[发明专利]形成均匀的纳米纤维基质的工艺及装置

说明书

对相关申请的相互参照

本发明要求2005年4月19日申请的临时申请NO.60/672,676的优先权的利益，其公开被结合在本文中作参考。

技术领域

本发明整体上涉及制造均匀的纳米纤维网的方法及装置，更准确地说是涉及制造均匀的纳米纤维网的方法，其中当原纤维化材料从模具组件挤出时使用了压缩空气源去影响原纤维化材料的喷射图型及质量，所述模具组件含有多流体开口

背景技术

技术上已知的熔纺技术包含：纺粘及熔喷工艺，处置诸如空气的处理气体的流动，并使聚合物材料同时通过模具体，以便影响聚合物材料形成连续的或不连续的纤维。在熔喷喷嘴的大多数已知构造中，热空气被供应通过制成在模具顶端每侧上的通路。热空气加热模具，并由此在熔化的聚合物排出及冷却时防止模具冻结。以这种方法防止模具被固化的聚合物堵塞。除去加热模具体之外，有时称为主要空气的热空气使熔化物被抽拉或抽细成细长微尺寸的长丝。在某些情况下，还使用了辅助空气源，它碰撞被抽拉的长丝以便在被沉积在收集表面之前分割及冷却长丝。已知普通的熔喷纤维含有直径小于10微米的纤维。

目前，已开发了形成具有直径小于1.0微米或1000纳米的纤维的纤维的方法。这些纤维常称为极细纤维、超微纤维或纳米纤维。技术上已知晓产生纳米纤维的方法，并常常使用多个多流体喷头，由此把空气源供输至内流体通路，而把熔化的聚合物材料供输至外环形通路，后者绕内通路同心地布置。尽管纳米纤维网的物理性质对多种无纺物市场是有利的，但由于相关的成本导致其商品只占有有限的市场。

被结合在此处作参考的Nyssen等人的两项美国专利NO.5,260,003及NO.5,114,631，描述了由具有平均纤维直径0.2-15微米的热塑性聚合物制造极细纤维和极细纤维垫的熔喷工艺及装置。使用了Laval喷嘴把处理气体加速至超声速度，然而在操作成本及设备成本两方面，如所公开的，已实现的所述工艺极其昂贵。

也被结合于本文作参考的两项Reneker等人的美国专利NO.6,382,526和NO.6,520,425公开了：通过驱使纤维形成材料同心地环绕压缩气体的内环形通路来制造纳米纤维的方法。所述气体在气体喷射空间中碰撞纤维形成材料，以便把材料切割成极细纤维。被结合于本文中作参考的Torobin的美国专利NO.4,536,361教导了类似的纳米纤维的形成方法，其中同轴(心)的喷吹喷嘴具有：在正压力下把喷吹气体传送至流体薄膜材料的内表面的内通路，以及传送薄膜材料的外通路。Torobin等人的美国专利NO.6,183,670教导了另外的纳米纤维的形成方法，它被结合于此处作参考。

在模具体内的喷嘴间隔可布置成这样：使排出喷嘴的材料的分布能以更均匀的方式被聚集在形成表面上。已经认识到：相等间隔的喷嘴的线性构成可导致带状图型，它在已收集的纤维网内可明显地看到。已发现条带反映了相邻喷嘴之间的间隔。在纤维网中看到的条带效应可进一步描述为“山丘与山谷”，由此“山丘”呈现出明显地比“山谷”更高的基重。工业上也称这种基重不一致性为隔距带。

被结合于本文作参考的两项美国专利NO.5,582,907和NO.6,074,869讲述了：通过把喷嘴组成两个直线安排的平行行列而在熔喷网中观察到条带，所述每个平行行列具有基本相等的间隔。此外，喷嘴的两个行列被偏置，使得喷嘴彼此成交错关系。此外，两行列的交错喷嘴彼此相向朝内倾斜。在这种方式下，每个喷嘴被用于主要压缩空气的相应供应，但缺少用于协助网形成的辅助空气源。这些专利还要求通过替代气体源来从外部破裂聚合物材料，这有损于达到充分的网均匀性。

仍保有对下列工艺的需求：为在纳米纤维的形成中使熔化的聚合物及气体易于分布可使用多流体开口，并且还加入了辅助气体源，所述辅助气体源在横跨纤维网的宽度上协助纤维的均匀收集。

发明内容

本发明的目标是制造纳米纤维网的方法及装置，其中使用了压缩空气源来影响原纤维化材料的喷射图型及质量，所述源纤维化材料是从含有多流体开口的模具组件挤出的。此处上述压缩空气恰当地被限定作为替代的或辅助的空气源，所述辅助空气源与主要压缩空气相分隔，所述主要空气与熔化的聚合物材料同时被供输至形成纤维的多流体开口。本发明的辅助空气源还不同于辅助空气，已知在技术上所述辅助空气是作为淬冷空气。辅助空气可被描述为屏蔽空气或塑形空气(塑造空气的形状)的连续的流体幕。虽然较好是使用空气，但本发明设想使用替代的合适气体，诸如氮气。出于本公开的目的，辅助空气在本文称为“流体幕”或“连续的空气幕。”