非织造结构及其制备方法

专利名称：非织造结构及其制备方法
技术领域：
本发明一般涉及层状复合材料。更具体说，本发明涉及具有有益的层合 强度以及一种或多种其他有益性质的层状复合材料，这些性质包括悬垂性
(drapeability)、悬挂性、耐磨性、液体吸收性、柔软性和/或视觉吸引力。
背景技术：
非织造材料广泛应用于许多市售个人护理产品中，包括例如擦拭巾和妇 女卫生产品，例如卫生巾、衬垫和棉塞等。在许多这样的应用中，希望非织 造材料耐磨，从而在使用中维持材料的完整性。申请人还认识到，也希望这 种耐磨的材料具有其他有益的性质。
例如，申请人认识到，希望耐磨材料中还限定有视觉的图案。这些图案 能够传递诸如品牌认知度和美学标准等信息，而且还能够提供功能效果(例如 将需要吸收的流体引导到适当的位置)。还希望上述图案在使用中具有良好的 清晰度和持久性。
申请人还认识到，希望提供耐磨材料，尤其是图案化的耐磨材料，这些 材料具有额外的有益性质，例如"可悬垂性"以向使用者提供舒适性。本文所
用术语"可悬垂性"是指从材料的一端以悬臂方式提起时，该材料由于重力作 用而以基本上垂直的样子悬吊的趋势。具有高度可悬垂性的材料倾向于适应 邻接表面的形状，例如使用者的皮肤表面，从而提高由这种高度悬垂材料构 成的产品的使用者的舒适性。申请人还认识到，在某些应用中还希望耐磨非 织造材料具有膨松性(即密度低)。
但是，申请人进一步认识到，具有较高可悬垂性特征的常规材料常常相 对致密、薄型、光滑，因而在缺乏柔软感，而柔软感却是许多产品所希望 的。例如，通过常规射流喷网技术(即水力缠结技术)制造了许多相对可悬垂的 材料，但是这些材料总是在耐磨性、层合强度、膨松性或其他性质中的一种
4或多种方面存在缺陷。而且，这些常规可悬垂的材料通常缺乏视觉图案，而 这些视觉图案可用于向使用者传递信息。
因此，申请人认识到，在许多种类的制品的应用中，需要具有理想的高 度耐磨性和视觉图案特征的独特组合的非织造材料。此外，申请人还认识 到，需要制备这种材料的独特方法，这些方法包括但不限于通过非织造材料 的水力缠结技术来生产这些材料。

发明内容
申请人通过制备具有独特且所需的较高层合强度与高度可悬垂性和/或低 密度性质的组合的纤维性复合材料结构而满足了上述需要。
根据一方面，本发明提供了层状复合材料，该层状复合材料包括抗拉强
度至少约为5 N/5cm的流体可渗透的纤维性锚定层和缠结围绕所述锚定层的 纤维层，所述复合材料包括缠结区截面和非缠结区截面，所述缠结区和非缠 结区视觉上相互区别。
还提供了制备某种复合材料的方法，该方法包括促使流体流与包括非粘 结纤维层和抗拉强度至少约5 N/5cm的流体可渗透的锚定层的层状结构相接 触，所述锚定层被设置成至少部分地掩蔽来自流体流的所述非粘结纤维层， 得到包括缠结区截面和非缠结区截面的复合材料，所述缠结区和非缠结区视 觉上相互区别。
根据另一方面，提供了制备层状复合材料的方法，该方法包括促使流动 流与包括非粘结纤维层和抗拉强度至少约5 N/5cm的流体可渗透的锚定层的 层状结构相接触，所述层状结构得到地貌成形表面的支持，并且所述层状结 构的接触时间足以使所述层状结构适应所述地貌成形表面。


现在将参考附图来描述本发明的实施方式，其中
图1是本文所述本发明的层状复合材料的一个实施方式的截面图。
图2是本文所述本发明的层状复合材料的另一个实施方式的截面图。图3是本文所述本发明的层状复合材料的另一个实施方式的俯视平面 图，示出了其额外的特征。
图4是由图3中的线3-3得到的层状复合材料的截面图。 图5的截面图描绘了根据适应本文所述本发明各实施方式的方法的层状 复合材料的形成。
图6的截面图描绘了根据适应本文所述本发明各实施方式的方法的层状 复合材料的形成。
图7是可用于形成适应本文所述本发明各实施方式的层状复合材料的掩 蔽物的立体图。
图8是适应本文所述本发明各实施方式的形成图案的层状复合材料810 的一段长度的平面图。
图9的截面图描绘了根据本文所述本发明各实施方式的层状复合材料的 图案形成。
具体实施例方式
根据一些实施方式，本发明涉及一种层状复合材料，该复合材料包括流 体可渗透的纤维性锚定层和纤维缠结围绕所述锚定层的纤维层，与常规非织 造结构相比，所述复合材料具有较高层合强度与较高可悬垂性和/或低密度(高 膨松性或"膨松")中的一种或多种性质的独特组合。在某些实施方式中，这种 独特的材料还具有耐磨、持久、柔软、舒适和/或吸收性等有益性质。在某些 实施方式中，这些材料还可用于提供各种其他优点，包括流体吸收或流体隔 离、清洁、以及在多种产品中的剥脱能力。
具体说，申请人根据下文详述的"层合强度测试"，测定了根据本发明某
些实施方式的复合材料的层合强度。本领域技术人员应理解，所得较高层合 强度值表示复合材料的锚定层和纤维缠结所述锚定层的纤维层对抗施力所导 致的相互脱粘的能力较高，而较低层合强度值则表示两层对抗施力导致的脱 粘的能力较低。此外，申请人还认识到，较高的层合强度倾向于与层状复合 材料的消费者期望的"持久性"相关。根据某些实施方式，本发明复合材料的 层合强度值约为20克或更高，更优选约50克或更高，甚至更优选约100克或更高。
申请人还根据下文详述的"可悬垂性测试"测定了本发明结构的可悬垂 性，如本领域技术人员所理解的那样。申请人还认识到，在某些实施方式 中，本发明结构不仅具有所需的高层合强度(如上所述)，而且具有较高的可悬 垂性与上述性质的组合。具体说，根据某些实施方式，本发明结构的可悬垂
性(基于重量/MCB)大于约4克/平方米/克(gsm/g)或更大，优选大于约6 gsm/g，甚至更优选约8 gsm/g到约16 gsm/g。
申请人还根据下文详述的"密度测试"测定了本发明某些优选实施方式的 复合材料的密度，如本领域技术人员所理解的那样。申请人还认识到，在某 些实施方式中，本发明结构不仅具有所需的高层合强度(如上所述)，而且具有 较低的密度与上述性质的组合。根据某些实施方式，本发明结构的密度等于 或小于约0.15 g/cc，优选等于或小于约0.12 g/cc，甚至更优选约0.12 g/cc到 约0.03 g/cc。
根据某些实施方式，申请人认识到，除了较高的层合强度与较高的可悬 垂性和/或较低密度的组合之外，本发明复合材料还具有选自下组的一种或多 种性质较高吸收容量、较高的抗拉强度、期望的厚度、及其两种或多种的 组合。例如，在本发明的某些实施方式中，层状复合材料的吸收容量大于约3 g/g，优选大于约4 g/g，更优选约5 g/g。在某些实施方式中，复合材料沿机 器方向的抗拉强度(根据下文详述的"抗拉强度测试"测定，如本领域技术人员 所理解的那样)约为10 N/5cm或更高，优选约15 N/5cm或更高，更优选约20 N/5cm或更高。本发明复合材料的厚度可根据任意各种制品的使用进行优 化，并且可采用特定制品任何合适的/期望的厚度。在某些优选的实施方式 中，本发明复合材料的厚度小于约10mm，优选小于约5mm，更优选小于约 2mm，甚至更优选约0.3mm到约2mm。
图1的截面图描绘了与本文所述本发明各实施方式相一致的一个实施方 式的层状复合材料100。该层状复合材料IOO包括流体可渗透的纤维性锚定层 IIO和具有纤维120的纤维层122，所述纤维层122的至少一部分缠结围绕所 述锚定层110。
所述流体可渗透的锚定层110可包括能渗透流体的任何合适的纤维材
7表示气体或液体如水(或其他物质)可催动通过流体可渗透的锚定层110的截面，即从流体可渗透的锚定层110的外表面112穿过流体 可渗透的锚定层110而出现在流体可渗透的锚定层110的内表面114。在某些 优选的实施方式中，为了促使流体移动通过流体可渗透的锚定层110，所述流 体可渗透的锚定层110包括互联孔116的网络。在某些优选的实施方式中， 锚定层中开放区域的百分比约为25%或更高。优选地，所述流体可渗透的锚 定层110通常还耐受促使高压流体如水或空气通过时导致的溶解和机械降 解。在某些实施方式中，流体可渗透的锚定层110较薄，例如厚度小于约 2000微米，更优选约为3-2000微米。流体可渗透的锚定层110可以是任何合 适的基重。在某些优选的实施方式中，锚定层的基重约为5-20gsm，更优选约 5-15 gsm。并且，所述流体可渗透的锚定层110优选机械一体化，导致其抗拉 强度至少约为5 N/5cm。此外，期望所述流体可渗透的锚定层优选挠性程度较 高(即倾向于不具有刚性)，申请人认识到这有益于与掺入锚定层的材料有关的 可悬垂性。在优选的实施方式中，流体可渗透的锚定层110包含或基本上由聚合物 材料构成，例如粘结的纤维材料，包括纺丝粘结或热粘结，如通过空气粘结 的(through-air bonded)的材料等。"通过空气粘结的"表示通过各种方式(如梳理) 定向的纤维通过加热的空气流而粘结在一起。"纺丝粘结"表示将来自多个喷 丝头纤细(通常为圆形)毛细管的熔化的热塑性聚合物以纤维形式挤出而进行熔 融纺丝，然后通过牵拉快速降低挤出纤维的直径，然后使纤维骤冷。纺丝粘 结的纤维通常是连续的纤维。合适的纺丝粘结材料是由直径约3-20微米的纤 维形成的，纤维长度大于约200毫米。锚定层纤维可包括以下材料，例如聚 烯烃，如聚丙烯，聚乙烯，聚丙烯、聚乙烯形成的双组分纤维，或它们的组 合。然后可压制纺丝粘结的纤维以提高强度或降低厚度。在优选的实施方式 中，流体可渗透的锚定层110包括或基本上由纺丝粘结的材料构成。流体可渗透的锚定层110的外表面112是基本上耐磨的表面。"耐磨性" 表示外表面112能够耐受通过外表面112的弹性物品(例如手或其他身体表面) 的降解。层状复合材料100包括纤维120，纤维120的至少一部分缠结围绕流体 可渗透的锚定层110。纤维优选与纤维层122相关。缠结围绕流体可渗透的锚 定层110的纤维优选包括相互关联或与所述流体可渗透的锚定层110(例如)通 过缠结关联的多种纤维或纤丝。这样，流体可渗透的锚定层110实际上用作 层状复合材料100的"骨架"。纤维围绕流体可渗透的锚定层110的缠结通常导致纤维层122和流体可 渗透的锚定层110关于界面124的粘结。虽然界面124在图1中描绘成大致 直线，但界面124通常具有一定的厚度。界面124的性质是围绕流体可渗透 的锚定层110扭曲、纽结、打结或以其他方式缠结的纤维的性质。在某些优选的实施方式中，锚定层110和围绕锚定层110缠结的纤维层 122的纤维基本上不含由纤维和/或锚定层110的熔化形成的粘结和/或采用化 学粘合剂形成的粘结。如本文所用，术语"基本上不含由纤维和/或锚定层110 的熔化形成的粘结和/或采用化学粘合剂形成的粘结"表示不到10重量％纤维 层122的纤维通过熔化或化学粘合剂粘结于锚定层110。优选地，基本上不含 由纤维和/或锚定层110的熔化形成的粘结和/或采用化学粘合剂形成的粘结的 材料中不到5%，更优选没有纤维层112的纤维通过熔化或化学粘合剂粘结于 锚定层110。虽然申请人不希望受任何操作理论的束缚，但相信通过将纤维层 122的纤维与流体可渗透的锚定层110的粘结限定成物理缠结而不是熔化粘结 或化学粘合剂，所得层状复合材料100的可悬垂程度更高。可选择许多纤维中的任何一种用于纤维层122。合适的纤维的例子包括 由纤维素、聚酯、人造丝、聚烯烃、聚乙烯醇、聚酰胺或其他合成纤维、其 两种或多种的组合等物质衍生的纤维。某些优选的纤维包括纤维素、聚酯、 人造丝、或聚烯烃本身、或其两种或多种的组合。市售合适的纤维的例子包 括购自德国凯尔汉的凯尔汉纤维公司(Kelheim Fibers, Kelheim, Germany)的 "Galaxy"人造丝纤维，或购自澳大利亚兰咨的兰咨有限公司(Lenzing AG， Lenzing， Austria)的Tencel天丝(lyocell)纤维。在某些本发明的实施方式中，纤维包括纤维素，例如木浆。在一个本发 明的实施方式中，纤维层122包含约0%-100%的木桨，更优选约5%-50%。在本发明某些优选的实施方式中，木浆的氢键结合能力降低。氢键结合能力降低的木浆可通过以下方法形成，该方法包括在约15°C-60°C的温度下 用碱金属盐浓度约2-25重量％的碱金属盐水溶液处理木桨液体悬浮液的步 骤，处理时间约为5-60分钟。适合苛性处理的试剂包括但不限于碱金属氢 氧化物，例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化,丐、氢氧化铷、氢氧化锂和节基 三甲基氢氧化铵。尤其优选氢氧化钠进行碱处理，以产生适合形成本发明超 吸收性纤维质纤维的纤维质纤维。优选用包含约4-30重量％氢氧化钠(或任何 其他合适的苛性物质)，更优选约6-20重量％，最优选约12-16重量％(以溶液 重量计)的含水溶液处理木浆。苛性处理可在漂白、纯化和干燥期间或之后进 行。优选地，苛性处理在漂白和/或干燥过程期间进行。这样得到的木浆有时 被称为"苛性提取木桨"或"丝光处理木浆"。适用于本发明的市售苛性提取木浆 包括例如，Porosanier-J-HP，购自乔治亚州捷斯的雷诺性能纤维分部(Rayonier Performance Fibers Division, Jesup, Ga.)， Buckeye's HPZ，购自佛罗里达州派 帝科技公司(Buckeye Technologies, Perry, Fla.)，禾B TRUCELL，购自华盛顿州 联邦大道的威尔汉森公司(Weyerhaeuser company, Federal Way, Wash.)。在本发明另一个优选的实施方式中，氢键结合能力降低的木浆是交联 的。"交联"表示主要是纤维内化学交联键合的纤维质纤维。即，交联键合主 要发生在单根纤维的纤维素分子之间，而不是不同纤维的纤维素分子之间。交联的纤维可通过多种方法形成，例如(1)1966年3月11日授予F. H. Steiger的美国专利3,241,553所述的方法，该方法包括使纤维在含有交联剂和 催化剂的含水溶液中交联而形成个体化交联纤维，或(2)1965年12月21日授 予L. J. Bernardin的美国专利3,224,926所述的方法，该方法包括将溶胀的纤 维浸渍到含有交联剂的含水溶液中，通过机械作用脱水和分离纤维，并在升 高的温度下干燥纤维以实现交联，得到个体化交联纤维，同时纤维处于基本 上独立的状态；以及其他方法。适用于本发明的市售交联木浆包括例如，华 盛顿联邦大道的威尔汉森公司(Weyerhauser Corporation, Federal Way, Wash.) 的哥伦布改良纤维(Columbus Modified Fiber),等级弁CHB416。在某些实施方式中，层状复合材料100优选基本上不含织造、编结、簇 绒或缝编的纤维，即层状复合材料优选包括由纤维直接形成而非纱线形成的 纤维材料。10除纤维之外，纤维层122可包括吸收制品中使用的非织造物的制造领域所公知的各种其他材料。例如，纤维层122可包含聚合物或其他化学纤维装饰或颗粒材料，例如分布在纤维中用于提高流体吸收性质的超吸收体，或有利于特定外观的颜料或其他光反射性试剂。纤维层122优选基本上不含可能 提高复合材料的刚性或降低其可悬垂性的化学粘合剂。纤维层122的整个厚度方面在纤维组成上可均质或异质。在某些优选的 实施方式中，纤维层122包括异质混合物，例如包含纤维素或合成纤维。在 某些其他优选的实施方式中，纤维层122是均质层，例如基本上由纤维素纤 维或基本上由合成纤维构成。在本发明某些优选的实施方式中，50重量％以上纤维层122的纤维由长 度直径比大于约300的纤维构成。虽然这些纤维可以是人造短纤维或连续纤 丝，优选纤维是人造短纤维。纤维可以是纤维素纤维，例如木浆或棉花，合 成纤维，例如聚酯、人造丝、聚烯烃、聚乙烯醇、多组分(芯-壳)纤维，及其 两种或多种的组合。可采用合适的方法，包括下文详述的方法，将纤维设置 成相互关联。本发明的纤维层可以是任何合适的基重。在某些优选的实施方式中，纤 维层122的基重约为20-200gsm，优选约20-150 gsm。在可选的实施方式中，如图2所示，纤维层122本身由多层或叠层构 成。图2描绘了最上层纤维层210和下层纤维层220。在一个实施方式中，最 上层纤维层210包括或基本上由一种或多种合成纤维如烯烃或聚酯或双组分 纤维构成，下层纤维层220包括或基本上由纤维素纤维构成。而且，虽然图2 描绘了仅由两层构成的纤维层122，也考虑具有各种组成的额外的层。此外，虽然图1和2描绘了在层状复合材料110 —端的单个流体可渗透 的锚定层110,本发明范围内还包括在层状复合材料IOO相对端的第二流体可 渗透的锚定层110，从而形成"夹心"结构， 一个或多个纤维层一起夹在两个流 体可渗透的锚定层之间。在这种构型中，存在两个独立的耐磨表面。可基于所需性质来调整层状复合材料的性质。例如，通常为了实现较低 密度和较高的可悬垂性，可选择(例如)主要为聚酯、人造丝或其掺混物。如果 希望提供高吸收容量且成本较低，则可选择主要为木浆。为了平衡所有这些性质，纤维层122本身可包括这些材料的独立层。
在本发明的某些实施方式中，层状复合材料具有视觉图案。图3是适应 本文所述本发明实施方式的层状复合材料的俯视平面图。该层状复合材料100 包括离散的凸起区域300，凸起区域300周围围绕有下层区域基质310。图4 是由图3中的线3-3得到的截面图，揭示其各个特征。凸起区域300和下层区 域310视觉上相互区别，例如，普通肉眼观察者在距层状复合材料100为12 英寸观察时，应能够容易地辨别凸起区域与下层区域310之间的差别或对 比。在本发明的一个实施方式中，优选凸起区域300的高度320约为0.1-5mm，更优选约0.5-2mm，长度或宽度至少约为0.5mm，更优选至少约 lmm，最优选至少约3mm。
在本发明的一个实施方式中，凸起区域300未缠结未粘结，即在凸起区 域300中流体可渗透的锚定层110与纤维层122之间的界面330处没有明显 的粘结。在该本发明的实施方式中，流体可渗透的锚定层110与纤维层122 的大致粘结仅在下层区域310中存在，即沿界面340。这样，层状复合材料 100内存在缠结区360的截面和非缠结区350的截面(其界限在图4中以虚线 表示)。
图4描绘了层状复合材料100，它具有缠结区360的连续截面(基质)以及 大致位于所述缠结区连续截面内的多个离散的非缠结区350的截面，常常需 要这种构型以使层状复合材料100具有足够的抗拉强度。然而，也考虑了凸 起区域和下层区域的其他构型。例如，凸起区域可沿层状复合材料100的整 个宽度或长度排列而不是以离散区域350的形式被下层区域360围绕或基本 上位于下层区域360内。而且，相对于图3所示的材料，缠结区和非缠结区 的含义可"颠倒"，例如缠结区可大致位于非缠结区内。
在某些优选的实施方式中，本发明层状复合材料是射流喷网结构。就是 说，它们是由水力缠结或"射流喷网"方法得到的材料，优选这些方法如本文 所述。申请人发现，与常规纤维非织造结构，尤其是常规射流喷网结构相 比，本发明结构具有有益的耐磨性和出乎意料的良好层合强度和/或可悬垂性 和/或密度。这些性质新的出乎意料的组合提供了本发明结构在多种应用中的 显著优点，所述应用包括但不限于个人护理制品，如妇女卫生产品和擦拭
12巾。
在本发明的一个实施方式中，所述层状复合材料可用作卫生护垫如卫生 巾或内裤衬垫的组分。例如，层状复合材料可用作内裤衬垫或卫生巾的面层 或一体化面层/吸收芯层。
在某些优选的实施方式中，层状复合材料中流体可渗透的锚定层110能 够朝使用者的身体取向，因而流体可渗透的锚定层110构成卫生护垫面向身
体表面的一部分。在某些优选的实施方式中，层状复合材料可用作卫生巾或 内裤衬垫的一体化面层/吸收芯层。本发明层状复合材料构成的这种一体化面 层/吸收芯层是有益的，因为这种一体化的覆盖层能够提高耐磨性、柔软性、 吸收性和可悬垂性，所有这些性质有助于提高使用者的舒适性。
在本发明的一个实施方式中，采用纤维非织造材料作为擦拭巾的组分， 例如"婴儿擦巾"、个人护理/化妆品擦巾或用于个人清洁的擦拭巾(干巾或湿 巾)、或用于无生命物体表面清洁的擦拭巾。本发明层状复合材料可用作单层 擦拭巾或在多层擦拭巾作为一层或多层。优选地，层状复合材料的耐磨表面 位于擦拭巾的外表面上，接触使用者的皮肤。本发明层状复合材料构成的擦 拭巾是有益的，因为擦拭巾不仅具有优良的耐磨性(因而具有持久性)而且具有 柔软性、可压縮性和吸收性。
本发明的方法
技术领域：
本发明层状复合材料可通过申请人发现的多种新方法中的任一种进行制 备。例如，根据某些实施方式，该结构可通过以下方法进行制备，该方法包 括促使流体流与层状结构相接触，所述层状结构包括纤维和流体可渗透的锚 定层，所述流体可渗透的锚定层的定位能够至少部分地掩蔽纤维层免于接触
流体流。
图5显示了本发明一个实施方式的进行水力缠结(hydroentangling)步骤的 方法。水力缠结步骤包括提供纤维层520，纤维层520铺设在筛网590(例如金 属或塑料筛网)上，筛网590又位于可移动的传送装置(未示出)上。术语"层" 表示与该组件的长度和宽度205相比，厚度量纲显著较小的纤维组件。例 如，层520的厚度约小于其宽度的10%，例如约小于宽度的2%。在优选的实施方式中，纤维薄层200基本上平面，厚度小于约20毫米，例优选小于约5 毫米。纤维薄层的组成和性质参考上文纤维层122中所述以及图1和2中所示。
纤维层520相互非粘结。"非粘结"表示薄层520中的纤维相互疏松关 联，该层的抗拉强度非常低，例如小于约5N/5cm。在可选的实施方式中， 纤维层520在射流喷网之前相互粘结(例如疏松粘结)。
流体可渗透的锚定层110位于纤维层520的顶部。因而纤维层520和流 体可渗透的锚定层110形成待缠结的目标网材550。操作中，目标网材550在 喷嘴530的范围内沿机器方向移动，流体流508(优选液体，更优选水)从喷嘴 流出。考虑纤维层520以任何合适的方向，用任何适合的压力冲击目标550 以形成稳定的网材。优选地，流体流508沿基本上垂直的方式，在约500-5000psi的压力下定向冲击层。本文所用术语"基本上垂直"表示例如约20-0 度，优选约10-0度，更优选约5-0度，最优选约0度。
目标网材550可在与流体流508接触之前、接触期间、和/或接触之后， 以任何适合缠结目标的速度沿机器方向移动。在某些实施方式中，稳定网材 210以至少约10英尺/分钟(fpm)，例如约50-250 fpm的速度沿机器方向移动。
缠结步骤完成后，流体可渗透的锚定层围绕纤维层缠结，形成本发明的 层状复合材料，以上述方式并且如图1和2中所示的实施例所述。
图6描绘了类似于图5所示的目标网材的水力缠结，只是促使流体流 508通过相对于喷嘴530移动的掩蔽物600。掩蔽物508可围绕一系列导轨或 辊轴660旋转，从而在各个时间点，使不同位置的掩蔽物600对准流体流 508。
掩蔽物600对流体流508具有空间可变的渗透性。具体说，如图6和图 7(掩蔽物600的立体图)所示，通过包括高渗透性部分620和低渗透性部分 630的图案形成所述空间可变的渗透性。高渗透性部分620可以是开放空间 (基本上允许所有流体通过该高渗透性部分620)。或者，高渗透性部分620可 包括支持筛网，例如图7所述的筛网650，该筛网足以向掩蔽物600提供机械 支持，但不会妨碍显著部分流体流508的流体。在一个实施方式中，高渗透 性部分620的开放面积至少约占50%，更优选至少约65%。
14相对地，掩蔽物600的低渗透性部分630通常阻断大部分或优选所有与 其接触的流体流508免于接触目标网材550。
在第一个时间瞬间，当喷嘴530位于掩蔽物的高渗透性部分620上方 时，喷嘴530下方的目标网材550部分与流体流508接触而发生缠结。相 反，在第二个时间瞬间，当喷嘴530位于掩蔽物的低渗透性部分630上方 时，喷嘴530下方的目标网材550部分不与流体流508接触(或者可选地发生 最小接触)，因而保持相对非缠结。
在掩蔽物完全旋转一周的时间间隔内(即一个完整的图案循环)，掩蔽物 600上高渗透性部分620和低渗透性部分630的图案转移到目标网材550的一 段长度上，形成图案化的层状复合材料。 一段长度800的图案化层状复合材 料810的一个例子如图8所示。然后重复该过程，产生一系列相同长度的层 状复合材料，然后(例如通过切割)将这些材料相互分离。
注意在图8中，显示在均一平面背景上的非缠结凸起的花卉图案。注 意，如果掩蔽物800的低渗透性部分630不是完全开放的(例如包括筛网，如 图7所示)，则一些筛网的阻断部分实际上可能"转移"到层状复合材料上形成 少部分凸起的背景特征850，例如细线或小室，这些背景特征850分布在缠结 区的大部分区域860中，向层状复合材料提供拉伸力。
上面具有重复图案的层状复合材料的长度800(如果在平整表面上铺设， 即掩蔽物的长度)可变化，例如约为50厘米到约IO米。注意长度80的边界如 图8中虚线所示。
掩蔽物800可通过本领域已知的各种方法进行制备。例如，掩蔽物800 可通过选择蚀刻金属平板进行制备。该平板可由挠性的铝、不锈钢或铜片形 成，或由聚合物材料形成，包括塑料或橡胶(可强化)，其厚度约为0.05毫米 到约0.5毫米。
虽然图6-8描绘了形成具有视觉图案的层状复合材料的一种方法，但也 考虑了其他方法。例如，不采用相对于喷嘴移动的掩蔽物，而是在某些位置 选择性地阻塞喷嘴，从而得到与缠结的下层区域邻接或散布在缠结的下层区 域中的非缠结的凸起区域的线状物或条状物。
在本发明的又一个实施方式中，采用地貌成形表面来提供视觉图案。在
15该本发明的实施方式中，促使流体流与在地貌成形表面上支持的目标网材相 接触。地貌支持构件通常包括一系列峰谷以及一系列开孔，例如类似于美国
专利5,827,597和5,674,587(都授予James等)所述的地貌支持构件，该专利的 内容被纳入本文作为参考。 一系列峰谷设置可通过任何合适的技术，例如机 械钻孔、激光钻孔、激光消融、光栅扫描、激光调制等技术形成。
在本发明方法的实施方式中，包括纤维层和流体可渗透的锚定层的层状 结构位于地貌支持构件上。流体流导向层状结构，将层状结构模塑到地貌支 持构件上并使纤维层围绕流体可渗透的锚定层发生缠结。
在图9所示一个优选的实施方式中，流体可渗透的锚定层900与地貌支 持构件910直接接触，纤维层920位于所述流体可渗透的锚定层上。这样， 纤维层920至少部分地掩蔽流体可渗透的锚定层免于接触流体。纤维层920 可包括各种材料，例如纤维层122中描述的那些。
在另一个优选的实施方式中，纤维层包括纤维素如面积，优选上述丝光 处理或交联的木浆。在另一个优选的实施方式中，纤维层920包括至少两个 独立的层，例如直接位于流体可渗透的锚定层900上的合成纤维层930，和直 接位于长纤维层930上的纤维素纤维层940(例如木桨)。在该实施方式中，流 体流508相继冲击纤维素纤维层940，长纤维层930，流体可渗透的锚定层 900，然后冲击地貌支持构件910。在该本发明的实施方式中，合成纤维层 930和流体可渗透的锚定层900起阻挡作用，防止较短的纤维素纤维朝地貌支 持构件910中形成的引流孔960输送。因此，短纤维素纤维阻塞引流孔960 而导致过程困难的机会很小。
实施例
下面的实施例是为了阐述本发明而不是旨在以任何方式限制本发明。 实施例1
在下面的各个实施例中，将目标网材放置在旋转圆柱形滚筒上的80目金 属筛网形成表面上。目标网材包括纤维材料层和流体可渗透的锚定层。采用 的流体可渗透的锚定层是从BBA纤维网材公司(BBA Fiberweb)购得的12gsm纺丝粘结的聚丙烯层。该纤维材料是基于各基重的70%人造丝纤维和30%聚 酯纤维的掺混物。滚筒旋转以使纤维层以100fpm的线性速度移动。喷嘴的取 向能够垂直于目标网材排出加压水流以冲击目标网材。喷嘴被设置成以每英 寸30个喷嘴的喷嘴密度间隔排成一排。所有纤维层经过初始稳定化处理，该 处理中使水通过每个直径0.005英寸的喷嘴在600psi下排出以疏松粘结纤 维，然后与纺丝粘结的聚丙烯发生缠结。滚筒完全旋转6次，使纤维层上的 给定点通过喷嘴排6次。从喷嘴排出的水压可变化。
采用层合强度测试测定每个样品的层合强度，过程如下(得到层合强度值 (LSV)):
切下需要测定的1英寸xl英寸的材料样品(包括锚定层和纤维缠结围绕锚 定层的纤维层)。用双面粘合胶带(Scotch双面胶#666型)将该样品在两个不锈 钢立方体的表面上(表面尺寸约1英寸xl英寸)展平，从而将样品夹在两个立 方体表面之间。将设置在两个立方体之间的样品在5psi或更高的压力下压制 至少6秒。然后，以2英寸/分钟的十字头速度将立方体十字头拉离，用 Instron测力计测量力随时间的变化。层合强度值等于样品记录的峰值负荷(与 Instron输出图形显示上的第一峰相关)。
在各种纤维非织造结构上进行下面的可悬垂性测试以确定本发明的可悬 垂性(基重/MCB)。通过仿照ASTMD 4032-82圆形弯曲过程的测试确定改良 的圆形弯曲刚性(MCB)，对该过程进行相当大的修改，按照以下步骤进行。 所述圆形弯曲过程是使材料发生同时的多方向变形，其中样本的一个表面变 成凹面，另一个表面变成凸面。所述圆形弯曲过程给出与抗弯曲性相关的作 用力值，同时在所有方向上对刚性进行平均。
所述圆形弯曲过程需要的设备是改进的圆形弯曲刚性测试机，具有以下 部件
1. 抛光平滑的钢板平台，尺寸为102.0毫米xl02.0毫米x6.35毫米，具有 18.75毫米直径的孔。所述孔的搭接边缘呈45度角，深度为4.75毫米；
2. 柱塞的总长度为72.2毫米，直径为6.25毫米，球端半径为2.97毫米， 针尖突出0.88毫米，针的底部直径为0.33毫米，针的尖端半径小于0.5毫 米，所述柱塞与所述孔以同心方式固定，各面的间隙相等。注意针尖的作用
17仅仅是防止测试样本在测试期间发生横向移动。因此，如果针尖对测试样本 造成明显的负面影响(例如，刺破充气构件)，则不应使用针尖。所述柱塞的底 部应当高于孔板顶部有相当距离。球端的向下冲程从这个位置开始到孔板的 最底部结束；
3. 测力计，更具体而言是Instron反向压縮负载单元。所述负载单元的负 载范围约为0.0-2000.0克；
4. 致动器，更具体而言是带有反向压縮负载单元的1122型Instron致动 器。所述1122型Instron致动器由马塞诸塞州卡顿的昂斯朗工程公司(Instron Engineering Corporation, Canton, Mass)制造。
为了进行所述测试的下述过程，每个待测制品需要3个代表性样品。由 操作者选择将要检测的非织造结构的位置。在3个样品的相应位置处各切割 下37.5毫米x37.5毫米的测试样本。在切割样本之前，去除所有剥离纸或包装 材料，并且用滑石之类的非粘性粉末覆盖任何暴露的粘合剂，例如衣服定位 用的粘合剂。滑石应当不影响BW和MCB测量。
测试者不应折叠或弯曲测试样本，对样本的处理操作必须保持最小，并 且限于边缘处，以防止影响抗弯曲性质。
圆形弯曲过程如下。将样本在21°C+/-rC，相对湿度50%+/-2.0%的房间 中放置2小时，使其平衡。
测量各切割测试样本的重量(以克为单位)，并除以0.0014因子。这是基 重，单位是克/平方米(gsm)。对获得的各测试样本的基重值进行平均，给出平 均基重(BW)。在上述算式中可以使用该平均基重(BW)。
将测试样本放置在柱塞下的孔板中央，使测试样本的面向身体的层朝向 柱塞，而样本的屏障层朝向平台。柱塞速度设定为每一冲程全长50.0厘米/分 钟。检査指示器的零点，需要时进行调节。启动柱塞。在测试过程中应当避 免触及测试样本。记录最大作用力读数(精确到克)。重复以上步骤，直到全部 3个测试样本都进行了测试。对记录的3个测试值进行平均，给出平均MCB 刚性。以上算式中可以使用该平均MCB值。可悬垂性的计算为基重除以上述 测定的平均MCB值。
在各个纤维薄层和纤维非织造结构上进行下面的密度测试以确定本发明的密度。
切出宽度5厘米的材料条。为测定沿机器方向的抗拉强度，将材料条设 置成机器方向为纵向取向。为测定横向于机器方向的抗拉强度，将材料条设
置成横向于机器方向为纵向取向。采用Emveco量规完成测试，施加压力 0.07psi，尺足大小为2500 mm2。数字显示精确到0.0025厘米。5次读数取平 均，记为厚度。抬起量规尺足，将产品样品置于基准面上，使量规的尺足大 约位于产品样品感兴趣位置的中心。当尺足下降时，必须小心防止尺足落到 产品样品上或施加了过量的力。尺足以0.1英寸/秒的速率下降。向样品施加 0.07 p.s.i.g.的负荷，读数稳定约10秒。然后获取厚度读数。对至少3个产品 样品重复该过程，然后计算平均厚度。样品质量除以体积(长度x宽度x上述测 定的平均厚度)计算得到密度。
实施例1A
将纺丝粘结材料层置于纤维层下方(即纤维层位于喷嘴和流体可渗透的锚 定层之间)。喷嘴压力为1500 psi。网材移动通过喷嘴4次。所得层状复合材 料的层合强度(LSV)为25克(g)，厚度0.77毫米，基重85gsm，密度0.11 g/cc，可悬垂性7.9 gsm/g。
实施例1B
将纺丝粘结材料置于纤维层下方。喷嘴压力为1500 psi。网材移动通过 喷嘴8次。所得层状复合材料的层合强度(LSV)为65克(g)，厚度0.73毫米， 基重88gsm，密度0.12g/cc，可悬垂性8.6 gsm/g。
实施例1C
将纺丝粘结材料层置于纤维层上方。喷嘴压力为1500 psi。网材移动通 过喷嘴4次。所得层状复合材料的层合强度(LSV)为32克(g)，厚度0.90毫 米，基重90gsm，密度0.10g/cc，可悬垂性9.1 gsm/g。
实施例1D将纺丝粘结材料层置于纤维层上方。喷嘴压力为1500 psi。网材移动通 过喷嘴8次。所得层状复合材料的层合强度(LSV)为106克(g)，厚度0.85毫 米，基重83gsm，密度0.10g/cc，可悬垂性11.8 gsm/g。
实施例m
将纺丝粘结材料层置于纤维层底部。喷嘴压力为2000 psi。网材移动通 过喷嘴4次。所得层状复合材料的层合强度(LSV)为47克(g)，厚度0.79毫 米，基重86gsm，密度0.11g/cc，可悬垂性8.5 gsm/g。
实施例1F
将纺丝粘结材料层置于纤维层底部。喷嘴压力为2000 psi。网材移动通 过喷嘴8次。所得层状复合材料的层合强度(LSV)为281克(g)，厚度0.78毫 米，基重89gsm，密度0.12g/cc，可悬垂性10.3 gsm/g。实施例1G
将纺丝粘结材料层置于纤维层上方。喷嘴压力为2000 psi。网材移动通 过喷嘴4次。所得层状复合材料的层合强度(LSV)为205克(g)，厚度0.86毫 米，基重83gsm，密度0.10g/cc，可悬垂性12.5 gsm/g。
实施例1H
将纺丝粘结材料层置于纤维层上方。喷嘴压力为2000 psi。网材移动通 过喷嘴8次。所得层状复合材料的层合强度(LSV)为341克(g)，厚度0.92毫 米，基重83gsm，密度0.10g/cc，可悬垂性11.8 gsm/g。
实施例2
在每个下面的实施例中，将目标网材置于旋转圆柱形滚筒的80目金属筛 网形成表面上。目标网材包括在两个单独的流体可渗透的锚定层之间的纤维 材料层。采用的流体可渗透的锚定层是从BBA纤维网材公司(BBA Fiberweb) 购得的12gsm纺丝粘结的聚丙烯层。该纤维材料是基于各基重或木浆的70%人造丝纤维和30%聚酯纤维的掺混物。滚筒旋转以使纤维层以100fpm的线性 速度运动。喷嘴的取向能够垂直于目标网材排出加压水流以冲击目标网材。 喷嘴被设置成以每英寸30个喷嘴的喷嘴密度间隔排成一排。除了木浆层，所 有合成纤维的纤维层经过初始稳定化处理，该处理中使水通过每个直径0.005 英寸的喷嘴在600psi下排出以疏松粘结纤维，然后与纺丝粘结的聚丙烯发生 缠结(在表2中称为"预粘结")。滚筒完全旋转的次数可变。从喷嘴排出的水压 可变化。
对比例2A
纤维层包括木浆。喷嘴压力为600 psi。网材移动通过喷嘴4次。所得层 状复合材料在顶层界面(最接近喷嘴)的层合强度为lg，底层界面(离开喷嘴最 远)的层合强度为lg，厚度1.65 mm，基重204 gsm，密度0.124g/cc，可悬垂 性1.47 gsm/g。
对比例2B
纤维层包括丝光处理的木浆。喷嘴压力为600 psi。网材移动通过喷嘴7 次。所得层状复合材料在顶层界面(最接近喷嘴)的层合强度为2g，底层界面 (离开喷嘴最远)的层合强度为lg，厚度1.69mm，基重197 gsm，密度0.117 g/cc，可悬垂性1.35 gsm/g。
实施例2C
纤维层包括丝光处理的木浆。喷嘴压力为1200 psi。网材移动通过喷嘴4 次。所得层状复合材料在顶层界面(最接近喷嘴)的层合强度为41g，底层界面 (离开喷嘴最远)的层合强度为6g，厚度1.42mm，基重195 gsm，密度0.137 g/cc，可悬垂性1.40gsm/g。
实施例2D
纤维层包括丝光处理的木浆。喷嘴压力为1200 psi。网材移动通过喷嘴8 次。所得层状复合材料在顶层界面(最接近喷嘴)的层合强度为100g，底层界面(离开喷嘴最远)的层合强度为31g，厚度1.58mm，基重207 gsm，密度 0.131 g/cc，可悬垂性1.25 gsm/g。
实施例2E
纤维层包括丝光处理的木浆。喷嘴压力为1200 psi。网材移动通过喷嘴 16次。所得层状复合材料在顶层界面(最接近喷嘴)的层合强度为255g，底层 界面(离开喷嘴最远)的层合强度为109g，厚度1.32mm，基重192 gsm，密度 0.145 g/cc，可悬垂性1.39 gsm/g。
实施例2F
纤维层包括合成纤维的掺混物。喷嘴压力为1500 psi。网材移动通过喷 嘴4次。所得层状复合材料在顶层界面(最接近喷嘴)的层合强度为23g，底层 界面(离开喷嘴最远)的层合强度为llg，厚度0.95mm，基重98 gsm，密度 0.103 g/cc，可悬垂性4.90 gsm/g。
实施例2G
纤维层包括合成纤维的掺混物。喷嘴压力为1500 psi。网材移动通过喷 嘴8次。所得层状复合材料在顶层界面(最接近喷嘴)的层合强度为35g，底层 界面(离开喷嘴最远)的层合强度为24g，厚度0.89mm，基重97 gsm，密度 0.109 g/cc，可悬垂性5.39 gsm/g。
实施例3
在每个下面的实施例中，将样品置于具有"特里科针织物("图案的一系列 峰谷的地貌成形表面(縮醛轴套)上，类似于美国专利5,827,597中所述，该专 利也包括凸起的花卉图案。采用的流体可渗透的锚定层是从BBA纤维网材公 司(BBA Fiberweb)购得的10 gsm纺丝粘结织物层。滚筒旋转以使纤维层以 100fpm的线性速度运动。喷嘴垂直于纤维层取向，并被设置成以每英寸30个 喷嘴的喷嘴密度间隔排成一排。滚筒完全旋转6次，使纤维层上的给定点通 过喷嘴排6次。
22实施例3A
纤维层920是总基重为60 gsm的30%聚酯纤维和70%人造丝纤维的掺混 物的预粘结层。所得层状复合材料具有优异的层合强度和耐磨性以及边界清 晰的图形。
实施例3B
重复实施例2A的实验，只是将90 gsm的丝光处理木浆层(Porosanier， 购自雷诺公司(Rayonier Corporation))置于上述预粘结合成纤维层上方。层合和 图形边界优良。
表1显示了上述实施例中制备和测定的材料以及相关的密度、层合强度 和可悬垂性。这些值清楚表明，本发明的材料有益地且意外地具有高层合强 度以及高可悬垂性或低密度之一或两者的独特组合。由表1也可以知道，将 流体可渗透的锚定层置于纤维层上方能改善层合强度而仍然保持高度可悬垂 性。
还应指出，对于其他类似的工艺条件，当流体可渗透的锚定层在纤维层 上方取向时，流体可渗透的锚定层和纤维层之间的层合强度也出乎意料地较 高。这些高层合强度不会损害可悬垂性或密度。
而且，表2还表明，意外地可形成同时具有高度可悬垂性、低密度和抗 分层性质的耐磨的"夹心结构"的材料。还意外地发现，这种高层合强度的材 料可以在较低喷嘴压力下制备，尤其对于较高的基重。表l
实施例锚定层 的定位psi通过次数层合强度 (g.)厚度(mm)基重 (gsm)密度 (g/cc)MCB (g.)可悬垂性
1A IB底层 底层1500 15004 825 650.77 0.7385 88O.U 0.1211 107.9 8.6
1C ID顶层 顶层1500 15004 832 1060.90 0.85卯 830.10 0.10109.1 11.8
IE IF底层 底层2000 20004 847 2810.79 0.7886 890.11 0.1210 98.5 10.3
1G 1H顶层 顶层2000 20004 8205 3410.86 0.9283 900.10 0.10812.5 11.8
表2
层合强度，g厚度基重密度MCB实施例 芯psi通过次数顶层界面底层界面mmgsmg/cm3MCB, g可悬垂性
对比例1多孔木浆6004111.652040.1241391.47
对比例2多孔木浆6007211.691970.1171461.35
3 多孔木浆120044161.421950.1371391.40
4 多孔木浆12008100311.582070.1311651.25
5 多孔木浆1200162551091.321920.1451381.39
7 多孔木浆15004131221.482080.1411301.60
8 预粘结1500423110.95980.103204.卯
9 预粘结1500835240.89970.109185.39
2权利要求
1. 一种层状复合材料，其包括抗拉强度至少约为5N/5cm的流体可渗透的纤维性锚定层和包含缠结在所述锚定层周围的纤维的纤维层，所述复合材料包括缠结区截面和未缠结区截面，所述缠结区和未缠结区视觉上相互区别。
2. 如权利要求l所述的复合材料，其特征在于，所述材料的LSV大于约20克。
3. 如权利要求l所述的复合材料，其特征在于，所述材料的LSV大于约50克。
4. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述材料的可悬垂性大于约8 gsm/g。
5. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述材料的可悬垂性大于约16gsm/g。
6. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述材料的密度小于约0.15 g/cc。
7. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述材料的密度小于约0.12 g/cc。
8. 如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述锚定层选自下组-纺丝粘结的材料，通过空气粘结的材料，及其两种或多种的组合。
9. 如权利要求8所述的复合材料，其特征在于，所述锚定层包括由一种或多种聚烯烃纤维构成的纺丝粘结的材料。
10. 如权利要求l所述的复合材料，其特征在于，纤维缠结围绕所述锚定层的所述纤维层的至少一部分纤维包括纤维素纤维。
11. 如权利要求IO所述的复合材料，其特征在于，所述纤维素纤维包括木浆。
12. 如权利要求10所述的复合材料，其特征在于，所述木浆包括丝光处理的木浆。
13.—种个人护理产品，其包含如权利要求i所述的材料。
14. 如权利要求13所述的个人护理产品，其特征在于，所述产品包括卫生护垫或擦拭巾。
15. 如权利要求13所述的个人护理产品，其特征在于，所述产品是卫生护垫，其面层包含如权利要求1所述的材料。
16. 如权利要求13所述的个人护理产品，其特征在于，所述锚定层构成所述卫生护垫面向身体的表面。
17. —种形成层状复合材料的方法，所述方法包括促使流体流与包括非粘结纤维层和抗拉强度至少约5 N/5cm的流体可渗透的锚定层的层状结构相接触，所述锚定层被定位至至少部分地掩蔽所述非粘结纤维层，以免于接触所述流体流，得到包括缠结区截面和非缠结区截面的复合材料，所述缠结区和非缠结区视觉上相互区别。
18. 如权利要求17所述的方法，所述方法还包括将可移动的掩蔽物置于所述流体流和所述层状结构之间以至少部分地掩蔽所述层状结构免于接触所述流体流。
19. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述流体流使所述非粘结纤维层的至少一部分纤维缠结围绕所述锚定层。
20. 如权利要求17所述的复合材料，其特征在于，所述锚定层包括由一种或多种聚烯烃纤维构成的纺丝粘结的材料。
21. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述非粘结纤维层的至少一部分包括纤维素纤维。
22. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述纤维素纤维包括丝光处理木浆。
全文摘要
本发明提供了层状非织造结构，其包括水可渗透的纤维性锚定层和具有缠结在所述锚定层周围的纤维的纤维层，包括图案化和非图案化的结构。还提供了包括上述结构的个人护理产品以及所述结构的制备方法。
文档编号D04H5/00GK101522974SQ200780024523
公开日2009年9月2日 申请日期2007年5月16日 优先权日2006年6月29日
发明者H·恩古耶 申请人:麦克内尔-Ppc股份有限公司