水力缠结弹性非织造片材的制作方法

专利名称：：水力缠结弹性非织造片材的制作方法水力缠结弹性非织造片材发明背景发明领域本发明涉及由非弹性水力缠结片材制备弹性非织造片材的方法。相关技术描述弹性织物一般由掺入到或附着到前体织物的橡胶或某些其它弹性体材料制成。前体织物可以是传统纺织品或非织造织物。其它生产弹性非织造物的方法包括嵌入或安装弹性体线、条和膜。它们可借助粘合剂、热粘合、层压、缝合、缝纫粘合等安装上去。然而，在所有情况下，加工都是昂贵的。另一方面，Hassenboehler等人的US5,244,482和Tsai等人的EP1538250Al已证明，热塑性粘合的非织造织物，例如纺粘和梳理纤网，可以利用热和应变加工以形成具有弹性性能的纤网。这些热机械方法描述将热粘合前体纤网送过处于软化温度与熔点之间的高温的烘箱并沿着纵向拉伸从而沿横向加固纤网，借此大多数纤维被拉长并主要沿拉伸方向排齐。纤网冷却后，纤维被固定在纵向伸长率构造中产生在热粘合点的位置记忆；因此，该纤网当沿横向拉伸时表现出回复性。然而，这些方法要求前体纤网预先接受热机械粘合或压延，而且处理温度必须低于纤维的熔点。否则，纤网将塑化、僵硬、脆化，实际上不具有弹性，或者更糟，将导致纤网在加工中破裂。再者，鉴于此种纤网的拉伸强度完全依靠热粘合，并且热和应变处理使大多数纤维主要沿拉伸方向排齐，故它导致制成的弹性织物沿拉伸方向的撕裂强度严重受损。对许多用途而言，要求具有较高撕裂强度的软织物，并且可以通过使用缠结织物获得。然而，传统射流喷网和针刺织物不能通过现有技术中描述的热和应变方法获得弹性，因为"粘合点"是由缠结形成的，其仅提供并非永久由这种方法改变的摩擦和互锁接触点。发明概述本发明涉及通过提供一种水力缠结前体织物制造弹性织物的方法，该前体织物具有至少1wt。/。热塑性粘合剂纤维，其具有低于其余基础纤维的熔融温度；以及在将前体织物加热至高于粘合剂纤维熔点的温度的同时，沿纵向以足以减少前体幅宽至少20%的比率和至少10~800%每分钟的应变速率拉伸前体织物，随后将所得纤网冷却至环境温度以便使所得纤网定型。本发明涉及一种通过所描述的方法制造并具有100%500%沿横向延长率，和30~95%在50%伸长率下的沿一黄向回复率。附图简述附图是实施本发明方法的一种实施方案的设备的示意图。发明详述本发明方法的一个目的是提供一种成本效益好的制造弹性射流喷网织物而不使用真弹性体纤维作为基础纤维的热机械方法。通过在非弹性体前体纤网中掺入低百分率的低熔点粘合剂纤维，经过或不经热粘合，并在高于粘合剂纤维熔点的温度进行拉伸加工，该塑化粘合剂纤维可在接触点起到粘合的作用并产生将纤维围绕接触点固定的位置记忆。鉴于粘合剂纤维的百分率很低，故本发明的高温加工不造成任何显著僵硬。使用射流喷网非织造物前体提供了具有更理想撕裂强度的较厚、较软的弹性织物。该前体织物主要由非弹性体基础纤维如聚对苯二曱酸乙二醇酯(即聚酯)，或聚酰胺短纤维或者以上合成纤维与一定百分率的非热塑性纤维如木桨、棉、人造丝、天丝(Lyocell)等的混合物，随后与至少约1%粘合剂纤维，优选约5%~30%粘合剂纤维掺混而制成。粘合剂纤维优选由热塑性纤维如聚丙烯、聚乙烯、共聚酯、丙烯酸类、聚酰胺、聚氨酯和聚苯乙烯制成。粘合剂可以是双组分纤维，例如皮/芯、并列等。例如，粘合剂纤维可以是双组分短纤维，具有共聚酯皮和聚酯芯或者聚乙烯皮和聚酯或复合弹性体芯。共聚酯的组成可随纤维的制造商和要求的属性而变化，但是一般由聚对苯二曱酸乙二醇酯与间苯二曱酸乙二醇酯的共聚物组成。粘合剂纤维的百分率是针对织物重量而言的。通过掺入粘合剂纤维到纤网中并进一步加工成射流喷网纤网，随后在在线干燥机中激活这些粘合剂纤维，我们已制成能随后转化为弹性纤网的织物。粘合剂纤维本身之间和/或与基础纤维之间的交叉点起到类似于纺粘织物的点粘合的作用。本发明提供一种制备弹性射流喷网(水力缠结)、非织造纤网的方法。合成和/或木桨纤维与热塑性粘合剂纤维掺混的前体纤网通过开松、梳理或其它合适的纤网成形方法，随后进行水力缠结(亦称作射流喷网)而被加工成纤网。射流喷网纤网经受足以至少部分地熔化粘合剂纤维但尚不足以熔化构成织物的基础纤维的高温处理。这可通过热空气处理或任何其它适合达到所要求的高温的措施完成。在经受高于粘合剂纤维熔点的溫度作用的同时，射流喷网织物接受沿纵向的拉伸处理，其拉伸比足以使纤网幅宽减少20%以上(优选55~75%),其中应变速率介于10~800%/min。该拉伸比可以是5~50%,优选10~20%。该高温拉伸步骤或者可与前体纤网成形过程在线地完成或者可作为单独离线加工步骤进行。加热前体纤网的方法不受特别限制，只要传热能在避免损伤纤网所必需的短时间内完成。加热可借助辐射或对流完成。辐射加热可采用红外方法实施。对流加热可通过适当的加热流体，优选气体如空气来实施。本发明方法可参考附图进一步描述。相应地，弹性射流喷网织物2按如下所述制备提供包含热塑性粘合剂纤维的射流喷网前体纤网1,由此前体纤网由退绕辊IO承载。退绕辊10围绕其纵轴旋转，由此前体纤网1以速度A沿箭头所指纵向(MD)离开退绕辊10。前体纤网经S形盘绕(wrap)15进入到加热装置20中，穿过加热装置，从加热装置出来经S形盘绕25到达巻绕辊30。S形盘绕25和巻绕辊30以比退绕辊10和S形盘绕15的退绕速度A高(l+X。/。)倍的速度被驱动。S形盘绕15包含辊151和152。S形盘绕25包含辊251和252。倍数(l+X。/o)决定前体纤网在本发明方法中的拉伸比。按照本发明，前体纤网经受沿纵向以足以使幅宽减少至少20%的拉伸比和50~800%/min范围内的应变速率的拉伸处理，其间温度高于粘合剂纤维的熔点，以便生产出一种沿横向断裂伸长率大于约100%到最高500%的成品织物。采用所得弹性织物可以得到15~80%的商业上有用的回复率以及50~200%的延长率。优选的是，实施本发明方法的设备被构造为具有工业生产能力，其退绕辊和巻绕辊安装成相隔3~40m,优选约20~30m的距离，并且二者之间设有加热装置。退绕辊有利地以大于30m/min和最高300m/min,优选至少100m/min,最高250m/min的工业速度运转，并且1%~30%,优选10~20%的拉伸比通过提高巻绕辊速度而达到。应变速率被调节在10~800Q/()/min之间。拉伸比与前体纤网幅宽减少的程度有关，而应变速率则与固定拉伸比条件下的处理速度有关。据发现，当速度低于要求范围时，纤网趋于过热并变得僵硬。另一方面，如果速度高于要求的范围，则前体纤网加热不足，于是或者纤网可能在拉伸处理期间断裂，或者幅宽减少在纤网的拉伸张力解除之后将不能保持。S形盘绕15和25也控制非织造纤网的运动，同时作为牵伸手段。该弹性射流喷网纤网的特征在于，与前体纤网相比，20~75%的幅宽减少和约100%~500%的横向延长率。为达到特定幅宽减少所要求的拉伸比在很大程度上依赖于前体纤网结构。获得大于20%的幅宽减少对于达到制成织物的横向伸长率大于100%并进而使织物具备弹性的可能都很重要。另外，弹性射流喷网纤网的横向弹性的特征在于在50%伸长率下的回复率介于30~95%,或在100%伸长率下的回复率介于25~75%,或在150%伸长率下的回复率介于15~75%。制成的弹性射流喷网织物具有0.2mm~3.5mm的厚度，20~300g/m2的基重。本发明还提供包含本发明弹性非织造纤网的产品，其大大扩展了可用于以非常好的成本效益的方式生产弹性非织造织物的非织造基材的范围。本发明可应用于诸如消费商品；洁净室；医用面罩、帽子和手套；复合材料和层压材料及涂料用基材，例如用于合成革的基材的领域。术i吾和试-睑方法应变速率(。/。/t)一般被描述为在一段时间内一片织物被拉伸并延长某一(X)百分率。该延长百分率可通过巻绕辊或S形盘绕(25)与退绕辊或S形盘绕(25)的速度之比求得，而织物通过的时间可通过D除以退绕速度(A)和巻绕速度[(l+Xo/。)A]的平均值算出。速度A—般以m/min为单位表示如下X%/{D/[A+(1+X%)A]/2}=X%/{2D/[A+(1+X%)A]}={X%x[A+(1+X%)A]}/2D纤网弹性通过测定沿纵轴的5cm宽xlOcm长的条样，按下式定义(拉长后的长度-回复后的长度)/(拉长后的长度-原长)。熔点是热塑性纤维开始变成液体时的温度。条样拉伸试验是当织物经受单向应力作用时的断裂强度和伸长率或应变的量度。该试验是在应变试验机，Instronll22型的恒速模式下进行的。在当前的实施例中，沿织物的纵向和横向裁剪2英寸(50mm)宽和至少5英寸(150mm)长的织物条样。每种样品测定10个试样，以计算平均值。该试验是本领域公知的并且大致符合ASTM方法5035-95的规定。结果以直至断裂的磅数和断裂前的伸长率百分率表示。术语"伸长率"是指拉伸试验期间样品长度的增加，以原长的百分率表示。所用术语"延长率"与拉伸试验中测定的断裂伸长率相同。撕裂强度是通过由ASTM5735修改的舌(单裂口)程序，采用2x2.5英寸(50mmx63.5mm)的矩形试样测定的。每种处理测试10个样品，结果用磅数表示。每种试样的基重是分别由IO个条样或12个抓样样品取平均重量算出的。厚度分别是10个条样或12个抓样样品的平均值。条样是采用TMI自动厚度测定仪测定的，其中接触面积直径是2英寸，压力是14.7g/cm2。抓样样品是采用Ames厚度规测定的，其中接触面积直径是1英寸，压力是7.46g/cm2。实施例在下面的实施例中，基础纤维是聚酯短纤维，由DAKAmericas以商品名Dacron(R)612W型供应。粘合剂纤维是皮/芯共聚酯/聚酯短纤维，由FIT公司以201型号供应。粘合剂纤维的熔点是110°C(230。F),并且前体射流喷网织物包含15%粘合剂纤维。实施例1~10前体A和E分别具有1.2和1.85盎司每平方码的基重。在室温下纵向拉伸的结果示于下表1中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在室温下的纵向拉伸是变化的，并且据发现能将幅宽减少到一定程度并提高所得纤网的延长率。在幅宽减少约20%时，所得纤网可达到大于100%的沿一黄向延长率，然而，在50~100%伸长率时未观察到任何明显弹性回复。实施例11~23前体C和D具有0.8盎司每平方码(27g/m"的基重。在室温下纵向拉伸的结果示于下表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>与上面表1和2中的结果相反，不含粘合剂纤维的射流喷网前体在上面条件下虽能达到类似幅宽减少和沿横向延长率的提高；然而，从50~100%伸长率未发现任何明显的弹性回复。另外，在高温但低于230。F(粘合剂纤维的熔点)下加工A、B、C、D的前体时，所得织物仅表现出很小程度的弹性。实施例24~28如上所述前体射流喷网织物在各种拉伸温度下经历14%的拉伸比，随后进行伸长率和拉伸回复性的测试。结果示于下表3中。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在高温下的纵向拉伸能减少幅宽最高约75%并且约10%的拉伸比已证明足以达到50%的幅宽减少。所得实施例纤网上幅宽的减少据发现是拉伸和温度的函数，还发现横向延长率的提高源于拉伸和温度。另外，要指出的是，弹性(伸长后的回复率)随温度的提高而提高。实施例19~38使如上所述，但基重为0.8或1.2oz/yd2(27或40.7g/m勺的前体射流喷网织物在各种拉伸温度经受各种拉伸比以达到要求的至少50%的幅宽减少。这些实施例随后进一步接受各种伸长率和拉伸回复性能的测试。随着在330。F的高温经受纵向拉伸处理，所得纤网的物理性能明显改变，并且在300%下的伸长率显示出有商业价值的弹性。结果示于下表4中。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>权利要求1.一种制造弹性织物的方法，包括下列步骤(a)提供一种水力缠结的非织造前体织物，它主要含有非弹性体基础纤维和至少1wt％的熔点低于基础纤维的热塑性粘合剂纤维，(b)将前体织物加热至高于粘合剂纤维熔点的温度，(c)沿纵向以足以在所得弹性织物中减少前体幅宽至少20％并达到高于100％的横向伸长率的拉伸比拉伸该前体织物，(d)冷却拉伸后的纤网，然后解除张力以在粘合剂纤维上产生固定粘合点。2.权利要求1的方法，其中加工速度至少是30m/min,优选100-300m/min。3.权利要求2的方法，其中加工应变速率为10~800%/min。4.权利要求1的方法，其中拉伸步骤包括使用两组S形盘绕辊。5.权利要求1的方法，其中加热步骤包括将前体织物加热至高于某些基础纤维的熔点的温度。6.—种由非弹性体纤维构成的弹性织物，其通过如下过程获得在高温下沿纵向对前体施加拉伸以减少前体幅宽和延长前体长度20%以上，并且在弹性织物中获得沿横向延长率的增加是前体的50%以上。7.—种由缠结前体纤网制成的弹性非织造织物，所述纤网含有非弹性体基础纤维和少于30%的熔点低于基础纤维的非弹性热塑性粘合剂纤维，其中前体纤网在高于粘合剂纤维熔点的高温沿纵向进行拉伸，以减少前体幅宽20%以上并在弹性非织造织物中获得100%~500%的横向延长率，从50%伸长率的回复率为30~95%。8.权利要求7的弹性织物，在100%伸长率下的回复率是40~85%。9.权利要求7的弹性织物，在150%伸长率下的回复率是15~75%。10.权利要求7的弹性织物，包含至少1wt。/。的粘合剂纤维。11.权利要求7的弹性织物，采取选自穿孔织物、网眼织物和网状织物的形式。12.权利要求7的弹性织物，包含热塑性基础纤维，选自聚丙烯、聚乙烯、聚酯、丙烯酸类、聚苯乙烯、聚酰胺和热塑性纤维与选自木桨、棉、人造丝和天丝的非热塑性纤维的混合物。13.权利要求7的弹性织物，包含粘合剂纤维，选自聚丙烯、聚乙13.、聚苯乙烯、聚酰胺、共聚酯、皮/芯共聚酯/聚酯、皮/芯聚乙烯/聚酯以及皮/芯非弹性聚烯烃/弹性体。14.权利要求7的弹性织物，包含热塑性纤维与选自棉、木和合成纤维的非热塑性纤维的基础纤维共混物。15.权利要求13的弹性织物，其中合成纤维是芳族聚酰胺纤维。16.权利要求7的弹性织物，包含聚酯热塑性基础纤维和皮/芯粘合剂纤维，其中芯是聚酯。17.权利要求16的弹性织物，其中皮是共聚酯。18.权利要求16的弹性织物，其中皮是聚乙烯。全文摘要一种制造弹性织物的方法，包括以下步骤提供具有至少1wt％粘合剂纤维的水力缠结前体织物，加热该前体织物至高于粘合剂纤维熔点的温度，随后沿纵向以足以减少幅宽20％以上的比率和10～80％/min的应变速率拉伸该前体织物，从而生产出横向延长率为约100％至最高500％、在50％伸长率下回复率为30～95％的弹性织物。文档编号D04H3/10GK101331258SQ200680047053公开日2008年12月24日申请日期2006年12月14日优先权日2005年12月15日发明者D·-S·蔡,T·E·贝尼姆申请人:纳幕尔杜邦公司