均一非织造材料及其制法的制作方法

专利名称：均一非织造材料及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成高质量和高度均一非织造纤网的方法以及按此法制造的非织造纤网或织物。
背景技术：
目前使用的许多医疗护理服和产品、防护服、丧葬和兽医产品、以及个人护理产品部分或完全地由非织造纤网材料构成。此类产品的例子包括但不限于医疗和健康护理产品如手术帷帘、罩衫和绷带，防护工作服如连衣裤和实验室大褂，以及婴儿、儿童和成人护理吸收产品如尿布、训练裤、泳装、失禁服装和垫、卫生巾、抹布等。为这些用途，非织造纤维纤网提供接近传统机织或针织布材料的质感、舒适和美学性能。非织造纤网材料还广泛用作用于液体和气体或空气过滤领域的过滤介质，因为它们可制成具有适合在网眼织物两面低压降的条件下捕集颗粒物的低平均孔隙尺寸的过滤网眼织物。
非织造纤网材料的物理结构由单根纤维或长丝组成，它们按大体无规的方式，而不是像针织或机织织物那样以规则的、可辨认的方式铺置。纤维可以是连续或不连续的，通常由选自聚烯烃、聚酯和聚酰胺乃至许多其它聚合物的几大类别热塑性聚合物或共聚物树脂制成。聚合物的共混物或共轭多组分纤维也可使用。通过熔融挤出方法如纺粘和熔喷，以及通过干铺法如短纤维的梳理或气流铺网形成的非织造纤维纤网在本领域是公知的。另外，非织造织物可与其它非织造层组成复合材料使用，如制成纺粘/熔喷(SM)和纺粘/熔喷/纺粘(SMS)层合织物，并且也可与热塑性薄膜组合使用。非织造织物还可粘合、压花、处理和/或着色以赋予它各种要求的性能，具体视最终用途而定。
用于纺制连续长丝纱和连续长丝如纺粘纤维以及用于纺制微纤维如熔喷纤维的熔融挤出方法，以及相联系的用于形成非织造纤网或其织物的方法，在本领域是公知的。一般地，连续纤维非织造纤网，例如纺粘非织造纤网是采用沿横向或″CD″取向的纤维挤出设备如纺丝板和纤维牵伸设备如纤维牵伸单元(FDU)形成的。就是说，这些设备沿着与纤网生产出来的方向成90°角取向。非织造纤网的生产方向被称为“纵向”或″MD″。同样，在本领域已知用于纺制微纤维和制造微纤维纤网例如熔喷纤网的熔融挤出方法通常是采用沿着与纤网生产的方向成90°角取向的微纤维挤出设备取向的。虽然纤维铺置在成形表面上时按照大体无规的方式排列，但由于纤维离开CD取向的纺丝板和FDU时一般沿着基本上平行于MD的方向出来，故获得的非织造纤网具有其中沿MD取向的纤维比沿CD取向的多的总体平均纤维方向性。例如，诸如材料抗张强度和网延伸率之类的性质显著地受纤维取向的影响。例如，连续纤维非织造纤网如纺粘非织造纤网的典型MD∶CD抗张强度比一般高于1.5∶1，通常为2∶1或更高。因此，要生产出其中沿MD和CD材料方向的材料性能均衡的非织造纤网一直有困难。
因此，一直需要一种生产方法，它提供的非织造纤网具有比目前已知材料改进的均衡材料性能和较高总体均一性。
发明概述本发明提供材料结构总体均一性高和纤维方向沿MD-CD均衡以及材料性能沿MD-CD均衡的非织造纤网。在本发明的一个方面，该非织造纤网的纤维方向性和材料性能的MD-CD均衡，测得的MD∶CD抗张比等于或小于1.2，理想地等于或小于约1.0。在本发明另一个方面，在最终用途要求非织造纤网具有沿CD大于沿MD的纤维方向性(因而抗张强度亦然)的情况下，非织造纤网理想地具有小于1.0的MD∶CD抗张比，更理想地小于0.9的MD∶CD抗张比。本发明还提供非织造层合材料，其中均一的非织造纤网被层合到一层或多层附加层如阻挡材料层上。该纤网理想地含有烯烃聚合物并也理想地包括添加的处理剂。
本发明还提供一种用于形成高度均一、性能均衡的非织造纤网的方法，其中连续纤维源，即纤维生产装置如挤出和/或牵伸设备，沿着与纤网生产方向或MD方向成小于约90°的A角(或负A角)取向，并且纤维被铺置在成形表面上之前受到与纤维生产设备中心线成角B取向的偏转器的偏转作用，其中角度B为约10°～约80°，并且纤维被收集在移动的表面上形成纤网。理想的是，A将介于约30～约60°，并可以为约45°。偏转器例如可以是物理偏转装置如分段或“锯齿状”的偏转装置，其中偏转装置的段或“齿”沿角B取向。在偏转器是分段或“锯齿状”的机械偏转器的情况下，装置的段或齿被置于纤维流中。理想的是，B可为约30～约60°。另外，纤维可在成形为非织造纤网之前接受静电充电处理。
还提供一种生产多层非织造纤网的方法，包括下列步骤提供第一和第二连续纤维源，其中第一源沿角A取向，而第二源沿约负A取向，二者都相对于MD方向而言，用第一和第二偏转器使纤维偏转，第一偏转器沿着与第一源成角B取向，而第二偏转器沿着与第二源成负B取向，其中B为约10°～约80°，随后在移动成形表面上收集来自第一和第二纤维源的纤维从而形成多层非织造纤网。
附图简述

图1A是说明纤维生产设备相对于纤网生产方向或MD的示例性取向，以及偏转器相对于纤维生产设备的示例性取向的俯视图。
图1B是说明纤维生产设备相对于纤网生产方向或MD的示例性取向，以及偏转器相对于纤维生产设备的示例性取向的第二俯视图。
图2是生产本发明高度均一非织造纤网的示例性方法的示意图。
图3是生产作为与熔喷层组合构成层合材料的本发明高度均一非织造纤网的另一示例性方法。
图4以透视图表示具有间距的段或“齿”的分段机械偏转装置。
定义说明及权利要求中所使用的术语“包含”是包容性或开放式的，因此不排除另外未列出的要素、组成组分或方法步骤。
这里所使用的术语“聚合物”一般包括但不限于均聚物、共聚物，如嵌段、接枝、无规及交替共聚物、三元共聚物等及其共混物及改性形式。而且，除非另行具体限定，术语“聚合物”应涵盖材料所有可能的几何构型。这些构型包括但不限于全同立构、间同立构及无规对称。
这里所用术语“纤维”既指短纤维长度的纤维也指连续纤维，除非另行指出。
这里所使用的术语“单组分”纤维是指由一个或多个挤出机但仅使用一种聚合物形成的纤维。这并不排除由为了着色、抗静电性质、润滑、亲水等目的而加入了少量添加剂的一种聚合物形成的纤维。这些添加剂，例如用于着色的二氧化钛，一般以小于5wt％，更典型以约2wt％的数量存在。
本文所使用的术语“多组分纤维”是指由至少2种组分聚合物或具有不同性质或添加剂的同一聚合物，经各自的挤出机挤出，但在一起纺丝形成同一根纤维的纤维。多组分纤维有时也叫做共轭纤维或双组分纤维。这些聚合物在多组分纤维断面上排列在各自位置基本固定、彼此界限鲜明的区内，并沿多组分纤维的全长连续地延伸。此类多组分纤维的构型可以是例如皮/芯排列，其中一种聚合物被另一种聚合物包围着，或者可以是并列排列、“海一岛”排列、或者呈桔瓣状或条状排列在圆形、椭圆或矩形纤维断面上。
多组分纤维公开在授予Kaneko等人的美国专利5,108,820、授予Strack等人的美国专利5,336,552和授予Pike等人的美国专利5,382,400中。就双组分纤维而言，聚合物存在的比例可以是75/25、50/50、25/75或任何其他希望的比例。
本文所使用的术语“非织造纤网”或“非织造材料”是指一种其结构由单根纤维或长丝交叉铺置构成的纤网，但不是像针织或机织织物中那样重复的方式构成的。非织造纤网可采用多种方法成形，如熔喷法、纺粘法、气流铺网方法及梳理纤网法。非织造织物的基重通常以每平方米的克数(gsm)或每平方码材料的盎司数(osy)表示并且有用的纤维直径通常表示为微米。(注要从osy数值换算为gsm值，可用33.91乘上osy的数值)。
术语“纺粘”或“纺粘非织造纤网”是指一类小直径纤维的非织造纤维或长丝材料，其通过将熔融热塑性聚合物从纺丝板的众多中以纤维形式挤出而成形。挤出的纤维在借助喷射或其它熟知的牵伸机理牵伸的同时进行冷却。牵伸的纤维以大致无规的方式沉积或铺置在成形表面上形成疏松缠结的纤网，随后铺好的纤网进行粘合处理以赋予其物理整体性和尺寸稳定性。纺粘织物的生产描述在例如授予Appel等人的美国专利4,340,563和授予Matsuki等人的美国专利3,802,817中。就典型而言，纺粘纤维或长丝的单位长度的重量超过2旦，且最大约6旦或更高，虽然更细的纺粘纤维也可生产。就纤维直径而论，纺粘纤维一般具有大于7μm的平均直径，更特别是介于约10～约25μm。
本文所使用的术语“熔喷纤维”是指按如下方法成形的纤维或微纤维将熔融热塑性材料从多个纤细的、通常为圆形的口型毛细管(diecappillary)中以熔融丝束或纤维形式挤出到汇聚的高速气流(例如空气流)中，气流将熔融热塑性材料的纤维拉细以减小直径。然后，熔融纤维被高速气流夹带着并沉积在收集表面上，形成无规分布的熔喷纤维的纤网。此类方法例如公开在授予Butin的美国专利3,849,241中。熔喷纤维可以是连续的或不连续的，平均直径一般小于约10μm，常常小于7或甚至5μm，且当沉积到收集表面上时通常是发粘的。
术语“短纤维”是指不连续的纤维，通常其平均直径类似于纺粘纤维的。短纤维可采用传统纤维纺丝方法生产，随后切断为短纤维的长度，典型长度介于约1英寸～约8英寸。此类短纤维随后经梳理或气流铺网并热或粘合剂粘合而成形为非织造织物。
本文所使用的“热点粘合”涉及让待粘合纤维的织物或纤网或其它片层材料从加热压延机辊与砧辊之间通过。压延机辊一般，尽管不总是，带有某种形式的图案，以便使整个织物不是沿其整个表面都发生粘合。结果，开发出各种各样的压延机辊用图案以便既达到功能的也达到美观的目的。一种图案的例子具有许多点并且是HansenPennings或“H&P”图案，粘合面积为约30％，每平方英寸有约200个粘合点，正如授予Hansen和Pennings的美国专利3,855,046中所描述的。H&P图案具有方块形的点或针状粘合区，其中每个针的侧边尺寸为0.038英寸(0.965mm)，针与针之间的间距是0.070英寸(1.778mm)，粘合深度0.023英寸(0.584mm)。形成的图案具有约29.5％的粘合面积。另一种典型的点粘合图案是扩展型Hansen and Pennings，或“EHP”粘合图案，它产生15％的粘合面积，其方块形针侧边尺寸为0.037英寸(0.94mm)，针间距0.097英寸(2.464mm)，深度是0.039英寸(0.991mm)。其他常见的图案包括菱形图案，由重复和略微偏心的菱形组成，顾名思义看上去例如类似窗纱的金属丝纺织的图案。就典型而言，粘合面积百分率从织物层合纤网面积的约10％变化到约30％。热点粘合通过将一层和/或多层层合物内的纤维粘合在一起而赋予各层整体性，点粘合将各层维系在一起形成内聚性层合物。
本文所使用的术语“亲水(的)”是指聚合物材料所具有的表面自由能可使得该聚合物材料被含水介质，即主要成分为水的液态介质所润湿。术语“疏水(的)”包括按该定义不是亲水的那些材料。术语“天然疏水(的)”是指，不利用添加剂或处理影响其疏水性，凭其自身化学组成状态就是疏水的那些材料。将认识到，疏水材料可利用表面活性剂等通过内部或外部处理而转变为亲水的。
发明详述本发明提供连续纤维非织造纤网，它具有材料结构的高总体均一性和纤维方向沿MD-CD的均衡以及材料性能沿MD-CD的均衡性。在本发明的一个方面，按MD∶CD抗张比衡量，非织造纤网理想地具有小于或等于1.2，更理想地约1.0的纤维方向和材料性能沿MD-CD的均衡。在本发明另一个方面，在最终用途要求非织造纤网具有沿CD大于沿MD的纤维方向性(因而抗张强度亦然)的情况下，非织造纤网理想地具有小于1.0的MD∶CD抗张比，更理想地小于0.9的MD∶CD抗张比。本发明还提供多层非织造纤网层合材料如纺粘-纺粘层合材料和包含阻挡材料如薄膜和熔纺微纤维层的层合材料。还提供一种形成高度均一、性能均衡的连续纤维非织造纤网的方法和形成多层非织造纤网的方法。
偏转器例如可以是物理偏转装置，例如分段或“锯齿状”的偏转装置，其中偏转装置的齿沿着与纤维源(纤维生产设备如纤维纺丝板和纤维牵伸设备)中心线成角B取向，其中角B是10°～约80°，且装置的“齿”位于纤维流中。另外，纤维可理想地接受静电充电处理。
下面将结合附图更充分地说明本发明。来看图1A，它以示意图的形式画出一种示例方法的俯视图，展示作为纤维生产设备70的连续纤维源相对于MD或材料生产方向的取向。图1A还显示偏转器90相对于纤维生产设备70的中心线的取向。如图1A所示，生产方向或MD用箭头MD标出。采用MD方向作为起始或0°，并沿顺时针方向走向测量角度，纤维生产设备70以相对于MD方向成小于90°的角A取向。理想的是，A为约30°～约60°，并且这里显示的A近似等于45°。为清楚起见，偏转器90°被画成单段机械偏转器“齿”，但本领域技术人员会看出，可以有大量齿基本上并排地沿着纤维生产设备的长度排列。偏转器90以角B取向，该角相对于纤维生产设备中心线测量。角B应介于约10°～约80°，并且理想地介于约30°～60°。纤维生产设备的中心线在这里的图1A中被表示为虚线，且可以看出偏转器90沿着与纤维源大致成B＝45°取向。
正如本领域技术人员可看出的，图1A画出的示例方法可以翻转过来而成为如图1B所示的等价方法，其中纤维生产设备70沿着与MD成“负A”角取向(就是说，从MD逆时针地测量角度)，而偏转器90沿着与纤维源或纤维生产设备中心线成“负B”角取向(就是说，从纤维生产设备中心线逆时针地测量的角度)。
现在来看图2，它以侧视图表示并更详细地公开一种制造非织造纤网的示例方法。来看图2，生产线10是结合着单组分连续纤维的生产说明的，但是要知道，本发明也涵盖由多组分纤维制造的非织造纤网的应用(就是说，纤维具有二或更多种组分)。
生产线10包括挤出机30，用于熔融并挤出从聚合物料斗20喂入到挤出机30中的聚合物。聚合物从挤出机30通过聚合物导管40喂入到纺丝板50，该纺丝板(例如，如图1所述)沿着与MD成小于90°的角A取向。现在来看图2，纺丝板50形成纤维60，如上所述纤维可以是单组分或多组分的。在要求多组分纤维的情况下，将使用从第二聚合物料斗喂入的第二挤出机。挤出多组分连续纤维用的纺丝板是本领域技术人员熟知的，因此不再赘述；然而，生产多组分纤维用的示例性纺丝组件描述在授予Cook的美国专利5,989,004中，在此将其全部内容收作参考。
适合本发明的聚合物包括适合生产非织造纤网和材料的已知聚合物，例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯及其共聚物和共混物。合适的聚烯烃包括聚乙烯，例如高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯；聚丙烯，例如全同立构聚丙烯、间同立构聚丙烯、全同立构聚丙烯与无规立构聚丙烯的共混物；聚丁烯，例如聚(1-丁烯)和聚(2-丁烯)；聚戊烯，例如聚(1-戊烯)和聚(2-戊烯)；聚(3-甲基-1-戊烯)；聚(4-甲基-1-戊烯)；和它们的共聚物和共混物。合适的共聚物包括无规和嵌段共聚物，由二或更多种不同不饱和烯烃单体制成，例如乙烯/丙烯和乙烯/丁烯共聚物。合适的聚酰胺包括尼龙6、尼龙6/6、尼龙4/6、尼龙11、尼龙12、尼龙6/10、尼龙6/12、尼龙12/12、己内酰胺与氧化烯二胺的共聚物以及诸如此类，乃至它们的共混物和共聚物。合适的聚酯包括聚丙交酯和聚乳酸聚合物，以及聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸1，4-丁二酯、聚对苯二甲酸1，4-环己二甲酯及其与间苯二甲酸的共聚物，乃至adw共混物。
纺丝板50具有排列成一排或多排的小孔。当聚合物通过纺丝板挤出时，纺丝孔形成朝下延伸的纤维幕60。图2中的示例生产线10还包括骤冷风机64，坐落在与从纺丝板50延伸的纤维幕60相邻的位置。从骤冷吹风机64吹出的风将从纺丝板50延伸出来的纤维60骤冷。骤冷风可如图2所示从纤维幕一侧吹出，或者从纤维幕两侧对吹。这里所使用的术语“骤冷”就是指利用比纤维冷的介质如利用譬如冷气流、环境温度的气流或者轻微或中等加热的气流对纤维进行降温。该方法理想地还包含将熔融聚合物产生的烟气带走的装置(未画出)，例如安装在纺丝板50上方或其它附近位置的真空导管。
一种接受骤冷后纤维的纤维牵伸单元或吸丝器70位于纺丝板50和骤冷风机64下面。纤维牵伸单元70沿着与纺丝板50近似相同的相对于MD的角度(就是说，小于90°的角A)取向。熔纺聚合物用的纤维牵伸单元或吸丝器在本领域上是公知的。适合用于本发明方法中的纤维牵伸单元包括例如授予Matcuki等人的美国专利3,802,817和授予Appel等人的美国专利4,340,563和4,405,297，所公开类型的线型纤维吸丝器在此将这些专利全部收作参考。
大致地说，纤维牵伸单元70包括一个狭长的垂直通道，纤维经此通道被从通道侧面进入的抽吸空气牵伸并朝下流过通道。抽吸空气由风机(未画出)供应。抽吸空气可加热或不加热。抽吸空气将纤维拉过纤维牵伸单元70的通道并将它拉细，就是说，减小纤维的直径。在采用可卷曲构型多组分纤维并要求在纤维铺网前激活纤维中的潜在螺旋卷曲的情况下，风机向纤维牵伸单元70供应加热的抽吸空气。在这一点上，加热抽吸空气既拉细纤维又激活潜在螺旋卷曲，正如授予Pike等人的美国专利5,382,400中描述的。当要求在纤维铺网以后的某点激活纤维中潜在的螺旋卷曲的情况下，风机给纤维牵伸单元70供应不加热的抽吸空气。在此种情况下，激活潜在卷曲的热量可在纤维铺网后的某点供应给纤网。
理想地还可以采用静电充电装置作为对非织造纤网中纤维分布的附加控制。在此种情况中，静电充电装置，例如本领域公知的，可设置在纤维牵伸单元70底下，以便随着纤维从纤维牵伸单元的狭长垂直通道中出来时赋予它们静电荷。大致地说，静电充电装置由一或多排放电针组成，放电针产生电晕放电，从而赋予纤维静电荷，而纤维一旦带电，将趋于彼此排斥并有助于防止一群群纤维成团或“拧绳”在一起。给纤维充电以生产纤维分布改进的非织造物的示例性方法公开在于2002-07-04出版的共同转让的PCT出版物WO 02/52071中。
位于纤维牵伸单元70出口的是偏转器90。偏转器90可以是分段的机械偏转器，在图4中以200代表其总体，由用螺栓230安装在机架240上的间隔排列的段或“齿”220形成的沟槽210分成数段。随着纤维离开纤维牵伸单元70，齿220伸入到纤维幕内。齿220之间的间距例如为约3mm，以提供对纤维分布的附加控制。可以改变齿220的形状和间距以在纤维铺置时提供所要求的纤维分离程度。还有，齿220能够以螺栓为枢轴摆动以调节到所要求的角度。重要的是，分段偏转器的齿沿着与纤维生产设备的中心线成角B取向，其中角B为约10°～约80°。偏转器可安装到纤维牵伸单元上或者悬吊在它下面或者可安装在工艺设备的某其它部分上而不物理地安装在纤维牵伸单元上。
图2还显示环形多孔成形表面110，它位于纤维牵伸单元70下方用以接受来自纤维牵伸单元70出口的拉细的纤维100。在多孔成形表面110底下设有真空源(未画出)，它可有利地用于将拉细的纤维抽吸到多孔成形表面110上。多孔成形表面110上接受的纤维包含疏松连续纤维120的非织造纤网，它可理想地首先利用压实装置130压实以助于将纤网传送到粘合装置。压实装置130可以是本领域公知的机械压实辊，或者可以是向纤网喷吹加热空气并吹透纤网的空气刀，正如授予Arnold等人的美国专利5,707,468中所描述的，在此收作参考。
生产线10还包括粘合装置，如如图2所示的压延辊150和160，它们可如上所述用来热点粘合非织造纤网。替代地，在纤维是具有不同熔点的组分聚合物的多组分纤维的情况下，可以有利地采用穿透空气的粘合机，例如本领域技术人员熟知的。扼要地说，穿透空气粘合机透过连续多组分纤维的纤网喷吹一股加热气流，从而通过理想地利用温度等于或高于低熔点聚合物组分的聚合物熔融温度但低于高熔点聚合物组分的熔融温度的加热空气形成纤维间粘合。还可替换的是，可利用本领域公知的其它手段粘合纤网，例如粘合剂粘合手段、超声波粘合手段，或者缠结手段如水刺或针刺。
最后，生产线10还包括卷绕辊180，用于卷取粘合的纤网170。虽然在这里未画出，但可以实施各种各样本领域公知的附加潜在加工和/或整理步骤，例如纤网纵切、牵伸、处理，或将非织造织物与其它材料，例如与薄膜或其它非织造层层合为复合材料，仍不偏离本发明精神和范围。纤网处理的例子包括驻极体处理以便在纤网中诱导永久静电荷，或进行替换的抗静电处理。另一种纤网处理的例子包括赋予含疏水性热塑性材料的纤网润湿性或亲水性的处理。润湿性处理添加剂可加入到聚合物熔体中内处理，或者可在纤维或纤网成形后在某点局部地施加。对纤维处理的另一个例子包括赋予对低表面能液体如醇、醛和酮的排斥性能的处理。此种液体排斥性处理的例子包括在纤网或纤网的纤维上施加碳氟化合物，既可局部施加也可从内部加入到用于挤出成为纤维的热塑性熔体中。另外，作为将非织造纤网卷取在卷绕辊180上的替代方案，非织造纤网也可被导入各种转化或产品成形操作中，而不需要打卷。
在某些实施方案中，高度理想的是，让纤维生产设备和偏转器分别以角A和B取向，以便使初生纤维在离开纤维生产设备时具有比相对于MD成90°取向的纤维生产设备中发生的典型的基本平行于MD的纤维取向更小的固有MD取向，从而生产出沿MD和CD方向材料性能更均衡的非织造纤网。虽不拟囿于理论，但我们相信，对纤维生产设备和偏转器按本文所述所做的角度设置选择将导致与传统方法(即纤维挤出设备沿与MD成90°取向的情况)相比，纤维更多地朝CD取向，因此导致纤网的总体平均纤维取向比传统纤网更少地沿MD取向，从而导致纤网具有更平衡的MD对CD的材料性能。作为一个具体例子，纤维生产设备可沿着与MD成角A近似等于45°取向，偏转器沿着与纤维生产设备中心线成角B取向，这将导致纤维更多地指向CD，至少在它们刚刚离开牵伸单元的初期，并避免纤网的纤维主要沿MD取向的情况。
作为本发明的另一种实施方案，该高度均一非织造纤网可用于包含至少一层高度均一非织造纤网和至少一层附加层如机织织物层或附加非织造布层或薄膜的层合材料中。可选择层合材料的一个或多个附加层以便赋予附加和/或互补的性能，例如液体和/或微生物阻挡性能。该层合结构因此高度适合各种各样包括接触皮肤用途在内的用途，例如防护服、尿布包覆层、成人护理产品、训练裤和卫生巾，各种帷帘、手术罩衫等。层合材料的各层可采用本领域公知的适合层合结构的粘合方法粘合形成一体结构，例如用热、超声波或粘合剂粘合方法，或机械或水刺方法。
作为例子，透气性薄膜可层合到非织造纤网上以提供透气性阻挡层合材料，它表现出各种有用性能的理想组合，例如柔软的质地、强度和阻挡性能。作为另一个例子，非织造纤网可层合到不透气薄膜上以提供具有布样质地的结实、高阻挡性层合材料。这些层合结构提供理想的布样质感性能、改进的强度性能和高防度的阻挡能。
另一种高度适合本发明的层合结构描述在授予Brock等人美国专利4,041,203中，在此将其全文收作参考。图3以俯视图展示出制造层合结构的本发明非织造纤网的另一示例性方法。来看图3，该方法被安排用来生产本领域公知的多层非织造纤网，例如纺粘-熔喷-纺粘(SMS)非织造纤网。在图3中，该方法包括2排连续纤维纺丝板，即第一纺粘纺丝板52和第二纺粘纺丝板54，以及配置在第一纺丝板与第二纺丝板之间的4排熔喷口型72、74、76和78。第一纺丝板52沿着与MD成小于90°的角A取向并且如图所示它沿着与MD成约45°取向。虽然所有的纤维挤出和生产设备可具有类似的取向，但在图3中展示的实施方案中，第二纺丝板54沿着与第一纺粘纺丝板52成大约90°取向。就是说，第二纺丝板54以大约负A的角度取向，正如图1B所描述的那样。要指出的是，上面这些可颠倒过来，就是说，第一纺丝板52可沿负A取向，而第二纺丝板54沿A取向。熔喷口型72和74如图所示沿与第一纺丝板52大致相同的角度取向，就是说沿约角A取向，而熔喷口型76和78则沿着与第二纺丝板54大致相同的角度，即大致负A的角度取向。分别与第一纺丝板52和第二纺丝板54相联系的纤维牵伸单元(未画出)，将按照如同图2和生产线10所描述的进行配备。就是说，图3中所示方法的纤维牵伸单元将具有如同图2中描述的纤维偏转器，只是就第二纺丝板54及其相关的纤维牵伸单元而言，纤维偏转器的角度将大约为负B。如同针对图2和生产线10所描述的，也可在希望赋予对纤维分布的附加控制以便防止纤维结团和“拧绳”成簇状的情况下使用静电充电设备。
熔喷口型72、74、76和78可以是任何本领域普通技术人员熟知的熔喷口型，因此在此将不再赘述。扼要地说，熔喷方法涉及通过从多个纤细的通常为圆形的口型毛细管中挤出熔融热塑性材料到汇聚的流高速气体(如空气)中，从而将熔融热塑性材料的纤维拉细，直径变小而形成纤维。随后，熔喷纤维被高速气流夹带并沉积在收集表面上形成由无规分布的熔喷纤维组成的纤网。此种方法例如公开在授予Buntin的美国专利3,849,241中。熔喷纤维可以是连续或不连续的，一般其直径小于10μm，并且当沉积到收集表面上时一般是发粘的。一种成形熔喷纤维的示例性设备和方法描述在授予Haynes等人的美国专利6,001,303中，在此将其全部内容收作参考。
现在来看图3，其中画出位于第二纺丝板54与熔喷口型78之间有一个压实装置66，例如一种空气刀，它吹入加热空气并穿透从第二纺丝板54成形出来的纤维的纤网中。此种空气刀描述在授予Arnold等人的美国专利5,707,468中，在此收作参考。压实装置66起到初次或初步压实从第二纺丝板54成形出来的非织造纤网的作用，以保护它免遭在熔喷加工72、74、76和78处的高速气流的破坏。压实装置66也理想地是一种本领域公知的压实辊。然而，在压实装置66是压实辊的情况下，它通常将沿着与MD成约90°的方向取向，而不是像图3所示沿着平行于纺丝板54的角度。该方法还包括压实装置68，以初次或初步压实在第二纺丝板54以后加入的那些部分或纤网层。初次或初步压实装置68理想的是位于第一纺丝板52下游(就材料加工而言较晚)的压实辊。
虽然，图3中画出的方法具有2排纺粘纺丝板和4排熔喷口型的配置，但本领域技术人员将看出，这些数目可以改变，却仍不偏离本发明的精神和范围。作为例子，可采用的熔喷口型排数可多可少，或者在第一纺丝板或第二纺丝板部位或二者可采用大量连续纤维纺丝板。另外，本领域技术人员可以看出，可在许多方面改变各种各样其它加工步骤和/或参数而不偏离本发明的精神和范围。例如，非织造层合材料的某些或全部层可单独和分开制造并卷绕成卷，随后在单独的步骤中合并成为多层非织造层合材料。替代地，2个外侧非织造层可在纺粘纺丝板排52和54处成形，如图3所示，同时预成形阻挡层如熔纺微纤维层可退绕到它们之间，以替代利用熔喷口型排72、74、76和78。在这方面，重要的是要注意，非织造层合材料的大多数强度特性由连续纤维面层，而不是阻挡材料层提供，因此阻挡层可由传统上与MD成90°取向，而不是如图3所示取向的设备生产。然而，如图3所示阻挡材料生产设备的取向的确有利于提供与下面关于连续纤维纤网所描述的任选的高生产速率或生产较细纤维同样的好处。
本发明连续纤维非织造纤网和层合织物提供理想性能如织物均一性、均一纤维覆盖和材料性能均一性如抗张强度和伸长方面的组合。另外，本发明非织造纤网的生产方法比现有技术生产方法远为优越。不像现有技术生产非织造纤网的方法那样具有不成比例的沿MD或纤网生产方向固有纤网纤维取向，本发明提供的连续纤维非织造纤网中，纤维沿MD和CD取向更为均衡。因此，本发明方法提供的连续纤维非织造纤网具有所希望的强度、伸长和其它性能沿MD-CD的均衡。另外，本发明方法能提供以非常高的生产速率生产非织造纤网，或者以典型纤网生产速率生产较细纤维的纤网。
作为提高生产速率的具体例子，如图所示，图1、图1B和图3中画出的纺丝板以角A(或者对于第二纺丝板来说，负角A)取向，如图示该角与MD交成大约45°。由于45-45-90的三角形的斜边是直角边长度2倍的平方根，因此，这些纺丝板的长度是传统上与MD成90°取向的纺丝板长度的约[2]1/2或1.41倍(就制造同一CD宽度的材料而言)。在此种情况中，非织造纤网的生产速率将是传统90°取向纺丝板方法的约1.41倍，其中纺丝板毛细管间距和纺丝板毛细管的每个孔的聚合物挤出速率在这两种方法中是相同的。与A等于45°的情况相比，较大或较小的角A将分别导致生产速率的降低或提高，但是在相同的毛细管间距和产量的条件下，生产速率总是高于传统90°取向的方法。
作为以典型纤网生产速率生产较细纤维纤网的例子，一种本领域公知的生产较细纤维的措施是减少毛细管每个孔的挤出速率。对于如上所述纺丝板以等于约45°的角A取向的具体实例来说，毛细管每个孔的聚合物挤出速率降低到传统90°取向纺丝板方法的每孔挤出速率的约71％(或[2]-1/2倍)，其中非织造纤网生产速率和纺丝板毛细管间距在这两种方法中是相同的。因此，采用本发明方法，可以减少每孔挤出速率，从而能使纤维更细，而不致像与MD成90°取向的传统方法所要求的那样需要牺牲总体非织造纤网的生产速率。较细的纤维是改善纤网布样属性和柔软性以及改善纤网层均一性和总体强度所需要的。
本发明非织造纤网高度适合各种用途，例如包括一次性制品如防护服、消毒包布、手术服、抹布和吸收制品用的衬里和包覆层的用途。
给出下面的实施例用于说明本发明但不拟限制它。
实例生产并热点粘合聚丙烯纺粘材料，然后在卷绕机上成卷，作为本发明非织造纤网材料和/或方法的实施例。纺粘纤网材料是采用如图1A所示沿着与MD方向成大约45°取向的纤维生产设备(即纤维挤出和纤维牵伸设备)生产的。所采用的偏转器是类似于图4所示的分段偏转器的分段或“锯齿状”机械偏转器，并且将齿调成与纤维生产设备成大约45°取向，如图1A所示。在某些实施例中，纤维接受在15或20kV电压下的静电充电处理，其实施方式基本类似于前面提到的出版物PCTPub No.WO 02/52071中所公开的。
纺粘材料被制成基重为约20gsm(实施例E2和E3)和40gsm(实施例E1和E4)以及作为“双程”20gsm材料总共约40gsm(实施例E5和E6)的材料。“双程”材料的制造过程是粘合并卷绕20gsm材料的第一卷材，随后，将预先制造的材料翻转并退绕到成形表面上，以便在该预先制造的材料顶面形成第二20gsm纤网，随后采用热点粘合将这两层纤网粘合在一起成为纺粘一纺粘层合材料。所谓“翻转”的意思是，让材料成形时接触成形表面的预先成形材料的那一表面朝上地放在成形表面上开始第二程，而不是仍旧面朝成形表面。这样做为的是模拟图3中描述的过程，其中一个连续纤维纺丝板沿着与MD成角A(约45°)取向，而另一连续纤维纺丝板沿约负A取向。
抗张强度试验是按照ASTM D 5034-90的抓着抗张强度试验进行的。从每种材料样品上裁取100mm×150mm矩形待测抓着抗张强度的样品。为了评估抗张强度的均一性，样品沿MD和CD两个方向进行测定；就是说，样品沿着其平行于MD或者CD方向的长150mm的轴线裁切。随后，通过以CD抗张结果除MD抗张结果计算出MD-CD抗张强度比(MDCD)。抗张强度结果、材料基重和静电充电电压(施加的话)总括在表1中。
表1重量 抗张抗张 抗张MD∶CD实施例(gsm)(kV)MD(kg)CD(kg) RatioE140.7 0 4368 35291.2E220.3 15 1266 14380.9E320.3 20 1393 22090.6E440.7 20 4078 39101.0E540.7 0 2449 16241.5E640.7 20 2241 25850.9
从表1可见，采用本文所描述的方法生产的连续纤维纤网具有抗张强度的高度均一性，一般表现出等于或小于约1.5，常常等于或小于1.2，甚至等于或小于约1.0的MD∶CD抗张强度比。
在本说明中引用了大量其它专利，而当作为参考收入的内容与本说明内容之间存在任何抵触或分歧时，应以本说明书为准。另外，虽然已就本发明具体实施方案做了详细描述，但本领域技术人员清楚，在不偏离本发明精神和范围条件下还可制定出各种修改和/或其它改变。因此，所有这些修改、改变以及其它变动都应涵盖在权利要求内。
权利要求
1.一种高度均一的非织造材料，它包含至少基本上由连续纤维构成的第一纤网，其中所述材料的MD∶CD抗张比等于或小于约1.2。
2.权利要求1的非织造材料，其中MD∶CD抗张比等于或小于约1.0。
3.权利要求1的非织造材料，还包含粘合在其上的基本上由连续纤维构成的第二纤网。
4.权利要求3的非织造材料，它包含选自丙烯和乙烯的聚合物和共聚物的烯烃聚合物。
5.权利要求2的非织造材料，它包含选自丙烯和乙烯的聚合物和共聚物的烯烃聚合物。
6.权利要求4的非织造材料，其中一种或多种所述连续纤维纤网包含选自丙烯和乙烯的聚合物和共聚物的烯烃聚合物。
7.权利要求2的非织造材料，还包含粘合在所述非织造纤网上的热塑性薄膜层。
8.权利要求3的非织造材料，还包含至少一个阻挡材料层，它以面对面关系插在并粘合在基本上由连续纤维构成的所述第一纤网与基本上由连续纤维构成的第二纤网之间。
9.权利要求9的非织造材料，其中所述至少一个阻挡材料层是至少一个熔纺微纤维纤网层。
10.权利要求10的非织造材料，其中所述第一和第二连续纤维纤网是纺粘纤网且其中所述至少一个熔纺微纤维纤网是熔喷纤网。
11.权利要求11的非织造材料，其中所述纺粘和所述熔喷纤网包含选自丙烯、乙烯和丁烯的聚合物和共聚物及其共混物的烯烃聚合物。
12.权利要求12的非织造材料，其中所述熔喷纤网还包含碳氟化合物添加剂。
13.权利要求13的非织造材料，其中至少一种所述纺粘纤网包含碳氟化合物添加剂。
14.一种形成连续纤维非织造纤网的方法，包括下列步骤a)提供连续纤维源，所述源沿着与MD方向成近似等于A或负A的角度取向，其中A小于约90°；b)用偏转器使所述纤维偏转，所述偏转器沿着与连续纤维源成B或负B的角度取向，其中B为约10°～约80°；以及c)在移动表面上收集所述纤维从而形成非织造纤网。
15.权利要求15的方法，其中A为约30°～约60°，且B为约30°～约60°。
16.权利要求16的方法，还包括在将所述纤维收集在所述移动表面上之前给所述纤维静电充电的步骤。
17.权利要求16的方法，还包括借助选自压实辊和热空气刀的手段初步压实所述成形的非织造纤网的步骤。
18.权利要求16的方法，其中所述偏转器是机械的分段偏转器。
19.权利要求19的方法，其中A为约45°。
20.一种形成多层非织造纤网的方法，包括下列步骤a)提供第一连续纤维源和第二连续纤维源，所述第一纤维源沿着与MD方向成约A的角取向，其中A小于约90°，且所述第二纤维源沿着与MD方向成约负A的角取向；b)借助第一偏转器使来自所述第一纤维源的纤维偏转，所述第一偏转器沿着与第一纤维源成B的角取向，其中B为约10°～约80°，并借助第二偏转器使来自所述第二纤维源的纤维偏转，所述第二偏转器沿着与第二纤维源成约负B的角取向；以及c)在移动表面上收集来自所述第一纤维源和所述第二纤维源的纤维从而形成多层非织造纤网。
21.权利要求21的方法，其中A为约30°～约60°，且B为约30°～约60°。
22.权利要求22的方法，还包括提供配置在所述第一纤维源和所述第二纤维源之间的至少一个熔纺微纤维源的步骤。
23.权利要求22的方法，还包括在将所述纤维收集在所述移动表面上之前给所述纤维静电充电的步骤。
24.权利要求23的方法，还包括借助选自压实辊和热空气刀的手段初步压实成形的非织造纤网的步骤。
25.权利要求23的方法，其中所述第一和第二偏转器是机械的分段偏转器。
26.权利要求26的方法，其中A为约45°。
全文摘要
本发明提供材料结构均一性高和纤维方向及材料性能沿MD－CD均衡，测得的MD∶CD抗张比小于或等于1.2，理想地等于或小于约1.0的连续纤维非织造纤网，以及该非织造纤网的层合材料。本发明还包括一种形成非织造纤网的方法，其中纤维生产设备沿着与MD方向成小于90°的角取向并且纤维接受沿着与纤维生产设备的中心线成角B取向的偏转器的偏转作用，其中B为约10～约80°。
文档编号B32B5/26GK1711383SQ200380102833
公开日2005年12月21日 申请日期2003年10月29日 优先权日2002年11月21日
发明者L·C·博尼, B·D·海恩斯, M·B·拉克 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司