間斷性地向纖維襯墊上噴射細粒粉末材料的方法和設備的製作方法
2023-06-08 09:42:21
專利名稱：間斷性地向纖維襯墊上噴射細粒粉末材料的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及到製造一種含有粉末層的纖維襯墊的方法及設備，並詳細探討周期間斷性地向移動的纖維襯墊的預定位置上噴射細粒粉末材料，以便在纖維襯墊的預定區域形成細粒粉末層的方法和設備。
衛生用品，如一次性嬰兒尿布、衛生紙巾、排洩失禁病人用的墊褥及病床床單，必須具有較高的吸水量，以便在適當的一段時間內能吸附排出的體液。早期的這類衛生用品，使用纖維素填料、疏鬆纖維素或脫脂棉作為吸水材料。這些材料的問題是，與其體積相比，其吸水量比較小。為了提高這些材料製成的衛生用品的吸水量，必須增大吸水材料的體積。這樣就使得產品體積龐大，在很多衛生用品中是不能接受的，特別是衛生紙巾。
為了縮小衛生用品的體積及尺寸，並增加其吸水量，現已開發出具有較高吸水能力的吸水材料，並與由纖維蓬鬆物，木漿，紡織纖維或其它無紡纖維材料複合而成的吸水纖維材料結合使用。這些對水和體液有較高吸水能力的材料，在技術上是已知的，通常含有不溶解性防水有機化合物。這些化合物部分或全部是合成的，商業上可提供細微粒型的產品。多種在纖維襯墊表面或內部確定位置並頒高吸水材料的技術已經被開發出來。現有一種將粉末與纖維襯墊結合的技術方法是，在襯墊的頂層表面加上粉末。例如，美國專利No.4，800，102介紹了一種通過可轉動的園盤向纖維襯墊噴射粉末的方法和設備，該園盤上至少有一個開口，不斷來自噴射設備的粉末通過它到達襯墊。該設備還包括配置在上方並緊密靠近園盤的刮板，用於使粉末通過開口離開園盤表面;下部粉末接收器安裝在刮板的下方，以收集由刮板刮偏了的粉末材料;上部粉末吸入器安裝在圓盤上方，靠近刮板，可有效地從圓盤上除去任何刮板末能送入開口的粉末。由下部粉末接收器和上部粉末吸入器回收的粉末料將輸送回供粉裝置。美國專利No.4，861，405公開了一種向多層連續片狀基層材料頂層表面上噴射粉末的方法和設備。這項專利中介紹的系統是利用連續片狀基層材料的速度，在其預定表面產生預定厚度的氣流區，利用多層連續片狀材料的預定表面接近時，空氣流動壓力減小而產生的減壓現象，將粉末通過導管以自由下落的方式連續地輸送到氣流區，粉末被吸向多層連續片狀基層材料的預定表面，並附著在上面。
美國專利No.4，882，204公開的另一種方法是，在一按鈕式噴霧器的容器中裝入有吸水性的粉末微粒，利用其噴嘴製成整個厚度和寬度上均有較高吸收能力的嬰兒尿布。噴射力使得許多粉末顆粒進入尿布的內層。
美國專利No.4，675，209還公開了一項將具有較高吸水能力的材料加在移動著的襯墊的上層表面的技術方法，該方法包括如下步驟在襯墊的精確確定的區域塗布上能溶解的、有附著性的膠膜，用吸水性的材料覆蓋這些區域，最後除去未附著在覆蓋區域的多餘材料。
另一種將吸水材料與纖維襯墊結合的已有技術方法是，在製作腔中將具有較高吸水能力的材料與纖維材料相混合。美國專利No.4，927，346公開了一種製造含有纖維材料的無紡襯墊的設備，這種纖維材料在整個預定的厚度下與高吸水性顆粒相混合，無紡襯墊在通過製作腔的輸送設備的表面製成，該製作腔內有一導管，與一真空設備相連，可將注入容器中的纖維材料吸到輸送設備上，輸送設備頂部的噴槍以預定的速度噴出吸水材料，這樣，吸水材料將貫穿無紡襯墊的中心層與纖維材料混合，同時，在其中心層的兩邊實際上沒有吸水材料。噴槍可間歇性操作，以便沿著無紡襯墊的長度和寬度方向形成有一定間隔、嚴格確定的區域，在襯墊上，每一個區域都在一定的厚度區域上散布著吸溼材料。
上述傳統裝置，除通過製作腔內的輸送裝置損失吸水材料外，還存在著其他問題。另外，已有的製造在整個長度和寬度上頒著高性能吸水材料的襯墊的方法，造成了實際的浪費，因為在後續的製作過程中，無紡襯墊將被切成衛生用品要求的長度。現有的製造頂層表面具有吸水材料的襯墊的方法，也有其缺點，無紡襯墊的吸收能力實際上受到了限制，這導致產生「凝膠阻塞物」，襯墊頂部浸滿液體，阻礙了將液體輸送到襯墊的剩餘部分。結果是，液體存在於襯墊的表面，與衛生用品的穿用者接觸，引起不適。這些方法的另一個弱點是，吸溼材料具有細粒或顆粒狀形式，可從端部未加密封的一類襯墊中取出。
現代衛生用品的產品技術規範要求高吸水性材料應置於纖維襯墊的中心，不可延伸到襯墊的邊緣或端部。另外，使用吸水材料時必須不破壞纖維襯墊或從中洩漏。但是，傳統的設備和技術，例如以上討論的，尚不能完全有效地製造出在預定的厚度，長度和寬度上分布著細粒粉末材料的纖維襯墊。另外，傳統的製作技術還不足以將粉末材料以大致均勻的方式輸送，而這種輸送方式，易於將粉末分布到纖維襯墊內預定的位置及分布圖案上。
本發明旨在提出一種方法和設備，用於向移動著的纖維襯墊的預定位置上噴撒細粒粉末材料，以便在襯墊的預定厚度內及預定的表面上形成粉末材料層。本發明的設備包括一個提供細粒粉末材料的供料源，細粒粉末材料從供料源被輸送到供料器料鬥，體積定量供料器出口處有一定量輸送螺杆和管套，以做到精確定量出料，然後，細粒粉末材料被風送到噴嘴，細粒粉末材料連續地流過噴嘴，在噴嘴的出口處噴出。噴嘴的入口附近安裝有一個固定軸銷，中心附近安裝有一個活動軸銷。噴嘴以可變化的速度，相關於固定軸銷在第一位和第二位置之間運動。粉末分送器布置在噴嘴出口的一側，處在第一位置和第二位置之間。噴嘴的運動由與活動軸銷相連的偏心輪驅動裝置控制。
偏心輪驅動裝置的運動動力產生於主機的主動軸，主動軸控制纖維襯墊移動的速度。在主機的主動軸和編碼器之間裝有可調整的差動齒輪箱，用以協調在纖維襯墊的預定位置噴撒細粒粉末材料。編碼器由齒輪箱的傳動軸驅動，這樣，編碼器在每個製造周期旋轉一周。可編程控制器與編碼器的輸出端和伺服電機聯通。伺服電機通過偏心軸與噴嘴的可活動軸銷相連。可編程控制器驅動伺服電動機在每個製造周期中以可變速度運動。
噴嘴的運動動力使得噴嘴在第一位置和第二位置之間擺動。這樣，當噴嘴通過粉末分送器的軸線時，噴嘴出口處連續的細粒材料流就被分隔成第一和第二兩束間斷的材料流。第一束細粒粉末材料流噴射到以預定的速度移動的纖維襯墊上的預定位置上，以便在纖維襯墊的預定厚度內形成細粒粉末材料層。
在本發明的優選實施例的設備上，設置了回收裝置，用以接收第二束顆粒粉末材料流，並將其風送回定量供料器料倉。回收裝置包括一個旋風分離器，將細粒粉末材料由輸送氣流中分離出來。細粒粉末材料通過一個翻轉空氣塞從旋風分離器排出，自由落回到定量供料器料倉。
本發明的方法和設備，使得準確定量的細粒粉末材料能夠以較原有技術和設備更精確的方式噴射在移動的纖維襯墊上。另外，回收裝置的使用，減少了用於每次生產的細粒粉末材料的用量，因而降低了原材料成本。
圖1為本發明間斷細粒粉末材料噴粉設備側視示意圖。
圖2為本發明輸出體積確定的供料器示意圖。
圖3為本發明輸出體積確定的供料器中定量螺杆及噴嘴管套立視圖。
圖4為換向噴嘴側視示意圖及換向裝置側視斷面圖。
圖5是根據本發明方法與設備設計的換向噴嘴運動控制裝置側視示意圖。
圖6為本發明的一個製造周期內的伺服電機速度曲線圖。
圖7是使用本發明方法與設備制出的，在指定位置具有細料粉末材料的纖維襯墊的俯視圖。
圖8是圖4中在預定厚度口具有細粒粉末材料的纖維襯墊的斷面圖。
參見圖1，圖中給出了設備10的圖示，該設備用於間斷地向移動的纖維襯墊噴射細粒分末材料。本發明的設備10可用於如碳酸氫鈉、高吸水性聚合物及其它用於一次性尿布、衛生紙巾和排洩失禁病人用的墊褥等衛生用品中的粉末材料。設備10包括細粒粉末材料供料源12。供料源12可以是一個貯存筒或其它適合存貯細粒粉末材料的容器。供料源有一個出口14，可按裝導管16。導管16伸到供料源的底部。鼓形減壓輸送器18通過導管16與供料源12連通。鼓形減壓輸送器有一個真空源，可用於將細粒粉末材料從供料源12風送到輸出體積確定的乾燥材料供料器22的堆料倉20。鼓形減壓輸送器上的自動控制系統(圖中未表示)與位於堆料倉20內的高、低位置上的傳感器連通，通過該系統的動作，將堆料倉20內細粒材料的料位高度保持在高低位傳感器之間。這個保持細粒粉末料位高度的系統是傳統的系統，在技術上廣為人知，任何適用於保持所謂標高的系統都可用於此。
參看圖1、2和3，定體積供料器22包括一個位於堆料倉20下方的供料倉24。美國專利No.4，770，344介紹了一種適用於本發明的定體積乾燥材料供料器的例子，本發明參考了該例子。供料器22還包括一個外置的攪棒(圖中未表示)，用於破壞搭橋現象，並使得細粒粉末材料達到一致的堆密度。安裝在供料倉內底部的是一根定量輸送螺杆26和噴嘴管套27。定量輸送螺杆26由電動機28按預定的速度驅動。定量輸送螺杆26的旋轉，將準確定量的細粒粉末材料從供料倉24，經過倉內底部的出口30排出。定量輸送螺杆26和噴嘴管套27的設計，試圖改善從出口30排出的細粒粉末材料瞬間定量的一致性。出口30通向一臺粉末泵32，該泵接到定量準確的細粒粉末材料，將其吸入氣流中，以通過與出口30相連的柔性軟管34輸送出去。
現在參看圖4，圖中畫出了換向裝置36，其中包括噴嘴38，它的入口40與柔性軟管34相連，以接收通過柔性軟管34輸送過來的帶有細粒粉末材料的連續氣流。噴嘴38是一個普通的筒狀部件，它的內部是空心的，出口42處為尖錐體，其橫截面為矩形(圖中未表示)。含有細粒粉末材料的連續物料流通過噴嘴38，在出口42處噴出。噴嘴38的尖錐形狀和出口42的矩形橫截面相結合，將噴出出口42的細粒粉末材料聚集中的、輪廓清晰的連續粉末材料流。刃狀連續流分送器41為楔形物，其厚端為43，向薄端45逐漸變尖。沿著與連續流分送器41垂直的方向其截面為矩形。固定軸銷44安裝在入口40附近，編心軸46安裝在噴嘴38的中心附近，並在園盤48的外緣附近與其相連，通過作用於偏心軸承46的運動控制裝置的作用，噴嘴38可在第一位置47和第二位置49間運動。隨著噴嘴38在第一位置47和第二位置49之間擺動，每次噴嘴38經過連續流分送器41的表面時，從出口42噴出的連續物流將被分割為兩束間斷的細粒粉末材料流。根據本發明的方法，作為形成的兩束間斷材料流的例子，圖4表示了當噴嘴38按47-49-47-49-連續流分送器所在平面的順序運動時，形成的第一束間斷的細粒粉末材料流51和第二束間斷的細粒粉末材料流53。
參見圖1和圖4，輸送帶50位於噴嘴38下方。輸送帶50繞過滾筒52和54，其中驅動滾筒54由電動機(圖中未表示)以預定速度驅動。該電動機帶有主動軸56，它以預定速度轉動。被拉伸了的纖維襯墊58置於輸送帶上，按箭頭所示方向移動。如下將詳細介紹，第一束間斷的細粒粉末材料流51被噴撒在移動襯墊58的預定位置。
在本發明的可供選擇的具體設備上，可使用回收設備60。回收設備60包括一個換向裝置62，它有一個矩形入口64，用於接收第二來細料粉末材料流53。入口64的截面長度最好是起碼和噴嘴42的截面長度相等，以便使第二束間斷材料流能完全進入入口64。泵66用於將第二束細粒粉末材料流通過管道67風送到旋風分離器68。旋風分離器68將細粒粉末材料從用於風送第二束細粒粉末材料的輸送氣流中分離出來。然後，細粒粉末材料通過翻轉空氣塞70從旋風分離器中排出，自由落回定體積輸送器22的堆料倉20。
圖5為轉向噴嘴38運動控制系統示意圖。噴嘴38的運動動力產生於主機的主動軸56。主機的主動軸56通過皮帶76與可調差動齒輪箱72的主動軸74相連。編碼器78連接到差動齒輪箱72的從動軸80。差動齒輪箱是可調的，以便編碼器78在每一個生產周期旋轉一周。這就使設備能夠準時將細粒粉末材料噴撒在纖維襯墊58的預定位置上。編碼器78的輸出信號79為可編程控制器82接收。該控制器82與伺服電機84連通，電機的軸86與圓盤48連接。可編程控制器82驅動伺服電機84，以使其軸86在一個生產周期內具有可變化的速度曲線，如圖6所示。另外，伺服電機84的變化的速度曲線將按照主機驅動軸56的預定頻率循環。
在運行中，載有纖維襯墊58的輸送帶50以預定速度移動。同時，精確定量的連續細粒粉末材料流通過噴嘴38的出口42噴射出來。由編心軸46驅動。噴嘴38在第一位置47和第二位置49之間按照伺那電動機84的變化速度曲線運動，並按預定的頻率循環。舉一例說明，假設噴嘴38可能從第一位置47開始(對應於伺服電機84變化速度曲線上的位置A)，快速到達分送器41的薄端45(對應於位置B)。直到此點，細粒粉末材料都流進行了換向裝置62的入口64。當噴嘴38快速越過分送器41所在的平面時，由於伺服電機48速度變化，噴嘴運動速度減慢，到達第二位置49(對應於位置C)，並開始返回分送器41的薄端45(對應於位置D)，在這個過程中，細粒粉末材料被噴射到了纖維襯墊58的預定位置上，以在纖維襯墊58的預定厚度內形成細粒粉末材料層。然後，噴嘴38快速返回到第一位置47(對應於速度曲線上的位置E)。對於每一個生產周期，該循環不斷重複。一種典型情況是，本發明可每分鐘運行600個生產循環。
換向噴嘴38最好與纖維襯墊58的運動方向成一定角度，給預細粒粉末材料一個與移動襯墊58相同方向的速度分量，以減少細粒粉末材料從襯墊58「濺落」。楔形分送器和噴嘴38通過分送器41所在平面時的快速運動相結合，每當噴嘴38越過分送器41所在平面時，都整齊地將細粒粉末材料流截斷。這就使得分送設備36能夠產生界限明確的第一和第二束間斷細粒粉末材料流。
如圖7所示，纖維襯墊58即為本發明的方法和設備產生的效果，沿著纖維襯墊58，在選定的區域噴撒細粒粉末材料88。在製造最終的衛生用品的後續步驟中，沿著切割線90將襯墊58切開，形成單獨的纖維墊91。另外，如圖8所示，第一束噴射到襯墊58上的間斷細粒粉末材料流的噴射的速度必須經過選擇，以使得在每一塊纖維襯墊91上，細粒粉末材料形成的材料層92在預定的厚度內。
按照現行衛生用品規範，本發明中的方法與設備能滿足粉末材料88位於各單獨的纖維襯墊91的中心，而不延伸到邊緣和端頭的要求。粉末材料形成的圖案89的寬度取決於噴嘴38的出口42的矩形截面的長度。可編程控制器82通過伺服電機84控制噴嘴38的運動，它的使用，使得能夠「調整」細粒粉末材料出料的輪廓，並可通過選擇可編程控制器82的適當的控制程序，快速改變粉末材料圖案89的長度。例如，如果在每一個生產周期內，伺服速度保持恆定，制出的粉末材料圖案的長度將小於圖案89。另一方面，如果在每一個周期的開始和結束點附近，提高伺服速度，或者在每個周期的中間降低伺服速度，將產生長於圖案89的圖案。通過調整差動齒輪箱72，可將每一片單獨的墊91加長或縮短。每塊單獨的墊91的長度決定於主機主動軸56每一生產周期內的轉數。為加長或縮短圖案89的長度，齒輪箱72是可調的，以使得編碼器78在主機主動軸56的很大的轉數範圍內轉一圈。
本發明提供了一種方法和設備，用以將準確定量的細粒粉末材料噴撒到移動的纖維襯墊上。另外，在物流分送器的回收側使用了回收裝置，用以回收細粒粉末材料，使得粉末用量較少，導致了較低的原材料成本。一種典型情況是，本發明中的設備在每個生產周期中平均使用0.15g細粒粉末材料。
就以上介紹的設備，將發明進行了詳細的圖示和介紹後，熟練本技術的人士就會明白，在不離開本發明的精神和實質的範圍內，可做出上述和其他各種各樣的變化，這些變化都屬於本發明範圍內並由附後的權利要求書加以限制。
權利要求
1.用於向纖維材料襯墊上噴撒細粒粉末材料的設備，其特徵包括輸送帶裝置，承載上述的纖維襯墊，並使其在水平方向按預定速度移動；設有引入口和輸出口的供料器；適用於接收上述細粒粉末材料的引入口及適用於產生上述細粒粉末材料的連續物流的輸出口；以及安裝在上述輸送帶裝置上方的分送裝置，用於將細粒粉末材料的連續流分為第一和第二束間斷的細粒粉末材料流，其中第一束間斷物流被噴射到上述以預定速度移動的纖維墊的預定位置上，以在上述纖維襯墊的預定區域內形成細粒粉末材料層。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵還包括用於上述細粒粉末材料的供料源，及安裝在上述供料器上方的輸送裝置，用於將上述細粒粉末材料從上述供料源風送到上述供料器的引入口。
3.如權利要求1所述的在上述纖維襯墊的預定厚度內形成上述細粒粉末材料層的設備。
4.如權利要求1所述的設備，其特徵在於分送裝置包括可以在上述預定頻率範圍在第一位置和第二位置間運動的噴嘴，該噴嘴有一個輸出口，可將上述連續細粒粉末材料流對準上述纖維襯墊的預定位置。
5.如權利要求4所述的設備，其特徵是上述噴嘴布置在一定的角度上，以使得從該噴嘴射出的連續粉末材料流具有同移動纖維襯墊相同方向的速度分量。
6.如權利要求4所述的設備，其特徵是分送裝置還包括楔形連續流分送器，安裝在噴嘴出口的一側、位於上述第一和第二位置之間，以致每當噴嘴越過連續流分送器所在平面時，上述連續細粒粉末材料流被分割成上述第一和第二兩束間斷的物料流。
7.如權利要求1所述的設備，其特徵是分送裝置包括具有引入口、尖錐形出口的噴嘴，靜止軸銷在引入口附近與噴嘴相連，運動軸幾乎在該噴嘴的中間與其相連，上述噴嘴的引入口被連接到供料器的出口上，以接收上述連續的細粒粉末材料流，在運動軸的驅動下，該噴嘴可相關於靜止軸銷在第一和第二位置之間運動;
8.如權利要求7所述的設備，其特徵是分送裝置還包括控制裝置，用於以預定的頻率按上述變化的速度驅動噴嘴在第一位置和第二位置之間運動。
9.如權利要求8所述的設備，其特徵是控制裝置包括編碼器;以及可調差動齒輪箱，用於驅動所述編碼器，以致在主機驅動軸的較大的不同速度範圍內，編碼器按預定頻率轉動。
10.如權利要求9所述的設備，其特徵是上述控制裝置還包括連接到上述噴嘴運動軸上的伺服電動機;及與上述編碼裝置的輸出及上述伺服電動機連通的可編程控制器，用於控制伺服電動機的伺服速度，以使得該伺服電動機按預定的頻率以變化的速度運轉。
全文摘要
向移動纖維襯墊周期間斷噴撒細粒粉末材料的設備與方法。該設備包括一個輸出體積確定的乾燥材料輸送器，用以形成一束連續的細粒粉末物料流。然後，這束連續的物料流通過噴嘴內輸送，從出口處噴出，由運動控制系統控制，噴嘴可在第一和第二位置之間運動。運動控制系統包括一個差動齒輪箱和一個編碼器，用以協調在纖維襯墊的預定位置上噴撒粉末。連續物流分送器安裝在噴嘴出口一側，第一位置與第二位置之間。在運行中，運動動力驅動噴嘴在第一位置和第二位置之間擺動。
文檔編號C08J3/00GK1080513SQ92114369
公開日1994年1月12日 申請日期1992年12月12日 優先權日1991年12月12日
發明者K·A·佩利 申請人:麥克尼爾-Ppc公司