CN111094639A - 非织造纤维幅材及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了制品、组件和方法，所述制品、组件和方法使用具有一个或多个层(60)的非织造纤维幅材(50)，所述一个或多个层被原位致密化以提供相对于共同在一体非织造构造内的一个或多个相邻层致密化的层。所述非织造幅材(50)可由纤维制成，所述纤维具有在经受高温时抵抗由聚合物结晶引起的收缩的组成和/或结构。有利的是，所提供的非织造幅材(50)可被模制而形成显示出尺寸稳定性的三维成型制品。

Description

非织造纤维幅材及其方法

技术领域

本发明提供了适用于热和声学应用的非织造纤维幅材。所提供的非织造纤维幅材可特别适用于减小机动车和航空应用中的噪声。

背景技术

使用轻质材料或“轻量化”对于运输行业的制造商来说已变得越来越重要。使燃料消耗最小化已成为优先事项，并且减轻交通工具重量是实现此目的的最简单方法之一。此外，现有技术的材料技术已使得能够减轻重量而不影响性能或显著增加制造成本。

轻量化机会存在于交通工具的许多隐藏部件中，诸如在汽车、商用交通工具和飞机中使用的隔音部件。传统上，内部和外部隔音体在解耦质量系统中使用厚层，以减小在操作这些交通工具时遇到的噪声、振动和声振粗糙度。虽然此类材料可为交通工具乘员提供更安静的环境，但它们往往较重。随着时间推移，这些隔音体已被由吸声纤维制成的较轻纤维材料所替代。泡沫填料材料也已用于此目的。

这些相同材料也常常用于提供隔热。无论是在商用卡车的带卧铺驾驶室中还是在商用飞机的机舱中使用，隔热和隔音对在极端室外温度下为乘客提供安全性和舒适感都可能是至关重要的。

发明内容

已知非织造材料可用作轻质隔热体或隔音体应用。例如，明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul MN)的THINSULATE品牌隔音材料包含以低重量产生高能量吸收特性的聚酯和聚丙烯纤维。

然而，传统的非织造材料在高温下趋于收缩或以其他方式改变形状，并且它们缺乏尺寸稳定性。虽然某些非织造材料可承受此类高温，但它们在相关的噪声频率下不显示可接受的声吸收。此外，这些材料在重力下一般不保持其形状，因此使将它们紧固到复杂三维表面的任务复杂化。非织造材料在处理和安装中也往往易碎并且容易损坏。使纤维熔融或结合有支撑层可以增加强度，但是这些材料作为隔绝体的有效性通常基于每单位体积的高表面积。这些方法使非织造材料中的细纤维移位，这会降低其有效性，这是不可取的折衷。

在解决这些问题时，制造方面的考虑也可能很重要。例如，一种解决方案是使用多层构造，其中非织造物被层压或粘结到其他层。虽然这些可有助于实现热或声学应用的声学性能和机械要求，但附加层需要单独制造并在二次粘结操作中彼此附接。结果是增加了与产品及其制造相关联的复杂性和成本。

本文提供了非织造纤维幅材，该非织造纤维幅材具有原位加工以在一体构造内的一个或多个相邻层旁边提供致密化层的一个或多个层。非织造幅材由纤维制成，该纤维具有在经受高温时抵抗由聚合物结晶和/或取向聚合物分子的松弛引起的收缩的组成和/或结构。有利的是，所提供的非织造幅材可模制成三维形状。与诸如带有反应性粘合剂的模制玻璃纤维之类的替代品相比，这些幅材可以以不到1分钟的循环时间模制(与模制玻璃纤维的几分钟相比)。

所提供的幅材可在商业和工业产品中的多种热和声学解决方案中的任一种中使用。示例性应用包括(例如)汽车中的支柱、挡泥板、后行李箱托盘、仪表板前部和引擎盖结构。与诸如聚氨酯消声材料之类的现有解决方案相比，所提供的非织造纤维幅材提供显著的重量减轻、简化的制造和降低的成本。

在第一方面，提供了非织造纤维幅材。该非织造纤维幅材包括：包含热塑性聚合物的多根纤维；以及

均匀分布在多根纤维中的多个异质内含物；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

在第二方面，提供了非织造纤维幅材，该非织造纤维幅材包括：多根纤维，该多根纤维包含选自聚乳酸、聚乙醇酸、聚(乳酸-羟基乙酸共聚物)、聚琥珀酸丁二酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯以及它们的共混物和共聚物的一种或多种脂族聚酯；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

在第三方面，提供了非织造纤维幅材，该非织造纤维幅材包括：多根第一纤维，该多根第一纤维包含一种或多种热塑性半结晶聚酯并且具有至多10微米的中值直径；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

在第四方面，提供了非织造纤维幅材，该非织造纤维幅材包括：中值纤维直径为至多6微米的多根纤维，其中该多根纤维包含至少35重量％的聚合物，该聚合物选自聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、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、环状聚烯烃或者它们的共聚物或共混物；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

在第五方面，提供了非织造纤维幅材，该非织造纤维幅材包括：包含至少一种热塑性半结晶聚合物的多根熔喷纤维，其中该至少一种热塑性半结晶聚合物不包含能有效地实现成核作用的量的异质内含物，并且进一步其中非织造纤维结构是尺寸上稳定的并表现出小于15％的收缩率；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

在第六方面，提供了非织造纤维幅材，该非织造纤维幅材包括：包含无定形聚合物的多根纤维；并且其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

在第七方面，提供了由所提供的非织造纤维幅材制成的三维成型制品。

在第八方面，提供了使非织造纤维幅材选择性地致密化的方法，该方法包括：将无定形非织造纤维幅材的相对主表面局部加热至退火温度，以在非织造纤维幅材内产生半结晶的顶层和底层以及保持无定形的中间层；任选地使幅材冷却；将整个非织造纤维幅材加热至大于退火温度的加工温度；以及压缩整个非织造纤维幅材，由此无定形中间层致密化，而半结晶的顶层和底层不致密化。

在第九方面，提供了制备三维成型制品的方法，该方法包括：提供包括多根纤维的非织造纤维幅材，该多根纤维包含至少一种热塑性半结晶聚合物；以及热模制非织造纤维幅材以获得三维成型制品，以沿着非织造纤维幅材的至少一个主表面形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

附图说明

如本文所提供的：

图1为示出用于制备非织造纤维幅材的示例性方法的正剖视图；

图2-图5为根据各种示例性实施方案的非织造纤维幅材的正剖视图；以及

图6为示出由非织造纤维幅材制成的成型制品的等轴视图。

在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。本领域技术人员可以设想出落在本公开的原理的范围和精神之内的其他修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。

定义

“基重”计算为10cm×10cm幅材样品的重量乘以100，并且以克/平方米(gsm)表示。

“共聚物”是指由两种或更多种不同聚合物的重复单元制成的聚合物，并且包括无规、嵌段和星形(例如，树枝状)共聚物。

“尺寸上稳定的”是指在没有重力辅助的情况下基本上保持其形状的结构(即，不松软)。

“模具”意指在聚合物熔融加工和纤维挤出方法(包括但不限于熔喷)中使用的包括至少一个喷丝孔的加工组件。

“不连续”在相对于一根纤维或多根纤维使用时，是指纤维具有有限的纵横比(例如，长度与直径的比率例如小于10,000)。

“陷入”意指粒子分散并完全地固定在网的纤维中。

聚合物的“玻璃化转变温度(或T_g)”是指当温度增加时，在无定形聚合物中(或在半结晶聚合物内的无定形区域中)存在从硬且相对脆的“玻璃”状态到粘性或橡胶状态的可逆转变时的温度。

通过以下方式确定非织造纤维幅材中的纤维的“中值纤维直径”：诸如通过使用扫描电子显微镜来产生纤维结构的一个或多个图像；测量一个或多个图像中的清晰可见的纤维的横向尺寸，从而得到纤维直径的总数；以及基于纤维直径的总数来计算中值纤维直径。

聚合物的“熔融温度(或T_m)”表示聚合物从固态变为液态时的温度，并且可被确定为使用调制差示扫描量热法获得的第一热量总热流图的峰值最大值，如果在熔融区域中仅有一个最大值，则该峰值最大值出现在聚合物或纤维的熔融区域中；以及如果存在多于一个最大值，表示多于一个熔点(例如，因为存在两种不同的结晶相)，则作为对应于最高幅度熔融峰值的温度。

“非织造纤维幅材”意指多根纤维，其特征在于纤维通过缠结或点粘结形成片材或垫子，该片材或垫子表现出交织的各根纤维或长丝的结构，但不是以像针织织物中那样的可辨认的方式。

“被取向”在相对于纤维使用时，意指纤维内的聚合物分子的至少一些部分例如通过在纤维流离开模具时使用拉伸方法或缩束装置，而与纤维的纵向轴线对齐。

“粒子”意指细分形式的材料的不同小块或单个部分。粒子也可包括以细分形式相关联或群聚在一起的各个粒子的集合。因此，本公开的某些示例性实施方案中所使用的单独颗粒可以聚集、物理地互相结合、静电地相关或以其他方式相关而形成颗粒。在某些情况下，可以形成各个颗粒的聚集体形式的颗粒，如在美国专利No.5,332,426(Tang等人)中所述。

“聚合物”是指相对高分子量的材料，其具有至少10,000克/摩尔的分子量。

“多孔的”是指透气的。

“收缩”是指基于美国专利公布No.2016/0298266(Zillig等人)中所述的测试方法，纤维非织造幅材在被加热至150℃持续7天后的尺寸减小；

“大小”是指给定物体或表面的最长尺寸。

“基本上”是指大多数或大部分为至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％或99.999％、或100％的量。

“体积密度”是非织造纤维幅材每单位体积的质量。

具体实施方式

通过以下非限制性示例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些示例中引用的具体材料及其量以及其他条件和细节不应视为对本公开的不当限制。本文中，术语“一个”、“一种”和“该”包括多个指代物，除非本文内容另外明确指出。连接词“或”通常以其包括“和/或”的意义使用，除非另外清楚指明。

本文描述了可适用于隔热和隔音的非织造纤维幅材、其制品和组件，以及其方法。这些材料的另外的应用包括过滤介质、外科盖布和擦拭物、液体和气体过滤器、服装和个人防护设备。

存在于非织造纤维幅材中的纤维可使用任何合适的方法制备。合适的方法包括熔喷和熔体纺丝，下文将更详细地描述这些方法中的每一种。

熔喷是一种可用于形成热塑性聚合物纤维的非织造纤维幅材的方法。在熔喷方法中，一种或多种热塑性聚合物流通过包含密集布置的喷丝孔的模具挤出，并通过热空气的汇聚流以高速变细，以形成细纤维。这些细纤维可被收集在表面上以提供熔喷非织造纤维幅材。

根据所选择的操作参数，例如熔融状态固化的程度，收集的纤维可以是半连续的或基本上不连续的。在某些示例性实施方案中，本公开的熔喷纤维可以在分子水平上取向。纤维可能会因以下情况而中断：熔体中的缺陷，所形成的长丝的交叉，由于使纤维变细所用的湍流空气而产生的过度剪切，或在形成过程中发生的其他事件。它们一般被理解为半连续的或具有比纤维缠结之间的距离长得多的长度，使得单根纤维不能端对端完整地从纤维团中移除。

另选地，非织造纤维幅材可通过熔体纺丝的方法制备，其中纤维作为长丝从一组喷丝孔挤出并且使其冷却并固化而形成纤维。长丝穿过空气空间，该空气空间可包含移动空气流，以帮助冷却长丝并穿过变细(即，拉伸)单元以至少部分地拉伸长丝。通过熔体纺丝方法制备的纤维可为“纺粘的”，由此将包含一组熔纺纤维的幅材收集为纤维幅材，并任选地进行一个或多个粘结操作以使纤维彼此融合。熔纺纤维的直径通常大于熔喷纤维的直径。

非织造纤维幅材的熔喷或熔纺纤维可具有任何合适的直径。纤维的中值直径可以为0.1微米至10微米，0.3微米至6微米，0.3微米至3微米，或在一些实施方案中，小于、等于或大于0.1微米、0.2微米、0.3微米、0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米、0.8微米、0.9微米、1微米、1.5微米、2微米、2.5微米、3微米、3.5微米、4微米、4.5微米、5微米、5.5微米、6微米、6.5微米、7微米、7.5微米、8微米、8.5微米、9微米、9.5微米、10微米、11微米、12微米、13微米、14微米、15微米、16微米、17微米、18微米、19微米、20微米、22微米、25微米、27微米、30微米、32微米、35微米、37微米、40微米、42微米、45微米、47微米或50微米。

作为选项，非织造纤维幅材中的多根纤维中的至少一些彼此物理粘结。可使用在点粘结方法中施加热和压力或通过平滑压延辊的常规粘结技术，但此类方法可能会引起不期望的纤维变形或幅材压缩。

用于粘结纤维的其他技术在例如美国专利公布No.2008/0038976(Berrigan等人)和美国专利No.7,279,440(Berrigan等人)中有所教导。一种技术涉及使收集的纤维幅材和纤维经受受控的加热和淬火操作，该操作包括强制性地使气体流穿过幅材，该气体流被加热到足以充分软化纤维的温度以使纤维在纤维交叉点处粘结在一起，其中施加受热流的时间周期极短而不会使纤维完全熔融；以及然后立即强制性地使温度比受热流低至少50℃的气体流穿过幅材以使纤维淬火。

在一些实施方案中，纤维内存在两种不同种类的分子相。例如，主要半结晶相可与主要无定形相共同存在。作为另一个示例，主要半结晶相可与包含较低晶级的域(例如，其中聚合物不是链延伸的域)和无定形的域的相共同存在，整体的有序度不足以结晶。此类纤维也可如上所述在加热下加工而形成非织造纤维幅材。

在非织造纤维幅材的一些实施方案中，在粘结操作期间纤维基本上不会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纤维。

在一些实施方案中，非织造纤维幅材中的纤维聚合物显示高玻璃化转变温度，这是在高温应用中所期望的。某些非织造纤维幅材在随后的加工或使用(诸如用作隔热材料)时，即使加热到中等温度也会显著收缩。当熔喷纤维包括热塑性聚酯或它们的共聚物，尤其是本质上是半结晶的那些时，已经表明这样的收缩是有问题的。

在一些实施方案中，所提供的非织造纤维幅材具有与不致密化的层相邻的至少一个致密化层。有利的是，致密化层和相邻的非致密化层可由具有均匀密度的非织造纤维幅材的一体层制备。如果需要，所提供的方法可提供致密化层，该致密化层在整个层中具有均匀分布的聚合物纤维。另选地，聚合物纤维的分布可在非织造纤维幅材的主表面上有意地制成不均匀的，由此可基于其沿着主表面的位置来定制声学响应。

在一些实施方案中，非织造纤维幅材的致密化部分和非致密化部分的中值纤维直径基本上相同。这可例如通过能够在致密化区域中使纤维彼此熔合而不显著熔融纤维的方法来实现。避免熔融纤维可保持由非织造纤维幅材的致密化层内产生的高表面积得到的声学益处。

总体上，所提供的非织造纤维幅材显示出许多优点，其中一些是意料不到的。这些材料可用于高温下的隔热和隔音应用，其中常规隔离材料将热降解或失效。机动车和航空航天器应用要求特别高，其中隔离材料在不仅嘈杂，而且可达到极端温度的环境中操作。

所提供的非织造幅材可在高达150℃或更高的温度下抵抗收缩，如机动车和航空应用中可能遇到的那样。收缩可由热暴露或加工期间的结晶引起，并且通常是不期望的，因为其可降低声学性能并影响产品的结构完整性。所提供的非织造纤维幅材在加热至150℃持续7天后可表现出小于15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％的收缩，如使用美国专利公布No.2016/0298266(Zillig等人)中所述的收缩测试方法所测量的。此类收缩值可沿着纵向方向和横向方向两者施加。

作为另外的优点，致密化层可以使非织造纤维幅材能够被热模制成尺寸上稳定的三维结构。基于此类结构的制品和组件可被成形为适合具有定制的三维形状的基底。定制用于特定应用的制品或组件的形状优化空间的使用并简化与例如机动车或航空部件的附接。由于这些成型结构是尺寸上稳定的，因此与常规的隔音和隔热产品相比，这些制品和组件还降低了分层的风险，该隔音和隔热产品具有回弹到其初始的松弛构型的趋势。

又一个优点涉及制备非织造纤维幅材的能力，该非织造纤维幅材不仅在高温下操作并且是尺寸上稳定，而且还在幅材的致密化部分和非致密化部分内保持高密度的表面积。由纤维提供的高表面积的保持使甚至极小重量的材料能够实现作为消声器的高水平性能。表面积是相关的，因为非织造纤维幅材耗散噪声的能力基于纤维表面处的粘性耗散，其中声压波的动能被转换为热量。如前所述，重量减轻可在机动车和航空航天器中驱动改善的燃料效率。

最后，由于这些纤维幅材由单层制成，因此与用于制造包含多层的制品的方法相比，需要更少的加工和纤维幅材处理步骤。减少最终产品中的层数，同时保持其性能特性，使得产品能够更简单并且以降低的制造成本制造。

热塑性聚合物

本公开的非织造纤维结构或幅材包含至少一种热塑性聚合物。所提供的非织造纤维幅材通常包含按重量计至少35％的一种或多种热塑性聚合物。在各种实施方案中，相对于非织造纤维幅材中纤维的总重量，纤维中热塑性聚合物的量按重量计可小于，等于或大于的35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％。

示例性热塑性聚合物通常包括聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、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、环状聚烯烃或者它们的共聚物或共混物。

在一些实施方案中，热塑性聚合物中的一种或多种是无定形的，即，聚合物具有基本上零的结晶度。任选地，所提供的非织造纤维幅材中的一些或全部纤维完全由无定形的热塑性聚合物制成。

无定形的示例性热塑性聚合物包括聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物和环状烯烃，以及它们的共聚物和共混物。

在一些实施方案中，至少一种热塑性聚合物包括半结晶聚合物。半结晶聚合物包括脂族聚合物和芳族聚合物。

在一些实施方案中，半结晶聚合物包括芳族聚酯。在某些示例性实施方案中，芳族聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、液晶聚酯或者它们的共聚物或共混物。热塑性半结晶聚合物可任选地包括聚酯和至少一种其他聚合物的共混物。

在其他实施方案中，半结晶聚合物包括脂族聚酯。可用的脂族聚酯包括聚(羟基链烷酸酯)的均聚物和共聚物，以及衍生自一种或多种多元醇与一种或多种多元羧酸的反应产物，由一种或多种链烷二醇与一种或多种链烷二羧酸(或酰基衍生物)的反应产物形成的那些脂族聚酯的均聚物和共聚物。聚酯可衍生自多官能多元醇，例如甘油、山梨醇、季戊四醇以及它们的组合，以形成支链、星形和接枝的均聚物及共聚物。也可以使用脂族聚酯与一种或多种另外的半结晶或非晶聚合物的可溶混及不可溶混的共混物。

同样是半结晶的示例性脂族聚酯包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚(乳酸-乙醇酸共聚物)、聚琥珀酸丁二酯、聚羟基丁酸酯、聚己内酯、聚羟基戊酸酯、聚羟基链烷酸酯、聚乙交酯、聚琥珀酸丁二酯、聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯共聚物)和聚己二酸乙二酯，以及它们的共混物和共聚物。

聚羟基链烷酸酯得自羟基酸的缩合反应或开环聚合，或它们的衍生物。聚羟基链烷酸酯可由下式表示：

H(O—R—C(O)—)_nOH

，其中R是烯基部分，其可以是直链或支链的，具有1至20个碳原子，优选1至12个碳原子，可任选地由链中(键合至碳链中的碳原子)氧原子取代；n为使得酯为聚合物的数值，并且优选地为这样的数值：其使得脂族聚酯的分子量为至少10,000g/mol、优选为至少30,000g/mol、并且最优选为至少50,000g/mol。R还可以包含一个或多个处于链中的醚氧原子。一般来讲，羟基酸的R基团使得羟基侧基为伯或仲羟基基团。

可用于制备非织造纤维幅材的热塑性聚合物的另外细节可见于例如美国专利No.7,757,811(Fox等人)和No.9,194,065(Moore等人)。

在一些实施方案中，纤维幅材为由热塑性聚酰胺构成。聚酰胺包括脂族聚酰胺，其中主链主要包含脂族基团。此类聚酰胺的示例包括尼龙6和尼龙6,6。聚酰胺的其他示例包括聚邻苯二甲酰胺，其中主链主要包含半芳族基团；以及芳族聚酰胺(聚芳酰胺)，其中主链主要包含芳族基团。此类聚酰胺的例子包括对苯二胺和对苯二甲酸的共聚物。

高分子量聚合物可提供具有良好机械特性的纤维，但此类聚合物也趋于显示高熔融粘度，这可使它们的加工复杂化。可用脂族聚酯的分子量可在15,000g/mol至6,000,000g/mol、20,000g/mol至2,000,000g/mol、40,000g/mol至1,000,000g/mol的范围内，或在一些实施方案中，小于、等于或大于15,000g/mol、20,000g/mol、25,000g/mol、30,000g/mol、35,000g/mol、40,000g/mol、45,000g/mol、50,000g/mol、60,000g/mol、70,000g/mol、80,000g/mol、90,000g/mol、100,000g/mol、200,000g/mol、500,000g/mol、700,000g/mol、1,000,000g/mol、2,000,000g/mol、3,000,000g/mol、4,000,000g/mol、5,000,000g/mol或6,000,000g/mol。

异质内含物

结晶行为的改性可用于在加热时平衡纤维加工的易用性与在幅材形成中具有合理的纤维固化速率。这样的改性也可用于保留无定形含量的水平，从而使幅材在后续加工中软化。这些改性可使在一些应用中改善期望的特性，或使幅材的加工更容易或更稳健。加入到纤维中以加速或延迟该过程的某些试剂被称为异质内含物。

在一些实施方案中，通过使用包含一种或多种异质内含物的纤维赋予非织造纤维幅材有利的特性，如美国专利No.9,487,893(Moore等人)中所述。异质内含物是微观的并且与主要纤维组分至少部分地相分离。在优选的实施方案中，异质内含物均匀分布在整根纤维中。一种或多种异质内含物可例如包括聚烯烃诸如聚丙烯的聚集体。

在一些实施方案中，通过在挤出之前或期间将聚合物纤维组分与聚丙烯共混来获得异质内含物，该聚丙烯的量按幅材的重量计大于0％且不超过10％。有利的是，将异质内含物掺入纤维中可提供非织造纤维幅材，在幅材被加热至高于纤维的玻璃化转变温度的温度时，该非织造纤维幅材具有至少一个在幅材的平面中减小不超过10％的尺寸。

在优选的实施方案中，所提供的非织造纤维幅材可被加热至比聚合物纤维材料的玻璃化转变温度高15℃、20℃、30℃、45℃以及甚至55℃，并且非织造纤维幅材可仍然保持尺寸上稳定，例如具有至少一个在幅材的平面中缩短不超过10％的尺寸。

在一些实施方案中，聚丙烯的聚集体均匀分布在聚酯纤维内，其中聚丙烯充当选择性可混溶的添加剂。在相对较小的负载下，聚丙烯可与聚酯混合并且物理地抑制链运动。继而抑制链运动可抑制冷结晶并降低宏观收缩的程度。如果存在的聚丙烯量按重量计显著增加超过10％，则聚丙烯和聚酯相分离，并且聚酯的重新排布不受影响。

另选地，异质内含物可由一种或多种其他热塑性半结晶聚合物构成，包括聚甲醛、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙烯-氯三氟乙烯)、聚(环氧乙烷)、聚己内酯、半结晶脂族聚酰胺和热致液晶聚合物。

热塑性半结晶聚合物可具有任何合适的分子量，使得其在最终用途制品或组件的操作温度下在纤维中能够保持异质。例如，热塑性半结晶聚合物的重均分子量可小于、等于或大于10,000g/mol、15,000g/mol、20,000g/mol、25,000g/mol、30,000g/mol、35,000g/mol、40,000g/mol、45,000g/mol、50,000g/mol、55,000g/mol、60,000g/mol、65,000g/mol或75,000g/mol。

异质内含物可具有促进非织造纤维幅材的纤维中的聚合物结晶成核作用的总体尺寸。异质内含物可具有平均大小(作为纤维直径的百分比)，该平均大小为非织造纤维幅材中的多根纤维的中值直径的0.001％至7％，0.01％至7％，0.01％至3％，或在一些实施方案中，小于、等于或大于该中值直径的0.001％、0.002％、0.005％、0.007％、0.01％、0.02％、0.05％、0.07％、0.1％、0.2％、0.5％、0.7％、1％、1.2％、1.5％、1.7％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。

异质内含物可以以在纤维中提供期望群体的成核位点的量存在。成核位点的合适浓度可在纤维中产生整体更高百分比的结晶材料，同时减少非织造幅材加工期间的循环时间并提高制造效率。异质内含物可具有一定的平均大小，相对于非织造纤维幅材的总重量，该平均大小按重量计为0.01％至3％，按重量计为0.01％至10％，按重量计为0.1％至4％，或在一些实施方案中，小于、等于或大于0.01％、0.02％、0.05％、0.07％、0.1％、0.2％、0.5％、0.7％、1％、1.2％、1.5％、1.7％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。

虽然异质内含物在一些实施方案中可能是有利的，但它们不需要存在于其他实施方案中。例如，通过消除成核位点而形成更少的较大微晶，可以避免非织造纤维幅材的结晶诱导收缩。在该可供选择的方法中，所提供的非织造纤维幅材包含由热塑性聚合物制成的纤维，该热塑性聚合物不包含能有效地实现成核作用的量的异质内含物。减少热塑性聚合物中有利于结晶的“晶种”的数量可提供具有增加的热稳定性和显著降低的热收缩率的非织造幅材。在一些实施方案中，这些纤维的制造方法还包括飞行中退火方法，如在即将出现的章节(“制备制品和组件的方法”)中所述的。

添加剂

所提供的非织造纤维幅材任选地包括一种或多种添加剂。添加剂可以是均质的或异质的，并且可表示陷入非织造结构的纤维中或结合到纤维自身中或纤维自身上的组分。固体添加剂可采取任何形状(例如，球体、薄片、棒或纤维)，或者可呈现不规则形状。

在一些实施方案中，将一种或多种附加纤维群体结合到非织造纤维幅材中。纤维群体可基于它们的组成、中值纤维直径和/或中值纤维长度而彼此不同。

具有不同直径的纤维可以是有利的。例如，非织造纤维幅材可包括中值直径小于10微米的多根第一纤维和中值直径为至少10微米的多根第二纤维。包括较厚的第二纤维可改善非织造纤维幅材的弹性，抗压性，并有助于保持幅材的总体蓬松度。第二纤维可由之前相对于第一纤维所述的聚合物材料中的任一种制成，并且可由熔喷或熔纺方法制成。

第二纤维可具有任何合适的纤维直径以提供期望的机械、声学和/或热特性。例如，多根第二纤维的中值直径可为至少10微米，10微米至60微米，20微米至40微米，或在一些实施方案中，小于、等于或大于10微米、11微米、12微米、13微米、14微米、15微米、16微米、17微米、18微米、19微米、20微米、22微米、25微米、27微米、30微米、32微米、35微米、37微米、40微米、45微米、50微米、55微米或60微米。

任选地，第一纤维和第二纤维中的任一者或两者被取向。取向纤维是以分子尺度显示出显著对齐的纤维。完全取向和部分取向的聚合物纤维是已知的，并且可商购获得。可以以许多方式中的任一种测量纤维取向，包括双折射率、热收缩率、X射线散射和弹性模量(参见例如Principles of Polymer Processing,Zehev Tadmor and Costas Gogos,JohnWiley and Sons,New York,1979,pp.77-84(聚合物加工原理，Zehev Tadmor和CostasGogos，纽约约翰·威利父子出版公司，1979年，第77-84页))。非织造纤维幅材中的纤维取向可使用任何已知的方法来实现。

在一些实施方案中，第二纤维为散布有第一多根纤维的短纤维。短纤维可包括粘结剂纤维和/或结构纤维。粘结剂纤维包括但不限于上述聚合物纤维中的任一种。合适的结构纤维可包括但不限于上述的聚合物纤维中的任一种以及无机纤维，诸如陶瓷纤维、玻璃纤维及金属纤维；以及有机纤维，诸如纤维素纤维。这些短纤维与非织造幅材的共混有时被称为梳理法。

与第一纤维和第二纤维的组合相关联的附加选项和优点例如在美国专利No.8,906,815(Moore等人)中描述。

可将其他异质添加剂结合到非织造纤维幅材中以增加结构的内表面积。可用的添加剂包括高表面积填料诸如天然纤维、回收纤维、回收泡沫和回收膜。这些添加剂的中值粒度可为5微米至500,000微米，10微米至100,000微米，30微米至50,000微米，或在一些实施方案中，小于、等于或大于5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1000微米、1100微米、1200微米、1300微米、1400微米、1500微米、2000微米、2500微米、3000微米、3500微米、4000微米、4500微米、5000微米、6000微米、7000微米、8000微米、9000微米、10,000微米、20,000微米、30,000微米、40,000微米、50,000微米、100,000微米、200,000微米、300,000微米、400,000微米或500,000微米。

除了上文具体描述的异质添加剂之外，可将任何数量的其他添加剂添加到纤维熔体中并且挤出以将添加剂结合到纤维中。可挤出的添加剂在环境条件下可以是固体或液体，并且可包括填料、稳定剂、增塑剂、增粘剂、流动控制剂、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、玻璃珠或气泡、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。如果是异质的，则此类添加剂可陷入纤维中。

相对于非织造纤维幅材的总重量，添加剂的存在量按重量计可为0.001％至13％，0.1％至10％，0.2％至5％，或在一些实施方案中，小于、等于或大于0.001％、0.002％、0.003％、0.004％、0.005％、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％或13％。

制备制品和组件的方法

这里参考图1所示的分层构造描述了制备所提供的非织造纤维幅材的方法。

非织造纤维前体幅材示于图1中，并且在本文中由数字50指示。前体幅材50由大量缠结的聚合物纤维构成，诸如以上所述。在该图中，前体幅材50在其加工的各个阶段被示出，从左侧的非致密化产品到右侧的部分致密化的产品。

前体幅材50具有相对的主表面，即顶部表面52和底部表面54。在示例性方法中，将热量传送至前体幅材52的顶部表面50以将一些纤维的温度升高至加工温度。通常，加工温度高于聚合物纤维的玻璃化转变温度(T_g)并且高于其熔融温度(T_m)，其中纤维由半结晶聚合物构成。

在优选的实施方案中，加工温度足以熔融存在于前体幅材50的纤维中的基本上所有的聚合物微晶，使得当在该温度下处于平衡状态时聚合物纤维是无定形的，但不能达到纤维液化并失去其形式的程度。

对于易于结晶的聚合物，可在介于表示纤维本体的聚合物的玻璃化转变温度和表示纤维本体的聚合物的熔点最大值之间的范围内的温度下加工幅材。对于示例性纤维聚合物，加工温度可为例如T_g至T_m+30℃、T_g+45℃至T_m+15℃、T_g+60℃至T_m+10℃或T_g+75℃至T_m+5℃。

对于不结晶或结晶非常缓慢的聚合物，幅材的加工温度优选地高于聚合物玻璃化转变温度，但不太高，使得幅材的纤维完全熔融或“成膜”。在一些实施方案中，加工温度可为从T_g+15℃至T_g+100℃、T_g+30℃至T_g+80℃或T_g+40℃至T_g+60℃。

总体上，前体幅材50的加工可在小于、等于或大于100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、220℃、250℃、270℃、300℃、320℃、350℃、370℃、400℃、420℃、450℃、470℃或500℃的温度下进行。

纤维的加热在热源55的帮助下完成。作为示例，前体幅材50的纤维可通过以下方式加热：将经加热的空气或其他气体流导向顶部表面52，如图所示。另选地或以组合方式，可通过将顶部表面52放置成与加热表面接触来将热量传送到幅材。例如，在连续方法中，顶部表面52可与加热辊接触。作为另外的替代形式，可以通过暴露于辐射(诸如红外线辐射)来将热传送到前体幅材50的纤维。

以上述方式施加热量的结果是形成热渗透区56。热渗透区56的深度由虚线58示出，并且反射前体幅材50的部分，在该部分中其中的纤维处于或高于其加工温度。如图1所示，热渗透区56的深度随着暴露于热源的时间的增加而增大。

在下一步骤中，施加压力以使热渗透区56内的纤维层致密化以产生致密化层60，如图1所示。在示例性连续方法中，使用可加热或可不加热的辊来施加压力。在分批方法中，可使用金属工具施加压力，该金属工具再次可加热或可不加热。辊或工具可被构造为在致密化层60上形成平坦表面，如图所示，或可被成型为将致密化层形成为更复杂的三维形状。

在幅材和工具均被加热的情况下，可能有利的是将幅材的温度升高至介于玻璃化转变温度和半结晶纤维聚合物的熔融温度之间的初步温度，但低于用于随后将幅材模制成三维形状的工具的温度。已发现，这两种分层加热方法可提供更开放的幅材结构和改善的吸声性。

致密化程度无需特别限制，并且可根据施加压力的周期和纤维在该周期期间的温度曲线而变化。

任选地但未示出，致密化层(诸如致密化层60)可通过以下方式形成在前体幅材50的两侧上：向前体幅材50的顶部表面52和底部表面54传送热量并且将压力施加到两个表面52、54的加热纤维上，从而在两个主表面上形成致密化层。

在一些实施方案中，足够的热量和压力使得渗透区56跨越前体幅材50的整个厚度。当发生这种情况时，结果可以是单个致密化层从顶部表面52延伸到底部表面54。如稍后将讨论的，这样的构型进一步增加非织造纤维幅材的密度和强度，并且可用于最终产品的边缘密封。

在致密化过程完成之后，所提供的非织造纤维幅材可表示成品或半成品。如果是半成品，则可以在相同或随后的操作中进行幅材的进一步加工。例如，纤维幅材可被层压或以其他方式附接到其他层或结构而形成可用的组件，或经历进一步的热处理、转换加工或修整方法(诸如模切方法)。非织造纤维幅材也可模制成用于特定应用的预定三维形状，如稍后将描述的。

为了操纵纤维的微观结构并实现复杂的多层构型，非织造纤维幅材可经受各种热处理，每种热处理由诸如时间、温度和应用于幅材的模式之类的参数表征。可应用于纤维非织造幅材上的热处理包括例如退火、软化和快速退火。

在退火方法中，在高于玻璃化转变温度但低于纤维材料的熔融温度的退火温度下加热并保持纤维。退火发生的时间可足以使在纤维材料中发生显著程度的聚合物结晶。该时间可大于1秒，大于5秒，大于10秒，或在一些实施方案中，小于、等于或大于1秒、2秒、3秒、4秒、5秒、6秒、7秒、8秒、9秒或10秒。退火方法可应用于整个非织造纤维幅材上，或仅局部应用于沿着其主表面中的一个或两个延伸的非织造纤维幅材的层上。

相对于熔喷纤维，例如，当纤维从熔喷模具挤出时，可以原位进行退火。这样的方法可用于改变缓慢结晶材料(诸如，PET和PLA)的结晶行为和平均微晶大小。

由缺乏显著的成核剂浓度的热塑性材料制成的退火纤维可提供表现出增强的稳定性和降低的热收缩率的幅材。该益处可源自在随后的热暴露或加工期间延迟结晶和/或通过降低聚合物中存在的晶核的水平而产生的更强的聚合物链-链对齐。原位减少晶核的数量和/或增加晶核的大小可导致非织造纤维幅材具有相对较低的结晶度并在较高温度下抵抗收缩，特别是在加热至处于或高于玻璃化转变温度但低于聚合物纤维材料的熔融温度的温度时。

热塑性聚合物的退火温度可为100℃至500℃，125℃至350℃，150℃至300℃，或在一些实施方案中，小于、等于或大于80℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、450℃或500℃。关于飞行中热处理的另外技术细节在美国专利公布No.2016/0298266(Zillig等人)中描述。

在软化方法中，在高于玻璃化转变温度但低于纤维材料的熔融温度的软化温度下加热并保持纤维。软化温度可与退火温度类似或相同，但软化发生的周期优选地不足以在纤维材料中发生显著程度的聚合物结晶。该周期可小于100毫秒，小于50毫秒，小于10毫秒，或在一些实施方案中，小于、等于或大于10毫秒、20毫秒、30毫秒、40毫秒、50毫秒、60毫秒、70毫秒、80毫秒、90毫秒或100毫秒。与退火类似，软化方法可通过整个非织造纤维幅材的厚度应用，或仅局部应用于沿着其主表面中的一个或两个延伸的非织造纤维幅材的层上。

非织造纤维幅材的加工一般与上述软化方法同时进行或在该软化方法之后立即进行。在该上下文中，加工包括非织造纤维幅材的致密化以及将非织造纤维幅材热模制或成型为三维形状。

在快速退火方法中，将纤维加热至远高于纤维材料的玻璃化转变温度和熔融温度的快速退火温度，然后迅速冷却。因此，使纤维完全无定形，然后在微晶具有足够的时间形成之前以其无定形状态淬火。为了避免再结晶，优选地在几分之一秒内将纤维冷却到其玻璃化转变温度以下。纤维高于其玻璃化转变温度的时间量可小于0.5毫秒，小于10毫秒，小于50毫秒，或在一些实施方案中，小于、等于或大于1毫秒、2毫秒、3毫秒、4毫秒、5毫秒、6毫秒、7毫秒、8毫秒、9毫秒、10毫秒、15毫秒、20毫秒、25毫秒、30毫秒、35毫秒、40毫秒、45毫秒或50毫秒。快速退火通常仅修改非织造纤维幅材的表面层。

通过消除不期望的结晶，快速退火可有效地重置纤维的可热模制的特性，使得它们随后可使用上述方法致密化并且/或者热模制成三维形状。

层构造

各种示例性非织造纤维幅材在所提供的附图中示出，并且可任选地使用上述方法中的任一种制备。图2中呈现了一个示例性非织造纤维幅材100。幅材100具有一体构造，该一体构造具有相对的第一主表面102和第二主表面104。

幅材100是多孔的并且具有大量缠结的聚合物纤维。如图所示，幅材100具有三个层：顶层106、中间层108和底层110。顶层106和底层110沿着相对的第一主表面102和第二主表面104延伸并且限定其，每个层相对于不致密化的中间层108致密化。

致密化层106、110可提供显著增强的吸声特性。致密化层106、110也可提供显著改善的强度和抗撕裂性。有利的是，沿着第一主表面102和第二主表面104的平面，强度和抗撕裂性的增强沿着所有方向可为均匀的。相比之下，此类特性难以通过使用稀松布增强非织造幅材来实现，该稀松布趋于沿着纵向(或沿顺维)方向提供比在横向方向上更大的强度。

作为另外的益处，致密化提供了沿着幅材100的厚度尺寸延伸到幅材中的机械增强层。所提供的方法通过操纵温度、时间和热量施加模式来实现要定制的致密化的程度和深度。如在此处，在第一主表面和第二主表面被选择性地致密化的情况下，整体幅材100被显著硬化。发生这种硬化是因为幅材的弯曲将需要同时拉伸一个致密化层并压缩相对的致密化层。

虽然未明确示出，但应当理解，可基于手头的应用来省略顶部致密化层106或底部致密化层110中的一个。

图3示出了非织造纤维幅材200，其具有与幅材100的那些特性相似的特性，诸如顶层206、中间层208和底层210，其中顶层206和底层210为致密化层。幅材200与幅材100区别在于顶层206的厚度显著大于底层210的厚度。

在用于制备具有顶部致密化层和底部致密化层的幅材的示例性方法中，将经加热的空气部分地抽吸通过幅材，从而将该空气包含在层206中，以使温度以一定速率升高到高于玻璃化转变温度，并且该温度使区域中的纤维软化但不熔融。然后压实该区域，并且使层208、210回弹，留下一个压实的层。可在底侧上以类似的方式处理幅材以制备第二致密化层。另选地，两个层206、210可同时被加热和压制。每个区域的厚度由加热速率和进入幅材200的渗透深度控制。

图2中非对称构型的某些技术益处源自其根据手头应用的需要提供不同程度的致密化的能力。在图2所示的实施方案中，底层210可具有为处理和强度提供合适的抓握表面的短厚度和高密度，而顶层206可具有中等的致密化水平和更大的厚度，从而以高频率和低频均提供优化的吸声性。任选地，图2中所示的致密化层和非致密化层之间存在密度梯度(即，密度更渐进的变化)。

幅材300中具有太高密度的致密化层可导致高频声压力波跳出层，而不是被吸收并转化为热能。出于该原因，对幅材200进行取向以使得具有中等密度的顶层206面向要衰减的噪声源可能是有用的。

图4示出了其中致密化中间层308a被嵌入幅材300内的非织造纤维幅材300。在该实施方案中，致密化中间层308a被插置在不致密化的一对层(此处为非致密化顶层306和内部非致密化中间层308b)之间。这样的构型可在低频率下为幅材300提供吸声性，同时还在顶部表面和底部表面上提供相对薄的致密化层，以增加幅材300的硬度、耐久性和易处理性。

可通过将前体幅材的顶部表面和底部表面退火以仅使靠近幅材300的顶部表面和底部表面的聚合物纤维结晶来制备该幅材300。在使幅材冷却之后，随后在整个幅材上施加热量，并且立刻将压缩施加到所有层。由于中间层308a保持无定形的，因此其在施加的热量和压力下致密化，而相邻层306、308b则不会。然后可通过快速退火并随后仅使幅材300的底表面致密化来形成致密化底层310。

作为替代形式，顶层306可退火以在该表面层中积聚结晶度，然后在第二步骤中，通过从相同侧渗透经加热的空气而比顶层306更深地加热，并且压制幅材300而形成致密化层308a。然后可从其底侧加热幅材300并再次压制其而形成致密化层310。

图5示出了非织造纤维幅材400，其具有不致密化的中间层408以及致密化的顶层406和底层410。幅材400的一个边缘已经受热和压力以提供如图所示的热边缘密封部分430。边缘密封部分430可使用诸如先前所述的边缘密封方法来形成。

边缘密封可提供幅材400的沿着厚度尺寸在其整个横截面上致密化的一部分。边缘密封部分可沿着幅材400的周边延伸，如图5所示。另选地，边缘密封部分可沿着幅材的内部区域定位(即，远离幅材的周边)。边缘密封部分430增加幅材400的强度并有利于将幅材400处理和附接到其他制品。

有利的是，边缘密封部分诸如边缘密封部分430可具有足够的硬度和抗撕强度以提供用于机械紧固件的附接点。在一些实施方案中，使用一个或多个机械紧固件将边缘密封部分联接到机动车或航空结构。可用的机械紧固件包括例如“圣诞树”推夹，其完全刺穿边缘密封部分并进入纤维非织造幅材的相对侧上的配合容器中。

虽然图1-图5示出了具有一体构造(即，衍生自单个整体层)的实施方案，但由所提供的非织造幅材制成的制品和组件无需如此限制。在一些实施方案中，例如，一个或多个任选层设置在所提供的幅材的一个或两个表面上以提供附加功能。任选的附加层可包括例如用于向污垢、汽油、油、防冻剂、传动和制动液、皂和去油化合物提供增强的耐化学性或防污性的稀松布。经加热的空气可用于预热幅材并使这样的稀松布粘结而不需要粘合剂。

作为另外的选项，上述非织造纤维幅材的两个或更多个层可在热量和压力下彼此层压以提供更厚的多层构造。

图6示出了由所提供的非织造纤维幅材制成并且被定制为适配机动车前挡板外壳的三维模制的热声学填料500。填料500是尺寸上稳定的，从而使在不过度扭曲制品的情况下将填料对准并安装到外壳中。如在此处，使用适配的制品使得能够更好地使用空间，并且可减少将填料500固定至机动车所需的紧固件的数量。

可通过将非织造纤维幅材抵靠三维成型工具放置来制备制品500。在一些实施方案中，三维成型工具由可操作地联接到液压或气动压力机的互补成型半块构成。工具的每一半可以加热，或者可以不加热。如果没有加热工具的任何部分，则可使用前述方法(例如，传导、经加热的空气、红外)中的任一种来预热幅材。

任选地，所得的三维模制制品具有深拉伸形状，其中深度(z轴)尺寸接近或超过其横向(x轴或y轴)尺寸中的一个或两个。在一些实施方案中，三维模制制品的深度尺寸小于、等于或大于一个或两个横向尺寸的10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％

非织造纤维幅材的三维模制可在致密化层形成的同时或之后进行。每种方法产生了有竞争性的技术优势。例如，与三维模制步骤同时形成致密化层减少了加工步骤的总数，从而节省大量时间和成本。然而，这样做可导致致密化层的厚度根据模具表面的曲率而变化。在三维模制步骤之前形成致密化层可提供致密化层，该致密化层沿着模制产品的表面具有更大的厚度均匀性。

在一些实施方案中，致密化层的体积密度和/或厚度沿着非织造纤维幅材的主表面显著变化。对于隔音应用，此类密度差异可使声学响应能够随沿着模制制品的位置而变化。致密化层在第一位置处的体积密度可比沿着非织造纤维幅材的第二位置处的体积密度大10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％、130％、140％、150％、160％、170％、180％、190％、200％、250％、300％、350％、400％、450％、500％、550％、600％、650％、700％、750％、800％、850％、900％、950％或1000％。同样，致密化层在第一位置处的厚度可比致密化层在沿着非织造纤维幅材的第二位置处的厚度大10％、20％、50％、100％、200％、300％、400％、500％、700％、1000％、1500％、2000％、2500％、3000％、3500％、4000％、4500或5000％。

非织造纤维幅材的机械强度优选足以防止在处理和安装期间撕裂。当使用Grab测试ASTM D5034(2017)进行测量时，所提供的幅材可显示10N至100N，20N至50N，30N至40N，或在一些实施方案中，小于、等于或大于10N、11N、12N、15N、17N、20N、22N、25N、27N、30N、32N、35N、37N、40N、42N、45N、47N或50N的总体抗拉强度(使沿着纵向和横向方向的抗拉强度平均化)。

有利的是，当在幅材的主表面上沿着不同方向测量时，所提供的幅材可以显示出相对一致的抗拉强度，这是在用稀松布增强非织造纤维幅材时难以实现的特性。所提供的幅材可显示例如沿着纵向方向的抗拉强度大于沿着横向方向的抗拉强度不超过10％，不超过15％，不超过20％，不超过25％，不超过30％，不超过35％，不超过40％或不超过45％。

所提供的非织造纤维幅材在声学上下文中可由其流动阻力和声学比阻抗来表征。流动阻力表示粒子以一定速度穿过层时在幅材的两个侧面之间的压差，而声学比阻抗是给定介质中的声压与相关联粒子速度的比率。两种特性均可以以MKS Rayl为单位测量，其中1Rayl等于1帕斯卡秒/米(Pa·s/m)，或者等效地，等于1牛顿秒/立方米(N·s/m³)，或者另选地等于1kg/[s·m²]。

传递阻抗是幅材的入射侧的比声学阻抗与在幅材不存在的情况下会观察到的比声学阻抗(即仅相邻气腔的声学阻抗)之间的差。作为声音频率的函数，这些参数和声学性能特性之间的关系在美国专利No.6,256,600(Bolton等人)中更详细地描述。

对于低频声学性能，通过非织造纤维幅材的致密化层的流动阻力可以是800MKSRayl至10,000MKS Rayl，1000MKS Rayl至2000MKS Rayl，或1000MKS Rayl至1500MKS Rayl。对于一般的宽带吸声性，致密化层可具有300MKS Rayl至700MKS Rayl的流动阻力。对于高抗拉强度应用，致密化层可具有20MKS Rayl至100MKS Rayl的流动阻力。在各种实施方案中，通过所提供的非织造纤维幅材的流动阻力小于、等于或大于20MKS Rayl、25MKS Rayl、30MKS Rayl、35MKS Rayl、40MKS Rayl、45MKS Rayl、50MKS Rayl、60MKS Rayl、70MKS Rayl、80MKS Rayl、90MKS Rayl、100MKS Rayl、120MKS Rayl、150MKS Rayl、170MKS Rayl、200MKSRayl、250MKS Rayl、300MKS Rayl、350MKS Rayl、400MKS Rayl、450MKS Rayl、500MKS Rayl、550MKS Rayl、600MKS Rayl、650MKS Rayl、700MKS Rayl、750MKS Rayl、800MKS Rayl、900MKS Rayl、1000MKS Rayl、1200MKS Rayl、1500MKS Rayl、1700MKS Rayl、2000MKS Rayl、2500MKS Rayl、3000MKS Rayl、3500MKS Rayl、4000MKS Rayl、4500MKS Rayl、5000MKSRayl、6000MKS Rayl、7000MKS Rayl、8000MKS Rayl、9000MKS Rayl或10,000MKS Rayl。

通过所提供的非织造纤维幅材的致密化层的流动阻力可占幅材的总体流动阻力的显著部分。仅通过致密化层的流动阻力可为例如总体非织造纤维幅材的流动阻力的至少20％、至少40％、至少80％，或在一些实施方案中，小于、等于或大于20％、22％、25％、27％、30％、32％、35％、37％、40％、42％、45％、47％、50％、52％、55％、57％、60％、62％、65％、67％、70％、72％、75％、77％或80％。

所提供的非织造纤维幅材的密实度是无量纲量，表示给定体积中被固体结构占据的分数。在示例性实施方案中，所提供的非织造纤维幅材的致密化层可具有至少10％、至少15％或至少20％的密实度。这些密实度值可高达非织造纤维幅材的不致密化的部分的3倍。密实度可如美国专利公布No.2016/0298266(Zillig等人)中所述来表征。

具有低密实度使得所提供的非织造纤维幅材能够实现低基重，这对于轻质应用是有利的。在示例性实施方案中，所提供的非织造纤维幅材的基重为60g/m²至1500g/m²，100g/m²至800g/m²或300g/m²至700g/m²。在一些实施方案中，所提供的非织造纤维幅材的基重小于、等于或大于60g/m²、65g/m²、70g/m²、75g/m²、80g/m²、85g/m²、90g/m²、95g/m²、100g/m²、110g/m²、120g/m²、130g/m²、140g/m²、150g/m²、160g/m²、170g/m²、180g/m²、190g/m²、200g/m²、250g/m²、300g/m²、350g/m²、400g/m²、450g/m²、500g/m²、550g/m²、600g/m²、650g/m²、700g/m²、750g/m²、800g/m²、850g/m²、900g/m²、950g/m²、1000g/m²、1100g/m²、1200g/m²、1300g/m²、1400g/m²或1500g/m²。

以上特性总体上涉及非织造纤维幅材。在一些实施方案中，应当理解，以上相对于声学传递阻抗、流动阻力、密实度和基重的范围中的任一个可独立地应用于非织造纤维幅材的致密化层或非致密化层。

所提供的非织造纤维幅材的纤维可由具有响应于具有相关频率的入射声波而被调谐以振动的模量(即，拉伸模量)的材料制成。纤维本身的局部振动可耗散声能并增加通过非织造纤维幅材的传输损失。所提供的非织造纤维幅材的模量(反映硬度)也直接影响其声学传递阻抗。

在一些实施方案中，纤维包括具有0.2GPa至10GPa、0.2GPa至7GPa、0.2GPa至4GPa的模量，或在一些实施方案中，小于、等于或大于0.2GPa、0.3GPa、0.4GPa、0.5GPa、0.6GPa、0.7GPa、0.8GPa、0.9GPa、1GPa、1.5GPa、2GPa、2.5GPa、3GPa、3.5GPa、4GPa、4.5GPa、5GPa、5.5GPa、6GPa、6.5GPa、7GPa、7.5GPa、8GPa、8.5GPa、9GPa、9.5GPa或10GPa的模量的材料。

尽管不旨在穷举，但纤维非织造幅材、制品组件及其方法的另外示例性实施方案列举如下：

1.一种非织造纤维幅材，包括：包含热塑性聚合物的多根纤维；以及均匀分布在多根纤维中的多个异质内含物；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

2.实施方案1的非织造纤维幅材，其中非织造纤维幅材的致密化部分和非致密化部分的中值纤维直径基本上相同。

3.实施方案1或2的非织造纤维幅材，其中热塑性聚合物包含热塑性聚酰胺。

4.实施方案3的非织造纤维幅材，其中热塑性聚酰胺选自由以下项组成的组：脂族聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺和芳族聚酰胺。

5.实施方案1或2的非织造纤维幅材，其中热塑性聚合物包含脂族半结晶聚酯。

6.实施方案5的非织造纤维幅材，其中脂族半结晶聚酯选自由以下项组成的组：聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚己内酯、聚羟基链烷酸酯、聚乙交酯、聚琥珀酸丁二酯、聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯共聚物)和聚乙烯己二酸酯。

7.实施方案1或2的非织造纤维幅材，其中热塑性聚合物包含芳族聚酯。

8.实施方案7的非织造纤维幅材，其中芳族聚酯选自由以下项组成的组：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和液晶聚酯。

9.实施方案1-8中任一项的非织造纤维幅材，其中异质内含物包含聚烯烃聚集体。

10.实施方案9的非织造纤维幅材，其中聚烯烃聚集体包含聚丙烯聚集体。

11.实施方案1或2的非织造纤维幅材，其中异质内含物包含热塑性半结晶聚合物，该热塑性半结晶聚合物的重均分子量大于20,000g/mol并且选自由以下项组成的组：聚甲醛，聚(偏二氟乙烯)、聚(乙烯-氯三氟乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(环氧乙烷)、聚己内酯、半结晶脂族聚酰胺和热致液晶聚合物。

12.实施方案1-11中任一项的非织造纤维幅材，其中异质内含物的平均大小为多根纤维的中值直径的至多7％。

13.实施方案12的非织造纤维幅材，其中异质内含物的平均大小为多根纤维的中值直径的0.001％至7％。

14.实施方案13的非织造纤维幅材，其中异质内含物的平均大小为多根纤维的中值直径的0.01％至3％。

15.实施方案1-14中任一项的非织造纤维幅材，其中相对于非织造纤维幅材的总重量，异质内含物以0.01重量％至10重量％的量存在。

16.实施方案15的非织造纤维幅材，其中相对于非织造纤维幅材的总重量，异质内含物以0.1重量％至4重量％的量存在。

17.实施方案16的非织造纤维幅材，其中相对于非织造纤维幅材的总重量，异质内含物以0.4重量％至2重量％的量存在。

18.一种非织造纤维幅材，包括：多根纤维，该多根纤维包含选自聚乳酸、聚乙醇酸、聚(乳酸-羟基乙酸共聚物)、聚琥珀酸丁二酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯以及它们的共混物和共聚物的一种或多种脂族聚酯；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

19.实施方案18的非织造纤维幅材，其中致密化的非织造纤维幅材的层中不存在多根纤维的显著熔融。

20.实施方案18或19的非织造纤维幅材，其中多根纤维具有0.1微米至10微米的中值纤维直径。

21.实施方案20的非织造纤维幅材，其中多根纤维具有0.3微米至6微米的中值纤维直径。

22.实施方案21的非织造纤维幅材，其中多根纤维具有0.3微米至3微米的中值纤维直径。

23.实施方案18-22中任一项的非织造纤维幅材，其中多根纤维具有15,000g/mol至6,000,000g/mol的重均分子量。

24.实施方案23的非织造纤维幅材，其中所述多根纤维具有20,000g/mol至2,000,000g/mol的重均分子量。

25.实施方案24的非织造纤维幅材，其中多根纤维具有40,000g/mol至1,000,000g/mol的重均分子量。

26.一种非织造纤维幅材，包括：多根第一纤维，该多根第一纤维包含一种或多种热塑性半结晶聚酯并且具有至多10微米的中值直径；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

27.实施方案26的非织造纤维幅材，其中多根第一纤维包括熔喷纤维。

28.实施方案26的非织造纤维幅材，其中多根第一纤维包括熔纺纤维。

29.实施方案26-28中任一项的非织造纤维幅材，其中多根第一纤维具有至多6微米的中值直径。

30.实施方案29的非织造纤维幅材，其中多根第一纤维具有至多3微米的中值直径。

31.实施方案26-30中任一项的非织造纤维幅材，还包括多根第二纤维，该多根第二纤维包含一种或多种热塑性半结晶聚酯并且具有至少10微米的中值直径。

32.实施方案31的非织造纤维幅材，其中多根第二纤维具有10微米至60微米的中值直径。

33.实施方案32的非织造纤维幅材，其中多根第二纤维具有20微米至40微米的中值直径。

34.实施方案31-33中任一项的非织造纤维幅材，其中所述多根第二纤维中的至少一些被取向。

35.实施方案26-34中任一项的非织造纤维幅材，还包括高表面积填料，该高表面积填料包括以下一者或多者：天然纤维、回收纤维、回收泡沫和回收膜。

36.实施方案35的非织造纤维幅材，其中高表面积填料具有5微米至500,000微米的中值大小。

37.实施方案36的非织造纤维幅材，其中高表面积填料具有10微米至100,000微米的中值大小。

38.实施方案37的非织造纤维幅材，其中高表面积填料具有30微米至50,000微米的中值大小。

39.一种非织造纤维幅材，该非织造纤维幅材包括：中值纤维直径为至多6微米的多根纤维，其中多根纤维包含至少35重量％的聚合物，该聚合物选自聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、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、环状聚烯烃或者它们的共聚物或共混物；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

40.实施方案39的非织造纤维幅材，其中多根纤维具有0.1微米至3微米的中值直径。

41.实施方案40的非织造纤维幅材，其中多根纤维具有0.2微米至1微米的中值直径。

42.实施方案39-41中任一项的非织造纤维幅材，其中多根纤维包含30重量％至95重量％的聚合物，该聚合物选自聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、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、环状聚烯烃或者它们的共聚物或共混物。

43.实施方案42的非织造纤维幅材，其中多根纤维包含50重量％至80重量％的聚合物，该聚合物选自聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、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、环状聚烯烃或者它们的共聚物或共混物。

44.实施方案39-43中任一项所述的非织造纤维幅材，其中多根纤维包括聚烯烃纤维。

45.实施方案39-44中任一项的非织造纤维幅材，其中聚合物纤维均匀分布在致密化的非织造纤维幅材的层内。

46.一种非织造纤维幅材，包括：包含至少一种热塑性半结晶聚合物的多根熔喷纤维，其中该至少一种热塑性半结晶聚合物不包含能有效地实现成核作用的量的异质内含物，并且进一步其中非织造纤维幅材是尺寸上稳定的并且在加热到150℃持续7天之后表现出小于15％的收缩率；其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

47.实施方案46的非织造纤维幅材，其中该至少一种半结晶聚合物包括脂族聚酯聚合物、芳族聚酯或它们的组合。

48.实施方案46或47的非织造纤维幅材，其中该至少一种热塑性半结晶聚合物包含聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或它们的组合。

49.实施方案46-48中任一项的非织造纤维幅材，其中该至少一种热塑性半结晶聚合物包括聚酯与至少一种其他聚合物的共混物。

50.实施方案46-49中任一项所述的非织造纤维幅材，其中该多根熔喷纤维具有至多10微米的中值纤维直径。

51.实施方案50的非织造纤维幅材，其中该多根熔喷纤维具有0.1微米至6微米的中值纤维直径。

52.实施方案51的非织造纤维幅材，其中该多根熔喷纤维具有0.1微米至3微米的中值纤维直径。

53.一种非织造纤维幅材，包括：包含无定形聚合物的多根纤维；并且其中非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

54.实施方案53的非织造纤维幅材，其中无定形聚合物包含聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物、环状烯烃以及它们的共聚物和共混物中的一种或多种。

55.实施方案53或54的非织造纤维幅材，其中非织造纤维幅材的致密化部分和非致密化部分的中值纤维直径基本上相同。

56.实施方案53-55中任一项的非织造纤维幅材，其中非织造纤维幅材是尺寸上稳定的。

57.实施方案53-56中任一项的非织造纤维幅材，其中致密化的非织造纤维幅材的层中不存在多根纤维的显著熔融。

58.实施方案1-57中任一项的非织造纤维幅材，其中非织造纤维幅材具有两个相对的主表面，每个主表面经加工而形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的相应层。

59.实施方案1-58中任一项的非织造纤维幅材，其中致密化层是设置在不致密化的两个层之间的中间层。

60.实施方案1-59中任一项的非织造纤维幅材，其中致密化层具有在800MKS Rayl至10,000MKS Rayl范围内的流动阻力。

61.实施方案1-59中任一项的非织造纤维幅材，其中致密化层具有在300MKS Rayl至700MKS Rayl范围内的流动阻力。

62.实施方案1-59中任一项的非织造纤维幅材，其中致密化层具有在20MKS Rayl至100MKS Rayl范围内的流动阻力。

63.实施方案1-62中任一项的非织造纤维幅材，其中致密化层的流动阻力是整个非织造纤维幅材的流动阻力的至少20％。

64.实施方案63的非织造纤维幅材，其中致密化层的流动阻力是整个非织造纤维幅材的流动阻力的至少40％。

65.实施方案64的非织造纤维幅材，其中致密化层的流动阻力是整个非织造纤维幅材的流动阻力的至少80％。

66.一种三维成型制品，该三维成型制品由实施方案1-65中任一项的非织造纤维幅材制成。

67.实施方案66的三维成型制品，其中三维成型制品通过抵靠三维成型工具热模制非织造纤维幅材而形成。

68.实施方案66或67的三维成型制品，其中非织造纤维幅材的致密化层通过抵靠三维成型工具进行热模制来形成。

69.实施方案66-68中任一项的三维成型制品，其中非织造纤维幅材的致密化层具有沿着非织造纤维幅材的主表面改变的体积密度。

70.实施方案69的三维成型制品，其中致密化层在沿着主表面的第一区域上的体积密度比在沿着主表面的第二区域上的体积密度大30％。

71.实施方案70的三维成型制品，其中致密化层在沿着主表面的第一区域上的体积密度比在沿着主表面的第二区域上的体积密度大50％。

72.实施方案71的三维成型制品，其中致密化层在沿着主表面的第一区域上的体积密度比在沿着主表面的第二区域上的体积密度大70％。

73.一种使非织造纤维幅材选择性地致密化的方法，包括：将无定形非织造纤维幅材的相对主表面局部加热至退火温度，以在非织造纤维幅材内产生半结晶的顶层和底层以及保持无定形的中间层；任选地使非织造纤维幅材冷却；将整个非织造纤维幅材加热至大于退火温度的加工温度；以及压缩整个非织造纤维幅材，由此中间层致密化，而半结晶的顶层和底层不致密化。

74.一种制备三维成型制品的方法，包括：提供实施方案1-65中任一项的非织造纤维幅材；以及热模制非织造纤维幅材以获得三维成型制品。

75.一种制备三维成型制品的方法，包括：提供包括多根纤维的非织造纤维幅材，该多根纤维包含至少一种热塑性半结晶聚合物；以及热模制非织造纤维幅材以获得三维成型制品，以沿着非织造纤维幅材的至少一个主表面形成相对于非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

76.实施方案75的方法，其中非织造纤维幅材的致密化层足以为三维成型制品提供尺寸稳定性。

77.实施方案74-76中任一项的方法，其中对非织造纤维幅材进行热模制包括将非织造纤维幅材放置成与三维成型工具接触。

78.实施方案77中任一项的方法，还包括在热模制非织造纤维幅材之前加热三维成型工具。

79.实施方案77或78的方法，还包括在将非织造纤维幅材放置成与三维成型工具接触之前加热非织造纤维幅材。

80.实施方案79的方法，其中加热非织造纤维幅材包括在非织造纤维幅材处引导经加热的空气。

81.实施方案74-80中任一项的方法，其中当热模制非织造纤维幅材时，不发生多根纤维的显著熔融。

实施例

表1：材料

测试方法

总幅材的厚度

通过获得(通过模切)幅材的12.45英寸×12.45英寸(31.6cm×31.6cm)部分并用均匀分布在该幅材部分上的130g重量测量幅材厚度来测量总幅材(包括非致密化层和致密化层)的厚度。

总幅材的基重

模切幅材材料以获得133mm的圆盘，并且测量重量。将幅材的测量重量除以圆盘面积提供了总幅材的基重，其以克/平方米(“gsm”)报告。

总幅材上的流动阻力

根据ASTM C-522-03(2009年重新批准)“Standard Test Method for AirflowResistance of Acoustical Materials”(声学材料的气流阻力的标准测试方法)来测量总幅材样品(133mm圆盘)上的流动阻力。根据“总幅材的厚度”测试方法，在对于该样品确定的厚度下测量每个样品的气流测量结果。流动阻力测试方法涵盖气流阻力的测量以及可用于吸收和衰减声音的多孔材料的比气流阻力和气流阻率的相关测量，并且被设计用于测量在100至10,000mks Rayl(Pa·s/m)范围内的比气流阻力值，其中线性气流速度在0.5至50mm/s的范围内，样本上的压差在0.1至250Pa的范围内。用于测量的设备为PERMEAMETER，型号为GP-522-A，可购自纽约州伊萨卡的多孔材料公司(Porous Materials,Inc.,Ithaca,NY)。流动阻力以Rayl(Pa·s/m)报告。

从致密化层手动剥离非致密化层的方法

如下通过从圆盘手动剥离非致密化层来移除致密化层部分：将圆盘放置在平坦表面上，致密化层再次放置在平坦表面上，并通过手压将其保持在一个边缘处。另一方面，抓住小簇(0.5-1.0克)并平行于表面拉动其，小心不要拉得太多并损坏/撕裂致密化层。压下致密化层的手保持非常接近要拉开的簇，并继续拉动，直到从圆盘上基本上移除了所有非致密化层，留下“手动剥离的致密化层部分”。

致密化层的基重

然后测量“手动剥离的致密化层部分”的重量。将“手动剥离的致密化层部分”的测量重量除以其圆形面积提供了致密化层的基重，其以克/平方米(“gsm”)报告。

致密化层的厚度

然后根据EDANA厚度30.5-99测试标准，使用购自新泽西州西柏林的Thwing-Albert仪器公司(Thwing-Albert Instrument Company,West Berlin,NJ)的PRO GAGETHICKNESS TESTER来测量“手动剥离的致密化层部分”的厚度。三次测量的平均结果以毫米报告。

致密化层上的流动阻力

然后根据ASTM C-522-03(2009年重新批准)“声学材料的气流阻力的标准测试方法”来测量“手动剥离的致密化层部分”上的流动阻力。根据“致密化层的厚度”测试方法，在对于该样品确定的厚度下测量每个样品的气流测量结果。流动阻力测试方法涵盖气流阻力的测量以及可用于吸收和衰减声音的多孔材料的比气流阻力和气流阻率的相关测量，并且被设计用于测量在100至10,000mks Rayl(Pa·s/m)范围内的比气流阻力值，其中线性气流速度在0.5至50mm/s的范围内，样本上的压差在0.1至250Pa的范围内。用于测量的设备为PERMEAMETER，型号为GP-522-A，可购自纽约州伊萨卡的多孔材料公司(Porous Materials,Inc.,Ithaca,NY)。流动阻力以Rayl(Pa·s/m)报告。

有效纤维直径

幅材的有效纤维直径(EFD)根据在Davies,C.N.，“The Separation of AirborneDust and Particles,Institution of Mechanical Engineers,London,Proceedings 1B,1952”(气载尘埃和粒子的分离，伦敦机械工程研究所，论文集1B，1952年)中所述的方法来评估。除非另有说明，否则测试以14cm/s的面速度进行。

实施例的熔喷幅材的纤维直径(EFD)在6.0-7.0微米的范围内。

比较例1(CE-1)–PET幅材

本公开的非织造熔喷幅材通过类似于Wente,Van A.在“SuperfineThermoplastic Fibers”in Industrial Engineering Chemistry,Vol.48,pages 1342etseq.(1956)(超细热塑性纤维，《工业和工程化学》，第48卷，第1342页及以下，1956年)中或Wente,Van.A.Boone,C.和Fluharty,E.L.在1954年5月25日公布的标题为“Manufacture ofSuperfine Organic Fibers(超细有机纤维的制造)”的海军研究实验室(Naval ResearchLaboratories)的报告No.4364中所描述的方法进行制备，不同之处在于使用钻模生产纤维。

通过模具将具有0.45本征粘度的PET树脂(通过PET NT11树脂(0.55本征粘度)的部分水解获得)挤出到经加热的空气的高速流中，该高速流抽出PET吹塑微纤维(“PETBMF”)并使其变细，然后对其进行固化和收集。

根据美国专利No.4,118,531(Hauser)中所述的方法将PET吹塑微纤维流与PET短纤维共混，并且将PET BMF和PET短纤维的共混物以随机方式收集在尼龙带上，得到CE-1的PET幅材。

将根据美国专利公布No.2016/298266的装置(参见图1B中的部件32)用于实现在加热到150℃持续7天后低于15％的幅材收缩率测量值。幅材收缩率测量根据美国专利公布No.2016/298266第[0184]段进行，该专利以引用方式并入本文。

所得幅材的组成为按重量计65％的PET BMF和按重量计35％的PET短纤维，如表2所列出的。

表2

实施例	幅材材料共混物
		CE-1	65重量％PET BMF/35重量％PET短纤维；
EX-1	65重量％PET BMF/35重量％PET短纤维
		CE-2	65重量％(99.4重量％PPS、0.6重量％PP 3860)BMF/35重量％PET短纤维
EX-2	65重量％(99.4重量％PPS、0.6重量％PP 3860)BMF/35重量％PET短纤维
		CE-3	65重量％尼龙BMF/35重量％尼龙短纤维
EX-3	65重量％尼龙BMF/35重量％尼龙短纤维
		CE-4	58重量％聚丙烯BMF/42重量％PET短纤维
EX-4	58重量％聚丙烯BMF/42重量％PET短纤维

实施例1(EX-1)具有致密化层的PET幅材

根据比较例1所述的过程制备了PET非织造熔喷微纤维幅材，其具有表2中列出的幅材材料共混物。使CE-1的PET幅材进一步经受受控加热和压缩循环，其中在美国专利No.9,139,940中所述的装置(参见美国专利No.9,139,940的图1和图5中的装置101，具有美国专利No.9,139,940的图4和图5中示出的出口109的装置101)上加热幅材，然后用直径为4.45cm的杆以0.5kg/cm的压缩力压缩在幅材上，以产生具有致密化层的实施例1的PET幅材。出口(即，美国专利No.9,139,940中的图4和图5的109)为7.6cm×61cm，并且出口温度和空气流速在表3中列出。温度为21℃的冷却空气(即，美国专利No.9,139,940中的图1和图4的120)的流速在表3中列出。

表3

比较例2(CE-2)

根据比较例1所述的过程制备了非织造熔喷微纤维幅材，不同的是使用PPS/PP幅材材料共混物和PET短纤维，全部以表2中列出的重量百分比存在。此处，纤维的PP组分提供嵌入连续PPS相中的异质内含物。

实施例2(EX-2)

根据实施例1所述的加工细节使CE-2的非织造熔喷微纤维幅材进一步经受受控加热和压缩循环，以制备具有致密化层的实施例2的幅材。幅材速度、出口温度、出口气流和冷却空气流速各自在表3中列出。

比较例3(CE-3)

根据比较例1所述的过程制备了非织造熔喷微纤维幅材，不同的是使用尼龙BMF幅材材料和尼龙短纤维，全部以表2中列出的重量百分比存在。

实施例3(EX-3)

根据实施例1所述的加工细节使CE-3的非织造熔喷微纤维幅材进一步经受受控加热和压缩循环，以制备具有致密化层的实施例3的幅材。幅材速度、出口温度、出口气流和冷却空气流速各自在表3中列出。

比较例4(CE-4)

根据比较例1所述的过程制备了非织造熔喷微纤维幅材，不同的是使用聚丙烯BMF幅材材料和PET短纤维，全部以表2中列出的重量百分比存在。

实施例4(EX-4)

根据实施例1所述的加工细节使CE-4的非织造熔喷微纤维幅材进一步经受受控加热和压缩循环，以制备具有致密化层的实施例4的幅材。幅材速度、出口温度、出口气流和冷却空气流速各自在表3中列出。

测试幅材材料的样品的基重总值、致密化层的基重、厚度总值、致密化层的厚度、流动阻力总值以及致密化层的流动阻力。这些样品EX-1至EX-4是尺寸上稳定的。

表4

以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (15)

1.一种非织造纤维幅材，包括：

包含热塑性聚合物的多根纤维；以及

均匀分布在所述多根纤维中的多个异质内含物；

其中所述非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于所述非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

2.一种非织造纤维幅材，包括：

多根第一纤维，所述多根第一纤维包含一种或多种热塑性半结晶聚酯并且具有至多10微米的中值直径；

其中所述非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于所述非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

3.根据权利要求2所述的非织造纤维幅材，还包括多根第二纤维，所述多根第二纤维包含一种或多种热塑性半结晶聚酯并且具有至少10微米的中值直径。

4.一种非织造纤维幅材，包括：

中值纤维直径为至多6微米的多根纤维，其中所述多根纤维包含至少35重量％的聚合物，所述聚合物选自聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、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、环状聚烯烃或者它们的共聚物或共混物；

其中所述非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于所述非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

5.一种非织造纤维幅材，包括：

多根熔喷纤维，所述多根熔喷纤维包含至少一种热塑性半结晶聚合物，其中所述至少一种热塑性半结晶聚合物不包含能有效地实现成核作用的量的异质内含物，并且进一步其中所述非织造纤维幅材是尺寸上稳定的并表现出小于15％的收缩率；

其中所述非织造纤维幅材具有至少一个主表面，该主表面经加工而形成相对于所述非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

6.根据权利要求5所述的非织造纤维幅材，其中所述至少一种热塑性半结晶聚合物包含聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或它们的组合。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的非织造纤维幅材，其中致密化层是设置在不致密化的两个层之间的中间层。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的非织造纤维幅材，其中所述致密化层具有在800MKS Rayl至3,000MKS Rayl范围内的流动阻力。

9.一种三维成型制品，所述三维成型制品由根据权利要求1-8中任一项所述的非织造纤维幅材制成，其中所述非织造纤维幅材的所述致密化层通过抵靠三维成型工具进行热模制来形成。

10.根据权利要求9所述的三维成型制品，其中所述非织造纤维幅材的所述致密化层具有沿着所述非织造纤维幅材的主表面改变的体积密度。

11.一种使非织造纤维幅材选择性地致密化的方法，包括：

将无定形非织造纤维幅材的相对主表面局部加热至退火温度，以在所述非织造纤维幅材内产生半结晶的顶层和底层以及保持无定形的中间层；

任选地使所述非织造纤维幅材冷却；

将整个非织造纤维幅材加热至大于所述退火温度的加工温度；以及

压缩所述整个非织造纤维幅材，由此所述中间层致密化，而所述半结晶的顶层和底层不致密化。

12.一种制备三维成型制品的方法，包括：

提供根据权利要求1-8中任一项所述的非织造纤维幅材；以及

热模制所述非织造纤维幅材以获得所述三维成型制品。

13.一种制备三维成型制品的方法，包括：

提供包括多根纤维的非织造纤维幅材，所述多根纤维包含至少一种热塑性半结晶聚合物；以及

热模制所述非织造纤维幅材以获得所述三维成型制品，以沿着所述非织造纤维幅材的至少一个主表面形成相对于所述非织造纤维幅材的剩余部分致密化的层。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括在将所述非织造纤维幅材放置成与三维成型工具接触之前加热所述非织造纤维幅材。

15.根据权利要求14所述的方法，其中加热所述非织造纤维幅材包括在所述非织造纤维幅材处引导经加热的空气。

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