具有蓬松、有弹性以及高强度中至少一个特性的纺成织物的制作方法
【专利说明】
[0001] 交叉引用相关申请
[0002] 本申请要求美国临时专利申请号61/846152的优先权，名称为"自粘结、体积大、均 匀、弹力纺粘工艺和面料"，申请日2013年7月15日，以及美国临时专利申请号61/986465的 优先权，名称为"高伸缩纺粘织物"，申请日4月30日。这些临时专利申请的公开内容通过引 用整体并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及纤维的纺丝工艺以及非织造织物以形成织物和其他产品。
【背景技术】
[0004] 本文中所用的"纺成"工艺，是指一种或多种聚合物被熔融、挤出、空气骤冷、拉伸 (例如通过空气，导丝辊和/或任何其它类型的合适的设备）、并沉积为固化的纤维到合适的 沉积或支承表面(如多孔带)形成纤维的一个或多个非织造层(在此也称为"纺成织物"）。一 种类型的所谓的"封闭系统"纺成工艺的例子由美国专利号7179412描述，其公开内容通过 引用将其整体引入本文，其中挤出纤维的变细是在很大部分上由用于骤冷纤维的同样的空 气的加速产生。另外一个例子是由美国专利号6183684描述的所谓的"开放系统"，其公开内 容通过引用将其整体引入本文，其中挤出纤维的变细是在很大部分上由压缩空气吸气器产 生。在一个开放系统中，可能只有从单个喷丝头或者只从一个空气吸气器的一帘纤维，或者 在横向维度(CD)和/或纵向维度(MD)可能有多个喷丝头和若干空气吸气器。在这两系统中， 覆盖的宽度可达几米宽的纤维沉积到一个类似宽度的多孔带上。纤维的速度通常是多孔带 速度的几倍。此外，织物通常形成具有更多定位在多孔带行进维度（所谓的纵向维度或 "MD"），相对于垂直于多孔带行进的维度(所谓的横向维度或者"CD"）。
[0005] 通过常规的开放和封闭纺成系统形成的纤维的非织造织物不导致结实的织物。织 物强度通常由另一产生粘合织物的处理步骤赋予，导致所谓的"纺粘"工艺和纤维的纺粘织 物。在纺粘工艺中最常用的粘结技术是热粘接。在热粘接中，一个结实的织物是通过将织物 加热至足以使一些纤维或一些纤维的部分熔化形成在凝固的纤维间的结合而产生的。热粘 接包括压延粘合，以及通过空气粘合。热粘结包括压延粘合，以及通过空气粘合。在压延粘 合中，非织造织物在至少两个乳辊中进行处理，当将织物送入辊间压制时其中至少一个被 加热到温度足以使至少部分地一些纤维表面熔融。热粘接还包括所谓的通过空气粘合技 术，其中空气被充分加热并通过织物从而使至少一些纤维的表面部分熔化。其他已知的粘 合技术包括施加机械力到织物足以使纤维缠结或者连结从而形成结实的织物。该方法包括 针刺和水刺，这两者做出更加三维的非织造纺粘织物因为一些纤维造成表面突出。所有的 这些粘结技术需要昂贵的费用以及能量密集型附加机械。
[0006] 因为一些原因，理想的是使纤维的纺成织物具有足够的蓬松度和弹性(增加的厚 度或者在"Z"维度上增加）。针刺和水刺工艺能提供某种程度的蓬松度和弹性但是仅在一个 相对适度的量上。已经尝试通过多组分纤维（即在纤维横截面由多个离散的聚合物组分组 成的纤维，例如双组分纤维）的纺丝使纺粘织物更加蓬松和弹性，其中两种或更多的聚合组 组分具有不均匀应变或者不均匀收缩在热和/或机械处理后赋予纤维卷曲或弯曲。一个用 于制造多组分纤维的合适的处理装置的例子在美国专利5162074中进行了说明，其公开的 内容通过引用将其整体引入本文。诱导纤维的弯曲或者卷曲的该纤维的热或机械处理通常 是纤维编织物粘结发生后进行的。这种工艺仅在生产增强蓬松度和弹性的纺粘编织物中获 得适度的成功，在某种程度上因为在该过程中通常固有的弱或者受限的弯曲力（因为在粘 结编织物中的纤维移动受限且不具有弯曲的力量）。
[0007] 还期望制造在外观和物理性质上都更加均匀的织物。例如，已知的用于控制管理 大量卷入纺粘过程中的空气的技术，特别是在开放式系统。该空气管理是困难的，并且被证 明在制造更加均匀的纺粘织物方面明显受限。
[0008] 还期望制使用具有弹性的造纺粘织物，例如，在制造用于纺粘编织物的纤维中的 特殊弹性聚合物（如TPU和Kmyton_?)。然而，这种特殊弹性聚合物倾向于比正常的、常规 的纺粘聚合物更加昂贵。此外，弹性聚合物一般更难加工，因为如纤维的"粘性"以及低纺丝 速度（即，挤出的细丝到达喷丝头和下表面之间的速度)等问题通常需要处理这种聚合物。 利用这种聚合物形成得到的织物还具有某些缺陷，例如粘手、很难甚至不可能用染料染色。 利用这种特殊的弹性聚合物还导致形成的织物倾向于相对于CD，在MD中显示出相当多的拉 伸。
【发明内容】
[0009] -种连续的细丝纺成的织物包括织物内多个聚合物纤维，该织物具有第一厚度， 以及没有经过任何热或者机械粘合处理。织物的活化导致从在活化之前的第一厚度到活化 后的第二厚度的增量，其中第二厚度至少约是第一厚度的两倍，以及活化后织物密度相对 于活化前织物密度降低，织物被配置为在织物的纵向维度(MD)或者织物的横向维度(CD)中 的至少一个维度上经受从约10%至约350%的弹性伸长率，该织物具有从约50克力/cm 2至 约5000克力/cm2的抗拉强度。
[0010] 本发明的上述以及进一步的特征和有点将在考虑下列具体实施方案的详细描述 中变得显而易见。
[0011] 附图简单说明
[0012] 图1A-1E是显示出不同的多组分纤维的几何形状的横截面图。
[0013] 图2是根据本发明示例的实施例的用于形成纤维的纺成织物的纺成系统的示意 图。
[0014] 图3是多个根据本发明示例的实施例形成纺成织物的芯鞘型纤维的横截面的图 像。
[0015] 图4是多个根据本发明示例的实施例形成纺成织物的并排的纤维的横截面的图 像。
[0016] 图5是展示了根据本发明示例的实施例纺成织物(具有可选的热/机械粘结步骤） 通过沸水浴活化的图像。
[0017] 图6是展示了示例实施例中一个从根据本发明形成的活化的连续细丝纺粘纺成织 物产品中取出的样品的图像。
[0018] 相同的附图标记已被用于标识贯穿本公开内容的相同的组成。
【具体实施方式】
[0019] 如本文所述，连续细丝纺成织物形成，当形成纤维织物后活化时，实现了合适的蓬 松和蓬松有弹性和/或合适的延展性或弹性和/或合适的强度特性和/或一个适当的具有改 善织物均匀性的低密度和/或合适的阻隔性能，而不需要对纤维施加任何特定的机械和/或 热粘结处理（即不需要压延粘合、水刺、通过空气粘合、针刺、点粘合等等）。根据本发明形成 的连续细丝纺成织物的合适的阻隔性能包括，但是不限于，一个阻碍固体和/或液体转移的 阻隔、一个阻碍或者限制通过织物热能传递的阻隔、一个声音阻隔（阻碍或者限制通过织物 的声波传输）、一个机械能阻隔或减震器(妨碍或者限制通过织物的机械能转移)等。
[0020] 在实施例中，根据本发明形成的纺成连续细丝织物的活化包括织物内的纤维，其 机械粘结或者实现像彼此啮合的粘结作为活化处理的结果，其诱导织物蓬松有弹性和/或 弹性和/或高强度，其中相同效果的粘合基于使纤维和织物中其他纤维缠结实现。在某些实 施例中，纺成织物的活化导致织物蓬松弹性和/或蓬松性的增长、改善织物均匀性、增加织 物的延展性或弹性、增加织物MD和CD维度的拉伸强度、降低密度和增强织物阻隔性能中的 一项或多项。
[0021 ]术语"连续细丝纺成织物"，如本文所用，是指纺成织物包括纺成过程中形成的连 续细丝，其中当织物正被连续形成时织物纤维没有被切断而是被收集(例如，在辊轴或卷线 机上缠绕）。本文所述，连续细丝纺成织物没有经受任何从织物的活化处理分离的粘结处理 (热或机械的）。
[0022] 术语"活化"，如本文所用，是指在织物形成后改变连续细丝纺成织物的某些特性， 其中活化发生而没有任何粘结技术被外部施加到织物上（即，没有机械和/或热粘合施加到 织物上通过纺成或其他方法的设备，如压延粘合、通过空气粘合法、针刺、点粘结、水刺等被 施加到织物上）。赋予纺成织物响应激活的特性包括增加织物蓬松性或蓬松弹性、降低织物 密度、增加织物弹性、增加织物韧性的同时进一步实现所需的织物均匀性和所需的织物阻 隔性能中的一个或多个。
[0023] 在连续细丝纺成织物活化后织物蓬松弹性的增加可以具有在厚度(在"Z"维度的 变化)上的变化的特征，其具有至少约2x (2倍）、至少约3倍、至少约4倍、至少约5倍、至少约 10倍、至少约20倍、至少约30倍、至少约40倍、至少约50倍或更多的量当将活化前和活化后 的织物厚度相比较。根据本发明形成的活化的连续细丝纺成织物的织物厚度可以从约 0.020英寸(约0.50毫米)至约3.0英寸（约76毫米)或更大，而该活化的纺成织物的织物密度 可以从约0.002g/cm 3至约0.25g/cm3。活化的连续细丝纺成织物的织物蓬松弹性可以进一步 被表征，例如，基于施加到织物的压缩力，利用用于柔性材料的ASTM标准试验方法，例如根 据ASTM D3574(标准由ASTM国际公布，其公开的内容通过引用全文并入本文)进行的压陷硬 度（IFD)测试。根据本发明形成的蓬松有弹性的纺成织物的实施例具有以下特性中的至少 一个:至少约300克力/cm 2的抗拉强度，至少约5克力/cm2的压陷硬度（IR))使织物挠曲从而 减少织物65%的厚度。如本文所用，术语"克力"理解为是指力的引力公制单位（即，力的大 小由克的质