製備亞微米纖維和無紡織物的方法和設備以及包含它們的製品的製作方法

2023-05-08 09:48:56

專利名稱：製備亞微米纖維和無紡織物的方法和設備以及包含它們的製品的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及製備亞微米纖維，且更確切地涉及通過聚合物膜的原纖維化形成亞微米纖維的方法和設備，以及引入它們的無紡材料和製品。
背景技術：
連續和不連續絲紡絲技術是已知的技術，並通常被稱作熔融紡絲技術。熔融紡絲技術均包括熔噴方法或紡粘方法。紡粘方法涉及提供熔融聚合物，其然後在壓力下通過被稱作噴絲板或模頭的板中的大量的噴絲孔被擠出。所得到的連續絲被驟冷並通過許多方法中的任何方法來牽引，如槽式牽引系統、衰減槍(attenuator guns)或牽伸輥。連續絲在移動的有小孔的表面如絲網傳送帶上被收集為鬆散的纖維網。當為了製備多層織物而串連使用一個以上的噴絲板時，後面的纖維網在前述製備的纖維網的最上層表面被收集到。熔噴方法涉及製備無紡織物層的紡粘過程裝置，其中熔融的聚合物在壓力下通過噴絲板或模頭的噴絲孔被擠出。高速氣體在絲線離開模頭時撞擊絲線和使絲線變細。這個步驟的能量是使得形成的絲線的直徑非常大地減小並斷裂從而產生具有不確定長度的微纖維。這個方法不同在於絲線的連續性得以保留的紡粘方法。溶融坊絲設備製造公司,如 Reifenhauser、Ason Neumag> Nordson 禾口 Accurate Product已設計了大量的提供多種的所期望特性的熔噴和/或紡粘製造模型，所述所期望特性舉例而言如提高的聚合物產量、更好的工藝空氣流或聚合物分布的控制和提高的對絲線偏離的控制。US 專利 4708619、4813864、4820142、4838774、5087186、6427745 和 6565344 公開了處理紡粘或熔噴材料的製造設備的實例，所有上述專利都作為參考文獻引入本文。對於由包含亞微米纖維的無紡織物製備的製品存在著正在增長的需求。亞微米纖維的直徑通常理解為小於約1000納米(即1微米)。亞微米纖維網由於其高表面積、低的孔徑尺寸和其他特性而是需要的。亞微米纖維可以通過多種方法和多種材料製備。雖然已經使用了幾種方法，但每種方法都存在缺點並且生產成本效果合算的亞微米纖維是困難的。常規的熔融紡絲設備布置不能提供高主要是具有窄纖維尺寸分布的微細(包括亞微米直徑)纖維的高質量、低缺陷纖維和纖維網。製造亞微米纖維的方法包括一類用熔融原纖維化(melt fibrillation)描述的方法。非限制性的熔融原纖維化方法的實例包括噴熔、熔融纖維破裂(melt fiber bursting) 和熔膜原纖維化。不從熔體製造亞微米纖維的方法是膜原纖維化、靜電紡絲和溶液紡絲。製造亞微米纖維的其他方法包括紡制較大直徑的海島、拼合盤(segmented pie)或其它構型的雙組分纖維，該纖維然後進行進一步處理以得到亞微米纖維。熔融原纖維化是一類廣義纖維製造方法，定義為一種或多種聚合物被熔融並被擠出為許多可能的構造(如共擠出、均相或雙組分膜或長絲)然後原纖維化或纖維化成長絲。熔膜原纖維化是製造纖維的另一個方法。從熔體製備熔膜且然後用流體從該熔膜製造纖維。這個方法的兩個實例包括iTorobin的美國專利6315806、5183670和4536361以及轉讓給Akron大學的Reneker的美國專利63825洸、6520425和6695992。靜電紡絲是常用的製備亞微米纖維的方法。在這個方法的一個形式中，聚合物被溶解在溶劑中且放置在一端密封在另一端的頸縮部分有小開口的腔室中。然後在聚合物溶液和靠近該腔室的開口端的收集器之間施加高電壓。這個方法的生產速率很低且典型地生產很小數量的纖維。另一類製備亞微米纖維的紡絲技術是使用溶劑的溶液紡絲或閃蒸紡絲。熔膜原纖維化方法獲得高熔體剪切力的一個方法是通過高速氣體(即接近音速或者超音速氣體速度)。為了獲得超音速或近音速(接近音速)的速度，典型地流體需要收斂到喉部(噴嘴中最窄的部分，其中的速度到達音速水平)並然後在擴張部分膨脹。符合這些一般標準的絕熱噴嘴(通過噴嘴系統的邊界沒有熱量的獲得和損失)是現有技術中已知的，並包括所謂的Laval噴嘴。在纖維製備中使用Laval型噴嘴被公開在例如美國專利申請公開2004/0099981A1和美國專利5075161和5260003中。這些方法利用Laval噴嘴加速氣體速率至音速和/或超音速的範圍。當聚合物熔體暴露在如此高的氣體速率下，它爆裂為許多精細纖維。在排放噴嘴中他們通常使用氣體和聚合物熔體同心的輸入和傳輸， 這從設備設置複雜性和設備維護等的觀點來看並非是最佳的。但是，其他噴嘴構造，如非同心的(非環形的)的噴嘴設置也面臨著他們自己的挑戰。例如，在聚合物熔體和氣體通過獨立的並行單元引入的纖維或長絲噴嘴系統中，當纖維化氣體在具有被加熱到高溫(例如，由於聚合物熔體從那一側流動引入)的表面或壁的一側和與聚合物熔體側相比處於低溫的相對側(例如，氣體引入側)的表面或壁之間流動時會趨向於出現問題。在這樣的情形下，在現有噴嘴構造例如Laval噴嘴構造中的擴張部分中氣體流趨向於變的不穩定。這會導致聚合物剪切力的缺少、聚合物回流或在氣體通道的氣體側聚集等問題，且隨後導致不平穩變化的過多的和減少的聚合物流動和纖維化。在出現足夠的熔體聚集入上遊氣體側之後，聚合物熔體分離並且典型地作為「丸粒」(「shot」)噴出，因為熔體被局部地冷卻並由於不充分的聚合物剪切而不能再產生纖維。當作為這些變化的另一極端聚合物流供料不足時，剪切力會過高而導致不需要的塵粒(dust)。需要取得新的進步以允許在商業意義上的產量水平以更有效的方式為一次性製品生產一貫高質量的亞微米纖維。

發明內容
本發明涉及以獨特的單個步驟、熔膜原纖維化高產量方法製備的高質量、低缺陷亞微米纖維和引入該亞微米纖維的無紡織物，以及用於該目的的噴嘴裝置。在商業規模的產量下可以得到包含高質量的微纖維含量的無紡織物產品，其在一方面具有超過99%的亞微米纖維含量。增加的聚合物剪切力和聚合物回流或聚集問題的降低也可以通過本發明而實現，反之則會導致不期望的纖維缺陷如噴嘴系統內丸粒的發展。通過本發明，提供適用於多種工業和消費者護理纖維產品的具有提高的阻擋性、柔軟度、吸收性、不透明性和/或高表面積的高質量微纖維無紡織物產品。已經發現製備無紡纖維網(nonwoven web)的方法製備高質量高產量的亞微米纖維產品，該方法以如下方式實施提供在被限制在第一和第二相對壁之間的氣體通道內流動的加壓氣體流，所述相對壁分別限定上遊收斂和下遊擴張壁表面，在該下遊擴張壁表面中引入聚合物熔體以在加熱的壁表面上提供擠出的聚合物膜，該加熱的壁表面被在氣體通道內流動的氣體流撞擊，有效地將聚合物膜原纖維化為亞微米直徑纖維。「收斂」是指在氣體流動方向上橫截面積減小，且「擴張」是指在氣體流動方向上橫截面積增加。在一個實施方案中，氣體通道包括氣體從入口端進入其中的第一上遊部分，過渡區，和在其中氣體流到出口端的第二下遊部分，其中過渡區域流體地(fluidly)將第一部分連接到第二部分，並且氣體通道結束於第二部分的出口端。在特定的實施方案中，氣體通道的第一部分具有從入口端到過渡區單調減小的橫截面積，且氣體通道的第二部分具有從過渡區到第二部分的出口端單調增加的橫截面積。至少一個流動的聚合物流體通過至少一個有界限的 (bounded)結束於所述至少一個相對的加熱壁中的至少一個開口的聚合物通道傳送。聚合物在傳送中被充分加熱以使其可流動並保持其可流動直至被引入到氣體通道中。每一個聚合物流體流從每一個開口以膜的形式擠出。每一個擠出的聚合物熔膜與氣體流結合且聚合物膜被原纖維化以形成包含亞微米纖維的纖維，從氣體通道的第二部分的出口端離開。對於本申請目的，「單調減少的橫截面積」指從上遊噴嘴部分的上(入口)端到下端「嚴格地減少的橫截面積」，且「單調增加的橫截面積」指從噴嘴的下遊部分的上端到出口端「嚴格地增加的橫截面積」。雖然不希望被任何理論所限制，但是據信如本文所述將加熱的聚合物作為膜引入到部分限定了噴嘴內氣體通道的加熱的支撐壁上，使得可以以增強的方式維持並控制氣體流動均勻性以使得原纖維化的纖維產品具有有利地趨向或甚至完全處於亞微米纖維尺寸範圍內的改善的尺寸分布。在特定的實施方案中，每一個擠出的聚合物膜都在氣體通道的第二部分中與氣體流結合。在噴嘴系統的第二部分中將聚合物熔體引入到加熱的擴張支撐壁上被發現尤其有利於在商業產量下製備高質量、高含量亞微米纖維和並得到纖維網。在進一步的實施方案中，為了製備最佳質量的纖維和纖維網，擠出的聚合物膜在第二下遊部分與氣體結合的位置取決於氣體的類型、包括角度和過渡段的噴嘴的幾何形狀和氣體的壓力，且優選如對低氣體壓力情況而言位於第二部分的上半部分，並優選如對高氣體壓力情況而言位於第二部分的下面的下遊半部分。在特殊的實施方案中，只有一種聚合物膜在至少一個相對的加熱壁上生成，氣體壓力超過約lOpsi，且聚合物膜從其中擠出的每一個聚合物通道開口都位於在過渡區域和第二部分的出口端之間的第二部分的第二下遊半部分。已經發現下遊第二部分的第二半部分可以提供最佳的氣體速率區域，其處熔膜原纖維化可以很有效地完成，得到更高質量的微纖維產品。作為本發明的另一個優點，增加的亞微米纖維產率可以在更低的氣體需求下得到。更低的氣體需求使得減少能量消耗和/或使用較小規模的單元操作而仍舊提供商業意義的亞微米纖維產量水平成為可能。在一個實施方案中，氣體流和聚合物流體流以氣體流/聚合物流體流質量流動速率比小於約40 1，特別是小於約30 1，更特別是小於約 15 1被引入到第二部分中。氣體流和聚合物流體流的質量流動比通過用通過氣體通道的每小時每米的氣體流公斤數除以通過氣體通道的第二部分中所有聚合物開口的每米每小時的聚合物流體流的公斤數來計算。
在更具體的實施方案中，每一個聚合物通道開口可以是具有定義為四倍聚合物通道開口的橫截面積除以聚合物通道開口內周長的水力直徑的狹縫，所述每一個聚合物通道開口的水力直徑的範圍在約0.001英寸到約0. 100英寸之間。聚合物膜通常具有不超過聚合物通道開口的水力直徑的聚合物膜厚度。一旦離開聚合物通道開口聚合物流體可能膨脹，例如，不囿於理論是由於離模膨脹現象。但是，聚合物流體膜厚度幾乎瞬間地變為小於或等於聚合物通道開口水力直徑。在本發明噴嘴的所述壁限定的氣體通道幾何形狀的表徵中，定義為第一部分中在第一和第二壁之間的角的角平分線的第一平分面，幾何地將第一部分分為體積大約相等的兩個半部分，且定義為第二部分中在第一和第二壁之間的角的角平分線的第二平分面，幾何地將第二部分分為體積大約相等的兩個半部分。取決於本發明的實施方案，所述平分面可以是平面或曲面，其可以通過本文的詳細描述而變得清晰。在通常的實施方案中，在第一部分中相對於第一平分面第一和第二壁的平分角在約15度到約40度的範圍內，且在氣體通道的第二部分中相對於第二平分面第一和第二壁的平分角在約2度到約20度的範圍內。噴嘴的相對壁，在該位置聚合物被引入到氣體通道中，可以進行控制以致於它們在熱性質上相似或不同。在一個實施方案中，氣體通道的第一和第二壁被加熱到幾乎相同的溫度以相對於第一和第二平分面提供對稱的熱狀態。在可替代的實施方案中，相對壁的一個可以是熱壁而另一個壁則是冷壁，其中熱壁的溫度至少比冷壁的溫度高例如50°C，且只有熱壁具有至少一個聚合物流體通道開口。在這個構造中，微纖維可以在降低生產過程複雜性和成本的熱熔體/ 「冷」氣體(例如未加熱的空氣)的原纖維化環境中製備。在這個實施方案中，第二部分中的熱壁以約1度 20度的角度擴張偏離第一平分面，且第二部分中的冷壁以約0. 1度 約15度的角度向第一平分面收斂。熱壁相對於第一平分面的擴張角和冷壁相對於第一平分面的收斂角的比率可以為約1 1到約500 1。每一個聚合物通道的中心線和包含相應的聚合物通道開口的壁之間的角度可以為約10度到約100度。 從每一個聚合物通道開口擠出的聚合物膜可以與氣體流一起沿著聚合物纖維化表面流動， 其相對於第一平分面具有從沿順時針方向測量約90度到沿逆時針方向測量約45度的方向角。相對於每一個聚合物通道開口聚合物纖維化表面的長度可以小於相應的聚合物通道開口水力直徑的約1000倍。在另一個實施方案中，氣體通道的第一和第二壁光滑地彎曲以使得第一部分的相對壁的曲率在氣體通道的最小橫截面積區域中以沒有任何尖銳邊緣的方式光滑地過渡到第二部分中相對壁的曲率。氣體通道第二部分中的相對壁可以彎曲以使得從氣體通道的第二部分內來看熱壁具有遠離第二平分面彎曲的凸起形狀而冷壁則具有朝向第二平分面彎曲的凹下形狀。在氣體通道第二部分中熱壁的曲率半徑和冷壁的曲率半徑的比率範圍為約 1 10000 約100 1。氣體流以約150千克每小時每米 約3500千克每小時每米的質量流動速率被引入到氣體通道中。在本文所描述的製備包含亞微米纖維的無紡纖維網的方法中使用的噴嘴代表了本發明的另一個實施方案。本發明的噴嘴裝置不限定於任何特殊的類型的聚合物材料或原纖維化氣體並且允許為了具體的應用從各種不同的聚合物材料之中獨立地選擇聚合物。具體而言，原纖維化氣體是氣態材料如空氣、氮氣、蒸汽等。所述氣體可以使用其中的單個類型的氣體或使用不同氣體的混合物。此外合適的氣體可以包括反應性氣體或具有反應性組
6份的氣體，或其混合物。在實施方案中，對噴嘴壁材料氣體通常可以是惰性的。對於本文目的，術語「噴嘴系統」和「噴嘴」是可以互換使用的。本發明所提供的高質量微纖維以具有最小纖維缺陷的窄纖維尺寸分布進行提供。從本發明的方法直接收集的粗無紡纖維網產品材料通常可包括超過35%，特別是超過 75%，且更更特別是超過99%的亞微米纖維。纖維直徑分布的標準偏差通常小於約0. 5微米，特別是小於約0.3微米。本發明也可以用於熔噴纖維範圍內的微纖維的生產。本發明可應用於各種聚合物材料。所述纖維可包含聚合物，例如選自聚烯烴、聚酯、聚醯胺、可生物降解聚合物、聚氨酯、聚苯乙烯、醇酸樹脂、聚羥基鏈烷酸、粘合劑和可以製造纖維的其他化合物，及它們的組合。所述無紡纖維網本身或與其他材料組合可以應用於各種製品中。所述無紡纖維網可以用於，例如，過濾器、醫用服裝、醫用清潔布、防潮建築材料、繃帶、防護衣、 電池隔膜、催化劑載體、尿布、訓練短褲(training pants)、成人用失禁墊、女性用品如女性護理墊和衛生墊、棉塞、個人清潔製品、個人護理製品以及個人護理用毛巾如嬰兒毛巾、臉部毛巾、身體毛巾和女性毛巾及它們的組合中。本發明的其他特點和優點通過下列的詳細描述、附圖和後附的權利要求書可以變得非常清晰。附圖簡述

圖1是用於製造亞微米纖維的本發明的噴嘴系統的放大的普遍代表性的截面圖。圖2是根據用於製造亞微米纖維的本發明的實施方案，取自圖12所示具有單個聚合物熔體引入通道的噴嘴系統的說明性的實施方案的120部分的截面圖。圖3是根據用於製造亞微米纖維的本發明的另一個實施方案的具有多個聚合物熔體引入通道的噴嘴系統的說明性的實施方案的截面圖。圖4是根據用於製造亞微米纖維的本發明的另一個實施方案，在下遊噴嘴部分包括在聚合物引入側具有擴張壁和相對的收斂壁的噴嘴系統說明性實施方案的截面圖。圖5是根據用於製造亞微米纖維的本發明的另一個實施方案的具有彎曲壁表面的噴嘴系統的說明性實施方案的截面圖。圖6是根據用於製造亞微米纖維的本發明的另一個實施方案的包括限定的衝擊表面的噴嘴系統的說明性實施方案的截面圖。圖7是根據圖6的噴嘴系統的下遊部分的放大的截面圖。圖8是根據用於製造亞微米纖維的本發明的另一個實施方案，在上遊和下遊部分對於氣體通道具有曲面平分面的噴嘴系統的說明性實施方案的截面圖。圖9是圖8的噴嘴系統的可選擇實施方案的截面圖。圖10是用於製造亞微米纖維的本發明的另一個實施方案的噴嘴系統的說明性實施方案的截面圖。圖11是圖10的噴嘴系統的可選擇實施方案的截面圖。圖12是圖1的噴嘴系統的立體視圖。圖13是圖12的噴嘴頂面的俯視圖。圖14是圖12的噴嘴底面的俯視圖。圖15是具有丸粒的微纖維的SEM顯微照片(500 X)。圖16是具有很少或沒有丸粒的微纖維的SEM顯微照片(500X)。
圖中所示的特徵並不必要按照比例繪製。除非另有說明，在不同圖中編號相同的要素代表相同的組件。
具體實施例方式雖然本發明允許以各種形式的實施方案存在，但在圖中所示的和稍後描述的是本發明當下優選的實施方案，並應理解所作的公開應看作是本發明的範例，而不應把本發明限定於特定的實施方案。參見圖1，描述了用於製造纖維的一般噴嘴系統800，並且作為例子，圖示了環形的軸對稱的系統。氣體在單元700被加壓，氣體流3從此處被供應且進入具有通常收斂的幾何形狀的第一噴嘴部分8並流向和通過過渡區域9，且然後在通過出口平面101離開噴嘴系統進入大氣環境900之前，氣體流進入並在具有通常擴張的幾何形狀的第二噴嘴部分 10中膨脹。過渡區域9表示其中上遊收斂部分過渡到下遊擴張部分的噴嘴的變狹窄的喉部分。過渡區域或喉部分包括噴嘴最小的橫截面積。聚合物熔體從聚合物擠出體(extrusion body)801或其他的熔融聚合物源進料給氣體通道802或噴嘴800的內部。如標於圖中的非限制性虛線804-805所示，聚合物熔體可以被引入噴嘴800中的任何位置，只要滿足在噴嘴800的內加熱壁表面803上提供聚合物膜，其被在氣體通道802中流動的氣體流3衝擊， 有效將聚合物膜原纖維化為亞微米直徑的纖維。參見圖2，根據本發明的實施方案圖示了用於製造微纖維，且尤其是以纖維網或墊形式包含亞微米直徑纖維的無紡織物產品的噴嘴系統1。示於圖2的噴嘴系統1作為例子圖示了對稱的氣體通道4。聚合物流體流2沿著彎曲的、直的或其他合適幾何形狀的聚合物通道200被引入到噴嘴系統1中。假想的平分軸或平面7幾何地平分第一部分8中的相對壁51和61之間的空間，並也平分第二部分10中的相對壁5和6之間的空間。可以理解， 如果相對壁是直線型(即通常的平面)斜面，那麼平分線7是平面，而當相對壁彎曲以提供連續的同心表面時，那麼平分線7是縱軸。如果他們是相對傾斜的通常的平面壁，那麼也提供連接所述相對的傾斜壁(5、6和51、61)的空間分隔的直立的在前面和在後面的側壁，以有效的以流體密封方式完成對氣體通道4的包圍。例如，在圖2中示出了後側壁43。相應的前側壁是類似的，但為簡化該示例而沒有示於圖2中。進一步參考圖12，以顯示後側壁43和前側壁44的方式圖示了相同的噴嘴系統1。 壁43和44各自以流體密封的形式連接到模頭組件121和122的相對末端1210/1211和 1221/1222，組件121和122包括上述限定延伸通過噴嘴第一和第二部分的氣體通道的相對壁。模頭和末端壁組件可以由例如聚合物、金屬、陶瓷等材料製成，其可以通過例如模製、鑄造、機械加工等成型為合適的形狀，且它們是可以耐受例如本文所述的微纖維生產工藝條件的組件。在圖12中，被相對壁所限定的堆疊的(stacked)雙漏鬥形的位置和形狀由在末端壁43和44的虛線來表示以有助於圖示，雖然可以理解末端壁43和44封閉了氣體通道4 和噴嘴前和後相對末端。如圖12所示，上噴嘴入口 41是分別限定在模頭121和122的上邊緣510和610之間的空間。噴嘴出口 42是分別限定在模頭121和122的下邊緣500和 600之間的空間。圖13和14分別示出了被模頭組件121和122限定的噴嘴入口開口 41和噴嘴出口開口 42的噴嘴入口橫截面1001(由圖13中被限定在邊緣610和510之間的剖面區域表示)和噴嘴出口橫截面1002(由圖14中被限定在邊緣500和600之間的剖面區域表示)。 圖13也示出了限定在位於噴嘴入口 41和過渡區域9之間的相對壁位置1004和1005(由點劃線表示)之間的中間橫截面1003。圖14也示出了限定在位於噴嘴過渡區域9和噴嘴出口 42之間的相對壁位置1007和1008(由點劃線表示)之間的中間橫截面1006。在圖 13和14中，在給定的圖中不可見的限定氣體通道的模頭邊緣的位置通常以虛線標示。如圖所示，在入口 41並穿過中間面1003並進一步直到到達過渡區域9之間在下遊方向第一部分8的橫截面積在減少，優選至少基本連續地減少。在過渡區域9並穿過中間面1006並進一步直到到達噴嘴的出口開口 42之間在下遊方向第二部分10的橫截面積在增加，優選至少基本連續地增加。在具體的實施方案中，氣體通道4的第一部分8從供應端41到第一部分8的較低的排出端410 (即過渡區域9的起始處)具有單調減少的橫截面積1001，且氣體通道4的第二部分10從入口 420或第二部分10的起始處(即過渡區域9 較低的一端)到第二部分10的出口端42具有單調增加的橫截面積1002。這些標準也被用於本發明下述的另外的實施方案中。現在參考圖3，多個聚合物流體流2也可以同時從給料到其它通道4的多個對應的聚合物引入通道200a_d引入。聚合物流體流的數量不被限定，除非受到給定的噴嘴結構的實際限制。加壓氣體流3被引入到氣體通道4中並沿方向30從上遊噴嘴部分8通過過渡區域9流動到下遊噴嘴部分10。第一和第二相對壁5、6包含第一部分8和第二部分10。 在第一部分8中第一和第二相對壁5、6向著過渡區域或喉部9收斂，在噴嘴入口 41和噴嘴出口 42之間過渡區域或喉部9沿著假想平分面7的法線方向測量為氣體通道4最狹窄的橫截面。這樣喉部9連接第一部分8和第二部分10並將氣體從一個部分引導向另一個部分。在第二部分10中，至少一個相對壁5或6擴張偏離平面7。在這個圖例中，第一部分8 從入口 41到喉部9在氣體流動方向30上在相對壁51和61之間測量具有連續地逐漸減少的橫截面積65。第二部分10從喉部9到出口 42在氣體流動方向30上在相對的5和6之間測量具有連續地逐漸增加的橫截面積66。這些橫截面積65和66垂直於相對壁(即51、 61或5、6，視實際情況)之間的平面7在氣體流動方向3測量。聚合物流體流2在聚合物通道開口 20離開聚合物引入通道200或通道200a-d並流到相對壁5和6上，且與高流速氣體流3相混合，優選在氣體通道4的第二部分10中，生成膜11，即聚合物熔體離開聚合物通道開口擴展為膜形式的流體或均勻地展開的聚合物流體。所述一個膜或多個膜被原纖維化以形成包含亞微米直徑纖維的纖維12，在噴嘴系統1下面作為纖維網或墊材料13收集。 來自聚合物流體流2的原纖維化膜11的數量可依賴於氣體通道4中通道200a-d的位置而不同。在非限制性的實施方案中，連續或離散的熔體絲或者熔體顆粒(例如由於來自通道 200b和200c的膜11的過多剪切作用)形式的原纖維化的聚合物熔體，可以分別與來自通道200a和200d的原纖維化的聚合物熔體膜11合併。在這樣的實施方案中，如果聚合物流體流200b和200c分別與聚合物流體流200a和200d是不同的聚合物類型，那麼纖維網材料可以包含多組分纖維，或更具體而言雙組分纖維。在噴嘴系統的第二部分中在加熱的擴張支撐壁上引入聚合物熔體已被發現特別有利於在商業產量下生產高質量、高含量亞微米纖維和相應的纖維網。進入氣體通道4的聚合物通道開口 20可以具有橢圓、圓形、矩形或其他幾何形狀的截面。在每一個相對表面/壁上，可以存在單個或多個的進入氣體通道的聚合物通道開口。在優選的實施方案中單個或多個開口在較熱的一側，聚合物熔體側(例如，見稍後十分詳盡描述的圖6)。還是參見圖3，發現製造高質量纖維的聚合物通道開口 20的位置取決於使用的氣體類型、噴嘴部分的幾何形狀和氣體的壓力。在一個優選的實施方案中，進入氣體的壓力相對低，小於約lOpsi，擠出的聚合物膜在第二下遊部分10的上半部分(50% )，表示為部分 101，與氣體結合，其中聚合物熔體從氣體通道200c擠出。發現在這種情況下下遊第二部分 10的上半部分可以提供最佳的氣體速度區域，其中熔膜原纖維化十分有效地得以完成，得到高質量的微纖維產品。因此，在優選的實施方案中在進入氣體的壓力超過約10 15psi 時，擠出的聚合物膜在第二下遊部分10的較低的下遊半部分(50%)，表示為部分101以後所剩的部分，與氣體結合，其中聚合物熔體從氣體通道200a擠出。隨著氣體壓力的增加，結合氣體和聚合物流的優選位置向下遊移動，即從通道200c到通道200b到通道200d到為最高氣體壓力範圍使用的200a。取決於工藝條件如溫度、收集器距離100等等，纖維網13，如圖2 3所示，可以包括鬆散的纖維堆或纖維的自支撐的整體纖維網。纖維也可以沉積在移動的基網上以形成附加層。收集從噴嘴系統1中噴出的纖維可以以如下方式完成例如在帶或基材下面的真空或其它手段的幫助下收集到帶或基材300上以保持纖維沉積在帶或基材上直至進行進一步加工。纖維收集結構可以是，例如網或帶，穿過該網或帶的真空可以將纖維拉到該結構上。它還可以包括預先形成的纖維網。對本領域的專業技術人員來說顯而易見的是噴嘴系統能夠通過極小的改動而基本上成為狹槽設計或環形設計。雖然圖2和3示出了具有基本上扁平和對稱的幾何形狀的噴嘴，但是這僅是為了簡單的非限制性的圖例目的而示出。圖4示出了噴嘴系統1更多的細節，且在這個圖例中示出了具有被較冷的第一相對壁5限定的較冷設備側，和被較熱的第二相對壁6限定的包含聚合物熔體組件的較熱的設備側的系統。在第一部分8中軸或平面7幾何地平分相對壁5和6之間的空間，這樣也限定了收斂平分線或半角a。優選地，平分角α在0.5到89. 5度之間，更優選地在1到 45度之間，且最優選在15到40度之間。在一個實施方案中平分角α是約30度。在第二部分10中相對壁6擴張偏離軸或平面7，而第二部分10中氣體通道4的沿著垂直氣體流動方向30的方向測量的總橫截面積66，實際上仍在增長，以允許氣體在通過喉部9後膨脹。 相對較冷壁5通常相對於軸或平面7以角度θ收斂。角β從較熱相對壁6到平分軸或平面7測量得到，而角θ則從軸或平面7到較冷的相對壁5測量得到。因此，如果相對壁5 與平分軸或平面7平行則角θ為0，如果其收斂則為負值，而如果其擴張則為正值。相對壁 6具有擴張角β，其相對於軸或平面7通常應該在從約1度到小於約90度之間，或優選為約2度到小於約20度。在一個實施方案中這個擴張角是約15度。相對壁5具有相對於軸或平面7應該小於約+45度的擴張角，但優選具有從約-45度到約0度的收斂角。β和θ 的和優選應為約0. 1度到約30度。聚合物被引導通過聚合物引入通道200並通過一個或多個聚合物通道開口 20進入氣體通道4，並以膜、流束(rivulets)或中空管且優選膜的形式流到聚合物纖維化表面63 (也稱作衝擊表面)上。聚合物熔體通道200相對於較熱的相對壁6可以是不同的角度Y，可以是從垂直(90度)到幾乎平行(同向流動)於較熱相對壁表面6(約5度)或以約170度逆流的任何角度，但優選是10到100度。聚合物纖維化表面63存在於每一個聚合物通道開口 20之下(氣體流動的方向)且從聚合物熔體2引入之前具有第二相對壁6的光滑的延續，且聚合物熔體在被氣體流4纖維化之前和期間流出於其上。如果聚合物纖維化表面不是第二相對較熱壁6的光滑的延續，那麼其可以具有在聚合物流動方向上每一個聚合物通道開口之下的聚合物纖維化表面和各自的聚合物通道2 之間測量的角Φ，且小於約180度。在相對於聚合物通道具有(90-Y)度或更小的角Φ時 (在Y小於90度的實施方案中)，聚合物纖維化面63將基本上變為0。可替代的，聚合物纖維化表面63的方向可以相對於平分面或軸7測量。當相對於平分面或軸7測量時，聚合物纖維化表面方向角在從沿順時針方向測量約90度到沿逆時針方向測量約45度的範圍之內。聚合物纖維化表面63的長度「 δ 」對於具有很少的纖維缺陷如丸粒等的良好纖維化過程是關鍵的，且應小於各聚合物通道開口 20的水力直徑的約1000倍，但優選小於各聚合物通道開口 20的水力直徑的100倍。這種構造實例的原因是相對壁6被加熱以保持加壓聚合物流2熔融和流動。氣體通道4的第二部分10中的加熱壁6具有偏離中心的平分軸7 的小於45度的擴張角β，優選為約1到20度。氣體通道4的第二部分10中的與加熱壁 6相對的較冷的未加熱壁5可具有從中心軸7計算小於30度的收斂角θ，特別是為約0. 1 到15度。氣體通道4的第二部分10中的相對壁6和5各自的擴張角β和收斂角θ的比值β/θ的範圍在1 1到500 1之間。喉部9的橫截面內部幾何形狀可以是，例如矩形(若相對壁是斜面)(例如見圖幻，或可替代地可以是圓形的(若使用形成限定氣體通道的連續彎曲的內部邊界的彎曲的相對壁)。在另一個實施方案中，氣體通道4包括位於壁5 和6之間的環形橫截面空間。圖4中的壁顯示威是傾斜的、平的和平面的，但是在不同部分中所述壁可以是彎曲的。這對於壁5和6可以在第一或第二或喉部部分或它們的組合中實現。具體的非限制性的實施方案將在下面的描述中提出。參見圖5，在噴嘴系統1的另一個實施方案中，氣體通道4的第二部分10中的相對壁6和5是彎曲的。彎曲的部分可以具有約0. 004英寸到約2英寸的垂直尺寸，且熔體通道200可以具有約0. 001英寸到0. 100英寸的水力直徑。氣體通道4的第二部分10中的較熱壁6的曲率半徑巧和較冷壁的曲率半徑r2的比ri/r2可以在1 10000到約100 1 的範圍之內。參見圖6，在噴嘴系統1的另一個實施方案中，加熱壁6的幾何形狀與上面圖5中所描述的類似。但是，在這個實施方案中，氣體通道4的喉部9具有與圖2 4中的實施方案相比更長的長度。與加熱壁6相對的壁5以典型的約0.1度到約15度的角度θ朝平分軸或平面7收斂。加熱壁6以典型的約1到約20度的角度β擴張偏離平面7。如圖7清楚所示，聚合物流體流2通過一個或多個開口 20進入氣體通道4的第二部分10，且沿著相對於第二較熱壁6可以為約10到約170度，但典型的為約30到約150度，特別是約60到約 95度的角γ方向。如圖所示，加熱壁16包括直接位於聚合物引入通道2下面的尖端部分 65。該整體尖端部分65具有小於約0. 050英寸，更優選小於約0. 010英寸的聚合物纖維化表面長度。彎曲部分64直接位於尖端部分65的下方，沿下遊方向30彎曲偏離中心軸7，且與加熱壁相對的壁5沿其壁部分151向平面7收斂並且在尖端部分的下端橫向間隔和鄰近的位置152彎曲回來與平面7成90+θ的角度。彎曲的部分64在其上端限定尖端部分65 並且還幫助防止在氣體通道4內聚合物引入通道2俯近發生氣體混亂(gas disruption). 尖端部分65增強了亞微米纖維形成。在這個圖例中，尖端部分65具有面向氣體通道4的側面63，其可以基本上平坦的並限定聚合物纖維化長度δ。當角度Υ、β和α不在本文所描述的範圍內時，所述方法可能受到不利的影響。例如，其可能不利地影響纖維化、纖維尺
11寸並增加不希望的丸粒的形成。作為非限制的圖例，尖端部分65可以具有約0. 005-0. 050 英寸的垂直長度或衝擊擊長度δ，彎曲部分64可以具有約0. 040-0. 100英寸或更大的垂直尺寸，且熔體通道2可以具有約0. 001-約0. 010英寸優選0. 002-約0. 008英寸的水力直徑。參見圖8-9，這些噴嘴1的可替換的結構的氣體通道4的第一和第二壁(5、6和51、 61)光滑地彎曲以使得在這個圖例中，第一部分8中的相對壁5、6的曲率在氣體通道4的過渡區域9中以沒有任何尖銳邊緣的方式光滑地過渡到其中聚合物2被引入的第二部分10 的相對壁51、61的曲率。氣體通道4的第二部分10中的相對壁被彎曲以使得從氣體通道 4第二部分10內觀察，熱壁6具有彎曲偏離曲線平分面7的凸起的形狀且冷壁5具有朝向曲線平分面7彎曲的凹下的形狀。氣體通道4的第二部分10中熱壁6的曲率半徑和冷壁 5的曲率半徑的比的範圍在約1 10000到約100 1之間，特別是約1 4-約1 1，更特別是約1 2-約1 1。在第一第二部分8中第一和第二壁51、61的曲率半徑可以是氣體通道4的第二部分10中第一和第二壁5、6長度的約-約1000%。每一個聚合物引入開口 20尤其地可以位於第二部分10中的熱壁6中。每一個聚合物開口 20也可以位於在氣體通道4的第二部分10中熱壁6曲線長度的約20%到約80%之間。聚合物膜可以通過每一個聚合物開口 20被擠入第二部分10中，聚合物開口 20相對於氣體通道4的第二部分10中熱壁6的切線呈約20度到約160度的角度。參見圖10-11，這些噴嘴1的可替代的結構的氣體通道4的第一和第二壁(5、6 和51、61)是傾斜的和平面的，且在這個圖例中過渡區域9是位於上遊部分8和下遊部分 10 (其中聚合物2被引入)之間的不對稱的彎曲構型。用來實踐本文所描述的方法的噴嘴裝置可以構造為可裝配在常規模套(die bodies)上的夾頭(cartridge)。常規模套可以變化。但是，可以根據工業標準設備實踐將具有本發明噴嘴的夾頭安裝到模套上。例如，可採用常規螺栓設置和平整的/成型的表面把帶有所述噴嘴的模頭安裝到模套上。如果需要墊圈或密封裝置，那麼溝槽應該開於模頭的上部和/或針對每個具體模套限定位置。例如，本發明的噴嘴系統可以調整以適應標準溶坊設備，例如由諸如 Reinfenhauser、Ason-Neumag> LurgiZimmer> Accurate Products、 Nordson和Impianti等供應商供應的設備的較低的擠出體(extrusion body)。加壓氣體在常規或商業設備中可以通過與擠出機體(extruder bodies)相結合使用的氣體歧管將壓縮氣體供給噴嘴系統或通過另一個壓縮氣體源通過氣密流體管和連接器統送入噴嘴入口來將壓縮氣體供給噴嘴系統。為使用上面說明的噴嘴系統和支持設備來完成本發明的方法，聚合物通常被加熱直到其變成液體並可以容易地流動。如圖中所示，聚合物熔體通過開口 20被引入到噴嘴系統1的氣體通道4的第二部分10中，且當其沿著位於開口 20下面的壁表面6流下時生成膜，如前面所描述的那樣。為形成聚合物熔體，聚合物要被充分加熱以得到熔融的聚合物流。舉例而言並且是非限制性的，熔融的聚合物在噴嘴中的纖維化點可以具有為小於30Pa. s，特別是小於20Pa. s的正數數值且可以在0. 1到20Pa. s，特別是0. 2 15的粘度。這些粘度在從約100到約100000每秒的剪切速率下給出Q40°C)。在其從聚合物模頭的縫隙中被擠出並被引入噴嘴設備的氣體通道之時熔融的聚合物通常處於超過大氣壓力的壓力之下。
用來提供聚合物熔體的起始聚合物材料的合適的和最佳的熔體流動速率可取決於所使用聚合物材料的類型和其他的工藝條件如氣體流動性質而變化。在具有接近_18°C 的玻璃化轉變溫度的聚丙烯的情況下，合適的熔體流動速率可以是例如從約35到大於 2000分克每分鐘，優選不大於1800。熔體流動速率使用ASTM方法D-1238測量。如果所使用的聚合物材料是聚丙烯，它可以具有例如從約2.0到約4.0的多分散指數(PDI)。對於本發明的目的，PDI是對給定聚合物樣品的分子量分布的度量，其中計算的PDI等於重均分子量除以數均分子量。在本發明的方法和設備中聚合物產量將主要取決於所使用的具體聚合物、噴嘴的設計和聚合物的溫度和壓力。噴嘴系統1的總的聚合物產量超過約lKg/hr/m，特別是可以在從1到200Kg/hr/m的範圍內，更特別是10到200Kg/hr/m，且最特別是25到70Kg/hr/m。 對每個噴絲孔而言，聚合物產量可超過約1，特別是超過約50，且更特別是超過約1000克每分鐘每孔。幾個引入縫隙或孔可以同時操作以增加總的產量。總產量連同壓力、溫度和速率都在模頭噴絲孔的出口進行測量。還可以使用氣簾或其他輔助性氣體流來影響亞微米纖維從兩個或更多的噴嘴的噴射圖案。這種氣體流或氣簾可以有助於保護相鄰的噴嘴之間噴撒物的形成或可以有助於壓縮噴射圖案。氣簾或氣體流可以提高纖維網的均勻性。本發明的噴嘴系統不被限於任何特殊類型的聚合物材料並允許為了具體的產品應用而獨立的從多種聚合物材料之中選擇聚合物。用於製造本發明的纖維網的合適的聚合物材料是那些能夠使用本發明的噴嘴被原纖維化為微纖維的聚合物。這些聚合物包括，但不限定於選自由聚烯烴、聚酯、聚醯胺、可生物降解聚合物、聚氨酯、聚苯乙烯、醇酸樹脂、聚羥基鏈烷酸、粘合劑或其他可製造纖維的化合物及它們的組合所組成的組中的聚合物。聚合物材料的具體例子是，例如聚丙烯。聚合物可以進一步的選自均聚物、共聚物和複合物 (conjugates)並可以包括具有加入的熔融添加劑或表面活性劑或顏料的那些聚合物。通過使用圖示於圖3的多個聚合物通道200a_d可以同時使用一種以上的聚合物類型。在這樣的實施方案中，如前所述，可製備包含多組分亞微米纖維的纖維網13。氣態流體可以在低於聚合物熔體溫度的溫度下引入噴嘴系統，且特別是低於 100°C，更特別是低於50°C，或在室溫下(例如約30°C或更低)。氣態流體也可以被加熱，雖然對本發明的方法這並不需要。纖維化氣態流體的非限制性的實例是如空氣、氮氣、蒸汽等的氣體。其它合適的氣體可以包括反應性氣體或具有反應性組分的氣體或他們的組合。纖維化(即原纖維化)氣態流體的壓力是足以吹制亞微米纖維的正壓並且可以稍稍高於熔融的聚合物當它從其被引入噴嘴系統的氣體通道的縫隙中被擠出時的壓力。纖維化氣態流體通常具有低於IOOOpsi的壓力，特別是小於IOOpsi，更特別是約15psi到約SOpsi。所使用的氣體流動速率足以以足夠的原纖維化速率剪切聚合物膜。通過噴嘴系統的氣體流動速率通常在150千克每小時每米到約3500千克每小時每米，特別是600到2000千克每小時每米，更特別是1000到1800千克每小時每米。對於氣體質量通量，以單位時間單位面積流過的氣體單位質量計算，取決於在喉部9中相對壁5和6之間的分離程度和所使用的氣體流動速率，氣體流動的範圍在約15Kg/s/m2到約1500Kg/s/m2之間。對於本發明的目的，噴嘴 1的過渡區域9的橫截面積通常被用來計算氣體質量通量。作為本發明的一個益處，增加的亞微米纖維產量可以在較低的氣體需求下獲得， 這使得降低能耗和/或使用較小規模的單元操作但仍舊提供商業意義的亞微米纖維產量水平變得可行。在一個實施方案中，氣體流和聚合物流體流在氣體流/聚合物流體流質量流動速率比通常小於約40 1，特別是小於約30 1，更特別是小於約15 1下被引入到第二部分中。在一個實施方案中，氣體流與聚合物流體流的質量流量比可以甚至小於 10 1。氣體流與聚合物流體流的質量流量比作為通過氣體通道的每小時每米的氣體流千克數與通過第二部分中所有的聚合物開口的每小時每米的聚合物流體流千克數的比來計算。等同地，氣體流與聚合物流體流質量通量比小於約20 1，更優選小於約10 1，且最優選小於約7 1。氣體流/聚合物流體流質量通量比作為通過氣體通道的氣體質量通量 Kg/s/m2和流過氣體通道的第二部分的所有聚合物開口的聚合物流體質量通量Kg/s/m2的比來計算。因此，通過在更有效的更低成本的方法以商業上可行的產量提供高質量微纖維或亞微米纖維網，提供了改進的性能。除其他優點之外，因為在纖維製備過程中防止了聚合物回流和/或聚集在氣體側，所以該方法更有效。因為纖維網甚至在亞微米纖維尺寸都具有很好的均勻性並具有更少的纖維和纖維網缺陷，所以所製備的產品網或墊是高質量的。本發明提供在窄纖維尺寸分布之內具有最少的纖維缺陷的高質量微纖維。為本發明目的，「高質量」纖維定義為以具有最少的如丸粒和塵粒的纖維缺陷處於窄纖維直徑分布下的亞微米纖維為主。「丸粒」定義為非纖維化的離散的、大致為球形或橢球形或其混合型的聚合物塊，所述離散塊的最大尺度為10到500微米。作為非限制性圖例，圖15是示出用標準的纖維製造設備和工藝條件製造的具有丸粒的微纖維的代表性圖(500X)。丸粒在由微纖維形成的纖維網中產生並留下大量的孔和其他缺陷。圖16是示出用根據本發明的實施方案操作的噴嘴系統製造的具有很少或沒有丸粒的微纖維的代表性圖(500X)。在圖16所示的纖維纖維網中提供了很好的纖維分布並得到了更有效的聚合物-纖維和纖維網質量轉化。「塵粒」是另一種纖維缺陷，其中聚合物被不受控制地或過度地剪切為具有小於10微米最大尺寸的大致球形的或橢球形的或其混合型的聚合物塊。非期望的低質量的纖維可能具有過度的纖維直徑範圍，或含有大量的塵粒或大量的丸粒。特別低質量的纖維或纖維化作用可以包含大丸粒，典型的是直徑大於40微米，其中該粒塊具有足夠的動量和熱能(即溫度)穿透無紡纖維網的整個厚度而在其中形成明顯的「針洞」缺陷，其在纖維網放大檢查時(即大於10倍或10X)可以被很容易的目視檢出。因此，通過高質量纖維化製造的纖維網和纖維具有很窄的纖維直徑分布，沒有或僅具有很小數量的平均每平方毫米10 個以下的顆粒，沒有或具有小數量的平均每平方毫米10個以下的丸粒，和沒有或具有可忽略的數量的穿透和產生針孔型的丸粒。這些檢測和評價可以使用放大倍數為IOX或優選為100X (用於丸粒)的光學顯微鏡，和使用掃描電鏡照片(用於塵粒和丸粒)完成。為測定平均值，需要從生產條件或選擇的生產時間取出至少10或優選超過20個樣品並以這種方式評價塵粒和丸粒。根據本發明生產的纖維網可以包括顯示出一個或多個纖維直徑的纖維。纖維直徑可以從亞微米纖維直逕到微纖維直徑。對於本發明目的，「纖維直徑」通過SEM由圖像分析而得到的。雖然並不限制於此，但是平均纖維直徑可以是，例如約0. 1到約1微米，特別是約0. 1到約0. 9微米，且更特別是約0. 3到約0. 6微米。直接從本發明的方法收集的未經加工無紡纖維網產品材料通常可包含超過35 %，特別是超過75 %，更特別是超過95 %，最特別是超過99%的亞微米纖維。纖維直徑分布的標準偏差通常可以小於約0. 5微米，特別是小於約0.3微米。進一步的，本發明的無紡織物可以展示出從很輕到很重的基重。例如，但不作為限制，織物可以具有小於約5克每平方米(gsm)的基重到織物具有大於約200gsm 的基重。在特定實施方案中，包含在所說明的亞微米纖維範圍內的纖維的無紡產品纖維網具有從約0. 01到200gsm，特別是從約0. 1到約50gsm的基重。無紡纖維網產品的基重可以因預想的纖維網用途而不同。對一些輕重量的應用，取決於無紡纖維網的用途，亞微米纖維層的基重可以是，例如，小於約lOgsm。形成幾個重疊層的纖維網可能是理想的。亞微米纖維層可以和一層、兩層或更多層相同或不同的層組合。複合纖維網可包括，例如粘紡層/亞微米纖維層/粘紡層三組件結構。另一個複合纖維網的實例可包括粘紡層/1-10微米纖維熔噴層/亞微米熔膜原纖維化纖維層/粘紡層結構。總複合纖維網的基重的範圍可以是例如從約5gsm到約200或更多gsm，但可因組合在一起的層的數量和類型而變化。通過本發明的方法可以生產均勻的亞微米纖維網。纖維網的均勻性可通過幾個方法測量。除了上述的丸粒和塵粒率以外，均勻性衡量標準的其他實例包括低孔徑變化係數、基重、空氣滲透性和/或不透明性。均勻性也可以表示缺乏纖維束(bundles)或股 (roping)，或可見的孔洞，或其它此類缺陷。均勻性也可以通過纖維網的壓頭(hydrohead) 或其他液體阻擋層測試來表徵。孔徑可以通過本領域技術人員已知的方法來測定。亞微米纖維層的平均孔徑可以小於約15微米。所期望的均勻纖維網的變化係數可以小於20%。 缺乏股可以通過計算在纖維網檢測面積內纖維的股或束的數目來測定；連帶評估丸粒和塵粒是最佳方式。缺乏孔洞也可以通過在纖維網的檢測面積內計算具有高於某個界限的直徑的孔洞的個數來測定。可以使用具有10-100X放大倍數的光學顯微鏡，或掃描電鏡或其他放大裝置。例如，若通過使用燈箱(light box)孔洞在肉眼下可見，或孔洞具有大於100微米的直徑，則可以計數孔洞數目。本發明可以使用許多種聚合物材料且無紡纖維網自身或與其他材料組合可以應用於各種製品中。根據本發明製備的無紡織物可以包括一層或多層纖維層以及織物、纖維織品(scrims)、薄膜及它們的組合，且可以用於製造其中可以使用無紡織物的各種家庭清潔、個人衛生、醫用以及其他終端產品。所述無紡纖維網可以用於，例如氣體或液體過濾器、 醫用服裝、醫用清潔布、防潮建築材料、尿布、訓練短褲(trainingpants)、成人用失禁墊、女性用品如女性護理墊和衛生墊、棉塞、個人清潔製品、個人護理製品以及個人護理用毛巾如嬰兒毛巾、臉部毛巾、身體毛巾和女用毛巾，及其組合。此外，所述織物還可以被用作醫用紗布或類似的吸收性外科材料，用於吸收傷口滲出物並輔助去除外科手術部位的滲流物。其他的終端用途包括用於醫療、工業、汽車、家庭護理、飲食服務和繪畫藝術品市場的溼或幹衛生、抗微生物或硬表面抹布，其可以容易地採用手持進行清潔等等。本發明的無紡織物也可以包括這樣的結構中，所述結構適用於醫用或工業用保護服裝，如手術服、消毒蓋布、襯衣、中厚面料(bottomweights)、實驗服、口罩等等，和適用於保護罩，包括用於交通工具如轎車、卡車、船舶、飛機、摩託車、自行車、高爾夫球車的保護罩，以及用於經常留在室外的如燒烤架、院子和花園設備的設備保護罩，如割草機和旋轉耕耘機(roto-tillers)、草坪用具、地面覆蓋物(floorcoverings)、桌布和野餐罩。在特定實施方案中，無紡織物被用於選自繃帶、尿布、訓練短褲、成人用失禁墊、女性用品如女性護理墊和衛生墊、棉塞、個人清潔製品、個人護理製品以及個人護理毛巾如嬰兒毛巾、臉部毛巾、 身體毛巾和女性毛巾，及其組合所組成的組中的製品中。無紡織物也可以用於床上用品中， 包括床墊保護罩、蓋被(comforters)、棉被、羽絨被罩和床單等。此外，聲學應用，如汽車的
15內部和外部組件、地毯底布、隔音和吸音用具和機器包裝，和牆壁覆蓋物。所述無紡織物可進一步有利地用於不同的過濾用途，包括袋濾捕塵室、plus pool、和溫泉(spa)過濾器。所述無紡織物也可以用於其它應用，如電池隔膜，或作為試劑/顆粒載體(如催化劑載體)。取決於無紡織物的所期望的最終應用，特定的添加劑可被直接加入聚合物熔體或在纖維網生成後施加。合適的非限制性的此類添加劑的實例包括吸收增強或阻止劑，UV穩定劑，阻燃劑，染料和顏料，香料，皮膚保護劑，表面活性劑，水性或非水性功能性工業溶劑如植物油、動物油、萜類化合物、矽油、礦物油、石蠟油、石蠟族溶劑、聚丁烯、聚異丁烯、聚α 烯烴及其混合物，甲苯類，螯合劑，防腐蝕劑，研磨劑，石油餾出物，脫脂劑，及它們的組合。 其它的添加劑包括抗微生物組合物，包括但不限於碘類、醇類如乙醇或丙醇，生物殺滅劑， 研磨劑，金屬材料如金屬氧化物、金屬鹽、金屬配合物、金屬合金或其混合物，抑菌複合物， 殺菌複合物，及它們的組合。除非另有說明否則，本文所描述的所有數量、份數、比率和百分比均以重量計算。 下列的非限制性的實施例進一步說明本發明。實施例使用擠出機(直徑2. 5英寸，單螺杆擠出機)和常規熔噴模套(25英寸寬)來提供1800MFR聚丙烯源。擠出機溫度是650° F。一般地具有圖4的結構的噴嘴在噴嘴裝置的上平坦表面區域使用常用的墊壓螺栓架(gasketed bolt mount)裝配到常規擠出機模套上。壓縮空氣源通過氣密的連接和密封裝置從空氣供應設備通入噴嘴的入口。噴嘴具有下述的幾何特徵(使用圖4作為非限制性的實例)在喉部9中相對壁5和6之間最小距離是0.016英寸；冷壁以-1.5度的角θ朝向平分面7收斂；熱壁以2度的角β擴張偏離平分面7 ；聚合物通道在第二部分的第二下遊半部分進入第二部分且具有約0. 008英寸的水力直徑且以與熱壁6成約32度的角γ取向；聚合物纖維化表面長度δ幾乎為0。收斂部分8具有約0. 090英寸的垂直長度和約30度的平分角α。喉部9具有約0. 010英寸的垂直長度，且擴張部分10具有約0. 200英寸的垂直長度。加壓的空氣以300scfm(標準立方英尺每分鐘)的流動速率和80° F的空氣溫度被引入噴嘴的入口端(收斂部分)。收集並檢測無紡纖維網產品，其表明其具有下列的產品特性17. 2gsm總紡粘層/亞微米纖維層/ 紡粘層結構基重；產自本發明的噴嘴設備的纖維含量估計為約15% (2. 7gsm)；亞微米纖維層中纖維的平均直徑0. 45微米；標準偏差0. 15 ；標準偏差/平均亞微米纖維直徑分布的比值=0. 33 ；且纖維直徑範圍0. 1 0. 85微米。從前述可知，可以發現在不偏離本發明的新穎概念的真實精神和範圍的情況下可以作出大量的修改和修正。可以理解不應相對於本文所說明的特殊實施方案作任何限制。 通過所附的權利要求書，本公開希望覆蓋落入權利要求書範圍的所有此類修改。
權利要求
1.無紡纖維網產品，其包含至少一個含有亞微米纖維的纖維網，其中所述亞微米纖維包含以約10kg/hr/m至約200kg/hr/m的聚合物產量得到的原纖維化的聚合物熔體膜產物並且具有小於約0. 5微米的纖維直徑分布標準偏差，所述纖維網具有低於平均每平方毫米 10個丸粒顆粒的丸粒量，其中所述丸粒包括球形、橢球形或其混合形狀的離散聚合物塊，最大尺度為10到500微米，並且所述纖維網具有小於約15微米的平均孔徑。
2.權利要求1的無紡纖維網產品，其中所述纖維網的亞微米纖維具有小於約0.3微米的纖維直徑分布標準偏差。
3.權利要求1的無紡纖維網產品，其中所述纖維網的亞微米纖維具有約0.1微米到約 0. 9微米的平均纖維直徑。
4.權利要求1的無紡纖維網產品，其中亞微米纖維構成多於35%的所述無紡纖維網產
5.權利要求1的無紡纖維網產品，其中亞微米纖維構成多於75%的所述無紡纖維網產
6.權利要求1的無紡纖維網產品，其中亞微米纖維構成多於95%的所述無紡纖維網產
7.權利要求1的無紡纖維網產品，其中所述無紡纖維網產品具有約0.Olgsm到約 200gsm的基重。
8.權利要求7的無紡纖維網產品，其中所述無紡纖維網產品具有約0.Igsm到約50gsm的基重。
9.權利要求1的無紡纖維網產品，其中纖維網包含選自聚烯烴、聚酯、聚醯胺、可生物降解聚合物、聚氨酯、聚苯乙烯、醇酸樹脂、聚羥基鏈烷酸、及它們的組合的聚合物。
10.權利要求1的無紡纖維網產品，其中所述聚合物產量是約lkg/hr/m至約200kg/ hr/m。
11.權利要求10的無紡纖維網產品，其中所述聚合物產量是約25kg/hr/m至約70kg/ hr/m ο
12.權利要求1的無紡纖維網產品，其中所述無紡纖維網產品用於選自由過濾器、醫用服裝、醫用清潔布、防潮建築材料、繃帶、防護衣、電池隔膜、催化劑載體、尿布、訓練短褲、成人用失禁墊、女性用品如女性護理墊和衛生墊、棉塞、個人清潔製品、個人護理製品以及個人護理用毛巾如嬰兒毛巾、臉部毛巾和女性毛巾及它們的組合所組成的組中的製品中。
全文摘要
本發明涉及製備亞微米纖維的方法和設備，更確切地是通過聚合物膜的原纖維化形成亞微米纖維的方法和設備，包括至少一個以膜的形式擠出的聚合物流體流，該聚合物流體流流過至少一個有界限的聚合物通道，並與加壓氣體流結合，該加壓氣體流在限定在第一和第二相對壁之間的氣體通道內流動以隨後將聚合物膜原纖維化成亞微米纖維，以及涉及引入它們的無紡材料和製品。
文檔編號B29D99/00GK102168346SQ201110093868
公開日2011年8月31日 申請日期2007年10月18日 優先權日2006年10月18日
發明者M·H·詹森, M·W·哈耶斯, O·E·A·伊塞勒, R·奇哈布拉, S·艾多雷, T·克勞塞, 徐晗 申請人:聚合物集團公司