CN113195815A - 阻燃非织造织物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种非织造织物及其制备方法。该非织造织物包括多根无规取向的纤维，该多根无规取向的纤维包含：至少60重量％的氧化聚丙烯腈纤维；以及0重量％至小于40重量％的增强纤维，该增强纤维具有包含熔融温度为100℃至450℃的(共)聚合物的外表面；以及该多根无规取向的纤维上的含氟聚合物粘结剂；其中该多根无规取向的纤维粘结在一起以形成该非织造织物，任选地其中该非织造织物具有一毫米或更小的厚度。

Description

阻燃非织造织物
技术领域
本发明所提供的是非织造织物。所提供的非织造织物可在机动车和航空应用(诸如用于电动车辆的电池仓)中用于热绝缘体和声绝缘体。所提供的非织造织物可特别适用于减小机动车和航空应用中的噪音。
背景技术
热绝缘体减少彼此热接触或在热对流或辐射范围内的结构之间的热传递。这些材料减轻传导、对流和/或辐射的影响，并且因此可有助于将在另一结构附近的结构的温度稳定在显著更高或更低的温度处。通过防止部件在需要高温的情况下过热或避免热损失，热管理对于实现广泛商业和工业应用中所需的功能和性能可能是关键的。
热绝缘体尤其可用于机动车和航空技术中。例如，汽车内燃机在其燃烧循环期间产生大量热量。在车辆的其他区域中，使用热绝缘来保护对热量敏感的电子部件。此类部件可包括例如传感器、电池和电动马达。为了使燃料经济性最大化，希望热绝缘解决方案尽可能薄且重量轻，同时充分保护这些部件。理想的是，这些材料足够耐用以维持车辆的寿命。
从历史上看，机动车和航空技术的发展一直是由消费者对更快、更安全、更安静和更宽敞的车辆的需求驱动的。这些属性必须与对燃料经济性的需求反向平衡，因为对这些消费者驱动的属性的增强一般也会增加车辆的重量。
在能够提供约8％燃料效率增加的车辆重量减少10％的情况下，机动车和航空制造商在满足现有性能目标的同时具有很大的动力降低车辆重量。然而，随着车辆结构变轻，噪音可能变得越来越成问题。一些噪音是由结构振动承载的，其生成传播并传输到空气的声能，从而生成气载噪音。常规地使用由重粘性材料制成的阻尼材料来控制结构振动。常规地使用能够吸收声能的柔软柔韧材料(诸如纤维或泡沫)来控制气载噪音。
随着电动车辆(“EV”)的出现，对合适绝缘材料的需求已经加强。EV采用锂离子电池，这些锂离子电池在限定的温度范围内，更具体地在大约环境温度附近最佳地工作。EV通常具有电池管理系统，该电池管理系统在电池温度显著下降到低于最佳温度时激活电加热器，并且在电池温度上升到显著高于最佳温度时激活冷却系统。
发明内容
用于加热和冷却EV电池的操作可基本上耗尽原本将被引导至车辆动力传动系统的电池功率。正如毯通过在寒冷天气中保存人的体热来提供舒适度一样，热绝缘被动地使在极端温度下保护EV电池所需的功率最小化。
用于EV电池应用的绝缘材料的开发人员面临着巨大的技术挑战。例如，EV电池绝缘材料应表现出低热导率，同时满足用于熄灭或减缓电池火灾蔓延的严格阻燃要求。阻燃性的常见测试是UL-94V0火焰测试。还希望合适的热绝缘体弹性地挠曲并压缩，使得其可容易地插入不规则形状的壳体中并膨胀以完全占据其周围的空间。最后，这些材料应当显示出足够的机械强度和抗撕裂性以有利于在制造过程中进行处理和安装，使得不存在松散的纤维或纤维脱落。
所提供的非织造织物和方法通过使用非织造织物解决了这些问题。非织造织物是阻燃的并且使纤维脱落最小化。增强纤维在加热时可至少部分地熔融以形成具有增强强度的粘结幅材。非织造织物的边缘不需要通过热和压力或其他方式密封。所提供的非织造织物还可具有低流动阻力，从而使非织造织物成为更好的声绝缘体。
在第一方面，提供了一种非织造织物。所述非织造织物包括：多根无规取向的纤维，所述多根无规取向的纤维包含至少60重量％的氧化聚丙烯腈纤维；以及0重量％至小于40重量％的增强纤维，所述增强纤维具有包含熔融温度为100℃至450℃的(共)聚合物的外表面；以及所述多根无规取向的纤维上的含氟聚合物粘结剂；其中所述多根无规取向的纤维粘结在一起以形成所述非织造织物，任选地其中所述非织造织物具有一毫米或更小的厚度。
在第二方面，提供了一种制备非织造织物的方法。所述方法包括：将多根氧化聚丙烯腈纤维与多根增强纤维混合以形成无规取向的纤维的混合物，其中所述多根增强纤维具有包含熔融温度介于100℃和450℃之间的(共)聚合物的外纤维表面；将所述无规取向的纤维的混合物加热至足以熔融所述多根增强纤维的所述外表面的温度；以及向所述无规取向的纤维的混合物施加含氟聚合物粘结剂，由此所述无规取向的纤维的混合物粘结在一起以形成所述非织造织物，任选地其中所述非织造织物具有一毫米或更小的厚度。
附图说明
如本文所提供：
图1至图2为根据各种示例性实施方案的非织造织物的侧面剖视图。
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。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。附图可能未按比例绘制。
定义
如本文所用：
“环境条件”是指在25℃和101.3kPa的压力下。
除非另外指明，否则“平均”意指数均。
“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。
通过以下方式确定非织造织物中的纤维的“中值纤维直径”：诸如通过使用扫描电镜来制备纤维结构的一幅或多幅图像；测量一幅或多幅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”意指相对高分子量的材料，该材料具有至少10,000g/mol的分子量。
“大小”是指给定对象或表面的最长尺寸。
“基本上”意指显著程度，如至少30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或99.999％、或100％的量；
“厚度”意指层或多层制品的相对两侧之间的距离。
具体实施方式
如本文所用，术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本文所述的实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，并且并非旨在将其它实施方案排除在本发明范围之外。
如本文和所附权利要求中所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述”包括复数对象。因此，举例来说，提及“一个/一种”或“该/所述”部件可包括本领域技术人员已知的一个或多个部件或其等价物。另外，术语“和/或”意指所列元件中的一个或全部或者所列元件中的任何两个或更多个的组合。
值得注意的是，术语“包括”及其变型在出现在所附说明书中时不具有限制性含义。此外，“一个”、“一种”、“该”、“至少一个”及“一个或多个”在本文中可互换使用。本文可使用相对术语诸如左、右、向前、向后、顶部、底部、侧面、上部、下部、水平、垂直等，并且如果是这样，则它们来自在具体附图中所观察的视角。然而，这些术语仅用于简化描述，而并非以任何方式限制本发明的范围。
贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”的引用，意指结合实施方案描述的具体特征、结构、材料或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书的多处出现的短语，诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，不是必须指本发明的相同实施方案。在适用的情况下，商品名以全部大写的字母列出。
根据本发明的一个实施方案的非织造织物在图1中示出并在下文用数字100表示。非织造织物100包括具有相对的第一主表面104和第二主表面106。
非织造织物100由多根无规取向的纤维(包括氧化聚丙烯腈纤维108)组成。氧化聚丙烯腈纤维108包括可以商品名PYRON(密苏里州布里奇顿的卓尔泰克公司(ZoltekCorporation,Bridgeton,MO))和PANOX(德国梅亭根的西格里集团(SGL Group,Meitingen,GERMANY))购得的那些。
氧化聚丙烯腈纤维108优选地具有使得纤维能够缠结在非织造织物内的纤维直径和长度。然而，纤维优选地不太薄以至于幅材强度不当地受到损害。纤维108的中值纤维直径可为2微米至150微米、5微米至100微米、5微米至25微米，或在一些实施方案中，小于、等于或大于1微米、2微米、3微米、5微米、7微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、40微米、50微米。
包含长纤维可减少纤维脱落并进一步增强非织造织物沿着横向方向的强度。氧化聚丙烯腈纤维108的中值纤维长度可为10毫米至100毫米、15毫米至100毫米、25毫米至75毫米，或在一些实施方案中，小于、等于或大于10毫米、12毫米、15毫米、17毫米、20毫米、25毫米、30毫米、35毫米、40毫米、45毫米、50毫米、55毫米、60毫米、65毫米、70毫米、或75毫米。
用于形成非织造织物100的氧化聚丙烯腈纤维108可由散纤维制备。可将散纤维放置在拆捆机/混合机的入口传送带上，在拆捆机/混合机中可通过旋转的梳子梳理出散纤维并将它们混合。然后将纤维吹入幅材成形设备中，在该设备中将这些纤维形成为干法成网非织造织物。
作为一个替代方案，可使用SPIKE气流成网成形设备(可从丹麦的FormFiber NV公司(FormFiber NV,Denmark)商购获得)来制备含有这些散纤维的非织造织物。SPIKE设备和使用SPIKE设备形成气流成网幅材的方法的细节在美国专利7,491,354(Andersen)和6,808,664(Falk等人)中有所描述。
可利用具有传送带的两个旋转的销钉辊将散纤维馈送到分体式预拆捆和共混室中。此后，利用鼓风机将散纤维馈送到成形室的顶部。可在室的顶部将纤维材料拆捆并抖松，然后纤维材料穿过上排销钉辊落到达成形室的底部，由此穿过下排销钉辊。然后可通过重力和从多孔形成带/线材的下端施加到成形室的真空的组合将材料在多孔环形带/线材上拉下。
另选地，可在气流成网机中形成非织造织物100。幅材成形设备可例如为可从纽约州马其顿的兰多机器公司(Rando Machine Co.,Macedon,NY)商购获得的RANDO-WEBBER装置。另选地，幅材成形设备可为通过梳理和交叉错叠而不是通过气流成网来制备干法成网幅材的设备。交叉错叠可为水平交叉错叠(例如，使用可从法国塞纳河畔埃尔伯夫的阿斯兰-蒂博公司(ASSELIN-THIBEAU of Elbeuf sur Seine,76504France)商购获得的型材系列交叉错叠机进行)或垂直交叉错叠(例如，使用来自捷克共和国利贝雷茨大学(University of Liberec,Czech Republic)的STRUTO系统或来自瑞士桑特克斯公司(Santex AG of Switzerland)的WAVE-MAKER系统进行)。
如图1中的颜色对比所示，非织造织物包括多根无规取向的纤维上(例如，氧化聚丙烯腈纤维108上)的含氟聚合物粘结剂。多根无规取向的纤维上的含氟聚合物可自粘结，使得含氟聚合物可限制纤维并显著减少纤维脱落。此外，含氟聚合物使得非织造织物能够具有小于0.5的比辐射率。此处，“比辐射率”被定义为在相同温度和波长以及在相同观察条件下从材料表面辐射的能量与从黑体(完全放射体)辐射的能量的比。降低比辐射率有助于降低材料因热辐射而损失热量的程度。用于本专利申请的含氟聚合物粘结剂可包括但不限于THV(四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的聚合物)或四氟乙烯(TFE特氟隆)、六氟丙烯(HFP)和偏二氟乙烯(VDF)。含氟聚合物粘结剂可包括氟化粘结剂，诸如氟化丙烯酸酯。
含氟聚合物粘结剂可通过任何合适的方式(例如，涂覆)施加到多根无规取向的纤维。非织造织物100的含氟聚合物可赋予各种功能和/或美学有益效果。例如，纤维上的含氟聚合物具有增强纤维的效果，从而增加幅材的总体强度。含氟聚合物还可增强对由气载物质粘附到纤维表面而引起的沾污或污染的抗性。
在一些实施方案中，本专利申请的非织造织物具有低流动阻力，例如小于1000瑞利、100瑞利、50瑞利、30瑞利、25瑞利、20瑞利、15瑞利、10瑞利。低流动阻力可使得非织造织物成为更好的声绝缘体，使得声音可穿透OPAN织物并且将被OPAN织物下方的非织造芯层吸收。流动阻力可通过含氟聚合物粘结剂的量来改变。增加含氟聚合物粘结剂的量可提供更高的流动阻力，并且减少含氟聚合物粘结剂的量可提供更低的流动阻力。在一些实施方案中，本专利申请的非织造织物具有高流动阻力，例如高于100瑞利、1000瑞利、或10,000瑞利。高流动阻力可使得非织造织物更好地热绝缘，因为此类高流动阻力有助于阻挡气流传导。
在一些实施方案中，非织造织物100可包括完全或部分地在第一主表面104和第二主表面106之间延伸的缠结区域110。缠结区域110表示两根或更多根离散纤维108已被加捻在一起的位置。这些缠结区域110内的纤维虽然并非物理附接，但也可如此缠绕以致当沿相反方向牵拉它们时，它们都不会分离。在存在缠结区域110的情况下，非织造织物100中的多根纤维沿着垂直于第一主表面104和第二主表面106的方向基本上缠结。
在一些实施方案中，缠结由针钉合过程或水力缠结过程引起。这些过程中的每个过程更详细地描述于下文中。
非织造织物可使用常规的针钉合设备(例如，可以商品名DILO从德国迪罗公司(Dilo of Germany)商购获得的针钉合器与倒刺针(例如，可从威斯康星州马尼托沃克的福斯特制针有限公司(Foster Needle Company,Inc.,of Manitowoc,WI)商购获得)进行针钉合，由此上述基本上缠结的纤维为针钉合纤维。针钉合(也称为针刺)通过使倒刺针阵列重复穿过幅材并且在倒刺针沿着幅材的纤维牵拉时使它们回缩而使垂直于非织造织物的主表面的纤维缠结。
针钉合过程参数(包括所用针的类型、穿透深度和冲程速度)不受特别限制。另外，单位面积的垫上的最佳针钉合数会依据应用而有所不同。通常，用针钉合非织造织物以提供平均至少5次针钉合/cm2。优选地，用针钉合垫以提供平均约5至60次针钉合/cm2，更优选地，平均约10至约20次针钉合/cm2。
与针钉合相关联的另外的选项和优点在别处，例如在美国专利公布2006/0141918(Rienke)和2011/0111163(Bozouklian等人)中有所描述。
非织造织物可使用常规水缠结单元(可从缅因州比德福德的蜂窝系统有限公司(Honeycomb Systems Inc.of Bidderford,Me.)商购获得，也可参见美国专利4,880,168(Randall，Jr.))来进行水力缠结，其公开内容以引用方式并入本文用于教导纤维缠结)。尽管水刺装置的优选液体为水，也可以用其它合适的液体替代水或与水配合使用。
在水缠结过程中，诸如水的加压液体以帘状阵列递送到在液体流下方通过的非织造织物上。垫或幅材由充当传送带的线材筛网支撑。垫馈送到喷丝孔下方的线材筛网输送机上的缠结单元中。根据缠结垫的最终期望外观来选择线材筛网。粗筛网可制备具有对应于筛网中的孔的穿孔的垫，而非常细小的筛网(例如，100目)可制备无明显穿孔的垫。
图2示出了类似于非织造织物100的非织造织物200，其具有相对的第一主表面204和第二主表面206。非织造织物200与先前示例的非织造织物的不同之处在于其包括多根氧化聚丙烯腈纤维208和多根增强纤维216两者。如图2中的颜色对比所示，非织造织物包括多根无规取向的纤维上(例如，氧化聚丙烯腈纤维208上)和增强纤维216上的含氟聚合物粘结剂。
增强纤维216可包括粘结剂纤维，这些粘结剂纤维具有足够低的熔融温度以允许非织造织物200的后续熔融处理。粘结剂纤维通常为聚合物，并且可具有均匀的组成或包含两种或更多种组分。在一些实施方案中，粘结剂纤维是包含芯聚合物的双组分纤维，该芯聚合物沿着纤维的轴延伸并被圆柱形壳聚合物包围。壳聚合物的熔融温度可低于芯聚合物的熔融温度。增强纤维可包括单组分纤维或多组分纤维中的至少一者。在一些实施方案中，增强纤维可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚芳酰胺、聚乳酸。在一些实施方案中，增强纤维可为具有包含聚烯烃的外皮(shealth)的多组分纤维。在一些实施例中，聚烯烃可以是选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚萘二甲酸乙二醇酯以及它们的组合物。
然而，如本文所用，“熔融”是指在升高的温度下纤维或(在双组分壳/芯纤维的情况下)纤维的外表面的逐渐转变，在该升高的温度下聚酯变得足够柔软和发粘以粘结到与其接触的其它纤维，包括氧化聚丙烯腈纤维和具有其相同特性并且如上所述可具有更高或更低熔融温度的任何其它粘结剂纤维。
可用的粘结剂纤维具有包含聚合物的外表面，该聚合物具有100℃至450℃，或在一些实施方案中，小于、等于或大于100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃的熔融温度。
示例性粘结剂纤维包括(例如)具有聚对苯二甲酸乙二醇酯芯和共聚酯外皮的双组分纤维。外皮组分熔融温度为大约230℉(110℃)。粘结剂纤维也可为聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物或共聚物而不是双组分纤维。
粘结剂纤维通过形成三维节点阵列来增加绝缘体200中的结构完整性，其中组成纤维彼此物理附接。这些节点提供宏观纤维网络，该宏观纤维网络增加撕裂强度、拉伸模量、保持最终产品的尺寸稳定性并且使纤维脱落最小化。有利的是，粘结剂纤维的结合可允许减小体密度，同时保持非织造织物的结构完整性，这继而减小重量和热导率两者。
在示例性实施方案中，非织造织物100、200的基重为10gsm至100gsm、15gsm至50gsm、20gsm至30gsm，或在一些实施方案中，小于、等于或大于10gsm、16gsm、17gsm、18gsm、19gsm、20gsm、22gsm、24gsm、25gsm、26gsm、28gsm、30gsm、32gsm、35gsm、37gsm、40gsm、42gsm、45gsm、47gsm、50gsm、60gsm、70gsm、80gsm、90gsm、或100gsm。
在示例性实施方案中，非织造织物100、200的平均体密度为100kg/m3至1500kg/m3、150kg/m3至1000kg/m3、200kg/m3至500kg/m3，或在一些实施方案中，小于、等于或大于100kg/m3、150kg/m3、200kg/m3、250kg/m3、300kg/m3、350kg/m3、400kg/m3、450kg/m3、500kg/m3、550kg/m3、600kg/m3、650kg/m3、700kg/m3、750kg/m3、800kg/m3、850kg/m3、900kg/m3、950kg/m3、1000kg/m3、1100kg/m3、1200kg/m3、1300kg/m3、1400kg/m3、或1500kg/m3。
非织造织物200中的氧化聚丙烯腈纤维208是不易燃的。令人惊讶的是，据发现，增强纤维在FAR 25-856a火焰测试中的燃烧不会导致非织造织物中的显著尺寸变化(无收缩和无膨胀)。非织造织物可通过UL-94V0火焰测试。该有益效果似乎是垂直于非织造织物的主表面的纤维缠结的效果。
氧化聚丙烯腈纤维208可以足以为非织造织物200提供足够的阻燃性和绝缘特性的任何量存在。氧化聚丙烯腈纤维208可以以60重量％至100重量％、70重量％至100重量％、81重量％至100重量％，或在一些实施方案中，小于、等于或大于50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、或95重量％，或小于或等于100重量％的量存在。增强纤维216可以以0重量％至小于40重量％、3重量％至30重量％、0重量％至19重量％、3重量％至19重量％，或在一些实施方案中，等于或大于0重量％，或小于、等于或大于1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、7重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、或40重量％的量存在。
氧化聚丙烯腈纤维208与增强纤维216的优选重量比赋予非织造织物200高拉伸强度和抗撕裂性以及可接受的阻燃性，例如通过UL-94V0火焰测试的能力。氧化聚丙烯腈纤维与增强纤维的重量比可为至少4:1、至少5:1、至少10:1，或在一些实施方案中，小于、等于或大于4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1。
任选地并且如图所示，氧化聚丙烯腈纤维108、208和增强纤维116、216各自卷曲以提供卷曲构型(例如，Z字形、正弦形或螺旋形)。另选地，氧化聚丙烯腈纤维108、208和增强纤维116、216中的一些或全部具有线性构型。氧化聚丙烯腈纤维108、208和/或增强纤维116、216的被卷曲的分数可小于、等于或大于5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。卷曲(其在欧洲专利0714248中有更详细描述)可显著地增加非织造纤维幅材的堆积体积或每单位重量体积。
非织造织物200的其他方面类似于已经相对于非织造织物100描述的那些，并且在这里不应再重复。
相对于图1至图2描述的热绝缘体的非织造织物基于针对即将发生的应用分配的空间可具有任何合适的厚度。对于常见应用，非织造织物可具有小于1毫米或0.5毫米的厚度。
如前所述，许多因素影响非织造织物所显示的机械特性，包括纤维尺寸、增强纤维上粘结部位的存在、纤维缠结和总体体密度。拉伸强度和拉伸模量是可表征非织造织物的特性的量度。
拉伸强度表示非织造织物的抗撕裂性或抗永久变形性，并且可为至少28kPa、至少32kPa、至少35kPa，或在一些实施方案中，小于、等于或大于28kPa、29kPa、30kPa、31kPa、32kPa、33kPa、34kPa、35kPa、36kPa、37kPa、38kPa、39kPa、40kPa、42kPa、44kPa、45kPa、47kPa或50kPa。
令人惊讶的是，据发现，垂直于幅材的主表面缠结非织造织物的纤维以产生具有在15kg/m3至500kg/m3范围内的体密度的材料解决了与UL-94V0或FAR 25-856a火焰测试中的体积膨胀相关联的技术问题。具体地，据发现，虽然观察到常规的氧化聚丙烯腈材料在火焰测试之后基本上溶胀，但所提供的热绝缘体并不溶胀。在一些实施方案中，所提供的非织造织物在火焰测试之后的厚度相对于其初始尺寸偏离小于10％、小于7％、小于5％、小于4％、或小于3％，或在一些实施方案中，小于、等于或大于10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、或3％。
非织造织物100、200可任选地包括图1至图2中未明确示出的附加层。为了有助于安装，例如，这些示例性热绝缘体中的任一个热绝缘体还可包括粘合剂层，诸如压敏粘合剂层或延伸横跨并接触非织造织物的其他附接层。作为另一种可能性，这些绝缘体中的任一个绝缘体可包括固体热障，诸如与非织造织物相邻的铝片或箔层。对于一些应用，一个或多个隔音层也可联接到非织造织物。
非织造织物可通过将多根氧化聚丙烯腈纤维与多根增强纤维混合以形成无规取向的纤维的混合物来制备，如在共同拥有的PCT专利公布WO 2015/080913(Zillig等人)中有所描述。将无规取向的纤维的混合物加热至足以熔融多根增强纤维的外表面的温度。可将含氟聚合物粘结剂施加到无规取向的纤维的混合物。因此，无规取向的纤维的混合物可粘结在一起以形成非织造织物。
在一些实施方案中，非织造织物的主表面可为平滑的。平滑表面可通过任何已知的方法来获得。例如，可通过对非织造纤维幅材进行压延、对非织造纤维幅材进行加热和/或向非织造纤维幅材施加张力来实现平滑化。在一些实施方案中，平滑表面是通过在非织造纤维幅材的暴露表面处部分熔融纤维而产生的表层。
在一些实施方案中，在平滑表面处可存在密度梯度。例如，平滑表面的邻近暴露主表面的部分可具有大于远离暴露主表面的部分的密度。增大平滑表面中的一个或两个平滑表面处的体密度可进一步增强非织造纤维幅材的拉伸强度和抗撕裂性。表面的平滑还可降低原本将在处理或运输非织造织物时发生的纤维脱落的程度。另一个有益效果是通过阻碍空气穿过非织造纤维幅材来减少热对流。在一些实施方案中，一个或两个平滑表面可以是无孔的，使得防止空气流过非织造织物。
尽管不旨在为详尽的，但如下提供了一系列示例性实施方案：
1.一种非织造织物，所述非织造织物包括多根无规取向的纤维，所述多根无规取向的纤维包含：至少60重量％的氧化聚丙烯腈纤维；以及0重量％至小于40重量％的增强纤维，所述增强纤维具有包含熔融温度为100℃至450℃的(共)聚合物的外表面；以及所述多根无规取向的纤维上的含氟聚合物粘结剂；其中所述多根无规取向的纤维粘结在一起以形成所述非织造织物，任选地其中所述非织造织物具有一毫米或更小的厚度。
2.根据实施方案1所述的非织造织物，其中所述增强纤维包括单组分纤维或多组分纤维中的至少一者。
3.根据实施方案2所述的非织造织物，其中所述增强纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚芳酰胺、聚乳酸。
4.根据实施方案2所述的非织造织物，其中所述增强纤维为具有包含聚烯烃的外皮的多组分纤维。
5.根据实施方案2所述的非织造织物，其中所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚萘二甲酸乙二醇酯以及它们的组合物。
6.根据实施方案1至5中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物具有小于0.5毫米的厚度。
7.根据实施方案1至6中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物具有10gsm至100gsm的基重。
8.根据实施方案1至7中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物在随机方向上具有大于28kPa的拉伸强度。
9.根据实施方案1至8中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物通过UL-94V0火焰测试。
10.根据实施方案1至9中任一项所述的非织造织物，其中所述多根无规取向的纤维具有100kg/m3至1500kg/m3的平均体密度。
11.根据实施方案1至10中任一项所述的非织造织物，其中所述多根无规取向的纤维含有0重量％至19重量％的增强纤维，所述增强纤维具有包含熔融温度为100℃至450℃的(共)聚合物的外表面。
12.根据实施方案1至11中任一项所述的非织造织物，其中所述氧化聚丙烯腈纤维具有5微米至50微米的中值有效纤维直径。
13.根据实施方案1至12中任一项所述的非织造织物，其中所述含氟聚合物粘结剂包括THV或四氟乙烯(TFE特氟隆)、六氟丙烯(HFP)和偏二氟乙烯(VDF)。
14.根据实施方案1至13中任一项所述的非织造织物，其中所述多根无规取向的纤维的至少一部分是缠结的。
15.根据实施方案1至14中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物的流动阻力小于50瑞利。
16.一种制备非织造织物的方法，所述方法包括：
将多根氧化聚丙烯腈纤维与多根增强纤维混合以形成无规取向的纤维的混合物，其中所述多根增强纤维具有包含熔融温度介于100℃和450℃之间的(共)聚合物的外纤维表面；
将所述无规取向的纤维的混合物加热至足以熔融所述多根增强纤维的所述外表面的温度；以及
向所述无规取向的纤维的混合物施加含氟聚合物粘结剂，
由此所述无规取向的纤维的混合物粘结在一起以形成所述非织造织物，任选地其中所述非织造织物具有一毫米或更小的厚度。
17.根据实施方案16所述的方法，所述方法还包括：通过对所述非织造织物进行压延、对所述非织造织物进行加热和/或向所述非织造织物施加张力来使所述非织造织物的主表面平滑。
18.根据实施方案16或17所述的方法，所述方法还包括：施加有机硅剥离衬片以保护所述非织造织物。
19.根据实施方案16至18中任一项所述的方法，其中所述非织造织物具有10gsm至100gsm的基重。
20.根据实施方案16至19中任一项所述的方法，其中所述非织造织物还包括在平滑表面处的密度梯度。
21.根据实施方案1至14中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物的流动阻力大于1000瑞利。
实施例
通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些实施例中引用的材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。
表1：材料
Figure BDA0003067098370000171
Figure BDA0003067098370000181
测试方法：
非织造幅材厚度测量：根据针对高蓬松非织造织物的厚度的测试方法，遵循ASTMD5736-95的方法。板压校准为0.002psi(13.790帕斯卡)。
UL94-V0火焰测试：参考UL94-V0标准，其中火焰高度为20mm，样品的底部边缘进入火焰10mm，并且燃烧两次，每次10秒。火焰传播高度低于125mm(5英寸)被认为通过。
气流阻力测试：遵循ISO9053-91和ASTMC522-03的方法。使用来自加拿大舍布鲁克的麦克纳姆(Mecanum of Sherbrooke,Canada)的Sigma静态空气流量计记录平均气流阻力(以Pa·s/m或瑞利为单位进行测量)。
除非另有说明，否则通过共同拥有的PCT专利公布WO 2015/080913(Zillig等人)中所述的工艺和技术来产生在以下实施例中产生的非织造幅材。通过用粘结剂溶液加工非织造幅材来制备织物(即，样品)。
实施例1(EX1)
用100重量％的OPAN制备幅材。基重为15gsm±10％。将幅材放置在第一PET衬片上，其中有机硅剥离侧朝向OPAN幅材。将90gsm的THV340Z粘结剂溶液(通过将两份水加入到一份溶液中来从50重量％稀释至16重量％固体含量)喷涂到幅材上。用手压辊将3mm厚的OPAN幅材与粘结剂均匀地压缩至0.5mm厚。然后将由PET衬片支撑的OPAN幅材与粘结剂放置到来自美国马萨诸塞州沃尔瑟姆的飞世尔科技公司(Fisher Scientific of Waltham,MA.United States)的ISOTEMP烘箱中，在160℃(320℉)烘箱中干燥2-4分钟以产生15gsm±10％的THV340Z粘结剂干燥涂层。将第二PET衬片放置在由第一PET衬片支撑的OPAN幅材的顶部上。然后将样品以1.5密耳的间隙和0.3048m/min(1ft./min)的速度在具有152℃(305℉)的上限温度设置和154℃(310℉)的下限温度的烘箱中压延。样品的基重为30gsm±10％。样品遭受UL94-V0火焰和气流阻力测试。结果示于表1中。
实施例2(EX2)
如实施例1所述的那样制备样品，不同的是喷涂180gsm的THV340Z粘结剂溶液并使其干燥以产生30gsm干燥涂层。样品的基重为45gsm±10％。样品遭受UL94-V0火焰和气流阻力测试。结果示于表1中。
比较例1(CE1)
FR PET稀松布遭受UL94-V0火焰和气流阻力测试。结果示于表1中。
比较例2(CE2)
FR PET稀松布与粘合剂遭受UL94-V0火焰和气流阻力测试。结果示于表1中。
实施例3(EX3)
制备90重量％的OPAN和10重量％的T270共混幅材。将共混幅材在249℃(480℉)的烘箱中加热以增强缠结和强度。基重为20gsm±10％。将幅材放置在PET衬片上，其中有机硅剥离侧朝向OPAN幅材。将250gsm的THV340Z粘结剂溶液(通过将1.5份水加入到一份溶液中来从50重量％稀释至20重量％固体含量)喷涂到幅材上。用手压辊将3mm厚的OPAN幅材与粘结剂均匀地压缩至0.5mm厚。然后将由PET衬片支撑的OPAN幅材与粘结剂放置到来自美国马萨诸塞州沃尔瑟姆的飞世尔科技公司(Fisher Scientific of Waltham,MA.UnitedStates)的ISOTEMP烘箱中，在160℃(320℉)烘箱中干燥2-4分钟以产生50gsm±10％的THV340Z粘结剂干燥涂层。样品的基重为70gsm±10％。样品遭受UL94-V0火焰测试。结果示于表1中。
实施例4(EX4)
制备90重量％的OPAN和10重量％的T270共混幅材。将共混幅材在249℃(480℉)的烘箱中加热以增强缠结和强度。基重为20gsm±10％。将幅材放置在PET衬片上，其中有机硅剥离侧朝向OPAN幅材。将150gsm的THV340Z粘结剂溶液(通过将两份水加入到一份溶液中来从50重量％稀释至16重量％固体含量)喷涂到幅材上。用手压辊将3mm厚的OPAN幅材与粘结剂均匀地压缩至0.5mm厚。然后将由PET衬片支撑的OPAN幅材与粘结剂放置到来自美国马萨诸塞州沃尔瑟姆的飞世尔科技公司(Fisher Scientific of Waltham,MA.United States)的ISOTEMP烘箱中，在160℃(320℉)烘箱中干燥2-4分钟以产生25gsm±10％的THV340Z粘结剂干燥涂层。样品的基重为45gsm±10％。样品遭受UL94-V0火焰测试。结果示于表1中。
实施例5(EX5)
制备90重量％的OPAN和10重量％的T270共混幅材。将共混幅材在249℃(480℉)的烘箱中加热以增强缠结和强度。基重为20gsm±10％。将幅材放置在PET衬片上，其中有机硅剥离侧朝向OPAN幅材。将140gsm的THV340Z粘结剂溶液(通过将两份水加入到一份溶液中来从50重量％稀释至10重量％固体含量)喷涂到幅材上。用手压辊将3mm厚的OPAN幅材与粘结剂均匀地压缩至0.5mm厚。然后将由PET衬片支撑的OPAN幅材与粘结剂放置到来自美国马萨诸塞州沃尔瑟姆的飞世尔科技公司(Fisher Scientific of Waltham,MA.United States)的ISOTEMP烘箱中，在160℃(320℉)烘箱中干燥2-4分钟以产生14gsm±10％的THV340Z粘结剂干燥涂层。样品的基重为34gsm±10％。样品遭受UL94-V0火焰测试。结果示于表1中。
实施例6(EX6)
用80重量％的OPAN和20重量％的T270制备一个5mm厚的幅材。将共混幅材在249℃(480℉)的烘箱中加热以增强缠结和强度。基重为100gsm±10％。如实施例3中所述的那样制备两个样品。将一个样品放置在5mm厚的共混幅材的顶部上，而将另一个样品放置在5mm厚的共混幅材的底部上。通过在254℃(490℉)的烘箱中加热四分钟来将共混幅材层合到样品。组合基重为240gsm±10％。层合样品遭受UL94-V0火焰测试。结果示于表1中。
实施例7(EX7)
用80重量％的OPAN和20重量％的T270制备一个5mm厚的幅材。将共混幅材在249℃(480℉)的烘箱中加热以增强缠结和强度。基重为100gsm±10％。如实施例4中所述的那样制备两个样品。将一个样品放置在5mm厚的共混幅材的顶部上，而将另一个样品放置在5mm厚的共混幅材的底部上。通过在254℃(490℉)的烘箱中加热四分钟来将幅材层合到样品。组合基重为190gsm±10％。层合样品遭受UL94-V0火焰测试。结果示于表1中。
实施例8(EX8)
制备80重量％的OPAN和20重量％的T270共混幅材。将共混幅材在249℃(480℉)的烘箱中加热以增强缠结和强度。将幅材放置在PET衬片上，其中有机硅剥离侧朝向OPAN幅材。基重为20gsm±10％。将140gsm的THV340Z粘结剂溶液(通过将两份水加入到一份溶液中来从50重量％稀释至10重量％固体含量)喷涂到幅材上。用手压辊将3mm厚的OPAN幅材与粘结剂均匀地压缩至0.5mm厚。然后将由PET衬片支撑的OPAN幅材与粘结剂放置到来自美国马萨诸塞州沃尔瑟姆的飞世尔科技公司(Fisher Scientific of Waltham,MA.UnitedStates)的ISOTEMP烘箱中，在160℃(320℉)烘箱中干燥2-4分钟以产生14gsm±10％的THV340Z粘结剂干燥涂层。样品的基重为34gsm±10％。样品遭受UL94-V0火焰测试。结果示于表1中。
表1：UL94-V0火焰和气流阻力测试结果
Figure BDA0003067098370000221
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及其所有等同形式限定。

Claims (20)

1.一种非织造织物，所述非织造织物包括：
多根无规取向的纤维，所述多根无规取向的纤维包含：
至少60重量％的氧化聚丙烯腈纤维；以及
0重量％至小于40重量％的增强纤维，所述增强纤维具有包含熔融温度为100℃至450℃的(共)聚合物的外表面；以及
所述多根无规取向的纤维上的含氟聚合物粘结剂；
其中所述多根无规取向的纤维粘结在一起以形成所述非织造织物，任选地其中所述非织造织物具有一毫米或更小的厚度。
2.根据权利要求1所述的非织造织物，其中所述增强纤维包括单组分纤维或多组分纤维中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的非织造织物，其中所述增强纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚芳酰胺、聚乳酸。
4.根据权利要求2所述的非织造织物，其中所述增强纤维为具有包含聚烯烃的外皮的多组分纤维。
5.根据权利要求2所述的非织造织物，其中所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚萘二甲酸乙二醇酯以及它们的组合物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物具有小于0.5毫米的厚度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物具有10gsm至100gsm的基重。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物在随机方向上具有大于28kPa的拉伸强度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物通过UL-94V0火焰测试。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的非织造织物，其中所述多根无规取向的纤维具有100kg/m3至1500kg/m3的平均体密度。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的非织造织物，其中所述多根无规取向的纤维含有0重量％至19重量％的增强纤维，所述增强纤维具有包含熔融温度为100℃至450℃的(共)聚合物的外表面。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的非织造织物，其中所述氧化聚丙烯腈纤维具有5微米至50微米的中值有效纤维直径。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的非织造织物，其中所述含氟聚合物粘结剂包括THV或四氟乙烯(TFE特氟隆)、六氟丙烯(HFP)和偏二氟乙烯(VDF)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的非织造织物，其中所述多根无规取向的纤维中的至少一部分是缠结的。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的非织造织物，其中所述非织造织物的流动阻力小于50瑞利。
16.一种制备非织造织物的方法，所述方法包括：
将多根氧化聚丙烯腈纤维与多根增强纤维混合以形成无规取向的纤维的混合物，其中所述多根增强纤维具有包含熔融温度介于100℃和450℃之间的(共)聚合物的外纤维表面；
将所述无规取向的纤维的混合物加热至足以熔融所述多根增强纤维的所述外表面的温度；以及
向所述无规取向的纤维的混合物施加含氟聚合物粘结剂，
由此所述无规取向的纤维的混合物粘结在一起以形成所述非织造织物，任选地其中所述非织造织物具有一毫米或更小的厚度。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括：通过对所述非织造织物进行压延、对所述非织造织物进行加热和/或向所述非织造织物施加张力来使所述非织造织物的主表面平滑。
18.根据权利要求16或17所述的方法，所述方法还包括：施加有机硅剥离衬片以保护所述非织造织物。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中所述非织造织物具有10gsm至100gsm的基重。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中所述非织造织物还包括在平滑表面处的密度梯度。
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