呈现有横向伸长性和回缩性的非织造织物的制作方法

专利名称：呈现有横向伸长性和回缩性的非织造织物的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及呈现有弹性的非织造织物，更具体涉及一种在横向上呈现有伸长性和回缩性的被水力缠结的非织造织物，以及制造该非织造织物的方法。本发明还公开了包括本发明非织造织物的垫材组件。
背景技术：
非织造织物被用于非常广泛的各种应用领域中，在其应用中能够有利地利用织物设计的特性。这些类型的织物不同于传统的机织织物或针织织物，在于织物的纤维或长丝被聚集成为粘结网而无需传统的纺织工艺。织物的纤维或长丝的缠结为织物提供所需的完整性，已知通过应用粘合剂成分以及类似物可以进一步提高结构完整性。
不同的参数影响非织造织物的物理特征，其中包括纤维组分和尺寸，纤维取向，纤维缠结，以及纤维聚集(例如通过施加粘结剂或进行热粘合)。这些参数变化允许织物将被设计用于特殊的应用，并因而提高这种织物的性能价格比。
虽然这种属性的织物已被发现有广泛的应用性，但通常用来制造它的方法的性质会限制特定的织物所适合的一些用途。通常，制造这些织物呈现出一个“机器方向”(MD)，即织物按照其制造方向沿着织物长度延伸，和一个垂直于机器方向的“横向方向”延伸。在织物能够被设计为呈现有一定特性的时候，这些织物在横向方向上在拉伸之后通常不会呈现相对高的回缩度。
发明概述本发明涉及的是一种非织造织物，其呈现有横向方向伸长性和回缩性，还涉及一种制造该织物的方法，和该织物特别适于应用的垫材组件。
本发明的水力缠结(射流喷网法)非织造织物已显著地形成有弹性特征，即在织物的横向方向上呈现有伸长性和回缩性。横向方向(CD)横向于或垂直于织物的机器方向(MD)，即在机器方向(MD)上织物被制造和加工，通常沿着织物的纵向轴线延伸。通过使本织物形成有横向方向弹性，该织物能够被用于需要这样的弹性特征的一些应用中。
体现本发明原理的非织造织物包括水力缠结的非织造网，最好包括约为0.8至3.0旦尼尔的短纤维，其基重约为1.0至6.0盎司/平方码，最好是2.0至4.0盎司/平方码。更优选的是，非织造网包括1.5旦尼尔的纤维，其具有基重约为2.5至3.5盎司/平方码。使用聚酯纤维是目前优选的，但在本发明的范围内可由混合物形成本非织造织物，该混合物包括与天然纤维混合的至少部分合成纤维，并且形成延续很长的长丝。
非织造网须经水力缠结，以便使网的纤维缠结和聚集，并且赋予结构完整性。在一个优选的实施例中，实施水力缠结以便将直线性图案赋予给非织造网，该图案优选地相对于网的机器方向成约30°至60°中的一个角度。在一个优选的成形方法中，通过在有图案形成的表面上进行水力缠结在非织造网中形成直线性图案之前，须经预先的水力缠结以有助于其完整性。
为了把弹性特征赋予给由水力缠结而形成的织物上，一种聚合粘结剂组合物被基本均匀地施加到非织造织物上。尽管在执行在此公开的原理时粘结剂的具体数量能够变化，但最好是粘结剂组合物包括占重量约17％至31％的丙烯酸粘结剂。在施加聚合粘结剂组合物之后，非织造网被干燥以形成本发明的非织造织物。显然，最终的非织造织物在织物的横向方向上呈现有弹性特征(即，拉伸或伸长性，和回缩性)。根据本发明，织物在横向方向上至少有约20％的伸长性，并在横向方向上至少有约90％的回缩性，优选地是在横向方向上有至少约50％的伸长性，至少约90％的回缩性。这样，织物被设计成有较高程度的横向弹性。
由于本发明非织造织物的弹性特征，该织物能够适用于非常广泛的应用中，其在一些需要拉伸回缩特征的应用中用于替代针织或机织织物。在本织物的一现行应用中，该织物有利地适用于一种垫材组件。因此，这样的制品通常需要织物嵌板和固定于相连的上垫材周围的可拉伸组成部分的组合物。适于本非织造织物的垫材组件包括一个一般为矩形的上垫，和围绕上垫延伸并固定到上垫周边的外围非织造织物。织物可根据本发明形成，并且较好是以绕着上垫周边延伸的单个材料的形式提供。可设有至少一个与上垫相对的伸长的弹性构件，它在非织造织物边缘部分处固定在非织造织物上，同时所形成的组件在形状上很显然的能够按照所需要的降低其组件的制造成本。
如同下列详细的描述，对于本非织造网所需要的弹性特性能够通过纤维排列方向、图案缠结、和加入在其上的粘结剂成分的各种组合而获得。这对于各类型的应用有利于进一步简化设计该网材料，而仍达到所需要的特性特征。
本发明的其它的一些特征和优点通过下列的详细描述，附图以及所附权利要求书将会更容易清楚理解。


图1是根据本发明的方法的一种形式用于形成本非织造织物的装置的一种形式的示意图；图2是体现本发明原理的包括本发明非织造织物的垫材组件的示意透视图。
详细说明本发明可以有各种形式的实施例，其表示在附图中，并且在下面将描述一个较佳的实施例，当然应理解的是，在此所披露的应被认为是本发明的一个实例，而不是要将本发明限定在这些示出的具体的实例。
在此可结合参考Evans的美国专利No.3,485,706，其揭示了一种用于非织造织物有效水力缠结的加工方法。
在此可结合参考美国专利No.5,098,764，其所揭示的非织造织物具有一些独特的特征和特性，这些特征和特性使得有可能使该织物使用在广泛的各种应用中。该专利还揭示了用于制造该织物的方法和装置，其中包括一种水力缠结(有时称为射流喷网)方法，通过该方法，纤维的原始非织造网在一成形表面上经受水力缠结，把直线性图案赋予到网上。根据该专利的教授能够实施本发明，并且该专利与其所揭示的内容将作为适当的参考。
美国专利No.5,670,234，No.5,674,587和No.5,827,597在此可结合参考，其教授了一种地形支撑构件，该构件能够在水力缠结期间把图案赋予到非织造织物上，所形成的织物还具有所需要的特性，这些特性使其用在许多不同的应用之中。根据对该织物的教授所形成的织物有时称为“特里科经编织物”。
本发明考虑在上述提及的专利中所公开的用于制造非制造织物的方法，该非制造织物呈现有弹性特征，即在织物的横向方向上呈现有伸长性和回缩性。非织造织物一般表现有机器方向和横向方向，也就是说沿着织物长度方向延伸的方向，在该方向上织物被制造(机器方向)，和织物的垂直于机器方向延伸的方向，一般是横过织物的宽度。
相对于横向方向和机器方向，非织造织物的纤维或长丝的排列取向能够对织物所形成弹性和特性有显著的影响。正如通过这些熟知的技术所认识到的，由“100％成行梳理”所形成的原始网表示完全由被梳理的纤维所形成的网，其中所有纤维是基本在网的机器方向上排列取向。相反，由“所有交叉铺设”所形成的原始网表示纤维状网，其中纤维或长丝已通过交叉铺设一已被梳理的网而形成，使得纤维或长丝相对于所形成网的机器方向以一定角度而被排列取向。一种原始网能够通过“一半交叉铺设，一半梳理”而形成。其中原始网的一半基重包括有一种被梳理的纤维网，和其一半基重包括一交叉铺设纤维网。一种原始网还可进一步由具有机器方向排列取向的成行梳理的纤维与横向方向随机排列纤维组合物而形成。在此关于“低牵伸”和“高牵伸”原始网是涉及原始网在经受水力缠结之前的伸长和牵伸的程度，所具有的低牵伸一般表示数量级为2.0至1的伸长，所具有的高牵伸一般表示数量级为3.5至1的伸长。美国专利No.5,4475,903所表述的网牵伸装置在此可结合参考。
具体表现于本发明原理的非织造织物的制造是由提供原始非织造网开始，其原始非织造网较好的是包括约0.8至3.0旦尼尔的短纤长度的纺织纤维，其具有约1.0至4.0盎司/平方码的基重。而值得考虑的是本发明利用合成纤维，天然纤维，和它们的混合物以及连续长丝而能够实施，较好的是采用100％的聚酯纤维。在本发明的现行实施中，尤其较佳使用的是具有约1.5旦尼尔的聚酯短纤纤维。这些纤维可由Dupont Akra的产品号54W在商业上获得。
一种原始网在其网经受水力缠结之前根据传统的梳理和交叉铺设技术，以及根据本发明的粘结剂施加而形成的。在较佳的方式中，原始网根据上述所提及的专利在网的图案梳理缠结之前须经受水力缠结。图1示意说明了用于实施本发明方法的装置。如图所示，原始网P最初是被接收在一皮带10上，该皮带是源自Albany International型号103A，网眼尺寸103×78，在该皮带处，网P经受第一次一系列水力缠结处理。对于基重为2盎司/平方码(正负误差7％)的织物，则采用近似62码/分钟的线速度。由皮带10所携带的网的水力缠结是通过喷嘴组件12来完成的，其喷嘴以35巴的压力控制操作射出的柱状射流或液体流，一般是水，该喷嘴组件包括一些120微米的孔，其跨过网P的宽度以每英寸42.3配置，其孔在网之上约1.5英寸。
然后原始网运行到一个具有100目网筛表面的缠结滚筒14上。喷嘴组件16具有类似喷嘴组件12的构造，并且以70巴的压力操作。原始网随后移到一个加工滚筒18上，其也有100目的网筛，在该滚筒处，网通过喷嘴组件20而经受缠结，其喷嘴组件具有类似喷嘴组件12和16的构造，其以60巴的压力操作。
原始网然后绕着两个连续的加工滚筒22被接收，加工滚筒22具有微孔壳体，每一滚筒具有相应的喷嘴组件24，24′，该喷嘴组件具有上述喷嘴组件的构造，喷嘴组件24是以100巴的压力进行操作，而喷嘴组件24′是0巴的压力操作。原始网已经受缠结能量在0.05至0.30马力-小时/磅的数量级上，而网这时引导到水力缠结装置上用于原始网的形成图案的水力缠结。
最终的缠结装置的实施例是根据上述美国专利No.5,098,764所涉及的内容，其包括一个加工滚筒24(有时称为ITD，或图象转移装置)，该滚筒接收原始网P并且通常把最终的图案赋予到网上。该网经受三个喷嘴组件(标号为26)的水力缠结，其线速度约为35码/分，并且缠结压力为150巴。每一喷嘴组件较好的是具有上述喷嘴组件的构造。
在形成图案的水力缠结之后，网在一个施加工位30处接收基本均匀施加的聚合粘结剂组合物。网然后被引导到一系列干燥辊32上，该干燥辊工作的温度为310°F.，本发明的非织造织物的制造就这样完成。
在该实施例中，粘结剂组合物包括一种弹性乳剂，其下列配方已用在施加工位的浴中。
吐温(Tween)20(润湿剂) 0.2％防泡剂Y-30(有机硅消泡剂)0.025％
10％氨水 0.3％San Cure 861(聚氨基甲酸乙酯) 0.7％Hystreth V-29(丙烯酸粘结剂) X％(可买到)水 浴的平衡吐温20由ICI化学公司制造，而防泡剂Y-30由Dow化学公司制造。氨水可由Ashland化学公司制造，而San Cure 861由B.F.Goodrich公司制造。Hystreth V-29丙烯酸粘结剂是软质和弹性的，并且呈现有耐溶剂性，极好的U.V稳定性，抗污性，和低温挠性。
如上所述，纤维排列取向和加入粘结剂的各种组合能够成功地用于达到呈现有本发明特征的非织造织物。因此，最终非织造织物的粘结剂的加入或“最终标准”能够根据在此的教授而变化。所希望的是具有足够的加入量以达到所需要的织物耐久性，其耐久性一般与织物的耐洗性相对应。
本发明非织造织物在横向方向上的拉伸或延伸性，和回缩性特征已被选择为便于在一些应用中用于织物上，在所述应用中这样的弹性特征是所需要的，同时保持织物的耐久性和耐洗性。较好的是本发明的非织造织物在横向方向上呈现有至少约50％的延伸性，更好的是至少约为60％。较好的是本发明的非织造织物呈现有初始回缩性为至少约90％，而至少约为95％的初始回缩性是尤其较好的。下列的试验方法学用于织物的试验，该方法学是ASTM3107-75的修订，1980重新审定，在此可结合参考。
本方法学的范围是在相同织物中在恒定重量下对于拉伸或延伸性测量一段设定的时间，和测量拉伸的回缩性。通过由一织物样本的中心、左侧和右侧剪切2英寸×20英寸(MD×CD)而制备一些样本。切下的部分距样本边缘不窄于6英寸。使用一把具有0.10英寸量度的尺子。根据织物基重，试验使用5个标准重量(2.0，2.5，3.0，3.5，或4.0磅)之一的一个，如下表述。从每一样本顶部起始4英寸，10英寸做基准标记。一夹子连接样本的顶部并且样本被支撑在一个支架上。根据织物基重，使用下列试验重量基重重量(每码2)/试验重量1.0-3.9盎司/(2.0磅)4.0-4.9盎司/(2.5磅)
5.0-5.9盎司/(3.0磅)6.0-6.9盎司/(3.5磅)7.0-7.9盎司/(4.0磅)用于校正重量范围的重物组件用一个弹簧夹固定在样本的底部，样本在重量的影响下被悬挂15秒。刻度尺用于测量原始样本目前的伸长长度，即，样本原始10英寸标记段的端部之间的距离。这个读数被记录为B。重物被移走，并且样本从夹子和支架是移开。样本被平放在一工作桌或类似表面上。在5分钟之后状态下的样本，测量原始样本的松弛长度，即，10英寸标记段的端部之间的距离，这样提供记录读数C。
根据下列方式进行计算拉伸百分率＝(B-10)×10回缩百分率＝100-[(C-10)×100]由试验织物的边、中心和边取平均读数。
实例表1-4表示了各种非织造织物试验的结果，其各种结果包括了本发明。表1是有关原始网构造的试验结果，表2是有关图象转移装置(例如滚筒24)的图案成象表面的结果。表3是有关参考增加加入粘结剂的数据，表4是有关增加织物基重的结果。
试验数据中涉及的“ITD”表示“图象转移装置”，并且表示在粘结剂施加之前用于图案形成于原始网上装置的特殊形式。在试验数据中，“20×20”表示直线形成图案具有20线条/英寸×20线条/英寸构型，其根据美国专利No.5,098,764的图12和13，除了中间锥形排出孔被省略之外。排出孔是在锥形的每个角上(4个孔绕着锥形)。“20×20”图案是相对于机器方向成45度排列，锥形高度0.025英寸，排出孔直径0.02英寸。
再根据美国专利No.5,098,764的图12和13，“18×18”图案具有一种矩形锥形结构，在底部近似为0.085×.03英寸，3个排出孔沿着0.085英寸边设置，一个在中间锥形部并且在每个角有一个(6个孔绕着锥形部)。在0.03英寸尺寸的中间位置处没有排出孔。排出孔有0.02英寸的直径并且锥形高度为0.07英寸。这个形成表面的每一锥形的较长轴是相对于机器方向成30度的方式排列的。
试验数据中涉及的“特里科经编织物”图象可参考美国专利No.5,674,587的图案构型。
试验数据中涉及的“网形成方法”表示纤维排列取向。符号A表示使用一种全交叉铺设，低牵伸，聚酯纤维网。符号B表示一种由一半交叉铺设，一半梳理聚酯纤维网形成的网。符号C表示一种100％成行被梳理的聚酯纤维网。符号D表示一种具有在机器方向排列取向的70％成行梳理的纤维和在横向方向随机排列的30％的聚酯纤维的网。符号E表示具有高牵伸的全部交叉铺设的聚酯纤维网。
试验数据中粘结剂的百分率表示的是聚合粘结剂组合物的百分比，其包括丙烯酸粘结剂，以重量计。
在附带的试验数据中，“％粘结剂浓度”表示可变的“X％”，即，粘结剂浴组分百分比，以重量计，其包括有丙烯酸粘结剂。粘结剂组合物的样本可以被干燥并称重以确定组分的“固体含量百分比”。根据施加到非织造织物上的粘结剂组合物的数量(在通常情况下，粘结剂组合物的“吸湿率”指标在130％±5％，其基于指标纤维重量的2.5盎司/平方码)，施加到织物上的固体重量能够容易的计算。例如，“21％粘结剂浓度”相对应于施加到基于基重2.5盎司/平方码非织造织物上的固体约为0.35盎司/平方码。表5表示了对于各种试验样本的固体化学品添加的情况。
正如所看到的，一些举例说明的样本根据本发明提供了横向方向的拉伸和回缩特征。而将清楚知道，能够做出纤维排列取向和粘结剂添加的变化，而对于所获得的网仍能达到所需要的特征。
根据本发明形成的织物较好的是呈现有机器方向拉伸强度与横向方向拉伸强度的比约为1∶1至约为3∶1，更好的是约为2∶1。该比例较好的是小于5∶1，其典型的是由100％被梳理的纤维网形成的织物。Instrom Model 4465能够使用于该试验。
图2示意说明了一种根据本发明形成的垫材组件。垫材组件样本包括一矩形上垫，和在上垫周围绕着其延伸并固定在其周边上的非织造织物。根据本发明形成的非织造织物具有机器方向和横向方向，该织物在其机器方向绕着上垫延伸。
在本发明的较佳的形式中，垫材组件的非织造织物包括有0.8至3.0旦尼尔短纤聚酯纤维，其具有基重约为1.0至4.0盎司/平方码。聚合粘结剂组合物基本是均匀地施加到织物的非织造网上，粘结剂组合物包括有约17％至31％的丙烯酸粘结剂，以重量计。该织物在横向方向上呈现有至少约50％的延伸性，并且较好的是至少有约60％，而在横向方向上至少有约90％的回缩性，并且更好的是至少有约95％的回缩性。
在较佳的实施例中，垫材组件110的非织造织物114包括绕着上垫周围延伸的单片材料。在非织造织物本身呈现有基本弹性程度时，其目前考虑的是，垫材组件进一步提供有至少一个伸长的弹性构件116，其相对上垫在其非织造织物边缘部分处固定在非织造织物上。伸长的弹性构件与非织造织物相结合使垫材组件紧密地与结合垫相适应以用来所需要的配合。
目前尤其较好的织物被表示在表中，如在20×20@45图象转移装置上形成，添加26％，由网形成，所形成的方法C(100％成行梳理网)和D(70％成行梳理，横向方向随机排列的纤维)。
由上所述，可以看出，不脱离本发明新概念的精神和范围可以实现诸多的改进和变化。应理解的是，这里举例说明的特殊实施例并不是为了限制，不应推断为对本发明的限制。这里公开的内容要覆盖由所附权利要求书表示的落入在权利要求书的范围之内的所有改进。
权利要求
1.一种呈现有横向方向延伸性和回缩性的非织造织物，其包括一种非织造网，其包括有约0.8至3.0旦尼尔的短纤长度纤维，其具有的基重约为1.0至4.0盎司/平方码；和聚合粘结剂组合物，其基本均匀地施加到所述的非织造网上，所述的织物具有机器方向和横向方向，并且在所述的横向方向上呈现有至少约50％的延伸性和在横向方向上至少约90％的回缩性。
2.根据权利要求1所述的非织造织物，其中所述的非织造网包括约1.5旦尼尔的纤维，所述的网的基重约2.5指3.5盎司/平方码。
3.根据权利要求1所述的非织造织物，其中所述的织物呈现的机器方向拉伸强度与横向方向抗拉强度的比约为1∶1至3∶1。
4.根据权利要求1所述的非织造织物，其中所述的粘结剂组合物包括约有占重量17％至31％的丙烯酸粘结剂。
5.根据权利要求1所述的非织造织物，其中所述的织物呈现相对于所述的机器方向成约30°到60°之间的一个角度的直线性图案。
6.一种垫材组件，其包括一通常为矩形的上垫；和一周边非织造织物，其在上垫周围绕着所述上垫延伸并固定在所述上垫的周边上，所述的织物具有机器方向和横向方向，所述的织物在所述的机器方向围绕所述的上垫延伸；所述的非织造织物包括一种非织造网，其包括有约0.8至3.0旦尼尔的短纤长度纤维，其具有的基重约为1.0至4.0盎司/平方码；和一聚合粘结剂组合物，其基本均匀地施加到所述的非织造网上，所述的粘结剂组合物包括占重量约17％至31％的丙烯酸粘结剂，所述的织物在所述的横向方向上呈现有至少约50％的延伸性且在横向方向上至少有约90％的回缩性。
7.根据权利要求6所述的垫材组件，其中包括至少一个伸长的弹性元件，其与所述上垫相对在非织造织物边缘部分处固定在非织造织物上。
8.根据权利要求6所述的垫材组件，其中所述的非织造织物包括绕着所述的上垫周围延伸的单片材料。
9.根据权利要求6所述的垫材组件，其中所述的非织造织物呈现相对于所述的机器方向成约30°到60°之间的一个角度的直线性图案，所述的织物呈现的横向方向拉伸强度与机器方向拉伸强度的比约为2∶1。
10.一种制造呈现有横向方向延伸性和回缩性的非织造织物的方法，包括下述步骤提供一种非织造网，该网包括有约0.8至3.0旦尼尔的短纤长度纤维，其具有的基重约为1.0至4.0盎司/平方码，水力缠结所述的非织造网；把一种聚合粘结剂组合物基本均匀地施加到所述的非织造网上；干燥所述的非织造网以形成所述的非织造织物并且具有包括占重量约17％至31％的丙烯酸粘结剂的所述粘结剂组合物，所述的织物具有机器方向和横向方向，并且在所述的横向方向上呈现有至少约50％的延伸性和在横向方向上至少约90％的回缩性，以及所述的织物呈现有的机器方向拉伸强度与横向方向拉伸强度的比约为1∶1至3∶1。
11.一种制造非织造织物的方法，其中所述的水力缠结步骤包括以相对于所述的机器方向成约30°到60°之间的方位在所述非织造网上形成直线性图案。
12.根据权利要求11所述的制造非织造织物的方法，其中所述的水力缠结步骤包括在形成所述的直线性图案之前水力缠结所述的非织造网。
全文摘要
一种呈现有横向方向延伸性和回缩性的水力缠结的非织造织物，其包括有一种非织造网，非制造网包括有约0.8至3.0旦尼尔的短纤长度纤维，其具有的基重约为1.0至4.0盎司/平方码。一种基本均匀地施加到非织造网上的聚合粘结剂组合物把所要求的弹性赋予给网上，使所述网在横向方向上呈现有至少约50％的延伸性和在横向方向上至少约90％的回缩性。网的形成图案的水力缠结用于缠结纤维，以使织物具有所需要的性能特征。
文档编号D04H1/46GK1407926SQ00816683
公开日2003年4月2日 申请日期2000年9月25日 优先权日1999年10月1日
发明者L·P·巴克, W·T·罗德斯, M·J·普特纳姆 申请人:聚合物集团公司