CN107303746A - 轻薄高强度复合基材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轻薄高强度复合基材及其制造方法。该轻薄高强度复合基材包括一织物、一弹性层及一水性聚氨酯面层。该织物由高强力纤维或高强力单丝织造而成，该高强力纤维或该高强力单丝的材质为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，该织物具有一第一表面及一第二表面，该第二表面相对于该第一表面。该弹性层贴合于该织物的该第一表面。该水性聚氨酯面层贴合于该织物的该第二表面。由此，可制得轻量薄型化、抗污、耐摩擦及高物性强度的复合基材。

Description

轻薄高强度复合基材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种基材及其制造方法，特别是涉及一种轻薄高强度复合基材及其制造方法。
背景技术
现有常见的鞋用基材，主要区分为一般人工皮革及编织网布。
一般人工皮革不论是干式制作工艺或是湿式制作工艺，其厚度均在0.8至1.3mm之间，会使用这些厚度区间，主要是为了保有人工皮革的手感。当厚度低于0.8mm时，皮革会呈现塑胶纸感；当厚度大于1.3mm时，则皮革太硬挺。虽然，通过控制厚度，可以调整及改变人工皮革的手感，但作为鞋用基材，厚度及重量仍无法有效的减轻及变薄。
除了人工皮革之外，近年，也常见使用编织的网布，来做为鞋面基材，而编织网布主要使用长纤维，并通过织造技术编织出不同花色或不同组织的网布，进而使用于鞋用基材。然而，编织网布虽具轻量化效果，但网布的物性不佳，特别是耐摩擦更差，因为长纤维纱线容易受到摩擦而形成毛丝现象，而且网布也无法像人工皮革具有多样的颜色及表面纹路变化。此外，纱线的抗污效果也不佳，不容易清洁，若使用于运动鞋材，易造成破损与脏污。
现有鞋用基材如下列背景技术专利文献分析：
1.TW M456105
作法：使用编织鞋面。
缺点：色水限制不易变化，且耐磨耗性不佳。
2.TW M451012
作法：使用编织鞋面。
缺点：色水限制不易变化，且耐磨耗性不佳。
3.TW 201410170
作法：使用复合纤维。
缺点：色水限制不易变化，且手感偏硬。
4.TW I470126
作法：使用低强度、低模数的复合纤维。
缺点：只适合应用于需容易撕裂的标签布或做为容易撕裂布料的基材，物性强度不佳。
5.TW I465341
作法：使用复合织布。
缺点：容易被织物限制其表面变化，且抗污效果不佳。
基于上述分析，有必要提供一创新且具进步性的轻薄高强度复合基材及其制造方法，以解决上述现有缺失。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种轻薄高强度复合基材，包括一织物、一弹性层及一水性聚氨酯面层。该织物由高强力纤维或高强力单丝织造而成，该高强力纤维或该高强力单丝的材质为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，该织物具有一第一表面及一第二表面，该第二表面相对于该第一表面。该弹性层贴合于该织物的该第一表面。该水性聚氨酯面层贴合于该织物的该第二表面。
本发明另提供一种轻薄高强度复合基材的制造方法，包括以下步骤：提供一纤维原料，该纤维原料为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)；利用一长纤维纺丝机或单丝纺丝机将该纤维原料熔融进行纺丝，并以多段罗拉延伸机进行牵伸，以制得高强力纤维或高强力单丝；将高强力纤维或高强力单丝织造成一织物，该织物具有一第一表面及一第二表面，该第二表面相对于该第一表面；贴合一弹性层于该织物的该第一表面；及贴合一水性聚氨酯面层于该织物的该第二表面，以制得轻薄高强度复合基材。
本发明以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)所制得的高强力纤维或高强力单丝可织造成织物，而利用该织物与弹性层及水性聚氨酯面层分别贴合，可制得轻量薄型化、抗污、耐摩擦及高物性强度的复合基材。
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明所述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明轻薄高强度复合基材的结构示意图；
图2为本发明轻薄高强度复合基材的另一结构示意图；
图3为本发明轻薄高强度复合基材的制造方法流程图；
图3A为本发明轻薄高强度复合基材的制造方法中的一高强力纤维或高强力单丝的制作工艺示意图；
图3B为依据本发明轻薄高强度复合基材的制造方法将高强力纤维织造成一织物的示意图；
图3C为依据本发明轻薄高强度复合基材的制造方法贴合一弹性层于织物的示意图；
图3D为依据本发明轻薄高强度复合基材的制造方法贴合一水性聚氨酯面层于织物的示意图；
图3E为依据本发明轻薄高强度复合基材的制造方法设置一粘着层于织物与水性聚氨酯面层之间的示意图；及
图4为本发明用以贴合水性聚氨酯面层于织物的干式贴合机的示意图。
符号说明
10 轻薄高强度复合基材
12 织物
12A 第一表面
12B 第二表面
12F 高强力纤维,高强力单丝
14 弹性层
16 水性聚氨酯面层
16W 纹路结构
18 粘着层
20 干式贴合机
S31～S35 步骤
具体实施方式
参阅图1，其为本发明轻薄高强度复合基材的结构示意图。本发明的轻薄高强度复合基材10包括一织物12、一弹性层14及一水性聚氨酯面层16。
该织物12由高强力纤维或高强力单丝12F织造而成，该高强力纤维或该高强力单丝12F的材质为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。且较佳地，该高强力纤维或该高强力单丝12F的纤维强度为7至14g/den。此外，该织物12具有一第一表面12A及一第二表面12B，该第二表面12B相对于该第一表面12A。
该弹性层14贴合于该织物12的该第一表面12A。在本实施例中，该弹性层14的材质为热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体或热塑性聚酯弹性体。
该水性聚氨酯面层16贴合于该织物12的该第二表面12B。在本实施例中，该水性聚氨酯面层16的粘度为2000至4600cps，且其固型份为33至45％。此外，该水性聚氨酯面层16可具有纹路结构16W。
参阅图2，其为本发明轻薄高强度复合基材的另一结构示意图。如图2所示，在另一实施例中，该轻薄高强度复合基材10可包括一粘着层18，该粘着层18设置于该织物12与该水性聚氨酯面层16之间，以提高该织物12与该水性聚氨酯面层16的接合强度。较佳地，该粘着层18为水性糊剂或高固形份糊剂，且该水性糊剂的粘度为7000～16000cps，该高固形份糊剂的固形份为70％～90％。
图3为本发明轻薄高强度复合基材的制造方法流程图。图3A为本发明轻薄高强度复合基材的制造方法中的一高强力纤维或高强力单丝的制作工艺示意图。图3B为依据本发明轻薄高强度复合基材的制造方法将高强力纤维织造成一织物的示意图。图3C为依据本发明轻薄高强度复合基材的制造方法贴合一弹性层于织物的示意图。图3D为依据本发明轻薄高强度复合基材的制造方法贴合一水性聚氨酯面层于织物的示意图。
参阅图3的步骤S31，提供一纤维原料，该纤维原料为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。较佳地，该纤维原料的特性粘度(IV)为0.9至1.1。
配合参阅图3的步骤S32及图3A，利用一长纤维纺丝机或单丝纺丝机将该纤维原料熔融进行纺丝，并以多段罗拉延伸机进行牵伸，以制得高强力纤维或高强力单丝12F。在此步骤中，该长纤维纺丝机或该单丝纺丝机的纺丝箱温度为295至315℃，而卷取速度为2200至3500m/min。此外，所制得的高强力纤维或高强力单丝12F的纤维强度为7至14g/den，而纤维规格为150den/48f或0.12mm线径。
配合参阅图3的步骤S33及图3B，将高强力纤维或高强力单丝12F织造成一织物12，该织物12具有一第一表面12A及一第二表面12B，该第二表面12B相对于该第一表面12A。在此步骤中，可以圆编机、经编机、梭织机或非梭织机(例如喷水式织机，喷气式织机)将高强力纤维或高强力单丝12F织造成该织物12。
配合参阅图3的步骤S34及图3C，贴合一弹性层14于该织物12的该第一表面12A。在此步骤中，以一贴合机(图未绘出)贴合该弹性层14于该织物12的该第一表面12A，该贴合机可以是履带式贴合机、罗拉式贴合机或平板热压式贴合机。此外，该弹性层14的材质可为热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体或热塑性聚酯弹性体。
图4为本发明用以贴合水性聚氨酯面层于织物的干式贴合机的示意图。配合参阅图3的步骤S35、图3D及图4，贴合一水性聚氨酯面层16于该织物12的该第二表面12B，以制得轻薄高强度复合基材10。在此步骤中，以一干式贴合机20贴合该水性聚氨酯面层16于该织物12的该第二表面12B。较佳地，该水性聚氨酯面层16的粘度为2000至4600cps，而其固型份为33至45％。此外，该水性聚氨酯面层16可以离型纸形成纹路结构16W。
参阅图3E，其为依据本发明轻薄高强度复合基材的制造方法设置一粘着层于织物与水性聚氨酯面层之间的示意图。为提高该织物12与该水性聚氨酯面层16的接合强度，在此步骤中，可另设置一粘着层18于该织物12与该水性聚氨酯面层16之间。较佳地，该粘着层18为水性糊剂或高固形份糊剂，且该水性糊剂的粘度为7000～16000cps，该高固形份糊剂的固形份为70％～90％。
本发明所制得的轻薄高强度复合基材10的拉伸强度可达20至50kg/2.54cm(ASTMD1682)，而其撕裂强度可达4至16kg(ASTM D2261)。
本发明以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)所制得的高强力纤维或高强力单丝可织造成织物，而利用该织物与弹性层及水性聚氨酯面层分别贴合，可制得轻量薄型化、抗污、耐摩擦及高物性强度的复合基材，该复合基材可应用于鞋材加工。
兹以下列实例予以详细说明本发明，唯并不意谓本发明仅局限于此等实例所揭示的内容。
[发明例1]
发明例1的纤维原料为高粘度聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其特性黏度(IV)为0.95。酯粒先输送到干燥桶内进行干燥，干燥温度设定为170℃，经7小时干燥后，控制酯粒含水率小于30ppm，之后再输送到长纤维纺丝机的设备进行纺丝，其中，纺丝箱温度设定为300℃，冷却风温为14℃，冷却风相对湿度为50％，纺丝的过程中，会经过多段延伸罗拉，利用多段延伸罗拉，将长纤维进行4.09倍的牵伸(drawing)，提高纤维的强度，同时降低纤维的伸长率，再经卷绕机(winder)，以2500m/min的卷绕速度，卷取成丝饼状(bobbin)，制得高强力纤维，完成的长纤维规格为150den/48f，纤维物性为强度7.5g/den、伸长率15％。
将上述制得的高强力纤维，以梭织机进行织造，其中经密为95根/inch，纬密为75根/inch，制得一厚度为0.25mm，基重118g/m2的基布。准备热塑性聚氨酯薄膜，熔点118℃，厚度0.2mm，萧式硬度为80shore A，使用罗拉贴合机，其中罗拉温度设定为120℃，罗拉的操作压力，设定为20kg/cm2，将热塑性聚氨酯弹性体薄膜与基布进行贴合，制得半成品，再准备水性聚氨酯溶液，粘度为3100cps，在干式涂布机的第一道涂布台，调整涂布间隙为0.1mm进行水性PU的涂布，使PU涂布在离型纸上，再一起进入第一道烘箱，烘箱长度为12m，共分六区加热区，依序设定为80℃、90℃、110℃、120℃、120℃、130℃，当水性PU离开第一道烘箱后，再经第二道涂布台，涂布间隙一样为0.1mm，进行第二道水性PU的涂布，涂布完后，进入第二道烘箱，此时烘箱长度为8m，共分四区加热，依序设定为100℃、110℃、120℃、120℃，当烘干完毕后，上面有已干燥PU膜的离型纸离开烘箱时，会经过一加热罗拉，罗拉温度设定为120℃，将前述半成品，其中没有贴合热塑性聚氨酯薄膜的表面与水性PU经过加热罗拉，进行热压贴合，即得到轻量薄型化、抗污、耐摩擦及高物性的复合基材。该复合基材的物性如下：拉伸强度可达32.9kg/2.54cm，而撕裂强度可达9.2kg。
[发明例2]
发明例2的纤维原料为高粘度聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其特性黏度(IV)为1.05。酯粒先输送到干燥桶内进行干燥，干燥温度设定为170℃，经7小时干燥后，控制酯粒含水率小于30ppm，之后再输送到长纤维纺丝机的设备进行纺丝，其中，纺丝箱温度设定为305℃，冷却风温为12℃，冷却风相对湿度为60％，纺丝的过程中，会经过多段延伸罗拉，利用多段延伸罗拉，将长纤维进行4.21倍的牵伸(drawing)，提高纤维的强度，同时降低纤维的伸长率，再经卷绕机(winder)，以2600m/min的卷绕速度，卷取成丝饼状(bobbin)，制得高强力纤维，完成的长纤维规格为300den/96f，纤维物性为强度12.2g/den、伸长率13％。
将上述制得的高强力纤维，以经编机进行织造，其中经密为140根/inch，可制得一厚度为0.35mm，基重155g/m2的基布。准备热塑性聚氨酯薄膜，熔点108℃，厚度0.15mm，萧式硬度为70shore A，使用罗拉贴合机，其中罗拉温度设定为115℃，罗拉的操作压力，设定为30kg/cm2，将热塑性聚氨酯薄膜与基布进行贴合，制得半成品，再准备水性聚氨酯溶液，粘度为2750cps，在干式涂布机的第一道涂布台，调整涂布间隙为0.1mm进行水性PU的涂布，使PU涂布在离型纸上，再一起进入第一道烘箱，烘箱长度为12m，共分六区加热区，依序设定为90℃、100℃、115℃、120℃、120℃、125℃，当水性PU离开第一道烘箱后，再经第二道涂布台，涂布间隙一样为0.1mm，准备水性聚氨酯糊剂，粘度为9500cps，进行第二道水性糊剂的涂布，涂布完后，进入第二道烘箱，此时烘箱长度为8m，共分四区加热，依序设定为110℃、115℃、115℃、120℃，当烘干完毕后，上面有已干燥PU膜的离型纸离开烘箱时，会经过一加热罗拉，罗拉温度设定为115℃，将前述的半成品，其中没有贴合热塑性聚氨酯薄膜的表面与水性PU糊剂经过加热罗拉，进行热压贴合，即得到轻量薄型化、抗污、耐摩擦及高物性的复合基材。该复合基材的物性如下：拉伸强度可达45.6kg/2.54cm，而撕裂强度可达12.3kg。
[发明例3]
发明例3的纤维原料为高粘度聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其特性黏度(IV)为1.1。酯粒先输送到干燥桶内进行干燥，干燥温度设定为170℃，经7小时干燥后，控制酯粒含水率小于30ppm，之后再输送到长纤维纺丝机的设备进行纺丝，其中，纺丝箱温度设定为310℃，冷却风温为10℃，冷却风相对湿度为55％，纺丝的过程中，会经过多段延伸罗拉，利用多段延伸罗拉，将长纤维进行4.23倍的牵伸(drawing)，提高纤维的强度，同时降低纤维的伸长率，再经卷绕机(winder)，以2750m/min的卷绕速度，卷取成丝饼状(bobbin)，制得高强力纤维，完成的长纤维规格为100den/36f，纤维物性为强度9.1g/den、伸长率9％。
将上述制得的高强力纤维，以喷水式织机进行织造，其中经密为120根/inch，纬密为90根/inch，可制得一厚度为0.3mm，基重130g/m2的基布。准备热塑性聚酰胺弹性体薄膜，熔点158℃，厚度0.15mm，萧式硬度为90shore A，使用罗拉贴合机，其中罗拉温度设定为165℃，罗拉的操作压力，设定为35kg/cm2，将热塑性聚酰胺弹性体薄膜与基布进行贴合，制得半成品，再准备水性聚氨酯溶液，粘度为2350cps，在干式涂布机的第一道涂布台，调整涂布间隙为0.1mm进行水性PU的涂布，使PU涂布在离型纸上，再一起进入第一道烘箱，烘箱长度为12m，共分六区加热区，依序设定为90℃、100℃、115℃、120℃、120℃、125℃，当水性PU离开第一道烘箱后，再经第二道涂布台，涂布间隙为0.07mm，准备水性聚氨酯糊剂，粘度为12000cps，进行第二道水性糊剂的涂布，涂布完后，进入第二道烘箱此时烘箱长度为8m，共分四区加热，依序设定为110℃、115℃、115℃、120℃进行干燥，当烘干完毕后，上面有已干燥PU膜的离型纸离开烘箱时，会经过一加热罗拉，罗拉温度设定为165℃，将前述的半成品，其中没有贴合热塑性聚酰胺弹性体薄膜的表面与水性PU糊剂经过加热罗拉，进行热压贴合，即得到轻量薄型化、抗污、耐摩擦及高物性的复合基材。该复合基材的物性如下：拉伸强度可达42.6kg/2.54cm，而撕裂强度可达15.9kg。
[发明例4]
发明例4的纤维原料为高粘度聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其特性黏度(IV)为1.1。酯粒先输送到干燥桶内进行干燥，干燥温度设定为170℃，经7小时干燥后，控制酯粒含水率小于30ppm，之后再输送到长纤维纺丝机的设备进行纺丝，其中，纺丝箱温度设定为305℃，冷却风温为8℃，冷却风相对湿度为65％，纺丝的过程中，会经过多段延伸罗拉，利用多段延伸罗拉，将长纤维进行5.4倍的牵伸(drawing)，提高纤维的强度，同时降低纤维的伸长率，再经卷绕机(winder)，以850m/min的卷绕速度，卷取成丝饼状(bobbin)，制得高强力单丝纤维，完成的单丝长纤维规格为0.12mm线径，纤维物性为强度8.6g/den、伸长率30％。
将上述制得的高强力单丝纤维，以经编式织机进行织造，其中经密为50根/inch，纬密为50根/inch，可制得一厚度为0.12mm，基重65g/m2的基布。准备热塑性聚酯弹性体薄膜，熔点122℃，厚度0.15mm，萧式硬度为75shore A，使用罗拉贴合机，其中罗拉温度设定为125℃，罗拉的操作压力，设定为20kg/cm2，将热塑性聚酯弹性体薄膜与基布进行贴合，制得半成品，再准备水性聚氨酯溶液，粘度为1850cps，在干式涂布机的第一道涂布台，调整涂布间隙为0.1mm进行水性PU的涂布，使PU涂布在离型纸上，再一起进入第一道烘箱，烘箱长度为12m，共分六区加热区，依序设定为80℃、90℃、110℃、120℃、120℃、130℃，当水性PU离开第一道烘箱后，再经第二道涂布台，涂布间隙一样为0.1mm，进行第二道水性PU的涂布，涂布完后，进入第二道烘箱，此时烘箱长度为8m，共分四区加热，依序设定为100℃、110℃、120℃、120℃进行干燥，当烘干完毕后，上面有已干燥PU膜的离型纸离开烘箱时，会经过一加热罗拉，罗拉温度设定为135℃，将前述的半成品，其中没有贴合热塑性聚酯弹性体薄膜的表面与水性PU经过加热罗拉，进行热压贴合，即得到轻量薄型化、抗污、耐摩擦及高物性的复合基材。该复合基材的物性如下：拉伸强度可达39.3kg/2.54cm，而撕裂强度可达18.8kg。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此熟悉此技术的人士对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如所述的权利要求所列。

Claims (10)

1.一种轻薄高强度复合基材，包括：
织物，由高强力纤维或高强力单丝织造而成，该高强力纤维或该高强力单丝的材质为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，该织物具有第一表面及第二表面，该第二表面相对于该第一表面；
弹性层，贴合于该织物的该第一表面；及
水性聚氨酯面层，贴合于该织物的该第二表面。
2.如权利要求1所述的轻薄高强度复合基材，
其中该高强力纤维或该高强力单丝的纤维强度为7至14g/den。
3.如权利要求1所述的轻薄高强度复合基材，
其中该水性聚氨酯面层的粘度为2000至4600cps，该水性聚氨酯面层的固型份为33至45％。
4.如权利要求1所述的轻薄高强度复合基材，
其中该弹性层的材质为热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体或热塑性聚酯弹性体。
5.如权利要求1所述的轻薄高强度复合基材，
另包括一粘着层，该粘着层设置于该织物与该水性聚氨酯面层之间，该粘着层为水性糊剂或高固形份糊剂，该水性糊剂的粘度为7000～16000cps，该高固形份糊剂的固形份为70％～90％。
6.一种轻薄高强度复合基材的制造方法，包括以下步骤：
(a)提供一纤维原料，该纤维原料为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)；
(b)利用一长纤维纺丝机或单丝纺丝机将该纤维原料熔融进行纺丝，并以多段罗拉延伸机进行牵伸，以制得高强力纤维或高强力单丝；
(c)将高强力纤维或高强力单丝织造成一织物，该织物具有一第一表面及一第二表面，该第二表面相对于该第一表面；
(d)贴合一弹性层于该织物的该第一表面；及
(e)贴合一水性聚氨酯面层于该织物的该第二表面，以制得轻薄高强度复合基材。
7.如权利要求6的轻薄高强度复合基材的制造方法，
其中步骤(a)的纤维原料的特性粘度(IV)为0.9至1.1，步骤(b)制得的高强力纤维或高强力单丝的纤维强度为7至14g/den。
8.如权利要求6的轻薄高强度复合基材的制造方法，
其中步骤(d)以一贴合机贴合该弹性层于该织物的该第一表面，步骤(e)以一干式贴合机贴合该水性聚氨酯面层于该织物的该第二表面。
9.如权利要求6的轻薄高强度复合基材的制造方法，
其中步骤(e)的该水性聚氨酯面层的固型份为33至45％，该水性聚氨酯面层的粘度为2000至4600cps。
10.如权利要求6的轻薄高强度复合基材的制造方法，
其中步骤(e)另包括设置一粘着层于该织物与该水性聚氨酯面层之间，该粘着层为水性糊剂或高固型份糊剂。
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