutzung von Ausbreitungsvorrichtungen, um die Fasern oder Fäden in eine gewünschte Ausrichtung zu lenken, die Verwendung von mechanischen Ablenkeinrichtungen für den gleichen Zweck und das Umorientieren der Faserformeinrichtung einschließen. Im Stand der Technik sind elektrostatische Ladevorrichtungen bekannt. Allgemein beschrieben, kann eine elektrostatische Ladevorrichtung eine oder mehrere Reihen elektrischer Strahlerstifte oder -stäbe aufweisen, die eine Koronaentladung erzeugen, wodurch den Fasern eine elektrostatische Ladung erteilt wird. Die Fasern werden dazu neigen, sich abzustoßen sobald sie aufgeladen sind, und unterstützen es, dass das Verklumpen oder gemeinsame „Stränge bilden" von Gruppen einzelner Fasern verhindert wird. Ein beispielhaftes Verfahren zum Aufladen von Fasern zur Herstellung von Vlies mit verbesserter Faserverteilung ist in der mit übertragenen, am 4. Juli 2002 veröffentlichten PCT Veröffentlichung, Nr. WO 02/52071 offenbart. Es bleibt jedoch erwünscht, eine noch weitere Fähigkeit zu erreichen, um diese Steuerung in einer Weise zu verstärken, die in Einklang mit Kosten steht, die durch die verfügbaren Anwendungen für viele dieser Vliese auferlegt sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bildung eines Vliesstoffes nach Anspruch 1 vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren der Nutzung von Elektrostatik bei der Bildung von Vliesstoff bereit. Im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist eine Quelle von Fasern vorgesehen. Die Fasern und Fäden werden einer elektrostatischen Aufladung ausgesetzt, die über eine elektrostatische Einheit erzeugt wird, die eine erste und eine zweite Seite aufweist, die einander gegenüber liegend angeordnet sind, wobei die elektrostatische Einheit eine Gruppe von Vorsprüngen sowohl an der ersten als auch der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit aufweist. Sobald die Fasern der elektrostatischen Aufladung unterzogen wurden, werden sie auf einer Formfläche gesammelt, um einen Vliesstoff zu bilden.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem eine Vorrichtung zur Bildung eines Vliesstoffes nach Anspruch 12 bereit. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung besitzt eine Quelle von Fasern und eine Vorrichtung zum Anlegen von elektrostatischer Ladung an die Fasern, die eine einander gegenüber liegend angeordnete erste Seite und zweite Seite besitzt, wobei die Vorrichtung eine Gruppe von Vorsprüngen an der ersten Seite und der zweiten Seite der Vorrichtung aufweist, und eine Formfläche zum Sammeln der Fasern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Prozesses als Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffes;
2A und 2B zeigen jeweils eine beispielhafte Vorrichtung zum Anlegen einer elektrostatischen Ladung an die Fasern;
3 zeigt eine Vorrichtung zum Anlegen einer elektrostatischen Ladung an die Fasern, die nur zum Zweck der Veranschaulichung und des Bezuges enthalten ist und die nicht für die vorliegende Erfindung beispielhaft ist.
Definitionen
Der hier und in den Patentansprüchen verwendete Begriff „umfassend" schließt alles ein oder ist erweiterungsfähig und schließt zusätzliche nicht angeführte Elemente, zur Anordnung gehörende Bestandteile oder Verfahrensschritte nicht aus.
Der hier verwendete Begriff „Polymer^„ umfasst allgemein Homopolymere, Copolymere wie zum Beispiel Blockcopolymer, Pfropfcopolymer, statistisches Copolymer und alternierendes Copolymer, Terpolymere, usw. sowie Mischungen und Modifizierungen davon, ist aber nicht darauf beschränkt. Des Weiteren soll der Begriff „Polymer", wenn nicht anderweitig speziell eingeschränkt, alle möglichen geometrischen Konfigurationen des Materials einschließen. Diese Konfigurationen umfassen isotaktische, syndiotaktische und zufällige Symmetrien, sind aber nicht darauf beschränkt.
Der hier verwendete Begriff „Fasern" bezieht sich sowohl auf Stapellängenfasern als auch Endlosfasern, die, wenn nicht anders angegeben, auch als Fäden bekannt sind.
Der hier verwendete Begriff „Monokomponentenfaser" bezieht sich auf eine Faser, die aus einem oder mehreren Extrudern unter Verwendung von nur einem Polymer gebildet ist. Dies bedeutet nicht, dass die aus einem Polymer gebildeten Fasern ausgeschlossen sind, denen kleinen Mengen von Zusätzen für Farbe, antistatische Eigenschaften, Schmierung, Wasseraufnahmevermögen, usw. zugesetzt wurden. Diese Zusätze, z. B. Titandioxid für Farbe, sind normalerweise in einer Menge von weniger als 5 Gewichts-% und, was typischer ist, etwa 2 Gewichts-% vorhanden.
Der hier verwendete Begriff "Mehrkomponentenfaser" bezieht sich auf Fasern, die aus mindestens zwei Komponentenpolymeren oder demselben Polymer mit unterschiedlichen Eigenschaften oder Zusätzen gebildet wurden, die von getrennten Extrudern extrudiert, jedoch miteinander versponnen wurden, um eine Faser zu bilden. Mehrkomponentenfasern werden manchmal auch als konjugierte Fasern oder Zweikomponentenfasern bezeichnet. Die Polymere sind in im Wesentlichen gleich bleibend positionierten unterschiedlichen Zonen über den Querschnitt der Mehrkomponentenfasern angeordnet und erstrecken sich kontinuierlich über die Länge der Mehrkomponentenfasern. Die Konfiguration einer solchen Mehrkomponentenfaser kann zum Beispiel eine Anordnung aus Ummantelung/Kern sein, bei der ein Polymer von einem anderen umgeben ist, oder kann eine nebeneinander liegende Anordnung, eine „Insel-im-Meer-Anordnung" sein oder kann als Sektor-Keilformen oder als Streifen auf einer Faser mit rundem, ovalem oder rechteckigem Querschnitt sein. Mehrkomponentenfasern werden z. B. in dem US-Patent Nr. 5 108 820 für Kaneko et al., im US-Patent Nr. 5 336 552 für Strack et al. und im US-Patent Nr. 5 382 400 für Pike et al. gelehrt. Bei Zweikomponentenfasern können die Polymere in Verhältnissen von 75/25, 50/50, 25/75 oder beliebigen anderen gewünschten Verhältnissen vorhanden sein.
Der hier verwendete Begriff „Zweikomponentenfaser" oder „Mehrkomponentenfaser" bezieht sich auf eine Faser, die aus mindestens zwei Polymeren oder demselben Polymer mit unterschiedlichen Eigenschaften oder Zusätzen gebildet ist, die von dem gleichen Extruder als eine Mischung extrudiert werden und bei der die Polymere nicht in im Wesentlichen konstant angeordneten unterschiedlichen Zonen über den Querschnitt der Mehrkomponentenfasern ausgerichtet sind. Fasern dieses allgemeinen Typs werden zum Beispiel im US-Patent Nr. 5 108 827 für Gessner erörtert.
Der hier verwendete Begriff „Vliesstoff" oder "Fasermaterial" bedeutet ein Gewebe mit einer Struktur von einzelnen Fasern oder Fäden, die verflochten sind, jedoch nicht in einer erkennbaren Weise wie bei einem gestrickten Gewebe oder Webstoff. Vliesstoffe sind aus vielen Verfahren wie zum Beispiel Schmelzblasverfahren, Spinnverfahren, Luftstromverfahren und Verfahren mit kardiertem Gewebe gebildet worden. Das Basisgewicht von Vliesstoffen wird allgemein in Gramm pro Quadratmeter (gsm) oder Materialunzen pro Quadratyard (osy) ausgedrückt, wobei die nutzbaren Faserdurchmesser normalerweise in Mikrometer ausgedrückt werden. (Anzumerken ist, dass zum Umwandeln von osy in gsm osy mit 33,91 zu multiplizieren ist).
Der hier verwendete Begriff „Spunbond" oder „Spunbond-Vliesstoff" bedeutet eine Vliesfaser oder Fadenmaterial aus Fasern kleinen Durchmessers, die durch Extrudieren von geschmolzenem thermoplastischem Polymer als Fasern aus einer Vielzahl von Kapillaren einer Spinndüse gebildet werden. Die extrudierten Fasern werden abgekühlt, während sie durch einen Abziehmechanismus oder anderen bekannten Ziehmechanismus gezogen werden. Die gezogenen Fasern werden normalerweise zufällig auf einer Formfläche angeordnet oder darauf gelegt, um ein lose verstricktes Fasergewebe zu bilden, wobei der abgelegte Faserflor anschließend einem Bondvorgang unterzogen wird, um physikalische Unversehrtheit und Formbeständigkeit zu verleihen. Die Produktion von Spinnvliesen ist zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 4 340 563 für Appel et al., 3 692 618 für Dorschner et al. und 3 802 817 für Matsuki et al. offenbart. Typisch ist, dass Spunbond-Fasern oder -fäden eine Gewicht-pro-Einheit-Länge von mehr als etwa 1 Denier und bis zu etwa 6 Denier oder höher besitzen, obgleich sowohl feinere und schwerere Spunbond-Fasern hergestellt werden können. Hinsichtlich des Faserdurchmessers besitzen Spunbond-Fasern im Allgemeinen einen mittleren Durchmesser, der größer als 7 Mikrometer und spezieller zwischen etwa 10 und etwa 25 Mikrometer und bis zu etwa 30 Mikrometer oder mehr ist.
Der hier verwendete Begriff „Schmelzblasfasern" bedeutet Fasern oder Mikrofasern, die durch Extrudieren von geschmolzenem thermoplastischem Material durch eine Vielzahl von feinen, normalerweise kreisförmigen Düsenkapillaren als geschmolzene Fäden oder Fasern in zusammen laufenden Hochgeschwindigkeits-Gasströmen (z. B. Luft), die die Reduzierung des Durchmessers von Fasern aus geschmolzenem thermoplastischem Material abschwächen, gebildet werden. Anschließend werden die Schmelzblasfasern durch den Hochgeschwindigkeits-Gasstrom transportiert und auf einer Sammelfläche abgelegt, um ein Gewebe von statistisch fein verteilten Schmelzblasfasern zu bilden. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in dem US-Patent Nr. 3 849 241 für Buntin offenbart. Schmelzblasfasern können endlose oder unterbrochene sein, sind im mittleren Durchmesser normalerweise kleiner als 10 Mikrometer und oft kleiner als 7 oder sogar 5 Mikrometer und im Allgemeinen haftend, wenn sie auf eine Sammelfläche abgelegt werden.
Der hier verwendete Begriff „thermisches Punktbonden" umfasst das Durchlaufen eines Gewebes oder einer Bahn von Fasern oder eines anderen zu verbindenden Materials aus blattförmigen Lagen zwischen einer beheizten Kalanderwalze und einer Unterwalze. Die Kalanderwalze ist auf ihrer Oberfläche normalerweise, obwohl nicht immer, etwas gemustert, so dass das gesamte Gewebe nicht über seine gesamte Oberfläche verbunden wird. Infolgedessen wurden aus funktionellen sowie ästhetischen Gründen verschiedene Muster für Kalanderwalzen entwickelt. Ein Beispiel eines Musters weist Punkte auf und ist das Hansen-Pennings-Muster oder „H&P" Muster mit einer Kontaktfläche von etwa 30% mit etwa 200 Verbindungen/Quadratzoll wie es im US-Patent Nr. 3 855 046 für Hansen und Pennings gelehrt wird. Das H&P-Muster weist einen quadratischen Punkt oder stiftförmige Bondflächen auf, wobei jeder Stift eine seitliche Abmessung von 0,965 mm (0,038 Zoll), einen Abstand von 1,778 mm (0,070 Zoll) zwischen den Stiften und eine Bondtiefe von 0,584 mm (0,023 Zoll) aufweist. Das sich ergebende Muster besitzt eine Bondfläche von etwa 29,5%. Ein weiteres typisches Punktbondmuster ist das erweiterte Bondmuster von Hansen und Pennings oder „EHP-Bondmuster", das eine Bondfläche von 15% mit einem quadratischen Stift erzeugt, der eine seitliche Abmessung von 0,94 mm (0,037 Zoll), einen Stiftabstand von 2,464 mm (0,097 Zoll) und eine Tiefe von 0,991 mm (0,039 Zoll) aufweist. Andere übliche Muster umfassen ein rautenförmiges Muster mit sich wiederholenden und leicht versetzten Rauten sowie ein Drahtgewebemuster, das aussieht wie es der Name andeutet, z. B. wie ein Fliegenfenster. Typisch ist, dass die prozentuale Bondfläche von etwa 10% bis etwa 30% der Fläche der Bahn des Schichtgewebes variiert. Thermisches Punktbonden verleiht einzelnen Lagen dadurch Vollständigkeit, dass Fasern innerhalb der Lage und/oder für Schichtstoffe mehrerer Lagen gebondet werden, wobei Punktbonden die Lagen zusammenhält, um einen kohäsiven Schichtstoff zu bilden.
Der hier verwendete Begriff „Vorsprünge" bedeutet eine Struktur, die sich von einer anderen Struktur nach außen erstreckt. Die Vorsprünge können in den Faservorhang reichen, der durch die elektrostatische Einheit verläuft oder können in einem Hohlraum ausgespart sein, so dass sie sich nicht in den Faservorhang erstrecken, sich jedoch von einer Struktur mit dem Hohlraum erstrecken. In der vorliegenden Erfindung können die Vorsprünge Stäbe, Schienen, ein Draht, eine Drahtschleife oder Stifte sein.
Der hier verwendete Begriff „Anordnung" bedeutet eine Matrix von Vorsprüngen. Die Matrix kann eine Reihe von Vorsprüngen sein, die sich in der Breite der Querrichtung der Maschine des Verfahrens erstrecken, oder eine Aufeinanderfolge von Reihen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren der Nutzung von Elektrostatik bei der Bildung von Vliesstoffen zur Verfügung. Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist eine Quelle von Fasern vorgesehen. Die Fasern werden einer elektrostatischen Ladung ausgesetzt, die über eine elektrostatische Einheit erzeugt wird, die eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, die einander gegenüber liegend angeordnet sind, wobei die elektrostatische Einheit eine Gruppe von Vorsprüngen sowohl an der ersten Seite als auch der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit aufweist. Sobald die Fasern der elektrostatischen Ladung ausgesetzt sind, werden sie auf einer Formfläche gesammelt, um einen Vliesstoff zu bilden.
Die Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die Figuren vollständiger beschrieben. Wenden wir uns 1 zu, so ist dort in schematischer Form als Seitenansicht ein beispielhaftes Verfahren zur Produktion von Vliesstoffmaterial veranschaulicht. Wie dargestellt ist, nimmt eine Drallplatte 10 von einem herkömmlichen System zum Schmelzspinnen (nicht gezeigt) Polymer auf und bildet Fasern 12, die Einkomponentenfasern, Mehrkomponentenfasern (konjugierte) oder Fasern aus zwei Komponenten sein können wie es oben beschrieben ist. Die Drallplatte hat Öffnungen (nicht gezeigt), die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. Die Drallplattenöffnung bildet einen nach unten reichenden „Vorhang" oder ein „Bündel" von Fasern 12, wenn das Polymer durch die Drallplatte extrudiert wird. Drallplatten zum Extrudieren von Mehrkomponenten-Endlosfasern sind dem Fachmann bekannt und werden somit hier nicht ausführlich beschrieben, jedoch ist eine beispielhafte Drallplatte zur Herstellung von Mehrkomponentenfasern im US-Patent Nr. 5 989 004 für Cook beschrieben.
Polymere, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen die bekannten, zur Herstellung von Vliesstoffen und Materialien geeigneten Polymere wie zum Beispiel Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polycarbonate und Copolymere sowie Mischungen davon. Geeignete Polyolefine umfassen Polyethylen, z. B. Niederdruck-Polyethylen, Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen niedriger Dichte und lineares Polyethylen niedriger Dichte, Polypropylen; z. B. isotaktisches Polypropylen, syndiotaktisches Polypropylen, Mischungen von 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) sowie Copolymere und Mischungen davon. Geeignete Copolymere umfassen statistisches Copolymer und Blockcopolymer, die aus zwei oder mehreren unterschiedlichen ungesättigten Olefinmonomeren wie Ethylen/Propylen und Ethylen/Butylen-Copolymeren hergestellt sind. Geeignete Polyamide umfassen Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 4/6, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 6/10, Nylon 6/12, Nylon 12/12, Copolymere von Caprolactam und Alkylenoxiddiamin und dergleichen sowie Mischungen und Copolymere davon. Geeignete Polyester umfassen Polymer aus Polylactid und PLA-Polymer sowie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polytetramethylenterephthalat, Polycyclohexylen-1,4-dimethylenterephthalat und Isophthalatcopolymere davon sowie Mischungen davon. Die beispielhafte Fertigungslinie in 1 umfasst außerdem ein Kühlgebläse 11, das dem Vorhang aus Fasern 12, die sich von der Drallplatte 10 erstrecken, benachbart angeordnet ist. Luft vom Kühlluftgebläse 11 kühlt die Fasern 12 ab, die sich von der Drallplatte 10 erstrecken. Die Kühlluft kann von einer Seite des Faservorhangs 12, wie in 1 gezeigt, oder von beiden Seiten des Faservorhangs 12 geleitet werden. Der hier verwendete Begriff "Abschrecken" bedeutet einfach, die Temperatur der Fasern zu verringern, indem ein Medium verwendet wird, das kühler als die Fasern ist, wie zum Beispiel die Nutzung von gekühlten Luftströmen, Luftströmen mit Umgebungstemperatur oder leicht bis mittelmäßig erhitzten Luftströmen. Erwünscht ist, dass das Verfahren des Weiteren eine Einrichtung (nicht gezeigt) zum Abführen von aus dem geschmolzenen Polymer erzeugten Dämpfen wie eine Unterdruckleitung, die über der oder anderweitig nahe der Drallplatte 10 angebracht ist, aufweisen kann.
Eine Faserzieheinheit oder Saugvorrichtung 14 ist unterhalb der Drallplatte und dem Kühlgebläse 11 angeordnet. Die Faserzieheinheit oder Saugvorrichtung nimmt den abgekühlten Vorhang aus Fasern 12 auf. Die Faserzieheinheiten oder Saugvorrichtungen zur Verwendung beim Schmelzspinnen von Polymeren sind an sich bekannt. Geeignete Faserzieheinheiten zur Verwendung in dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung umfassen zum Beispiel lineare Fasersaugvorrichtungen der Typen, die in dem US-Patent Nr. 3 802 817 für Matsuki et al. und den US-Patenten Nr. 4 340 563 und 4 405 297 für Appel et al. dargestellt sind.
Allgemein beschrieben, umfasst die Faserzieheinheit 14 einen lang gestreckten vertikalen Kanal 15, durch den die Fasern gezogen werden, indem Luft angesaugt wird, die von den Seiten des Kanals eintritt und durch den Kanal nach unten strömt. Die Ansaugluft wird durch ein Gebläse (nicht gezeigt) zugeführt. Die Ansaugluft kann erhitzt oder nicht erhitzt werden. Die Ansaugluft bringt Zugkräfte auf die Fasern auf und zieht die Fasern durch den Kanal der Faserzieheinheit 14 und schwächt die Fasern durch die Anwendung von Zugkräften, das heißt, reduziert den Durchmesser der Fasern. Die Ansaugluft wirkt außerdem so, dass sie das Faserbündel führt und durch die Reduzierkammer der Faserzieheinheit 14 zieht. Wenn Mehrkomponentenfasern in einem quetschfähigen Zustand verwendet werden und wo es erwünscht ist, eine latente spiralförmige Quetschung in den Fasern vor der Ablage der Fasern zu aktivieren, führt das Gebläse der Faserzieheinheit 14 erhitzte Ansaugluft zu. In dieser Hinsicht werden von der erhitzten Ansaugluft sowohl die Fasern geschwächt als auch die latente spiralförmige Quetschung aktiviert wie es im US-Patent Nr. 5 382 400 für Pike et al. beschrieben ist. Wenn es erwünscht ist, die latente spiralförmige Quetschung in den Fasern an einem bestimmten Punkt nach der Faserablage zu aktivieren, dann führt das Gebläse der Faserzieheinheit 14 nicht erhitzte Luft zu. In diesem besonderen Fall kann dem Gewebe an einem bestimmten Punkt nach der Faserablage Wärme zum Aktivieren der latenten Quetschung zugeführt werden.
Im Allgemeinen enthält die Faserzieheinheit 14 Kammern 16, die mit Luft für das nicht dargestellte Gebläse versorgt werden. Um den Vorhang aus Fasern 12 zu ziehen, wird die Ansaugluft mit hoher Geschwindigkeit von den Kammern 16 nach unten geleitet, wodurch eine Ausrichtung der Fasern bewirkt wird, was oft zu einer Zunahme ihrer Festigkeitseigenschaften führt. Unter der Faserzieheinheit 14 ist eine elektrostatische Einheit dargestellt. Die elektrostatische Einheit enthält Reihen von Vorsprüngen auf einer ersten Seite der elektrostatischen Einheit und Reihen von Vorsprüngen 21 auf einer zweiten Seite der elektrostatischen Einheit. An die Vorsprünge auf einer oder auf beiden Seiten der elektrostatischen Einheit wird über eine Stromversorgung V1 oder V2 ein Potenzial oder eine Spannung angelegt. Das Potenzial kann entweder ein negatives oder positives Potenzial sein, jedoch muss dann eine Seite ein positives Potenzial und die andere Seite ein an die Vorsprünge angelegtes negatives Potenzial besitzen, wenn an beide Seiten der elektrostatischen Einheit ein Potenzial angelegt wird. Die Differenz der Potenzialladung wird im Allgemeinen als eine Vorspannung bezeichnet. Alternativ dazu kann eine Seite der elektrostatischen Einheit mit Masse verbunden sein, und die andere Seite wird ein an die Vorsprünge angelegtes Potenzial besitzen. Wenn eine Seite mit Masse verbunden wird, ist es nicht entscheidend, ob das Potenzial negativ oder positiv ist. Wie in 1 gezeigt ist, erzeugen die Vorsprünge eine Koronaentladung gegen die Reihe von Vorsprüngen 21, was zu einer elektrostatischen Ladung führt, die an die Fasern angelegt wird. Sobald die Fasern aufgeladen sind, neigen sie dazu, sich abzustoßen, wodurch verhindert wird, dass Gruppen von einzelnen Fasern verklumpen oder zusammen „Stränge bilden". Die Ausführung der elektrostatischen Einheit nach der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlicher gegeben und kann zu der in 1 gezeigten unterschiedlich sein. Weitere mögliche Ausführungen werden in 2 gezeigt.
Unterhalb der elektrostatischen Einheit ist ein optionales mechanisches Ablenkblech 24 dargestellt, das eine Verteilung der Fasern unterstützt. Das mechanische Ablenkblech kann durch ein berührungsloses Ablenkblech ersetzt werden, wie zum Beispiel eine berührungslose Ablenkvorrichtung, die ein Luftstromablenkblech aufweist, das einzelne Luftstrahlen bewirkt. Das Ablenkblech ist eine optionale Befestigung unter der elektrostatischen Einheit. Das heißt, das Ablenkblech wird bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung nicht benötigt.
Die aufgeladenen Fäden 12' werden anschließend zu dem Formdraht 26 geleitet, der sich um Walzen 28 herum bewegt, von denen eine oder beide mit einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben werden können. Es kann eine Verdichtungsvorrichtung wie ein Luftmesser 30 verwendet werden, um das Gewebe 32 vor dem Bondspalt 34 zwischen den Kalanderwalzen 36, 38 (von denen eine oder beide wie oben beschrieben mit einem Muster versehen sein kann), die das verfestigte Vlies 40 bilden, zu verdichten. Anstelle der Verdichtungsvorrichtung können auch andere Verfahren zum Verfestigen des sich ergebenden Vliesstoffes wie durch Luftstrahlverfestigung im Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn erwünscht ist, kann optional ein herkömmliches Mittel zum Entfernen oder Reduzieren der Ladung auf dem Gewebe verwendet werden, wie das Anlegen eines entgegengesetzt geladenen Feldes oder eine Ionenwolke.
Wenden wir uns 2A zu, so ist die Anordnung einer elektrostatischen Einheit 201, die die vorliegende Erfindung verkörpert, in einer Seitenansicht dargestellt. Die Anordnung der elektrostatischen Einheit weist eine erste Gruppe von Elektroden 210 an einer ersten Seite der elektrostatischen Einheit 201 und eine zweite Gruppe von Elektroden 220 an einer zweiten Seite der elektrostatischen Einheit auf, wobei die Elektroden einander gegenüber liegend angeordnet sind. Wie gezeigt ist, besitzen die Elektrodengruppen 210 und 220 jeweils eine Reihe von mehreren Stäben, die sich im Wesentlichen entlang der quer liegenden Maschinenbreite der Faserzieheinheit erstrecken, zum Beispiel vier Stäbe 212, 214, 216 und 218, die der ersten Gruppe von Elektroden 210 zugeordnet sind, und vier Stäbe 222, 224, 226 und 228, die der zweiten Gruppe von Elektroden jeweils mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 211 zugeordnet sind. Die Vorsprünge können Stäbe, Ösen, einschließlich Ösen oder Draht oder Stifte sein, wobei Strahlerstifte 211 erwünscht sind. Die Stäbe in jeder Anordnung werden durch ein elektrisch isolierendes Material 205 festgehalten, das außerdem dazu dient, die elektrostatische Einheit von der anderen Ausrüstung des Verfahrens wie der Faserzieheinheit zu isolieren. Jeder der Ladestäbe ist an einer Stromversorgung 230 angebracht oder alternativ dazu mit Masse verbunden, wenn die Stifte 211 auf der anderen Seite der elektrostatischen Einheit 201 mit einer Stromversorgung verbunden sind.
Außerdem ist erwünscht, dass die Strahlerstifte 211, wie in 2A gezeigt, innerhalb des isolierenden Materials ausgespart sind, um zu verhindern, dass die Fasern die Strahlerstifte verunreinigen. Das Verunreinigen der Strahlerstifte kann durch die Fasern verursacht werden, die an den Strahlerstiften hängen bleiben, da die Stifte verhältnismäßig scharfe Spitzen aufweisen, um die elektrostatische Ladung besser zu erzeugen.
Wenden wir uns 2B zu, so ist in einer Seitenansicht eine andere Anordnung 251 der elektrostatischen Einheit, die die vorliegende Erfindung verkörpert, dargestellt. Die Anordnung der elektrostatischen Einheit weist eine erste Gruppe von Elektroden 210 und eine dritte Gruppe von Elektroden 260 an einer ersten Seite der elektrostatischen Einheit 201 sowie eine zweite Gruppe von Elektroden 220 und eine vierte Gruppe von Elektroden 270 an einer zweiten Seite der elektrostatischen Einheit auf. Wie gezeigt wird, besitzen die Elektrodengruppen 210, 220, 260 und 270 jeweils eine Reihe von mehreren Stäben, die sich im Wesentlichen entlang der quer verlaufenden Breite der Maschine der Faserzieheinheit erstrecken, zum Beispiel vier Stäbe 212, 214, 216 und 218, die der ersten Gruppe von Elektroden 210 zugeordnet sind, und vier Stäbe 222, 224, 226 und 228, die der zweiten Gruppe von Elektroden 220 zugeordnet sind, vier Stäbe 262, 264, 266 und 268, die der dritten Gruppe von Elektroden 260 zugeordnet sind und vier Stäbe 272, 274, 276 und 278, die der vierten Gruppe von Elektroden 270 jeweils mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 211 zugeordnet sind, die erwünscht Strahlerstifte 211 sind. Die Stäbe werden durch ein elektrisch isolierendes Material 205 festgehalten, das außerdem dazu dient, die elektrostatische Einheit von der übrigen Ausrüstung des Verfahrens, wie zum Beispiel die Faserzieheinheit und die Elektroden des vorherigen Abschnitts der elektrostatischen Einheit zu isolieren. Jeder der Ladestäbe ist an einer Stromversorgung 230 oder 231 angebracht oder alternativ dazu mit Masse verbunden, wenn die Stifte 211 an der anderen Seite der elektrostatischen Einheit 201 mit einer Stromversorgung verbunden sind.
Wie in 2A und 2B gezeigt ist, befinden sich die Vorsprünge an jeder Seite der elektrostatischen Einheit und sind einander gegenüber liegend angeordnet. Die elektro statische Ladung wird zwischen den Vorsprüngen oder Strahlerstiften erzeugt.
3 zeigt eine Anordnung der elektrostatischen Einheit 351, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert, die jedoch in einer Seitenansicht dargestellt ist. Zum Zweck der Darstellung und des Bezuges ist die Anordnung der elektrostatischen Einheit so, dass ein erster Abschnitt eine erste Gruppe von Elektroden 310 an einer ersten Seite der elektrostatischen Einheit 351 aufweist. Diese Gruppe von Elektroden besitzt eine Reihe von mehreren Stäben, die sich im Wesentlichen entlang der quer verlaufenden Breite der Maschine der Faserzieheinheit erstrecken, zum Beispiel vier Stäbe 312, 314, 316 und 318, die diesen jeweils mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 311 zugeordnet sind. Die Stäbe sind mit einer Stromversorgung 330 verbunden, die ein Potenzial oder eine Spannung für die Stifte erzeugt. An einer zweiten Seite der elektrostatischen Einheit, direkt über der Gruppe von Elektroden 311, befindet sich eine Auftreffplatte 319, die als mit Masse verbunden dargestellt ist. In der anderen Möglichkeit kann die Auftreffplatte 319 auch an einer Stromversorgung angebracht sein, vorausgesetzt, dass, wie oben angegeben, eine Vorspannung eingerichtet ist. In 3 sind die Vorsprünge an der ersten Seite und der zweiten Seite versetzt und nicht direkt einander gegenüber liegend angeordnet. Die Stäbe in jeder Gruppe werden durch ein elektrisch isolierendes Material 305 festgehalten, das außerdem dazu dient, die elektrostatische Einheit von der übrigen Ausrüstung des Verfahrens wie der Faserzieheinheit zu isolieren. Außerdem isoliert das Isoliermaterial 305 den ersten Abschnitt der elektrostatischen Einheit von anderen Abschnitten der elektrostatischen Einheit. In einem zweiten Abschnitt der elektrostatischen Einheit weist dieser Abschnitt eine zweite Gruppe von Elektroden 320 an einer zweiten Seite der elektrostatischen Einheit 351 auf. Die Gruppe von Elektroden besitzt eine Reihe von mehreren Stäben, die sich im Wesentlichen entlang der quer verlaufenden Breite der Faserzieheinheit erstrecken, zum Beispiel vier Stäbe 322, 324, 326 und 328, die diesen mit einer Vielzahl von als Stifte 311 dargestellten Vorsprüngen 311 zugeordnet sind. Die Stäbe sind an einer Stromversorgung 330 angebracht. An der ersten Seite der elektrostatischen Einheit, direkt jenseits der Gruppe von Elektroden, befindet sich eine Auftreffplatte 329. Wie der erste Abschnitt der elektrostatischen Einheit, werden die Stäbe des zweiten Abschnitts durch ein elektrisch isolierendes Material 305 festgehalten, das außerdem dazu dient, den zweiten Abschnitt der elektrostatischen Einheit von dem ersten Abschnitt und einem optionalen dritten Abschnitt zu isolieren. Außerdem ist mit den Stäben eine Stromversorgung verbunden, weshalb die Vorsprünge 320 und die Auftreffplatte als mit Masse verbunden dargestellt ist, die jedoch auch an einer Stromversorgung angebracht werden können. In einem optionalen dritten Abschnitt der elektrostatischen Einheit besitzt dieser Abschnitt eine dritte Gruppe von Elektroden 360 an einer ersten Seite der elektrostatischen Einheit 351. Diese Gruppe von Elektroden weist eine Reihe von mehreren Stäben auf, die sich im Wesentlichen entlang der quer verlaufenden Breite der Maschine der Faserzieheinheit erstrecken, zum Beispiel vier Stäbe 362, 364, 366 und 368, die diesen jeweils mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 311 zugeordnet sind. An der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit, direkt jenseits der Gruppe von Elektroden, befindet sich eine Auftreffplatte 369. Wie der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der elektrostatischen Einheit werden die Stäbe des dritten Abschnitts durch ein elektrisch isolierendes Material 305 festgehalten, das außerdem dazu dient, den dritten Abschnitt der elektrostatischen Einheit von dem zweiten Abschnitt und optionalen zusätzlichen Abschnitten der elektrostatischen Einheit zu isolieren, wobei die Stäbe mit einer Stromversorgung verbunden sind. Unter dem optionalen dritten Abschnitt können zusätzliche Abschnitte hinzugefügt werden, vorausgesetzt, dass sich die Gruppe von Elektroden auf der gegenüber liegenden Seite des vorhergehenden Abschnitts der elektrostatischen Einheit befindet.
Die Vorsprünge der elektrostatischen Einheit können nach der vorliegenden Erfindung ein Stift, ein Stab, ein Draht oder eine Drahtöse sein. Erwünscht ist, dass die Vorsprünge Stifte sind, am meisten erwünscht sind Strahlerstifte. Eine beispielhafte Ausführung von Strahlerstiften, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, ist eine, wo die Strahlerstifte in einem Abstand von 6 mm (0,25 Zoll) angeordnet sind und mit 3 mm (0,125 Zoll) in einem Hohlraum von 13 mm (0,5 Zoll) Höhe·6 mm (0,25 Zoll) Tiefe ausgespart sind. Für die vorliegende Erfindung ist der tatsächliche Abstand der Stifte nicht entscheidend und kann verändert werden, um die gewünschte Koronaentladung zu erreichen. Typisch ist, dass die Stifte in Reihen angeordnet sind, die so breit wie die Faserzieheinheit oder etwas breiter als diese sein können. Des Weiteren ist es erwünscht, jedoch nicht erforderlich, dass die Strahlerstifte ausgespart sind. Es wurde herausgefunden, dass das Verunreinigen der Stifte in geringerem Maße auftritt, wenn die Stifte in dem sie festhaltenden Isoliermaterial in kleinem Maße ausgespart sind, im Vergleich dazu, dass man Stifte hat, die in den Faservorhang reichen.
Die Vorsprünge können in mehreren Reihen übereinander angeordnet sein. Wie in den Figuren gezeigt ist, gibt es 4 Reihen, die übereinander angeordnet sind. Dies ist nicht erforderlich, wobei die elektrostatische Einheit eine einzelne Reihe von Vorsprüngen oder Stifte oder mehrere Reihen zum Beispiel irgendwo von 2 bis 50 Reihen oder mehr aufweisen kann. Die tatsächliche Anzahl von Reihen ist durch die vorhandene Höhe von der Faserzieheinheit zu der Formfläche begrenzt.
In der in 3 dargestellten elektrostatischen Einheit ist die Auftreffplatte aus leitfähigem Material hergestellt und wird typischerweise eine Höhe und Breite aufweisen, die ungefähr die gleiche ist wie die Höhe und Breite der Vorsprünge oder Stifte, entweder nicht übereinander angeordnet oder übereinander angeordnet. Typisch ist, dass sich die Größe der Auftreffplatte in Abhängigkeit von Faktoren wie die Breite des Stiftes ändert. Normalerweise ist die Auftreffplatte aus leitfähigem Stahl hergestellt.
Die Verwendung einer elektrostatischen Einheit mit einer oben beschriebenen Gruppe von Vorsprüngen bewirkt Vorteile gegenüber elektrostatischen Einheiten im Stand der Technik. Vorteile umfassen unter anderem die Fähigkeit, größere Ströme bei einer gegebenen angelegten Spannung zu erzeugen, die Fähigkeit den Strom von der einen Seite der elektrostatischen Einheit zu der anderen zu ändern und die Fähigkeit, die Vorsprünge innerhalb eines Hohlraums einzubauen, um eine Verschmutzung zu verhindern, ohne die Größe des Durchgangs der elektrostatischen Einheit zu reduzieren.
Außerdem sieht die vorliegende Erfindung vor, die Elektrostatik erzeugenden Vorsprünge in mehreren unterschiedlichen und isolierten Abschnitten lagenweise anzuordnen wie es in 2 dargestellt ist. Dies ermöglicht längere Laufzeiten bevor die Faserproduktionseinheit infolge von Verschmutzung der Vorsprünge abgeschaltet werden muss. Indem lagenweise angeordnete Abschnitte, wie in 2B gezeigt, verwendet werden, kann jeder Abschnitt der Einheit unabhängig von den anderen betrieben werden. Daher kann ein Abschnitt der Einheit abgeschaltet werden, während ein anderer Abschnitt in Betrieb ist. Wenn der in Betrieb befindliche Abschnitt verschmutzt wird und seine Fähigkeit verliert, einen vertretbaren Strom zu erzeugen, kann der in Betrieb befindliche Abschnitt der elektrostatischen Einheit außer Betrieb gesetzt und ein anderer Abschnitt in Betrieb genommen werden, um Elektrostatik zu erzeugen.
In einer weiteren Ausführung nach der vorliegenden Erfindung kann die in 2B dargestellte elektrostatische Einheit so betrieben werden, dass der Strom im ersten Abschnitt in Richtung von der ersten Seite zu der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit fließt, und der Strom im nächsten Abschnitt in Richtung von der zweiten Seite zu der ersten Seite fließt. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem die Vorsprünge an der zweiten Seite des ersten Abschnitts der elektrostatischen Einheit und die Vorsprünge an der ersten Seite im zweiten Abschnitt der elektrostatischen Einheit, wie in 2 gezeigt, mit Masse verbunden werden oder umgekehrt. Als andere Möglichkeit können die Vorsprünge an der ersten Seite des ersten Abschnitts negatives oder positives Potenzial besitzen, das an diese angelegt wird, und das entgegengesetzt gerichtete Potenzial an die Vorsprünge auf der zweiten Seite des ersten Abschnitts angelegt wird. Im nächsten Abschnitt der elektrostatischen Einheit kann das Potenzial entgegengesetzt zu dem des ersten Abschnitts eingestellt werden. In zusätzlichen Abschnitten, falls vorhanden, wird das Potenzial so eingestellt, dass der Strom in einer Richtung entgegengesetzt zum vorherigen Abschnitt fließt. Dies ermöglicht es, die Fasern in der elektrostatischen Einheit an beiden Seiten aufzuladen und bewirkt, dass sich die Fasern von Seite zu Seite hin und her bewegen, wodurch eine verbesserte Bildung des Vliesstoffes bewirkt wird.
In einer noch weiteren Ausführung kann die Polarität der elektrostatischen Einheit in jedem in Betrieb befindlichen Abschnitt mit großer Häufigkeit von der ersten Seite zu der zweiten Seite und von der zweiten Seite zu der ersten Seite umgekehrt werden, um Fasern von der ersten zur zweiten Seite der elektrostatischen Einheit oder von der zweiten zur ersten Seite der elektrostatischen Einheit hin und her zu bewegen. Zum Beispiel ist in 1 das Potenzial von V1 von negativ auf positiv geschaltet, wobei gleichzeitig das Potenzial von V2 von positiv auf negativ geschaltet ist. Dies wird auch zur Verbesserung der Bildung des sich ergebenden Vliesstoffes führen.
Beispiele
Während die Erfindung durch Beispiele veranschaulicht wird, sind diese Beispiele nur repräsentativ und schränken den Umfang der Erfindung, die in Bezug auf die angefügten Patentansprüche bestimmt ist, nicht ein.
Es wurde eine elektrostatische Einheit mit Strahlerstiften an einer ersten Seite hergestellt, die im Abstand von 6 mm (0,25 Zoll) angeordnet und mit 3 mm (0,125 Zoll) in einem Hohlraum von 13 mm (0,5 Zoll) Höhe·6 mm (0,25 Zoll) Tiefe ausgespart waren. Es wurde eine 66 cm (26 Zoll) breite Reihe, 24 effektive cm (24 effektive Zoll), von Stiften hergestellt. Die Stiftreihe wurde hergestellt von Tantec Inc., 630 Estes Avenue, Schaumburg, IL 60193. Diese Stifte wurden an eine Hochspannungs-Gleichstromquelle durch einen einzelnen Widerstand von 100 MΩ angeschlossen, um den Endladestrom über die entsprechende Spannung zu messen. Die Stromversorgung war das Modell EH3OR3, 0 bis 30 kV, 0 bis 30 mA, 100 Watt reguliert, umkehrbar in Bezug auf Erdungsanschluss, jedoch wurde hier die negative Spannung angelegt, obwohl auch entgegen gesetzte Ladung verwendet werden kann. Sie war hergestellt von Glassman High Voltage, Inc., PO Box 551, Route 22 East, Salem Park, Whitehouse Station, NJ 08889.
An einer zweiten Seite der elektrostatischen Einheit direkt gegenüber dem Strahler der ersten Seite befinden sich Strahlerstifte mit der gleichen Ausführung wie die Strahlerstifte der ersten Seite. Die Stifte der zweiten Seite waren mit einer anderen Stromversorgung durch einen weiteren Widerstand von 100 MΩ verbunden. Die Stromversorgung war die gleiche Stromversorgung von Glassman, jedoch mit anderem positiven Vorzeichen, wobei die Polarität mit Masse anstatt mit der Stromversorgung verbunden war.
Die Strahlerstifte der ersten Seite der Einheit und der zweiten Seite der Einheit wurden so eingestellt, dass die Strahlerstifte voneinander im Abstand von 18 mm (0,7 Zoll) und 30 mm (1,2 Zoll) angeordnet waren. Der Strom zwischen den Strahlerstiften der ersten Seite und den Strahlerstiften der zweiten Seite wurde von der mit Masse verbundenen zweiten Seite bei verschiedenen Spannungen, die in Tabelle 1 dargestellt sind, gemessen.
In einem zweiten Experiment wurden zwei Reihen Strahlerstifte der gleichen Ausführung, wie oben beschrieben, lagenweise angeordnet, so dass die Stifte der ersten Reihe ungefähr etwa 19 mm (0,75 Zoll) von den Stiften der zweiten Reihe beanstandet waren. Die zweite Seite der elektrostatischen Einheit hatte ebenfalls zwei Stiftreihen, so dass die erste Reihe 19 mm (0,75 Zoll) von den Stiften der zweiten Reihe beanstandet war. Die zweite Stiftreihe an der ersten Seite wurde an eine Stromquelle angeschlossen und die Stifte an der zweiten Seite wurden durch einen weiteren Widerstand von 100 MΩ mit einer weiteren Stromquelle verbunden. Die Stromquelle war die gleiche Stromquelle von Glassman, aber mit anderem positiven Vorzeichen und mit Masse verbunden. Der Strom zwischen den Strahlerstiften der ersten Seite und den Strahlerstiften der zweiten Seite wurde von der mit Masse verbundenen Seite bei verschiedenen Spannungen, die in Tabelle 1 dargestellt sind, gemessen.

Als Vergleich wurden die Strahlerstifte der zweiten Seite durch eine Auftreffplatte ersetzt. Die Auftreffplatte war ungefähr 76 mm (3 Zoll) hoch·66 cm (26 Zoll) breit und wurde aus einer elektrisch leitenden Stahlplatte t hergestellt, während der entsprechende Wert des Widerstandes von unbeschichtetem Stahl nahe 0,0002 Ω lag. Die Auftreffplatte wurde durch einen weiteren Widerstand von 100 MΩ mit einer anderen Stromquelle verbunden. Die Stromquelle war die gleiche Stromquelle von Glassman, jedoch mit anderer Polarität, mit positivem Vorzeichen. Die Strahlerstifte der ersten Seite der Einheit und die Auftreffplatte der Einheit wurden so eingestellt, dass die Strahlerstifte 15 mm (0,6 Zoll und 28 mm (1,1 Zoll) von der Auftreffplatte entfernt waren. Der Strom zwischen den Strahlerstiften der ersten Seite und der Auftreffplatte der zweiten Seite wurde von der mit Masse verbundenen zweiten Seite bei verschiedenen Spannungen, die in Tabelle 1 dargestellt sind, gemessen. Tabelle 1

	Strom für einzelne Reihe von Strahlerstiften an beiden Seiten im Abstand (mA)		Strom für zwei Reihen von Strahlerstiften an beiden Seiten im Abstand (mA)		Strom für Strahlerstifte mit Auftreffplattenelektrode im Abstand (mA) (vergleichsweise)
Spannung (kV)	18 mm (0,7 Zoll)	30 mm (1,2 Zoll)	18 mm (0,7 Zoll)	30 mm (1,2 Zoll)	15 mm (0,6 Zoll)	28 mm (1,1 Zoll)
15	0,211	0,093	0,354	0,150	0,149	0,0
16	0,240	0,114	0,399	0,176	0,177	0,004
17	0,276	0,135	0,450	0,205	0,212	0,020
18	0,318	0,163	0,500	0,236	0,308	0,037
19	0,361	0,180	0,560	0,302	0,294	0,051
20	0,400	0,206	0,636	0,340	0,333	0,067
21	0,444	0,232	0,710	0,385	0,380	0,084
22	0,490	0,263	0,775	0,422	0,412	0,100
23	0,536	0,290	0,850	0,468	0,463	0,114
24	0,580	0,319	0,920	0,513	0,506	0,133
25	0,629	0,353	0,992	0,560	0,560	0,150

Es ist anzumerken, dass in der Tabelle 1 beim Vergleichsbeispiel die Auftreffplatte einen kürzeren Abstand von den Strahlerstiften aufweist als bei den Beispielen in der vorliegenden Erfindung. Das liegt an der Tatsache, dass die Strahlerstifte nach der vorliegenden Erfindung innerhalb des Hohlraums des isolierenden Materials ausgespart sind. Auf jeden Fall ist der bei einer gegebenen Spannung erzeugte Strom größer, wie es in Tabelle 1 deutlich sichtbar ist, wenn anstelle der Auftreffplatte Strahlerstifte als Auftrefffläche verwendet werden. Des Weiteren kann der erzeugte Strom auch erhöht werden, indem zusätzliche Reihen von Strahlerstiften an beiden Seiten der elektrostatischen Vorrichtung verwendet werden.
Die im oben genannten Beispiel beschriebene elektrostatische Einheit kann in einem Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffes genutzt werden wie es in 1 dargestellt ist. Unter Verwendung der hier beschriebenen Anordnung kann eine verbesserte Gewebebildung erreicht werden, indem niedrigere Spannungen genutzt werden. Des Weiteren vermittelt die Verwendung von Stiften an beiden Seiten der elektrostatischen Einheit die Fähigkeit, das Potenzial darüber periodisch zu verändern, um zu bewirken, dass sich die Fasern seitlich innerhalb der elektrostatischen Einheit bewegen.
Die mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Vliesstoffmaterialien können allein oder in einem Schichtstoff verwendet werden, der zumindest eine Lage aus Vliesstoff und zumindest eine zusätzliche Lage wie eine Webstofflage, eine zusätzliche Vliesstofflage, eine Schaumstofflage oder Folienlage enthält. Die zusätzliche Lage oder Lagen für den Schichtstoff können ausgewählt werden, um zusätzliche und/oder komplementäre Eigenschaften wie Barriereeigenschaften gegen Flüssigkeit und/oder Mikroben zu verleihen. Folglich sind die Schichtstoffstrukturen höchst geeignet für mehrere Zwecke, die verschiedene die Haut berührende Anwendungen wie Schutzkleidung, Hüllen für Windeln, Schutzprodukte für Erwachsene, Trainingshosen und Monatsbinden, verschiedenartige Abdecktücher, OP-Kittel und dergleichen einschließen. Um eine einheitliche Struktur zu bilden, können die Lagen des Schichtstoffes durch ein an sich bekanntes Verfestigungsverfahren, das für Schichtstoffstrukturen geeignet ist, wie ein thermisches Verfestigungsverfahren, eines mit Ultraschall oder Klebstoff oder durch mechanische oder hydraulische Verwicklungsverfahren verfestigt werden.
Als Beispiel kann eine luftdurchlässige Folie an den Vliesstoff laminiert werden, um einen luftdurchlässigen Barriereschichtstoff bereitzustellen, der eine gewünschte Kombination nützlicher Eigenschaften wie weiches Gefüge, Festigkeit und Barriereeigenschaften zeigt. Als weiteres Beispiel kann der Vliesstoff an eine nicht luftdurchlässige Folie laminiert werden, um einen festen, stark sperrenden Schichtstoff mit einem gewebeähnlichen Gefüge zur Verfügung zu stellen. Diese Schichtstoffstrukturen bewirken erwünschte gewebeähnliche strukturelle Eigenschaften, verbesserte Festigkeitseigenschaften und bedeutende Barriereeigenschaften. Eine weitere, für die vorliegende Erfindung höchst geeignete Schichtstoffstruktur ist Spunbond/Meltblown/Spunbond Schichtstoffmaterial (SMS) wie es im US-Patent Nr. 4 041 203 für Brock et al. offenbart ist.
Die durch das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Vliesstoffmaterialien sind höchst geeignet für verschiedene Zwecke wie zum Beispiel Verwendungen, die wegwerfbare Artikel einschließen, z. B. Schutzkleidungen, Sterilisationsumhänge, OP-Kleidungsstücke und Wischtücher sowie Einlagen, Hüllen und andere Teile von aufsaugenden Artikeln.
Während die Erfindung unter dem Aspekt ihrer besten Ausführungsart und anderen Ausführungen beschrieben worden ist, werden sich dem Fachmann Änderungen und Modifizierungen erschließen. Es ist beabsichtigt, dass die angefügten Patentansprüche alle diese Änderungen und Modifizierungen einschließen und abdecken, wenn sie nicht sachlich vom Umfang der Erfindung, wie hier beschrieben, abweichen.

Claims

Verfahren zur Bildung eines Vliesstoffgewebes, umfassend: a. Bereitstellen einer Quelle (10) von Fasern (12); b. Aussetzen der Fasern (12) einer elektrostatischen Ladung, indem die Fasern (12) durch eine elektrostatische Einheit (201, 251) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, die einander gegenüber liegend angeordnet sind, hindurch geleitet werden, wobei die elektrostatische Einheit (201; 251) eine Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) sowohl an der ersten Seite als auch der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit aufweist; und c. Sammeln der Fasern (12) auf einer Formfläche zum Bilden eines Vliesstoffgewebes (32); und dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatische Ladung zwischen der Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der ersten Seite und der Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der zweiten Seite erzeugt wird; und die Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der ersten Seite und der Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der zweiten Seite einander gegenüber liegend angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fasern (12) durch ein Schmelzspinnverfahren bereitgestellt werden und die Fasern im Wesentlichen Endlosfasern sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Endlosfasern einer pneumatischen Ziehkraft in einer Faserzieheinheit ausgesetzt sind, bevor sie der elektrostatischen Ladung ausgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fasern (12) im Wesentlichen durch Schmelzspinnen bereitgestellte Endlosfasern sind, die einer pneumatischen Ziehkraft in einer Faserzieheinheit ausgesetzt sind, bevor sie der elektrostatischen Ladung ausgesetzt werden; die Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der ersten Seite und die Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der zweiten Seite jeweils eine Anordnung von Stiften aufweist; die elektrostatische Ladung zwischen der Anordnung von Stiften der ersten Seite und der Anordnung von Stiften der zweiten Seite erzeugt wird, und die Anordnung von Stiften der ersten Seite und die Anordnung von Stiften der zweiten Seite einander gegenüber liegend angeordnet sind.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die elektrostatische Ladung durch eine Reihe von mindestens zwei getrennten elektrostatischen Ladungsfeldern entlang einer Länge der elektrostatischen Einheit erzeugt wird, jedes Ladungsfeld eine Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) an jeder Seite der elektrostatischen Einheit (251) aufweist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der ersten Seite und die Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der zweiten Seite jeweils eine Anordnung von Stiften umfasst.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein erstes elektrostatisches Ladungsfeld zwischen einer ersten Anordnung von Stiften an der ersten Seite der elektrostatischen Einheit und einer ersten Anordnung von Stiften an der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit erzeugt wird; und ein zweites elektrostatisches Ladungsfeld zwischen einer zweiten Anordnung von Stiften an der ersten Seite der elektrostatischen Einheit und einer zweiten Anordnung von Stiften an der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das erste elektrostatische Feld aus einem Potenzial an der ersten Seite der elektrostatischen Einheit (201; 251) erzeugt wird, und das zweite elektrostatische Feld aus einem Potenzial an der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit (201; 251) erzeugt wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) eine Anordnung von Stiften ist, die innerhalb eines Hohlraums eines isolierenden Materials ausgespart sind, so dass sich die Stifte im Wesentlichen nicht über das isolierende Material hinaus erstrecken.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, das des Weiteren das Ablenken der Fasern (12) mit einer Ablenkvorrichtung (24) vor dem Sammeln der Fasern (12) auf der Formfläche umfasst.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein elektrisches Potenzial von den Vorsprüngen (21; 211) an der ersten Seite zu den Vorsprüngen (21; 211) an der zweiten Seite und zurück zu den Vorsprüngen (21; 211) an der ersten Seite periodisch verändert wird.
Vorrichtung zur Bildung eines Vliesstoffgewebes (32), umfassend: a. eine Quelle (10) von Fasern (12) b. eine Vorrichtung zum Anlegen einer elektrostatischen Ladung an die Fasern (12), wobei die Vorrichtung eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, die einander gegenüber liegend angeordnet sind, wobei die Vorrichtung eine Anordnung von Vorsprüngen (21, 211) an der ersten Seite und der zweiten Seite einer elektrostatischen Einheit (201; 251) aufweist; und c. eine Formfläche zum Sammeln der Fasern (12), und dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatische Ladung zwischen der Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der ersten Seite und der Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der zweiten Seite erzeugt wird; und die Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der ersten Seite und die Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) der zweiten Seite einander gegenüber liegend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Anordnung von Vorsprüngen (21; 211) an der ersten und der zweiten Seite eine Anordnung von Stiften umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Anordnung von Stiften der ersten Seite und die Anordnung von Stiften der zweiten Seite innerhalb eines Hohlraums eines isolierenden Materials ausgespart sind, so dass sich die Stifte im Wesentlichen nicht über das isolierende Material hinaus erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, bei der die Quelle (10) von Fasern (12) eine Spinnplatte aufweist, der ein oder mehrere Polymerwerkstoffe zugeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, die des Weiteren eine Faserzieheinheit (14) aufweist, wobei sich die Faserzieheinheit (14) unter der Quelle (10) von Fasern (12) und der Vorrichtung zum Anlegen einer elektrostatischen Ladung befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, die des Weiteren eine Ablenkvorrichtung (24) aufweist, die sich unter der Vorrichtung zum Anlegen einer elektrostatischen Ladung und über der Formfläche befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei der die Vorrichtung zum Anlegen einer elektrostatischen Ladung eine Reihe von mindestens zwei getrennten elektrostatischen Ladungsfeldabschnitten entlang einer Länge der elektrostatischen Einheit aufweist, wobei jeder Ladungsfeldabschnitt eine Anordnung von Stiften an jeder Seite der Vorrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der ein elektrostatisches Ladungsfeld erzeugt wird zwischen einer ersten Anordnung von Stiften an der ersten Seite der elektrostatischen Einheit und ersten Anordnung von Stiften an der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit, so eingerichtet, dass die Stifte der ersten Seite und die Stifte der zweiten Seite einander gegenüber liegend angeordnet sind, und ein zweites elektrostatisches Ladungsfeld erzeugt wird zwischen einer zweiten Anordnung von Stiften an der ersten Seite der elektrostatischen Einheit und einer zweiten Anordnung von Stiften an der zweiten Seite der elektrostatischen Einheit, so eingerichtet, dass die Stifte der ersten Seite und die Stifte der zweiten Seite einander gegenüber liegend angeordnet sind.