专利名称：具有孔隙尺寸梯度的非织造织物及其制造方法
技术领域：
本发明一般涉及一种具有孔隙尺寸梯度的纤维状的非织造纤维网，和用于形成这种纤维网的方法。在第一种实施方案中，本发明的方法使用了一种具有平均孔隙尺寸的成形纤维网，并且使其有选择地受热，以便使部分纤维收缩，从而在被选定的区域内形成较小的孔。在第二种实施方案中，纤维网是由不同纤维直径或不同的纤维组成形成的。让纤维网均匀地经过热处理，使不同直径的纤维或组成产生不同程度的收缩，这样穿过纤维网形成孔隙尺寸梯度。
背景技术：
非织造织物的生产是一项高速发展的技术。一般来说，非织造纤维网或纤维网及其生产包括形成长丝或纤维并以这样一种方式将其堆放在输送带上，以使长丝或纤维重叠或缠结而成为一种所希望基重的纤维网。这种纤维网的结合可通过缠结或通过其它方式例如粘合剂、加热和加压热敏性纤维、或在某些情况下仅通过加压来简单地实现。虽然在这种一般性描述中许多不同的变型都是已知的，但是两种常用的方法被称为纺粘法和熔喷法。纺粘的非织造结构及其生产方法被详细描述在许多专利中，其中包括例如1971年2月23日授予Hartmann的美国专利No.3,565,729,1983年9月20日授予Apple等人的美国专利No.4,405,237，和1972年9月19日授予Dorschner等人的美国专利No.3,692,618。在各种来源的文件中也可得知有关熔喷法的论述，其中包括例如在工业与工程化学，第48卷第8号(1956)第1342至1346页中由Wednt写的题目为“超细热塑性纤维”一文，以及1976年8月31日授予Buntin等人的美国专利No.3,978,185,1974年3月5日授予Prentice的美国专利No.3,795,185,1974年5月21日授予Bufun的美国专利No.3,811,957。
就本发明的公开来说，术语“组成”是指纤维的化学构成。术语“结构”将是指纤维的物理特征，其中包括但并不限于旦尼尔、长度、卷曲、扭结、组分数量(例如，双组分或多组分纤维，下面将更详细描述)、和强度。
属于由熔喷法或是纺粘法所生产的纤维网的特征是纤维直径，也被称为纤维的“纤度”和织物的芯吸能力，它指纤维网从应用区域引走水分的能力。芯吸水分的能力与纤维的纤度和纤维网的密度有关系，它限定了材料中的孔隙尺寸。芯吸是由相互联系的纤维的毛细管作用引起的。抽吸或毛细管作用是与纤维网中的孔隙尺寸或毛细管成反比的，因此，较小的毛细管则有较高的压力并且有较大的抽吸或芯吸能力。
现已发现对于在织物的给定区域内形成具有包含孔隙尺寸梯度的组成的织物是十分有益的。其一个优点是能更有效地控制目标区域的液体芯吸。一些专利已试图提出了一些形成可变孔隙尺寸的非织造织物的方法。
授予Fujii等人的美国专利No.4,375,466揭示了一种熔喷法，其中纤维是被喷到形成于具有一些孔的两圆筒形板之间的凹部。其中一个圆筒是一收集板，而另一圆筒是一压板；纤维被压在两圆筒之间。该专利是把纤维喷射到凹部的角度作为改变特征成网情况而进行讨论的。
授予LeVan的美国专利No.4,999,232揭示了一种可拉伸的絮垫，该絮垫是由差异收缩的双组分纤维组成的，双组分纤维以规定的角度形成交叉铺放的纤维网。角度确定纵向和横向上的拉伸程度。螺旋卷曲通过差异收缩而被导入到材料中。
授予Burgeni的美国专利No.2,952,260揭示了一种吸收产品，例如卫生巾，它具有三层相互折叠的纤维网，每层具有致密纤维或非致密纤维的多孔区域的不同形状的带材。
授予Dake等人的美国专利No.4,112,167揭示了一种纤维网，该纤维网包括具有低密度和高空隙容积的擦拭区域。低密度区域用亲脂清洁软化剂热处理。该纤维网是由干燥的两层淤浆形成的网制成的。
授予Wang等人的美国专利No.4,713,069揭示了一种阻隔物，该阻隔物有一中心区域，其中心区域比阻隔物的非中心区域具有较少的水蒸汽传输率。阻隔物能够由熔喷法或是纺粘纤维网的层合物形成，或由用一种组合物涂覆中心区域而形成。
授予Buckley等人的美国专利No.4,738,675揭示了一种具有压缩和非压缩区域的多层一次性尿布。压缩区域可由辊子的压花而产生。
授予Marshall等人的美国专利No.4,921,659和No.4,931,357揭示了一种利用可变化的横向成网件(Webber)形成纤维网的方法。两个独立的纤维源(一种短纤维，一种长纤维)被滚压并通过喂给辊喂入到中心混合区域。喂给辊的相对喂给速率是能控制的以改变由其形成纤维网的组成。
授予Bryson的美国专利No.4,927,582揭示了一种在纤维网中颗粒材料的渐变分布(graduated distribution)情况，它是通过把一种被控制流动的高吸收性材料引入到纤维状材料流内，它们在形成腔室内混合。在纤维材料被放置到形成层中期间可控制的流动速度使得有可能进行高吸收性材料的选择性分布。
授予Dickenson等人的美国专利No.5,227,107揭示了一种多组分非织造织物，它是通过以下步骤制成的，把来自第一和第二纤维源的纤维引导通过形成腔室，使其混合，以形成一种相对均匀的纤维母体，该纤维母体然后由形成腔室堆放到一形成表面，以致使纤维状非织物网是由第一和第二纤维的混合物制成的。
授予Robinson的美国专利No.5,330,456揭示了一种吸收性片材，其具有一超吸收聚合物(SAP)的吸收片层和一液体转移层，后者被放置在SAP层之上。
由多层法形成的织物在各层之间可有一些传输障碍，这是因为各层之间不良芯吸引起的层内阻碍。各区域差异压缩产生的织物也是不希望有的，因为高低密度区域的交替减缓了液体传输。
因此希望有一种利用形成纤维网的现有方法来形成可变化孔隙尺寸材料的方法，由此所形成的纤维网具有改善的流动和芯吸特征，这些特征提高了流体吸收产品在目标区域中吸收液体和从远距离区域快速芯吸掉流体的能力。
发明概述本发明提供形成具有由热敏纤维形成的孔隙尺寸梯度的非织物纤维网的方法。
在第一种优选实施方案中，本发明提供一种以传统方式制成的具有平均孔隙尺寸的纤维网。该纤维网可使用传统的熔喷、纺粘、空气成形、湿法成形或本领域技术人员熟知的其它方法而形成的。纤维网可被切成楔形体或其它形状，并且材料有选择地受到热的作用，以便有选择地收缩纤维网的中心区域。热源可以是被加热的水、油或其它液体，例如喷雾状物，固体，例如热辊或齿轮，辐射热源，例如白炽光(不相干的)或激光(相干的)、紫外线、微波能量、或其它电磁辐射。纤维网较宽区域比较窄区域会受到更热的作用，形成具有孔隙梯度的矩形的纤维网。在加热前可根据所要的最终产品的形状而使用各种形状的纤维网。
在第二种优选的实施方案中，本发明提供一种用于形成非织造纤维网的方法和装置，该纤维网具有纤维的不同结构和/或组成的重叠或不连续区域。在一种熔喷法中，在纤维被形成并放置在收集带上之后，在跨越所形成的纤维网的宽度方向上将纤维暴露在一个通常均匀作用的热源，例如热空气、加热固体或吹出或喷射出的液流下。纤维根据纤维结构和组成的特征而收缩，从而形成具有孔隙梯度的纤维网。
用于实现上述第二种优选实施方案的采用熔喷法的装置包括至少一个贮存器，该贮存器能够装有一定量的至少一种聚合物树脂(通常以切片形式提供)，每一贮存器与熔喷模头相连。带有小孔的输送带被放置于模头之下以接收从模头咀部引出的被拉细的纤维流。一个热源，例如热空气吹风机或液体泵与一个集流腔相联系，该集流腔被放置于跨过至少部分输送带的宽度方向上。所述的集流腔具有至少一个设置在底部上的缝隙，它能把热空气吹到或把液体喷射在所述集流腔下面通过的输送带上面的纤维网上。也可将空气过滤件设置在热空气源与集流腔之间或设在热空源处以用来过滤杂质。还可以将贮有纤维或其他颗粒的贮存器与集流腔相联系以便利用热空气将纤维或颗粒吹到纤维网上，这样就能够在收缩之前通过改变材料的组成而对纤维网的结构和功能特性提供进一步的控制。在流体热源情况下，流体，例如水，可采用传统方式，例如真空源，使其从纤维网中除去。
在第三种实施方案中，可以使用应用通常已知的纺粘装置的第二种优选实施方案，并且增加应用如前面所述的集流腔和热源。
在第四种实施方案中，熔喷法和纺粘法被结合以形成复合的层状纤维网，例如纺粘-熔喷-纺粘纤维网，该纤维网在本技术领域中是已知的并且由本发明的受让人生产。
还可能使用多组分纤维，例如，但并不限于，皮/芯型纤维、偏心皮/芯型纤维、并列型双组分纤维，并列型三组分纤维或其它已知的多组分结构和组成的纤维。
因此，本发明的目的是提供一种用于形成具有可变化的孔隙尺寸梯度的非织造纤维网的方法和装置。
本发明的另一目的是提供一种通过使一种具有平均孔径的纤维网与热源相接触使纤维有选择性地收缩从而形成具有孔隙尺寸梯度的纤维网的方法。
本发明的另一目的是提供一种通过使由不同的纤度或其他结构特征组成的纤维网与热源相接触使纤维有选择性地收缩，从而形成具有孔径梯度的纤维网的方法。
本发明另一目的是提供一种通过使由许多纤维区域组成的纤维网与热源相接触使纤维有选择性地收缩，从而形成具有孔隙尺寸梯度的纤维网的方法，所述的每个区域含有不同的组成或结构的纤维，而某些区域有可能是重叠的。
本发明的另一目的是提供一种用于形成不同的纤维网组成或结构的纤维网的方法，其中利用引入纤维和颗粒来控制其组成和结构。
本发明的其它目的、特征和优点，通过结合附图和权利要求书，在阅读本发明下列详细描述的实施例后将会变得更加清楚。
附图简介本发明在附图中被举例说明，在所有的图中同样的参考标号表示相同或类似的部件
图1表示了根据本发明第一种优选实施方案的纤维网的透视图，纤维网具有初始均匀的孔隙尺寸。
图2表示图2的纤维网在受热之后的透视图。
图3为表示根据第一种优选实施方案的熔喷PET纤维在收缩之前的孔半径分布图。
图4为表示根据第一种优选实施方案的熔喷PET纤维在收缩之后的孔半径分布图。
图5表示根据本发明第二种优选实施方案的用于形成可变化的组成纤维的熔喷装置的透视图。
图6表示生产层状结构的装置的示意图，其中一排熔喷拉丝模头(meltblown die)形成第一层纤维而第二排熔喷拉丝模头生产出铺叠在第一层纤维上的纤维。
图7表示根据本发明第二种优选实施方案用于形成可变化组成的纤维网的纺粘装置的侧视图，该装置使用3个纺粘拉丝模头(spunbond die)。
图8表示根据另一实施方案的装置的侧视图，其中首先通过一排纺粘拉丝模头组件堆置一层纤维，随后堆置由一排熔喷拉丝模头生产的第二层纤维。
优选实施方案说明本发明可被用来采用热敏纤维生产具有受控的孔梯度分布的非织造纤维网。本发明的一些优选实施方案提供用于有选择性地引起纤维收缩所施加的热或其它力的方法和装置。
在本发明所有实施方案中，所使用的聚合物可以是任何适用的热塑性材料，例如，但并不限于，乙烯、丙烯、对苯二甲酸乙二醇酯的聚合物和共聚物、及其混合物等。聚合物应显示出可收缩的特性。这些材料对本专业的技术人员来说都是已知的，因此不需要详细描述。从理论上说，本领域技术人员已知的任何热塑性聚合物均将表现出热收缩特性，如果它首先被取向(如在纤维纺丝过程中)，然后被凝固，以便“凝固”取向。随后施加的热将会引起材料收缩，从而消除在取向工艺中所引起的应力。此外，所形成的纤维可以是标准的单丝、单组分纤维，或者，可以是多组分纤维，例如，但并不限于皮/芯型、偏心皮/芯型、并列型(双组分)、海岛型(3组分)、或类似结构。对于这些纤维和其它类型的多组分纤维的说明可参见授权给Pike等人的美国专利No.5,382,400，(在此编入该文献作参考)，并且该专利已被转让给本发明的受让人。
在本发明的第一种优选实施方案中，该实施方案被示于图1-4中，部分非织造纤维网10具有由纤维或长丝12所确定的基本上均匀的孔隙尺寸分布。术语纤维和长丝是同义的，如术语纤维网和网那样，在此可互用。纤维网10是采用本领域已知的标准熔喷或纺粘技术形成的，因此无需详细的描述。然而，简单地说，在熔喷工艺中，一定数量的聚合物树脂切片通过螺旋输送器而经过挤出机，随后通过具有许多细孔有熔喷拉丝模头。熔融的树脂被迫穿过细孔而形成纤维。纤维通过与热的拉伸空气接触而被拉细和断开，并且在一个例如为带小孔的真空带的移动表面上被收集而成为一种缠结的纤维网，在定形后从带中收集纤维。
在此第一优选实施方案中，熔喷拉丝模头形成的纤维网在跨越其宽度的方向上具有平均孔隙尺寸，因为拉丝模头的直径是相同的，其结果是纤维通常会有相同的直径。对于采用熔喷工艺所形成的未收缩的PET纤维的样品的孔隙尺寸分布图被示于图3中。孔隙尺寸以等效孔隙半径表示为约5μ到约1000μ，优选为约20μ到约500μ。在本发明的范围内还考虑到收缩之前和之后的其它孔隙尺寸范围。最好是变化系数不大于50％。有关孔隙尺寸的描述被记载在授权给Johnson等人并已转让给本发明受让人的美国专利No.5,039,431中，在此将其编入作参考。图4示出采用熔喷法形成的收缩的PET纤维的孔隙尺寸分布图。
较好的是，可将热空气对着被选定区域上的纤维进行喷吹，以便收缩纤维。例如，图2示出了纤维网10的选择性加热区域14的效果。纤维或长丝12被收缩并且更加显著的缠结在区域14内，结果与纤维网10的剩余部分区域相比减小了孔隙尺寸。影响收缩量的因素包括，但并不限于，加热空气的温度、空气的速度、喷嘴距纤维的距离、加热的持续时间、空气本身的组成(例如，湿度、pH、其它汽化或未汽化组分的组成)和其它类似因素。
纤维有选择的收缩是通过对纤维施加热而实现的。另一方面，蒸汽、油、或其它适合的液体在特定的时间间隔与选定区域内的纤维相接触，从而在某些区域中纤维的收缩较多而在其它区域中纤维的收缩较少。收缩可通过一些因素加以控制，这些因素包括，但并不限于所施加的热源温度、热源的组成、热源离纤维网的距离、以及加热的持续时间。
任何影响收缩的其它因素也可被用于本发明之中，它们包括，但并不限于，水、光(UV，激光)、压力、磁力或其它电动势等，而这些因素根据纤维和垫的组成来选择。有可能使用具有pH敏感性组成的纤维和使用经酸或碱调节的流体以控制收缩。
还有可能的是使用微波能来加热纤维。这种方法的一个实例能够采用金属颗粒作为一种辅助成形材料来形成所述的纤维。掺入的颗粒在微波或其它能量作用下将会变热，由此使纤维收缩。纤维网区域内的颗粒的不同浓度能够通过许多不同尺寸的模具口或通过许多不连续的模具或通过本领域技术人员熟知的其它技术而实现。在可以代替微波能的情况下，一个或多个热辊能被用来把热施加到纤维网上。几对其间压缩纤维网的热辊能够提供受控的加热量，并且例如在复合纤维网结构情况下还可定形纤维网。
在示于图5的第二种优选实施方案中，具有不同纤维直径区域的不同组成的纤维网100最好是由熔喷法形成的。当然，其他的方法也能使用，例如纺粘(下面将更加详细地讨论)、空气成形、湿法成形、或其它方法。熔喷装置与方法被详细描述在授权给Johnson等人的美国专利No.5,039,431中，它使用许多拉丝模头以形成一种层状纤维网。图5示出了一种具有许多料斗110的装置105，每一料斗(110)贮有聚合物树脂的热塑性切片112(未图示)。每一料斗110可具有不同的聚合物组分，或不同的料斗可具有相同的组分。下面对各模头组件111进行说明。切片112被输送到挤出机114，挤出机装有内部螺旋输送器116。螺旋输送器116(未图示)是由马达118驱动的。挤出机114沿其长度被加热到热塑性树脂切片112的熔融温度从而形成熔体。由马达118驱动的螺旋式输送器116迫使熔化的树脂材料通过挤出机114进入到相连的输送管120中，各管被连接到拉丝模头122、124和126。每个拉丝模头具有拉丝模宽。较好的是，拉丝模头122、124和126被相互靠近地设置，以便由此形成的纤维将会缠结在一起。纤维以传统的方式在拉丝模头口被生产出，即，使用高压空气拉细并切断聚合物流，从而在每一拉丝模头口形成纤维，这些纤维在移动的有孔带128上堆放成层而形成纤维网100。一个真空箱129被置于输送带128底下，以便在熔喷过程中将纤维吸在输送带128上。有可能的是，一个料斗110可将聚合物提供给拉丝模头122、124和126。另外一种方式是，每一料斗110可把不同的聚合物提供给每一拉丝模头。
由此形成的纤维网100通过一个集流腔130而被加热，在纤维网100的横向上集流腔均匀地分布加热空气，由真空箱131的辅助作用来改善穿透纤维厚度的加热均匀性。加热空气是通过导管132而被引入到集流腔的，该导管与一加热空气源134相通。非强制的是，在加热空气源134的下游放置一空气过滤件136以减少纤维网100的污染。在另一实施方案中，集流腔130可具有许多不连续区域，每一区域由不同的加热空气源供给，每一热源产生不同温度的热。在另一种实施方案中，集流腔130位于输送带116和纤维网100的下面，而真空箱131的位置同样地被颠倒过来。
纤维网100可被骤冷以停止对纤维的加热作用。一旦收缩的纤维网100已被形成，纤维网100通过惯用的退绕辊(未图示)从输送带128上被取出。非强制的是，普通轧光辊(未图示)在退绕辊之后接触纤维网100，使得纤维网100被压花或连接有花纹，由此将所希望的硬挺性和/或强度提供给纤维网100。
至少纤维网100的区域A、B和C中的一个区域在热作用下被收缩。由于纤维被缠结在一起，收缩产生一种梯度效应。收缩程度取决于许多因素，其中包括，但并不限于纤维组成、纤维直径、纤维密度、区域重叠情况、纤维网形成和定形后受热的时间、热空气温度、热空气作用的持续时间、集流腔130离纤维网100的距离、等等。此外，加热空气本身也可具有与，例如，但并不限于温度、湿度、酸性等有关的可变因素。空气源可含有被汽化的水或其它流体。这些流体可改变纤维网的化学组成，并增加或减少孔隙尺寸或其它特征。然而，空气源也可含有一些纤维，例如木浆、或颗粒，例如超吸收聚合物(“SAP”)，当它们被吹喷到纤维网100中时或被截留在表面上，或被截留在孔内。当纤维或颗粒被部分熔融时，它们能够粘附和凝固在纤维网100上或其中。
所获得的纤维网100在跨越纤维网的宽度方向上具有孔隙尺寸梯度。例如，如果拉丝模头122生产出(相对)粗旦纤维、拉丝模头124生产出中旦纤维、拉丝模头126生产出细旦纤维的话，那么最终形成的梯度将会是区域A的纤维具有最大的孔隙尺寸、区域B的纤维具有较小的孔隙尺寸、而区域C的纤维具有最小的相对孔隙尺寸。
在另一实施方案中，3个拉丝模头122、124和126被一个具有不同直径孔的单一的拉丝模头150(未图示)所代替。通过控制跨越拉丝模头150宽度的喷孔尺寸，能够控制所形成纤维的纤度。
另一方面，有可能的是使用一种装置200，该装置被示于图6中，其中由聚合物A组成的纤维层210是通过第一排熔喷(或纺粘)拉丝模头(部分被示出并以214概括地标出)而被放置在输送带212上的，所述模头被喂入熔融的树脂聚合物A，如以上就组件111所述。由聚合物B构成的纤维层216是通过如218概括示出的第二排熔喷拉丝模头而被放置在输送带212上的，其拉丝模头类似地被喂入熔融的树脂聚合物B。真空箱219和219A被置于输送带212下面，使其能在操作过程中将所形成的纤维吸到输送带212上。所获得的层状纤维网220以上述的方式使用集流腔230而经受热处理。所述的集流腔230由导管232连接到热空气源234上。在导管234中可以插入或不插入箱体236。真空箱237有助于改善穿过纤维网厚度加热的均匀性。使用两种或多种聚合物的优点在于每一聚合物的热收缩特征有可能更好地控制由其形成的孔隙尺寸梯度。使用具有显著差异的热收缩特征的聚合物可提供较大的Z方向收缩，它可生产出具有较大或较少吸收或芯吸特性的纤维网。
在形成具有较小孔隙尺寸范围的预收缩纤维网的情况下，熔喷法可能是有利的，而纺粘法在获得较大的孔隙尺寸区的情况下可能是有利的。
作为第二种优选实施方案的可供选择的纤维网形成法，本发明能够用纺粘工艺和装置来实施。纺粘纤维网成型是本领域所熟知的，因此在这里无需更详细地说明。然而，简单地说，图7示出装置300的透视图，其中料斗310把聚合物喂入到挤出机312中，然后由管道314送到纺丝头316。该纺丝头把树脂拉伸成纤维，所述的纤维通过一个位于每一纺丝头下面的骤冷吹风装置318(图中仅示出其中一个)被骤冷。纤维牵引装置或吸气装置320被设置在纺丝头316之下并且接受骤冷的长丝。当然，根据本发明可以使用任何数量的纺粘挤出机-纺丝头组件。
纤维牵引装置320包括一个细长的垂直通道，长丝由模件的通道进入并被向下流过通道的吸入空气所牵引。加热器322(图中仅示出其中一个)将热的吸入空气提供给纤维牵引装置320。热的吸入空气抽吸长丝和周围空气通过装置320。借助真空箱325带有孔的收集带324收集来自纤维牵引装置320出口的连续长丝，从而形成纤维网328。非强制的是，可使用轧光辊(未图示)以通常已知的方式将图案或全部粘合施于纤维网328上。
在纤维网328已被形成之后，使用一种如上所述的热集流腔330把热施加到纤维网328上并且使用一种如上所述的真空箱329。由此在纤维网中形成孔隙梯度。
在第二种实施方案的另一可供选择的实施方案中，可使用熔喷和纺粘相结合的方法以形成复合纤维网，该纤维网采用第二种实施方案的热源装置和方法来收缩。一种被称之为SMS的纺粘-熔喷-纺粘纤维的复合材料可应用本发明来形成和进行热收缩。在这样的方法中，一熔喷纤维层被形成在纺粘纤维层的顶部并与一第二纺粘层相结合以形成一种3层的层压制品，随后该层压制品在一对轧光辊之间被紧压以形成整个纤维网。图8示出装置400，其可形成一种纺粘-熔喷纤维网410。料斗412把聚合物切片喂入到挤出机414内。被挤出的树脂通过管416而喂入到纺丝头418内。该纺丝头将树脂形成长丝。毗邻长丝流处设置有一骤冷吹风机420，该骤冷吹风机骤冷长丝。长丝被接收到纤维牵引装置422内，由加热器424向纤维牵引装置提供热空气。
形成的长丝通过位于输送带426之下的真空箱428而被牵引到带有孔的收集输送带426上。由料斗432通过挤出机434和管436的组件向熔喷拉丝模头430提供聚合物树脂而产生一层熔喷纤维，该熔喷纤维层被堆放在收集输送带426上的纺粘纤维层的长丝上。如以上所详细描述的那样，加热集流腔组件440和真空箱441有选择地热收缩该层状纤维网410而形成孔隙尺寸梯度颈状物，能够使用如本领域技术人员熟知的拉伸辊组件442和/或轧光辊443和444。收集辊450能够取出并收集制成品。
本发明第一种实施方案的优点在于按常规形成的纤维网在其形成之后可被处理而有差异地产生孔隙尺寸梯度。这种方法对于形成纤维网来说可以减少投入新设备的需要。孔隙梯度的优点在于纤维网的孔隙较小而其芯吸能力较大。对于克服重力输送液体来说孔隙梯度结构是最有效的结构。此外，在具有孔隙梯度的较小区域处，有选择地对对均匀的孔隙尺寸的纤维网施加热能够高程度地控制收缩。此方法的另一优点是辅助成形颗粒的添加对纤维网的特征提供更多的控制。
第二实施方案的优点在于更容易地对孔隙尺寸范围的控制，因为就控制而论只有两个自由度，即纤维网密度和热作用。
实施例结合下列的实施例将对本发明作进一步的说明，所述的实施例仅供举例说明之用。除非另作说明者外，出现在实施例中的份数和百分比均以重量表示。
实施例1，由均质的组成形成的孔隙梯度结构一种熔喷纤维网(样品#5214)是以形成一种基本上均匀的孔隙尺寸分布的通常方式由PET制成的。有关形成熔喷纤维网的方法的详细说明，可参见Butin等人的US No.3,849,241。材料样品被切成被截断的倒置三角形形式。纤维网样品的切片被浸在沸水中(100℃)30秒，以便有选择地收缩部分纤维网。另一种方法是使用喷头/集流腔将沸水喷洒到纤维网上，所述的喷头/集流腔基本上是跨越输送带和纤维网宽度方向上延伸的。在集流腔之下通过的输送带上的纤维的输送速度和集流腔的长度确定纤维受热的持续时间。
这种方法形成一种具有孔隙尺寸梯度的整体结构。
实施例2实施例1的孔隙梯度结构和对照样品的分析所形成的未收缩纤维网的孔隙半径分布图被示于图3中，其中X轴表示以微米计的孔隙半径，Y轴表示以ml/g计的吸收率，它们是通过使用基于多孔板法的装置测定的，该方法首先由Burgeni和Kapur报道在纺织和研究杂志第37卷(1967),p356。这种系统是多孔板法的一种改进形式并且由与程序可控的步进电机相联系的可动Velmex平台和一个由微机控制的电子秤组成。控制程序自动地将平台移到所希望的高度，以规定的取样率收集数据直到达到平衡为止，然后移至下一个计算高度。该方法的可控制参数包括抽样率、平衡准则、吸收/解吸循环的次数。
这种分析的数据是在一种油介质中收集的。每15秒获取一些读数，在4次连续读数之后，如果平均变化小于0.005g/min，平衡被认为已达到。一个完整的吸收/解吸循环被用于获得记录数据。所使用的样品是直径为27.5英尺的冲切片材。
未收缩样品的孔隙半径分布的峰值为170μ。收缩样品的孔隙半径分布被示于图4中。
垂直芯吸技术包括将一长块的样品织物的一部分浸在流体槽中，并使其从上向下垂直悬挂一段时间。织物在流体中的深度并不是关键性的。垂直芯吸高度是流体在已达到平衡之后垂直移动到织物上部的高度(从织物的流体标高处起测量的)。平衡高度被认为是最大可能的芯吸高度(在约1至2小时后达到)。在此试验中被比较的样品的平衡时间无需相等。
一种试验是采用g=27dynes/cm,η=6厘泊的矿物油进行的，其中g是表面张力，η是粘度。对于孔隙梯度样品和均匀的未收缩样品的平衡垂直芯吸高度如下
这些数值与吸收模式中测量的孔隙尺寸分布相一致。
实施例3热处理均匀的纤维网结构的方法实施例1的均匀组成的样品在跨越纤维网的表面上经受来自于热空气源的热空气流，为时约5秒至2分钟、温度范围在约100℃至约200℃之间。热空气流以不等的持续时间对着纤维网的选定部分。热空气源平稳运动在各部分间引起平稳的转变。
实施例4由可变的组成生产可变孔隙尺寸梯度的方法具有不同纤维直径的可变组成纤维网是通过使用三个拉丝模头的熔喷工艺由聚丙烯制成的，每一拉丝模头挤出不同直径的纤维以形成3个区域。另外，可以使用一种在拉丝模横断面上具有不同小孔尺寸的单一的拉丝模头。区域纤维含量、相对收缩、和孔隙尺寸如下
将所获得的纤维网样品切成倒置的截断三角形。该样品均匀地经受热源作用，热源例如为具有温度最好为150°-200℃的热空气或沸水，作用时间为约30秒。当然，这些数值范围是近似的和变化的，该范围的扩大和缩小也是适用的并被考虑在本发明范围之中的。所得到的产品在区域3中具有最大的收缩和最小的孔隙尺寸，在区域2中具有中等收缩和适中的孔隙尺寸，在区域1中有最小的收缩和最大的孔隙尺寸。
实施例5中央和侧部区域形成的替换方法对于能够制成尿布或类似产品的材料来说，沿着将被形成区域1的纤维网的长度，中心区域(区域1)是由粗纤维PET制成的；在区域1的两侧上的区域2和3是由适中的或细纤维PET或PET/聚丙烯混合物制成的。在施加热源之后，中心区域1具有大的孔隙尺寸，此处的流体接触和吸收通量是最大的，侧部区域2和3具有较小的孔隙尺寸，它们芯吸流体离开中心区域1。
实施例6使用熔喷工艺由纤维混合物生产可变化孔隙尺寸梯度结构的方法使用一种如图6所示的装置，其中源于聚合物A的熔喷纤维是通过3个拉丝模头形成的，并沿输送带横向被堆放在其上。当聚合物A的纤维仍是熔融状态时，将源于聚合物B的熔喷纤维通过各自的拉丝模口而被放置在聚合物A纤维的上部，以致二种纤维混合并引起缠结。在被混合的A和B纤维网形成之后，使其经受热源的作用，如以上实施例中所述。这样形成的多组分纤维网具有能被所使用的每一种纤维A和纤维B的结构和组成控制的孔隙尺寸梯度。
尽管结合一些优选的实施方案已对本发明作出说明，但这些实施方案并不是被用来将本发明的范围限于这些特定形式；相反，它们是被用来覆盖可能落入在由权利要求书所规定的本发明的精神与范围内的这样的替代、改型和等同物的。
权利要求
1．一种形成具有孔隙尺寸梯度的非织造纤维结构的方法，包括(a)提供至少一种能够形成热敏纤维的聚合物树脂；(b)由所述的树脂形成许多纤维；(c)由所述的这些纤维形成一种非织造纤维网，所述的纤维网具有平均孔隙尺寸；(d)有选择地将热源施加到所述的纤维网上，以致一部分的所述纤维收缩而形成比步骤(c)中所述的平均孔隙尺寸小的平均孔隙尺寸。
2．根据权利要求1的方法，其中所述的聚合物是一种热塑性聚合物。
3．根据权利要求2的方法，其中所述的聚合物选自乙烯、丙烯、对苯二甲酸乙二醇酯的聚合物和共聚物以及它们的混合物。
4．根据权利要求1的方法，其中所述的纤维在步骤(b)中是通过熔喷法形成的。
5．根据权利要求1的方法，其中所述的纤维在步骤(b)中是通过纺粘法形成的。
6．根据权利要求1的方法，其中所述的纤维选自由单组分和多组分纤维组成的组中。
7．根据权利要求6的方法，其中所述的多组分纤维选自由皮/芯型、偏心皮/芯型、并列型、海-岛型结构构成的组中。
8．根据权利要求1的方法，其中所述的形成的纤维具有约0.1μ至约100μ的平均直径。
9．根据权利要求1的方法，其中所述的形成的纤维具有约1.0μ至约5.0μ的平均直径。
10．根据权利要求1的方法，其中所述的在步骤(c)中形成的纤维网具有约5μ至约1000μ的平均孔隙尺寸。
11．根据权利要求4的方法，其中所述的在步骤(c)中形成的纤维网具有约5μ至约20μ的平均孔隙尺寸。
12．根据权利要求5的方法，其中所述的在步骤(c)中形成的纤维网具有约200μ至700μ的平均孔隙尺寸。
13．根据权利要求1的方法，其中所述的在步骤(c)中形成的纤维网具有小于约50％变化量的平均孔隙尺寸。
14．根据权利要求1的方法，其中所述的纤维是与一种选自由纤维、木浆、颗粒材料和超吸收聚合物(SAP)组成的组中的材料共同形成的。
15．根据权利要求1的方法，其中所述的热源选自由流体、空气、固体和颗粒材料组成的组中。
16．根据权利要求15的方法，其中所述的流体选自水和油组成的组中。
17．根据权利要求1的方法，它还包括步骤(e)骤冷所述的纤维网。
18．根据权利要求1的方法，其中所述的纤维网是由熔喷法和纺粘法的结合而生产的。
19．一种根据权利要求1的方法生产的具有孔隙尺寸梯度的非织造纤维网结构。
20．一种形成具有孔隙尺寸梯度的非织造纤维网结构的方法，包括(a)提供至少一种能够形成热敏纤维的聚合物树脂；(b)由所述的树脂形成许多纤维；(c)由所述的这些纤维形成一种非织造纤维网，所述的纤维网具有平均孔隙尺寸和具有至少两种纤维特征的可变化的结构，所述的至少两种纤维的每一种是在一个区域中；和(d)有选择地将热源施加到所述的纤维网上，以致使至少一部分的所述纤维收缩，从而产生具有不同的平均孔隙尺寸的区域。
21．根据权利要求20的方法，其中所述的聚合物是热塑性聚合物。
22．根据权利要求21的方法，其中所述的聚合物选自由乙烯、丙烯和对苯二甲酸乙二醇酯的聚合物和共聚物以及它们的混合物组成的组中。
23．根据权利要求20的方法，其中所述的纤维在步骤(b)中是通过熔喷法形成的。
24．根据权利要求20的方法，其中所述的纤维在步骤(b)中是通过纺粘法形成的。
25．根据权利要求20的方法，其中所述的纤维选自由单组分和多组分纤维组成的组中。
26．根据权利要求25的方法，其中所述的多组分纤维是选自由皮/芯型、偏心皮/芯型、并列型、和海岛型结构构成的组中。
27．根据权利要求20的方法，其中所述的形成的纤维具有约0.1μ至100μ的平均直径。
28．根据权利要求20的方法，其中所述的形成纤维具有约1.0μ至约5.0μ的平均直径。
29．根据权利要求20的方法，其中所述的在步骤(c)中形成的纤维网具有约5μ至约1000μ的平均孔隙尺寸。
30．根据权利要求23的方法，其中所述的在步骤(c)中形成的纤维网具有约5μ至约20μ的平均孔隙尺寸。
31．根据权利要求24的方法，其中所述的在步骤(c)中形成的纤维网具有约200μ至约700μ的平均孔隙尺寸。
32．根据权利要求20的方法，其中所述的在步骤(c)中形成的纤维网具有约小于50％变化量的平均孔隙尺寸。
33．根据权利要求20的方法，其中所述的纤维是与一种选自由纤维、木浆、颗粒材料和超吸收聚合物(SAP)组成的组中的材料共同形成的。
34．根据权利要求20的方法，其中所述的热源选自由流体、空气、固体和颗粒材料组成的组中。
35．根据权利要求20的方法，其中所述的流体选自水和油组成的组中。
36．根据权利要求20的方法，其中所述的纤维网是由至少一种可收缩纤维和至少一种非收缩纤维制成的。
37．根据权利要求20的方法，还包括步骤(e)骤冷所述的纤维网。
38．根据权利要求20的方法，其中所述的至少两个区域具有一平稳过渡区。
39．根据权利要求20的方法，其中所述的热是以均匀的方式施加的。
40．根据权利要求20的方法，其中所述的热是有选择地施加于部分纤维网上。
41．根据权利要求20的方法，其中所述的纤维网是通过熔喷法和纺粘法的结合而生产的。
42．根据权利要求20的方法，其中可形成热敏纤维的许多聚合物树脂组分各自穿过独立的熔喷拉丝模被挤出；从而形成许多具有平均孔隙尺寸和具有至少两种纤维特征的可变化结构的纤维，所述的至少两种纤维的每一种是在分离的区域中。
43．一种由权利要求20的方法形成的具有孔隙尺寸梯度的非织造纤维结构。
44．一种由权利要求42的方法形成的具有孔隙尺寸梯度的非织造纤维结构。
45．用于形成具有孔隙梯度可变化纤维结构的非织造纤维网的装置，包括(a)至少两个料斗，每一料斗可含有一定数量的树脂材料；(b)至少两个拉丝模头，每一拉丝模头具有至少一个孔；(c)与所述拉丝模相连用以放置所述料斗的装置，每一容器与至少一个拉丝模头相连；(d)用于由所述拉丝模头形成热敏纤维的装置；(e)用于收集作为纤维网的所述纤维的装置，它包括移动的有孔的输送带；和(f)一种与所述加热纤维网的装置相关的热源装置，对纤维网的加热方式是使所述纤维有选择地收缩，造成部分所述的纤维具有比所述的未收缩纤维小的孔隙尺寸。
全文摘要
用于形成含有孔隙尺寸梯度的非织造纤维网的方法和装置,其结果是提高了芯吸特性。第一种方法利用一种通常形成的具有平均孔隙尺寸的纤维网,该方法包括有选择地使纤维网与热源接触,从而在被选择区域中收缩纤维。较小孔隙尺寸具有较大的芯吸能力。第二种方法是利用一种新型的装置,并且包括形成一种具有纤维区域的非织造纤维网,每一区域通常具有一组平均纤维结构和/或组成,区域最好是重叠的。纤维区域受热源作用,热源根据纤维的纤度和成分而收缩纤维。装置使用普通熔喷或纺粘设备,并提供一些树脂源,树脂源将树脂喂入到一些熔喷拉丝模头中,每一熔喷拉丝模头生产出特别的纤度和/或组成的纤维,纤维在被收集于收集带上的纤维网中而形成一些区域。其纤维网在一集流腔下面移动,该集流腔将加热的空气吹到纤维上,或把沸水喷洒在纤维上。纤维根据其结构和组成而收缩,从而形成一种具有孔隙梯度的纤维网。
文档编号D01F8/06GK1216589SQ97194078
公开日1999年5月12日 申请日期1997年4月8日 优先权日1996年4月25日
发明者E·G·瓦罗纳 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司