CN104884696A - 水刺成形的复合无纺布 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造复合无纺幅材料的方法，包括：从喷丝头挤出连续纤丝，通过狭槽变细单元将纤丝拉为细连续纤丝，当敷设纤丝时无热结合地形成未结合的连续纤丝的幅，将包括连续纺丝纤丝的幅与包括天然和/或合成纤维或人造纤维的潮湿或泡沫成形的短纤维水刺交缠在一起从而集成和机械地结合并形成无热结合的复合无纺幅材料，通过以下步骤在连续纤丝的成形和敷设处产生潮湿的环境：在已湿润表面上敷设纤丝；保持所述狭槽变细单元的出口宽度开放超过65mm，并且在所述狭槽变细单元的出口处添加液体。

Description

水刺成形的复合无纺布
技术领域
发明涉及一种用于制造无热结合的复合无纺幅材料的方法，所述幅材料包括连续纺丝纤丝和具有天然和/或合成纤维或人造纤维的潮湿或泡沫形成的短纤维。
背景技术
在聚合物纤丝变细时，在变细用的空气与纤丝之间的速度差导致产生静电荷。由于某些纤丝尤其是PLA纤丝的巨大静电累积，它们趋向于聚集并且当它们敷设在成形线上时如果能够实现纤丝完全敷设则幅成形不良。纤丝的静电还使得很难传送未结合的幅，这进一步导致不良和相对开放的纤丝幅。
已有普遍处理静电问题的不同方式。US7008205B1示出通过静电工艺分离纤丝的装置加强幅均匀性的工艺。US8029260公开了用于挤出纤维素纤维的仪器，并且还处理了阻止相邻熔融纤丝相互触碰的问题。通过包括能够挤出纤维素水溶液和水溶性溶剂连同压缩气体的一排喷嘴的设备解决了该问题，因此变细的纤丝不会粘附于相邻的熔融纤丝。
用于制造水刺交缠的很好集成的复合无纺材料的方法例如在WO2005/042819以及EP1694895B1中有描述。
压花技术用于棉纸转换加工中从而在多层棉纸产品中的层间形成体积。压花图案也用于加强和改进外观。压花也可用于影响转换加工产品的触觉。
其中材料在带突出图案的钢辊与橡胶辊之间被压花的压花工艺打破了材料中的纤维-纤维结合。由于材料的破坏，导致材料强度的弱化。
例如由聚乳酸PLA制成的无纺擦巾材料相对较硬和致密。另外，与由PLA聚合物树脂挤出的PLA纤丝的制造相关的许多问题是：在在线工艺中纤丝被变细并且作为层敷设、静电问题以及其他问题。与聚丙烯、PP无纺布为基础的材料相比，PLA为基础的材料坚硬的多，因为PLA纤维/纤丝具有比PP高的模量。这对于具有比PP高的模量的其它纤维/纤丝来说也是如此。当在无纺擦巾材料中使用这些种类的纤维或纤丝时，通常需要重的压花以便影响例如转换加工产品的触觉，这将弱化和破坏材料的强度。
发明内容
根据以下的方法制造复合无纺幅材料，所述方法包括：
-从喷丝头挤出连续纤丝；
-通过狭槽变细单元将纤丝拉为细连续纤丝；
-当敷设纤丝时无热结合地形成未结合的连续纤丝的幅；
-将包括连续纺丝纤丝的幅与包括天然和/或合成纤维或人造纤维的潮湿或泡沫成形的短纤维水刺交缠在一起从而集成和机械地结合以及形成未热结合的复合无纺幅材料；
通过以下步骤在连续纤丝的成形和敷设处产生潮湿的环境：在已湿润表面上敷设纤丝；保持狭槽变细单元的出口宽度开放超过65mm并且；在狭槽变细单元的出口处添加液体。狭槽变细单元的出口宽度优选保持开放超过70mm，并且更优选超过75mm。狭槽的出口还位于距离湿润表面或成形线大约15-30cm处，优选大约20cm处，这进一步产生了开放间隙和潮湿环境。
在纤丝变细时，由于变细用的空气与纤丝之间的速度差产生了静电荷。狭槽变细单元内连续纤丝的速度至少为成形线速度的10倍。连续纺丝纤丝从喷丝头挤出并且通过狭槽变细装置以大于2000m/min且小于6000m/min或5000m/min或3000m/min的速度拉出。连续纤丝具有小于80℃的玻璃态转化温度Tg。当仔细地选择纤丝速度并且留心纤丝速度与成形线速度之间速度差的重要性时在纤丝内产生进一步分子定向的能力。
由于纤丝尤其是PLA纤丝的巨大静电堆积，纤丝趋向于聚集并且当它们被敷设在成形线上时幅成形不良。纤丝的静电还使得很难传送未结合的幅，这导致不良和相对开放的纤丝幅。
通过使用已湿润表面，该润湿表面为成形线，其通过向成形线添加液体来湿润。它可通过喷雾被添加于成形线。表面可在敷设纺丝纤丝之前用水喷溅。还可用其它方式添加液体以便产生纤丝敷设其上的已湿润表面。人们可能用浸渍槽或将液体或潮湿材料以任何其它方式施加于成形线。
当通过狭槽变细单元将PLA纤丝拉为细连续纤丝时尤其是PLA纤丝看来产生了问题。它们更倾向于粘附于彼此，并且最难处理的是PLA纤丝的旋转、着陆。足够令人惊讶的是，由添加的液体形成的潮湿环境与开放的狭槽变细单元的组合赋予了意料不到的好效果。此外，纤丝相对于幅速度的速度也增加了效果。在不产生如上所述的潮湿环境的情况下，不可能在连续纤丝的成形和敷设处形成未结合的纤丝幅。
由于湿润表面和PLA纤丝在潮湿环境下的敷设，制造了良好的PLA纤丝幅，这使得可能制造水刺的PLA和短纤维例如PLA和纸浆复合物。可产生良好的成形并且所形成的幅可获得良好的强度且幅的质量稳定。
除了具有已湿润表面外，纤丝将敷设在通过在狭槽变细单元的出口处也喷溅液体例如水且还通过保持狭槽变细单元在出口处开放而进一步加强的潮湿环境上。当形成未结合的连续纤丝的幅时在狭槽变细单元的出口处添加的液体是通过喷雾添加的。
潮湿环境将改善在成形线上的成形和敷设。这也改进了成形并且更好的成形也将提高幅的强度。
在狭槽变细单元的出口处添加的液体被如此添加以使得从添加的液体产生的湿气能被蒸发至狭槽变细单元的出口或蒸发至成形用的空气被导入狭槽的那侧并且使得连续纤丝更容易敷设从而形成未结合的连续纤丝的幅，这就可能以良好成形来产生短纤维和纤丝(例如PLA纤丝或其它类似的纤丝)的复合幅。
很难使得连续纤丝着陆到成形线上。其原因在于静电荷以及由于纤丝幅十分细和轻。解决该问题的常规方式是令真空盒直接连接于现在试图处理细和轻的连续纤丝的敷设纤丝处；但这不能解决问题。如果连续纤丝是未结合的并且如果它们仍然未结合直至它们在工艺中的更下游水刺交缠，则问题甚至变得更相关了。当某些连续纤丝(例如聚乳酸纤丝)变细时，工艺中有关静电电荷的问题变得更严重。
在敷设未结合的连续纤丝之前通过润湿成形线产生的湿润表面使得纤丝粘附于成形线并且与敷设连续纤丝时进一步添加液体相组合，轻盈和轻的纤丝变得更沉重并且甚至更容易粘附于已潮湿的成形线并且当狭槽变细单元在出口处保持开放时这就有助于形成也将改变电荷条件且降低静电荷等等的潮湿环境。在敷设连续纤丝处添加的液体也受到真空盒的影响并且液体将与连续纤丝一同被向下拉并且继续穿过润湿的成形线。然而，当在狭槽变细单元的出口处添加液体时成形线已为潮湿的，这就使液体更容易并且可能蒸发并且既在连续纤丝的敷设位置处也在纤丝变细出来的更上面处(即在敷设纤丝之前)产生潮湿环境。狭槽变细单元的出口开放使得液体和蒸汽能够形成潮湿环境。该潮湿环境减少了由连续纤丝(特别是通过聚乳酸连续纤丝)所致的静电电荷。与用于纤丝例如聚丙烯和常规聚乙烯的常规聚合物相比，PLA纤丝通常比那些常规的纤丝更极性。看起来在生产PLA纤丝时形成的静电电荷和导致的其它问题由此要求其它方法和制造单元的设立并且给出超出预期的其它挑战。
此外，已潮湿和现在潮湿的表面在连续纤丝的狭槽变细单元的出口处为添加的液体提供了全效。液体能以多种方式添加，例如喷雾或通过若干排喷嘴或通过使用液体帘。液体例如水(带有或不带有添加剂)的喷溅进一步加强了蒸汽、潮湿环境、潮湿成形线的产生。喷溅还天生地产生蒸汽，其通过潮湿的成形线和以下出口开度来加强：该出口开度宽到足以使从喷丝头挤出的连续纺丝纤丝以及通过狭槽变细装置拉为细的未结合的纤丝在潮湿环境下进行。
所形成的复合无纺幅材料的干燥可进一步被压花而不需要任何热结合。连续纤丝具有小于80℃的玻璃态转化温度Tg并且在压花期间达到所述纤丝的软化点，并且压花在所述纤丝的塑性范围内进行从而它们塑性地变形。可如此进行压花以提供带有包括拉伸纤丝的第一地带的第一区域和由压缩地带构成的局部加强的无热结合的第二区域，该第二区域的密度高于所述第一区域。压缩地带具有大约5-60％、优选10-50％、最优选大约30％的减小厚度。
还提供了带有形成稳定压花的柔软、牢固和经久耐用的无纺擦巾的压花复合无纺幅材料，这将使得能够制造用于消费者市场的不那么致密的擦拭卷。该目的通过用于制造复合无纺幅材料的方法已被实现，所述方法包括：
-从喷丝头挤出连续纤丝；
-通过狭槽变细单元将纤丝拉为细连续纤丝；
-无热结合地形成未结合的连续纤丝的幅；
-将包括连续纺丝纤丝的层与包括天然和/或合成纤维或人造纤维的潮湿或泡沫成形的短纤维水刺交缠在一起从而形成复合无纺幅材料；
-干燥所述幅材料；
其特征在于：所述复合无纺幅材料在不形成热结合的情况下被压花，赋予所述幅材料等于或大于未压花的复合幅材料的强度指数一倍的强度指数。
所述复合无纺幅材料被压花从而具有超过未压花的复合无纺幅材料的强度指数1.06倍、优选超过1.08倍、最优选超过1.1倍的强度指数。
最想不到的是压花之后获得了更高强度。通常地，压花幅的强度与同一幅被压花之前相比会减小。通常认为压花减少了材料内的强度并且甚至可用于将弱点导入材料内。但受理论的束缚，相信本发明是制造纤丝的温和方法，该方法背后的原理是通过保持纤丝完整并且还通过在幅内获得所需的纤丝成形来产生纤丝内的性能，藉此使得可能保持幅材料的强度并且能够通过压花引发幅的强度而非减少强度。压花辊的突出部的压花高度以及相当柔软的砧辊的使用进一步使得可能获得幅材料的期望三维结构。然而，原理背后还有其它理论。
纤丝从喷丝头被挤出并且通过狭槽变细装置被拉为细纤丝且形成幅。因为纤丝速度远远高于成形线的线速度，当纤丝碰撞成形线时形成未结合的纤丝的幅。
通过狭槽变细单元被拉为细连续纤丝的纤丝未被完全定向。连续纺丝纤丝从喷丝头挤出并且通过狭槽变细装置以大于2000m/min且小于6000m/min或5000m/min或3000m/min的速度拉出。连续纤丝具有小于80℃的玻璃态转化温度Tg并且在压花期间达到纤丝的软化点，并且在纤丝的塑性范围内进行压花从而它们塑性地变形。当仔细地选择纤丝速度并且留心纤丝速度与成形线速度之间速度差的重要性时在纤丝内由此产生进一步分子定向的能力。狭槽变细单元内连续纤丝的速度至少为成形线速度的10倍。通过压花使得连续纤丝变形。连续纤丝的分子定向可在压花期间通过拉伸被加强和/或纤丝还可通过压缩被变形而无分子定向。
当增加材料强度时获得惊人的效果。观察到强度的增加连同更高的柔软度是非常难得的。
很可能通过断开纤维素纤维-纤维结合来获得改进的柔软度这是可能的。这也可导致更低的材料强度。然而，观察到的是相反的情况。很可能用在压花点引入材料的高压缩和能量被连续纤丝所吸收来解释强度的增加。连续纤丝可如此变形从而形成纤维素纤维与纤丝之间以及纤丝与纤丝之间的结合。当基于PP纤丝制得类似的材料时我们不能观察到该效果。作为示例，连续纺丝纤丝是聚乳酸纤丝。PLA表面化学性以及60℃下的玻璃态和软化点可有利于通过压花获得变形。
复合无纺幅材料具有带有第一地带的第一区域，在第一地带中通过压花所述复合无纺幅材料来拉伸所述纤丝并且藉此增加所述连续纤丝的分子定向。第一区域可具有通过压花无纺复合幅材料产生的拉伸而加强的强度。
抵靠砧辊的压花提供了带有包括拉伸区段的第一地带的第一区域和带有压缩区段的第二区域。第一地带邻近于第二区域，因为纤丝的拉伸通常是材料在带有突出图案的钢辊与橡胶辊之间被压花，这将破坏材料内纤维-纤维结合，但在这些情形下也拉伸连续纺丝纤丝。复合无纺幅材料的压花提供了由压缩地带构成的局部加强且无热结合的第二区域，第二区域的密度高于第一区域。连续纺丝纤丝可通过在压花期间被展平而变形。
用具有突起或突出部的压花辊进行所述压花，所述突起或突出部对应于所述幅材料的所述第二区域，并具有在1.5mm-3.5mm范围内、优选大约2.5mm的高度或深度。无热结合的压缩地带的所述第二区域的相当高/深的压花具有大约5-60％、优选10-50％之间、最优选大约30％的减小厚度。
不受理论的束缚，相信由于纤丝的拉伸和分子定向会提高强度。由于纤丝的制造使得仍然可之后发生某些分子定向并且因为在复合无纺幅内没有热结合(其可能妨碍和破坏结合并且撕裂纤丝)，所以这是有可能的。拉伸是永久性的，因为压花时纤丝被变形随后纤丝应该处于塑性范围内，带有一定Tg而不形成任何热结合。幅包括通过压花被拉伸的无热结合的变形的连续纺丝纤丝。在常规的压花时纤维破裂并且如果幅是纺粘的则纤维被确实地粘附并且不能移动。根据本发明的幅材料仅通过水刺交缠被机械地结合并且这些结合是弹性的而非牢固的结合。纤维素纤维-纤维结合将破裂，但是根据权利要求的连续纤丝不会破裂而是拉伸。如果使用某些阴阳压花，则仅获得拉伸区域，除非使用尖对尖或脚对脚的压花。无纺复合幅材料具有带有拉伸的连续纤丝和通过压花获得的连续纤丝的增加的分子定向的第一地带的第一区域。但是，如果在坚固的辊隙(例如抵靠砧辊)内进行压花，则通过压缩区段的第二区域获得另一强度提高。
这些压缩区段内的强度增加是局部加强，压花提供了幅的压缩，这使得纤维和纤丝彼此靠近，但也可提供纤丝内的某些压缩，因此纤丝可在压花的第二区域内被展平。幅材料具有由压缩地带构成的局部加强且无热结合的第二区域，第二区域的密度高于所述第一区域并具有大约5-60％、优选10-50％、最优选大约30％的减小的厚度。更致密的材料因此增加了所有纤维之间的接触并且仅这个事实将在这些压缩区域内赋予材料更高的局部强度。将有也将增加纤维之间摩擦的更大区域。虽然在压花点内没有热结合，压缩纤维将甚至进一步添加更好的接触和纤维之间的结合，氢键合、范氏键合和增强的分子接触以及甚至更集成的幅，将增加强度，由于在纤丝的塑性范围内进行压花故压花将保留。短纤维例如纤维素纤维也将粘附于任何空腔并且也进一步增强形成局部加强的致密结构。人们相信由于纤丝的刚性，由压花压力产生的摩擦能量被吸收在纤丝的表面内，并且也被添加于如何获得该强结合而无热结合的理论中。
附图说明
将参照附图详述本发明。
图1示意性地示出用于制造根据本发明的水刺交缠复合无纺材料的装置的示例实施例。
具体实施方式
所述复合无纺幅材料包括连续纺丝纤丝以及包括天然纤维和/或人造纤维的短纤维的混合物。这些不同类型的纤维和本发明的其它细节如下被定义。
连续纤丝
纤丝是与其直径相比非常长、基本上环形的纤维。它们可如下制造：通过细孔喷嘴熔融和挤出热塑性聚合物、随后优选在聚合物射流处或沿该射流吹气的气流作用下冷却聚合物，并且固化为绞线，其能通过抽拉、拉伸或卷曲来处理。用于附加功能的化学制品被添加于表面。纤丝也可通过进入反应介质的纤维成形反应剂溶液的化学反应制造，例如通过从黄原酸纤维素溶液进入硫酸的粘胶纤维的旋转来制造纤丝。
熔喷纤丝如下制造：通过细孔喷嘴以非常纤细的射流挤出熔融热塑性聚合物并且将会聚的气流导向聚合物射流从而它们被拉出成为具有极小直径的连续纤丝。熔喷制造例如在美国专利US3849241或US4048364中有描述。所述纤维可为微纤维或长纤维，这取决于其尺寸。微纤维具有不超过20μm、通常2-12μm的直径。长纤维具有超过20μm、通常20-100μm的直径。
纺粘纤丝可以类似方式制造，但气流更冷并且通过空气进行纤丝的拉伸以获得适当的直径。纤维直径通常超过10μm，通常10-100μm。纺粘制造例如在美国专利US4813864或US5545371中有描述。
纺粘和熔喷纤丝作为一个组被称为纺丝纤丝，意味着它们直接、原位地敷设在移动表面上以形成幅，其进一步在工艺中被结合。通过选择聚合物和温度分布图来控制“熔融流动指数”是控制挤出从而纤丝成形的重要部分。纺粘纤丝通常更坚固并且更均匀。
纤维束是纤丝的另一来源，其通常为人造纤维的制造中的前体，但也可作为其自身的产品被销售和使用。类似于纺丝纤维，纤细的聚合物射流被拉出和拉伸，但并非敷设在移动表面上以形成幅，而是被保持为捆束以完成拉出和拉伸。当制造人造纤维时，该纤丝捆束随后用纺丝整理化学制品处理，通常被卷曲随后进给至切割阶段，在此用带刀的轮子将纤丝切割为不同的纤维长度，其被打包成捆从而被运输和用作人造纤维。当制造纤维束时，丝束在有或没有纺丝整理化学制品的情形下被打包成捆或装箱。
具有足够粘着特性从而令自身可在熔融状态下这样被抽出的任何热塑性聚合物基本上能用于制造熔喷或纺粘纤维。有用的聚合物的示例是聚烯烃例如聚交酯、聚丙烯、聚酯和聚乙烯。当然也可使用这些聚合物的共聚物以及具有热塑性特性的天然聚合物。
连续纺丝纤丝从喷丝头挤出并且通过狭槽变细器以大于2000m/min且小于6000m/min或5000m/min或3000m/min的速度拉出，这赋予纤丝不完整分子定向，并且纤丝通过压花进一步拉伸。
用于本发明的连续纤丝具有小于80℃的玻璃态转化温度Tg并且在压花期间达到纤丝的软化点，并且在纤丝的塑性范围内进行压花从而它们塑性地变形。
连续纤丝可基于任何聚乳酸、PLA聚合物。基于均质聚乳酸树脂的PLA纤丝包括单聚合物并且在整个PLA纤丝内具有基本上相同的熔点。然而，当然也可使用其它聚合物和共聚物以及具有基于PLA的添加剂的聚合物。
天然纤维
可使用很多类型的天然纤维，特别是那些具有吸水能力和倾向于有助于形成粘着薄片的天然纤维。在可能使用的天然纤维中，主要有纤维素纤维如种毛纤维，例如棉花、木棉和乳草属植物；叶纤维例如剑麻、马尼拉麻、菠萝和新西兰昂普(hamp)；或韧皮纤维例如亚麻、大麻、黄麻、洋麻和纸浆。
尤其非常适合于使用来自木浆纤维的纤维素，并且软木纤维和硬木纤维是合适的，并且也可使用再循环纤维。
纸浆纤维长度对于软木纤维来说在3mm左右变化并且对于硬木纤维来说在1.2mm左右变化，并且对于再循环纤维来说为这些长度的混合，甚至更短。
人造纤维
所使用的人造纤维可由相同的物质和与上述纤丝相同的工艺制造。其它可用的人造纤维是由再生纤维素例如粘胶液和莱赛尔纤维制成的。
可用纺丝整理和卷曲处理它们，但这不是优选用于制造本发明所述材料的工艺类型所必需的。通常增加纺丝整理和卷曲从而简化在干燥工艺例如梳理中纤维的加工，和/或赋予仅由这些纤维构成的材料(例如用于尿布的无纺顶层)某些特性例如亲水性。
通常进行纤维束的切割从而得到通过改变切割轮的刀之间距离来改变的单个切断长度。根据设计用途，可使用不同的纤维长度，已知使用2-18mm之间的纤维长度。
对于通过传统湿法成网技术制成的水刺交缠材料来说，材料强度及其特性例如表面耐磨性随着纤维长度的变化而增加(对于纤维的相同厚度和聚合物来说)。
当连续纤丝与人造纤维和纸浆或纸浆一起使用时，材料强度将主要源自纤丝。
工艺
根据本发明用于制造复合无纺幅材料的方法的一个总体示例如图1所示并且包括如下步骤：
提供环形的成形织物1，连续纤丝2可被敷设在该成形织物1上，并且过量空气穿过成形织物被吸出，以形成幅3的前体，将带有连续纤丝的成形织物推进至湿敷阶段4，其中包括具有天然纤维5和/或人造纤维6的短纤维混合物的浆料被湿敷在连续纤丝的前体幅上并且部分进入其内，过量水通过成形织物被排出，将带有纤丝和纤维混合物的成形织物推进至水刺交缠阶段7，此处在撞击在纤维上的很多高压水细射流的作用下纤丝和纤维被紧密地混合在一起并且结合至无纺幅8中从而彼此混合和交缠，并且交缠用水穿过成形织物被排出，将成形织物推进至在此干燥无纺幅的干燥阶段(未示出)，并且进一步将无纺幅推进至用于压花、卷绕、切割、包装等等的阶段。
根据图1所示的实施例，由挤出熔融热塑性小球制成的连续纤丝2被直接敷设在成形织物1上，在此使得它们形成未结合的幅结构3，在幅结构中纤丝可相对彼此自由地移动。这优选通过使得喷嘴与成形织物1之间产生相对较大的距离来实现，从而纤丝能够在它们着陆于成形织物上之前就冷却，在该较低温度下它们的粘性大量减小。可选地，纤丝敷设在成形织物上之前的冷却可以其它方式实现，例如通过多个气源实现，其中在纤丝已被拉出或拉伸至优选程度时使用空气10来冷却纤丝。
用于冷却、拉出和拉伸纤丝的空气穿过成形织物被吸入以使纤丝随着气流进入成形织物的网孔内从而停留在那里。可能需要好的真空来吸取空气。
当纤丝敷设在成形织物上时纤丝的速度远远高于成形织物的速度，因此当纤丝集中在成形织物上时将形成不规则的环和弯曲从而形成非常随机的前体幅。连续纺丝纤丝从喷丝头被挤出并且由狭槽变细装置以超过2000m/min且小于6000m/min或5000m/min或3000m/min的速度拉出。纤丝的速度可在2000-6000m/min之间。成形幅或输送幅的速度约为100-300m/min。狭槽变细单元内连续纤丝的速度至少为成形线速度的10倍，一个示例是大约2500m/min的速度和大约200m/min的成形线的速度。速度与速度之间的关系被选择为使得通过狭槽变细单元被拉为细连续纤丝的纤丝未被完全定向。这样，仍然可能在后面的处理例如压花中拉伸纤丝而不使纤丝裂开或破裂。
纸浆5和/或人造纤维6以常规方式被调成浆，即混合在一起或先分别地调成浆然后再混合，并且添加常规的造纸添加剂例如湿强剂和/或干强剂、助留剂、分散剂从而制造在水中适当混合的短纤维浆料。
该混合物穿过湿敷浆箱4被泵至移动的成形织物1上，在此它被敷设在未结合的带有其自由移动纤丝的前体纤丝幅3上。短纤维将继续停留在成形织物和纤丝上。某些纤维将进入纤丝之间，但它们大多数将停留在纤丝幅顶部上。过量水被抽吸穿过敷设在成形织物上的纤丝幅并且通过设置在成形织物下面的抽吸箱穿过成形织物向下抽。
水刺交缠
连续纤丝和人造纤维以及纸浆的纤维质幅在仍然被成形织物所支撑的同时被水刺交缠并且剧烈地混合和结合进入无纺材料8内。水刺交缠工艺的指导性描述在加拿大专利CA841938中给出。
在水刺交缠阶段7内，不同的纤维类型将被交缠并且将获得复合无纺材料8，其中所有纤维类型被基本上均匀地混合且互相集成。纤细的可移动纺丝纤丝扭曲且与自身和其他纤维交缠，这给予材料非常高的强度。用于水刺交缠所需的能源供应相对较低，即材料很容易交缠。水刺交缠的能源供应适宜地在50-500kWh/ton区间内。
优选地，不应当在短纤维5和/或6被敷设4之前发生前体纤丝幅3的结合(例如通过热结合或水刺交缠)。纤丝应当相对于彼此完全自由移动从而使得在交缠期间人造和纸浆纤维能够混合和旋转进入纤丝幅中。在工艺的该部分时纤丝幅内纤丝之间的热结合点将用作阻挡物从而阻碍人造纤维和纸浆纤维在靠近这些结合点处陷入，因为它们会保持纤丝在热结合点附近不可移动。幅的“筛孔效应”可被加强并且结果是更两面性的材料。没有热结合意味着实质上没有这样的点：纤维在其处已经被施加热和压力(例如在加热的辊之间)以使某些纤丝被按压在一起，从而它们将被软化和/或熔融在一起以在接触点内变形。某些结合点尤其对于熔喷而言可能因为在敷设时的残余粘性而致，但它们在接触点内没有变形，并且可能如此脆弱以致在来自水刺交缠射流的压力的影响下断裂。
仅基于人造和/或纸浆的水刺交缠材料的强度将主要取决于针对每种纤维的交缠点的数量；因此长人造纤维和长纸浆纤维是优选的。当使用纤丝时，强度将主要基于纤丝，并且在交缠中相当迅速地达到强度。因此大多数交缠能量将花费在混合纤丝和纤维上以达到良好的集成。根据本发明的纤丝的未结合开放结构将很大地增强该混合的容易性。
纸浆纤维5是不规则、平坦、扭曲和卷曲的并且当潮湿时变得易弯。这些特性将使得它们相当容易地被混合和交缠并且吸入纤丝幅内和/或长人造纤维内。因此纸浆可与预结合的纤丝幅甚至是能作为正常幅通过卷绕和展卷操作处理的预结合幅一同使用，即使它仍然不具有其用作擦拭材料的最终强度亦如此。
交缠阶段7可包括带有数排喷嘴的横向杆，非常高压下的极纤细水射流自所述喷嘴被导向纤维质幅上以提供纤维的交缠。水射流压力可随后适于具有某种压力分布，其中不同的喷嘴排中的压力不同。
可选地，纤维质幅因此可在水刺交缠之前被传送至第二交缠织物。这种情况下，幅也可在传送之前被带有数排喷嘴的一个或多个杆的第一水刺交缠站水刺交缠。
干燥等等
水刺交缠的湿幅8随后被干燥，这可在常规的幅干燥设备中完成，优选用于棉纸干燥类型的设备，例如空气穿透干燥或扬基干燥。在干燥后材料通常在转换加工之前被卷绕成母卷。材料随后以已知的方式被转换加工为适宜的形式并且被包装。材料的结构可通过进一步处理例如微起皱、热砑光等等被改变。还可为所述材料添加不同的添加剂例如湿强剂、结合剂化学制品、乳胶、剥离剂等等。现在可通过所述的压花改变材料的结构。
复合无纺材料
根据本发明的复合无纺布可被制造为具有为40-120g/m2的总基重。
未结合的纤丝将改进短纤维的混合，从而即使短纤维也将具有足够的交缠结合点从而将其牢靠地保持在幅内。短纤维将产生改进的材料，因为它们每克纤维内具有更多纤维末端并且更容易沿Z方向(垂直于幅平面)移动。更多纤维末端将从幅表面伸出，因此增强了纺织品的感觉。牢靠的结合将产生很好的耐磨性。然而，对柔软感觉具有最大影响的是压花工艺。
软化点/塑性范围
材料的软化强度或软化点在工程和材料科学中被定义为材料开始塑性变形的应力。在软化点之前，材料将弹性地变形并且当移除外加应力时将返回其原形。一旦过了软化点，一部分变形将是永久性的并且不可逆转的。
从弹性至塑性状态的转变被称为软化。软化点：当在应力/应变曲线塑性范围中达到弹性极限时。
潮湿环境
在连续纤丝的成形和敷设处通过将纤丝敷设在已湿润的表面上、保持狭槽变细单元的出口的宽度开放超过65mm或优选超过70mm或更优选超过75mm以及通过在狭槽变细单元的出口处添加液体的步骤产生潮湿环境。潮湿环境的区别在于比周围环境的相对湿度更潮湿。通过在敷设未结合的连续纤丝之前润湿成形线来形成湿润表面，这例如可通过喷溅液体11来完成。在敷设连续纤丝的点处添加的液体12也可受到真空盒的影响并且液体将与连续纤丝一同被向下抽并且继续穿过潮湿的成形线。然而，因为当在狭槽变细单元的出口处添加液体12时成形线已是潮湿的，因此这就使得液体更容易并且可能蒸发且在敷设连续纤丝的位置处以及在纤丝变细之前(即敷设纤丝之前)产生潮湿的环境。狭槽变细单元的出口开放使得添加的液体和蒸汽能够形成潮湿的环境。添加的液体可为水和任何添加物质。
压花
增加纸制品厚度的已知技术是对纸幅压花。任何压花可导致被压花元件都具有相同高度或导致压花元件具有不同高度。可在压花辊与砧辊之间的辊隙内执行压花工艺。
压花辊由硬质材料通常为金属尤其是钢形成，但已知的压花辊也可由硬橡胶或硬塑料材料制成。压花辊可在其圆周表面上具有产生幅内所谓压花凹陷的突出部，或它可在其圆周表面内具有产生幅内所谓压花突出部的凹陷。
砧辊可比相应的压花辊更柔软并且可由橡胶例如天然橡胶或塑性材料、纸张或钢构成。然而，结构化砧辊尤其是由纸、橡胶或塑料材料或钢制成的辊也是已知的。选择的橡胶硬度取决于施加的压力并且在50-95肖氏A级之间。它优选约45-60肖氏A级的值，典型地用更低硬度值进行压花工作会更好，以便得到三维结构和深压花，典型地已经使用55肖氏A级。高压花结构与低硬度值的组合使得能够获得根据本发明压痕稳定的压花。材料幅可被推进和向下按压进入橡胶从而幅被变形也是极好的。
所有上述方法具有以下的共同特征：第一压花辊由硬质材料通常为金属尤其是钢形成，但是还已知的是压花辊由硬橡胶或硬塑料材料制成。压花辊可为具有独立突出部的公辊。可选地，压花辊可为具有独立压花凹陷的母辊。压花图案的典型深度在0.8mm-1.4mm之间。此处实施的压花由于纤丝的期望刚性而相当粗糙和重，因此用具有对应于幅材料第二区域且高度和深度在1.5-3.5mm范围内、优选约2.5mm的突起或突出部的压花辊实施压花。这与引入幅材料内的纤丝的稳定变形一起还导致相当大的幅材料膨松度。
另一已知压花技术包括钢制压花辊和相应的钢砧辊(所谓的联合压花)。这些辊的表面如此形成以使在单个压花步骤中实现幅变形。
压花不仅用于为纤维无纺产品提供膨松度，而且这种情况下还为产品提供改进的强度。产品强度对于消费品来说是很重要的。压花的常规理由除了形成膨松度外还产生更高吸收性或改进的感知柔软性。
压花在不施加任何热的情况下进行。由于施加压力可能会通过压花产生某些热量，并且摩擦力可产生某些热量，但没有热量被这样添加于该工艺。
压花的示例是抵靠55肖氏A级硬度的砧辊用大约2.5mm深度的压花突出部形成的。重复高度是13.3mm并且重复宽度为5.7mm并且压花图形是3.8×2.2mm和2.5mm深度的椭圆形。每隔一排椭圆形压花被对齐并且排之间在中间被中心地偏置并且也每隔一排被对齐。椭圆形具有沿幅材料的加工方向的其长度。但是本发明当然不局限于任何特定的压花图案，而是可使用任何压花图案。压花区域约为20％，但可选择地可为3-20％乃至50％、优选10-30％之间的任何百分比。事实上，当压花不是破坏性的时，可相当自由地选择压花区域。
砧辊的柔软度连同压花突出部的高度是已被仔细地详细描述的组合。此外，也可影响区域内压花点的数量。在上述示例中每平方厘米具有2.9个点。
下面将通过详细实施例进一步更贴切地描述本发明。但是本发明可以不同形式实施并且不应当被诠释为局限于说明书所列出的实施例。
示例
测试材料幅如权利要求1所述被制造并且具有如下组分。短纤维包括由International Paper提供的70wt％纤维素纸浆纤维超软性硫酸盐纸浆、来自Trevira的5wt％的12mm短剪PLA人造纤维1.7Dtex(对应于13.2μm)以及来自Natureworks由PLA树脂6202D挤出的平均直径16.5μm或2.6dtex的25wt％的纺丝PLA纤丝。幅从一侧被水刺交缠。从喷丝头挤出的连续纺丝纤丝以大约2500m/min的速度被狭槽变细装置拉出，幅速度约为200m/min。
在干燥和潮湿状况下有关强度特性的评价和计算出的强度指数如下表1中结果所示。
强度指数通过以下方程式计算：
表1
使用以下试验方法：
干强度：SS-EN-ISO 12625-4:2005；
湿强度：SS-EN ISO 12625-5:2005(在水中测定)；
克数：SS-EN-ISO 12625-6:2005。
通过在如上所述制造的PLA为基础的无纺材料上使用压花技术，可制得柔软、坚固和经久耐用的PLA纤维素复合擦巾材料。与PP相比压花变得更稳定，这就使得能够制造用于消费者市场的不那么致密的擦拭卷。在幅材料被卷绕在卷上之后使用PP纤丝的相同压花不会产生稳定的压花，但是使用根据权利要求制造和压花的PLA为基础的材料，压花保持稳定。在没有压花的情况下，卷变得过于沉重并且包含太多薄片，这就很难在消费者市场上售卖。
有关带有大约2.5mm压花深度的压花辊突起的压花复合无纺材料幅的膨松度特性的评价如下表2中结果所示。
表2
样品 基重(g/m2) 厚度(μm) 膨松度(cm3/g)
1 62.1 509 8.2
2 59.7 516 8.6
3 62.9 557 8.9
4 62.4 551 8.8
5 63.1 552 8.8
6 66.2 544 8.2
测量10×10cm的四个样品的每个样品的厚度和基重。使用以下测试方法：
克数：SS-EN-ISO 12625-6:2005；
厚度：SS-EN ISO 12625-3:2005。与标准方法的偏差：a)在25-30秒后测量厚度；b)在样品上的五个不同位置处测量厚度；c)精度自重测微计下沉速度是1.0mm/s。

Claims (17)

1.一种用于制造复合无纺幅材料的方法，包括：
-从喷丝头挤出连续纤丝；
-通过狭槽变细单元将纤丝拉为细连续纤丝；
-在敷设纤丝时无热结合地形成未结合的连续纤丝的幅；
-将包括连续纺丝纤丝的所述幅与包括天然和/或合成纤维或人造纤维的潮湿或泡沫成形的短纤维水刺交缠在一起从而集成和机械地结合并形成未热结合的复合无纺幅材料；
其特征在于：通过以下步骤在连续纤丝的成形和敷设处产生潮湿的环境：在已湿润表面上敷设纤丝；保持所述狭槽变细单元的出口宽度开放超过65mm；并且在所述狭槽变细单元的出口处添加液体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述狭槽变细单元的出口宽度保持开放超过70mm，并且优选超过75mm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述连续纤丝具有小于80℃的玻璃态转化温度Tg。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于：所述连续纤丝是聚乳酸纤丝。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于：所述连续纤丝是基于包括单聚合物的均质聚乳酸树脂的PLA纤丝，并且在整个所述PLA纤丝上具有实质上相同的熔点。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于：所述狭槽变细单元内所述连续纤丝的速度至少为所述成形线的速度的10倍。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于：所述连续纺丝纤丝从喷丝头被挤出并且被狭槽变细装置以超过2000m/min并小于6000m/min、优选小于5000m/min更优选小于3000m/min的速度拉出。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于：在所述狭槽变细单元的出口处添加的液体是在形成所述未结合的连续纤丝的幅时通过喷雾而添加的。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于：所述已润湿表面是成形线，其通过向所述成形线添加液体而被润湿。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，其特征在于：所述液体通过喷雾被添加于所述成形线。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的方法，其特征在于：干燥已形成的复合无纺幅材料，并且将所述复合无纺幅材料在无热结合的情况下压花从而为纤丝和短纤维的无热结合的复合幅材料提供等于或大于未压花的复合无纺幅材料的强度指数一倍的强度指数。
12.根据权利要求1-11中任意一项所述的方法，其特征在于：所述连续纤丝具有小于80℃的玻璃态转化温度Tg并且在压花期间达到所述纤丝的软化点，并且压花在所述纤丝的塑性范围内进行从而它们塑性地变形。
13.根据权利要求1-12中任意一项所述的方法，其特征在于：压花抵靠砧辊进行，并且提供带有包括拉伸纤丝的第一地带的第一区域和由压缩地带构成的局部加强且无热结合的第二区域，第二区域的密度高于所述第一区域。
14.根据权利要求1-13中任意一项所述的方法，其特征在于：所述无纺复合幅的无热结合的压缩地带构成的所述第二区域具有大约5-60％、优选10-50％之间、最优选大约30％的减小厚度。
15.一种根据权利要求1-14中任意一项所述的方法制造的连续纺丝纤丝和短纤维的无纺复合幅。
16.一种根据权利要求15所述的连续纺丝纤丝和短纤维的无纺复合幅的应用。
17.一种润湿的根据权利要求15所述的连续纺丝纤丝和短纤维的无纺复合幅的应用。
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