CN1131349C - 缠结非织造布及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种非织造纤网，采用以下方法制造：成形包含多种部分地暴露在纤维表面的单独组分的单一多组分纤维；采用诸如热点粘合的方法对多组分纤维实施粘合；并随后对粘合多组分纤维以约400～3000psi的水压实施水力缠结，其中缠结处理使单一多组分纤维的各个区段分裂为微纤维，并进而使各种纤维缠结成为一体化非织造纤网。该非织造纤网包含由热塑性多组分纤维及微纤维组成的缠结纤网，并包含占纤网表面面积约5～约50%的部分地破坏的粘合区。

Description

缠结非织造布及其制造方法

发明领域

本发明涉及非织造布。更具体地说，本发明涉及由可分裂多组分纤维制成的非织造纤网及其制造方法。

发明背景

多组分纤维以及对多组分纤维实施细纤化处理以形成细纤维的方法在技术上是已知的。多组分纤维亦称为“共轭纤维”或“可细纤化纤维”，包含至少2种沿断面占据界限鲜明的、沿纤维长度基本上全长的组分。它们的典型制造方法是：同时并连续地经纺丝板的纺丝板孔挤出多种熔融成纤聚合物，从而成形为单一长丝的丝束。共同构成多组分纤维的各个组分的组合物通常选自不相同的聚合物，即它们彼此不相溶混，而且具有不同收缩系数、不同溶解特性和/或其他迥然不同的物理性质。就此而论，用于各个组分或区段的聚合物的选择，还常常受到为使相邻区域分离所需性质的限制。

一种已被用来使单一多组分纤维细纤化的方法是设法使各组分产生彼此不相同的膨胀和收缩。这将造成多组分纤维分裂为2根或更多根分别由其个别组分组成的纤维。例如，授予Nishida等人的美国专利3,966,865公开了由多组分纤维成形合成纤维状结构的方法，纤维中单独的组分可包括聚酰胺以及，或者聚酯、聚烯烃或者聚丙烯腈。聚酰胺组分通过以醇，诸如苯甲醇或苯乙醇之类的水溶液处理，便发生膨胀和收缩，从而导致纤维分裂。类似地，授予Mathes等人的美国专利4,369,156公开了一种用比纤维中的共聚酰胺软化点低10～20℃的液体或水蒸气进行处理使共聚酰胺与聚酯的多组分纤维分裂的方法。这种处理导致聚合物间不同的收缩，并因而导致纤维分裂。然而，采用此类方法的分裂可造成的细纤化程度低和/或不均匀，乃至纤维或非织造布丧失诸如柔软和蓬松等希望的特性。另外，此种方法还常常要求复杂而冗长的加工过程，而这又可能产生需额外花费才能处置掉的副产物。

另一种用来使多组分纤维各个组分分裂的方法是，将不相容成纤聚合物共挤出为同一根纤维，然后，将一种组分溶解从而释放出不溶解的组分。例如，授予Dugan的美国专利5,405,698描述了一种由--多根不溶于水的聚烯烃长丝，周围包围着水溶性聚合物一组成的多组分纤维。此种配置通常被称之为“海/岛”型纤维。此种多组分纤维经以水处理，从而使水溶性聚合物溶解，便释放出一根根不溶于水的聚烯烃长丝。类似地，授予Park等人的美国专利4,460,649描述了一种多组分纤维，它由呈扇形(楔形或橘瓣状)排列的聚酰胺和聚酯组成，其外面由一种外层组分包围着，而该外层组分同时也是芯组分的一部分。该外层组分可通过化学方法除掉，例如以酸或碱进行处理，而剩下的组分则通过膨胀剂彼此分离。但是，按照这样的方法实现分裂常常要使用本身既不经济又会产生相当数量为环境所不欢迎、处理起来成本又高昂的聚合物和/或溶剂。加之，此种方法会使得纤维因化学处理而丧失其可人的特性，如柔软性。还需指出的重要一点是，此类方法本身注定要造成因要从原来多组分纤维中除掉相当一部分聚合物材料而带来的整个体积上的相当损失。

可见，存在着对某种由可分裂多组分纤维制造非织造布的方法以及使多组分纤维细纤化的方法的需要，这种方法应不破坏或伤害聚合物纤维和/或由此制成纤网的要求特性。还存在对这样的方法的需要，它允许在可分裂多组分纤维中选用范围更加广泛的相容聚合物。另外，还希望由此而制造出的非织造布和制品，包含耐久的微纤维，有柔软织物般的手感、良好的蓬松性、高遮盖性(遮光性)、良好的阻隔性和改进的水力缠结(水刺)加工特性。

发明概述

本发明通过提供如下的非织造布生产方法满足了上述种种需要并克服了本领域技术人员所遇到的种种问题，该方法包括以下步骤：(a)成形一种多组分纤维的底布，其中多组分纤维由至少2种组分构成，其中每一种组分均部分地暴露在多组分纤维的外表面上；(b)将所述底布的多组分纤维粘合；以及随后(c)使多组分纤维的粘合底布发生缠结，其间单独组分从多组分纤维中分裂出来，进而其间该多组分纤维与由多组分纤维分裂出来的各个组分相互缠结起来，形成缠结非织造布。在另一方面，该粘合过程可包括对多组分纤维底布表面面积的至少约5％，最好对底布表面面积的约5～约50％，实施热或超声波粘合。粘合多组分纤维底布的缠结，可采用对纤维实施水力缠结来达到；任选地，可对多组分纤维实施多次缠结处理，例如使粘合多组分纤维底布的每一面均受到水力缠结处理。多组分纤维的各个区段或组分占据界限鲜明的断面部分或“区”，且在一个方面，可包含许多橘瓣状的区域。在另一方面，各个组分可包含彼此亲和性弱且彼此不相溶混的可熔纺材料，如聚烯烃与非聚烯烃，不过，具有彼此容易粘附倾向的材料，只要加入适当的润滑剂或滑爽剂，也可使用。

本发明的另一方面提供一种非织造纤网，它包含连续多组分热塑性纤维的缠结纤网，其中所述多组分纤维中至少一部分已分裂为单独的组分。该缠结纤网可包含粘合区域，粘合区占据纤网表面积的至少约5％。粘合区域的至少一部分已被破坏，其中所述粘合区内的连续纤维的一部分已与所述粘合点分离。非织造纤网较好具有占纤网表面积的约5～约50％的粘合面积，更好占纤网表面积的约10～约30％。另外，非织造纤网所具有的粘合区域是许多沿着纤网的基本上全部表面上分布的不连续的区。

附图简述

图1～5是适用于本发明的范例多组分纤维的断面图。

图6是具有未暴露在多组分纤维外表面的并且各区段界面不明确的多组分纤维断面图。

图7是制造本发明非织造布的范例生产线的示意图。

图8A～10A以及8B～10B分别是水力缠结之前对非织造布进行粘合形成的代表性非织造纤网未粘合区和粘合区的SEM(扫描电子显微镜)(放大100倍)照片。

图11～13是水力缠结之前未进行粘合的非织造纤网有代表性部分的对比用SEM(放大100倍)照片。

图14是缠结前经过粘合的水力缠结纤网以及缠结前未粘合的水力缠结纤网的密度对能量冲击积的曲线。

图15是缠结前经过粘合的水力缠结纤网以及缠结前未粘合的水力缠结纤网的透气性对能量冲击积的曲线。

图16是缠结前经过粘合的非织造纤网的尼龙-6/LLDPE(线型低密度聚乙烯)、聚丙烯/LLDPE以及聚丙烯/聚丙烯双组分纤维在Cup Crush试验中的载荷对能量冲击积曲线。

图17A和17B是缠结前经过粘合的尼龙-6/LLDPE(线型低密度聚乙烯)、聚丙烯/LLDPE以及聚丙烯/聚丙烯双组分纤维纤网的机器方向(MD)及横向(CD)握持抗张强度对能量冲击积的曲线。

定义

本文所使用的术语“非织造布”或“非织造纤网”是指一种包含由交叉铺置的单根纤维或丝束组成的结构的纤网，而不是以一种如同针织织物中那样排列成可辨认的方式。非织造布的单位重量一般用每平方码材料的盎司数(osy)或每平方米的克数(gsm)表示。

本文所使用的术语“纤维”是，令聚合物通过诸如纺丝板之类的成形孔形成的经拉伸的挤出物。除非另行指出，术语“纤维”涵盖具有有限长度的不连续丝和诸如长丝的连续丝状材料。本发明的非织造布可由多组分短纤维制成。此种短纤维可进行梳理并粘合成形为非织造布。然而，希望的是，本发明非织造布用经过挤出、拉伸并铺置在移动成形表面上的多组分连续长丝制成。

本文所使用的术语“微纤维”是指平均直径不大于约12μm，如平均直径为约3μm～约8μm的小直径纤维。纤维一般还以旦数而论。旦数低表明纤维细，旦数高表明纤维粗或重。例如，15μm聚丙烯纤维的旦数为约1.42(152×0.89×0.00707＝1.415)。

本文所使用的术语“多组分纤维”或“共轭纤维”是指由至少2种聚合物组分制成的纤维。此种纤维通常由各自的挤出机挤出但合在一起纺丝，形成一种纤维。相关组分的聚合物一般彼此不相同，虽然多组分纤维也可包含相近或相同聚合物材料构成的单独的组分。在典型情况下，各个组分排列在沿纤维断面的基本固定、界限鲜明的区内并沿纤维的基本上全长延伸。此种纤维的配置，例如是并列配置、橘瓣配置或其他配置。双组分纤维及其制造方法描述在授予Kaneko等人的美国专利5,108,820、授予Krueger等人的美国专利4,795,668、授予Pike等人的美国专利5,382,400、授予Strack等人的美国专利5,336,552，以及1996年10月30日提交，授予Cook的美国专利申请序列号08/550,042中。此类纤维及构成纤维的各个组分还可具有各种各样不规则的形状，如可见诸于授予Hogle等人的美国专利5,277,976、授予Hills的美国专利5,162,074及5,466,410以及授予Largman等人的美国专利5,069,970及5,057,368。以上的专利和申请均全文收作本文的参考。

本文所使用的术语“热空气刀”或HAK是指对刚刚生产出来的纤网实施粘合，特别是纺粘的方法，以便赋予其足够的整体性，即增加纤网的强度以供进一步加工之需。热空气刀是这样一种装置，它将加热的空气汇聚成一股流速非常高的气流，一般为约1000～约10000英尺每分钟(fpm)(305～3050米每分钟)或更高，特别是约3000～5000英尺每分钟(915～1525m/min)，并指向成形后的非织造纤网。该空气温度通常处于纤网中使用的聚合物中至少一种的熔点范围内，就纺粘法中经常使用的热塑性聚合物而言，一般在约200～550F°(93～290℃)之间。对空气温度、速度、压力、体积(流量)及其他要素进行控制有助于避免对纤网的损伤，同时又可加强其整体性。HAK工艺在许多要素，如空气温度、速度、压力、体积、狭缝或孔的排列及尺寸，以及从HAK进气增压处到纤网的距离等方面拥有大范围的可变性和可控性。HAK还描述在授予Arnold等人的、于1994-12-22提交并转让给与本文同一受让人的美国专利申请序列号08/362,328中；其全文收作本文的参考。

本文所使用的术语“穿透空气粘合”或“TAB”是指一种对非织造双组分纤维纤网实施粘合的方法，在粘合中，使温度足以将构成纤网纤维的聚合物之一熔融的空气强制穿过纤网。空气速度可在100～500英尺每分钟之间，停留时间可长达6s。聚合物的熔融和重新固化提供了粘合作用。穿透空气粘合具有相对受限的可变幅度，因为，穿透空气粘合TAB要求至少一种组分出现熔融方可实现粘合，因而诸如共轭纤维的双组分纤维或那些包含粘合剂的纤网中特别有用。在穿透空气粘合机中，温度高于一种组分熔点并低于另一组分熔点的空气从周围的罩子中吹出，穿过纤网并进入到支撑纤网的多孔滚筒中。替代地，穿透空气粘合机可以是一个平坦的设备，强制空气垂直朝下地吹到纤网上。这2种形式的操作条件相似，主要区别在于粘合期间纤网的几何形状不一样。热空气使低熔点聚合物组分熔融，从而在丝与丝之间形成粘合点，使纤网成为一体。

本文所使用的术语“超声波粘合”是指，例如按照授予Bomslaeger的美国专利4,374,888所举出的方法，让非织造布从超声波焊头与砧辊之间通过来完成的方法。

本文所使用的术语“热点粘合”涉及让待粘合纤维的非织造布或纤网从一对或多对诸如加热压花机辊之类加热辊与砧辊之间通过，以实现粘合。压花机辊带有某种形式的图案，以便使非织造布不是沿其整个表面都发生粘合，而砧辊则通常是光面的。结果，开发出各种各样的压花机辊以便既达到功能的也达到美观的目的。一个例子是Hansen和Pennings型或“H&P”图案，当新的时候粘合面积为30％，每平方英寸有约200个粘合点，正如授予Hansen和Pennings的美国专利3,855,046中所描述的，其全部内容收作本文的参考。H&P花纹具有方块形的点或针状粘合区，其中每个针的侧边尺寸为0.038英寸(0.965mm)，针与针之间的间距是0.070英寸(1.778mm)，粘合深度0.023英寸(D.584mm)。形成的花纹，当新的时候具有约29.5％的粘合面积。另一种典型的点粘合花纹是扩展型Hansen和Pennings型，或“EHP”粘合图案，它新的时候能产生15％的粘合面积，其方块形针侧边尺寸为0.037英寸(0.94mm)，针间距0.097英寸(2.464mm)，深度是0.039英寸(0.991mm)。另一种叫做“714”的典型点粘合花纹具有方块针粘合区，其中每个针的侧边尺寸是0.023英寸，针与针的间距为0.062英寸(1.575mm)，粘合深度是0.033英寸(0.838mm)。产生的花纹，当新的时候具有约15％的粘合面积。又一种常用花纹是C-Star花纹，其粘合面积，当新的时候为约16.9％。C-Star花纹间或被伸出的星形隔断，带有横向条纹或“灯芯绒”花纹。其他常见的花纹包括菱形花纹，由重复和略微偏置的菱形组成，新的时候粘合面积为约16％，以及波浪线花纹，看上去类似窗纱，新的时候粘合面积为约19％。

本文所使用的术语“聚合物”一般涵盖但不限于，均聚物、共聚物如嵌段、接枝、无规及交替共聚物、三元共聚物等，及其共混物和改性物。还有，除非另行指明，术语“聚合物”将涵盖所有可能的分子几何构型。这些构型包括但不限于，全同立构、间同立构及无规对称体。

本文所使用的术语“机器方向”或MD是指沿布料被生产出来的方向的布料长度。术语“机器横向”或CD是指布料的幅宽，即通常垂直于MD的方向。

本文所使用的术语“服装”是指任何可穿戴的非医疗用途类衣物。这包括工业工作服及连衣裤防护服、内衣、裤子、衬衫、夹克、手套、袜子等。

本文所使用的术语“感染控制制品”是指医疗用途的物品，如手术罩衫和挡帘、面罩、头罩如bouffant帽子(向外膨起的发套)、手术帽和头套，鞋类如鞋套、靴子罩及拖鞋，伤口敷料、绷带、消毒包布、揩布、诸如实验室罩衫、连衣裤、围裙和夹克之类的服装，病床卧具、担架及童车或摇篮单子、工业蓬盖布等。

本文所使用的术语“个人护理用品”是指尿布、训练裤、吸收性内裤、成人失禁用品及妇女卫生用品。

发明详述

大致地说，本发明方法包括下列步骤：成形多组分纤维及粘合该纤维层以制成多组分纤维的粘合底布。该多组分纤维粘合底布随后可接受缠结处理，从而形成高度一体化的非织造纤网，其中各个组分的相当一部分从单一多组分纤维中分裂出来。

在制造对本发明最有用的多组分纤维的过程中，共同构成单一多组分纤维的各个区段或组分，沿着多组分纤维的纵向以某种方式保持粘附在一起，使得多个组分或区段构成单一多组分纤维外表面的一部分。换句话说，多个区段和组分暴露在沿着多组分纤维全长的部分外周边上。例如，参考图1，其中表示出一根单一多组分纤维10，它具有并列的配置，第一区段或组分12A形成多组分纤维10外表面的一部分，第二区段或组分12B形成多组分纤维10外表面的其余部分。一种特别有用的配置，如图2中所示，有许多沿径向延伸的楔子形状(橘瓣)，这些橘瓣，指区段的横截面，在多组分纤维10的外表面处比在多组分纤维10的内部要宽。在一个方面，多组分纤维10可包含一系列由不同聚合物材料构成的交替排列的单个楔形区段或组分12A和12B。

除了圆形纤维截面之外，多组分纤维还可包含其他的形状，如正方形、多叶形、带状和/或其他形状。另外，请参考图3，还可使用包含围绕空心16排列的交替扇形区14A和14B的多组分纤维。在另一个方面，见图4中所示，适用于本发明的多组分纤维10可包含单独的组分18A和18B，其中第一区段18A包含沿径向伸出的多个臂19的单丝，19分割出许多另一种区段18B。虽然在组分18A与18B之间应发生分裂，但是在各个叶或臂19之间却不发生分裂，因为，中心核20将各个臂19连接在一起了。因此，为了获得更为均一的纤维，通常希望各个区段或组分不具有粘合性中心核。在进一步的方面，即参见图5，构成多组分纤维10的交替区段12A和12B可贯通整个纤维断面延伸。正如下面将要讨论到的，这许多单个组分可以包含2种或更多种不同材料，也可以包含相同或相近的材料。

这些单独的区段，虽然形状各异，优选具有沿纤维断面的鲜明的边界或区。成形为中空纤维型多组分纤维对某些材料来说是优选的，以便防止相同材料的区段在多组分纤维的内部接触点处粘合或熔结。而且，如上所述，还优选的是，这些形状应很好地界定或“界限分明”，就是说，相邻的区段各自沿多组分纤维外表面不重叠。例如，参见图6，其中表示出交替区段22A和22B，其中区段22B的部分“包裹”着相邻区段22A的外部。这样的重叠常常会阻碍和/或阻止了各个区段的分裂，特别是22A完全被相邻区段22B吞没的情况。因此，优选避免出现“包裹”，且最好形成很好地界面或鲜明的形状。

在制造界定得很好的区段形状的过程中，已发现，选择彼此粘度匹配的相关热塑性材料有助于防止出现上面讨论的“包裹”现象。这可通过若干不同的途径来达到。例如，相关材料的温度可选择在各自熔融范围或加工区间相反的一端；例如，当成形尼龙和聚乙烯橘瓣状多组分纤维时，聚乙烯可加热到接近其熔融范围的下限，即大约390℃，而尼龙则加热到接近其熔融范围的上限温度，大约是500℃。就此而论，一种组分在进入到纺丝组件时的温度可低于纺丝组件的温度，以便可以在接近其加工范围下限的温度进行加工，而另一种材料则可以以能够保证其在自己加工范围的上限接受加工。另外，技术上已知，还可使用某些添加剂，以便根据需要降低或提高聚合物材料的粘度。

本领域技术人员懂得，对一种直径小的，例如15μm的而且本身又包含许多单独区段的多组分纤维实施细纤化处理，将生成包含大量细纤维的纤网。本领域技术人员懂得，本发明的这个特点使得能够创造出包含纺粘微纤维的纤网来，而这是特别有意义的，因为，与熔喷纤维不同，在典型情况下纺粘纤维无法纺到直径小于约12～15μm。另一个要指出的重要一点是，本发明方法可以用于纺制所包含的各个区段及其相关的聚合物材料彼此相距甚远的多组分纤维。各个区段的体积比竟然可以变化到95∶5，虽然80∶20或75∶25可能更容易制造。例如，参见图3，单独区段14A和14B彼此在尺寸(纤度)上相距甚远。在采用比例变化幅度如此大的情况下仍能够达到良好的分裂，对获得低成本纤网常常是重要的。关于这一点，假如一种构成区段的聚合物比组成其余区段的聚合物显著地贵，则可通过降低与之相应区段的尺寸来减少昂贵聚合物材料的用量。

已知有各种各样聚合物材料适用于制造多组分纤维，而所有这些材料相信也都适合本发明的使用。例子包括但不限于，聚烯烃、聚酯、聚酰胺，以及其他可熔纺和/或成纤聚合物。可用于实施本发明的聚酰胺可以是任何为本领域技术人员已知的聚酰胺，且包括其共聚物和混合物。聚酰胺及其合成方法可见诸于《聚合物树脂》，Don E.Floyd著(国会图书馆目录号66-20811，Reinhold出版公司，NY，1966)。商业上特别有用的聚酰胺是尼龙-6、尼龙66、尼龙-11及尼龙-12。这些聚酰胺可从多处来源获得，如Emser Industries of Sumter，南卡罗莱纳(Grilon&Grilamid尼龙)及Atochem公司，聚合物分部，Glen Rock，新泽西(Rilsan尼龙)等等。有许多市售聚烯烃可供生产纤维使用，例如，聚乙烯，如陶氏化学公司的ASPUN6811A LLDPE(线型低密度聚乙烯)、2553LLDPE、25355及12350高密度聚乙烯，便是这类合适的聚合物。成纤聚丙烯包括埃克森化学公司的EscorenePD3445聚丙烯及Himont化学公司的PF-304。除了上面列举的之外，尚有大量其他合适的成纤聚丙烯也有市售供应。

虽然适用于熔融纺丝或其他多组分纤维制造方法的材料不胜枚举，但是，鉴于多组分纤维要包含2种或更多种材料，本领域技术人员懂得，特定的材料可能不都适合与所有的其他材料一起使用。在一个方面，占据多组分纤维个别区段的材料组合物，在选择时应考虑到它与相邻区段材料的相容性。就这种意义上说，占据各个区段的材料不应与占据相邻区段的材料互相溶混，并希望二者之间彼此的亲和性不好。选择在加工条件下彼此有显著粘附倾向的聚合物材料，会增加区段分裂所需要的冲击能量，并可能会降低单一多组分纤维的各个区段间达到的分裂程度。因此，希望的是，相邻区段包含不相似的材料。例如，相邻区段通常可包含聚烯烃与非聚烯烃；优选的组合包括下列材料的交替组分：尼龙-6与聚乙烯；尼龙-6与聚丙烯；聚酯与HDPE(高密度聚乙烯)。其他据信适用于本发明的组合包括：尼龙-6与聚酯；聚丙烯与HDPE。但是，本领域技术人员懂得，聚烯烃与非聚烯烃的某些组合可能在纺丝后不容易加工，例如多组分纤维彼此粘附在一起形成“绳子”。会出现此类加工问题的材料组合的例子包括：聚酯与聚丙烯；聚酯与LLDPE(线型低密度聚乙烯)。

采用具有较高相互亲和性的聚合物材料，在一种或多种聚合物材料中加入了润滑剂或“滑爽剂”，在本发明中可能是有用的。在聚合物配方中加入滑爽剂可防止在制造单一多组分纤维期间相关材料彼此粘附。此种润滑剂的例子包括但不限于：在聚合物配方中加入约0.5～约4.0wt％SF-19，即一种硅氧烷聚醚，PPG工业公司，匹兹堡，PA，出品，或约250～1000ppmDYNAMAR FX-5920，它是一种氟化碳表面活性剂，由3M公司，圣保罗，MN供应。技术上还知道其他可用于可分裂短纤维的表面活性剂和润滑剂，且据信也适用于本发明的使用。另外，本发明还可与其他分裂技术如在美国专利申请序列号08/484,365(1995-06-07提交)中所描述的技术联合使用，该技术采用热水介质分裂共轭纤维，兹将其全文收作本文的参考。

多组分纤维目前已经被加入到针织和机织合成织物中去了。但是，将可分裂多组分纤维，特别是连续纤维，加入到一体化的非织造纤网中去，却存在相当大的困难。多组分纤维的水力缠结常常造成单一多组分纤维分裂为其单独区段的分裂情况不良，致使制成的纤网具有高透气性和低阻隔性。另外，当采用水力缠结使多组分纤维分裂时，部分获得的纤网可能会和水力缠结设备的金属丝网绞在一起。此种问题会损伤纤网和/或会由于妨碍将非织造布从设备上取下而降低了生产速度。关于这一点，已发现，通过在缠结前对连续单一多组分纤维实施粘合，可使获得的非织造纤网具有更高程度的纤维分裂，并从而改善触感和物理特性。况且，通过粘合使纤网整体性进一步提高还可显著减少和/或消除因多组分纤维缠绕在水力缠结设备上而带来的问题。

技术上已知有大量用于粘合热塑性纤维的方法；例子包括热点粘合、HAK、TAB、超声波焊接、激光束、高能电子束和/或粘合剂等方法。在优选的实施方案中，多组分纤维之间粘合的形成，可采用使多组分纤维从加热花纹辊筒之间穿过以形成热点粘合来实现。一种粘合花纹的例子是H&P粘合花纹，其上的针密度使得，当针头接触到光滑砧辊时可产生占纤网表面面积的约25～30％粘合面积。热点粘合可按照上述Hansen和Pennigs的专利实施。然而，本文所描述的大量其他粘合花纹中任何一种也均可用于本发明，虽然希望的是，花纹辊筒能沿多组分纤维底布的整个表面面积产生均匀分布的粘合点密集图案。在另一个方面，希望的是，粘合部分能覆盖底布表面面积的至少约5％，更希望覆盖表面面积的约5～约50％，最希望表面面积的约10～约30％。

虽然热点粘合是优选的，但是本发明也设想到可采用其他能在单一多组分纤维之间产生粘附的粘合形式。正如本领域技术人员所知道的，所要求的花纹也可替代地采用超声波焊接、激光束、高能电子束以及其他技术上已知的在聚合物纤维之间产生纤维间粘合点的方法达到。在这方面，据信，可采用例如喷洒或印刷的方法将粘合剂施涂到多组分纤维底布上，然后活化以提供诸如在纤维交叉点处的所要求的粘合。希望的是，粘合剂沿基本上整个纤网表面施涂成一种细密的图形，例如类似于本文在上面所描述的图形。有多种多样的粘合剂和将粘合剂施涂到非织造纤网上的方法在技术上是熟知的。

使纤维缠结以形成非织造纤网方法在技术上是熟知的，例子包括水力缠结(水刺)或机械针刺。大致地说，水力缠结制造纤维非织造纤网的原理是，利用细小、高压、柱状的射流使纤维重新分布和互相缠绕从而为纤网提供强度和整体性。水力缠结与机械针刺相类似，只是，它利用水的射流刺入，而不是针，来完成纤维的缠结。完成水力缠结的方法可采用传统水力缠结法和设备，例如描述在授予Evans的美国专利3,485,706中，同时其全文收作本文的参考。水力缠结的方法还报道在Honeycomb Systems公司，Biddeford，Maine的文章中，题为“非织造布的旋转水力缠结”，转载自《第86届国际先进成形/粘合技术会议评述》，在此，也全文收作本文的参考。

本发明的水力缠结可采用任何一种合适的工作流体，例如水。工作流体通过喷嘴前的集流腔被均匀分配到一系列单独的孔。这些孔的直径例如可为约0.003～约0.015英寸，并排列成一排或多排，每排孔数不限，例如每英寸40～100孔。还可采用许多其他集流腔配置方式，例如可采用一个集流腔，或者采用多个相继地排列。粘合的多组分底布可一边由多孔支撑物承载着，一边接受来自喷射器件的液体射流的处理。支撑物可以是开孔金属网或成形金属丝网。支撑物还可带有图案，以便使形成的非织造材料上面带有相应图案。纤维缠结可利用朝支撑物上的粘合底布表面喷射细小、基本呈柱状的液体射流来达到。支撑物上的粘合底布接受沿幅宽来回移动的射流喷射，直至纤维变得无规地缠结和互相缠绕。

压力水流的冲击还会导致构成单一多组分纤维的各个区段或组分发生分裂。粘合底布还可以以其一面或2面数次通过水力缠结设备。水力缠结采用的“能量冲击积”较好为约0.002～约0.15，更好约0.002～约0.1，或约0.005～约0.05。能量和冲击力可按下式计算：

E＝0.125(YPG/sb)及

I＝PA，其中

Y是每线英寸的孔数；

P是集流腔中液体的压力，单位p.s.i.g；

G是体积流率，单位立方英尺/分钟/孔；

s是纤网在射流下通过的速度，英尺/分钟；以及

b是生产的非织造布的单位重量，单位osy(每平方码的盎司数)；以及

A是每平方英寸射流的横截面面积。

能量冲击积是E×I，单位是马力-小时-磅力/磅质量(HP-hr-1b-力/1bM)。希望的是，生成本发明水力缠结纤网的过程涉及采用约400～3000psi，更希望约700～1500psi的水压。

对粘合多组分纤维底布实施缠结处理将使得单一多组分纤维发生分裂。另外，缠结过程还会部分地破坏粘合多组分纤维底布内的粘合区。正如上面已指出的，希望通过调节缠结处理中喷嘴的数量、布局和压力的配置使得所提供的能量冲击积至少为约0.002，因为，冲击能量太低，往往不能产生要求的分裂程度。然而，采用可行的最低能量冲击积，特别是较低的水压，是可取的，因为这样所需要的能量和流体循环量将少得多，从而可降低生产成本。在这种意义上，本发明方法通常允许以比类似的未粘合纤网相对较低的能量冲击积和/或水压来达到较大程度的纤维分裂。另外，能以较低的冲击能量达到较好的分裂，就意味着可在同样的水压下采用较高的生产速度。虽然使特定多组分纤维分裂所需要的压力将取决于许多因素，但值得注意的是，通过形成较高质量横截面形状的区段和/或通过选用不容易彼此粘附的相邻区段聚合物材料，可以达到以较低的水压实现相当多的分裂。另外，较高程度的分裂还可部分地依靠对粘合多组分纤维实施2次或更多次缠结处理来达到。已发现，使多组分纤维粘合底布的每一面都接受缠结处理能够显著提高分裂的程度。因此，希望的做法是：让粘合多组分纤维底布在缠结设备下面通过至少一遍，其中水射流朝着第一面冲击，然后，再通过一遍，这次，水喷嘴朝着粘合底布的反面冲击。

在粘合多组分底布被缠结为一体化的非织造纤网之后，可采用穿透空气干燥机和/或干燥滚筒使之干燥，并卷绕在卷取机上。有用的干燥方法和设备例如可见诸于美国专利2,666,369和3,821,068。

参见图7，图中表示出一种用于生成本发明非织造纤网的生产线30。在料斗32A和32B中分别装入聚合物组分33A和33B。随后，聚合物组分经过熔融并由各自的挤出机34A和34B挤出，流经聚合物管道36A和36B一直送到纺丝组件38。纺丝组件对本领域技术人员来说是熟悉的，一般地包括壳体，其中装有许多彼此重叠码放的分配板，分配板上开有按一定图形排列的孔，从而构成引导聚合物组分按需要流动的流路。离开纺丝组件38之后纤维便通过纺丝板挤出。随着挤出的丝束在纺丝板下方被拉伸，来自骤冷风机40的空气流对多组分丝束42实施骤冷。丝束42被吸入纤维拉伸单元或吸丝器44，并在真空48的帮助下从外出口出来落到移动的成形表面46上，结果形成未粘合多组分纤维层或底布50。未粘合多组分纤维底布50可通过压实辊52稍许压实，随后进行粘合，例如由粘合辊54进行热点粘合，从而形成粘合的多组分纤维层或底布55。粘合的底布55随后由多孔支撑56承载着接受来自喷嘴装置58的液体射流的水力缠结处理。可以看出，该过程可方便地加以修改以便在一条连续生产线上实现对粘合底布纤网55每一面实施处理。粘合底布55经过水力缠结之后，可通过干燥滚筒60进行干燥，并卷绕在卷取机62上。

本发明的方法，在一个方面，能够生产出包含由连续多组分热塑性纤维构成的缠结纤网的非织造纤网，其中至少一部分多组分纤维的单独组分已从多组分纤维中分裂出来。缠结的纤网可包含占纤网表面面积的至少约5％粘合面积，且其中粘合区中一种或多种连续纤维与丝束粘合点是分开的。希望该非织造纤网的粘合面积占到纤网表面面积的至少约5～约50％，更希望占到纤网表面面积的约10～约30％。另外，非织造纤网的粘合区域可以是沿着纤网基本上整个表面分布的许多不连续的区。由于本发明的特性，成品非织造布的这些粘合区至少是部分地被破坏的。部分破坏了的粘合区变成不连续的，并常常包含连续的纤维贯穿于它们之间。

缠结纤网之所以具有织物似的感觉和改善的阻隔性，是由于缠结作用和纤维分裂形成的细纤维造成的。虽然是粘合的，但是成品非织造布比预缠结的粘合纤网相比在柔软性上有了显著提高。该非织造布的柔软性，按照本文下面描述的“杯形试样压扁试验”测定，比传统非织造布柔软性好至少约1/3，优选好约50％或更多。而且，这种柔软性提高的取得并不以阻隔性或遮光性的显著损失为代价。另外，在获得要求的柔软性和阻隔性的同时又大体上保持了粘合底布的强度。因此，要指出的重要一点是，本发明能够制成2种不同类型聚合物的微纤维的纤网并具有上述特征，同时不需要制造三组分纤维或使用滑爽剂。

可以看出，该非织造布的纤维可包含传统的添加剂或实施进一步的处理以赋予希望的特性，如润湿剂、抗静电剂、填料、颜料、紫外稳定剂、防水剂等等。还可以看出，也可在该非织造纤网中加入附加的材料或组分以改善纤网或改变其功能，例如通过加入纸浆、活性炭、粘土、超吸收剂材料、淀粉等来实现。有关这方面可参见，例如授予Everhart等人的有关高纸浆含量水力缠结非织造纤网的美国专利5,284,703和5,389,202。

由于本发非织造布材料所具有的有益特性，该非织造材料具有广泛的用途，包括：可洗涤、可重复使用的布料；可重复使用或用即弃尿布，包括用于镜头、玻璃或金属印刷前的表面特殊清洁用品；服装，例如在使用Morrell等人的与本发明为同一受让人的美国专利4,823,404中所描述的；个人护理用品；以及感染控制用品，如SMS(纺粘-熔喷-纺粘)消毒包布，参见授予Brock等人的与本发明同一受让人的美国专利4,041,203，在此均一并全文收作本文的参考。本发明的非织造布还可用作阻隔布料；例如，该缠结纤网可层合到不透液微孔薄膜上，例如可参见授予Sheth的美国专利4,777,073。虽然该缠结非织造布可采用诸如热点粘合或超声波粘合之类的方法层合到微孔薄膜上去，但是，采用粘合剂，优选按图案施涂粘合剂，通常将是优选的，因为这样，可保持缠结纤网的柔软性和其他有益的触感特性。

测试方法

杯形试样压扁(压杯)：非织造布的柔软性可按照“压杯”试验来测定。压杯试验是通过测量一个4.5cm直径的半球形压脚将杯形试样压扁所需要的峰值载荷(亦称为“杯形压扁载荷”或就称为“压杯”)，来评价布料的柔软性的，其中该试样是一块23cm×23cm的布，被做成直径约6.5cm，高6.5cm的倒置的杯子形，同时杯形试样周围由大约6.5cm直径的圆筒包围着以便保持杯形布样均匀地变形。采用10次读数的平均值。将压脚与杯子对齐以避免杯子壁与压脚之间的接触，因为这会影响到读数。在压脚以大约0.25英寸每秒(380mm/min)的速度下降的同时测定峰值载荷，并以克为单位。压杯试验还给出将试样压扁所需要的总能量(“压杯能量”)，它是从试样开始直至峰值载荷点，即由一个轴上的载荷克数与另一轴上压脚移动的距离毫米数构成的曲线下方面积所表示的能量。因此，压杯能量是以g-mm为单位给出的。压杯能量低，表明层合物较为柔软。适合测定杯子压扁的装置是FTD-G-500型载荷传感器(500g量程)，由Schaevitz公司，Pennsauken，NJ，提供。

握持抗张试验：握持抗张试验是非织造布在单轴应力作用下的断裂强度和伸长或应变的度量。该试验在技术上是已知的，它符合联邦试验标准191A，方法5100的规定。结果以断裂时的磅数和断裂前伸长百分数表示。数值高，表明非织造布越结实，更经得起抻拽。术语“载荷”是指拉伸试验中将试样拉断或破裂所需要的最大载荷或力，以重量单位表示。试样“应变”或“总能量”表示载荷-伸长曲线下方的以重量-长度单位表示的总能量。术语“伸长”是指试样在拉伸试验期间长度的增加。握持抗张强度和握持伸长的数值，是在规定布样宽度，通常为4英寸(102mm)，规定的夹具宽度和恒定拉伸速度条件下测定获得的。当试样比夹具宽出时，获得的结果代表被夹紧部分纤维的有效强度加上由布样中相邻纤维贡献的强度之和。例如，试样在一台Instron型号TM的机器上(Instron公司，2500Washington St.，Canton，MA02021)，或者Thwing-Albert，INTELLECT II型(Thwing-Albert仪器公司，10960Dutton Road，费城，PA19154)上，用3英寸(76mm)长的2个平行夹子夹紧。

Frazier透气性：布样或纤网对空气的透过性的一种度量是Frazier透气性，它是根据联邦试验标准191A，方法5450(1978-07-20)进行，并以3个试样读数的平均值给出的。Frazier透气性测定透过纤网的空气流率，以立方英尺空气/平方英尺纤网/分钟，或CFM为单位。

实例1

尼龙-6(透明Nyltech#2169)及含有1％二氧化钛的聚丙烯粒料(EscorenePD3445，购自埃克森化学公司)，分别加入到第一和第二挤出机料斗中。物料在挤塑螺杆的旋转推动作用下沿着挤出机前进，此间经过多个不连续的加热区使温度逐步升高从而逐渐加热到熔融状态，加热区的温度，对尼龙-6和聚丙烯分别为：400/360、480/380及500/400。纺丝组件温度设定在500℃，2种纺丝泵分别在500/400℃。纺丝组件的构造使得生产出的多组分纤维由16个橘瓣区段组成，如图2中所示。多组分纤维从纺丝板毛细孔中挤出，由拉伸装置以75psi(磅/平方英寸)的吸丝气压从纺丝板拉出，并受到骤冷。多组分纤维在真空的帮助下沉积在以8.5英尺/分的速度移动的多孔移动表面上，接着卷绕在卷取机上。该纺粘材料的未粘合层的单位重量为约2.0osy(约68gsm)。

多组分纤维的未粘合底布以25英尺/分的速度退绕并从H&P辊筒与砧辊之间穿过，二辊均加热到278°F并设定为可提供75pli(磅/线英寸)的载荷。未粘合底布经过热点粘合并卷绕在卷取辊上。粘合的底布随后再次退绕，然后接受水力缠结设备的水力缠结处理，该设备包括每英寸40孔、直径0.005英寸的单排水喷嘴。非织造布的通过量为约0.7pih(磅/英寸宽度/小时)，生产线速度为10英尺/分。水压为400psi，造成的初始能量冲击积为约0.001。该粘合底布从水力缠结设备下面第二次通过，让第二面接受喷射，产生的总能量冲击积为约0.002。获得的非织造布的SEM照片示于图8A和8B。还用相同的粘合底布按照上面的程序另外实施了水力缠结，其中水压提高到700、1000和1400psi，分别产生0.007、0.018和0.043的总能量冲击积。所获以0.002、0.007和0.043缠结等级的非织造布SEM照片分别示于图8、9和10。获得的非织造布的透气性和密度如图14和15的曲线所示。

实例2

按上面实例1中所描述的方法制备了由尼龙-6与聚丙烯交替橘瓣状区段构成的多组分纤维。所获多组分纤维未粘合底布随后不预先经多组分纤维粘合处理，就以与上面实例1中所描述的水力缠结方法相同的能量冲击积进行缠结。所获以能量冲击积分别为0.002、0.007和0.043的缠结的非织造布SEM照片分别示于图11、12和13。所获布样的透气性和密度示于图14和15。(对应于实例2的非织造布的数据标为“未粘合”)。

对比采用实例1和实例2方法制成的2种纤网的显微镜照片，可以看出，相应的纤网之间存在着明显的差异。具体地说，对比图8A与图11，相应的照片表明，即使在较低的冲击能量下，粘合的底布也发生了多组分纤维分裂，然而，未粘合的底布则没有发生分裂。还有，对比图9A与图12，图10A与图13，随着能量冲击积的提高，纤维分裂的程度也加大。然而，与未粘合的底布相比，粘合底布的分裂程度更有显著的提高。再有，可以看出，(对粘合底布)以较低的水压和较低的能量冲击积所达到的纤维分裂，与采用较高的水压和较高的能量冲击积获得的类似原先未粘合底布不相上下。

另外，参见图8B～10B，该粘合多组分底布的粘合区经过水力缠结处理后被部分地破坏了。而且还可看出，其破坏的程度随着能量冲击积的加大而增加。多组分纤维原来的粘合区域中有一部分从粘合部分分离出来了。然而，尽管已经部分或完全从粘合区分离出来，纤维仍旧保持完好，仍旧延伸到超出粘合区以外。再有，参见图14和15，不同于未粘合材料，粘合的底布仍旧保持了与缠结前底布相类似的透气性，且密度减少的程度也很少。

实例3

分别制备了由(i)尼龙-6与LLDPE；(ii)聚丙烯与LLDPE；以及(iii)聚丙烯与聚丙烯的交替橘瓣状区段组成的16个橘瓣状分区的纤维。配方中没有加滑爽剂。共轭纤维沉积在移动多孔表面上形成层，并采用H&P热点粘合花纹进行粘合。制成的粘合层的单位重量为约1.5osy，相关数据就单位重量的变化做了规格化。然后，相应的各层以不同的能量冲击积进行水力缠结处理。压杯试验的缠结非织造布柔软度对能量冲击积的关系示于图16中。另外，布料MD和CD拉伸强度也通过与能量冲击积的关系作图做了分析，结果如图17A和17B所示。这些曲线表明，可以做到在不显著损伤强度的条件下使非织造布的柔软性品质得到相当程度的改善。还应当注意到，共轭纤维中没有加入任何表面活性剂，而聚丙烯-聚丙烯共轭纤维则很少或没有发生分裂。

虽然已通过本发明具体实施方案的详细描述对本发明做了说明，但是本领域技术人员很清楚，还可对本发明作出各种各样的改变、修改及其他变更，仍不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明旨在对所有此类修改、改变和其他由所附权利要求书涵盖的变更提出权利保护的要求。

Claims (23)

1.一种制造非织造纤网的方法，它包括：

成形连续多组分纤维的底布，所述连续多组分纤维包含多种部分地暴露在该连续多组分纤维外表面上的单独组分；

粘合连续多组分纤维底布表面面积的至少5％，以成形粘合底布；以及其后，

对粘合底布实施水力缠结处理，其中各单独组分的一部分从所述多组分纤维中分裂出来，进而所述多组分纤维与由它分裂出来的所述组分(纤维)发生互相缠结，从而形成一体化的非织造纤网。

2.按照权利要求1的方法，其中对所述连续多组分纤维底布的粘合包括采用选自热及超声波粘合的方法实施花纹粘合。

3.按照权利要求1的方法，其中对所述连续多组分纤维底布的粘合包括占所述连续多组分纤维底布表面面积的约5％～约50％的花纹粘合。

4.按照权利要求2的方法，其中对所述连续多组分纤维底布的粘合包括占所述多组分纤维底布表面面积的约5％～约50％的热点粘合。

5.按照权利要求4的方法，其中对所述连续多组分纤维底布的粘合包括占所述多组分纤维底布表面面积的约10％～约30％的热点粘合。

6.按照权利要求1的方法，其中所述连续多组分纤维底布是通过施涂在连续多组分纤维底布的不连续区上的粘合剂物质粘合的。

7.按照权利要求1的方法，其中对所述粘合底布的缠结包括对粘合底布实施水力缠结。

8.按照权利要求7的方法，它包括对所述粘合底布以至少0.002的能量冲击积实施水力缠结。

9.按照权利要求8的方法，它包括对所述粘合底布以约0.002～0.05的能量冲击积实施水力缠结。

10.按照权利要求7的方法，它包括对所述粘合底布以约400～约3000psi的水压实施水力缠结。

11.按照权利要求1的方法，其中所述多种组分包括尼龙与聚乙烯的交替区段。

12.按照权利要求1的方法，其中所述多种组分包括尼龙与聚丙烯的交替区段。

13.按照权利要求1的方法，其中所述多种组分包括聚酯与高密度聚乙烯的交替区段。

14.按照权利要求3的方法，其中所述多组分纤维包含连续纺粘纤维。

15.按照权利要求4的方法，其中所述多组分纤维包含连续纺粘纤维。

16.按照权利要求10的方法，其中所述多组分纤维包含连续纺粘纤维。

17.按照权利要求10的方法，其中所述组分中至少一种包含热塑性聚合物和表面活性剂。

18.按照权利要求10的方法，其中所述多组分纤维包含连续纺粘纤维，其中对所述多组分纤维底布的粘合包括占所述多组分纤维底布表面面积的5％～50％的热点粘合，且其中对所述粘合底布的缠结包括对所述底布以至少约0.002直至约0.15的冲击能量的水力缠结。

19.一种非织造纤网，包含：

一种包含连续纺粘多组分热塑性纤维及微纤维的缠结纤网，所述连续多组分纤维包含多种部分地暴露在多组分纤维外表面上的单独组分，且所述微纤维包含从所述多组分纤维中分裂出来的单独组分；

所述缠结纤网包含部分地破坏的粘合区，该粘合区占所述纤网表面面积的至少约5％，且其中所述粘合区内连续纤维的一部分从粘合区分离出来。

20.权利要求19的非织造纤网，其中所述粘合区占所述纤网表面面积的约5％～约50％。

21.权利要求20的非织造纤网，其中所述粘合区占所述纤网表面面积的约10％～约30％。

22.权利要求21的非织造纤网，其中所述粘合区是许多沿着所述纤网基本上整个表面分布的不连续区。

23.权利要求22的非织造纤网，其中所述受到破坏的粘合区按照沿基本上整个纤网延伸的规定图案分布。

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