CN101946033B - 复合非织造纤维料片及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合非织造纤维料片，该复合非织造纤维料片包括中值直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维和中值直径为至少1μm的一组微纤维。该纤维组中的至少一组为取向的，并且每一个复合非织造纤维料片具有一定的厚度并显示具有小于10％的密实度。本发明也涉及制备复合非织造纤维料片的方法和包含根据该方法制备的复合非织造纤维料片的制品。在示例性应用中，该制品可以用作气体过滤制品、液体过滤制品、吸声制品、表面清洁制品、细胞生长支承制品、药物递送制品、个人卫生制品或伤口敷料制品。

Description

复合非织造纤维料片及其制备和使用方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2007年12月28日提交的美国临时专利申请No.61/017,230的优先权，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及复合非织造纤维料片以及制备和使用这种网的方法。本发明还涉及低密度复合非织造纤维料片，该网包含可用于制备吸收制品的亚微米纤维和微纤维的共混物。
背景技术
非织造网已用于制备吸收制品，这些吸收制品可以用作例如用于表面清洁的吸收擦拭物、气体和液体吸收剂或过滤介质以及用于吸声的屏蔽材料。在要求吸收性高的一些应用中，可能有利的是，使用由表面积大的细小亚微米纤维制备的孔隙度高的非织造制品。然而，细小亚微米纤维在处理时具有伸缩或压碎的趋势，从而减小可用于吸收的孔隙度和/或表面积，同时增加穿过非织造制品的流体的压降。特别是对于气体和液体过滤应用，可能有利的是，甚至在保持吸收性高的同时保持穿过非织造制品的低压降。
一些目前的非织造制品使用表面改性剂以抑制细小亚微米纤维压碎。这种非织造制品的一个实例为在聚丙烯亚微米纤维中使用硅油以抑制冷焊。例如，当非织造制品用作吸收擦拭物或过滤介质时，使用这样的表面改性剂可引起复杂化。这些复杂化中的一些包括表面改性剂随时间推移而沥滤、表面改性剂污染其它表面或穿过非织造制品的气体介质或液体介质的倾向、以及仅使用表面改性剂以抑制压碎而导致成本增加。尽管表面改性剂可以有助于促进细小亚微米纤维网中的压碎恢复率，但它们很少有助于压缩负载下的整体压缩强度和密实度。
发明内容
本领域仍然存在对将高吸收性和低压降特性以及改进的抗压碎性结合起来的低密度非织造复合制品的需求。
在一个方面，本发明涉及复合非织造纤维料片，该网包含中值直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维和中值直径为至少1μm的一组微纤维。该纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片具有一定的厚度并显示具有小于10％的密实度。
在另一方面，本发明涉及通过下述方式制备复合非织造纤维料片的方法：形成中值纤维直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维，形成中值纤维直径为至少1μm的一组微纤维；将亚微米和微纤维结合成复合非织造纤维料片。该纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片具有一定的厚度并显示具有小于10％的密实度。
在另一方面，本发明涉及制品，该制品包含所述的并根据上述方法制备的复合非织造纤维料片。在示例性实施例中，该制品可以用作气体过滤制品、液体过滤制品、吸声制品、表面清洁制品、细胞生长支承制品、药物递送制品、个人卫生制品或伤口敷料制品。
根据本发明的复合非织造纤维料片的示例性实施例可以具有使其能够用于多种应用的结构特征，可以具有优越的吸收性质，由于其密实度低而显示具有高孔隙度和高渗透性，和/或以高性价比方式进行制备。
已对本发明的示例性实施例的多种方面和优点进行了概述。以上发明内容并非意图描述本发明的每一个图示实施例或每种实施方式。附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原则的某些优选实施例。
附图说明
进一步参照附图对本发明的示例性实施例进行描述，其中：
图1a为根据本发明的一个示例性实施例的示例性单层复合非织造纤维料片的示意图。
图1b为根据本发明的另一个示例性实施例的另一个示例性单层复合非织造纤维料片的示意图。
图1c为根据本发明的额外的示例性实施例的额外的示例性单层复合非织造纤维料片的示意图。
图1d为根据本发明的一个示例性实施例的示例性多层复合非织造纤维料片的示意图。
图1e为根据本发明的另一个示例性实施例的另一个示例性多层复合非织造纤维料片的示意图。
图2为用于形成根据本发明的某些示例性实施例的复合非织造纤维料片的示例性设备的整体示意图。
图3为用于制备可用于形成根据本发明的某些示例性实施例的复合非织造纤维料片的纤维的示例性处理室的放大侧视图，未示出用于该处理室的安装装置。
图4为图3所示的示例性处理室以及安装装置和其它相关装置的局部俯视示意图。
图5为图2所示的示例性设备的一部分的放大视图，示出成纤模具。
图6为图2所示的示例性设备的任选热处理部分的示意性放大和展开图。
图7为图6的设备的透视图。
具体实施方式
术语表
如本文所用：
“微纤维”为一组中值直径为至少1微米的一组纤维。
“超细微纤维”为一组中值直径为2微米或更小的一组微纤维。
“亚微米纤维”为一组中值直径小于1微米的一组纤维。
当本文提及某一特定种类的微纤维批、微纤维组、微纤维阵列(如“亚微米纤维阵列”)等时，其意指该阵列中微纤维的全体，或单批微纤维的全体，而不仅仅是指该阵列或该批次中为亚微米尺寸的部分。
“连续取向的微纤维”本文是指从模具放出并通过处理工位移动的基本上连续的纤维，纤维在处理工位被拉伸且纤维内分子的至少部分被取向为与纤维的纵向轴线准直(相对于纤维使用的“取向的”意指纤维分子的至少部分沿着纤维的纵向轴线准直)。
“熔喷纤维”本文是指通过将熔化的成纤材料穿过模具中的喷丝孔挤出进入高速气体流中制备的纤维，其中挤出的材料首先被细化，然后硬化为纤维团。
“单独制备的亚微米纤维”意指从成纤设备(如模具)制备的亚微米纤维流，该成纤设备被布置为该亚微米纤维流初始与较大尺寸微纤维流在空间上分隔(如在约1英寸(25mm)或更大的距离上)，但在移动行程中与其合并以及分散到其中。
“层”意指两个主表面之间形成的单层。层可以内部地存在于单网内，如单网中以具有限定该网厚度的第一主表面和第二主表面的多层形成的单层。层也可以存在于包含多网的复合制品中，如当第一纤维网被第二纤维网覆盖或垫起时的第一纤维网中的单层，在这种情况下，第一纤维网和第二纤维网中的每一个都形成至少一层，其中第一纤维网具有限定其厚度的第一主表面和第二主表面，第二纤维网具有限定其厚度的第一主表面和第二主表面。另外，层还可以同时存在于单网内、该网与一个或多个其它网之间，每一个网形成层。
参照特定的第一层的“邻接”意指在下述位置接合或附接到另一个第二层，在所述位置，第一层和第二层彼此紧邻(即相邻)并且直接接触，或彼此邻近但不直接接触(即在第一层和第二层之间存在一个或多个额外的层)。
“自生粘结”被定义为高温下的纤维之间的粘结，如在不使用例如点粘结或压延中的直接接触压力的情况下，在烘箱中或用通风粘结器获得的粘结。
“分子相同”的聚合物是指具有基本相同的重复分子单元的聚合物，但其在分子量、制备方法、商业形式等方面可以不相同。
描述网时所用的“自支承”意指自身可被保持、处置和处理的网。
“密实度”是与密度和网渗透性和孔隙度成相反关系的非织造网性能(低密实度对应于高渗透性和高孔隙度)，并由以下公式限定：
Figure BPA00001206100800051
根据10cm×10cm网样品的重量计算“网基重”。
在施加压力为150Pa的条件下，使用测试仪管脚尺寸为5cm×12.5cm的厚度测试计在10cm×10cm网样品上测量“网厚度”。
“堆密度”是取自文献的构成网的聚合物或共混聚合物的堆密度。
现在将具体参照附图对本发明的多种示例性实施例进行描述。因此，应当理解，本发明的实施例不应限于以下所述的示例性实施例，但应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制的控制。
A.复合非织造纤维料片
本发明涉及复合非织造纤维料片，其对用作例如用于表面清洁的吸收擦拭物、气体和液体吸收剂或过滤介质和用于吸声的屏蔽材料的吸收制品可能是有利的。复合非织造纤维料片的示例性实施例可以具有下述结构特征，这些结构特征使得所述复合非织造纤维料片能够用于多种应用、具有优越的吸收性质、由于其密实度低而显示具有高孔隙度和高渗透性和/或能够以高性价比进行制备。抗回弹性或伸缩(如压碎)是本发明的示例性优选实施例的理想的特征。
在制备和使用这两者的期间，非织造制品被常规处理并受到压缩应力。更细小的纤维(如亚微米纤维)更可能不可逆地压缩，从而导致不利的高密实度形式，高密实度形式显示具有低渗透性和孔隙度并且吸收性降低。本发明的某些示例性实施例可以使用多层构造，所述多层构造包括用于保持细小亚微米纤维的低密实度的整体支承层。
现在将具体参照附图对本发明的多种示例性实施例进行描述。本发明的示例性实施例可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行多种修改和更改。因此，本发明的实施例不应限于以下所述的示例性实施例，但应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制的控制。
图1a示出展示本发明的示例性复合非织造纤维料片。示例性单层复合非织造纤维料片302包括中值直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维300和中值直径为至少1μm的一组微纤维304。该纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片302具有厚度H并显示具有小于10％的密实度。
在图1a的示例性实施例中，示出亚微米纤维300组更集中地靠近网的中心线301(限定在从单层复合非织造纤维料片302的第一主表面305和第二主表面305′算起约一半网厚度H的位置处)，并示出微纤维304组更集中地靠近单层复合非织造纤维料片302的第一主表面305和第二主表面305′。换句话讲，亚微米纤维数与微纤维数的比率在复合非织造纤维料片302的整个厚度H上有变化。在图1a所示的单层复合非织造纤维料片302中，亚微米纤维数与微纤维数的比率从靠近由复合非织造纤维料片302的一半厚度(即H/2)限定的中心线301的峰值变为靠近单层复合非织造纤维料片302的每一个主表面305和305′的较低值。因此，在方向A和A′中的每一个上，随着远离中心线301移动，存在从亚微米纤维的较高浓度数到亚微米纤维的较低浓度数的浓度梯度。
图1b示出展示本发明的另一个示例性复合非织造纤维料片。示例性单层复合非织造纤维料片402包含中值直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维400和中值直径为至少1μm的一组微纤维404。该纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片402具有厚度H并显示具有小于10％的密实度。
在图1b的示例性实施例中，示出微纤维组404更集中地靠近网的中心线401(限定在从单层复合非织造纤维料片402的第一主表面405和第二主表面405′算起约一半网厚度H的位置处)，示出亚微米纤维组400更集中地靠近单层复合非织造纤维料片402的第一主表面405和第二主表面405′。换句话讲，亚微米纤维数与微纤维数的比率在复合非织造纤维料片402的整个厚度H上有变化。在图1b所示的单层复合非织造纤维料片402中，亚微米纤维数与微纤维数的比率从靠近每一个主表面305和305′的峰值变为靠近由单层复合非织造纤维料片402的一半厚度(即H/2)限定的中心线401的较低值。因此，在每一个方向A和A′上，存在从亚微米纤维的较高浓度数到亚微米纤维的较低浓度数的浓度梯度，直到到达中心线401为止。
图1c示出展示本发明的额外的示例性复合非织造纤维料片。示例性单层复合非织造纤维料片502包含中值直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维500和中值直径为至少1μm的一组微纤维504。该纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片502具有厚度H并显示具有小于10％的密实度。
在图1c的示例性实施例中，示出亚微米纤维500组与微纤维504组混合以形成靠近单层复合非织造纤维料片502的中心线501(限定在从第一主表面505和第二主表面505′算起约一半网厚度H的位置处)的不均匀的纤维混合物。亚微米纤维500组更集中地靠近第一主表面505，微纤维504组更集中地靠近单层复合非织造纤维料片502的第二主表面505′。
亚微米纤维500组的浓度也有差别，使得亚微米纤维数与微纤维数的比率在单层复合非织造纤维料片502的整个厚度上从第一主表面505移动到第二主表面505′时降低。换句话讲，亚微米纤维数与微纤维数的比率在复合非织造纤维料片502的整个厚度H上有变化。在图1c所示的单层复合非织造纤维料片502中，亚微米纤维数与微纤维数的比率从靠近主表面505的峰值变为靠近由单层复合非织造纤维料片502的一半厚度(即H/2)限定的中心线501的较低值。因此，在方向A上存在从亚微米纤维的较高浓度数到亚微米纤维的较低浓度数的浓度梯度。
在图1c所示的示例性实施例中，亚微米纤维500组在包含微纤维504组的垫层上形成覆盖层。在附图中未示出的其它示例性实施例中，微纤维504组在包含亚微米纤维500组的垫层上形成覆盖层。在附图中未示出的另外的示例性实施例中，亚微米纤维组与微纤维组混合以形成包含不均匀的纤维混合物的单层复合非织造纤维料片。
图1d示出展示本发明的另外的示例性复合非织造纤维料片。示例性多层复合非织造纤维料片602包含图1c的示例性单层复合非织造纤维料片502，其覆盖在支承层604上，同时第二主表面505′接触支承层(如覆盖)。单层复合非织造纤维料片502包含中值直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维500和中值直径为至少1μm的一组微纤维504。该纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片502的厚度为H并显示具有小于10％的密实度。支承层604的厚度为H′，多层复合非织造纤维料片602的厚度为(H+H′)。
在图1d的示例性实施例中，示出亚微米纤维500组与微纤维504组混合以形成靠近单层复合非织造纤维料片502的中心线501(限定在从第一主表面505和第二主表面505′算起约一半网厚度H的位置处)的不均匀的纤维混合物。亚微米纤维500组更集中地靠近第一主表面505，微纤维504组更集中地靠近单层复合非织造纤维料片502的第二主表面505′。
亚微米纤维500组的浓度也有差别，使得亚微米纤维数与微纤维数的比率在单层复合非织造纤维料片502的整个厚度上从第一主表面505移动到第二主表面505′时降低。换句话讲，亚微米纤维数与微纤维数的比率在复合非织造纤维料片502的整个厚度H上有变化。因此，在方向A上存在从亚微米纤维的较高浓度数到亚微米纤维的较低浓度数的浓度梯度。
在图1d所示的多层复合非织造纤维料片602中，亚微米纤维数与微纤维数的比率从靠近主表面505的峰值变为靠近由单层复合非织造纤维料片502的一半厚度(即H/2)限定的中心线501的较低值。因此，亚微米纤维500组在包含微纤维504组的垫层上形成覆盖层，单层复合非织造纤维料片502的第二主表面505′邻接并覆盖支承层604。
图1e示出展示本发明的额外的示例性复合非织造纤维料片。图1e的示例性多层复合非织造纤维料片702包含图1c的示例性单层复合非织造纤维料片502，其设置成与支承层704邻接，同时第一主表面505与支承层704接触(如覆盖)。复合非织造纤维料片502的厚度为H并显示具有小于10％的密实度。支承层704的厚度为H′，多层复合非织造纤维料片702的厚度为(H+H′)。
在某些实施例中，图1c的单层复合非织造纤维料片502可以在使第一主表面505与支承层704接触之前围绕中心线501翻转180度。或者，可以在支承层704上形成亚微米纤维500组，并可以将微纤维504组添加到亚微米纤维500组。
在图1e的示例性实施例中，示出亚微米纤维500组与微纤维504组混合以形成靠近单层复合非织造纤维料片502的中心线501(限定在从第一主表面505和第二主表面505′算起约一半的网厚度H的位置处)的不均匀的纤维混合物。亚微米纤维500组更集中地靠近第一主表面505，微纤维504组更集中地靠近单层复合非织造纤维料片502的第二主表面505′。因此，在方向A上存在从微纤维的较高浓度数到微纤维的较低浓度数的浓度梯度。
在图1e所示的多层复合非织造纤维料片702中，亚微米纤维数与微纤维数的比率从靠近主表面505的峰值变为靠近由单层复合非织造纤维料片502的一半厚度(即H/2)限定的中心线501的较低值。因此，微纤维504组在包含亚微米纤维500组的垫层上形成覆盖层，并且单层复合非织造纤维料片502的第一主表面505邻接并覆盖支承层704。
在附图中未示出的其它示例性实施例中，通过在支承层上覆盖单层复合非织造纤维料片来形成多层复合非织造纤维料片，所述单层复合非织造纤维料片在包含一组亚微米纤维的垫层上包含微纤维覆盖层，使得亚微米纤维的至少一部分在单层复合非织造纤维料片的主表面接触支承层。
在附图中未示出的额外的示例性实施例中，通过在支承层上覆盖单层复合网来形成多层复合非织造纤维料片，所述单层复合网包含与微纤维组混合的一组亚微米纤维，以在支承层上形成不均匀的纤维混合物。在另外的实施例中，通过在支承层上覆盖如图1a、图1b或图1c中的任何者中示出的单层复合网来形成多层复合非织造纤维料片，使得单层复合网的主表面(如305、305′、405、405′、505或505′)接触支承层。此外，支承层可以具有与支承层相邻或邻接并且与接触支承层的单层复合网的主表面相背的额外的层和/或组分(未示出)。
在前述多层复合非织造纤维料片实施例中的每一个中，应当理解，术语“覆盖层”旨在描述图1d和图1e实际所示的实施例。然而，通过使所示的多层复合非织造纤维料片中的任何者围绕指示的中心线(如图1d和图1e中的501)翻转180度，被描述为覆盖层的层可以变为垫层，并且本发明旨在包括对所示实施例进行的这种修改。此外，提及“层”旨在意指至少一层，因此，在本发明的范围内，每一个示出的多层复合非织造纤维料片的实施例可以包括一个或多个额外的层(未示出)。此外，提及“层”旨在描述至少部分覆盖一个或多个额外的层(未示出)的层。
对于前述根据本发明的复合非织造纤维料片的示例性实施例中的任何者，单层复合非织造纤维料片将显示具有可以根据纤维网的特定的最终用途而有差别的基重。通常，单层复合非织造纤维料片的基重小于约1000克/平方米(gsm)。在一些实施例中，单层复合非织造纤维料片的基重为从约1.0gsm到约500gsm。在其它实施例中，单层复合非织造纤维料片的基重为从约10gsm到约300gsm。
与基重一样，单层复合非织造纤维料片将显示具有可以根据网的特定的最终用途而有差别的厚度。通常，单层复合非织造纤维料片的厚度小于约300毫米(mm)。在一些实施例中，单层复合非织造纤维料片的厚度为从约0.5mm到约150mm。在其它实施例中，单层复合非织造纤维料片的厚度为从约1.0mm到约50mm。
现在将对根据本发明的示例性复合非织造纤维料片的多种组分进行描述。
B.复合非织造纤维料片组分
在一个方面，本发明涉及复合非织造纤维料片，该网包括中值直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维和中值直径为至少1μm的一组微纤维。该纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片具有一定的厚度并显示具有小于10％的密实度。
取向的纤维为在纤维内存在分子取向的纤维。完全取向的和部分取向的聚合物纤维为已知的并且为市售的。可以多种方式测量纤维的取向，包括双折射、热收缩、X射线散射和弹性模量(参见如Principles  of Polymer Processing，Zehev Tadmor and Costas Gogos，John Wiley andSons，New York，1979，pp.77-84)。重要的是，应当指出，由于结晶材料和非结晶材料两者均可以显示具有与结晶无关的分子取向，所以分子取向不同于结晶度。因此，即使市售的已知的通过熔喷或电纺制备的亚微米纤维不是取向的，也存在将分子取向赋予使用这些处理制备的纤维的已知方法。然而，Torobin所述的处理(参见如美国专利No.4,536,361)未示出制备分子取向的纤维。
此外，迄今为止，也不知道通过控制单层复合非织造纤维料片内亚微米纤维数与微纤维数的比率来将密实度控制到小于10％，或使用支承层从而得到密实度低的多层复合非织造纤维料片。
本发明的复合非织造纤维料片可以包含以下组分中的一种或多种。
1.亚微米纤维组分
本发明的复合非织造纤维料片包含一种或多种细小亚微米纤维组分，例如图1a所示的示例性复合非织造纤维料片302的亚微米纤维组分300。在一些实施例中，优选的细小亚微米纤维组分为包含中值纤维直径小于1微米(μm)的纤维的亚微米纤维组分。在一些示例性实施例中，亚微米纤维组分包含的纤维的中值纤维直径在从约0.2μm到约0.9μm的范围内。在其它示例性实施例中，亚微米纤维组分包含的纤维的中值纤维直径在从约0.5μm到约0.7μm的范围内。
在本发明中，给定的亚微米纤维组分中的纤维的“中值纤维直径”通过制备纤维结构的一幅或多幅图像(例如通过使用扫描电镜)来确定；测量所述一幅或多幅图像中的清晰可见的纤维的纤维直径，从而得到纤维直径的总数x；计算x个纤维直径的中值纤维直径。通常，x大于约50，并且有利地在从约50到约200的范围内。
在一些示例性实施例中，亚微米纤维组分可以包含一种或多种聚合物材料。合适的聚合物材料包括(但不限于)聚烯烃，例如聚丙烯和聚乙烯；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚酰胺(尼龙-6和尼龙-6，6)；聚氨酯；聚丁烯；聚乳酸；聚乙烯醇；聚苯硫醚；聚砜；液晶聚合物；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；聚丙烯腈；环状聚烯烃；聚甲醛；多烯热塑性弹性体；或它们的组合。
亚微米纤维组分可以包含含有上述聚合物或共聚物中的任何一种的单组分纤维。在该示例性实施例中，单组分纤维可以包含如下所述的添加剂，但包含选自上述聚合物材料的单种成纤材料。此外，在该示例性实施例中，所述单组分纤维通常包括至少75重量％的上述聚合材料中的任何一种以及高达25重量％的一种或多种添加剂。有利地，所述单组分纤维包括至少80重量％、更有利地至少85重量％、至少90重量％、至少95重量％以及100重量％之多的上述聚合材料中的任何一种，其中所有重量都基于所述纤维的总重量。
亚微米纤维组分也可以包含由以下物质形成的多组分纤维：(1)上述聚合物材料中的两种或更多种；和(2)下述一种或多种添加剂。如本文所用，术语“多组分纤维”用于是指由两种或更多种聚合物材料形成的纤维。合适的多组分纤维构型包括(但不限于)皮芯构型、并列构型和“海岛型”(例如由Kuraray Company，Ltd.(Okayama，Japan)制备的纤维)。
对于由多组分纤维形成的亚微米纤维组分，有利地，基于纤维的总重量，多组分纤维包含：(1)从约75重量％到约99重量％的上述聚合物中的两种或更多种；和(2)从约25重量％到约1重量％的一种或多种额外的成纤材料。
2.微纤维组分
本发明的复合非织造纤维料片包含一种或多种粗纤维组分，例如图1a所示的示例性复合非织造纤维料片302的微纤维组分304。在一些实施例中，优选的粗纤维组分为包含中值纤维直径为至少1μm的纤维的微纤维组分。在一些示例性实施例中，微纤维组分包含的纤维的中值纤维直径在从约2μm到约100μm的范围内。在其它示例性实施例中，微纤维组分包含的纤维的中值纤维直径在从约5μm到约50μm的范围内。
在本发明中，给定的微纤维组分中的纤维的“中值纤维直径”通过制备纤维结构的一幅或多幅图像(例如通过扫描电镜)来确定；测量所述一幅或多幅图像中的清晰可见的纤维的纤维直径，从而得到纤维直径的总数，x；计算x个纤维直径的中值纤维直径。通常，x大于约50，并且有利地在从约50到约200的范围内。
在一些示例性实施例中，微纤维组分可以包含一种或多种聚合物材料。一般来讲，任何成纤聚合材料均可以用于制备微纤维，尽管通常且优选成纤材料是半结晶性的。特别可用的是常常用于纤维形成的聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙和聚氨酯。也可以由非晶态聚合物(例如聚苯乙烯)来制备网。这里所列的具体聚合物仅为实例，且可用多种多样的其它聚合物材料或成纤材料。
合适的聚合物材料包括(但不限于)聚烯烃，例如聚丙烯和聚乙烯；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚酰胺(尼龙-6和尼龙-6，6)；聚氨酯；聚丁烯；聚乳酸；聚乙烯醇；聚苯硫醚；聚砜；液晶聚合物；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物；聚丙烯腈；环状聚烯烃；聚甲醛；多烯热塑性弹性体；或它们的组合。
根据本发明的示例性实施例，也可以将多种天然成纤材料制备为非织造微纤维。优选的天然材料可以包括柏油或沥青(如用于制备碳纤维)。成纤材料可为熔化形式，或可承载于合适的溶剂中。也可利用反应性单体，当反应性单体传到或穿过模具时，它们彼此发生反应。非织造纤维料片可以将纤维混合物包含在单层(例如使用两个密集间隔的共享通用模具顶端的模具腔体制成)、多个层(例如使用排列成叠堆的多个模具腔体制成)、或多组分纤维的一层或多层(例如在美国专利No.6,057,256(Krueger等人)中所述的那些)中。
纤维也可以由共混材料形成，包括其中已经混入例如颜料或染料的某些添加剂的材料。可以制备例如皮芯型或并列型双组分纤维的双组分微纤维(本文所说的“双组分”包括具有两个或更多个组分的纤维，每一个组分占据纤维横截面积的一部分并在基本上为纤维的长度上延伸)，如可以是双组分亚微米纤维那样。然而，本发明的示例性实施例利用单组分纤维可以是特别可用的且是有利的(其中纤维在其整个横截面上具有基本相同的组成，但“单组分”包括共混物或包含添加剂的材料，其中基本均一组成的连续相在整个横截面和纤维长度上延伸)。在其它有益效果中，能够使用单一组分的纤维降低了制备的复杂性，并且对网的使用限制较少。
除了上面提到的成纤材料之外，多种添加剂还可以被添加到纤维熔融物中并且挤出，以将所述添加剂包含于纤维中。通常，基于所述纤维的总重量，添加剂的量小于约25重量％、有利地地高达约5.0重量％。合适的添加剂包括(但不限于)颗粒、填充剂、稳定剂、增塑剂、增粘剂、流速控制剂、固化缓聚剂、增粘剂(例如硅烷和钛酸盐)、辅助剂、抗冲改性剂、可膨胀的微球体、导热粒子、导电粒子、二氧化硅、玻璃、粘土、滑石、颜料、着色剂、玻璃珠或泡、抗氧化剂、荧光增白剂、抗微生物剂、表面活性剂、阻燃剂和含氟化合物。
上述添加剂中的一种或多种可以用于减少所得纤维和层的重量和/或成本、调节粘度或改变所述纤维的热特性或使衍生自添加剂物理特性活性的物理特性具有一定的范围，该物理特性包括电学特性、光学特性、与密度相关的特性、与液体阻隔或粘合剂粘性相关的特性。
3.任选支承层
本发明的复合非织造纤维料片还可以包含支承层，例如图1d所示的示例性多层复合非织造纤维制品602的支承层604。当支承层存在时，支承层可以提供复合非织造纤维制品强度中的大部分。在一些实施例中，上述亚微米纤维组分往往会具有非常低的强度，并且在正常处理期间会被损坏。亚微米纤维组分附接到支承层给亚微米纤维组分增加了强度，同时保持了低密实度，因此，保持了所需的亚微米纤维组分的吸收性质。多层复合非织造纤维料片结构也可以提供用于进一步加工的足够的强度，所述进一步加工可以包括(但不限于)，将网卷绕成辊形式，从辊移除网、模铸、成褶、折叠、网装固定、织造等等。
在本发明中可以使用多种支承层。合适的支承层包括(但不限于)非织造织物、织造织物、针织织物、泡沫层、膜、纸层、背胶层、金属薄片、网片、弹性织物(即上述具有弹性性能的织造织物、针织织物或非织造织物中的任何者)、开孔网、背胶层或它们的任何组合。在一个示例性实施例中，支承层包括聚合物非织造织物。合适的非织造聚合物织物包括(但不限于)纺粘织物、熔喷织物、短长度纤维(即纤维长度小于约100mm的纤维)的梳理纤维网、针刺织物、裂膜网、水刺网、气流成网短纤维网或它们的组合。在某些示例性实施例中，支承层包括粘结的短纤维网。如以下进一步所述，可以使用例如热粘结、粘合剂粘结、粉状粘结剂粘结、水刺、针刺、压延或它们的组合来实现粘结。
支承层的基重和厚度可以取决于复合非织造纤维制品的特定的最终用途。在本发明的一些实施例中，理想的是，使复合非织造纤维制品的总基重和/或厚度保持在最小水平。在其它实施例中，给定的应用可能要求总的最小基重和/或厚度。通常，支承层的基重小于约150克/平方米(gsm)。在一些实施例中，支承层的基重为从约5.0gsm到约100gsm。在其它实施例中，支承层的基重为从约10gsm到约75gsm。
与基重一样，支承层的厚度可以根据复合非织造纤维制品的特定的最终用途而有差别。通常，支承层的厚度小于约150毫米(mm)。在一些实施例中，支承层的厚度为从约1.0mm到约35mm。在其它实施例中，支承层的厚度为从约2.0mm到约25mm。
在某些示例性实施例中，支承层可以包含微纤维组分，例如多个微纤维。在这样的实施例中，可以优选地将上述亚微米纤维组直接沉积到微纤维支承层上以形成多层复合非织造纤维料片。可任选地是，上述微纤维组可以与亚微米纤维组一起沉积在微纤维支承层上，或可以沉积在微纤维支承层上的亚微米纤维组上方。在某些示例性实施例中，构成支承层的多个微纤维在组成上与形成覆盖层的微纤维组相同。
亚微米纤维组分可以永久性地或暂时地粘合到给定的支承层上。在本发明的一些实施例中，亚微米纤维组分永久性地粘合到支承层(即以永久性地粘合到支承层为意图将亚微米纤维组分附接到支承层)。
在本发明的一些实施例中，可以将上述亚微米纤维组分暂时地粘合到支承层(如可从其移除)，例如防粘衬垫。在这样的实施例中，可以使亚微米纤维组分在暂时支承层上支承所需的时间长度，并且可任选地是，可以在暂时支承层上对亚微米纤维组分进一步进行处理，随后将其永久性地粘合到第二支承层。
在本发明的一个示例性实施例中，支承层包括含有聚丙烯纤维的纺粘织物。在本发明的另外的示例性实施例中，支承层包括短长度纤维的梳理纤维网，其中短长度纤维包含：(i)低熔点纤维或粘合纤维；和(ii)高熔点纤维或结构纤维。通常，虽然粘合纤维和结构纤维的熔点之差可以大于10℃，但粘合纤维的熔点小于结构纤维的熔点至少10℃。合适的粘合纤维包括(但不限于)上述聚合物纤维中的任何者。合适的结构纤维包括(但不限于)上述聚合物纤维以及无机纤维(例如陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维)和有机纤维(例如纤维素纤维)中的任何者。
在某些目前优选的实施例中，支承层包括短长度纤维的梳理纤维网，其中短长度纤维包含PET单组分和PET/coPET双组分短纤维的共混物。在一个示例性的目前优选的实施例中，支承层包括短长度纤维的梳理纤维网，其中短长度纤维包含：(i)约20重量％双组分粘合纤维(可从Invista，Inc.(Wichita，KS)商购获得的Invista T254纤维)(12d×1.5″)；和(ii)约80重量t％结构纤维(Invista T293 PET纤维)(32d×3″)。
如上所述，支承层可以包含彼此结合的一层或多层。在一个示例性实施例中，支承层包括第一层(例如非织造织物或膜)和第一层上与亚微米纤维组分相背的粘合剂层。在这个实施例中，粘合剂层可以覆盖第一层的外表面的一部分或整个外表面。粘合剂可以包含任何已知的粘合剂，包括压敏粘合剂、可热激活粘合剂等。当粘合剂层包含压敏粘合剂时，复合非织造纤维制品还可以包含防粘衬垫，从而得到压敏粘合剂的暂时保护。
4.任选额外的层
本发明的复合非织造纤维料片可以包含与亚微米纤维组分、支承层或上述两者结合的额外的层。一个或多个额外的层可以存在于亚微米纤维组分的外表面上方或下方(例如在图1d的单层复合非织造纤维料片502的第一主表面505上方)、支承层的外表面下方(例如图1d的与第二主表面505′相背的支承层604下方)或上述两者。
合适的额外的层包括(但不限于)包含颜色的层(如印刷层)；上述支承层中的任何者；具有不同平均纤维直径和/或物理组成的一个或多个额外的亚微米纤维组分；用于额外的绝缘性能的一个或多个次细小亚微米纤维层(例如熔喷网或玻璃纤维织物)；泡沫；粒子层；金属薄片层；膜；装饰织物层；隔膜(即具有受控渗透性的膜，例如透析膜、反渗透膜等)；结网；网片；布线网或管网(即用于传输电的线层或用于传输多种流体的管组，例如用于加热毯的布线网和使冷却剂流经冷却毯的管网)；或它们的组合。
5.任选附接装置
在某些示例性实施例中，本发明的复合非织造纤维料片还可以包含一种或多种附接装置，以允许将复合非织造纤维制品能够附接到基底。如上所述，粘合剂可以用于附接复合非织造纤维制品。除了粘合剂之外，还可以使用其它附接装置。合适的附接装置包括(但不限于)任何机械紧固件，例如螺杆、钉子、夹片、U形钉、缝合针、螺纹、钩环材料等。
一个或多个附接装置可以用来将复合非织造纤维制品附接到多个基底。示例性基板包括(但不限于)车辆部件；车辆内部(即客厢、发动机舱、行李箱等)；建筑物壁(即内壁表面或外壁表面)；建筑物天花板(即内天花板表面或外天花板表面)；用来形成建筑物壁或天花板的建筑材料(如天花板贴片、木材部件、石膏板等)；隔间；金属薄片；玻璃基板；门；窗；机械部件；器具元件(即器具内表面或器具外表面)；管道或软管的表面；计算机或电子元件；声音记录或复制装置；用于器具、电脑等的外壳或箱体。
C.制备复合非织造纤维料片的方法
本发明也涉及制备复合非织造纤维料片的方法。在另一方面，本发明涉及通过以下方式制备复合非织造纤维料片的方法：形成中值纤维直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维，形成中值纤维直径为至少1μm的一组微纤维；和将亚微米纤维和微纤维结合成复合非织造纤维料片。该纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片具有一定的厚度并显示具有小于10％的密实度。
能够制备取向的纤维的工艺包括：取向的膜原丝形成、熔纺法、丛丝形成、纺粘法、湿纺丝和干纺丝。合适的用于制备取向的纤维的工艺在本领域也是已知的(参见，例如Ziabicki，Andrzej，Fundamentals  of Fibre Formation：The Science of Fibre Spinning and Drawing，Wiley，London，1976)。在初始纤维形成期间不必在纤维内赋予取向，而是可以在纤维形成之后赋予取向，最普遍的是使用拉延或拉伸处理来赋予取向。
在一些示例性实施例中，复合非织造纤维料片可以由与较粗糙的微纤维混合的亚微米纤维形成，这些较粗糙的微纤维为亚微米非织造纤维提供支承结构。支承结构可以提供回弹性和强度以保持以优选的低密实度形式的细小亚微米纤维。支承结构可以由许多不同的组分单独或共同制成。支承组分的实例包括，例如微纤维、不连续的取向的纤维、天然纤维、泡沫状多孔材料和连续的或不连续的非取向的纤维。
在一个示例性实施例中，形成微纤维流，并单独形成亚微米纤维流，并将亚微米纤维流添加到微纤维流以形成复合非织造纤维料片。在另一个示例性实施例中，形成亚微米纤维流，并单独形成微纤维流，并将微纤维流添加到亚微米纤维流以形成复合非织造纤维料片。在这些示例性实施例中，亚微米纤维流和微纤维流中的任何一者或两者为取向的。在额外的实施例中，形成取向亚微米纤维流，并将不连续的微纤维添加到亚微米纤维流中，如使用美国专利No.4,118,531(Hauser)中所述的处理。
在一些示例性实施例中，制备复合非织造纤维料片的方法包括通过混合纤维流、水刺、湿法成网、丛丝形成或它们的组合将亚微米纤维组和微纤维组结合成复合非织造纤维料片。在将亚微米纤维组与微纤维组结合时，可以使用一种类型或所述两种类型纤维的多个流，并可以按任何顺序结合这些流。这样，可以形成显示具有多种所需的浓度梯度和/或分层结构的非织造复合纤维网。
例如，在某些示例性实施例中，亚微米纤维组可以与微纤维组结合以形成不均一的纤维混合物。在其它示例性实施例中，可以将亚微米纤维组形成为包含微纤维组的垫层上的覆盖层。在某些其它示例性实施例中，可以将微纤维组形成为包含亚微米纤维组的垫层上的覆盖层。
在其它示例性实施例中，可以通过将亚微米纤维组沉积到支承层上来形成复合非织造纤维制品，支承层任选地包含微纤维，以便在支承层或基底上形成亚微米纤维组。该方法可以包括下述步骤，在该步骤中，使支承层(任选地包含聚合物微纤维)穿过中值纤维直径小于1微米(μm)的亚微米纤维的纤维流。在穿过纤维流的同时，可以将亚微米纤维沉积到支承层上，以便使其暂时地或永久性地粘合到支承层。当将纤维沉积到支承层上时，任选地可以使纤维彼此粘合，并且当纤维在支承层上时可以进一步使其硬化。
在某些目前优选的实施例中，将亚微米纤维组与任选支承层结合，该支承层包括微纤维组的至少一部分。在其它目前优选的实施例中，将亚微米纤维组与任选支承层结合，随后将该亚微米纤维组与微纤维组的至少一部分结合。
1.亚微米纤维的形成
可以使用许多工艺来制备和沉积亚微米纤维，包括(但不限于)：熔喷、熔纺、电纺、气体射流原纤化或它们的组合。特别合适的工艺包括(但不限于)在美国专利No.3,874,886(Levecque等人)、No.4,363,646(Torobin)、No.4,536,361(Torobin)、No.5,227,107(Dickenson等人)、No.6,183,670(Torobin)、No.6,743,273(Chung等人)、No.6,800,226(Gerking)和DE 19929709C2(Gerking)中所公开的工艺。
合适的用于形成亚微米纤维的工艺也包括电纺工艺，例如在美国专利No.1,975,504(Formhals)中所述的那些工艺。在美国专利No.6,114,017(Fabbricante等人)、No.6,382,526B1(Reneker等人)和No.6,861,025B2(Erickson等人)中描述了其它合适的用于形成亚微米纤维的工艺。
制备本发明的复合非织造纤维料片的方法可以用于形成包含由上述聚合物材料中的任何者形成的纤维的亚微米纤维组分。通常，亚微米纤维成形方法步骤涉及在从约130℃到约350℃的熔体挤出温度下挤出可热成形的材料的熔体。模具组件和/或共轴喷丝头组件(参见例如以上提及的Torobin工艺)包括一组喷丝头和/或共轴喷丝头，熔化的可热成形的材料通过这组喷丝头和/或共轴喷丝头挤出。在一个示例性实施例中，共轴喷丝头组件包括一组共轴喷丝头，这组共轴喷丝头形成为阵列，以便将多个纤维流挤压到支承层或基底上。参见，例如美国专利No.4,536,361(图2)和No.6,183,670(图1-2)。
2.微纤维的形成
许多工艺可以用于制备和沉积微纤维组，包括(但不限于)：熔喷、熔纺、纤丝挤出、丛丝形成、纺粘法、湿纺丝、干纺丝或它们的组合。在美国专利No.6,315,806(Torobin)、No.6,114,017(Fabbricante等人)、No.6,382,526B1(Reneker等人)和No.6,861,025B2(Erickson等人)中描述了合适的用于形成微纤维的工艺。或者，可以使用例如在美国专利No.4,118,531(Hauser)中所述的工艺将一组微纤维形成或转变为短纤维，并与一组亚微米纤维结合。在某些示例性实施例中，微纤维组包含粘合的微纤维网，其中如下所述，使用热粘结、粘合剂粘结、粉状粘结剂、水刺、针刺、压延或它们的组合来实现粘结。
3.用于形成复合非织造纤维料片的设备
图2-6示出用于实现本发明的多种实施例的示例性设备，作为用于形成复合非织造纤维料片的示例性设备的一部分。图2为示意性整体侧视图；图2和图3为图2装置的成纤部分的放大视图；图4和图5为图2中所示装置的其它部分的放大视图；而图7为图1和图5中所示装置的透视图。
如图2总体示出，在微纤维成纤设备2中制备连续微纤维流1，并将连续微纤维流1引向收集设备3。在微纤维成纤设备2和收集设备3之间的路线上，流1被从亚微米成纤设备101流出的亚微米纤维流100拦截。如图2中以虚线显示，可以从亚微米纤维成纤模具101a将任选第二亚微米纤维流100a引入到微纤维流中。这些流如以下更详细所述地那样合并，并变成在收集设备3上沉积为微纤维组和亚微米纤维组的共混复合非织造纤维料片402(如图1b所示)，使得纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片402具有一定的厚度并显示具有小于10％的密实度。
如图2所示，可以将任选第三亚微米纤维流100b引入到微纤维流中，同时在连续筛网型收集器19上使复合非织造纤维料片402输送通过任选亚微米纤维成纤模具101b。可任选地是，亚微米纤维成纤模具101b可以用于单独形成亚微米纤维，或与任选亚微米纤维成纤模具101a和/或亚微米纤维成纤模具101中的一者或两者组合形成亚微米纤维。
可以通过在连续筛网型收集器(例如图2示出的带式收集器19)上、在筛网覆盖筒(未示出)上收集复合非织造纤维料片，或使用本领域已知的替代方法来实施本发明的示例性实施例。在一个示例性替代收集方法中，可以通过将微纤维和亚微米纤维的合并流对准两个收集器之间的间隙来收集网，如Olson等人的WO 2004/046443中所示和所述方法，通过这种方法可以获得具有C形纤维构造的网。
图2中的微纤维成纤设备2为用于实施本发明的某些实施例的一个示例性设备。在使用这个设备时，通过将聚合物成纤材料引入到料斗11中，将成纤材料引入到这个示例性设备中的挤出头10，在挤出机12中熔化材料，并通过泵13将熔化的材料泵送到挤出头10中。虽然最普遍的是使用粒料或其它颗粒形式的固态聚合物材料并将其熔化成液态的可泵送状态，但也可使用其它成纤液体，例如聚合物溶液。
挤出头10可以为常规喷丝头或纺丝组合件，其通常包括以规则图案(例如直线行)布置的多喷丝孔。成纤液体的原丝15从挤出头挤出，并被运送到处理室或任选缩束装置16。如挤出的原丝15的暴露状况可以变化一样，该挤出的原丝在到达任选缩束装置16之前行进的距离17也可以是变化的。通常，将空气或其它气体的骤冷流18提供给挤出的原丝以降低挤出的原丝15的温度。或者，可以对空气流或其它气体流进行加热以方便纤维的拉延。
在一些示例性实施例中，可以有一种或多种空气流或其它流体，例如横向吹向原丝流的第一空气流18a，其可以移除挤出期间释放的不需要的气体材料或烟；实现主要所需的温度降低的第二骤冷空气流18b。可以使用额外的骤冷流；例如，图2所示流18b自身可包括不止一个的流以实现所需的骤冷程度。根据所使用的处理或所需的成品形式，骤冷空气可以足以使挤出的原丝15在它们到达任选缩束装置16之前硬化。在其它情况下，当挤出的原丝进入任选缩束装置时，它们仍然处于软化或熔化的状况。或者，不使用任何骤冷流；在这种情况下，挤出头10与任选缩束装置16之间的环境空气或其它流体可以是用于挤出的原丝在进入任选缩束装置前进行任何改变的介质。
原丝15穿过任选缩束装置16并最终离开，进入收集器19，在此被收集成纤维团20，下面将要详细讨论。收集器19一般为多孔的，收集器下面可设置气体抽吸装置14以协助将纤维沉积到收集器上。任选缩束装置出口与收集器之间的距离21可以有差别以获得不同的效果。
在任选缩束装置中，原丝被拉长且直径缩小，而原丝中的聚合物分子变成取向的，即纤维内聚合物分子的至少部分变成与纤维的纵向轴线准直。在半结晶聚合物的情况下，该取向通常足以形成应变诱导的结晶度，这大大地强化了所得纤维。图3为用于制备在本发明的网中尤其可用的微纤维的代表性的任选缩束装置16的放大侧视图。任选缩束装置16包括两个间隔的可移动半块或侧16a和16b，以便在它们之间限定出处理室24：侧16a和16b的刨削表面形成室壁。图4为按不同的比例示出代表性的任选缩束装置16及其安装和支承结构中的一些的俯视图，并且一定程度地为示意图。如在图4的俯视图中所见，处理室或缩束室24一般为细长的狭槽，具有横向长度25(横向于通过任选缩束装置的原丝移动路径)。
虽然任选缩束装置作为两个半块或侧存在，但它用作一个一体式装置，首先将以其组合形式对其进行论述。(图2和图3示出的结构仅仅是代表性的，可以使用多种不同的构造。)代表性的任选缩束装置16包括倾斜进入壁27，该壁限定缩束室24的入口空间或喉部24a。进入壁27优选在进入边缘或表面27a处弯曲以使承载挤出的原丝15的空气流平滑地进入。壁27附接到主体部分28，并可以设置有凹进区域29以在主体部分28和壁27之间形成间隙30。可以通过导管31将空气引入到间隙30中，从而形成气刀(用箭头32表示)，该气刀提高了原丝行进穿过任选缩束装置的速度，也对原丝产生进一步的骤冷效果。任选缩束装置主体28优选地在28a处弯曲以使空气平滑地从气刀32进入通道24中。可选择任选缩束装置主体的表面28b的角度(a)以确定气刀冲击穿过任选缩束装置的原丝流的所需的角度。可以将空气刀进一步在室内设置，而不是使之靠近所述室的入口。
图3示出可以用于实施本发明的实施例的示例性缩束室。任选缩束装置16可以包括缩束室24，该缩束室可以在其贯穿所述任选缩束装置的纵向长度(沿纵向轴线26贯穿缩束室的维度称为轴向长度)上具有均一的间隙宽度(图3页面上两个任选缩束装置侧之间的水平距离33本文称为间隙宽度)。或者，如图3所示，间隙宽度可以沿着任选缩束室的长度而有差别。在不同的实施例中，缩束室由直的或平的壁限定；在这样的实施例中，壁间的间距可以在其整个长度上是不变的，或者，壁可以在缩束室的轴向长度上略微分开或会聚(这是优选的，因为这往往会引起微纤维流的加宽)。在所有这些情况下，限定缩束室的壁在本文中被认为是平行的，因为与精确平行的偏差是相对微小的。如图3所示，限定通道24纵向长度的主要部分的壁可以采取板36的形式，该板与主体部分28是间隔的，并且附接到该主体部分。
可改变缩束室24的长度以实现不同的效果；改变对气刀32和出口34之间的部分(本文有时称为斜槽长度35)尤其可用。室壁和轴26之间的角度可以在出口34附近变宽以改变纤维在收集器上的分布；或可以在出口处使用结构(例如偏转器表面、显示具有Coanda效果的弯曲表面)和不均匀的壁长来实现所需的纤维扩散或其它分布。通常，结合所处理的材料和实现所需效果所需的处理模式来选择间隙宽度、斜槽长度、缩束室形状等。例如，较长的斜槽长度对提高所制备纤维的结晶度可能是可用的。选择条件并且可大大改变条件，以将挤出的原丝处理为所需的纤维形式。
如图4所示，代表性的任选缩束装置16的两侧16a和16b各通过安装架37支承，安装架37附接到在杆39上滑动的线性轴承38。轴承38通过装置(例如围绕杆径向设置的轴向延伸的滚珠行)在杆上低摩擦地行进，由此侧16a和16b可易于朝着和远离彼此移动。安装架37附接到任选缩束装置主体28和壳体40上，来自供应管41的空气通过它们分布至导管31和气刀32。
在该示例性实施例中，气缸43a和43b经连杆44分别连接到任选缩束装置侧16a和16b并施加夹紧力，从而使任选缩束装置侧16a和16b朝彼此挤压。任选缩束装置16的一些可用的操作模式在美国专利No.6,607,624(Berrigan等人)中有所描述。例如，当存在系统扰动时，例如当正在处理的原丝断裂或与另一原丝或纤维缠结时，任选缩束装置的侧或室壁可以发生移动。
如将要看到的，在图2和图3示出的任选缩束装置16中，在室的横向长度的末端处没有侧壁。结果是穿过室的纤维在接近室的出口时可向外伸展到室的外部。这种伸展在加宽收集器上收集的纤维团方面可为理想的。在其它实施例中，处理室的确包括侧壁，不过在室的一个横向末端处的单个侧壁没有附接到室的两侧16a和16b，因为附接到室的两侧会抑制侧的隔离，如上所述。相反，可以将侧壁附接到一个室侧，当且如果其响应通道内的压力变化而移动时，它将随该侧一起移动。在其它实施例中，如果需要将处理过的纤维流限制在处理室内，则将侧壁分开，其中一部分附接到一个室侧，另一部分附接到另一室侧，侧壁部分优选重叠。
虽然图2-3所示具有可移动的壁的设备具有所述优点，但使用这种任选缩束装置对实施本发明的所有实施例不是必要的。可以在下述设备上制备可用于本发明的某些示例性实施例的纤维，在所述设备中，任选缩束装置的壁被固定并且为不可移动的，或在实施过程中不移动。
当原丝进入或退出任选缩束装置时，可以结合原丝使用常规用作成纤处理辅助剂的多种处理，例如将涂饰剂或其它材料喷洒到原丝上、将静电荷施加于原丝、施加水雾等。另外，还可以将多种材料添加到收集的网，包括粘结剂、粘合剂、涂饰剂和其它网或膜。
现在参见图5，在一个示例性实施例中，提供用于形成如图1c示出的复合非织造纤维料片502的示例性设备。该示例性设备包括制备微纤维流500的任选缩束装置16和亚微米成纤设备101。亚微米成纤设备101可为已知的结构，并可以已知的方式操作亚微米成纤设备101来制备在本发明的示例性实施例中使用的亚微米纤维。
例如，亚微米成纤设备101可以包括：亚微米纤维成纤模具102，其具有挤出室103，液化的亚微米成纤材料从挤出机104送入通过挤出室103；模具喷丝孔105，其在模具的整个向前末端上内嵌式排列，亚微米成纤材料通过该模具喷丝孔挤出。气体(通常是受热的空气)以非常高的速度通过协作空气喷丝孔106强制喷出。高速气流拉出并细化挤出的亚微米成纤材料，然后在行进到其与包含一组微纤维504的微纤维500流合并点期间，亚微米成纤材料硬化(到不同程度的密实度)，并形成包含一组亚微米纤维502的亚微米纤维100流。
在某些示出的实施例中，亚微米纤维成纤模具102优选地设置在包含微纤维504组的流500附近，以最佳地实现微纤维捕集包含亚微米纤维502组的流100；将熔喷模具靠近微纤维流放置对于捕集亚微米尺寸的纤维可能特别重要。例如，图5中从模具102的出口到微纤维流1的中心线的距离107优选为约2英寸到12英寸(5厘米到25厘米)、优选约6英寸到8英寸(约15厘米或20厘米)或对于非常小的微纤维而言更小。另外，亚微米纤维流100优选设置为与微纤维流1成锐角θ，从而亚微米纤维流100的矢量与流1定向对齐。优选θ在约0度和45度之间、更优选在10度和30度之间。
从亚微米纤维流100和微纤维流500的近似连接点到收集器19的距离108通常为至少10厘米但小于40厘米，以避免过度缠绕和保持网的均匀度。距离109(一般来讲为至少6英寸(约15厘米))足以降低微纤维流的动量，从而允许亚微米纤维流与微纤维流能够更好地合并。
亚微米纤维通常很长，尽管其一般被认为是不连续的。亚微米纤维的较长长度(与人造短纤维的有限长度相比之下，长度与直径的比率接近无穷大)使其更好地保持在微纤维基质内。亚微米纤维通常为有机的并且为聚合物型的，常常在分子上为与微纤维相同的聚合物。当亚微米纤维流和微纤维流合并时，亚微米纤维在微纤维当中变成分散的。可以得到相当均一的混合物，特别是在x-y维度上，z维度上的分布由特定处理步骤控制，例如对距离107、角度θ以及合并流质量和速度的控制。合并的流继续行进到图2中的收集器19，并且被收集为网状复合非织造纤维料片302。
亚微米纤维相对于包含在本发明的非织造复合纤维网中的微纤维的量可根据网的预期用途而有差别。有效量，即有效实现所需性能的量，在重量上不需要很大。通常微纤维占网纤维的至少1重量％且小于约75重量％。由于微纤维的表面积大，所以很小的重量即可以实现所需的性能。就包括很少微纤维的网而言，微纤维一般占网的纤维表面积的至少5％、更通常占纤维表面积的10％或20％或更多。本发明的示例性实施例的特别优点是能够向所需应用(例如过滤或隔热或隔音)提供小直径纤维。
根据微纤维和亚微米纤维的状况，在收集期间纤维之间会发生某些粘结。然而，通常在收集的网中的微纤维之间需要进一步粘结，从而得到所需的基质粘附性，从而使该网更容易处理且能够更好地将亚微米纤维保持在基质内(“粘结”纤维意指将纤维牢固粘附在一起，以便当网经受正常处理时纤维一般不会分开)。
可使用在点粘结工艺中施加热和压力或通过平滑压延辊的常规粘结技术，但此类工艺会引起不需要的纤维变形或网压缩。在美国专利申请公布No.US 2008/0038976A1中教导了更优选的用于粘结微纤维的技术。附图中的图1、图5和图6示出了用于进行这种技术的设备。
简而概之，如应用于本发明的那样，这种优选技术涉及使收集的微纤维网和亚微米纤维网经受受控加热和骤冷操作，该操作包括：a)迫使加热至足以使微纤维软化的温度以足以使微纤维在纤维交叉点处粘结在一起(如在足够的交叉点处粘结在一起以形成相关或粘合的基质)的气流、施加离散时间(所施加的离散时间太短以至于不能完全熔化纤维)的受热的流穿过网；和b)立即迫使至少低于受热的流50℃的温度的气流穿过纤维网以对纤维进行骤冷(如在上述美国专利公布No.US 2008/0038976A1中所定义的，“迫使”意指除了正常的室内压力之外的力被施加于气流以推进流穿过网；“立即”意指作为同一操作的一部分，即在下一处理步骤之前当将网缠绕成卷时没有发生储存居间时间)。作为缩略术语，该技术被描述为骤冷流动加热技术，并且所述装置被描述为骤冷流动加热器。
已经发现的是，在粘结操作期间亚微米微纤维基本上不熔融或失去其纤维结构，但仍保持为具有其原纤维尺寸的离散微纤维。不希望被任何特定理论束缚，本申请人相信亚微米纤维与微纤维相比具有不同的更少的结晶形态，我们推理，在亚微米纤维进行熔化之前，在亚微米纤维内晶体生长时，粘结操作期间施加于网的有限热量被耗尽。无论此理论正确与否，微纤维的粘结在亚微米纤维基本没有熔化或畸变的情况下确实发生，并可以有利于成品网的性能。
美国专利申请公开No.US 2008/0038976A1中详细教导的所述方法的变型，利用在微纤维内存在的两种不同种类的分子相(一种叫微晶表征分子相，因为相对大量地存在链延长的或应变诱导的晶域，第二种叫非晶态表征相，因为相对大量地存在较低晶序的域(即非链延长的)和非晶域，尽管后者可以具有程度不足以用于结晶度的某些晶序或取向。这两个不同种类的相不必具有明显的边界，可彼此存在于混合物中，具有不同类的性质，包括不同的熔化和/或软化特性：以较大量存在的链延长的晶域为特征的第一相的熔化温度(即链延长的晶域的熔点)高于第二相的熔化或软化温度(即由低序晶域的熔点修正的非晶域的玻璃化转变温度)。
在所述方法的上述变型中，加热在一定温度下进行，加热时间足以使纤维的非晶态表征相熔化或软化，同时微晶表征相仍保持不熔化。一般来讲，受热的气体流的温度高于纤维的聚合材料起始熔化温度。在加热后，迅速对网实施上述骤冷。
发现在这样的温度下对收集的网的处理引起微纤维在形态学上变得精细。这可以理解如下(我们不希望被我们在本文的“理解”内容所束缚，这些内容一般涉及某些理论上的考虑)。至于非晶态表征相，易受不可取(阻碍软化)的晶体生长影响的相分子材料的量没有处理前大。非晶态表征相被理解为已经历过一种分子结构的净化或减少，这将导致在热粘结操作期间常规未处理过的纤维结晶度的不可取的增加。本发明特定示例性实施例的处理过的纤维可以能够进行某种“可重复的软化”，意指当纤维在比会引起整根纤维熔化的温度范围更低的温度范围内暴露于升温和降温的循环时，该纤维(尤其是该纤维的非晶态表征相)将某种程度上发生软化和再硬化的重复循环。
在实际术语中，可重复的软化表示可加热处理过的网(由于经加热和骤冷处理，一般显示具有可用的粘结)，以引起纤维的进一步自生粘结。软化和再硬化循环不能无限地持续，一般来讲足够的是，可以通过暴露于热量之下使纤维初始粘结，如在热处理期间根据本发明的特定示例性实施例，然后再次加热以引起再软化和进一步的粘结，或(如果需要)进行其它操作，例如压延或再成形。例如，利用具有改善的纤维粘结能力(尽管在这样的情况下，粘结不限于自生粘结)，可以将网压延成光滑表面或给定非平面形状，如模制到面罩中。
在网粘结、压延、成形或其它类似的操作期间，虽然非晶态表征(或粘结)相具有所述的软化作用，但纤维的微晶表征相也可以具有重要的作用，即增强纤维的基本纤维结构。由于微晶表征相的熔点高于非晶表征相的熔点/软化点，在粘结或类似操作期间，微晶表征相一般可以保持不熔化，并因此保持基质完好，该基质在整个纤维上延伸并支承纤维结构和纤维尺寸。
因此，尽管在自生粘结操作中加热网可以由于在纤维交叉点处经历一些流动和聚结而结合在一起，但在交叉和粘结之间的整个纤维长度上的基本不连续纤维结构基本上保留下来；优选地，纤维的横截面在操作期间形成的交叉或粘结之间的纤维长度上保持不变。相似地，尽管对网进行压延会引起纤维因压延操作中的压力和热而被重新构造(从而导致纤维永久性地保持其在压延期间被压成的形状，并使该网的厚度更均一)，但纤维一般来讲一直为不连续纤维，并随后保持所需的网孔隙度、过滤和绝缘性质。
如图6和图7所示，在进行本发明的某些示例性实施例的优选方法中，通过在安装在收集器19上方的受控加热装置200下移动收集器19(参见图2)来承载形成的复合非织造纤维料片，例如图1a的复合非织造纤维料片302。示例性加热装置200包括壳体201，该壳体分为上充气室202和下充气室203。该上充气室和下充气室被板204分隔，该板穿孔有一系列的孔205，该孔尺寸和间隔通常为均一的。气体(通常是空气)从导管207穿过开口206被送入上充气室202中，板204用作分流装置，以当空气穿过板进入下充气室203中时，引起被送入上充气室的空气被相当均一地分布。其它可用的分流装置包括翅片、挡板、歧管、气坝、筛网或烧结板，即均化空气分布的装置。
在示例性的加热装置200中，下充气室203的底壁208由细长狭槽209形成，细长或刀状的受热的空气流210通过所述细长狭槽从下充气室吹到在加热装置200下方的收集器19上移动的复合非织造纤维料片302上(复合非织造纤维料片302和收集器19在图7中为部分分解示出)。排气装置14优选充分延伸以位于加热装置200的狭槽209的下方(以及顺维延伸一段距离218，越过受热的流210并通过标记区220，下文将会讨论到)。因此，充气室中的受热的空气在充气室203内的内部压力下，并且在狭槽209处还在排气装置14的排出真空下。为了进一步控制排气力，穿孔板211可以设置在收集器19下方以施加某种背压或限流手段，该手段确保受热的空气流210将在收集的复合非织造纤维料片302的宽度或受热面积上扩展到所需的程度，并在流传输穿过收集的纤维团的可能的密度低的部分时被抑制。其它可用的限流装置包括筛网或烧结板。
为了实现所需的控制，板211上开口的数目、尺寸和密度可以在不同的区域中有差别。大量空气穿过微纤维成纤设备，并且当纤维在区域215中到达收集器时必须被处置。足够的空气在区域216中穿过网和收集器以在多种处理空气流下将网保持在适当的位置。热处理区217下的板中需要有足够的开度以允许处理空气能够穿过网，同时提供足够的阻力以确保空气被均匀分布。
应在该纤维团的整个加热区域内控制温度-时间条件。我们已经在穿过网的受热的空气流210在被处理的纤维团的整个宽度上的温度在5℃范围内、优选地在2℃或甚至1℃范围内时获得了最好的结果(往往在受热的空气进入壳体201中的进入点处测量受热的空气的温度以方便控制操作，但其也可相邻收集的网用热电偶进行测量)。另外，还操作加热设备，以通过(如)快速循环打开和关闭该加热器来随时间推移维持该流的稳定温度，以避免加热过度或加热不足。优选地，当以一秒的间隔测量时，温度被保持在与预期温度相差一摄氏度范围内。
为了进一步控制加热，使纤维团在施加受热的空气流210之后迅速经受骤冷。通常可通过在纤维团离开受控热空气流210之后立即抽出在复合非织造纤维料片302上方和遍及该网的环境空气来获得这样的骤冷。图6中的标号220表示这样的区域，在该区域中，在网穿过热空气流之后排气装置抽出穿过网的环境空气。实际上，可在壳体201的基座下方(如在附图中的图6上标记的区域220a中)抽出这样的空气，从而它在网离开热空气流210之后几乎立即到达网。排气装置14沿着收集器延伸一段距离218超过加热装置100，以确保整个复合非织造纤维料片302的充分冷却和骤冷。为了缩略的目的，将组合加热和骤冷的设备称为骤冷流加热器。
骤冷的目的之一是要在包含于网中的微纤维发生不需要的变化之前抽取热量。骤冷的另一个目的是要迅速地从网和纤维中移除热量，从而限制在纤维中随后进行的结晶或分子排序的程度和性质。通过从熔化/软化状态快速骤冷至硬化状态，该非晶表征相被认为凝固成更为纯化的结晶形式，纤维中可妨碍软化或可重复的软化的分子物质减少了。尽管对大多数目的来说骤冷是十分强烈优选的，但对某些目的来说，骤冷可能不是绝对需要的。
为实现骤冷，有利地通过温度低于标称熔点至少50℃的气体来冷却纤维团；另外，有利地施加骤冷气体接近至少一秒的时间(标称熔点通常由聚合物供应商规定；也可利用差示扫描量热法来辨别，并且就本文的目的而言，聚合物的“标称熔点”被定义为：在聚合物的熔化区中的二次热、总热流DSC图线的最大峰值(如果在该区中只有一个最大值)；如果存在不止一个最大值指示出不止一个熔点(如由于存在两种不同晶相)，则为最大振幅熔融峰出现的温度。在任何情况下，骤冷气体或其它流体都具有足以快速硬化纤维的热容量。
本发明的某些示例性实施例的优点可以是，与全部为亚微米纤维层中存在的亚微米纤维相比，微纤维网内保持的亚微米纤维可以更好地免于受到压紧。微纤维一般比亚微米纤维更大、更硬和更强效，并且可以由不同于微纤维的材料制成。亚微米纤维和施加压力的对象之间存在的微纤维可以限制将压碎力施加在亚微米纤维上。尤其是就可相当易碎的亚微米纤维而言，本发明的某些示例性实施例可以提供的增加的抗压紧或压碎性提供重要的有益效果。即使当根据本发明的网经受压力时，如在大型储存卷筒中被卷起来或在二次处理中，根据本发明的网也可以提供良好的耐压缩性，否则对于过滤器来说，可能导致压降增大以及装载性能变差。微纤维的存在也可以增加其它特性，例如网强度、刚度和处理特性。
可使纤维的直径受到调控，从而得到需要的过滤、吸声和其它特性。例如，可能理想的是，微纤维的中值直径为5毫米到50毫米(μm)，亚微米纤维的中值直径从0.1μm到小于1μm，例如0.9μm。优选地，微纤维的中值直径在5μm和50μm之间，而亚微米纤维的中值直径优选为0.5μm到小于1μm，例如0.9μm。
如前所述，本发明的某些示例性实施例对于将非常小的微纤维(例如中值直径从1μm到约2μm的超细微纤维)与亚微米纤维结合可能特别是可用的。此外，如上所述，可能理想的是，形成遍及网的梯度，如按照亚微米纤维与微纤维在网的整个厚度上的相对比例形成遍及网的梯度，这可以通过改变处理条件来实现，例如空气速度、或亚微米纤维流的质量比、或微纤维流和亚微米纤维流的交叉处的几何形状(包括模具距微纤维流的距离和亚微米纤维流的角度)。亚微米纤维在根据本发明的复合非织造纤维料片的一个边缘附近的浓度较高对于气体和/或液体过滤应用可能特别有利。
在制备根据本发明的多种实施例的微纤维或亚微米纤维时，可以通过熔化纺丝挤出头或熔喷模具的不同喷丝孔挤出不同的成纤材料，以便制备包含纤维混合物的网。也可以利用多种工序使非织造纤维料片带电，以增强其过滤能力：参见如美国专利No.5,496,507(Angadjivand)。
如果可由亚微米纤维本身制备网，这样的网易损且薄弱。然而，通过将亚微米纤维组与微纤维组合并成相干的、粘合的、取向的复合纤维结构，可以获得强效的自支承网或片状材料，其可以具有或不具有任选支承层。
除了上述制备复合非织造纤维料片的方法之外，还可以一旦网形成就对该网进行以下处理步骤中的一个或多个：
(1)沿着朝向进一步的加工操作的处理路径推进复合非织造纤维料片；
(2)使一个或多个额外的层与亚微米纤维组分、微纤维组分和/或任选支承层的外表面接触；
(3)压延复合非织造纤维料片；
(4)用表面处理剂或其它组合物(如阻燃剂组合物、粘合剂组合物或打印层)涂覆复合非织造纤维料片；
(5)将复合非织造纤维料片附接到纸板或塑性管；
(6)将复合非织造纤维料片缠绕成卷的形式；
(7)对复合非织造纤维料片进行裁切以形成两个或更多个狭缝辊和/或多个狭缝片材；
(8)将复合非织造纤维料片放置在模子中，并将复合非织造纤维料片模铸成新形状；
(9)将防粘衬垫施加在暴露的任选压敏粘合剂层上方(如果存在)；以及
(10)通过粘合剂或包括(但不限于)夹片、托架、螺栓/螺杆、钉子和条带的任何其它附接装置将复合非织造纤维料片附接到另一个基底。
D.使用复合非织造纤维料片的方法
本发明也涉及在多种吸收应用中使用本发明的复合非织造纤维料片的方法。在另一方面，本发明涉及包含复合非织造纤维料片的制品，该网包含中值直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维和中值直径为至少1μm的一组微纤维，其中该纤维组中的至少一组为取向的，复合非织造纤维料片具有一定的厚度并显示具有小于10％的密实度。在示例性实施例中，该制品可以被用作气体过滤制品、液体过滤制品、吸声制品、表面清洗制品、细胞生长支承制品、药物递送制品、个人卫生制品或伤口敷料制品。
例如，由于密实度低而导致压降减小，所以本发明的低密实度亚微米复合非织造纤维料片在气体过滤应用中可能是有利的。降低亚微米纤维网的密实度一般来讲将使其压降减小。也可以使得本发明的低密实度亚微米复合非织造纤维料片的颗粒加载时的压降增加较低。部分由于细小亚微米纤维网的密实度较高，所以与用于形成较粗糙的微纤维网的技术相比，目前用于形成加载颗粒的亚微米纤维的技术所产生的压降高得多。
另外，由于亚微米纤维可以提供改进的颗粒捕集效率，所以在气体过滤中使用亚微米纤维还可能特别有利。特别地，亚微米纤维可以比较粗糙的纤维更好地捕集小直径的气载颗粒。例如，亚微米纤维可以更有效率地捕集尺寸小于约1000纳米(nm)、更优选小于约500nm、甚至更优选小于约100nm、最优选低于约50nm的气载颗粒。例如这样的气体过滤器在以下应用中可能是特别可用的：个人保护呼吸器；暖通空调(HVAC)过滤器；汽车空气滤清器(如汽车发动机空气净化器、汽车排气过滤、汽车客厢空气过滤)；和其它气体颗粒过滤应用。
包含亚微米纤维的液体过滤器(以本发明的复合非织造纤维料片形式，具有低密实度)也可以具有的优点为：在保持用于捕集亚微米纤维、液载颗粒的小孔尺寸的同时，改进深度加载。这些性质通过允许过滤器能够捕集更多的测试用颗粒而不会堵塞来改进过滤器的加载性能。
本发明的密实度低的包含亚微米纤维的复合非织造纤维料片也可以是用于支承隔膜的优选基底。密实度低的细小纤维网既可充当隔膜的物理支承、又可充当深度预过滤器，从而提高隔膜的寿命。使用这种系统可充当高度有效的对称或不对称隔膜。这样的隔膜的应用包括离子截留、超滤、反渗透、选择性粘结和/或吸附和燃料电池传送和反应系统。
本发明的密实度低的亚微米复合非织造纤维料片也可以是用于促进细胞生长的可用的合成基质。具有细小亚微米纤维的开放式结构可以是模拟天然存在的系统，并促进更类似于活体的行为。这与目前的产品(例如可得自Donaldson Corp.(Minneapolis，Minnesota)的Donaldson ULTRA-WEBTM合成ECM)相反，在所述目前的产品中，高密实度的纤维网充当合成支承隔膜，在纤维基质内有很少或没有细胞渗透。
本发明的复合非织造纤维料片所提供的结构也可以是有效的用于表面清洁的擦拭物，其中细小亚微米纤维形成柔软的擦拭物，而低密实度具有提供清洁剂贮存器和用于诱捕碎屑的孔体积大的优点。
在一个特定的示例性实施例中，使用复合非织造纤维制品的方法包括吸收区域中的声音的方法，其中该方法包括用亚微米纤维组分围绕该区域的至少一部分的步骤，其中亚微米纤维组分包含中值纤维直径小于1μm的纤维。
就隔音和隔热应用而言，提供低密实度形式的细小亚微米纤维通过以下方式改进吸声度：暴露亚微米纤维表面积中的更多者，以及特别地通过对于给定基重允许使用较厚的网来改进低频率吸声度。特别是在隔热应用中，密实度低的包含亚微米纤维的细小亚微米纤维隔离将具有柔软触感和高悬垂性，同时对于诱捕隔离空气提供密实度非常低的网。在隔音和/或隔热制品的一些实施例中，整个区域可以被复合非织造纤维料片围绕，该网包含单独设置的或设置在支承层上的亚微米纤维组分。支承结构和细小亚微米纤维组不必在彼此内均匀分散。在抗震性、回弹力和用于不对称加载的过滤器加载从而得到孔尺寸范围、密度更高的区域、外部皮肤或流动通道方面可能是有利的。
实例
以上描述了本发明的示例性实施例，并在以下通过下面的实例进一步对本发明进行说明，不应当以任何方式将这些实例理解为对本发明范围的限制。相反，应当清楚地理解，可以采取多种其他实施例、修改形式及其等同物，在本领域的技术人员阅读本文的说明之后，在不脱离本发明的精神和/或所附权利要求书的范围的前提下，这些其他实施例、修改形式及其等同物将显而易见。此外，虽然阐述本发明广义范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中所列出的数值则是尽可能精确地记录的。然而，任何数值固有地包含某些误差，这些误差不可避免地存在于各自测试测量中的标准偏差所致。在最低程度上，每一个数值参数不是意图将等同原则的应用限制于权利要求保护的范围，但至少应该根据所记录的有效数字的数、并运用惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。
复合非织造纤维料片的制备
通过在处理中将从纺粘处理得到的纤维与根据美国专利No.4,536,361中所述的处理制备的亚微米纤维混合来形成示例性复合非织造纤维料片。所使用的纺粘处理为如美国专利No.6,824,372所述的已知的制备取向的纤维的开放式系统。所述处理被构造为将来自亚微米纤维模具的纤维喷到空气缩束装置下方收集器带上方的纺粘纤维帘中。
亚微米纤维制备处理使用来自Total Petrochemicals(Houston，Texas)的3960级聚丙烯。使用3/4″直径的单螺杆挤出机熔化聚合物，并将其送入亚微米纤维成纤模具。将模具加热到290℃，并以每分钟7克的速率将聚合物送入模具。在每平方英寸80磅的压力下将室温空气送入模具。纺粘纤维制备处理也使用3960级聚丙烯，处理温度为230℃。聚合物流速为每分钟每孔0.2克。纤维缩束装置被设置为每分钟4.4标准立方米空气。
收集两个纤维样品。在纤维混合之后在卷绕之前通过使网通过被设置为150℃的通风粘合器来粘结第一样品，样品1。在混合之后不进行额外的粘结步骤直接卷起第二样品，样品2。
测量两个样品的中值纤维直径、基重、厚度(1密尔等于25微米)和密实度。为了测量中值纤维直径，来自每一个纤维网的样品采用金钯溅镀，并在扫描电镜中对其进行检验。测量显微图中两个纤维组的中值直径，并记录中值直径。对于每一个样品，测量每一个组的至少50个单体纤维。由于纺粘纤维(主要为微纤维)和亚微米纤维之间的直径差值大，所以这两个纤维组的中值直径一般对应于接近但稍微低于纺粘纤维直径的值。表I中显示测量结果。
表I
在贯穿本说明书提及的“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”，无论在术语“实施例”前是否包括术语“示例性”，都意指将与结合该实施例描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本发明的某些示例性实施例中的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的多处出现的短语(例如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”)并非不可避免地参见本发明的某些示例性实施例中的同一实施例。此外，某些特征、结构、材料或特性可以任何适合的方式在一个或多个实施例中结合。
虽然本说明书详细描述了某些示例性实施例，但应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可以易于设想这些实施例的更改形式、变型形式和等同形式。因此，应当理解，本发明不应不当地受限于以上示出的示例性实施例。特别是，如本文所用，端点的数值范围的表述旨在包括该范围内所包括的所有数值(如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。另外，假设本文所使用的所有数值都用术语“约”修饰。此外，本文提及的所有出版物和专利全文以引用方式并入本文，犹如被特别地和单独地指出的各个出版物或专利都以引用方式并入的程度。以上描述了多种示例性实施例。这些实施例和其它实施例都在以下权利要求书的范围内。

Claims (44)

1.一种复合非织造纤维料片，包括：
中值纤维直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维；以及
中值纤维直径为至少1μm的一组微纤维，
其中所述纤维组中的至少一组为取向的，并且其中所述复合非织造纤维料片还具有一定的厚度并显示小于10％的密实度。
2.根据权利要求1所述的复合非织造纤维料片，其中所述亚微米纤维组的中值纤维直径在从0.2μm到0.9μm的范围内。
3.根据权利要求1所述的复合非织造纤维料片，其中所述微纤维组的中值纤维直径在从2μm到50μm的范围内。
4.根据权利要求1所述的复合非织造纤维料片，其中所述亚微米纤维组和所述微纤维组中的至少一组包括聚合物纤维。
5.根据权利要求4所述的复合非织造纤维料片，其中所述聚合物纤维包括：聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚苯硫醚、聚砜、液晶聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯腈、环状聚烯烃、聚甲醛、聚烯烃热塑性弹性体或它们的组合。
6.根据权利要求4所述的复合非织造纤维料片，其中所述聚合物纤维包括聚烯烃纤维。
7.根据权利要求1所述的复合非织造纤维料片，其中所述亚微米纤维组在垫层上形成覆盖层，所述垫层包含所述微纤维组。
8.根据权利要求1所述的复合非织造纤维料片，还包括支承层。
9.根据权利要求8所述的复合非织造纤维料片，其中所述支承层包括：非织造织物、机织织物、针织织物、泡沫层、膜、纸层、背胶层或它们的组合。
10.根据权利要求8所述的复合非织造纤维料片，其中所述支承层包括聚合物非织造织物。
11.根据权利要求8所述的复合非织造纤维料片，其中所述支承层包括粘结的短纤维料片，其中所述支承层还使用以下方法进行粘结：热粘结、粘合剂粘结、水刺、针刺、压延或它们的组合。
12.根据权利要求7所述的复合非织造纤维料片，还包含粘合剂层，所述粘合剂层在与所述覆盖层相对的支承层上形成。
13.根据权利要求1所述的复合非织造纤维料片，其中所述微纤维组在垫层上形成覆盖层，所述垫层包含所述亚微米纤维组。
14.根据权利要求13所述的复合非织造纤维料片，还包括支承层，所述支承层邻接与所述覆盖层相对的垫层。
15.根据权利要求14所述的复合非织造纤维料片，其中所述支承层包括多个微纤维。
16.根据权利要求15所述的复合非织造纤维料片，其中构成所述支承层的所述多个微纤维在组成上与形成所述覆盖层的所述微纤维组相同。
17.根据权利要求1所述的复合非织造纤维料片，其中所述亚微米纤维组与所述微纤维组混合以形成不均一的纤维混合物。
18.根据权利要求17所述的复合非织造纤维料片，其中所述亚微米纤维数与所述微纤维数的比率在所述复合非织造纤维料片的整个厚度上有变化。
19.根据权利要求18所述的复合非织造纤维料片，其中所述亚微米纤维数与所述微纤维数的所述比率在所述复合非织造纤维料片的整个厚度上减小。
20.根据权利要求18所述的复合非织造纤维料片，其中所述亚微米纤维数与所述微纤维数的所述比率从靠近由所述复合非织造纤维料片的一半厚度限定的中心线的峰值变为在所述复合非织造纤维料片的主表面处的较低值。
21.一种制备复合非织造纤维料片的方法，包括：
a.形成中值纤维纤维直径小于1微米(μm)的一组亚微米纤维；
b.形成中值纤维纤维直径为至少1μm的一组微纤维；以及
c.将所述亚微米纤维和所述微纤维结合成复合非织造纤维料片，其中所述纤维组中的至少一组为取向的，并且其中所述复合非织造纤维料片还具有一定的厚度并显示小于10％的密实度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述亚微米纤维组的中值纤维直径在从0.2μm到0.9μm的范围内。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述微纤维组的中值纤维直径在从2μm到50μm的范围内。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述亚微米纤维组和所述微纤维组中的至少一组包括聚合物纤维。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述聚合物纤维包括：聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚苯硫醚、聚砜、液晶聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯腈、环状聚烯烃、聚甲醛、聚烯烃热塑性弹性体或它们的组合。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述聚合物纤维包括聚烯烃纤维。
27.根据权利要求21所述的方法，其中所述亚微米纤维组形成为垫层上的覆盖层，所述垫层包含所述微纤维组。
28.根据权利要求21所述的方法，还包括形成支承层，所述亚微米纤维组和所述微纤维组被沉积到所述支承层上。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述支承层包括：非织造织物、机织织物、针织织物、泡沫层、膜、纸层、背胶层或它们的组合。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述支承层包括聚合物非织造织物。
31.根据权利要求28所述的方法，其中所述支承层包括粘结的短纤维料片，其中所述支承层使用以下方法进行粘结：热粘结、粘合剂粘结、水刺、针刺、压延或它们的组合。
32.根据权利要求27所述的方法，还包括施加粘合剂层，所述粘合剂层邻接与所述覆盖层相对的支承层。
33.根据权利要求21所述的方法，其中所述微纤维组的一部分在垫层上形成覆盖层，所述垫层包含所述亚微米纤维组。
34.根据权利要求33所述的方法，还包含支承层，所述支承层邻接与覆盖层相对的所述垫层。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述支承层包括多个微纤维。
36.根据权利要求34所述的方法，其中构成所述支承层的所述多个微纤维在组成上与形成所述覆盖层的所述微纤维组相同。
37.根据权利要求21所述的方法，其中所述亚微米纤维组与所述微纤维组结合以形成不均一的纤维混合物。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述亚微米纤维数与所述微纤维数的比率在所述复合非织造纤维料片的整个厚度上有变化。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述亚微米纤维数与所述微纤维数的所述比率在所述复合非织造纤维料片的整个厚度上减小。
40.根据权利要求38所述的方法，其中所述亚微米纤维数与所述微纤维数的所述比率从靠近由所述复合非织造纤维料片的一半厚度限定的中心线的峰值变为在所述复合非织造纤维料片的主表面处的较低值。
41.根据权利要求21所述的方法，其中形成中值纤维直径小于1μm的一组亚微米纤维的方式选自：熔喷、熔纺、电纺、气体射流原纤化或它们的组合。
42.根据权利要求21所述的方法，其中形成中值纤维直径为至少1μm的一组微纤维的方式选自：熔喷、熔纺、纤丝挤出或它们的组合。
43.根据权利要求21所述的方法，其中将所述亚微米纤维和所述微纤维结合成复合非织造纤维料片的方式选自下组：混合纤维流、水刺、湿法成网、丛丝形成和它们的组合。
44.一种包含根据权利要求21所述的方法制备的复合非织造纤维料片的制品，所述制品选自气体过滤制品、液体过滤制品、吸声制品、表面清洁制品、细胞生长支承制品、药物递送制品、个人卫生制品和伤口敷料制品。
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