专利名称：采用水力缠结制成皮革片层材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及由皮革纤维制成片层材料，尤其是采用公知的水力(或水刺)缠结(hydrogentanglement)或射流喷网(spunlacing)的工艺。
现有专利申请WO01/94673(PCT/GB01/02451)描述了采用水力缠结(或射流喷网)由废皮革纤维生产高质量的再生皮革片层材料。在高压下将水力缠结喷射流通过专门的筛子引至皮革纤维网。这些筛子有利于喷射流的深入渗透，否则由于皮革纤维在网的表面易于缠结，阻碍进一步的缠结，从而如果不采用筛子将不能达到同样的程度。
来自废皮革分解的皮革纤维比水力缠结工艺中通常采用的纤维短和细得多，甚至对于筛子的约束作用，存在阻止纤维被喷射流冲走的问题。
出于该目的，现有申请WO03/048437(PCT/GB02/05381)提出采用人造双组分纤维，其具有熔点低于内核的外层。这些双组分纤维与基础皮革纤维混合形成网，然后加热使双组分纤维交叉融合，在网内部形成网络。
所述网络使得在水力缠结过程中所述细且短的纤维不被移动，从而高压喷射流可以穿透至纤维体的深部，由此使皮革产品所需的相对较厚的层缠结在一起。
采用双组分纤维网络，则可以采用高压喷射流达到深度缠结。其与常规的水力缠结过程相反，在常规的水力缠结过程中开始采用低压喷射以避免破坏纤维。所述常规过程不适用于皮革纤维，其原因是皮革纤维是异于寻常地易于水力缠结，常规的过程会在表面形成完全缠结的层，其阻碍了内部纤维的缠结。
然而，采用粘合在一起的纤维内部网络将产生一个问题，即其可能损害成品的其它皮革样手感。
如果所述网络足够脆弱从而对手感没有显著的影响，则高压喷射往往侵蚀皮革纤维，尤其是如果皮革纤维长度较短时。尽管可以采用WO01/94673(PCT/GB01/02451)中描述的方法生产相对较长的皮革纤维，但是采用常规的空气铺层(air laying)设备会使水力缠结之前所需的对所述纤维的均匀铺设较慢。在最初施加高压喷射的过程中，可以在纤维表面采用筛子，如WO01/94673(PCT/GB01/02451)中所述，防止对纤维的侵蚀，但是由于相当比例的水冲击筛子的固体部分，因此，其会浪费水力缠结能量。
在最小化双组分纤维网络对成品的影响时，另一个问题是所述网络在结构上可能是脆弱的，从而所得到的皮革和双组分纤维网可能很难在生产条件下安全地从卷轴上解开以供应给水力缠结工艺。
本发明的一个目的是提供一种通过缠结皮革纤维以形成皮革片层材料的方法，其中可以满意地达到深度缠结，而缠结能量没有过度损失，或不需采用不恰当地损害终产品性能的内部网络。
另一目的是尤其能够形成加强皮革纤维网，从而甚至在薄网情况下，所述网能够安全进行处理并从卷轴上解开以供应给水力缠结工艺。
因此，根据本发明，提供了一种由纤维混合物形成片层材料的方法，包括主要的皮革基础纤维和附加的合成纤维，所述合成纤维具有可熔融的外层，所述方法包括以下步骤使纤维形成网；加热，使附加合成纤维的外层熔化，从而使所述纤维交叉融合，在网的内部形成网络，将所述网进行水力缠结从而使基础纤维缠结，同时受到网络的限制；其特征在于在对网的至少一面进行缠结之前将薄纱(tissue)材料施加至所述面上。
根据该设置，所述薄纱可以作为外部筛子以限制缠结过程中对皮革纤维的侵蚀。因此，可以通过网内极小的网络就可能实现良好的缠结，甚至当皮革纤维为在缠结过程中易于侵蚀的相对较短、较细的纤维时。而且，所述薄纱可以相对较为脆弱，从而其不提供显著的屏障作用，所述作用导致缠结过程中大量浪费能量，这正是上述提及的筛子中存在的问题。因此，可以完全省略除薄纱之外的外部筛子，但是如果需要，可以在有限或缩减程度上附加使用这些筛子或者用于不同目的，例如掩饰由水力缠结喷射导致的表面线。
薄纱材料尤其是指薄且细的多孔片层材料，其具有足够的强度从而可以用机器例如进料辊等进行加工而不会轻易的分解，当放置在纤维网上时，保持其结构完整性，因此甚至在潮湿的条件下对所述网具有约束或固定作用，但是其具有相对较轻的重量，从而例如当采用常规的空气铺层技术对其进行空气沉降，其还具有相对开放的或可以打开的多孔脆弱结构组成，从而对通过常规水力缠结喷水流进行的局部渗透没有显著的抵抗力，所述常规水力缠结喷水流具有足够的能量对其下的皮革纤维进行水力缠结，优选地，当受到缠结工艺尤其是在常规水力缠结喷水流的作用下时几乎完全分解。
更尤其是，所述薄纱材料可为薄纱纸，特别是由木浆纤维制成的纸，但是也可以采用其他天然和/或合成纤维(替换的或除木浆纤维之外的)，其典型地为无纺的，重量低于40g/m2，尤其低于30g/m2。更尤其是，重量低于25或21g/m2尤其是在15-25或17-21g/m2的薄纱纸类型。优选地还有具有“湿强度”类型的薄纱纸。在该方面，当薄纱纸完全由无纺木浆纤维构成时，纤维通过氢键结合在一起，由此在潮湿的条件下，所述结合被打破，纸分解。在具有“湿强度”的薄纱纸的情况下，加入少量的添加剂，以提供纤维间连接，其不易被水分解。以聚合物材料为例，例如聚氨基酰胺(聚酰胺环氧氯丙烷树脂PAE)，其通常以较低量加入。已经发现所述聚合物材料在纤维交叉处聚集，并产生共价的纤维与纤维之间的结合。所述结合有助于所述薄纱具有一定的强度，但是并没有提供全部或大部分的强度。
在加热步骤之前优选将薄纱加至网面上，从而附加的可熔化或双组分纤维与薄纱结合，由此防止后者在水力缠结过程中移动。而且，在水力缠结之前，所述结合可以有助于加强所述网，从而可以在存储和生产过程中安全地操作卷轴。
可以将高压细喷水流施加至被所述薄纱覆盖的复合物网面上，所述喷流具有足够的能量穿过薄纱并使其下的皮革纤维水力缠结。
水力缠结之后，位于喷流直接流路上的薄纱可以被穿透，但是其它部位仍然保持完整，直至进一步的水力缠结，此时喷流沿着不同的线路冲击。在这些过程中，薄纱变得饱和，尤其是由木浆制成的薄纱，而且显著地变弱。然而，到此时为止，对皮革纤维的水力缠结已经进行至不再需要薄纱的保护功能的阶段，将包含所述薄纱材料的纤维分散在基础纤维的基质中，成为成品的一组成部分。由于所述薄纱是薄的，包括其的纤维构成复合网的一小部分，所述薄纱纤维在终产品中并不显著。与WO01/94673(PCT/GB01/02451)描述的金属筛子不同，所述薄纱“筛子”不会明显地保护皮革纤维免受喷射流的冲击，实际上所有的水力缠结能量均用于强化所述网。
优选采用高压液体喷射流(尤其是)实施本发明的缠结方法，优选多次操作(pass)。所述特征的具体细节参考WO01/94673(PCT/GB01/02451)。
附加合成纤维可以为人造双组分纤维，所述网可以通过加热装置来改善，所述加热装置熔化双组分纤维的外层，从而它们交叉融合，形成贯穿网的三维网络。所述特征的具体细节参考WO03/048437(PCT/GB02/05381)。
网可以结合如WO01/94673(PCT/GB01/02451)和WO03/048437(PCT/GB02/05381)中所述的一个或多个织物加强件。所述织物加强件可以位于网的中间，从而水力缠结喷射流仅仅需要到达超过厚度一半的一点点的地方，以使纤维进入织物的间隙中。然而，对于某些产品应用，优选地是将加强织物更靠近一面，其使得相对面更加厚，喷射流需要进一步地穿透。在该情况下(通常对于较厚的产品)，通过将相对较薄的复合层水力缠结至核心织物，然后将另一层水力缠结至之前的加固层中可以减少喷射流需要穿透的距离。在每种情况下，将喷射流施加至被薄纱覆盖的面上，喷射流使所述薄纱发生足够的错位，从而通过之后的水力缠结可以使随后层中的纤维进入之前的层中。与之前需要多次采用表面筛子的方法相比，该多次铺层的过程可以使可以水力缠结的整体厚度的上限值提高大约25％。
可以采用多种类型的薄纱，通过水力缠结试验可以确定它们对该工艺的适应性。尤其是为了减少成本，薄纱可以是经大规模生产的轻的薄纱纸。在湿强度和易于被水力缠结喷射流穿透方面具有良好平衡的所述材料通常用作衬里织物或尿布。该薄纱还应当足够多孔从而不会阻碍空气和水流通过空气铺层或水力缠结设备的多孔传动带。应具有足够的湿强度，以确保在位于下方的皮革纤维已经有机会被满意地进行水力缠结之前所述薄纱没有分解，但是湿强度也不能过强从而阻止水力缠结喷射流穿透薄纱到达下面的皮革纤维。孔隙率为2000l/m2/s、湿抗张强度为大约30N/m的18g/m2开放级尿布类织物(diaper)具有令人满意的所述性能组合。
所述基于浆液的薄纱的干强度通常比湿强度大得多，所得到的网的强度通常比水力缠结前进行安全过程内处理所需的适当强度大。
在技术上采用更强更重的薄纱是可行的，但是这些成本较高，而且使得终产品中具有更多的非皮革纤维。在采用更轻的薄纱方面具有一定的自由度，但是通常18g/m2接近商业可得的适当薄纱的极限。还可以采用由木浆以外的纤维构成的薄纱，但是这些贵得多，通常纤维长度对喷射流的穿透具有更大的阻碍。
各种双组分纤维可以用作附加合成纤维，可以构成皮革纤维重量的一小部分，例如低至4％。
特别经济的、而且适合具有皮革样手感的双组分纤维为4mm或6mm，1.7分特的聚丙烯，其具有低熔融聚乙烯外层。所述纤维通常用于结合经空气铺层的产品，尽管其不采用非常低的优选剂量，所述优选剂量达皮革纤维重量的大约4％。可以将所述剂量降至低于4％，限制因素为计量设备的精确性、其在皮革纤维中分布的均匀性，以及结合至薄纱上从而足以将后者固定在纤维体部。所述固定是理想的，在皮革纤维被足够的缠结以承受任何随后的水力缠结喷射流的通过之前，其防止薄纱被冲刷离开皮革纤维。可以采用大于4％的双组分纤维(例如20％或更多)，但是其损害了终产品的皮革样感觉。如WO03/048437(PCT/GB02/05381)中所示，更高的双组分含量有助于防止终产品出现表面裂缝，应当在其和手感之间取得理想平衡。
除了皮革和双组分纤维之外还可以结合其它纤维用于强化。当采用非常短的皮革纤维(例如由锤磨制成)时可能需要所述强化，适当的人造增强纤维可以为设计用于增强纸和木浆产品的强度的纤维(例如6mm，1.7分特的有皱褶的Tencel纤维)。根据终产品的要求，增强纤维的剂量率可以变化很大，对于采用较短皮革纤维的鞋应用，相对于皮革纤维的重量，可以加入大约20％，以防止由于喷射凹槽形成的表面裂缝。该水平的剂量率通常仅仅需要用于包围终产品精加工表面的纤维层，而对于远离精加工表面之外的其它层可以采用具有较低或零剂量的强化纤维。还可以采用如上所述的内部加强织物。
如上所述，根据终产品的要求，尤其是整体重量和厚度，可以通过多层叠加加固大量的复合网。典型地，干纤维和薄纱的总投入量为大约530g/m2，但是其可以(例如)增加至600g/m2以上。对于这些较重的基层，可以在加固第一和第二网之后加入第三网，并水力缠结所述第三网，从而其加固第二网并与之聚结，来实现良好的加固。在所述情况下，网的重量通常调整为一样，但是其并不是必需的。根据终产品的要求和产品厚度，所述层可以为在加固织物任意一面或两面上的两层或多层。或者，在织物的一面上仅仅有一个网，或者在所述织物的每一面具有一个网，网的总重量可以为300g/m2或更少。同样，可以采用不包括任何加固织物的多层叠加。
考虑到水力缠结顺序和喷射参数，例如压力、直径和喷射间隔，这些依赖于终产品的要求，可以通过试验和误检验来确定。作为一般指导，对于最大加固，可以采用高压200bar或更高，但是对于薄的网(尤其是位于一侧由此提供终产品的精加工表面)，可以降低压力以减少上述提及的由喷射导致的深沟。另外，在一个或多个精加工操作中通过采用WO01/94673中所述类型的表面筛子，从而避免沟槽。其将线分裂成离散的凹痕，而不是连续的沟槽，由此不易察觉。加固的程度还依赖于网层的厚度以及喷射流通过网的速度。对于较厚的构造，可以采用较慢的速度(例如5m/min)，对于较薄的构造，通常在较高的速度下加固(例如10-16m/min或更高)。
实施水力缠结的设备可以包括水平传送带以将一个网或多个网传递通过喷射头。然而，如WO01/94673(PCT/GB01/02451)中所述，喷射头可以围绕多孔卷筒以不同的角度设置，以得到更加密实的设置。在这种情况下，采用本发明的方法可以显著简化设置，这是因为其省却外部筛子。如WO01/94673(PCT/GB01/02451)和WO03/048437(PCT/GB02/05381)中所述，采用收集盘收集从喷头射出并从网表面弹回的水通常是可取的。在传送带下方采用足够的真空抽提从而使喷射出的至少部分水通过网也是所希望的。皮革纤维的纤细的性质阻碍了水的流动，所述真空可能需要为600mbar，其比常规方法中采用的要高得多。
现在通过举例并参考以下附图对本发明进行进一步的描述附
图1为用于实施本发明方法的一种设备形式的初始阶段的示意图，其显示了制备具有融合双组分网络的纤维网的商业设备的主要工作原理；以及附图2显示了该设备的之后阶段，将所述网与加固织物结合，对所得到的夹层进行水力缠结。
参见附图1，废的皮革纤维与均被切割为恒定6mm长的4％、1.7分特的双组分纤维和5％、3.0分特的标准聚酯纤维混合。
将重量为18g/m2、孔隙率大约2000 l/m2/s的连续长度的多孔薄纱纸1a放于多孔驱动带1上。通过至少一对打孔卷筒2以大约200g/m2将所述纤维混合物均匀地分布在位于多孔驱动带1的薄纱1a上，同时通过带1下方的真空箱3将纤维吸至薄纱1a上。
将所得到的网4通过常规的真空传送机5传递至多孔带6和7，在所述网上，纤维在薄纱1a上均匀设置，所述传送机容纳并部分压缩所述网，同时将来自箱8的热空气吹过带7和6以及网4并被吸气箱9接收。热空气的温度足以熔化双组分纤维的外层(但是不熔化内核)，由此将纤维在交叉处融合。
双组分纤维交叉处的熔融外壳完全固化之前，所述网可以被轧辊10压缩形成更加致密的网，所述网由被融合双组分纤维的三维网络支撑的未结合的皮革和聚酯纤维组成。交叉处的固化一开始，所述网络为准备缠绕在卷轴11上的网提供足够的强度，以进行运输和/或存储。采用商业可得的制备空气铺层涂料产品的设备来执行所述这些步骤。所述产品例如尿布类织物。
形成的三个所述网4a，4b，4c单位重量不同，网4a的重量为150g/m2，而通过加入更多量的纤维，网4b，4c的重量为190g/m2。
参照附图2，两个所述网4a和4b从卷轴11a和11b上以及加固织物4d从卷轴12上展开，然后通过辊13集合起来供料至多孔带14。网4a，4b和位于其中的织物4d包括复合夹层结构15，其被带14传送经过水力缠结喷射流16，通过真空箱17将喷嘴喷出的水吸取通过夹层结构15和多孔带14。从复合夹层结构表面弹回的水收集在盘18中，并根据WO01/94673(PCT/GB01/02451)中更加全面的描述，将其传送走。
所得到的加固网结构在同一多孔带14和之后的其它带上经过多个连续水力缠结阶段，从而在网结构的两个表面上均进行喷射。在所述一个其它带上，第三网4c展开，并在与表面形成网4a相对的网4b的水力缠绕表面上形成层，网4c的最上方具有薄纱棉。所得到的多个层然后经过之后的多个水力缠结阶段，从而网4b牢固地连接在网4a上。
更详细地，根据以下实施水力缠结过程，从而加固三个网4a，4b，4c以及织物4d初级加固网4a，加固织物4d和网4b从卷轴供料至以8m/min运行的多孔传送带，薄纱位于网4b最上方，网4a上的薄纱与所述带接触，织物4d夹在4a和4b之间。将所述三层通过第一喷头的下方，所述喷头含有中心间距为0.7mm、压力200bar、直径130微米的水力缠结喷嘴。在第二喷头下重复所述过程以进一步增加所述加固。这些过程对网4b的纤维进行水力缠结使其接近其最终的水平，并足以使网4b的纤维渗透进入织物4d的孔隙中并与网4a的纤维连接，由此将所述层牢固连接至织物上从而形成加固的初级多网结构。
精加工面加固将所得到的初级网结构引导至第二多孔传动带，并通过第三喷头的下方，网4a上的薄纱位于最上方，喷嘴直径和间距同之前的喷头。喷射压力较低为120bar，其原因是与4b相比网4a的重量较轻以及需要限制喷射形成的槽的深度，否则其可能对产品的精加工外观具有不良影响。使初级网结构通过两个压力逐渐降低的喷头下方，所述压力为80和50bar，以使由之前喷嘴形成的喷射线的突出部分和凹槽变得模糊，进一步改善终产品的表面精加工。
另外的网和最终加固将经全面加固的初级多网结构引导至第三传动带，网4b的薄纱面位于最上方，将网4c展开在网4b的表面上，使4c的薄纱面位于最上方。网4c和初级网结构通过另一喷头下方，其喷嘴类型和高压同第一喷头，在另一喷头下方重复所述过程。为了在成品的背面提供具有较少线的精加工，然后可以使完全加固的基片通过另外两个喷头的下方，其压力比精加工面4a中所述的压力低得多。对于所述精加工面，这些较低的喷射压力提供了极少的深度内加固，其目的主要是改善表观，减少喷射凹槽在终产品上产生表面裂缝的可能性。
对于要求完全没有喷射凹槽的精加工面的产品，可以在喷嘴和网4a的表面之间设置如WO01/94673(PCT/GB01/02451)中描述的打孔筛子。其可以将线性喷射凹槽转变为多个分离的凹痕，其在终产品上通常不容易被注意。在所述情况下，通常需要将喷嘴的压力从之前说述的120bar增加至200bar，以补偿由于筛子的阻隔而导致的水力缠结能量的损失。
水力缠结之后，完全加固的网结构可以浸有油乳剂、色素和聚合物以改善终产品的手感和耐久性。这些处理广泛地遵循常规皮革制作工艺，之后对进行干燥、对两个面进行抛光、表面涂层以提供皮革样的最终精加工。
如上所述，所述工艺产生了适于生产鞋的材料。本发明不局限于此，所述工艺可以用于形成用于其它用途的皮革材料。
当然应理解，本发明并不局限于上述仅仅通过举例方式描述的实施方案。
权利要求
1.一种由纤维混合物形成片层材料的方法，所述纤维混合物包括主要的皮革基础纤维以及附加的合成纤维，所述合成纤维具有可熔化的外层，所述方法包括以下步骤将所述纤维形成网；加热以熔化附加合成纤维的外层，从而使所述纤维在交叉处融合在一起，在网的内部形成网络，将所述网进行水力缠结，从而缠结所述基础纤维，同时被网络约束；其特征在于在对网的至少一面进行水力缠结之前，将薄纱材料施加至网的所述至少一面上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热步骤之前将所述薄纱施加到所述网面上，从而将附加纤维粘结至所述薄纱。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用高压喷水流实施缠结。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，采用多个所述喷射操作。
5.如权利要求1至4任意之一所述的方法，其特征在于，附加合成纤维为双组分纤维。
6.如权利要求1至5任意之一所述的方法，其特征在于，所述网合并有织物强固件。
7.如权利要求1至6任意所述的方法，其特征在于，所述薄纱为来自木浆的薄纱纸。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述薄纱纸的重量为15～25g/m2。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述薄纱纸为18g/m2、孔隙率为2000 l/m2/s、湿抗张强度30N/m的开放级尿布类织物。
10.如权利要求1至9任意之一所述的方法，其特征在于，附加合成纤维至多约为皮革纤维重量的4％。
11.根据权利要求4或其任意从属权利要求之一的方法，其特征在于在一个或多个精加工操作中，至少一个筛子位于喷嘴和网之间。
12.由权利要求1至11任意之一所述方法形成的皮革片层材料。
全文摘要
对混合的回收皮革纤维和合成纤维的网(4)进行水力缠结制成的皮革片层材料。所述合成纤维为可熔化的双组分纤维，在缠结之前对其进行加热从而融合并形成皮革纤维的支撑网络。将一层薄纱纸(1a)放在皮革纤维网(4)的上方，将水力缠结喷射流(16)通过薄纱纸进入所述网。
文档编号D04H1/498GK1965119SQ200580018214
公开日2007年5月16日 申请日期2005年5月27日 优先权日2004年6月3日
发明者C·G·贝文 申请人:E-皮革有限公司