JP2005514528A - クリンプを施したフィラメントの高ロフト低密度不織ウェブ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

非加熱繊維引き出し装置内においてＡ／Ｂ並列形態のほぼ連続する、スパンボンドの、クリンプを施した２成分繊維を形成することにより製造される高ロフト、低密度不織ウェブ。繊維はその際に、Ｚ方向への最大クリンプを達成してロフトを付けた材料のウェブを製造するために、妨害力の非存在下で加熱及び冷却が施される。その結果得られる材料は、絶縁材料として用いるのに特に適している。所望であれば、微粒子をウェブに追加することができる。

Description

本発明は、連続繊維から製造された高ロフト、低密度の不織材料に関し、該不織材料のロフト性の特徴は、加工方法の改良及びその結果得られるクリンピングによりもたらされるＺ方向配向を有するウェブを構成する繊維の効果である。これらの材料は、限定的ではないが、個人ケア製品用サージ層、防音材及び断熱材、包装材料、パディング、吸収体、フィルタリング材料、及び洗浄材料を含む広範な用途に用いるのに特に適している。

不織ウェブにおいては、ウェブを構成する繊維は、全体的にウェブのｘ−ｙ平面内に配向されており、その結果得られる不織ウェブ材料は、比較的薄い、すなわちロフト又は有意の厚さに欠けるものである。

個人ケア用吸収性物品に用いるのに適した不織ウェブにおけるロフト又は厚さは、着用者に対する快適さ（柔らかさ）、サージ処理及び隣接層への流体分配を促進する。不織ウェブにロフト又は厚さを付与するためには、ウェブを構成する繊維の少なくとも一部がＺ方向に配向されるのが一般的に望ましい。従来の方法では、ロフト性不織ウェブは、短繊維を用いて製造される。例えば、絡み合っており面部分においてバットの面に対してほぼ平行で、かつバットの面に対してほぼ垂直な構造用短繊維及び結合用短繊維を含む不織断熱バットを教示している米国特許第４，８３７，０６７号、及びステープル長の熱可塑性繊維を含む熱可塑性繊維を小さい割合で含めることにより安定化された大きい割合の熱加工木材パルプ繊維を含むバットを教示している米国特許第４，５９０，１１４号を参照されたい。代替的に、従来の高ロフト形成工程は、平坦なワイヤ又はドラム上に形成される繊維クリンプのような前形成工程、及び形成されたウェブのクレープ加工又はプリーツ加工のような後形成工程に依存している。

当業界における他のものは、最初に標準的な不織ウェブを形成し、次いで該ウェブをそれ自体の上に折り重ねることによりそのウェブにプリーツ加工を施すか又は襞を寄せることによりロフト性材料を提供しようと努めてきた。しかしながら、そのような構造においては、ウェブの繊維は、歪曲されたウェブ自体の平面に過ぎないウェブの平面内に依然として留まったままである。

米国特許出願番号第０９／５３８，７４４号及び第０９／５５９，１５５号のような、繊維がウェブの平面外の真のＺ方向配向を有するという事実により本明細書に関連する発明は一般的に、基材繊維内に折り目を生じさせたロフト性材料を形成し、速度の異なる成形ワイヤ間への移送工程を利用することによりＺ方向繊維を製造することに特徴がある。
しかしながら、当業界には、良好なウェブ形態、及び絶縁性、パディング性及びその類似の特性を含む他の上述の特性と同時に、速い取り込み速度、低い逆流性及び高い水平分配性能を有する良好な流体制御バランスを示す代替的な高ロフト、低密度布に対する必要性が存在する。

米国特許第４，８３７，０６７号公報 米国特許第４，５９０，１１４号公報 米国特許出願番号第０９／５３８，７４４号公報 米国特許出願番号第０９／５５９，１５５号公報 米国特許第５, ３８２，４００号公報 米国特許第５，１０８，８２０号公報 米国特許第４，７９５，６６８号公報 米国特許第５，３３６，５５２号公報 米国特許第５，７０７，４６８号公報 米国特許第５，３３６，５５２号公報

当業界における上述の必要性に応えて、本発明は、Ａ／Ｂ、又は並列構造の特定の２成分の、ほぼ連続する、熱可塑性繊維の自然のクリンピング力を利用して高ロフト、低密度不織ウェブを製造する。この部類の繊維形態自体は当業者に既知であるが、特別な処理パラメータが本発明により適用され、高ロフト、低密度布に加工するのに適した前駆フィラメントがもたらされる。該繊維は、次いで、フィラメント形成後に適用される新規な技術によりクリンプされ、高ロフト、低密度布となる。更に、フィラメントにクリンプを施した後にその結果として得られる高ロフト、低密度布の安定性を確保するための新技術が開発された。

本発明の一態様において、新しい布は、Ａ／Ｂ並列形態のほぼ連続する、スパンボンドの、螺旋状にクリンプした２成分繊維のウェブを有する高ロフト、低密度不織ウェブからなる。ウェブのロフトを生成するための不均一なＺ方向配向、及びクリンプした繊維間の不規則に間隔を置いた開口部を含む、不均一でランダムな繊維配向を有するロフトを付けた材料を製造するために、ウェブ内において、繊維はランダムにクリンプされる。説明の目的で、本発明のロフト性ウェブは、約０．００２ｇ／ｃｃから約０．０５ｇ／ｃｃの密度及び０．０２”から１．５”のロフトを示す約０．３ｏｓｙから約２５ｏｓｙの坪量を有することができる。例えば、０．５ｏｓｙのウェブは、０．０２２ｇ／ｃｃから０．００２ｇ／ｃｃの範囲の密度において約０．０３”から約０．３”ロフトを呈することができる。別の例として、３．０ｏｓｙのウェブは、０．０４ｇ／ｃｃから０．００３ｇ／ｃｃの範囲の密度において０．１”から１．５”ロフトを呈することができる。

別の態様において、新しい布は、Ａ／Ｂ並列形態の高度に機械方向に配向されたほぼ連続する、スパンボンドの、螺旋状にクリンプした２成分繊維から作られた高ロフト、低密度不織ウェブからなるものとすることができる。ウェブのロフトを生成するための曲げられたＺ方向配向、及びクリンプした繊維間の不規則に間隔を置いた開口部を有するシングルされた層を生じさせることにより非常に高いロフトを有するロフト付き材料を製造するために、ウェブ内において、繊維はランダムにクリンプされる。

本発明による高ロフト、低密度不織ウェブを作る方法は、最初に当業界において一般的な加熱ＦＤＵを用いずに、非加熱繊維引き出し装置（ＦＤＵ）で２成分フィラメントを生成する段階を含むことができる。繊維は、次いで成形ワイヤ上に収集され、ポリマ鎖を弛緩させてクリンピングを生じさせるために加熱される。この加熱直後に、各繊維が結合しないようにウェブが冷却され、それにより繊維の移動性を維持しかつ繊維が所望の程度までクリンプすることを可能にする。ワイヤ真空のような他の処理パラメータを制御して、繊維がスムーズにクリンプすることを更に可能にすることができる。クリンプを施すと、高ロフト、低密度布が生成される。その後更に加熱されてウェブが整えられる。最終加熱段階で処理パラメータを制御して、ウェブを当初の高ロフト、低密度状態に維持するか又は該パラメータを制御してこの段階の間にウェブの密度及びロフトを調整することができる。

定義
本明細書において使用する用語「不織ウェブ」又は「不織材料」は、個々の繊維、フィラメント又は糸が互いに交錯しているが、編地又はフィブリル化されたフィルムにおける形態のように規則的又は識別可能な形態でではない構造を有するウェブを意味する。不織ウェブ又は不織材料は、例えば、メルトブローイング工程、スパンボンディング工程、及びボンデッドカーデッドウェブ工程のような多くの工程から形成されている。不織ウェブ又は不織材料の坪量は通常、１平方ヤード当たりの材料のオンス数（ｏｓｙ）又は１平方メートル当たりのグラム数（ｇｓｍ）で表され、繊維の直径は通常、ミクロンで表される（ｏｓｙからｇｓｍへ換算するにはｏｓｙに３３．９１を乗じることに留意されたい）。

本明細書において使用する用語「Ｚ方向」とは、ウェブの配向面以外に配置された繊維を指す。ウェブは、機械方向にｘ軸、機械横方向にｙ軸及びロフト方向にｚ軸を有し、その主要な平面又は表面はｘ−ｙ平面と平行にあると考える。ここでは、用語「製造状態でのＺ方向繊維」は、機械的にクリンプを施した又はクレープを施した、もしくは他の方法で分断した不織ウェブのように不織ウェブの後形成処理の結果として生じるＺ方向成分を有する繊維と区別される、不織ウェブの形成中にＺ方向に配向される繊維を指すために使用することができる。

本明細書において使用する用語「ほぼ連続する繊維」とは、不織ウェブ又は不織布に形成される前に本来の長さを切断されていない繊維を指す。ほぼ連続する繊維は、約１５センチメートルより大きい長さから１メートルを越え、また最大で形成中のウェブ又は布の長さの範囲にわたる平均長を有することができる。「ほぼ連続する繊維」の定義には、不織ウェブ又は不織布に形成される前に切断されず、後に不織ウェブ又は不織布が裁断される際に切断される繊維、及びほぼ直線状又はクリンプした繊維が含まれる。

本明細書において使用する用語「通気結合」又は「ＴＡＢ」は、ウェブの繊維が作られている重合体の１つを溶融するのに十分なほど高温の空気がウェブを通り抜ける、不織物、例えば２成分繊維ウェブを結合する工程を意味する。

本明細書において使用する「横方向並列型繊維」は、２成分繊維又は共役繊維の部類に属する。用語「２成分繊維」とは、別個の押し出し機から押し出された少なくとも２つの重合体から形成されているが、一緒に紡糸されて１つの繊維を形成する繊維を指す。２成分繊維は、共役繊維又は多成分繊維と呼ばれることもある。２成分繊維については、例えば、Ｐｉｋｅ他に付与された米国特許第５, ３８２，４００号により教示されている。共役繊維の重合体は、通常は互いに異なるものであるが、いくつかの共役繊維は一成分繊維とすることができる。共役繊維は、Ｋａｎｅｋｏ他に付与された米国特許第５，１０８，８２０号、Ｋｒｕｅｇｅｒ他に付与された米国特許第４，７９５，６６８号及びＳｔｒａｃｋ他に付与された米国特許第５，３３６，５５２号に教示されている。共役繊維は、２つ（又はそれ以上）の重合体の異なる膨張率及び収縮率を利用して繊維内にクリンプを生成するために用いることができる。

「約」、「ほぼ」及びそれらに類似する用語のような度合を表す用語は、本明細書において、「述べられた状況に固有の製造及び材料についての許容範囲が与えられた場合に、それ、又はそれに近い」という意味で、かつあくどい侵害者が本発明の理解の助けとして性格な又は絶対的な数値が記載された本発明の開示の利益を不正に得ようとするのを防止するために使用される。

本明細書において使用する用語「機械方向」又はＭＤは、布が製造される方向の布の長さを意味する。用語「機械横方向」又はＣＤは、布の幅、すなわち一般的にＭＤに対して垂直な方向を意味する。

「粒子」、「微粒子」、「粒状物」、「粒状体」その他同様なものは、一般的に別個の単位の形状の材料を指す。粒子は、顆粒、微紛、粉末又は球体を含むことができる。従って、粒子は、例えば、立方体、棒状、多面体、球形又は半球形、円形又は半円形、角形、でこぼこ等のような任意の所望の形状を有することができる。針、フレーク及び繊維のような大きい最大寸法／最小寸法比を有する形状も本明細書において使用することを考えている。「粒子」又は「微粒子」の使用は、１つ又はそれ以上の粒子、微粒子又はそれらの類似物を含む集塊を説明することもできる。

本発明のこれら及び他の目的並びに特徴は、図面と併せてなされる以下の詳細な説明からより良く理解されるであろう。
図１は、クリンプ可能な２成分並列のほぼ連続する繊維を製造しかつそれらを拘束されない環境でクリンプさせることにより高ロフト、低密度材料を製造するための本発明の方法及び装置を示す概略図である。

図１に示すように、２つの重合体Ａ及びＢは、既知の熱可塑性繊維紡糸装置２１でスパンボンドされ、２成分の並列、又はＡ／Ｂ形態の繊維２３が形成される。繊維２３は次いで、繊維引き出し装置（ＦＤＵ）２５を通過する。本発明の一実施形態によれば、当業界の標準的な手法とは異なり、ＦＤＵは加熱されず、周囲温度で放置される。繊維２３は、ほぼ連続した状態に留められて移動式成形ワイヤ２７上に堆積される。繊維の堆積は、負の空気圧装置、又はワイヤ下排気装置２９により供給されるワイヤ下の真空により促進される。

繊維２３は次いで、両方とも図に示すが通常の状況下においては選択的に用いられるものと理解してよいホットエアナイフ（ＨＡＫ）３１又はホットエアディフューザ３３のうちの１つの下を横断することにより加熱される。従来のホットエアナイフには、不織ウェブの表面上に高温の空気を噴射するスロットを有するマンドレルが含まれる。そのようなホットエアナイフには、例えば、Ａｒｎｏｌｄ他に付与された米国特許第５，７０７，４６８号により教示されている。ホットエアディフューザ３３は、同様の方法であるがより大きい表面積にわたりより低い空気速度で作動し、従って、それに相応してより低い空気温度を利用する別の装置である。繊維の群又は層は、第１の加熱域を通るこの横断の間に外部被膜溶融又は小程度の非機能的結合を受け入れることができる。「非機能的に結合される」は、本明細書における方法による加工のために繊維を所定の位置に保持するためにのみ十分な結合であるが、繊維を手で取り扱ったときには、それらが共に保持されなくなる程度の非常に弱い結合である。そのような結合は付随的なものであり、所望であれば完全に省略することができる。

繊維は次いで、ホットエアナイフ３１又はホットエアディフューザ３３の第１の加熱域を通過して第２のワイヤ３５に到達し、ここで、繊維は冷却を続けるが、ここではクリンピングを中断させないようにワイヤ下排気装置２９が除去されている。繊維が冷却するにつれて、それらはＺ方向、すなわちウェブの平面外にクリンプし、高ロフト、低密度不織ウェブ３７を形成する。ウェブ３７は次いで、ウェブを所望の度合のロフト及び密度に整えるか又は固定するために、通気結合（ＴＡＢ）装置３９を通して移送される。代替的に、通気結合（ＴＡＢ）装置３９は、ホットエアナイフ３１又はホットエアディフューザ３３の代わりに第１の加熱域を提供するために区画することができ、次に冷却域が続き、次いでウェブを固定するのに十分な第２の加熱域が続くことができる。固定されたウェブ４１は次いで、後の使用のために巻き取りロール４３上又はその類似物上に収集することができる。

本発明の１つの好ましい実施形態によれば、ほぼ連続する繊維は、２成分繊維である。本発明のウェブは、単一デニール構造（すなわち１つの繊維サイズ）又は混合デニール構造（すなわち複数の繊維サイズ）を含むことができる。適した２成分繊維の構造成分を形成するのに特に適した重合体には、ポリプロピレン及びポリプロピレンとエチレンの共重合体が含まれ、２成分繊維の接着成分用に特に適した重合体には、ポリエチレン、より具体的には、線形低密度ポリエチレン、及び高密度ポリエチレンが含まれる。更に、接着成分は、結果として得られるウェブの耐磨耗性、強度及び柔軟性を高めると同時にクリンプ性を高めかつ／又は繊維の結合温度を低下させるための添加剤を含むことができる。本発明により加工するのに特に適した２成分ポリエチレン／ポリプロピレン繊維は、ＰＲＩＳＭとして知られている。ＰＲＩＳＭの説明は、Ｓｔｒａｃｋ他に付与された米国特許第５，３３６，５５２号に開示されている。本発明により作られたウェブは、限定的ではないが、ＰＥＴ、コポリ−ＰＰ＋３％ＰＥ、ＰＬＡ、ＰＴＴ、ナイロン、ＰＢＴ等のようなＰＰ／ＰＥに代わる樹脂を有する繊維を更に含むことができる。繊維は、５突部、３−Ｔ、中空、リボン、Ｘ、Ｙ、Ｈ、及び非対称断面を含む種々の代替的形状及び対称性のものとすることができる。

本発明のシステム材料の製造に有用な重合体は、ポリオレフィン、ポリエステル及びポリアミドのような熱可塑性重合体を更に含むことができる。弾性重合体を用いることもでき、それらには、ポリウレタン、コポリエーテルエステル、ポリアミドポリエーテルブロック共重合体、エチレンビニールアセテート（ＥＶＡ）、コポリ（スチレン／エチレン−ブチレン）、スチレン−ポリ（エチレン−プロピレン）−スチレン、スチレン−ポリ（エチレン−ブチレン）−スチレン、（ポリスチレン／ポリ（エチレン−ブチレン）／ポリスチレン、ポリ（スチレン／エチレン−ブチレン／スチレン）のように一般的化学式Ａ−Ｂ−Ａ’又はＡ−Ｂを有するブロック共重合体及びその類似物のようなブロック共重合体が含まれる。

メタロセン触媒とも呼ばれる単一部位触媒を用いるポリオレフィンを用いることもできる。多くのポリオレフィン、例えば、Ｄｏｗ ＣｈｅｍｉｃａｌのＡＳＰＵＮ７６８１１Ａ線形低密度ポリエチレン、２５５３ＬＬＤＰＥ及び２５３５５のようなポリエチレンが繊維製造用に利用可能であり、また１２３５０高密度ポリエチレンは、そのような適した重合体である。該ポリエチレン類は、それぞれ約２６、４０、２５及び１２の溶融流速を有する。繊維形成ポリプロピレンには、Ｅｘｘｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの３１５５ポリプロピレン及びＭｏｎｔｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ.のＰＦ−３０４が含まれる。多くの他のポリオレフィンが市販されている。

生分解性重合体も繊維製造に利用可能であり、適した重合体としては、ポリ乳酸（ＰＬＡ）及びＢＩＯＮＯＬＬＥ（登録商標）、アジピン酸並びにＵＮＩＴＨＯＸ（登録商標）の混合物（ＢＡＵ）がある。ＰＬＡは混合物ではなく純粋な重合体様ポリプロピレンである。ＢＡＵは、異なる割合のＢＩＯＮＯＬＬＥ（登録商標）、アジピン酸並びにＵＮＩＴＨＯＸ（登録商標）の混合物を表す。一般的に、短繊維用の混合物は４４．１パーセントのＢＩＯＮＯＬＬＥ（登録商標）１０２０、４４．１パーセントのＢＩＯＮＯＬＬＥ（登録商標）３０２０、９．８パーセントのアジピン酸及び２パーセントのＵＮＩＴＨＯＸ（登録商標）４８０であるが、スパンボンドＢＡＵ繊維は一般的に、約１５パーセントのアジピン酸を用いる。ＢＩＯＮＯＬＬＥ（登録商標）１０２０はポリブチレンコハク酸塩であり、ＢＩＯＮＯＬＬＥ（登録商標）３０２０はポリブチレンコハク酸アジペート共重合体であり、ＵＮＩＴＨＯＸ（登録商標）４８０は、エトキシル化アルコールである。ＢＩＯＮＯＬＬＥ（登録商標）は、日本の昭和高分子株式会社の登録商標である。ＵＮＩＴＨＯＸ（登録商標）は、Ｂａｋｅｒ Ｈｕｇｈｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌの子会社であるＢａｋｅｒ Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅの登録商標である。これらの生分解性重合体は親水性であり、従って本発明の取り込みシステム材料の表面には用いないのが好ましいことに留意すべきである。

上に示すように、クリンプ可能な２成分繊維は、ＨＡＫ３１、ホットエアディフューザ３３又は第１の加熱域に区画されたＴＡＢ（図示せず）により、ポリエチレン結晶領域がそれらの配向された分子鎖を弛緩させ始めて溶融を開始することができる温度まで加熱される。クリンプを生じさせるために利用される一般的な空気の温度は、華氏約１１０度から約２６０度の範囲とされている。この温度範囲は、単に分子鎖を弛緩させる半溶融程度の温度から上は重合体の溶融温度までを表す。ＨＡＫ３１からの空気流の熱は、その狭い加熱域を通過する繊維の滞留時間が短いため、より高温にすることができる。更に、繊維の配向された分子鎖に熱が加えられる場合には、分子鎖の移動性が増大する。鎖は、配向されるよりもランダムな状態で弛緩する傾向になる。従って、鎖はたわんで折り重なり、更に収縮する。ウェブに対する熱は、高温の空気、ＩＲランプ、マイクロ波又はポリエチレンの半結晶領域を加熱して弛緩させることができる任意の他の熱源により加えることができる。

次いでウェブは、重合体の温度をその結晶化温度以下に低下させる冷却域を通過する。ポリエチレンは半結晶材料であるため、ポリエチレン鎖は、冷却されると再結晶し、ポリエチレンを収縮させる。この収縮が、並列繊維の片側上に力を生じさせ、繊維があらゆる方向に自由に動くのを制約する他の主要な力がない場合には、繊維がクリンプするか又はコイル状に巻くことを可能にする。低温ＦＤＵを用いることにより、繊維は、通常の高温ＦＤＵを通って加工される繊維に標準的な密な螺旋状にクリンプしないように構成される。密な螺旋状にクリンプせずに、繊維はより緩やかにかつランダムにクリンプし、それにより繊維に対してよりｚ方向性のロフトを付与する。図６を参照すると、一般的に密なクリンプを呈する通常の高温ＦＤＵにより製造された繊維が示されている。比較のために、図７に、高ロフトウェブの生成を促進するはるかに弛緩した巨視的なクリンプを呈する周囲温度非加熱ＦＤＵにより製造された繊維を示す。

クリンプの量及び種類に影響を及ぼすことができる要因には、第１の加熱域の熱を受けるウェブの滞留時間が含まれる。クリンプに影響を及ぼす他の要因には、繊維のデニール数、重合体の種類、断面形状及び坪量のような材料特性を含めることができる。真空、空気吹き付け、又は結合で繊維に制限を加えることも、本発明の高ロフト、低密度ウェブにおいて達成されることが所望されるクリンプ従ってロフト、又はかさの量に影響を及ぼすことになる。従って、繊維が冷却域に入る際には、繊維を成形ワイヤ２７又は第２のワイヤ３５に保持するための真空は一切施されない。空気吹き付けも、現実的な又は所望の範囲で冷却域においては同様に制御されるかもしくは排除される。

本発明の一態様によれば、繊維は、アンダーワイヤ真空の量、ＦＤＵの圧力、及びＦＤＵからワイヤ表面までの形成の高さにより制御される高度のＭＤ配向を有して成形ワイヤ上に堆積させることができる。以下に更に説明するように、高度のＭＤ配向を利用して、非常に高いロフトをウェブ内に生じさせることができる。更に、特定の繊維及び処理パラメータにより、ＦＤＵの空気噴射は、ウェブのロフト内へのシングリング効果のような特定の形態的特徴を生成するのを促進することができる固有周波数を示すことになる。

繊維２３が第１の加熱域において空気流により加熱されて成形ワイヤ２７により第２のワイヤ３５に渡される図１の例示的な実施形態によれば、いくつかのクリンピングのメカニズムは、理論を含むがそれに拘束されず、繊維のロフティングを助けるために発生すると考えられる。
・ワイヤ下排気装置は、それを通して周囲の空気を引き込むことによりウェブを冷却することになり、それが、結合を防止するがロフトの形成に制限を加える。
・ウェブが真空域を出て第２のワイヤへ移送される際に、真空力が除去され、拘束を除去された繊維は、自由にクリンプする。
・機械的に、高度にＭＤ配向された表面層のＭＤ表面層収縮は、表面繊維に座屈を生じさせることができる。
・高度にＭＤ配向された表面のシャーリング及び結合により表面下の繊維のずれが継続することになるために機械的ずれ応力が生じ、それにより層のシングリングを生じさせることによりロフトが生成されることになる。
・機械的座屈のパターンをＦＤＵ噴射の固有周波数で生成することができ、加熱された繊維に同一の周波数でロフトを生じさせることになる。
・繊維が真空領域を出て次いで真空装置２９の方にやや引き戻されるときに繊維が成形ワイヤ２７から解放される際に機械的力が生成される。
・摩擦電気の（摩擦性）静電荷がウェブ上に蓄積され、繊維が互いに反発してウェブ内に更なるロフトを可能にする。

図２を参照すると、本発明によるクリンプを施した繊維で形成されたＺ方向成分を有する高ロフト、低密度不織ウェブ５１の機械方向軸に沿った側面、又は断面の写真が見られる。このウェブは、成形ウェブ上において繊維を低機械方向配向堆積させること及びウェブを固定するための通気結合により形成される。クリンピングが、繊維のランダムで不均一なＺ方向配向を形成している。図に示すように、繊維間の空間もランダムに分配され、不規則に間隔を置いた開口部を作り出している。加熱空気をウェブを通して引き込み、ウェブをその高ロフト状態に固定する段階を含む通気結合は、ウェブの初期のロフトにいくらかの崩壊をもたらす。ウェブのロフトは、約０．２５インチである。

図３を参照すると、本発明によるクリンプを施した繊維で形成されたＺ方向成分を有する非常に高いロフト、低い密度の不織ウェブ５３の機械方向軸に沿った側面、又は断面の写真が見られる。該ウェブは、成形ウェブ上において繊維を低機械方向配向堆積させること及びウェブを固定するために、ウェブが引かれるか又は空気を吹き付けられることにより影響を受けることがない、静止空気結合により形成される。クリンピングが、繊維のランダムで不均一なＺ方向配向を形成している。図に示すように、繊維間の空間もランダムに分配され、不規則に間隔を置いた開口部を作り出している。加熱空気をウェブを通して引き込みウェブをその高ロフト状態に固定する段階を含まない静止空気結合では、ウェブの初期ロフトにもたらされる崩壊が非常に少ないか又はロフトに崩壊が生じない。ウェブのロフトは、約０．５６２５インチである。

図４を参照すると、本発明によるＦＤＵ噴射の固有周波数とほぼ同じ周波数で５９におけるようにＺ方向の座屈を呈する全体が５７で示されるシングルされた層を含むＺ方向成分を有しかつクリンプを施した繊維で形成された高ロフト、低密度不織ウェブ５５の機械方向軸に沿った側面、又は断面の写真が見られる。それらのシングリング及び座屈は、本質において実質的に不規則すなわちランダムであるが、ウェブ内により高いロフト及びより大きい空間を提供する。該ウェブは、成形ウェブ上への繊維の高機械方向配向堆積及び通気結合により形成されている。クリンピングが、繊維のランダムで不均一なＺ方向配向を形成している。加熱空気をウェブを通して引き込みウェブをその高ロフト状態に固定する段階を含む通気結合は、ウェブの初期のロフトにいくらかの崩壊をもたらす。ウェブのロフトは、約０．３１２５インチである。

図５を参照すると、本発明によるＦＤＵ噴射の固有周波数とほぼ同じ周波数でＺ方向座屈５９を有するシングルされた層５７を含むＺ方向成分を有しかつクリンプを施した繊維で形成された、非常に高いロフト、低い密度の不織ウェブの機械方向軸に沿った側面、又は断面の写真が見られる。それらのシングリング及び座屈は、本質において実質的に不規則すなわちランダムであるが、ウェブ内により高いロフト及びより大きい空間を提供する。該ウェブは、成形ウェブ上への繊維の高機械方向配向堆積及びウェブを当初クリンプした構造に固定するための静止空気結合により形成されている。クリンピングが、繊維のランダムで不均一なＺ方向配向を形成している。加熱空気をウェブを通して引き込みウェブをその高ロフト状態に固定する段階を含まない静止空気結合では、ウェブの初期ロフトにもたらされる崩壊が少ないか又はロフトに崩壊が生じない。ウェブのロフトは、約１．０インチである。

約０．１４インチのロフト、約２．９ｏｓｙの坪量及び０．０２７ｇ／ｃｃの密度で、高ロフト低密度ウェブが４．５デニールのＰＲＩＳＭを用いて作られ、透過性、ＦＩＦＥ取り込み、逆流、濾過効率、及び水平方向吸い上げが試験された。結果は、各カテゴリーにおいて２．９ｏｓｙの坪量、０．１２インチのロフト、及び０．０３２ｇ／ｃｃの密度の、既知の、高度に毛状のボンデッドカーデッドウェブより概ね優れていた。ＴＳＩ装置上において浸透試験で測定された本発明のウェブの効率は、５５パーセント超又はそれより少ない割合で概ね試験された。具体的には、本発明のウェブは、ボンデッドカーデッドウェブに対して、それぞれ、２５００ダルシー、１０秒、２０グラムではなく３５００ダルシーの透過性、６秒間のＦＩＦＥ取り込み、及び１４グラムの逆流で試験された。

試験方法及び材料
坪量：３インチ（７．６ｃｍ）直径の円形のサンプルが切り取られ、はかりを用いて計量される。重量は、グラムで記録される。重量は、サンプルの面積で除算される。５つのサンプルが測定され、平均される。

材料のキャリパ（厚さ）：材料のキャリパは、厚さの測定器具で、ミリメートル単位でＳＴＡＲＲＥＴ（登録商標）型バルクテスタを用いて０．０５ｐｓｉ（３．５ｇ／ｃｍ²）で測定される。サンプルが４インチ×４インチ（１０．２ｃｍ×１０．２ｃｍ）の正方形に裁断され、５つのサンプルが試験されて結果が平均される。

密度：材料の密度が、１平方メートル当たりのグラム数（ｇｓｍ）で表されるサンプルの単位面積当たり重量をミリメートル（ｍｍ）単位の材料のキャリパで除算することにより計算される。キャリパは、上述したように０．０５ｐｓｉ（３．５ｇ／ｃｍ²）で測定されるべきである。結果は、０．００１で乗じられて１立方センチメートル当たりのグラム数（ｇ／ｃｃ）に対する値に換算される。５つのサンプルの合計値が求められ、平均されて密度値が得られることになる。

透過性：透過性は、材料による液体の流れに対する抵抗を測定することにより得られる。既知の粘度の液体に力を加えて一定の流速で所与の厚さの材料を通過させ、圧力低下として測定される流れに対する抵抗が監視される。ダルシーの法則を用いて以下のようにして透過性が求められる。
透過性＝［流速×厚さ×粘度／圧力低下］［等式１］
ここで、単位は：
透過性：ｃｍ²又はダルシー １ダルシー＝９．８７×１０^-9ｃｍ²
流速：ｃｍ／ｓｅｃ
粘度：パスカル−秒
圧力低下：パスカル
とする。

装置は、シリンダ内のピストンが液体を押して測定対象のサンプルを通過させる配列からなる。サンプルは、垂直に配向された２つのアルミニウム製シリンダ間にクランプされる。両方のシリンダが、３．５インチ（８．９ｃｍ）の外径、２．５インチ（６．３５ｃｍ）の内径及び約６インチ（１５．２ｃｍ）の長さを有する。３インチ直径のウェブサンプルが、その外側縁部で所定の位置に保持され従って完全に装置内に収容される。下のシリンダは、該シリンダ内を一定の速度で移動することができるピストンを有し、ピストンにより支持される液体柱に発生する圧力を監視することができる圧力変換器に接続されている。該変換器は、液体柱がサンプルと接触してそれを通り抜けるまで測定される追加圧力が生じないように、ピストンと共に移動するように配置されている。この点において、測定される追加圧力は、材料を通過する液体流に対する材料の抵抗によるものである。ピストンは、ステッピングモータにより駆動されるスライドアセンブリにより動かされる。試験は、液体がサンプルを通り抜けるまで、一定の速度でピストンを動かすことにより開始する。ピストンはその後停止され、ベースライン圧力が記録される。これが、サンプルの浮力の影響を矯正する。運動はその後、新しい圧力を測定するのに適切な時間の間再開される。２つの圧力間の差は、液体流に対する材料の抵抗による圧力であり、式（１）に用いられる圧力低下である。ピストンの速度が流速である。粘度が既知であるあらゆる液体を用いることができるが、材料を湿潤する液体が飽和流の達成を確保するため、この液体が好ましい。測定は、２０ｃｍ／分のピストン速度、６センチポイズの粘度の鉱物油（カリフォルニア州ロサンゼルス所在のＰｅｎｒｅｃｏが提供しているＰｅｎｅｔｅｃｋ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｏｉｌ）を用いて実施された。

水平方向吸い上げ：この試験は、布の１つの端部のみが液体に浸漬されかつ布が水平である場合に布内を液体が移動することになる距離を測定する。試験対象の布が、機械方向に１インチ（２．５ｃｍ）×８インチ（２０．３ｃｍ）の細片に裁断して準備される。サンプルは、計量されて長さ方向に０．５インチ（１３ｍｍ）ごとにしるしが付けられる。サンプルは、５インチ（１２．７ｃｍ）×１０インチ（２５．４ｃｍ）の水平なワイヤグリッド上に配置され、サンプルがワイヤ上で平坦な状態に留まるようにわずかに重みをかけられる。サンプルの１つの端部の半インチが、１０ｍｌの着色した８．５ｇ／ｌ食塩水を含む０．５インチ幅×５インチ長のリサーバにより０．５インチの深さに浸漬される。リザーバ中のサンプルの端部は、これも食塩水中に浸漬された１．５インチ（３．８ｃｍ）の長さ及び５／１６インチ（７．９ｍｍ）の直径を有する円筒状のガラス製かき混ぜ棒で所定の位置に保持される。サンプルは、２０分間１つの端部がリザーバ中に浸漬した状態に置かれ、次いで、注意深くリザーバから水平方向に引き出され、０．５インチを記した各々の箇所で切断され、各部分が計量される。

乾燥サンプルの重量が湿潤サンプル重量から差し引かれて流体のグラム数が求められ、リザーバ中へ０．５インチ浸漬されたことは考慮されない。吸い上げられた流体の総グラム数と共に、吸い上げられた距離の合計が記録される。

ＮａＣｌ効率：ＮａＣｌ効率試験からの全ての濾過効率データが集められる。ＮａＣｌ効率は、布又はウェブがそれを通る微粒子の通過を止める能力の尺度である。より高い効率が一般的により好ましく、また粒子を除去するより大きい能力を示す。ＮａＣｌ効率は、０．１ミクロン（Ｆｍ）サイズのＮａＣｌ粒子を用いて、ＴＳＩ Ｉｎｃ．，Ｍｏｄｅｌ ８１３０ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ Ｔｅｓｔｅｒ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｍａｎｕａｌに基づき、１分間当たり３２リットルの流速で、パーセントで測定され、３つのサンプルの読み取り値の平均として報告される。試験マニュアルは、５５１２６ ミネソタ州ショアヴュー、カーディガンロード５００所在のＴＳＩ Ｉｎｃ．，Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手できるか、又はｗｗｗ．ｔｓｉ．ｃｏｍに接続すればよい。この試験により、同一の粒子サイズ及び空気流速を用いて布全体にわたる圧力差をも得ることができる。

流体取り込み及び逆流評価（ＦＩＦＥ）が実施されて各成分の取り込み潜在能力が求められる。ＦＩＦＥは、定められた量の０．９パーセント食塩水を構造物の上部に垂直に置かれた円筒状の柱内に注ぐことにより該構造物に放出を与え、流体が構造物により取り込まれるのに要する時間を記録することを必要とする。試験対象のサンプルは平坦な表面上に配置され、ＦＩＦＥ試験装置はサンプルの上に配置される。ＦＩＦＥ試験装置は、長方形の３５．３ｃｍ×２０．３ｃｍのプレキシガラス片で構成されており、該プレキシガラス片上中央に、３０ｍｍの内径を有するシリンダが置かれた。平坦なプレキシガラス片は、流体が通ってシリンダからサンプルへ移動することができるように、シリンダに合う３８ｍｍの穴を有していた。シリンダは、おむつの股部内の吸収性パッドの先端又は前部から２”のところに中心を合わせられた。ＦＩＦＥ試験装置は、５１７ｇの重さであった。

取り込み時間は一般的に、秒で記録された。サンプルは、２．５インチ×７インチのガーゼに裁断され、おむつ用サージ層として市販されているおむつＳＴＥＰ ４ ＨＵＧＧＩＥＳ ＵＬＴＲＡＴＲＩＭ（ＴＭ）内に挿入された。サンプルは次いで、流体が完全に吸収される時間と次の放出との間に１５分間の待ち時間を置いて１回の放出について１００ｍｌの量で３回の放出が与えられた。

３回目の放出の後、材料は、一枚のブロッタ紙を上に敷いて０．５ｐｓｉの圧力下で真空箱上に配置された。ブロッタ紙は、１１０ｌｂであった。Ｆｏｒｔ Ｊａｍｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより作られたＶｅｒｉｇｏｏｄ紙は、３．５インチ×１２インチ（８．９ｃｍ×３０．５ｃｍ）であった。ブロッタ紙は、試験の前後に計量され、その結果得られた差が、取り除かれた流体のグラム数としての逆流値として報告された。

本発明による高ロフト、低密度ウェブは、吸収性製品の濾過媒体、及び流体分配層又は流体吸収層に望ましい可能性があるような、また種々の絶縁型布に更に適することができるような優れた流体処理特性を提供すると考えられる。当業者は、これに限定するものではないが、繊維のデニール、堆積速度、加熱速度及び冷却速度、並びに本明細書に記載するクリンピング工程を妨げるために印加される力の量を含むウェブの多くの特性を制御して、種々の高ロフト、低密度形態を製造することができることを理解するであろう。

前述の明細において、本発明をその特定の好ましい実施形態に関連して説明してきており、多くの詳細を説明の目的のために記載してきたが、当業者には、本発明には更なる実施形態が可能であり、本明細書に説明した詳細のいくつかは本発明の基本原理を逸脱することなく大幅に変更することができることが明らかであろう。

本発明の一実施形態によるロフト性の不織材料を製造する工程及び装置を示す図である。 低機械方向配向及び通気結合で形成されたＺ方向成分を有する高ロフト、低密度不織ウェブの機械方向軸に沿った側面又は断面の写真である。 低機械方向配向及び静止空気結合で形成されたＺ方向成分を有する高ロフト、低密度不織ウェブの機械方向軸に沿った側面又は断面の写真である。 高機械方向配向及び通気結合で形成されたＺ方向成分を有する高ロフト、低密度不織ウェブの機械方向軸に沿った側面又は断面の写真である。 高機械方向配向及び静止空気結合で形成されたＺ方向成分を有する高ロフト、低密度不織ウェブの機械方向軸に沿った側面又は断面の写真である。 一般的な密なクリンプを呈する既知の高温ＦＤＵにより製造された繊維の写真である。 弛緩したクリンプを呈する周囲温度非加熱ＦＤＵにより製造された繊維の写真である。

符号の説明

２１ 熱可塑性繊維紡糸装置
２３ 繊維
２５ 繊維引き出し装置（ＦＤＵ）
２７ 移動式成形ワイヤ
２９ ワイヤ下排気装置
３１ ホットエアナイフ（ＨＡＫ）
３３ ホットエアディフューザ
３５ 第２のワイヤ
３７ 不織ウェブ
３９ 通気結合（ＴＡＢ）装置
４３ 巻き取りロール

Claims (41)

1. 機械方向のｘ寸法、機械横方向のｙ寸法及びロフト方向のｚ寸法を有する高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法であって、
   ａ）非加熱ＦＤＵ内で一群のＡ／Ｂ並列形態のクリンプ可能でほぼ連続するスパンボンドの２成分繊維を形成し、該一群の繊維を成形ワイヤ上に堆積する段階と、
   ｂ）最初に繊維の１つの側の分子配向の弛緩を生じさせるのに十分な時間及び温度で前記繊維を加熱する段階と、
   ｃ）前記最初の加熱後に、前記繊維が互いに結合することになりそれにより前記繊維にクリンプを生じさせる温度以下に前記一群の繊維を冷却する段階と、
   ｄ）ステップｂ）及びｃ）を実行中に前記繊維のクリンピングを妨害する傾向がある力を制御又は最小化し、それにより前記繊維がＺ方向にクリンプできるようにする段階と、
   を含む高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
2. 前記一群の繊維を再加熱して該繊維を互いに結合させ、安定した高ロフト、低密度不織ウェブを形成する段階を更に含む請求項１に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
3. ステップｂ）及びｃ）後に、前記一群の繊維の当初のロフト高を維持するのに十分な加熱条件又は空気流条件もしくはそれらの両方の条件下で、前記一群の繊維を再加熱する段階を更に含む請求項１に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
4. 前記再加熱用の熱は華氏約４５０度より低いものである請求項３に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
5. 前記再加熱中に空気の移動が生じないようにする請求項３に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
6. 前記一群の繊維は約２５ｆｐｍ以上の速度で前記再加熱域を通って運ばれる請求項１に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
7. ステップｂ）及びｃ）後に、前記一群の繊維の当初のロフト高を減少させるのに十分な加熱条件又は空気流条件もしくはそれらの両方の条件下で、前記一群の繊維を再加熱する段階を更に含む請求項１に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
8. 前記最初の加熱前に、前記一群の繊維を非機能的に結合する段階を更に含む請求項１に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
9. 前記ワイヤの下に真空を与えて前記繊維が該成形ワイヤ上に堆積されるようにする段階を更に含む請求項１に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
10. 前記最初の加熱後に前記成形ワイヤ下の前記真空を除去するか又は減少させる段階を更に含む請求項９に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
11. ステップｂ）及びｃ）の間に空気の吹き付けを除去するか又は減少させる段階を更に含む請求項１に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
12. 前記繊維を高度の機械方向配向で前記成形ワイヤに当てがう段階を更に含む請求項１に記載の高ロフト、低密度不織ウェブを製造する方法。
13. 請求項１の工程により作られた前記高ロフト、低密度不織ウェブを備える防音材。
14. 請求項１の工程により作られた前記高ロフト、低密度不織ウェブを含む断熱材。
15. 前記ウェブ内に微粒子を更に含む請求項１３に記載の防音材。
16. 前記ウェブ内に微粒子を更に含む請求項１４に記載の断熱材。
17. 請求項１の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
18. 前記ウェブの坪量が約０．３ｏｓｙと約２５ｏｓｙの間にある請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
19. 前記ウェブの密度が約０．００２ｇ／ｃｃと約０．０５ｇ／ｃｃの間にある請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
20. 前記ロフトが約０．０２インチと約１．５０インチの間にある請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
21. 坪量が約０．５ｏｓｙ、ロフトが約０．０３インチから約０．３インチ、密度が約０．０２２ｇ／ｃｃから約０．００２ｇ／ｃｃである請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
22. 坪量が約３．０ｏｓｙ、ロフトが約０．１インチから約１．５インチ、密度が約０．０４ｇ／ｃｃから約０．００３ｇ／ｃｃである請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
23. 前記繊維は前記ウェブの第１の主要な表面においてほぼ規則的な波形を呈する請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
24. 前記繊維はほぼ一定の周波数でＺ方向の座屈を呈する請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
25. 前記繊維がポリプロピレン重合体及びポリエチレン重合体を含む請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
26. 前記繊維は、ＰＥＴ、コポリ−ＰＰ＋３％ＰＥ、ＰＬＡ、ＰＴＴ、ナイロン、及びＰＢＴを含む群から選択される重合体を含む請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
27. 前記繊維は、５突部、３−Ｔ、中空、リボン、Ｘ、Ｙ、Ｈ、及び非対称を含む群から選択される断面形状を備える請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
28. 前記繊維は前記ウェブ内で互いに一体に結合されている請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
29. 前記繊維は、ランダムにクリンプされ、前記ウェブのロフトを生成するための実質的に不均一なＺ方向配向及び座屈したＺ配向域のシングルされた層を含む、不均一な繊維配向を有するロフト付き材料が生成された請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
30. 前記繊維は、ランダムにクリンプされ、前記ウェブのロフトを生成するための不均一なＺ方向配向及びクリンプした繊維間の不規則に間隔を置いた開口部を含む、不均一な繊維配向を有するロフト付き材料が生成された請求項１７に記載の高ロフト、低密度不織ウェブ。
31. 請求項２の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
32. 請求項３の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
33. 請求項４の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
34. 請求項５の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
35. 請求項６の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
36. 請求項７の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
37. 請求項８の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
38. 請求項９の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
39. 請求項１０の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
40. 請求項１１の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。
41. 請求項１２の工程により作られた高ロフト、低密度不織ウェブ。

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