CN106661785B - 短纤维无纺模制制品 - Google Patents

Abstract

形成无纺制品的方法，其包括：接收包含热塑性纤维的纤维材料；加工所述纤维材料以产生短纤维，其中所述加工步骤包括使用至少一个具有筛子的造粒机造粒；在一个区域近似均匀地分布所述短纤维以形成短纤维网，其中所述分布步骤包括使用再循环物涂布器；加热所述短纤维网以熔合所述短纤维以形成无纺材料；且形成所述无纺材料的片材。

Description

短纤维无纺模制制品

申请日权益的要求

本申请要求2014年5月15日提交的美国申请号14/277,953(其在此以其整体通过引用并入本文)的申请日的权益。

技术领域

本教导总体涉及形成短纤维无纺模制制品和将废料再循环以形成随后的短纤维无纺模制制品的方法。

背景技术

无纺制品可以由各种纤维材料形成，并且可以在形式和密度方面显著变化。此类材料可以用于各种应用(包括过滤、电池隔离和吸音)中。高密度、多孔、无纺织物可以用作纤维板。

以前，改善基于纤维的声学材料的吸音能力的方式有限。改变气流阻力、进而改变吸音的一种方式是通过使用短纤维。然而，短纤维的使用已经受限，因为缺乏有效加工短纤维、防止由于静电导致的纤维聚集、且产生稳定、有用的无纺网的能力。已经发现现有的短纤维加工技术产生脆弱、易于破碎或降解的产品。

无纺制品(包括基于短纤维的制品)可以形成为卷材或片材，并且可以通过层叠、涂覆、模制、冲压、裁剪转化或可以以其它方式制造成期望的形状和尺寸。在某些应用中，将无纺织物模制成三维形状以用于各种功能应用。

在无纺制品的加工和成形期间，可以产生大量废料。废料可以包括工艺的副产物，不是模制制品的一部分的部分，碎屑，废弃或有缺陷的部分，模具切割后的修整基材或其组合。大多数该废料以从模制的纤维片材修整的基材的形式产生。据估计，用于制备模制部件的片材的约50％在切割或移除模制部件后变为废料，由此导致材料低效。

因此，需要开发可用于形成无纺制品的由短纤维产生稳定、有用的无纺网的方法。此外，需要一种方法，其中废料可以再循环并用于随后的部件以减少浪费和成本。

发明内容

本教导通过本文所述的改进的装置和方法满足上述需要中的一个或多个。本文呈现的解释和举例说明旨在使本领域其他技术人员熟悉本教导、其原理及其实际应用。本领域技术人员可以以其多种形式来调整和应用所述教导，如同可最适合于特定用途的要求。因此，如记载的本教导的具体实施方案不旨在穷举或限制所述教导。因此，本教导的范围不应参考上述描述来确定，而应当参考所附权利要求连同这些权利要求赋予的等同方案的全部范围来确定。所有文献和参考文献(包括专利申请和出版物)的公开内容出于所有目的通过引用并入。如从所附权利要求中所获得的其它组合也是可能的，其也通过引用并入本书面描述中。

所述教导的一些举例说明涉及从短纤维(其至少部分地包含再循环纤维)形成无纺模制制品的方法。或者，一些实施方案涉及从短纤维形成无纺模制制品的方法，其中所述方法使用原始切段纤维(virgin stable fibers)。

在一个方面，本教导涉及形成无纺制品的方法，其包括：接收包含热塑性纤维的纤维材料；加工所述纤维材料以产生短纤维，其中所述加工步骤包括至少一个具有筛子的造粒机；在一个区域近似均匀地分布所述短纤维以形成短纤维网，其中所述分布步骤包括再循环物涂布器；加热所述短纤维网以熔合所述短纤维以形成无纺材料；和形成所述无纺材料的片材。

该方面的特征还在于以下方法之一或任何组合。在加工步骤(例如，对于初始尺寸减小)中，所述纤维材料可以通过单轴粉碎机。所述加工步骤还可以包含串联布置的两个或更多个造粒机。造粒机可以各自具有筛子，当纤维通过该工艺以使短纤维达到期望的平均长度时，所述筛子尺寸减小。例如，传统无纺制品中的纤维的长度可以高达约60mm，或者所述短纤维可以减少至约12mm或更小、约2mm至约3mm或甚至更小的平均纤维长度(例如，例如，接近粉末)。所述短纤维可以在将它们分布在区域上以形成短纤维网之前共混。可以将所述短纤维分布在饰面材料上。所述饰面材料可以由例如预形成网、针刺无纺材料或其它无纺织物形成。还可能的是，第二饰面材料可以置于短纤维网的顶部上，所以短纤维网夹在两个饰面材料之间。所述短纤维网和所述饰面材料(如果有的话)可以通过传送带烘箱加热，以软化低熔点短纤维并将短纤维粘合在一起。所述短纤维网和饰面材料(如果有的话)可以被压缩以获得期望密度，例如通过使用一组加热的砑光辊。

在另一个方面，考虑本文所述的短纤维模制制品可以由再循环废料形成。例如，当片材由无纺材料形成时，所述片材可以被模制或成形为被废料(例如，不用于形成模制制品的材料的一部分)围绕的模制制品。例如，作为转换、冲压或任何废料修整系统(例如水喷射、激光或刀具切割机)的结果，该废料可以与模制制品分离。然后废料可以再循环至接收步骤中并在加工步骤中再处理。因此，所述废料可以重复使用以产生短纤维用于随后的短纤维无纺制品。废料还可以包括废弃部件，例如由于制造缺陷或不符合规格而不适合使用的那些部件。

在没有压缩所述短纤维层的实施方案中，可以产生低密度无纺声学材料，例如多孔松散吸音剂，其可以被定义为包含经常彼此粘合以提供一些结构完整性的许多小直径纤维的可渗透材料。在压缩短纤维层的实施方案中，根据压缩的程度，可以产生高密度无纺声学材料，例如气流阻力片材或多孔柔软片材。此类片材详细描述于K.Uno Ingard教授的“Notes on Sound Absorption Technology”中。

采用所述方法可以形成无纺材料。这些无纺材料中的一些可以适合用作吸音材料，并且可以涉及声学片材。这些材料中的一些可以适合用作过滤材料、插接板、结构板或隔离材料等。

低密度无纺材料可以与高密度无纺材料组合，以形成具有期望特性的复合材料。例如，复合声学产品可以包括具有相对高气流阻力的多孔柔软片材和附接至所述片材的一侧且气流阻力显著小于所述片材的多孔松散吸音剂层。所述多孔柔软片材和多孔松散吸音剂中的一个或两个可以包含根据本文所述教导的短纤维。气流阻力是空气通过材料有多么困难的量度，并且其以瑞利计算。所述复合声学产品可以展现局部反应性声学行为和对于吸音产品可期望的整体气流阻力。可以实现具有约100瑞利或更大的气流阻力的有用产品。也可以实现具有约1000瑞利或更大的气流阻力的有用产品。在一些举例说明中，所述气流阻力可以为约10,000瑞利或更小。考虑使用本文所述的一种或多种方法形成的产品可以具有落在期望范围、例如约2800瑞利至约8000瑞利(例如，至少约2800瑞利和小于约8000瑞利)的范围内的气流阻力。

某些实施方案的无纺材料可以具有选定气流阻率，其为气流阻力除以材料厚度。所述选定气流阻率可以显著高于基本上包含常规切段纤维的常规无纺材料的气流阻率。例如，所述常规切段纤维可以具有比本文公开的纤维更长的长度(例如，约30mm至约100mm)。在一些实施方案中，在包含特定直径和组成的短纤维的无纺材料中实现的选定气流阻率可以是使用相同直径和组成的更长纤维产生的常规无纺材料的气流阻率的约三倍。这种气流阻率随着纤维长度减小而增加是基于当前声学理论无法预期的。低密度无纺材料可以具有约1.5mm至约350mm的厚度，尽管更大和/或更小的厚度也是可能的。低密度无纺材料可以展现约400瑞利/m至约275,000瑞利/m的范围内的气流阻率。高密度无纺材料可以具有约0.1mm至约5mm或更大的厚度。高密度无纺材料可以展现约257,000瑞利/m至约3,000,000瑞利/m的气流阻率。

分布短纤维的区域可以包含表面，例如输送带，其不形成无纺材料的一部分，但在粘合过程期间支撑前体网。替代地或者额外地，所述区域可以包含预形成网，其可以是牺牲性的或与所述无纺材料整合性的。在此类实施方案中，所述短纤维可以被分布在预形成网内和/或预形成网的顶部上。因此，所述短纤维可以用来改变所述预形成网的气流阻力以实现具有期望特性的无纺材料。

纤维材料可以包括热塑性纤维或者具有粘性热塑性组分的双组分纤维。因此，至少一些短纤维的粘合可以通过将所述前体网加热至短纤维中的热塑性聚合物将至少部分软化或熔融的温度来影响。所述软化或熔融的热塑性材料可以用来将至少一些短纤维粘合在一起且形成无纺材料。因此，粘合可以包括将短纤维粘合至软化的热塑性材料，使得随着受热的材料冷却，所述纤维变得与热塑性材料熔合。

所述纤维材料可以包含多种热塑性聚合物。多种热塑性聚合物可以具有相同或不同的熔点(例如，具有高和/或低熔点)。当所述热塑性聚合物具有不同的熔点时，可以仅将纤维材料加热至具有低熔点或较低熔点的任何热塑性聚合物软化且熔融的温度。因此，具有低熔点或较低熔点的任何热塑性聚合物可以用来将无纺材料粘合在一起，同时具有较高熔点的热塑性聚合物保持基本上不变。在一些实施方案中，所述低熔点热塑性聚合物可以存在于与较高熔点热塑性聚合物不同的纤维中。在一些其它实施方案中，所述高熔点和低熔点聚合物可以形成双组分纤维的不同组分。

可以使用另外的粘性组分将至少一些短纤维粘合在一起。根据无纺材料的实施方案，可以使用各种材料作为粘性组分。所述粘性组分可以是热塑性或热固性树脂或粘合剂。所述粘性组分可以是粉末的形式。所述粘性组分可以包含热塑性纤维，例如热塑性切段纤维，其在形成前体网之前与短纤维组合。所述粘性组分可以包含预形成的热塑性纤维网，将短纤维分布至其上和/或其中来形成前体网。

无纺材料中可以使用任何上述粘性组分的教导或其组合。例如，所述粘性组分可以包含与热塑性纤维组合的热塑性树脂粉末。此外，所述粘性组分可以与短热塑性纤维或具有由纤维材料形成的粘性热塑性组分的短双组分纤维组合使用，以便将前体网中的至少一些短纤维粘合在一起。

附图说明

下面通过实例的方式参考附图进一步详细描述实施方案。

图1是举例说明形成声学片材的方法的一般步骤的流程图。

图2是举例说明用于形成短纤维无纺制品和重复使用废料的示例性加工顺序的流程图。

图3是显示含有双组分粘合纤维作为粘合剂组分的短纤维无纺制品的气流阻率(瑞利/m)相对容积密度(kg/m³)的图。

具体实施方式

一些所述实施方案总体涉及形成包含至少一些主要由再循环废料形成的短纤维的无纺材料、例如可热形成的短纤维无纺(TSFNW)材料的方法，以及由此形成的无纺材料。一些实施方案涉及松散再循环短纤维材料。其它实施方案总体涉及形成包含由原始切段纤维形成的短纤维的无纺材料的方法，以及由此形成的无纺材料。

在本申请的上下文中，如本文所使用的术语“可热形成的短纤维无纺”用来表示可以形成具有宽范围密度和厚度且含有热塑性和/或热固性粘合剂的无纺材料。所述TSFNW材料可被加热且热形成为特定形状的“热形成的产品”。

由于纤维材料固有的“热记忆性”，短纤维的使用可以在可热形成材料中是有利的。在加工期间，可以将纤维加热以便使它们与无纺材料期望的几何形状一致。然而，在再次加热材料时，例如在使用期间，由于纤维的“热记忆性”，纤维可以变形并且回复至与它们在初始加工之前具有的几何形状更接近的几何形状。在较长纤维例如常规切段纤维中，可以由于热记忆变形而出现的整体位移大于较短纤维的整体位移，因为回复和变形的趋势是纤维长度的函数。因此，TSFNW材料可以具有比使用具有更长长度的纤维的无纺材料更大的温度稳定性。

TSFNW材料可以需要比其中具有更长纤维的类似材料更少的粘合剂。在具有更长纤维的材料中，可以需要额外的粘合剂来减轻通过将这些纤维约束于期望的几何形状中而对热记忆性变形的作用。因此，基于短纤维的材料可以需要更少的粘合剂，因为在短纤维中出现相对较少的热记忆性位移。因此，根据本文教导的TSFNW材料当与包含长纤维的可热形成的无纺材料相比时可以需要更少的粘合剂来实现期望的产品几何形状。所述TSFNW材料也可以比具有长的长度的纤维形成的无纺材料重量更轻。此外，可以与长纤维相比更有效地进行TSFNW材料的热形成，因为更少的材料必须加热。因此，需要更少的能量来将材料加热至热形成所需的温度。

用来产生短再循环纤维的纤维废料可以从各种各样来源获得。可以通过生成其它无纺产品的工艺、例如通过转化、冲压、切割等来形成废料。废料可以包括工艺的副产物，不是模制制品的一部分的部分，碎屑，废弃或有缺陷的部分，模具切割后的修整基材等，或其组合。在一些情况中，尤其在制造工艺的早期阶段中，废料仅或主要由纤维组成。因此，所述废料可以在品质方面与原始切段纤维非常类似。具体而言，100％纤维废料将不含非纤维粘合剂，例如粘合剂粉末和可影响松散短纤维再循环物的特征的膜。可以将该材料视为简单的纤维废料。或者，所述纤维废料可以包含额外组分，可能是因为所述废料在制造工艺的后面阶段期间产生。因此，所述废料可以构成复杂纤维废料。在一些实施方案中，所述复杂纤维材料可以是消费后或工业后废料。

在一些实施方案中，所述废料可以源自转化工艺，包括但不限于层叠、涂覆、模制、修整和/或切割或其它废织物或纤维来源。例如，当模制热形成声学片材时，大部分材料(从模制部件切除的材料，或废料)最终称为废料。在一些应用中，约50％是典型的。以前，废料不能再循环，或者认为废料将必须经历熔融或消除步骤以回收任何待重复使用的组分部分。然而，用本文公开的方法，废料可以在随后的工艺中重复使用，产生短纤维无纺模制制品，而无需此类熔融或消除步骤。

鉴于在所述工艺中可以利用的纤维材料的来源非常广泛，可以在各个实施方案使用宽范围的纤维厚度或线性密度。纤维可以具有低厚度(或线性密度)，例如低于2旦。纤维可以具有适中厚度(或线性密度)，例如2至12旦。纤维可以具有粗厚度(或线性密度)，例如在地毯纤维中和一些工业织物中发现的厚度。通常，基于使用短纤维产生的无纺材料的期望特性来选择纤维直径。例如，可以基于所得材料的期望气流阻力或气流阻率来选择纤维直径，其中气流阻力是穿过材料的气压差除以通过材料的气流的体积速度，且气流阻率是气流阻力除以材料的厚度。

可以通过粉碎废料来加工纤维废料以产生短纤维。例如，代替使用传统织物再循环设备或者除了使用传统织物再循环设备以外，所述工艺可以使用单轴粉碎机。如果在工艺开始时或接近工艺开始时，所述单轴粉碎机可以进行第一粗略尺寸减小。单轴粉碎机是有利的，因为其能够加工大部件，例如表面积大于1平方米的部件和/或高度压缩的部件。

可以通过造粒来减少纤维尺寸。可以使用至少一个造粒机。考虑可以串联使用两个或更多个造粒机。造粒机具有带固定和旋转刀片的切割室，并且在底部有一个筛子，当材料变得足够小时，其允许材料通过。如果串联使用两个或更多个造粒机，则第一造粒机可以具有较大的筛子，随后的造粒机可以具有较小的筛子(例如，具有比任何先前筛子更小的开口的筛子)。通过改变筛子尺寸，可以获得优选的纤维长度。当材料离开最终造粒机时，考虑最终结果可以是粉末状稠度，其中平均纤维长度为约2mm至约3mm。或者，可以用原始切段纤维来代替一些或全部纤维废料以使用相同工艺来产生短原始纤维。

筛子尺寸的选择可以取决于(但不限于)纤维废料和/或原始切段纤维的性质、无纺材料的期望的机械和物理特性(例如气流量特性)和纤维的性质，可以添加(例如，在造粒后添加)的粘合材料的比例,类似物，或其任何组合。在纤维废料材料只含有短再循环纤维(例如，基本上不含任何粘附剂、粘合剂、膜或熔融的热塑性材料)的情况下，除了如下所示，任何筛选的结果将是较可预测的。

期望的机械或物理特性例如气流可渗透性、纤维尺寸和长度以及粘合剂含量的基材可以提供可预测结果。然而，当纤维废料中存在其它成分例如膜、粘附剂、粘合剂或熔融后的热塑性材料时，所述材料必须被表征以确定用于可预测结果的工艺条件。一旦所述材料被表征，则实现期望的气流特性可以是可预测的，但与纤维废料仅含有短再循环纤维的情况相比对筛子尺寸的依赖性高得多。通常，如果筛子太粗(例如，筛网中的开口太大)，则所得筛选材料可能是不合适的。

在本教导的一些举例说明中，短再循环纤维将具有与原始切段纤维类似的纤维特性。在本教导的其它举例说明中，例如，如果纤维废料密度高和/或包括高比例的粘合剂(或其它非纤维材料)，则短再循环纤维可以具有包含成团或成组纤维或两者的颗粒或微粒结构，其可以以特定方式相互粘合或粘附。

对于复杂纤维废料，在无纺材料必须具有受控的透气性的情况下，例如在声学材料、过滤器或电池隔离物的应用中，可以需要仔细选择筛子。对于气流可渗透性的控制不太重要的应用，例如在隔离层或半结构面板中，更宽范围的筛子(例如，具有宽范围的开口尺寸的筛子)可以适合使用。

形成短纤维的纤维废料可以包括层叠面料和背衬，例如箔、膜、泡沫层、织物、压敏层、热熔融粘附层等或其组合。可以在尺寸减小工艺中将通常与常规再循环工艺不兼容的这些层转化成小片。所述小片可以充当填料，其可以有助于降低孔隙率且提高弯曲度，这在期望高气流阻力的情况下是可期望的。如果性质是热塑性的，则这些小片可以充当用于随后形成的纤维网的粘附剂。

为了方便，加工材料的最终形式在本文中被总体描述为短纤维再循环物(SFR)。SFR可以包含来自尺寸减小工艺的100％短纤维，或者可能更少比例的这些短纤维。所述短纤维可以任选地与合适的添加剂例如(但不限于)其它形式的再循环废料、原始(非再循环的)材料、矿物填料、热固性树脂、着色剂、阻燃剂、更长切段纤维等或其组合共混或以其它方式组合，以便形成混合的短纤维再循环物(MSFR)。该共混允许在组合之前单独加工不同的再循环物流。可以添加与废料的短纤维相比相对长的范围为长度约30至100mm、替代地平均长度约51mm、替代地平均长度约64mm的长切段纤维，以形成MSFR。这些长切段纤维可以作为加强物添加以改善例如以下中的一种或多种：无纺材料的拉伸强度、弯曲强度或耐冲击性。

在形成MSFR中，可以添加合适的非纤维废料流以充当填料和/或粘附剂。可以向再循环纤维添加粘附剂以赋予期望的特性，例如但不限于阻燃性、耐撕裂性、改善的透气性或增加的质量。在物理特性的控制重要的情况下，废料流应当源自具有已知组分的已知来源。为了方便，在本说明书的上下文中，SFR应该被解释为还包括混合的短纤维再循环物(MSFR)。

用来形成SFR的至少一些材料可以包括热塑性材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、各种共聚酯材料(CoPET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)或其组合。SFR材料可以包含不展现热塑性行为的其它人造纤维，例如聚芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维或这些纤维的共混物。所述SFR还可以包含一定比例的天然纤维，例如棉花、羊毛、麻、其组合等。在生产SFR中使用的天然纤维的比例可以取决于SFR无纺材料的期望应用。例如，在一些实施方案中，在SFR中可以包括一定比例的羊毛，以便为SFR无纺材料赋予阻燃特性，例如包括SFR的总质量的约20wt.％或更多的羊毛。在一些实施方案中，可期望在SFR中包括达90wt.％的天然纤维。使用高比例的天然纤维形成的SFR无纺材料例如可以用作地毯底层或插接板材料。所述材料可以含有粘性热塑性纤维。所述热塑性纤维组分的熔点可以低于废料流中的其它纤维组分的熔点。

从热粘合无纺隔热的再循环废料产生的SFR材料例如通常包括粘性粘合纤维和熔点更高的热塑性纤维、非热塑性人造纤维或天然纤维。从常规织物废料产生的SFR材料例如通常不包括粘性粘合纤维。从低温熔融纤维例如PP产生的SFR材料，如果高于此类纤维的熔点进行热粘合，可以行使粘性粘合剂的功能。因此，根据废料的类型，可能必需将SFR与额外热塑性粘合剂或其它粘合组分紧密混合以实现期望的粘合水平。替代地或者额外地，在无纺材料的生产期间可以将另一种粘性组分例如热固性树脂与SFR组合。

在使用特征不是热塑性的短纤维例如羊毛的实施方案中，可以向SFR或SFR的前体网中添加例如粉末或纤维形式的热塑性粘合剂。所述热塑性纤维也可以是任选地再循环的短纤维。可以向SFR中添加更高比例的热塑性粘合剂以产生在材料内具有更小孔隙和更少孔洞的无纺材料。随着粘合剂比例增大且材料内的孔隙空间进一步减小，产生的材料与无纺织物相比变得更像短纤维加强塑料片材。

在一些实施方案中，可以使用塑化聚氯乙烯(PVC)或热塑性聚氨酯(PU)作为热塑性粘合剂以产生具有PVC或PU涂覆的纤维的无纺材料。PVC或PU的来源可以是用来产生SFR的纤维材料。在一些实施方案中，所述PVC或PU可以来自纤维废料包括的背衬或粘合剂。替代地或者额外地，可以将PVC或PU作为单独的添加剂添加至SFR中。

在将纤维放入传送带烘箱之前，可以使用螺旋钻将SFR输送至再循环物涂布器。由于小纤维倾向于不容易流动并且静电可以引起纤维堵塞并干扰制造设备，所以可以使用再循环物涂布器将SFR沉积至载体上以将纤维输送至传送带烘箱中。为了具有一致的产物，建议将再循环物以每单位面积通常一致的重量涂布至饰面材料上，以允许输送再循环物。

在一些实施方案中，SFR可以散布在预形成纤维网上或以其它方式掺入预形成纤维网中，并且随后通常通过加热来粘合，以形成无纺材料。所述无纺材料可以包含约5％或更多且小于100％重量的再循环纤维。例如，所述无纺材料可以包含约5％至约95％、96％、97％、98％或99％重量的再循环纤维。或者，所述无纺材料可以包含约20％或更多且小于约80％重量的再循环纤维。或者，其可以包含约30％或更多且小于约60％重量的再循环纤维。可以在散布或扩散应用之前或期间将添加剂添加至再循环纤维。也可以通过使用与SFR的涂布串联设置的其它散布或涂布单元来将添加剂添加至SFR。

预形成纤维网可以包含约30至100mm的长度范围的切段纤维，例如其与废料的尺寸缩小的短纤维相比相对长。例如，此网可以是由PET纤维组成的预形成的热粘合网，并且具有外鞘/芯部类型的双组分粘合纤维，其具有由较低熔点的共聚酯(CoPET)外鞘包围的PET芯部，所述共聚酯(CoPET)外鞘在比PET纤维更低的熔点处熔融。标称地，该较低熔点可以是近似

然而，也可以使用其它熔点CoPET聚合物。所述双组分纤维可以替代地包含其它聚合物类型，例如PE/PET、PP/PET、PA/PET或其组合。

SFR可以作为纤维网形成至预制无纺网上，例如纺粘网、气流成网、熔吹网、湿法成网、射流喷网、水刺网、针刺网或类似的无纺网，例如，使得SFR在无纺网上形成涂层。可以基于最终片材所需的机械和物理特性来选择预形成网的重量和密度。例如，所述网可以仅具有足够的拉伸和剪切强度，使得其适合于仅充当再循环短纤维的载体。或者，最终无纺材料的剪切和拉伸强度可以主要由预形成网提供。

SFR可以作为纤维网形成至预制低密度无纺材料例如多孔松散吸音剂上以形成具有可变气流阻率至材料厚度的复合材料。然而，在加热和压缩以强化SFR网之后，可以将包括预制低密度预形成网的无纺材料转化成高密度无纺材料，例如多孔柔软片材。形成的多孔柔软片材可以与可根据其它实施方案或可不根据其它实施方案的另一种多孔松散吸音剂一起利用，也形成复合产品。在其中松散吸音剂和柔软片材两者都是TSFNW材料的实施方案中，所述复合材料也可以是可热形成的。在一些实施方案中，可以在模制和热形成期间将多孔松散吸音剂附接至多孔柔软片材的一侧。在另一个实施方案中，可以在模制之前将多孔松散吸音剂附接至所述柔软片材的一侧。也可以将多孔松散吸音剂施加至所述柔软片材的多于一侧。

在一些实施方案中，可以将SFR作为网形成至预制纺织或编制织物网上，使得SFR在该网上形成涂层。例如，所述网可以包含衬里或装饰织物，使得如此产生的无纺材料美观并且适用于汽车或建筑内部。以该方式，包括SFR的无纺材料可以形成复合产品的一部分。

预形成网可以是牺牲性的。可以将SFR形成至薄的轻质预形成网、例如组织材料(例如13克组织)上。一旦已经强化SFR网，就可以将牺牲性的预形成网剥掉且丢弃。可以在强化(例如，压缩)SFR网之后立即去除牺牲性网。或者，可以仅在临使用SFR无纺材料之前去除牺牲性网。

在一些实施方案中，在没有预形成网的情况下，可以形成具有高比例的SFR、可能高达100％的无纺材料。这些实施方案可以通过如下产生：通过将SFR气流成网、机械成网、散布或以其它方式分布至形成带上来将SFR形成为网。随后可以加热和压缩所述SFR。

可以使用一种或多种技术、包括例如接触加热、暴露于加热蒸气(例如，蒸气)或气体(例如在贯气粘合中使用的气体)和暴露于红外线辐射来加热SFR。还考虑可以使用传送带烘箱来加热短纤维。在一个实施方案中，SFR可以含有双组分纤维、低熔融纤维、低熔点粉末或颗粒或其一些组合，以允许材料在加热时熔合在一起。当SFR运输通过传送带烘箱时，低熔点材料可以软化以便将短纤维材料粘合在一起。在该举例说明中，在SFR下方具有饰面材料以将SFR运输通过传送带烘箱可以是有益的。该饰面材料可以包括织物，例如针刺材料或其它类型的非织造材料，包括稀松布。

形成带可以是实心的、不粘或无粘性的输送带，其可以用来将材料输送通过平床层压机或压缩单元以产生更高密度无纺材料。在这些实施方案中的一些中，可以将SFR与各种添加剂(包括其它纤维例如长切段纤维)共混。所述形成带可以具有开口网状结构，并且然后可以将SFR通过贯气粘合炉以产生低密度材料。所述形成带可以是实心、不粘输送带，其用于输送通过平床层压机或压缩单元以产生更高密度无纺材料。

在一些实施方案中，可以将第二饰面添加至SFR的顶部。所述第二饰面材料可以是上述讨论的组成，并且可以包括织物例如针刺无纺材料。所述饰面材料可以任选地机械地附接在一起，例如通过使用针织机。

在一些实施方案中，所述无纺材料可以通过两个或更多个工艺的组合，并且可以在一侧或两侧层压有各种饰面或压缩。根据所述无纺材料的一些实施方案，饰面可以包括具有相对高气流阻力的无纺材料，例如多孔柔软片材。典型的层压机可能不具有足够压缩材料以用于生产目的的能力，所以考虑可以使用其它压缩方法，例如至少一组加热的砑光辊或一系列砑光辊。一组示例性的砑光辊可以用2个辊、3个辊或更多个辊产生。无纺材料可以通过“直接”通过而通过砑光辊，这在标准应用和轻网中是常见的，或者进一步考虑所述材料可以通过“S”序列而通过砑光辊以给出最大加热时间。

无纺材料可以形成为具有根据最终无纺材料期望的所需物理和透气特性而选择的厚度和密度。所述无纺材料的密度部分取决于掺入无纺材料中的任何添加剂的比重，和/或添加剂构成的最终无纺材料的比例。容积密度通常是SFR的比重和由SFR产生的无纺材料的孔隙率的乘积，其可以被认为代表SFR中的纤维的填充密度。

低密度无纺材料可以设计成具有低密度，其中最终厚度为至少约1.5mm且小于约350mm。或者，所述厚度可以为至少约4mm且小于约250mm，至少约5mm且小于约150mm，至少约6mm且小于约75mm，或至少约8mm且小于约50mm。根据这些实施方案中的一些，所述无纺材料可以形成为相对厚、低密度无纺材料，其中容积密度为至少约10kg/m³且小于约200kg/m³，或至少约15kg/m³且小于约100kg/m³，或至少约20kg/m³且小于约60kg/m³。因此形成的SFR无纺材料可以具有至少约400瑞利/m且小于约200,000瑞利/m的气流阻率。或者，所述SFR无纺材料可以具有至少约800瑞利/m且小于约150,000瑞利/m或至少约1,000瑞利/m且小于约100,000瑞利/m的气流阻率。低密度无纺材料可以具有高达275,000瑞利/m的气流阻率。

为了产生低密度无纺材料，在一些实施方案中，当加热短纤维层以产生无纺材料时可期望地不将其压缩。

根据一些其它实施方案，可以形成相对高密度和/或展现相对高气流阻力的无纺材料。此无纺材料可以形成为具有至少约0.1mm且小于约5mm的厚度，尽管考虑这些高密度材料可以具有更大厚度(例如，大于约20mm)。或者，所述厚度可以是至少约0.25mm且小于约4mm，或至少约0.3mm且小于约3mm，或至少约0.4mm且小于约2.5mm。某些应用可以需要更厚的材料，例如对于墙板。以此方式形成的无纺材料可以具有至少约200kg/m³且小于约1,000kg/m³的容积密度。所述容积密度可以高达2000kg/m³。或者，所述容积密度可以为至少约250kg/m³且小于约800kg/m³，或者可能至少约300kg/m³且小于约600kg/m³。

高密度无纺材料可以形成为具有至少约275,000瑞利/m且小于约3,000,000瑞利/m的气流阻率。或者，所述气流阻率可以是至少约1,000,000瑞利/m且小于约1,500,000瑞利/m，或至少约1,250,000瑞利/m且小于约1,400,000瑞利/m。例如，如果气流阻率为2,000,000瑞利/m，则3mm厚材料可以具有6,000瑞利的气流阻力，或者如果气流阻率为1,000,000瑞利/m，则3mm厚材料可以具有3,000瑞利的气流阻力，或者如果气流阻率为700,000瑞利/m，则3mm厚材料可以具有2,100瑞利的气流阻力。这些示例性材料中的每一种可以在某些情况下构成非常有效的声学材料，并且SFR应该选择为提供正确范围的气流阻率。

其它实施方案涉及根据所述方法形成和/或具有本文所述的物理和材料特性的无纺材料。

其它实施方案涉及包含由包含热塑性纤维的废料形成的短纤维的松散再循环纤维材料。所述短纤维形成为通常具有至少约0.5mm至小于约12mm、或至少约1mm至小于约6mm的长度。或者，所述短纤维的平均纤维长度可以为小于约12mm、小于约6mm、或至少约2mm至小于约5mm。所述短纤维可以包含聚酯材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料。所述废料可以包含例如热粘合无纺材料的边角料(例如，在制品的初始形成/切割之后剩余的材料)。可以通过将边角料粉碎至中间长度、然后将它们造粒以产生短纤维来形成短纤维。如果必要，可以用常规灰尘或粉末提取工艺例如使用气旋式分离系统从粉碎和造粒的材料去除粉末和灰尘颗粒。在一些实施方案中，可以期望向SFR中添加细小颗粒，因为它们可以充当填料，其降低孔隙率且导致气流阻率的有用增加。

如本文所述，无纺材料的实施方案，包括作为TSFNW材料的实施方案，旨在适用于(但不限于)用作车辆中的降噪材料，衰减来自机动车舱外并且朝着舱内传播的声音。所述无纺材料可以例如用于车辆的发动机舱中，内部和外部挡板上以及舱中的地毯下。所述无纺材料可以用作内部装饰边饰，其中可能必需给声学片材覆盖特定形式的装饰织物或其它覆盖物。例如，所述声学片材可以与空气空间一起使用或者与其它吸音材料组合使用。

所述无纺材料还可以用作声学插接板材料，或者用作天花板，可能与额外高密度或高气流阻率饰面结合，所述饰面充当多孔柔软片材或者流阻筛。此外，如本文所述的无纺材料的一些实施方案旨在适用于(但不限于)用作过滤材料。

在一些实施方案中，其中所述无纺材料是低密度无纺材料，所述无纺材料可以用作多孔松散吸音剂。为了形成具有期望尺寸的多孔松散吸音剂，一旦形成无纺材料，就可以竖直叠置且热粘合所述无纺材料。一些其它实施方案涉及高密度无纺材料，其可以用于各种应用，例如多孔柔软片材。低密度和高密度无纺材料可以一起使用以形成复合材料或产品。

通常，用于吸音和用于过滤的无纺材料必须展现已知的透气特性。例如，已经充分定义了多孔材料的吸音特性。关键特征包括气流阻力(对通过材料的气流的阻力)、弯曲度(材料内声波的路径长度)和孔隙率(孔隙与体积比率)。对于纤维材料，气流阻力是控制吸音的决定性关键因素。影响过滤的因素是基本上相同的。

针对特定厚度的特定材料测量气流阻力。通过将气流阻力(以瑞利计)除以厚度(以米计)来使气流阻力均一化以推导以瑞利/m测量的气流阻率。ASTM标准C522-87和ISO标准9053涉及用于确定吸音材料的气流阻力的方法。在所述实施方案的上下文内，以mks瑞利测量的气流阻力将用于指定气流阻力；然而，其它方法和测量单位也是同样有效的。在所述实施方案的上下文内，可以假定气流阻力和气流阻率还分别表示比气流阻力和比气流阻率。

当用于过滤目的时，所述无纺材料应该具有相对开放的结构，其提供对气流的低阻力，以尽可能降低通过材料的压降，同时允许适用于捕获特定粒径和数量的孔径。用于吸音的声学材料必须具有相对高气流阻力，以便对于材料上入射的声音压力波呈现声阻。在两种应用中，应该控制透气率以确保可预测和一致的性能，并且这尤其通过控制纤维尺寸、类型和长度以及其他因素来实现。为此原因，均质短纤维无纺织物可以是期望的。基于SFR的织物在降低成本且通过减少或消除填埋处置的废料量而提供显著的环境好处方面可以是有利的。

更短纤维的使用对于无纺材料的性能具有优点。使用短纤维实现的选定气流阻率可以显著高于基本上仅包含具有长的长度例如至少约30mm且小于约100mm的常规切段纤维的常规无纺材料的气流阻率。不受理论束缚，据信这种意料之外的气流阻力的增加可以是由于短纤维能够比长纤维更有效地(例如，更致密地)填充在无纺材料中。较短长度可以降低在纤维填充方面的无序程度，因为它们在生产期间分散至表面例如输送带上或分散至预形成网中。纤维在材料中更有序的填充可以进而导致气流阻率的增加。具体而言，纤维填充的改善可以实现在无纺材料纤维之间的空隙空间减小，以产生迷宫结构，所述迷宫结构形成用于气流通过材料的的曲折路径，因此提供选定的气流阻力，和/或选定的气流阻率。因此，可以产生相对轻质的无纺材料，而没有不可接受的牺牲性能。

此外，较短纤维的更有效填充可以允许更容易控制孔径，以便实现期望的过滤特征。孔径是过滤材料的关键表征特征，因为其决定材料对于特定应用过滤相关物质的能力。此外，孔径是影响在使用中穿过过滤介质出现的压降的因素之一。

在一些实施方案中，可以通过将不同密度的多种无纺材料组合在一起来形成复合产品而实现期望水平的透气性。在声学应用中，可以使用具有低透气性的材料和具有高透气性的材料的组合来实现局部反应性的声学行为。在此类实施方案中，所述无纺材料中的一种或多种可以是根据本文所述的实施方案的基于SFR的材料。

复合产品可以由具有相对高气流阻力的基于SFR的多孔柔软片材和气流阻力显著小于柔软片材的基于SFR的多孔松散吸音剂或间隔材料形成。用于产生此类复合产品的方法包括在题目为“Thermoformable Acoustic Product”的共有的国际申请号PCT/AU2005/000239(公布为WO/2005/081226)(其内容在此通过引用并入本文)中记载的那些方法。

现在参考图1和2，显示了用于形成适合用作声学片材的无纺材料的示例性一般工艺10和用于产生短纤维无纺模制制品和重复使用废料的更详细的示例性加工系统12的流程图。一般工艺10开始于获得纤维废料20的步骤，并且该废料22将被加工以形成坯料(blank)。尺寸减小步骤30将纤维废料22变成短纤维。在示例性加工系统12中，纤维废料22通过单轴粉碎机32，其使得第一粗略尺寸减小并产生粉碎的纤维。单轴粉碎机可以是有利的，因为其能够加工纤维废料22的大和/或硬的、高度压缩的部分。同样在尺寸减小步骤30中，可以将粉碎的纤维送至通过至少一个造粒机。在图2的示例性加工系统12中，将粉碎的纤维送至通过串联布置的具有筛子的两个造粒机34和36，以进一步减小粉碎纤维的平均尺寸或长度。造粒机34和36可以各自具有固定和旋转刀片的切割室和在底部的筛子，其允许材料一旦达到特定尺寸就通过。优选的是，第一造粒机34具有比第二造粒机36的筛子更大的开口的筛子，以允许纤维在每次通过造粒机34、36之后进一步减小尺寸。来自第二造粒机36的期望产物是短纤维，并且短纤维可以接近粉末，优选具有至少约1mm且小于约5mm(例如，至少约2mm且小于约3mm)的平均纤维长度。

尺寸减小步骤30之后是共混步骤40。由于可以基于废料的尺寸或类型单独或分开加工纤维废料，混合装置例如混合器或共混器42提供组合短纤维产物的能力并允许在混合之前单独加工不同的再循环物流。也可以在网形成步骤50之前将添加剂添加至短纤维中，例如通过共混或混合(如果必要或期望)以处理或补充短纤维。此类添加剂可以包括，但不限于：抗微生物物质；阻燃物质；热塑性树脂；热固性树脂；矿物填料；粘附剂粉末；和其它切段纤维，包括热塑性粘附剂切段纤维。可以在共混器42中将添加剂与短纤维组合。如果添加其它切段纤维，例如原始纤维，加工系统12可以进一步包含拆捆机(bale opener)，其用于打开松散切段纤维捆并将它们置于进料斗中。然后将原始纤维送入共混器42中。共混步骤40还优选确保各种组分和添加剂在整个混合物中相对均匀地共混。对于可热形成的声学片材应用，短纤维混合物可以含有约40％聚丙烯(PP)和约60％聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，尽管其它比例和材料是可能的。PP具有比PET和其它可能纤维更低的熔点，并且可以在熔合步骤60中充当粘合剂。一旦共混短纤维，它们就可以通过螺旋钻44输送至系统中的下一步骤。

在网形成步骤50中，短纤维混合物与任何添加剂一起形成网，例如通过散射、机械形成或气流成网工艺。在图2的示例性实施方案中的该步骤中，共混的短纤维混合物通过螺旋钻44输送至再循环物涂布器52，其将短纤维混合物均匀地沉积至载体上以产生短纤维网。使用再循环物涂布器52有助于每单位面积分布具有一致重量的短纤维混合物，优选分布至饰面材料上。这种饰面材料可以是无纺、预形成网；织物；针刺材料；或其它无纺材料，例如稀松布。对于一些可热形成的声学片材应用，优选的是，所述饰面材料由近似200g/m²针刺聚酯无纺材料组成。此外，它还可以包括一定比例的聚酯双组分纤维。以前，因为混合物的结块，分布短纤维是困难的。然而，在示例性加工系统12中，再循环物涂布器52通过减少纤维混合物的静电荷来减少结块。在散布短纤维混合物之后，可以具有置于短纤维网的顶部上的第二饰面材料。该饰面材料可以是与短纤维网下面的饰面材料或另一种材料(例如织物、针刺材料或其它类型的无纺材料)相同的材料。因此，如果引入第二饰面材料，考虑短纤维网在中心，夹在两个饰面片材之间。如图2所示，如果引入第二饰面材料，可以在熔合步骤60之前使用任选的设备、例如针织机54来将两个饰面材料机械地附接在一起，尽管在一些应用中，加热和压缩步骤充分地接合饰面材料，而无需机械附接。

在熔合步骤60中，将短纤维网输送至输送带烘箱62。优选的是，所述短纤维网含有双组分纤维、低熔融纤维、低熔点温度粉末或颗粒或其组合，这允许材料当在输送带烘箱62中加热时熔合在一起。当短纤维网通过输送带烘箱62输送时，低熔融纤维将软化短纤维网并将短纤维网熔合或粘合在一起。建议饰面材料、例如针刺织物或无纺织物例如稀松布，在短纤维网下方，以将短纤维网输送通过输送带烘箱62。

在熔合步骤60之后，优选在压缩步骤70中压缩网和饰面材料。该压缩步骤70可以使用压缩单元或层压单元进行。可以使用层压机；然而，对于某些目的，典型的层压机可能不具有充分压缩材料的能力。对于这些情况(其中必须超过层压机的能力压缩材料)，可以使用压缩单元，例如一组加热的砑光辊72。由于材料的密度影响气流阻率，如图3中所示，对于吸音应用中的声学材料，压缩步骤70改善了成品的性能。

在压缩之后，坯料在形成步骤80中形成坯料。所述材料可以通过反绕机构或压片机/堆叠器82卷绕成卷材或切割成片材，用于随后在期望应用中使用。如果所述材料是特定形状，如对于可热形成的声学片材，在用压片机/堆叠器82切割材料之后，可以通过模制机84成型片材。在模制之后，片材的期望形成部分，例如通过水射流、激光、模具或超声波切割机86除去。可以根据产品需要进一步组装模制部件，例如通过胶合或焊接，并且最终产品是短纤维无纺模制制品88。当去除片材的模制部分时，留下修整材料或废料24。该废料24通常变得浪费，特别是当模制可热形成的声学片材时，并且在此类应用中通常浪费约50％的坯料。以前，认为如果没有大量进一步加工以便将废料分离成其组分部分，例如通过熔融步骤，则不能重复使用该废料。然而，本文概述的方法的优点是废料24可以重复使用而不是废弃，并且其可以在获得废料步骤20中作为纤维废料22再循环至该工艺中，而没有熔融或消除步骤。

如图2中所示，可以在随后的示例性加工系统12的开始将废料24重新用作新废料22。如上所讨论，先前理解的是，废料必须被熔融以再循环。然而，用所述示例性过程，废料在废料获得步骤20中重新进入该工艺，并且其在尺寸减小步骤30中再加工成短纤维，优选通过单轴粉碎机32和具有筛子的造粒机34、36，而不需要示例性工艺12之外的额外步骤。

当废料作为废料22重新进入示例性加工系统12时，其包含近似28％PP。尽管可以在该PP水平产生随后的短纤维无纺模制制品88，但优选的是，向该工艺、例如在共混阶段40中添加更多PP，所以PP水平在近似40％的最优选水平。

如本文所使用的重量份是指具体指出的组合物的100重量份。本申请中引用的任何数值旨在包括从下限值至上限值以一个单位的增量的所有数值，条件是任何下限值和任何上限值之间分隔至少2个单位。作为一个实例，如果规定组分的量或工艺变量的值(例如温度、压力、时间等)是例如1至90、优选地20至80、更优选地30至70，则意在本说明书中明确地列举值，例如15至85、22至68、43至51、30至32等。对于小于1的值，一个单位适当时被视为0.0001、0.001、0.01或0.1。这些仅仅是具体所指的实例，并且所列举的下限值和上限值之间的数值的所有可能组合应当以类似方式明确地记载于本申请中。除非另有规定，所有范围包括端点和端点之间的所有数。关于范围的“约”或“近似”的使用适用于该范围的两端。因此，“约20至30”旨在覆盖“约20至约30”，包括至少指定端点。描述组合的术语“基本上由...组成”应当包括鉴定的要素、成分、组分或步骤，以及基本上不影响组合的基本和新型特征的此类其它要素、成分、组分或步骤。本文中使用的术语“包含”或“包括”来描述要素、成分、组分或步骤的组合也考虑基本上由要素、成分、组分或步骤组成的实施方案。多个要素、成分、组分或步骤可以由单个整合的要素、成分、组分或步骤提供。或者，单个整合的要素、成分、组分或步骤可能分成单独的多个要素、成分、组分或步骤。描述要素、成分、组分或步骤的“一个/种(a)”或“一个/种(one)”的公开内容并不旨在排除额外要素、成分、组分或步骤。

Claims (13)

1.一种形成无纺模制制品的方法，其包括：

a)接收包含热塑性纤维的纤维材料，其中所述纤维材料的至少一部分是无纺材料的片材中除去的废料；

b)加工所述纤维材料以产生短纤维，其中加工步骤包括利用至少一个具有筛子的造粒机造粒；

c)共混所述短纤维，以形成短纤维混合物，其中所述短纤维混合物含有40％聚丙烯和60％聚对苯二甲酸乙二醇酯;且其中所述短纤维的平均纤维长度为小于6mm;

d)在饰面材料上均匀地分布所述短纤维混合物以在饰面材料上形成短纤维网，其中所述饰面材料是重量为200 g/m²的针刺无纺材料，其中分布步骤包括利用再循环物涂布器，所述再循环涂布器通过减少短纤维的静电以减少短纤维的聚集；

e)加热所述短纤维网以熔合所述短纤维以形成无纺材料；

f)压缩所述无纺材料以实现所述无纺材料的期望密度；

g)形成所述无纺材料的片材；

h)模制无纺材料的片材形成被废料围绕的模制制品；且

i)将所述模制制品与所述废料分离，其中所述废料适于在后续接收步骤中使用，无需熔融或消除步骤;

其中模制制品是声学材料。

2.如权利要求1的方法，其中在所述分布步骤之后将第二饰面材料置于所述短纤维网的顶部上。

3.如权利要求2的方法，其中所述第二饰面材料是由无纺预形成网、织物或其组合形成。

4.如权利要求2的方法，其中所述第二饰面材料是由针刺材料、织物或其组合形成。

5.如权利要求1的方法，其中所述压缩步骤实现大于200 kg/m³和小于1,000 kg/m³的堆积密度。

6.如权利要求1的方法，其中所述无纺材料展现275,000瑞利/m至3,000,000瑞利/m的选定气流阻率。

7.如权利要求1的方法，其中所述废料在接收步骤再循环。

8.如权利要求7的方法，其中所述废料包括双组分纤维、低熔融纤维、低熔点粉末或颗粒或其组合。

9.如权利要求1的方法，其中加工步骤包括在利用至少一个具有筛子的造粒机造粒之前用单轴粉碎机粉碎。

10.如权利要求1的方法，其中所述加工步骤包括用串联布置的两个或更多个造粒机造粒，其中每个造粒机具有至少一个筛子。

11.如权利要求1的方法，其中所述加工步骤之后的短纤维具有2mm至3mm的平均长度。

12.如权利要求1的方法，其中加热步骤包含输送带烘箱以软化低熔点短纤维并将所述短纤维粘合在一起。

13.如权利要求1的方法，其中所述共混步骤包括添加添加剂，所述添加剂包括抗微生物物质、阻燃物质、热塑性树脂、热固性树脂、填料、粘附剂粉末、切段纤维、原始纤维或其组合。

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