CN1146508A - 连续纤维无纺布及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种连续纤维无纺布，包含复合连续纤维，该纤维具有由两种熔点差为15℃或更高的热塑性树脂复合纺制而形成的螺旋状卷曲，其特征在于纤维的接触点由位于螺旋状卷曲体外侧且熔点较低的热塑性树脂熔融而彼此粘合。

Description

连续纤维无纺布及其制造方法
本发明涉及一种用热熔方式制成的连续纤维无纺布，它具有优良的膨松度和高的拉伸强度。更具体地说，提供了一种可用于卫生材料、工程材料、农业材料、包装材料等的连续纤维无纺布。
在以热熔为特征的制造无纺布的方法中，有一种对包括短纤维梳理网的热处理方法及连续纤维网的热处理方法。虽然后一种方法所具有的优点是生产工艺简单，但获得的无纺布具有低柔韧性与低膨松性的缺点。
通常用热熔方法制造并用于卫生材料、工程材料等的连续纤维无纺布主要是由单一成份的纤维制成，因为这种纤维不生成卷曲，故制品的膨松度低。
在用于产生单一成份纤维的螺旋状的空间卷曲(后文中简称作“螺旋状卷曲”)的已知方法中，有一种用于产生螺旋状卷曲的方法是基于纤维内部的不同热收缩，具体地是在将纺成的纤维拉出的同时将其局部骤冷(日本专利公报No.45-1649)，还有一种方法是将成核剂掺入纤维横截面上的某一部分造成结晶程度的差别来形成卷曲(日本专利公开No.5-209354)。但在前一种方法中通过将纤维制成无纺布的热处理加工使卷曲松开且膨松度变差。而两种方法中由于纤维是由一种成分组成，热压法仅被用作将纤维制成无纺布的热处理过程，故纤维的螺旋状卷曲被压制，不能实现理想的膨松度。
用几种热塑性树脂复合纺制成平行或偏心式皮芯型结构纤维的方式来生成螺旋状卷曲的方法是已知的(日本专利申请公开48-1471与63-282350)。但使用这种复合纤维的无纺布虽然膨松度有所改进，但拉伸强度等同于(或小于)通常的单组分纤维无纺布，故更进一步的改善仍是被期待的。
本发明提供了一种连续纤维无纺布，它相对于上述用热熔法生产连续纤维无纺布的情况而言具有优良的膨松性与高拉伸强度。
本发明的发明人针对在复合纤维中产生的螺旋状卷曲与在纤维横截面上复合成份的排列两者间的关系为解决前述问题作了认真的研究。结果他了解到这些目标可以借助于使用包括数种以平行或偏心式皮芯型结构排列的热塑性树脂的复合纤维来达到，其中熔点低的热塑性树脂位于在拉伸纤维后形成的螺旋状卷曲体的外侧，于是他完成了本发明。
即，本申请的第一项发明提供了一种连续纤维无纺布，包含具有由熔点差为15℃或更高的两种热塑性树脂复合纺制而生成的螺旋状卷曲的复合连续纤维，其特征在于纤维的接触点通过使位于螺旋状卷曲体外侧并具有低熔点的热塑性树脂熔融而互相粘接。
本申请的第二项发明提供了一种用于生产连续纤维无纺布的方法，包括：制备第一种热塑性树脂和第二种热塑性树脂，其中第二种的熔点比第一种低15℃而弹性收缩率比第一种低1％；把这些树脂按60/40-40/60的复合率复合纺制成平行式或偏心皮芯式的制品，其中第二种热塑性树脂位于皮层而第一种位于与皮层偏心的芯层；在低于第二种热塑性树脂的熔点的温度条件下将制成的纱拉伸至未拉伸前的1.2倍而在高于该第二种热塑性树脂的熔点并低于第一种热塑性树脂软化点的温度下热处理纱以粘合纤维接触点。在下文中对本发明作详细描述。
用作复合连续纤维的原料的热塑性树脂包括例如各种聚烯烃，如：聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、丙烯-丁烯-1共聚物、乙烯-丙烯-丁烯-1共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、以及聚-4-甲基戊烯-1；用不饱和羧酸或它们的酸酐改性的聚烯烃；聚酯，如：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯-间苯二甲酸乙二醇酯共聚物与聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚酰胺，如尼龙6、尼龙66与尼龙12；热塑性聚氨酯，及类似物。
在本发明中，选择使用熔点相差15℃或更多的两种热塑性树脂的组合。此时需用的纺丝条件是高熔点的热塑性树脂的弹性收缩率比低熔点的热塑性树脂的高1％或更多。
在本发明中，通过对复合连续纤维进行热处理并仅对低熔点的热塑性树脂加以熔融以粘合纤维接触点的方式获得无纺布。如果作为复合纤维原料的两种热塑性树脂的熔点差小于15℃则是不希望的，因为热处理中可使用的温度范围变窄。
该术语“弹性收缩率”意指单组分未拉伸的纱被拉伸至与复合纤维的拉伸条件相同的牵伸比(K)并且立即除去负荷时的收缩，并有下列公式：
弹性收缩率S(％)＝100×(KA－B)/(KA－A)，
其中A为未被拉伸的纱的长度，B为将纱拉伸后除去负荷后的纱的长度。
在纺热塑性树脂(a)的单组分纤维或拉伸它至1.5倍的长度为不可能时，测量由具有优秀的拉伸特性的单组分的热塑性树脂(b)构成的未拉伸的纱的弹性收缩率(S1)及由热塑性树脂(a)与(b)组成的未拉伸复合纤维纱的弹性收缩率(SC)，而由热塑性树脂(a)构成的未拉伸纱的弹性收缩率(S2)以下列公式计算：
S2＝2SC－S1
当两种热塑性树脂的弹性收缩率差小于1％时，在拉伸复合纤维后观察不到明显的卷曲，而且不能得到具有足够膨松度的无纺布。在两种热塑性树脂中如果高熔点者的弹性收缩率比低熔点者的低，就不可能在拉伸复合纤维后使低熔点热塑性树脂位于出现的螺旋状卷曲体的外侧。
在本发明所采用的复合连续纤维中，按上述标准被选出的两种热塑性树脂被混纺成复合率为60/40-40/60的平行式或偏心皮芯式。由于复合纤维的卷曲基于两种成份间弹性收缩率的不同，故当某一种成份的含量小于40％时不会呈现出明显的卷曲，也就不能得到具有足够的膨胀特性的无纺布。在偏心皮芯中低熔点热塑性树脂被置于复合纤维的皮侧。
结晶聚丙烯/聚乙烯可以作为合用的两种热塑性树脂复合体的例子。结晶聚丙烯具有宽分子量分布，可理想地用作高熔点热塑性树脂，这是由于其呈现相对高的弹性收缩率。
在复合纺成的未拉伸的纱被拉伸后立即将应力除去，使复合纤维出现螺旋状卷曲。螺旋的曲率半径不仅仅取决于作为原料的树脂的弹性收缩率、杨氏模量、细度等物理特性的不同，也取决于拉伸温度和拉伸比。拉伸条件的选择依据所需无纺布的膨松度(通常是长度为未拉伸纱的1.2-4倍，温度处于室温与低于第二热塑性树脂的熔点的温度之间)。
这样所得到的复合连续纤维中，较低熔点的热塑性树脂位于螺旋状卷曲体的外侧。
为得到用于本发明的具有螺旋状卷曲的复合连续纤维网，按上述标准选出的两种热塑性树脂按固定的复合比复合纺制，并将贮存于梭心或纱筒内的未拉伸的纱在固定的拉伸条件下进行拉伸并立即装入传送机。也可以采用纺粘法，其中纺成的复合纤维被装有喂料辊与拉伸辊的拉伸机拉伸通过一急冷机构，然后贮入传送机网上，在该网上纤维被抽气机抽吸并散开。
本发明的连续纤维无纺布通过对具有螺旋状卷曲的上述复合连续纤维网在高于低熔点的热塑性树脂的熔点和低于具有较高熔点的热塑性树脂的软化点的温度下进行热处理而获得。在热处理过程中可以使用例如是压花辊筒的热压机构、或带有内部空气循环的抽吸干燥器、或例如是红外加热烘箱的加热器。
虽然纤维的接触点借助于将低熔点的热塑性树脂熔化的热处理方式而粘合，但由于低熔点的热塑性树脂位于用于本发明的复合连续纤维的螺旋状卷曲的外侧，纤维借助于低熔点热塑性树脂彼此接触，则纤维借助于熔化同种热塑性树脂而相互粘合，就得到了高拉伸强度的无纺布。
当在热处理过程中使用热压机构时，热处理温度可以是接近于位于螺旋状卷曲体外侧的低熔点热塑性树脂软化点的温度，所以高熔点热塑性树脂并不因为受热而软化或改变形状，从而得到了膨松而柔软的无纺布。
为使用低熔点热塑性树脂位于螺旋状卷曲体内部的复合纤维制成具足够强度的无纺布，必需在较高温度下处理纤维以软化高熔点热塑性树脂，因而无纺布在触摸时感觉很硬。
因为具有内部空气循环的抽吸干燥器可以提供足够的热容而不压制其连续纤维网，故它优选用于快速地生产膨松的无纺布。此时由于低熔点热塑性树脂位于螺旋状卷曲体的外侧，复合纤维通过低熔点热塑性树脂彼此接触，由同种热塑性树脂的熔融使纤维之间固定连接起来，从而得到拉伸强度高的无纺布。
当纤维被加热到使低熔点热塑性树脂熔融的温度时，高熔点热塑性树脂轻微地收缩以减轻拉伸纤维产生的张力，同时低熔点的热塑性树脂强烈地收缩并熔融，结果螺旋状卷曲发生了反转使高熔点热塑性树脂的位置转移到复合纤维的螺旋状卷曲体的外侧。这种纤维中的接触粘结点的数量得以增加，使得制成的无纺布具有高强度。进一步地，由于纤维在粘结点间互相牵拉，产品的膨松度很少降低。
当把低熔点热塑性树脂处于螺旋状卷曲体内部的复合纤维用抽吸干燥器热处理时，该复合纤维的螺旋状卷曲体由于低熔点热塑性树脂的收缩与熔融而变小，无纺布的膨松度失去，而其强度随低熔点热塑性树脂内部的粘结点的减少而减小。
由于本发明的连续纤维无纺布制品是使用使低熔点热塑性树脂处于螺旋状卷曲体外侧的复合连续纤维作为纤维原料得到的，故它与传统的连续纤维无纺布相比具有同样或更高的拉伸强度，而其高膨松度则是通常的无纺布所不具有的。故可以优选将本发明的无纺布用作尿布和类似物的表层的卫生用品、地毯(geotextile)、包装材料等。
本发明将借助于下面的实例和比较例作更具体地说明。在这些实例中的物理值将用下列方法确定：
弹性收缩率：
单组分纤维与复合纤维的未拉伸的纱以10cm的卡距与10cm/min的拉伸速率在实例与比较例中拉伸到同样的倍数(K)，然后这些纱立即回复至初始卡距，然后在拉伸负荷零点处测出纤维长(C)，并用下列公式来计算弹性收缩率(S)。
弹性收缩率S(％)＝100×(10K－C)/(10K－10)
             S2＝2SC－S1
螺旋状卷曲体成份的排布：
从复合纤维上切下具有螺旋状卷曲体一圈长度的试样，将其夹在两片盖玻片之间形成一个圆圈，用带热台的光学显微镜观察低熔点热塑性树脂的熔融现象来确定成份的排布。
卷曲的数量：
切下具有十个螺旋状卷曲的纤维，测出其直线长度L(cm)，而卷曲的数量按下述公式计算：
卷曲的数量(每英寸卷曲数)＝10×2.54/L
无纺布体积度：
四片长、宽各10cm的试片被叠起，具有同样长和宽并重20g的板被放在试片上，测出四张试片的厚度D(cm)，四张试片的总重量W1(g)也被预先测出，而无纺布体积度按下述公式计算：
无纺布体积度(cm3/g)＝100×D/W1
无纺布拉伸强度：
从无纺布生产的轴向上(MD)和它的横向(CD)上切下长20cm，宽50cm(重量为W2)的试片，测量在10cm的卡距上及10cm/min的拉伸率时的最大负载P(g)，在校准gr/m2后拉伸强度以下述公式计算：
拉伸强度〔g/(cm×g/m2)〕＝P/500W2
几何平均强度＝(MD强度×CD强度)1/2
实例1-5与比较例1-4：
表1中所示为用于实例与比较例的无纺布的原料连续纤维的生产条件与特性：
表1
                   纺纱与拉伸条件     纤维特性
纤维组成形式 挤出机温度(℃) 纺丝板温度(℃) 弹性收缩(％) 弹性收缩差(％) 细度(d) 拉伸温度(℃) 拉伸比 排列(外/内) 卷曲数 纱强度(g/d) 纱伸长率(％)
实例1 HDPE平行PP1 240290 280   25.227.8 2.6 2.0 室温 2.0  HDPEPP1 6.5 2.43 169
实例2 HDPE平行PP2 240290 280   25.232.2 7.0 2.0 室温 2.0  HDPEPP2 12.0 2.25 180
实例3 HDPE偏心皮芯PP2 240310 280   25.232.2 7.0 2.0 室温 2.0  HDPEPP2 9.5 2.12 195
实例4 HDPE偏心皮芯PP2 240310 280   27.536.7 9.2 2.0 室温 1.7  HDPEPP2 11.0 1.88 224
比较例1 PP1仅单组分 290 260   27.8    …   2.0    室温   2.0  …   0   2.71  136
比较例2 HDPE平行PP2 240290 280   25.226.0 0.8 2.0 … …  PP1HDPE 7.8 1.38 275
比较例3 HDPE平行PP2 240340 280   25.226.0 0.8 2.0 室温 2.0  生成少量卷曲 2.0 1.98 206
注：PP1＝结晶聚丙烯，MFR＝10，Q＝3.5，m.p.＝164℃，s.p.＝144℃
    PP3＝结晶聚丙烯，MFR＝25，Q＝5.0，m.p.＝164℃，s.p.＝143℃
    HDPE＝高密度聚乙烯，MFR＝40，m.p.＝129℃，s.p.＝100℃
实例1-3中的纤维是由结晶聚丙烯与高密度聚乙烯结合而成，在对它们进行复合纺制后对所得的纱进行拉伸生成高密度聚乙烯处于螺旋状卷曲体外侧的所需的螺旋状卷曲。在实例2中如在实例1中一样借助于同样的纺制与拉伸条件来得到具有许多卷曲的复合纤维。应注意到这一事实是使用具有宽分子量分布(高Q值)的结晶聚丙烯引起的。
虽然在实例3中所获得的复合纤维采用了与实例2相同的原料、纺制温度与拉伸条件，生成高密度聚乙烯处于外侧的螺旋状卷曲体，但卷曲的数量由于将复合类型变化成偏心皮芯式而变少。但借助于变化拉伸条件可以得到具有许多卷曲的偏心皮芯式结构的复合纤维(实例4)。
只含单组分结晶聚丙烯的纤维(比较例1)不生成螺旋状卷曲体，即使象在实例1中那样对纤维进行拉伸时也是如此。
在比较例2中纤维与实例1同样地被挤出且不用机器拉伸而是直接用吸气机纺制，纤维生成了螺旋状卷曲体，其内部为高密度聚乙烯，它是低熔点组分。
在比较例3中与实例1过程相同地纺制与拉伸纱得到复合纤维，只是结晶聚丙烯的挤出温度增加了。弹性收缩率的差异变小并极少生成螺旋状卷曲。
各种连续纤维的网由具有内部空气循环的加热炉的热处理或由热压花辊筒处理获得无纺布。工艺条件和无纺布的物理特性见于表2。
表2
    工艺条件     无纺布物理特性
空气循环烘箱温度；处理时间 压花温度压花面积 单位重量g/m2 厚度mm 体积度cm3/g 平均几何强度(*)
 实例1  135℃1.7秒  ----  30  1.19     39.8     26.3
 实例2-1  135℃1.7秒  ----  30  1.46     48.8     26.0
 实例2-2  ----  125℃15％  30  0.70     23.3     28.0
实例3  135℃1.7秒  ----  30  1.37     45.6     27.3
实例4  135℃1.7秒  ----  30  1.40     46.5     24.8
 比较例1  ----  145℃15％  31  0.26     8.5     30.0
 比较例2-1  135℃1.7秒  ----  31  0.94     30.3     12.2
 比较例2-2  ----  125℃15％  30  0.51     17.0     15.5
 比较例3  135℃1.7秒  ----  30  0.46     15.2     25.4
       (*)：g/(cm·g/m2)
包含在比较例1中所得结晶聚丙烯的单组分纤维的无纺布在膨松度与强度方面比其它实例中的无纺布差。
采用与实例1同样的原料和工艺条件在比较例2-1中制成的无纺布与实例1中的无纺布相比膨松度(厚度与体积度)与强度较差。应注意这一事实是将具有弹性收缩性的结晶聚丙烯设置在螺旋状卷曲体的外侧而将具有粘结性能的高密度聚乙烯设置在螺旋状卷曲体内侧所造成的。
由实例2-2中的热压花辊筒制备的无纺布膨松性能不佳，但与在实例2-1所制得的无纺布相比其强度很高。在实例2-2中所制得的无纺布与比较例2-2中的以热压花辊筒制备的无纺布相比在膨松度与强度方面都更优。
虽然实例3与4中的无纺布在原料上与实例1不同，但其中弹性收缩率之差与螺旋状卷曲体的结构均满足本发明要求并比实例1中的无纺布特性更佳。比较例3中的无纺布与各实例相比其膨松度与强度均差，不能满足本发明的上述要求。

Claims (6)

1.一种连续纤维无纺布，包含复合连续纤维，该纤维具有由两种熔点差为15℃或更多的热塑性树脂复合纺制而形成的螺旋状卷曲，其特征在于纤维的接触点由位于螺旋状卷曲体外侧且熔点较低的热塑性树脂熔融而彼此粘合。
2.如权利要求1所述的连续纤维无纺布，该复合连续纤维的复合方式是平行或偏心皮芯式。
3.一种制造连续纤维无纺布的方法，包括：制备第一种热塑性树脂和第二种热塑性树脂，其中第二种的熔点比第一种低15℃而弹性收缩率比第一种低1％；将这些树脂以60/40-40/60的复合率复合纺制制成平行状或偏心皮芯状的纱，其中第二热塑性树脂为皮层而第一热塑性树脂为与皮层偏心的芯层；在低于第二热塑性树脂的熔点的温度下将制成的纱拉伸至未拉伸的纱长度的1.2倍；和在高于该第二热塑性树脂熔点而低于第一热塑性树脂软化点的温度下对纱进行热处理使其在纤维的接触点处彼此粘合。
4.如权利要求3所述的生产连续纤维无纺布的方法，第一热塑性树脂是结晶聚丙烯而第二热塑性树脂是高密度聚乙烯。
5.如权利要求3所述的生产连续纤维无纺布的方法，采用具有内部空气循环的烘箱系统进行热处理。
6.如权利要求3所述的生产连续纤维无纺布的方法，采用热压系统进行热处理。
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