形成高膨松纺粘非织造纤维网和由该方法生产的产品的制作方法

专利名称：形成高膨松纺粘非织造纤维网和由该方法生产的产品的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及的是熔融纺丝方法和产品，尤其是涉及由多组分长丝形成的高膨松非织造纤维网的方法和由该方法形成的高膨松非织造纤维网。
背景技术：
熔融纺丝技术常常应用于制造非织造纤维网和多层层压制品或复合物，他们制成各种消费品和工业制品，例如单个使用的组件或短使用期限的卫生物品，一次性防护服装，流体过滤介质，和耐用物品，其中包括床上用品和地毯料。熔融纺丝技术包括有纺粘法和熔喷法，其可由缠结的长丝或纤维的一层或多层形成非织造纤维网和复合物，其长丝或纤维是由一种或多种热塑性聚合物构成。
某些非织造纤维网和复合物是通过已知的熔融纺丝方法，如纺粘法而形成的，其包括热塑性聚合物的熔融纺丝。纺粘法通常包括从熔融纺丝装置的喷丝板上的多排喷丝孔中挤压出一种或多种热塑性聚合物的细直径、半固化的纤维或长丝。相关地冷却处理空气的大量气流可直对于被挤出的长丝流以骤冷熔融热塑性聚合物。处理空气的高速气流随后被用于把长丝变细或拉伸到特殊的直径并且使其在分子数量范围内取向。被变细的长丝以长丝/空气混合物的形式朝着成形区域被推进，使得在一种移动的机集合器上形成一种非织造纤维网或一层压制品。
由传统纺粘技术形成的非织造纤维网对于某些消费者和工业产品的使用来说缺乏足够的膨松性。膨松可通过传统的制造工序来形成非织造纤维网而得以改善，其中包括挤压工艺和卷曲工艺以及随后的为生产非连续长丝所进行的切断操作。切断操作增加了长丝的膨松性。然后非连续的长丝被梳理并且用化学介质或热介质被粘合。根据图1，一种传统的改善膨松性的非织造纤维网44的纤维基质包括一些重叠分布布置的被切断的随机排列的纤维46。
由这样切断操作处理的纤维能够用于需要附加膨松性的各种消费和工业产品。例如，如果膨松性提高的话，在吸收性卫生制品中流体获得和转移层的作用更加有效。然而，对于切断长丝的要求是一种十分复杂的工序，其增加了一些附加的加工步骤。
纺粘长丝可由两种或多种热塑性聚合物形成的，在横过一多组分的长丝的横截面上排列有性质不同的区域。多组分纺粘长丝是在纺丝板上利用流体通道而挤出的，纺丝板安置有一些流体通路用以把各聚合物分别地引导过纺丝板。更常见的是，多组分长丝是使用两种不同的聚合物而挤出的，并因此准确地说是称之为双组分长丝。可将卷曲施加到这些用加热空气而变细的长丝上。然而，仅由变细而提供膨松方面的增加却是不够的。
因此希望提供一种用于形成高膨松非织造纤维网的纺粘方法和由其纺粘方法所形成的高膨松纺粘非织造纤维网。

发明内容
本发明提供一种制造高膨松纺粘非织造纤维网的方法和由该方法所制造的高膨松非织造纤维网。其方法包括由至少具有第一熔融流速的第一聚合物和具有不同于第一聚合物的第一熔融流速的第二熔融流速的第二聚合物形成的一组基本连续并且不间断的多组分长丝。长丝可通过任何传统纺丝板或通过熔融各聚合物组分并组合而形成。每一长丝具有由第一聚合物和第二聚合物分别组成的性质不同的第一和第二区域。由于具有不同的熔融流速，这些多组分长丝拥有潜在的卷曲，这些长丝被集合形成一种非织造纤维网。潜在的卷曲在集合之后通过一种激发处理工艺例如加热或施加张力而被激发。
本发明的高膨松纺粘非织造纤维网可利用形成各种不同的组分。这样的高膨松纺粘非织造纤维网可用于卫生材料的层材。作为另外一种特定的实例，本发明的高膨松纺粘非织造纤维网可用于形成任何吸收卫生制品的流体获得和转移层，即其位于吸收材料与液体渗透顶层之间。流体获得和转移层拥有一种开口渗水结构，其使得有可能使源于卫生制品穿着者的液体快速渗透和渗开，其可快速渗透和扩散开用于卫生制品吸收材料的吸收。吸收之后，流体获得和转移层与卫生制品的顶层分离开或隔离开，因此制品穿着者的皮肤不会被捕获在吸收材料上的流体再弄湿。尽管本发明描述了流体获得和转移层的内容，但本发明不是限定于其所述的特殊用途。
本发明的卷曲的长丝改善了转移层的性能并且减少形成具有增加膨松性的非织造纤维网的成本，因为非织造纤维网的挤压出的长丝不会经历生产不连续长丝的切断操作。此外，由于改善了物理特性，要求于吸收制品中的流体获得和转移层的基重可被减少。
本发明的卷曲的，基本上连续的和不间断的多组分长丝可发现其他的一些应用，其中高膨松性是非织造纤维网的一种所希望的特性。在吸收卫生制品中，本发明卷曲长丝的非织造纤维网可用作为后片材的一层，以用来提供一种较高位置误差(high-placement-error)搭接区域，其用以钩—圈扣件材料的钩型材料或对于钩型材料作为操作搭接区域的圈型材料。在除了卫生制品以外的一些应用中，本发明的卷曲长丝可以用于围巾和床垫布中的高膨松填充线材料和用于短上衣中的隔层或隔层填料。而且，本发明的卷曲长丝可用于空气过滤产品以提供一种空气流范围外的过滤颗粒的弯曲的空气通路。
本发明的这些和其它的目的及优点将从随后的附图和其描述中变得更加清楚。


结合并构成本发明具体实施例的这些附图与本发明上述的一般描述和下面给出的详细说明一起可用来解释本发明的原理。
图1是现有技术所形成的卷曲纤维的非织造纤维网的示意图；图2是根据本发明原理的多组分长丝的非织造纤维网的示意图；图3结合于图2的非织造纤维网的一种卫生制品的透视图；图4是一种能够生产图2非织造纤维网的纺粘系统的示意图。
具体实施例方式
本发明是涉及多组分长丝并且把这些长丝并入到卫生制品的各种组分中。参考图3，一次性卫生制品10通常包括有一顶片12，一后片14和一位于顶片12与后层片4之间的流体储存层16。顶片12把水状的人体流体如尿转移到流体储存层16中。卫生制品10包括流体储存层16与顶片12之间的流体获得和转移层15，其使得能够充分利用基础流体储存层16的流体容量。流体获得和转移层15是位于卫生制品中顶片12与流体储存层16之间。流体获得和转移层15把从顶片12上所转移的水状人体流体以x-y的尺寸方向分布。如在此所使用的术语“X-Y尺寸方向”表示正交于形成层15的非织造纤维网的Z尺寸方向或厚度的一个平面。X和Y尺寸方向通常分别相应于形成层15的非织造纤维网的长度和宽度。
流体储存层16包括一种吸收材料，其能够吸收大量的水状人体流体和在适度的施加压力下保持所吸收的流体。顶片12使流体能够通过以致水状人体流体可快速渗透过其厚度到达流体储存层16。后片14防止被吸收和包含于流体储存层16中的水状人体流体把存在于周围环境中的制品如短裤、睡衣和内衣给变湿。
卫生制品10包括一对锁合元件，其各共同包括一个附在后片14上的圈型扣件18和一个附在相应连接片19上的钩型扣件20，连接片19从后片14延伸出去。圈型扣件18是由圈型材料构成，其包括许多从后部结构上向外延伸的圈状构件。钩型扣件20是由具有一些从后部结构向外延伸的钩状构件的钩型材料所形成的。圈型扣件18作为一种搭接构件或区域而进行操作而钩型扣件20是作为一种连接构件或区域而进行操作，钩型扣件20可拆卸地系住或固定到圈型构件18上。本发明所设想的是卫生制品10的各种成分，例如一层后片14，流体获得和转移层15，和/或圈扣件18是由本发明的基本上连续和不间断的多组分长丝组成的非织造纤维网而形成的。
参看图4，熔融纺丝装置22包括一个能够生产基本上连续和不间断长丝26的纺丝板25，其长丝具有至少两个不同的聚合物区域。能够挤压出长丝26的纺丝板25例如在下述文献中描述，US6,478,563，共同未决的美国申请No.09/702,387，名称为“用于熔喷多组分流体长丝的装置”申请日2000年10月31日，共同未决的美国申请No.09/802,646，名称为“将单组分液态线挤出成多组分长丝的设备和方法”申请日为2001年3月9日，和共同未决的美国申请No.09/802,651，名称为“用于挤压多组分流体长丝的装置”申请日为2001年3月9日。因此这些文献中每一披露的技术在此可结合其全部内容参考。
根据本发明的原理，多组分长丝26是由两种或多种聚合物制备的，其中用于至少两种聚合物的熔融流速相差大于100克/10分钟(g/10分钟)。以275℃的试验温度计算熔融流速值。通常，一种构成聚合物的熔融流速范围为约10克/10分钟至约50克/10分钟而另一构成聚合物的熔融流速范围约110克/10分钟至2000克/10分钟，其中也是以275℃计算熔融流速值。在某些更多的具体实施例中，对于一种聚合物的熔融流速范围约为10克/10分钟至50克/10分钟，而对于另一聚合物的熔融流速范围约为400克/10分钟至2000克/10分钟。通常，熔融流速(mfr)是热塑性塑料挤压通过一小孔的速度的测量值并且是如由ASTM D1238或ISO1133指示而测定的。
每一基本连续和不间断多组分长丝26被排列为至少两个性质不同的聚合物区域。可适合排列方式包括，但不限于此，皮/芯型双组分排列，其中一种聚合物形成与由另一聚合物形成的芯部同心的外皮；偏心皮/芯型双组分排列，其中一种聚合物形成一外皮，其绕着由另一聚合物形成的芯部，其芯部偏离于外皮的中心；并列型双组分排列，其中两种聚合物是并排设置；多叶型双组分排列，其可为对称或不对称；海到型排列。长丝26可具有圆形，椭圆形，三叶形，三角形，哑铃形，扁平或空心形状。
用于制造多组分长丝26的聚合物或一些聚合物可以是任何市场可买到的纺粘等级范围宽的热塑性聚合材料，其包括但不限于此的聚烯烃，聚酯，聚酰胺，聚乙烯酸乙烯酯，聚氯乙稀，聚乙烯醇，纤维素醋酸酯等等。本发明设想的是构成长丝26的至少两种聚合物可以是具有不同熔融流速特征的同样的热塑性材料，或可以是具有不同熔融流速特征的不同热塑性材料。例如，构成长丝26的单独聚合物可以是不同熔融流速的两种聚丙烯组分。适合于均聚物聚丙烯的一种实例种类是可从ExxonMobile Chemical买到的，其包括PP2252(4mfr)，Achieve3854(24mfr)Achieve3825(32mfr)，PP3235E1(33mfr)，PP3155(36mfr)，PP3505GE1(400mfr)，PP3546G(1200mfr)和PP3746G(1500mfr)作为系列部分。在本发明的一个具体实施例中，多组分长丝26是二等分一个圆，排列双组分排列，其中一种聚合物区域是33mfr聚丙烯而另一聚合物区域是1200mfr聚丙烯。
纺丝板25从至少两个熔融器24a，24b处接收熔融聚合物流并且把这些聚合物结合一起以形成一种热塑性长丝26的帷幔，其通常横越收集器32的宽度，其收集器例如为工作台或皮带。长丝26的气载帷幔经过一单体排出系统27，其从挤压处理中排出任何残留的单体气体。长丝26的气载帷幔接下来传送到一个骤冷系统28，其把一种冷却处理空气流引导到长丝26的帷幔上以用来骤冷长丝26并且开始进行凝固处理。
参看附图4，来自骤冷系统28的长丝26的气载帷幔通过抽吸被引导到长丝拉伸装置30的入口29。长丝拉伸装置30用一种空气处理的切线高速流包围长丝26，其气流在基本平行于长丝26长度方向上施加一偏置或可拉长的力。因为长丝26是可延伸的，长丝拉伸装置30中的处理空气的高速流拉细并且分子性地取向长丝26，以形成变细的长丝34。当从长丝拉伸装置30的出口38朝着收集器32排出时，变细的长丝34是在高速处理的空气中被传送。在长丝拉伸装置30中纺丝速度是这样选择的在变细加工中长丝34的卷曲不会被显著地诱导。实际上，变细的长丝34通过随后的工序被激发所具有的潜在的卷曲。
变形的长丝34是以随机的形式向下堆放或放置在收集器32上以形成一种非织造纤维网21。非织造纤维网21是在收集器32上以机器方向36传送到一处理装置40上。在后收集处理装置40中加工处理非织造纤维网21激发长丝34的潜在卷曲。一些不同的特殊激发加工处理可用于激发潜在卷曲以生产出本发明的高膨松纺粘非织造纤维网21。
在一种激发加工处理中并继续结合附图4，处理装置40是加热包围暴露的纤维网21使加热的环境温度高于100°F。被提升的温度有效的激发长丝34的潜在卷曲。尤其是，用足够的时间以这样的温度加热长丝34，使得聚合物区域中任一区域的长度产生收缩达到比聚合物区域的另一区域有较大的范围程度。
适合于激发潜在卷曲的另外一种处理装置40是把多组分长丝34的非织造纤维网21暴露于来自液体喷射器的许多水流下，其把拉伸力或张力赋予到非织造纤维网21上。液体喷射器包括一个具有许多放射水的小孔的喷嘴，一般孔密度约是30至50孔/英寸，各孔喷射出约500psi至1500psi的高压液流或喷水流，其穿透过非织造纤维网21。高速的水使长丝34产生机械缠绕并且对长丝34加以显著的应力和张力，其激发潜在的卷曲。适用的一些液体喷射器可由FleissnerGmbH&Co(Egelsbach，Germany)获得。
继续参看图4，用于激发潜在卷曲的另一处理装置40是一种拉幅机，其是这样一种机器，非织造纤维网21在横过机器方向，通常是垂直于机器方向36(图4)在张力下拉伸到特定宽度时干燥非织造纤维网21。拉幅机是由一个加热室和一个经过加热室的传送皮带构成。传送皮带在其平行于机器方向36所延伸的各边缘上具有一个夹持结构，其中由传送装置32所携带的非织造纤维网21被移动。夹持结构在机器方向36相对于彼此有一向外偏离的角度，例如15°。非织造纤维网21从传送装置32转移到传送皮带上并且通过夹持结构而被夹紧。由于夹持结构的向外偏移，非织造纤维网21通过经过拉幅机而被拉伸或加宽。在拉伸之后，非织造纤维网21脱离开拉幅机。
在另一可选择的方式中，拉幅机在水平路径上有一对相间隔开的环形链而不是传送皮带。非织造纤维网21在边缘处通过两链上的销钉或夹子牢固地固定，其环形链随着他们前进经过加热室而分开，把非织造纤维网21调整到所希望的宽度。非织造纤维网21的长丝34主要在横向的机器方向上构成向外扩张的拉伸或张力，其激发潜在卷曲。
能够激发长丝34的潜在卷曲的另一处理装置40包括两组握持辊，他们在机器方向36上间隔开，其中非织造纤维网21被传送过握持辊。两组握持辊的角速度不同，后组的握持辊的转速快于前组的握持辊的转速。角速差将机器方向36上的连续拉伸或张力施加到长丝34上。所施加的张力激发长丝34的潜在卷曲以用来增加非织造纤维网21的膨松性。
对于激发潜在卷曲来说，与取决处理装置40的具体类型是无关的，构成非织造纤维网21的多组分长丝34是通过激发卷曲而被松散开的，从而提高膨松性。参看图2，比较于传统长丝46构成的非织造纤维网44(图1)，由本发明的变细(attenuated)多组分长丝34构成的非织造纤维网21具有较高的膨松性，减少的密度，改进的柔软度和增进的弹性。尤其是，比较于由传统切断的不连续的长丝46形成的非织造纤维网44膨松性特征，本发明的每一多组分长丝34卷曲成曲折花纹提供有改进的膨松性。
由本发明高膨松纺粘非织造纤维网形成的流体获得和转移层，例如流体获得和转移层15改善了在顶片与流体储存层之间x-y方向上的流体转移。由本发明多组分长丝的粘非织造纤维网形成的流体获得和转移层还能提高卫生制品的相关的吸收材料的获取率，因为纤维网的多孔性(即填充到开口空间的比率)比传统纤维网来说被得以提高，从而增加了流体经过纤维网的转移率。流体获得和转移层的高膨松性能提高制品穿着者的皮肤与流体储存层之间的分离。
以上本发明已通过各实施例的说明而进行了描述并且这些实施例已进行了相当详细的说明，但申请人并不是想将附属的权利要求的范围约束或以任何方式限制这些细节上。其它优点和改变对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此在其较广泛的情况中本发明不限定于这些特殊的详述，典型的装置和方法，和图示的实例和上述说明。因此，由这些详述所可能做出的一些方案都不会脱离本申请的一般发明概念的精神和范畴。本发明本身应该只是由附属的权利要求来限定。
权利要求
1.一种制造高膨松纺粘非织造纤维网的方法，其包括熔融具有第一熔融流速的聚合物；熔融具有第二熔融流速的第二聚合物，该第二熔融流速不同于第一聚合物的第一熔融流速；把第一和第二聚合物结合在一起以形成一组具有潜在卷曲的基本上连续和不间断多组分长丝，各长丝具有性质不同的第一和第二区域，这些区域分别是由第一聚合物和第二聚合物构成；收集该组基本上连续和不间断的多组分长丝，以形成一种非织造纤维网；和在收集之后，激发潜在的卷曲。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述激发潜在的卷曲步骤进一步包括将一定的张力施加到非织造纤维网上，以有效地使第二区域产生收缩。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于进一步包括使用一种从由拉幅机，液体喷射器，和沿着机器方向间隔开并且以不同角速度操作的两组握持辊所组成的组中选择的装置施加张力。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述激发潜在卷曲的步骤进一步包括把非织造纤维网加热到大于约100°F的温度。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于所述两种聚合物的熔融流速差大于100克/10分钟。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述第一聚合物熔融流速的范围为约10克/10分钟至约50克/10分钟，而第二聚合物的熔融流速范围为约110克/10分钟至约2000克/10分钟。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一聚合物和第二聚合物是相同的热塑性材料。
8.一种由一组基本上连续和不间断的多组分长丝形成的高膨松纺粘非织造纤维网，其通过下列步骤构成的工艺生产熔融具有第一熔融流速的聚合物；熔融具有第二熔融流速的第二聚合物，该第二熔融流速不同于第一聚合物的第一熔融流速；把第一和第二聚合物结合在一起以形成一组具有潜在卷曲的基本上连续和不间断多组分长丝，各长丝具有性质不同的第一和第二区域，这些区域分别是由第一聚合物和第二聚合物构成；收集该组基本上连续和不间断的多组分长丝，以形成一种非织造纤维网。
9.根据权利要求8所述的非织造纤维网，其特征在于所述多组分长丝具有皮/芯型双组分排列结构，其中第一区域是由第一聚合物形成的外皮，而第二区域是由第二聚合物形成的芯部。
10.根据权利要求8所述的非织造纤维网，其特征在于所述第一聚合物和第二聚合物是不同的热塑性材料。
11.根据权利要求8所述的非织造纤维网，其特征在于所述多组分长丝是并列型双组分长丝，其中第一聚合物区域形成第一侧，而第二聚合物形成第二侧。
12.根据权利要求11所述的非织造纤维网，其特征在于所述第一聚合物和第二聚合物是不同的热塑性材料。
13.根据权利要求8所述的非织造纤维网，其特征在于所述非织造纤维网是用于构成卫生制品的一成分，该成分可从后片，流体获得和转移层，和一种能够可拆卸地与钩—圈扣件的钩型材料结合的圈型材料所组成的组中选择。
全文摘要
本发明为一种形成高膨松纺粘非织造纤维网和由该方法生产的产品，其长丝可用于高膨松的非织造纤维网。多组分长丝包括至少两种不同熔融流速的聚合物，其把潜在卷曲赋予到各长丝上。在收集之后，长丝的潜在卷曲或是通过加热或是通过施加张力到非织造纤维网上而被激发。
文档编号D01F8/06GK1550603SQ20041003381
公开日2004年12月1日 申请日期2004年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者M·A·艾伦, P·L·克兰, M A 艾伦, 克兰 申请人:诺德森公司