柔软和膨松的缝编织物的制作方法

专利名称：柔软和膨松的缝编织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种降低无纺织物硬挺度的方法。更具体地说，本发明是一种对缝编无纺织物进行拉伸和松驰处理的方法，使得缝编织物不仅不硬挺，而且大大增加了其体积度。
缝编织物及其生产方法是众所周知的，如K.W.Bahlo在“勿需织造的新织物”(美国纺织技术协会论文，合订本，51-54页，1965年11月)文中所述。例如，本发明人在US4，704，321，4，737，394和4，773，328中已经公开，这种织物是用弹力或非弹力纱线的各种纤维基质经多个针刺制成的。在整理操作中，如像热定形，烘干或化学整理，该织物可在拉伸状态下(通常在拉幅机拉力下)加热或冷却，然后保持。然而，这些操作常常造成不希望的织物发硬。即使没有这些处理，单位重量小于大约每平方米200克的已知缝编织物一般也是非常硬而密的。
对于确定的服装织物，绝缘织物，粉扑布，除尘布、化妆擦拭及类似用途，特别需要高膨松性的柔软织物。因此，本发明的目的是提供一种降低缝编织物硬挺度和密度的方法。
现有技术已经提出过各种加工织物的方法来降低无纺织物的硬挺度。这些方法包括使无纺织物通过纹钉滚筒或凸钮揉布机，或穿过起皱装置或类似机构。这些方法已有Dempsey的US3，811，979和Dempsey等人的US3，427，376所公开。
拉伸织物的方法也是已知的，这样的方法包括(a)在以不同的速度运转的两对轧辊之间长跨度地纵向拉伸;(b)在拉幅机支架上长跨度地横向拉伸;(c)如Lachenauer的US3，624，874所述在一对辊之间微拉伸，其中每个辊有沿圆周延伸并轴向隔开的槽和脊，它们与其它辊相应的槽和脊相互啮合;(D)如Schwarz的US4，223，059和US4，438，167所述，首先在相互啮合的轴向槽辊之间，然后在圆周上开槽的辊之间，依次进行纵向和横向微拉伸。
本发明提出了一种降低缝编无纺织物的硬挺度和提高其体积度的方法。该方法包括在平行于或垂直于合缝方向将缝纺织物拉伸15%至50%，优选为15至25%，然后使织物松弛。拉伸和松驰步骤基本上在织物不加热的条件下完成。松驰之后，织物可恢复所加拉伸的至少一半，最好至少四分之三。由于拉伸和松驰，织物的厚度和体积各增加至少1.5、最好至少2的系数，织物的硬挺度降底到不大于其原始硬的70%最好不大于50%，由弯曲长度测量可知。
附图表示按照本发明完成缝编织物的拉伸和松驰所用的各种装置，参照附图，将更容易理解本发明。具体地说

图1表示在轧辊之间长跨度地纵向(这里也称为“机器方向”或“MD”)拉伸;
图2表示缝编织物在一个拉幅机支架上横向(这里也称为“横越机器”或“XD”)拉伸时所发生的宽度变化;
图3表示适用于MD向短跨度拉伸一件缝编织物的一对相互啮合的周边带肋辊;
图4表示适于用类似带肋的相互啮合辊来在XD方向短跨度拉伸一件缝编织物的轴向带肋辊;和图5以放大的割面表示图3和4的相互啮合辊的肋之间的距离，这是计算施加于缝编织物的拉伸跨度和拉伸百分数时所需的。
按照本发明，用该方法处理的缝编织物不硬挺，并增加了体积度，其中方法包括，在给定方向上将织物拉伸15%至50%，然后使其松驰，由此，织物恢复拉伸的至少一半，最好至少75%，并回复到其原始平表面积的15%内，在厚度增加至少100%。更具体地说，织物基本上完全由拉伸状态完全回复，回到其原始的平面尺寸。
可用本发明的方法来软化缝编织物，其是由纤维基质用常规的多个针刺技术制成的。这些纤维基质可为人造短纤维连续长丝形成的梳理纤维网、交叉纤维网、不粘合或轻微粘合的无纺片、轻微水力缠结或射流喷网成的纤维网或类似物。可用无弹力或弹力纱线进行多针刺合。适用于本发明的纤维基质每平方米通常重25至250克。缝合纱线量极少越过缝编织物重量的20%;一般为2至10%。缝合纱线通常形成每厘米织物宽度约2至10行针脚，每厘米行长含2至10针。习惯上用链式或经编针迹。
纵向(MD)拉伸或横向(XD)拉伸的选择取决于缝编织物纤维的方向或排列。当织物中的纤维主要为横向(XD)排列时，用MD拉伸，而当织物中的纤维主要为纵向(MD)排列时，用XD拉伸。为了确定缝编织物的纤维网中纤维排列的主要方向，可以用纤维网样品在纵向(MD)和横向(XD)进行简单的零跨距英斯特朗拉伸强度试验。然后计算出测定的MD对XD拉伸强度的比率。当MD/XD之比为0.8至1.2时，认为纤维是随机或各向同性排列的，按照本发明对织物进行MD或XD拉伸，在缝编织物的柔软性(即降低硬挺度)和膨松性方面(即提高体积度)具有同样的效果。
当MD/XD拉伸强度之比大于1.2时，大多数纤维是纵向(MD)排列的，优选横向(XD)拉伸。当MD/XD拉伸强度之比为2.0或更大时，纤维主要为纵向(MD)排列，横向(XD)拉伸就是织物优良软化和膨松所必不可少的。与此相似，当MD/XD拉伸比小于0.8时，大多数纤维为横向(XD)排列，优选MD拉伸。当MD/XD之比为0.7或更低时，纤维主要为XD排列，MD拉伸对于织物的优良柔软性和膨松性是极为重要的了。
选择使用缝编织物的长距离拉伸还是短距离拉伸，主要取决于所形成纤维基质的均匀性和方法。如果纤维足够均匀，可以进行长距离拉伸。如果纤维有些不均匀，则用短距离拉伸。为了确定哪种技术更适于用来处理具体的缝编织物，本发明人采用的一种方便的测验方法是一种“手拉强力试验”。确定在哪个方向进行拉伸后，进行该试验，试验中，紧紧拉住织物样品的二个端处，每手一端，用手对织物施以拉力。按照所需的拉伸方向，保持用手施到织物上的拉力为MD或XD。测量手握织物每端处之间的距离。用手对所握织物施以适中的拉力。改变握点之间的距离，重复几次试验，由此可确定一特定距离，此后称之为Sg”，在这一距离，纤维和织物开始被不均匀地拉开。这种不均匀的拉开是由于纤维网中有分层的搭接结构或厚薄不均匀区域。然而，按照本发明，要保证令人满意的拉伸，一种常用的“试验法则”是，在拉伸装置上的拉伸距离一般不应大于“手拉张力试验”确定距离的一半，最好小于该距离的四分之一。按照本发明，拉伸所用的最小距离优选为至少1厘米。通常可用100cm或更大的拉伸距离。1.5至30cm的距离是特别优选的。
如上述所述，在完成本发明的方法时，通常习惯于(a)在垂直于缝编织物的大多数纤维排列方向的方向上(b)以远短于手拉张力试验测定的“Sg”的拉伸距离拉伸缝编织物。
虽然本段说明了发明人相信能够解释为什么用拉伸松驰法所软化和膨松缝编织物的原理，但本发明的范围并不局限于所提出的原理。缝编织物的多针刺合将织物的纤维基质分成众多细小的分区，这些小分区位于纱线嵌入点之间。纤维基质的纤维形成一种相对平和硬的平面结构。纤维可以相对滑动，但不能越过嵌入纱线移动。因此，当拉伸织物时，在纱线之间的小分区内的纱线数目实际上保持不变。当织物被拉伸时，缝编基质中纤维的位置大大改变，纤维网纤维之间基本上所有的弱连接均断开。在拉伸完成之后，使织物松驰，网状纱线内在的弹性恢复特性(a)引起纱线收缩，(b)强迫结构恢复接近原始的平面大小，和(c)允许缝制纱线行之间小分区内松驰的纤维集结、变形和露出平面。由此，织物变得非常厚但一点不硬挺。由于本发明涉及的有限拉伸，缝编织物保留了原有的物理强度、完整性和均匀性。
下面参照附图，描述本发明方法所适于采用的各种类型的拉伸和松驰装置。
图1绘出了在一对轧辊之间纵向(MD)的长距离拉伸。来自辊10的缝编织物11在第一对包有弹性材料的轧辊12和13(速度V1)之间连接向前通过，然后在第二对包有弹性材料的轧辊14和15(速度V2)之间通过。在此第二对轧辊的速度V2比第一对轧辊的速度V1快，这就引起织物拉伸。由下式计算发生的拉伸百分数拉伸%＝100〔(V2/V1)-1〕拉伸距离是两对轧辊点之间的距离。拉伸后的织物由第二轧辊向前到一卷绕辊16。卷绕辊16的圆周速度比织物在第二轧辊处的速度慢得多，以便使织物在从第二轧辊到卷绕辊的途中充分松驰。
图2绘出了在一台拉幅机上的长距离横向拉伸。图2是当织物通过拉幅机时的平面视图。拉伸距离是织物片边缘间的最大距离Lm。当原始宽度为Lo的织物进入拉幅机时，其边缘被夹住(或固着住)。在通过拉幅机的A区时，织物片被拉伸到最大宽度Lm。以下式计算拉幅机拉出的拉伸百分数拉伸%＝100〔(Lm/Lo)-1〕在拉幅机的B区，织物的宽度被松驰到与原始宽度接近的一个最终宽度Lf。
图3，4和5表示用来短距离拉伸缝编织物的设备。
图3画出一对相互啮合的圆周带肋的辊20和22，它们分别有肋36和38及槽40和42。这些辊适用于XD方向短距离拉伸。适合于拉伸给定缝编织物的棱和槽的外形及尺寸很容易通过少数试验确定，如上所述，由为“手拉张力试验”Sg四分之一的拉伸长度开始试验。通过在一圆辊上机加工或在一个转动轴上交替地装上一系列圆盘和垫片，既可形成所需的肋。
图4是辊17的立体视图，其中辊表面上有轴向肋18，当与一个基本上设计相同的啮合伴辊一起使用时，这种轴向带肋辊就可以对缝编织物进行纵向(MD)短距离拉伸。
图5是两个相互啮合的带肋辊50和51的放大的剖面图，这种辊适用于按本发明的短距离拉伸缝编织物11。为了计算啮合带肋辊所实现的拉伸百分数，使用下列方程式拉伸%＝100〔(Y/H)-1〕这里，Y＝与辊50的槽底60和另一辊51的槽底61之间沿织物中心线的距离;和H＝在辊中相邻槽之间所设计的水平半节距。
本发明方法的短距离拉伸缝编织物可由图1所示的装置进行，其中用一对带肋辊(例如图3的20和22)代替第一对轧辊12和13，第二对轧辊14和15以和带肋辊相同的圆周线速度运转。
在下面的实施例中报导了缝编和柔软的织物的某些特征。这些特性由以下方法测量。根据ASTM D3776-79，以每平方米的克数为单位测定柔化前后起始纤维网和缝编织物的单位重量。ASTM是美国材料试验学会的缩写。厚度用常规直径0.5时(1.27cm)、筒底重10克的簧轨测量。体积度(或“膨松度”)以cm3/g为单位，由样品厚度除以单位重量计算。样品硬挺度类似用按ASTMD1388方案A的悬臂试验测出的弯曲长度的方法。
实施例1-5这些实施例表明，伴随着本发明方法对缝编织物的柔软化，其厚度和体积度(即膨松性)发生的令人惊奇的巨大而合乎要求的增加。实施例用各种缝编织物进行长或短距离的MD或XD拉伸来说明该处理方法。
于MD方向将基本上不粘合的纤维网送入一个Malimo多针缝合机中，制得每种缝编织物。该机器带有一根12号针杆(即每25MMXD12针)，每cmMD缝入4.5针(链式或经编式)，每cmXD有4.8行针线。例中叙述了制造缝编织物的各种类型纤维网和缝合纱线的细节及用来软化该织物的具体设备的细节。表Ⅰ汇总了软化前这些缝编织物的各种特性。表Ⅱ汇总了按本发明方法对织物拉伸松驰后得到的结果。
例1一种48g/m2的非粘合、轻度硬化、闪纺的聚乙烯片织物带，由Blades等人的US3，081，519常用方法制造，该法进一步的细节在Lee的US4，554，207(4栏63行至5栏60行)中有描述，可接合参考。用包有44分特尼龙的22分特斯潘德克斯纱的弹性线(LycraR由E.I.du pout de Nemours和公司出售)对带进行多针链式缝合。在高张力下将弹性缝合线加上，并使纱线保留残余拉长的10%。这样制成的缝编织物的MD/XD纤维指向率为2.3，XD“手拉距离”约为5-15cm，厚度为0.058cm体积度为12.3g/cm3，弯曲长度为2.6cmMD和4.6cmXD。
在一对相互啮合的“盘式辊”(类似于图3和5所画的带肋辊)之间对缝编织物进行XD拉伸。各辊的圆盘各自装在一个1寸(2.5cm)直径的同心轴上。每盘直径为4寸(10.2cm)，厚3/4寸(1.9cm)，有3/8寸(0.95cm)半径距离在外周边上。上下辊的圆盘啮合深度为3/4寸(1.9cm)。相连啮合圆盘的中心平面隔开1寸(2.5cm)。缝编织物通过以9.1m/分速度的盘式辊之间，在织物上形成了25%的XD拉伸。织物通过盘式辊后，松开织物，使其在到卷绕辊之间的途中恢复。
上述处理的结果是，织物在两个方向上的弯曲长度的系数降低大于2，体积度和厚度各自上升的系数大于2.6。织物的这种软化和膨松在织物拉伸强度几乎没有变化的情况下完成。如刚才所述，由XD短距离拉伸成功地完成了柔化和膨松，令人满意地拉伸而没有撕裂和不均匀变形。与此相反，当在隔开1尺(30cm)的轧辊对之间(图1)进行缝编织物的长距离MD拉伸和在拉幅机上(图2)进行长距离XD拉伸时，则达不到上述结果。
成功柔软化的其它细节汇总于表2中。
例2一种51g/m2的梳理纤维网基本上由75wt%1.65分特的72型OrlonR丙烯酸人造短纤维和25Wt%262型DacronR“低熔”聚酯人造短纤维组成，(两种纤维均可以E.I.du pont de Nemours & Co购得)。在150℃温度和100Psi(689千帕斯卡)压力下使该纤维网垫粘合，然后如例1所述那样缝编。该梳理纤维网非常均匀(由其约50cmMD和XD的手拉距离可知)，但有一个高的MD/XD纤维指向率(6.5)。由于高MD纤维指向率，因此实际上不能用MD拉伸。然而，以与例1所用相同的方式。用40%拉伸量的XD拉伸处理样品2a和用XD盘式辊柔化处理样品2b，实现了令人十分满意的柔化膨松。处理的结果是，每种样品弯曲长度的降低系数至少为2，各样品厚度和体积比的上升系数均大于2.25。
例3一个153/m2的梳理纤维网基本上由75%(wt)3.3分特，3.8cm长的26型尼龙人造短纤维和25%(wt)，3.3分特，7.6cm长的262型DacronR聚酯人造短纤维(两种纤维均可以E.I.dupont. de Nemours & Co购得)组成，在一台装有“Doff-master”重取向辊的J.D.Houing-sworth-Hergeth梳理机制得。在150℃温度和100Psi(689千帕斯卡)下使纤维网热粘合，然后如例1那样多针缝合，仅用经编针迹代替链式针迹，用154分特的变形尼龙纱代替包芯的斯潘德克斯纱。用例1所述的啮合盘辊装置对缝编织物进行短距离XD拉伸。缝编的初始织物的特性汇总于表1中;拉伸和松驰处理的结果列于表Ⅱ中。像前面的例子一样，由于本发明的处理，弯曲长度(即硬挺度)大幅度降低，厚度和体积度大幅度提高(系数几乎为3)。
例4一种142g/m2交叉搭接的梳理纤维网基本上由75wt%1.65分特，3.8cm长的26型尼龙人造短纤维和25%3.3分特，7.6cm长的262型DacronR聚酯人造短纤维(两种纤维均可从E.I.du pont de Nemours & Co购得)组成，将其稍微针刺到每cm2穿透度为7.5(48/吋2)，然后像例3那样用44分特LycraR斯潘德克斯纱多针缝合。缝合后纱线仍有大于200%的剩余拉伸。缝编基质的在纤维XD向有高度指向，因此，将织物进行MD拉伸和松驰使其柔化;在相隔开30cm的轧辊对(见图1)之间对样品4a进行长距离MD拉伸，使样品4b从一对啮合的“细辊”之间通过进行长距离MD拉伸，这与图4所示轴间带肋辊的动作相仿，“细辊”对中的每个为一直径7.6cm(3吋)的圆筒辊，圆筒表面上有8个相间隔的、经向伸出的，3.8cm(1.5吋)长，1.9cm(3/4吋)厚的肋片。每个肋片的顶部有一0.95cm(3/8吋)的半径。肋片相互啮合的深度约为1.9cm(3/4吋)，可在织物上产生的25%的MD拉伸。表Ⅰ和Ⅱ分别汇总了该缝编起始片材的特性和非常令人满意的柔化和膨松结果。
例5一种31/m2的无纺片材基本上由2.0分特，非粘合，随机排列，连续的聚酯长丝(可由Reemay Inc，old Hickory，Tennessee得到)组成，像例4那样进行缝编，区别是用链式针迹代替经编针迹。如由表Ⅰ所列特性可以看到的那样，纤维基质中的纤维是高度各向同性的(MD/XD纤维方向性数值很接近于1.0)基质是非常均匀的(高手拉距离MD和XD)。由拉伸松驰处理柔化和膨松该缝编的起始织物样品，包括在轧辊对之间MD向长距离拉伸(样品5a)，用啮合细辊MD向短距离拉伸(样品5b)，在拉幅机上XD向长距离拉伸(样品5c)，和用啮合盘式辊短距离拉伸。该处理使得(1)样品硬挺度降低到原始硬挺度数值的27至59%;(2)样品厚度增加到原来厚度的约280至340%;和(3)样品体积度也提高到原始值的约290至340%。
表Ⅰ起始的缝编样品样品号 1 2 3 4 5纤维网重g/m248 51 153 142 31多针缝合纱型 a a b c c针型 链式 链式 经编 经编 链式针/Cm MD 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5行/Cm XD 4.7 4.7 4.7 4.7 4.7纤维MD/XD指向率 2.3 6.5 2.1 0.23 0.95手拉距离＊MD，Cm 5 ＞50 ns ＞50 15XD，Cm 8 ＞50 5 ＞50 35厚度，Cm 0.058 0.104 0.122 0.130 0.046体积度，Cm3/g 12.3 20.4 8.0 9.1 15.0弯曲长度MD，Cm 2.6 2.9 3.1 3.0 1.5XD，Cm 4.6 3.4 2.3 2.7 1.9注解纱型a＝22分特 LycraR，用44分特尼龙包缠。
b＝154分特变形尼龙C＝裸44分特LycraR，MD＝纵向(机向)XD＝横向(“横穿机器”)ns＝在该方向不能拉伸＊测出手拉距离的最小值
注解拉伸方向(所用设备)a＝轧辊(图1)b＝拉幅机框(图2)c＝带肋辊(图4、5)d＝啮合盘(图3、5)MD＝纵向(“机向”)XD＝横向(“横穿机器”)角码f＝拉伸后的终值角码o＝拉伸前的原始数值L＝在拉伸方向的织物长度A＝织物面积t＝织物厚度V＝织物的体积度B＝悬臂试验弯曲长度
权利要求
1.一种柔化和膨松缝编无纺织物的方法，所述织物重量范围为25至250g/m2，其中缝合纱在每cm织物宽度上形成2至10纵行针迹，每cm行长有2至10针，该方法包括将织物线性拉伸15至50%，然后使织物从拉伸状态松弛，在拉伸和松弛期间使织物保持在基本不加热的条件下，织物由此回复到所加拉伸的至少一半，织物表面面积增加不超过15%，织物的厚度增加至少100%。
2.权利要求1所述的方法，其特征是，织物在1cm至100cm距离内拉伸，拉伸的长度范围为20至40%。
3.权利要求2所述的方法，其特征是，拉伸距离为1.5cm至30cm。
4.权利要求1，2或3所述的方法、其特征是当纤维的指向为横向时，在缝编织物的纵向进行拉伸。
5.权利要求1所述的方法，其特征是，使织物从第一和第二对旋转的轧辊之间通过，进行纵向拉伸，该第二对轧辊的转速是第一对轧辊转速的1.15至1.5倍，轧辊的间距为10至100cm。
6.权利要求4所述的方法，其特征是，用相互啮合的轴向带肋辊进行纵向拉伸。
7.权利要求1，2或3所述的方法，其特征是，当缝编织物的纤维方向为纵向时，在缝编织物的横向进行拉伸。
8.权利要求7所述的方法，其特征是，用相互啮合的圆周带肋辊进行横向拉伸。
9.权利要求7所述的方法，其特征是，用隔开安装在一对配合辊上的圆盘进行横向拉伸，圆盘安装得与配合辊上相应的圆盘互相啮合。
10.权利要求1所述的方法，其特征是，用一台拉幅机对织物进行横向拉伸。
全文摘要
一种对缝编织物进行拉伸，然后使其由拉伸恢复的方法，该法降低了织物的硬挺度，同时大大提高了其厚度和膨松度。
文档编号D06C19/00GK1050061SQ9010737
公开日1991年3月20日 申请日期1990年7月31日 优先权日1989年7月31日
发明者迪米特里·彼得·扎菲罗卢 申请人:纳幕尔杜邦公司