本发明涉及一种用于改进纺接纤维片材均匀性的气体管理系统，其中构成该片材的纤维材料由相邻小间隔沉积射流传送到一个集合装置上。具体地说，本发明涉及纤维片材沉积工艺的改进，其中在纤维材料由小间隔沉积射流传送到集合装置上之后，废气在与沉积方向交叉的方向上从片材形成区域排出。 典型的纺接工艺利用一系列间隔开的喷丝板组件把纤维材料从喷丝孔传送到一条多孔的集合带上。多喷丝板组件往往处于另一组件下游的位置，以便沉积许多重叠的纤维材料层。纤维材料用一股气流传送到该集合带上。一个典型的系统公开于Troth，Jr.，美国专利№3，477，103，其内容列为本文参考文献。纤维材料与该气流分离，并用静电法扣到该集合带表面上。废气流以某种方式从该带排出。在很多工艺中，这是通过该多孔带抽吸气流实现的。
然而，如果该纤维材料相当密实，以致它堵塞了该多孔带上的小孔，或者如果该集合带对于气流是不可透过的（如橡胶），那么，气流就不能借助于通过该带抽吸它而有效地排出。如果喷丝板组件间隔得足够远，那么，喷丝孔所产生的气流就既不会互相作用也不会互相干扰，气体就会沿该集合带流动而直接散逸。然而，如果喷丝板组件间隔太密集，则喷丝孔所产生的气流就会互相作用并互相干扰，因而会对纤维材料在沿该集合带的邻近位置上的沉积产生有害影响。这后一种状况大大影响片材均匀性。
由闪纺聚乙烯交错丝（plexifilaments）组成的纺接纤维片详见Lee美国专利№3，504，076，其内容列为本文参考文献。用来形成交错丝的纺丝单元设备（Lee的图1中所示）利用许多沿该设备宽度方向间隔并处于另一设备下游位置的纺丝孔。在后来对Lee的一种改进中，纺丝孔进一步配备旋转挡板和气动屏，使气流向下导向集合带。这种导向下方地气流往往称为沉积射流。气动屏见Brethauer等人美国专利№3，860，369中所示，其内容列为本文参考文献。
当一股传送纤维材料的气流被导向下方使之冲击该集合带时，该气流大约一半转向相对于运动中的集合带为总体上游的方向，而该气流大约一半转向相对于运动中的集合带为总体下游方向。这些气流本质上是典型紊流的，而且在它们沿该集合带长度方向流动足够长距离而慢慢丧失速度之前依然如此。当气流（即沉积射流）在机器方向上间隔很小，以致于一股沿该带流动的气流与一股相邻的气流碰撞时，这些气流就转向一个更加向上的方向，从而产生一种湍动的尾气涌流或尾气羽。所形成的尾气羽又循环到导向下方的沉积射流的流路中，引起纤维片材均匀形成的不稳定性和破坏。沉积射流之间的机器间隔越小，这些未受控制的湍动流动方式引起的破坏就越严重。
虽然当这些沉积射流间隔得远时Lee-Brethauer设备能令人满意地工作，但当出于几种理由而希望这些沉积射流密集在一起时它就几乎不是如此令人满意。这些理由包括：（1）减少投资，此时纺丝单元和密闭的喷丝板组件尺寸要做得更小;（2）通过增加沉积位置数目从而增加构成该纺接片材的重叠纤维材料层数目来改善片材均匀性;和（3）通过增加沉积位置数目或每个沉积位置的产量来提高喷丝板组件能力。
显然，需要的是一种能降低甚至防止相邻小间隔沉积射流的气流之间的干扰或互相作用的气体管理系统。参照附图以及如下的本发明详细说明，对于通晓本门技术的人来说，本发明的其它目的和优点将是显而易见的。
按照本发明，提供的是对纤维片材沉积工艺的一种改进，它能减少甚至防止相邻水平间隔小的沉积射流的废气流之间的干扰或相互作用。具体地说，本发明涉及纤维片材沉积工艺的一种改进，其中用多股沉积射流把纤维材料传送到一个运动中的集合装置，在该集合装置上形成一种密实的无纺片材，且其中该沉积射流处于另一射流下游的位置，这些射流之间在机器方向上的间隔距离小于这些射流喷出点与集合装置表面之间的垂直距离的5倍。改进包括在相邻的水平间隔沉积射流之间、在集合装置表面上方放置偏转装置，目的是在交叉方向上使废气流从片材沉积区域排出。
在一个较好的实施方案中，该偏转装置包括一块倒“V形”挡板，其跨距和高度约为在机器方向上小间隔沉积射流之间水平距离的一半。该挡板较好由一种非导电性材料（例如，可从纳幕尔·杜邦公司（E.I.du Pont de Nemours & Co.）买到的Lucite丙烯酸类板材）组成，这样，正在由气流传送的、带静电荷的纤维材料就不会被吸引到任何接地的表面。然而，在某些用途中，该挡板可以由一种导电材料组成。
如同在本文中所使用的，“小间隔”这一术语系指相继沉积射流即相邻沉积射流之间在沿传送网运行的机器方向上的水平距离足够短，以致由沉积射流产生的气流在沿集合装置的片材形成区域中显著互相干扰或互相作用。就本发明而言，如果相邻沉积射流之间在机器方向的间隔小于这些沉积射流喷出点与集合带表面之间的垂直距离的大约五倍，这种情况就会发生。
如同在本文中所使用的，“沉积射流”这一术语系指一股从喷丝板组件喷出、引向下方、能把纤维材料输送到集合装置的气流。
如同在本文中所使用的，“纤维材料”这一术语系指纺织技术上适用类型的任何一种丝状材料，这些包括任何一种纤丝、沉析纤维、纤维、丝、线、纱或丝状结构，不管其长度、直径或组成如何，尽管就较好的形式而言，本发明尤其适用于长丝形式的材料，更具体地说，适用于合成有机聚合物纤维材料。
参照下列各图，将能更好地理解本发明：
图1是一种双端喷丝板组件的横截面剖视图，有两股小间隔沉积射流从该组件喷出。
图2是一种双端喷丝板组件的简化视图，说明当射流冲击集合带时两股小间隔沉积射流所产生的湍动流动方式。
图3是一种气体管理系统的顶视图，说明沿集合带运动方向上相邻小间隔沉积位置之间各具体挡板的相对位置。
图4是一种较好气体管理系统的侧视图，说明当倒“V形”挡板处于相邻小间隔沉积位置之间时所产生的流动方式。
图5是图4的较好气体管理系统的顶视等角视图，进一步说明在沉积射流把纤维材料传送到集合带之后，挡板对废气流的影响。
现在参照附图，其中相同的参照号表示相同的部件，图1中说明的是一种双端喷丝板组件10，有两股小间隔沉积射流26从中喷出。沉积射流26把纤维材料传送到一个在M方向上运动的接地集合带24上。该双端喷丝板组件10包括一个有一对喷丝孔12的喷丝板包14。喷丝孔12把气体和纤维材料导向由电动机18驱动的内藏式有旋转叶的偏转器16。有旋转叶的偏转器16把气体和纤维材料向下导向集合带24，成为一对沉积射流26。沉积射流26周围有气动屏20，以便在这些射流离开喷出点23之前保护它们。
为了产生间隔更小的沉积射流26，美国专利№3，860，369描述的工艺中所使用的每个沉积位置用双端喷丝板组件10或“二合一”包代替。这个组件使沉积射流26能被定位得彼此靠近得多，相比之下，商业上对于各自独立的单包常见的实施距离是相距3英尺。在使用中，沉积射流26是由纤维材料、较好为聚乙烯，用一种高速输送气体从双端喷丝板组件10的每个喷丝孔12急骤纺成交错丝产生的。喷丝板组件10包含一对如美国专利3，497，918中所述的内三叶旋转式偏转器16，旨在将纤维材料导向下方，并使交错丝分散开，形成一个互相连接的网。偏转器16使该网在交叉方向上振荡，把网材或网幅交叉分布在运动中的集合带24上。带运动方向M称为机器方向，而与带运动方向垂直的方向称为交叉方向。当纤维材料急骤纺出时，所形成的网借助于由离子枪28和靶板19形成的电晕荷上正电，旨在促使把该网纺在接地的集合带24上。
更为有利的是，把多个双端喷丝板组件10定位于集合带24上方，以便形成多个纤维片材层。双端喷丝板组件10的喷出点23较好在水平机器方向上彼此间隔开约10.5英寸，并在集合带24表面上方约10英寸。在图1中，喷出点23之间的水平机器方向距离标示为“L”，每个喷出点23和带表面24之间的距离标示为“H”。如前所述，在正常情况下，这种配置产生不稳定的气流相互作用，导致较低的片材均匀性和机器连续性问题。
现在参照图2，它表示图1的双端喷丝板组件10的简化视图，有沉积射流26从该组件喷出。沉积射流26更详细地表示为一个正在由气体32输送的纤维材料幅30。幅30和输送气体32从气动屏20的底部（即喷出点23）喷出。该图进一步说明当两股相邻的小间隔沉积射流26冲击带表面24时所产生的流动方式。当构成每股沉积射流的幅30和输送气体32冲击带24时，输送气体的大约一半转弯约90度流向相对于正在运动的集合带的上游方向34，输送气体的大约一半转弯约90度流向相对于正在运动的集合带的下游方向36。荷静电的幅30在带表面24上形成一种纤维片材。当气流34和36沿带表面碰撞时，便产生一种湍动的、向上运动废气的涌流或者羽38。所形成的湍动废气涌流38又循环到含有幅30和输送气体32的沉积射流26的流路中。这种再循环引起该纤维片材均匀性的严重不稳定和破坏。这些破坏将不仅在同一双端喷丝板组件的小间隔沉积射流之间发生，而且当不同的双端喷丝板组件（未画出）用来使纤维材料沿集合带24连续沉积时在它们的沉积射流之间也会发生。
现在参照图3，表示的是置于集合带24上方、来自一对双端喷丝板组件的一个气体管理系统和四个气动屏20。该气体管理系统包括一对包挡板40和一个位于气动屏20之间的定位挡板42。包挡板40位于来自同一双端喷丝板组件10的相邻气动屏20之间，而定位挡板42则位于来自不同双端喷丝板组件的相邻气动屏20之间。较好的是，定位挡板42位于相邻气动屏20之间的大约一半距离，而包挡板则位于更靠近上游气动屏20，离下游气动屏20远一点的地方。以这种方式定位包挡板能更充分地屏蔽沉积射流，有助于集中和包含所产生的涌流。要理解的是，附加的双端喷丝板组件及挡板40和42（未画出）可以在沿集合带24的上游和下游使用。
现在参照图4，它表示图3的气体管理系统的侧视图。四个独立的气动屏20各在喷出点23产生一股包含纤维材料幅和输送气体的沉积射流26。导向下方的沉积射流26各自冲击集合带24。如前所述，转弯的废气34和36互相碰撞并向上涌，成为气流38。当涌流38上升时，它被收集并包含在悬空的包挡板40和定位挡板42内部。较好是，包挡板40包括一个倒“V形”槽，其下游腿短于其上游腿。这使沉积射流26能与集合带24形成稍微偏向上游的夹角，使上游沉积射流不会撞到包挡板40的下游腿上表面。这个槽两端都开口，其包角约70度。包挡板40在交叉方向上的宽度约24英寸，包挡板40的上游腿端与集合带24的表面之间的距离约5英寸。此外，包挡板40的内跨距约5 1/2 英寸。较好是，定位挡板42的内跨距约12英寸，包角约90度。定位挡板42在交叉方向上的宽度约28英寸，定位挡板42的两腿端与集合带24的表面之间的垂直距离约4英寸。定位挡板42的两端也都是开口的。要理解的是，其它适用的挡板几何形状，只要它们能收集和包含涌流38并把它从片材形成区域中排出，就有可能在本发明中使用。具体地说，水平平板会向沉积射流稳定性提供某种程度的沉积射流。在使用中，涌流38被挡板40和42偏转，并在它能再循环到含有幅30和输送气体32的沉积射流26中之前就从片材形成区域中排出。偏转的涌流38是在交叉方向上从挡板40和42的开口端排出的。用这种方式防止了涌流38对集合带24上纤维片材均匀形成的破坏。
现在参照图5，它更详细地说明图3和4的较好气体管理系统。偏转的涌流38表明是在交叉方向上排出的，而且以螺旋流动方式44从挡板40和42排出。湍动涌流38的管理使得纤维材料幅30能均匀地沉积到集合带24上。要理解的是，当包挡板40和定位挡板42两者一起使用时，获得最佳结果，然而定位挡板42不与包挡板40一起使用，也能有效地实施本发明。
参照下列非限制性实例，将能更好地理解上述气体管理系统的有效性。相信在这些实例中报告的结果是有代表性的，但不构成所进行的一切试验。
在这些实例中，片材均匀性被定义为一个指数，即基重变异系数与基重平方根相乘之积，单位为盎司/平方码。在一个纤维网形成之后，把它与所有其它网分开，以便使其沉积方式不受扰动。然后，用市售放射性β测量仪在交叉方向和机器方向上约每0.4英寸对它扫描一次。用一幅的片厚数据作为对整片进行计算的基础。这些幅之一按所标号码沉积在一集合带上。另一幅在交叉方向和机器方向上移动，并完全按照它在实际形成片材时应有的样子加上去。重覆这一过程，直至形成一个完整片材。然后确定片材总基重，这已由实际片材基重测量所证实。然后对这种编号的片材进行统计分析，确定其均匀性指数。这种确定片材均匀性质量的方法的确实性已被多年的商业性使用所证实，而且对于熟悉制作纺接无纺片材技术的人来说是众所周知的。
常用单喷丝板片材形成
一个单包的每个喷丝孔产生大约170磅/小时的聚合物溶液和60英尺3/分钟的输送气体。所形成的网荷上静电，以帮助使该网钉到集合带上。这些网在交叉方向上以70赫兹（Hz）的名义速度振荡，每股沉积射流略有倾斜，使它与带运动的方向成一个5度的名义夹角。通过使这些射流在带运动方向上略有倾斜，边界流体层对该带的影响可以显著降低。从沉积射流的喷出点到集合带的距离大约12英寸。用这样一种配置生产的典型片材实测平均均匀性指数为22。
双端喷丝板组件片材形成
试验是用一种有相邻小间隔沉积射流的双端喷丝板组件进行的。喷丝孔和喷丝板几何形状基本上与上述相同，不同之处在于下游沉积射流最初向上游方向倾斜约5度的夹角，上游沉积射流最初向上游方向倾斜约7度的夹角。然而，由于小间隔沉积射流的吸收力，所形成的上游和下游沉积射流实际上以一个约5度的夹角到达该集合带。这些网以55赫兹（Hz）振荡，并使每张网荷上静电荷。总的组件聚合物质量流速名义上为170磅/小时，输送气体体积流速大约是60英尺3/分钟。沉积射流喷出点和集合带表面之间的距离大约10英寸。沉积射流对沉积射流的相互作用如此严重，以致网在落到集合带之后往往会在沉积射流喷出点附近向上升起。为了消除来自相邻沉积射流的附加相互作用的机会，以及为稳定的片材形成提供最佳可能机会，在此试验期间没有开动其它周围沉积射流。本试验得到的均匀性指数，对下游幅是19.2，对上游幅是21.2。
相信双端喷丝板组件将会在相邻沉积射流之间产生显著干扰或相互作用，如果沉积射流与下游方向另一射流的水平间隔小于该沉积射流喷出点与集合带表面之间的垂直距离的5倍，则会导致纤维沉积不均匀性和随后的片材不均匀性。
带有挡板的双端喷丝板组件片材形成
试验是以一个双端喷丝板组件，在相邻沉积射流之间，在集合带表面上方使用一个包挡板进行的。沉积射流间隔和喷丝板组件设计与上述相同，不同之处在于，下游沉积射流最初向上游方向倾斜约0度的夹角，上游沉积射流最初向上游方向倾斜约10度的夹角。然而，由于小间隔沉积射流的吸引力，最终的上游和下游沉积射流实际上以约5度的夹角落到该集合带上。这些网以60赫兹（Hz）振荡，给每张网荷上静电。总的喷丝板组件聚合物质量流速名义上是155磅/小时，输送气体体积流速约55英尺3/分钟。从沉积射流喷出点到集合带表面的距离大约10英寸。包挡板包括一个倒“V形”槽，其内跨距为6 1/2 英寸，包角为70度。该包挡板在交叉方向上的宽度约24英寸。包挡板上游腿端部到集合带表面的距离约5英寸。
在相邻双端喷丝板组件之间也安置一个倒“V形”定位挡板。该定位挡板大约处于相邻沉积位置之间的中心。定位挡板的内跨距约为12英寸，包角90度，所处位置使得从挡板腿的端部到集合带表面的距离是约4英寸。定位挡板在交叉方向上的宽度大约28英寸。
较好是，这些挡板的跨距和高度应是带运动方向上沉积射流之间的距离的至少四分之一。跨距要求通常取决于集合带速度的变化，而高度要求则更多地取决于沉积射流体积流速的变化。
沉积射流与沉积射流相互作用减少了，因而纤维材料在该带上的落点仍然是稳定的，带静电荷的网当到达集合带时就钉上，而且不会向上升向沉积射流的喷出点。定位挡板和包挡板把涌流从原生气流中排出，防止它们在其中形成显著的不稳定性。从沉积射流的喷出点到集合带的网稳定性同更大间隔的沉积射流的稳定性一样好或更好。本试验的均匀性指数，对下游沉积射流是17.7，对上游沉积射流是16.3。其它试验已表明，均匀性指数往往比从常用单喷丝板形成的纤维片材增加10～20%。
上述实例证实，小间隔沉积射流的废气流之间的干扰或相互作用可以减少乃至防止。包挡板和定位挡板的使用，使得能提高片材均匀性和增大喷丝板组件能力。
虽然上述说明中已描述了本发明的一种特定实施方案，但熟悉本门技术的人要理解的是，在不违背本发明的精神或基本属性的情况下，本发明能进行许多改变、替代和重新安排。当要指出本发明的范围时，必须参照所附的权利要求书，而不是参照上述说明书。