耐磨的复合片材的制作方法

专利名称：耐磨的复合片材的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及一种耐磨的复合片材及其制造方法。更具体地说，本发明涉及这样的一种复合片材，在该片材中绒头状纤维组是通过树脂而被固定在大体垂直于片材表面的位置上的。
现有技术描述将各种织造或非织造织物层压到树脂层上以形成拟用于热成型和模塑工艺的复合片材是已知的。例如，在Miyagawa等人的美国专利№4298643、Zafiroglu的美国专利№5075142以及日本专利申请出版物№63-111050和№63-162238中都披露过这样的复合片材。可模塑的复合材料已在许多应用中使用。然而，当这样的复合材料拟用于受严重磨损的物品，例如运动鞋部件、皮箱表面层、劳保工作服、重负荷袋等等时，需要对它进行改进。
绒头织物和绒头状织物，诸如经绒、丝绒、毛圈织物、家具绒头织物以及簇绒织物具有其中纤维一般垂直于织物表面的表面层。此外，Zafiroglu的美国专利№4773238和№4876128公开了某些缝编织物，其中通过弹性线收缩纤维层而形成绒头状纤维组。一般说来，没有披露过将这样的织物结合到树脂浸渍的复合片材中的信息。然而，日本公开特许专利申请№64-85614和№64-85615披露一种小地毯，它包括添加有橡胶树脂的簇绒织物。簇绒具有8mm的绒头高度和0.08g/cm3的绒头纤维浓度。绒头纤维与树脂的组合体为以重量计62％的绒头纤维和38％的树脂。此组合体的平均总密度为0.13g/cm3。此小地毯具有按以下定义的仅为0.1g/cm3的绒头参数P。本发明人发现(a)在组合体中如此低的绒头纤维浓度和如此低的总层密度以及如此低的绒头参数不能提供具有高耐磨性的小地毯，和(b)即使这种较高的绒头在其最末梢处具有致密树脂层(例如，所有的树脂均在绒头的顶部1mm处)，这种树脂/绒头层也会由于强力的磨损而被拉伸和撕裂。增加这种小地毯的耐磨性会改进其用途。
Watt等人的美国专利№4808458公开了一种植绒绒头织物，其中为了得到绒面效应，发泡树脂主要处于75％的绒头底部，优选为50％的绒头底部，其余的绒头几乎没有树脂。这样的产品在耐严重的表面磨损方面几乎不起作用。
Zafirogh的国际专利申请公开物WO94/19523披露了一种耐磨损的树脂浸渍的非织造织物。该织物是通过收缩非织造纤维层而引起纤维组弯曲到层平面之外并形成大体从该层垂直突出的“倒U型”毛圈，然后用树脂浸渍收缩的层。一般说来，在非织造纤维层中，纤维处于所有的方向上。因此，弯曲纤维层毛圈中的单个纤维并未处于大体垂直于收缩的方向上，而是在弯曲的非织造纤维层毛圈中处于所有的方向上。即使纤维组形成倒U型毛圈，但是毛圈中的大部分纤维仍未取向为与层平面相垂直的方向。这种收缩纤维层的树脂浸渍为复合片材提供了优于树脂浸渍的平坦(未被收缩或弯曲的)非织造织物层的耐磨性，但是仍希望在耐磨性方面有进一步的提高。
本发明的目的是提供一种具有非常高的耐严重磨损性能的复合片材。
发明概述本发明提供一种耐磨的复合片材。该片材具有上表面和下表面并包括树脂、绒头状纤维组和平面形纤维网络。该纤维网络处于所述复合片材的上下表面之间并基本上与它们相平行。绒头状纤维组处于上下表面之间，被机械地连接到平面形纤维网络并从该纤维网络大体垂直地突出。所说的复合片材在任何方向上具有不大于25％的拉伸率。所说的绒头状纤维组具有至少为0.10g/cm3的有效绒头浓度Ceff，优选为0.15至0.4g/cm3，并且被树脂所包围和固定在大体垂直的位置上。一般说来，树脂量为复合片材总重量的30至90％，优选至少为50％。所说的绒头状纤维组和平面形纤维网络是由织物分特(即，0.7～20分特)的纤维构成的。另外，所说的绒头纤维/树脂层的厚度为0.5～3mm、优选为1～3mm，总密度d至少为0.4g/cm3、优选为0.5～1.2g/cm3，拉伸率在任何方向上均不大于25％、优选为不大于10％，垂直压缩率为不大于25％、优选为不大于10％，绒头参数P由等式P＝[(Ceff)(d)1/2计算得到、其至少为0.3g/cm3、优选为0.35g/cm3。通常，绒头纤维/树脂层的单位重量为500～2500g/cm2。所说的复合片材表面是耐磨的并且在40-磨料的Wyzenbeek磨损试验中每1000次循环的磨耗量为不大于50微米。
本发明还包括制造所说耐磨复合片材的方法，它包括(a)提供一种织物，在该织物中纤维在0.5～3mm厚度的表面层中形成或能形成绒头状纤维组，在表面层中绒头状纤维组大体处于与织物表面相垂直的位置，每一绒头状纤维组的末端被机械地连接到总体为水平的纤维网络或者穿过该纤维网络，(b)使织物面积收缩至少二倍并且通常收缩不大于15倍、优选地收缩3～12倍，以便在表面上弯曲纤维组并使它们垂直于该表面取向并将大体垂直的绒头纤维组的浓度增加到至少为0.10g/cm3、优选为0.15～0.4g/cm3，(c)通过在表面层中掺入占表面层总重量30～90％的树脂使绒头状纤维组固定在大体垂直的位置上并形成总密度至少为0.4g/cm3和绒头参数P至少为0.3g/cm3的层，和(d)可选择性地通过将非弹性件固定到复合片材上而进一步稳定复合材料的尺寸。
本发明还提供一种具有耐磨的复合片材的成形制品，该复合片材被连接到制品的至少一部分表面上。所说复合片材的表面层在Wyzenbeek40-磨料磨损试验(将在下文中介绍)中的耐受性可达每1000次循环的厚度磨耗量为不大于50微米。附图简述通过参考附图将能更进一步地理解本发明。

图1为示意地表示理想化的本发明耐磨表面层的放大剖面图，其中绒头状纤维组具有大体垂直的倒U形毛圈10的形式，毛圈10的高度为H、底为B，毛圈10被固定在树脂浸渍的纤维层的上表面17和下表面18之间的树脂15中。毛圈10大体垂直于层的上表面17而收缩件20大体平行于表面17和18。表面17是拟暴露在磨损条件下的表面。图2示出在弯曲或收缩纱或层之前在非织造纤维层中的纱或纤维束的线段11，该线段处于针迹或固定点12和13之间，二点之间的间距为S。图3和4分别表示线段所处的织物或纤维层在沿线段长度方向收缩二倍(图2)或三倍(图3)后的线段11。应当指出，在较大收缩的同时纤维束或纱具有较大的垂直度。
优选实施方案详述下面的优选实施方案描述是为了说明本发明而并非用于限制本发明的范围；本发明的范围由所附的权利要求书限定。
此处所用的术语“绒头状纤维组”或“绒头状纤维”包括弯曲的纱、由织物纤维的弯曲非织造层形成的倒U形毛圈、粗节纱等等。在每个这些绒头纤维组中的纤维以及非织造纤维层的纤维具有常规的织物分特，即0.7～20分特。
本发明的高耐磨性复合材料具有一表面层，在表面层中绒头状纤维组聚集在一起并通过树脂而被固定在表面层中。所说的绒状纤维一般垂直地从同样处于表面层中、例如在层的中间平面或层底部的纤维网络突出。所说的纤维网络可以是非织造纤维层、针织物、织造织物等。通常，如图1中所示，纤维网络20离层的受磨损的外表面17不大于3mm。在反复的磨耗或摩擦循环期间，当复合材料的表面受到侧向和法向力时，树脂15和纤维网络20防止绒头状纤维10从一侧移动到另一侧或塌陷到层中。该复合材料具有的可拉伸率和树脂/绒头纤维层具有的可压缩率(按下文中所述的方法测定)均不大于25％，优选为不大于10％。可拉伸率和可压缩率分别确定出，当复合材料受到严重摩损时究竟有多少纤维能从一侧移动到另一侧以及究竟有多少纤维能从其垂直位置塌陷。
根据本发明，耐磨的复合材料的表面层具有0.5～3mm的厚度。避免厚度超过3mm，因为如果被磨损面离水平的纤维网络大于3mm的话，就难于固定和稳定绒头状层。在表面层中大体垂直的绒头状纤维的有效浓度ceff为0.1～0.5g/cm3，优选为0.15～0.4g/cm3。在复合材料的表面层中，以该层的总重量计，树脂占30％到90％、优选为至少占50％、最优选为至少占70％。表面层的总密度d至少为0.4g/cm3。就高的耐磨耗性而言，复合材料的表面层具有至少为0.3g/cm3的“绒头参数”P。此处将绒头参数P定义为绒头状纤维浓度和表面层总密度乘积的平方根。该绒头参数由公式P＝[(c)(d)]1/2表示。
一般说来，本发明的复合片材的表面层并不完全是由树脂或纤维充填的。该层可包含许多小的空隙。表面层的总密度至少为0.4g/cm3，并且通常不大于约0.9g/cm3，这自然意味着在表面层中存在至少占层总体积的10％的空隙和多达占层总体积的65％或以上的空隙，因为大部分适用于本发明的纤维和树脂具有至少为1.0g/cm3的密度。然而，在本发明中考虑使用高达1.2g/cm3的总密度和相应的大于1.0g/cm3的树脂密度。就重量轻且更柔软的复合片材而言，优选的表面层空隙体积为25～75％。通常，大量树脂被用于在表面层中具有低浓度的垂直纤维的复合片材中。例如，在有效绒头纤维浓度接近下限0.1g/cm3的本发明的复合片材中，构成70～90％树脂的层是优选的。就较高的有效绒头纤维浓度而言，可以采用低百分比的树脂(例如，30～50％)。
各种类型的树脂均适用于将纤维或纤维束固定在大体垂直的位置上。特别有用的聚合物树脂包括聚氨酯、环氧树脂、合成橡胶、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚醚酯、聚酰胺以及它们的共聚物和混合物等。所说的树脂可以是热塑性的或热固性的。非常软的树脂，例如软橡胶胶乳或高发泡树脂通常均不适用于本发明。适用于本发明的树脂能很好地粘附于纤维并且通常能很好地分布在整个绒头纤维层中。然而，如果树脂分布不是充分均匀地分布在整个绒头纤维层中的话，树脂最好被集中在接近被磨耗的表面而不是集中在被机械地连接到水平纤维网络的那一端。
树脂可以用多种惯用方法中的任一种方法施加到绒头纤维层，例如通过浸渍、喷涂、压延、刮刀涂或其它这种技术。树脂可以由溶液、分散体或淤浆来施加或通过熔融树脂层并将其压入到垂直纤维层中来施加。树脂还可以作为被热或化学激活的粘合剂颗粒或粘结纤维而导入。在施加树脂时还可以使用惯用的凝结法和/或发泡工艺。在大多数情况下，树脂或粘合剂可以在根据本发明的方法在表面层中获得理想垂直纤维密度所要求的收缩步骤之前、之中或之后被导入到纤维层中。然而，在形成表面层和导入树脂时，必须小心以避免纤维从其垂直位置偏移并避免在纤维已处于垂直位置之前使其固定。在被掺入到绒头状纤维层之后，通过惯用方法对树脂进行干燥和/或固化。如果在施加树脂期间，绒头状纤维层在厚度上被压缩了仅25％的话，绒头状纤维有时可能会从垂直位置大大地偏移并由此使复合片材的耐磨性降低。
本发明复合片材的表面层的耐磨性比不含垂直纤维的100％树脂层或其中的纤维不是处于垂直位置的树脂/纤维表面层要高得多。例如，本发明的具有被包围在较软聚氨酯树脂层中的垂直纤维的复合片材的耐磨性可能比由100％相同树脂制成的层高50～150倍。当采用较硬的、相对而言更耐磨的树脂时，本发明的纤维/树脂层的优点与100％的相同树脂层相比并未超出这样多。然而，与不含纤维的或主要含水平纤维的表面层相比，本发明的复合片材的表面层仍是非常耐磨的。
在本发明的方法中，第一步骤提供一种具有绒头状纤维层或具有形成绒头状纤维层能力的织物。此处所用的术语“绒头状纤维层”意指一种其中纤维处于大体垂直于织物表面位置的织物表面层。
在根据本发明方法的某些实施方案中，大体垂直的纤维层是由基本上非粘合纤维的非织造层形成的，该基本上非粘合纤维的非织造层经受收缩步骤而引起纤维或纤维组弯曲到该纤维的非织造织物的平面之外，从而形成绒头状层。此绒头状层的大体垂直的纤维在图1中示出并且通常看起来象高为H、底为B的倒U形毛圈。这样的毛圈，当部分是由非粘合纤维的非织造织物形成时，它们一般具有0.1～2mm的平均间距(即，底B)，且高底比至少为0.5。当层被高度收缩(例如，达到10～15倍)且在结构中包括能形成绒头和绒头状纤维的附加元件(例如，在线迹图案中的其他非弹性纱)时，可以达到小至0.1mm的毛圈间距和大至15的高底比。测定毛圈的H和B尺寸的实用方法在下面有关测试方法的段落中再作介绍。
一种用于本发明方法的实施方案中的一般的非织造纤维层是一种织物分特的人造短纤维或连续长丝的薄而软的、基本上非粘合的网。这些纤维材料在此处被总称为“纤维”。所说的纤维是天然存在的或是由合成的有机聚合物形成的。小于5分特和长于5mm的纤维是优选的。优选的纤维层能在较短的间距(例如，小至1mm)上弯曲并且一般重量为15～100克/平方米、优选地小于60克/平方米。用作原料非织造纤维层的适用材料包括粗梳纤维网、气流法纤维网、湿法纤维网、射流喷网法非织造织物、纺粘片等。一般说来，厚的膨松纤维网、毡、粘合或热粘的纤维网等等是不适用的，因为这样的材料通常难于在短间距上弯曲。
纤维层的收缩与弯曲可以任何几种方式中的任何一种来实现。例如，可将一个可收缩件或一组可收缩件断续地连接到纤维层。固定点之间的间距一般至少为1mm，以便进行有效的弯曲。然后，使这个件或这组件收缩，以使纤维层的面积被大大地减少并使纤维组弯曲到层平面外。在可收缩件被连接之前，可以通过将过多的层供入到用来连接可收缩件的装置上，从而将额外的聚集或收缩作用赋予给纤维原料层。
许多类型的可收缩件均可适用于本发明。例如，非织造纤维层可在张力下用弹性纱缝编。变形的弹力纱、包覆的或无包覆的斯潘德克斯纱等等均是用于缝编可收缩件的适用纱。在缝编后，张力能被释放以引起纤维层的所希望的收缩和弯曲。不采用缝编，而可以将经纱、纬纱、薄膜等形式的伸长的弹性件通过水力缠结、粘合或热点粘合等方法断续地连接到纤维层。此后，可以释放伸长件上的张力以引起层收缩和弯曲。
可将其他类型的当受到热、水分、化学物等处理时会收缩的可收缩件断续地连接到纤维层而使该可收缩件未受到初始张力或拉伸。在连接后，可以通过合适的处理以引起可收缩件的收缩。
另一种实现纤维层的收缩和弯曲的方法包括将纤维层断续地连接到可伸长的衬底上，衬底以与其被拉引方向相垂直的方向向内弯曲。例如，某些衬底当沿一个方向被拉伸15％时，它能沿横向自动地发生其收缩量为拉伸量的二或三倍的不可逆收缩(即，向内弯曲)。于是，在拉伸和向内弯曲操作之前将纤维层适当地连接到可拉伸的衬底上，然后对结合在一起的层与衬底施加拉伸力能大大地减少纤维层的面积并引起如本发明方法所要求的纤维组的弯曲。
在本发明的其他实施方案中，绒头状纤维层是由针织物或织造织物中的常规纱形成的，针织物或织造织物构成有可收缩件。当可收缩件收缩时，织物的面积被大大地减少并引起织物的常规纱聚集和弯曲并以垂直方向从被聚集织物的水平面突出。在另一个实施方案中，绒头状层包括从包覆纱中突出的纤维毛圈，包覆纱松散地缠绕在弹性组合纱的可收缩芯的轴线周围。通常，能收缩和弯曲的纱可以比收缩和弯曲的非织造纤维层提供更致密的绒头状层。在根据本发明施加树脂之后，由弯曲纱制成的复合片材比用弯曲的非织造纤维层制成的那些复合片材具有更高的耐磨性。
在本发明另外的一些实施方案中，绒头状层可由收缩的基本上是非粘合纤维的非织造织物、收缩组合纱的松散包覆纱和/或弯曲的非弹性纱的组合体形成的。在这些实施方案中，其中绒头状层是部分或全部由针织物或织造织物的弯曲纱形成的，针织物或织造织物是充分粗糙的，以便得到令人满意的纱弯曲。一般说来，在弯曲之前，弯曲件具有至少为1mm的扁平长度。在本发明的还一个实施方案中，簇绒织物被收缩以增加绒头簇的密度，以用于本发明的复合片材。
就此处所用而言，组合纱意指一种具有被不能收缩的常规“包覆”纱或“包芯”纱包围的可收缩芯(例如，由弹性或可收缩的纱提供)的纱。包覆或包芯纱可以是任何天然的或合成的纤维。包覆纱可通过惯用的包覆、缠绕、合股、包芯、气流喷射缠结或混合等方法与处于张力下的弹性芯结合。所说的芯可以是任何弹性材料的纱或单丝。斯潘德克斯纱的芯是优选的。如果包覆纱与受张力且伸长的弹性芯松散地结合(例如，少于3圈/英寸)，则当张力释放时，芯收缩且包覆纱收缩并与芯相垂直地弯曲。当织物由张力下的组合纱针编、织造或缝编时，当由组合纱释放出张力时，纱收缩且包覆纱弯曲而为表面层提供绒头状纤维。然而，如果包覆纱围绕弹性芯缠绕太紧的话，则组合纱不能对复合片材提供绒头状纤维。
在本发明方法的收缩步骤中，由此使产生垂直纤维的织物面积收缩至少2倍，优选为收缩3～10倍且有时收缩高达15倍。收缩步骤应在施加树脂之前或施加期间进行，因为织物不能在树脂已开始固化之后进行收缩。
由于收缩步骤的结果，织物表面层中垂直的绒头状纤维的浓度大大地增加。然后，通过以含树脂层总重量(即，树脂与绒头状纤维的重量)的30～90％的量将树脂添加到表面层而将纤维固定在适当位置。以层的总重量计，树脂量优选地至少为50％，更优选地至少为70％。一般说来，树脂被均匀地分布在整个绒头状纤维层中。然而，只要绒头状纤维被固定在基本上垂直的位置上，则树脂分布可稍稍不均匀而且在该层中可以存在相当大部分的空隙。空隙量可以高达层总体积的75％或以上。消除层中的空隙而用树脂完全充填层并不是必要的。事实上，用树脂完全充填层的工艺应被避免，因为该工艺经常会过度地压碎纤维并使纤维从垂直位置偏移。为了提高由本发明复合片材提供的耐磨性，在树脂/纤维层中垂直的绒头状纤维是必不可少的。
除了上述的绒头状织物外，本发明的复合片材还可由其他类型的绒头织物，例如簇绒织物、经绒、家具绒头织物和丝绒来生产，只要织物具有本发明所要求范围内的绒头高度和绒头纤维浓度并且织物能与树脂相结合以生产绒头参数至少为0.3g/cm3的层即可。这样的原料织物一般具有0.05～0.15g/cm3的绒头纤维浓度。在用这种织物制成的复合片材中，树脂量一般至少为绒头状织物/树脂表面层总重量的2/3。优选的绒头状织物/树脂表面层的总密度一般至少为0.4g/cm3，优选为0 5～0.9g/cm3。绒头密度宁可较高而不可较低，因为较高的绒头密度是更耐压的并且在树脂浸渍步骤中能防止绒头纤维偏移，从而最终产生更耐磨的层。
本发明复合片材的耐磨表面是抗横向拉伸和垂直压缩的。复合片材的可拉伸性和可压缩性能用多种方法来控制。复合片材的可拉伸性在很大程度上是受水平纤维网络影响的，而绒头状纤维被连接到该水平纤维网络并从该纤维网络突出。一种处在距复合片材外表面约3mm内的本身不可拉伸的纤维网络能赋予树脂-纤维表面层不可拉伸性。就低拉伸性和低压缩性而言，优选的是硬树脂而不是软树脂。复合片材在任何线性方向上的侧向稳定性还可通过将强的、基本上不可拉伸的条、薄膜、片、网、纬纱等连接到耐磨层的背面来实现。所说的连接可通过任何便利的方式，诸如胶结、热粘等来实现。
本发明的耐磨复合片材适于在许多不同的制品中应用。该片材能被模塑成各种形状的制品，可以被用作单层或多层、或者可通过各种方式被连接到各种形状的制品的表面或部分表面以形成具有耐磨性的制品。例如，本发明的复合片材适用于鞋面、工作手套、汽车发动机牙轮皮带、皮革类服装、室内运动保护垫、女用袖珍本、包、行李、鞍座、座面等等。本发明的更耐磨的复合片材特别适宜用于经受更高要求的耐磨条件的制品，例如鞋的趾、跟和/或底部，经常在水泥地面上拖拉的工业用包的底部，相互作用的机械部件的承载面，英式足球，重型工作靴，手套，摩托车手服装垫等等。
测试方法以下的方法和程序被用来测定本发明的树脂浸渍织物的各种特性。
本发明的具有通过弯曲非织造纤维层或通过在短间距上弯曲纱段而形成的垂直绒头状纤维的复合片材中，倒U形毛圈是由弯曲的纤维组或弯曲的纱形成的。弯曲纤维组的倒U形毛圈的高度H和底B是在与纤维层平面相垂直的平面通过对该毛圈截取的放大(例如，15～20倍)的显微照片测定的。然后用该数据计算H/B比。具有对试样的顶部和/或底部进行强照明的低倍显微镜使得可以直接测定H和B。平均的毛圈高度H通常等于可收缩的纤维层的厚度。或者，平均的毛圈高度H可直接用“接触”测微计测定，该测微计具有对接触表面施加10克负荷的1/4英寸(0.64mm)直径的平坦圆柱形探头。由日本Mitutoyo公司制造的APB-D型数字测微计适用于这样的测定。
除了上述的方法外，绒头状纤维的“垂直度”可以通过仔细观察纤维/树脂层的放大剖面图来确定。在施加树脂期间，如果毛圈被“压碎”或被过度“下推”的话，那么倒U形的较长的平直部分看起来将接近纤维/树脂层的外表面。还可以明显地看到直的纤维或纱从垂直位置偏移。绒头纤维的这种严重偏移可能在施加树脂期间产生。在施加树脂期间，绒头纤维层的厚度降低30％，这可以降低成品复合片材的耐磨性，特别是当绒头纤维浓度接近于适用于本发明的浓度范围的下限时。
可拉伸度S是通过(a)从复合片材中切出尺寸为2cm宽×10cm长的试样；(b)在试样上标出与长度方向平行的标准长度Lo；(c)由试样悬持1.0公斤重物为时二分钟；(d)在悬持重物时重新测定“标准长度”，将该重新测定的长度定为Lf；和(e)由式％S＝100(Lf-Lo)计算百分比拉伸度％S。
可压缩度C是通过测定在没有压力情况下的复合片材(a)的绒头纤维/树脂表面层的厚度to和在351千帕(51磅/平方英寸)压力下的复合片材(b)的绒头纤维/树脂表面层的厚度tf之间的厚度变化来确定的。使用能在绒头纤维/树脂复合材料上通过直径为1/4英寸(0.64cm).的圆柱形底脚赋予2.5磅(1.14公斤)负荷的厚度规，然后，通过式％C＝100(to-tf)计算百分比可压缩度％C。为了避免在测定中由于在浸渍层中存在的可压缩水平纤维网络引起的可能误差并确保被测定的绒头纤维/树脂层的特性，应小心地通过砂磨除去水平纤维网络直至仅剩下绒头/树脂层为止。
织物或纤维层的单位重量是根据ASTM方法D3776-79测定的。树脂浸渍织物的密度是由其单位重量与其测得的厚度来确定的。层的空隙部分能方便地从层的总密度及在层中的纤维和树脂的重量与密度来测定。
此处所说的过量进料率、收缩率和总聚集率是用来量度由于初始纤维层所受到的操作而究竟有多少初始纤维层收缩或聚集的参数。过量进料率仅适用于采用弯曲的非织造纤维层的本发明实施方案，它被定义为原料纤维非织造层的初始面积与紧接近第一工艺步骤(例如，针编步骤)之前的层的面积之比。过量进料导致非织造层沿它被送入到操作的方向上弯曲、聚集或压缩。收缩率是非织造层受到具体操作(例如，缝编和从断续地连接有纤维层的纱释放张力)而引起的进一步收缩量的量度。收缩率被定义为纤维层进入到具体操作时的面积除以纤维层离开具体操作时的面积。总聚集被定义为过度进料与收缩率的乘积。原始面积部分是总聚集的倒数并等于纤维层的最终面积与原料纤维层的初始面积之比。
有效的绒头纤维密度是由复合片材的表面层中相对于被磨损表面处于垂直(或绒头状)位置的纤维浓度确定的。就其中的绒头状纤维是由弯曲的硬质纱形成的织物(例如，收缩的针织物)而言，有效的绒头纤维浓度是单位面积的硬质纱重量除以该层的厚度。类似地，如果绒头状纱是已被松散地缠绕在被拉伸而随即收缩的弹性纱周围的弯曲纱，在计算绒头纱浓度时已包括包覆纱的总重量，但是不包括弹性芯的重量。就其中绒头状纱是由收缩和弯曲的非织造纤维层形成的复合片材而言，在计算绒头纤维浓度时仅包括50％的非织造纤维层重量。本发明人从经验中发现，当只采用一半重量而非全部重量的弯曲的非织造纤维层时，本发明的复合片材的耐磨性-绒头参数数据更为相关。这反映以下的事实，即，例如由弯曲的硬质纱和簇绒绒头纤维形成的绒头状纤维在对复合片材提供耐磨耗性方面，比由收缩和弯曲的非织造纤维层形成的绒头状纤维要更有效。因此，有效的绒头纤维浓度Ceff＝10-4kw/t，其中对于由弯曲的非织造纤维层提供的绒头状纤维，k为0.5，对于弯曲的纱或簇绒，k为1.0，w是以克/平方米表示的绒头状纱的单位重量，而t为以厘米表示的表面层的厚度。
为了测定试样的耐磨性，使用由依利诺斯州(Illinois)、Kankakee，的J.K.Technologies Inc.制造的其上带有包围测试仪之摆动轮的40号磨料金刚砂布的Wyzenbeek“精密磨损测试仪”。在6磅(2.7公斤)负荷下摆动轮以90次/分钟的速率越过试样表面往复摆动。此试验是根据ASTM D4157-82的一般程序测定的。在给定数目的磨耗次数前后用上述的厚度规测定试样的厚度以测定以毫米/1000次表示的磨耗率为了对本发明的复合片材提供合适的耐磨损性，不大于50微米/1000次的磨耗率被认为是令人满意的。
实施例在下面的实施例中，对本发明的各种复合片材的制造和耐磨性进行描述并与不属于本发明的类似复合片材进行比较。本发明复合片材的耐磨耗性比比较复合片材高得多。本发明的试样用阿拉伯数字表示而比较试样用大写字母表示。惯用的经编术语被用来描述制备各实施例中的各种针织或缝编织物具体的重复缝编图案。每一实施例有附表以说明其复合片材的制造详情、重量、组成和特性以及片材的耐磨性能。
在各实施例中，用弹性纱制成的织物按顺序(1)从织物成型机中取出，(2)让其达到初始收缩，(3)受到通过被浸渍在沸水(100℃)中1-2分钟的煮练处理，(4)干燥和然后(5)在380°F(193℃)的拉幅机进行1～1.5分钟的热定形处理。在热定形期间在纵向和横向上的具体的拉伸量被用来控制织物的最终收缩量。
二种不同的聚氨酯树脂被用来浸渍复合片材试样的绒头状层。“ZAR”，一种由United Gilsonite Laboratories of Scranton，Pennsylvania销售、在此处被称为“PU-1”的清聚氨酯罩面漆用于实施例1和3的试样，而在此处被称为“PU-2”的一种由K.J.Quinn&Co.，Inc.ofSeabrook，New Hampshire销售的软聚氨酯树脂用于所有其余的试样。PU-2是一种被混合、添加到绒头纤维，然后被固化的双组分配方。试样用惯用的浸渍工艺用树脂浸渍。用刮刀将所施加的树脂刮平并在热空气炉中在绒头纤维面朝下的情况下干燥和/或固化至少12小时。就对用PU-1浸渍的织物来说炉温被保持在65℃，而对用PU-2浸渍的织物来说炉温被保持在95℃。各不含纤维的5mm厚树脂层的可压缩率、密度和40号磨料的磨耗率(以微米/1000次表示)和肖氏A级硬度如下树脂肖氏A级硬度 ％可压缩率密度g/cm3磨耗率PU-1 70011 900PU-2 53510 4500实施例1此实施例对本发明的树脂浸渍的复合片材的二个试样与不属于本发明的试样进行比较。在每个试样中，绒头状纤维是由Kevlar_芳族聚酰胺纤维(由E.I.duPont de Nemours&Co.销售)形成的。在试样1中，绒头状纤维是由针织物中Kevlar_纱的弯曲形成的。在试样2中，绒头状纤维是由缝编织物中弯曲的Kevlar_缝编纱和弯曲的Kevlar_非织造纤维衬底形成的。在比较试样A中，由于其低的有效绒头纤维浓度和绒头参数，所以比较试样A不属于本发明的范围，绒头状纤维组是仅由Kevlar_纤维的弯曲非织造层形成的。本发明的试样1和2的耐磨性约为比较试样A的3～5倍。
试样1的复合片材的原料织物是由在10隔距(每英寸10列或每厘米4列)和每英寸22横列(每厘米8.7横列)下操作的“Liba”机制备的双梳栉针织物。背梳栉用400旦(440分特)的长丝Kevlar_-29纱穿过而形成1-0，4-5针迹的重复图案。前梳栉用由280旦(320分)Lycra_斯潘德克斯弹性芯构成的组合纱穿过，70旦(78分特)的34-长丝变形聚酯纱以约7圈/英寸(2.8圈/厘米)紧密缠绕着该弹性芯。当从LIBA机取出针织物时，这种针织物的重量为159g/cm2。然后将这种针织物煮练和热定形。结果织物被收缩2.6倍而其重量增加到413g/cm2。背梳栉纱被弯曲而形成倒U形的绒头状纤维组。前梳栉纱的组合纱的紧密缠绕并未促使绒头状纤维组的形成。然后，用聚氨酯树脂PU-1浸渍织物并在热空气炉中干燥和固化。得到的复合片材试样1的特性被记录在下表I中。
试样2的复合片材的原料织物是用140英寸(3.6米)宽的、适用于缝编非织造纤维层的双梳栉“Liba”机制造的的双梳栉缝编织物。在每一列中每一梳栉被穿过14隔距(14列/英寸或5.5/cm)且每英寸插入9针迹(3.5/cm)。将按单丝计为1.5旦(1.7分特)和2.2cm长的Kevlar_29芳族聚酰胺纤维的34-g/m2Z-11型Sontara_射流成网的纤维衬底(由E.T.du Pont de Nemours&Co.制造)以47％的过量进料率供入到LIBA机中。背梳栉和前梳栉的缝编线与试样1中所用的线相同，但是由具有2-横列阿特拉斯(Atlas)线圈图案形成。当从LIBA机取出缝编织物时，织物面积收缩并将其重量增加到184g/cm2。然后以与实施例1相同的方式将缝编织物煮练、热定形和树脂浸渍，除了在煮炼和热处理时试样2被收缩2.9倍和已被过量进料到缝编步骤的非织造纤维层达到4.3的总聚集率之外。试样2的进一步的制造细节与特征被列于下表I中。
比较复合片材的试样A是由在试样2中所使用的相同型号和重量的Kevlar_射流成网的原料织物制备的。以12隔距(12针/英寸或4.7/cm)穿过和插入14针迹/英寸(5.5/cm)的单梳栉缝编机用于比较试样A非织造纤维层被过量25％送入并采用与制备试样1和2时相同的组合纱进行缝编。使用1-0，2-3重复针编图案。以与试样1和2相同的方式对试样A进行树脂浸渍、煮练和热定形。比较试样A的详细情况被列于表I。
表I的数据清楚地说明复合片材试样1和2具有优于比较试样A的复合片材的耐磨性。试样1和2的耐磨性分别为比较试样A的2.7和3.1倍。
表I(实施例1)试样标记1 2 A原料非织造的Wt.，g/m20 3434过量进料率 na 1.47 1.25硬质纱Wt.，g/m2135 104 0可收缩的Wt.，g/m224 3044总Wt.，g/m2159 184 87聚集被收缩的Wt.，g/m2413 537 361收缩率 2.6 2.9 4.15非织造的Wt.，g/m20 145 176硬质纱Wt.，g/m2351 302 0非织造的总聚集 na 4.3 5.2％原始面积38 3524树脂应用树脂Wt.，g/m2306 566 510％绒头高度损失 0 0 0表面层特性总Wt.，g/m2657 1013 686厚度，mm1.1 2.0 1.4密度，g/cm30.590.51 0.49绒头纤维重量，g/m2351 445 176绒头纤维浓度，g/cm30.320.23 0.13有效绒头纤维浓度，g/cm30.320.19 0.065绒头参数，P，g/cm30.440.32 0.18毛圈底，B，mm 0.7 0.5 0.4
毛圈的H/B比 3.6 5.0 3.5％树脂重量 465674％空隙 515859％可拉伸率 101010％可压缩率 10105抗40号磨料的耐磨性试验持续期间，103次 ＞5 ＞5 ＞5磨损量，微米/103次 2336110％标称磨损量*2133100注na＝不适用的；*＝按试样A标称化的。实施例2在此实施例中，制备本发明的复合片材的若干试样和类似于实施例1的比较试样，但是用软聚氨酯树脂PU-2取代实施例1中的聚氨酯树脂PU-1。每一试样和比较试样具有由Kevlar_芳族聚酰胺纤维形成的绒头状纤维组。
试样3、试样4和比较试样E分别含有与实施例1的试样1、2和比较试样A相同的织物。试样3的复合片材包括由在单梳栉上的弹性组合纱和在双梳栉上的非弹性纱针织成的收缩织物。试样4的复合片材包括通过用单梳栉的弹性组合纱和单梳栉的非弹性纱缝编纤维层而制备的收缩织物。试样E包括通过用单梳栉的弹性组合纱缝编该层而制成的收缩的纤维层。另外的复合片材的比较试样B和C分别是用与试样3和4相同的原料织物制成的，但是所施加的树脂量不同。所得的复合片材试样的制造、特征和耐磨性能的细节示于表II中。表II清楚地示出具有高绒头参数值的复合片材的耐磨性优点。例如参见试样3与比较试样B和试样4与比较试样C的磨损测试结果。此外，这些试样和试样E与实施例1中相应试样比较的磨损结果显示，只要树脂使纤维固定并对该层提供低的可压缩性与可拉伸性，增加树脂的硬度显然就不会增加本发明的复合片材的耐磨性。增加绒头纤维的浓度和绒头参数为更有效的。
除了上述的包含具有绒头状Kevlar_芳族聚酰胺纤维组的复合片材之外，制备二种以上的复合片材、试样5和比较试样D。这二种试样的原料织物是通过将1000旦(1100分特)的Kevlar_-29纱以14隔距(14簇绒针/英寸或5.5/cm)以16簇绒/英寸(5.1/cm)簇绒到119-g/cm2紧密粘合的Reemay_纺粘聚酯非织造织物(由Reemay，Inc，of OldHickory，Tenn.制造)中而制造的。该簇绒织物被拉伸20％，同时伴随的缩幅约为40％，以使织物面积收缩2倍。该复合片材的其它细节和性能概括在表II中。
表II(实施例2)试样标记3 B 4 C 5 D E原料非织造的Wt.，g/m20 0 34 34 119 119 34过量进料率nana 1.47 1.47 nana1.25硬质纱Wt.，g/m2135 135104104205 205 0可收缩的Wt.，g/m22424 30 30 0 0 44总Wt.，g/m2159 159184184314 314 87聚集被收缩的Wt.，g/m2413 413537537636 636 361收缩率2.6 2.62.92.92.0 2.0 4.15非织造的Wt.，g/m20 0 1451450 0 176硬质纱Wt，g/m2351 351302302415 415 na非织造织物总聚集nana 4.34.3nana5.2％原始面积3838 35 35 494924树脂应用树脂Wt，g/m2646 1021263 1921680 560 1020％绒头高度损失 0 0 0 0 0 0 0表面层特性总Wt.，g/m2997 4531710 6392095 975 1196厚度，mm 1.1 1.12.02.02.6 2.6 1.1密度，g/cm30.91 0.41 0.86 0.32 0.81 0.38 1.08绒头纤维重量，g/m2351 351447447415 415 176绒头纤维浓度，g/cm30.32 0.32 0.22 0.22 0.16 0.16 0.16有效绒头纤维浓度，g/cm30.32 0.32 0.18 0.18 0.16 0.16 0.08绒头参数，P，g/cm30.54 0.36 0.40 0.24 0.36 0.25 0.29毛圈底，B，mm 0.7 0.70.50.50.8 0.8 0.4毛圈的H/B比 3.6 3.65.05.03.8 3.8 3.5
％树脂重量 642274 30 805785％空隙246628 72 326810％可拉伸率 0 20015 0 0 0％可压缩率 0 15015 0 0 0抗40号磨料的耐磨性试验持续期间，103次 131.5 257.9 256 13.2磨损量，微米/103次 18802566306050％标称磨损量*36160 50132 60120 100注*＝按试样E标称化的；na＝不适用的。
实施例3此实施例进一步说明总聚集与绒头状纤维浓度对本发明复合片材的耐磨性的重要影响。复合片材试样6、7和8与比较试样F均具有一层其中的绒头状纤维是由弯曲的纤维非织造层和弯曲的非弹性缝编纱形成的层。在比较试样G中，没有弯曲的非弹性纱。
为了制备每一试样的原料织物，将非粘合聚酯纤维的26-g/m2的Sontana_8017射流喷网法非织造织物的纤维层过量进料到双梳栉“Liba”缝编机。Liba的前梳栉用组合纱形成1-0，2-3针迹的重复图案，而组合纱是被70-旦(78-分特)的34长丝聚酯纱以9圈/英寸(3.5/cm)紧密缠绕的280-旦(311-分特)的Lycra_斯潘德克斯弹性芯。除了未使用背梳栉的比较试样G的织物之外，背梳栉用210旦(233分特)的34长丝高韧度62型Dacron_聚酯纱形成3-4，1-0针迹的重复图案。Lycra_和Dacron_均由DuPont销售。Liba为一种每英寸14隔距(14针/英寸或5.5/cm)、插入14横列/英寸(5.5/cm)的机器。不同大小的张力被施加到用来制备每一种试样的组合纱上，当织物从Liba中取出时每一试样具有不同的收缩量。组合纱的收缩引起形成一绒头状纤维层。绒头状纤维是通过非织造纤维层的收缩和弯曲以及背梳栉非弹性缝编纱的弯曲而形成的，与此同时发生组合纱的收缩。然后，在煮练后将收缩的织物在拉幅机上进行热处理以设定织物的最终尺寸。此后，用与实施例1中使用的相同聚氨酯树脂PU-1浸渍织物试样以固定绒头状纤维。然后，干燥被浸渍的试样以形成复合片材试样。试样的细节与磨损试验的结果概括在下面的表III中。
表III(实施例3)试样标记 6 7 8 F G原料非织造的Wt.，g/m226 26 26 26 26过量进料率 1.21.21.21.21.3硬质纱Wt，g/m271 71 71 71 0可收缩的Wt.，g/m231 31 31 31 32总Wt.，g/m213313313313366聚集被收缩的Wt.，g/m2578785918238544收缩率 4.45.96.91.88.2非织造的Wt，g/m213718321556 277硬质纱Wt.，g/m23124184901280非织造的总聚集 5.37.18.32.210.7％原始面积 19 14 15 45 12树脂应用树脂Wt.，g/m21043 884655499986％绒头高度损失 10 9 15 8 0表面层特性总Wt.，g/m21489 1485 1360 6831263厚度，mm 1.82.01.81.41.6密度，g/cm30.83 0.74 0.75 0.50 0.79绒头纤维重量，g/m2499601705184277绒头纤维浓度，g/cm30.25 0.30 0.39 0.13 0.17有效绒头纤维浓度g/cm30.21 0.25 0.33 0.11 0.085绒头参数，P，g/cm30.41 0.44 0.49 0.23 0.26毛圈底，B，mm 0.44 0.30 0.25 1.00.30毛圈的H/B比4.16.67.21.45.3％树脂 70 60 48 73 78％空隙 31 38 38 58 34％可拉伸率 5 5 10 5 0％可压缩率 10 5 10 15 0抗40号磨料的耐磨性试验持续期间，103次 2331252.316磨损量，微米/103次 32131280 92％标称磨损量*35141387 100注*＝按试样G标称化的。实施例4在此实施例中复合片材试样是由收缩的织物制备的，所说的织物是用具有松散缠绕的非弹性包覆纱的弹性组合纱的单梳栉针织物。绒头状纤维是在组合纱收缩时由包覆纱形成的。
试样9、10和11与比较试样H均是用单梳栉“Liba”机由组合纱成形1-0，2-3针迹的重复图案的针织物，该组合纱具有被70-旦(78-分特)34-长丝变形聚酯纱以约1.5圈/英寸(0.6/cm)松散缠绕的280-旦(311-分特)的Lycra_斯潘德克斯弹性芯。每一试样均是用以14横列/英寸(5.5/cm)操作的Liba和以20隔距(即，20针/英寸或7.9/cm)的针床制造的，除了试样11是在10隔距下制造的之外。每一试样用的织物是用在不同张力下的组合纱针织的。当从针织机中取出织物并从组合纱中除去张力时，织物的针织面积被收缩11.5至14倍，而伴随着松散缠绕的包覆纱弯曲而形成绒头状层。实施例2中所用的聚氨酯树脂PU-2被施加到每一试样的绒头状纤维。试样制造和耐磨性的进一步细节被列于下表IV中，表IV还包括实施例3的试样G以供进一步比较用。
被列于表IV中的耐磨性试验结果显示，高绒头浓度、高绒头参数和伴随的高耐磨性能可用仅具有由弯曲纱提供的绒头状纤维组的织物得到。该结果还证实在复合片材中避免过度可拉伸性的重要性。应当指出，具有树脂重量含量仅为25％的比较试样H的复合片材的绒头状纤维/树脂表面层是易于被拉伸的，并且显示出比本发明的复合片材试样9～11大11～18倍的磨损率。如果没有足够的树脂被结合到纤维/树脂层中的话，即使层的其它特性是符合本发明的，但是复合片材仍缺乏抗拉伸性和耐磨性。试样的耐磨性数据和其他数据被概括于表IV中并清楚地表明本发明的复合片材超过比较试样的卓越的耐磨性。该数据再次表明，符合本发明要求的树脂浸渍的绒头状纤维层提供了具有高度有效耐磨性的复合片材。
表IV(实施例4)试样标记 9 10 11 H G原料非织造的Wt.，g/m20 0 0 0 26过量进料率 na na na na 1.3硬质纱Wt.，g/m20 0 0 0 0包覆纱重量，g/m224 24 21 24 0可收缩的Wt.，g/m222 22 20 22 32总Wt.，g/m246 46 41 46 66聚集被收缩的Wt.，g/m2557557 476 557544收缩率 11.5 11.514.011.5 8.2非织造的Wt.，g/m20 0 0 0 277非织造的总聚集 na na na na 10.7包覆纱重量，g/m2276276 294 2760％原始面积 8.78.7 7.8 8.712树脂应用树脂Wt.，g/m29101009987 94 986％绒头高度损失 17 17 13 17 0表面层特性总Wt.，g/m21186 128512813701263厚度，mm 1.51.5 1.4 1.51.6密度，g/cm30.79 0.860.910.25 0.79绒头纤维重量，g/m2276276 294 276277绒头纤维浓度，g/cm30.18 0.180.210.18 0.17有效绒头纤维浓度，g/cm30.18 0.180.210.18 0.085绒头参数，P，g/cm30.38 0.380.440.38 0.26毛圈底，B，mm 0.12 0.120.100.12 0.30毛圈的H/B比12.5 12.514.012.5 5.3％树脂 76 78 77 25 78％空隙 35 28 24 79 34％可拉伸率 10 5 5 80 0
％可压缩率 10510150抗40号磨料的耐磨性试验持续期间，103次 201823 0.8 16磨损量，微米/103次 304043 450 92％标称磨损量*334347 489 100注*＝按试样G标称化的。
实施例5在此实施例中，树脂浸渍的复合片材是由收缩的双梳栉经编织物制备的。用于试样12～15中的每一个和比较试样I的原料织物是在双梳栉Liba机上针织的，一个梳栉被具有松散缠绕的非弹性包覆纱的弹性组合纱穿过而第二梳栉被非弹性变形纱穿过。前梳栉用280-旦(311-分特)Lycra_斯潘德克斯纱形成1-0，2-3针迹的重复图案，70-旦(78-分特)34长丝变形聚酯纱以一圈/英寸(0.4/cm)松散地围绕该斯潘德克斯纱。背梳栉用150-旦(167-分特)的常规聚酯变形纱形成3-4，1-0针迹的重复图案。除了试样12和比较试样J之外的每一试样是用在14横列/英寸(5.5/cm)下操作的Liba机制造的，该试样12和比较试样J均是用22横列/英寸(8.7/cm)和以20隔距穿过的机器制造的之外。试样13是用以10隔距穿过的机器制成的。调整作用在用于制备试样的组合纱上的张力，以便当针织物从Liba机中取出、煮练和热定形时，织物的这种针织面积被收缩1.9～7倍。伴随织物收缩的同时是松散缠绕的包覆纱的弯曲和第二梳栉纱的弯曲。聚氨酯PU-2(与实施例2中的相同)被施加到每个试样上。
试样的其它制造与耐磨性能的细节概括在下面的表V中，其中也包括实施例3中的试样G以供进一步比较之用。磨损试验的结果显示，比较试样G和I的磨耗量是本发明试样12～15的磨耗量的约2.5～20倍。在施加树脂期间，显然试样I织物的绒头状纤维从其垂直位置偏移，正如由31％的表面层高度损失和不充足的收缩率所指出的。
概括于表V中的结果显示，用作本发明试样12-15的织物的收缩导致形成基本上垂直的绒头状纤维。绒头状纤维是由收缩的包覆纱与弯曲的第二梳栉纱形成的。反之，比较试样I的的织物不能提供令人满意的绒头状层而且并未充分地被树脂浸渍，因此相应地显示出非常差的耐磨性。试样G尽管具有非常高的树脂密度，但是由于其低的有效绒头密度和绒头参数而不能提供高的耐磨性。
表V(实施例5)试样标记12 13 14 15 I G原料非织造的Wt.，g/m20 0 0 0 0 26过量进料率 na na na na na 1.3硬质纱Wt.，g/m292 32 32 32 92 0包覆纱重量，g/m233 23 23 23 26 0可收缩的Wt.，g/m228 22 22 22 26 32总Wt.，g/m2153 77 77 77 15466聚集被收缩的Wt.，g/m2554 540 870 870 299544收缩率3.6 7.0 11.311.31.98.2非织造的Wt.，g/m20 0 0 0 0 277硬质纱重量，g/m2331 224 361 361 1750包覆纱重量，g/m2118 161 260 260 49 0非织造的总聚集 na na na na na 10.7％原始面积 28 14 9 9 53 12树脂应用树脂Wt.，g/m2826 1098380 920 408986％绒头高度损失16 4 15 0 31 0表面层特性总Wt.，g/m212751483100115416321263厚度，mm1.6 2.4 1.7 1.9 1.31.6密度，g/cm30.650.740.590.810.49 0.79绒头纤维重量，g/m2449 385 621 621 224277绒头纤维浓度，g/cm30.280.160.370.330.17 0.17有效绒头纤维浓度，g/cm30.280.160.370.330.17 0.085绒头参数，P，g/cm30.430.340.470.510.28 0.26毛圈底，B，mm 0.3 0.3 0.2 0.2 0.30.30毛圈的H/B比 5.3 8.9 8.5 8.5 4.35.3％树脂重量65 74 38 60 65 78
％空隙 46 38 51 33 59 34％可拉伸率10 5 10 0 5 0％可压缩率10 5 10 0 25 0抗40号磨料的耐磨性试验持续期间，103次＞25＞25 ＞25＞25 4 16磨损量，微米/103次 28 40 8 5 10092％标称磨损量*30 40 9 5 109100注na＝不适用的；*＝按试样G标称化的。
实施例6在此实施例中，制备具有树脂浸渍的叉形刺针的绒头状纤维层的复合片材。
试样J和16的原料织物是由1.5-旦(1.7-分特)、3-英寸(7.6cm)长54型Dacron_聚酯纤维(由E.I.du Pont de Nemous&Co.销售)272g/m2气流成网的纤维网制备成的，而所说的气流成网的纤维网被放置在119-g/m2Reemay_纺粘聚酯织物上并用Dilo叉形针刺机将其叉形针剌到其中。该针刺机是14隔距(每英寸14叉形针或5.5/cm)机器，它造成约130插入/平方英寸(20/cm2)。纤维毛圈在相对于针刺入层面的Reemay_表面上形成。毛圈在Reemay_的表面上突出约2.5mm。比较试样J被煮练、热定形、用聚氨酯PU-2浸渍并干燥。试样16在除了热定形、树脂浸渍和干燥前之外以同样方式被处理。试样16沿纵向被拉伸30％，而其原始宽度相应地减少约37％以提供面积收缩约2.1倍的试样。试样的其它制造细节、特性以及耐磨耗试验的结果概括在表VI中。表VI还包括实施例3中比较试样G的数据以供进一步比较之用。
表VI清楚地显示，通过针剌和收缩制备的含有绒头状纤维层的本发明复合片材试样16，其耐磨耗性是类似制备的具有未收缩叉形针刺绒头状层的复合片材的6.5倍。此外，试样16的复合片材的耐磨性是实施例3中比较试样G之复合片材的4.5倍。这些结果强调，如在先前实施例所显示的，树脂浸渍的绒头状纤维层的绒头参数在提供具有耐磨性的复合片材方面是非常重要的。本发明的试样16具有的绒头参数为0.37，而比较试样J和G具有的绒头参数分别为0.22和0.26。
表VI(实包例6)试样标记 J16 G原料非织造的Wt.，g/m3272 27226过量进料率Wt.，g/m2nana 1.3可收缩的Wt.，g/m2119 11932总Wt.，g/m2391 39166聚集被收缩的Wt.，g/m2391 821544收缩率 1.0 2.18.2非织造的Wt.，g/m2272 571277非织造的总聚集 1.0 2.110.7％原始面积 100 48 12树脂应用树脂Wt.，g/m2720 930986％绒头高度损失 0 0 0表面层特性总Wt.，g/m2992 1501 1263厚度，mm 2.4 2.51.6密度，g/cm30.41 0.60 0.79绒头纤维重量，g/m2272 571277绒头纤维浓度，g/cm30.11 0.23 0.17有效绒头纤维浓度，g/cm30.11 0.23 0.085绒头参数，P，g/cm30.22 0.37 0.26毛圈底，B，mm0.8 0.40.3毛圈的H/B比 3.0 6.05.3％树脂重量 7362 78％空隙 6550 34％可拉伸率 100 0％可压缩率 150 0抗40号磨料的耐磨性试验持续期间，103次 5 15 16磨损量，微米/103次 130 20 92
％标称磨损量*141 22 100注na＝不适用的；*＝按试样G标称化的。实施例7在此实施例中，用提供树脂/纤维层的绒头状纤维的树脂浸渍的丝绒织物制备二种复合片材试样。
试样17和18的原料织物是在130英寸(3.3米)宽、70隔距(70针/英寸或27.6/cm)的三梳栉经编机上制备的，其形成64横列/英寸(25.2/cm)。使用由Karl Mayer of Frankfurt，Germany制造的KS3P型机。第一梳栉用扁平的(即，未变形的)70-旦(77-分特)、24-长丝聚酯纱穿过并形成1-0，1-1，2-1针迹的重复图案。第二梳栉用平的100-旦(110-分特)的40-长丝聚酯纱穿过并形成1-0，0-0，1-1针迹的重复图案。第三梳栉用扁平的(即，未变形的)70-旦(77-分特)的24-长丝聚酯纱穿过并形成1-0，0-0，1-1针迹的重复图案。通过该机器形成的丝绒织物具有重量为347g/m2的针织背(即，底)层和测定高度为1.5mm、重23/gm2且有效绒头纤维浓度为0.18g/cm3的毛圈线层。
在所说针织条件下的试样17用聚氨酯树脂PU-2浸渍。在树脂固化后，该试样具有的绒头参数为0.31g/cm3。在所说针织条件下的试样18在375°F(191℃)下热定形以固定织物尺寸。然后热定形试样18的毛圈被剪断以提供1.2mm的绒头厚度。试样18还用聚氨酯树脂PU-2浸渍，它在固化后形成绒头参数为0.31g/cm3的试样。
如表VII中所示，试样17和18是本发明的复合片材，它们在40-磨料磨损试验中的性能相当好.在表VII中还包括实施例3中的比较试样G以供进一步的比较用。当与树脂浸渍的丝绒织物制成的本发明试样17和18的复合片材相比时，由树脂浸渍的收缩和弯曲的非织造纤维层制成的比较试样G之复合片材的磨损速度要比试样17和18的复合片材快2.2～2.4倍。
表VII(实施例7)试样标记 17 18 G原料底层重量，g/m2347347na绒头重量，g/m2231231na绒头高度，mm 1.51.5na热定形与剪断后*底层重量，g/m2347347na绒头重量，g/m2231210na绒头高度，mm 1.51.4na树脂应用树脂Wt.，g/m2452422986％绒头高度损失15 15 0表面层特性总Wt.，g/m26836821263厚度，mm1.31.21.6密度，g/cm30.53 0.53 0.79绒头纤维重量，g/m2231210277绒头纤维浓度，g/cm30.18 0.18 0.17有效绒头纤维浓度g/cm30.18 0.18 0.085绒头参数，P，g/cm30.31 0.31 0.26毛圈底，B，mm 0.40.40.30H/B比 3.33.05.3％树脂重量66 67 78％空隙45 44 34％可拉伸率 10 0 0％可压缩率 15 15 0抗40号磨料的耐磨性试验持续期间，103次16 1516磨损量，微米/103次 41 3892％标称磨损量*45 41100注+＝仅试样18被剪断；“na”意指不适用的，有关试样G的细节参见表III(实施例3)；*％磨损率＝按试样G标称化。
权利要求
1.一种耐磨的复合片材，它具有上表面和下表面并包括一处于上表面和下表面之间并基本上与它们平行的平面形纤维网络，处于片材的上下表面之间且被连接到平面形纤维网络并从该平面形纤维网络大体垂直突出的绒头状纤维组，将绒头状纤维组固定为大体处于垂直位置且重量占树脂浸渍的绒头层总重量30％～90％的树脂，绒头状纤维组和平面形纤维网络是由织物分特的纤维或长丝构成的，以及片材具有在任何方向上不大于25％的可拉伸率，其特征在于，存在于树脂浸渍的绒头状纤维层中的绒头状纤维组的有效绒头纤维浓度Ceff至少为0.1g/cm3，以及树脂浸渍的绒头状层的厚度为0.5～3mm、总密度d至少为0.4g/cm3、单位重量为300～2500g/m2、垂直方向的可压缩率不大于25％且绒头参数P根据式P＝[(Ceff)(d)]1/2计算至少为0.3g/cm3。
2.权利要求1的复合片材，其特征在于，树脂量至少为树脂浸渍的绒头状纤维层总重量的50％，有效绒头纤维浓度为0.15～0.5g/cm3，层厚度为1～3mm，层的总密度为0.5～1.2g/cm3，绒头参数至少为0.35g/cm3，并且层显示出不大于50微米/1000次的抗40-磨料Wyzenbeek的磨损量。
3.权利要求1或2的复合片材，其特征在于，复合片材的可拉伸率和树脂浸渍的绒头状层的可压缩率均不大于10％。
4.权利要求1、2或3的复合片材，其特征在于，绒头状纤维组为具有平均间隔为0.1～2mm且平均的毛圈高底比至少为0.5的倒U形毛圈或垂直纱形式，所说的毛圈是由弯曲的纱形成的；且平面形纤维网络至少部分是由收缩的纱形成的。
5.权利要求4的复合片材，其特征在于，平面形纤维网络是包括具有收缩芯和弯曲的硬质纱包覆的组合纱的针织物，弯曲的包覆形成绒头状纤维组。
6.权利要求4的复合片材，其特征在于，平面形纤维网络是至少由二梳栉形成的针织物，一梳栉用收缩的芯形成组合纱，而第二梳栉形成将弯曲而形成绒头状纤维组的硬质纱。
7.权利要求4的复合片材，其特征在于，平面形纤维层包括织物分特的纤维或长丝的非织造织物并且绒头状纤维组是簇绒纱。
8.权利要求4的复合片材，其特征在于，平面形纤维层包括收缩的针织物且绒头状纤维组是簇绒纱。
9.权利要求4的复合片材，其特征在于，U形毛圈部分是由织物分特的基本上非粘合纤维的收缩的非织造层形成的。
10.权利要求4的复合片材，其特征在于，平面形纤维层是缝编的纤维层；缝编纱是具有可收缩的芯和松散缠绕的硬质纱包覆的组合纱。
11.权利要求4的复合片材，其特征在于，平面形纤维层和绒头状纤维组二者都是由收缩的双梳栉缝编纤维层形成的；一梳栉的缝编纱是具有可收缩芯的组合纱而第二梳栉的缝编纱是硬质纱。
12.权利要求1、2或3的复合片材，其特征在于，绒头纤维和平面形纤维网络是由丝绒织物提供的。
13.一种制造耐磨复合片材的方法，它包括以下步骤提供一种厚度为0.5～3mm的织物，在该织物中绒头状纤维组大体与该织物的表面相垂直并且其有效的绒头纤维浓度至少为0.1g/cm3，绒头状纤维组被连接到平面形纤维网络并从该平面形纤维网络突出，而该平面形纤维网络处于织物表面中或表面处，和通过将树脂以一定的量注入到织物中而将绒头状纤维组固定在其垂直位置，该一定量占浸渍织物总重量的30～90％并形成总密度为0.4～1.2g/cm3且绒头参数至少为0.3g/cm3的浸渍织物。
14.权利要求10的方法，其特征在于，绒头状纤维组的浓度是通过将织物面积收缩至少2倍而提高的。
15.权利要求11的方法，其特征在于，织物被收缩3～12倍。
16.权利要求11或12的方法，其特征在于，织物是用张力下的组合纱和可选择的硬质纱针织成的，组合纱具有与长丝包覆相结合的弹性芯并形成间隔至少为1mm的针织针迹，在收缩步骤中所述张力被释放。
17.权利要求10的方法，其特征在于，绒头状纤维组的固定与织物尺寸的稳定化是通过注入树脂而同时实现的。
18.权利要求14的方法，其特征在于，所说的复合片材通过将低拉伸的元件连接到该复合片材的背面而被进一步稳定。
19.一种成形制品，它具有被连接到其至少部分表面上的如权利要求1所述的耐磨复合片材。
全文摘要
一种复合片材,它具有树脂浸渍的绒头状垂直纤维(10)的表面层(17),为片材提供了异常高的耐磨性。表面层(17)具有组合特征,它包括0.1～0.5g/cm
文档编号B32B33/00GK1183743SQ95197848
公开日1998年6月3日 申请日期1995年5月8日 优先权日1995年5月8日
发明者D·P·扎菲尔奥格卢 申请人:纳幕尔杜邦公司