CN1269632C - 可拉伸的复合片材和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制备可拉伸的多组分粘结复合片材的改进方法，它包括通过使用断续的机械、化学或热方式粘结处的阵列将可螺旋形卷曲的多组分连续长丝或切断纤维的纤维层粘结于一个或多个不可螺旋形卷曲的层上，和加热该粘结的复合材料以活化在可螺旋形卷曲的层中的纤维的螺旋形卷曲。与现有技术中已知的多组分元纺织物相比，根据本发明的方法制备的多层元纺织物具有强度、美观性、拉伸回复性能、以及纺织品手感和悬垂性的改进组合。

Description

可拉伸的复合片材和制造方法
                        发明背景
1.发明领域
本发明涉及制备可拉伸的多层复合片材的改进方法，其中在多层复合片材中的至少一层包括多组分螺旋形卷曲纤维。
2.相关现有技术的叙述
从多组分长丝制备的无纺纤维网是现有技术中已知的。该产品通常是重质的，具有高松密度，并且这些纤维在它们的交叉点上高度粘结。例如，授权于Davies等人(Davies)的美国专利3,595,731描述了含有卷曲纤维的双组分纤维材料，这些卷曲纤维采用在卷曲纤维中的螺旋形体互锁来以机械方式粘合并由低熔点的粘合剂聚合物组分的熔化所产生的粘合作用来以粘结方式粘合。可以在单一的处理步骤中产生卷曲并且活化潜在的粘合剂组分，或可以首先产生卷曲，随后活化粘合剂组分使处在相邻关系的纤维网的纤维粘结在一起。卷曲是在没有施加防止纤维发生卷曲的明显压力的条件下产生的。
授权于Okawahara等人(Okawahara)的美国专利5,102,724描述了整理包括双组分聚酯长丝的无纺织物的方法，该双组分聚酯长丝是通过共轭纺丝与具有金属磺酸盐基团的结构单元共聚合的聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚(对苯二甲酸1，4-丁二醇酯)的并行长丝来生产的。在形成无纺织物之前，该长丝以机械方式卷曲。在长丝处于松弛状态下的同时，通过将该织物暴露于红外辐射而赋予其可拉伸性。在红外线加热步骤中，共轭长丝产生三维卷曲和高膨松度。
授权于Pike等人的美国专利5,382,400(Pike)描述了制造无纺织物的方法，它包括以下步骤：连续熔纺多组分聚合物长丝，拉伸该长丝，至少部分地骤冷该多组分长丝以使该长丝具有潜在的螺旋状(螺旋形)卷曲，活化该潜在螺旋卷曲，且随后将卷曲的连续多组分长丝形成为无纺织物。所获得的无纺织物被描述为基本上稳定和均匀的，并可具有高膨松度。
PCT公开的申请WO 00/66821描述了包括多根双组分纤维的可拉伸无纺纤维网，该双组分纤维也可以与非-双组分纤维混纺，后者在为了在长丝中形成卷曲而加热之前是点粘结的。该双组分长丝包括聚酯组分和另一种聚合物组分，后者优选是聚烯烃或聚酰胺。该加热步骤引起粘结的纤维网收缩而得到无纺织物，当拉伸到至高30％时，后者在纵向和横向两个方向上显示出弹性回复。
多层复合弹性非编织材料在现有技术中也是已知的。多层弹性非编织材料的实例包括“拉伸-粘结的”和“缩辐-粘结的”层压材料。通过将可打褶裥层结合于弹性层上来制备拉伸-粘结的层压材料，其中弹性层处于延伸状态以使其松弛时该可打褶裥层被打褶裥。当非弹性层处于延伸状态时，将缩幅的、非弹性的层与弹性层相结合来制备“缩辐-粘结的层压材料”。该弹性层一般包括弹性膜或弹性无纺纤维网。这些复合非编织材料的制备要求这些层中的一种在其与第二层相合并之前处于延伸状态。当弹性膜用作该弹性层时，由于弹性膜的高回缩力，对于某些服装的最终应用，弹性复合材料一般是不适合的。
授权于Evans等人的美国专利3,671,379(Evans)描述了包括至少两种合成聚酯的侧偏心组件(laterally eccentric assembly)的自卷曲复合长丝，所述两种聚酯中的第一种是部分结晶的，在其结晶区中的化学重复单元处于未延伸的稳定构象，这两种聚酯中的第二种是部分结晶的，在其结晶区中的化学重复单元处于更接近其充分延伸的化学重复单元的构象长度的构象状态之中。该复合长丝可以产生高度的螺旋卷曲，以抵抗由高织物经纬密度织物结构所强加的束缚，尽管施加了拉伸应力和高温，但该卷曲潜力被异乎寻常地充分保留。当作为纤维生产过程的一部分而在张力下退火时，该复合长丝会提高卷曲潜力，而不是下降。该长丝被描述可用于针织、编织和无纺织物。
包括螺旋形卷曲的多组分纤维的可拉伸无纺织物在现有技术中是已知的，由于螺旋形卷曲纤维在无纺织物表面上的存在，该无纺织物一般具有较差的手感，并加剧了表面粗糙度、起绒等现象。甚至当螺旋形卷曲纤维与其它纺织品纤维如棉纱、人造丝、微纤维如亚旦尼尔聚酯或尼龙、聚乙烯、聚丙烯等混纺时也是如此。通过与螺旋形卷曲纤维混纺，削弱了这些其它纺织品纤维的理想性能，如柔软手感、吸收性、排斥性、染色均匀性等。作为现有技术中已知的无纺织物，含有与其它纤维混纺的螺旋形卷曲纤维的无纺织物一般用作装饰织物、服装等，具有有限的用途，这是因为由完全活化的螺旋形卷曲纤维所产生的相对粗糙的表面，和如上所述的其它混纺表面性质。
所以仍然需要低成本的可拉伸复合片材，如多层无纺织物，所述复合片材具有高强度、耐久性和均匀性，并对于如服装和装饰织物的最终应用具有对于表面质量、强度、均匀性和悬垂性的改进组合。还希望通过提供制备弹性复合片材的方法来减少制造过程的复杂性，该方法不要求在制造过程中这些层中的一种处于延伸状态。
发明概述
本发明提供了一种可拉伸的多层复合片材，它包括：
包括至少20wt％的螺旋形卷曲多组分纤维的第一聚合物层，该多组分纤维具有一横截面和长度，并且含有第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述第一聚合物组分和第二聚合物组分沿该多组分长丝的横截面以界限清晰的侧偏心区域排布，并且沿该多组分长丝的长度方向连续地延伸；
包括低于20wt％的侧偏心螺旋形卷曲多组分纤维的第二聚合物层，所述第二聚合物层断续地粘结到第一层上；
第一层中的螺旋形卷曲多组分纤维形成了位于第一层的平面内的螺旋形卷曲纤维区段并且连接了各粘结处；并且
第二层在粘结处之间形成褶曲的平面外的区段。
在一个实施方案中，其中第二层通过选自热方式点粘结、超声波方式点粘结、机械缝制、液压缝制、化学粘结和粘合剂粘结的方法断续地粘结到第一层上。
在一个实施方案中，其中该复合片材具有低于4mm的厚度。
在一个实施方案中，其中该复合片材具有低于30cc/g的松密度。
在一个实施方案中，其中第一聚合物层包括至少50wt％的螺旋形卷曲的多组分纤维和第二聚合物层包括低于10wt％的螺旋形卷曲的多组分纤维，优选其中第一聚合物层包括至少70wt％的螺旋形卷曲的多组分纤维和第二层包括0wt％的螺旋形卷曲的多组分纤维。优选其中第一聚合物层基本上由螺旋形卷曲的多组分纤维组成。
在一个实施方案中，其中第一聚合物层是选自梳理纤维网、交叉铺网的纤维网、气流成网的纤维网和多组分纺粘纤维网的无纺纤维网。
在一个实施方案中，其中第一聚合物层包括多组分长丝的经纱。
在一个实施方案中，其中第二聚合物层选自无纺纤维网、薄膜、针织织物和机织织物。
在一个实施方案中，其中粘结处间隔为2-6个/厘米，当多层复合片材处于无张力的状态下测量时具有3.9至35个粘结处/cm2。
在一个实施方案中，其中第一聚合物组分是部分结晶的聚酯，其中它的结晶区的化学重复单元处于未延伸的稳定构象状态，其不超过充分延伸的化学重复单元的构象长度的90％，第二聚合物组分是部分结晶的聚酯，其中结晶区的化学重复单元处于比第一种聚合物更接近其充分延伸的化学重复单元的构象长度的构象状态之中。优选其中的非延伸的第一聚合物组分选自聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)、聚(对苯二甲酸四亚甲基二醇酯)、聚(双萘甲酸丙二醇酯)、聚(双苯甲酸丙二醇酯)、它们与磺基间苯二甲酸乙二醇酯钠的共聚物和聚酯醚，延伸的第二聚合物组分选自聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸环己基1，4-二亚甲基二醇酯)、它们的共聚物以及对苯二甲酸乙二醇酯和磺基间苯二甲酸乙二醇酯的钠盐的共聚物。
在一个实施方案中，其中第一和第二聚合物组分以并行构型排列。
在一个实施方案中，其中该复合片材在至少一个方向上具有至少12％的可回复的弹性拉伸。
本发明提供了一种制备可拉伸的多层复合片材的方法，包括以下步骤：
提供包括至少20wt％的可螺旋形卷曲多组分纤维的可螺旋形卷曲的聚合物层，该多组分纤维具有一横截面和长度，并且含有第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述第一聚合物组分和第二聚合物组分沿该多组分长丝的横截面以界限清晰的侧偏心区域排布，并且沿该多组分长丝的长度方向连续地延伸；
提供非螺旋形卷曲性聚合物层，所述聚合物层包括低于20wt％的侧偏心可螺旋形卷曲的多组分纤维；
以多个粘结处断续地将第一聚合物层粘结于第二聚合物层以形成粘结的多层复合片材；
将粘结的多层复合片材加热到足以引起第一层中的可螺旋形卷曲的纤维产生三维螺旋形卷曲的温度，在以最初的片面积为基础计的面积中引起所粘结的多层复合片材收缩至少10％，和引起第二聚合物层在粘结处之间褶曲。
在一个实施方案中，其中基于最初的片材面积计，该粘结的多层复合片材在加热步骤中在面积上收缩了至少20％。优选可螺旋形卷曲的层包括至少50wt％的可螺旋形卷曲的多组分纤维和不可螺旋形卷曲的层包括低于10wt％的可螺旋形卷曲的多组分纤维。更优选可螺旋形卷曲的层包括至少70wt％的可螺旋形卷曲的多组分纤维和不可螺旋形卷曲的层包括0wt％的可螺旋形卷曲的多组分纤维。
在一个实施方案中，其中可螺旋形卷曲的层选自多组分长丝的经纱和多组分无纺纤维网。
在一个实施方案中，其中不可螺旋形卷曲的层选自薄膜、无纺纤维网、针织织物和机织织物。
在一个实施方案中，其中可螺旋形卷曲的层是选自多组分梳理纤维网、多组分交叉铺网的纤维网、多组分气流成网的纤维网和多组分纺粘纤维网的无纺纤维网。优选不可螺旋形卷曲的层是无纺纤维网。
在一个实施方案中，进一步包括在粘结到可螺旋形卷曲的层上之前预固结不可螺旋形卷曲的层的步骤。优选不可螺旋形卷曲的层通过以机械方式使该层平整化来预固结。优选不可螺旋形卷曲的层通过让该层在由两个旋转辊构成的辊隙之间通过来平整化。
在一个实施方案中，其中断续的粘结处通过使用选自热方式点粘结、超声波方式点粘结、机械缝制、液压缝制、化学粘结和粘合剂粘结的粘结方法来形成。优选其中该粘结处间隔为2-6个/厘米，具有3.9到35个粘结处/cm2。
在一个实施方案中，其中该加热步骤在自由收缩状态下进行。
在一个实施方案中，其中该加热步骤包括湿整理过程，优选其中该湿整理过程是染色过程。
在一个实施方案中，其中第一聚合物组分是部分结晶的聚酯，其中它的结晶区的化学重复单元处于未延伸稳定构象状态，其不超过充分延伸的化学重复单元的构象长度的90％，第二聚合物组分是部分结晶的聚酯，其中结晶区的化学重复单元处于比第一种聚合物更接近其充分延伸的化学重复单元的构象长度的构象状态之中。优选其中的非延伸的第一聚合物组分选自聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)、聚(对苯二甲酸四亚甲基二醇酯)、聚(双萘甲酸丙二醇酯)、聚(双苯甲酸丙二醇酯)、它们与磺基间苯二甲酸乙二醇酯钠的共聚物和聚酯醚，延伸的第二聚合物组分选自聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸环己基1，4-二亚甲基二醇酯)、它们的共聚物以及对苯二甲酸乙二醇酯和磺基间苯二甲酸乙二醇酯的钠盐的共聚物。优选其中的多层复合片材的第一和第二聚合物组分以并行构型排列。
在一个实施方案中，其中该断续地粘结步骤和该加热步骤同时进行。
本发明提供了一种包括可拉伸的多层复合片材的织物制品，该复合片材包括：
包括至少20wt％的螺旋形卷曲多组分纤维的第一聚合物层，该多组分纤维具有一横截面和长度，并且含有第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述第一聚合物组分和第二聚合物组分沿该多组分长丝的横截面以界限清晰的侧偏心区域排布，并且沿该多组分长丝的长度方向连续地延伸；
包括低于20wt％的侧偏心螺旋形卷曲多组分纤维的第二聚合物层，所述第二聚合物层断续地粘结到第一层上；
第一层中的螺旋形卷曲多组分纤维形成了位于第一层的平面内的螺旋形卷曲纤维区段并且连接了各粘结处；并且
第二层在粘结处之间形成褶曲的平面外的区段。
本发明包括可拉伸的多层复合片材，它包括：
包括至少20wt％的螺旋形卷曲多组分纤维的第一聚合物层，该多组分纤维具有一横截面和长度，并且含有第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述第一聚合物组分和第二聚合物组分沿该多组分长丝的横截面以基本上界限清晰的侧偏心区域排布，并且沿该多组分长丝的长度方向基本上连续地延伸；
包括低于20wt％的侧偏心螺旋形卷曲多组分纤维的第二聚合物层，所述第二聚合物层断续地粘结到第一层上；
在第一层中的螺旋形卷曲多组分纤维构成了基本上位于第一层的平面内的螺旋形卷曲纤维区段并连接了粘结处(bonds)；并且第二层在粘结处之间形成了褶曲的平面外区段。
本发明还包括制备可拉伸的多层复合片材的方法，包括以下步骤：
提供包括至少20wt％的可螺旋形卷曲多组分纤维的可螺旋形卷曲的聚合物层，该多组分纤维具有一横截面和长度，并且含有第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述第一聚合物组分和第二聚合物组分沿该多组分长丝的横截面以基本上界限清晰的侧偏心区域排布，并且沿该多组分长丝的长度方向基本上连续地延伸；
提供非螺旋形卷曲性的聚合物层，所述聚合物层包括低于约20wt％的侧偏心可螺旋形卷曲的多组分纤维；
以多个粘结处断续地将第一聚合物层粘结于第二聚合物层以形成粘结的多层复合片材；
将粘结的多层复合片材加热到足以引起第一层中的可螺旋形卷曲的纤维产生三维螺旋形卷曲的温度，在以最初的片材面积为基础计的面积中引起粘结的多层复合片材收缩至少10％，并引起第二聚合物层在粘结处之间褶曲。
附图简述
图1是适合于形成根据本发明的可拉伸的粘结的双层无纺织物的方法的示意图。
图2是适合于形成根据本发明的可拉伸的粘结的三层无纺织物的方法的示意图。
图3是根据在图2中所示的方法制得的可拉伸的粘结的复合无纺织物的示意性横截面。
图4是适合于进行卷曲-活化步骤的装置的侧视图的示意图，其中粘结的多层复合片材从第一传送带自由下落到第二传送带。
图5是适合于进行卷曲-活化步骤的第二装置的侧视图的示意图，其中粘结的多层复合片材飘浮在两传送带之间的转移区中的气态层之上。
图6是适合于进行卷曲-活化步骤的第三装置的侧视图的示意图，其中粘结的多层复合片材在加热过程中是支持在一系列的被驱动的旋转辊上。
图7是适合于进行粘结多层复合片材的卷曲-活化步骤的第四个装置的侧视图的示意图。
发明详述
与现有技术中已知的粘结的多组分无纺织物相比，根据本发明的方法制备的无纺织物具有弹性拉伸、纺织品手感、悬垂性和强度的改进组合。
本发明的可拉伸多层复合片材是通过断续地将第一聚合物层粘结到第二聚合物层上来制备的，其中第一聚合物层包括至少20wt％，优选至少50wt％和最优选至少70wt％的侧偏心、可螺旋形卷曲的多组分纤维，第二聚合物层包括低于20wt％，更优选低于10wt％，和最优选0wt％的可螺旋形卷曲纤维。第一纤维聚合物层可以基本上由100wt％的可螺旋形卷曲的纤维组成。在该粘结之后，通过加热来活化在第一纤维层中的纤维的螺旋形卷曲。重要的是，这些层以点粘结、线粘结等的离散图案粘结在一起，这些粘结处被足够的距离分开以使可螺旋形卷曲的纤维在粘结处之间基本上同等和均匀地卷曲。当在加热步骤中在第一纤维层中的纤维形成螺旋形卷曲时，第一层在复合片材的平面中收缩，而第二层没有显著地收缩。第一层的收缩引起第二层在粘结处之间褶曲，形成了附着于第一纤维层上的打褶裥的层。在优选的实施方案中，第一和第二层是包括预粘结的无纺织物的无纺纤维网。根据本发明制备的粘结的、热处理的多层无纺织物具有弹性、顺应性，高强度和悬垂性。
这里使用的术语“聚酯”是指这样的聚合物，其中至少85％的重复单元是二羧酸和二羟醇的缩合产物，通过形成酯单元产生连接。这包括芳族、脂肪族、饱和的和不饱和的二酸和二醇。这里使用的术语“聚酯”也包括共聚物(如嵌段、接枝、无规和交替共聚物)，共混物，和它们的改性产物。聚酯的例子包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，它是乙二醇和对苯二甲酸的缩合产物，和聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)，它是1，3-丙二醇和对苯二甲酸的缩合产物。
与针织或机织织物相反，这里使用的术语“无纺织物”，“无纺纤维网”，和“无纺层”是指单根纤维、长丝或纱线以无规方式分布而形成没有可辨认的图案的平面型材料结构。这里使用的术语“多层无纺织物”是指包括至少两层的无纺织物，其中这些层中的每一层包括无纺纤维网。该术语“双层无纺织物”用于指由两个无纺层组成的多层织物。
这里使用的术语“多层复合片材”是指包括至少两层的材料的多层结构体，其中这些层中的至少一层包括片状结构如薄膜、织物或纤维网。例如，多层复合片材可以包括至少一层的针织、编织或无纺织物。适合于制备多层复合片材的其它层包括长丝的阵列或经纱，如可螺旋形卷曲的长丝的阵列或经纱。
这里使用的术语“纵向”(MD)是指生产无纺纤维网的方向。该术语“横向”(XD)是指一般垂直于该纵向的方向。
这里使用的术语“多组分长丝”和“多组分纤维”是指由至少两种界限清晰的聚合物组成的任何长丝或纤维已经一起纺丝形成单根长丝或纤维的。这里使用的术语“纤维”既包括连续长丝又包括不连续的(切短)纤维。对于术语“界限清晰的聚合物”，它指至少两种聚合物组分中的每一种沿多组分纤维横截面以基本上界限清晰、恒定定位的区域排布并沿着纤维的长度方向基本上连续地延伸。在用于形成可螺旋形卷曲的层的可螺旋形卷曲的纤维中的聚合物组分可以是在化学上不同的或它们可以具有相同的化学组成。如果它们在化学上是相同的，则它们应该在异构形式、结晶度、收缩率、弹性或其它性能上不同，以提供可螺旋形卷曲的纤维。多组分纤维与从聚合物材料的均匀熔融共混物挤出的、没有形成界限清晰的聚合物的区域的纤维不同。在多组分纤维中的一种或多种的聚合物组分可以是不同聚合物的共混物。可用于本发明中的多组分纤维具有侧偏心横截面，即这些聚合物组分在纤维的横截面中以偏心关系排布。优选地，该多组分纤维是双组分纤维，其由两种界限清晰的聚合物制造并具有聚合物的偏心皮-芯或并行排布构型。最优选地，该多组分纤维是并行双组分纤维。如果该双组分纤维具有偏心皮-芯构型，则较低熔点的聚合物优选在皮中，以便在热处理之前促进无纺层的热方式点粘结。这里使用的术语“单组分”纤维是指从单种聚合物组分制造的纤维。单种聚合物组分可以基本上由单种聚合物组成或可以是聚合物的共混物。
这里使用的术语“多组分纤维网”是指包括多组分纤维的无纺纤维网。这里使用的术语“双组分纤维网”是指包括双组分纤维的无纺纤维网。多组分和双组分纤维网可以包括多组分纤维与单组分纤维的混纺物。用于形成本发明的多层复合片材的无纺层可以从短(切短)纤维或连续长丝制备。
这里使用的术语“纺粘(spunbond)”纤维是指这样的纤维，它们是通过将熔融热塑性聚合物材料从具有挤出长丝的直径的喷丝板的多个细小(通常为圆形)毛细孔挤出作为纤维，然后通过拉伸快速地变细，来形成的。其它纤维横截面形状如椭圆形，多叶等也可以使用。纺粘纤维一般是连续长丝和具有大于约5微米的平均直径。纺粘的无纺织物或纤维网是通过使用现有技术中已知的方法，在收集表面如多孔的筛或带上无规地铺设纺粘纤维来形成的。纺粘纤维网一般通过现有技术中已知的方法，如通过在沿着纺粘织物的表面所分布的多个离散的热粘结点、线等之上以热方式点粘结该纤维网来粘结的。
术语“基本上未粘结的无纺纤维网”在这里用于描述其中有较少或没有纤维间粘结的无纺纤维网。在一些情况下，希望在组合各层以形成多层复合片材之前预先固结一个或多个无纺层。预先固结可改进纤维网内聚力和处置性能并将纤维保持在与相邻纤维网的纤维分开的各独立纤维网中。纤维网的预先固结可以通过使用非常轻的压延或通过让织物通过轻轻压印图案的辊的辊隙来实现。
这里使用的术语“弹性”，当应用于无纺织物或多层复合片材时，是指当织物或复合片材被拉伸了其最初长度的至少12％，优选20％，之后释放时，该无纺织物或复合片材回复而使得在拉伸力的解除之后的残留伸长率(永久应变)不大于5％，以在拉伸之前该无纺织物或复合片材的最初长度为基础计。下面更详细地提供这一性能的测定方法。
包括不同收缩能力的两种或多种合成组分的侧偏心多组分纤维是现有技术中已知的。当通过让纤维在基本上无张力的状态下经受收缩来使该卷曲活化时，这类纤维可以形成三维的螺旋形卷曲。卷曲的量直接与在纤维中的聚合物组分之间的收缩率之差有关。当该多组分纤维以并行构型进行纺丝时，在卷曲活化之后形成的卷曲纤维在螺旋形螺旋体的内部具有较高收缩率组分，而在螺旋体的外部具有较低收缩率组分。此类卷曲在这里被称作“螺旋形卷曲”。螺旋形卷曲纤维与机械方式卷曲的纤维如一般具有二维卷曲的填塞箱法卷曲纤维不同。
多种热塑性聚合物可以用于形成可以产生三维螺旋形卷曲的多组分纤维的组分。适合于形成可螺旋形卷曲的多组分纤维的热塑性树脂组合的例子是结晶性聚丙烯/高密度聚乙烯，结晶性聚丙烯/乙烯-乙酸乙烯基酯共聚物，聚对苯二甲酸乙二醇酯/高密度聚乙烯，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)/聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)/聚(对苯二甲酸1，4-亚丁基二醇酯)，以及尼龙66/尼龙6。
为了获得高水平的三维螺旋形卷曲，多组分纤维的聚合物组分优选根据在Evans中的教导来选择，该文献被引入这里供参考。Evans专利描述了其中聚合物组分是部分结晶的聚酯的双组分纤维，其中的第一种具有在它的结晶区中的化学重复单元，这些化学重复单元处于未延伸稳定构象状态，其不超过充分延伸的化学重复单元的构象长度的90％，其中的第二种具有在它的结晶区中的化学重复单元，这些化学重复单元处于比第一种聚合物更接近其充分延伸的化学重复单元的构象长度的构象状态。用于定义Evans的长丝的术语“部分结晶的”用于从本发明范围中排除其中收缩潜力会消失的完全结晶的限制情形。由该术语“部分结晶的”定义的结晶度的量具有仅存在一些结晶的最低水平(即它首先可由X射线衍射方式检测)和达不到完全结晶的任何量的最高水平。合适的充分延伸聚酯的例子是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，聚(对苯二甲酸环己基1，4-二亚甲基二醇酯)，它们的共聚物，以及对苯二甲酸乙二醇酯和磺基间苯二甲酸乙二醇酯的钠盐的共聚物。合适非-延伸聚酯的例子是聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)，聚(对苯二甲酸四亚甲基二醇酯)，聚(双萘甲酸三亚甲基二醇酯)[poly(trimethylene dinaphthalate)]，聚(双苯甲酸三亚甲基二醇酯)[poly(trimethylene bibenzoate)]，和以上物质与磺基间苯二甲酸乙二醇酯钠盐的共聚物，和所选择的聚酯醚。当使用磺基间苯二甲酸乙二醇酯钠盐时，它优选是少量组分，即以低于5mol％的量存在和优选以约2mol％的量存在。在尤其优选的实施方案中，该两种聚酯是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)。Evans的双组分长丝可以在张力下加热时产生高度的螺旋卷曲，而其它聚合物组合为了产生螺旋形卷曲，一般必须在无张力状态下加热。Evans的双组分长丝具有高度的螺旋形卷曲，一般象弹簧，每当拉伸力被施加和解除时具有退缩作用。适合用于本发明中的其它部分结晶的聚合物包括以延伸的构象发生结晶的间规聚丙烯和以非延伸的螺旋构象发生结晶的全同聚丙烯。
在本发明的多层复合片材中，第一纤维层在这里被称作可螺旋形卷曲的层和第二层在这里被称作不可螺旋形卷曲的层，虽然可以理解的是，该可螺旋形卷曲的层还可以包括不可螺旋形卷曲的纤维，而不可螺旋形卷曲的层可以包括低含量的可螺旋形卷曲的纤维，只要该含量满足以上规定的要求。不可螺旋形卷曲的层应该是在热处理过程中不会收缩到与可螺旋形卷曲的层相比而言的显著程度的层，因此它在最终的复合片材中形成打褶裥的层。当在用于热处理该粘结的多层复合材料的条件下进行热处理时，不可螺旋形卷曲的层在面积上优选收缩低于约20％，更优选在面积上收缩了低于10％。优选地，可螺旋形卷曲的层的表面积收缩率比不可螺旋形卷曲的层的面积收缩率高了至少20％。更优选地，可螺旋形卷曲的层的表面积收缩率比不可螺旋形卷曲的层的表面积收缩率高了至少40％。
在本发明的多层复合片材中的一个或多个层可以是无纺层。适合用于本发明的复合片材中的无纺层可以使用现有技术中已知的方法如梳理、扯松或气流成网法从切断纤维制备。该切断纤维优选具有在约0.5和6.0之间的单丝旦数和在约0.5英寸(1.27cm)和4英寸(10.1cm)之间的纤维长度。为了在梳理装置中加工，多组分切断纤维优选具有以不大于约45％和优选在约8％至15％范围内的卷曲指数(CI)表征的初始螺旋卷曲水平。测定这些卷曲值的方法如下文在实施例之前提供。用于制备适合用作可螺旋形卷曲的层的无纺层的多组分纤维优选具有相当的初始螺旋形卷曲度。另外，该多组分纤维可以以机械方式卷曲。然而，已经发现，与从具有在以上规定的范围内的初始螺旋形卷曲度的纤维制得的那些相比，当多组分纤维是在可获得具有零初始卷曲的纤维的那些条件下纺丝和然后以机械方式卷曲和形成为梳理纤维网时，所获得的无纺织物一般在热处理之后具有更低程度的拉伸。在多组分纤维中的聚合物组分优选加以选择，使得在纤维网形成过程中聚合物组分没有显著的分离。通过梳理制造的短纤维网一般具有主要在纵向取向的纤维，而气流成网的纤维网基本上是无规的或各向同性的。
适合于与被用于形成可螺旋形卷曲的无纺层的可螺旋形卷曲的多组分纤维混纺的切断纤维包括天然纤维，如棉纱，羊毛，和丝以及合成纤维，其中包括聚酰胺，聚酯，聚丙烯腈，聚乙烯，聚丙烯，聚乙烯醇，聚氯乙烯，聚偏氯乙烯，和聚氨酯纤维。用于形成不可螺旋形卷曲的无纺层的切断纤维包括聚酯，聚酰胺，聚烯烃和纤维素纤维。当切断纤维网用作不可螺旋形卷曲的层时，该切断纤维可以与较低熔点的热塑性粘结剂纤维混纺以促进该复合片材的粘结。
在本发明的多层复合片材中的一个或多个层可以包括连续长丝。例如，连续长丝纤维网可以通过使用现有技术中已知的方法如纺粘方法来制备。例如，包括连续长丝纺粘无纺纤维网的可螺旋形卷曲的层可以通过将两种或多种聚合物组分作为熔体料流从单独的挤出机中进料到包括一排或多排的多组分挤出孔的喷丝板中来制备。该喷丝板细孔和纺丝组件设计经过选择以提供具有所需横截面和单丝旦数的长丝。适合用作本发明中的可螺旋形卷曲的层的连续长丝多组分无纺纤维网优选包括至少40wt％的，更优选至少60wt％的可螺旋形卷曲的多组分长丝。在可螺旋形卷曲的层中的长丝可以由100％多组分长丝组成。优选，该纺粘的长丝具有在约0.5和10.0之间的单丝旦数。该多组分连续长丝优选具有以不大于约60％的卷曲指数(CI)表征的初始螺旋卷曲度。该螺旋形卷曲纤维(不论是切短的还是连续的)是由卷曲展现(CD)值来表征，其中数值(％CD-％CI)大于或等于15％和更优选大于或等于25％。当该可螺旋形卷曲的多组分长丝是双组分长丝时，在每一长丝中两种聚合物组分的比率优选是在约10∶90和90∶10之间，按体积计(例如作为计量泵速度比率来测量)，更优选在约30∶70和70∶30之间，和最优选在约40∶60和60∶40之间。
单独的纺丝组件可用于在纤维网中提供不同多组分长丝的混合物，其中不同的长丝是从不同的纺丝组件中纺丝的。作为选择，单组分纤维可以从一个或多个纺丝组件纺丝以形成包括单组分和多组分长丝的纺粘无纺纤维网。
在纺粘工艺中，该长丝是作为长丝的向下运动的幕从喷丝板中挤出并通过用于冷却长丝的骤冷区段，例如利用在长丝的幕的一侧或两侧上由鼓风机提供的横吹空气骤冷作用。在喷丝板中的交替排中的挤出孔可以彼此交错排布，以便避免在骤冷段中的“遮蔽(shadowing)”-其中在一排中的长丝有效地阻挡了相邻排中的长丝使之无法接触到骤冷空气的情形。骤冷段的长度经过选择后使得长丝被冷却至一定温度，该温度使得长丝在离开骤冷段之后彼此不粘附。一般不要求该长丝在骤冷段的出口处完全地凝固。骤冷的长丝一般通过位于喷丝板之下的纤维拉伸装置或吸丝器。此类纤维拉伸装置或吸丝器是现有技术中熟知的和一般包括长的垂直通道，经过该通道后长丝被从通道侧边进入的吸丝空气所拉伸并向下通过该通道。该吸丝空气提供了引起长丝被拉伸靠近喷丝板的正面的拉伸张力和也用于输送该骤冷长丝并将它们沉积在位于纤维拉伸装置之下的多孔的成形表面上。作为选择，这些纤维可以使用插入在骤冷段和吸丝喷嘴之间的被驱动的拉伸辊来以机械方式拉伸。当拉伸辊用于提供引起长丝被拉伸靠近喷丝板正面的拉伸张力时，可将吸丝喷嘴放置在拉伸辊和收集面之间以用作向前推进喷嘴而使长丝沉积在下面的纤维网成形面上。可将真空置于成形面之下以除去吸丝空气和将这些长丝拉至面向该成形面。
可螺旋形卷曲的纤维层优选是可螺旋形卷曲的多组分纤维的基本上未粘结的无纺纤维网。在尤其优选的实施方案中，该可螺旋形卷曲的纤维层是双组分无纺纤维网。可螺旋形卷曲的无纺层的任何预固结优选是足够的低以使得纤维可以在热处理步骤中产生足够的卷曲，从而在加热步骤中引起粘结的复合片材在面积上收缩了至少10％(基于最初的片材面积计)，优选在面积上收缩了至少20％。如果热处理过的预固结的可螺旋形卷曲的无纺层的百分面积收缩率是没有进行预固结和经历了相同的热处理步骤的相同可螺旋形卷曲的无纺层的面积收缩率的至少90％，优选95％，则该预固结的可螺旋形卷曲的无纺层被认为是基本上未粘结的。在优选的实施方案中，在热处理(卷曲-活化)步骤中该粘结的多层复合片材在纵向和/或横向收缩了至少约20％，更优选至少40％。合适多组分无纺纤维网的例子包括可螺旋形卷曲的多组分梳理纤维网，交叉铺网(cross-lapped)的纤维网，和连续长丝纺粘纤维网。
在纵向延伸的或沿复合片材的横向搭接的可螺旋形卷曲的长丝或纱的张紧的，松驰的(即未张紧的)或半松驰的平行经纱(warps)也可以用作可螺旋形卷曲的层。这一长丝或纱的阵列应该可以引起粘结的复合片材在面积上收缩至少10％，基于在收缩之前最初的片材面积计。
对该可螺旋形卷曲的层进行选择，以便在最终的复合片材中获得所需的拉伸性能。例如，当在纵向需要拉伸性能而在横向需要最低的拉伸时，可以使用在复合片材的纵向对直排列的平行可螺旋形卷曲的长丝的经纱或方向性(MD取向的)梳理纤维网。当需要两方向性拉伸性能时，即既在纵向也在横向，可以使用可螺旋形卷曲的连续长丝或纱的更无规的层如气流成网的纤维网和基本上未粘结的纺粘纤维网。
不可螺旋形卷曲的层应该是可以在热处理步骤中在多层复合材料的粘结处之间打褶裥和褶曲的可打褶裥层，因为当可螺旋形卷曲的纤维层中的纤维形成螺旋形卷曲时可螺旋形卷曲的纤维层会收缩。不可螺旋形卷曲的层优选在热处理步骤中没有收缩到任何显著的程度，这样它可以在粘结处之间打褶裥。适合用作不可螺旋形卷曲的层的材料的例子包括纤维织物，如无纺纤维网和针织或机织织物，和薄膜。在优选的实施方案中，不可螺旋形卷曲的层是无纺纤维网。不可螺旋形卷曲的层优选在收缩和褶曲之前具有在约0.3和1.0mm之间的厚度。复合片材的总厚度优选是低于约4mm。该复合片材也优选具有低于约30cm3/g的松密度。其中不可螺旋形卷曲的层是薄膜的复合片材可用于如雨衣，风衣，卫生器材等的最终应用中。用于本发明的复合片材中的薄膜可以是透气的或不可透气的。适用于本发明中的透气薄膜的例子是共聚醚酯的薄膜，如可从E.I.du Pont de Nemours and Company，Wilmington，DE(DuPont)获得的Hytrel。其中不可螺旋形卷曲的层是针织，编织或无纺织物或纤维网的复合片材适合用于服装和装饰织物最终应用中，其中包括室内装潢，服装等。
适合用作不可螺旋形卷曲的层的无纺纤维网包括粘结和未粘结的纤维网。在约0.2和10mm厚度之间的未粘结纤维网是合适的。具有高松密度的未粘结的纤维网一般需要一些预固结以减少层厚度来促进以热方式图案粘结于在多层复合片材中的其他层上以及让它在热处理步骤中打褶裥。不可螺旋形卷曲的无纺层可以在粘结于可螺旋形卷曲的纤维层上之前在其表面的一部分或全部之上预粘结。在一些情况下，希望预粘结不可螺旋形卷曲的无纺层以使该层的纤维与在可螺旋形卷曲的层中的可螺旋形卷曲的纤维保持分离，由此在可螺旋形卷曲的层收缩时让不可螺旋形卷曲的层独立地打褶裥并且还获得更好的表面稳定性。不可螺旋形卷曲的无纺层可以使用本领域中已知的方法进行预粘结，如液压或机械缝制，热或超声波方式点粘结，或热方式面粘结。
在本发明的多层复合片材中的各层可以在单独的工艺步骤中制备和合并、粘结和热处理。作为选择，这些层可以在连续的过程中在线合并、粘结和热处理。当使用无纺层时，构成多层无纺复合材料的各层可以在粘结和热处理之前通过压延来固结。可螺旋形卷曲的多组分无纺层的任何预固结优选被加以限制，以使得可螺旋形卷曲的无纺层保持基本上未粘结，但在它粘附于不可螺旋形卷曲的层上的粘结处除外。
可螺旋形卷曲的和不可螺旋形卷曲的层通过在热处理之前使用粘结处的间断图案，例如点或线，来组装和粘结在一起。图案粘结可以在加热步骤之前在线地进行。作为选择，可以收集粘结的复合片材，如通过缠绕在辊上，然后在后续加工中进行热处理。在优选的实施方案中，这些层通过使用热或超声波方式点粘结来断续地粘结。热方式点粘结包括在多层复合材料的表面上的离散点施加热量和压力，例如将层状结构通过由加热压印图案的压延辊和光面辊所形成的辊隙。在热粘结过程中，在这些层的至少一层中的一种或多种聚合物组分在与在加热压印图案的辊上的隆起对应的离散区域中部分地熔化而形成熔融粘结处，后者将各层保持在一起而形成内聚性粘结的多层复合片材。粘结辊图案可以是现有技术中已知的任何那些和优选是离散的点或线粘结的图案。
在供选择的实施方案中，可螺旋形卷曲的纤维层可以粘结于不可螺旋形卷曲的纤维层，如不可螺旋形卷曲的无纺层上。液体粘结剂，例如胶乳，可以通过在多层无纺织物上按图案方式印刷来施涂。当使用纤维网层时，该液体粘结剂优选一种方式施涂于多层复合材料上，该方式要求形成贯穿纤维网的整个厚度的粘结。该液体粘结剂可以在各层组装之后施涂透过一面或施涂于可卷曲层或不可卷曲层的任一个或两者的内表面上。作为选择，当可螺旋形卷曲的和不可螺旋形卷曲的层包括无纺纤维网时，低熔点粘结剂纤维或粘结剂颗粒可以分散到不可螺旋形卷曲的层和/或可螺旋形卷曲的层中，以及多层复合材料通过使用光滑加热压延辊来粘结。优选地，该粘结剂颗粒或纤维在至少一个方向上具有在约0.2mm和约2mm之间的尺寸并以一定量添加到纤维网中，该量可提供约20-200个粘结处/in2(3.1-31个粘结处/cm2)。低熔点粘结剂颗粒典型地占产品重量的5-25％。当使用粘结剂纤维或粘结剂颗粒时，该粘结剂的熔化温度、外层的厚度和可螺旋形卷曲的纤维的活化温度优选进行选择，以避免在粘结步骤中过早的卷曲活化。也就是说，在粘结步骤中使用的温度优选不致于太高而引起在可螺旋形卷曲的层中的纤维产生任何显著程度的螺旋形卷曲。
在热处理之前可以用于粘结各层的间断粘结的其它方法包括化学粘结和机械缝制。离散的缝制图案可以通过使用针板来实现，该针板可以通过与纤维网运动保持同步而将几个针放置在同一点(spot)上。另外，粘合剂可以在各层彼此接触之前按图案断续地施涂在各层的内表面上。
该粘结处的间隔优选为大约5-15个/英寸(2到6个/厘米)，具有大约25-225个粘结处/in2(3.9-35个粘结处/cm2)。粘结密度保持低至足以使在两粘结处之间的螺旋形卷曲纤维段的长度达到最大，同时又要高至足以提供耐久的内聚性复合片材。该粘结点可以是圆形，方形，矩形，三角形或其它几何形状以及百分粘结面积可以在无纺织物表面的约5-50％之间变化。在相邻的粘结处之间的距离可以调节以控制在织物中的拉伸程度并为了特殊的所需拉伸水平而被优化。通常，在相邻的粘结点或线的边缘之间的距离优选是在0.10至0.60cm之间，更优选在0.2至0.4cm之间。
粘结的多层复合材料可以在粘结之后立即在线地进行热处理或粘结的织物可以在后续处理(染色、整理等)过程中卷起和热处理。在本发明的优选实施方案中，粘结的多层复合材料是从纤维层形成的并在湿整理步骤中通过使用热水或蒸汽进行加热来收缩，如在普通的染色或整理过程中。
当多层复合片材是非常轻或非常表面敏感的时，例如当基本上未粘结的无纺纤维网包括这些外层当中的一种时，粘结的多层复合片材优选在使复合无纺材料收缩的条件下，甚至在“自由收缩条件下”进行热处理。对于“自由收缩条件”，它指在纤维网和限制多层复合片材的收缩的表面之间几乎没有接触。也就是说，基本上没有机械力作用于多层复合片材上以干涉或阻止该收缩过程。另外，在热处理步骤中与多层复合片材的表面接触的任何表面是在基本上与连续收缩多层复合片材的表面速度相同的表面速度下运动，从而最大程度减少会干扰可螺旋形卷曲的层的收缩的摩擦力。该自由收缩处理将提供可螺旋形卷曲的层的最大收缩和最大的最终拉伸而无需湿整理。
图1是适合于形成根据本发明的可拉伸的、粘结的、双层的、复合的、无纺织物的连续方法的示意图。可螺旋形卷曲的无纺层3是从纤维网源1，如粗梳机，供应辊等供应的并铺设在运输带5上。不可螺旋形卷曲的层4是从第二纤维网源2供应的并铺设在可螺旋形卷曲的层3的顶部上。层状纤维网是在图案粘结器6，如热方式点粘结器的辊隙中被粘结，以形成粘结的双层复合织物7。复合织物7穿过加热站8将复合织物加热到一定温度，该温度足以活化在可螺旋形卷曲的层3中的纤维的螺旋形卷曲，引起它收缩和因此引起不可螺旋形卷曲的层4褶曲并在粘结点之间形成褶裥。热处理过的，收缩的复合织物9然后作为最终产品被缠绕在收卷辊10上。另外，该纤维网可以在没有加热的情况下缠绕，然后在湿整理过程中加热和收缩，如同通常对其它“本色”织物所做的那样，如标准的热水或蒸汽收缩、染色、拉幅和整理过程。
图2是适合于形成根据本发明的可拉伸的、粘结的、多层的、复合的、无纺织物的连续过程的示意图，其中可螺旋形卷曲的无纺层夹在两个不可螺旋形卷曲的无纺层之间。不可螺旋形卷曲的纤维网层42和48分别从纤维网源41和47供应。从纤维网源45供应的可螺旋形卷曲的多组分纤维网46在不可螺旋形卷曲的层42和48之间铺设。任选地，这些不可螺旋形卷曲的层可以通过让各层穿过由一对辊43和49所形成的辊隙来预固结，以形成预固结的不可螺旋形卷曲的层44和50。预固结使不可螺旋形卷曲的纤维网变平整化，这使得当粘结的三层复合材料热处理时让它们在粘结点之间更容易地褶曲。三层52的组合件被收集在传送带51上并穿过热方式点粘结器58而形成三层粘结的复合材料54，后者然后穿过加热站55。粘结的复合材料被加热至足以活化在可螺旋形卷曲的层46中的纤维的螺旋形卷曲的一种温度，引起可螺旋形卷曲的层收缩和引起不可螺旋形卷曲的层褶曲并在粘结点之间形成褶裥。热处理过的，收缩的复合织物56然后作为最终产品被缠绕在收卷辊59上。另外地，粘结的未收缩的多层复合材料无纺片54也可以在没有热处理的情况下被卷绕并进行湿整理，如通过使用标准染色、整理等工艺，以活化在包括可螺旋形卷曲的层的纤维中的螺旋形卷曲。
图3是根据在图2中所示的方法制得的可拉伸的、粘结的、复合的、无纺织物的示意性横截面。在螺旋形卷曲的层中的螺旋形卷曲纤维在螺旋形卷曲的层的平面中在粘结点57之间形成了基本上直的螺旋形线圈段53。外部不可螺旋形卷曲的纤维褶曲而形成褶曲段51。当复合无纺织物被拉伸时，在螺旋形卷曲的层中的螺旋形卷曲纤维段53通过拉出该螺旋形卷曲而拉长，而当螺旋形卷曲纤维段基本上完全拉直时，第二层的褶曲段51在粘结点57之间变得基本上拉紧。螺旋形卷曲纤维段53的作用象是弹簧，当拉伸力施加于织物时拉伸和每当拉伸力解除时具有退缩作用。本发明的复合片材结构优选在至少一个方向上具有至少12％的可回复的弹性拉伸，而形成具有天然的悬垂倾向的织物。更优选地，它们在至少一个方向上拉伸至少20％，有基本上完全的回复(即具有5％或5％以下的残留伸长或永久应变)。
为了获得高度可拉伸的和强力的织物，在粘结处之间的间距被选择足够大以使得在相邻粘结处之间的可螺旋形卷曲的纤维段长至足以提供所需的拉伸度，并使由粘结处之间的短连接造成的对拉伸的阻碍最小化。不可螺旋形卷曲的层增强了最终产品但没有妨碍拉伸-回复，因为在外层中的纤维是“平面外”褶曲，如图3中所示。当将偏置力施加于复合片材上时，该螺旋形卷曲的纤维通过延伸该螺旋形卷曲而开始拉伸，没有被非螺旋形卷曲的层妨碍，因为褶裥容易地拉伸到复合片材的最初尺寸(在收缩之前)的极限，在这一点上随着偏置力增加，它们形成拉直的层。当偏置力解除时，螺旋形卷曲的纤维恢复了它们的螺旋形卷曲，其中残留的片伸长率优选不大于10％，以最初的片材尺寸为基础计。
图4显示在本发明的方法的一个实施方案中适合在“自由收缩”条件下进行热收缩步骤的装置的示意性侧视图。断续地粘结的多层复合片材60，它包括被粘结到不可螺旋形卷曲的层上的含有多组分纤维的可螺旋形卷曲的层，在第一种表面速度下移动的第一传输带11上传输到转移区段A中，在该区段中复合片材自由下落，一直到它接触到在第二种表面速度下运动的第二传输带12的表面为止。第二传输带的第二种表面速度低于第一传输带的第一种表面速度。当复合片材离开传输带11的表面时，在它自由下落穿过转移区段时它暴露于加热器13的热量。加热器13可以是提供热空气的鼓风机，红外热源，或在现有技术中已知的其它热源如微波加热。该复合片材在转移区A中被加热到一定温度，该温度高至足以活化该螺旋形卷曲和引起该复合片材收缩，同时基本上没有任何外部干扰力。在接触传输带12之前在转移区段中复合片材的温度和在转移区段中复合片材自由下降的距离经过选择，使得在热处理过的复合片材接触到传输带12时所希望的收缩基本上完成。当复合片材最初离开传输带11时，它在大约等于传输带11的表面速度下行进。由于收缩是由在转移区段中所施加的热量促使多组分纤维的螺旋形卷曲的活化所引起，在多层复合片材穿过转移区段A时它的表面速度降低。传输带12的表面速度被选择与当多层复合片材离开转移区段A和接触传送带12时该多层复合片材的速度尽可能接近地匹配。在收缩后，该复合片材也可以通过加热到可使与主要纤维混纺的纤维或低熔点粘结剂纤维的表面的一部分熔化的温度，通过使用化学方法活化该纤维的表面，或通过用合适的柔性液体粘结剂浸渍该复合片材，实施过-粘结。
图5显示了用于本发明的第二实施方案的热收缩步骤中的装置。断续地粘结的多层复合片材20，它包括被断续地粘结到不可螺旋形卷曲的层上的可螺旋形卷曲的纤维层，在第一种表面速度下移动的第一传输带21上传输到转移区段A中，在该区段中复合片材飘浮在气体上，然后转移到在第二种表面速度下运动的第二传输带22上。第二种表面速度是低于第一种表面速度。气体，如空气，经由在供应箱25的上表面中的开孔提供，以便在粘结的多层复合材料传输穿过转移区段时使该复合材料漂浮。被提供来使复合材料漂浮的空气可为室温(大约25℃)下或被预加热以促进该可螺旋形卷曲的层的收缩。优选地，该空气从空气供给箱的上表面中的小而致密地间隔的开孔中发出，以避免干扰多层复合材料。多层复合材料也可以飘浮在气流上，该气流由安装在被放置在纤维网下方的滚轮上的小叶片所产生的。漂浮的多层复合片材在转移区段A中由辐射加热器23(或其它合适热源)加热到足以活化在可螺旋形卷曲的层中的多组分纤维的螺旋形卷曲，引起可螺旋形卷曲的层收缩的温度。在转移区段中多层复合片材的温度和多层复合材料在转移区段中穿行的距离经过选择，使得在接触第二传输带22之前所希望的收缩基本上完成。第二传输带的表面速度被选择与当热处理过的多层复合片材离开转移区段A时该多层复合片材的速度尽可能接近地匹配。
图6显示了用于本发明的第三实施方案的热收缩步骤中的装置。多层复合片材30，它包括以图案方式粘结于不可螺旋形卷曲的层上的可螺旋形卷曲的纤维层，在第一种表面速度下移动的第一传输带31上传输到转移区段A中，在该区段中复合片材在一系列的被驱动的辊34A至34F上被传输到在第二种表面速度下运动的传输带32上。传输带32的第二种表面速度低于传输带31的第一种表面速度。虽然在图中显示了六只辊，但至少需要两只辊。然而，辊的数目可以根据操作条件和用于多组分纤维中的具体的聚合物来变化。多层复合材料在转移区段A中由辐射加热器33(或其它合适热源)加热到足以活化多组分纤维的螺旋形卷曲，引起可螺旋形卷曲的纤维层收缩的温度。在转移区段中多层织物的温度和织物在转移区段中穿行的距离经过选择，使得在接触第二传输带32之前所希望的收缩基本上完成。当可螺旋形卷曲的纤维层收缩时，复合片材的表面速度在它穿过转移区段时下降。辊34A至34F是在逐渐降低的圆周线速度下在从传输带31到传输带32移动的方向上被驱动，其中各辊的表面速度进行选择以使得各辊的园周线速度是在多层复合片材接触该辊时该多层复合片材的速度的2-3％范围内。因为可螺旋形卷曲的层收缩的速率一般是未知的和取决于纤维网构造，所使用的聚合物，工艺条件等，各辊34A到34F的速度可以通过在该过程中调节各辊的速度来测定，以使在复合材料收缩率最大化和使在最终产品中的非均匀性最小化。第二传输带32的表面速度被选择与当热处理过的多层复合材料离开转移区段A和接触传输带32时该多层复合材料的速度尽可能接近地匹配。
图7是形成根据本发明的双层复合材料无纺织物的方法的示意图，但在热收缩步骤中使用了更简单的实施方案。可螺旋形卷曲的无纺层103是从纤维网源101，如粗梳机，供应辊等供应的并铺设在运输带105上。不可螺旋形卷曲的层104是从第二纤维网源102供应的并铺设在可螺旋形卷曲的层103的顶部上。层状纤维网在一组热粘结辊106和107的辊隙中通过。辊106被显示为压印图案的辊，辊107是光面辊，且两辊都被加热至约200℃。传输带105是在与辊106和107基本上相同的表面速度下行进，但是速度高至足以使可螺旋形卷曲的层的活化被延迟，一直到在粘结完成之后即刻为止。照这样，分别在图1和2中描绘的单独的加热站8和55是不需要的。在这一实施方案中，优选的是，从供应源提供的不可螺旋形卷曲的纤维网基本上是未粘结的，这在复合材料离开粘结辊时有助于收缩步骤。在离开辊106和107后，热处理过的、收缩的复合织物108然后作为最终产品被缠绕在收卷辊109上。这一实施方案不局限于在图7中描绘的双层复合材料。它同样地适用于例如在图2中描绘的多层复合材料。
卷曲-活化步骤的加热时间优选低于约10秒和典型地低于一秒。较长时间的加热一般需要费用大的设备。优选该纤维网被加热的时间足以使可螺旋形卷曲的纤维产生了它们全部螺旋形卷曲的至少90％，引起多层复合材料在面积上收缩了至少约10％。用于活化该螺旋形卷曲的温度不应该比由差示扫描量热法测定的聚合物的熔化转变温度高大约20℃。这是为了避免不希望有的过早的纤维间粘结。多层复合材料可以通过使用多种加热源，其中包括微波辐射，热空气，常压蒸汽，和辐射加热器，来活化纤维质可螺旋形卷曲的层的卷曲。在卷曲已经活化后，与在热处理之前粘结的多层复合材料的面积相比，多层复合材料优选在面积上收缩了约10-75％，优选收缩了至少20％，和更优选收缩了至少40％。
使用本发明的方法制备的粘结的多组分无纺织物是强力的，悬垂性，弹性可拉伸的，并且具有比从单层无纺纤维网制造的多组分无纺织物更高的强度。
试验方法
卷曲度测量
用于实施例中的多组分纤维的卷曲性能是根据在Evans中公开的方法测定的。这一方法包括对于长丝形式的多组分纤维的包封(wrapped)束(该束被称作绞纱)进行4次长度测量。然后将这4次长度测量值用于计算4个参数，它们完全地描述了多组分纤维的卷曲行为。
该分析方法由下列步骤组成：
1.)从多组分纤维的卷装制备1500旦尼尔的绞纱。因为绞纱是圆形束，所以当作为线圈(loop)分析时，总旦尼尔将是3000。
2.)该绞纱在一端被悬挂，在另一端上被施加300g重量。该绞纱通过上下温和地移动4次来锻炼，并测量该绞纱的初始长度(Lo)。
3.)用4.5g重量替代300g重量，该绞纱在沸水中浸渍15分钟。
4.)然后卸走4.5g重量，让该绞纱风干。该绞纱被再次悬挂和4.5g重量重新加载。在锻炼4次后，该绞纱的长度再次作为数值Lc来测量。
5.)用300g重量替代该4.5g重量，再次锻炼4次。该绞纱的长度是作为数值Le来测量。
从数值Lo，Lc和Le计算下列性能：
CD＝卷曲形成量＝100*(Le-Lc)/Le
SS＝绞纱收缩率＝100*(Lo-Le)/Lo
CI＝卷曲指数并用CD计算法计算，所不同的是在以上程序中省去了步骤3。
松密度测定
无纺纤维网的松密度是通过将纤维网厚度乘以纤维网表面积和将乘积除以纤维网的重量来测定的。纤维网的厚度是通过使用1g/cm2的外加力用弹簧加载的量规来测量。纤维网的表面积是通过将纤维网的长度乘以纤维网的宽度来计算的。
弹性拉伸测定
复合片材的弹性拉伸是在实施例中通过使用2英寸(5m)宽×6英寸(15cm)长的条状物来测量的。沿着15cm长度测量10cm，与各端相距2.5cm做两个标记。样品最初被拉伸了5％(例如，10cm长度拉伸到10.5cm)和然后解除。给三十秒时间让样品回复。然后针对同一样品在10％，15％，20％等拉伸率下重复这一程序，以测定该样品可获得的弹性拉伸的最高量。
特性粘度测定
通过采用对溶于50/50wt％三氟乙酸/二氯甲烷中的聚酯，在0.4g/dL浓度下于19℃下，按照以ASTM D 5225-92为基础的自动化方法，用Viscotek Forced Flow Viscometer Y900(ViscotekCorporation，Houston，TX)所测量的粘度，来测定特性粘度(IV)。
实施例
2GT/3GT双组分切断纤维的制备。
通过将具有0.52dl/g的特性粘度的聚对苯二甲酸乙二醇酯(2GT)和具有1.00dl/g的特性粘度的聚对苯二甲酸三亚甲基二醇酯(3GT)经由具有255℃-265℃的纺丝模块温度的68圆孔喷丝板的普通熔纺来制备并行双组分长丝纱。通过在熔纺过程中调节聚合物输出量，半纤维中的聚合物体积比控制到40/60 2GT/3GT。该长丝是以450-550m/min的速度从喷丝板中排出并经由普通的横吹空气来骤冷。骤冷的长丝束然后被拉伸到其纺丝长度的4.4倍而形成具有2.2的单丝旦数的连续长丝的纱，它们在170℃下退火，和在2100-2400m/min的速度下卷收。为了转化成切断纤维，该纱的几个卷装被收集成丝束并装进普通的短纤维丝束切断机中而获得具有1.5英寸(3.8cm)的切断长度和表示为低于45％CI的起始螺旋形卷曲的切断纤维。
实施例1
具有0.6oz/yd(20.3g/m2)的基重的梳理纤维网是从如上所述的方法制备的40体积％聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和60体积％聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)/聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)并行双组分切断纤维制备的。这一纤维网的两层被合并而形成可螺旋形卷曲的层。可螺旋形卷曲的层夹在两片梳理纤维网之间，一片MD和第二片XD取向，各自具有0.6oz/yd2(20.3g/m2)的基重和由1.5英寸(3.8cm)，1.5旦尼尔2GT短纤维(staple)T-54DuPont聚酯组成。该3-层复合无纺材料通过使用已加热至210℃的扁钢辊和已加热至205℃的钻石图案的钢辊和使用20码/分钟(18.3m/min)的压延速度，用压延粘结器来粘结。该钻石图案产生225个粘结处/in2(35个粘结处/cm2)，具有20％粘结面积，和大约0.70英寸(1.78cm)中心-到-中心粘结距离。该粘结的产品称量3.0oz/yd2(102g/m2)。它在纵向没有拉伸和在横向有大约15％弹性拉伸。
粘结的多层无纺复合材料的样品通过在烘箱中放置3分钟被加热至100℃的温度。由于热处理步骤的结果，样品在纵向收缩了大约10％和在横向收缩了大约10％。该热处理过的样品具有3.6oz/yd2(122g/m2)的基重和10％MD和25％XD弹性拉伸。该复合织物是强力的和耐久的，很容易经受得住50个洗涤周期。
对比例A
按照与以上实施例1中所述的相同的方法来制备多层复合无纺材料，所不同的是每一外层被在实施例1中所述的0.6oz/yd2(20.3g/m2)双组分2GT/3GT梳理的短纤维网的层所替代，因此多层复合织物由4层的双组分可螺旋形卷曲的切断纤维组成，各层交替MD，XD。这些层被粘结，然后使用在实施例1中所述的方法进行热处理。粘结的复合材料在纵向收缩了大约15％和在横向收缩了大约25％，并在加热之后具有15％MD和30％XD的弹性拉伸。在MD和XD两方向上产品的强度是相当低的，而且该产品具有极低的抗撕裂性和耐磨性。该产品具有粗糙的和磨损的表面，在仅仅几个洗涤-干燥周期之后显示出突出的“起绒”和表面缺陷。
实施例2
将在实施例1中描述的长丝纱以无规的方式手工铺设，而形成重量为大约3oz/yd2(101.7g/m2)的纤维网。该纤维网被放置在由BBACorp.of Old Hickory，TN制造的两片纺粘Style 2250 Reemay聚酯之间。各完全粘结的纺粘层称量为0.5oz/yd2(17.0g/m2)。该复合材料通过装有加热到220℃的图案压印辊和加热到210℃的扁钢辊的热方式图案粘结器来加工，施加150lbs/线性英寸(263N/cm)的荷载，速度为20yd/min(18.3m/min)。粘结处的图案间隔为粘结处之间的间距3.2mm，29％的粘结百分面积，8个/英寸(3.1/cm)。在粘结之后，该产品几乎是不可拉伸的。该产品在150℃的空气循环烘箱中热处理1分钟和进行松驰。它在两个方向上收缩了大约10％。在收缩之后，该产品称量为4.6oz/yd2(156g/m2)和具有15％的纵向弹性拉伸和25％的横向弹性拉伸。外部Reemay纺粘的层，当产品松驰时，是褶曲的，和当产品在两个方向上拉伸时，是扁平的。
对比例B
实施例2的双组分2GT/3GT长丝纤维网进行与实施例2中相同的粘结处理，没有使用外层。该产品在离开粘结器时从3oz/yd2(101g/m2)收缩到几乎5.0oz/yd2(169.5g/m2)。它粘结较差，具有粗糙表面。当在150℃下进行热处理时，它没有进一步收缩。当MD或XD拉伸时，它具有最小的拉伸和基本上没有回复，因为粘结失败，在任一方向上有低于10％的拉伸。
实施例3
将在实施例1中描述的长丝纱以无规的方式手工铺设，而形成重量为大约2.5oz/yd2(84.8g/m2)的纤维网。该纤维网被放置在由BBACorp.of Old Hickory，TN制造的两片纺粘Style 2253C Reemay聚酯之间。每个轻微固结的纺粘层称量为0.5oz/yd2(17.0g/m2)。该复合材料通过装有都加热到215℃的图案压印辊和平滑钢辊的热粘结器来加工，施加500lbs/线性英寸(877N/cm)的荷载，速度为30yd/min(27.4m/min)。该图案压印辊具有333点/平方英寸，钻石图案中的边长为0.025英寸的正方形粘结点，其中粘结百分面积为20％。在点粘结条件下，当织物离开粘结辊时复合片材发生收缩，如在图7中所描绘。该产品称量为4.6oz/yd2(156g/m2)，具有21％的纵向弹性拉伸和17％的横向弹性拉伸。

Claims (36)

1.一种可拉伸的多层复合片材，它包括：
包括至少20wt％的螺旋形卷曲多组分纤维的第一聚合物层，该多组分纤维具有一横截面和长度，并且含有第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述第一聚合物组分和第二聚合物组分沿该多组分长丝的横截面以界限清晰的侧偏心区域排布，并且沿该多组分长丝的长度方向连续地延伸；
包括低于20wt％的侧偏心螺旋形卷曲多组分纤维的第二聚合物层，所述第二聚合物层断续地粘结到第一层上；
第一层中的螺旋形卷曲多组分纤维形成了位于第一层的平面内的螺旋形卷曲纤维区段并且连接了各粘结处；并且
第二层在粘结处之间形成褶曲的平面外的区段。
2.根据权利要求1的多层复合片材，其中第二层通过选自热方式点粘结、超声波方式点粘结、机械缝制、液压缝制、化学粘结和粘合剂粘结的方法断续地粘结到第一层上。
3.根据权利要求1的多层复合片材，其中该复合片材具有低于4mm的厚度。
4.根据权利要求1的多层复合片材，其中该复合片材具有低于30cc/g的松密度。
5.根据权利要求1的多层复合片材，其中第一聚合物层包括至少50wt％的螺旋形卷曲的多组分纤维和第二聚合物层包括低于10wt％的螺旋形卷曲的多组分纤维。
6.根据权利要求5的多层复合片材，其中第一聚合物层包括至少70wt％的螺旋形卷曲的多组分纤维和第二层包括0wt％的螺旋形卷曲的多组分纤维。
7.根据权利要求6的方法，其中第一聚合物层基本上由螺旋形卷曲的多组分纤维组成。
8.根据权利要求1的多层复合片材，其中第一聚合物层是选自梳理纤维网、交叉铺网的纤维网、气流成网的纤维网和多组分纺粘纤维网的无纺纤维网。
9.根据权利要求1的多层复合片材，其中第一聚合物层包括多组分长丝的经纱。
10.根据权利要求1的多层复合片材，其中第二聚合物层选自无纺纤维网、薄膜、针织织物和机织织物。
11.根据权利要求2的多层复合片材，其中粘结处间隔为2-6个/厘米，当多层复合片材处于无张力的状态下测量时具有3.9至35个粘结处/cm2。
12.根据权利要求1的多层复合片材，其中第一聚合物组分是部分结晶的聚酯，其中它的结晶区的化学重复单元处于未延伸的稳定构象状态，其不超过充分延伸的化学重复单元的构象长度的90％，第二聚合物组分是部分结晶的聚酯，其中结晶区的化学重复单元处于比第一种聚合物更接近其充分延伸的化学重复单元的构象长度的构象状态之中。
13.根据权利要求12的多层复合片材，其中非延伸的第一聚合物组分选自聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)、聚(对苯二甲酸四亚甲基二醇酯)、聚(双萘甲酸丙二醇酯)、聚(双苯甲酸丙二醇酯)、它们与磺基间苯二甲酸乙二醇酯钠的共聚物和聚酯醚，延伸的第二聚合物组分选自聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸环己基1，4-二亚甲基二醇酯)、它们的共聚物以及对苯二甲酸乙二醇酯和磺基间苯二甲酸乙二醇酯的钠盐的共聚物。
14.根据权利要求13的多层复合片材，其中第一和第二聚合物组分以并行构型排列。
15.根据权利要求1的多层复合片材，其中该复合片材在至少一个方向上具有至少12％的可回复的弹性拉伸。
16.一种制备可拉伸的多层复合片材的方法，包括以下步骤：
提供包括至少20wt％的可螺旋形卷曲多组分纤维的可螺旋形卷曲的聚合物层，该多组分纤维具有一横截面和长度，并且含有第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述第一聚合物组分和第二聚合物组分沿该多组分长丝的横截面以界限清晰的侧偏心区域排布，并且沿该多组分长丝的长度方向连续地延伸；
提供非螺旋形卷曲性聚合物层，所述聚合物层包括低于20wt％的侧偏心可螺旋形卷曲的多组分纤维；
以多个粘结处断续地将第一聚合物层粘结于第二聚合物层以形成粘结的多层复合片材；
将粘结的多层复合片材加热到足以引起第一层中的可螺旋形卷曲的纤维产生三维螺旋形卷曲的温度，在以最初的片面积为基础计的面积中引起所粘结的多层复合片材收缩至少10％，和引起第二聚合物层在粘结处之间褶曲。
17.根据权利要求16的方法，其中基于最初的片材面积计，该粘结的多层复合片材在加热步骤中在面积上收缩了至少20％。
18.权利要求17的方法，其中可螺旋形卷曲的层包括至少50wt％的可螺旋形卷曲的多组分纤维和不可螺旋形卷曲的层包括低于10wt％的可螺旋形卷曲的多组分纤维。
19.权利要求18的方法，其中可螺旋形卷曲的层包括至少70wt％的可螺旋形卷曲的多组分纤维和不可螺旋形卷曲的层包括0wt％的可螺旋形卷曲的多组分纤维。
20.根据权利要求16的方法，其中可螺旋形卷曲的层选自多组分长丝的经纱和多组分无纺纤维网。
21.根据权利要求16的方法，其中不可螺旋形卷曲的层选自薄膜、无纺纤维网、针织织物和机织织物。
22.根据权利要求20的方法，其中可螺旋形卷曲的层是选自多组分梳理纤维网、多组分交叉铺网的纤维网、多组分气流成网的纤维网和多组分纺粘纤维网的无纺纤维网。
23.根据权利要求21的方法，其中不可螺旋形卷曲的层是无纺纤维网。
24.根据权利要求16的方法，进一步包括在粘结到可螺旋形卷曲的层上之前预固结不可螺旋形卷曲的层的步骤。
25.根据权利要求24的方法，其中不可螺旋形卷曲的层通过以机械方式使该层平整化来预固结。
26.根据权利要求25的方法，其中不可螺旋形卷曲的层通过让该层在由两个旋转辊构成的辊隙之间通过来平整化。
27.根据权利要求16的方法，其中断续的粘结处通过使用选自热方式点粘结、超声波方式点粘结、机械缝制、液压缝制、化学粘结和粘合剂粘结的粘结方法来形成。
28.根据权利要求27的方法，其中该粘结处间隔为2-6个/厘米，具有3.9到35个粘结处/cm2。
29.根据权利要求16的方法，其中该加热步骤在自由收缩状态下进行。
30.根据权利要求16的方法，其中该加热步骤包括湿整理过程。
31.根据权利要求30的方法，其中该湿整理过程是染色过程。
32.根据权利要求16的方法，其中第一聚合物组分是部分结晶的聚酯，其中它的结晶区的化学重复单元处于未延伸稳定构象状态，其不超过充分延伸的化学重复单元的构象长度的90％，第二聚合物组分是部分结晶的聚酯，其中结晶区的化学重复单元处于比第一种聚合物更接近其充分延伸的化学重复单元的构象长度的构象状态之中。
33.根据权利要求32的方法，其中非延伸的第一聚合物组分选自聚(对苯二甲酸三亚甲基二醇酯)、聚(对苯二甲酸四亚甲基二醇酯)、聚(双萘甲酸丙二醇酯)、聚(双苯甲酸丙二醇酯)、它们与磺基间苯二甲酸乙二醇酯钠的共聚物和聚酯醚，延伸的第二聚合物组分选自聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸环己基1，4-二亚甲基二醇酯)、它们的共聚物以及对苯二甲酸乙二醇酯和磺基间苯二甲酸乙二醇酯的钠盐的共聚物。
34.根据权利要求33的方法，其中多层复合片材的第一和第二聚合物组分以并行构型排列。
35.根据权利要求16的方法，其中该断续地粘结步骤和该加热步骤同时进行。
36.包括可拉伸的多层复合片材的织物制品，该复合片材包括：
包括至少20wt％的螺旋形卷曲多组分纤维的第一聚合物层，该多组分纤维具有一横截面和长度，并且含有第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述第一聚合物组分和第二聚合物组分沿该多组分长丝的横截面以界限清晰的侧偏心区域排布，并且沿该多组分长丝的长度方向连续地延伸；
包括低于20wt％的侧偏心螺旋形卷曲多组分纤维的第二聚合物层，所述第二聚合物层断续地粘结到第一层上；
第一层中的螺旋形卷曲多组分纤维形成了位于第一层的平面内的螺旋形卷曲纤维区段并且连接了各粘结处；并且
第二层在粘结处之间形成褶曲的平面外的区段。
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