CN1321119A - 热粘合高伸长无纺织物的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热粘合无纺聚丙烯织物的方法,该方法包括在热和压力作用下将可热粘合的皮芯聚丙烯纤维网通过压制辊辊隙制成具有伸长的无纺织物。有图案的压制辊是通过大量等距的交错台肩(特别是一定尺寸、一定构形和取向的)压制成所需的粘合点大小和粘合点间距,结果当在压制辊中使用时,得到了具有高伸长的改善了柔软性的聚丙烯织物或床单。

Description

热粘合高伸长无纺织物的方法和设备
                    发明背景
1发明领域
本发明涉及无纺织物尤其是高伸长无纺织物的热粘合，制备这种无纺织物的压制辊以及无纺织物和含有该无纺织物的制品。
2背景技术的描述
无纺织物通常是这样制备的：制成纤维网，然后将纤维热粘合在一起。例如，使用梳棉机可以将短纤维制成无纺织物，该粗梳织物可以热粘合。这种热粘合可以通过多种加热技术实现，包括加热辊加热、热空气和使用超声波焊接加热。
当使用加热辊粘合粗梳织物时，通常使用一个光滑辊和一个其上有粘合点的压制辊。将热粘合物喂入光滑辊和压制辊之间的辊隙，提供足够的热以得到热粘合材料。
常规热粘合压制辊，例如印纹压制辊是用大量产生粘合点的台肩构形以得到最大的加工方向强度和横向强度，同时较好的得到柔软的手感和触感，特别是当热粘合物是由合成材料制成的时候。这种热粘合织物经常被用作无纺面材，该无纺面材通常被用作卫生制品，例如尿布的表层。在这种应用中，面材的一个表面或一边与人体接触，例如放在人体皮肤上。因此，希望与人体接触的表面具有柔软性。
常规方法是使用设计有大量一定间隔台肩的印纹热粘合压制辊，该台肩形成产生柔软感的粘合点，以及最大的加工方向强度和横向强度。然而，现有技术中的大多数粗梳无纺织物制品不具有合格的伸张性能。
因此，需要制成具有高度伸长尤其是具有有效强度的无纺织物。
                    发明概述
因此，本发明的目的之一提供制造具有高伸长，尤其是具有有效强度的热粘合无纺纤维网的改进方法。
本发明的另一个目的是提供一种热粘合压制辊，该辊将用于制备具有高伸张或伸长的热粘合无纺物。
本发明提供一种制造具有高伸长的热粘合织物的方法，该方法包括制备可热粘合聚丙烯纤维网，优选的是皮芯聚丙烯纤维；将该网通过具有图案表面的加热压制辊，该图案表面包括许多行台肩，每个台肩具有一上表面，相邻行台肩的上表面交错排列以使它们在加工方向彼此不重叠；在位于台肩上表面的粘合点将纤维粘合，结果基本上沿加工方向伸长的纤维对于相邻行仅有一个粘合点。
将纤维网通过加热的压制辊的步骤可以包括将纤维网通过压制辊辊隙的一对协同作用辊之间，至少这对辊中的一个辊具有图案表面并且包括具有一其上有大量台肩的外柱面的柱形辊；外柱面上的台肩是以许多等距相隔的行排列的；每个锥形台肩包括一成锥形到上表面的基面(优选基本上是矩形)；上表面的短边沿着加工方向，长大约0.036-0.066cm，优选大约0.043-0.059cm，优选值大约为0.051cm，长边沿着横向，长大约0.071-0.133cm，优选大约0.087-0.117cm，优选值大约为0.102cm；以一定距离间隔的相邻行台肩相对于台肩中心的距离大约为0.157-0.291cm，优选大约0.190-0.258cm，优选值大约为0.224cm；相邻行台肩的上表面交错排列以使相邻行的上表面在加工方向上彼此不重叠，使大量间隔粘合点能够使基本上沿加工方向伸长的纤维在相邻行上仅有一个粘合点；并且大量台肩的粘合面积大约为20％，优选大约5-20％，更优选大约为8-15％，甚至更优选大约8-12％，优选值大约为11％。
台肩的上表面可以基本上是矩形的。此外，基面在加工方向上可以与相邻行重叠。
每一行台肩的中心以大约0.142-0.264cm，优选大约0.173-0.233cm，优选值为大约0.203cm的距离间隔，相邻行台肩的中心以大约0.071-0.133cm，优选大约0.087-0.117cm，优选值为大约0.102cm的距离间隔。台肩是这样构造和排列的使与加工方向成大约15％，更优选大约35-55°，甚至更优选45°角放置的一束纤维被放置在台肩之间的空隙，在此纤维不被粘合。
台肩优选为截断锥形，优选具有基本上为矩形的基面，沿加工方向排列的该基面的短边长大约为0.075-0.139cm，优选0.091-0.123cm，优选值大约为0.107cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.111-0.205cm，优选大约0.134-0.182cm，优选值大约为0.158cm，基面与上表面之间的锥形侧面的角度α大约为14-35°，优选大约17-26°，最优选大约17-23°，优选值大约为20°。
台肩的高度大约0.053-0.099cm，优选大约0.065-0.087cm，优选值大约0.076cm。
本发明还提供一种制造高伸长热粘合织物的方法，该方法包括制备含有可热粘合皮芯聚丙烯纤维的网；将该网通过具有图案表面的压制辊，该图案表面包括许多行的台肩，每个台肩具有一上表面，相邻行台肩的上表面交错排列以使它们在加工方向彼此不重叠；在压制辊的位置上对纤维网提供热和压力以在位于台肩上表面的粘合点处将纤维热粘合，结果基本上沿加工方向伸长的纤维对于相邻行仅有一个粘合点。
本发明还涉及压制辊和该方法制造的聚丙烯织物。
                 附图的简要说明
参考下面的附图，本发明的上述以及其它的特征和优点将通过下面优选实施方式(非限定性的实施例)的描述变得清楚。
图1描述了本发明有图案压制辊的一部分，其图案从中间部分断开；
图2描述了本发明形成粘合点的台肩的相对间隔；
图3描述了图1中台肩的端视图；
图4描述了图1中台肩的侧视图；
图5是分别根据现有技术中有图案压制辊和本发明有图案压制辊由第一纤维制成的热粘合织物的横向强度的比较图；
图6是由第一纤维形成的织物的横向伸长的比较图；
图7是分别根据现有技术中有图案压制辊和本发明的带图案压制辊由第二纤维制成的热粘合织物的横向强度的比较图；
图8是由第二纤维形成的织物的横向伸长的比较图；
图9是分别根据现有技术中有图案压制辊和本发明有图案压制辊由第三纤维制成的热粘合织物的横向强度的比较图；
图10是由第三纤维形成的织物的横向伸长的比较图；
图11是本发明压制辊的粘合区域的简图；
图12是现有技术中压制辊的台肩图案的简图。
            优选实施方式的详细描述
本发明涉及热粘合高伸长无纺织物的方法和设备，以及由此制成的无纺织物和含有这种无纺织物的制品。
本发明的无纺织物是由多种形式的纤维组成的，在本发明范围内的纤维包括长丝和短纤维。这些术语是以它们的常规意义使用的。通常，本文中使用的术语“长丝”是指纺丝机上的连续纤维。本文中使用的术语“短纤维”是指短切纤维或短切长丝。短纤维被用于多种制品中，例如个人卫生用品、医药用品、工业制品和汽车制品，通常长度大约为5-16cm。举例言之，用于尿布的无纺织物中的短纤维的长度优选大约2.5-7.6cm，更优选大约3.2-5cm。纤维或长丝的纤度是以旦每根丝(dpf)计量的，是指每9000(9km)米长丝的克数。为了方便，本文中使用的“纤维”也用于指长丝或短纤维。
本发明的压制辊是经过构形和排列以使单个纤维上具有更少的粘合面积和更少的粘合点。特别是，台肩在压制辊上的大小和位置要充分间隔以使最少量的纤维没有被粘合。此外，台肩要间隔以使沿加工方法排列的所有的，或基本上所有的单根纤维都具有粘合点。此外，台肩之间的距离不要太远以使包括加工方向和横向强度性能合格。台肩应该经过构造和排列以使纤维之间能够相互滑动，由此制成高度伸张的织物，尤其是制成具有足够强度性能的织物。
此外从图1中可以看出，行29中的台肩与相邻行30中的台肩交错排列，结果使粘合点数目减小，至少对于沿加工方向排列的纤维，粘合点出现在交替行29和31中的台肩。换句话说，沿加工方向伸长，或基本上沿加工方向伸长的纤维对于每相邻的两行，例如相邻行29和30仅有一个粘合点，对于交替行，例如交替行29和31仅有两个粘合点。
仍然参考图11，压制辊上的台肩优选经过构造和排列以确保除了纤维6之外的每根纤维上都有粘合点，纤维6与加工方向的夹角大于15°，更优选大约35°-55°，优选值大约45°，台肩之间的空间7是无粘合区。台肩行之间(加工方向)的空间大小可以改变，但是其空间大小不能增加到使连续行(加工方向)的台肩之间的角度(与加工方向的角度)超过15°，更优选大约35-55°，最优选大约45°。
参考大约35-55°，以及45°的角主要是为了帮助理解台肩之间的空间大小。例如，事实上，纤维的放置角度仅为45°的可能性事实上为0。鉴于此，至少大多数纤维，或基本上所有纤维沿加工方向排列。此外，纤维通常不排列成线性构形。如上所述，通过保持本发明的关系，除了与加工方向的夹角大于15°，更优选大约35-55°，优选大约45°排列的纤维，以及台肩之间的空间7，或基本上与加工方向成90°排列的纤维，如没有粘合点的区域8所示，基本上每根纤维上都有粘合点。这将使得到的织物粘合点减少，因此，得到高度伸长的织物，特别是得到具有足够强度性能的织物。
此外，压制辊上的台肩经过构形和排列使得到的粘合面积大约为5-20％，更优选大约8-15％，甚至更优选大约8-12％，特别优选的粘合面积大约为11％。
使用本发明的压制辊，纤维可以在高速机械中加工制成多种材料，特别是具有多种用途的无纺织物，包括床单、捕获层(acquisition)和尿布背层。对于单位重量大约10g/yd2(gsp)-50gsp，更优选20-40gsp的织物，本发明的纤维能够使制备无纺材料的速度高达500ft/min，更优选高达700-800ft/min，甚至更优选高达980ft/min(大约300米/分钟)或更高，例如大约350米/分钟，对于单位重量大约20gsp的织物，横向强度至少大约200g/in，更优选300-400g/in，优选大于400g/in，更优选高达650g/in或更高。此外，该织物的伸长至少大约120％，更优选至少大约140％，甚至更优选至少大约160％，甚至更优选至少大约180％，甚至更优选至少大约200％，甚至更优选至少大约250％，最优选至少大约300％，韧性大约600-2100g/in，优选大约1440-2100g/in。
图1描述了一部分压制辊1，画出了许多普通截断锥形构形的台肩2，排列在平行行中，与交替行中的台肩2交错排列。压制辊1为柱形，其直径大约为30-180cm，优选大约50-400cm，该辊包括交错台肩2的图案，如图1所示，例如通过压纹、雕刻或通过在压制辊上形成台肩的任何方法。
如图2-4所示，每个台肩的上表面3优选具有矩形或基本上矩形，但是只要能形成粘合点就可以是任何形状。沿着压制辊圆周或加工方向(图1中的箭头A)排列的上表面3的宽9大约0.036-0.066cm，优选大约0.043-0.059cm，优选值大约0.051cm。沿着压制辊的横向(图1中箭头B)排列的上表面3的长10大约0.071-0.133cm，优选大约0.087-0.117cm，优选值大约0.102cm。
图2-4还示出，每个基面4优选是矩形或基本上是矩形，但是只要可以形成粘合点就可以是任何形状。沿着压制辊圆周或加工方向排列的基面4的宽11大约0.075-0.139cm，优选大约0.091-0.123cm，优选值大约0.107cm。沿着压制辊横向排列的基面4的长12大约0.111-0.205cm，优选大约0.134-0.182cm，优选值大约0.158cm。
台肩的高13大约0.053-0.099cm，优选大约0.065-0.087cm，优选值大约0.076cm。侧壁5的锥角α(图3和4所示)大约14-35°，优选14-26°，甚至更优选大约17-23°，优选值大约20°。
如图2所示，一行中相邻台肩中心的距离14大约0.142-0.264cm，优选大约0.173-0.233cm，优选值大约0.203cm。相邻行中台肩中心的距离1大约0.071-0.133cm，优选大约0.087-0.117cm，优选值大约0.102cm。这导致台肩的排列如图2所示，台肩应该构形和排列使加工方向上相邻台肩的上表面3，例如行29和30不重叠。此外，基面4优选构形和排列以使它们互相重叠。
上述内容扩展的基础上，从图1和2中可以看出，一行中每个台肩的上表面或中心台肩面积3具有一定尺寸和位置，以至于不与相邻行中台肩的上表面或中心台肩面积3重叠。然而，从图1和2中还可以看出，一行中台肩的基面4优选与相邻行中的基面4重叠。尤其是，一行内的基面4将与相邻行中的两个基面4重叠，而行末端中的基面4通常仅与相邻行中的一个基面4重叠。
从图2还可以看出，相邻行之间台肩的中心的间距16大约为0.157-0.291cm，优选大约0.190-0.258cm，优选值大约0.224cm。
本发明的压制辊可以用多种材料制成，例如钢例如ANSI1030或更好的可雕刻钢。此外，台肩可以用任何方法形成，例如蚀刻。
上述有图案压制辊可以用于本发明方法中，该方法包括将纤维热粘合在一起形成无纺织物，使用压制辊在无纺织物上形成粘合点。例如，在本发明压制辊之间的辊隙处对纤维网施加热和压力，并且用于热粘合纤维的光滑辊带有形成粘合点的台肩图案。通过在压制辊辊隙处施加热和压力，部分纤维熔融在一起形成粘合点。根据粘合的纤维网的材料改变压力和温度。该温度可以在很大范围内变化，例如大约110-220℃。优选的是，当纤维包括聚丙烯时，该辊被加热到大约135-200℃，优选大约140-185℃，甚至更优选大约140-180℃，施加的压力大约160-480磅/英寸，优选大约180-300磅/英寸，优选值大约240磅/英寸。粘合点和无粘合面积都与无纺织物的强度，以及柔软性、伸张和伸长性能有关。
本发明中使用的纤维可以包括多种聚合物。因此，用于本发明的聚合物可以包括多种可纺聚合材料，例如聚烯烃和含有聚烯烃的混合物。优选的是，该聚合物是一种聚丙烯或含有聚丙烯的混合物。该聚丙烯可以包括任何无规、杂规、间规、等规和立构嵌段聚丙烯-包括部分和全部等规，或至少基本上全部等规聚丙烯。本发明体系中的可纺聚丙烯可以使用任何工艺生产。例如，聚丙烯可以使用Zeig1er-Natta催化剂或使用均相或非均相茂金属催化剂制备。
而且，在此使用的术语“聚合物、聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯”等包括均聚物、各种聚合物例如共聚物和三元共聚物及其混合物(包括通过间歇混合或就地形成混合物得到的混合物)。当提及聚合物时，术语共聚物应理解为包括两种单体的聚合物，或两种或更多种单体的聚合物，包括三元共聚物。例如，聚合物可以包括烯烃例如丙烯的共聚物，并且这些共聚物可以包含各种组分。对于聚丙烯，该共聚物优选包括达到20wt％甚至更优选大约0-10wt％的至少乙烯和丁烯中的一种。然而，取决于所需的纤维，该共聚物可以含有不同量的这些组分。
进而，该聚丙烯可以包括干态聚合物料粒、具有窄分子量分布或宽分子量分布的片状或研磨聚合物，优选具有宽分子量分布。术语“宽分子量分布”是指分子量分布值(即使用下述SEC测量的重均分子量/数均分子量)至少大约为5，优选至少大约为5.5，更优选至少大约为6的干态聚合物颗粒、片或研磨粉末。不限定本发明，分子量分布值通常大约为2-15，更通常小于大约10。
得到的可纺熔体的重均分子量优选大约3×105-5×105，宽的SEC分子量分布通常大约为6-20或以上，熔体流动速度MFR(根据ASTM D-1238-86(条件L；230/2.16)测试，该标准的全部被引用在本文中作参考)大约为13-50g/10分钟，和/或可纺温度通常大约为220-315℃，优选大约300℃。
此外，聚丙烯可以是线性的或支化的，例如全部被引用在本文中作参考的Hostetter的US4626467中描述的，并且优选线性的。另外，在制备本发明的纤维时，制成纤维的聚丙烯可以包括Gupta等的US5629080和欧洲专利申请0552013(全部被引用在本文中作参考)中描述的聚丙烯组合物。此外，例如Kozulla的美国专利申请08/358,884(1994.12.19申请)和Kozulla的美国专利申请08/998592(1997.12.29申请)以及欧洲专利申请0719879(这些全部被引用在本文中作参考)中描述的聚合物的混合物也可以使用。再者，也可以使用Harrington等的美国专利申请08/728491和WO97/37065(这些也都被引用在本文中作参考)中描述的聚合物混合物，尤其是含有可聚合的粘合弯曲增强剂(bond curve enhancingagent)的聚丙烯混合物。
用于无纺材料的聚合物纤维的制备通常包括使用至少一种聚合物和额定量添加剂例如抗氧剂、稳定剂、颜料、抗酸剂、加工助剂等的一种混合物。因此，该聚合物或聚合物混合物可以包括多种添加剂，例如熔融稳定剂、抗氧剂、颜料、抗酸剂和加工助剂。根据产品需求，本领域技术人员可以确定添加剂的类型、标号和使用量。在不限定本发明的前提下，优选的抗氧剂包括Irganox 1076和Irgafos168(都来自Ciga-Geigy,Tarrytown,NY)，其在聚合物组合物中的使用量以组合物总重量计通常大约为50-150ppm(Irganox 1076)或大约200-1000ppm(Irgafos168)。视具体情况而定，本发明纤维中还可以含有的其它添加剂包括，例如颜料例如二氧化钛(通常用量大约为2wt％)，抗酸剂例如硬脂酸钙(通常用量大约0.01-0.2wt％)，色料(通常用量为0.01-2.0wt％)和其它添加剂。
长丝中可以使用多种整理剂以保持它们的亲水性或疏水性。聚合物中还可以包括一种或多种组分以改变纤维的表面性能，例如使纤维重复湿润，或防止或降低静电的产生。疏水整理剂组分优选包括抗静电剂。亲水整理剂也可以包括这些添加剂。
优选的疏水整理剂包括Schmalz的US4938832和欧洲专利申请486158(这些被引用在本文中作参考)中描述的那些。这些文献描述的纤维整理剂包括至少一种中和的带有低级烷基例如1-8个碳原子烷基的磷酸酯，其与聚硅氧烷润滑剂结合用作抗静电剂。
本发明中可以使用的另一种疏水整理剂是Johnson等的US5403426(被引用在本文中作参考)中描述的那些。该专利描述了一种制备疏水纤维的方法，该方法包括卷曲、短切、梳理。编织和粘合。表面改性剂包括一种或多种基本上没有亲油端基和低或有限表面活性的水溶化合物。
本发明中使用的另一种疏水整理剂组合物公开在Hirwe等的美国专利申请08/728490(1996.10.9申请)和WO98/15685(都本引用在本文中作参考)。这些文献中的疏水整理剂组合物包括季戊四醇同系物的疏水酯，优选季戊四醇和季戊四醇低聚物的疏水酯。含有这种润滑剂的整列组合物也可以含有其它润滑剂、抗静电剂和/或其它添加剂。
此外，Harrington的US5540953(被引用在本文中作参考)描述了用于制备疏水纤维和无纺织物的抗静电组合物。该文献中描述的一种整理剂含有1)至少一种中和的碱金属或碱土金属的C3-C12烷基或烷烯基磷酸盐，2)加溶剂。该文献中描述的第二中整理剂含有至少一种中和的磷酸酯盐。
本发明中使用的含有一种整理剂的其它组分包括乳化剂或其它稳定剂以及储存剂例如抗微生物剂。一种抗微生物剂是购自Nuodex美国HULS分公司(Piscataway,NJ)的Nuosept95(水中95％的半缩醛)。
根据设备的性能和制品所需，本领域技术人员可以选择含有疏水整理剂或其它亲水整理剂的整理剂组合物。其它添加剂例如抗静电剂、稳定剂、乳化剂和储存剂也可以类似的选择。
该纤维优选是聚丙烯纤维，更优选是皮芯结构的聚丙烯纤维。
非皮芯结构的纤维可以采用不能得到皮芯结构的制造条件生产。该条件可以通过，例如充分避开表面氧化的环境来得到。
皮芯结构的纤维可以通过任何方法生产，该方法中的芯层聚合物混合物比皮层聚合物混合物更能获得氧化、降解和/或具有更低的分子量。这样的皮芯结构可以通过，例如Kozulla的US5431994和US5281378以及欧洲专利申请719872A2(这些都被引用在本文中作参考)中公开的延迟骤冷和暴露在氧化环境中得到。另一种得到皮芯结构的方法包括，例如Takeuchi等的US5705119和欧洲专利申请0630996(都被引用在本文中作参考)中描述的使用加热的喷丝板以得到长丝表面的热降解。正如Harrington等的美国专利申请08/728491和WO97/37065(被引用在本文中作参考)所述，皮芯结构可以含有一种富集钌着色至少大约0.2μm，更优选至少大约0.5μm，更优选至少大约0.7μm，甚至更优选至少大约1μm，甚至更优选至少大约1.5μm的皮层。
对于旦数小于2dpf的纤维，另一种描述富集钌的方法是相对于纤维的当量直径，其中当量直径等于五个样品平均的当量截面面积的圆的直径。更具体地说，旦数小于2的纤维，皮层厚度还可以根据纤维当量直径的富集染色进行说明。在这种情况下，钌染色的富集可以包括至少大约1％，并且达到大约25％的纤维当量直径，优选大约2-10％的纤维当量直径。此外，本发明皮芯结构可以通过热台测试，例如Takeuchi的US5705119中(该文献被引用在本文中作参考)描述的，当存在残余拖尾就存在皮芯结构。
该皮芯结构包括对长丝的化学改性以得到皮芯结构，但是不包括沿轴向延伸界面连接的独立组分，例如鞘芯纤维和并列型双组份纤维。当然，皮芯结构可以用在复合纤维中，例如US5281378、US5318735和US5431994以及欧洲专利申请719879A2(这些都被引用在本文中作参考)中描述的鞘芯纤维的鞘中出现的皮芯结构。
因此，皮芯纤维可以在任何方法中采取条件来制备，以使挤出聚合物混合物时形成皮芯结构。例如，热挤出物的温度，例如喷丝板中的挤出物可以足够的提高并在氧化气氛中停留足够长的时间以得到皮芯结构。这种提高的温度可以采用若干方法得到，例如上述Kozulla的专利和上述Takeuchi等在美国和外国申请的专利(也都被引用在本文中作参考)中描述的方法。
例如，本发明体系中的皮芯长丝可以通过Kozullad的US5281378、US5318735和US5431994以及欧洲专利申请719879A2中描述的方法来制备，热挤出物的温度至少高到大约250℃，在氧化气氛中停留足够长的时间以在其表面形成氧化性链断开降解。该温度可以在离开喷丝板后通过延迟热挤出物的冷却达到，例如挡住吹到热挤出物上的骤冷气体的流动。这种阻挡可以通过使用经过构型和排列的罩和凹式喷丝板以得到所需的温度。
另一方面，正如Takeuchi等的US5705119和欧洲专利申请0630996中所述，皮芯结构可以通过加热喷丝板附近的聚合物混合物(或者直接加热喷丝板或喷丝板邻近的面积)达到。换句话说，通过直接加热喷丝板或一个元件例如位于喷丝板之上大约1-4mm的加热板，该聚合物混合物可以在至少一个喷丝板上或其邻近的位置上被加热以将聚合物混合物加热到足够高的温度，冷却时例如氧化气氛中立即骤冷得到皮芯结构。
在本发明体系中，例如，聚合物的挤出温度可以大约为230-250℃，喷丝板下表面(离开喷丝板的面)的温度至少大约250℃以使熔融长丝的氧化性链断开降解，由此得到皮芯结构的长丝。因此，通过使用加热喷丝板，使聚合物混合物保持在足够高的温度，在氧化骤冷条件下发生氧化性链的断开。
尽管上面已经描述了形成皮芯结构的技术，但是本发明体系中制备的皮芯纤维并不限于上述技术中得到的那些。纤维中得到皮芯结构的任何技术也都包括在本发明范围中。
为了确定是否存在皮芯结构纤维，使用钌染色测试。正如引用在本文中作参考的Takeuchi等的上述美国和欧洲专利申请，本发明皮芯纤维的基本上非均匀构型结构可以通过四氧化钌(RuO4)染色的纤维薄截面的透射电子显微镜(TEM)来表征。鉴于此，正如引用在本文中作参考的Trent等在大分子，16卷，4期，1983的“用于电子显微镜的聚合物的四氧化钌染色”中所述，业已公知，聚合材料的结构依赖于它们的热处理、组成、和加工，反之，这些材料的力学性能例如韧性、冲击强度、弹性、脆性、和断裂强度与形态密切相关。此外，该文献指出，透射电子显微镜在高分离度下对于表征多相聚合物体系的结构是一种成熟的技术，然而，经常需要使用染色剂来增加聚合物的图象对比度。对聚合物有用的染色剂包括四氧化锇和四氧化钌。染色本发明的纤维优选使用四氧化钌染色剂。
在本发明的形态表征中，样品纤维是用RuO4水溶液室温下染色一夜，例如购自Polysciences公司的四氧化钌0.5wt％水溶液(尽管该方法中使用液体染色剂，但是使用气体染色剂也是可以的)。染色的纤维被置于Spurr环氧树脂中60℃下固化一夜。然后，使用金刚石切割刀室温下在超微切片机上将该被置于树脂中的染色纤维切成薄层，得到大约80nm厚的微切截面，该切片可以在常规设备中检测，例如在100kv下的Zeiss EM-10 TEM。采用能量分散X射线分析(EDX)进行确认，RuO4完全渗入纤维的中心。
根据本发明，钌染色测试将用于确定纤维中是否存在皮芯结构。更具体地说，一根纤维可以经过钌染色，将可以确定纤维截面的外表面区域中钌的富集(残留Ru)。如果对于旦数小于2的纤维，钌染色的富集厚度至少大约0.2μm或至少大约1％的当量直径的话，该纤维就有皮芯结构。
尽管钌染色测试是确定皮芯结构的极好方法，但是存在若干不发生钌染色富集的情况。例如，纤维中存在某些组分将干涉或阻止钌富集在纤维的皮层，而事实上，纤维中含有皮芯结构。本文中描述的钌染色是在不存在任何阻止、干涉或降低染色的材料和/或组分的情况下，不管这些材料是以常用组分存在于纤维中例如包括在本文纤维中的一种组分，或者这些材料是阻止、干涉或降低钌染色。
如上所述，本发明使用含有上述热粘合在一起的纤维的无纺材料。特别是，通过将上述皮芯纤维结合在无纺材料中，得到的无纺材料具有极佳的截面强度、柔软性和伸长性能。这些无纺材料在多种制品中可以至少用一层，这些制品包括卫生制品例如卫生巾，失禁制品和尿布(包括至少一种液体吸收层和至少一种本发明的无纺材料和/或结合本发明热粘合在一起的纤维)。此外，如上所述，本发明的制品可以包括至少一层液体可渗透或不可渗透层。例如，作为一个实施方式，结合使用了本发明无纺织物的尿布包括最外面的不可渗透层和可渗透层、无纺材料中间层、和至少一中间吸收层。当然，尿布(或其它卫生制品)中可以使用多种形式排列的多层无纺材料和吸收层，考虑到强度还可以包括多层外面的渗透层和/或不渗透层。
此外，本发明的无纺织物可以是多层，其中每层中的纤维可以相同也可以不同。还有，本发明的无纺织物可以独立使用，也可以与其它无纺织物或薄膜结合使用。
适当的纤维的实例如下，购自特拉华州的赫尔克里士公司的旦数为2.2dpf(旦每根丝)的T190短纤维、旦数为2.6dpf的T194短纤维、和旦数为2.6dpf的T198短纤维。
该纤维网可以是粗疏纤维网或由连续长丝和微纤维形成的网状结构、或用任何公知的常规方法制备。该纤维可以根据美国专利申请08/728491(申请日1996.10.9)和WO97/37065中描述的方法制备，这两篇文献清楚公开的内容被引用在本文中作参考。
此外，本发明的纤维可以是任何截面构型，例如椭圆形、圆形、菱形、三角形、三叶形、Y形、X形、以及三角形的边轻微凹进去的凹三角形。优选的是，该纤维具有圆形或凹三角形截面构型。截面性状并不限定于这些实例，可以是其它的截面性状。另外，纤维可以包含有中空部分，例如中空纤维，例如该纤维可以用“C”形截面的喷丝板制造。
                    实施例
上面泛泛描述了的本发明将通过下面的实施例进一步描述。这些实施例是用于说明本发明的某些实施方式，而绝无限定本发明的意图。包括对本领域技术人员显而易见的以及上面描述的其它实施方式也都包括在本发明中，而本发明仅仅通过下面的权利要求来限定。除非另作说明，份数和百分数等是指重量份。
实施例中，规一化截面强度和伸长是使用购自InstronCorporation,Canton Mass的拉力测试机(型号1122)，对每种无纺织物1英寸×7英寸(25mm×178mm)的测试条(每个样品取6个测试条)进行测试得到的。具体地说，断裂强度和断裂伸长是根据ASTMD-1682-64(再版，1975)(引用在本文中作参考)中的“切条测试”，使用设置为横向测试模式中的恒定速度的Instron测试机测试的。计算的样品长度12.7cm，十字头速度12.7cm/min，伸长速率100％/min。根据Legare R.J.1986 TAPPI湿体系和热粘合应用中的合成纤维，Boston Park Plaza Hotel&Towers,Boston Mass,1986.10.9-10中的“无纺织物中热粘合聚丙烯纤维”第1-13,57-71页附表和附图中讨论的设备和方法，以250ft/min(76m/min)的速度通过将纤维粗疏成常规纤维网的方法制备无纺织物。TAPPI文献中描述的Webmasterrandomizers没有使用。该文献也被引用在本文中作参考。
将两层粗疏短纤维在加工方向上堆叠，并使用本发明的压制辊(表Ⅰ-Ⅲ中标为辊B)和一公知的菱形的印纹压制辊(表Ⅰ-Ⅲ中标为辊A)之一与一光滑辊粘合得到公称重量大约为23.9g/m2(20±1g/yd2)的无纺织物，其中辊温度大为约145-170℃，辊压力为420牛顿每直线厘米(240镑每直线英寸)。
该菱形的印纹压制辊具有15％的台肩面积，58.8点/cm2，深0.076cm。此外，如图12所示，菱形宽(w)0.101cm，高(h)0.051cm，高度方向中心间隔(H)0.22cm，宽度方向中心间隔(L)0.152cm。
本发明构造的压制辊(辊B)是用ANSI 1030可雕钢制成的，其上雕刻有许多台肩，在圆柱形研磨机中研磨使辊的外直径损失最小，从而保持辊同心。然后，该辊经过抛光修边并精加工到4-6RMS。得到的辊的公称直径大约24.65cm，长大约57.15cm，并且外柱面上带有大量截断锥形台肩，其中一个台肩或粘合面积大约为11％和22点/cm2。此外，每个截断锥形台肩有一矩形基面，基面的短边宽(沿辊的加工方向或径向排列)为0.107cm，长边长(沿辊的横向或纵向排列)为0.158cm，高为0.76cm。每个台肩的外表面的短边(与基面的宽平行)为0.51cm，长边(与基面的长平行)为0.102cm。基面的边与台肩上表面的锥角为20°。
台肩位于外周表面，排成行，与辊的纵轴平行，其中每行有263个台肩(短行)的行是178行，与每行有274个台肩(长行)的179行交替排列。短行中最端部台肩的中心距离辊末端2.007cm，长行中最末端台肩的中心距离辊末端0.244cm。相邻行台肩的中心距离0.224cm(径向)，一行中台肩中心与相邻行中台肩中心的距离是0.102cm(辊轴向)。相邻行中基面之间的距离(径向)是0.117cm，而相邻行中基面之间的距离(轴向)是0.046cm。
本发明制备的热粘合皮芯聚丙烯纤维网的提高的伸长在表Ⅰ-Ⅲ和对应的图5-10中进行了说明。表Ⅰ-Ⅲ将三种不同纤维制成的纤维网的横向强度(CDS)和横向伸长(CDE)进行了比较，每个表格对用常规有图案辊(辊A)制成的纤维网与本发明有图案辊(辊B)制成的纤维网进行了比较。如表Ⅰ中对2.2dpf的T190纤维所示，以及图5和6所示，本发明压制辊制成的纤维网的横向强度(曲线17)比常规压制辊制成的纤维网的横向强度(曲线18)有些小。然而并且重要的是，本发明纤维网的横向伸长(曲线19)比常规压制辊制成的纤维网的横向伸长(曲线20)显著地增加。
                                               表Ⅰ
                                                                                T190纤维(2.2dpf)
粘合温度℃     辊ACDS     辊BCDS     辊ACDE     辊BCDE
   148     178     123
   151     204     135
   154     285     184     71     159
   157     343     298     76     169
   160     375     294     86     150
   163     454     314     96     162
   166     472     302     91     143
   169     452     319     87     154
   172     412     242     76     114
从对应于T198纤维(2.6dpf)的表Ⅱ和对应于T194纤维(2.6dpf)的表Ⅲ中的数据可知，当将常规压制辊A制成的纤维(图7-10所示的曲线21、23、25和27)与本发明有图案辊B制成的纤维(图7-10所示的曲线22、24、26、28)作比较，可以看到相似的结果。
                                                 表Ⅱ
                                                                                        T198纤维(2.6dpf)
 粘合温度℃     辊ACDS     辊BCDS     辊ACDE     辊BCDE
    148     154     107
    151     431     226     79     131
    154     480     255     87     146
    157     594     267     100     147
    160     672     261     106     140
    163     609     223     82     119
    166     679     236     87     124
    169     463     191     57     97
    172     502     214     62     108
    175     382     49
                                                  表Ⅲ
                                                                                       T194纤维(2.6dpf)
 粘合温度℃     辊ACDS     辊BCDS     辊ACDE     辊BCDE
    148     200     180
    151     226     199
    154     231     190
    157     439     250     125     199
    160     506     259     142     200
    163     439     252     111     178
    166     525     210     121     154
    169     400     216     89     151
    172     371     78
    175     382     76
因此，可以看出，在本发明方法中使用本发明有图案压制辊并使用皮芯聚丙烯纤维得到的热粘合纤维，比使用常规有图案辊制成的热粘合纤维具有显著大的伸长性。
尽管本发明是针对具体方法、材料和实施方式进行描述的，但是本发明并不意欲限定在本文具体公开的内容，并且本发明延伸到所有等功能的结构、方法和用途，例如后面权利要求所限定的范围。

Claims (41)

1、一种制备具有高伸长的热粘合纤维网的方法，该方法包括：
制备可热粘合聚丙烯纤维网；
将该网通过具有图案表面的加热压制辊，该图案表面包括许多行台肩，每个台肩具有一上表面，相邻行台肩的上表面交错排列以使它们在加工方向彼此不重叠；和
在位于台肩上表面的粘合点将纤维热粘合，结果基本上沿加工方向伸长的纤维对于相邻行仅有一个粘合点。
2、根据权利要求1的方法，其中所述聚丙烯纤维是皮芯聚丙烯纤维。
3、根据权利要求1或2的方法，还包括纤维网是粗疏纤维网。
4、根据权利要求1或2的方法，还包括纤维网是大量长丝。
5、根据权利要求1或2的方法，其中所述伸长至少大约为120％。
6、根据权利要求5的方法，其中所述伸长大于大约为140％。
7、根据权利要求6的方法，其中所述伸长大于大约为160％。
8、根据权利要求7的方法，其中所述伸长大于大约为180％。
9、根据权利要求8的方法，其中所述伸长大于大约为200％。
10、根据权利要求9的方法，其中所述伸长大于大约为250％。
11、根据权利要求10的方法，其中所述伸长大于大约为300％。
12、根据权利要求1或2的方法，其中将所述纤维网通过加热的压制辊，该步骤包括
将所述纤维网一对协同作用辊之间的辊隙，至少这对辊中的一个辊具有所述图案表面并且包括具有一其上有大量台肩的外柱面的柱形辊；
所述台肩是以许多等距相隔的行排列在外柱面上；
每个锥形台肩包括一成锥形到上表面的基面；
所述上表面的短边沿着加工方向，长大约0.036-0.066cm，长边沿着横向，长大约0.071-0.133cm；
以一定距离间隔的相邻行台肩相对于所述台肩中心的距离大约为0.157-0.291cm；
相邻行台肩的上表面交错排列以使相邻行的上表面在加工方向上彼此不重叠，使大量间隔粘合点能够使基本上沿加工方向伸长的纤维在相邻行上仅有一个粘合点；和
所述大量台肩的粘合面积大约为20％。
13、根据权利要求12的方法，其中所述上表面基本上是矩形。
14、根据权利要求13的方法，其中所述基面在加工方向上与相邻行重叠。
15、根据权利要求14的方法，其中所述粘合面积大约为5-20％。
16、根据权利要求15的方法，其中所述粘合面积大约为8-15％。
17、根据权利要求15的方法，其中所述粘合面积大约为8-12％。
18、根据权利要求17的方法，其中所述粘合面积大约为11％。
19、根据权利要求16的方法，其中每一行中所述台肩中心的间距大约为0.142-0.264cm，相邻行中所述台肩的中心的间距大约为0.071-0.133cm。
20、根据权利要求16的方法，其中所述台肩是经过构造和排列的以使与加工方向成大约35-55°角的拉直纤维被置于所述台肩之间的空间时，纤维由此没有被粘合。
21、根据权利要求20的方法，其中所述台肩是经过构造和排列的以使与加工方向成大约45°角的拉直纤维被置于所述台肩之间的空间时，纤维由此没有被粘合。
22、根据权利要求16的方法，其中所述台肩为截断锥形，具有基本上为矩形的基面，沿加工方向排列的该基面的短边长大约为0.075-0.139cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.111-0.205cm，基面与上表面之间的锥形侧面的角度α大约为14-35°。
23、根据权利要求22的方法，其中所述锥形侧面在基面和上表面之间的角度α大约为17-23°。
24、根据权利要求16的方法，其中
所述台肩为截断锥形，沿加工方向排列的上表面的短边长大约为0.043-0.059cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.087-0.117cm，
以一定距离间隔的相邻行的台肩，相对于所述台肩中心的距离大约为0.190-0.258cm；
每一行中所述台肩的中心的间距大约为0.173-0.233cm，相邻行中所述台肩的中心间距大约0.087-0.117cm；
所述台肩是这样构造和排列的以使与加工方向成大约45°角的拉直纤维被置于所述台肩之间的空间时，纤维由此没有被粘合；和
所述每个截断锥形台肩具有一基本上为矩形的基面，沿加工方向排列的该基面的短边长大约为0.091-0.123cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.134-0.182cm，基面与上表面之间的锥形侧面的角度α大约为17-26°。
25、根据权利要求16的方法，其中
每个所述台肩含有一具有上表面的截断锥形，沿加工方向排列的上表面的短边长大约为0.051cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.102cm，
以一定距离间隔的相邻行的所述台肩，相对于所述台肩中心的距离大约为0.224cm；
每一行中所述台肩的中心的间距大约为0.203cm，相邻行中所述台肩的中心间距大约0.102cm；
所述台肩是这样构造和排列的以使与加工方向成大约45°角的拉直纤维被置于所述台肩之间的空间时，纤维由此没有被粘合；和
所述每个截断锥形台肩具有一基本上为矩形的基面，沿加工方向排列的该基面的短边长大约为0.107cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.158cm，基面与上表面之间的锥形侧面的角度α大约为17-23°。
26、一种制备具有高伸长的热粘合织物的方法，该方法包括：
制备含有可热粘合皮芯聚丙烯纤维的纤维网；
将该网通过具有图案表面的压制辊，该图案表面包括许多行台肩，每个台肩具有一上表面，相邻行台肩的上表面交错排列以使它们在加工方向彼此不重叠；
在所述压制辊的一个位置上施加热和压力以在粘合点将纤维热粘合，该粘合点位于台肩的上表面，结果基本上沿加工方向伸长的纤维对于相邻行仅有一个粘合点。
27、一种根据权利要求1或2的方法制备的聚丙烯织物。
28、一种用于制造热粘合织物的压制辊，所述压制辊包括
具有一其上有大量台肩的外柱面的柱形辊；
所述台肩是以许多等距相隔的行排列在所述外柱面上；
每个所述锥形台肩包括一成锥形到上表面的基面；
所述上表面的短边沿着加工方向，长大约0.036-0.066cm，长边沿着横向，长大约0.071-0.133cm；
以一定距离间隔的相邻行的所述台肩，相对于所述台肩的中心的距离大约为0.157-0.291cm；
相邻行台肩的上表面交错排列以使相邻行的上表面在加工方向上彼此不重叠，使大量间隔粘合点能够使基本上沿加工方向伸长的纤维在相邻行上仅有一个粘合点；和
所述大量台肩的粘合面积大约为20％。
29、根据权利要求28的压制辊，其中所述上表面基本上是矩形的。
30、根据权利要求29的压制辊，其中所述基面在加工方向与相邻行重叠。
31、根据权利要求31的压制辊，其中所述粘合面积大约为5-20％。
32、根据权利要求31的压制辊，其中所述粘合面积大约为5-12％。
33、根据权利要求32的压制辊，其中所述粘合面积大约为8-12％。
34、根据权利要求33的压制辊，其中所述粘合面积大约为11％。
35、根据权利要求32的压制辊，其中每一行中所述台肩的中心间距大约0.142-0.264cm，相邻行中所述台肩的中心间距大约0.071-0.133cm。
36、根据权利要求32的压制辊，其中所述台肩是这样构造和排列的以使与加工方向成大约35-55°角的拉直纤维被置于所述台肩之间的空间时，纤维由此没有被粘合。
37、根据权利要求36的压制辊，其中所述台肩是这样构造和排列的以使与加工方向成大约45°角的拉直纤维被置于所述台肩之间的空间时，纤维由此没有被粘合。
38、根据权利要求32的压制辊，其中所述台肩为截断锥形，具有基本上为矩形的基面，沿加工方向排列的该基面的短边长大约为0.075-0.139cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.111-0.205cm，基面与上表面之间的锥形侧面的角度α大约为14-35°。
39、根据权利要求32的压制辊，其中所述锥形侧面在基面和上表面之间的角度α大约为17-26°。
40、根据权利要求32的压制辊，其中
所述台肩为具有上表面的截断锥形，沿加工方向排列的上表面的短边长大约为0.043-0.059cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.087-0.117cm，
以一定距离间隔的相邻行的所述台肩，相对于所述台肩中心的距离大约为0.190-0.258cm；
每一行中所述台肩的中心的间距大约为0.173-0.233cm，相邻行中所述台肩的中心间距大约0.087-0.117cm；
所述台肩是这样构造和排列的以使与加工方向成大约45°角的拉直纤维被置于所述台肩之间的空间时，纤维由此没有被粘合；和
所述每个截断锥形台肩具有一基本上为矩形的基面，沿加工方向排列的该基面的短边长大约为0.091-0.123cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.134-0.182cm，基面与上表面之间的锥形侧面的角度α大约为17-35°。
41、根据权利要求32的压制辊，其中
所述台肩为含有一具有上表面的截断锥形，沿加工方向排列的上表面的短边长大约为0.051cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.102cm，
以一定距离间隔的相邻行的所述台肩，相对于所述台肩中心的距离大约为0.224cm；
每一行中所述台肩的中心的间距大约为0.203cm，相邻行中所述台肩的中心间距大约0.102cm；
所述台肩是经过构造和排列的以使与加工方向成大约45°角的拉直纤维被置于所述台肩之间的空间时，纤维由此没有被粘合；和
所述每个截断锥形台肩具有一基本上为矩形的基面，沿加工方向排列的该基面的短边长大约为0.107cm，沿着横向排列的长边的长大约为0.158cm，基面与上表面之间的锥形侧面的角度α大约为17-23°。
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