具有特制非均匀特性的无纺织物的制作方法

专利名称：具有特制非均匀特性的无纺织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含有至少一个纤维层的无纺织物/织物片材(nonwovensheeting)，该至少一个纤维层具有一长度，一宽度及一厚度。
背景技术：
这种无纺织物是公知的。如EP0822284中记载了一种由单组分和双组分长丝组成的纺粘型无纺织物，该无纺织物的横截面外形上含有不同量的双组分长丝，横截面平面上具有不同比例的彼此混合而没有可辨认的相界的双组分长丝。从而，形成可以被汽蒸，染色或者经受机械处理，而没有个别层脱层的任何危险的纺粘型无纺织物。
US3895151记载了一种含有单组分长丝和双组分长丝混合物的加强无纺织物。这种无纺织物的一面或者两面上具有较高浓度的双组分长丝。
DE1303891旨在提供一种由无规取向的有机线型聚合物制成的无端长丝无纺织物，其特征在于该长丝具有不同的直径，且直径小的长丝具有比直径大的长丝高的分子序态。DE1303891中的无纺织物具有仿机织织物或仿针织物的结构，该仿机织织物或仿针织物结构的网眼周围的单根丝线的方向不断变化。为了制备该结构，通过导向槽的特定节奏的旋转运动，将不同厚度和强度或者伸长的同时纺成的长丝均匀地分布在一筛选带上。因而，DE1303891中的无纺织物表现为不同直径和不同柔性的长丝的网状绞合。
WO00/12800旨在提供一种无纺地毯基底，该基底包括至少一个可识别的热塑性机织织物层，一个可识别的热塑性连续层，或者一个可识别的无纺织物层三者之一，该层降低了基底的脱层强度。
现有技术中的无纺织布及无纺织物与众不同之处在于沿其纵向和横向的均匀结构。仅沿其竖直(厚度)方向，尤其是在多层无纺织物的情况下可以发现结构上的变化，例如以改善其脱层特性。
对于本发明所采用方向的维数及指示，首先介绍下述定义。无纺织物和这里所述的无纺织物中的层的特征在于它们的纵向，横向及垂直方向。所采用的纵向的意思是指该无纺织物的或者包含在该无纺织物中的层的最大的空间伸延的方向。该方向在制备过程中也称之为机器方向。有时该方向也可特征化为X向。由于该横向在本发明方案中意思是指垂直于该纵向或机器方向的平面。本领域的技术人员也将该方向称为机器横向或者Y向。最后要提及的是垂直方向，该垂直方向是指垂直于由刚刚所述的两个方向所形成的平面的方向。该方向也指示横剖面的位置，且惯用作Z向。
通常这些努力旨在保持无纺织布或无纺织物的特性的变化尽量小，以使得传统的无纺织物与众不同之处在于沿所有空间方向的均匀特性。在沿Z向或者垂直方向的结构变化的情况下，如EP0822284中所述，该努力也旨在形成最小可能的转变，以便最大程度上维持无纺织物或其层的均匀性。因而，EP0822284中所要求保护的无纺织物没有可辨识的相界。
然而，公知的无纺织物在某些应用中或者在某些应用范围中也有不足之处。例如，对于非平面应用的情况有时很难使用传统的无纺织物。一个这种情况的示例为在机动车用的地毯中使用这种无纺织物。基于车体地板的几何形状，不得不使地毯在各个区域中彻底不同地弯曲，即变形。当然尤其显著的是变速器传动通道区域中的变形。由于在该非水平或非平面应用的情况下载荷的改变，其底布中包含已知无纺织物的机动车用的地毯具有局部的不规则或疵点，这都从视觉上妨碍或者损害并影响地毯的功能。
已经完美地解决了这个问题。例如，早期申请人已经开始在无纺织物中的后来承受较大载荷的那些地方设置较多的纤维。由此，各不相同的大量材料可在局部用来较好地补偿由于无纺织物的非平面应用而出现的应力。
还应注意，WO01/12888公开了一种由纺成纤维(spun fiber)制成的无纺织物，其中该织物中的纺成纤维的密度在密度相对高的条带和密度相对低的条带之间交替变化，以致于该在纤维网上形成的织物将具有纤维更多和更少的交替带。
然而，这些措施具有较耗费材料及与之相应的成本较高的缺点。

发明内容
因而，本发明的目的是至少减少上述问题。
令人惊奇的是，目前已经证实本发明的基础问题已由例如在最开头一段中说明的无纺织物解决，其与众不同之处在于沿着平行于其纵向的方向和/或沿着平行于其横向的方向，该至少一个纤维层形成两个或多个区段，相邻的区段具有不同的机械特性。
首先确定，根据DIN60001或者ISO2076将本发明方案中的术语“纤维”理解为其最广泛的术语，因而，纤维意思是指各种纤维，不管它们实际上是否是无端的，即长丝，或者是限定长度的结构，如短纤维。当然术语“纤维”也包括事实上无端的纤维和限定长度的纤维的混合纤维。
也就是说，本发明的无纺织物包含至少一个纤维层，该纤维层沿其X向和/或Y向包括具有不同机械特性的区段。涉及均质化的无纺织物的现有技术既没有公开也没有暗示这种无纺织物。
与现有技术无纺织物相比，本发明无纺织物的至少一个纤维层具有表现出不同机械特性的区段，而不需要故意另加物质，而按照原来需要通过添加额外的纤维或加强材料来实现此目的。在非加强状态下，本发明的至少一个纤维层已经在平行于其纵向和/或其横向的方向的相邻区段之间显示出这些(机械特性)的差别。
在根据本发明的无纺织物中，优选的是，该至少一个纤维层沿平行于其纵向的方向和/或平行于其横向的方向分别形成两个或多个区段，在这些区段内部具有基本均匀的机械特性。
即，通过沿区域的纵向和/或横向使其间断地具有基本均匀的机械特性，就可以出色地解决本发明的基本问题。形成该至少一个纤维层的区段的机械特性意指多个共有的物理特性，如弹性，模量，强度，抗弯强度，抗撕裂延展性，皱缩率，收缩率等。
然而，尤其优选的是无纺织物中对于形成至少一个纤维层的区段的机械特性，应力-应变特性不一致。
应力-应变特性为本领域的技术人员所公知。为了获得关于这些机械特性的信息，材料须经受所谓的拉伸试验，其中，通过适合的设备连续记录由增大线性变形而产生的应力。该图解法也称作为应力-应变曲线，应力-应变图表或应力-线性变形图。应力-应变曲线通常画在直角系坐标中，应力标绘为Y轴而应变标绘为X轴。从该图表可以读取或获得另外的参数，如模量，参考应力，弹性，做功能量，韧度等。
考虑到拉伸试验中所测的力的可比性，通常根据所使用材料的重量如纤维的重量获得这些数值。因此，在应力-应变曲线中可获得比数据(specific data)，该比数据通常用单位N/g或N/tex或其等分或倍数来表示。单位tex将纤度定义为每1000m长度上的克重量数。本领域的技术人员熟悉它们的相互关系，因而不需要进一步的说明。
上述应变及应变数据同样也为本领域的技术人员所公知。按照通常的惯例，仍在本发明方案中，通过拉伸试验过程中的线性变形说明应变数据，以下适用应变(％)＝线性变形/起始长度×100。在这种情况下，线性变形是指特定应力下的长度减去测量开始时的起始长度。
单个区段内的应力-应变值基本相同，而相邻区段即沿X向和/或Y向所指的区段内的应力-应变值平均相差至少10％，最好平均相差至少20％。当单个区段在其机械特性上平均相差少于10％，优选的是平均相差少于5％时，该单个区段具有基本相同或接近相同的机械特性。这意味着在一单个区段内，特定机械特性不一定为恒定值，如强度-虽然这也可以被调节。当单个区段起自与相邻区段搭接的区域，经过该区段，并又结束于与另一个相邻区段搭接的区域时，只要满足上述规定，该单个区段内的机械特性非常可能存在一些变化。
在那种条件下，优选的是，与该至少一个纤维层的垂直方向平行的方向上的机械特性基本保持恒定。在平行于垂直方向的方向上，含有嵌入其自身中的加强物如格栅/网眼漏底的层也具有不同的机械特性，因而区别于本发明无纺织物的至少一个纤维层。
原则上，不限制带有具有不同机械特性的区段的层的数量。首先，该无纺织物仅包括一个这种层时便已可能足够满足条件。但是，也可以包括相互层叠布置的几个如两个到五个这种带有具有不同机械特性的区段的层。
原则上，不限制具有不同特性的区段的数量，且该区段的数量取决于无纺织物应用的范围。在机器方向或X向上，区段的数量可以从几个直到高达几百个，甚至几千个，这取决于无纺织物沿该方向的长度。当朝着机器横向看时，例如，每米宽至多有五个区段。在这种情况下，最小区段的宽度在20至35cm的范围内。
此外，假如这些区段不直接相邻的话，两个或多个区段在其机械特性上极可能相同或非常相似。
例如，在平行于其横向的方向上，该至少一个纤维层形成三个区段，并且，设置在该至少一个纤维层外侧的所述区段均具有基本相同的应力/应变特性，这对一种应用范围是有利的。
也就是说，该实施例沿机器横向具有三个区段，同时，作为无纺织物的边沿区段的外侧区段均具有相同的机械特性，如相同的平均应力-应变特性。在该情况下，该无纺织物的中间区段与众不同之处在于其特定值即应变平均值不同于与其任一侧相邻的区段。
当该中间区段的应变平均值高于在任一侧与其相邻的区段的应变平均值时，可例如使用该无纺织物作为在该位置能承受更大应变的地毯的底布，因而，可获得为特定应用而特制的无纺织物。
当然，所述层横向上的三个区段中的两个外侧区段的机械特性也可互不相同。
例如，通过在该至少一个纤维层的相邻区段中采用具有不同机械特性的纤维，可以获得根据本发明的无纺织物的特性。这些纤维的材料可以相同，也可以不同，优选的是用有机聚合物作为起始材料。因而该至少一个纤维层的中间区段可包含具有特定应力-应变特性的聚对苯二甲酸乙二醇酯长丝，并且同样可包含具有一定应力-应变特性的聚对苯二甲酸乙二醇酯长丝的两个外侧区段，例如，具有低于该中间区段约10％的应变。当然这种无纺织物也可由不同的纤维或不同直径的纤维制成。在这种情况下，该中间区段也可以是由聚对苯二甲酸乙二醇酯长丝制成，而该外侧区段可例如由聚酰胺长丝制成。
当然，可用常用方法固化无纺织物，以根据所希望的用途来调整它。该固化可通过本身公知的措施例如本领域的技术人员所熟知的如热、化学或机械的工艺实施。可用织针或者甚至通过所谓的流体缠结例如水缠结来固化本发明无纺织物。用于固化而添加的粘合剂也是已知的。然而，在本发明的方案中，特别优选的是以热的方式来实施固化。这种固化尤其可通过添加粘合纤维或者添加比该至少一个纤维层的纤维的熔点更低的长丝来实现。然后热处理造成粘合纤维的熔融，并因而产生固化。
然而，用整体或部分具有双组分结构的旧纤维，可以一种极好的方式获得根据本发明的无纺织物的特性。以这种方式，可以省去热固化时混合粘结纤维的附加步骤。双组分纤维很容易生产，且其机械特性容易调整。此外，优选的是，根据本发明的无纺织物的各区段中的差别直到固化之后才变得明显。这可例如通过形成至少一个由两种类型的双组分纤维制成的纤维层来实现，这两种类型的双组分纤维相互的区别仅在于有关组分之间的比率。热处理之前，该两种双组分纤维类型的机械特性可以相同，或者至少非常相似，同时通过调整产生区段所需的差别。
根据本发明的无纺织物可包含一个或多个另外的纤维层，在与这些另外的纤维层的纵向或横向平行的方向上，每一个另外的纤维层都具有均匀的机械特性。这样，这些另外的纤维层不再形成机械特性相互不同的区段。
可以设想具有不同机械特性的区段的层与另外的层的所有可能组合。几个相似的层可以相互层叠在一起，或者这些层可以由一个或几个其它结构的层相互隔开(“三明治结构”)。
在该过程中的一优选实施例中，涉及一种三层的无纺织物，该无纺织物顶侧和底侧的两层可由另外的纤维层组成。因而，仅无纺织物的中间层包含具有不同机械特性的区段可以令人十分满意，并且在许多情况下甚至是优选的。当然，在这种情况下，也优选的是，该三个分层的无纺织物以本身已知的方式热地和/或机械地调整即固化。
可例如在拉伸速率为20cm/min和温度为21℃(DIN533857)的条件下，通过每次5cm宽的条用区段来确定以该方式固化的无纺织物的模量，断裂伸长及断裂强度。
可例如在拉伸速率为10cm/min和温度为21℃(DIN53363)的条件下在5cm宽的条上确定其它机械特性，例如抗撕裂延展性。
原则上，各式各样的合成纤维即人造纤维或者天然纤维均满足上述条件，所述纤维由有机物制成如聚合纤维或由无机物制成如矿物纤维，或由其它纤维材料制成。然而，在这种情况下优选的纤维是基于聚酰胺，聚酯，或聚丙烯的有机聚合物的纤维。
然而，特别优选的是其纤维具有双组分结构的无纺织物。这种双组分结构为本领域的技术人员所公知。这种双组分结构例如由两种或多种具有不同熔点的聚合物组成，这些聚合物存在于并列型，包层芯型(或皮芯型)、天星状基体型，嵌段针型(segmented pie)等结构中。
对于根据本发明的无纺织物，优选的是，双组分结构的纤维为皮芯型结构，其中皮组分的熔点要低于芯组分的熔点。
已经证明，当用于双组分结构的皮组分和芯组分分别独立地从包括聚酰胺6，聚酰胺6.6，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚丁烯或聚丙烯的组中选出时，对于本发明的无纺织物是有利的。此外，在不背离本发明范围的情况下，其它聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚物都可用。在这些皮芯型结构中，芯组分与皮组分的比率在50∶50至95∶5vol％的范围内，最好在60∶40和95∶5vol％之间。
尤其优选的是包含作为芯组分的聚对苯二甲酸乙二醇酯和作为皮组分的聚酰胺6的皮芯型结构。例如，由Colbond Nonwovens BV以商标名称Colback提供的用于出售的这种基于长丝的双组分结构。这种双组分结构包含例如芯份额为73vol％的聚对苯二甲酸乙二醇酯和皮份额为皮27vol％的聚酰胺6。
此外，对于本发明无纺织物，包含作为芯组分的聚对苯二甲酸乙二醇酯和作为皮组分的聚丙烯的皮芯型结构是优选的。
原则上，只要符合所需的特性，在根据本发明的无纺织物中可存在各种纤维，例如与均聚物相邻的双组分或与粘合剂相邻的不同类型的双组分或均聚物。然而，出于实用的原因，有利的是整个无纺织物由单一双组分类型组成，这样依照本说明书该单一双组分类型存在于该具有不同的机械特性的无纺织物中。因而，可以设想，所要求保护的无纺织物由两种长丝类型组成，两种长丝都具有作为芯组分的聚对苯二甲酸乙二醇酯和作为皮组分的聚酰胺6的皮芯型结构，该两种长丝类型各自的应力-应变特性互不相同。
此外，根据本发明的无纺织物可包含本身为常用的加强材料，例如由无机材料或有机材料制成的长丝。这些加强材料及将它们引入无纺织物中是已知的，且可从例如EP0572891或者EP0687756得出。
可例如通过将来自相邻的喷丝头的上述组分放置在金属或纤维织物带上，然后对其进行固化来实现根据本发明的无纺织物的制备。优选的是利用所谓的纺丝鼓风机或鼓风机(blower)，每一个鼓风机都能独立地纺一种纤维型。通过单个鼓风机与不同的纤维型或直径不同的纤维或芯皮组分比率不同的芯皮型纤维的适当组合，就可获得根据本发明的无纺织物。
还可利用所谓的用于生产无纺织品的纺丝装置，在这种情况下，必须注意该纺丝装置的每部分都具有几列喷丝孔，例如用于获得不同几何形状的双组分纤维。这种纺丝技术为本领域的技术人员所公知，且通过常规的测试，本领域的技术人员能根据需要实施对该纺丝装置或鼓风机的调整。
如以前所述，优选的是，本发明的无纺织物各区段的差别直到固化之后才能显示出来。
因而，本发明也涉及一种包含至少一个纤维层的无纺织物，该至少一个纤维层具有一长度，一宽度和一厚度，其中直到对该至少一个纤维层进行热调整和/或机械调整之后，该至少一个纤维层的相邻区段才能具有上述不同的机械特性。
本发明无纺织物与众不同之处在于一系列特别优良的特性，这使得它对于许多系列应用都很出色。
因此，本发明也涉及上述无纺织物作为地毯的簇绒底布的应用。由于根据本发明的无纺织物各区段具有不同的变形特性，它最适用于非平面应用，如机动车用的地毯，门板，行李箱部件，车顶内衬等。
而且，还要求保护该无纺织物作为沥青垫层用的载体和屋顶垫层用的衬板的应用。当其两外侧比其中部具有更高的机械强度即例如更高的抗撕裂延展性和/或更低的应变的无纺织物用作应用在屋顶上的沥青防水膜的载体时，该载体使相邻织物外侧搭接部位上的例如由于风力引起的掀起/隆起现象不明显。由于空气在屋顶覆盖物上流动而在其上表面产生负压，这会造成覆盖物在其搭接部位上掀起。当在这些地方通过使用该无纺织物而引入更坚固的加强物时，至少可以减少这种不理想的效果。而且，一刚刚说明的载体在用来固定沥青屋顶的钉子周围具有较高的抗撕裂性的附加优点。
根据本发明的无纺织物的又一应用涉及将其用作灌溉垫层。在许多苗圃或温室中花盆成排地竖放在含有该无纺垫层的层压制品上。当浇灌这些无纺垫层时，尤其是期望水在有花盆的地方比花盆之间的地方更不容易渗透该垫层。这些不同的特性也可通过带有具有不同机械特性的区段的无纺织物的层压制品来设定。例如，如果在随后将被浇灌的无纺织物的区段中，使用具有较高比例的皮组分的双组分纤维，则在这些区域该无纺织材料的粘结和固化会变得更加致密且流体对垫层的渗透性将会降低，因而能实现较好地浇灌位于该区域上的植物。相反，在该无纺织物区域的中间区段，水很容易渗透，相应地也很容易从该处流走。
本发明的无纺织物的另一应用涉及将其用作除尘垫。具有图形镶嵌的除尘垫层的中间部位需要浅色的基底。这可使从一个地毯纱线区到另一地毯纱线区的过渡效果在视觉上最小。而该除尘垫的周边颜色应该非常暗，以避免与黑色橡胶涂层形成视觉反差。
此外，除尘垫的周边由于卷曲也可能存在问题，这有绊脚的危险。该基底的周边由用于使其具有展平特性的高度稳定的纤维组成，而该基底的中间部位由用于使其具有良好可簇绒性(tuftability)的纤维组成。
本发明的无纺织物的又一应用涉及将其用于组合地毯。组装式的组合地毯受益于本发明的主题之处在于该组合地毯的周边可由一展平特性已增强的基底组成，而组合地毯的中间部位可由具有可簇绒性和理想地毯质地的基底组成。
由于大多数组合地毯都是冲切的，与该基底的具有理想可簇绒性的中间部位相比，组合地毯的周边应该由已改善冲切特性且在切割后很少可能散边的基底组成。
本发明的无纺织物的另一应用涉及将其用于第二层底布。在模制地毯之前加热时，厚层涂料常常再次浸透第二层底布。这种浸透起用于将其它部件、衬垫等固定到模制部件上的粘合剂的作用。通过改变该第二层底布的特定特性，如多孔性，该第二层底布可在需要的地方实现高度渗透，而在其它不需要的地方实现低度渗透。
同样，可在长度和宽度方向上适配该第二层底布的其它特性，以改善最终产品的性能，如撕裂强度，拉伸强度，模量等。因而，可通过该地毯基底、该第二层底布或者其组合、(即)包括本发明的无纺织物的一个或者两个底布，获得这些改善的特性。
本发明无纺织物的又一应用涉及将其用于有利于拉幅机处理的地毯。常常使用拉幅机来处理地毯，如染色，干燥，修剪，涂层等，以维持地毯的平坦和宽度。拉幅针板经常撕裂低质量地毯的边缘。通过使用本发明的无纺织物，通过改变地毯边缘处的基底的特性，如撕裂强度，刺穿强度，可使地毯的边缘更有利于拉幅机处理。
在不背离本发明范围的情况下，本领域的技术人员很容易能够采用本发明的无纺织物的这些应用和/或添加其它应用。
考虑到本发明的无纺织物的非均匀特性，因而使得其可特制地应用于一系列可能的特殊情况下。
权利要求
1.包含至少一个纤维层的无纺织物，该至少一个纤维层具有一长度，一宽度和一厚度，其特征在于沿着与所述至少一个纤维层的纵向平行的方向和/或沿着与其横向平行的方向，所述至少一个纤维层形成两个或多个区段，其中相邻区段分别具有不同的机械特性。
2.根据权利要求1所述的无纺织物，其特征在于沿着与所述至少一个纤维层的纵向平行的方向和/或沿着与其横向平行的方向，所述至少一个纤维层分别形成两个或多个区段，在这些区段内分别具有基本均匀的机械特性。
3.根据权利要求1或2所述的无纺织物，其特征在于对于所述两个或多个区段的机械特性，其应力/应变特性不一致。
4.根据权利要求1至3中的一项或多项所述的无纺织物，其特征在于在所述至少一个纤维层的两个或多个区段内，平行于竖直方向的方向上的机械特性基本保持不变。
5.根据权利要求1至4中的一项或多项所述的无纺织物，其特征在于沿着与所述至少一个纤维层的横向平行的方向，所述至少一个纤维层形成三个区段，位于所述至少一个纤维层外侧的所述区段均具有基本相同的应力/应变特性。
6.根据权利要求1至5中的一项或多项所述的无纺织物，其特征在于所述无纺织物包含至少一个另外的纤维层，沿着与所述至少一个另外的纤维层的纵向和横向平行的方向，所述至少一个另外的纤维层分别具有均匀的机械特性。
7.根据权利要求6所述的无纺织物，其特征在于所述无纺织物为三层无纺织物，位于该无纺织物的底侧和顶侧的两层由所述另外的纤维层组成。
8.根据权利要求1至7中的一项或多项所述的无纺织物，其特征在于所述纤维具有一种双组分结构。
9.根据权利要求8所述的无纺织物，其特征在于所述双组分结构是一种皮芯型结构，其中皮组分的熔点比芯组分的熔点低。
10.根据权利要求9所述的无纺织物，其特征在于所述皮组分和所述芯组分均独立地从包括聚酰胺6，聚酰胺6.6，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚丁烯或聚丙烯的组中选出。
11.包含至少一个纤维层的无纺织物，该至少一个纤维层具有一长度，一宽度和一厚度，其特征在于直到所述至少一个纤维层热和/或机械地调整处理之后，所述至少一个纤维层的沿着与其纵向平行的方向和/或沿着与其横向平行的方向的相邻区段才具有根据权利要求1所述的不同的机械特性。
12.根据权利要求1至11中的一项或多项所述的无纺织物用作地毯用的簇绒底布。
13.根据权利要求1至11中的一项或多项所述的无纺织物用作沥青垫层用的载体。
14.根据权利要求1至11中的一项或多项所述的无纺织物用在灌溉垫层中。
15.根据权利要求1至11中的一项或多项所述的无纺织物用在除尘垫中。
16.根据权利要求1至11中的一项或多项所述的无纺织物用在组合地毯中。
17.根据权利要求1至11中的一项或多项所述的无纺织物用在地毯第二层底布中。
全文摘要
提供一种包含至少一个纤维层的无纺织物，该至少一个纤维层具有一长度，一宽度和一厚度，所述无纺织物与众不同之处在于沿着与所述至少一个纤维层的纵向和/或横向平行的方向，该至少一个纤维层形成有两个或多个区段，相邻的区段均具有不同的机械特性。本发明还旨在将无纺织物用作地毯用的簇绒底布，沥青垫层用的载体，及用在灌溉垫层，除尘垫，组合地毯和地毯第二层底布中。
文档编号D04H1/559GK1564892SQ02819910
公开日2005年1月12日 申请日期2002年10月9日 优先权日2001年10月11日
发明者C·埃德玛, H·维拜克尔, R·泰勒, P·朱凌 申请人:考勒邦德有限公司