(57)【要約】新しい繊維形成方法および関連の装置、ならびにこの新しい方法および装置によって調製されるウェブが教示される。この新しい方法では、ａ）既知の幅および厚さのダイからフィラメントのストリームが押出され、ｂ）互いに平行であり、ダイの前記幅に平行であり、および押出されたフィラメントのストリームの長手方向軸に平行である２つのわずかに隔てられた壁によって画定される処理チャンバを介して、押出されたフィラメントのストリームが方向付けられ、ｃ）処理チャンバを通過したフィラメントのストリームがコレクタ上で遮断され、フィラメントはそこで不織繊維ウェブとして捕集され、そしてｄ）処理チャンバの壁の間隔が選択されて、押出されたフィラメントのストリームがコレクタに到達する前に広がり、ダイよりもかなり広い幅のウェブとして捕集されるようにする。一般に、幅の増大は経済的に有意であるのに十分であり、例えばウェブの製造コストを低減する。このような経済的利益は、ダイの幅よりも５０、１００または２００ミリメートル大きい幅、もしくはそれより大きい幅において生じ得る。好ましくは、捕集されたウェブは、ダイの前記幅よりも少なくとも５０％大きい幅を有する。処理チャンバは、好ましくは、その長手方向側が周囲環境に開放されており、処理チャンバ内の圧力がフィラメントのストリームを、チャンバの長手方向側に向かって外側に押圧できるようにする。
2005526922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）既知の幅および厚さを有するダイからフィラメントのストリームを押出すことと、ｂ）互いに平行であり、ダイの前記幅に平行であり、および押出されたフィラメントのストリームの長手方向軸に平行である２つのわずかに隔てられた壁によって画定される処理チャンバを介して、押出されたフィラメントのストリームを方向付けることと、ｃ）前記処理チャンバを通過したフィラメントのストリームをコレクタ上で遮断し、前記フィラメントがそこで不織繊維ウェブとして捕集されることと、ｄ）前記処理チャンバの壁の間隔を選択して、押出されたフィラメントの前記ストリームが広がって、前記ダイの前記幅よりも少なくとも５０ミリメートル幅広の機能性ウェブとして捕集されるようにすることとを含む不織繊維ウェブの調製方法。
【請求項２】
前記２つの平行な壁によって画定される前記処理チャンバが、その長手方向側で周囲環境に開放されている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フィラメントの移動方向を横断する方向の前記壁の幅が、前記フィラメントの移動の上流地点よりも下流地点の方が大きい請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記処理チャンバが、その長手方向側の長さの少なくとも一部にわたって周囲環境に対して閉鎖されている請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記平行な壁が、前記フィラメントの移動方向に互いに近接する請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
捕集された前記機能性ウェブが、前記ダイの前記幅よりも少なくとも１００ミリメートル幅広である請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記捕集された機能性ウェブが、前記ダイの前記幅よりも少なくとも２００ミリメートル幅広である請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記フィラメントが、前記コレクタに到達する前に前記ダイの前記幅よりも少なくとも５０％大きい幅に広がる請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記フィラメントが、前記コレクタに到達する前にダイの前記幅の少なくとも２倍の幅に広がる請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記フィラメントのストリームが、少なくとも５ｍｍの厚さおよび少なくとも１０ｃｃ／グラムの嵩高性を有する嵩高性不織ウェブを形成する請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記フィラメントが前記コレクタ上で捕集されるときに自己接着可能であるように、前記処理チャンバに入る押出フィラメントの堅さが制御される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理チャンバを画定する壁の少なくとも一方が、他方の壁に向かって、および他方の壁から離れるように瞬時に移動可能であり、前記フィラメントの通過中に瞬間的な移動を提供するための移動手段に支配される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記処理チャンバが、前記処理チャンバを通る移動方向の引張り力を前記フィラメントに付加するエアナイフを含む請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ａ）既知の幅を有するダイからフィラメントのストリームを押出すことと、ｂ）互いに平行であり、前記ダイの前記幅に平行であり、および押出されたフィラメントの前記ストリームの長手方向軸に平行である２つのわずかに隔てられた壁によって画定される処理チャンバを介して、押出されたフィラメントのストリームを方向付けることと、ｃ）前記フィラメントの前記ストリームをコレクタ上で遮断し、前記処理されたフィラメントがそこで不織繊維ウェブとして捕集されることと、ｄ）前記処理チャンバの壁の間の間隔を選択し、エアナイフから下流の前記処理チャンバの主な長さにわたって、前記フィラメントの移動方向に互いに遠離するようにこれらの壁を配置し、それによって、前記押出フィラメントのストリームが、前記ストリームがコレクタに到達する前に前記ダイの前記幅よりも狭い選択された幅を有するようになることとを含む不織繊維ウェブの調製方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法によって調製された繊維の捕集塊を含む繊維不織ウェブ。
【請求項１６】
前記繊維の捕集塊が少なくとも５ｍｍの厚さを有し、少なくとも１０ｃｃ／ｇの嵩高性を有する請求項１５に記載のウェブ。
【請求項１７】
前記捕集塊の繊維が、互いに自己接着される請求項１５または１６に記載のウェブ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
繊維不織ウェブは、従来は、液体の繊維形成材料をダイから押出してフィラメントのストリームを形成し、押出ダイからの移動中にフィラメントを処理（例えば、フィラメントの急冷および延伸）し、次にフィラメントのストリームを多孔質コレクタ上で遮断することによって調製される。フィラメントは繊維の塊としてコレクタ上に堆積し、これは、取扱い可能なウェブの形態をとるか、あるいはこのようなウェブを形成するために処理され得るかのいずれかである。
【０００２】
通常、捕集された塊またはウェブは、フィラメントを押出すダイの幅とほぼ同一の幅である。メートル幅のウェブを調製すべき場合には、大体は、ダイもほぼメートル幅である。幅広のウェブは最も経済的な製造のために通常望ましいので、幅広のダイも通常使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、幅広のダイはいくつかの不都合を有する。例えば、ダイは、通常、繊維形成材料のダイによる処理を促進するために加熱され、ダイの幅が広いほどより多くの熱が必要とされる。また、幅広のダイは、狭いダイよりも作製するのにより多くのコストがかかり、保守することもより困難であり得る。また、捕集されるべきウェブの幅は、ウェブの意図される用途に応じて変化し得るが、ダイの幅またはダイの利用される割合を変化させてこのような変化を達成することは不便であり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は制御または選択された幅を有する繊維不織ウェブの調製方法を提供し、この幅は、ウェブの意図される用途に適合され、ウェブを形成するフィラメントが押出されたダイの幅とは著しく異なる。簡単に要約すると、本発明の方法は、ａ）既知の幅および厚さを有するダイからフィラメントのストリームを押出すことと、ｂ）互いに平行であり、ダイの幅に平行であり、および押出されたフィラメントのストリームの長手方向軸に平行である２つのわずかに隔てられた壁によって画定される処理チャンバを介して、押出されたフィラメントのストリームを方向付けることと、ｃ）処理されたフィラメントを不織繊維ウェブとして捕集することと、ｄ）壁の間の間隔を、適合された幅を生じる選択された量に調整することによって、ダイの幅とは異なる幅にフィラメントのストリームの幅を適合させることとを含む。ほとんどの場合、フィラメントストリームの適合された所望の幅は、実質的に、ダイの幅よりも大きく、フィラメントストリームは、ダイからコレクタへ移動しながら広がり、機能性ウェブとして捕集される。一般に、捕集される際のウェブの幅は少なくとも５０または１００ミリメートルまたはそれ以上、ダイの幅よりも大きく、好ましくは、ウェブの幅は、少なくとも２００ミリメートルまたはそれ以上、ダイの幅よりも大きい。より狭い幅も得ることができ、したがって、更なる柔軟性が追加される。
【０００５】
好ましくは、処理チャンバは、壁の長さの少なくとも一部にわたってその長手方向側で周囲環境に開放されている。また壁は、好ましくは、押出されたフィラメントのストリームが広がるのを促進するために、フィラメントの移動方向に、互いに対して近接する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、本発明を実行するための説明的な装置を示す。この説明的な装置では、繊維形成材料をホッパ１１に導入し、押出機１２内で材料を溶融し、溶融した材料をポンプ１３により押出ヘッド１０へポンピングすることによって、繊維形成材料が押出ヘッドまたはダイ１０にもたらされる。ペレット状または他の粒子形態の固体高分子材料が使用されて、液体のポンピング可能な状態に溶融されるのが最も一般的であるが、ポリマー溶液などの他の繊維形成液体も使用され得る。
【０００７】
押出ヘッド１０は従来のスピナレットまたはスピンパックでよく、一般に、規則的なパターン、例えば一直線の列に配置された多数のオリフィスを含む。繊維形成液体のフィラメント１５は押出ヘッドから押出され、処理チャンバまたはアッテネータ１６へ搬送される。押出されたフィラメント１５がアッテネータ１６に到達する前に移動する距離１７は、フィラメントがさらされる条件と同様に変化し得る。通常、押出されたフィラメント１５の温度を低下させるために、押出されたフィラメントには、従来の方法および装置によって空気または他の気体の急冷ストリーム１８が提供される。あるいは、空気または他の気体のストリームは、繊維の延伸を容易にするために加熱されてもよい。空気（または他の流体）の１つまたは複数のストリームが存在してもよく、例えば、フィラメントストリームを横切って吹く第１の空気ストリーム１８ａは、押出の間に放出される望ましくない気体材料または煙霧を除去することができ、第２の急冷空気ストリーム１８ｂは、所望される主要な温度低下を達成する。使用中のプロセスまたは所望される最終製品の形態によっては、急冷空気は、押出されたフィラメント１５を、アッテネータ１６に到達する前に凝固させるのに十分であり得る。他の場合には、押出されたフィラメントは、アッテネータに入る際、まだ軟化または溶融条件下にある。あるいは、押出ヘッド１０とアッテネータ１６の間の周囲空気または他の流体が、アッテネータに入る前の押出フィラメントの変化のための媒体であり得るような場合には、急冷ストリームは使用されない。
【０００８】
フィラメントストリーム１５は、以下により詳細に議論されるように、アッテネータ１６を通過し、その後出て行く。図１および図２に説明されるように、ストリームはコレクタ１９上に出て行き、そこでフィラメントまたは完成した繊維は、繊維塊２０として捕集される。繊維塊２０は密着していてもいなくてもよく、取扱い可能なウェブの形態をとる。以下により詳細に議論され、図２に示されるように、繊維またはフィラメントストリーム１５は、アッテネータから出て、コレクタ１９までの距離２１を移動するときに、好ましくは広がっている。コレクタ１９は一般に多孔質であり、気体回収装置１４は、コレクタの下方に位置決めされて、繊維がコレクタ上に堆積するのを促進することができる。捕集された塊２０は、カレンダ、エンボス加工ステーション、ラミネータ、カッターなどの他の装置へ搬送されてもよいし、あるいは、駆動ロール２２（図１）を通過して貯蔵ロール２３に巻き取られてもよい。処理チャンバを通過した後であるが、捕集される前に、押出フィラメントまたは繊維は、例えば更なる延伸や噴霧など、図１には説明されない多数の更なる処理工程を受けることができる。
【０００９】
図３は、本発明を実施する際に有用な、代表的な好ましい処理装置またはアッテネータ１６の拡大側面図である。この代表的な好ましい装置は、処理チャンバ２４を間に確定するように分離された２つの移動可能な半分部分または側部１６ａおよび１６ｂを含み、側部１６ａおよび１６ｂの対向する表面６０および６１はチャンバの壁を形成する。説明的な装置１６は、処理チャンバの平行壁の間の距離の便利な調整を可能にして、本発明に従って、押出フィラメントストリームの幅の所望の制御を達成する。押出フィラメントストリームまたは繊維の広がりの範囲は、アッテネータまたは処理装置１６の壁６０と壁６１の間の距離を調整することによって、この装置で制御することができる。またこの装置は、狭い間隙の処理チャンバと、処理チャンバに入るときに軟化状態にある繊維形成材料とを用いて高速で実行されるときでさえ、動作の所望の連続性を提供するので好ましい。このような条件は、先行技術の処理装置の目詰まりおよび中断を引起こしやすい。本発明によるフィラメントストリームの広がりは、処理チャンバの壁の間隔を狭い間隔に減少させる能力によって促進され、この間隔は、少なくともいくつかの場合には、直接ウェブ形成プロセスの処理チャンバで従来使用されるよりも狭い。使用される間隔はチャンバ内に圧力を生じることができ、これにより、空気流が、処理チャンバの構造により許容される幅に広がり、押出フィラメントをその幅全体にわたって運搬するようになる。
【００１０】
好ましいアッテネータ１６のための壁６０と壁６１の間の距離を調整するための手段が図４に示される。図４は、アッテネータならびに取付けおよび支持構造のいくつかを異なるスケールで示すいくらか概略的な平面図である。図４の平面図から分かるように、アッテネータ１６の処理または減衰チャンバ２４は、通常、長尺または矩形スロットであり、横断方向長さ２５を有する（長手方向軸、またはアッテネータを通るフィラメントの移動通路に対して横断方向であり、押出ヘッドまたはダイ１０の幅に平行）。
【００１１】
２つの半分部分または側部として存在するが、アッテネータ１６は１つの単一装置としての役割を果たし、まずその結合した形で議論され得る。（図３および図４に示される構造は単なる代表例であって、様々な異なる構成を使用することができる。）傾斜した入口壁６２および６３は、減衰チャンバ２４への入口空間または喉部２４ａを画定する。入口壁セクション６２および６３は、好ましくは、入口エッジまたは表面６２ａおよび６３ａで湾曲され、押出フィラメント１５を運ぶ空気ストリームが円滑に入るようにする。壁セクション６２および６３は本体部分２８に取り付けられ、本体部分２８と壁セクション６２および６３との間に間隙３０を構築するために、凹んだ領域２９が設けられ得る。空気または他の気体は導管３１を通って間隙３０内に導入され、エアナイフ（すなわち、矢印３２で示される加圧気体ストリーム）を作り出すことができる。エアナイフは、フィラメントの移動方向において引張り力をフィラメントに付与してフィラメントの速度を増大させると共に、フィラメントに対する更なる急冷効果も有する。アッテネータ本体２８は、好ましくは、２８ａで湾曲され、エアナイフ３２から通路２４への空気の通過を円滑にする。アッテネータ本体の表面２８ｂの角度（α）は、アッテネータを通過するフィラメントストリームにエアナイフが衝突する所望の角度を決定するように選択することができる。チャンバの入口付近ではなく、エアナイフは、チャンバ内のより遠くに配設されてもよい。
【００１２】
減衰チャンバ２４は、アッテネータを通るその長手方向の長さ（減衰チャンバを通る長手方向軸２６に沿った寸法は軸方向長さと呼ばれる）にわたって均一な間隙幅（２つのアッテネータ側部または壁６０および６１の間の図２の頁の水平距離３３は、本明細書では間隙厚と呼ばれる）を有することができる。あるいは、図３に示されるように、間隙厚は、アッテネータチャンバの長さに沿って変化してもよい。好ましくは、減衰チャンバは、出口開口３４に向かって、例えば角度βで、その長さに沿って厚さが狭くなる。エアナイフから下流の地点における壁６０および６１のこのような狭化または近接は、本発明の少なくともいくつかの実施形態において、押出フィラメントストリームが、アッテネータの出口に向かって移動し、そこを通ってコレクタ１９へ移動するにつれて広がるようにすることの助けとなることが分かった。本発明のいくつかの実施形態では、壁は、エアナイフから下流の地点で減衰チャンバの軸方向長さにわたってわずかに遠離してもよい（この場合、コレクタ上に堆積される押出フィラメントストリームは、押出ヘッドまたはダイ１０の幅よりも狭く、これは、本発明のいくつかの製品では望ましいこともある）。また、いくつかの実施形態では、減衰チャンバは、壁の間の間隔または間隙幅が壁の長さの一部または全体にわたって一定であるように、一直線または平坦な壁によって画定される。これらの全ての場合において、減衰または処理チャンバを画定する壁６０および６１は、その長さの少なくとも一部にわたって厳密な平行からの偏差が比較的わずかなので、本明細書では互いに平行であるとみなされ、好ましくは、チャンバの長手方向の長さを横断する方向（すなわち、図３の頁に垂直）において平行からの偏差は実質的に存在しない。図３に示されるように、通路２４の長手方向の長さの主要部分を画定する（それぞれ、壁６０および６１の）壁セクション６４および６５は、本体部分２８から分離、および本体部分２８に付着するプレート３６の形をとることができる。
【００１３】
処理チャンバを画定する壁がその長さの少なくとも一部にわたって近接するとしても、例えば吸引またはベンチュリ効果を生じるために、その長さのその後の部分にわたって広がることもできる。減衰チャンバ２４の長さは、異なる効果を達成するために変化させることができ、本明細書ではシュート長さ３５と呼ばれることもあるエアナイフ３２と出口開口３４の間の部分では、変化は特に有用である。壁の間の間隔および壁の近接または遠離と共に選択される、より長いシュート長さは、フィラメントストリームの広がりを増大することができる。デフレクタ表面、コアンダ曲面、および一様でない壁長などの構造を出口で用いて、所望される繊維の更なる広がりまたは他の分配を達成することができる。一般に、間隙幅、シュート長さ、減衰チャンバの形状などは、処理中の材料と、他の所望の効果を達成することが所望される処理モードと共に選択される。例えば、より長いシュート長さは、調製される繊維の結晶化度を増大させるのに有用であり得る。押出フィラメントを所望の繊維の形に処理するために、条件を選択することができ、広範囲にわたって変化させることができる。
【００１４】
図４に説明されるように、代表的なアッテネータ１６の２つの側部１６ａおよび１６ｂは、それぞれ、ロッド３９上をスライドする直線ベアリング３８に取り付けられた取付けブロック３７によって支持される。ベアリング３８は、ロッドのまわりに放射状に配設された軸方向に延在するボールベアリング列などの手段によってロッド上を低摩擦で移動し、それによって、側部１６ａおよび１６ｂは互いに近づいたり離れたり、容易に移動することができる。取付けブロック３７は、アッテネータ本体２８およびハウジング４０へ取り付けられ、ハウジング４０を通って、供給パイプ４１からの空気が、導管３１およびエアナイフ３２へ分配される。
【００１５】
この説明的な実施形態では、エアシリンダ４３ａおよび４３ｂは、接続ロッド４４によって、それぞれアッテネータ側部１６ａおよび１６ｂに接続され、アッテネータ側部１６ａおよび１６ｂを互いに向かって押圧するクランピング力を付与する。クランピング力は、減衰チャンバ２４内に存在する圧力の平衡を保つために、および以下に議論されるように、処理チャンバの壁の間の所望の間隔を設定するためにも、他の動作パラメータと共に選択される。すなわち、クランピング力と、アッテネータ内の気体の圧力の結果、減衰チャンバの内側で作用してアッテネータ側部が離れるように押圧する力とは、好ましい動作条件下で平衡または均衡を保つ。アッテネータの部品がその設定された均衡または定常状態位置に保持され、減衰チャンバまたは通路２４がその設定された均衡または定常状態の間隙幅に保持される間に、フィラメント材料を押出し、アッテネータを通過させ、完成した繊維として捕集することができる。
【００１６】
図１〜図４に示される代表的な装置の起動および設定された動作（すなわち、フィラメントストリームの選択された幅を得るため）の後では、アッテネータ側部またはチャンバ壁の移動は、一般に、もしもシステムの摂動が存在する場合にのみ生じる（壁は、異なる幅のストリームを得るために、プロセスの動作中に故意に移動される場合もある）。このような摂動は、処理中のフィラメントが破断したり、あるいは別のフィラメントまたは繊維と絡まったりする場合に生じ得る。例えば、押出ヘッドから来るフィラメントの前端または絡まりは拡大されて、チャンバ２４の局部的な閉塞を生じるので、このような破断または絡まりは、減衰チャンバ２４内の圧力の増大を伴うことが多い。増大した圧力は、アッテネータ側部またはチャンバ壁１６ａおよび１６ｂが互いに離れるよう強制するのに十分であり得る。チャンバ壁のこの移動により、入ってくるフィラメントの端部または絡まりはアッテネータを通過することができ、その結果、減衰チャンバ２４内の圧力は、摂動前のその定常状態値に戻り、エアシリンダ４３により付与されるクランピング圧力は、アッテネータ側部をその定常状態の位置へ戻す。減衰チャンバ内の圧力増大を引き起こすその他の摂動には、「ドリップ」、すなわち押出フィラメントの中断時に押出ヘッドの出口から落下する繊維形成材料の球形の液滴、あるいは減衰チャンバの壁またはすでに付着した繊維形成材料と係合して付着し得る押出フィラメント材料の蓄積が含まれる。
【００１７】
事実上、説明的なアッテネータ１６の側部１６ａおよび１６ｂのうちの一方または両方は「浮動する」、すなわち、構造体により定位置に保持されないが、代わりに、図１の矢印５０の方向に自由および容易に横方向に移動するように取り付けられる。好ましい構造では、アッテネータ側部に作用する摩擦および重力以外の唯一の力は、エアシリンダにより加えられるバイアス力、および減衰チャンバ２４内で発生される内部圧力である。ばね、弾性材料の変形、またはカムなどのエアシリンダ以外のクランピング手段が使用されてもよいが、エアシリンダは、所望される制御および可変性を提供する。
【００１８】
処理チャンバ壁の所望の動きを引き起こすまたは可能にするために、多くの代替案が利用可能である。例えば、処理チャンバの壁を離れるように強制するために流体圧力に依存するのではなく、チャンバ内のセンサ（例えば、壁上の蓄積またはチャンバの目詰まりを検出するレーザまたは熱センサ）を使用して、壁を引き離し、次にその定常状態の位置に戻すサーボ機構のメカニズムを起動してもよい。本発明のもう１つの有用な装置では、アッテネータ側部またはチャンバ壁の一方または両方は、例えば、サーボ機構の振動または超音波駆動装置によって、揺動パターンで駆動される。揺動の速度は、例えば、少なくとも５，０００サイクル／分〜６０，０００サイクル／秒の速度を含む広い範囲で変動可能である。
【００１９】
更にもう１つの変形では、壁を離すためおよびその定常状態の位置に戻すための移動手段は、単に、処理チャンバ内の流体圧力と、チャンバ壁の外側に作用する周囲圧力との間の差異という形をとる。更に具体的には、定常状態の動作中、処理チャンバ内の圧力（例えば、処理チャンバの内部形状、エアナイフの存在、位置および設計、チャンバに入る流体ストリームの速度などによって確定される、処理チャンバ内で作用する種々の力の総和）は、チャンバ壁の外側に作用する周囲圧力と平衡を保つ。繊維形成プロセスの摂動のためにチャンバ内の圧力が増大すると、摂動が終わって、処理チャンバ内の圧力が定常状態の圧力より低いレベルに低下する（チャンバ壁の間の間隙厚さまたは間隙は定常状態の動作時よりも大きいので）まで、チャンバ壁の一方または両方は他方の壁から離れるように移動する。そこで直ちに、チャンバ内の圧力が周囲圧力と平衡になって、定常状態の動作が生じるまで、チャンバ壁の外側に作用する周囲圧力がチャンバ壁を押し戻す。装置および処理パラメータに対する制御が欠けることにより、圧力差のみに依存することはあまり望ましくない選択とされ得る。
【００２０】
要約すると、瞬時に移動可能であり、場合によっては「浮動する」ことに加えて、説明的な処理チャンバの壁は、一般に、壁を所望の方法で移動させるための手段にも支配される。この実例となる種類の壁は、一般に、例えば物理的または作用的に、所望される壁の瞬間的な移動を引き起こすための手段に接続されると考えることができる。この移動手段は、処理チャンバまたは関連装置、もしくは動作条件、あるいはこれらの組み合わせのうちのどの特徴でもよく、移動可能なチャンバ壁の意図される移動（例えば繊維形成プロセスの摂動を防止または緩和するために離れる動作、例えばチャンバを定常状態の動作に設定または戻すために近づく動作）を引き起こす。
【００２１】
図１〜図３に示される実施形態では、減衰チャンバ２４の間隙厚さ３３は、チャンバ内に存在する圧力、あるいはチャンバを通る流体の流速および流体温度と相互関係がある。クランピング力は、減衰チャンバ内の圧力と一致し、減衰チャンバの間隙厚さに依存して変動する。与えられた流体の流速に対して、間隙幅がより狭く、減衰チャンバ内の圧力がより高いと、クランピング力はより高くなるはずである。より低いクランピング力は、より広い間隙幅を可能にする。メカニカルストップ、例えばアッテネータ側部１６ａおよび１６ｂの一方または両方における隣接構造を使用して、最小または最大の間隙厚さが保持されるのを保証することができる。
【００２２】
１つの有用な構造では、例えば、シリンダ４３ｂで使用されるよりも大きい直径のピストンをシリンダ４３ａで使用することによって、エアシリンダ４３ａは、シリンダ４３ｂよりも大きいクランピング力を付与する。この力の差異は、動作中に摂動が生じたときに最も容易に移動する傾向がある側部として、アッテネータ１６ｂを構築する。力の差異は、ロッド３９上のベアリング３８の移動に抵抗する摩擦力とほぼ等しく、これを補償する。アッテネータ側部１６ｂに向かうアッテネータ側部１６ａの移動を制限するために、大きい方のエアシリンダ４３ａに制限手段を取り付けることができる。１つの説明的な制限手段は、図４に示されるように、エアシリンダ４３ａとしてダブルロッドエアシリンダを使用し、第２のロッド４６はネジ切りされ、取付けプレート４７を通って延出し、エアシリンダの位置を調整するために調整可能なナット４８を有する。例えばナット４８を回転させることによる制限手段の調整は、押出ヘッド１０と位置合わせして減衰チャンバ２４を位置決めする。
【００２３】
アッテネータ側部１６ａおよび１６ｂの所望される瞬時の分離および再閉鎖のために、繊維形成動作のための動作パラメータは拡張される。これまではプロセスを動作不能にし得る（例えば、リスレッディングために停止することを必要とするフィラメントの破断をもたらし得るので）いくつかの条件は、この好ましい実施形態の方法および装置では容認できるようになり、フィラメントの破断時、入ってくるフィラメント端部のリスレッディングは、一般に、自動的に生じる。例えば、フィラメントの頻繁な破断をもたらす、より高速を使用することができる。同様に、エアナイフを、アッテネータを通過するフィラメントに対してより集中させ、より大きな力およびより大きい速度を付与させる狭い間隙厚も使用することができる。あるいは、減衰チャンバの目詰まりの危険性が減少されるので、フィラメントは、より溶融条件下で減衰チャンバ内に導入されてもよく、これにより、繊維特性をより大きく制御することが可能になる。アッテネータは押出ヘッドに近づいたりまたは遠ざかったりするように移動して、とりわけ、減衰チャンバに入るときのフィラメントの温度を制御することができる。
【００２４】
アッテネータ１６のチャンバ壁は概略的にモノリシック構造で示されるが、記載される瞬時のまたは浮動する移動のためにそれぞれ取り付けられた個々の部品の組立体の形をとることもできる。１つの壁を構成する個々の部品は、処理チャンバ２４内の内部圧力を保持するように、密閉手段によって互いに係合する。異なる構造では、ゴムまたはプラスチックなどの材料のフレキシブルシートが処理チャンバ２４の壁を形成し、それによって、局部的な圧力の増大（例えば、単一のフィラメントまたはフィラメント群の破断によって生じる目詰まりによる）の際に、チャンバは局部的に変形することができる。連続または格子状のバイアス手段はセグメント化されたまたはフレキシブルな壁と係合することができ、局部的な変形に応答して、壁の変形部分にバイアスをかけてその未変形の位置に戻すのに十分なバイアス手段が使用される。あるいは、連続または格子状の揺動手段がフレキシブルな壁と係合して、壁の局部領域を揺動させてもよい。あるいは、上記で議論した方法で、処理チャンバ内の流体圧力と、壁または壁の局部的な部分に作用する周囲圧力との間の差を用いて、例えばプロセスの摂動中に壁の一部を開放させ、例えば摂動が終わったら壁を未変形または定常状態の位置に戻すことができる。また、フレキシブルまたはセグメント化された壁の連続する揺動状態を引き起こすように、流体圧力を制御することもできる。
【００２５】
代表的なアッテネータ１６の上記の説明は、壁６０および６１が、壁の間の距離を調整するため、または間隔を選択するために移動可能であることを示す。また、壁は、動作を停止することなく、捕集されるウェブの幅を変えるために、説明的な装置の動作中にも移動可能である。例えば、エアシリンダ４３ａおよび／または４３ｂによりアッテネータの半分部分に付与される圧力の増大は、壁６０および６１を、互いに近づくように移動させることができる。また、処理チャンバの出口３４付近でフィラメントの移動の長さにわたって、壁６０および６１を近接または遠離させるためにアッテネータの半分部分に対してメカニカルストップが適用されてもよい。その他の利便性のより低い本発明の実施形態では、チャンバの壁は移動可能ではなく、その代わりに、フィラメントストリームの所望の幅を達成する位置に固定され得る（例えば、壁は、いったん所望の間隔が選択されたら容易には移動されない装置によって支持され得るので、装置の動作中、意図的にも瞬時にも間隔は変えられない）。
【００２６】
図５および図６は、装置の出口に近づくにつれて壁が近接または遠離する角度βを変化させるために、処理チャンバを画定する壁の移動、特に壁の枢動を容易にする説明的な処理装置を示す。図５および図６に示される装置７０は、取付けブラケット７１ａおよび７１ｂを含み、これらはそれぞれ、装置またはアッテネータの半分部分７２ａおよび７２ｂをピン７３上に枢動可能に支持する。ピン７３は、装置の半分部分７２ａおよび７２ａのそれぞれの本体部分７５ａおよび７５ｂへそれぞれ固定された支持ブロック７４ａおよび７４ｂ内に回転可能に延在する。取付けブラケット７１ａおよび７１ｂは、それぞれ、支持ブラケット８６内でスライドするロッド８５によって、それぞれエアシリンダ７６ａおよび７６ｂに接続される。エアシリンダは、取付けブラケット７１ａおよび７１ｂを介して、装置の半分部分７２ａおよび７２ｂ上にクランピング圧力を付加し、これにより、アッテネータの半分部分の間に画定される処理チャンバ７７上に付加する。取付けブラケット７１ａおよび７１ｂは、ロッド７９上を低摩擦でスライドする取付けブロック７８へ取り付けられる。
【００２７】
装置またはアッテネータの半分部分の枢動は、図５の線６−６で取られた図６（壁セクション６２’および６３’が追加されている）に最もよく描写される調整メカニズムで達成される。図示される装置の各調整メカニズムには、ブラケット７１ａまたは７１ｂと、図２のプレート３６に相当するプレート８１ａまたは８１ｂとの間にそれぞれ接続されたアクチュエータ８０ａまたは８０ｂが含まれる。１つの有用なアクチュエータは、シャフトを前進または後退させるために電気モータにより駆動されるネジ切りされた駆動シャフト８２ａまたは８２ｂをアクチュエータ内に含む。シャフトの動きはプレート８１ａおよび８１ｂにより伝達され、装置の半分部分をピン７３のまわりに枢動させる。
【００２８】
図３〜６に示される処理チャンバ２４および７７の好ましい実施形態において分かるように、チャンバの横断方向の長さの端部には側壁がない。このことは、処理チャンバが装置のまわりの周囲環境に開放されていることを意味する。その結果、フィラメントのストリームを載せた空気または気体の流れは、チャンバ内に存在する圧力下でチャンバの側面から広がることができる。また、空気または他の気体はチャンバ内へ引き込まれる。同様に、チャンバを通過する繊維は、チャンバの出口へ近づくにつれて、チャンバの外側に向かって広がることができる。このような広がりは、上記で議論されたように、コレクタ上に捕集される繊維塊を幅広にするために望ましいことがある。
【００２９】
好ましい実施形態では、実質的にフィラメントのストリーム全体が、チャンバの全長にわたって処理チャンバ内を移動する（図２の線１５ａで示されるように）。何故なら、それによって、捕集ウェブ内で繊維間の特性のより大きな均一性が達成されるからである。例えば、繊維は同様の減衰程度および同様の繊維サイズを有する。処理装置またはアッテネータ（図２の１６で示され、実線で描かれる）の幅は、処理チャンバ内のフィラメントの移動に対応するために、押出ヘッドまたはダイ１０の有効幅よりも幅広でよい。その他の実施形態では、繊維ストリームは、幅がより狭い処理チャンバの外側に広がることができる（図２の処理装置１６’を通って移動する破線で示されるストリーム１５’で示されるように）。広がりが、繊維特性の望ましくない変化を引き起こすのに十分であれば、コレクタへのその移動中に処理チャンバ内に実質的に保持された繊維だけが完成した繊維不織ウェブ内に含まれるように、捕集される繊維塊は切り取られる。しかしながら、処理チャンバを通る移動は、一般に、押出ヘッドからコレクタへの押出フィラメントの移動のほんのわずかな部分なので（フィラメントの主要な延伸およびフィラメント直径の減少は、フィラメントが処理チャンバに入る前、および処理チャンバを出た後に生じることが多い）、処理チャンバの側面の外側への移動は繊維の特性にあまり大きな影響を与えないかもしれない。
【００３０】
捕集されるウェブの幅は、処理チャンバの壁の間隔を含む繊維処理動作の様々なパラメータを制御することによって、所望の幅に適合され得る。完成ウェブは機能性ウェブ（上記で議論したように、意図される用途のために、接着や噴霧などの種々の他の工程が必要とされるかもしれないが）である。すなわち、繊維の捕集物は、一般にその幅を横切ってある程度の特性の均一性を有し、ウェブがその意図される用途のために適切に機能するのに十分である。通常、ウェブ坪量は、完成ウェブの幅を横切って３０パーセント以下だけ変化し、好ましくは１０パーセント以下だけ変化する。しかしながら、より広範な特性変化を含み、捕集されたウェブを特性が異なるセグメントに切断する目的を含む、特別な特性を有するようにウェブを適合させることができる。
【００３１】
経済的な理由で、完成ウェブは、一般に、フィラメントを押出したダイよりも著しく広い幅を有するように適合される。幅の増大は、処理チャンバの壁の間隔などの上記のパラメータ、ならびに捕集されているウェブの幅、アッテネータの長さ、およびアッテネータ出口とコレクタの間の距離などの他のパラメータによって影響され得る。５０ミリメートルの増大はいくつかのウェブ幅では有意であり得るが、ほとんどの場合、少なくとも１００ミリメートルの増大が求められ、好ましくは２００ミリメートルまたはそれ以上の増大が得られる。後者の増大は、幅広化プロセスに著しい商業的利益を提供する。
【００３２】
広がったウェブ１５によって包囲または占有される夾角（図２の角度γ）は、捕集されるウェブの目標とされる幅と、アッテネータからコレクタまでの距離などのパラメータとに依存する。アッテネータとコレクタの間の一般的な距離では、ストリーム１５の夾角γは少なくとも１０°であり、さらに一般的には、少なくとも１５または２０°である。本発明の多くの実施形態では、完成ウェブ（すなわち、捕集されたウェブまたは捕集されたウェブの切り取られた部分）は、押出ヘッドまたはダイの幅（ダイの有効幅、すなわち繊維形成液体が押出される部分を意味する）よりも少なくとも５０パーセント幅広である。
【００３３】
図７は、図２と同じ視点から、本発明で有用な代替装置８９を示し、該装置は、フィラメントの広がるストリームを処理する際に有利な扇形のアッテネータ９０を有する。処理チャンバおよび処理チャンバを画定する壁は、処理チャンバの長さにわたって広がるまたは幅広になる。処理チャンバ内では、フィラメントに作用する力は、ストリームの全幅にわたってかなり均一である。壁の間隔は、フィラメントのストリームを所望の量だけ広くするように選択される。
【００３４】
好ましくは、処理チャンバ８９は、既に説明したチャンバ１６の場合と同様に、処理チャンバを画定する平行壁の長さのほとんどまたは全てにわたって側壁を持たない（フィラメントを運ぶ気体ストリームが広がり、したがってフィラメントのストリームを広げることができるようにするため）。しかしながら、図７の装置８９の処理チャンバは、他の実施形態の処理チャンバと同様に側壁を含むことができ、押出フィラメントまたは繊維のストリームの広がりまたは狭化は、やはり処理チャンバを画定する壁の間の間隔を制御することによって得られる。側壁は、フィラメントの流れに影響を与え得る側面からの空気の取り込みを制限するという利点を有することができる。これらの実施形態では、チャンバの横断方向の一方の端部における単一の側壁は、一般に、チャンバの半分部分または側部の両方には取り付けられない。何故なら、両方のチャンバ側部への取付けは、上記で議論したような側部の瞬時の分離を含め、装置の半分部分が近づいたりまたは離れたりする動きを妨げ得るからである。その代わりに、側壁は一方のチャンバ側部へ取り付けられ、上記で議論したように、もし調整メカニズムの調整中に、あるいは瞬間移動手段に応答して移動する場合には、その側部と共に移動する。他の実施形態では、側壁は分割され、一方の部分は一方のチャンバ側部に取り付けられ、他方の部分は他方のチャンバ側部に取り付けられ、処理チャンバ内に処理される繊維のストリームを閉じ込めることが所望される場合には、側壁部分は好ましくは重なり合う。
【００３５】
捕集されたフィラメントストリームは広がることが一般に好ましいが、ダイよりも狭い（例えば、ダイの幅の７５％または５０％、もしくはそれより狭い）ウェブの形成も有用であり得る。このような狭化は、処理チャンバの壁の間の間隔を制御することによって得ることができ、フィラメントの移動方向における壁の遠離は、このような狭化を達成する際に潜在的に役立つことが分かっている。
【００３６】
広範な種類の繊維形成材料を使用して、本発明の方法および装置で繊維を製造することができる。有機高分子材料、もしくはガラスまたはセラミック材料などの無機材料のどちらが使用されてもよい。本発明は、溶融した形の繊維形成材料の場合に特に有用であるが、溶液または懸濁液などの他の繊維形成液体も使用することができる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、およびウレタンなどの繊維の形成で一般に使用されるポリマーを含む、任意の繊維形成有機高分子材料を使用することができる。環状オレフィンなどの非晶質ポリマー（従来の直接押出技法におけるその有用性を制限する高溶融粘度を有する）、ブロックコポリマー、スチレン系ポリマー、および接着剤（感圧型およびホットメルト型の種類を含む）を含む、スパンボンドまたはメルトブロー技法により繊維に形成することがより困難ないくつかのポリマーまたは材料を使用することができる。本明細書中に記載される特定のポリマーは単なる例であって、広範な種類の他の高分子または繊維形成材料が有用である。興味深いことには、溶融ポリマーを用いる本発明の繊維形成プロセスは、多くの場合、典型的な直接押出技法よりも低温で実行することができ、これは、多数の利点を提供する。
【００３７】
また繊維は、顔料または染料などの特定の添加剤がブレンドされた材料を含む、材料のブレンドから形成されてもよい。芯−鞘型またはサイドバイサイド型の二成分繊維などの二成分繊維を調製することができる（本明細書中の「二成分」は、２つまたは２つより多い成分を有する繊維を含む）。更に、繊維の混合物を含むウェブを調製するように、異なる繊維形成材料が、押出ヘッドの異なるオリフィスから押出されてもよい。本発明の他の実施形態では、繊維が捕集される前、または捕集されるときに、ブレンドされたウェブを調製するように、本発明に従って調製される繊維のストリーム内に他の材料が導入される。例えば、米国特許第４，１１８，５３１号明細書に教示される方法で他の短繊維がブレンドされてもよい。または、米国特許第３，９７１，３７３号明細書に教示される方法で粒子状材料が導入され、ウェブ内に捕獲されてもよい。もしくは、米国特許第４，８１３，９４８号明細書で教示されるようなマイクロウェブがウェブ内にブレンドされてもよい。あるいは、本発明に従って調製された繊維は、繊維のブレンドを調製するために他の繊維のストリーム内へ導入されてもよい。
【００３８】
本発明の繊維形成プロセスは、異なる効果および異なる形態のウェブを達成するように制御することができる。本発明は、スパンボンドまたはメルトブロープロセスで行われるのと同様に、繊維形成高分子材料が１つの本質的に直接的な動作でウェブに転換される直接ウェブ形成プロセスとして特に有用である。多くの場合、本発明を用いて、少なくとも最小の厚さ（例えば、５ｍｍまたはそれ以上）および嵩高性（例えば、１０ｃｃ／グラムまたはそれ以上）を有する繊維マットが得られ、より薄いウェブを調製することもできるが、多少の厚さのあるウェブは、絶縁、ろ過、緩衝材、または吸着材などの用途に対していくつかの利点を提供する。捕集された繊維が自己接着可能（バインダ材料の添加またはエンボス加工圧力の補助なしで接着可能）なウェブは、特に有用である。
【００３９】
プロセス制御の更なる例として、本発明のプロセスを制御して、処理チャンバに入るフィラメントの温度および堅さ（すなわち、溶融性）を制御することができる（例えば、処理チャンバを押出ヘッドに近づくまたは離れるように移動させることによって、あるいは急冷流体の容積または温度を増大または減少させることによって）。いくつかの場合には、繊維形成材料の押出フィラメントの少なくとも大半が、処理チャンバに入る前に凝固する。このような凝固は、処理チャンバ内でフィラメントに衝突する空気の作用の性質およびフィラメント内での効果を変化させ、捕集されたウェブの性質を変化させる。本発明のその他のプロセスでは、プロセスは、フィラメントの少なくとも大半が処理チャンバに入った後で凝固し、そしてチャンバ内で凝固するか、あるいはチャンバを出た後に凝固するように制御される。プロセスは、フィラメントまたは繊維の少なくとも大半が捕集された後に凝固し、したがって、繊維が、捕集されるときに繊維の交差点で接着され得るのに十分に溶融しているように制御されることもある。
【００４０】
プロセスを変化させることによって、広範な種類のウェブ特性を得ることができる。例えば、繊維形成材料が、アッテネータに到達する前に、本質的に凝固している場合、ウェブはより嵩高性であり、繊維間接着をあまりまたは全く示さないであろう。対照的に、繊維形成材料がアッテネータに入る時点でまだ溶融されている場合、繊維は捕集される際にまだ軟化状態にあることができ、繊維間接着が達成される。
【００４１】
図１〜図７に説明されるような処理装置の使用は、フィラメントが非常に高速で処理され得るという利点を有することができる。本発明の処理チャンバの通常の役割と同じ役割で、すなわち押出されたフィラメント材料の主要な減衰を提供するために、処理チャンバを使用する直接ウェブ形成プロセスにおいてこれまで得られることが知られていない速度を達成することができる。例えば、このような処理チャンバを使用するプロセスにおいて１分あたり８０００メートルの見かけのフィラメント速度でポリプロピレンを処理したことは知られていないが、このような見かけのフィラメント速度は、本発明では可能である（速度は、例えば、ポリマーの流速、ポリマーの密度、および平均繊維直径から計算されるので、見かけのフィラメント速度という用語が使用される）。更に高速、例えば１分あたり１０，０００メートル、あるいは更に、１分あたり１４，０００または１８，０００メートルの見かけのフィラメント速度が達成されており、これらの速度は広範囲のポリマーで達成することができる。更に、押出ヘッドのオリフィスごとに大量のポリマーを処理することができ、これらの大量を処理すると同時に、押出されたフィラメントを高速で移動させることができる。この組み合わせは、高生産性指数（ポリマーの処理速度（例えば、１分間のオリフィスあたりのグラム数）に、押出フィラメントの見かけの速度（例えば、１分あたりのメートル数）をかけた値）の達成を提供する。本発明のプロセスは、平均で２０マイクロメートル以下の直径のフィラメントを製造しながらでも、９０００またはそれより高い生産性指数で、容易に実行することができる。
【００４２】
仕上げ剤または他の材料のフィラメントへの噴霧、フィラメントへの静電荷の付与、ウォーターミストの付与など、繊維形成プロセスの付属として従来使用される種々のプロセスを、アッテネータに入るときまたは出るときにフィラメントと関連して使用してもよい。更に、結合剤、接着剤、仕上げ剤、および他のウェブまたはフィルムを含む種々の材料を、捕集ウェブに添加してもよい。
【００４３】
通常、そのようにする理由はないが、フィラメントは、従来のメルトブロー動作で使用されるように一次ガスストリームによって、押出ヘッドから噴出されてもよい。このような一次ガスストリームは、フィラメントの最初の減衰および延伸を引き起こす。
【００４４】
本発明の方法で調製した繊維は、広範囲にわたる直径を有することができる。マイクロファイバサイズ（直径約１０マイクロメートル以下）を得ることができ、いくつかの利益が提供されるが、より大きい直径の繊維も調製することができ、特定の用途に有用である。多くの場合、繊維は直径が２０マイクロメートル以下である。ほとんどの場合、円形断面を有する繊維が調製されるが、その他の断面形状が使用されてもよい。例えばアッテネータに入る前の溶融状態からの凝固の程度のような、選択される動作パラメータによっては、捕集された繊維はかなり連続的でもよいし、あるいは本質的に不連続でもよい。繊維中のポリマー鎖の配向性は、アッテネータに入るフィラメントの凝固程度、エアナイフによりアッテネータ内に導入される空気ストリームの速度および温度、ならびにアッテネータ通路の軸方向長さ、間隙幅および形状（例えば、形状はベンチュリ効果に影響し得るので）などの動作パラメータの選択により影響され得る。
【００４５】
図１〜図７に描かれるような処理装置で、独特の繊維および繊維特性、ならびに独特の繊維ウェブが達成された。例えば、捕集されたいくつかのウェブでは、繊維は中断されている、すなわち、破断されているか、あるいはそれ自体または他の繊維と絡み合うか、そうでなければ処理チャンバ壁との係合などにより変形されているのが分かる。中断位置の繊維セグメント、すなわち、繊維の破断点の繊維セグメント、および絡み合いまたは変形が生じた繊維セグメントは、全て、本明細書中では中断繊維セグメントと称される。あるいは、絡み合いまたは変形の場合には、繊維の実際の破断または切断は存在しないことが多いにもかかわらず、より一般には、簡潔にするために単に「繊維端部」と呼ばれることも多く、これらの中断繊維セグメントは、影響を受けない繊維の長さの末端または端部を形成する。繊維端部は繊維の形（メルトブローまたは他のこれまでの方法で得られることがあるような球形の形状とは対照的に）を有するが、通常、繊維の中間部分よりも直径が拡大され、通常は、直径が３００マイクロメートル未満である。多くの場合、繊維端部、特に破断した端部はカールまたはスパイラル形状を有し、端部は、それ自体または他の繊維と絡み合うようにされる。そして、例えば繊維端部の材料と隣接する繊維の材料との自己癒着によって、繊維端部は他の繊維とサイドバイサイドで接着することができる。
【００４６】
記載したような繊維端部は、図１〜図７に示される繊維形成プロセスの独特な特徴のために生じ、個々の繊維形成において破断および中断があってもプロセスは継続することができる。このような繊維端部は、本発明の全ての捕集ウェブにおいて生じないかもしれない（例えば、繊維形成材料の押出フィラメントが、処理チャンバに入る前に高度に凝固された場合には生じないかもしれない）。個々の繊維は中断を受ける可能性があり、例えば、処理チャンバ内で延伸される間に破断するかもしれないし、あるいは処理チャンバの壁からそれた結果、または処理チャンバ内の乱流の結果、おそらくまだ溶融状態で、それ自体または別の繊維と絡み合うかもしれないが、このような中断にもかかわらず、繊維形成プロセスは継続する。その結果、捕集されたウェブは、顕著な検出可能な数の繊維端部、すなわち繊維に不連続性が存在する中断繊維セグメントを含む。中断は、通常、繊維が延伸力を通常受ける処理チャンバ内、またはその後で発生するので、繊維は、破断、絡み合いまたは変形するときに張力を受けている。破断、または絡み合いは、通常、張力の中断または解放をもたらし、繊維端部が縮んで直径が増すことが可能になる。また、破断した端部は処理チャンバ内の流場の中で自由に移動し、少なくともいくつかの場合には、端部のスパイラル形状への屈曲、および他の繊維との絡み合いをもたらす。
【００４７】
繊維端部および中央部分の分析的研究および比較は、通常、端部と中央部分の間の異なるモルホロジーを明らかにする。繊維端部のポリマー鎖は、通常、配向されているが、繊維の中央部分で配向されるほどではない。この配向性の違いは、結晶化度の割合の違い、および結晶性または他のモルホロジー構造の種類の違いをもたらし得る。そして、これらの違いは異なる特性に反映される。
【００４８】
一般に、本発明により調製された繊維の中央部分および端部を、適切に校正された示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて評価すると、繊維中央部分および繊維端部内部で作用するメカニズムの違いのために、繊維中央部分および端部は、少なくとも試験機器の分解能（０．１℃）だけ、１つまたは複数の共通の熱転移に関して互いに異なるであろう。例えば、実験的に観察可能な場合、熱転移は次のように異なり得る。１）中央部分のガラス転移温度Ｔgは、端部よりもわずかに高い温度であり、繊維中央部分の結晶含量または配向性が増大するにつれて特徴の高さが減少し得る。２）観察される場合、冷結晶化の開始温度Ｔc、および冷結晶化の間に測定されるピーク面積は、繊維端部に対して繊維中央部分で低くなり得る。そして最後に、３）繊維中央部分の溶融ピーク温度Ｔmは、端部で観察されるＴmよりも高くなるか、あるいは本質的に複雑になり、多数の吸熱最小値（すなわち、例えばその結晶構造の秩序が異なる違う分子部分に対する異なる融点を示す多数の溶融ピーク）を示し、繊維の中央部分の１つの分子部分は、繊維端部の分子部分よりも高温で溶融する。ほとんどの場合、繊維端部と繊維中央部分は、ガラス転移温度、冷結晶化温度、および融点のパラメータのうちの１つまたは複数が、少なくとも０．５または１℃異なる。
【００４９】
拡大した繊維端部を有する繊維を含むウェブは、繊維端部が、ウェブの接着を増大させるように適合されたより容易に軟化される材料を含むことができ、スパイラル形状がウェブの密着性を増大することができるという利点を有する。
【実施例】
【００５０】
図１に示されるような装置を用いて、表１に要約される多数の異なるポリマーから繊維ウェブを調製した。装置の特定部分および動作条件は、以下に記載され、表１にも要約されるように変更した。全ての実施例で使用した押出ダイは、４インチ（約１０センチメートル）の有効幅を有した。また表１は、捕集された不織ウェブの幅を含む、調製した繊維の特性の記載も含む。
【００５１】
実施例１〜２２および４２〜４３は、ポリプロピレンから調製した。メルトフローインデックス（ＭＦＩ）が４００のポリプロピレン（エクソン（Ｅｘｘｏｎ）３５０５Ｇ）から実施例１〜１３を調製し、ＭＦＩが３０のポリプロピレン（フィナ（Ｆｉｎａ）３８６８）から実施例１４を調製し、ＭＦＩが７０のポリプロピレン（フィナ３８６０）から実施例１５〜２２を調製し、ＭＦＩが４００のポリプロピレン（フィナ３９６０）から実施例４２〜４３を調製した。ポリプロピレンは密度０．９１ｇ／ｃｃを有する。
【００５２】
実施例２３〜３２および４４〜４６は、ポリエチレンテレフタレートから調製した。固有粘度（ＩＶ）が０．６１のＰＥＴ（３Ｍ６５１０００）から実施例２３〜２６、２９〜３２および４４を調製し、ＩＶが０．３６のＰＥＴから実施例２７を調製し、ＩＶが０．９のＰＥＴ（デュポン・ポリマーズ（Ｄｕｐｏｎｔ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）により供給されるクリスター（Ｃｒｙｓｔａｒ）０４００として供給される高靭性紡糸繊維として有用な高分子量ＰＥＴ）から実施例２８を調製し、ＰＥＴＧ（ルイジアナ州バトンルージュのパクソン・ポリマー・カンパニー（Ｐａｘｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂａｔｏｎ  Ｒｏｕｇｅ，ＬＡ）により製造されるＡＡ４５−００４）から実施例４５および４６を調製した。ＰＥＴは密度１．３５を有し、ＰＥＴＧは密度約１．３０を有する。
【００５３】
実施例３３および４１は、ＭＦＩ１３０および密度１．１５を有するナイロン６ポリマー（ＢＡＳＦからのウルトラミッド（Ｕｌｔｒａｍｉｄ）ＰＡ６Ｂ−３）から調製した。実施例３４は、ＭＦＩ１５．５および密度１．０４を有するポリスチレン（ノバ・ケミカルズ（Ｎｏｖａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）により供給されるクリスタル（Ｃｒｙｓｔａｌ）ＰＳ３５１０）から調製した。実施例３５は、ＭＦＩ３７および密度１．２を有するポリウレタン（モートン（Ｍｏｒｔｏｎ）ＰＳ−４４０−２００）から調製した。実施例３６は、ＭＦＩ３０および密度０．９５を有するポリエチレン（ダウ（Ｄｏｗ）６８０６）から調製した。実施例３７は、１３％スチレンおよび８７％エチレンブチレンコポリマーを含み、ＭＦＩ８および密度０．９を有するブロックコポリマー（シェル・クラトン（Ｓｈｅｌｌ  Ｋｒａｔｏｎ）Ｇ１６５７）から調製した。
【００５４】
実施例３８は、実施例３４で使用したポリスチレンの芯（８９重量パーセント）と、実施例３７で使用したコポリマーの鞘（１１重量パーセント）とを有する二成分の芯−鞘型繊維であった。実施例３９は、ポリエチレン（エクソン・ケミカルズ（Ｅｘｘｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）により供給され、ＭＦＩ３０を有するイグザクト（Ｅｘｘａｃｔ）４０２３）（３６重量パーセント）、および感圧型接着剤（６４重量パーセント）から調製された二成分のサイドバイサイド型繊維であった。接着剤は、９２重量パーセントのイソオクチルアクリレート、４重量パーセントのスチレン、および４重量パーセントのアクリル酸のターポリマーを含み、固有粘度が０．６３であり、ボンノット（Ｂｏｎｎｏｔ）接着剤押出機により供給された。
【００５５】
実施例４０では、各繊維は単一成分であったが、実施例３６で使用したポリエチレンおよび実施例１〜１３で使用したポリプロピレンの２つの異なるポリマー組成物の繊維を使用した。押出ヘッドは４列のオリフィスを有し、各列には４２個のオリフィスがあり、Ａ−Ｂ−Ａ・・・パターンを達成するために一列の隣接するオリフィスに２つのポリマーのうち異なる１つを供給するように、押出ヘッドへの供給物を配置した。
【００５６】
実施例４７では、実施例３９で二成分繊維の１つの成分として使用した感圧型接着剤だけから繊維ウェブを調製し、ボンノット接着剤押出機を使用した。
【００５７】
実施例４２および４３では、アッテネータの移動可能な側部または壁にバイアスをかけるために使用されるエアシリンダを、コイルバネで置換した。実施例４２では、実施例の動作中、それぞれの側部で、バネを９．４ミリメートル偏向させた。バネのバネ定数は、４．３８ニュートン／ミリメートルであり、したがって各バネにより付加されるクランピング力は４１．１ニュートンであった。実施例４３では、各側部においてバネを２．９５ミリメートル偏向させ、バネ定数は４．９ニュートン／ミリメートルであり、クランピング力は１４．４ニュートンであった。
【００５８】
実施例４４では、押出ヘッドは、中心間の間隔が１．０２ミリメートルの直径０．３８ミリメートルのオリフィスを有するメルトブローイングダイであった。オリフィス列は１０１．６ミリメートルの長さであった。３７０℃の温度の主要なメルトブロー用空気は、オリフィス列のそれぞれの側で、２０３ミリメートル幅のエアナイフを介して、２つのエアナイフを合わせて０．４５立方メートル／分（ＣＭＭ）の速度で導入した。
【００５９】
実施例４７では、約２００サイクル／秒で振動する空気圧回転ボールバイブレータを、移動可能なアッテネータ側部または壁のそれぞれに接続させた。エアシリンダは定位置に保持され、押出ヘッドの下のアッテネータチャンバと位置合わせされ、圧力の増加により側部が離された場合に、アッテネータ側部をその元の位置に戻すために役立った。実施例の動作中、バイブレータが動作中でない場合よりも動作中の場合のほうが、より少ない量の感圧型接着剤がアッテネータ壁に付着した。実施例７および３７では、クランピング力はゼロであるが、処理チャンバ内の空気圧と周囲圧力との平衡によって、チャンバ壁間の間隙が構築され、摂動の後、移動可能な側壁はその元の位置に戻された。
【００６０】
各実施例において、繊維状に形成されたポリマーを表１に記載される温度（押出機１２内のポンプ１３への出口付近で測定した温度）に加熱し、その温度でポリマーは溶融し、溶融したポリマーを表に記載した速度で押出オリフィスへ供給した。押出ヘッドは、一般に、４列のオリフィスを有するが、一列のオリフィスの数、オリフィスの直径、およびオリフィスの長さ対直径比は、表に記載されるように変更した。実施例１〜２、５〜７、１４〜２４、２７、２９〜３２、３４、および３６〜４０において、それぞれの列は４２個のオリフィスを有し、全部で１６８個のオリフィスが形成された。実施例４４を除いたその他の実施例では、各列は２１個のオリフィスを有し、全部で８４個のオリフィスが形成された。
【００６１】
エアナイフ間隙（図３の寸法３０）、アッテネータ本体角度（図３のα）、アッテネータを通過する空気の温度、急冷空気速度、エアシリンダによりアッテネータに付加されるクランピング圧および力、アッテネータを通過する空気の全容積（実際の立方メートル／分、すなわちＡＣＭＭで与えられ、記載した容積の約半分が各エアナイフ３２を通過した）、アッテネータ上部および底部の間隙（それぞれ、図３の寸法３３および３４）、アッテネータシュートの長さ（図３の寸法３５）、ダイの出口エッジからアッテネータまでの距離（図１の寸法１７）、ならびにアッテネータ出口からコレクタまでの距離（図１の寸法２１）を含むアッテネータのパラメータも表に記載されるように変更した。エアナイフは、約１２０ミリメートルの横断方向長さ（図４のスロットの長さ２５の方向）を有し、エアナイフのための凹所が形成されるアッテネータ本体２８は、約１５２ミリメートルの横断方向長さを有した。アッテネータ本体へ取付けられた壁３６の横断方向長さを変更し、壁の横断方向長さは、実施例１〜５、８〜２５、２７〜２８、３３〜３５および３７〜４７では２５４ミリメートルであり、実施例６、２６、２９〜３２および３６では約４０６ミリメートルであり、実施例７では約１２７ミリメートルであった。
【００６２】
サンアントニオのテキサス大学健康科学センター（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｅｘａｓ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｃｅｎｔｅｒ（Ｓａｎ  Ａｎｔｏｎｉｏ））からのウィンドウズ、バージョン１．２８用の画像分析プログラムＵＴＨＳＣＳＡ  ＩＭＡＧＥ  Ｔｏｏｌ（著作権１９９５〜９７）を用いて、走査型電子顕微鏡から得られるデジタル画像から測定される平均繊維直径を含む、捕集された繊維の特性が報告される。繊維のサイズによって、５００〜１０００倍の倍率の画像を使用した。
【００６３】
捕集された繊維の見かけのフィラメント速度を、式、Ｖapparent＝４Ｍ／ρπｄf2
（式中、
Ｍは、グラム／立方メートル単位の、オリフィスあたりのポリマー流速であり、
ρはポリマー密度であり、
ｄfは、メートル単位の、測定された平均繊維直径である）
から計算した。
【００６４】
単一の繊維を拡大して分離させ、繊維をペーパーフレームに取り付けることによって、繊維の靭性および破断伸びを測定した。ＡＳＴＭ  Ｄ３８２２−９０に概説される方法により、繊維の破断強度試験を試験した。８本の異なる繊維を用いて、平均破断強度および平均破断伸びを決定した。平均破断強度と、繊維直径およびポリマー密度から計算される繊維の平均デニールとから、靭性を計算した。
【００６５】
繊維端部、すなわち破断または絡まりのいずれかの形をとる中断が生じた繊維セグメントを含む部分と、繊維中央部分、すなわち影響されない主な繊維部分を含む部分とを含有するサンプルを調製ウェブから切り取った。示差走査熱量測定、具体的には、デラウェア州ニューカッスルのＴＡインストルメンツ社（ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ，Ｎｅｗ  Ｃａｓｔｌｅ，ＤＥ）により供給されるモデル２９２０装置を使用するＭｏｄｕｌａｔｅｄ  ＤＳＣTMによる分析を、４℃／分の加熱速度、プラスマイナス０．６３６℃の摂動振幅、および６０秒の時間を用いて、サンプルに受けさせた。繊維端部および中央部分の両方の融点を決定した。繊維中央部分および端部のＤＳＣプロットにおける最大の融点ピークが表１に報告される。
【００６６】
いくつかの場合には、中央部分と端部の間の差は、融点に関しては検出されなかったが、これらの実施例の場合でも、ガラス転移温度の差などのその他の差が見られることが多い。
【００６７】
繊維中央部分および端部のサンプルにＸ線回折分析も行った。ブルカー・マイクロディフラクトメータ（ウィスコンシン州マディソンのブルカーＡＸＳ社（Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ，Ｉｎｃ．Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ）により供給）、銅Ｋα放射線、およびＨＩ−ＳＴＡＲ  ２Ｄ位置感知型検出器の散乱線レジストリを使用することによって、データを収集した。ディフラクトメータに、３００マイクロメートルのコリメータおよびグラファイト入射ビームのモノクロメータを取り付けた。Ｘ線発生器は、５０ｋＶおよび１００ｍＡの設定で動作され、銅ターゲットを用いる回転アノード表面で構成した。０度を中心とした（２θ）検出器で６０分間のトランスミッションジオメトリを用いてデータを収集した。ブルカーＧＡＤＤＳデータ分析ソフトウェアを用いて、検出器の感度および空間の不規則性についてサンプルを補正した。補正したデータを方位で平均し、ｘ−ｙ対の散乱角（２θ）および強度値に換算し、結晶化度の評価のために、データ分析ソフトウェアＯＲＩＧＩＮTM（マサチューセッツ州ノースハンプトンのマイクロカル・ソフトウェア社（Ｍｉｃｒｏｃａｌ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｉｎｃ．Ｎｏｒｔｈｈａｍｐｔｏｎ，ＭＡ）により供給）を用いてプロファイルフィッティングを受けさせた。
【００６８】
ガウスピーク形状モデルを用いて、個々の結晶ピークおよび非晶質ピークの寄与を説明した。いくつかのデータセットでは、単一の非晶質ピークは、非晶質の散乱強度全部を適切に説明しなかった。これらの場合では更なる幅広の最大値を用いて、観察された非晶質散乱強度を完全に説明した。６〜３６度の散乱角（２θ）範囲内で、全散乱ピーク面積（結晶＋非晶質）に対する結晶ピーク面積の比率として、結晶化度の指数を計算した。１の値は１００パーセントの結晶を示し、ゼロの値は完全に非晶質材料であることに相当する。得られた値は表１に報告される。
【００６９】
ポリプロピレンから製造したウェブの５つの実施例、実施例１、３、１３、２０および２２に関して、Ｘ線分析によって、５．５オングストロームで測定されるベータ結晶形を端部が含むという点で、中央部分と端部の差が明らかにされた。
【００７０】
ダイオリフィスの断面積を、平均繊維直径から計算した最終繊維の断面積で割ることにより、延伸面積比を決定した。生産性指数も計算した。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
【表２】
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【００７３】
【表３】
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【００７４】
【表４】
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【００７５】
【表５】
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【００７６】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】不織繊維ウェブを形成するための本発明の方法で有用な装置の略全体図である。
【図２】図１の線２−２に沿って見た図１の装置の概略図である。
【図３】本発明で有用な処理チャンバの拡大側面図であり、チャンバの取付け手段は図示されない。
【図４】図３に示される処理チャンバの部分的に概略的な平面図であり、取付けおよび他の関連装置と共に示される。
【図５】本発明を実施するための代替装置の平面図である。
【図６】図５の線６−６に沿った断面図である。
【図７】本発明を実行する際に有用な代替装置の一部の略側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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