CN105473776B - 非织造材料 - Google Patents

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Abstract

提供包含至少一个纤维非织造层的材料，其包含变形纱，优选假编变形纱。包含在材料中的变形纱能使得可调整材料的机械性能以使材料能够符合高局部变形。

Description

非织造材料
本发明涉及包含至少一个纤维非织造层的材料和生产所述材料的方法。
非织造材料用于许多工业应用中，例如排水材料、建筑材料和包装材料。工业应用中所用的非织造材料通常具有高拉伸强度和高模量。工业应用中的非织造物可经受高局部变形，例如当用作围绕不规则形状物体的包装材料时或者模制成复杂的三维形状时。高模量非织造物可能缺乏符合该局部变形的能力。
GB 1,192,351公开了通过形成卷曲连续长丝垫而生产挠性片材料的方法，其中卷曲连续长丝在张力下提供，随后释放张力以产生长丝在三个维度上随意互相贯通，并通过以分散体或溶液的形式应用的至少一种树脂或弹性粘合剂将长丝粘合在一起。
本发明的目的是提供包含至少一个纤维非织造层且具有符合高局部变形的能力的材料。
本发明的目的通过包含至少一个纤维非织造层的材料实现，所述材料具有厚度、宽度和长度，其中纤维非织造层的厚度比纤维非织造层的宽度和长度小至少1个数量级，其特征在于至少一个纤维非织造层包含至少一种变形纱，其中变形纱为包含至少两种不同聚合物的复丝纱，且变形纱和/或至少一个纤维非织造层通过源自变形纱的聚合物热粘合。
纤维非织造层中变形纱的存在能使得可调整材料的机械性能以使材料能够符合高局部变形。
如本文所用术语纤维指短纤维和长丝。
变形纱应当理解为已加工以沿着纱的纤维和/或长丝的长度引入持久扭变，例如卷曲、盘绕、环线、皱纹或其它扭变或其任何组合的纱。
如本领域技术人员所熟知，纤维非织造层基本具有二维形状，其中纤维非织造层的厚度比纤维非织造层的宽度和长度小至少一个数量级，更优选至少2个数量级，更优选至少3个数量级。
纤维非织造层的厚度为0.05-10mm，优选0.10-5.0mm，更优选0.2-2.0mm，更优选0.3-1.0mm。
加工变形纱的长度由于持久扭变的形成，与在加工成变形纱以前具有相同重量的纱的长度相比更小。纱的长度通过将纱的一端固定在夹子中并测量纱的另一端至夹子的距离测定而不向纱施加负载，其中加工成变形纱以前纱的长度优选为1.0m。变形纱的长度与加工以前纱的长度的比为0.90或更小，优选0.75或更小，更优选0.60或更小，最优选0.50或更小。优选变形纱的长度与加工以前纱的长度的比为至少0.20，更优选至少0.30，最优选至少0.40。通过降低变形纱的长度与加工以前纱的长度的比，变形纱中的扭变数目和/或扭变尺寸提高，这提高变形纱的最大断裂伸长率和/或降低变形纱在小伸长率例如2％、5％或15％伸长率下的模量。当变形纱的长度与加工以前纱的长度的比为0.40或更小时，扭变数目可提高至其中在变形纱中的扭变之间形成缠结的风险提高的水平，这可降低变形纱的最大断裂伸长率和/或提高变形纱在小伸长率下的模量。
优选，扭变数目为至少25个/米加工变形纱长度，更优选至少50，甚至更优选至少75，最优选至少100个/米加工变形纱长度。优选扭变数目为250或更小个/米加工变形纱长度，更优选200或更小，甚至更优选150或更小，最优选至少125或更小个/米加工变形纱长度。
在一个实施方案中，包含至少一个纤维非织造层的材料可完全由变形纱组成。
持久扭变可通过任何合适的方法，例如通过在连续方法中或者在三阶段方法中将纱加捻，将加捻的纱热定型和将热定型的加捻纱解捻，或者通过使纱通过热填充箱而引入纱中。纱也可通过将纱加热并使热纱通过刀边或者通过使热纱通过一对齿轮之间而加工。纱也可通过将纱喷气变形而加工成变形纱。
优选，纱通过将纱针织成织物，任选将针织物热定型，和将针织物拆开成假编变形(KDK)纱而加工成变形纱。假编变形纱的优点是拆开的纱可作为直纱缠绕在线轴上，条件是在绕制期间施加足够的张力，由此降低在线轴上缠结的风险。通过将KDK纱展开而释放张力重建变形纱中的持久扭变。
针织物的热定型优选在烘箱中在升高的温度下，优选在纱的纤维和/或长丝中所含聚合物的玻璃化转变温度以上进行。还可将蒸汽引入烘箱中以提高向待热定型针织物的热传递。
还可使用任何已知的染色或印刷技术将针织物以任何所需图案染色。针织物可例如用至少两种不同颜色染色。拆开的假编变形纱因此可包含沿着变形纱的长度具有不同颜色的部分。包含沿着纱的长度具有不同颜色的部分的假编变形纱的至少一个纤维非织造层可具有在其表面上随机分布的不同颜色，其可例如用于伪装应用和/或用于装饰性目的，例如窗帘、百叶窗和/或花包装纸。在一个实施方案中，针织物用至少3种不同颜色，优选至少4种，更优选至少5种不同颜色染色，使得假编变形纱具有沿着纱的长度具有至少2、3、4或5种不同颜色的部分。
变形纱可包含至少10重量％的一种或多种热塑性聚合物以使在变形纱中热粘合。优选，变形纱包含至少25重量％，更优选至少50重量％，更优选至少75重量％，更优选至少90重量％的一种或多种热塑性聚合物。在一个优选实施方案中，变形纱由100重量％的一种或多种热塑性聚合物组成。
变形纱可以为复丝纱。优选，复丝纱包含至少两种不同聚合物。至少两种不同聚合物可存在于复丝纱中所含的分开长丝中或者一起存在于复丝纱中所含的一个长丝中。至少两种不同聚合物也可部分地存在于复丝纱中所含的分开长丝中且部分地一起存在于复丝纱中所含的一个长丝中。优选，至少两种不同聚合物的熔点相差至少10℃。更优选，熔点相差至少50℃。包含至少两种不同聚合物的复丝纱可通过使纱经受至少具有较低熔点的聚合物的熔点的温度以提高变形纱中的粘聚而热结合。至少两种不同聚合物优选包含在双组分长丝，例如并行和/或芯-壳双组分长丝中以确保得到复丝纱中所有长丝之间的粘聚。变形纱和/或至少一层纤维非织造层因此通过源自变形纱的聚合物热结合。
复丝纱可进一步包含沿着变形纱的长度分布的缠结以防止复丝纱的单根丝经较大面积分布于纤维非织造层中。缠结应当理解为复丝纱的一部分，在那里长丝牢固地相互连接使得复丝纱这一部分中的单根丝在缠绕、未卷绕和/或引入纤维非织造层中时保持在一起。缠结可以以任何合适的方式，例如通过形成结，将长丝缠结以形成机械摩擦点和/或将长丝相互热结合而形成。
当复丝纱包含缠结时，两个连续缠结之间的距离限制复丝纱的单根丝可分布于其上的纤维非织造层的面积。
复丝纱的长丝可例如通过将流体射流，优选空气射流以相对于纱的纵向成一定角度，优选垂直于纱的纵向引导至复丝纱上所需的时间而缠结。任选，缠结长丝可热结合以提高缠结的强度。
如果纱在制备各个缠结时静止，则缠结的长度由流体射流的宽度决定。因此，可根据需要选择沿着复丝纱的长度两个连续缠结之间的距离。
如果纱在制备各个缠结时移动，则缠结的长度由流体射流送到复丝纱的时间周期和复丝纱的速度决定。沿着复丝纱的长度两个连续缠结之间的距离由流体射流送到复丝纱上以形成先前缠结的时间结束时与流体射流送到复丝纱上以形成下一个缠结的时间开始时之间的时间以及复丝纱的速度决定。
变形复丝纱中的缠结数目可宽泛地变化。优选，复丝纱中的缠结数目为至少0.5个/米变形纱长度，优选至少1.0个/米长度，更优选至少1.5个/米长度，最优选至少2.0个/米长度。
变形复丝纱中的缠结长度可以为至少1cm，优选至少5cm，更优选至少10cm，甚至更优选至少20cm，最优选至少50cm。复丝纱中的缠结长度可甚至为变形纱的总长度。优选，复丝纱中的缠结长度可以为10m或更小，优选10m或更小，更优选5m或更小，甚至更优选2.5m或更小，最优选1m或更小。提高复丝纱中的缠结长度降低纤维非织造层内展开的单根丝的长度，由此限制复丝纱的长丝与纤维非织造层中所含其它纤维和/或长丝之间的交点数目，其可例如通过热结合而形成粘合点以调整材料的机械性能。
变形复丝纱中两个连续缠结之间的距离可宽泛地变化。优选，复丝纱中两个连续缠结之间的距离为至少5cm，更优选至少10cm，甚至更优选至少15cm，最优选至少20cm。复丝纱中两个连续缠结之间的单根丝可在纤维非织造层内展开，由此产生复丝纱的长丝与纤维非织造层中所含其它纤维和/或长丝之间的交点增加，其可例如通过热结合而形成粘合点以改进材料的粘聚。优选，复丝纱中两个连续缠结之间的距离为250cm或更小，更优选150cm或更小，甚至更优选100cm或更小，最优选75cm或更小。当复丝纱中两个连续缠结之间的距离提高时，非织造层纤维中包含变形纱的材料的机械性能与包含不具有变形纱的非织造层纤维的材料区别很小。
变形复丝纱中连续缠结的长度可以是恒定的，可以以任何规则方式或者可随机变化以调整材料的机械性能和/或外观。
变形复丝纱中连续缠结之间的距离可以以规则方式或可以随机变化以调整材料的机械性能和/或外观。
在材料的一个实施方案中，至少一个纤维非织造层包含基于材料的总重量为至少10重量％，优选至少25重量％，优选至少50重量％，更优选至少75重量％，甚至更优选至少90重量％的变形纱。至少一个纤维非织造层也可完全由变形纱组成。
在材料的一个实施方案中，至少一个纤维非织造层具有至少15g/m2，优选至少20g/m2，优选至少25g/m2，更优选至少30g/m2的重量。优选，至少一个纤维非织造层具有至多500g/m2，优选至多250g/m2，优选至多150g/m2，更优选至多100g/m2的重量。
加工成变形纱以前纱的线密度可经宽范围变化。优选，纱的线密度为至少250分特，优选至少500分特，更优选至少1000分特，最优选至少1500分特。优选加工成变形纱以前纱的线密度为小于5000分特，更优选小于2500分特，最优选小于2000分特。
复丝变形纱中单根丝的数目可宽泛地变化。优选，复丝变形纱中单根丝的数目为至少5，优选至少10，优选至少20，更优选至少50，更优选至少75，更优选至少100，更优选至少125。
变形纱可包含宽范围的聚合物，包括聚烯烃，例如聚乙烯，例如线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和/或(超)高分子量聚乙烯、聚丙烯和/或其共聚物或任何混合物。变形纱还可包含聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯和/或聚萘二甲酸乙二醇酯，或者聚酰胺，例如聚酰胺-6、聚酰胺-6,6、聚酰胺-4,6和/或其共聚物或任何混合物。
如上所述，变形纱可包含选自如上所述多种聚合物的两种不同聚合物。优选的组合为聚酯/共聚酯、聚酯/聚酰胺、聚酰胺/共聚酰胺、聚酯/聚烯烃和聚酰胺/聚烯烃。
在材料的一个实施方案中，至少一个纤维非织造层包含如上所述变形纱以及另外其它短纤维和/或长丝，优选还包含至少两种不同聚合物。优选，包含在其它短纤维和/或长丝中的聚合物为热塑性聚合物。其它短纤维和/或长丝的至少两种聚合物可存在于分开的短纤维和/或长丝中或者一起存在于一个短纤维和/或长丝中。其它短纤维和/或长丝的至少两种不同聚合物可甚至部分地存在于纤维非织造层所含的分开短纤维和/或长丝中，且部分地一起存在于纤维非织造层所含的一个短纤维和/或长丝中。优选，至少两种不同聚合物的熔点相差至少10℃，更优选相差至少50℃以能够热粘合。至少一层纤维非织造层因此通过源自变形纱和/或源自其它短纤维和/或长丝的聚合物热粘合。
其它短纤维和/或长丝可包含多种聚合物，包括聚烯烃，例如聚乙烯，例如线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和/或(超)高分子量聚乙烯和聚丙烯和/或其共聚物或任何混合物。其它短纤维和/或长丝也可包含聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯和/或聚萘二甲酸乙二醇酯，或者聚酰胺，例如聚酰胺-6、聚酰胺-6,6、聚酰胺-4,6和/或其共聚物或任何混合物。
如上所述，其它短纤维和/或长丝可包含选自如上所述多种聚合物的两种不同聚合物。优选的组合为聚酯/共聚酯、聚酯/聚酰胺、聚酰胺/共聚酰胺、聚酯/聚烯烃和聚酰胺/聚烯烃。
优选，变形纱和其它短纤维和/或长丝包含与变形纱中所含相同的聚合物以使材料的热粘合最佳化。
优选，其它短纤维和/或长丝不包含持久扭变。
至少一个纤维非织造层因此可包含至少两种短纤维和/或长丝类型。至少两种短纤维和/或长丝类型包含具有不同熔点的不同聚合物以形成所谓的双丝型非织造物。纤维非织造层可通过使纤维非织造层至少经受至少两种不同聚合物中具有最低熔点的聚合物的熔点的温度而热粘合。双丝型非织造层不会在各个交点处粘合，因为包含具有较高熔点的聚合物的短纤维和/或长丝可相互交叉。仅具有高和低熔点或者低和低熔点的组合的短纤维和/或长丝的交点结合，而不是具有较高熔点的短纤维和/或长丝的交点。
其它短纤维和/或长丝的至少两种聚合物可一起存在于一种短纤维和/或长丝中以形成由双组分纤维和/或双组分长丝制成的所谓双组分型非织造物中。双组分型的纤维非织造层可通过使纤维非织造层经受至少具有较低熔点的聚合物的熔点的温度而热粘合。双组分短纤维和/或双组分长丝在双组分短纤维和/或双组分长丝的各个交点处粘合。
其它短纤维和/或长丝的线密度可经宽范围变化。优选，其它短纤维和/或长丝的线密度为至少5分特/短纤维或长丝，更优选至少10分特，最优选至少15分特/短纤维或长丝。优选，其它短纤维和/或长丝的线密度为小于50分特/短纤维或长丝，更优选小于25分特，最优选小于20分特/短纤维或长丝。
因此，可通过选择材料中所含变形纱的量和至少一个纤维非织造层中所含其它短纤维和/或长丝的类型而调整材料的机械性能以符合高局部变形。
材料可包含一个或多个其它材料层。各个其它材料层可以为纤维材料的膜或层，例如挤出长丝的机织物、二维网格或平纹织物、非机织物或三维缠结垫。
各个其它材料层可通过任何已知方式，例如通过热粘合、机械粘合如机械针织、水力缠结或缝合，或者通过粘结或超声粘结或其任何组合而物理地粘附在材料的至少一个纤维非织造层和/或另一其它材料层上。
玻璃化转变温度和熔融温度通过DSC测量测定，其中使温度以20℃/分钟从0℃提高至300℃。玻璃化转变(Tg)为吸热事件，热容变化由DSC测量曲线的基线中的转变描述。它认为是材料的软化点或者半结晶材料的无定形区域的熔融。熔点(Tm)为材料熔融时的温度。它作为吸热事件的峰值温度测量。
图1表示根据对比例的试样的照片。
图2表示根据实施例1的试样的照片。
图3表示根据实施例2的试样的照片。
实施例
对比例
30g/m2的非织造物由芯/壳双组分长丝组成的复丝纱生产，所述芯/壳双组分长丝由74/26体积％/体积％的比的聚酯对苯二甲酸酯(PET)芯和聚酰胺-6(PA6)壳组成。各双组分长丝具有15分特/长丝的线密度。复丝纱具有1800分特的线密度。使用扩散器将复丝纱打开成单一长丝并铺设在移动传输带上。非织造物在230℃的温度下使用穿流式(throughair)粘合鼓热结合。图1显示对比例的代表性试样。
实施例1
30g/m2的非织造物由50重量％的通过假编方法加工的变形纱和50重量％的对比例的纱生产。该纱在加工成变形纱以前具有1800分特的线密度。变形纱的长度与加工以前纱的长度的比为0.55。
复丝纱由芯/壳双组分长丝组成，所述芯/壳双组分长丝由74/26体积％/体积％的比的聚酯对苯二甲酸酯(PET)芯和聚酰胺-6(PA6)壳组成。各双组分长丝具有15分特/长丝的线密度。非织造物在230℃的温度下使用穿流式粘合鼓热结合。图2显示实施例1的非织造物的代表性试样。
实施例2
30g/m2的非织造物完全由通过假编方法加工的变形纱生产。该纱在加工成变形纱以前具有1800分特的线密度。变形纱的长度与加工以前纱的长度的比为0.55。
复丝纱由芯/壳双组分长丝组成，所述芯/壳双组分长丝由74/26体积％/体积％的比的聚酯对苯二甲酸酯(PET)芯和聚酰胺-6(PA6)壳组成。各双组分长丝具有15分特/长丝的线密度。非织造物在230℃的温度下使用穿流式粘合鼓热结合。图3显示实施例2的非织造物的代表性试样。
非织造物的机械性能根据EN 29073-3(08-1992)使用20cm的试样宽度并使用200mm/min的夹子速度测定，所述试样在整个试样宽度上夹住。
表1汇总包含变形纱的非织造物的机械性能。
表1
实施例1 实施例2 对比
质量(g/m<sup>2</sup>) 31 30 30
最大负载(N/20cm) 169 34 313
最大负载下的伸长率(％) 14 33 16
LASE2(N/20cm) 69 5 131
LASE5(N/20cm) 106 10 189
LASE15(N/20cm)) 140 21 248
包含变形纱的非织造物具有降低的模量，即在2％、5％和15％伸长率下的负载(LASE2、LASE5和LASE15)。完全由变形纱组成的非织造物显示出与对比例相比最大负载下提高的伸长率。取决于材料中所含变形纱的量，因此可调整机械性能以使材料能够符合高局部变形。

Claims (23)

1.包含至少一个纤维非织造层的材料，其具有厚度、宽度和长度，其中纤维非织造层的厚度比纤维非织造层的宽度和长度小至少1个数量级，其特征在于至少一个纤维非织造层包含至少一种变形纱，其中变形纱为包含至少两种不同聚合物的复丝纱，且变形纱和/或至少一个纤维非织造层通过源自变形纱的聚合物热粘合。
2.根据权利要求1的材料，其中材料包括基于材料的总重量为至少10重量％的变形纱。
3.根据权利要求1的材料，其中材料包括基于材料的总重量为至少25重量％的变形纱。
4.根据权利要求1的材料，其中材料包括基于材料的总重量为至少50重量％的变形纱。
5.根据权利要求1的材料，其中材料包括基于材料的总重量为至少75重量％的变形纱。
6.根据权利要求1的材料，其中材料包括基于材料的总重量为至少90重量％的变形纱。
7.根据权利要求1的材料，其中变形纱的长度与加工成变形纱以前相同重量的纱的长度的比为0.90或更小。
8.根据权利要求1的材料，其中变形纱的长度与加工成变形纱以前相同重量的纱的长度的比为0.75或更小。
9.根据权利要求1的材料，其中变形纱的长度与加工成变形纱以前相同重量的纱的长度的比为0.60或更小。
10.根据权利要求1的材料，其中变形纱的长度与加工成变形纱以前相同重量的纱的长度的比为0.50或更小。
11.根据权利要求1的材料，其中变形纱每米长度包含至少25个扭变。
12.根据权利要求1的材料，其中变形纱每米长度包含至少50个扭变。
13.根据权利要求1的材料，其中变形纱每米长度包含至少75个扭变。
14.根据权利要求1的材料，其中变形纱每米长度包含至少100个扭变。
15.根据权利要求1的材料，其中至少一种变形纱为假编变形纱。
16.根据权利要求15的材料，其中假编变形纱为热定型假编变形纱。
17.根据权利要求16的材料，其中复丝纱包含双组分长丝。
18.根据权利要求16的材料，其中复丝纱包含芯-壳双组分长丝。
19.根据权利要求1的材料，其中变形纱具有至少500分特的线密度。
20.根据权利要求1的材料，其中变形纱具有至少1000分特的线密度。
21.根据权利要求1的材料，其中变形纱具有至少1500分特的线密度。
22.根据权利要求1的材料，其中变形纱包含沿着变形纱的长度具有不同颜色的部分。
23.根据权利要求22的材料，其中具有不同颜色的部分在材料表面上随机分布。
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