无纺材料及其制造方法以及并入该无纺材料的物品的制作方法

无纺材料及其制造方法以及并入该无纺材料的物品的制作方法
【专利说明】无纺材料及其制造方法从及并入该无纺材料的物品
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据美国法典第35篇第119条第(e)项要求2014年12月16日提交的第62/ 092,517号题为 "N0NW0VEN MATERIAL AND METHOD OF MAKING SAME AND ARTI化ES INCORPORATING T肥NONWOVEN MAT邸lAL"的美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用 并入本文。
[000；3]背景
[0004] 本发明通常设及无纺材料、制造无纺材料的方法和由无纺材料制成的物品。特别 地，本发明设及一种透气的无纺材料、制造无纺材料的方法和包含无纺材料的物品。
[0005] 织物可被结合到个人目的和工业目的的多种产品中。无纺织物可用在各种产品 中，且无纺织物可被制造用于结合到特定类型的物品中。透气无纺织物对于鞋类物品和服 装物品可能是期望的。用背衬材料(backing material)制造的某些类型的常规无纺材料对 于结合到鞋类物品和服装物品中可能并不足够透气，而不用背衬材料制造的其他类型的常 规无纺材料对于结合到鞋类物品和服装物品中可能不够耐用。
[0006] 概述
[0007]无纺织物可W形成物品、物品的组成部分，或形成可用于形成物品或物品的组成 部分的材料。制造无纺织物的方法包括将多个纤维颗粒沉积到衬底上。相比工业标准，该纤 维颗粒可能相对较长。衬底可具有任何形状，包括平面、曲面或者Ξ维面。衬底的形状被赋 予所得到的织物，所W所得到的织物可形成期望的物品或期望的物品的组成部分的形状， 除了期望的物品的组成部分可从其切割下来的织物片。
[000引衬底例如通过在衬底的表面上喷涂可W暂时附着纤维颗粒的胶状物质，或者通过 用电磁电荷给衬底充电，可准备好接受纤维颗粒。纤维颗粒然后使用本领域中已知的任何 方法沉积到衬底上，如通过将纤维颗粒吹到衬底上。在使纤维颗粒缠结成无纺织物层之前， 将粘合剂施加到纤维颗粒。
[0009] 沉积纤维颗粒、施加粘合剂W及缠结纤维颗粒的运一过程可W重复，直到获得所 得无纺织物的期望数量的层或期望厚度。可选地，一些层可W包括掩膜，W防止纤维颗粒在 选定的区域累积，来操纵在那些选定的区域中的无纺织物的厚度、柔软性、透气性和其他性 能。粘合剂然后固化，且将得到的无纺织物从衬底上除去，并可选地送去进行另外的处理。 采用运种方法制成的无纺物品包括服装物品和鞋类物品。
[0010] 在一个方面，本发明提供一种制造无纺物品的方法，该方法包括W下步骤:准备衬 底W接收多个纤维颗粒，将该多个纤维颗粒沉积到衬底上，将粘合剂施加到多个纤维颗粒， 将第二多个纤维颗粒沉积到粘合剂和第一多个纤维颗粒上，缠结纤维颗粒W形成缠结的 层，W及从衬底除去得到的无纺物品。
[0011] 在一个方面，本发明提供一种制造无纺鞋面的方法，该方法包括W下步骤:准备鞋 植W接收多个纤维颗粒，将该多个纤维颗粒W包括鞋喉开口的鞋面的形状沉积到鞋植上， 将粘合剂施加到多个纤维颗粒，将第二多个纤维颗粒沉积到粘合剂和第一多个纤维颗粒 上，缠结纤维颗粒W形成鞋面的缠结的层;使粘合剂固化;W及从鞋植除去得到的鞋面。
[0012] 在一个方面，本发明提供一种制造无纺织物的方法，该方法包括W下步骤:准备基 本上平坦的衬底W接收多个纤维颗粒，将该多个纤维颗粒沉积到基本上平坦的衬底上，将 粘合剂施加到多个纤维颗粒，将第二多个纤维颗粒沉积到粘合剂和第一多个纤维颗粒上， 缠结纤维颗粒W形成无纺织物的缠结的层，使粘合剂固化，W及从衬底除去得到的无纺织 物。
[0013] 在一个方面，本发明提供一种并入无纺织物的物品。该物品包括第一层，第一层结 合第一多个缠结的纤维颗粒和粘合剂，其中在第一多个缠结的纤维颗粒中的各纤维是单 丝，并且其中第一多个缠结的纤维颗粒中的所有纤维是相同的单丝。该物品还包括第二层， 第二层结合第二多个缠结的纤维颗粒和粘合剂，其中在第二多个缠结的纤维颗粒中的各纤 维是单丝，并且其中第二多个缠结的纤维颗粒中的所有纤维是相同的单丝。
[0014] 在对W下的附图和详细描述查阅之后，本发明的其他的系统、方法、特征和优点对 于本领域的普通技术人员将是或将成为明显的。意图是所有运类另外的系统、方法、特征和 优点被包括在本描述和本概述内、在本发明的范围内并且通过W下权利要求被保护。
[0015] 附图简述
[0016] 参考下列附图和说明，可W更好地理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而 是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，相同的参考标记表示贯穿不同视图的 相应的部分。
[0017] 图1是具有无纺鞋面的鞋类物品的一个实施方案的透视图；
[0018] 图2是图1中所示的具有无纺鞋面的鞋类物品的一个实施方案的透视分解图；
[0019] 图3是无纺鞋面的一个实施方案的透视图；
[0020] 图4是制造无纺鞋面的方法的一个实施方案的流程图；
[0021] 图5示出在制造无纺鞋面的方法的实施方案中使用的鞋植；
[0022] 图6示出图5的准备接受第一层纤维颗粒的鞋植；
[0023] 图7示出将第一层纤维颗粒沉积到鞋植上的一个实施方案；
[0024] 图8示出将粘合剂施加到第一层纤维颗粒的一个实施方案；
[0025] 图9示出将第二层纤维颗粒施加到第一层纤维颗粒和粘合剂上的一个实施方案；
[0026] 图10示出机械缠结第一层纤维颗粒和第二层纤维颗粒W形成无纺材料的第一包 层(ply)的一个实施方案；
[0027] 图11示出将粘合剂施加到第Ξ层纤维颗粒并用掩膜W阻止在选定的位置应用粘 合剂的一个实施方案；
[0028] 图12示出将第Ξ层纤维颗粒沉积到鞋植和无纺材料的第一包层上且利用使用掩 膜W阻止在选定的位置沉积纤维颗粒的一个实施方案；
[0029] 图13示出机械缠结第Ξ层纤维颗粒W形成无纺材料的第二包层并使无纺材料固 化的一个实施方案；
[0030] 图14示出从鞋植除去完成的无缝的无纺鞋面的一个实施方案；
[0031] 图15示出由于掩膜具有空隙区域的无纺鞋面的一个实施方案；
[0032] 图16示出平坦的衬底的一个实施方案的透视图；
[0033] 图17示出准备平坦的衬底W接收纤维颗粒的一个实施方案；
[0034] 图18示出将第四层纤维颗粒沉积到平坦的衬底上的一个实施方案；
[0035] 图19示出将粘合剂施加到第四层纤维颗粒的一个实施方案；
[0036] 图20示出将第五层纤维颗粒施加到第四层和粘合结合剂上的一个实施方案；
[0037] 图21示出机械缠结第四层纤维颗粒和第五层纤维颗粒W形成无纺材料的第一包 层的一个实施方案；
[0038] 图22示出将粘合剂施加到无纺材料的第一包层的一个实施方案；
[0039] 图23示出将第六层纤维颗粒沉积到无纺材料的第一包层和所施加的粘合剂上的 一个实施方案；
[0040] 图24示出缠结第六层纤维颗粒W形成与无纺材料的第一包层互连的无纺材料的 第二包层的一个实施方案；
[0041] 图25示出在对流烤箱中固化无纺材料的一个实施方案；
[0042] 图26示出从衬底除去得到的无纺织物的一个实施方案；
[0043] 图27示出得到的无纺织物的一个实施方案；
[0044] 图28示出在制造无缝的无纺鞋面的方法的一个实施方案中使用的带电的鞋植；
[0045] 图29示出将第屯层纤维颗粒沉积到带电的鞋植上的一个实施方案；
[0046] 图30示出将粘合剂施加到第屯层纤维颗粒的一个实施方案；
[0047] 图31示出将第八层纤维颗粒施加到第屯层纤维颗粒和带电的鞋植上的一个实施 方案；
[0048] 图32示出机械缠结第屯层纤维颗粒和第八层纤维颗粒W形成无纺材料的包层的 一个实施方案；
[0049] 图33示出将粘合剂施加到无纺材料的包层的一个实施方案；
[0050] 图34示出将第九层纤维颗粒施加到无纺材料的包层和粘合结合剂上的一个实施 方案；
[0051] 图35示出机械缠结第九层纤维颗粒W形成无纺材料的第二包层的一个实施方案；
[0052] 图36示出从不带电的鞋植除去完成的无缝的无纺鞋面的一个实施方案；
[0053] 图37示出无缝的无纺鞋面的一个实施方案的透视图；
[0054] 图38示出带电的平坦的衬底的一个实施方案的透视图；
[0055] 图39示出将第十层纤维颗粒沉积到带电衬底上的一个实施方案；
[0056] 图40示出将粘合剂施加到第十层纤维颗粒的一个实施方案；
[0057] 图41示出将第十一层纤维颗粒施加到带电衬底、第十层纤维颗粒和粘合结合剂上 的一个实施方案.
[0058] 图42示出机械缠结第十层纤维颗粒和第十一层纤维颗粒W形成无纺材料的包层 的一个实施方案.
[0059] 图43示出将粘合剂施加到无纺材料的包层的一个实施方案；
[0060] 图44示出将第十二层纤维颗粒沉积到无纺材料的第一包层和粘合结合剂上的一 个实施方案；
[0061] 图45示出机械缠结第十二层纤维颗粒W形成无纺材料的第二层并使无纺材料固 化的一个实施方案；
[0062] 图46示出从不带电衬底除去完成的无缝的无纺织物的一个实施方案；
[0063] 图47示出在身体植头（body last)上由无纺材料制成的服装物品的一个实施方 案;和
[0064]图48示出服装物品和其在无纺材料上的图案的一个实施方案。
[00例详述
[0066] 多种产品至少部分地由织物形成。作为示例，服装物品（例如，衬衫、裤子、袜子、夹 克、内衣、鞋类）、容器(例如，背包、袋子似及用于家具(例如，椅子、沙发、汽车座椅)的装饰 材料通常由通过缝合或粘合剂粘合而接合的各种织物部件形成。织物还可用于床罩(例如， 床单、毯子）、桌罩、毛巾、旗子、帐篷、帆W及降落伞。用于工业目的的织物通常被称为产业 用织物，并且可包括用于汽车和航空应用的结构、过滤器材料、医用织物(例如，細带、纱布、 植入物）、W及防护或隔离热和福射的工业服装。
[0067] 尽管一些产品由一种类型的织物形成，但很多产品还可W由两种或更多种类型的 织物形成，W便使不同区域具有不同特性。作为示例，衬衫的肩部和肘部区域可W由给予耐 用性(例如，抗磨及抗拉伸的织物形成，而其他区域可由给予透气性、舒适性、拉伸性W 及吸湿性的织物形成。作为另一个示例，鞋类物品的鞋面可具有包括由多种类型的织物W 及其他材料(例如，聚合物泡沫、皮革、合成皮革)形成的多层的结构，并且其中一些层还可 W具有由不同类型的织物形成W给予不同特性的区域。再作为另一个示例，背包的带子可 由无拉伸性的织物部件形成，背包的下部区域可由耐用并且防水的织物部件形成，而背包 的其余部分可由舒适并且柔顺的织物部件形成。因此，很多产品都可结合多种类型的织物， W便使产品的不同部分具有不同的特性。
[0068] 为了使产品的不同区域具有不同特性，由材料形成的织物部件或组成部分可W被 切割成期望的形状，然后通常通过缝合或粘合剂结合而接合在一起。随着被并入到产品中 的织物部件的数量和类型的增加，与运输、储存、切割W及接合织物部件有关的时间和花费 也可能增加。随着被并入到产品中的织物部件的数量和类型的增加，由切割工艺和缝合工 艺产生的废料也积聚到很大的程度。此外，与由较少部件和材料形成的产品相比，具有大量 织物部件W及其他材料的产品可能更难回收。因此，通过减少产品中所利用的部件和材料 的数量，可W在增大制造效率W及可回收性的同时减少废料。
[0069] 织物可被限定为由具有大体上二维结构（即，长度和宽度基本上大于厚度）的纤 维、丝或纱线制造的任何制造品。一般来说，织物可被分类为机械操作的织物或无纺织物。 机械操作的织物通常通过对纱线或多个纱线进行编织或相互打环(例如，针织)而形成，通 常是通过设及编织机器或针织机器的机械工艺来进行。无纺织物是被结合、烙合、互锁或者 其它方式连结的丝的网或垫。拉和无纺材料是无纺织物常见的示例。
[0070] 植绒通常是将许多小纤维颗粒（称为纤维颗粒）沉积在表面或背层（backing layer)上的过程。纤维颗粒附着在表面上。然而，植绒包括保持表面或背层作为合成物品的 一部分。下面描述的用于制造无纺材料的技术是受常规植绒技术的启发，但是没有背层保 留在得到的无纺材料中；缠结纤维颗粒和结合剂W生产柔性织物。相比于其他类型的织造 或无纺材料，得到的无纺材料可W具有增强的透气性，因为沉积纤维颗粒和缠结那些颗粒 的过程一起使纤维颗粒之间存在大的孔或空气间隙。该透气性对于鞋类物品和服装物品可 能是期望的。
[0071] 图1和2示出并入无纺材料的一种类型的鞋类物品100的一个实施方案。无纺鞋面 101是透气的无缝鞋面。为了本公开的目的，无缝的鞋面意味着鞋面没有通过任何常规的方 法(例如缝合，焊接或用粘合剂)连接的重叠的边缘或部分。无缝鞋面可w连接到另一个组 成部分，例如鞋底124和其他尾加工或装饰部件，例如鞋眼加强部件130、设置在无纺织物鞋 面101的趾部上的第一保护部分或趾部稳定器(toe counter) 125,设置在无纺织物鞋面101 的脚跟上的第二保护部分或鞋跟稳定器126。在图2中所示的实施方案中，尾加工部件 (finishing element)130包括鞋舌135和被构造成容纳紧固系统133(在图1中示出）的部分 132。紧固系统133可包括孔眼132和鞋带134。在其他实施方案中，无纺织物鞋面101可包括 另外的组成部分或无纺织物鞋面101可W除去运些描述的组成部分中的一个或多个。
[0072] 如图2和3所示，无纺织物鞋面101可W由无纺材料制成。无纺材料可W被成形为具 有沿着无纺织物鞋面101的一个或多个轴的曲率，使得无纺材料生成无纺织物鞋面101的形 状。如图3所示，无纺织物鞋面101包括沿着在跟部到趾部的方向上延伸的纵向轴线170、在 内侧到外侧的方向上延伸的横向轴线172、和在基本上垂直于纵向轴线170和横向轴线172 的方向延伸穿过无纺织物鞋面101的垂直轴线174中的每个的曲率。
[0073] 在图2中所示的实施方案中，无纺织物鞋面101包括鞋喉开口 112,其中该鞋喉开口 由鞋跟边缘113、内侧边缘114和外侧边缘115界定。在图2中所示的实施方案中，无纺织物鞋 面101还包括由内侧边缘118和外侧边缘119界定的可选的下部开口 116。下部开口 116设置 成与鞋喉开口 112相对。当无纺织物鞋面101与鞋底120的上表面122相关联W生成鞋类物品 100时，鞋底120闭合并密封下部开口 116。在其他实施方案中，没有设置下部开口 116;无纺 织物鞋面101可包括将内侧边缘118穿过无纺织物鞋面101的底部连接到外侧边缘119的材 料的固体部分。在运样的实施方案中，鞋底120被附着到材料的该固体部分。鞋类物品100的 运些组成部分可W使用本领域中已知的任何方法附接到彼此，例如用粘合剂、缝合和/或焊 接。
[0074] 用于无纺物品的材料可W根据图4中所示的方法制备。通过利用图4的流程图中所 示的方法，可制造无纺材料，使得无纺材料的整个厚度由纤维颗粒和结合剂制成。没有另外 的背衬或衬底需要被并入到最终材料中，虽然在该方法中可能使用衬底来支撑纤维颗粒与 结合剂的未固化的层。此外，在该方法的一些实施方案中，也可W使用在所有Ξ个维度中成 形的衬底，使得无纺材料可W制造成物品的形状，W避免需要另外的处理步骤或限制另外 的处理步骤的数目。用于制造物品如鞋类物品的常规方法一般包括多个准备和切割步骤， W成形物品和形成多个接缝W保持形状。物品然后可被送去进行另外的尾加工工作，如将 鞋底与鞋面相关联或将其他尾加工部件或组成部分添加到物品。图4的方法的一个实施方 案示于图5-13中，并且该方法参考图4-13在下面进行描述。
[0075] 图4中描述的用于制造无纺材料的方法发生在衬底上。在一些实施方案中，图4的 方法允许在成形的衬底上制成成形的无纺物品。在一些实施方案中，衬底可W是用于鞋类 物品的鞋植或身体植头。在其他实施方案中，图4的方法允许在基本上平坦的衬底上制成无 纺材料的基本上平坦的部分。当使用平坦的衬底时，得到的无纺材料然后可W被尾加工成 平坦的物品或被切割和/或成形，W形成成形的物品。
[0076] 通常，在图4中描述的方法W在第一步骤200中制备衬底W接收纤维颗粒开始。衬 底可W是能够支撑纤维颗粒和结合剂的任何类型的表面。在一些实施方案中，衬底可W是 无孔的表面。在一些实施方案中，衬底可W由热塑性材料(例如各种类型的已知的聚合物）、 热固性材料(例如橡胶或各种类型的已知的聚合物），陶瓷材料、金属、复合材料或其组合制 成。
[0077] 得到的无纺织物将呈现衬底的形状。在一些实施方案中，衬底可W是基本上平坦 的表面，使得得到的无纺织物也是基本上平坦的。在一些实施方案中，衬底可W包括成形为 具有沿着至少两个轴的曲率的表面，使得得到的无纺织物形成为具有相同的曲率。在一些 实施方案中，衬底可W包括多个成形的和/或弯曲的表面，使得得到的无纺织物被形成为成 形的Ξ维物品。
[0078] 图5示出在制造无纺鞋面301(示于图13和14)的方法的一个实施方案中使用的衬 底300的一个实施方案。在图5中所示的实施方案中，衬底300是鞋类物品的鞋植。衬底300可 W通过基座310支撑在生产地面、预加工台或生产设备中的其他地方上。基座310可W是能 够支撑和稳定衬底300的任何类型的结构，诸如加重板。在一些实施方案中，杆312可与基座 310相关联，使得衬底300可被定位在基座310上方的预定的高度处。在一些实施方案中，杆 312可定位衬底300,使得衬底300被定位在站立或坐在生产地面上的用户的舒适的工作高 度。在其他实施方案中，杆312可定位衬底300,使得衬底300的所有侧面对于制造过程是可 接近的。在一些实施方案中，衬底300可W包括用于与杆312相关联的设备。例如，在一个实 施方案中，衬底300可W包括被构造成接收杆312的自由端的凹部或孔。杆312的自由端可插 入到衬底300中并通过过盈配合或用螺纹装配在那里。在其他实施方案中，杆312可W是衬 底300的一体的延伸部。
[0079] 衬底300可W是本领域中已知的任何类型的鞋植。在一些实施方案中，衬底300可 W是固体的、刚性的材料，但在其他实施方案中可W由上面讨论的任何衬底材料制成。在其 他实施方案中，衬底300可W是可充气的鞋植。衬底300可W是被构造成在尺寸或形状方面 用于任何类型的脚的鞋植，例如用于成年男性、成年女性和儿童的形状和尺寸。
[0080] 衬底300可W是在没有纤维颗粒可W暂时附着的另外的粘合剂或其他物质的情况 下纤维颗粒不可能附着到其的材料。纤维颗粒可W是本领域已知的任何类型的纤维颗粒， 但是通常是小的切割纤维件。在一些实施方案中，纤维颗粒可W是天然的或合成的纤维、纱 线或线。在一些实施方案中，纤维颗粒可W是毛、棉、尼龙、聚醋、人造丝、芳绝化evlar)或运 些材料的组合。在一些实施方案中，只有一种类型的纤维颗粒用在无纺材料的制造中。在其 他实施方案中，不同类型的纤维颗粒可用在无纺材料的制造中。
[0081] 纤维颗粒通常是小的切割纤维件。虽然纤维颗粒可具有本领域中已知的任何旦数 (denier)，在一些实施方案中，旦数可W小于100。在一些实施方案中，纤维颗粒的旦数可W 小于约75。在一些实施方案中，纤维颗粒的旦数可W小于约50。在一些实施方案中，纤维颗 粒的旦数可W小于约20。在一些实施方案中，纤维颗粒具有1mm或更小的长度。然而，在其他 实施方案中，纤维颗粒可W长于1mm。在一些实施方案中，纤维颗粒在长度上可W是1.5mm或 更小的。在一些实施方案中，纤维颗粒在长度上可为至少2mm。在一些实施方案中，纤维颗粒 在长度上可介于.25mm和5mm之间。在一些实施方案中，纤维颗粒在长度上可介于.5mm和4mm 之间。在一些实施方案中，纤维颗粒在长度上可为约2mm。具有2mm或更大的长度的纤维颗粒 可W生产比利用具有小于2mm的长度的纤维颗粒生产的物品具有提高的耐久性的物品。具 有小于2mm的长度的纤维颗粒可生产比用具有2mm或