生产类似的非织造绝热弹力织物和方法

专利名称:生产类似的非织造绝热弹力织物和方法
本发明是关于一种非织造纤维网，一般称作“织物”，可以拉伸，特别是可用作运动服，例如滑雪服和摩托雪撬服以及户外工作服的绝热材料。这种纤维包含可热粘合的，可热卷曲的双组分人造纤维，具有低的拉伸性能，穿着时特别轻便舒适。本发明也是关于该织物的生产方法。
现有技术中已知由可热粘合的双组分纤维组成的非织造绝热织物。例如，在美国专利4，189，338，美国专利4，068，036，美国专利3，589，956和英国专利申请书号2，096，048中叙述了这样的纤维。但这些织物拉伸强度不够，因为在纤维中纤维的各粘合点之间没有足够的弹性。实际上，要有意识地避免这种弹性，因为在热粘合过程中要求生产这种织物所使用的纤维具有极小的潜在卷曲，以达到所希望的低密度和/或良好的均匀性。用以下方法达到减小纤维的潜在卷曲，即用纤维的拉伸(美国专利4，189，338)，用纤维的热处理(美国专利3，589，956)，在形成非织造织物前通过卷曲展现(美国专利4，068，036)，和纤维的热调节(英国专利申请号2，096，048)。
具有拉伸性能的非织造绝热织物也是已知的。日本生产一种称为“Viwarm”的非织造绝热拉伸材料。这种材料是喷洒粘合的，轻度针刺结合的，一个旦和三个旦的单组分聚酯纤维混合的非织造织物，三个旦的纤维具有足够的卷曲以提供拉伸性。然而，作为最终用途，该产品不希望具有高的拉伸性能，特别希望轻便舒适，而不希望高的绝热性与低密度的结合作为最佳性能。当重量作为主要的考虑因素时，象滑雪服，摩托雪撬服和外套这样的绝热制品中，相当密实的重的产品常常是不能令人满意的。
虽然非织造产品具有低密度，高绝热性和低强力舒适弹力，即在低作用力下纤维容易拉伸，作用力除去后，大致恢复到原来的尺寸，这是所希望的，但本发明之前，没有这样的产品。
所以，本发明的一个目的是提供一种具有优良的绝热值，低密度和低强力舒适弹力，适合于用在衣服里的非织造弹力织物。
本发明的另一目的是提供一种包含可热粘合的、可热卷曲的双组分人造纤维的非织造弹力织物。
本发明的还有一个目的是提供一种厚度、重量和密度大致均匀的非织造纤维。
本发明的进一步的一个目的是提供一种生产具有优良的绝热值、低密度和低强力舒适弹力，高度均匀的弹力织物的方法。
本发明提供一种大致均匀的弹力织物，包含一种在接触点由纤维熔融粘合在一起的和在纤维网内适度热卷曲双组分纤维的非织造织物。这种织物具有优良的绝热性能，低密度和低强力舒适弹力，厚度、重量和密度均匀。用并列型或高度偏心皮/芯型双组分纤维能达到所要求的热卷曲，纤维表面的一部分由熔点低于第二个组分的第一个组分组成，就能进行热粘合。
本发明也提供一种本发明的弹力织物的生产方法，包括生成可热粘合的、可热卷曲的双组分纤维的纤维网，这种纤维实际上没有约束，允许卷曲展现，然后给纤维层加热的气体，连续通入织物顶部并间歇通入织物底部，使纤维卷曲并粘合。
图1是用于本发明织物中的并列型双组分纤维的横截面图;
图2是用于本发明织物中的高度偏心的双组分纤维的横截面图;
图3是本发明的部分片状产物放大了的截面图;
图4是用于制备本发明织物的设备草图;
图5是部分未粘合纤维织物的横截面图，取本发明中图4的5-5剖面;和图6是图4中6-6剖面的本发明部分织物的横截面图。
生产本发明的织物所用的双组分纤维必须是可热粘合和可热卷曲的。可热卷曲的双组分纤维，即，通过热处理具有潜卷曲可展性的双组分纤维，可以是并列型复合纤维11，例如图1所示，或者是高度偏心的皮芯型复合纤维12，例如图2所示。虽然这样的纤维通常是园形的，但可能会有别的横截面形状，例如椭园形，三叶形，或甚至矩形，可从原纤化薄膜得到。这里所使用的“双组分纤维”这个词的意思包括多组分纤维，即这些纤维有两个或更多个组分。纤维的各个组分必须具有满足各种不同的热应力的变化，当双组分纤维进行热处理时，纤维产生三维盘挠。例如组分可以是一个较低的熔融温度的组分和一个较高的熔融温度的组分。
这种纤维较好的平均卷曲数从大约10卷曲/cm到约100卷曲/cm，当单个组分热处理时更好的是从20到50卷曲/cm。例如加热到纤维的低熔点组分的熔点以上约3℃到10℃的温度，纤维处于无约束状态。沿纤维的长度方向，形成的卷曲可以是不均匀的，具有三维盘挠型，较好的盘挠直径范围为纤维直径的4-20倍或更大。
用于本发明的纤维也必须是可热卷曲的。至少纤维的一部分外表面包含熔点低于第二个组分14的第一个组分13。含有低熔点组分13的外表面部分越大，在热处理过程中纤维之间粘合的潜力就越大。如图1所示，较好的是纤维的外表面至少含有50%的较低熔点组分13。更好的是较低熔点组分13完全包住熔点较高的组分14，如图2所示的高度偏心皮/芯型纤维。熔点较低的组分13的聚合物熔融温度至少应比第二个组分14的聚合物熔融温度低10℃，较好的是低20℃，更好的是低30℃或更多，使在热卷曲和热粘合过程中容易处理。组分之间聚合物熔融温度之差越大，可允许使用较宽的处理温度范围。
双组分纤维中较低熔点的组分可从热塑性可粘合的聚合物中选择，例如聚烯烃，聚酰胺和共聚多酰胺，聚酯和共聚多酯，丙烯酸类等等。双组分纤维中较高熔点的组分可从形成聚合物的纤维中选择，例如聚烯烃，聚酰胺，聚酯，丙烯酸类等等。选择纤维组分，这样使在尺寸方面的热诱导变化达到予先规定的卷曲并满足聚合物熔融温度的差别。用于本发明的极好的双组分纤维是聚乙烯纤维作为低熔点组分13和聚丙烯纤维作为高熔点组分14，横截面图如图2所示。这种纤维可从日本(Chisso)公司得到。
窒素双组分纤维也可以与普通人造纤维、微纤维或其他双组分纤维混纺。然而可热卷曲的、可热粘合的双组分纤维必须有足够的量，以达到必需的热粘合和所期望的拉伸性能。一般可热粘合的、可热卷曲的双组分纤维至少应含有该织物的50%重量，较好的应至少含有75%重量，以达到所期望的粘合和拉伸。该织物可含有100%的双组分纤维。
通常，用于本发明的织物的双组分纤维纤度(旦)范围宽，例如，至少从0.5到50旦。当该组物用于服装时，织物的性质如柔软性和挺括性是所要求的，纤度较细的纤维，例如0.5到5旦的纤维一般来说是较好的。
用于本发明的织物的纤维可以是人造纤维、连续的单丝或纤维束。较好的是人造纤维，更好的纤维长度是1.5到5厘米。通常从需要使用人造纤维的梳理纤维网或气流铺置纤维网生产该非织造织物。而且，在这样的纤维网里人造纤维的约束较小，在热处理过程中产生潜在卷曲的潜力较大。
本发明的织物厚度一般为约0.4到2.0厘米，决定于最终使用的要求，例如绝热的需要程度。在需要高度绝热的地方，织物可以厚一些。该织物厚度测定如下向10.2cm×15.2cm的模具切割样品施加413.6巴的压力30秒钟，除去压力恢复30秒钟，施加87.1巴的压力30秒钟，除去压力恢复30秒钟，然后施加14.5巴压力30秒钟，并在这样的压力下测定厚度。
织物重量范围一般在约40到300g/m2。
通常要求该织物的堆积密度保持相当低，以便在保持织物重量轻时能提供高的绝热性能。对大多数服装应用，织物密度范围从约0.005到0.025g/cm3较好。
本发明的织物具有低强力舒适弹力，使纤维伸长50%所需要的力小于约900g，更好的是约350g到800g。该拉伸力测量如下将10.2cm×15.2cm的模具切割样品装在试验仪的3.8cm宽的夹板上，例如“英斯特朗”拉力试验器，隔开12.7厘米，使受力到长度为19.1cm(50%伸长)，总计进行10次。伸长速率为每分钟50.8cm。测量并记录每次拉伸所需要的力和增加的样品长度。并记录放置24小时以后样品的长度。
本发明织物的绝热性，较好的至少为约7Km2/瓦/cm，更好的至少为8Km2/瓦/cm。织物重量是考虑的重要因素，例如，服装，每单位织物重量的绝热性，较好的至少为0.04Km2/瓦/g/m2。为了测定绝热性，用ASTM D1518-64中叙述的方法，在防护热板上试验样品，试验中对样品施加14.5巴的力。
生产本发明的非织造绝热弹力织物的较好的方法包括形成可热粘合的、可热卷曲的双组分纤维的纤维网，然后给纤维网加热的气体，不断通向织物的顶部并间隙通向织物的底部，使织物卷曲和粘合。此过程可使用圈4所示的装置进行。
纤维织物31可用任何已知方法形成，例如，通过使用装置如“兰多成网机”，梳理、气流成网或丝束铺层。人造纤维或连续单丝纤维可形成纤维网。然后，纤维网31送入烘箱32，通过多孔传输器33传送，必须有足够的孔使热气流通过。有用的传输器是电镀的窗筛网。纤维网应以足够高的超喂送入烘箱32，在卷曲展现中使纤维在纤维网内盘挠。一般说来超喂范围可在30%到100%，较好的为约50%。
纤维织物31通过予热烘箱，直接来自顶部压力通风系统34和底部压力通风系统35和36的热空气加到织物上。顶部压力通风系统的下表面和传输器33之间的距离决定于这个高度，即由来自底部压力通风系统的热空气和直接来自顶部压力通风系统的空气压力使纤维起绒。应提供足够的间隙，以便用传输器传送纤维织物不受阻碍，不碰到顶部通风系统。然而，顶部压力通风系统应与纤维织物靠得足够近，以提供足量的热空气，使纤维卷曲展现和热粘合。直接来自顶部压力通风系统34和底部通风系统35和36的热空气的温度应高于双组分纤维的低熔点组分的熔融温度，并低于纤维的高熔点组分的熔融温度。整个烘箱32的温度可以相同。
然后纤维网通过烘箱部分，只由顶部通风系统34提供热空气。然后，纤维网受到顶通风系统34和底通风系统37两者提供的热空气。由底通风系统37提供的热空气的力量足以使纤维织物31从传输器上升起来，结果使纤维网不受约束，可以使纤维固有的潜在卷曲自由展开。这时纤维的低熔融组分软化，使纤维之间粘合。纤维网再通过烘箱部分，由传输器33传送，只受到顶通风系统34提供的热空气。然后，纤维织物又受到来自顶通风系统34和底通风系统38两者提供的热空气，底通风系统38提供的空气的力量又足以使织物从传输器38表面升起，结果是织物不受约束，可使纤维自由卷曲。
然后，纤维织物再通过烘箱部分，由传输器33传送，只受到上面通风系统34提供的热空气，然后再通过由顶通风系统34和底通风系统39两者提供的热空气部分，由底通风系统39提供的热空气的力足以使织物从传输器33表面升起。热空气只由顶通风系统提供，然后由顶部和底部通风系统两者提供，加热循环的次数决定于这些因素，例如传送速度，织物密度和厚度。然后，织物通过烘箱部分42，用传输器33传送，只由顶通风系统提供热空气，进一步使纤维粘合。
纤维网中的纤维，具有足够的卷曲展开和低熔融组分足以软化，使其粘合，然后将织物传送通过冷却部分40，纤维间的粘合展开。将热粘合的、热卷曲的纤维冷却弹力织物41盘挠到贮藏辊上。
热处理前，双组分纤维52的未粘合纤维网51示于图5。热处理后的纤维织物示于图6，热卷曲的、热粘合的双组分纤维62的已粘合的纤维织物61厚度明显增加。在热处理过程中，织物的厚度可能大于两倍厚。图3是图6所示的部分已粘合织物的放大图，可清楚地看到织物21的纤维22之间的粘合接点23。
可以认为，在热处理中产生的织物中纤维的热卷曲和热粘合的结合，有助于生产所希望的拉伸性的织物。一般，卷曲展开的量和纤维间粘合的程度两者随热处理温度的增加而增加，温度在低熔点组分的熔点以上。如果热处理温度太低，将产生不足够的卷曲和粘合。如果热处理温度太高，将产生过度热粘合和热卷曲，导致需要一个相当大的力来拉伸织物。一般，所指示的处理温度在低熔点组分的熔点以上约3℃到10℃，4℃到6℃更好，将产生所希望的均衡的拉伸性能，可用于服装。
可进一步认为，使用当纤维织物间隙地受来自织物下面的热空气的作用而产生的交替约束和不约束的条件，可得到本发明的优良的均匀的织物。纤维织物在传输器上收缩受到限制。当纤维织物受来自下面的通风系统的空气流的力的作用，在传输器上升起时，实际上不受限制的。
在热处理之前或之后，也可进行织物的交叉铺网。在热处理之前，纤维织物交叉铺网可增加织物的厚度和/或宽度，并为纤维织物提供斜线结构。已经发现在用梳理形成纤维网的场合是特别有用的。至于非交叉铺网的纤维网用同样的方法进行热处理。纤维织物也可以在热处理之后进行交叉铺网，以增加厚度和/或宽度，并为织物提供斜线结构。交叉铺网之后，纤维网进行热处理，使交叉铺网层粘合在一起。通常，在第二次热处理过程中，纤维织物几乎不产生热收缩，因为交叉铺网织物一般是在传输器上受制约的条件下进行的。交叉铺网层粘合温度应高到足以进行粘合，但实际上不那么高以免影响织物的拉伸性能。
下面的例子将进一步说明本发明实施例1可由每根单丝纤度1.5旦并用普通方法切成38mm长的开口式双组分聚乙烯/聚丙烯纤维(“Chisso”Es纤维，可从日本窒素(Chisso)公司得到)形成空气铺置纤维网。该纤维网用木质板条传送装置以每分钟370厘米的速度送入烘箱，与图4所示的装置相似，烘箱里有一镀锌的窗式筛网烘箱传送装置，其速度为每分钟240厘米。纤维网在筛网传送带上形成正弦形状，并送入指示温度为138.9℃的空气热烘箱。空气直接从上面的顶通风系统和下面的底通风室35和36吹到纤维网上。烘箱底部和顶部的空气压力通风室由有径为0.318cm园孔的薄平钢片构成，因孔以1.25cm为中心间隔交错排列。在烘箱里传送了约66cm以后，受纤维网下面的由通风室37提供的热空气的作用，纤维网慢慢上升到筛网之上约5到8cm的高处。传送约23cm以后，来自下面的空气的作用力减小，纤维网回到传送带上传送约13cm。此过程重复两次以上，受通风室38和39提供的热空气的影响，纤维网上升，当传送带通过烘箱移动时。随后，纤维网通过烘箱的筛网传送约280cm，然后从烘箱里露出来。纤维网在筛网上保持约100cm的距离，使其冷却。然后从筛网上移去生成的纤维，并用很小的拉力盘挠到卷取辊上。热粘合的纤维其宽度、厚度和密度极其均匀，基础重量、厚度和堆积密度增加，可用下列数据(表1)说明。
表1未粘合的纤维层 平均值 标准偏差 变差系数%重量(g/m2) 26.9 0.52 1.9厚度(cm) 0.42 0.01 2.5堆积密度(g/cm3) 0.0065 0.00017 2.6热粘合的纤维重量(g/m2) 77.8 2.55 3.3厚度(cm) 0.67 0.015 2.2堆积密度(g/cm3) 0.0116 0.0003 2.9实施例2-10例2到10用特殊的工艺条件用如下方法进行处理，纤维成分和织物重量详见下表2。使用的双组分纤维是“窒素ES”纤维，长38cm，纤度在表2中列出，使用的聚酯纤维是1.75旦，38mm长的人造短纤维。
用普通空气铺置法，由表2列出的纤维成分形成的气流铺置纤维网，以每分钟450cm的速度，用木质板条传送系统传运到镀锌窗式筛网烘箱传送带上，其速度为每分钟300cm。在筛网传送带上形成正弦形的纤维网，并送至热空气烘箱中。每个样品的加热空气的指示温度和压力通风系统的压力列于表2。空气直接从上面和下面进入纤维网。传送约150cm距离后进入烘箱，纤维网受下面的空气的力的作用，慢慢升高到筛网之上约7.5到10cm的高度。传送约25cm以后，空气的作用力减小，纤维网回到传送带上约7.5厘米的距离;随后，纤维网下面的空气作用力增加，纤维网慢慢上升到传送带之上约2.5到5cm的高处，传送约20cm;空气作用力又减小，纤维网回到传送带上，传送约12cm，空气作用力又增加，纤维网慢慢上升到传送带之上一合适的高度，传送约20cm;再次回到传送带上，通过烘箱传送约280cm，然后从烘箱里出来。纤维网在传送筛上保持约100cm的距离，使其冷却。然后从筛网上移去，并用很小的拉力和压力盘挠到纸辊上。
这些例子说明改变输入的未粘合织物的性质和工艺条件的影响。生成的织物的性质列于表3。
这些例子说明了本发明的织物的优良的绝热性能和拉伸性能。在例2、3和4中，类似的未粘合织物通过烘箱，每个样品的通风压力相同，但处理温度不同。生成的织物的基础重量、厚度、拉伸所需的力和热阻随处理温度的增加而增加，如表3的数据所示。例5和例6说明在不同的处理温度下，使用基础重量较大的未粘合织物的影响，例5和例6的未粘合织物的基础重量比例2、3和4中的大。烘箱温度越高，就越需要更大的力来拉伸。例7和例8说明普通聚酯人造短纤维与双组分纤维相结合的效果。虽然织物在通过烘箱处理过程中，基础重量和堆积密度不增加，与只用双组分纤维时一样大，但可看到厚度增加了，粘合的织物具有优良的绝热性质和低拉伸力。例9说明使用纤度较细双组分纤维形成纤维网的效果。虽然使用低的烘箱温度和低的通风压力，但生成的织物需要较大的力拉伸，与在相同温度下使用较高的通风压力(例2)处理纤度较粗的相类似的未粘合织物相比较。例10进一步说明在粘合织物中较低的烘箱温度导致需要低的拉伸力。
权利要求
1.一种在接触点通过纤维的熔融粘合在一起的大致均匀的双组分纤维网的非织造织物，其特征在于至少有些纤维在此部位是热卷曲的，这样该织物可反复拉伸到超过原织物长度的至少50%。
2.权利要求
1的织物，所述的织物是热绝缘的。
3.权利要求
2的织物，织物的热绝缘性至少为约7K.m2/Watt/g/m2。
4.权利要求
1的织物，其双组分纤维组分是并列结构。
5.权利要求
1的织物，其双组分纤维组分是偏心皮/芯结构。
6.权利要求
1的织物，双组分纤维包括第一组分和第二组分，第一组分的熔点温度至少比第二组分的熔点温度大10℃，第二组分至少包含纤维的50%的外表面。
7.权利要求
6的织物，当无约束态的单纤维加热到纤维的低熔点组分的熔点以上大约3℃到10℃时，在热处理时双组分纤维能从约10卷曲/厘米发展到约100卷曲/厘米。
8.权利要求
1的织物，其厚度约为0.4到2.0cm。
9.权利要求
1的织物，其重量约为40到300g/m2。
10.权利要求
1的织物，其堆积密度约为0.005到0.025g/cm3。
11.权利要求
1的织物还包括单组分人造短纤维。
12.生产大致均匀的弹力织物的方法包括生成可热粘合的、可热卷曲的双组分纤维的纤维网，并给纤维网加热的气体，连续供给纤维网的上部，并间隙供给纤维网的下部，使纤维卷曲和粘合。
13.权利要求
12的方法，当热气体供给纤维网的上部和下部两者时，纤维网基本上处在完全无约束状态。
14.权利要求
12的方法，所述的双组分纤维包括第一组分和第二组分，第一组分的熔点至少比第二组分的熔点大10℃，第二组分至少包含纤维的50%的外表面。
15.权利要求
14的方法，当单纤维在无约束状态时，所述的双组分纤维能够从约10卷曲/cm发展到100卷曲/cm，所述的纤维用热气体处理，温度约高于纤维的较低熔点组分的熔点约3℃到10℃。
专利摘要
提供一种非织造弹力织物。该织物由在接触点通过纤维熔融粘合在一起的双组分纤维网进行生产的，并在纤维网里在此部位上热卷曲。该织物具有良好的均匀性和良好的热绝缘性，并给可热粘合的、可热卷曲的双组分纤维的纤维网通热的气体，连续供给纤维网的上部和间隙供给纤维网的下部而进行生产的。
文档编号D04H1/542GK85105423SQ85105423
公开日1987年1月14日 申请日期1985年7月10日
发明者卡利 申请人:明尼苏达矿产制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan