JP4039809B2 - 三次元構造化された繊維平面形成物およびその製造方法 - Google Patents

三次元構造化された繊維平面形成物およびその製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、三次元構造化された繊維平面形成物に関する。
【０００２】
本発明において、「三次元構造化された」とは、三次元的な広がりをもつ表面構造が付与された状態を意味し、「三次元構造化された平面形成物」とは、三次元的な広がりをもつ表面構造を有する平面形成物を意味する。
【０００３】
殊に本発明は、少なくとも１個の不織布層を有し、該不織布層が、スクリム、ラチスまたはネットの少なくとも１個の層と結合している繊維平面形成物に関する。
【０００４】
製造方法も示される。
【０００５】
【従来の技術】
ＵＳＰ ４，３０２，４９５からその種の繊維平面形成物が公知である。
【０００６】
不連続の熱可塑性ポリマー繊維からの１個又はより多くの層と、予め定められた角度で相互に交差する粗い、熱可塑性の、連続の溶融紡糸繊維からなる開いた目の粗いネットからの１個又はより多くの層は、溶接によって互いに平面的あるいは点的に結合して均一な厚さの平面形成物になっている。この乱雑になっているフロック（短繊維）は、坪量１０〜１５ｇ／ｍ2で直径０．５〜３０μｍを有している。ラチス／マイクロファイバー層／ラチスの組合せならびにマイクロファイバー層／ラチス／マイクロファイバー層の組合せが記載されている。マイクロファイバーならびにラチスのフィラメントのための有利な原料は、ポリプロピレンである。このような平面形成物は、精密に調整可能な気孔率とともに著しく高い引張り強度を有する。前記の溶融紡糸によるマイクロファイバー層は、外観および例えばフィルター特性を決定し、その一方で１個以上の熱可塑性ネットは、織布の補強、気孔率の調整および場合によっては外観のシミュレーションに役立てられている。したがって該材料は、フィルターとしてばかりではなく、外科の場合の無菌パッキング材料としても適当である。さらなる使用分野は、化学的に不活性な濾過材または衣服、手袋またはブーツのための濡らすことのできない軽量の断熱層である。
【０００７】
層同士の熱による結合は、加圧下に、例えば加熱したローラ間で行なわれ、その際、該ローラのうちの一方に、点溶接が所望される場合に相応する食刻がある。そのうえ、ローラ間での加熱前に熱放射を適用することもできる。熱による作用の程度は、前記繊維材料は軟化するが、該繊維材料の結晶質の融点までの温度上昇は生じない程度に調整される。
【０００８】
例えば暑い国々への発送の場合には十分に通常のことであるが、前記繊維平面形成物が梱包、長期の貯蔵および輸送の際に高い圧力および６０℃までの温度にさらされる場合に、このような該繊維平面形成物は最大圧力またはその他の強い機械的な力に顕著な圧縮なしに長時間耐えられないことが見いだされている。
【０００９】
従来、米国特許第４，５２２，８６３；英国特許第１，３３１，８１７；米国特許第５，５２５，３９７およびＷＯ９８／５２４５８から、スクリム、ラチスまたはネットから構成され、両側に不織布層が結合されている三次元平面形成物は公知である。
【００１０】
【本発明の解決すべき課題】
本発明の課題は、６０℃までの温度ででも表面の水平面に垂直に作用する１ｐｓｉまでの最大圧力に破壊なしに耐える三次元構造化された繊維平面形成物を提示することである。
【００１１】
さらに本発明は、このような繊維平面形成物の製造方法を示すことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する三次元構造化された多層繊維平面形成物ならびに方法請求項の第１項目の請求項に記載された方法によって解決される。該三次元構造化された多層繊維平面形成物ならびに該方法の有利な実施態様は、それぞれ従属請求項に記載されている。
【００１３】
少なくとも２個の不織布層は、それぞれ１個のスクリム層と結合している。該不織布層は、機械的に、および／または熱により相互に結合された繊維からなり、かつ繰り返される幾何学的な隆起あるいは波打ちの形での折り目様の流れを平面方向に有している。
【００１４】
連続フィラメントが相互に交差しかつその交点において溶融により結合されており、かつその交点間の太さが１５０〜２０００μｍであり、かつ該交点の厚みの増大がこの値の７倍までである、少なくとも１個の熱可塑性のスクリム層、ラチス層またはネット層が、本発明による構造に含まれる。これらの層は、以下において、交差する各フィラメントを有する別の構造についてであっても簡略化のため常にスクリムとして記載される。
【００１５】
隣り合う各２個のフィラメント交点の縦方向の距離に、横方向での相応する距離をかけたものであるスクリムのメッシュサイズは、フィラメント交点は縦方向も横方向も互いに０．１０ｃｍ以上離れているという条件付きで０．０１〜９ｃｍ2である。
【００１６】
繊維層およびスクリム層の間のそれぞれの結合は点で行われている。
【００１７】
前記スクリムの連続フィラメントは、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド−６、ポリアミド−６．６、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステルエラストマー、コポリエステル、エチレンと酢酸ビニルの共重合体またはポリウレタンの共重合体からなる。
【００１８】
本発明の有利な実施態様の場合には前記スクリムは、二軸延伸されたネットからなる。このフィラメントの走る２方向での延伸は、縦方向では公知方法にしたがって、遅く回転するローラとこれより速く回転するローラ間のすき間を通過させることによって行なわれ、この場合、遅く回転するローラとこれより速く回転するローラとの速度比によって延伸比が決まる。横方向での延伸は、それ自身が拡大する張枠を用いて行なわれる。
【００１９】
上記の公知方法は両方の側の交点の間のフィラメントの太さの減少を惹起し、ひいては坪量の９５％までの減少を惹起する。
【００２０】
本発明の範囲内で、前記不織布層の折り目の形に関して、または該不織布の固有の特性、例えば坪量、繊維の種類、繊維の結合、に関して異なる特性を各不織布層が有している状態で、前記スクリムの片側もしくは両側の被覆を不織布で被覆することも可能である。
【００２１】
組成、繊維の種類、繊維の結合および繊維の配向について前記不織布のパラメータを選択する場合には、当業者は、当業者に公知の、前記層が有すべき性質に一般的に従う。隆起および波打ちの高い固有の剛性に関しては不織布繊維相互の集中的な結合が必要である。
【００２２】
結合剤によって繊維が固定される場合には、かたい感触の結合剤が有利であり、それというのも、このことによって繊維平面形成物の固有の剛性と機械的抵抗性が一緒に高められるからである。
【００２３】
スクリム内のフィラメント同士のある交点から隣りの交点までの距離ならびに縦方向および横方向での伸度およびフィラメント強度が、有利にはほぼ同じであり、それというのも、このことによって収縮過程の後に円形をした底面の断面を有する隆起が生じるからである。このような隆起は、表面の水平面に対して垂直な圧力荷重に対して最も高い抵抗性を有することが判明している。
【００２４】
出発材料の選択に応じて、２０〜３０００ｇ／ｍ2の重量を有する多層の繊維平面形成物が製造可能である。低い坪量を有する製品は、例えばオムツにおける液体を吸収しかつ該液体を拡散する層に適当であり、３０００ｇ／ｍ2までの坪量を有する製品は、濾液に対する高い貯蔵能力を有する嵩の大きなフィルターマットに適当である。
【００２５】
本発明を図につき詳説する：
まず図１から見ると、この図には本発明の可能な実施態様のうちの１つが俯瞰図で示されている。コンポジット１は、収縮したスクリム４と２つの不織布層２および３から組み合わされている。これら不織布層は、該収縮したスクリムに結合しているが、しかしながら該不織布層相互は結合しておらず、該スクリムの両側で該不織布表面に隆起６および窪み７を形成する状態で結合している。隆起と隆起との間ならびに該隆起の下側に空隙１２、１３があり、これら空隙は、流動媒質に対しては浸透性でありかつ該流動媒質からの粒子および塵を吸収する。該スクリムは、交差している単繊維５からなる。
【００２６】
三次元構造化された繊維平面形成物の製造方法は、熱可塑性連続フィラメントからなる３〜３００ｇ／ｍ2の重さの収縮されていないスクリム、ネットまたはラチスの両側を不織布で平面的に被覆し、かつ自体公知の積層技術を用いて平面不織布に結合することによって実施される。該不織布は、あらゆる公知の方法で製造されていてよく、すなわち、乾式ではカーディングまたはエアレイ技術によって製造されていてもよいし、湿式沈積によって製造されていてもよいし、あるいは溶融紡糸された繊維または連続フィラメントによって製造されていてもよい。引き続き、前記結合に、該スクリムに面的な収縮が生じるのに十分な熱処理を施す。それ自体は面的な収縮が生じないかあるいは面的な収縮がスクリムに比して顕著に少なく生じる不織布層は、表面の水平面に対して垂直な複数の隆起を形成しながら回避する。該不織布は、それ自体において全面的に接合されていてもよいし、一部の面で接合されていてもよい。穿孔された不織布は、本発明による方法に使用してもよい。
【００２７】
さらなる温度上昇によってスクリムは、不織布の中で収縮する。収縮温度は、スクリムの基礎をなしている熱可塑性樹脂の軟化温度範囲および溶融温度範囲に従って決められる。収縮の開始のために該温度は、これら２つの温度の間になければならず、この場合、実際にこの織物に生じる熱の流れが該熱可塑性樹脂の融点に近づけば近づくほど、収縮の程度は高くなる。当業者には当然のことながら、予め設定された収縮温度でも保持時間によって、面的な収縮の程度に影響が及ぼされることは公知である。縦方向と横方向において達成可能な収縮の大きさあるいはこれら２つの大きさの比は、十分にスクリムの選択によって予め設定することが可能である。接触されておらず、妨げられていない収縮を前提として、スクリムの単繊維が縦方向と横方向で同じ繊度および同じ伸度を有する場合には、縦と横の収縮比は、１：１である。縦方向と横方向で異なる収縮を所望する場合には、縦方向と横方向とで異なって延伸されている単繊維を有しているか、あるいは同じ伸度で繊度が著しく異なっている単繊維を有している織物が選択される。縦方向と横方向とで異なる熱可塑性樹脂からつくられた単繊維を有しているスクリムを使用することもできる。この場合には収縮の大きさおよび収縮の方向は、軟化温度が低い方のスクリムの成分によって決定され、この場合、低い方の融点のスクリムの成分の軟化温度と溶融温度の間にある収縮温度が選択される。
【００２８】
不織布の結合およびスクリムへの積層は、単一の段階で行なうこともできる。この方法は、経済的である。
【００２９】
非繊維状の結合剤として水性の接着剤分散系が使用され、この場合、該水性の接着剤分散系は、片側もしくは両側で前記結合部に捺染されるか、あるいは該水性の接着剤分散系を用いて、泡立てた混合物を用いた完全な含浸が泡含浸装置で実施されるか、または泡立ちさせていない混合物を用いて完全浴含浸によって実施される。引き続き乾燥が行われ、さらに該結合剤が加熱架橋される。
【００３０】
不織布内部の接着性繊維の熱可塑性活性化によって、付加的な内部固化を行なうことができる。
【００３１】
縦収縮と横収縮の比によって不織布層の隆起の形が決定される。縦横比が１：１である場合には、理想的には円形の底面を有する円頂形の隆起が生じる。縦横比が１ではない場合には、底面に平行な理想的には楕円形の断面を有する隆起が生じる。収縮が例えば縦方向でのみ完全に妨げられる場合には、縦方向に延びる溝状の隆起が不織布に形成され、この場合、該隆起は理想的にはその長さ全体にわたって同じ幅を有している。
【００３２】
１０ｇ／ｍ2未満の重量のスクリムが、少なくとも７ｇ／ｍ2の重量を有する不織布による両側の被覆にもかかわらず、もとの長さの８０％まで収縮させることができるのは、意外なことであった。特にスクリムの初期坪量が低い場合には、むしろ不織布によってスクリムの収縮が妨害されると予想されていた。しかしながら、そうはなっていない。
【００３３】
次に記す変法は、その簡易さ故に特に有利であることが明らかになっている：前記スクリムの両側を、結合していないガーゼで被覆し、かつ加熱エンボシングカレンダー加工または超音波カレンダー加工にかける。これから得られる平坦な３層の平面形成物は、十分な接合強度を示す。引き続き、結合剤を使用せずに、熱または水蒸気を用いて収縮させる。この変法のためにコンジュゲート複合繊維または偏心もしくは同心の芯糸／鞘糸型構造を有する複合繊維が使用される。不織布による被覆は、１００％該複合繊維からなっていてもよいし、熱可塑性および／または非熱可塑性のホモフィルファイバーとの混紡の形で使用されてもよい。ホモフィルファイバーの選択については、制限は不要である。
【００３４】
該複合繊維の融点は、より低融点の成分について、収縮を起こすスクリムの単繊維の融点以下でなければならない。不織布層の著しい脆化を防ぐために、有利にこの融点差は、４０℃より高くないほうがよい。
【００３５】
溶融結合を補助する熱可塑性ポリマーの使用に問題がない場合でも、不織布による片側の被覆の場合には、スクリムの熱可塑性ポリマーに対する化学的親和性を示す溶融成分を使用することが有利であることが明らかになっている。さもなければ、積層後に接合強度の不良という危険が発生する。これに関して、例えば不織布中のポリエチレンテレフタレート−フィラメントからなるスクリムに、２００℃を越える融点を有するコポリエステルもしくはポリブチレンテレフタレートを鞘糸成分として有するポリエステル複合繊維を使用することは、有利である。
【００３６】
スクリムと不織布が加熱エンボシングカレンダー加工または超音波による固化によって結合される場合には殊に、スクリムの両側をガーゼで被覆することは、有利である。カレンダー加工後にスクリムの上側と下側の両方のガーゼは、該スクリムの空いている部分でパターン状に互いに溶接される。該スクリムは、このことによって分離不可能な状態でこのコンポジットの中に埋め込まれる。この収縮されていない未完成材料における不織布とスクリム間の熱溶接された箇所の数は、ごくわずかであるかもしくは無視できるものである。エンボシングローラの食刻部分の面積は、支え面全体の４〜３０％である。
【００３７】
前記スクリムと前記複合繊維の鞘糸成分との融点の差が小さい場合には特に、有利に全面積の４〜１４％だけが溶接面積である食刻ローラが使用される。
【００３８】
収縮は、１回のみの熱処理ですでに開始される。一度収縮しかつ冷却した積層品を第２の熱処理によって改めて収縮させることは不可能である。
【００３９】
本発明による多層の三次元構造化された平面形成物は、交互に不織布とスクリムからなることができる。スクリムの両側の不織布は、その構成において重量が同じであってよいし、異なっていてもよい。特別な場合には、内部の層を連なる２つの不織布からなるものとすることも可能である。
【００４０】
前記の構造化された平面形成物は、大きな粒子貯蔵能力での高い比表面積、高い液体処理量または機械的荷重、殊に高められた温度での高い圧縮抵抗が問題となるあらゆる分野で使用することができる。フィルターならびに衛生用品または医療用製品がその例である。家庭用の装飾目的のために、例えば壁のカバーに本発明による製品を使用することもできる。
【００４１】
【実施例】
例１
ポリプロピレン連続フィラメントからなる重さ７．８ｇ／ｍ2およびメッシュサイズ７．６ｍｍ×７．６ｍｍを有する二軸延伸されたプラスチックネットを２つのそれぞれ重さ１０ｇ／ｍ2を有する横方向に置いた結合していないステープルファイバーのガーゼ間に配置し、さらに滑面スチールローラと食刻スチールローラ間のカレンダー加工による点溶接による固化に送った。該食刻ローラの溶接面積は９．６％であり、かつ食刻の深さは、０．７３ｍｍであった。温度１４０℃および通過速度６ｍ／ｍｉｎでのニップ圧３０ｋｐ／ｃｍでカレンダー加工を行なった。織物幅は、５０ｃｍであった。
【００４２】
不織布は、ポリエチレンテレフタレートからなる芯糸と、１２０℃で溶融するコポリエステルからなる鞘糸を有する芯糸／鞘糸型複合繊維を９０％含有している。その残りは、ステープルファイバーである。該芯糸／鞘糸型複合繊維の繊度は４．８ｄｔｅｘであり、該芯糸／鞘糸型複合繊維の切断長は５５ｍｍである。該ステープルファイバーの繊度は３．３ｄｔｅｘであり、該ステープルファイバーの切断長は６０ｍｍである。
【００４３】
引き続き、全体重量２７．８ｇ／ｍ2を有する３層の平坦な繊維平面形成物をバンド乾燥機での熱による収縮処理に１７０℃で保持時間２分２０秒間でかけた。もともと幅５０ｃｍの未完成材料は、収縮および冷却の後にもはや幅１６ｃｍしかなく、かつ坪量２０ｇ／ｍ2を有していた。このようにして横方向の線収縮６８％、面の収縮７６．８％および縦方向の線収縮２７．６％が得られた。
【００４４】
収縮の計算のための数式は、次のとおりである：
【００４５】
【数１】
Figure 0004039809
【００４６】
下記の表には、室温で荷重を変えて測定した厚さならびに１ｐｓｉの荷重で４８時間の貯蔵後に測定した厚さが示されている。後記の式で、それぞれ％で示された圧縮抵抗Ｋ、回復率Ｗおよびクリープ強さＫＢが得られた。クリープ強さの算出のための厚さ測定を、支え圧力０．２ｐｓｉで行なった。
【００４７】
厚さ測定を次のとおり行なった：
試験片を支え圧力０．６２０５ｋＰａ ｐｓｉで３０秒間荷重し、かつ厚さ値をこの３０秒間の経過後に読み取った。その直後に厚み計の重りの交換によって支え圧力を１．３７８９ｋＰａに上げ、かつ同じくさらに３０秒後に正確に同じ測定位置で厚さを読み取った。
【００４８】
上記過程を再度、それぞれ３０秒間の支え圧力３．４４７３ｋＰａ、６．８９４７ｋＰａおよび再び０．６２０５ｋＰａの順で繰り返した。
【００４９】
クリープ強さＫＢの測定のために試験片を６０℃で圧力１ｐｓｉで４８時間荷重し、かつその後に厚さを支え圧力１．３７８９ｋＰａで測定した。
【００５０】
ＫＷ、ＷおよびＫＢを次のとおりにして算出した：
ＫＷの値は、６．８９４７ｋＰａでの厚さを０．６２０５ｋＰａでの厚さで割り、さらに１００をかけて得られた（％表示）。
【００５１】
Ｗの値は、測定周期の終了後の６．８９４７ｋＰａでの厚さを６．８９４７ｋＰａで最初に測定された厚さで割り、さらに１００をかけて得られた（％表示）。
【００５２】
ＫＢの値は、６０℃で６．８９４７ｋＰａで４８時間加圧した試験片を１．３７８９ｋＰａで測定した厚さを、加圧されていない試験片を同じく１．３７８９ｋＰａで測定した厚さで割り、さらに１００をかけて得られた（％表示）。
【００５３】
【表１】
Figure 0004039809

【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の対象を示す俯瞰図。

Claims (4)

  1. メッシュサイズ０．０１〜９ｃｍ2を有する熱可塑性連続フィラメントからなるスクリム、ラチスまたはネットから構成された三次元構造化された平面形成物であって、両側が不織布で被覆され、連続フィラメントは、太さ１５０〜２０００μｍで、かつその接点でそれぞれ熱により互いに溶接されており、該フィラメントの交点どうしが縦方向および横方向において０．１０ｃｍ以上互いに離れている平面形成物において、
    不織布層が反復する折り目の形もしくは波形の隆起を有しており、そこでは全体が加熱エンボシングカレンダー加工または超音波カレンダー加工にかけられ、そして前記スクリム、ラチスまたはネットが熱作用または水蒸気により収縮させられ、各々の不織布の前記隆起と、前記スクリム、ラチスまたはネットにより形成される平面との間に空隙が設けられており、
    前記スクリム、ラチスまたはネットのフィラメントがその交点に該交点間の該フィラメントの太さの７倍までの増大した厚みを有し、
    前記不織布層が芯糸／鞘糸型複合繊維またはコンジュゲート複合繊維からなり、該繊維が、相対的に融点の高い成分と相対的に融点の低い成分を有し、該相対的に融点の低い成分が、前記スクリム、ラチスまたはネットの収縮可能な成分の融点以下である融点を有することを特徴とする平面形成物。
  2. 前記不織布の単繊維が結合剤によって互いに結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の平面形成物。
  3. 請求項１記載の形態での三次元構造化された平面形成物の製造方法であって、プラスチック−連続フィラメントからなりかつ該フィラメントの隣り合う交点間の距離が０．１０ｃｍ以上でありかつメッシュサイズが０．０１〜９ｃｍ2でありかつ重さ３〜３００ｇ／ｍ2である少なくとも１個のスクリム、ラチスまたはネットの両側を不織布で被覆し、かつすべての層を自体公知の積層技術を用いて面で互いに結合する方法において、かつその全体を加熱エンボシングカレンダー加工または超音波カレンダー加工にかけ、引き続き該積層品のすべての層を一緒に、前記スクリム、ラチスまたはネットの材料の軟化温度範囲と溶解温度範囲の間にある温度で収縮プロセスにかけることを含み、
    前記不織布を被覆することが、相対的に融点の高い成分と相対的に融点の低い成分を有しており、その際、該相対的に融点の低い成分が、前記スクリム、ラチスまたはネットの収縮可能な成分の融点以下である融点を有する複合繊維を少なくとも部分的に含有する、結合していない不織布で、前記少なくとも１個のスクリム、ラチスまたはネットの片側もしくは両側を被覆することを含み、前記収縮プロセスが熱作用または水蒸気によって行われることを特徴とする方法。
  4. 前記スクリム、ラチスまたはネットを多層平面形成物に加工する前に、相互に異なる速度で回転するローラ間で縦方向に延伸し、かつ拡大する張枠を用いて横方向に延伸することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
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