CN117940624A - 具有短纤维的共成形材料和用于形成共成形材料的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种共成形材料，所述共成形材料包含含有短纤维和包括纸浆纤维的吸收材料的混合物的非织造网。所述短纤维以约5重量％至约50重量％的量存在，并且所述纸浆纤维以约50重量％至约95重量％的量存在。所述短纤维具有约5mm至约50mm的平均长度。将所述短纤维和纸浆纤维热粘结或水力缠结形成所述非织造网。还提供了用于生产共成形材料的方法和系统。

Description

具有短纤维的共成形材料和用于形成共成形材料的方法

背景技术

通常包括熔喷纤维基质和吸收材料(例如，纸浆纤维)的共成形非织造网已在多种应用中用作吸收层，包括吸收制品、吸收性干擦拭物、湿擦拭物和拖把。与其他水刺产品相比，共成形非织造网由于其相对高水平的吸收性而通常提供优异的清洁性能。然而，当与水刺相比时，共成形在强度，特别是横向(CD)拉伸强度和柔软度方面有所不足。

大多数常规的共成形网采用由热塑性材料如聚乙烯或聚丙烯形成的熔喷纤维。包含此类热塑性材料有利于共成形材料的粘结，并为所得网提供强度。然而，许多新法规对某些产品中可使用的塑性材料的量进行了限制，这些产品包括尿布、吸收制品、女性用品、清洁产品和擦拭物，包括婴儿湿巾和个人卫生湿巾。某些法规甚至可能禁止在某些消费品中使用热塑性材料。因此，虽然聚丙烯长期以来被用作胶水以将纸浆纤维保持在共成形基质中并为基片提供强度，但现在需要改进的共成形材料。实际上，需要改进的不含塑料的共成形产品，其仍具有包括聚丙烯均聚物的共成形材料的强度和特性。

鉴于上述情况，需要一种适合用作擦拭产品的非织造材料，其不仅具有良好的强度、手感、擦拭能力和吸收性，而且不含塑性材料，诸如聚丙烯聚合物。

发明内容

一般来讲，本公开涉及一种包含非织造网的共成形材料，所述非织造网包含短纤维和包括纸浆纤维的吸收材料的混合物。所述短纤维以约5重量％至约50重量％的量存在于所述非织造网中，并且所述纸浆纤维以约50重量％至约95重量％的量存在于所述非织造网中。所述短纤维具有约5mm至约50mm的平均长度。将所述短纤维和纸浆纤维热粘结或水力缠结。还提供了一种包含所公开的共成形材料的擦拭物产品。擦拭物产品可以用溶剂，诸如清洁溶液预浸渍。

本公开还涉及一种生产共成形非织造网的方法。所述方法包括将包括纸浆纤维的吸收材料流与短纤维流合并在一起以形成复合流。所述短纤维以约5重量％至约50重量％的量存在，并且所述纸浆纤维以约50重量％至约95重量％的量存在。所述短纤维具有约5mm至约50mm的平均长度。所述方法包括在成形表面上收集所述复合流以形成共成形非织造网；以及粘结所述共成形非织造网。粘结所述共成形非织造网可以包括(i)水力缠结所述共成形非织造网或(ii)热粘结所述共成形非织造网。

本公开还提供了一种用于形成共成形材料的系统。所述系统包括构造成提供短纤维的第一系统和构造成提供吸收纤维的第二系统。所述系统还包括设置在第一导管中的第一空气流，所述第一导管构造有一个或多个开口以接收来自所述第一系统的短纤维和来自所述第二系统的吸收纤维。还提供了第二空气流，所述第二空气流被构造成经由第二导管将来自所述第一系统的所述短纤维分散在所述第一空气流中。还包括第三空气流，所述第三空气流被构造成将吸收纤维与包含所述短纤维的所述第一空气流一起分散在所述第一导管中，形成复合流。将所述第三气流设置在所述第二气流的下游。还包括喷嘴，所述喷嘴设置在所述第一导管的一端上，用于将所述复合流沉积在成形表面上。

本公开的其他特征和方面在下文更详细地讨论。

附图说明

在说明书的其余部分中并参考附图更具体地提出了本公开全面并使之能够实施的公开内容，在附图中：

图1是示出根据本公开的示例性实施方案的用于形成共成形物的系统的示意图。

图2是示出根据本公开的示例性实施方案的用于形成共成形物的系统的一部分的示意图。

图3是示出根据本公开的示例性实施方案的用于形成共成形物的系统的一部分的示意图。

图4是示出根据本公开的示例性实施方案的用于形成共成形物的系统的一个实施方案的示意图。

图5是根据本公开的示例性实施方案的用于生产共成形非织造网材料的方法的一个实施方案的流程图。

在本说明书和附图中反复使用参考字符旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。

定义

如本文所用，术语“非织造织物或网”或“非织造”是指具有成夹层的但不是以可识别方式的(如在针织织物中)各纤维或线的结构的网。非织造织物或网已由许多工艺形成，例如干法成网工艺、湿法成网工艺、以及熔纺工艺。非织造织物的基重通常以每平方码的材料盎司数(osy)或每平方米的克数(g/m²或gsm)表示，而可用的纤维直径通常以微米表示。(注意，要从osy转换到gsm，osy乘以33.91)。

如本文所用，术语“共成形非织造网”或“共成形材料”是指包含两种材料的混合物或稳定基质的复合材料。例如，本文提供的共成形材料可包括非织造网，该非织造网包括与吸收材料结合的短纤维。此类实施方案不包括热塑性纤维(例如，熔喷纤维)，并且可以被认为是“不含塑料的”。然而，在其他实施方案中，共成形材料可包括短纤维、吸收材料和热塑性纤维。

如本文所用，术语“包含”是包括性的或开放式的，并且不排除另外的未列出的要素、组成组分或方法步骤。

如本文所用，术语“基本上不含”和“不含”被理解为是指完全不含所述成分，或包括痕量的所述成分。“痕量”是几乎检测不到并且对主题组合物的功能或美学性质没有益处的组分的数量水平。

在本文中使用时，术语“纤维”是指长度超过其宽度或直径，例如长宽比大于10的细长颗粒。“纤维”可以是连续的，诸如连续长丝，或者是不连续的。不连续纤维的一个实例是长度小于3cm的细长颗粒。不连续纤维的非限制性实例包括硬木和软木纸浆纤维；大麻韧皮；甘蔗渣；竹子；玉米秸秆；棉花；棉秆；棉短绒；芦苇草；亚麻短纤维；韧皮黄麻；韧皮洋麻；芦苇；稻草、剑麻；柳枝稷；麦秸；以及由聚酯、尼龙、人造丝(包括粘胶纤维和莱赛尔纤维)、聚烯烃如聚丙烯和聚乙烯、天然聚合物如淀粉、淀粉衍生物、纤维素和纤维素衍生物、半纤维素、半纤维素衍生物、甲壳质、壳聚糖、聚异戊二烯(顺式和反式)、肽、聚羟基链烷酸酯、聚烯烃的共聚物如聚乙烯-辛烯以及可生物降解或可堆肥的热塑性塑料如聚乳酸、聚乙烯醇和聚己内酯制成的合成短(即，切割或短切)纤维。除了短纤维之外，合成纤维也可以是连续的。合成纤维可以是单组分的或多组分的，例如双组分的。如本文所用，术语“纤维”包括短纤维，即具有约5mm至约50mm的限定长度的纤维，比短纤维长但不连续的纤维，以及连续纤维，该连续纤维有时被称为“基本上连续的长丝”或简称为“长丝”。制备纤维的方法将决定纤维是短纤维还是连续长丝。

如本文所用，术语“熔喷纤维”泛指通过这样的工艺形成的熔纺纤维，在该工艺中将熔融的热塑性材料通过多个细的、通常为圆形的模头毛细管作为熔融纤维挤出到会聚的高速气体(例如，空气)流中，该空气流使熔融热塑性材料的纤维的直径减小，该直径可以为微纤维直径。此后，熔喷纤维由高速气流携载并且沉积在收集表面上以形成由随机分散的熔喷纤维组成的纤网。这样的工艺例如在授予Butin等人的美国专利号3,849,241中有所公开，所述专利全文以引用方式并入本文以用于所有目的。一般来讲，熔喷纤维可以是基本上连续或不连续的，并且在沉积到收集表面上时通常发粘的微纤维。熔喷纤维可包括通常具有1微米至约50微米的平均纤维直径的微纤维。

本文所用的关于非织造网的术语“纵向”或“MD”是指平行于非织造网通过其生产线的主要运动方向的方向，并且也可指长度方向。

在本文中相对于非织造网使用时，术语“横向”或“CD”是指垂直于非织造网结构通过其生产线的主要运动方向的方向(称为“纵向”)，并且也可称为宽度方向。

如本文所用，术语“聚合物”通常包括但不限于均聚物、共聚物(诸如嵌段、接枝、无规和交替共聚物、三元共聚物等)以及它们的共混物和改性形式。此外，除非另外具体地加以限制，否则术语“聚合物”应包括分子的所有可能的几何构型。这些构型包括但不限于全同立构、间同立构和无规对称。

在本文中使用时，术语“熔体流动速率”(MFR)是聚合物组合物的熔体流动容易度的量度。MFR根据ISO 1133-1测量，并在下面的测试方法部分中描述。MFR的单位为g/10分钟，并且是在通过规定的替代重量在替代的规定温度下施加的压力下，在十分钟内流过特定直径和长度的毛细管的聚合物质量的测量值，单位为克。

如本文所用，“吸收制品”是指能够吸收水或其他流体的制品。一些吸收制品的实例包括但不限于个人护理吸收制品，如尿布、训练裤、吸收性内裤、失禁用制品、女性卫生产品(例如，卫生巾)、泳衣、婴儿湿巾、手套式擦拭布(mitt wipe)等等；医疗用吸收制品，如衣物、开窗术材料、垫料、床垫、绷带、吸收性铺巾和医用擦拭物；食品服务纸巾；服装制品；口袋等等。形成这样的制品的材料和方法是本领域技术人员熟知的。在本公开的一个特定实施方案中，共成形网用于形成擦拭物或擦拭物产品。

如本文所用，术语“可生物降解的”通常是指可通过天然存在的微生物(诸如细菌、真菌、酵母和藻类)、环境热量、水分或其他环境因素的作用而降解的材料。如果需要，可以根据ASTM测试方法5338.92测定可生物降解的程度。

如本文所用，术语“可再生的”是指由通过陆地、水生或海洋生态系统(例如，农作物、可食用和不可食用的草类、森林产物、海藻或藻类)或微生物(例如，细菌、真菌或酵母)的作用周期性地(例如，每年或持续不断地)补充的自然资源产生或衍生的材料。

如本文所用，术语“梳理网”是指由短纤维制成的网，这些短纤维穿过精梳或梳理单元输送，该单元将短纤维分离或分开并沿纵向对齐，从而形成大致沿纵向取向的纤维非织造网。此类纤维通常以整包的形式获得并放在开棉机/混棉机或清棉机中，将纤维分开，然后再喂入梳理单元。一旦形成，就可以通过一种或多种已知的方法对该网进行粘结。

如本文所用，术语“气流成网纤网(airlaid web)”是指由纤维束制成的网，该纤维束具有在约3至约50毫米(mm)的范围内的典型长度。通常在真空源的帮助下，纤维被分离，夹带在空气源中，并通过旋转圆筒或旋转滚筒分布，该旋转圆筒或旋转滚筒被穿孔以允许纤维通过并沉积在成形表面上。因此，气流成网纤网是指经由旋转穿孔滚筒设置在成形表面上的网。一旦形成，就通过一种或多种已知方法对该网进行粘结。

如本文所用，术语“空气成形工艺”是指既不是湿法成网工艺也不是气流成网工艺的工艺。具体而言，本公开的空气成形工艺不利用穿孔气缸来促进非织造材料的成形。本公开的空气成形工艺不同于用于形成梳理网的工艺，因为没有使用精梳或梳理单元。空气成形工艺被配置成分配包含不同材料的气流以形成复合流，该复合流然后沉积在成形表面上。本文所公开的空气成形过程可用于形成非织造材料，例如共成形材料。

术语“抗拉强度”在本文使用时是指材料承受纵向应力的能力的量度，表示为材料在不破裂的情况下可经受的最大应力。抗拉强度以克/单位力(gf)表示。

在本文中使用时，术语“Z-方向”是指由与非织造网或纤维网结构的纵向和横向所限定的平面正交的方向。

如本文所用，与所述数值结合使用的术语“约”可包括所述数值的10％以内的数值范围。

具体实施方式

本领域的普通技术人员应理解，本论述只是对示例性实施方案的描述，并且无意限制本公开的更广泛的方面。

通常，常规的共成形材料包括需要将吸收材料(例如，纸浆材料)的气流与热塑性聚合物纤维(例如，熔喷纤维)合并。纸浆材料在热塑性纤维基质内相互连接并由基质保持束缚，以促进热塑性纤维与纸浆材料的机械缠结。热塑性纤维与纸浆材料的这种机械缠结和互连形成了完整的纤维结构，该结构提供了具有一定强度和耐久性的均质材料。因此，从共成形材料中去除热塑性组分可能显著破坏共成形材料的强度和粘结，并且还会带来独特的制造挑战。然而，本发明人已经发现，可以将特定的短纤维引入吸收材料流中，以产生基本上不含热塑性材料并且仍然能够满足共成形材料所需的某些强度和吸收特性的共成形材料。

有利地，本文所公开的共成形材料和由共成形材料制成的产品可以基本上不含热塑性聚合物。例如，共成形材料可以基本上不含用于形成共成形材料的某些热塑性聚合物，诸如聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等)、聚酰胺和聚酯。因此，共成形材料提供了“无塑料”的变体。

一般来讲，本发明涉及一种具有协同共混性能的共成形材料，并涉及用于形成本文所公开的共成形材料的擦拭产品、方法、装置和系统。例如，所公开的共成形材料提供了含有短纤维和吸收材料(例如纸浆纤维)的混合物的非织造网。短纤维以约5重量％至约25重量％的量存在，并且纸浆纤维以约80重量％至约95重量％的量存在。短纤维具有约5mm至约50mm，诸如约10mm至约20mm，诸如约18mm的平均长度。与其他熔喷、纺粘或共成形材料相比，使用所公开的短纤维可以赋予网强度，同时以较低的重量百分比存在。因此，使用所公开的短纤维可以降低制造成本，并且可以进一步促进用于形成本文所公开的共成形材料的方法。

I.短纤维

短纤维可包括可再生的、可生物降解的和/或天然的聚合物。例如，在某些实施方案中，短纤维包含一种或多种生物聚合物材料。本公开中采用的生物聚合物材料可包括例如淀粉(例如热塑性淀粉(TPS))以及其他碳水化合物聚合物，诸如纤维素或纤维素衍生物(例如纤维素醚和酯)、半纤维素等；木质素衍生物；蛋白质材料(例如谷蛋白、大豆蛋白、玉米醇溶蛋白等)；藻类材料；藻酸盐；等等，以及它们的组合。

例如，淀粉是由直链淀粉和支链淀粉组成的生物聚合物。直链淀粉基本上是分子量在100,000-500,000范围内的线性聚合物，而支链淀粉是分子量高达几百万的高度支化聚合物。尽管淀粉在许多植物中产生，但典型的来源包括谷物种子，诸如玉米、糯玉米、小麦、高粱、稻米和糯米；块茎类，诸如马铃薯；根茎类，诸如木薯(tapioca)(即木薯(cassava/manioc))、甘薯和竹芋；以及西米棕榈的木髓。

在某些实施方案中，生物聚合物材料包括聚羟基链烷酸酯(PHA)。聚羟基链烷酸酯(PHA)通常是半结晶的热塑性聚酯化合物，其可以通过合成方法或通过各种微生物(诸如细菌或藻类)产生。后者通常产生光学纯的材料。传统上已知的细菌PHA包括全同立构聚(3-羟基丁酸酯)或PHB(高熔点、高度结晶、非常易碎/脆的羟基丁酸均聚物)和全同立构聚(3-羟基丁酸酯-共-戊酸酯)或PHBV(结晶度稍低且熔点较低，但仍具有高结晶度和易碎/脆的相同缺点的共聚物)。PHBV共聚物描述于Holmes等人,美国专利4,393,167号和4,477,654号，并且直到最近才可以商品名BIOPOL从Monsanto商购购得。它们在微生物的存在下易于生物降解的能力已在许多实例中得到证明。

其他已知的PHA是所谓的中长侧链PHA，诸如全同立构聚羟基辛酸酯(PHO)。与PHB或PHBV不同，这些聚合物实际上是无定形的，这是由于重复的戊基和高级烷基侧链沿主链有规则地间隔。

在某些实施方案中，短纤维包含聚乳酸(PLA)。聚乳酸通常可以衍生自乳酸的任何异构体的单体单元，诸如左旋乳酸(“L-乳酸”)、右旋乳酸(“D-乳酸”)、内消旋乳酸或它们的混合物。单体单元也可以由乳酸的任何同分异构体的酸酐(包括L-丙交酯、D-丙交酯、内消旋丙交酯或它们的混合物)形成。这样的乳酸和/或丙交酯的环状二聚体也可以被采用。任何已知的聚合方法，诸如缩聚或开环聚合，均可以用来聚合乳酸。少量的扩链剂(例如，二异氰酸酯化合物、环氧化合物或酸酐)可以被采用。聚乳酸可以是均聚物或共聚物，诸如含有源自L-乳酸的单体单元和源自D-乳酸的单体单元的那些。虽然不要求，但源自L-乳酸的单体单元和源自D-乳酸的单体单元中之一的含量比率优选为约85摩尔％或更高，在一些实施方案中从约90摩尔％或更高以及在一些实施方案中从约95摩尔％或更高。多种聚乳酸可以以任意百分比共混，其中每种具有不同的源自L-乳酸的单体单元与源自D-乳酸的单体单元之比。

在一个特定的实施方案中，聚乳酸具有以下通式结构：

本公开中可使用的适合的聚乳酸聚合物的一个具体实例可从Krailling,Germany的Biomer,Inc.以名称BIOMER^TML9000商购获得。其他合适的聚乳酸聚合物可从Minneapolis,Minn.的Natureworks,LLC或Mitsui Chemical(LACEA^TM)商购获得。另外其他适合的聚乳酸可描述于美国专利4,797,468号、5,470,944号、5,770,682号、5,821,327号、5,880,254号和6,326,458号，它们据此全文以引用方式并入本文以用于所有目的。

聚乳酸通常具有在约40,000至约160,000克每摩尔，在一些实施方案中约50,000至约140,000克每摩尔以及在一些实施方案中约80,000至约120,000克每摩尔范围内的数均分子量(“M_n”)。同样，聚合物还通常具有约80,000至约200,000克每摩尔，在一些实施方案中约100,000至约180,000克每摩尔以及在一些实施方案中约110,000至约160,000克每摩尔范围内的重均分子量(“M_w”)。重均分子量与数均分子量之比(“M_w/M_n”)，即“多分散性指数”也相对较低。例如，多分散性指数通常在从约1.0至约3.0，在一些实施方案中从约1.1至约2.0以及在一些实施方案中从约1.2至约1.8的范围内。重均分子量和数均分子量可以通过本领域技术人员已知的方法测定。

如在190℃的温度和1000sec^-1的剪切速率下测定的，聚乳酸也可以具有约50至约600帕秒(Pa·s)，在一些实施方案中约100至约500Pa·s以及在一些实施例中约200至约400Pa·s的表观粘度。聚乳酸的熔体流动指数也可以在约0.1至约40克/10分钟，在一些实施方案中约0.5至约20克/10分钟，以及在一些实施方案中约5至约15克/10分钟的范围内。熔体流动指数是在特定温度(例如190℃)下在10分钟内经受2160克的负荷时根据ASTM测试方法D1238-E测量的可被迫使通过挤出式流变仪孔口(0.0825英寸直径)的聚合物的重量(以克计)。

聚乳酸还通常具有约100℃至约240℃，在一些实施方案中约120℃至约220℃，以及在一些实施方案中约140℃至约200℃的熔点。此类低熔点聚乳酸的有用之处在于它们以快速的速率生物降解并且通常是柔软的。聚乳酸的玻璃化转变温度(“T_g”)也相对较低，以改善聚合物的柔韧性和可加工性。例如，T_g可以为约80℃或更低，在一些实施方案中约70℃或更低，以及在一些实施方案中约65℃或更低。如下文更详细讨论的，熔融温度和玻璃化转变温度都可以根据ASTM D-3417使用差示扫描量热法(“DSC”)来确定。

在另选实施方案中，短纤维可包含再生纤维素纤维。纤维素再生纤维是通过将来自木本或非木本植物的再生或改性纤维素材料进行挤出或以其他方式处理而得到的人造长丝。例如，纤维素再生纤维可包括人造丝纤维，诸如莱赛尔纤维、粘胶纤维、或它们的混合物等。另外，短纤维可包括由天然材料如棉和/或羊毛形成的纤维。短纤维还可包括韧皮纤维，诸如由黄麻、亚麻、洋麻、印度大麻、亚麻、苎麻、大麻以及它们的组合形成的韧皮纤维。

在某些实施方案中，短纤维可由热塑性聚合物材料形成。多种热塑性聚合物可用于形成短纤维。更具体地，短纤维可以是单组分、双组分或多组分纤维。多组分纤维通常由从单独的挤出机中挤出的两种或更多种聚合物形成(例如，双组分纤维)。聚合物可布置在纤维的整个横截面中的基本上恒定设置的不同的区中。各组分可以按任何所需的构型布置，诸如皮芯型、并排型、夹层型、海中岛型、三岛型、牛眼型或本领域已知的各种其他布置形式等等。

尽管可以使用聚合物的任意组合，但多组分纤维的聚合物通常由具有不同玻璃化转变温度或熔融温度的热塑性材料制成，其中第一组分(例如，皮)熔融的温度低于第二组分(例如，芯)熔融的温度。多组分纤维的第一聚合物组分的软化或熔化使多组分纤维形成粘性骨架结构，所述结构在冷却时使纤维结构稳定。例如，多组分纤维可以具有约20重量％至约80重量％、在一些实施方案中约40重量％至约60重量％的低熔点聚合物。另外，多组分纤维可以具有约80重量％至约20重量％、在一些实施方案中约60重量％至约40重量％的高熔点聚合物。

合适的热塑性聚合物的实例包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚乳酸(PLA)聚碳酸酯、聚苯乙烯、热塑性弹性体、含氟聚合物、乙烯基聚合物以及它们的混合物和共聚物。合适的聚烯烃包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等；合适的聚酰胺包括但不限于尼龙6、尼龙6/6、尼龙10、尼龙12等；并且合适的聚酯包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等。用于本公开的特别合适的热塑性聚合物是聚烯烃，包括聚乙烯，例如线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯及其混合物；聚丙烯；聚丁烯和共聚物以及它们的混合物。另外，合适的纤维形成聚合物可具有共混在其中的热塑性弹性体。

在实施方案中，短纤维可包括卷曲的双组分纤维。双组分纤维可以是机械卷曲的，或者如果使用合适的聚合物，可以是自然卷曲的。如本文所用，自然卷曲纤维是通过激活用于形成纤维的长丝中包含的潜在卷曲而卷曲的纤维。例如，在一个实施方案中，可以通过在拉伸后使长丝经受气体如加热气体而使长丝自然卷曲。卷曲的长丝可进一步加工以形成卷曲的短纤维。在某些实施方案中，短纤维包括卷曲的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，诸如卷曲的共轭聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。

根据本公开使用的短纤维可包括具有约5mm至约50mm，诸如约8mm至约40mm，诸如约10mm至约20mm的平均长度的纤维。在某些实施方案中，短纤维可包括具有约18mm的平均长度的纤维。仍在某些实施方案中，短纤维可具有约8mm至约20mm的平均长度。有利地，掺入到共成形材料中的短纤维可包括比先前在共成形过程中引入的其他短纤维更长的长度。不受任何特定理论的束缚，掺入具有本文所述的平均长度的短纤维可有助于吸收材料(例如，纸浆纤维)和短纤维之间的机械互锁，以增强所形成的共成形材料。

短纤维可以以约5重量％至约50重量％，诸如约10重量％至约40重量％，诸如约20重量％至30重量％的量掺入共成形非织造网中。

II.吸收材料

任何吸收材料通常可用于共成形非织造网中，诸如吸收纤维、颗粒等。在一个实施方案中，吸收材料包括通过各种制浆工艺形成的纤维，诸如牛皮纸浆、亚硫酸盐纸浆、热机械纸浆等。纸浆纤维可包括软木纤维，该软木纤维包括但不限于北方软木、南方软木、红杉、红刺柏、铁杉、松树(例如，南方松)、云杉(例如，黑云杉)、它们的组合等等。适用于本公开的示例性可商购获得的纸浆纤维包括可从Federal Way,Wash.的Weyerhaeuser Co.以名称“Weyco CF-405”获得的那些纤维。也可以使用硬木纤维，诸如桉树、槭树、桦树、白杨等。在某些情况下，桉树纤维对于增加网的柔软度可能是特别理想的。桉树纤维也可以增强亮度、增加不透明度并改变网的孔结构以增强其芯吸能力。此外，如果需要，则可以使用由再生材料获得的二次纤维，诸如来自例如新闻纸、回收的纸板以及办公废纸来源的纤维纸浆。此外，其他天然纤维也可以用于本公开中，诸如马尼拉麻、印度草、乳草丝、凤梨叶等等。此外，在一些情况下，也可利用合成纤维。

除纸浆纤维之外或与纸浆纤维结合，吸收材料还可包括呈纤维、颗粒、凝胶等形式的超吸收剂。一般而言，超吸收剂是在含有0.9重量％的氯化钠的水溶液中能够吸收其重量的至少约20倍，并且在一些情况下能够吸收其重量的至少约30倍的水可溶胀材料。超吸收剂可以由天然的、合成的和改性的天然聚合物和材料形成。合成的超吸收性聚合物的实例包括聚(丙烯酸)和聚(甲基丙烯酸)的碱土金属盐和铵盐、聚(丙烯酰胺)、聚(乙烯基醚)、马来酸酐与乙烯基醚和α-烯烃的共聚物、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基吗啉酮)、聚(乙烯醇)以及它们的混合物和共聚物。此外，超吸收剂包括天然聚合物和改性的天然聚合物，诸如经水解的丙烯腈接枝的淀粉、丙烯酸接枝的淀粉、甲基纤维素、脱乙酰壳多糖、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素和天然胶，诸如藻胶、黄原胶、刺槐豆胶等等。天然和完全或部分合成的超吸收聚合物的混合物也可用于本公开。特别适合的超吸收聚合物是HYSORB 8800AD(Charlotte,N.C.的BASF)和FAVOR SXM 9300(购自Greensboro,N.C.的EvonikStockhausen)。

吸收材料可包括以约50重量％至约95重量％的共成形非织造网，诸如约60重量％％至约90重量％，诸如约70重量％至约80重量％，以及在某些实施方案中约80重量％至约90重量％的共成形非织造网的量存在的纸浆纤维。

III.热塑性聚合物纤维

任选地，本公开的共成形网可包括一种或多种热塑性聚合物纤维，诸如熔纺纤维。热塑性聚合物纤维可包括熔喷纤维。例如，生产熔喷纤维的方法包括通过喷丝头连续挤出热塑性聚合物(来自熔体或溶液)以形成离散的纤维。此后，将纤维拉伸(机械或气动)而不断裂，以使聚合物纤维分子取向并实现韧度。最后，连续纤维在纵向(MD)上以基本随机的方式沉积到传送带等上，以形成基本上连续且随机排列的分子取向纤维网。熔喷纤维可具有在约1微米至约50微米范围内的平均直径。例如，熔喷纤维可以具有小于约40微米，诸如小于约30微米，诸如小于约20微米，诸如小于约15微米，诸如小于约10微米，诸如小于约8微米，诸如小于约5微米的平均直径。熔喷纤维通常具有大于约1微米，诸如大于约2微米的平均纤维直径。在某些实施方案中，熔喷纤维具有小于约5微米的平均纤维直径。可以根据应用来控制熔喷纤维的纤维尺寸。一般来讲，熔喷纤维主要是连续的。

多种热塑性聚合物可用于形成热塑性聚合物纤维。更具体地，熔喷纤维可以是单组分、双组分或多组分纤维。因此，通过适当选择用于各材料的聚合物或其组合，可以使体现本公开特征的材料具有不同的物理性能。合适的热塑性聚合物的实例包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚乳酸(PLA)聚碳酸酯、聚苯乙烯、热塑性弹性体、含氟聚合物、乙烯基聚合物以及它们的混合物和共聚物。

合适的聚烯烃包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等；合适的聚酰胺包括但不限于尼龙6、尼龙6/6、尼龙10、尼龙12等；并且合适的聚酯包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等。用于本公开的特别合适的热塑性聚合物是聚烯烃，包括聚乙烯，例如线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯及其混合物；聚丙烯；聚丁烯和共聚物以及它们的混合物。另外，合适的纤维形成聚合物可具有共混在其中的热塑性弹性体。

如上所述，尽管热塑性纤维可由相同的热塑性聚合物或具有相同特性的聚合物制成，但在一个实施方案中，不同类型的聚合物可用于形成热塑性聚合物纤维。例如，用于生产第一热塑性聚合物纤维的聚合物的熔体流动速率可比用于形成第二热塑性聚合物纤维的第二聚合物的熔体流动速率大至少30％，诸如大至少50％，诸如大至少70％，诸如大至少100％，诸如大至少150％，诸如大至少200％，诸如大至少250％，诸如大至少300％，诸如大至少350％，诸如大至少400％。熔体流动速率的差异可取决于各种因素，包括所用聚合物的类型。例如，当使用聚交酯聚合物时，用于生产第一热塑性聚合物纤维的聚合物的熔体流动速率可以是用于生产第二热塑性聚合物纤维的聚合物的熔体流动速率的两倍或三倍。另一方面，当使用聚烯烃聚合物，诸如聚丙烯聚合物时，用于生产第一热塑性聚合物纤维的聚合物可以比用于生产第二热塑性聚合物纤维的聚合物大至少约20％，诸如大至少约30％，诸如大至少约40％。

IV.共成形技术

本公开的共成形网可经由将短纤维掺入到吸收材料流中以形成复合流的方法制成。然后可在合适的收集表面上收集复合流以形成共成形非织造网。然后收集表面上的共成形非织造网可经受一种或多种粘结过程，以粘结共成形非织造网，诸如一种或多种水力缠结过程或热粘结过程。共成形非织造网可完全通过所公开的气流成形工艺形成。

参考图1，提供了用于制造本公开的共成形非织造网的系统100。系统100使得空气成形工艺能够适用于形成非织造材料，诸如共成形非织造网。值得注意的是，产生气流102(例如空气)并将其分散到导管50中，其中短纤维104和吸收纤维32在被收集到成形表面58上之前都可以分散到该导管中。值得注意的是，短纤维104可以在吸收纤维32分散在气流102中的上游位置处分散在气流102中。此外，可以以足够的速度和压力将气流102提供到导管50中，以便于从导管152中去除短纤维104并携带短纤维104通过导管50与吸收纤维32合并。气体140可用于促进从疏散辊132去除短纤维104，并可将短纤维104沿导管152吹向导管50以与气流102合并。此外，气体160可用于促进吸收纤维32从疏散辊36去除，并促进吸收纤维32在气流102中的分散。因此，在第一位置110，气流102基本上不含纤维。在第二位置111，气流102仅包括短纤维104。在第三位置112，气流102包括短纤维104和吸收纤维32。气流102可用于移动短纤维104和吸收纤维32通过喷嘴44，然后在喷嘴处它们可沉积在成形表面58上或可与一种或多种塑性材料结合，如将参照图4进一步讨论的。

为了实现短纤维104与吸收纤维32的合并，短纤维104可以以垫、絮或包的形式提供。这样，开棉机120用于开松短纤维104的垫、絮或包，并将短纤维104分离成单独的短纤维104。例如，开棉机120可包括多个齿，这些齿被构造成将垫或絮中的短纤维分离成单独的短纤维104。合适的开棉机在本领域中通常是已知的，并且可包括多排辊，这些辊上具有用于挑开单根纤维的齿或其他机构。离开开棉机120的短纤维104可以用第二开棉机122(例如预开棉机)进行加工。开棉机120和开棉机122可以是相同的开棉机或者可以是不同的。例如，开棉机120可包括用于分离短纤维104的多个齿，而开棉机122可包括更少或更多的用于进一步分离短纤维104的齿。例如，由于开棉机120主要将短纤维104从垫或絮中分离出来，因此可以想象在离开开棉机120时可能会存在短纤维104的小团块。因此，第二开棉机122可用于进一步分离短纤维104并去除任何剩余的团块。

在离开第二开棉机122时，短纤维104被输送到纤维塔125。短纤维104可以保留在纤维塔125中，直到它们从纤维塔125通过喷嘴127进入纤维开棉机130。纤维开棉机130可包括具有多个齿134的疏散辊132，该齿进一步被构造成分离短纤维104。壳体136包围疏散辊132，并且在壳体136与疏散辊132的齿134的表面之间提供通道或间隙141。气体140，例如空气，通过气体导管150被供应到疏散辊132的表面与壳体136之间的通道或间隙141。供应足量的气体以用作将短纤维104输送到导管152中并通过该导管流向导管50中的气流102的介质。所供应的气体140还有助于从疏散辊132的齿134去除短纤维104。气体140可以通过任何常规的装置诸如鼓风机(未示出)供应。值得注意的是，在导管50中供应足够量的气流102，以便于从导管152去除短纤维104。导管152和导管50在接头155处连接。在接头155处，短纤维104进入气流102，并可沿Z方向沿导管50向下行进。

如图1所示且更具体地如图2所示，为了实现吸收纤维32与短纤维104的合并，可以使用任何常规设备，诸如具有多个齿38的疏散辊36装置，该齿适于将吸收纤维32的垫或絮40分离成单独的吸收纤维32。当使用时，纤维32的片或絮40通过辊装置42馈送到疏散辊36。在疏散辊36的齿38已经将纤维垫分离成单独的吸收纤维32之后，单独的吸收纤维32通过喷嘴44向成形表面58输送。壳体46包围疏散辊36，并且在壳体46与疏散辊36的齿38的表面之间提供通道或间隙48。气体160(例如空气)通过气体导管161被供应到疏散辊36的表面与壳体46之间的通道或间隙48。由气体导管161提供的气体160可以以足够的量供应，以有助于从疏散辊36的齿38去除吸收纤维32。还供应足够量的气体160以将吸收纤维32吹入位于导管50中的气流102中。值得注意的是，气体160可用于将气流102中存在的吸收纤维32与短纤维104共混。一旦在导管50中共混，短纤维104和吸收纤维32可移动通过导管50并进入喷嘴44中，在该喷嘴中它们可沉积在成形表面58上。

为了将吸收纤维32和短纤维104的复合流34转变成非织造网54，收集装置位于复合流34的路径中。收集装置可以是由辊60驱动并如图1中箭头62所示旋转的成形表面58(例如，带、鼓、线、织物等)。短纤维104和吸收纤维32的复合流34作为纤维基质被收集在成形表面58的表面上以形成非织造网54。如果需要，可以使用真空箱170来帮助将短纤维104和吸收纤维32拉到成形表面58上。成形表面58可承载非织造网54用于进一步加工。

本文所公开的气体140和160和/或气流102可通过任何常规装置来供应，例如鼓风机或风扇或空气压缩机(未示出)。此外，空气系统可用于疏散和成形操作，其提供受控的空气运动，该空气运动增强了被疏散的纤维与疏散齿的分离，最小化了可能导致纤维结块的二次流或涡流的产生，实现了沿纵向的基本均匀的流动，并通过成形导管50将单根纤维输送到成形表面58，基本避免了在导管50和导管152的壁上的纤维结块或纤维堆积。

另外，预期添加剂和/或其他材料可被添加到或夹带在气流102中，以处理短纤维104或吸收纤维32。此外，气体140或160的量或速度可以根据所得非织造物的所需性质而改变。例如，在某些实施方案中，当需要额外的短纤维104含量时，可以增加气体140的量或速度，以便将更多的短纤维104引入气流102中。类似地，在优选更多吸收纤维32的实施方案中，可以增加气体160的量或速度，以便将更多的吸收纤维32引入气流102中。

导管50和导管152的内角可以是弯曲的，以基本上防止在角部形成低速停滞区域，该区域将使得纤维堆积。这种堆积可能产生纤维团块，这些纤维团块最终会落到成形表面58上，并破坏非织造网54的均匀外观。此外，导管50和导管152的壁可以由导电材料如铝或钢制成，使得导管50和导管152的内表面上存在的任何静电场基本上是均匀的。电场的基本均匀性使具有增加的静电势的任何隔离区域的可能性最小化，所述增加的静电势将对纤维施加力，并进而引导纤维通过这些区域，从而导致成形表面58上的不均匀成形。

现在参考图3，非织造网54可以经受额外的加工。复合流34被收集到形成非织造网54的成形表面58上，并通过成形表面58与辊60的运动而沿路径被运送。沿着该路径，可以对非织造网54进行不同的处理。例如，水力缠结装置180可用于水力缠结非织造网54。水力缠结装置180可包括任何常规的水力缠结设备，诸如可以在例如授予Evans的美国专利3,485,706号中找到的设备，该专利的公开内容据此以引用方式并入。本公开的水力缠结可利用任何适当的工作流体例如水进行。工作流体流经将流体均匀分布到一系列单独的孔或孔口中的歧管。

另外和/或另选地，非织造网54也可通过热粘结装置190进行热粘结。例如，热粘结装置190可包括砑光辊192(例如，加热的砑光辊)和砧辊194。非织造网54可进一步粘结在砑光辊192和砧辊194之间。任选地，砑光辊192可以以某种方式形成图案，使得整个非织造物不在其整个表面上粘结。因此，出于功能和美观的原因，已经开发了砑光辊192的各种图案。通常，粘结面积百分比在非织造网54面积的约10％至约30％之间变化。

另外和/或另选地，非织造网54也可通过通风粘结装置196进行通风粘结。通风粘结装置196迫使空气通过非织造网54，以便粘结非织造网54的一种或多种纤维组分。被强制通过非织造网54的空气足够热，以粘结非织造网的一种或多种纤维组分。下面将进一步讨论通风粘结。

非织造网54可通过干燥器195干燥，产生最终的非织造产品。干燥后，非织造网54可从成形表面58去除，并可根据需要进一步加工。例如，非织造网54的片材可被切割成单独的片材或者可被卷绕形成卷状片材。

现在参考图4，在某些实施方案中，可将一种或多种热塑性聚合物纤维掺入到短纤维104和吸收纤维32的复合物流34中。设备分别包括挤出机16和16’，其中可以引入热塑性聚合物组合物。例如，可以利用一个或多个料斗12将热塑性聚合物组合物引入挤出机16和16’中。可以利用挤出机16和16’以将熔喷纤维引入吸收纤维32和短纤维104的流中。挤出机16和16’各自具有挤出螺杆(未示出)，其由常规驱动电机(未示出)驱动。当聚合物前进通过挤出机16和16’时，由于驱动电机使挤出螺杆旋转，组合物逐渐加热至熔融状态。加热可以以多个不连续步骤完成，其温度随着其分别朝向两个熔喷模头18和18’前进通过挤出机16和16’的不连续加热区而逐渐升高。熔喷模头18和18’可以构成另一个加热区，其中热塑性聚合物的温度保持在高温水平用于挤出。

当使用如上文所描述的两个或更多个熔喷模头时，应理解，由各个模头生产的纤维可以是不同类型的纤维。即，来自模头18的熔喷纤维的尺寸、形状或聚合物组成可以不同于从模头18’挤出的那些熔喷纤维。例如，在实施方案中，较小的纤维由第一熔喷模头18产生。因此，与第二熔喷模头18’相比，第一熔喷模头18可以具有较小的平均直径。例如，与第二模头18’相比，第一熔喷模头18的平均直径为约5微米或更小，在一些实施方案中为约10微米或更小，并且在一些实施方案中为约5至约50微米或更小。因此，根据共成形所需的热塑性纤维的特定直径，可以使用不同尺寸的模头。

每个熔喷模头18和18’被构造成使得每个模头的两细化气流会聚以形成单股气流，该单股气流在熔融线19离开每个熔喷模头18和18’中的小孔或孔口24时夹带并拉细所述熔融线。熔融线19形成为纤维，或者根据细化程度形成为具有小直径的微纤维，该小直径通常小于孔口24的直径。因此，每个熔喷模头18和18’具有相应的单一气流，诸如对应于模头18的第一气流20和对应于模头18’的第二气流22。包含聚合物纤维的第一气流20和第二气流22被排列成在冲击区31处会聚。

吸收纤维32和/或短纤维104也可在冲击区31处与第一气流20和第二气流22一起添加。将吸收纤维32和/或短纤维104引入热塑性聚合物纤维30的第一气流20和第二气流22中可被构造成在热塑性聚合物纤维30的第一气流20和第二气流22的组合内产生吸收纤维32和短纤维104的均匀或分级分布。这可以通过在热塑性聚合物纤维30的两股气流20和22之间合并复合流34来实现，使得所有三股气流以受控方式会聚。因为热塑性聚合物纤维30在形成后保持相对粘性和半熔融，所以该热塑性聚合物纤维可在与吸收纤维32和/或短纤维104接触时同时与该吸收纤维粘附和缠结以形成粘性非织造网54。

如图4所示，熔喷模头18和18’可以相对于成形表面58以一定角度布置，如Georger等人的美国专利号5,508,102和5.350,624中所述。例如，每个模头18和18’可以设定在约30度至约90度，在一些实施方案中约35度至约80度，在一些实施方案中约45度至约65度的角度范围内。模头18和18’可以相同或不同的角度定向。事实上，非织造网54的纹理实际上可通过将一个模具定向成不同于另一个模具的角度来增强。

在一个方面，模头18可与成形表面58成约35度至约55度的角度，使得热塑性聚合物纤维30、吸收纤维32和短纤维104经历充分混合。另一方面，模头18’的角度可以处于约70度至约90度，使得在吸收纤维32、短纤维104和热塑性聚合物纤维30之间很少发生混合。以这种方式，热塑性聚合物纤维30自由地具有更大的纤维间粘结，这可进一步增强横向强度。

可以使用控制器(未示出)来控制系统100的组件或装置。例如，为了控制通过系统100的空气流，控制器可用于控制空气流102、气体140和/或气体160的量或速度。另外，控制器可用于控制疏散辊36和132的旋转。控制器还可用于控制辊60的旋转速度。控制器还可用于控制水力缠结装置180、热粘结装置190和/或干燥器195。控制器可包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。一个或多个存储器装置可以存储计算机可读指令，当由一个或多个处理器执行时，该计算机可读指令使得一个或多个处理器执行操作，诸如本文中描述的任何控制操作。

图5示出了可用于形成本文所公开的共成形材料的方法(300)的示例性流程图过程。简言之，在(302)处，方法(300)包括将吸收材料(例如，纸浆纤维)流与短纤维流合并以形成复合流。例如，在某些实施方案中，可将一股或多股短纤维流吹入吸收材料流中以产生复合流。此外，在其他实施方案中，可以设想吸收材料和短纤维可以在成形室中组合，并且可以从收集装置以流的形式提供，并铺设在收集表面上以形成共成形非织造网。

在(304)处，该方法包括在成形表面上收集复合流以形成共成形非织造网。例如，将复合流设置在移动的多孔表面(例如，成形表面)上，诸如成形筛网。可以使用真空源通过成形表面抽吸空气流。空气流将纤维和/或颗粒材料沉积到移动的成形表面上。一旦纤维沉积到成形表面上，就形成了共成形材料的网。

任选地，在(306)处，该方法包括水力缠结共成形非织造网。例如，通过向网的第一侧施加水力能，可以使非织造网经受第一水力缠结过程。然后，通过向网的第二和相反侧施加水力能，可以使非织造网经受第二水力缠结过程。如果需要，可以在第一侧、第二侧或两侧上进行另外的水力缠结过程。水力缠结也可用于在材料上赋予纹理图案，以提高共成形材料的整体厚度。

水力缠结可以利用常规的水力缠结设备实现，诸如可以在例如授予Evans的美国专利3,485,706中找到的设备，该专利的公开内容据此以引用方式并入。本公开的水力缠结可利用任何适当的工作流体例如水进行。工作流体流经将流体均匀分布到一系列单独的孔或孔口中的歧管。这些孔或孔口的直径可为约60微米至约200微米，诸如约100微米至约140微米。例如，本公开可以利用包含具有120微米直径的孔口(具有600微米间隔)和1排孔的条带的歧管来实践。在其他实施方案中，歧管包括至少2排孔，诸如至少三排孔，诸如至少四排孔，诸如至少五排孔，诸如至少6排孔，诸如至少7排孔，诸如至少8排孔等。可以使用许多其他歧管配置(例如，连续布置的若干歧管)和组合。

在水力缠结过程中，工作流体在约200至约4000磅/平方英寸的表压(psig)范围内的压力下穿过孔口。在某些实施方案中，在水力缠结期间施加的平均压力为约20巴至约200巴，诸如约80巴至约120巴。流体冲击由多孔表面支撑的非织造网，所述多孔表面例如可以是具有约40X40至约120X120的网格大小的单个平面网格。如在许多水射流处理工艺中典型的那样，真空吸嘴可以位于水针刺岐管正下方或缠结歧管下游的多孔缠结表面下方，以便将过量的水从水力缠结的非织造材料中抽出。

直接冲击非织造网的纤维的工作流体的柱状射流用于缠结纤维并形成更连贯的结构。纸浆纤维与非织造网的短纤维缠结并且彼此缠结。

根据本公开，非织造网可经受单个水力缠结步骤或多个水力缠结步骤。在一个实施方案中，仅非织造网的一侧经受水力缠结。而在另一个实施方案中，使非织造网的第一侧经受足够量的水力能，以在网内进行水力缠结。然后可以使非织造网的第二侧或相反侧经受水力缠结过程，其中将水力能施加至第二侧以进行水力缠结。在一个实施方案中，非织造网可以经受进一步的水力缠结过程。例如，非织造网的每一侧可以经受两个或更多个水力缠结过程。在一个特定的实施方案中，例如，使网的第一侧经受一至三个水力缠结过程，并且网的第二侧经受一至三个水力缠结过程。在网的每一侧上进行的水力缠结过程的数量可以相同或不同。在一个特定的实施方案中，例如，网的第一侧可以经受两个水力缠结过程，而网的相反侧和第二侧可以经受单个水力缠结过程。可以使网的第二侧，例如，在网的第一侧经受两个不同的水力缠结步骤之间经受水力缠结过程。

在多个流体喷射处理之后，可以将非织造网脱水，诸如通过真空脱水，以制备用于干燥的网。干燥可以使用本领域已知的各种方法进行，诸如通风干燥、红外干燥、冲击干燥、传导干燥等。在一个实施方案中，干燥是非压缩形式的干燥，以便维持网的厚度和吸收容量。

可以进行另外的水力缠结处理，以便将纹理或图案施加到所得的非织造网和/或提高非织造网的整体强度或厚度。

此外，任选地，在(308)处，该方法包括热粘结共成形非织造网。通过采用本领域已知的各种干燥技术，诸如通风干燥(即通风粘结)、红外干燥或冲击干燥，可以实现热粘结。在一个实施方案中，非织造网可以馈送通过处于导致发生热粘结的温度下的通风干燥器。网的通风干燥使得在没有显著压缩力的情况下将纤维粘结并且因此维持网的松厚度和吸收性特征。

如本文所用，通风粘结或“TAB”是指粘结非织造网的过程，其中热到足以粘结非织造网的一种或多种纤维组分的空气被强制通过网。空气速度为每分钟100至500英尺，并且停留时间可长达10秒。通常，通风粘结具有相对有限的可变性，因为通风粘结通常需要熔融至少一种组分来完成粘结。因此，通风粘结通常限于具有两种组分的网。在一种类型的通风粘结器中，温度高于一种组分的熔融温度并低于另一种组分的熔融温度的空气从周围的罩中引导穿过网并进入支撑网的穿孔辊。

另选地，通风粘结器可以是平面布置，其中空气被垂直向下引导到网上。两种配置的操作条件是相似的，主要区别在于粘结过程中网的几何形状。热空气熔融较低熔点的组分，从而在纤维之间形成粘结以整合网。

在某些实施方案中，共成形非织造材料的热粘结可包括材料的热点粘结。如本文所用，“热点粘结”是指用离散粘结点的图案粘结一种或多种材料。例如，热点粘结通常包括使待粘结的织物或网通过一对加热粘结砑光辊之间的辊隙。粘结辊中的一个通常(但不总是)以某种方式形成图案，使得整个织物不会在其整个表面上粘结，而第二辊或砧辊通常是光滑表面。因此，出于功能和美观的原因，已经开发了砑光辊的各种图案。图案的一个实例是具有点，并且是汉森彭宁斯(Hansen Pennings)或“H&P”图案，其具有约30％的粘结区域，具有约200个粘结/平方英寸，如授予Hansen和Pennings的美国专利3,855,046中所教导的。H&P图案具有方形点或销粘结区域，其中每个销的侧面尺寸为0.038英寸(0.965mm)，销之间的间距为0.070英寸(1.778mm)，粘结深度为0.023英寸(0.584mm)。所得图案具有约29.5％的粘结区域。另一种典型的点粘结图案是扩展的汉森彭宁斯(Hansen Pennings)或“EHP”粘结图案，其产生15％的粘结区域，其中方形销的侧面尺寸为0.037英寸(0.94mm)、销间距为0.097英寸(2.464mm)和深度为0.039英寸(0.991mm)。标为“714”的另一种典型的点粘结图案具有方形销粘结区域，其中每个销的侧面尺寸为0.023英寸，销之间的间距为0.062英寸(1.575mm)，且粘结深度为0.033英寸(0.838mm)。所得图案具有约15％的粘结区域。另一种常见的图案是C-星形图案，其粘结面积为约16.9％。C-星形图案具有被流星打断的横向条纹或“灯芯绒”设计。其他常见的图案包括具有约16％粘结面积的重复且稍微偏移的菱形的菱形图案，以及具有约19％粘结面积的通常交替的垂直部分的金属丝编织图案。通常，粘结面积百分比在织物层压网面积的约10％到约30％之间变化。点粘结可用于将层压物的各层保持在一起和/或通过将网内的长丝和/或纤维粘结而赋予各个层完整性。

在某些实施方案中，共成形非织造网可暴露于一种或多种水力缠结过程或一种或多种热粘结过程。

在一个实施方案中，共成形非织造网仅包含短纤维和纸浆纤维，并且不包含任何其他纤维。事实上，在一个实施方案中，非织造网仅由短纤维和纸浆纤维制成，并且可以不包含其他填料、颗粒、纤维等。此外，在实施方案中，共成形非织造网基本上不含热塑性聚合物材料。而在其他实施方案中，可将聚合物短纤维或另外的热塑性聚合物纤维(例如熔喷纤维)掺入到共成形非织造网中。

此外，在某些实施方案中，可能希望使用本领域中通常采用的精整步骤和/或后处理过程来赋予共成形非织造网材料选定的特性。例如，可将附加层或材料添加到共成形非织造网中，以赋予选定的特性。

本公开的气流成形工艺适用于形成具有所需强度和柔软度的共成形材料，而不需要像气流成网工艺那样使用穿孔气缸，也不需要使用梳理工艺所需的附加精梳或梳理单元。值得注意的是，通过本文所公开的气流成形工艺形成的共成形材料包括短纤维和吸收材料，并且与经由其他工艺形成的非织造物相比具有改进的强度和柔软度。

根据本公开制造的共成形材料的基重可以根据各种因素而变化，包括产品的预期用途。一般来讲，基重大于约10gsm，诸如大于约15gsm，诸如大于约20gsm，诸如大于约25gsm，诸如大于约30gsm，诸如大于约40gsm。擦拭物产品的基重通常小于约300gsm，诸如小于约250gsm，诸如小于约200gsm，诸如小于约175gsm，诸如小于约150gsm，诸如小于约125gsm，诸如小于约110gsm，诸如小于约100gsm，诸如小于约90gsm。

另外，共成形材料可具有约110gf*mm至约850gf*mm，诸如约200gf*mm至约800gf*mm的平均压杯能量。共成形材料可具有约5gf至约60gf，诸如约15gf至约50gf，诸如约20gf至约40gf的平均压杯峰值。在其他实施方案中，共成形材料可具有约1000gf*mm至约2800gf*mm，诸如约1200gf*mm至约2200gf*mm的平均压杯能量。共成形材料可具有约60gf至约200gf，诸如约75gf至约150gf的平均压杯峰值。

共成形材料可具有约400gf/英寸至约2500gf/英寸，诸如约1000gf/英寸至约2000gf/英寸，诸如约1200gf/英寸至约1700gf/英寸的平均纵向(MD)拉伸强度。共成形材料可具有约25％至约40％的平均MD伸长率％。在某些实施方案中，共成形材料可具有约350gf/英寸至约700gf/英寸，诸如约400gf/英寸至约650gf/英寸的平均纵向(MD)拉伸强度。共成形材料可具有约10％至约20％的平均MD伸长率％。

共成形材料可具有约250gf/英寸至约1250gf/英寸，诸如约750gf/英寸至约100gf/英寸的平均横向(CD)拉伸强度。共成形材料可具有约50％至约75％的平均CD伸长率％。共成形材料可具有约225gf/英寸至约375gf/英寸，诸如约250gf/英寸至约350gf/英寸的平均横向(CD)拉伸强度。共成形材料可具有约30％至约60％的平均CD伸长率％。

令人惊讶的是，根据本公开的共成形材料还表现出优异的柔软度。例如，在一个方面，根据本公开的非织造网表现出约8或更小，诸如约7或更小，诸如约6或更小，诸如约5.5或更小，诸如约5或更小，诸如约4.5或更小，诸如约4或更小，诸如约3.5或更小，诸如约3或更小，诸如约2.5或更小，或者其间的任何范围或值的TS7值。如本文所用，术语“TS7”和“TS7值”如测试方法部分中所述，是指EMTEC薄纸柔软度分析仪(“TSA”)(Emtec ElectronicGmbH,Leipzig,Germany)的输出。TS7值的单位为dB V2 rms，然而，TS7值在本文中提及时通常不带单位。

一旦共成形非织造材料被生产，共成形材料便可以被进一步加工和包装为擦拭物产品。例如，在一个实施方案中，共成形非织造网可以被切割成单独的片材。片材可以交错折叠并包装到分配器中。擦拭物产品可包括交错折叠并布置成叠堆的各个擦拭物。擦拭物的叠堆可以容纳并储存在分配器中，用于一次一个地分配擦拭物。可以添加附加材料层或附加共成形材料层，以提供其中公开的至少一层共成形材料的层压产品。

在一个实施方案中，包括共成形非织造网的擦拭物或擦拭物产品可在包装之前用溶剂如清洁溶剂预先润湿或预先浸渍。溶剂可包括基于擦拭物的最终应用的任何合适的溶剂。在一个实施方案中，例如，溶剂可包括水。在某些实施方案中，溶剂可包括其中分散有一种或多种已知用于家庭或工业清洁产品的试剂的清洁溶液。例如，可包括一种或多种消毒剂或杀菌剂。此外，对于个人护理产品，擦拭物可以浸渍有溶剂，该溶剂包括抗感染剂，诸如抗生素、抗微生物剂和杀真菌剂、止汗剂、除臭剂、防晒剂、润肤剂、湿润剂和驱虫剂。对于家庭中的某些环境用途或对于农业、食品服务、兽医或医疗应用，擦拭物可以用包括蜡或抛光剂、芳香剂、消毒剂或杀虫剂的功能剂浸渍。在某些实施方案中，溶剂可包括挥发性有机化合物。溶剂的实例包括酮、醇、或其他有机溶剂，诸如酯基溶剂和烃基溶剂(例如，苯、二甲苯、甲苯等)。在一个实施方案中，溶剂可包括异丙醇和石脑油。在另选实施方案中，溶剂可包含二丙二醇单甲醚。

此外或另选地，共成形材料可用于形成其他制品，诸如吸收制品。例如，共成形材料可与其他材料层组合以形成吸收制品，诸如个人护理吸收制品，诸如尿布、训练裤、吸收性内裤、失禁用制品、女性卫生产品(例如，卫生巾)、泳衣、婴儿湿巾、手套式擦拭布(mittwipe)等等；医疗用吸收制品，诸如衣物、开窗术材料、垫料、床垫、绷带、吸收性铺巾和医用擦拭物；食品服务纸巾；服装制品；口袋等等。

在下文提供的实施例中使用以下测试方法。

压杯测试

非织造网材料的刚度可根据“压杯”测试来测量。压杯试验通过测量4.5cm直径的半球形压脚将23cm×23cm的织物片压碎成大约6.5cm直径×6.5cm高的倒置杯所需的峰值负荷(也称为“压杯负荷”或简称为“压杯”)来评价织物刚度，同时杯形织物被大约6.5cm直径的圆柱体围绕，以保持杯形织物的均匀变形。使用了10个读数的平均值。将压脚和杯对齐以避免杯壁与压脚之间的接触，所述接触会影响读数。在压脚以约0.25英寸/秒(380mm/分钟)的速率下降时测量峰值负荷，并且以克为单位进行测量。杯形挤压测试还产生挤压样品所需的总能量(“压杯能量”)的值，所述值是从测试开始到峰值加载点的能量，即由在一个轴上的以克为单位的负荷和在另一个轴上的以毫米为单位的压脚移动距离形成的曲线下的面积。压杯能量因此以g*mm报告。较低的压杯值表明较柔软的非织造物。用于测量压杯值的合适的装置为可得自Schaevitz Company,Pennsauken,N.J.的型号FTD-G-500测力传感器(500克量程)。

强度测试

“纵向(MD)拉伸强度”是当样品在纵向上被牵拉至破裂时每1英寸(25.4mm)样品宽度的峰值负荷。类似地，“横向(CD)拉伸强度”是样品在横向上被牵拉至破裂时每1英寸(25.4mm)样品宽度的峰值负荷。“拉伸”是拉伸测试期间样品在断裂点的伸长率。用于测量拉伸强度的仪器是MTS Systems Sintech 11S，系列编号为6233。数据采集软件是MTSfor Windows 3.10版(MTS Systems Corp.,Research Triangle Park,N.C.)。根据所测试样品的强度，选择最大值为50牛顿或100牛顿的测力传感器，使得峰值负荷值的大部分落在测力传感器的全刻度值的10％与90％之间。夹具之间的标距为4±0.04英寸(101.6±1mm)。夹具使用气动式动作来操作并且涂布有橡胶。最小夹面宽度为3英寸(76.2mm)，并且钳口的大致高度为0.5英寸(12.7mm)。夹头速度为10±0.4英寸/分钟(254±1mm/min)，并且断裂灵敏度被设置在65％。将样品置于仪器的夹具中，在垂直和水平方向上均居中。接着开始测试并且在样品断裂时结束。根据所测试的样品的方向，将以克力表示的峰值负荷记录为试样的“MD拉伸强度”或“CD拉伸强度”。测试了“按原样”获取的每个产品或片材的至少六(6)个代表性试样，且所有各个试样测试的算术平均值是产品或片材的MD或CD拉伸强度。

TS7

使用EMTEC薄纸柔软度分析仪(“TSA”)(Emtec Electronic GmbH,Leipzig,Germany)测量TS7和TS750值。TSA包括具有垂直叶片的转子，该垂直叶片在施加限定的接触压力的测试件上旋转。垂直叶片与测试件之间的接触产生振动，振动由振动传感器感测。然后，传感器向个人计算机(PC)传输信号，供处理与显示。信号以频谱显示。为测量TS7和TS750值，将叶片以100mN的负荷压贴在样品上，并且叶片的转速为每秒2转。

为测量TS7和TS750值，进行了两种不同的频率分析。第一频率分析在约200Hz至1000Hz的范围内进行，将750Hz处出现的峰幅值记录为TS750值。TS750值表示样品的表面光滑度。高幅值峰与较粗糙表面相关联。在1至10kHZ的范围内进行第二频率分析，将7kHz处出现的峰幅值记录为TS7值。TS7值代表样品的柔软度。较低幅值与较软的样品相关。TS750和TS7值的单位均为dB V² rms。

实施例1

根据本公开制造不同的共成形材料并测试各种特性。共成形材料由包含与纸浆纤维组合的短纤维的纤维配料制成。短纤维以约10重量％至约40重量％的量存在，并且纸浆纤维以约60重量％至约90重量％的量存在。短纤维包括具有18mm的平均长度的莱赛尔纤维。使共成形材料经受水力缠结。根据本文提供的公开内容形成共成形材料。

表1.

使样品M 3TX-60和样品M 3TX-80在具有图案的滚筒上经受额外的水力缠结，以在非织造共成形材料上产生额外的纹理。

表1中确定的样品的压杯测试结果示于下表2中。

表2.

表1中确定的样品的强度测试结果示于下表3中。

表3.

实施例2

根据本公开制造不同的共成形材料并测试各种特性。例如，样品1-14对应于各种共成形材料，而样品15对应于不是通过本公开的共成形工艺形成的100％气流成网的纸浆纤维材料。如下表4所提供，制备各种共成形材料。简言之，共成形材料包括熔喷纤维、纸浆纤维和短纤维。短纤维以约0重量％至约20重量％的量存在。纸浆纤维以约40重量％至约75重量％的量存在。熔喷纤维以27重量％或22.53重量％的量存在。根据本文提供的公开内容形成样品1-14的共成形材料。

表4

使样品1-7不经受任何压花，而使样品8-14经受额外的压花，从而在其上产生图案。使样品8-14经受压花，并且其粘结面积为非织造材料的总表面积的约23％。压花图案是菱形图案，每个角具有圆角。与粘结区域相比，菱形图案的内部更厚。使样品15(气流成网纤网)经受铁砧处理，得到图案化的网。

表4中确定的样品的压杯测试和TS7的结果示于下表5中。

表5.

表4中确定的样品的强度测试结果示于下表6中。

表6.

以下条款的主题提供了另外的方面：

1.一种共成形材料，所述共成形材料包含：非织造网，所述非织造网包含短纤维和包括纸浆纤维的吸收材料的混合物，所述短纤维以约5重量％至约50重量％的量存在于所述非织造网中，所述纸浆纤维以约50重量％至约95重量％的量存在于所述非织造网中，其中所述短纤维具有约5mm至约50mm的平均长度，其中将所述短纤维和纸浆纤维热粘结或水力缠结以形成所述非织造网。

2.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述短纤维以5重量％至约25重量％的量存在，并且所述纸浆纤维以约80重量％至约95重量％的量存在。

3.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述短纤维包含再生纤维素、粘胶人造丝、棉、羊毛或它们的组合。

4.如条款1或2所述的共成形材料，其中所述短纤维包含卷曲的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。

5.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述短纤维具有至少约10mm至约40mm的平均长度。

6.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述短纤维以约30重量％或更少的量存在于所述非织造网中。

7.如条款1至3或5至6所述的共成形材料，其中所述共成形材料基本上不含热塑性聚合物材料。

8.如条款1至6所述的共成形材料，所述共成形材料还包含熔喷纤维。

9.如任一前述条款所述的共成形材料，所述共成形材料具有根据EMTEC薄纸柔软度分析仪(“TSA”)的输出测量的约8或更小的TS7柔软度值，以及通过马丁代尔磨损测试仪如来自James H.Heal&Company,Ltd.of West Yorkshire,England的型号103或403确定的约2或更大的马丁代尔磨损等级。

10.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述非织造网包括水力缠结网。

11.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约10gsm至约90gsm的基重。

12.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约110gf*mm至约850gf*mm的平均压杯能量。

13.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约5gf至约60gf的平均压杯峰值。

14.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约400gf/英寸至约2500gf/英寸的平均纵向(MD)拉伸强度和约25％至约40％的平均MD伸长率％。

15.如任一前述条款所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约250gf/英寸至约1250gf/英寸的平均横向(CD)拉伸强度和约45％至约80％的平均CD伸长率％。

16.一种擦拭物产品，所述擦拭物产品包含如条款1所述的共成形材料。

17.如条款16所述的擦拭物产品，其中将所述非织造网用溶剂预浸渍。

18.一种用于生产共成形非织造网的方法，所述方法包括：将包括纸浆纤维的吸收材料流与短纤维流合并在一起以形成复合流，所述短纤维以约5重量％至约50重量％的量存在，所述纸浆纤维以约50重量％至约95重量％的量存在，其中所述短纤维具有约5mm至约50mm的平均长度；在成形表面上收集所述复合流以形成共成形非织造网；以及粘结所述共成形非织造网，其中粘结所述共成形非织造网包括(i)水力缠结所述共成形非织造网或(ii)热粘结所述共成形非织造网。

19.如条款18所述的方法，其中收集所述复合流包括在所述成形表面上气流成网所述纸浆纤维和短纤维。

20.一种用于形成共成形网的系统，所述系统包括：第一系统，所述第一系统被构造成提供短纤维；第二系统，所述第二系统被构造成提供吸收纤维；第一空气流，所述第一空气流设置在第一导管中，所述第一导管构造有一个或多个开口以接收来自所述第一系统的短纤维和来自所述第二系统的吸收纤维；第二空气流，所述第二空气流被构造成经由第二导管将来自所述第一系统的所述短纤维分散在所述第一空气流中；第三空气流，所述第三空气流被构造成将所述吸收纤维与包含所述短纤维的所述第一空气流一起分散在所述第一导管中，形成复合流，将所述第三空气流设置在所述第二空气流的下游；以及喷嘴，所述喷嘴设置在所述第一导管的一端上，用于将所述复合流沉积在成形表面上。

在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本公开的这些和其他修改和变型可以由本领域的普通技术人员实践，在所附权利要求中对此更具体地描述。此外，应当理解各种实施方案的方面可整体或部分互换。此外，本领域的普通技术人员将会知道，上述描述仅仅是举例，并非意图限制此类所附权利要求书中进一步描述的本公开。

Claims (20)

1.一种共成形材料，所述共成形材料包含：

非织造网，所述非织造网包含短纤维和包括纸浆纤维的吸收材料的混合物，所述短纤维以约5重量％至约50重量％的量存在于所述非织造网中，所述纸浆纤维以约50重量％至约95重量％的量存在于所述非织造网中，其中所述短纤维具有约5mm至约50mm的平均长度，其中将所述短纤维和纸浆纤维热粘结或水力缠结以形成所述非织造网。

2.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述短纤维以5重量％至约25重量％的量存在，并且所述纸浆纤维以约80重量％至约95重量％的量存在。

3.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述短纤维包含再生纤维素、粘胶人造丝、棉、羊毛或它们的组合。

4.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述短纤维包含卷曲的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。

5.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述短纤维具有至少约10mm至约40mm的平均长度。

6.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述短纤维以约30重量％或更少的量存在于所述非织造网中。

7.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述共成形材料基本上不含热塑性聚合物材料。

8.如权利要求1所述的共成形材料，所述共成形材料还包含熔喷纤维。

9.如权利要求1所述的共成形材料，所述共成形材料具有根据EMTEC薄纸柔软度分析仪(“TSA”)的输出测量的约8或更小的TS7柔软度值，以及通过马丁代尔磨损测试仪如来自James H.Heal&Company,Ltd.of West Yorkshire,England的型号103或403确定的约2或更大的马丁代尔磨损等级。

10.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述非织造网包括水力缠结网。

11.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约10gsm至约90gsm的基重。

12.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约110gf*mm至约850gf*mm的平均压杯能量。

13.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约5gf至约60gf的平均压杯峰值。

14.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约400gf/英寸至约2500gf/英寸的平均纵向(MD)拉伸强度和约25％至约40％的平均MD伸长率％。

15.如权利要求1所述的共成形材料，其中所述非织造网具有约250gf/英寸至约1250gf/英寸的平均横向(CD)拉伸强度和约45％至约80％的平均CD伸长率％。

16.一种擦拭物产品，所述擦拭物产品包含如权利要求1所述的共成形材料。

17.如权利要求16所述的擦拭物产品，其中将所述非织造网用溶剂预浸渍。

18.一种用于生产共成形非织造网的方法，所述方法包括：

将包括纸浆纤维的吸收材料流与短纤维流合并在一起以形成复合流，所述短纤维以约5重量％至约50重量％的量存在，所述纸浆纤维以约50重量％至约95重量％的量存在，其中所述短纤维具有约5mm至约50mm的平均长度；

在成形表面上收集所述复合流以形成共成形非织造网；以及

粘结所述共成形非织造网，其中粘结所述共成形非织造网包括(i)水力缠结所述共成形非织造网或(ii)热粘结所述共成形非织造网。

19.如权利要求18所述的方法，其中收集所述复合流包括在所述成形表面上气流成网所述纸浆纤维和短纤维。

20.一种用于形成共成形网的系统，所述系统包括：

第一系统，所述第一系统被构造成提供短纤维；

第二系统，所述第二系统被构造成提供吸收纤维；

第一空气流，所述第一空气流设置在第一导管中，所述第一导管构造有一个或多个开口以接收来自所述第一系统的短纤维和来自所述第二系统的吸收纤维；

第二空气流，所述第二空气流被构造成经由第二导管将来自所述第一系统的所述短纤维分散在所述第一空气流中；

第三空气流，所述第三空气流被构造成将所述吸收纤维与包含所述短纤维的所述第一空气流一起分散在所述第一导管中，形成复合流，将所述第三空气流设置在所述第二空气流的下游；以及

喷嘴，所述喷嘴设置在所述第一导管的一端上，用于将所述复合流沉积在成形表面上。