拉伸的弹性非织造织物的制作方法

专利名称：拉伸的弹性非织造织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及由多组分绳股生产的非织造织物、生产非织造纤维网的方法以及使用该非织造纤维网的产品。本发明的非织造纤维网可以由多组分绳股生产，所述多组分绳股包括至少两组分，第一组分为弹性聚合物组分，以及第二组分为可伸长的、然而弹性较小的聚合物组分。
背景技术：
最近几年，在非机织织物的使用上存在显著的增长，特别是一次性卫生产品中的弹性非机织织物上。例如，弹性非织造织物已经被并入绷带材料、衣服、尿布、高弹衣服(support clothing)以及女性卫生产品中。弹性体组分并入到这些产品中提供了改进的合身、舒适和渗漏控制。
然而，本发明人已经确定，实现非机织织物——其是使用弹性纤维如双组分纤维而制作的——的低单位面积重量的某些方法不是令人满意的，因为抗拉性以及纤维恢复到它们的原始长度/宽度的阻力。因此，难于在成品织物上获得小的纤维直径。弹性非机织织物可能具有不期望的高纤维直径和/或旦尼尔数，这导致处于低单位面积重量的织物具有较差的均匀度和较差的总体覆盖(general coverage)。
本发明人已经意识到，针对影响弹性非机织织物的这些问题之一个或多个的解决方案将是非常期望的，特别是如果这些非机织织物的弹性特性没有受到危害的话。
发明概述 本发明使用由众多绳股制成的弹性非织造纤维网，所述绳股包括至少两种聚合物组分，其中一种组分是弹性的而另一组分弹性较小然而是可伸长的，其中粘合非织造纤维网已经经历双轴向拉伸，因此可以克服本领域中的多种难题。所述弹性非织造纤维网被直接拉伸(双轴向地，在横向上或在纵向上)，任选地利用热，以减少该非织造纤维网的单位面积重量。这样的直接拉伸不包括递增的拉伸和其它非直接拉伸方法。已经发现，例如，相对于通过其它方法的拉伸，使用拉幅机在横向(cross machine direction(CD))上拉伸纤维网而同时或顺序地利用差动速度在纵向(machine direction(MD))上拉伸该纤维网产生了织物单位面积重量的意想不到和相当大的降低。应当注意，横向一般指的是织物在通常垂直于其生产方向的方向上的宽度，该方向与纵向相对，纵向指的是织物在其生产方向上的长度。也已经发现，该织物单位面积重量的减小可以通过在横向或纵向上的拉伸来实现。如果拉伸是在纵向进行的，宽度必须被保持在固定的宽度，以实现织物单位面积重量减小。另外，已经发现，惊人的是，在本发明的实践中，需要较低百分比的拉伸，从而获得与使用其它方法相同的织物单位面积重量减小。例如，在一种情况下，使用渐增拉伸需要375％伸长，以便实现给定的织物单位面积重量减小，而使用直接拉伸(双轴向地，CD或MD)，则需要150％或更少的伸长来达到该伸长。类似地，使用本发明的方法，与在室温下使用环辊(递增拉伸)400％的伸长仅仅导致织物单位面积重量减少10％相比，在室温下200％的双轴伸长导致织物单位面积重量减少30％。即使织物单位面积重量不被显著减小(例如小于或等于10％减小量)，另外已发现，使用直接拉伸在本发明所述的条件下可以改变弹性特性(增加了拉伸力，减小了永久变形(set)，减少了应力松弛，以及增加了收缩力(retractive force))以及获得了在拉伸之后具有较大值的MD/CD或CD/MD(其为伸长方向除以非伸长方向的比值)比值参数，取决于最终用途，这是期望的。例如，据发现，387％伸长率下的渐增拉伸在1次和两次经过MD活化之后在该比值上引起50％至100％增加；而其在CD活化之后在CD比值上引起略高于100％的增加，与经过次数无关。在本发明的实践中，在仅在MD上125％伸长(参见实施例15)以及仅在CD上105％和138％伸长(参见实施例10和11)的情况下，在该比值上获得大约100％的增加。CD和MD拉伸一般都实现软化，拉伸力典型地下降，以及收缩力典型地下降。
本发明一般涉及生产弹性非织造纤维网和织物的方法，所述方法可以包括熔融纺丝众多的多组分绳股(multicomponent strands)，所述绳股具有沿着长丝的长度纵向共延伸的第一和第二聚合物组分。所述第一组分是由弹性聚合物形成的，而所述第二组分是由弹性较小的聚合物形成的。熔融纺丝的绳股被形成非织造纤维网，该非织造纤维网随后被粘合并拉伸，以便在不将该非机织材料的弹性和物理性质缩小至可接受范围之外的情况下，减小该非机织织物的单位面积重量和旦尼尔数。这是通过在纵向、横向或优选地在两个方向上后机械拉伸预制的热点粘合弹性非机织织物(thermopoint bonded elasticnonwoven)而实现的。可以在拉伸之前或拉伸过程中预热非机织织物，或者不加热。
关于多组分绳股，所述第一和第二组分可以得自很多种聚合物的任何一种。在本发明的一个实施方式中，所述第一聚合物组分由弹性聚氨酯、弹性苯乙烯嵌段共聚物或弹性聚烯烃形成，而所述第二组分由比所述第一组分弹性小的聚烯烃形成。
本发明还包括通过本发明方法而生产的弹性非织造织物，以及在拉伸之后形成的多组分弹性纤维。
在一个广义方面，本发明是生产弹性非织造织物的方法，包括在高温下，同时或顺序地在至少一个方向上，例如通过横向拉伸、纵向拉伸或者两个方向，拉伸非织造纤维网，以减少纤维网的单位面积重量和/或旦尼尔数，其中所述非织造纤维网包括众多多组分绳股，所述绳股具有沿该绳股的长度纵向共延伸的第一和第二聚合物组分，所述第一组分包括弹性聚合物，而所述第二聚合物组分包括弹性比所述第一聚合物组分小的聚合物。因此，在一个广泛的方面，本发明是生产弹性非织造织物的方法，包括在横向、纵向或两个方向拉伸非织造纤维网，以减小所述非织造纤维网的单位面积重量、旦尼尔数或两者，从而形成弹性非织造织物，其中所述非织造纤维网包括众多多组分绳股，所述绳股具有沿该绳股的长度纵向共延伸的第一和第二聚合物组分，所述第一组分包括弹性聚合物，而所述第二聚合物组分包括弹性比所述第一聚合物组分小的聚合物。
在一个实施方式中，非织造纤维网可以如下形成熔融纺丝众多多组分绳股，所述绳股具有沿该绳股的长度纵向共延伸的第一和第二聚合物组分，所述第一组分包括弹性聚合物，而所述第二聚合物组分包括非弹性聚合物；将所述多组分绳股形成非织造纤维网；和多点粘合所述绳股，以形成粘在一起的粘合非织造纤维网；和在至少一个方向上拉伸该粘合非机织织物。
在另一宽泛的方面，本发明是拉伸的、热点粘合的非织造纤维网，由多组分绳股制成。
在另一宽泛的方面，本发明是衣服，其包括众多层，其中至少一个所述层包括上述非织造织物。
本发明的纤维、制件或衣服在多种应用中具有实用性。适当的应用例如包括，但不限于一次性个人卫生用品(例如训练裤(trainingpants)、尿布、可吸收内裤、失禁产品、女性卫生用品及类似物)；一次性衣服(例如工厂用服装(industrial apparel)、罩衣(coveralls)、头罩、衬裤、裤子、衬衣、手套、短袜及类似物)；传染控制/绝对无尘室产品(例如，手术服和手术帘、面罩、头罩、手术帽和罩、鞋套、靴拖鞋(bootslippers)、创伤敷料、绷带、灭菌包装、抹布、试验服、罩、裤子、围裙、夹克)；以及耐用和半耐用应用，如床上用品和床单、家具防尘罩、衣服内衬(apparel interliners)、汽车罩以及运动或普通磨损衣物。
发明详述 一般通过熔融纺丝热塑性材料制作非机织织物。这样的非机织织物被称为“纺粘”或“熔喷”材料，并且制作这些高分子材料的方法在本领域也是熟知的。纺粘材料是本发明优选的，原因在于有利的经济效果。尽管具有期望物理性质组合特别是柔软度、强度和耐用性的组合物纺粘材料已经被生产，但是已经遭遇重大的问题。用在本发明中的非机织织物典型是组合纤维，典型是双组分纤维。在一个实施方式中，非机织织物是由具有皮/芯结构的双组分纤维制成的。适合本发明的典型的双组分、弹性非机织织物以及制作它们的方法由Austin在WO00/08243中给出，以其全部并入作为参考。
弹性非织造织物可以被用在多种环境中，如绷带材料、衣服如工作服和医用服、尿布、高弹衣服、失禁产品、尿布、训练裤以及其它个人卫生产品，原因在于它们的透气性以及它们允许比具有更有限弹性的织物更自由的身体移动的能力。与本发明特别相关的是形成尿布衬垫(diaper backsheets)、保护性服装、医用服和窗帘的制品。
如本文所用，术语“绳股(strand)”被用作与“纤维(fiber)”和“长丝(filament)”属于一类的术语。在这点上，“长丝”指的是材料的连续绳股，而“纤维”是指具有一定长度的切割或不连续的绳股。因此，尽管下面的讨论可能使用“绳股”或“纤维”或“长丝”，所述讨论可以被同等地应用于所有三个术语。
具体而言，关于弹性非机织织物将在下文描述的是我们将要定义为“化学”弹性纤维的内容。对于本领域技术人员，这些纤维与其它基本无弹性非织造织物通过热拉伸而生产的弹性较小的、1-维弹性的、“物理”或“机械”弹性非机织织物的差别，将容易理解。
简要地，用于制作弹性非机织织物的双组分绳股一般由第一组分和第二组分组成。所述第一组分是“弹性”聚合物(一种或多种)，其指的是这样的聚合物，当其在经历延伸时，在其弹性极限(即，当释放时其缩回)内变形或伸长。很多成纤热塑弹性体在本领域中是已知的，并且包括聚氨酯、嵌段共聚多酯、嵌段共聚多酰胺、苯乙烯嵌段聚合物，以及包括聚烯烃共聚物在内的聚烯烃橡胶。第一(内)组分的商业可得的代表性例子包括KRATON聚合物，先前售自KratonCorp.；ENGAGE高弹体(售自Dupont Dow Elastomers)、VERSIFY高弹体(由Dow Chemical生产)或VISTAMAXX(由Exxon-Mobile Corp.生产)聚烯烃橡胶；和VECTOR聚合物，售自DEXCO。其它弹性热塑性聚合物包括聚氨酯弹性材料(“TPU”)，如售自Dow Chemical的PELLETHANE、售自BASF的ELASTOLLAN、售自B.F.GoodrichCompany的ESTANE；聚酯高弹体，如HYTREL，售自E.I.Du Pont DeNemours Company；聚醚酯弹性材料，如售自Akzo Plastics的ARNITEL；以及聚醚酰胺材料，如售自EIf Atochem Company的PEBAX。多相嵌段共聚物(Heterophasic block copolymers)如由Montel销售的商品名为CATALLOY的那些共聚物也有利地包括在本发明中。同样适合本发明的是描述在美国专利第5,594,080号中的聚丙烯聚合物和共聚物。
所述第二组分也是聚合物(一种或多种)，优选可延伸的聚合物。任何热塑性、成纤聚合物将有可能作为第二组分，这取决于应用。成本、硬度、熔体强度、纺丝速度、稳定性等都将是考虑因素。第二组分可以由任何聚合物或聚合物组合物形成，所述聚合物或聚合物组合物与用于形成第一组分的聚合物或聚合物组合物相比表现出较差的弹性特性。示例性非弹性、成纤热塑性聚合物包括聚烯烃，例如聚乙烯(包括LLDPE)、聚丙烯和聚丁烯、聚酯、聚酰胺、聚苯乙烯及其掺合物。第二组分聚合物可以具有弹性回复，并且可以在双组分绳股被拉伸时在其弹性极限内拉伸。然而，该第二组分被选择为提供比第一组分聚合物差的弹性回复。第二组分也可以是通过施加拉伸应力可以被拉伸超出其弹性极限并且永久拉长的聚合物。例如，当在其表面上具有第二组分的拉长的双组分长丝缩短时，该第二组分一般将呈现紧凑的形式，为长丝的表面提供粗糙的外观。
为了具有最好的弹性特性，使弹性第一组分占据长丝横截面的最大部分是有利的。在一个实施方式中，当绳股被用在粘合纤维网环境中时，该粘合纤维网具有至少约65％的均方根平均可恢复伸长，基于50％伸长和一次拉伸(pull)之后的纵向和横向可恢复伸长值而言。均方根平均可恢复伸长是(纵向上恢复百分比)2+(横向上恢复百分比)2之和的平方根。
第二组分一般以按绳股重量计约50％以下的量存在，在一个实施方式中在约1％和约20％之间，而在另一实施方式中为约5-10％，这取决于用作第二组分的确切的聚合物(一种或多种)。
在一方面，在第二组分基本没有弹性而导致绳股作为整体无弹性时，在一个实施方式中，第二组分以这样的量存在，使得在利用足以不可逆地改变第二组分长度的量拉伸绳股之后，该绳股变为弹性的。
基于绳股的期望功能，选择用作第一和第二组分的适当的材料。优选地，用在本发明组分中的聚合物具有约5至约1000的熔体流动。一般而言，与纺粘方法相比，熔喷方法将使用较高熔体流动的聚合物。
可以在具有或没有操作添加剂的情况下制作这些双组分绳股。在本发明的实践中，两种或多种聚合物的掺合物可以被用作第一组分或第二组分或二者。
第一(本发明的弹性组分)和第二组分可以以任何合适的量存在于多组分绳股中，这取决于纤维的具体形状和期望的最终用途性质。在有利的实施方式中，第一组分构成纤维的多数，即按重量计在约50％以上，基于绳股的重量(based on the weight ofthe strand(“bos”))。例如，第一组分可以有益地以基于绳股的重量在约80wt.％至约99wt.％的范围内的量存在于多组分绳股中，例如基于绳股的重量以范围为约85wt.％至约95wt.％的量存在于多组分绳股中。在此类有利的实施方式中，非弹性组分将以基于绳股的重量为约50wt.％以下的量存在，例如基于绳股的重量以约1wt.％与约20wt.％之间的量存在。在此类有利的实施方式的有益方面，第二组分可以基于绳股的重量在约5wt.％至约15wt.％范围内的量存在，这取决于用作第二组分的确切的聚合物(一种或多种)。在一个有利的实施方式中，提供了皮/芯结构，其具有大于或等于约85∶15的芯与皮重量比，例如比率为95∶5。
纤维的形状可以广泛变化。例如，典型的纤维具有圆形横截面形状，但有时纤维具有不同的形状，例如三叶形或扁平(即“带”状)形。同样，即使纤维具有圆形横截面，所述纤维可以呈现非圆柱形的3-维形状，特别是在拉伸和释放时(自堆积(self-bulking)或自卷边(self-crimping)而形成螺旋状或弹簧状纤维)。
对于本文所公开的本发明弹性纤维，直径可以广泛变化。可以调整纤维旦尼尔数以适合成品的容量。期望的纤维直径将是对于熔喷而言，为约5至约20微米/长丝；对于纺粘而言，为约10至约50微米/长丝；以及对于连续绕丝(continuous wound filament)而言，为约20至约200微米/长丝。
织物单位面积重量(Basis weight)指的是非织造织物的面积密度(area density)，通常按照g/m2或oz/yd2表示。通过在产品上的应用，测定非织造织物的可接受的织物单位面积重量。一般而言，人们选择满足给定产品所指示的性质的最低的织物单位面积重量(最低的成本)。对于弹性非机织织物，一个问题是在一些伸长下的收缩力，或者织物在某一伸长下松弛之后可以施加多少力。另一个定义织物单位面积重量的问题是覆盖度(coverage)，此刻具有相对不透明的织物通常是期望的，或者如果是半透明的，在织物中的表观孔应当是小尺寸且均匀分布。在非机织织物行业，对于一次性产品而言，最有用的织物单位面积重量在1/2至4.5oz/yd2(17至150g/m2，或gsm)的范围内变化。一些应用，例如耐用和半耐用产品，可能能够耐受甚至更高的织物单位面积重量。应当理解，高或低织物单位面积重量材料可以偶尔以多束构造(multiple beam construction)产生。即，生产SMS(纺粘/熔喷/纺粘(spunbond/meltblown/spunbond))复合织物是有用的，其中每一个单独层具有甚至17gsm以下的织物单位面积重量，然而期望优选的最终织物单位面积重量将是至少17gsm。
非机织织物组合物或制品典型为具有单独纤维或线的结构的纤维网(web)或织物(fabric)，所述单独纤维或线被随机插入中间，但是并非以可识别的方式，如机织织物或针织物的情况。
第一和第二聚合物组分可以任选地包括而不限于颜料、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、流动性促进剂、固体溶剂、微粒和被加入以增强组合物的加工性能的材料。
应当意识到，弹性材料或弹性状非机织织物，如适用于本发明，一般指的是具有约65％或以上的均方根平均可恢复伸长的任何材料，所述均方根平均可恢复伸长基于50％的纤维网伸长和一次拉伸之后的纵向和横向可恢复伸长值。材料在被拉伸且立刻释放之后不能恢复至其原始尺寸的程度为其永久变形百分比。按照ASTM试验方法，永久变形和回复合计为100％。永久变形被定义为伸长之后的残留松弛长度除以拉伸(伸长)长度。例如，一英寸距离(长度)样品，被拉至200％伸长(从原始一英寸距离延长另外2两英寸)并释放，可能a)根本不收缩，因此该样品此时为三英寸长，具有100％永久变形((3″最终-1″原始)/2″拉伸)，或b)全部收缩至原始一英寸距离，具有0％永久变形((1″最终-1″原始)/2″拉伸)，或c)将在两者之间。测量永久变形的一个经常使用的和可行的方法是在样品从伸长被释放之后、当复原力或载荷达到零时，观察样品上的残留应变(恢复)。当样品被拉伸100％时，该方法和上述方法将仅产生相同的结果。例如，如在上面的情况中，如果样品在200％伸长之后根本不收缩，在释放之后零载荷时的残留应变将是200％。显然，在这种情况下，永久变形和回复合计将不是100％。
比较起来，非弹性非机织织物不满足这些标准。具体而言，当非弹性非机织织物被拉伸至其原始长度的50％时，其预期将展示50％以下，更可能25％以下的回复。此外，非弹性非机织织物典型通过断裂之前显示拉伸屈服(extensive yielding)的拉伸曲线来描述。在这一点，非机织织物在小的拉伸时将显示迅速的应力增加，之后在屈服点和在持续的拉伸期间将是接近最大、近似恒定的应力，直到该非机织织物断裂。在断裂之前，样品的释放导致广泛伸长的、未完全收缩的非机织织物。
通过本领域已知的任何技术，可以从本发明的多组分绳股生产非织造纤维网。一类被称为纺粘的方法是形成非织造纤维网的常见方法。各种类型的纺粘方法的例子描述在授予Kinney的美国专利第3,338,992号、授予Dorschner的美国专利第3,692,613号、授予Matsuki的美国专利第3,802,817号、授予Appel的美国专利第4,405,297号、授予Balk的美国专利第4,812,112号以及授予Brignola等的美国专利第5,665,300号。一般而言，传统的纺粘方法包括a)从喷丝头挤出绳股；b)用通常被冷却的空气流冷却所述绳股，目的是加速熔化绳股的固化；c)通过用拉伸力使长丝前进通过冷却区(quench zone)，使长丝变细，所述拉伸力可以通过空气作用将长丝夹带在空气流中或通过将它们包在机械拉伸辊的周围来施加，所述拉伸辊是通常用在纺织纤维行业中的类型；d)在有孔表面(foraminous surface)上将拉伸绳股收集成纤维网；e)将松散绳股的纤维网粘合成织物。
该粘合可以使用本领域中已知的任何热粘合、化学粘合或机械粘合，以赋予粘着的纤维网结构。在本发明的实践中可以有利地使用热点粘合(thermal point bonding)。各种热点粘合技术是已知的，其中最优选的是利用具有点粘结模式(point bonding pattern)的纤维压辊(calender rolls)。本领域中已知的任何模式可以用于典型的实施方式，使用连续或不连续模式。优选地，粘合覆盖6％和30％之间，更优选地，16％的层被覆盖。通过按照这些百分比范围粘合所述纤维网，使得长丝贯穿于全部拉伸程度而伸长，同时可以保持织物的强度和完整性。在本发明可选的方面，可以使用将绳股缠结或缠绕在纤维网内的粘合方法。依赖缠结成网或缠绕成网的示例性粘合方法为水力缠结(hydroentanglement)。
所有该种类型的纺粘方法可以被用于制作本发明的弹性织物，条件是它们用喷丝头和能够生产多组分绳股的挤出系统装备。然而，一个优选的方法包括通过放置在形成表面之下的真空装置提供改进的纤维网沉积(web laydown)，该方法为形成表面提供了不断增加的绳股速率，并因此为弹性绳股的弹回提供很少机会。
另一类方法，称为熔喷，也可以被用于生产本发明的非织造织物。该纤维网形成的方法描述在V.A.Wendt、E.L.Boone和C.D.Fluharty的NRL Report 4364“Manufacture of Superfine Organic Fibers”以及授予Buntin等的美国专利第3,849,241号中。常规熔喷方法一般包括a.)从喷丝头挤出绳股；b.)在紧接喷丝头下面，使用高速加热空气同时地使聚合物流冷却和变细。一般而言，通过该方法，绳股被拉至非常小的直径。然而，通过减少空气体积和速度，可能产生具有类似于普通纺织纤维的旦尼尔数的绳股；c.)在有孔表面上将拉出的绳股收集成纤维网。可以通过多种方法粘合熔喷纤维网，然而经常是，长丝缠结在纤维网中或在高弹体情况下的自粘合(autogeneous bonding)提供了足够的拉伸强度，因此它可以被缠到辊上。热点粘合被有利地用在本发明的实践中。
提供多组分绳股的挤出的任何熔喷方法，如在美国专利第5,290,626号中所述的方法，可以被用于实践本发明。
本发明的织物也可以用其它处理如抗静电剂、醇排斥剂(alcohol repellents)以及类似物，通过将被本领域普通技术人员认识到的技术进行处理。
在粘合非织造纤维网之后，将材料双轴向拉伸，任选地在升温下，以影响织物单位面积重量的减小。典型地，拉伸是通过使用拉幅机在横向拉伸——其结合差动速度的纵向拉伸或在差动速度的纵向拉伸之后——而完成。例如，热点粘合弹性非织造纤维网通过合适的传送装置被送入形式为常规拉幅装置或拉幅机的织物拉伸工具。在第一位置，两个循环链(endless chains)分别用一系列已安置的钩或夹持器衔接纤维网的边缘部分，同时将如此衔接的织物传送至第二位置，并相对于织物纤维网行进方向横向拉伸该织物纤维网。在拉伸过程中，该纤维网也可以加热至约20℃的温度(室温)，在一个实施方式中，加热至约40℃，而在另一实施方式中加热至约60℃。最佳的加热温度选择是织物的速度、纤维的结构、所使用的材料和所期望的最终性能(织物单位面积重量和弹性)以及其它的复杂函数。一般而言，纤维网的温度(外部温度可以比此温度高)将小于或约等于可以被用于热点粘合该纤维网的温度。任何可用形式的拉幅机可以被用在本发明的实践中。然而，所选择的拉幅机应当是沿着纤维网提供平稳气流的拉幅机。拉幅机也应当装备过量进料工具，以允许多达30％的过量进料，从而织物可以在加工过程中被松弛，以便允许可控的收缩性。拉幅机可以由连续的室或区组成，提供用于全面循环热空气的单独的工具，并且在某些涉及本发明实践的情形中，改变循环空气的温度可能是期望的。一般而言，在该步骤中，纤维网被拉伸至少50％。在一个实施方式中，使用拉幅机，纤维网被拉伸至少100％。
在进行横向拉伸之前、之后或同时，一般使用辊的差动速度纵向拉伸纤维网。在这点上，“双轴向”拉伸指的是最终在横向(CD)和纵向(MD)上拉伸。例如，当进料辊与导出辊之间速度上存在2倍差异时，在纵向上发生纤维网的100％拉伸。其它拉伸百分比可以用在本发明的实践中。应当意识到，在纵向拉伸期间，织物也可以经历加热，一般在与横向拉伸过程中的温度相同的温度下。
应当意识到，拉伸可以发生在单个步骤，或者可以通过多步伸长来进行，以实现期望的拉伸和织物单位面积重量。例如，非机织织物可以经历100％伸长，之后经历50％伸长，而不是单次200％伸长(以便达到3x总伸长)。
非织造纤维网的单位面积重量在双轴向拉伸之后被减少至少10％。在一个实施方式中，织物单位面积重量被减少至少20％。在另一实施方式中，织物单位面积重量被减少约30％或者甚至更高。
本发明将进一步通过下面的非限定性实施例予以阐明。上述例子是举例说明本发明，并且不被解释为限定本发明或在此所附权利要求书的范围。
以下面的方式对下面的实施例的性能进行测定。织物单位面积重量是如此测量，通过对被测试的真正样品或者通过切成多个10×10厘米小片、称重并标准化为它们的已知面积。通过在样品的随机面积上进行显微研究，获取数据并平均，从而测定纤维直径。使用拉伸试验设备测定拉伸试验，就如下详述的示例性纺粘法非织造织物，测定应力对应变的情况。从样品的织物网上，在纵向或横向上单独切出样品，如在表中所述。呈现在表中的所有值被标准化为等价的3.0″宽的50gsm织物。
拉伸试验 拉伸试验设备(Instron或Zwick)用来测定拉伸力、收缩力、永久变形和应力松弛。使用2+-周期应力/应变程序。每一周期将样品伸长100％，然后在500％/分钟的速率下立刻回到0％。在周期之间或评价之前，无等待时间。根据在第二周期伸长结束时测量的力，测定100％伸长时的拉伸力。通过记录第二周期期间样品缩回过程中的力，测定收缩力(在50％或30％时)。根据在第二周期收缩步骤过程中在零载荷下样品伸长百分比的值，测量永久变形。根据如上所述的伸长直接测定永久变形。在第二周期结束之后立刻如下测定应力松弛通过进行50％的伸长(也在500％/分钟下)，测量拉伸结束时的力，将该拉伸保持在50％1分钟，然后测定该1分钟之后剩余的力。通过下式计算应力松弛(stress relaxation(SR))SR＝100％×(力(原始，50％)-力(1分钟，50％))/(力(原始，50％))。
实施例V0-V13和1-6 制备50gsm 93％/7％w/w的丙烯-乙烯共聚物高弹体与聚乙烯皮(ASPUN 6811A聚乙烯)的皮/芯(″S/C″)纤维样品。将这些样品于40℃在Iwamoto拉伸机上进行0％、100％、150％和200％的双轴向拉伸(同时在纵向和横向)。样品中的两个一次在两个方向经历环滚动，使用具有0.149″接合(engagement)的横向环辊。在Instron设备上，使用2-周期、100％伸长/回复试验，在纵向和横向测量单个样品。在此所报告的所有值已经被标准化为3″宽度×50gsm织物。通过第二周期收缩曲线，根据基线相交的扩大Y轴视图，测定永久变形。使用50％伸长和1分钟保持，从原始拉伸数据测定应力松弛，以除去任何机器顺性人为因素(machine compliance artifacts)。结果显示在表1-4。
对所有样品进行了显微、定性观察，并给出下面的概括效果·双轴向拉伸减少纤维直径和织物密度。
·双轴向拉伸使得如此形成的波纹(as-formed corrugations)更粗糙(在罗纹之间具有更多空间)和更浅(波纹的深度较小)。
·渐增拉伸(双轴向拉伸之后)复原细(紧密)波纹，但是与无拉伸下纺成的波纹相比仍然较浅。
·渐增拉伸可能引起在粘合点处的粘合点断裂和纤维断裂(这些样品可能已经被过度粘合(over-bonded))。当双轴向拉伸百分比上升时(并且织物变得更薄)，渐增拉伸损害尤为严重。
·一次以上的渐增拉伸可能严重地损害粘合点。
·渐增拉伸看似不会显著减小纤维直径，但的确稍微减小织物密度，特别是在非双轴向拉伸样品的情况下。
表1Iwamoto拉伸机样品条件和效果


表2双轴向拉伸样品的织物拉伸数据。针对3″宽度& 50gsm织物将力标准化

缩写gsm＝克/cm2；Ef(100)＝100％伸长(第二周期)时的拉伸力；SR＝应力松弛；Rf(50或30)＝50％或30％伸长(第二周期)时的收缩力；g＝克；方向(Orient.)＝该1-维试验的样品的方向；MD＝纵向样品；CD＝横向样品。
表3双轴向拉伸和渐增拉伸的(IS)织物。

*无本发明双轴向拉伸以及比较的渐增拉伸下对照(0拉伸)的重复。在每一情况下，渐增拉伸(IS)为387％(伸长因数为4.87)。
在单个双轴向拉伸(在纵向和横向100％)下，对样品在拉伸下作为温度的函数进行研究。
表4拉伸数据。根据冲压出的(punch out)样品测定织物单位面积重量。

实施例7-16在Production-ready差动驱动(differential drive)和拉幅机装置上，进行纵向或横向拉伸 下面的实施例是在ra 2.5米生产线上生产，然后在差动驱动系统(用于MD拉伸)或拉幅机(用于CD拉伸)上，进行MD或CD方向上的拉伸。
差动驱动系统描述 该系统是一系列辊和驱动，其能够容纳2.5米宽的纤维网，并使其在不同速率下贯穿该系统移动，以便实现拉伸(增加速度)或松弛(减小速度)。该系统具有3个驱动区，每一个具有多个辊和驱动，以控制纤维网的设置速度(set velocity)并避免滑动。没有办法用于维持横向宽度，其可能以及或许将在MD拉伸期间减小。驱动单元和辊可加热。
拉幅机描述 拉幅机是一个在多个区中进行温度控制和拉伸多功能性的装备。基本地，存在用来预热样品的起始区，具有少许或无拉伸，之后是用来在加热下拉伸样品的区域，保持区(hold region)，进一步允许最终拉伸平衡至温度，以及最后的松弛区，在该松弛区，在较高或较低温度下，纤维网的宽度可以被减少。全部过程发生在几乎恒定的MD速度下，因此，在CD伸长期间，不允许MD方向有略微的松弛。
实施例7 50gsm织物由93/7芯/皮双组分弹性纤维制成，所述双组分弹性纤维基于PELLETHANE 2102 75A弹性聚氨酯作为芯高弹体和纤维级聚乙烯外皮，并且热点粘合的纤维网被直接送入CD拉幅机中。开始时的平衡温度设定为80℃-90℃。分别在95℃和100℃的温度下进行拉伸和松弛步骤。纤维网起初为1.8米，而最终为4.4米宽。在结束时织物单位面积重量是25gsm。原料纤维的线密度是3.9dtex(克/10,000米或平均～22微米直径纤维)，而CD拉幅材料具有减小的密度，为2.14dtex(～16.5微米直径)。
实施例8-14 仅进行脱机CD拉伸试验，以研究拉幅机内各种区域中温度和拉伸的影响。所用的弹性非机织织物于拉伸试验之前数天在生产线上生产。材料是基于90/10芯/皮双组分纤维的纺粘法非织造布，其使用PELLETHANE 2102 75A弹性聚氨酯作为芯和纤维级聚乙烯作为外皮。织物单位面积重量是50gsm，而起始宽度介于2与2.1米之间。
表5描述了用于这些样品的温度和拉伸描述。表6呈现了所获得的关于初始纤维网和拉伸的纤维网的部分测量拉伸值(如上所述)。
表5CD拉幅样品的拉伸和温度设置

*来自最大伸长2.0的减速下降。
**来自最大伸长1.81的减速下降。
备注1.5倍伸长因数等于50％伸长。
表6CD拉幅实施例8-14的数据
根据表6中的数据，显然，本发明的CD拉幅拉伸在减小起始弹性非机织织物的单位面积重量上是有效的。通过增加的拉伸比以及通过增加的温度，织物单位面积重量最强有力地被减小。在＞120℃的温度(适于该织物的最佳粘合温度)下，永久变形发生，而在该粘合温度或特别在该粘合温度以下时，永久变形得到改进。Rf(50)′s之比(拉伸方向或CD除以未拉伸方向或MD)显示了与减小的织物单位面积重量或增加的伸长因数类似的增加。在一些应用中，对于两个方向而言，拉伸行为上的平衡是期望的(比值为1)。因此，本发明的应用可以被用于改进该平衡。
MD差动拉伸-实施例15和16 实施例15和16仅在MD方向在差动拉伸系统上被拉伸。实施例15产自120gsm、95/5芯/皮双组分纤维基纺粘法非织造布，其由PELLETHANE 2102 75A弹性聚氨酯作为弹性芯和ASPUN 6811A聚乙烯作为外皮(两种材料均由The Dow Chemical Co.销售)制成。在60℃的温度下，在1.5/1.0/1.5的情况下拉伸实施例15，总拉伸比为2.25(1.5×1.0×1.5)。实施例16产自～40gsm、97/3芯/皮双组分纤维基纺粘法非织造布，其是由PELLETHANE 2102 75A弹性聚氨酯作为弹性芯和纺粘法非织造布级聚丙烯作为外皮而制成的。在1.3/1.0/1.1的情况下拉伸实施例16，总拉伸比为1.43。表7呈现了这些本发明拉伸样品以及它们相应对照的性质。如上所述，这些实施例没有使它们的宽度固定，因此宽度被减小，以适合大部分MD拉伸(在所观察的织物单位面积重量上无减小)。
表7仅仅MD拉伸的本发明实施例

呈现在表7中的数据显示，相对于直角方向(在MD拉伸情况下的MD/CD比)，伸长方向的拉伸性能得到改进，在这两种情况下增加大约100％。一些应用可以受益于拉伸性能上的大的差别，例如在它们的织物结构中仅使用1-D弹性的以前的商业材料。这些材料可能类似这些，但是在两个方向上具有一些弹性。从该表中也看到，MD拉伸对降低(改进)永久变形有益(未显示CD永久变形也被降低的事实)。
权利要求
1.生产弹性非织造织物的方法，包括在横向、纵向或所述两个方向上拉伸非织造纤维网，以减小所述非织造纤维网的织物单位面积重量、旦尼尔数或二者，形成所述弹性非织造织物；其中所述非织造纤维网包括众多多组分绳股，所述多组分绳股具有沿所述绳股的长度纵向共伸展的第一和第二聚合物组分，所述第一组分包括弹性聚合物，而所述第二聚合物组分包括比所述第一聚合物组分弹性小的聚合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维网在横向和纵向上被同时拉伸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维网在横向使用拉幅机拉伸，在纵向使用差动辊速度拉伸，或者二者兼有。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述非织造纤维网如下形成熔融纺丝众多具有多组分绳股，所述多组分绳股具有沿所述绳股的长度纵向共伸展的第一和第二聚合物组分，所述第一组分包括弹性聚合物，而所述第二聚合物组分包括非弹性聚合物；将所述多组分绳股形成非织造纤维网；和粘合或缠绕所述绳股，以形成粘在一起的非织造纤维网。
5.权利要求4所述的方法，其中所述非织造纤维网通过纺粘法生产。
6.权利要求1所述的方法，其中所述拉伸在至少一个方向发生至少50％伸长，以达到至少20％的织物单位面积重量减小。
7.权利要求1所述的方法，其中所述拉伸仅在一个方向发生至少50％伸长，以实现相对于无拉伸纤维网中的相同比值，所述拉伸方向上50％伸长时的收缩力(Rf(50))比值较直角方向增加至少20％。
8.权利要求1所述的方法，其中所述非织造纤维网在拉伸之前已经被热点粘合。
9.权利要求1所述的方法，其中所述方法在缺乏渐增拉伸步骤下发生。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述拉伸在20℃与所述纺粘纤维网的热点粘合温度之间的温度下发生。
11.根据权利要求4所述的方法，其中所述所述第一聚合物组分包括弹性聚氨酯、弹性聚乙烯共聚物、弹性聚丙烯共聚物、弹性苯乙烯嵌段共聚物、或其掺合物，而所述第二聚合物组分包括聚烯烃，其弹性小于所述弹性聚合物。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二聚合物组分是聚丙烯、聚乙烯或其掺合物。
13.根据权利要求4所述的方法，其中所述熔融纺丝包括将所述第一和第二聚合物组分排列在所述绳股横截面，以形成皮/芯构造。
14.根据权利要求4所述的方法，其中所述熔融纺丝包括将所述第一和第二聚合物组分排列在所述绳股横截面，以形成尖端多叶片结构的聚合物组分。
15.根据权利要求1所述的方法，其中至少部分所述多组分绳股具有皮/芯构造。
16.通过上述权利要求的任何一项所述的方法而制作的非机织织物。
17.多层复合材料，包括通过权利要求1所述方法而形成的至少一层。
18.至少部分用根据权利要求1制备的材料而生产的制品。
全文摘要
用于生产弹性非织造织物的方法，包括在横向、纵向或两个方向拉伸非织造纤维网，以便减少非织造纤维网的织物单位面积重量和/或旦尼尔数，形成弹性非织造织物，其中所述非织造纤维网包括众多多组分绳股，其具有沿所述绳股的长度纵向共伸展的第一和第二聚合物组分，所述第一组分包括弹性聚合物，而所述第二聚合物组分包括弹性比所述第一聚合物组分小的聚合物。
文档编号D01D5/34GK101018666SQ200580029358
公开日2007年8月15日 申请日期2005年8月3日 优先权日2004年8月3日
发明者J-C·阿贝德, H·勒特格, S·P·韦布, J·A·奥斯汀 申请人:先进设计概念股份有限公司