CN101641470A - 由纺粘型无纺织物制成的、高强力且轻的无纺织物，用于制造这种无纺织物的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别是用于作为增强或加强材料来应用的、由纺粘型无纺织物制成的、高强力且轻的无纺织物，所述无纺织物包括至少一个由熔融纺的合成长丝组成的层，所述长丝借助于高能水射流来加固，该无纺织物的特征在于，所述无纺织物包含可热活化的粘接剂，所述粘接剂被以至少一个薄层的形式涂覆到所述由熔融纺长丝组成的层上。此外本发明还涉及一种用于制造这种无纺织物的方法。

Description

由纺粘型无纺织物制成的、高强力且轻的无纺织物，用于制造这种无纺织物的方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种由纺粘型无纺织物制成的、高强力且轻的无纺织物，所述无纺织物包括至少一个由熔融纺的合成长丝组成的层，所述合成长丝借助于高能水射流来加固。此外本发明还涉及一种用于制造这种无纺织物的方法及该无纺织物的应用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种由纺粘型无纺织物制成的、高强力且轻的无纺织物，所述无纺织物不仅表征为高强力而且还表征为高初始模量(Anfangmodul)。高的初始模量在通常的工业加工步骤中降低了初始拉伸以及由此引起的宽度收缩的可能性。
所述目的通过具有权利要求1全部特征的、由纺粘型无纺织物制成的无纺织物来实现。用于制造根据本发明的由纺粘型无纺织物制成的无纺织物的方法在权利要求12中描述，本发明的优选的应用在权利要求16中描述。本发明的优选设计方案在从属权利要求中给出。
在根据本发明的由纺粘型无纺织物制成的、高强力且轻的无纺织物中，所述无纺织物包括至少一个由熔融纺的合成长丝组成的层，而所述合成长丝借助于高能的水射流来加固，所述无纺织物包含可热活化的粘接剂，所述粘接剂被以至少一个薄层的形式涂覆到所述由熔融纺长丝组成的层上。
在通过高能水射流使丝线缠结时，在无纺织物的横截面上形成多个非常弱的内聚结合。这些仅由面间的内聚(
Figure G2008800036913D00011
)而产生的结合中的每一个本身都非常弱，无论如何总是比这样结合的丝线的强度弱。如果通过工业加工步骤所引起的足够高的力作用于如此加固的纺粘型无纺织物上，则通过水射流加固来制造的弱的内聚结合就在不损坏组成的丝线的情况下单个被过载和开松。当加载被分配到足够宽的周边(Umgebung)上并且所有未损坏的承载丝线沿加载方向指向时，各个弱的结合强度的总和才起作用，无纺织物才具有高的强度。
初始的挠性在力-拉伸图表上显示为低的初始模量。在实际应用中，在相应加载的情况下形成了与相应的宽度收缩相结合的纵向拉伸。这妨碍了或者有时甚至阻止了这种水射流加固的纺粘型无纺织物的应用。
因此初始模量的提高成为一个特别重要的技术目的。
令人惊讶地显示出，通过将至少一个由粘接剂组成的薄层在由熔融纺的合成长丝组成的层上的涂覆与接着的水射流加固、干燥和粘接剂的活化相结合，除水射流结合外，还形成在纺粘型无纺织物长丝之间的其它结合(或粘接点)。亦即形成了非常高数量的弱的内聚结合与低得多数量的强得多的胶粘结合的特殊组合。
这种彼此通过上述额外的粘接点相结合的纤细的纺粘型无纺织物长丝的高数量为所述无纺织物具有高的模量值和足够用于继续处理的尺寸稳定性做出贡献。在根据本发明的无纺织物中，在继续处理中不需要用于尺寸稳定的额外措施如张力控制。可以猜想，这种效果等还归因于，粘接剂的一部分还通过高能水射流被携带直到进入无纺织物层的较深的层中并在那里形成粘接点。
根据本发明的无纺织物可由一个或多个由纺粘型无纺织物和粘接剂组成的层构成。也可设置其它的附加层，只要其对于各种应用来说是有利的。
特别是低熔点的热塑性聚合物适合作为粘接剂，其中优选这种热塑性聚合物，其熔化温度与纺粘型无纺织物长丝的熔化温度相比足够低。优选地，所述熔化温度应比纺粘型无纺织物长丝的熔化温度低至少10℃，特别优选至少20℃，以便所述纺粘型无纺织物长丝在热活化时不被损坏。
优选地，所述低熔点的热塑性聚合物还具有宽的软化温度范围。优点在于，所述用作粘接剂的热塑性聚合物在比其有效熔点低的温度下已经可被活化。从技术观点考虑，粘接剂不需要绝对完全被熔化，而是其被足够地软化并因此附着在待结合的长丝上就足够了。以这种方式，人们可在活化阶段中调节纺粘型无纺织物长丝和粘接剂之间的结合度。
所述低熔点的热塑性聚合物优选基本上包括聚烯烃特别是聚乙烯、由聚乙烯、聚丙烯占主要份额的共聚体、由聚丙烯占主要份额的共聚体、共聚酯特别是聚对苯二甲酸丙二醇酯和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯，所述低熔点的热塑性聚合物还包括聚酰胺和/或共聚酰胺。在选择合适的低熔点的聚合物时，要考虑以后特殊应用的要求。
所述低熔点的聚合物相对于无纺织物总重量的重量含量(Gewichtsanteil)优选大于或等于7％。如果热熔性粘合剂的含量太低，则初始模量的增加就会太低，且可能对于将来的应用会不够。
优选地，所述重量含量在重量百分比9重量％和15重量％之间。在超过重量百分比15重量％时，过高数量的强烈胶粘的结合可能会对撕破强力产生不利影响。
然而，使用在7％之下的较小含量的热熔性粘合剂本身特别是对于某些应用来说是有利的，因此应包含在本发明内。
所述低熔点的聚合物例如能以纤维或原纤维的形式存在。特别是双组分纤维可用作所述纤维，其中低熔点组分为可热活化的粘接剂。
本发明使得可以使用具有较小的纺粘型无纺织物长丝纤度的长丝。在此已经以小的单位面积重量获得良好的强度和充分的覆盖。优选地，纤维纤度处于0.7和6dtex之间。具有在1至4dtex之间的纤度的纤维具有特别的优点，即所述纤维不仅确保了在平均单位面积重量下的好的面覆盖而且还具有足够的总强度。
根据本发明的无纺织物优选包括由聚酯特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的和/或由聚烯烃特别是聚丙烯制成的长丝。这些材料特别合适，因为所述材料由量产原材料制成，所述量产原材料可到处以足够的量和足够的质量来获得。聚酯和聚丙烯由于其耐用性在纤维和无纺织物制造中都是非常熟知的。
为在技术上满足无纺织物的特殊要求，例如较高的初始模量和/或刚性和/或耐紫外线性和/或耐碱性，除PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)外，人们还可将PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)和/或共聚体和/或由PET和PEN组成的混合物用作基质纤维聚合物。与PET相比，PEN表征为较高的熔点(约+18℃)以及较高的玻璃化转变温度(约+45℃)。
一种用于制造根据本发明的无纺织物的合适的方法包括以下方法步骤：
a)借助于纺粘型非织造织过程铺放至少一个由合成长丝组成的层；
b)涂覆至少一个由可热活化的粘接剂组成的薄层；
c)借助高能的高压水射流来分配粘接剂和加固纺粘型无纺织物长丝；
d)干燥；
e)热处理以活化粘接剂；
纺粘型无纺织物的制造，也就是说由不同的聚合物制成的合成长丝的纺造、其中还包括由聚丙烯或聚酯制成的合成长丝的纺造，如同在基布上将其铺放成无定向纤维网一样同样是现有技术。人们可从多个公司获得具有5m或更大宽度的大尺寸的技术设备。所述设备可具有一个或多个纺丝系统(纺丝箱体)并被调节到所希望的功率。用于水射流加固的水刺系统同样是现有技术。这种设备还能以大的宽度由多个制造者提供。烘干机和卷绕机也同样如此。
可热活化的粘接剂可借助不同的方法涂覆，例如通过粉末涂覆，还可以以分散体的形式。但是优选地，粘接剂以纤维或原纤维的形式利用熔喷法或气流成网法来涂覆。这种方法也是已知的并在文献中多次描述。
熔喷法和气流成网法具有特别的优点，即这些方法可任意地与用于纺粘型无纺织物长丝的纺丝系统相结合。
水射流加固应如由DE 198 21 848 C2中已知的那样来实施，使得实现了优选为每g/m2单位面积重量4.3N/5cm的特定纵向强度，以及每g/m2单位面积重量至少0.45N/5cm的、在延伸率为5％时在纵向方向上被测作张力的初始模量。因此确保了纺粘型无纺织物的足够的强度以及粘接剂在纺粘型无纺织物层中的的足够好的分布。
根据本发明，活化理解为例如通过将用作粘接剂的低熔点的聚合物熔合或熔接借助粘接剂产生粘接点。不仅干燥，而且用于活化的热处理都可在这样的温度下实施，该温度低到使得可靠地避免由于熔合或熔接而造成的纺粘型无纺织物长丝的损坏。出于方法经济的原因，所述干燥和粘接剂的热活化优选在一方法步骤中进行。
为干燥和活化低熔点的聚合物，人们可应用不同的烘干机类型，如拉幅烘干机、带式烘干机、或表面烘干机，但是优选地滚筒式烘干机特别适用。干燥温度在最终阶段中要调节到大致为低熔点聚合物的熔化温度，并根据结果来进行最优化。在此特别是要考虑粘接剂的整体熔融性能。在这种具有特别宽的软化温度范围的粘接剂中不需要达到物理熔点。而是，在软化温度范围中寻求粘结效果的最佳化就已经足够。由此可避免不良的细枝末节的问题如双组分在机器部件上的附着和过加固。
根据本发明的无纺织物由于其非常好的强度和其高的初始模量而适于在技术领域中应用，特别是作为涂层基布、增强材料或加强材料。
具体实施方式
下面借助实施例详细阐述本发明：
实施例1：
用于制造纺粘型无纺织物的试验设备具有1200mm的宽度。所述试验设备包括一在所述设备的整个宽度上延伸的纺丝喷嘴、两个平行于纺丝喷嘴设置的相对的吹风壁、一随后的牵引缝隙，所述牵引缝隙在下部区域中扩张成扩散器并形成无纺织物成网室。所纺出的长丝在一在无纺织物成网区域中从下方抽吸的接受带上形成一均匀的平面构型物、即一纺粘型无纺织物。所述纺粘型无纺织物在两个辊之间被压缩和卷绕。
预加固的纺粘型无纺织物在一试验设备上被退卷以用于水射流加固。借助用于气流成网的系统将短粘合纤维薄层涂覆到其表面上，随后所述两层的平面构型物以多束高能水射流来处理，由此被缠结(水刺)和加固。同时在平面构型物中分配粘接剂。接着将加固过的复合无纺织物在滚筒式烘干机中干燥，其中在烘干机的末端区域中如此调节温度，使得粘合纤维被活化并导致额外的结合。
在这种试验中，纺粘型无纺织物由聚丙烯制成。使用在上述宽度上具有5479个纺丝孔的纺丝喷嘴。采用Exxon Mobile公司的、具有36的熔体流动指数(MFI)的聚丙烯颗粒(Achieve PP3155)作为原料。纺丝温度为272℃。牵引缝隙具有25mm的宽度。单丝纤度根据在纺粘型无纺织物中的直径来测量为2.1dtex。制造速度被调节到46m/min。所产生的纺粘型无纺织物具有70g/m2的单位面积重量。在用于水加固的设备上，首先借助一用于在空气流中无纺织物成网的装置来涂覆皮/芯结构形式的非常短的双组分纤维的16g/m2的层，其中芯由聚丙烯制成而皮由聚乙烯制成。所述组分的重量比为50/50％。然后使纺粘型无纺织物经受水射流加固。所述加固用6根梁(Balken)来实施，所述梁交替地从两侧产生影响。所分别应用的水压设定如下：
  梁号   1   2   3   4   5   6
  水压(巴)   20   50   50   50   150   150
在水射流加固时，将短纤维尽可能引入纺粘型无纺织物中，从而使所述短纤维不形成纯表面层。
然后，所述以水射流处理过的纺粘型无纺织物在滚筒式烘干机中被干燥。在此在最后的区域中，空气温度被调节到123℃，从而使聚乙烯容易被熔化和形成热结合。这样加固的纺粘型无纺织物在86g/m2单位面积重量的情况下具有如下的力学值：
  最高拉力[N/5cm]   最高拉伸率[％]  在延伸率为5％时的力   在延伸率为10％时的力
  [N/5cm]   [N/5cm]
  纵向   512   85   56   93
  横向   86   105   6.0   11.9
在纵向方向上的特定强度为每g/m25.95N/5cm，在延伸率为5％时的特定割线模量为每g/m20.65N/5cm。
实施例2：
在与实例1中所描述的相同的试验设备上应用聚酯颗粒。所述聚酯颗粒具有特性粘度IV＝0.67。其被小心地干燥，从而使水的剩余含量处于0.01％之下，并在285℃温度下被纺丝。在此还如实例1中那样，应用在1200mm的宽度上具有5479个孔的纺丝喷嘴。聚合物通过量为320kg/h。长丝在纺粘型无纺织物中具有一光学测定的2dtex的纤度和一非常低的皱缩率。设备速度被调节到61m/min，从而使预加固的纺粘型无纺织物具有72g/m2的单位面积重量。
所述纺粘型无纺织物前置于相同的用于水射流加固的设备。将同一双组分短纤维(PP/PE 50/50)的16g/m2的层铺放到预加固的纺粘型无纺织物的表面上。然后所述粘合无纺织物行进通过以6根梁(来实施)的水射流加固，所述梁设定如下：
  梁号   1   2   3   4   5   6
  水压(巴)   20   50   80   80   200   200
在水射流加固时，将短粘合纤维尽可能引入纺粘型无纺织物中，从而使所述短粘合纤维不形成纯表面层。
接着，将所述利用水射流处理过的纺粘型无纺织物在滚筒式烘干机中干燥。在此在最后的区域中，空气温度被调节到123℃，从而使聚乙烯容易地被熔化和形成热结合。如此加固的纺粘型无纺织物在87g/m2的单位面积重量时具有如下的力学值：
  最高拉力[N/5cm]   最高拉伸率[％]   在延伸率为5％时的力[N/5cm]   在拉延伸率为10％时的力[N/5cm]
  纵向   530   88   59   96
  横向   93   100   6.1   12.6
在纵向方向上的特定强度为每g/m2 6.09N/5cm，在延伸率为5％时的特定割线模量为每g/m2 0.68N/5cm。

Claims (16)

1.一种由纺粘型无纺织物制成的、高强力且轻的无纺织物，所述无纺织物包括至少一个由熔融纺的合成长丝组成的层，所述合成长丝借助于高能水射流来加固，其特征在于，所述无纺织物包含可热活化的粘接剂，所述粘接剂被以至少一个薄层的形式涂覆到所述由熔融纺长丝组成的层上。
2.根据权利要求1所述的高强力且轻的无纺织物，其特征在于，所述粘接剂包括低熔点的热塑性聚合物。
3.根据权利要求2所述的高强力且轻的无纺织物，其特征在于，所述低熔点的热塑性聚合物具有一比合成长丝的熔化温度低至少10℃、优选至少20℃的熔化温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高强力且轻的无纺织物，其特征在于，所述合成长丝具有一从0.7至6.0dtex、优选从1.0至4.0dtex的纤度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的高强力且轻的无纺织物，其特征在于，所述合成长丝由聚酯特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和/或由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、和/或由共聚体和/或由PET和PEN组成的混合物、和/或由聚烯烃特别是聚丙烯制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的高强力且轻的无纺织物，其特征在于，所述低熔点的聚合物基本上包括聚烯烃特别是聚乙烯、由聚乙烯、聚丙烯占重要份额的共聚体、由聚丙烯占重要份额的共聚体，所述低熔点的聚合物还包括共聚酯特别是聚对苯二甲酸丙二醇酯和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺和/或共聚酰胺。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的高强力且轻的无纺织物，其特征在于，所述低熔点的聚合物相对于无纺织物总重量的重量含量大于或等于7％，优选在9％和15％之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的高强力且轻的无纺织物，其特征在于，所述低熔点的聚合物以均匀撒上的粉末的形式存在。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的高强力且轻的无纺织物，其特征在于，所述低熔点的聚合物以特别是纺出的或熔喷的纤维或原纤维的形式存在。
10.根据权利要求9所述的高强力且轻的无纺织物，其特征在于，所述熔喷的纤维或原纤维利用空气铺放成均匀的层。
11.根据权利要求9或10所述的高强力且轻的簇绒基布，其特征在于，所述纤维是双组分纤维，其中低熔点的组分为可热活化的粘接剂。
12.一种用于制造根据权利要求1至11中至少一项所述的、高强力且轻的无纺织物的方法，其特征在于包括以下步骤：
a)借助于纺粘型非织造织过程铺放至少一个由合成长丝组成的层；
b)涂覆至少一个由可热活化的粘接剂组成的薄层；
c)借助高能的高压水射流来加固纺粘型无纺织物长丝和分配粘接剂；
d)干燥；
e)热处理以活化粘接剂。
13.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述干燥和热活化在一方法步骤中进行。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述水射流加固这样调节，使得实现了每g/m2单位面积重量至少4.3N/5cm的特定强度，以及每g/m2单位面积重量至少0.45N/5cm的、在延伸率为5％时在纵向方向上被测作张力的特定的初始模量。
15.根据权利要求11至13中至少一项所述的方法，其特征在于，所述纤维或原纤维在应用气流成网法或熔喷法的情况下来进行涂覆。
16.将根据权利要求1至11中任一项所述的高强力且轻的无纺织物作为加强无纺织物用于工业涂层特别是用于建筑工业的应用，和用于屋顶衬垫层的应用，以及用于印花的纺织大广告幅面的应用。
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