自熄的差力缠结的非织造织物的制作方法

专利名称：自熄的差力缠结的非织造织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有改善的阻燃性能的水力缠结非织造织物及其制备方法，特别涉及一种经差力缠结以自身致密化并自熄的非织造织物，所得织物在具有足够的机械强度的同时展现出良好的触感和可延展的柔软性。
背景技术：
技术进步已经证明提供的垫子例如床上用品具有显著地更好的可燃性保护。然而已经观察到垫子的特定部分很难受到保护使之免于明火，例如与下面的弹簧床垫接触的垫子的底部。另外，在整个垫子的缝合中形成的孔起了火焰穿行通道的作用。本发明涉及一种耐久的自熄的非织造织物，其可以用于阻燃床垫的组件或其它相关应用。
有许多商业应用的阻燃纤维。E.I du Pont de Nemours andCompany提供了阻燃的芳族聚酰胺纤维，以NOMEX和KEVLAR为商品名称销售。NOMEX材料已经发展为用于要求尺寸稳定性和优良的耐热性的应用，并且其在加热时不流动或熔化。分解和炭化直至350℃以上也不会超过显著的速率，并且不熔化。以纤维形式的NOMEX材料已经使用在防护服和类似应用上，并可以用常规纺织技术生产。至今可比较的阻燃非织造织物的生产是昂贵的，并且不易通过高压水刺缠结形成图像。
现有技术中已有对形成柔软的但又坚固的具有阻热性能的材料的尝试，但仍然需要具有这些特点的非织造织物以快速且简单的方式制得。
发明概述本发明涉及一种具有改善的阻燃性能的水力缠结的非织造织物及其制备方法，其中非织造织物被差力缠结以在燃烧时自身致密化并且自熄。这种自熄的织物在具有足够的机械强度的同时进一步展现出良好的触感和可延展的柔软性。
在本发明的第一实施方式中，差力缠结的阻燃非织造织物包括至少三个纤维层以形成具有至少三个纤维区的织物，其中第一和第二区包括第一和第二外层，中间区包括至少一个在第一和第二外层之间的中心设置的纤维层。根据本发明，非织造织物层包括差力缠结的可形成焦炭的纤维，其中将流体能量，特别是水力能量施加在织物外层的一面或两面上。水力能量相对于纤维絮垫的基重是适中的以达到希望的表面缠结程度。
差力缠结技术在织物中导致高度缠结的第一和第二纤维外区以及轻度缠结的纤维中间区，其中每个区都由可形成焦炭的纤维组成。轻度缠结的中间区形成一个气袋，给织物提供了热流阻力。另外，一旦内部纤维由于暴露于明火而炭化，所述层状的多区织物自身致密化以自熄。
在本发明的第二实施方式中，第一和第二的外区各自都包括超过一个的织物层，其中每层都是均匀的或非均匀的纤维混合物，包括阻燃的和可形成焦炭的纤维。如前所述，多区织物包括多个差力缠结的纤维层以得到高度缠结的纤维外区和轻度缠结的纤维中间区。
不受理论束缚，认为致密自熄的织物闭塞了经常在层状纤维结构中发现的通道。例如，通过缝纫机械结合的多层产生了明火可以通过的通道。本发明的织物致密化以闭塞这些通道并自熄灭燃烧的织物。
当使用三聚氰胺纤维(BASF公司的商品名称为BASOFIL)和不同比例的芳族聚酰胺纤维时，如US专利No.5560990公开的，在此以引用的方式加入本文，纤维基体可以包括合成纤维、或者天然纤维和合成纤维的混合物。在本发明的范围内，可以设计使用的合成纤维包括但不局限于热塑性芳族聚酰胺，例如α和对位芳族聚酰胺、聚酰亚胺和三聚氰胺，或者均匀的或者非均匀的以及混合的和/或分层的，并且包括具有有利的火焰暴露属性的纤维，例如可形成焦炭的纤维。另外，合成纤维也可以包括均匀的、双组分的和/或多组分的形式以及它们的混合物。
在一个实施方式中，纤维絮被梳理并交叉铺网并进一步并置以形成分层结构。然后纤维絮从包括一个旋转的有孔表面和一个射流组件的配置连续引出。射流从射流组件以控制的能量水平冲击到纤维絮垫上，使得总纤维含量的一部分结合。能量水平是可控制的以使能量足够引起表面纤维的高度缠结，但不足以传递能量引起内部纤维的高度缠结。可以使用多个这样的配置，使得射流以相同的或不同的能量水平冲击纤维絮垫的一面或交替的两面。得到的差力缠结的非织造织物具有高度缠结的纤维外表面和轻度缠结的纤维芯层，其中轻度缠结的纤维芯在高度缠结的纤维外表面之间提供足够的气袋起绝缘作用，有助于织物的自熄性质。另外，差力缠结的阻燃非织造织物具有希望的柔软性和适合各种终端用途的强度。
在水力缠结之后，本方法进一步打算提供一种具有一个可移动表面的三维图像转换装置。此三维图像转换装置在US专利No.5098764中公开，其公开的内容在此以引用的方式加入本文。在一典型的构造中，图像转换装置可以包括一个鼓形装置，其可以相对于一个或多个水力缠结组件旋转。
在本发明的范围内，可以使用张力控制装置以进一步增强得到的热防护材料的机械性能。
在本发明的范围内，改变物理性能的化学物质可以被加入到所得的差力缠结的热防护织物中。这些化学物质包括例如抗静电剂，其可以经久地施加在纤维絮垫的纤维组分上、制造期间的纤维絮垫上和/或最终织物上。
本发明的其它特征和优点将在下面的详细说明、附图和权利要求书中变得明显。


图1是生产差力缠结的非织造织物的示意图，体现了本发明的原理；图2是5个连续缠结配置和图像转换配置的示意图；和图3是适合本发明的三维图像的非织造织物的示意图。
发明详述尽管本发明可以以各种不同形式的实施方式体现，所示的附图和下文说明了本发明的一个优选实施方式，本实施方式应当理解为本发明的一个示例，而不是将本发明限定在所举的特定实施方式中。
本发明涉及一种形成阻燃非织造织物的方法，所述的非织造织物具有可控制的致密化以自熄灭。通过水力缠结形成多区织物，其中织物的外层基本上比内层更缠结。此方法的水力缠结通过施加流体能量而控制，这样使施加在织物的纤维上的能量仅足以使得外纤维区高度缠结。中间纤维区被轻度缠结，这样总体结构对层的分离有抗力，除了对阻抗热流有作用的绝缘气袋之外，还赋予触感和可延展的柔软性。
根据本发明，在第一实施方式中，非织造织物中的每个纤维区都由可形成焦炭的纤维组成。在此实施方式中，每个区由至少一个纤维层组成，其中总体结构是差力缠结的。当外纤维区和内纤维区内的纤维燃烧时，织物自身致密化以自熄。织物由至少三层纤维絮垫组成。第一和第二外层典型地包括可形成焦炭的纤维，然而也可以使用阻燃合成纤维的混合物，包括但不局限于热塑性芳族聚酰胺，例如α和对位芳族聚酰胺、三聚氰胺、聚酰亚胺、聚丙烯腈、改性聚丙烯腈纤维(modacrylics)、膨胀纤维以及它们的组合。
另外，在第二实施方式中，各个纤维区，即第一和第二外纤维区以及中间纤维区包括多于一个的纤维层，其中每个纤维层可以包括均匀的和不均匀的纤维组合物。在进一步控制致密化的尝试中，一个或多个纤维区的一层或多层纤维层可以包括如下的纤维，其具有从宏观到微观的旦尼尔的宽的范围，以及具有不同横截面，包括但不局限于五叶形、三叶形、椭圆形和中空的纤维。
根据本发明，纤维絮垫前进穿过各个或多个缠结配置时具有相对低的张力，因此得到不同的纤维缠结，最终的织物具有机械性能以及所希望的美学性能。本申请的自熄的非织造织物的缠结水平可以被控制以使第一和第二纤维外表面的缠结程度可以减小以便纤维中间区能够保持得更膨松。可选择的，可以提高表面缠结同时保持稍微低的膨松。在本发明的范围内控制最终织物的缠结水平，以得到不同膨松程度的材料。已发现具有这种性质的材料具有各种最终用途，包括但不局限于床套和床的组件，枕套和热防护服例如内衬。
常常使用短纤维生产非织造织物，织物通常具有一定程度暴露表面的纤维，如果它们没有充分地保留在织物结构中的话将有纤维屑。本发明提供一种能够被切割、加工或处理的，并打包零售的成品织物。成形和最后步骤的花费可以被大大节约。
参照图2，其中图示了一个实施本发明方法的装置，所述的方法用来形成一个耐用的但又柔软的、可致密化的自熄的非织造织物。纤维絮被梳理、任选地被交叉成网，并以面对面的方式并置以形成一个分层结构，标示为P。分层结构被描述为具有第一和第二外纤维区和中间区。在一个实施方式中，纤维絮垫包括100％的交叉成网纤维，即分层结构的所有纤维通过对一个梳理纤维网交叉成网而形成，使得纤维以相对于最终结构的加工方向成一定角度取向。在此实施方式中，纤维絮垫具有近似2.5至1的牵伸比(draft ratio)。US专利No.5475903说明了一种纤维网牵伸装置，其公开的内容在此以引用的方式加入本文。
图2图示了一种根据本发明用来形成可致密化的自熄的非织造织物的水力缠结装置。此装置包括一个以皮带02形式的有孔的形成表面，分层结构P在皮带02上定位以将组件01预缠结成一个湿的、轻度缠结的纤维结构P’。纤维结构的预缠结随后受到结构P’的运动的影响，结构P’顺序通过一个具有有孔的形成表面的鼓10，通过缠结组件12影响分层结构的缠结。结构的进一步缠结在鼓20的有孔的形成表面上受到缠结组件22的影响，所述的结构随后经过的连续有孔鼓30，40和50，通过缠结组件32，42和51进行连续缠结处理。为了得到表面缠结所希望的水平输入到纤维絮垫的总的最佳能量的范围为约0.027至0.046hp-hr/lb。
图2的缠结装置可以进一步包括一个图像和图案鼓18，它包括一个用来在当前缠结的前体结构上施加图像和图案的三维图像转换装置。此图像转换装置包括一个相对于多个缠结组件61、62、63和64移动的可移动的图像表面，缠结组件与由图像转换装置的图像表面限定的三维元件合作来实现正在形成的织物的图像和图案。调节施加给图像组件的纤维絮垫的总能量，以保持能量输入在约0.027-0.046hp-hr/lb的范围内。代替三维图像转换装置(ITD)可以使用其它图像技术，包括但不局限于金属丝网筛、穿孔的金属鼓和三维表面输送带，因此图像技术不意味着是本发明的一个限制因素。
本发明设计纤维结构P’在图像转换装置的可移动的图像表面上以一定速率向前移动，此速率基本上与图像表面的移动速率相同。可以使用一个J形箱或小型J形堆布箱用于支撑向图像转移装置上移动的预分层结构P’，这样以便在纤维结构内部最小化张力。通过控制预缠结分层结构P和结构P’在处理过程中的移动速率，以便最小化或基本消除所述的结构中的张力，纤维结构的不同水力缠结可以理想地受到影响。
已设计在织物内的一个或多个纤维区中使用一个或多个图像纤维层，其中被赋予的三维突起元件包括整体的或部分的可形成焦炭的纤维。一种特别合适的三维尺寸图像非织造织物是包括如图3显示的凸起小块的织物。
也设计在本发明的自熄织物上加上一层或多层补充长丝层，其中这种层可以包括纺粘或熔喷织物。通常，连续长丝预纤维网的成形包括“纺粘”过程。纺粘过程包括提供熔融聚合物，然后在一定压力下将聚合物通过被称作喷丝板或模头的在一块板上的大量孔中挤出。得到的连续长丝被冷却并通过一些方法拉伸，这些方法包括槽拉伸系统、衰减枪或导丝轮(Godet rolls)。连续长丝在一个运动的有孔表面例如金属丝网输送带上以松散的纤维网被收集。当为了形成多层织物在一条生产线上使用一个以上的喷丝板时，随后的纤维网在先前形成的纤维网的最上面一层上被收集。另外，加入的连续长丝织物可以包括由具有纳米-旦尼尔长丝形成的织物，如US专利No.5678379和6114017教导的那样，这两篇文件以引用的方式加入本文。另外，连续长丝织物可以由常规长丝和纳米-旦尼尔长丝混合而形成。
熔喷过程与纺粘过程相关，形成非织造织物的一层是熔喷过程。熔融聚合物在一定压力下通过喷丝板或模头中的许多小孔挤出。高速气流在它们离开模头时冲击并夹带长丝。这个步骤中的能量是使成形的长丝的直径大大减小并破裂，以生产具有有限长度的微纤维。这与生产连续长丝的纺粘过程不同。形成单层或多层织物的过程是连续的，即过程步骤从长丝的挤出形成第一层至粘合网被卷绕成辊是不间断的。生产这些类型的织物的方法在US专利No.4041203中说明。熔喷过程和熔喷微纤维的横截面不是对本发明实施的关键性的限制。
在织物形成后，自熄织物可以经受一种或多种后缠结处理。这种处理包括施加聚合物粘合组合物、机械压实、增强添加剂和静电组合物的施加或合并，以及类似处理。
本发明的非织造织物节约成本、柔软耐用，适合用于各种床上用品，包括但不局限于垫子组成、床套、床单、被单、被子、床罩、羽绒被、枕头、枕套，以及其它家庭用品、防护服和工业终端用品的使用。
根据上文，能够看出在不脱离本发明的实质精神和范围内可以作出各种修改和改变。应当理解此处列举的实施方式是非限制性的。通过权利要求书公开的内容旨在覆盖落入权利要求书范围内的所有改变。
权利要求
1.阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其包括第一和第二外纤维区和中间纤维区，其中，所述第一和第二外纤维区和所述中间区包括可形成焦炭的纤维，因此在燃烧时，所述非织造织物自身致密化以自熄。
2.阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其包括第一和第二外纤维区和中间纤维区，其中，所述第一和第二外纤维区和所述中间区包括阻燃纤维、可形成焦炭的纤维及其组合，因此在燃烧时，所述非织造织物自身致密化以自熄。
3.如权利要求1所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述第一和第二外纤维区和所述中间区包括一个或更多的纤维层。
4.如权利要求3所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述纤维区包括均匀的纤维层、不均匀的纤维层，以及它们的组合。
5.如权利要求1所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述非织造织物通过施加约0.027-0.046 hp-hr/1b范围内的水力能量来形成。
6.如权利要求2所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述阻燃纤维选自芳族聚酰胺、聚酰亚胺、三聚氰胺、改性聚丙烯腈纤维、聚丙烯腈、可形成焦炭的纤维、膨胀纤维以及它们的组合。
7.如权利要求1所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述可形成焦炭的纤维选自纤维素纤维、丙烯腈系纤维、热塑性纤维以及它们的组合。
8.如权利要求2所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述阻燃纤维和所述可形成焦炭的纤维是短纤维。
9.如权利要求8所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述短纤维具有相似的和不相似的旦尼尔数。
10.如权利要求8所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述短纤维具有相似的和不相似的横截面。
11.如权利要求1所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述非织造织物包括三维图像的纤维层。
12.如权利要求2所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述非织造织物包括一个长丝的非织造织物层。
13.如权利要求1所述的阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物，其中，所述非织造织物还包括一种或多种提高物理性能的化学物质。
14.阻燃的、自熄的差力缠结的非织造织物的制备方法，其包括如下步骤提供至少三个纤维絮垫，其中所述纤维絮垫包括阻燃短纤维、可形成焦炭的短纤维及其组合；并置所述纤维絮垫以形成包括第一和第二外纤维区和中间区的分层结构；使用射流冲击所述纤维絮垫以形成非织造织物，所述射流具有足够的能量以高度缠结所述外纤维区，其中所述能量扩散致使所述中间纤维区轻度缠结。
全文摘要
本发明涉及一种具有改善的阻燃性能的水力缠结的非织造织物及其制备方法，其中所述非织造织物经差力缠结以在燃烧时自身致密化并自熄。所述自熄织物在具有足够的机械强度的同时还展现出良好的触感和可延展的柔软性。
文档编号D04H5/02GK1997493SQ200580014192
公开日2007年7月11日 申请日期2005年5月4日 优先权日2004年5月4日
发明者尼克·马克·卡特, 珍妮弗·梅霍恩 申请人:帕里莫集团有限公司