专利名称：低密度的非织造结构体及其制造方法
技术领域：
本发明总地涉及纤维非织造结构体。更具体地，本发明涉及显示出低密度和悬垂性(drapeability)的纤维非织造结构体，以及制造此类结构体的方法。
背景技术：
非织造材料已广泛应用于多种市售个人护理产品中，包括例如擦拭物和女性卫生用品，如卫生巾、护垫和卫生棉等。在许多这些用途中，都要求该非织造材料“可悬垂”，从而为使用者提供舒适感。如本文所用，术语“可悬垂”是指以悬挂方式夹持材料一端时，所述材料因重力而以基本上垂直的形式悬挂的倾向性。显示出高悬垂性的材料易于与邻接表面(例如相对于使用者的皮肤)的形状相贴合，从而易于提高含有所述高悬垂材料的产品带给使用者的舒适感。
但是，申请人已认识到具有相对较高悬垂特性的传统材料其密度还会相对增大、并更薄更滑，从而使其缺乏许多产品中还进一步要求的柔软感和/或起茸性能。例如，许多较为可悬垂的材料是通过传统的射流喷网法制造的，该方法易于产生可悬垂但高密度的材料。
因此，申请人已认识到对可用于许多物品中的任何一种的，并具有极为所需且独特的高悬垂性和低密度特性组合的非织造材料的需求。此外，申请人还认识到对生成此类材料的独特方法的需求，包括但不必限于通过非织造物的水缠结(hydroentanglement)来生成此类材料的方法。
发明内容
申请人通过制备具有独特且为所需的较高悬垂性和低密度的组合特性的纤维非织造结构体，已克服了现有技术中的缺陷。在一个方面，本发明涉及悬垂性大于约4克每平方米每克(gsm/g)且密度小于约0.08克每立方厘米(g/cc)的纤维非织造结构体。
此类结构体可广泛有效应用于多种个人护理用品中。因此，在另一实施方式中，本发明涉及包含悬垂性大于约4克且密度小于约0.08g/cc的纤维非织造结构体的个人护理用品。
申请人还意外地发现可通过如下方法制备本发明的低密度/高悬垂性结构体，所述方法包括形成稳定的纤维网，然后在特定的方向上使该稳定的网状物与液流接触。更具体而言，根据本发明的另一方面，本发明涉及一种制备低密度非织造物的方法，所述方法包括将非织造纤维薄层稳定为稳定化的网，沿纵向(machine-direction)上移动所述稳定化的网，然后将该稳定化的网与至少部分定向为顺或逆所述纵向的液流接触。
根据另一方面，本发明涉及一种制备低密度非织造物的方法，所述方法包括将非织造纤维层稳定为稳定化的网，将所述稳定化的网架于弹性体支撑件上，沿纵向上移动所述支撑件和其上的稳定化的网，然后将该稳定化的网与液流接触。
现参考附图描述本发明实施方式的例子，其中图1A所示为与本发明某些实施方式相符的吸收性材料的透射观察显微照片；图1B所示为包含从表面伸出的结状结构的图1A所示材料表面的反射观察显微照片；图2A所示为适于根据本文所述发明的某些实施方式进行处理的纤维薄层的顶视图，且该薄层的一部分已被去除，以显示出位于其下并支撑所述层的滤网；图2B所示为图2A的纤维薄层在经受本文所述某些实施方式的处理过程的侧视图；图3所示为图2B中所示的膨化点(bulking station)的近距离观察侧视图；图4所示为根据本文所述的本发明的某些实施方式用液流处理的稳定化的网的侧视图；图5所示为正经受本文所述的本发明的某些实施方式的处理过程的纤维薄层和稳定化的网的侧视图；图6所示为根据本文所述的本发明的某些实施方式用液流处理的稳定化的网的侧视图；图7所示为本文所述的本发明某些实施方式的纤维非织造结构体的悬垂性与现有技术结构体的悬垂性的比较图。
优选实施方式的描述根据某些实施方式，本发明涉及具有独特组合特性的纤维非织造结构体，即与传统非织造结构体相比，其具有相对低的密度且较高的悬垂性。这种独特的特性组合就使得所述非织造材料颇为受益地柔软和舒适，同时还能为多种物品提供其它优点，这些优点包括清洁或茸毛(exfoliation)容量。
本领域技术人员应很容易理解以下术语术语“密度”在本文中是指单位体积纤维网、织物或其部分的重量，其中低密度涉及具有所需松散性或蓬松弹性特性的网状物、织物或其部分，这些特性还与消费者希望的柔软感相关。申请人已通过在下文有详细描述且为本领域技术人员所理解的“密度测试”测定了本发明结构体的密度。根据某些实施方式，本发明的结构体具有约0.08g/cc或更低的密度，优选约为0.065g/cc或更低，更优选约为0.065g/cc-0.03g/cc。在某些优选的实施方式中，所述密度低至约0.06或更低，优选约为0.05或更低，更优选约为0.04或更低。
申请人还通过在下文有详细描述且为本领域技术人员所理解的“悬垂性测试”测定了本发明结构体的悬垂性。申请人已认识到本发明的结构体不仅具有如上所述理想的低密度，还与之同时具有相对较高的悬垂性。具体而言，根据某些实施方式，本发明的结构体具有大于约4gsm/g或更大的悬垂性(单位重量/MCB)，优选大于约为6gsm/g，更优选约为8gsm/g-16gsm/g。
申请人还通过在下文有详细描述且为本领域技术人员所理解的“拉伸强度测试”测定了本发明结构体的拉伸强度。根据某些实施方式，本发明结构体在纵向在拉伸强度约为15N/5cm或更大，更优选约为20N/5cm或更大。
在某些优选的实施方式中，本发明结构体具有特殊的特性组合，即具有低于约0.08g/cc的密度、至少为约4gsm/g的悬垂性，以及任选的在纵向上至少约15N/5cm的拉伸强度。在其它优选的实施方式中，本发明结构体的密度低于约0.065g/cc，悬垂性至少为约6gsm/g以及任选地在纵向上的拉伸强度至少为约20N/5cm。
图1A所示为与本发明某些具体实施方式
相符的吸收性材料的透视观察显微照片。根据这些特定的实施方式，本发明的非织造结构体包含多个纤维弯头(elbow)100，即基本上U形的纤维部分，它们包含在表面110之中或从表面110中向外伸出，且在其表面上基本可见。
图1B所示为与本发明实施方式相符的另一种吸收性材料的反射观察显微照片。整幅图代表了吸收性结构体的实际面积，约为1cm×0.75cm。如图1B所示，在某些实施方式中，所述吸收性材料包括表面结110，其包含从所述结构体整体中突出的纤维和/或纤维段。所述表面结110可具有不同形状，例如半圆形、圆形、卷曲状、螺旋状、盘旋状等并具有约200-1000微米的特征尺寸(例如直径或长度)，优选约为300-800微米，更优选约为350-700微米。存在于所述吸收性结构体表面上的所述表面结110的密集度为大于约25个表面结/平方厘米(cm2)，优选大于约50个表面结/cm2，更优选为75个表面结/cm2-250个表面结/cm2。
在某些实施方式中，所述纤维非织造结构体优选基本上不含针织、编织、起绒或缝编的纤维，即所述纤维非织造结构体优选用纤维直接制成而不是用纱制成。所述纤维非织造结构体优选包含或基本由许多纤维或长丝构成，它们通过例如缠结彼此结合。在本发明的优选实施方式中，所述纤维非织造结构体是这样的约50％以上的纤维由长度与直径比大于约300的纤维制成。虽然所述纤维可为短纤维或连续长丝，优选所述纤维为短纤维。所述纤维可为例如纤维素纤维，如木浆或棉花；合成纤维，如聚酯、人造纤维、聚烯烃、聚乙烯醇、多组分(芯鞘)纤维以及它们的组合。可用下文详细描述的方法将所述纤维彼此结合。
值得注意的纤维非织造结构体包括短纤维，例如源自纤维素、聚酯、人造纤维、聚烯烃、聚乙烯醇、其它合成纤维、其中两种或多种的组合等。某些优选的纤维包括纤维素、聚酯、人造纤维以及其中两种或多种的组合。某些更为优选的纤维包括纤维素、聚酯和人造纤维的组合。市售的适宜纤维的例子包括可购自德国Kelheim的Kelheim Fibers的“Galaxy”人造纤维，可购自Lenzing AG(Lenzing，奥地利)的Tencel莱赛尔纤维。
除纤维以外，所述纤维非织造结构体还可包含各种用于吸收物的非织造织物制造领域熟知的其它材料。例如，所述纤维非织造结构体可包含聚合物或其它化学纤维整理剂(fiber-finishes)或粘合剂或微粒材料，例如可分散于所述纤维中以增强液体吸收特性的超级吸收剂(superabsorbent)，或用于形成特殊外观的颜料或其它光反射剂。
在本发明的一个实施方式中，由此制得的纤维非织造结构体的厚度小于约10mm，例如小于约2mm。在本发明的一个实施方式中，由此制得的纤维非织造结构体的单位重量小于约150gsm，优选为约30gsm-90gsm，最优选为约50gsm-80gsm。
在某些优选的实施方式中，所述非织造结构体为射流喷网结构。即，它们是源自水缠结或“射流喷网”方法的材料，优选如本文所述的这些方法。
申请人已发现与传统的纤维非织造结构体，尤其是传统的射流喷网材料相比，本发明的结构体显示出优异的较低密度和/或悬垂性。这种新颖而令人惊异的特性组合赋予多种应用中(包括但不限于女性卫生用品和擦拭物)的所述方便结构体以显著的优点。
在本发明的一个实施方式中，将所述纤维非织造材料用作清洁垫(例如卫生巾或短裤护垫(pantiliner))的成分。例如，所述纤维非织造材料可为卫生巾的上部片或短裤护垫的复合上部片/吸收芯层。包含了本发明的纤维非织造材料的卫生巾或短裤护垫的上部片或复合上部片/吸收芯层可具有如下的优点所述覆盖层具有提高的柔软性、吸收性和悬垂性，所有这些优点均有助于提高使用者的舒适感。
在本发明的一个实施方式中，将所述纤维非织造材料用作卫生棉的成分。例如，可将所述纤维非织造材料滚压和压实成为长条状以用于组装卫生棉。
在本发明的一个实施方式中，将所述纤维非织造材料用作擦拭物的成分，例如“婴儿用擦拭物”、个人护理/化妆用擦拭物或用于个人清洁的擦拭巾(湿或干)，或用于清洁物体表面的擦拭物。本发明的纤维非织造材料可用作单层擦拭物或用作多层擦拭物中的一层或多层。优选地，所述擦拭物包含作为“外表”层的一层本发明的纤维非织造材料-从而使得本发明的纤维非织造材料可与使用者的皮肤接触。包含本发明纤维非织造材料的擦拭材料可具有以下优点所述擦拭物的低密度提供了与其可压性和吸收性相关的柔软感。
本发明的方法可通过由申请人发明的多种新方法来生产本发明的非织造结构体。例如，根据某些实施方式，可通过包括以下步骤的方法生产所述结构体将非织造纤维稳定为稳定化的网，在纵向上移动所述稳定化的网，然后将所述稳定化的网与液流接触，所述液流至少部分定向为顺或逆所述纵向。
在本方法的某些实施方式中可采用将非织造纤维稳定为稳定化的网的多种方法中的任何一种。例如，传统方法，如水缠结(即，将射出的水导向到要进行缠卷的纤维上)、热粘合(thermobonding)，即，将诸如对流、红外能等的热量施加到纤维上，以及胶乳或其它“化学”结合等，且本领域技术人员可很容易地接受这些方法以用于本发明的稳定化步骤中，从而为纤维提供一定程度的机械完整性。本领域的技术人员还将认识到，这些稳定化的方法可包括诸如以下步骤的任何组合提供纤维，通过干法成网(dry-laid)、湿法成网方法和/或其它方法将纤维铺放于筛网上，和/或通过梳理、随机纤维排列和/或其它传统方法将纤维定向等。根据某些优选的实施方式，所述稳定化步骤包括通过所述纤维的水缠结和/或热粘合将非织造纤维层稳定为稳定化的网，更优选通过水缠结。
为了达到清楚的目的，通过如下参考图2A-5的描述对根据本发明进行稳定化步骤的方法进行说明。如图2A和2B的具体实施方式
所述，所述稳定步骤包括提供铺放在筛网206(例如金属或塑料筛网)上的纤维薄层200，而该筛网则置于可移动的传送机204上。“薄层”是指与集合体的长度203(即，薄层200的长度方向)和宽度205相比，具有较小的厚度202尺寸的纤维集合体。例如，所述薄层200可具有小于宽度205的约10％的厚度202，例如小于宽度205的约2％。在优选的实施方式中，纤维薄层200基本上是平坦的，且厚度小于约20mm，优选小于约5mm。
纤维薄层200通常彼此间不结合。“不结合”是指薄层200中的纤维松散地彼此联合，且所述薄层的拉伸强度很低，例如小于约5N/5cm，优选小于约N/5cm。
对所述纤维薄层200进行定向，然后沿纵向移动到喷头290处，在该处它们与液流208接触以形成稳定化的网210。将液流208设计为以任何适宜形成稳定化的网的方向和任何适宜形成稳定化的网的压力冲击所述层。优选地，将液流208定向为以基本上垂直的方式和诸如约500-5000psi(例如约500-1000psi)的压力冲击所述层。如本文所用，术语“基本上垂直”是指冲击液流和与此时纤维薄层200移动及液流208的施压点间的垂直方向的角度(参见图3中的角218)为约20-0度，优选约为10-0度，更优选约为5-0度，最优选约0度。
可在所述瞬时方法(instant method)中采用适于将稳定化的网210沿纵向移动，并在所述稳定化的网沿所述纵向移动时将所述稳定化的网与至少部分定向为顺或逆所述纵向的液流接触的任何方法。术语“纵向”如本文所用且按照常规的理解是指稳定化的网210开始相对于接触步骤中的接触装置(机器)移动的方向。
本领域技术人员应认识到且如图中所示，根据网210在设备上的位置，总的纵向212(在图2所示过程中的不同点用实心箭头表示)可以相对于接触装置而变化。出于本文中接触步骤的目的，在接触步骤中当稳定化的网与液流接触时，所述纵向是这样的方向在该方向内与液流接触的部分稳定化的网相对于接触装置(机器)是基本上移动的。
可通过使稳定化的网210沿纵向以适于网与液流接触的任何速度移动，以获得所要求保护的本发明的材料。在某些实施方式中，使所述稳定化的网210沿纵向以至少约为10英尺/分钟(fpm)(例如约为50-250fpm)的速度移动。
申请人已认识到在某些实施方式中，可通过将稳定化的网210与顺着纵向的网的液流接触或逆着纵向的液流接触，来获得具有上述特性组合的本发明的非织造材料。“顺着纵向的方向”是指对液体进行推进(例如，从喷头中)，从而在其恰将首次接触稳定化的网之前，使液流在纵向的方向分量上具有一定的速度。类似地，“逆着纵向的方向”是指对液体进行推进(例如，从喷头中)，从而在其恰将首次接触稳定化的网之前，使液流在纵向的相反方向分量上具有一定的速度。
例如，图2B和3说明了本方法的实施方式，其包括使液流216(在图2B中显示了4股这样的液流216a、216b、216c、216d)接触稳定化的网210并将其定向为逆纵向212。
如图3所示，液流216冲击纤维网210，从而使得液流216形成角218。通过测量液流216和在与液流216的接触点上垂直于稳定化的网210的射线217之间的方向夹角(以绝对量表示)来确定角218。在与液流216接触时，稳定化的网210正顺着纵向212移动，而液流216则至少部分定向为逆着纵向212。
如图4和5所示，在接触稳定化的网的步骤中将一股或多股液流定向为顺着纵向(“机器向前”的方向)也是与本发明的实施方式一致的。在图4中，液流416定向为顺纵向412并冲击稳定化的网410以在液流416和垂直于纵向412的射线417间形成角418。图5显示了本发明方法的一个实施方式，其中纤维薄层500放置于传送机504上并沿纵向512移动。层500首先与多个以基本上垂直方式冲击层500的喷头508接触，以形成稳定化的网510。所述稳定化的网继续沿纵向512移动，然后与定向为顺着纵向512的多股液流516接触，以形成本发明的结构体。
在本发明的一个实施方式中，在液流和垂直于纵向的射线间形成的角度(例如，图中所示的角218或418)约为1-45度，优选约为10-60度，更优选约为15-30度。
根据接触步骤可用任何数量的液流和/或产生这种液流的喷头来顺或逆纵向接触所述稳定化的网。对于有多股液流接触所述网的实施方式，所述液流可彼此分开，例如，沿要接触的网的宽度或长度分隔为一列或多列。在某些实施方式中，还可有附加的喷头，每个均可喷射出分离的液流，在稳定化的网沿纵向移动时，所述喷头的位置可使得稳定化的网上的给定位置受到各个附加喷头的作用。此外，各个附加的喷头可为沿所述网的宽度排列的列中的一部分。可将多股液流和/或用于产生这些液流的喷头分离以获得适宜范围中的喷射密度，例如约15-60股液流/英寸。
在某些实施方式中，液流216优选为水流，或大部分为水的液流。所述液流216的优选压强约为400psi或更大，更优选约为750psi或更大，更优选约为1000psi-5000psi。所述一股或多股液流216可为如下液流标识喷射出液流的开口的线尺度/直径或与冲击到稳定化的网上的液流直径可为小于约0.3mm，优选约为0.05-0.3mm。所述液流优选为接触稳定化的网的连续液流。或者，所述液流可以脉冲形式接触所述网。
为了清晰的目的，参考了显示根据优选实施方式之一的优选接触步骤的图2B。如图2B所示，所示接触步骤包括将通过本发明方法的稳定步骤形成的稳定化的网210运送到膨化水缠结位置214上，以使稳定化的网210松散。水缠结位置214包括四个喷头(220a、220b、220c和220d)，它们各自提供一股以逆纵向212接触网210的液流(分别为216a、b、c和d)。请注意，纵向212是在液流216与网210接触点处，对稳定化的网210圆周运动的相切方向。
优选基本上连续地进行本发明的稳定化和接触/膨化步骤(例如，在接触/膨化之前进行稳定化)。此外，虽然图2B中将稳定化位置206和膨化点214描述在同一机器上，但这些位置也可分装于分离的机器上。
本发明人还意外地发现通过形成稳定化的网，然后将所述稳定化的网与一股或多股液流定向为至少部分顺或逆纵向，可获得具有低密度和足够机械完整性的纤维非织造结构体。由此获得的所述纤维非织造结构体还可具有高悬垂性。据认为(但不想被理论所束缚)本发明的方法能使稳定化的网松散、和/或减小稳定化的网中存在的缠结程度、和/或增大稳定化的网的厚度、和/或降低稳定化的网的密度。在某些优选的实施方式中，申请人已认识到本方法使得稳定化的网的厚度提高和/或密度降低至少约10％，优选至少约40％。
根据本发明的某些其它实施方式，本发明包括制造本发明的结构体的方法，所述方法包括将非织造纤维层稳定为稳定化的网，将所述稳定化的网支撑在弹性支撑件，沿纵向移动所述支撑件和其上的稳定化的网，并使被支撑的稳定化的网与液流接触。接触所述被支撑的稳定化的网的液流可以具有各种方向，例如基本垂直于所述稳定化的网或以基本不为零度的相对于稳定化的网的角度。所述液流可以定向为沿着纵向、逆纵向、或正交于纵向。
可以使用上述的任何将非织造纤维层稳定为稳定化的网的方法来稳定纤维层。按照某些优选的实施方式，上述稳定步骤包括通过水缠结和/或热粘合纤维法，优选水缠结来将非织造纤维层稳定为稳定化的网的方法来稳定纤维层。
任何适合的弹性体材料可用来作为本发明方法的支撑材料。所述弹性体材料可由任何适合的材料制成，并具有任何适合实现本发明方法具体应用所需的功能的构型。例如，所述弹性支撑材料较佳地包括弹性体材料(具有低于室温(使用温度)的玻璃化温度的材料)。所述弹性体可以是，例如天然(聚萜烯)或合成的弹性体(例如苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物、丁腈弹性体、氯丁橡胶、乙烯-丙烯橡胶、聚氨酯基橡胶、硅树脂橡胶等)。所述弹性体可包括交联(crosslink)，所述交联优选随温度变化不可逆转。所述弹性体支撑材料还可包括填料、颜料、补强剂、增塑剂等，它们与所述弹性材料混合。
较佳地，所述弹性体材料可用来与稳定化的网接触，并在接触步骤中从与一种或多种液流所接触的面相反的面支撑所述网。不希望被理论束缚，据认为所述弹性体材料允许网和/或液流以与常规的金属或塑料筛或支撑材料相比很独特的方式移动。较佳地，当将稳定化的网与液流时，至少一部分液流穿过稳定化的网与弹性体材料接触，因此，该弹性体材料用来使部分液流转向回到稳定化的网中。
例如，图6所述的是按照本发明的方法的一种实施方式的弹性体支撑材料600和支撑在其上的稳定化的网609。弹性体支撑材料609与网600在面601上接触，并从面601支撑该网(在该实施方式中，网600的下面)。图6还示出了产生液流605(共同的)的喷口603(共同的)，所述液流605与网在面606(面601的对面)上接触。部分液流605穿过网600与支撑材料609接触，在支撑材料上液体被转向回到网600的面606，以向网提供蓬松性。在一些优选的实施方式中，所述弹性体材料还允许液体通过其中。
例如，所述弹性体材料还可以成型为层或垫，在所述层或垫上可以放置具有孔的网(aperture web)。例如，还可通过使用适当的激光加热源使所述弹性体支撑材料被穿孔，这样该弹性体支撑材料具有大量的宏观孔(hole)，液流可以容易地穿过所述宏观孔。所述孔的形状并不关键，但是希望所述弹性体支撑材料具有足够的开孔面积(开孔面积是孔所占的面积除以孔和材料的总面积)，以使水容易地通过，但是所述孔较佳地不包含过量的所述弹性体支撑材料部分。也就是说，在某些优选的实施方式中，所述穿孔的弹性体支撑材料包含足够的表面积以与网600和任何穿过网600的液流互相作用。在某些优选的实施方式中，所述孔的尺寸(例如直径)为约0.25mm-2.5mm，优选约0.25mm-0.75mm。在某些优选的实施方式中，所述弹性体支撑材料的开孔面积为约20％-70％，优选约25％-65％。所述弹性体支撑材料的厚度为约1mm-100mm，优选约2mm-10mm，更优选约3mm-7mm。在某些优选的实施方式中，所述弹性体支撑材料的表面的在所述弹性体支撑材料的厚度方向的肖氏(类型A)硬度为约20-90，优选为约35-80，最优选为约45-70。肖氏(类型A)硬度氏是使用ASTM方法D2240获得的。将所述压头放在支撑材料的固体面积上，即在边缘周围或其它区域周围离开任何孔至少约1cm(优选至少约1英寸)的其它区域周围。报告20个读数的平均数。
在某些优选的实施方式中，所述接触步骤包括驱使液流在足以使所述弹性体支撑件变形的压力下流到稳定化的网上。适合的压力的例子包括约400psi或更大，更优选约750psi或更大，或最优选约1000psi到约5000psi。
从前面的描述中，本领域技术人员可以得知本发明的本质特征，并可以不偏离本发明的实质和范围进行各种变化和修改。以举例方式给出的实施方式并不意于限制在实施本发明时的各种可能的变化。
实施例下面的实施例用来阐述本发明，并不意于以任何方式限制本发明。
实施例1在下面的各个实施例1A-1H中，将纤维薄层放在80-目的金属筛上，所述金属筛在转鼓上。所述纤维是70％聚酯和30％人造纤维的共混物，单位重量为65gsm，旋转所述转鼓以使纤维层以150fpm的线速度移动。使所有的样品经受初使的稳定化处理其中水于700psi下强制通过许多直径为0.005英寸直径的各喷口。喷口的方向垂直于纤维层，并且排列成间隔开的行，喷口密度为30个喷口/英寸。使转鼓彻底旋转六次，由此使纤维层上给定的点通过喷口行6次。如下所述测定厚度。对于所述的某些实施例，在稳定化处理之后，进行额外的高压“膨化”处理。将喷口(其它方面与上述相同)放置在与纵向或逆纵向(也分别描述为“纵向正向(machine-forward)”和“纵向反向(machine-backward)”)的法向方向呈20°的角，与本发明的实施方式一致。使样品脱水并经过通风炉(through-air oven)干燥。
按照本发明，在各种厚度的纤维层和纤维非织造结构体上进行下面的厚度测试，测定厚度。
切割5cm宽的材料条。为了测定纵向的拉伸强度，使材料条的取向为纵向取向。为了测量横向的拉伸强度，将材料条沿横向取向。使用Emveco测规完成所述步骤，在2500mm2的底脚尺寸上施加0.07psi的压力。读数的精确度为0.0025cm。记录5次读数的平均值，作为厚度。升高测规的底脚(foot)，并将产品样品置于测砧上，这样，使测规的底脚基本位于被测产品样品上目标部位的中心位置。当降低底脚时，必需小心以防止底脚落到产品样品上或施加过度的力。以0.1英寸/秒的速度降低底脚。对样品施加0.07p.s.i.g.的负荷并使读数稳定约10秒钟。然后读取厚度值。该过程被重复至少三个产品样品，然后计算平均厚度。通过用样品的质量除以体积(长度×宽度×上面测定的平均厚度)来计算密度。
按照本发明，在各种厚度的纤维层和纤维非织造结构体上进行下面的拉伸测试，测定厚度。将材料切割为2.5cm宽和最短4英寸长的条。Instron机的两组钳口夹住样品条。Instron机的钳口的起始间距为3英寸。设定Instron机器的移动的钳口组，使其以12英寸/分钟的速度移动。在应力-应变曲线上的最大负荷将在断裂点处或之前出现，以牛顿为单位记录。最后的结果记录为牛顿/5厘米。
比较例1A不需要进行其它的与液体的接触(膨化步骤)。处理之后，网的厚度为0.73mm，密度为0.089克/立方厘米。测定出在纵向的网的拉伸强度为65牛/5厘米。测定出在正交于纵向的网的拉伸强度为58.2牛/5厘米。
实施例1B在所述稳定化处理后，于2100psi的压力下并且将喷口倾斜于纵向的正向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.68mm，密度为0.039克/立方厘米。测定出在纵向的网的拉伸强度为29.7牛/5厘米。测定出在正交于纵向的网的拉伸强度为18.9牛/5厘米。
实施例1C在所述稳定化处理后，于1500psi的压力下并且喷口倾斜于纵向正向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.80mm，密度为0.036克/立方厘米。测定出在纵向的网的拉伸强度为24.9牛/5厘米。测定出在正交于纵向的网的拉伸强度为13.4牛/5厘米。
实施例1D在所述稳定化处理后，于1100psi的压力下并且喷口倾斜于纵向正向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.80mm，密度为0.036克/立方厘米。测定出在纵向的网的拉伸强度为41.6牛/5厘米。测定出在正交于纵向网的拉伸强度为33.2牛/5厘米。
实施例1E在所述稳定化处理后，于800psi的压力下并且喷口倾斜于纵向正向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为2.1mm，密度为0.031克/立方厘米。测定出在纵向的网的拉伸强度为22.6牛/5厘米。测定出在正交于纵向的网的拉伸强度为11.1牛/5厘米。
实施例1F在所述稳定化处理后，于1500psi的压力下并且喷口倾斜于纵向反向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.68mm，密度为0.039克/立方厘米。测定出在纵向的网的拉伸强度为22.0牛/5厘米。测定出在正交于纵向的网的拉伸强度为13.6牛/5厘米。
实施例1G在所述稳定化处理后，于1100psi的压力下并且喷口倾斜于纵向反向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.60mm，密度为0.041克/立方厘米。测定出在纵向的网的拉伸强度为30.1牛/5厘米。测定出在正交于纵向的网的拉伸强度为22.6牛/5厘米。
实施例1H在所述稳定化处理后，于800psi的压力下并且喷口倾斜于纵向反向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.95mm，密度为0.033克/立方厘米。测定出在纵向的网的拉伸强度为23.7牛/5厘米。测定出在正交于纵向的网的拉伸强度为19.1牛/5厘米。
实施例2在下面的各个实施例2A-F中，步骤与实施例1的一样，除了以下的不同(1)纤维由50％聚酯和50％的人造纤维构成，单位重量为75gsm，(2)旋转所述转鼓以使纤维层以100fpm的线速度移动。使所有的样品经受初始的稳定化处理，其中喷口的方向垂直于纤维层，并且排列成间隔开的行，喷口密度为30个喷口/英寸。如实施例1所述，使转鼓完全旋转六次。如实施例1所述。测定厚度和密度，如实施例1所述。对于所述的某些实施例，在稳定化处理之后，将喷口放置在与法向呈20°的角，进行另外的高压“膨化”水处理，与本发明的实施方式一致。使样品脱水并经过通风炉(through-air oven)干燥。
按照本发明，在各种厚度的纤维层和纤维非织造结构体上进行下面的吸收容量测试，测定厚度。使用GAT(重量吸收测试)设备。注意关于GAT测试的原理在Mcconell的美国专利4,357,827中有所描述。测试池是一个多孔盘，GF/A滤纸覆盖着所述孔，提供多孔介质以使连接液体贮槽和测试池的管子中的测试流体保持连续。测试流体是0.9％的盐(saline)的去离子水溶液。调整测试池的高度使滤纸表面比液体贮槽的液体平面高出厘米。
将样品冲切为5cm的圆片。记录样品的干重Wo。将所述样品圆片置于GAT池的湿滤纸顶部，将100克的静负载放在样品顶部，开始测试。周期性地用计算机记录在十分钟内被吸收的液体的量。W1是在10分钟内被吸收的液体的质量。吸收容量是每克样品所吸收的液体的量(以克计)W1/Wo。记录五个读数的平均值。
对比例2A稳定化处理是在2000psi下进行。没有用液体进行额外的膨化处理。处理之后，网的厚度为1.09mm，密度为0.069g/cm3。网的吸收容量为11.02g/g。
实施例2B于2000psi下进行稳定化处理后，于1300psi的压力下并且喷口倾斜于纵向正向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.44mm，密度为0.052克/立方厘米。网的吸收容量为14.09g/g。
实施例2C于2000psi下进行稳定化处理后，于2000psi的压力下并且喷口倾斜于纵向正向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.41mm，密度为0.053克/立方厘米。网的吸收容量为14.18g/g。
实施例2D于2000psi下进行稳定化处理后，于800psi的压力下并且喷口倾斜于纵向正向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.38mm，密度为0.055克/立方厘米。网的吸收容量为12.26g/g。
对比例2E稳定化处理是在1200psi下进行。没有与液体进行接触。处理之后，网的厚度为1.11mm，密度为0.068g/cm3。网的吸收容量为11.20g/g。
实施例2F于2000psi进行稳定化处理后，于1200psi的压力下并且喷口倾斜于纵向反向，进行水膨化处理。所述处理之后，网的厚度为1.74mm，密度为0.043克/立方厘米。网的吸收容量为14.63g/g。
实施例3在下面的实施例中，将包含纤维(所述纤维为聚酯/人造纤维的共混物)的稳定化的网放在特定的支撑材料上，并用高压水喷口处理，所述水喷口的方向是正向与稳定化的网成20°角。使转鼓完全旋转4次。
实施例3A所述纤维是35％的聚酯和65％的人造纤维，55gsm。支撑材料是常规的细塑料(聚醛)筛网。水压力为1000psi。测得的密度为0.059g/cm3，明显小于对照样品(没有膨化处理)的密度0.084g/cm3。
实施例3B所述纤维是35％的聚酯和65％的人造纤维，55gsm。支撑材料是弹性支撑材料，1/8英寸厚，且具有约65s(肖氏A硬度的单位)的肖氏A硬度。水压力为1000psi。测得的密度为0.043g/cm3，明显小于上述的对照样品的密度。
实施例3C所述纤维是35％的聚酯和65％的人造纤维，90gsm。支撑材料是常规的细金属筛网。水压力为1000psi。测得的密度为0.067g/cm3，明显小于对照样品(没有膨化处理)的密度0.094g/cm3。
实施例3D所述纤维是35％的聚酯和65％的人造纤维，90gsm。支撑材料是弹性支撑材料，1/8英寸厚(其它与实施例3C中的相同)。水压力为1000psi。测得的密度为0.063g/cm3，明显小于上述的对照样品的密度。
实施例4得到包含纤维(所述纤维为聚酯/人造纤维的掺混物)的稳定化的网。所述纤维是预结合的35％聚酯和65％人造纤维，55gsm。将预结合的纤维放在1/8英寸的弹性支撑材料上，并用高压水喷口处理，所述喷口的方向垂直于稳定化的网。使转鼓完全旋转4次，以100fpm前进。水压力为2000psi。测得的密度为0.047g/cm3，明显小于对照样品(预结合的纤维，在该膨化处理之前)的密度0.084g/cm3。
实施例5在下面的各个实施例5A-5C中，测定各样品的悬垂性，并以表格形式记录，如图7所示。示于图7的“典型的射流喷网(Imaged Spunlaced)1”和“典型的射流喷网2”分别对应于对比例5A和5B中所述的购得的材料。“经膨化的射流喷网(Bulked Up Spunlaced)”是实施例5C中所述的本发明的材料。如图7所述，与常规的材料相比，本发明的材料具有出乎意料的明显更高的悬垂性。
按照本发明，在各纤维、非织造结构体上进行下面的悬垂性测试，以测定悬垂性(单位重量/MCB)。
改进的圆形弯曲刚度(MCB)是通过根据ASTM D 4032-82圆形弯曲程序建立的测试方法测定的，所述过程经过重大改进并按下述过程进行。圆形弯曲程序是一种同时在多个方向上使材料变形的程序，其中，样品的一个表面凹下而另一个表面凸起。圆形弯曲程序给出了一个与抗弯性有关、同时平均所有方向上的劲度的力值。
圆形弯曲程序所需的装置是一个改进的圆形弯曲劲度测试仪(Circular BendTester)，它包括以下部分1.抛光光滑钢板平台，其尺寸为102.0毫米×102.0毫米×6.35毫米，具有一个直径为18.75毫米的孔。该孔的搭接边缘应呈45度角，深度为4.75毫米；2.全长72.2毫米、直径6.25毫米的活塞(plunger)，活塞有一半径为2.97毫米的球鼻(ball nose)以及从其中伸出0.88毫米、根部直径为0.33毫米的针尖，针尖上有一半径小于0.5毫米的点，所述活塞以孔为中心固定，且在所有侧都具有相等的间隙。注意，所述针尖仅仅是为了防止测试样品在试验过程中发生侧移。因此，如果针尖对测试样品有显著的不良影响(例如刺破可膨胀的结构)，则不能使用针尖。活塞的底部应该很好地安置在孔板的顶端之上。从这个位置，球鼻向下运动可准确到达平板上孔的底部；3.测力计，更具体说是Instron反向压缩称重传感器(inverted compression loadcell)。该称重传感器的负荷范围约为0.0-2000.0克；4.促动器，更具体说是具有反向压缩测力传感器的Instron 1122型调节器。Instron 1122由马萨诸塞州Canton的Instron Engineering有限公司制造。
如下所述，为进行该测试，每个待测制品需要三个代表性的产品样品。待测的卫生巾，或其它吸收制品的位置由操作者选出。从三个产品样品中每一个相应的部位切下37.5毫米×37.5毫米的测试样品。在切割测试样品之前，需从产品样品上除去所有剥离纸或包装材料，并用非粘性粉末如滑石等覆盖所有暴露的粘合剂，如外部定位粘合剂。滑石不可影响BW和MCB的测量。
测试样品不应被试验者折叠或弯曲，对样品的搬动必须尽可能少，而且只能搬动边缘，以避免影响抗弯性。
圆形弯曲程序按如下方式进行。将样品放在温度为21℃±1℃和相对湿度为50％±2.0％的条件下调节2小时。
每块切割的测试样品的重量以克计并除以因子0.0014。这是以克每平方米(gsm)为单位的单位重量。将得到的每个测试样品的单位重量值平均，以得到平均单位重量(BW)。这种平均单位重量(BW)可用于上面列出的公式。
测试样品被置于活塞下的孔板上的中央，这样测试样品朝向身体的一层便面对活塞，而样品的阻隔层就朝向平板。活塞速度被设定为50.0厘米/分钟/全冲程。如果需要的话检查并调节指示器零点。启动活塞。在测试过程中应避免接触测试样品。用最接近的克数记录为最大的力。重复上述步骤直到所有三个测试样品都被测试。然后将所记录的三个测试值平均，以得到平均MCB刚度。平均MCB值可用于上面列出的公式。悬垂性的计算是单位重量除以上述测得的平均MCB值。
对比例5A测试典型的射流喷网材料(购自PGI)。它的单位重量为70gsm，是两层的，由75％聚酯和25％人造纤维构成。测得的MCB是95g。计算出的悬垂性为0.74gsm/g。
对比例5B测试典型的射流喷网材料。它的单位重量为75gsm，是75％聚酯和25％人造纤维的均匀共混物。测得的MCB是19g。计算出的悬垂性为3.95gsm/g。
实施例5C以与本发明的实施方式相同的方式制造65gsm、由65％人造纤维和35％聚酯组成的样品。测得的MCB是4.7g。测得的悬垂性为13.83gsm/g。
实施例6A在600psi下使用垂直的喷口缠结所述纤维，来稳定纤维薄层(35％PET，65％人造纤维)，以形成稳定化的网，从而制备吸收性结构体。纤维层的单位重量为63gsm。在1200psi下用水喷口处理所述稳定化的网，所述水喷口的方向是与纵向的法向成约20-25°的角。用常规的金属网筛支撑所述稳定化的网。得到的结构体的密度为0.064g/cc，纵向的拉伸强度为21，正交于纵向的拉伸强度为14。该材料的暗场纤维照片示于图1A。
实施例6B在600psi下使用垂直的喷口缠结所述纤维，来稳定纤维薄层(35％PET，65％人造纤维)，以形成稳定化的网，从而制备吸收性结构体。纤维层的单位重量为110gsm。在1200psi下用水喷口处理所述稳定化的网，所述水喷口的方向是与纵向的法向成约20-25°的角。用聚醛筛网支撑所述稳定化的网。得到的结构体的密度为0.071g/cc，纵向的拉伸强度为19，正交于纵向的拉伸强度为4。该材料的暗场纤维照片示于图1B。
表1示出了上面的实施例和对比例中制造或测试的材料、及其密度、拉伸强度、吸收性和与之相关的悬垂性。这些值清楚地显示了与常规的可比较的材料相比，本发明材料相关性质的有利且惊人的独特组合。
表1
权利要求
1.一种纤维非织造结构体，其特征在于，所述结构体的悬垂性大于约4gsm/g，且密度小于约0.08g/cc。
2.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述悬垂性大于约6gsm/g。
3.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述悬垂性为约8-16gsm/g。
4.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述密度小于约0.65g/cc。
5.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述密度为约0.65-0.03g/cc。
6.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述纤维非织造结构体在纵向上的拉伸强度至少约为15N/5cm。
7.如权利要求2所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述纤维非织造结构体在纵向上的拉伸强度至少约为20N/5cm。
8.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述纤维包括纤维素、聚酯、人造纤维、聚烯烃、聚乙烯醇或其中两种或更多种的组合。
9.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述纤维包括纤维素。
10.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述纤维包括聚酯、人造纤维或它们的组合。
11.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述纤维非织造结构体包含特征尺寸约为200-1000微米的表面结。
12.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述表面结存在的密集度至少约为25个/平方厘米。
13.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述纤维非织造结构体的厚度小于约10毫米。
14.如权利要求1所述的纤维非织造结构体，其特征在于，所述纤维非织造结构体的厚度小于约2毫米。
15.一种纤维非织造射流喷网结构体，其包含多个纤维弯头和表面密集度大于约25个结/cm2的多个表面结，各个所述表面结所包含的特征尺寸为约200-1000微米，其中所述结构体的密度约为0.08g/cc或更小，且悬垂性约为4gsm/g或更大。
16.如权利要求15所述的纤维非织造射流喷网结构体，其还在纵向上具有约15N/5cm或更高的拉伸强度。
17.如权利要求16所述的纤维非织造射流喷网结构体，其特征在于，所述结构体包括至少一种选自下组的纤维纤维素、聚酯、人造纤维和其中两种或更多种的组合。
18.一种个人护理用品，其包含权利要求1所述的结构体。
19.如权利要求18所述的个人护理用品，其特征在于所述物品是清洁垫、卫生棉或擦拭物。
20.如权利要求19所述的个人护理用品，其特征在于，所述物品是包含含有权利要求1所述结构体的上部片的卫生巾或短裤护垫。
全文摘要
本发明提供一种悬垂性大于约4gsm/g且密度低于约0.08g/cc的纤维非织造结构体、包含此类结构体的个人护理用品以及制造此类结构体的方法。
文档编号A61F13/15GK1940161SQ200610108578
公开日2007年4月4日 申请日期2006年7月25日 优先权日2005年7月25日
发明者H·恩古延, S·戴比 申请人:麦克内尔-Ppc股份有限公司