弹性体的多组分纤维、无纺网状结构和无纺织物的制作方法

专利名称：弹性体的多组分纤维、无纺网状结构和无纺织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及由多组分绞合线制成的无纺织物(nonwoven fabric)、制造无纺网状结构的方法以及使用该无纺网状结构的产品。本发明的无纺网状结构可由多组分绞合线制成，该多组分绞合线包括至少两种组分，即第一弹性聚合物组分以及第二可延伸的但弹性较差的聚合物组分。
背景技术：
近年来，无纺网状结构，特别是弹性体无纺网状结构在一次性卫生产品中的使用增长很快。例如，弹性无纺织物已经被加入包扎材料、服装、尿织物、衬织物以及女性卫生产品中。在这些产品中加入弹性体组分使其更加合身、舒适并提供了渗漏控制。
然而，由一个弹性膜与一个或两个非弹性无纺层粘合而成的多个层压件必需被“激活”才能提供合适的拉伸和回复性质。特别是，为了获得最终性质，这些弹性膜/非弹性无纺层压件中的许多必需经受初始的延展或拉伸处理。用于宽幅网状结构产品的传统拉伸设备包括常规的拉伸辊以及拉幅机。但遗憾的是，当拉伸辊和弹性体织物一起使用时，拉伸辊不能够进行均匀拉伸。而拉幅机不但价格昂贵，而且还要求生产设备内具有较大空间。
本申请的发明人认识到，在本领域内存在这样一种需求，即不但要使弹性体无纺织物具有改进的悬垂性，而且还要能够经济地制造出这样的弹性体无纺织物。

发明内容
本发明是基于，至少是部分基于这样的惊人发现如果制成粘合网状结构的多根绞合线中包括至少两种聚合物组分，其中一种组分具有弹性，而另一种组分弹性较差但可以延伸，且该粘合无纺网状结构被渐增性地拉伸，那么由多根这样的绞合线所制成的粘合网状结构能够克服该领域中的各种问题。
本发明总体上涉及制造弹性无纺网状结构和无纺织物的方法，该方法可包括熔纺多根多组分的绞合线，其中该多组分绞合线具有沿着单纤维长度方向纵向共同扩张的第一和第二聚合物组分。该第一组分由弹性聚合物构成，而该第二组分由非弹性聚合物构成。熔纺的绞合线形成无纺网状结构，该无纺网状结构随后被粘合并在至少一个方向上被渐增性地拉伸，从而激活无纺网状结构的弹性性质。在近距离间隔的位置处支撑网状结构，然后拉伸这些近距离间隔的位置之间未得到支撑的网状结构节段，从而实现渐增性拉伸。通过使网状结构穿过一对啮合沟纹辊之间形成的辊隙，可最容易地实现上述的渐增性拉伸，其中所述沟纹辊的旋转轴与网状结构行进方向相垂直。为沿纵向、横向和沿对角线方向拉伸而设计的渐增性拉伸装置在美国专利5,861,074中有所描述，将该专利以引用方式并入本文。渐增性拉伸步骤可包括拉伸该网状结构，使多组分绞合线的某些部分受到拉伸激活而具有弹性，同时该绞合线的其它部分未受到拉伸激活而明显具有较小的弹性。在优选的实施例中，该网状结构受到渐增性拉伸，从而使基本上全部的多组分绞合线受到均匀的拉伸激活而具有弹性。
在进一步有利的方面，渐增性拉伸步骤包括既在纵向上又在横向上对网状结构进行渐增性拉伸。在一种实施例中，可通过引导网状结构穿过温度低于约35℃的至少一对互相交叉的拉伸辊而实现渐增性拉伸。在这类实施例的一个方面，相互交叉的拉伸辊在织物内导致了狭窄的、间隔开的、纵向延伸的拉伸激活弹性区，该弹性区被插入的、纵向延伸的未激活区分开，未激活区的弹性明显较小。在本发明的有利方面，可通过引导渐增性拉伸后的网状结构穿过温度低于约35℃的第二对相互交叉的拉伸辊，从而拉伸激活网状结构内未激活绞合线的第二部分。在进一步有利的方面，可将冲击流体引导到网状结构表面，同时进行机械渐增性拉伸。优选地，冲击流体为空气或水。
多组分绞合线的第一和第二组分可从各种各样聚合物中的任何一种获得。在本发明的一种实施例中，第一聚合物组分由弹性聚氨酯、弹性聚苯乙烯嵌段共聚物、或弹性聚烯烃制成，而第二聚合物组分可由弹性低于第一组分的聚烯烃制成。
本发明的多个方面涉及制造具有壳/核结构的绞合线的方法，其中由渐增性拉伸步骤形成了绞合线的壳内和核内的皱褶。各根绞合线是很长的，通常是连续挤出的，并具有无限的长度。绞合线在渐增性拉伸激活之后不会断裂为较小的长度，相反地，在经过渐增性拉伸的无纺网状结构的基本全部长度上，绞合线通常被制成具有波纹管形的皱褶结构。可采用标准的显微镜技术观察到皱褶的外观和结构，如果可能的话，不借助工具而利用肉眼来观察皱褶的外观和结构是困难的。在无纺网状结构内经过渐增性拉伸的起皱褶的各部分中，各皱褶的厚度基本上就是绞合线中壳部分的宽度，厚度级典型地为0.1-2微米。本发明的可选方面涉及对具有分段的饼楔形或带尖端的多叶形结构的绞合线进行熔纺，并采用渐增性拉伸使各个部分相互分离或沿着绞合线的长度向下形成皱褶、蛇形或其它的织构形式。
本发明还包括由本发明方法制造的弹性无纺织物，以及多组分的弹性纤维。在一种优选的实施例中，提供了整体上是螺旋形结构(类似于糖果棒(candy cane)或理发店招牌(barber pole)的外观)的多组分弹性纤维。在这些实施例的优选方面，可进一步分离螺旋形纤维而在一个或多个弹性体组分的周围产生非弹性体组分的螺旋形缠绕纤维。
在一个宽泛的方面，本发明提供了制造弹性无纺织物的方法，该方法包括在至少一个方向上对无纺网状结构进行渐增性拉伸，从而激活无纺网状结构的弹性性质，并形成弹性无纺织物，其中该无纺网状结构包括多根具有第一和第二聚合物组分的多组分绞合线，其中该第一和第二组分沿绞合线长度方向纵向共同扩张，该第一组分包括弹性聚合物，而该第二聚合物组分包括弹性低于第一聚合物组分的聚合物。在一种实施例中，该无纺网状结构可由下列方法形成对多根具有第一和第二聚合物组分的多组分绞合线进行熔纺，其中该第一和第二组分沿绞合线长度方向纵向共同扩张，该第一组分包括弹性聚合物，而该第二聚合物组分包括弹性低于第一聚合物组分的聚合物；使多组分绞合线形成无纺网状结构；以及使绞合线粘合或缠绕形成粘附性的粘合无纺网状结构。在一种实施例中，对网状结构进行渐增性拉伸的步骤可包括对织物进行拉伸处理，使多组分绞合线的某些部分受到拉伸激活而具有弹性，同时绞合线的其它部分未受到拉伸激活而具有小得多的弹性。在一种实施例中，对网状结构进行渐增性拉伸的步骤包括对织物进行拉伸处理，使基本全部的多组分绞合线受到拉伸激活而具有弹性。在一种实施例中，对网状结构进行渐增性拉伸的步骤包括既在纵向又在横向方向上对网状结构进行渐增性拉伸。在一种实施例中，对网状结构进行渐增性拉伸的步骤包括引导网状结构穿过温度低于约35℃的至少一对互相交叉的拉伸辊。在一种实施例中，引导网状结构穿过互相交叉的拉伸辊的步骤包括在织物内形成狭窄的、间隔开的、纵向延伸的拉伸激活弹性区，该弹性区被插入的、纵向延伸的未激活区分开，该未激活区的弹性明显较小。在一种实施例中，对网状结构进行渐增性拉伸的步骤包括引导网状结构穿过第一对相互交叉的拉伸辊而对网状结构的第一部分进行拉伸激活；随后引导网状结构穿过第二对相互交叉的拉伸辊，从而对网状结构内未激活的绞合线的第二部分进行拉伸激活处理。在一种实施例中，对网状结构进行渐增性拉伸的步骤还包括使流体冲击网状结构的表面。在一种实施例中，该流体为空气或水。在一种实施例中，第一聚合物组分包括弹性体聚氨酯，而第二聚合物组分则包括弹性低于弹性体聚氨酯的聚烯烃，在另一种实施例中，第二聚合物组分为聚丙烯、聚乙烯或两者的混合物。在一种实施例中，熔纺步骤包括使第一和第二聚合物组分在绞合线的横截面内排列形成壳/核结构，而其中渐增性拉伸的步骤包括在绞合线的壳和核中都形成皱褶。在一种实施例中，熔纺的步骤包括使第一和第二聚合物组分在绞合线的横截面内排列形成具有分段饼状结构的聚合物组分，而其中渐增性拉伸的步骤包括使第一和第二聚合物组分相互分离。在一种实施例中，熔纺的步骤包括使第一和第二聚合物组分在绞合线的横截面内排列形成具有带尖端的多叶形结构的聚合物组分，而其中渐增性拉伸的步骤包括使第一和第二聚合物组分相互分离，或形成波浪形，或形成蛇形或其它沿着绞合线的长度向下的非线形的任意织构。在一种方式中，多组分绞合线的至少一部分具有壳/核结构。在一种实施例中，多组分绞合线的至少一部分具有三叶形或带尖端的三叶形结构。可采用这些实施例的任意组合或本文中所述的其它实施例实施本发明。
在另一个宽广的方面，本发明提供了弹性无纺织物，该弹性无纺织物包括多根随机排列而形成无纺网状结构的多组分绞合线；大量的粘合位置或基本上随机缠绕的绞合线，它们将绞合线粘合在一起而形成粘附性的粘合无纺网状结构；包括第一和第二聚合物组分的网状结构绞合线，其中的第一聚合物组分包括弹性聚合物，而第二聚合物组分包括非弹性聚合物；且其中网状结构中多组分绞合线的第一部分受到拉伸激活而具有弹性。在一种实施例中，网状结构的多组分绞合线中其它部分的弹性低于第一部分。在一种实施例中，该织物包括位于织物中的狭窄的、间隔开的、纵向延伸的拉伸激活弹性区，该弹性区被插入的、纵向延伸的、未激活的、弹性明显较小的区域隔开。在一种实施例中，第一聚合物组分包括弹性体聚氨酯，而第二聚合物组分则包括聚烯烃。在一种实施例中，第二聚合物组分是聚丙烯、聚乙烯或两者的混合物。在一种实施例中，第一和第二聚合物组分排列成壳核结构，且绞合线中受到拉伸激活的部分在绞合线的壳中和核中都具有皱褶。在一种实施例中，第一和第二聚合物组分排列成分段的饼形结构，且绞合线受到拉伸激活的部分中第一和第二聚合物组分相互分离，或两种组分沿着长度向下都呈现出波浪形。在一种实施例中，第一和第二聚合物组分排列成带尖端的多叶形结构，且绞合线受到拉伸激活的部分中第一和第二聚合物组分相互分离，或两种组分沿着长度向下都呈现出波浪形。
在另一个宽泛的方面，本发明提供了多组分纤维，该多组分纤维包括弹性体组分和比弹性体组分的弹性低的组分，所述的多组分纤维整体呈现螺旋形结构，该结构包括在弹性组分周围聚集的弹性较低的组分。在一种实施例中，该纤维是经过渐增性拉伸的纤维。
在另一个宽泛的方面，本发明提供了一种服装，该服装具有多层，其中至少一个所述的层包括上述的无纺织物。例如，该服装可为训练裤、尿织物、吸收性衬裤、内衣、失禁产品、女性卫生用品、劳动服、防护服、头罩、裤子、衬衣、手套、短袜、抹织物、手术服、伤口绷带、绷带、手术单、面罩、手术帽、手术头巾、鞋套或靴式拖鞋。
在另一个宽泛的方面，本发明提供了由多组分胶合线制成的经过渐增性拉伸激活的无纺网状结构。
本发明的纤维和产品可用于众多应用领域中。例如，合适的应用包括但不限于，一次性个人卫生产品(如训练裤、尿织物、吸收性衬裤、失禁产品、女性卫生产品等)；一次性服装(如劳动服、连裤的工作服、头罩、衬裤、裤子、衬衣、手套、短袜等)；控制感染/清洁房间的产品(如手术服和手术单、面罩、头罩、手术帽和手术头巾、鞋套、靴式拖鞋、伤口绷带、绷带、消毒护套、抹织物、实验服、防护服、裤子、围裙、夹克等)；以及持久性或半持久性应用如作为床上用品和床单、家具防尘罩、衣服衬里、汽车罩，以及运动或普通服装。


图1A-1M示出了根据本发明制造的绞合线的横截面视图；图2示出了本发明一个方面的横向渐增性拉伸系统；图3示出了本发明另一方面的纵向渐增性拉伸系统；图4示出了本发明中制造无纺织物的工艺线的一个示例；具体实施例以下将结合本发明阐释性的实施例对本发明展开更全面的描述，所给出的阐释性实施例使本发明的公开是彻底和完全的，且本发明的公开将本发明的范围完全传递给本领域的技术人员。然而，应该理解本发明可以多种不同的形式实施，而不应被曲解为仅限于本文描述和阐释的特定实施例。尽管以下的说明书中采用了特定的术语，但这些术语仅用于阐释目的而不用于限定或限制本发明的范围。另外需注意的是，相同的附图标记从始至终都是指代相同的部件。
如上所述，本发明总体上涉及由多组分绞合线制得的网状结构的制造和应用。应该理解本发明的范围意味着包括具有两种或两种以上组分的绞合线。此外，在本发明中，“绞合线”是指代绞合线、纤维和单纤维的通用术语。因此，本发明中所用的术语“绞合线”或“纤维”或“单纤维”为同义词。
现在参考图1A-1M，图中提供了本发明中示例性多组分绞合线的横截面视图。如图所示，多组分的绞合线通常包括第一聚合物组分1和第二聚合物组分2。
第一聚合物组分由一种或多种“弹性体”聚合物构成。术语“弹性体”通常是指这样的聚合物，其在受到拉伸作用时在其弹性极限范围内发生变形或伸长。例如，由弹性体单纤维制成的纺粘(spunbonded)织物通常所具有的均方根平均可回复伸长率至少约为75％，该值是在经过拉伸使纤维伸长30％后，基于纤维的纵向和横向可恢复伸长率的数值计算出的。优选地，由弹性体单纤维制成的纺粘织物通常所具有的均方根平均可回复伸长率至少约为65％，该值是在经过拉伸使纤维伸长50％后，基于纤维的纵向和横向可恢复伸长率的数值计算出的。
第二组分由一种或多种可延伸的聚合物构成，如由一种或多种非弹性聚合物构成。第二组分聚合物可具有弹性回复力，并可随着多组分绞合线受到拉伸而在其弹性极限内拉伸。然而，所选择的第二组分应该具有较差的弹性回复力，如弹性低于第一组分聚合物。就这点而论，第二组分优选地为这样的聚合物，其可被拉伸超出其弹性极限，从而由于受到拉伸应力的作用而发生永久性伸长。
第一和第二组分通常存在于绞合线的纵向延伸“区”内。可从图1A-1M的横截面视图中看到纵向延伸区的排列情况。如这些图的每一幅图中所示，第一聚合物组分1和第二聚合物组分2存在于绞合线内大致不同的区域内。
在本发明的优选实施例中，第二组分的区域基本构成了绞合线的整个外表面，如图1A-1E所示。优选地，第二组分构成了绞合线外表面的至少50％。这些实施例的示例性结构包括同心的和偏心的壳/核结构(分别为图1A和1B)。另一些示例性的壳/核结构横截面包括三叶形(图1C)和具有四叶形核的圆(图1D)。另一些包括外围第二组分的方式包括有“海包围岛”式的横截面(图1E)。在“海包围岛”式的结构中，第一组分分散在多根连续的绞合线中。在本发明的优选实施例中，本发明的绞合线为图1A中的对称性壳/核结构，或为图1B中的不对称壳/核结构。不对称的结构有利于导致螺旋(卷)形或其它聚积共轭绞合线的方式，从而使由绞合线制成的织物厚度增加。
或者，可设计绞合线的结构，使第一和第二组分可被分离或分开而形成纤度更细的微纤丝。例如，绞合线所包括的第一和第二组分的排列可以形成沿着纤维长度延伸的不同的无夹杂的横截面节段，从而使各节段可以分开。本文中的术语“分离”或“可分离的”所涵盖的绞合线，可以在绞合线各组分的任意部分内存在任意数量的分离现象。在优选的实施例中，组分间原始总交界面中有至少50％在分离后不再相连接。
可分离的实施例中的示例性绞合线的结构包括并排的结构(图1F)，饼楔形结构(图1G)，中空的饼楔形结构(图1H)，以及分段的结构(图1I)。在一种优选的实施例中，提供了带有尖端的三叶形结构的可分离绞合线。在这类优选的实施例中，尖端2可优选地由非弹性聚合物制成，而最里面的部分1可由弹性聚合物制成。
应该注意的是，合适的可分离结构无需具有对称的几何形状，条件是它们不能夹杂或联锁到不能分离的程度。因此，合适的可分离结构也包括不对称的结构，如图1J和图1K所示。图1J示出了分段结构的共轭绞合线，该分段结构具有较大的节段。图1K示出了具有饼楔形结构的共轭绞合线，该饼楔形结构具有一个较大节段。这些不对称的结构适于使共轭的纤维呈现螺旋形或螺线形，从而适于增加由纤维制成的织物的厚度。
可分离的绞合线无需是常规的圆形纤维。其它有用的形状包括长方形、椭圆形和多叶形等。特别适于本发明的绞合线形状是长方形和椭圆形。图1L示出了示例性的长方形共轭绞合线的横截面。
多组分绞合线内的每一组分还可被分离成任何数量的节段，尤其是可分离的结构。例如，绞合线内的每一组分可被分离为约2到20个节段。例如，在一种优选实施例中，提供了具有4个节段的多组分绞合线。还可使本发明的多组分绞合线具有很宽范围的但尼尔值。多组分绞合线的示例性但尼尔值的范围为1.5到15。在一种优选的实施例中，该多组分绞合线是纤度约为2但尼尔的绞合线。
多组分绞合线中的第一和第二组分可为任何适合的含量，这取决于纤维的特定形状。在优选的实施例中，第一组分构成纤维的主要部分，即其重量大于绞合线重量(“bos”)的约50％。例如，多组分绞合线中第一组分的含量可优选为约80-99wt％bos，例如含量范围为约85-95wt％bos。在这类优选实施例中，非弹性体组分的含量应该小于约50wt％bos，例如含量范围为约5-20wt％bos。在这类优选实施例的优选方面，第二组分的含量范围为约5-15wt％bos，这取决于用作第二组分的确切聚合物。在一种优选实施例中，提供了壳/核结构，其中核与壳的重量比例大于或等于约85∶15，例如为95∶5。或者，第一组分的含量可低至30wt％或更低，尤其是在纤维成本成为主要的考虑因素的应用中。
申请人已经发现了具有特殊结构且含有有效量特殊组分的多组分绞合线提供了意想不到的性质。更具体地，申请人已经确认在第二组分所在的区域基本构成绞合线外表面的实施例中，如在图1A-图1E所示的实施例中，如果第二组分的含量低于20wt％bos，则当进行充分的拉伸激活时，既可在第一组分又可在第二组分中形成断续的皱褶。该皱褶使得到的织物具有微纤维触感。
存在于壳和核中的皱褶为多条肋的形式，该多条肋在垂直于纤维轴向的周向中形成，并沿着纤维的轴向延伸。这些皱褶使纤维的外周具有波纹管状的外表面形状。优选地，肋的高度(峰到谷)至少约为纤维直径的1/20。优选地，每个肋的宽度(峰到峰)高达几微米。由拉伸激活步骤引起的皱褶存在于保持在放松状态的纤维内。皱褶的形状和尺寸很容易改变。例如，通过改变聚合物的类型、组分比例、在纺纱和/或拉伸激活期间发生的伸长量、或纤维的冷却速率，从而可改变轴向间距、高度和宽度。
本发明的可分离绞合线还可具有有利的纤维几何形状。更具体地，当经过拉伸激活的绞合线内的非弹性体组分在分离后位于更中心处的弹性体组分周围发生聚集或起褶时，本发明的可分离绞合线可形成自聚集的结构。这种聚集产生的“自构型”绞合线的特征是，与非聚集的绞合线相比，该绞合线具有更柔软的手感或触感。分开的可分离结构沿着分离的长度方向向下还可具有纽结或皱褶。通常也认为这类纽结或皱褶对裂散纤维内更柔软的手感或触感是有利的。
在优选的实施例中，弹性体组分存在于可分离的结构的内部区域中，或者凹进可分离的结构内，从而进一步优化裂散纤维最终的柔软性并使相邻绞合线的弹性体组分之间在纺纱和淬火期间的接触降至最低。例如，可提供带尖端的三叶形纤维，其具有弹性体内部和非弹性体尖端。为了进一步降低弹性聚合物对美观方面的影响，并减少挤出期间绞合线之间的弹性体接触量，可将非完全包围多组分结构中的弹性体组分的含量降至最低。例如，在可分离的结构中可优选包括70wt％或更低含量的弹性体组分。
如上所简述的，可进一步根据本发明形成螺旋形或螺线形的纤维。螺旋形或螺线形结构的绞合线可使织物结构具有许多优点，包括使厚度增加。如上所述，可采用如图1B、1J或1K所示的不对称结构，使多组分绞合线具有螺旋形结构。也可采用改进的喷丝头设计使绞合线具有螺旋形或螺线形结构。更具体地，可以一定角度，如相对于纺线的法面成斜角切割喷丝头孔(或狭缝)的出料表面。通常认为这一斜角将角动量传递到复合的纤维绞合线中，导致绞合线发生缠绕或绕轴旋转。这一设不计并不依赖于有差别的聚合物性质、拉伸，也不依赖于热量，就能够产生螺旋形结构。在采用未拉伸的单纤维的情况下，可以预料到单纤维的形状类似于螺杆的形状，其中螺杆的至少一部分螺纹由第二非弹性体组分构成，而轴则主要由弹性体构成。这与许多受过拉伸或加热的多组分纤维的情形不同，其中单纤维更类似于弹簧(称为螺旋形波纹)。本发明的纤维可由于处理过程而既可以形成螺旋形缠绕卷(螺杆)，又可以形成螺旋形波纹(卷簧)。
本发明的螺旋形或螺线形绞合线是有利的，原因是该绞合线还进一步最大程度地降低了相邻纤维之间任何可能的弹性体-弹性体接触。另外，在可分离的螺旋形结构中，非弹性体组分在分离后可更好地缠绕在弹性体组分的周围。螺旋形可分离结构中的缠绕情形得以改进，这提高了第二组分的防护性质，降低了得到的织物的弹力感，并由于聚集物增多而赋予了较柔软的触感。裂散纤维或非裂散纤维中都具有这些优点。
用作第一和第二组分的材料可有许多不同的种类。通常基于绞合线所需要的功能而选择该材料。在一种实施例中，本发明组分中所采用的聚合物的熔流为约5到约1000。通常，与纺丝粘合工艺相比，熔体喷射工艺所采用的聚合物具有更高的熔流。
第一组分可由本领域公知的一种或多种弹性聚合物的任意组合制得。例如，第一组分可由聚氨酯(包括聚酯聚氨酯和聚醚聚氨酯)、聚醚酯、聚醚酰胺、低晶态(密度小于0.90g/cm3)的聚烯烃(如弹性体聚丙烯、弹性体聚乙烯，以及基于丙烯和/或乙烯的共聚物和互聚物)、互聚物(结晶性或非结晶性组分的无规共聚物，如乙烯/苯乙烯的假无规共聚物)、形成弹性体纤维的嵌段聚合物、及这些物质的混合物构成。例如，弹性体聚丙烯在美国专利6,525,157，WO 2003040201(美国专利申请20030088037对应于WO 2003040201)中有所描述，将其全部以引用方式并入本文。形成弹性体纤维的示例性嵌段共聚物包括共聚酯、共聚酰胺、基于聚苯乙烯(S)和不饱和的或完全氢化的橡胶段的二嵌段和三嵌段共聚物。用于与聚苯乙烯相结合的橡胶段包括丁二烯(B)、异戊二烯(I)、或氢化物、乙烯-丁烯(EB)。因此，可采用S-B、S-I、S-EB以及S-B-S、S-I-S和S-EB-S嵌段共聚物。在优选的实施例中，第一组分由聚氨酯(例如聚酯聚氨酯)，或由聚酯弹性体制成。
只要具有纤维可成形性，第一组分中所包含的合适聚氨酯就不受特别限制，但认为热塑性的低硬度(Shore A≤80)聚氨酯是优选的。热塑性聚氨酯是由高分子量的二元醇、有机二异氰酸酯和增链剂反应得到的聚合物，可进行熔纺。优选地，聚氨酯弹性体的分子量至少为100,000道尔顿。
高分子量的二元醇在两端上都具有羟基，平均分子量可为500-5,000。高分子量的二元醇的例子有醚类聚醇，如聚四亚甲基二醇、聚丙二醇等；酯类聚醇，如聚己二酸己二醇酯、聚丁烯己二酸酯(polybutylene adipate)、聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇等；或这些物质的混合物。
增链剂有分子量为500或更低的1，4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、二(2-羟基乙氧基)苯。其中1，4-丁二醇和二羟基乙氧基苯是常见的，可优选采用。可考虑采用具有1个或多个氨基末端的增链剂，如乙醇胺或乙二胺，但它们通常与二元醇增链剂混合使用，且百分比含量较低(小于增链剂重量的10％)。
示例性的有机二异氰酸酯包括亚苄基二异氰酸酯(TDI)、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、不发黄的二异氰酸酯如1，6-己烷二异氰酸酯等、及这些物质的混合物。其中特别优选MDI。
MDI和增链剂在聚氨酯中的含量指标——硬节段的重量百分比(％HS)与聚氨酯的硬度有关，且通常为约55wt％-15wt％。在优选的实施例中，聚氨酯包括约40wt％-20wt％的硬节段。
另外，可在聚氨酯中加入已知的改性剂或混溶剂，如二氧化钛、染料和颜料、UV稳定剂、UV吸收剂、杀菌剂等。
除了上述的高分子量二元醇、有机异氰酸酯和增链剂之外，可在聚氨酯中混合入低百分含量的类似组分从而进行一定程度的交联，其中该类似组分具有较高的官能度，即具有2个以上羟基或异氰酸酯基团。一般来说，优选将总交联度保持在10％当量(10equivalence％)以下，如在5％当量以下。
如上所述，也可采用聚酯弹性体作为弹性体成分。一般来说，聚酯弹性体包括作为硬节段的短链状酯部分和作为软节段的长链状聚醚部分和/或长链状聚酯部分。短链状酯通常由芳香族二羧酸和分子量为250或更低的低分子量二元醇构成。用作硬节段的合适芳香族二羧酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、联苯甲酸、具有两个苯环的取代二羧基化合物如二(对-羧基苯基)甲烷、对-氧代(对-羧基苯基)苯甲酸、亚乙基-二(对-氧代苯甲酸)、1，5-萘二甲酸等。特别优选的是亚苯基二羧酸，即对苯二甲酸和间苯二甲酸。示例性的低分子量二元醇包括分子量为250甚至更低的任何二元醇，如乙二醇、丙二醇、1，4丁二醇、1，6己二醇、环己烷二甲醇、间苯二酚、对苯二酚等。优选地，脂肪族二元醇包含2-3个碳原子。
用于聚酯弹性体中的示例性长链状聚醚部分包括聚(1，2-和1，3-氧化丙烯)二醇、聚(氧亚丁基)二醇、氧化乙烯-1，2-氧化丙烯的无规或嵌段共聚物，等等。优选聚(氧亚丁基)二醇作为长链状聚醚。用于聚酯弹性体中的示例性长链状聚酯部分包括聚(脂肪族内酯二元醇)，如聚己内酯二元醇、聚戊内酯二元醇等。特别优选聚己内酯二元醇。另一种长链状聚酯部分可为脂肪族聚酯二元醇，例如二元酸如己二酸、癸二酸、1，3-环己二酸、戊二酸、丁二酸、乙二酸、壬二酸等与低分子量的二元醇如1，4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、1，6己二醇等的反应产物。
作为上述典型的弹性体的例子，可采用市售产品，如HYTREL弹性体(Du Pont-Toray Co.)、PELPRENE弹性体(Toyobo Co.)、GRILUX弹性体(Dainippon Ink and Chemicals Inc.)、ARNITEL弹性体(AKZO Co.)。
聚酰胺弹性体也包括硬节段和软节段。硬节段可采用聚酰胺嵌段如尼龙66，610，612或尼龙6，11，12，而软节段可采用聚醚嵌段，如聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基二醇等，或脂肪族聚酯二醇。得到的聚酰胺弹性体的性质随着作为硬节段的聚酰胺原材料、作为软节段的聚醚或聚酯原材料，以及硬节段/软节段比例的变化而有所不同。例如，当增加硬节段的含量时，提高了机械强度、耐热性和耐化学性，但同时也降低橡胶弹性。相反，当减少硬节段的含量时，提高了耐寒性和柔软性。
作为上述典型的聚酰胺弹性体的例子，可采用市售产品，如DIAMIDE弹性体(Daicel Huls Co.)、PEBAX弹性体(TorayCorp.)和GRILUX弹性体(Dainippon Ink and Chemicals Inc.)。
相似地，基于聚苯乙烯的共聚物弹性体包含硬节段和软节段。硬节段可从聚苯乙烯制成。软节段可从已被嵌段共聚合的聚丁二烯、聚异戊烯或聚乙烯丁烯得到。从上述成分得到的弹性体被称为是SBS，SIS和SEBS。也可采用苯乙烯和例如乙烯之类的无规共聚物，典型为聚乙烯中随机地插入单个苯乙烯分子的无规共聚物。另外，如果苯乙烯部分的含量增加，则机械强度随之提高，但倾向于使硬度增大，同时使橡胶弹性损失。相反地，如果苯乙烯部分的含量减少，则发生相反的情况。
作为上述典型的聚苯乙烯弹性体，可采用市售产品，如KRATONG弹性体(Kraton Corp.)、VECTOR弹性体(Dexco)、CARIFLEX弹性体(ShellKagaku K.K.)、RABALON弹性体(Mitsubishi Petroleum Co.)、TUFPRENE弹性体(Asahi Chemical Industry Co.)、ARON弹性体(AronCo.)。
本发明中还可采用的商购弹性体包括Dow Chemical旗下的PELLETHANETM聚氨酯、Kraton Corp.出售的KRATON聚合物、以及DEXCO出售的VECTOR聚合物。其它的弹性体热塑性聚合物包括聚氨酯弹性体材料，如BASF出售的ELASTOLLAN、B.F.Goodrich Company出售的ESTANE，聚酯弹性体材料，如Akzo Plastics出售的ARNITEL；以及聚醚酰亚胺材料，如ElfAtochem Company出售的PEBAX。本发明中也可优选采用多相嵌段聚合物，如Montel以CATALLOY品牌出售的聚合物。本发明中也适于采用美国专利5,594,080中所公开的聚丙烯聚合物和共聚物。第一组分还可采用弹性体聚乙烯，如购自Dow Chemical的58200.02 PE弹性体，以及购自Exxon Chemical Company的EXACT 4023。本发明中还可采用如上列举的弹性体与另一种弹性体构成的聚合物混合物，或与例如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龙等非弹性体热塑性聚合物构成的聚合物混合物。本领域的技术人员将认识到可通过聚合物化学性质和/或将弹性体与非弹性聚合物相混合来调节弹性体的性质，从而使弹性体所具有的弹性范围为从完全的弹性拉伸和回复性质变化到较低的拉伸和回复性质。
当第一组分是一种或多种弹性体的混合物时，首先将合适用量的各材料相混合。可采用商业化的合适的搅拌机，包括由德国Barmag AG供应的Barmag 3DD三维动力学搅拌器，以及英国Rubber and PlasticResearch Association供应的RAPRA CTM腔转移式搅拌机。
第二组分可由与制成第一组分的聚合物或聚合物组合物相比弹性较差(弹性更小)的任何聚合物或聚合物组合物制成。典型地，形成纤维的非弹性热塑性聚合物包括聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯，聚酯，聚酰胺，聚苯乙烯，及这些物质的混合物。应该理解这些聚合物可为均聚物，也可包括较少量的共聚单体。
对于适合的第二组分聚合物组合物，一个特例是聚乙烯/聚丙烯混合物。在这一混合物中，聚乙烯和聚丙烯通常以这样的比例混合，即材料中含有2-98wt％的聚丙烯，其余为聚乙烯。由这些聚合物混合物制成的绞合线具有柔软的手感，同时具有非常小的“粘着性”或表面摩擦性。
第二组分中可采用各种聚乙烯，且最优选线形低密度的聚乙烯。可制造具有各种密度和熔融指数性质的LLDPE，这使得该聚合物适于与聚丙烯一起进行熔纺。线形低密度聚乙烯(LLDPE)在单纤维挤出工艺中也有良好表现。优选的密度范围为0.87-0.96g/cc，更优选0.90-0.96g/cc；优选的熔融指数范围通常为0.2-约150g/10min(ASTM D1238-89，190℃)。
第二组分中所包含的丙烯可以是等规立构或间规立构的聚丙烯均聚物、共聚物或三元共聚物，最优选为均聚物的形式。可采用改性的低粘性或高熔流(MF)聚丙烯(PP)。示例性的熔流为35，25和17。本发明中可采用的商购聚丙烯聚合物的例子包括有ARCO 40-7956X，BP50-7657X，Basell PH805和Exxonmobil 3155E2。
适用于第二组分中的示例性聚酯包括共聚合的聚酯，该共聚合的聚酯由作为主要成分的聚对苯二甲酸乙二醇酯、和最多50mol％的另一种二羧酸成分如间苯二甲酸、和/或最多35mol％的另一种二元醇成分如二乙二醇、三乙二醇、新戊二醇、丁二醇等进行共聚合而得到。
正如第一组分的情况一样，当第二组分是混合物时，聚合物材料如聚乙烯和聚丙烯以合适的比例量混合，并在制造纤维之前充分混合在一起。
尽管以上已经对本发明多组分绞合线的主要组分展开了描述，但第一和/或第二组分还可包括对多组分绞合线不会产生副作用的其它材料。例如，第一和第二聚合物组分还可包括但不限于，染料、颜料、抗氧化剂、UV稳定剂和吸收剂、表面活性剂、蜡、流动性促进剂、消光剂、导电剂、杀菌剂、混溶剂、固体溶剂、加入组合物中以提高组合物各组分的加工性能和可分离性的颗粒和材料、自由基清除剂、胺、UV抑制剂、着色剂、填料、抗粘连剂、增滑剂、光泽调节剂等，及这些物质的组合。通常，每种所存在的添加剂的含量低于约5wt％。
本发明的绞合线可用于制成织物，尤其是无纺织物。该绞合线也可用于制成纱和线，该纱线随后可引入编织织物或机织织物中。
可采用复合纤维领域中已知的任何设备对本发明的多组分弹性体绞合线进行熔纺。在纺丝之后，本发明的多组分绞合线通常还需要经历激活步骤，如拉伸激活步骤，从而使它们具有整个范围的弹性性质。例如，本发明中被纺丝的壳/核绞合线的特征是具有较光滑的表面和较硬的触感，直到激活处理在纤维内造成皱褶并获得改进的弹性。这些皱褶使绞和线柔顺，并具有柔软的触感。从而使起始模量降低，这表明通过激活步骤获得了改进的弹性。
类似地，本发明中被纺丝的可分离性绞合线的特征是具有较光滑的表面和较硬的触感，直到激活处理完全或部分使绞合线分裂为其组分部分。在渐增性拉伸激活之后，所得到的分离的绞合线具有较柔软的自构型表面，非弹性体组分在弹性体组分的周围聚集或起褶。类似地，可注意到本发明激活后的易分裂性绞合线中也发生了起始模量降低现象。
尽管可能在绞合线形成无纺网状结构或处理之前进行渐增性拉伸处理，但通常是在绞合线已经形成为无纺网状结构或无纺织物之后再进行渐增性拉伸处理。激活处理通常对无纺网状结构或无纺织物进行1.1到10.0倍的渐增性拉伸。在优选的实施例中，无纺网状结构或无纺织物被拉伸或拉长至起始长度的约2.5倍。可采用本领域中已知的任何设备完成本发明中的渐增性拉伸步骤。
可采用许多不同的拉伸机和技术对无纺纤维网状结构和弹性体薄膜的起始或原始叠层进行拉伸处理。例如，可采用对角线啮合式拉伸机、横向(“CD”)啮合式拉伸装置、纵向(“MD”)啮合式拉伸装置。对角线啮合式拉伸机包括位于平行轴上的一对左手螺旋和右手螺旋齿轮状部件。平行的轴设置在机面的两块板之间，下方的轴位于固定的轴承中，而上方的轴位于垂直滑动部件内的轴承中。通过楔形部件在垂直方向上调节滑动部件，该楔形部件是由调节螺杆来进行操作的。楔形部件的旋出和旋入使可垂直滑动的部件分别向下或向上移动，从而进一步使上方啮合辊的齿轮状辊齿与下方啮合辊相啮合或相分离。装在侧壁上的测微计可用来指示啮合辊中辊齿的啮合深度。采用气缸使处于较低啮合位置的滑动部件稳固地靠在调节楔形部件上，从而对抗由被拉伸的材料所施加的向上的力。这些气缸也可缩回而使上方和下方的啮合辊相互分离从而使材料穿过啮合设备，或着在激活时与安全电路相连从而可打开所有加工辊隙点。通常采用驱动设备以驱动静止的啮合辊。如果出于机械通过或安全性的目的而要分离上方啮合辊时，优选在上方啮合辊和下方啮合辊之间采用反后冲(antibacklash)的传动装置，以确保一个啮合辊的辊齿在再啮合时总是处于另一个啮合辊的辊齿之间，从而避免啮合辊齿的齿顶之间发生可能的破坏性物理接触。如果啮合辊保持持续啮合，则通常无需驱动上方的啮合辊。可使被驱动的啮合辊穿过正在被拉伸的材料，从而实现驱动。啮合辊可以类似于小螺距的螺旋齿轮。在一种实施例中，啮合辊的直径为5.935”，螺旋角为45°，法向节距为0.100”，径向节距为30，压力角为141/2°，且该啮合辊基本是长齿顶的有顶齿轮。这产生了又窄又深的齿形，该齿形所允许的啮合深度最多达约0.090”，而在轮齿侧为材料厚度留有的间隙为0.005”。辊齿并非设计用于传递旋转扭矩，且在法向啮合拉伸的操作中并不发生金属与金属的接触。横向啮合拉伸的设备类似于对角线啮合拉伸的设备，但在啮合辊设计上和其它的较小区域上有所不同，如下所述。由于横向拉伸的啮合部件可具有较大的啮合深度，因此重要的是设备中包括有使两个啮合辊的轴在上方轴升高或降低时保持平行的装置。这对于确保一个啮合辊的辊齿总是处于另一个啮合辊的辊齿之间，并避免啮合辊齿之间发生可能的破坏性物理接触来说是必要的。这种平行运动是通过齿条和齿轮装置来实现的，其中静止的齿轮齿条固定在与垂直的滑动部件相毗邻的各侧壁上。轴在侧壁上往复移动，在每个垂直的滑动部件的轴承中进行操作。齿轮位于轴的每一端，与齿条进行啮合而产生预期的平行运动。对横向啮合拉伸机的驱动必须既操作上方的啮合辊又操作下方的啮合辊，但以较高的摩擦系数对材料进行啮合拉伸的情况除外。驱动无需是反后冲(antibacklash)的。横向啮合部件由固体材料制造，但最好是直径不同的两个盘的交替叠层部件。在一种实施例中，啮合盘的直径为6”，厚度为0.031”，且在其边缘上具有完全的半径(full radius)。分离啮合盘的间隔盘的直径为51/2”，厚度为0.069”。具有这种结构的两个辊的啮合深度可达到0.231”，在所有侧面上为材料留下0.019”的间隙。正如对角线啮合拉伸机的情况一样，横向啮合部件结构中的节距为0.100”。纵向啮合拉伸设备与对角线啮合拉伸设备一样，除了啮合辊的设计不同。纵向啮合辊很类似于小螺距的正齿轮。在一种实施例中，纵向啮合辊的直径为5.933”，节距为0.100”，径向节距为30，压力角为141/2°，且基本上是长齿顶的有顶齿轮。以齿轮滚刀偏移量0.010”在这些辊上走第二遍，从而提供间隙更大的窄辊齿。当啮合深度为0.090”时，该结构在侧面上将为材料厚度留有约0.010”的间隙。上述的对角线方向、横向或纵向啮合拉伸机可用于制造本发明渐增性拉伸的无纺网状结构。
一种合适的渐增性拉伸系统的示例性结构如图2所示。渐增性拉伸系统10通常包括由第一拉伸辊12(如顶部)和第二拉伸辊(如底部)组成的一对辊，其中第一拉伸辊12和第二拉伸辊14的设置形成了辊隙。第一渐增性拉伸辊12通常包括多个突起(诸如凸出的环)，以及相应的凹槽，该突起和凹槽都环绕着第一渐增性拉伸辊12的整个周边延伸。类似地，第二渐增性拉伸辊14包括多个突起(如凸出的环)，以及相应的凹槽，该突起和凹槽也环绕着第二渐增性拉伸辊14的整个周缘延伸。第一渐增性拉伸辊12上的突起与第二渐增性拉伸辊14上的凹槽相互啮合或接合，同时，第二渐增性拉伸辊14上的突起与第一渐增性拉伸辊12上的凹槽相互啮合或接合。当网状结构穿过渐增性拉伸系统10时，网状结构横向(CD)受到渐增性拉长或拉伸。在优选的实施例中，突起是环形的，该渐增性拉伸系统被称为“环形辊”。
可选地或附加地，也可采用如图3所示的一种或多种渐增性拉伸系统对网状结构进行纵向(MD)渐增性拉伸。如图3所示，纵向渐增性拉伸系统16类似地包括具有啮合突起和凹槽的一对渐增性拉伸辊。然而，纵向渐增性拉伸系统内的突起和凹槽通常是在跨越辊的宽度方向上延伸，而不是环绕辊的周缘延伸。
或者，渐增性拉伸可与流体冲击一起进行。例如，可将受热流体引导到网状结构的表面上。示例性的流体包括水或空气。受热流体的适宜温度包括低于35℃的温度。
由于渐增性拉伸处理的性质，在一次单程处理中仅有一部分网状结构受到拉伸激活。换言之，单程穿过渐增性拉伸系统之后，网状结构(因此是多组分绞合线)的多个部分将被拉伸激活而具有更大的弹性，然而网状结构(因此是多组分绞合线)的其它部分未受到拉伸激活而具有小得多的弹性。因此，部分激活的织物，即已经经过单程渐增性拉伸的网状结构，包括了狭窄的、间隔开的、纵向延伸的拉伸激活的弹性区，该拉伸激活区被插入的、纵向延伸的、非激活的且弹性小得多的区域分开。
因此，本发明制成的网状结构可经历一个或多个激活步骤而完全挖掘出网状结构的弹性性质。例如，可将本发明制成的网状结构引导通过一系列渐增性拉伸系统。在本发明的有利方面，可将本发明制成的网状结构引导通过一系列偏置的渐增性拉伸系统，从而使第一渐增性拉伸系统上方辊子上的突起和第二渐增性拉伸系统的上方辊子上的凹槽对准。这类实施例中偏置的渐增性拉伸系统的排列方式使网状结构内基本所有的多组分绞合线受到拉伸激活。每次渐增性拉伸之后，网状结构内受到拉伸激活的绞合线的数量有所增加，该增加可以反映在若干弹性性质上，包括网状结构起始模量的降低。
可采用本领域公知的任何技术从本发明的多组分绞合线制出无纺网状结构。被称作熔纺的一类工艺是制造无纺织物的一种普通方法。各种熔纺工艺的例子在Kinney的美国专利3,338,992、Dorschner的美国专利3,692,613、Matsuki的美国专利3,802,817、Appel的美国专利4,405,297、Balk的美国专利4,812,112，以及Brignola et al.的美国专利5,665,300中有所描述。一般来说，传统的熔纺工艺包括a)从喷丝头挤出绞合线；b)用通常是冷却的空气流对绞合线进行退火处理，从而加快熔体绞合线固化；c)单纤维在牵引张力的作用下前进穿过退火区，从而使单纤维变细，其中可以在空气流利用空气牵引单纤维，也可使单纤维缠绕在纺织纤维工业中常用类型的机械牵引辊周围而施加牵引张力；d)将拉长后的绞合线收集到带孔表面上形成网状结构；以及e)将松弛绞合线的网状结构粘合成织物。
这种粘合可采用本领域公知的任何热粘合、化学粘合或机械粘合处理方法而得到粘附性的网状结构。可优选采用热点粘合法。各种热点粘合方法都是已知的，最优选的是采用带有点粘合图案的压延辊。任何本领域已知的图案都可用于本发明的典型实施例，可采用连续或不连续图案。优选地，粘合覆盖率为6-30％，更优选地，12％的层被覆盖。按照这些百分比范围对网状结构进行粘合，使得单纤维可在整个拉伸范围内延伸，同时可保持织物的强度和完整性。在本发明的另一些方面，可采用的粘合工艺包括使绞合线缠结或捻合在网状结构中。依靠缠结或捻合的示例性粘合工艺是水缠结(hydroentanglement)。
这种类型的所有熔体粘合工艺都可用于制造本发明的弹性织物，只要熔纺工艺装配有能制造多组分绞合线的喷丝头和挤出系统。然而，一种优选的方法包括由位于成形表面下方的真空提供牵引张力。该方法提供了相对于成形表面的连续增大的绞合线速度，因此弹性绞合线迅速回复的几率很小。
也可采用另一类被称为熔体喷射的工艺来制造本发明的无纺织物。这种制造网状结构的方法在V.A.Wendt，E.L.Boone和C.D.Fluharty在NRL Report 4364中发表的“Manufacture of Superfine Organic Fibers”以及Buntin et al.的美国专利3,894,241中有所公开。传统的熔体喷射工艺通常包括a)从喷丝头挤出绞合线；b)采用高速热空气流进行退火处理，同时使紧靠喷丝头下方的聚合物流变细。一般来说，通过这种方式将绞合线拉伸至非常细的直径。然而，通过降低空气体积和速度，可能会制造出但尼尔值与普通的纺织纤维类似的绞合线。
c)将拉长后的绞合线收集到带孔表面上形成网状结构。使熔体喷射网状结构进行粘合可采用各种手段，但通常是使单纤维在网状结构内相缠结，或在弹性体具有足以缠绕在辊上的抗张强度时进行自发粘合。
任何用于挤出多组分绞合线的熔体喷射工艺，如美国专利5,290,626中公开的熔体喷射工艺，都可用于实施本发明。
为完全地公开本发明，图4示出了从多组分绞合线出发制造无纺织物的适宜工艺线的一个例子。图中，工艺线用于制造双组分的连续绞合线，但应该理解本发明包括了由具有两种或两种以上组分的多组分单纤维制成的无纺织物。例如，本发明的织物可由具有三种或四种组分的单纤维制成。或者，可提供包含单组分绞合线以及多组分绞合线的无纺织物。在这类实施例中，单组分和多组分的绞合线可结合形成单一的完整织物。
工艺线18包括一对挤出机20和20a，它们分别用于挤出第一和第二组分。将分别来自挤出机20和20a的第一聚合物材料A和第二聚合物材料B分别经熔体泵22和24而供给到喷丝头26中。用于挤出双组分单纤维的喷丝头是本领域公知的，因此在本文中不展开详述。特别适于实施本发明的喷丝头设计在美国专利5,162,074中有所公开。喷丝头26通常包括装有喷丝组合的壳体，该喷丝组合包括一个层叠在另一个之上的多块板，其上的开口排列形成引导聚合物材料A和B分别穿过喷丝头的流动路径。喷丝头26的开口排列成一行或多行。当聚合物被挤出穿过喷丝头时，喷丝头的开口形成朝下延伸的绞合线帘S。例如，喷丝头26可设置为形成带尖端的三叶形多组分单纤维。或者，喷丝头26可设置为形成同心的壳/核双组分单纤维。
工艺线18还包括退火空气鼓风机28，其位于从喷丝头26延伸的单纤维帘的附近。来自退火空气鼓风机28的空气对从喷丝头26延伸的单纤维进行退火处理。如图4所示，退火空气可从单纤维帘的一侧引出，或者退火空气也可从单纤维帘的两侧引出。
纤维牵引单元或抽吸装置30设置于喷丝头26的下方，用于接收经过退火处理的单纤维。用于对聚合物进行熔纺处理的纤维牵引单元或抽吸装置是本领域公知的。适用于本发明工艺的纤维牵引单元包括狭缝减细装置，线性纤维抽吸装置和喷射枪。在优选的实施例中，采用低牵引狭缝使本发明的纤维变细。
一般来说，纤维牵引单元30包括伸长的垂直通道，单纤维被抽吸空气牵引穿过该通道，该抽吸空气由该通道侧面进入并向下流过该通道。该抽吸空气牵引单纤维和周围的空气穿过纤维牵引单元。
无限长的带孔成形表面32位于纤维牵引单元30的下方，用于接收来自纤维牵引单元30出口的连续绞合线S而形成网状结构W。成形表面32沿着引导辊34行进。在堆积单纤维的成形表面32下方设置真空36，该真空36牵引单纤维，使其靠在成形表面32上。
工艺线18进一步包括压力辊38，当网状结构被牵引离开成形表面32时，该压力辊与前进方向上的众多导向辊34一起接收该网状结构。另外，工艺线还包括进行热点粘合的一对压延辊40，该压延辊40用于将双组分单纤维粘合在一起，使网状结构成为一体而形成最终的织物。
在图4所示的优选实施例中，行进的成形表面32上的粘合网状结构随后被传送到渐增性拉伸系统42中进行拉伸激活处理，该渐增性拉伸系统42包括一对互相交叉的拉伸辊44，46，这对辊对网状结构进行横向或纵向拉伸。
尽管图4中示出了单一的渐增性拉伸系统，但在优选的实施例中，可采用一系列这样的渐增性拉伸系统来拉伸网状结构。例如，可采用两个渐增性拉伸系统对织物进行横向拉伸激活处理。优选地，两个系统内的拉伸辊可以是偏置的，从而对网状结构进行更高程度的拉伸激活。可选地或附加地，可采用一个或多个渐增性拉伸系统对网状结构进行纵向拉伸激活。在另一种实施例中，可在一开始对网状结构进行拉伸激活，然后再进行粘合。
最后，工艺线18还包括用于缠绕粘合织物的缠绕辊48。
为进行该工艺线，分别在储料器50和52中装入第一和第二聚合物组分，该第一和第二聚合物组分分别被挤出机20和20a熔化和挤出，穿过熔体泵22和24，然后穿过喷丝头26。尽管熔融聚合物的温度随着所采用的聚合物不同而变化，但例如当采用PELLETHANETM2103-70A聚氨酯和ARCO 40-7956X聚丙烯分别作为第一和第二组分时，喷丝头处聚合物的优选温度为约200-225℃。
当挤出的绞合线在喷丝头26下方延伸时，来自退火鼓风机28的空气流对绞合线进行至少部分程度上的退火处理。退火处理后，绞合线被穿过牵引单元30的空气流牵引进入牵引单元30的垂直通道中。应该理解单元30中的抽吸空气的温度取决于多个因素，如绞合线中的聚合物类型和绞合线的但尼尔值，这些因素应是本领域的技术人员公知的。
牵拉过的单纤维穿过纤维牵引单元30的出口而堆积在行进的成形表面32上。真空36牵引绞合线，使其靠在成形表面32上而形成未粘合状态的连续绞合线无纺网状结构。该网状结构然后受到压力辊38的轻压，然后由粘合辊40进行热点粘合。热点粘合技术是本领域技术人员所公知的，在本文中不再展开详述。
然而，应该注意到粘合图案的类型可随着预期的织物强度而有所不同。粘合温度也可随着多种因素如单纤维中的聚合物而有所不同。
尽管图4所示的方法是热点粘合，但应该理解本发明的织物可采用其它的手段来进行粘合，如烘箱粘合、超声波粘合、水缠结(hydroentangling)或这些方法的组合来制造布状的织物。这些粘合技术，如通过空气粘合是本领域普通技术人员所公知的，在本文中不再展开详细讨论。
粘合的网状结构随后进行渐增性拉伸处理。尽管图4中所示出的渐增性拉伸处理方法是以辊为主的系统，但可采用本领域已知的任何渐增性拉伸系统。渐增性拉伸处理通常在高温下进行，这取决于多组分绞合线中所采用的聚合物。在优选的实施例中，渐增性拉伸在低于35℃的温度下进行。渐增性拉伸处理还通常在辊啮合深度为约0.025到0.250英寸的情况下进行。
最后，将拉伸激活的网状结构缠绕在缠绕辊48上，准备进行进一步的处理或使用。
本发明能解决与以前的工艺有关的粘着性和阻塞问题，同时获得了改进的性质。该网状结构可用于非限制性的示例产品，如一次性尿织物的面料、成人失禁产品、卫生尿垫、腰带、袖口、训练裤的侧面、绷带、耐久性产品如服装内衬、一次性或半持久性产品的部件如医用手术服等。为此目的，可采用由本领域已知的方法对该织物进行常规表面处理。例如，可采用常规的聚合物添加剂以提高网状结构的润湿性。这类表面处理提高了织物的润湿性，从而使织物易于用作衬里或用作女性护理、婴儿护理、儿童护理和成人失禁产品中处理大量液体的材料。
也可采用本领域技术人员已知的技术对本发明的织物进行其他处理，如采用抗静电剂、酒精驱避剂等对本发明的织物进行处理。
通过以下的非限制性实施例进一步阐释本发明。前述的实施例目的在于阐释本发明，而不应曲解为限制本发明的范围或后附权利要求的范围。
在类似于图4所示的纺粘装置上制造由10/90的壳/核双组分单纤维构成的网状结构。核部分由PELLETHANE2103-70A聚氨酯制造，而壳部分则由Dow ASPUN 6811聚乙烯制造。该单纤维通过具有144个孔的模来进行纺丝，这些孔的孔径为0.35mm。以约600m/min的速度牵引该单纤维穿过空气减细装置，并使单纤维分布在有孔的带上，成为基重为68gsm的网状结构。单纤维的但尼尔值约为5。该网状结构在111℃的温度下进行热点粘合，然后穿过机械渐增性拉伸装置而在纵向和横向方向上都受到拉伸。织物的机械性质如表1所示。
实施例2在实施例1所使用的装置中制造由9/91的壳/核双组分单纤维构成的网状结构。核部分由PELLETHANE2102-75A聚氨酯制造，而壳部分则由Acro 40-7956x聚丙烯制造。该网状结构在136℃的温度下进行热点粘合，然后在纵向和横向方向上都受到机械渐增性拉伸。织物的机械性质如表1所示。
实施例3在类似于图4所示的纺粘装置上制造由10/90的壳/核双组分单纤维构成的网状结构。核部分由PELLETHANE2102-75A聚氨酯制造，而壳部分则由Acro 40-7956X聚丙烯制造。该单纤维通过具有4000个孔的宽度为1.2米的模来进行纺丝，这些孔的孔径为0.35mm。以约1200m/min的速度牵引该单纤维穿过空气减细装置，并使单纤维分布于有孔的带上，成为基重为50gsm的网状结构。单纤维的但尼尔值约为5。该网状结构在138℃的温度下进行热点粘合，然后在纵向和横向方向上都受到机械渐增性拉伸。织物的机械性质如表1所示。
实施例4在类似于图4所示的装置上制造由20/80的壳核双组分单纤维构成的网状结构。核部分由PELLETHANE2102-75A聚氨酯制造，而壳部分则由Dow ASPUN 6811聚乙烯制造。该网状结构在118℃的温度下进行热点粘合，然后在纵向和横向方向上都受到机械渐增性拉伸。织物的机械性质如表1所示。
表1弹性双组分织物的性质

应力松弛的测定方法为使织物伸长至计量长度(gauge length)的50％，保持样品5分钟，同时检测应力衰减。应力松弛的百分比为(1-最终的应力/起始应力)×100％。采用Instron Tensile测试装置以测定弹性体无纺纤维织物(spunlaid fabric)的应力与应变的关系。织物的基重由实际冲压的样品重量或由制造辊得到的许多大片的平均重量确定。
实施例5采用与实施例1类似的挤出方法制造三匹弹性双组分纺粘织物。这三匹织物全部是由4.0但尼尔的壳/核双组分单纤维制成，该壳/核双组分单纤维的组成为5/95Acro 40-7956X聚丙烯/PELLETHANE2103-70A聚氨酯。该织物在110℃下进行热点粘合。样品1在不受到任何拉伸激活的情况下测试。样品2穿过环形辊装置一次而受到拉伸激活。样品3以相同方向穿过环形辊装置两次而受到拉伸激活。环形辊装置中，每英寸上装配有17个平行的环，辊啮合的深度为0.16”。拉伸激活作用减少了拉伸样品所需要的力。使样品1伸长100％所需的力为2.4kgf/in(每英寸上的千克力)。使样品2伸长100％所需的力为1.8kgf/in。使样品3伸长100％所需的力为1.6kgf/in。采用连续拉伸激活步骤而使起始模量降低，这表明各种网状结构中以前未激活的绞合线在每次连续的环轧期间发生了拉伸激活。
实施例6采用类似于实施例1的挤出方法制造两匹双组分的纺粘织物。两匹织物都是由7但尼尔带尖端的三叶形单纤维(类似于图1C所示的)制造的。单纤维中心部分的聚合物是Vector4111。位于尖端的聚合物是DowASPUN 6811A LLDPE。该织物在69℃的温度下进行热点粘合。样品1在不受到任何拉伸激活的情况下测试。样品2穿过环形辊装置两次而受到拉伸激活。环形辊装置中，每英寸上装配有17个平行的环，辊啮合的深度为0.16”。拉伸激活作用与实施例5中所检测到的有所不同。使样品1和2伸长100％所需的力为1.4kgf/in。然而，使样品3伸长100％所需的力为0.1kgf/in。这种情况下，要求两次穿过环形辊而对相对较厚的聚乙烯外层进行拉伸。从扫描电子显微照片可明显观察到拉伸对单纤维几何形状的作用。具体来说，样品1中的单纤维相对较直，而样品3中的单纤维是高度缠结的并呈小圆齿形。单纤维的高度小圆齿化形状使织物具有弹性。样品1可从伸长100％的状态回复60％。样品2可从伸长100％的状态回复90％。
采用类似于实施例1的挤出方法制造出三匹弹性双组分纺粘织物。这三匹织物全部是由8但尼尔的壳/核双组分单纤维制成的。构成单纤维核的聚合物是Dow 58200.02PE弹性体，单纤维的核部分占95％。构成单纤维壳的聚合物是Dow 6811A LLDPE/PP均聚物的85/15混合物，单纤维的壳部分占5％。该单纤维网状结构在110℃下进行粘合。样品1在不受到任何拉伸激活的情况下测试。样品2穿过环形辊装置而受到拉伸激活。样品3以相同方向穿过环形辊装置两次而受到拉伸激活。环形辊装置中，每英寸上装配有17个平行的环，辊啮合的深度为0.16”。拉伸激活作用减少了拉伸样品所需要的力。使样品1伸长100％所需的力为1.0kgf/in。使样品2伸长100％所需的力为0.6kgf/in。使样品3伸长100％所需的力为0.4kgf/in。
权利要求
1.一种制造弹性无纺织物的方法，包括在至少一个方向上对无纺网状结构进行渐增性拉伸处理，从而激活所述无纺网状结构的弹性性质，并形成所述弹性无纺织物，其中所述的无纺网状结构包括多根多组分绞合线，所述的多组分绞合线包括沿所述绞合线长度方向纵向共同扩张的第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述的第一组分包括弹性聚合物，而所述的第二组分则包括弹性低于所述第一聚合物组分的聚合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的无纺网状结构由下列步骤制成对多根多组分绞合线进行熔纺，其中所述的多组分绞合线具有沿所述绞合线长度方向纵向共同扩张的第一聚合物组分和第二聚合物组分，所述的第一组分包括弹性聚合物，而所述的第二组分则包括非弹性体组合物；使所述多组分绞合线形成无纺网状结构；以及使所述的绞合线进行粘合或缠结，从而形成粘附性的粘合无纺网状结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的对网状结构进行渐增性拉伸处理的步骤包括对所述织物进行拉伸处理，从而使所述多组分绞合线的多个部分受到拉伸激活而具有弹性，同时所述多组分绞合线的其它部分未受到拉伸激活而具有小得多的弹性。
4根据权利要求1所述的方法，其中所述的对网状结构进行渐增性拉伸处理的步骤包括对所述织物进行拉伸处理，从而使基本全部的多组分绞合线受到拉伸激活而具有弹性。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的对网状结构进行渐增性拉伸处理的步骤包括既在纵向上又在横向上对所述网状结构进行渐增性拉伸处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述的对网状结构进行渐增性拉伸处理的步骤包括引导所述网状结构穿过至少一对相互交叉的拉伸辊。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述的引导网状结构穿过至少一对相互交叉的拉伸辊的步骤包括在所述织物中形成狭窄的、间隔开的、纵向延伸的拉伸激活弹性区，所述的拉伸弹性区被插入的、纵向延伸且弹性小得多的非激活区分开。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述的对网状结构进行渐增性拉伸处理的步骤包括引导所述网状结构穿过第一对相互交叉的拉伸辊而拉伸激活网状结构的第一部分，随后引导网状结构穿过第二对相互交叉的拉伸辊而对网状结构内未激活绞合线的第二部分进行拉伸激活处理。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述的对网状结构进行渐增性拉伸处理的步骤包括使流体冲击到所述网状结构的表面上。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述的流体为水或空气。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述的第一聚合物组分包括弹性体聚氨酯、弹性体聚乙烯、弹性体聚丙烯、苯乙烯嵌段聚合物或这些物质的混合物，而所述的第二聚合物组分则包括弹性低于所述第一组分的聚烯烃。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述的第二聚合物组分包括聚丙烯、聚乙烯或这些物质的混合物。
13.根据权利要求2所述的方法，其中所述的熔纺步骤包括使第一聚合物组分和第二聚合物组分在绞合线的横截面中排列形成壳/核结构，而其中所述的对网状结构进行渐增性拉伸处理的步骤则包括在绞合线的壳和核中都形成皱褶。
14.根据权利要求2所述的方法，其中所述的熔纺步骤包括使第一聚合物组分和第二聚合物组分在绞合线的横截面中排列形成分段饼形结构的聚合物组分，而其中所述的对网状结构进行渐增性拉伸处理的步骤则包括使第一聚合物组分和第二聚合物组分相互分离，或者形成弹性较小组分沿着绞合线长度向下的蛇形或其它非线形的无规织构。
15.根据权利要求2所述的方法，其中所述的熔纺步骤包括使第一聚合物组分和第二聚合物组分在绞合线的横截面中排列成带有尖端的多叶形结构的聚合物组分，而其中所述的对网状结构进行渐增性拉伸处理的步骤则包括使第一聚合物组分和第二聚合物组分相互分离，或者形成沿绞合线长度向下的波浪形。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述的多组分绞合线的至少一部分具有壳/核结构。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述的多组分绞合线的至少一部分具有三叶形或带有尖端的三叶形结构。
18.一种弹性体无纺织物，包括随机排列形成无纺网状结构的多根多组分绞合线；多个粘合位置或基本上随机缠绕的绞合线，它们将所述绞合线粘合在一起而形成粘附性的粘合无纺织物；包括第一聚合物组分和第二聚合物组分的所述网状结构绞合线，所述的第一聚合物组分包括弹性聚合物，而所述的第二聚合物组分则包括非弹性聚合物；以及其中所述网状结构中多组分绞合线的第一部分受到拉伸激活而具有弹性。
19.根据权利要求18所述的织物，其中所述的网状结构中多组分绞合线的其它部分未受到拉伸激活而具有低于所述第一部分的弹性。
20.根据权利要求19所述的织物，包括狭窄的、间隔开的、纵向延伸的、拉伸激活的织物内的弹性区，所述的弹性区被插入的、纵向延伸的、未激活的且弹性小得多的区域所分开。
21.根据权利要求20所述的织物，其中，所述的第一聚合物组分包括弹性体聚氨酯、弹性体聚乙烯、弹性体聚丙烯、苯乙烯嵌段聚合物或这些物质的混合物，而所述的第二聚合物组分则包括聚烯烃。
22.根据权利要求18所述的织物，其中所述的第二聚合物组分包括聚丙烯、聚乙烯或这些物质的混合物。
23.根据权利要求18所述的织物，其中所述的第一聚合物组分和第二聚合物组分排列为壳核结构，而所述绞合线的拉伸激活部分在绞合线的壳和核中都具有皱褶。
24.根据权利要求18所述的织物，其中所述的第一聚合物组分和第二聚合物组分排列为分段的饼形结构，而所述绞合线的拉伸激活部分具有相互分离的第一聚合物组分和第二聚合物组分，或者两种组分都呈现出沿着其长度向下的波浪形。
25.根据权利要求18所述的织物，其中所述的第一聚合物组分和第二聚合物组分排列为带有尖端的多叶形结构，而所述绞合线的拉伸激活部分具有相互分离的第一聚合物组分和第二聚合物组分，或者两种组分都呈现出沿着其长度向下的波浪形。
26.一种多组分纤维，包括弹性体组分和弹性低于所述弹性体组分的组分，所述的多组分纤维整体具有螺旋形结构，其中所述的弹性较低的组分在所述的弹性体组分周围聚集。
27.根据权利要求26所述的纤维，其中所述的纤维经受过渐增性拉伸。
28.一种包括多个层的服装，其中至少一个所述的层包括权利要求16所述的无纺织物。
29.根据权利要求28所述的服装，其中所述的服装是训练裤、尿织物、吸收性衬裤、失禁产品、女性卫生用品、劳动服、防护服、头罩、裤子、衬衣、手套、短袜、手术服、手术单、面罩、手术帽、手术头巾、鞋套或靴式拖鞋。
30.一种制造权利要求26所述的多组分纤维的方法，该方法采用多叶形喷丝头设计，其中以相对于模块表面非90度的角度切割狭缝中的至少一个，该至少一个狭缝定义了叶片的形状，优选地定义了所有叶片的形状。
全文摘要
一种由包括第一聚合物组分和第二聚合物组分的多组分绞合线制成的粘合网状结构，能够克服包括粘着性和阻塞在内的与无纺网状结构有关的许多问题。所述第一聚合物组分和所述第二聚合物组分排列在实质上不同的区域，这些区域沿着构成网状结构的绞合线长度的至少一部分纵向延伸，所述第二组分包含构成绞合线外表面至少一部分的区域。所述第一聚合物组分的弹性大于所述第二聚合物组分的弹性。此外，本发明还提供了一种利用绞合线渐增性拉伸的激活作用而制造弹性体纺粘无纺织物的方法。
文档编号D04H3/00GK1708611SQ200380101995
公开日2005年12月14日 申请日期2003年10月23日 优先权日2002年10月24日
发明者S·P·韦伯, J·A·奥斯汀, S·R·夏普, R·凯斯梅尔 申请人:先进设计概念股份有限公司