用于垫子构件的双组分纤维的制作方法

本发明涉及用于垫子材料的多组分粘结剂纤维。此外，本发明涉及包含多组分粘结剂纤维和短纤维的垫子材料。

背景技术：

1、在本领域中，柔性和半柔性聚氨酯泡沫已经发现广泛用作软垫家具的垫子材料，例如在椅子和沙发的座位和背部中。垫子材料的重要特征是其被压缩并分布表面压力，并且在移除负载之后，另外在重复压缩和减压之后恢复的能力。然而，考虑到在生产聚氨酯时使用异氰酸酯，以及在聚氨酯燃烧时形成异氰酸酯和/或氰化氢，期望替代的垫子材料。此外，聚氨酯泡沫不适合回收。因此期望可持续的替代品。

2、用于高膨松交叉搭接的非织造物(通常称为填塞物或棉絮)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和共聚pet的共混物为可回收的并且燃烧时不产生有害化学品，但它们通常无法提供替代聚氨酯泡沫的足够性能。为了进一步改善机械特性，已经使用了除pet和共聚pet之外的其他聚酯，例如pbt和ptt，包括其共聚物。

3、这引起了基于聚酯的垫子材料的发展。在wo 2018/099962中，公开了通过将包含热活化粘结剂的纤维坯料模制成三维纤维块制品来提供的模制垫子构件。模制的垫子构件通常为基于聚酯的。模制的垫子构件通常为弹性模制的三维纤维块制品。这样的弹性三维纤维块制品作为家具应用中的舒适填充物，例如作为沙发和椅子的座位和/或靠背中的垫子构件是有用的。

4、用于垫子构件的另一基于聚酯的材料由帝人(teijin)提供。该材料作为出售。基于聚酯的垫子材料通常是安全的，因为其在燃烧时形成非常少量的有毒气体并且火行为变得不那么危险。

5、包括3维非织造物结构，以及其有助于在交叉纤维之间的交叉点处保持稳定的固定。据称具有良好的在纤维结构的交叉点处的稳定性，这改善了基本性能，例如透气性、弹性和耐久性。此外，与聚氨酯相反，即使燃烧，也几乎不会形成有毒气体。因此，据报道，其对全球环境、工业和生活做出了重大贡献。根据帝人，的特性与使稳定的交叉点保持结构的形式的特殊的双组分粘结剂纤维相关。据称这种结构在负载时保持适当的硬度。用于的双组分粘结剂纤维的特性至少部分地与其偏心截面相关(参见wo 97/23670和本文图1)。如尤其可以从us 5,183,708中看出的，用于的双组分粘结剂纤维的一般组成早在1991年就已经知道，其涉及包含用作其中散布有具有弹性共轭纤维的热粘合点的基体的非弹性、卷曲的聚酯短纤维的新缓冲结构。据称，该缓冲结构具有改善的冲击弹性、压缩耐久性和压缩恢复性并且没有触底的压痕。然而，为了实现这个，垫子构件必须具有高密度。此外，需要相对大比例的粘结剂纤维。尽管如此，已经发现垫子材料易于遭受触底的压痕，尤其在长期使用之后。

6、因此，本领域需要提供改善的垫子材料。特别地，受关注的是改善由垫子材料提供的压力分布以避免触底的压痕。此外，由于所使用的相对更昂贵的共聚物，为了保持成本降低，另外受关注的是能够减少所需材料的量以提供期望的缓冲效果。

技术实现思路

1、因此，根据第一方面，提供了多组分粘结剂纤维。多组分粘结剂纤维包含至少第一组分(例如芯组分)和第二组分(例如鞘组分)。在粘结剂纤维中，第二组分充当粘结组分，通常作为热活化粘结组分。各组分可以在多组分粘结剂纤维中以不同的方式布置，例如并排或以芯-鞘的方式。如果以芯-鞘的方式布置，则可以将第一组分布置为芯组分，以及将第二组分布置为鞘组分。此外，在这样的实施方案中，鞘和芯可以同心布置，纤维的截面通常为圆柱形的。或者，在这样的实施方案中，鞘和芯可以偏心布置，纤维的截面通常为圆柱形的。

2、多组分纤维的第一组分包含第一热塑性聚合物。第一热塑性聚合物的熔点为至少200℃。类似地，多组分纤维的第二组分包含第二热塑性聚合物。第二热塑性聚合物的熔点低于第一热塑性聚合物的熔点。第二热塑性聚合物的熔点可以比第一热塑性聚合物的熔点低至少20℃，例如至少30℃。

3、第二热塑性聚合物为呈共聚聚酯聚醚形式的嵌段共聚物。嵌段共聚物包含第一聚酯嵌段和第二脂族聚醚嵌段。嵌段共聚物的第一嵌段(为聚酯嵌段)包含第一亚烷基二醇的残基、对苯二甲酸(苯-1,4-二羧酸)的残基、和间苯二甲酸(苯-1,3-二羧酸)的残基。第一聚酯嵌段中的对苯二甲酸的残基与间苯二甲酸的残基的摩尔比为2:1至4:1。嵌段共聚物的第二嵌段(为脂族聚醚嵌段)包含第二亚烷基二醇的残基。

4、聚酯的第一亚烷基二醇的残基与脂族聚醚的第二亚烷基二醇的残基的摩尔比为至少1:1，例如1:1至3:1、或1.5:1至2.5:1。鉴于第一嵌段可以被认为代表硬链段，第二嵌段可以被认为代表软链段。硬链段与软链段之间的比率将影响聚合物的特性。此外，硬链段内的异构体比率，即对苯二甲酸的残基与间苯二甲酸的残基的摩尔比可以视为影响硬链段的硬度。因此，嵌段共聚物的总体特性以复杂的方式由各种因素产生。

5、如果第一嵌段为聚(对苯二甲酸丁二醇酯-共聚-间苯二甲酸酯)以及第二嵌段为聚(四亚甲基醚)二醇，则嵌段共聚聚酯聚醚可以具有以下一般结构式。半芳族聚酯的第一亚烷基二醇的残基(以下结构式中的亚丁基-(ch2)4-)与脂族聚醚的第二亚烷基二醇的残基(以下结构式中的亚丁基-(ch2)4-)的摩尔比由表示各个嵌段中的重复单元的数目的数字“m”和“n”的比率给出，即该比率对应于m:n。由于“m”和“n”表示重复单元的平均数，因此它们通常不为整数，然而它们固有地在独立的、给定的分子中为整数。由于各亚丁基基团的化学位移将不同(酯相对于醚)，因此可以通过1h nmr(质子核磁共振)来确定比率m:n。

6、

7、在本发明的多组分粘结剂纤维中，聚酯的第一亚烷基二醇的残基与脂族聚醚的第二亚烷基二醇的残基的摩尔比为至少1:1，例如1:1至3:1、或1.5:1至2.5:1。相比之下，在的双组分纤维中，相应的比率为约1:2，即远小于1:1。此外，本发明的第一聚酯嵌段中的对苯二甲酸的残基与间苯二甲酸的残基的摩尔比为2:1至4:1；优选低于3:1，例如低于2.7:1。因此，所述摩尔比可以为2:1至小于3:1，例如2:1至小于2.7:1。以下分别提供了对苯二甲酸的残基和间苯二甲酸的残基的结构式。

8、

9、此外，本多组分粘结剂纤维的第二组分(充当粘结组分)的熔点略高于(约10摄氏度)本领域中典型双组分粘结剂纤维相应的第二组分的熔点。本多组分粘结剂纤维的第二组分的熔点可以在155℃至175℃的范围内，例如在160℃至170℃的范围内。

10、出乎意料地发现，当这样的多组分粘结剂纤维与短纤维一起使用以提供热粘合非织造物时，热粘合非织造物具有改善的压力分布，在长期使用之后也是如此。改善的压力分布将减轻或甚至消除触底的压痕。此外，至少根据一些实施方案，可以需要较少的材料以提供就而言相当或改善的特性。对于垫子构件，热粘合非织造物分配压力、从而影响所产生的最大压力的能力是期望的特性，以便避免在特定的、有限的区域处过高的压力(参见图6和图11)。这通常被称为触底。在不受任何理论约束的情况下，认为改善的特性由本多组分粘结剂纤维的组成引起。可以通过增加非织造物的表面重量(即使用更多的纤维)和/或增加非织造物中粘结剂纤维的量来改善的特性。然而，这也将增加成本。

11、第一热塑性聚合物可以为聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚(对苯二甲酸丙二醇酯)(ptt)、或聚呋喃二甲酸乙二醇酯(polyethylenefuranoate，pef)。根据一个实施方案，第一热塑性聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)。

12、第二热塑性聚合物为共聚聚酯聚醚。根据一个实施方案，第一嵌段中的聚酯为聚(对苯二甲酸丁二醇酯-共聚-间苯二甲酸酯)。此外，第二嵌段中的脂族聚醚可以为聚(四亚甲基醚)二醇(也称为聚四氢呋喃或聚(四亚甲基氧化物))。优选地，第一嵌段中的聚酯为聚(对苯二甲酸丁二醇酯-共聚-间苯二甲酸酯)以及第二嵌段中的脂族聚醚为聚(四亚甲基醚)二醇。因此，根据一个优选实施方案，第一嵌段中的聚酯为聚(对苯二甲酸丁二醇酯-共聚-间苯二甲酸酯)以及第二嵌段中的第二脂族聚醚为聚(四亚甲基醚)二醇。在这样的实施方案中，亚丁基(参见聚(对苯二甲酸丁二醇酯-共聚-间苯二甲酸酯))与四亚甲基(参见聚(四亚甲基醚)二醇)的摩尔比可以为1:1至3:1，例如1.5:1至2.5:1。

13、根据一个实施方案为双组分粘结剂纤维的多组分粘结剂纤维包含至少第一组分和第二组分。各组分可以沿多组分粘结剂纤维的纵向延伸以不同方式布置。根据一个实施方案，粘结剂纤维为鞘-芯粘结剂纤维。在这样的鞘-芯粘结剂纤维中，第一组分存在于芯中以及第二组分存在于鞘中。此外，所述纤维可以具有不同种类的截面。本多组分粘结剂纤维的截面优选为圆形的。在具有圆形截面的多组分粘结剂纤维中，第一组分和第二组分可以同心布置。

14、根据一个实施方案，第一组分和第二组分被同心布置成提供自卷曲纤维。因此多组分粘结剂纤维可以为自卷曲的。在这样的纤维中，第一组分和第二组分可以并排布置。然而，可以优选使用同心鞘-芯布置以使粘结效力最大化。在这样的鞘-芯粘结剂纤维中，第一组分存在于芯中以及第二组分存在于鞘中。自卷曲粘结剂纤维的使用可以促进梳理和与共轭或卷曲的短纤维的共混。

15、根据一个实施方案，本多组分粘结剂纤维的截面为多叶形，例如三叶形。在具有三叶形截面的多组分粘结剂纤维中，第一组分和第二组分通常被同心布置成提供自卷曲纤维。在这样的粘结剂纤维中，第二组分可以存在于至少一个叶的尖端，但不存在于全部叶的尖端。

16、多组分粘结剂纤维中的第一组分与第二组分的比率通常以体积比给出，因为在挤压组分以提供多组分粘结剂纤维时的进料比通常决定该比率。此外，多组分粘结剂纤维中的第一组分与第二组分的体积比可以在1:2至8:1的范围内，例如1:1至5:1。尤其是从成本的角度来看，第二组分为次要组分时，这是优选的，因为第二组分通常更昂贵。此外，作为主要组分的第一组分将改善多组分粘结剂纤维的机械特性。然而，为了提供有效的粘结，第二组分应该以足够的量存在。

17、如已经提及的，第一热塑性聚合物的熔点为至少200℃。该第一热塑性聚合物在加热时也提供具有结构完整性的纤维。充当粘结组分的第二组分具有较低的熔点并因此在不使第一组分熔化的情况下可以被活化，例如熔化。第二热塑性聚合物的熔点可以在155℃至175℃的范围内，例如在160℃至170℃的范围内。在室温下，第二组分也有助于多组分粘结剂纤维的结构完整性和机械特性。第二热塑性聚合物可以具有至少80mpa的弯曲模量和/或至少80mpa的拉伸模量。

18、多组分粘结剂纤维的线密度可以为1分特至10分特，例如2分特至8分特。此外，多组分粘结剂纤维可以为10mm至100mm长，例如为25mm至80mm长。多组分粘结剂纤维可以具备有纺丝油剂以改善其加工和/或纤维的特性。

19、尽管本领域的多组分粘结剂纤维通常是卷曲的，其是机械地和/或通过自卷曲，但发现本多组分粘结剂纤维可以有效地与共轭或卷曲的短纤维共混(参见图4b)，在提供非织造物时充当基体纤维，而无需使多组分粘结剂纤维卷曲。当可以省去使多组分粘结剂纤维卷曲的需要时，由于除去了生产中考虑的一个变量，因此更容易生产具有一致特性的本多组分粘结剂纤维。根据一个实施方案，根据astm d 3937-01(制备选项9.2.1)，多组分粘结剂纤维具有比8个卷曲/25mm更低的卷曲频率，优选小于5个卷曲/25mm，更优选小于3个卷曲/25mm，和/或低于20％的卷曲度。粘结剂纤维可以为未卷曲的，即基本上没有卷曲。相比之下，elk中的粘结剂纤维(参见图2)为卷曲的。根据一个替代实施方案，多组分粘结剂纤维为卷曲的，例如机械卷曲的。多组分粘结剂纤维可以另外或交替地为自卷曲的。虽然不必要，但是卷曲可以促进梳理和与共轭或卷曲的短纤维的共混。因此，根据astm d 3937-01(制备选项9.2.1)，本多组分粘结剂纤维的卷曲频率可以为1个卷曲/25mm至8个卷曲/25mm。

20、根据另一方面，提供了包含与短纤维混合的本多组分粘结剂纤维的非织造物。该非织造物为热粘合非织造物，其通过活化即加热使多组分粘结剂纤维粘合，以提供3维非织造物结构。

21、要与多组分粘结剂纤维混合的短纤维通常具有以下特性：

22、-长度为25mm至100mm，例如38mm至75mm、或50mm至64mm；和/或

23、-线密度为1分特至20分特，例如4分特至16分特、或6分特至12分特；和/或

24、-为卷曲纤维或共轭纤维；和/或

25、-实心或中空截面，优选中空截面(通常截面的10％至25％为中空)；和/或

26、-为聚酯纤维，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚(对苯二甲酸丙二醇酯)(ptt)、或聚呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)的纤维；优选地聚酯纤维为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)的纤维。

27、根据一个实施方案，短纤维为聚酯纤维，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)纤维或聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)纤维。这样的短纤维可以为38mm至75mm长，例如50mm至64mm长，以及具有4分特至16分特，例如6分特至12分特的线密度。此外，所述短纤维为卷曲或共轭的；优选它们为共轭的。卷曲是较便宜的，但共轭通常提供更好的填充力和弹性特性。此外，如果聚酯纤维具有中空截面，则其是优选的。

28、在热粘合非织造物中，短纤维和多组分粘结剂纤维可以以不同的比例存在。在非织造物中，短纤维与多组分粘结剂纤维之间的比率通常以重量比给出。因此短纤维与多组分粘结剂纤维之间的重量比可以在8:1至1:2范围内。然而，多组分粘结剂纤维通常不是热粘合非织造物中的主要组分。短纤维与多组分粘结剂纤维之间的重量比可以在如4:1至1:1的范围内。

29、如技术人员所认识到的，通常通过使纤维混合并随后将混合的纤维梳理成网并随后将纤维粘合来提供包含短纤维和粘结剂纤维的非织造物。除了将纤维布置成网之外，所述梳理还用于至少部分地将纤维在给定方向上布置在网内。因此，纤维可以在网的纵向延伸上布置。此外，在将网粘合之前，可以将其进一步结构化，例如交叉搭接或竖直搭接，以尤其增加非织造物的厚度。

30、然而，搭接也可能影响所得非织造物的其他特性。根据一个实施方案，本热粘合非织造物为竖直搭接的。竖直搭接的非织造物可以例如通过由澳大利亚hallam v-lap ptyltd提供的用于竖直搭接的非织造物的机器来生产。由v-lap pty ltd提供的技术代表优选的技术。竖直搭接的非织造物的替代技术由尤其struto international inc.,huntley,il,usa、中国观澜雅康宁科技纤维(深圳)有限公司(aconic high tech fiber(shenzhen)co.ltd.guan lan,china)、和中国台湾桃园市shinih enterprise co.ltd提供。此外，r.h.gong自2015年在由陈晓钢主编的“advances in 3d textiles”的第8章“developmentsin 3d nonwovens”第183页至第205页中描述了各种搭接技术。在竖直搭接的非织造物中，纤维基本上垂直于非织造物的纵向延伸布置，从而改善缓冲特性。

31、根据另一方面，提供包含热粘合非织造物的垫子构件。在包含热粘合非织造物的垫子构件中，非织造物可以至少部分地被织物覆盖。竖直搭接的热粘合非织造物在垫子构件中特别有用。由于竖直搭接的非织造物中的纤维基本上垂直于非织造物的纵向延伸布置，因此改善垫子构件的舒适性。此外，改善垫子构件的刚度。以这种方式布置纤维意味着垫子构件所经受的主要负载可以基本上与纤维的纵向延伸平行。因此，对于交叉搭接的非织造物，每根纤维可以充当经受屈曲且不经受弯曲的弹簧，并因此改善弹性和刚度。下文示出了不同垫子构件的实例。

32、在不受任何理论约束的情况下，交叉搭接的非织造物的压缩行为可以被视为至少部分地基于一般的梁弯曲理论(遵循弹性线的积分方程)并且其也适用于vlap材料，尽管vlap材料比交叉搭接的非织造物更硬。此外，如果vlap的纤维将为基本上直的(即不卷曲或共轭，或者具有相对低程度的卷曲或共轭)并且在vlap中垂直取向，则在压缩曲线的开始时初始形变遵循欧拉(eulers)屈曲理论，直到直的纤维在压缩下已经弯曲到每根纤维的弯曲变成事实的水平。因此，与具有卷曲或共轭纤维的vlap的压缩曲线相比，具有基本上直的粘结纤维的vlap的压缩曲线可能类似于pu-泡沫压缩曲线(这样的pu-泡沫压缩曲线为垫子材料的期望特性)，其中pu-泡沫压缩曲线最初典型地显示相当高的刚度，随后出现“平台”然后在压缩曲线(图7和图12)的最后刚度再次快速增加。

33、本垫子构件在其中其将暴露于对垫子构件施加压力的人体的各种应用中有用。实例包括家具、服装、内衣、睡袋等。垫子构件在人体将经常和反复直接或间接地接触垫子构件，从而引起垫子构件的疲劳暴露的应用中具有特定的优点。因此，该垫子构件特别适合用于坐用家具、扶手、床垫和旨在放置、就坐和/或休息等的其他家具。根据一个实施方案，垫子构件为家具垫子构件。特别地，家具垫子构件可以为人体可以在其上休息的家具垫子构件，例如，为疲劳暴露的家具垫子构件的垫子构件。因此，垫子构件可以用于软垫家具或其部件中，例如用于椅垫、扶手、软垫椅子(座位和/或背部)、或床垫。垫子构件还可以用于其他类型的软垫家具，例如沙发、沙发床、坐卧两用长椅、床的床头板和软垫床架。

34、尽管以上已经参照具体实施方案描述了本发明，但本发明不旨在限于本文陈述的具体形式。相反，本发明仅受所附权利要求的限制，并且除上述具体实施方案之外的其他实施方案等同地可能在这些所附权利要求的范围内。

35、在权利要求中，术语“包含(comprises)/包含(comprising)”不排除存在其他要素或步骤。另外，尽管各个特征可以包含在不同的权利要求中，但这些可以可能有利地进行组合，并且包含在不同的权利要求中并不意味着特征的组合是不可行和/或不利的。

36、此外，单数引用不排除复数。术语“一个”、“一种”、“第一”、“第二”等不排除复数。