專利名稱：具有孔隙尺寸梯度的非織造織物及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種具有孔隙尺寸梯度的纖維狀的非織造纖維網(wǎng)，和用于形成這種纖維網(wǎng)的方法。在第一種實施方案中，本發(fā)明的方法使用了一種具有平均孔隙尺寸的成形纖維網(wǎng)，并且使其有選擇地受熱，以便使部分纖維收縮，從而在被選定的區(qū)域內(nèi)形成較小的孔。在第二種實施方案中，纖維網(wǎng)是由不同纖維直徑或不同的纖維組成形成的。讓纖維網(wǎng)均勻地經(jīng)過熱處理，使不同直徑的纖維或組成產(chǎn)生不同程度的收縮，這樣穿過纖維網(wǎng)形成孔隙尺寸梯度。
背景技術(shù)：
非織造織物的生產(chǎn)是一項高速發(fā)展的技術(shù)。一般來說，非織造纖維網(wǎng)或纖維網(wǎng)及其生產(chǎn)包括形成長絲或纖維并以這樣一種方式將其堆放在輸送帶上，以使長絲或纖維重疊或纏結(jié)而成為一種所希望基重的纖維網(wǎng)。這種纖維網(wǎng)的結(jié)合可通過纏結(jié)或通過其它方式例如粘合劑、加熱和加壓熱敏性纖維、或在某些情況下僅通過加壓來簡單地實現(xiàn)。雖然在這種一般性描述中許多不同的變型都是已知的，但是兩種常用的方法被稱為紡粘法和熔噴法。紡粘的非織造結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)方法被詳細描述在許多專利中，其中包括例如1971年2月23日授予Hartmann的美國專利No.3,565,729,1983年9月20日授予Apple等人的美國專利No.4,405,237，和1972年9月19日授予Dorschner等人的美國專利No.3,692,618。在各種來源的文件中也可得知有關(guān)熔噴法的論述，其中包括例如在工業(yè)與工程化學，第48卷第8號(1956)第1342至1346頁中由Wednt寫的題目為“超細熱塑性纖維”一文，以及1976年8月31日授予Buntin等人的美國專利No.3,978,185,1974年3月5日授予Prentice的美國專利No.3,795,185,1974年5月21日授予Bufun的美國專利No.3,811,957。
就本發(fā)明的公開來說，術(shù)語“組成”是指纖維的化學構(gòu)成。術(shù)語“結(jié)構(gòu)”將是指纖維的物理特征，其中包括但并不限于旦尼爾、長度、卷曲、扭結(jié)、組分數(shù)量(例如，雙組分或多組分纖維，下面將更詳細描述)、和強度。
屬于由熔噴法或是紡粘法所生產(chǎn)的纖維網(wǎng)的特征是纖維直徑，也被稱為纖維的“纖度”和織物的芯吸能力，它指纖維網(wǎng)從應(yīng)用區(qū)域引走水分的能力。芯吸水分的能力與纖維的纖度和纖維網(wǎng)的密度有關(guān)系，它限定了材料中的孔隙尺寸。芯吸是由相互聯(lián)系的纖維的毛細管作用引起的。抽吸或毛細管作用是與纖維網(wǎng)中的孔隙尺寸或毛細管成反比的，因此，較小的毛細管則有較高的壓力并且有較大的抽吸或芯吸能力。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)對于在織物的給定區(qū)域內(nèi)形成具有包含孔隙尺寸梯度的組成的織物是十分有益的。其一個優(yōu)點是能更有效地控制目標區(qū)域的液體芯吸。一些專利已試圖提出了一些形成可變孔隙尺寸的非織造織物的方法。
授予Fujii等人的美國專利No.4,375,466揭示了一種熔噴法，其中纖維是被噴到形成于具有一些孔的兩圓筒形板之間的凹部。其中一個圓筒是一收集板，而另一圓筒是一壓板；纖維被壓在兩圓筒之間。該專利是把纖維噴射到凹部的角度作為改變特征成網(wǎng)情況而進行討論的。
授予LeVan的美國專利No.4,999,232揭示了一種可拉伸的絮墊，該絮墊是由差異收縮的雙組分纖維組成的，雙組分纖維以規(guī)定的角度形成交叉鋪放的纖維網(wǎng)。角度確定縱向和橫向上的拉伸程度。螺旋卷曲通過差異收縮而被導(dǎo)入到材料中。
授予Burgeni的美國專利No.2,952,260揭示了一種吸收產(chǎn)品，例如衛(wèi)生巾，它具有三層相互折疊的纖維網(wǎng)，每層具有致密纖維或非致密纖維的多孔區(qū)域的不同形狀的帶材。
授予Dake等人的美國專利No.4,112,167揭示了一種纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)包括具有低密度和高空隙容積的擦拭區(qū)域。低密度區(qū)域用親脂清潔軟化劑熱處理。該纖維網(wǎng)是由干燥的兩層淤漿形成的網(wǎng)制成的。
授予Wang等人的美國專利No.4,713,069揭示了一種阻隔物，該阻隔物有一中心區(qū)域，其中心區(qū)域比阻隔物的非中心區(qū)域具有較少的水蒸汽傳輸率。阻隔物能夠由熔噴法或是紡粘纖維網(wǎng)的層合物形成，或由用一種組合物涂覆中心區(qū)域而形成。
授予Buckley等人的美國專利No.4,738,675揭示了一種具有壓縮和非壓縮區(qū)域的多層一次性尿布。壓縮區(qū)域可由輥子的壓花而產(chǎn)生。
授予Marshall等人的美國專利No.4,921,659和No.4,931,357揭示了一種利用可變化的橫向成網(wǎng)件(Webber)形成纖維網(wǎng)的方法。兩個獨立的纖維源(一種短纖維，一種長纖維)被滾壓并通過喂給輥喂入到中心混合區(qū)域。喂給輥的相對喂給速率是能控制的以改變由其形成纖維網(wǎng)的組成。
授予Bryson的美國專利No.4,927,582揭示了一種在纖維網(wǎng)中顆粒材料的漸變分布(graduated distribution)情況，它是通過把一種被控制流動的高吸收性材料引入到纖維狀材料流內(nèi)，它們在形成腔室內(nèi)混合。在纖維材料被放置到形成層中期間可控制的流動速度使得有可能進行高吸收性材料的選擇性分布。
授予Dickenson等人的美國專利No.5,227,107揭示了一種多組分非織造織物，它是通過以下步驟制成的，把來自第一和第二纖維源的纖維引導(dǎo)通過形成腔室，使其混合，以形成一種相對均勻的纖維母體，該纖維母體然后由形成腔室堆放到一形成表面，以致使纖維狀非織物網(wǎng)是由第一和第二纖維的混合物制成的。
授予Robinson的美國專利No.5,330,456揭示了一種吸收性片材，其具有一超吸收聚合物(SAP)的吸收片層和一液體轉(zhuǎn)移層，后者被放置在SAP層之上。
由多層法形成的織物在各層之間可有一些傳輸障礙，這是因為各層之間不良芯吸引起的層內(nèi)阻礙。各區(qū)域差異壓縮產(chǎn)生的織物也是不希望有的，因為高低密度區(qū)域的交替減緩了液體傳輸。
因此希望有一種利用形成纖維網(wǎng)的現(xiàn)有方法來形成可變化孔隙尺寸材料的方法，由此所形成的纖維網(wǎng)具有改善的流動和芯吸特征，這些特征提高了流體吸收產(chǎn)品在目標區(qū)域中吸收液體和從遠距離區(qū)域快速芯吸掉流體的能力。
發(fā)明概述本發(fā)明提供形成具有由熱敏纖維形成的孔隙尺寸梯度的非織物纖維網(wǎng)的方法。
在第一種優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明提供一種以傳統(tǒng)方式制成的具有平均孔隙尺寸的纖維網(wǎng)。該纖維網(wǎng)可使用傳統(tǒng)的熔噴、紡粘、空氣成形、濕法成形或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它方法而形成的。纖維網(wǎng)可被切成楔形體或其它形狀，并且材料有選擇地受到熱的作用，以便有選擇地收縮纖維網(wǎng)的中心區(qū)域。熱源可以是被加熱的水、油或其它液體，例如噴霧狀物，固體，例如熱輥或齒輪，輻射熱源，例如白熾光(不相干的)或激光(相干的)、紫外線、微波能量、或其它電磁輻射。纖維網(wǎng)較寬區(qū)域比較窄區(qū)域會受到更熱的作用，形成具有孔隙梯度的矩形的纖維網(wǎng)。在加熱前可根據(jù)所要的最終產(chǎn)品的形狀而使用各種形狀的纖維網(wǎng)。
在第二種優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明提供一種用于形成非織造纖維網(wǎng)的方法和裝置，該纖維網(wǎng)具有纖維的不同結(jié)構(gòu)和/或組成的重疊或不連續(xù)區(qū)域。在一種熔噴法中，在纖維被形成并放置在收集帶上之后，在跨越所形成的纖維網(wǎng)的寬度方向上將纖維暴露在一個通常均勻作用的熱源，例如熱空氣、加熱固體或吹出或噴射出的液流下。纖維根據(jù)纖維結(jié)構(gòu)和組成的特征而收縮，從而形成具有孔隙梯度的纖維網(wǎng)。
用于實現(xiàn)上述第二種優(yōu)選實施方案的采用熔噴法的裝置包括至少一個貯存器，該貯存器能夠裝有一定量的至少一種聚合物樹脂(通常以切片形式提供)，每一貯存器與熔噴模頭相連。帶有小孔的輸送帶被放置于模頭之下以接收從模頭咀部引出的被拉細的纖維流。一個熱源，例如熱空氣吹風機或液體泵與一個集流腔相聯(lián)系，該集流腔被放置于跨過至少部分輸送帶的寬度方向上。所述的集流腔具有至少一個設(shè)置在底部上的縫隙，它能把熱空氣吹到或把液體噴射在所述集流腔下面通過的輸送帶上面的纖維網(wǎng)上。也可將空氣過濾件設(shè)置在熱空氣源與集流腔之間或設(shè)在熱空源處以用來過濾雜質(zhì)。還可以將貯有纖維或其他顆粒的貯存器與集流腔相聯(lián)系以便利用熱空氣將纖維或顆粒吹到纖維網(wǎng)上，這樣就能夠在收縮之前通過改變材料的組成而對纖維網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和功能特性提供進一步的控制。在流體熱源情況下，流體，例如水，可采用傳統(tǒng)方式，例如真空源，使其從纖維網(wǎng)中除去。
在第三種實施方案中，可以使用應(yīng)用通常已知的紡粘裝置的第二種優(yōu)選實施方案，并且增加應(yīng)用如前面所述的集流腔和熱源。
在第四種實施方案中，熔噴法和紡粘法被結(jié)合以形成復(fù)合的層狀纖維網(wǎng)，例如紡粘-熔噴-紡粘纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的并且由本發(fā)明的受讓人生產(chǎn)。
還可能使用多組分纖維，例如，但并不限于，皮/芯型纖維、偏心皮/芯型纖維、并列型雙組分纖維，并列型三組分纖維或其它已知的多組分結(jié)構(gòu)和組成的纖維。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于形成具有可變化的孔隙尺寸梯度的非織造纖維網(wǎng)的方法和裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種通過使一種具有平均孔徑的纖維網(wǎng)與熱源相接觸使纖維有選擇性地收縮從而形成具有孔隙尺寸梯度的纖維網(wǎng)的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種通過使由不同的纖度或其他結(jié)構(gòu)特征組成的纖維網(wǎng)與熱源相接觸使纖維有選擇性地收縮，從而形成具有孔徑梯度的纖維網(wǎng)的方法。
本發(fā)明另一目的是提供一種通過使由許多纖維區(qū)域組成的纖維網(wǎng)與熱源相接觸使纖維有選擇性地收縮，從而形成具有孔隙尺寸梯度的纖維網(wǎng)的方法，所述的每個區(qū)域含有不同的組成或結(jié)構(gòu)的纖維，而某些區(qū)域有可能是重疊的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于形成不同的纖維網(wǎng)組成或結(jié)構(gòu)的纖維網(wǎng)的方法，其中利用引入纖維和顆粒來控制其組成和結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點，通過結(jié)合附圖和權(quán)利要求書，在閱讀本發(fā)明下列詳細描述的實施例后將會變得更加清楚。
附圖簡介本發(fā)明在附圖中被舉例說明，在所有的圖中同樣的參考標號表示相同或類似的部件

圖1表示了根據(jù)本發(fā)明第一種優(yōu)選實施方案的纖維網(wǎng)的透視圖，纖維網(wǎng)具有初始均勻的孔隙尺寸。
圖2表示圖2的纖維網(wǎng)在受熱之后的透視圖。
圖3為表示根據(jù)第一種優(yōu)選實施方案的熔噴PET纖維在收縮之前的孔半徑分布圖。
圖4為表示根據(jù)第一種優(yōu)選實施方案的熔噴PET纖維在收縮之后的孔半徑分布圖。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明第二種優(yōu)選實施方案的用于形成可變化的組成纖維的熔噴裝置的透視圖。
圖6表示生產(chǎn)層狀結(jié)構(gòu)的裝置的示意圖，其中一排熔噴拉絲模頭(meltblown die)形成第一層纖維而第二排熔噴拉絲模頭生產(chǎn)出鋪疊在第一層纖維上的纖維。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明第二種優(yōu)選實施方案用于形成可變化組成的纖維網(wǎng)的紡粘裝置的側(cè)視圖，該裝置使用3個紡粘拉絲模頭(spunbond die)。
圖8表示根據(jù)另一實施方案的裝置的側(cè)視圖，其中首先通過一排紡粘拉絲模頭組件堆置一層纖維，隨后堆置由一排熔噴拉絲模頭生產(chǎn)的第二層纖維。
優(yōu)選實施方案說明本發(fā)明可被用來采用熱敏纖維生產(chǎn)具有受控的孔梯度分布的非織造纖維網(wǎng)。本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方案提供用于有選擇性地引起纖維收縮所施加的熱或其它力的方法和裝置。
在本發(fā)明所有實施方案中，所使用的聚合物可以是任何適用的熱塑性材料，例如，但并不限于，乙烯、丙烯、對苯二甲酸乙二醇酯的聚合物和共聚物、及其混合物等。聚合物應(yīng)顯示出可收縮的特性。這些材料對本專業(yè)的技術(shù)人員來說都是已知的，因此不需要詳細描述。從理論上說，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何熱塑性聚合物均將表現(xiàn)出熱收縮特性，如果它首先被取向(如在纖維紡絲過程中)，然后被凝固，以便“凝固”取向。隨后施加的熱將會引起材料收縮，從而消除在取向工藝中所引起的應(yīng)力。此外，所形成的纖維可以是標準的單絲、單組分纖維，或者，可以是多組分纖維，例如，但并不限于皮/芯型、偏心皮/芯型、并列型(雙組分)、海島型(3組分)、或類似結(jié)構(gòu)。對于這些纖維和其它類型的多組分纖維的說明可參見授權(quán)給Pike等人的美國專利No.5,382,400，(在此編入該文獻作參考)，并且該專利已被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
在本發(fā)明的第一種優(yōu)選實施方案中，該實施方案被示于圖1-4中，部分非織造纖維網(wǎng)10具有由纖維或長絲12所確定的基本上均勻的孔隙尺寸分布。術(shù)語纖維和長絲是同義的，如術(shù)語纖維網(wǎng)和網(wǎng)那樣，在此可互用。纖維網(wǎng)10是采用本領(lǐng)域已知的標準熔噴或紡粘技術(shù)形成的，因此無需詳細的描述。然而，簡單地說，在熔噴工藝中，一定數(shù)量的聚合物樹脂切片通過螺旋輸送器而經(jīng)過擠出機，隨后通過具有許多細孔有熔噴拉絲模頭。熔融的樹脂被迫穿過細孔而形成纖維。纖維通過與熱的拉伸空氣接觸而被拉細和斷開，并且在一個例如為帶小孔的真空帶的移動表面上被收集而成為一種纏結(jié)的纖維網(wǎng)，在定形后從帶中收集纖維。
在此第一優(yōu)選實施方案中，熔噴拉絲模頭形成的纖維網(wǎng)在跨越其寬度的方向上具有平均孔隙尺寸，因為拉絲模頭的直徑是相同的，其結(jié)果是纖維通常會有相同的直徑。對于采用熔噴工藝所形成的未收縮的PET纖維的樣品的孔隙尺寸分布圖被示于圖3中?？紫冻叽缫缘刃Э紫栋霃奖硎緸榧s5μ到約1000μ，優(yōu)選為約20μ到約500μ。在本發(fā)明的范圍內(nèi)還考慮到收縮之前和之后的其它孔隙尺寸范圍。最好是變化系數(shù)不大于50％。有關(guān)孔隙尺寸的描述被記載在授權(quán)給Johnson等人并已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利No.5,039,431中，在此將其編入作參考。圖4示出采用熔噴法形成的收縮的PET纖維的孔隙尺寸分布圖。
較好的是，可將熱空氣對著被選定區(qū)域上的纖維進行噴吹，以便收縮纖維。例如，圖2示出了纖維網(wǎng)10的選擇性加熱區(qū)域14的效果。纖維或長絲12被收縮并且更加顯著的纏結(jié)在區(qū)域14內(nèi)，結(jié)果與纖維網(wǎng)10的剩余部分區(qū)域相比減小了孔隙尺寸。影響收縮量的因素包括，但并不限于，加熱空氣的溫度、空氣的速度、噴嘴距纖維的距離、加熱的持續(xù)時間、空氣本身的組成(例如，濕度、pH、其它汽化或未汽化組分的組成)和其它類似因素。
纖維有選擇的收縮是通過對纖維施加熱而實現(xiàn)的。另一方面，蒸汽、油、或其它適合的液體在特定的時間間隔與選定區(qū)域內(nèi)的纖維相接觸，從而在某些區(qū)域中纖維的收縮較多而在其它區(qū)域中纖維的收縮較少。收縮可通過一些因素加以控制，這些因素包括，但并不限于所施加的熱源溫度、熱源的組成、熱源離纖維網(wǎng)的距離、以及加熱的持續(xù)時間。
任何影響收縮的其它因素也可被用于本發(fā)明之中，它們包括，但并不限于，水、光(UV，激光)、壓力、磁力或其它電動勢等，而這些因素根據(jù)纖維和墊的組成來選擇。有可能使用具有pH敏感性組成的纖維和使用經(jīng)酸或堿調(diào)節(jié)的流體以控制收縮。
還有可能的是使用微波能來加熱纖維。這種方法的一個實例能夠采用金屬顆粒作為一種輔助成形材料來形成所述的纖維。摻入的顆粒在微波或其它能量作用下將會變熱，由此使纖維收縮。纖維網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的顆粒的不同濃度能夠通過許多不同尺寸的模具口或通過許多不連續(xù)的模具或通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它技術(shù)而實現(xiàn)。在可以代替微波能的情況下，一個或多個熱輥能被用來把熱施加到纖維網(wǎng)上。幾對其間壓縮纖維網(wǎng)的熱輥能夠提供受控的加熱量，并且例如在復(fù)合纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況下還可定形纖維網(wǎng)。
在示于圖5的第二種優(yōu)選實施方案中，具有不同纖維直徑區(qū)域的不同組成的纖維網(wǎng)100最好是由熔噴法形成的。當然，其他的方法也能使用，例如紡粘(下面將更加詳細地討論)、空氣成形、濕法成形、或其它方法。熔噴裝置與方法被詳細描述在授權(quán)給Johnson等人的美國專利No.5,039,431中，它使用許多拉絲模頭以形成一種層狀纖維網(wǎng)。圖5示出了一種具有許多料斗110的裝置105，每一料斗(110)貯有聚合物樹脂的熱塑性切片112(未圖示)。每一料斗110可具有不同的聚合物組分，或不同的料斗可具有相同的組分。下面對各模頭組件111進行說明。切片112被輸送到擠出機114，擠出機裝有內(nèi)部螺旋輸送器116。螺旋輸送器116(未圖示)是由馬達118驅(qū)動的。擠出機114沿其長度被加熱到熱塑性樹脂切片112的熔融溫度從而形成熔體。由馬達118驅(qū)動的螺旋式輸送器116迫使熔化的樹脂材料通過擠出機114進入到相連的輸送管120中，各管被連接到拉絲模頭122、124和126。每個拉絲模頭具有拉絲模寬。較好的是，拉絲模頭122、124和126被相互靠近地設(shè)置，以便由此形成的纖維將會纏結(jié)在一起。纖維以傳統(tǒng)的方式在拉絲模頭口被生產(chǎn)出，即，使用高壓空氣拉細并切斷聚合物流，從而在每一拉絲模頭口形成纖維，這些纖維在移動的有孔帶128上堆放成層而形成纖維網(wǎng)100。一個真空箱129被置于輸送帶128底下，以便在熔噴過程中將纖維吸在輸送帶128上。有可能的是，一個料斗110可將聚合物提供給拉絲模頭122、124和126。另外一種方式是，每一料斗110可把不同的聚合物提供給每一拉絲模頭。
由此形成的纖維網(wǎng)100通過一個集流腔130而被加熱，在纖維網(wǎng)100的橫向上集流腔均勻地分布加熱空氣，由真空箱131的輔助作用來改善穿透纖維厚度的加熱均勻性。加熱空氣是通過導(dǎo)管132而被引入到集流腔的，該導(dǎo)管與一加熱空氣源134相通。非強制的是，在加熱空氣源134的下游放置一空氣過濾件136以減少纖維網(wǎng)100的污染。在另一實施方案中，集流腔130可具有許多不連續(xù)區(qū)域，每一區(qū)域由不同的加熱空氣源供給，每一熱源產(chǎn)生不同溫度的熱。在另一種實施方案中，集流腔130位于輸送帶116和纖維網(wǎng)100的下面，而真空箱131的位置同樣地被顛倒過來。
纖維網(wǎng)100可被驟冷以停止對纖維的加熱作用。一旦收縮的纖維網(wǎng)100已被形成，纖維網(wǎng)100通過慣用的退繞輥(未圖示)從輸送帶128上被取出。非強制的是，普通軋光輥(未圖示)在退繞輥之后接觸纖維網(wǎng)100，使得纖維網(wǎng)100被壓花或連接有花紋，由此將所希望的硬挺性和/或強度提供給纖維網(wǎng)100。
至少纖維網(wǎng)100的區(qū)域A、B和C中的一個區(qū)域在熱作用下被收縮。由于纖維被纏結(jié)在一起，收縮產(chǎn)生一種梯度效應(yīng)。收縮程度取決于許多因素，其中包括，但并不限于纖維組成、纖維直徑、纖維密度、區(qū)域重疊情況、纖維網(wǎng)形成和定形后受熱的時間、熱空氣溫度、熱空氣作用的持續(xù)時間、集流腔130離纖維網(wǎng)100的距離、等等。此外，加熱空氣本身也可具有與，例如，但并不限于溫度、濕度、酸性等有關(guān)的可變因素?？諝庠纯珊斜黄乃蚱渌黧w。這些流體可改變纖維網(wǎng)的化學組成，并增加或減少孔隙尺寸或其它特征。然而，空氣源也可含有一些纖維，例如木漿、或顆粒，例如超吸收聚合物(“SAP”)，當它們被吹噴到纖維網(wǎng)100中時或被截留在表面上，或被截留在孔內(nèi)。當纖維或顆粒被部分熔融時，它們能夠粘附和凝固在纖維網(wǎng)100上或其中。
所獲得的纖維網(wǎng)100在跨越纖維網(wǎng)的寬度方向上具有孔隙尺寸梯度。例如，如果拉絲模頭122生產(chǎn)出(相對)粗旦纖維、拉絲模頭124生產(chǎn)出中旦纖維、拉絲模頭126生產(chǎn)出細旦纖維的話，那么最終形成的梯度將會是區(qū)域A的纖維具有最大的孔隙尺寸、區(qū)域B的纖維具有較小的孔隙尺寸、而區(qū)域C的纖維具有最小的相對孔隙尺寸。
在另一實施方案中，3個拉絲模頭122、124和126被一個具有不同直徑孔的單一的拉絲模頭150(未圖示)所代替。通過控制跨越拉絲模頭150寬度的噴孔尺寸，能夠控制所形成纖維的纖度。
另一方面，有可能的是使用一種裝置200，該裝置被示于圖6中，其中由聚合物A組成的纖維層210是通過第一排熔噴(或紡粘)拉絲模頭(部分被示出并以214概括地標出)而被放置在輸送帶212上的，所述模頭被喂入熔融的樹脂聚合物A，如以上就組件111所述。由聚合物B構(gòu)成的纖維層216是通過如218概括示出的第二排熔噴拉絲模頭而被放置在輸送帶212上的，其拉絲模頭類似地被喂入熔融的樹脂聚合物B。真空箱219和219A被置于輸送帶212下面，使其能在操作過程中將所形成的纖維吸到輸送帶212上。所獲得的層狀纖維網(wǎng)220以上述的方式使用集流腔230而經(jīng)受熱處理。所述的集流腔230由導(dǎo)管232連接到熱空氣源234上。在導(dǎo)管234中可以插入或不插入箱體236。真空箱237有助于改善穿過纖維網(wǎng)厚度加熱的均勻性。使用兩種或多種聚合物的優(yōu)點在于每一聚合物的熱收縮特征有可能更好地控制由其形成的孔隙尺寸梯度。使用具有顯著差異的熱收縮特征的聚合物可提供較大的Z方向收縮，它可生產(chǎn)出具有較大或較少吸收或芯吸特性的纖維網(wǎng)。
在形成具有較小孔隙尺寸范圍的預(yù)收縮纖維網(wǎng)的情況下，熔噴法可能是有利的，而紡粘法在獲得較大的孔隙尺寸區(qū)的情況下可能是有利的。
作為第二種優(yōu)選實施方案的可供選擇的纖維網(wǎng)形成法，本發(fā)明能夠用紡粘工藝和裝置來實施。紡粘纖維網(wǎng)成型是本領(lǐng)域所熟知的，因此在這里無需更詳細地說明。然而，簡單地說，圖7示出裝置300的透視圖，其中料斗310把聚合物喂入到擠出機312中，然后由管道314送到紡絲頭316。該紡絲頭把樹脂拉伸成纖維，所述的纖維通過一個位于每一紡絲頭下面的驟冷吹風裝置318(圖中僅示出其中一個)被驟冷。纖維牽引裝置或吸氣裝置320被設(shè)置在紡絲頭316之下并且接受驟冷的長絲。當然，根據(jù)本發(fā)明可以使用任何數(shù)量的紡粘擠出機-紡絲頭組件。
纖維牽引裝置320包括一個細長的垂直通道，長絲由模件的通道進入并被向下流過通道的吸入空氣所牽引。加熱器322(圖中僅示出其中一個)將熱的吸入空氣提供給纖維牽引裝置320。熱的吸入空氣抽吸長絲和周圍空氣通過裝置320。借助真空箱325帶有孔的收集帶324收集來自纖維牽引裝置320出口的連續(xù)長絲，從而形成纖維網(wǎng)328。非強制的是，可使用軋光輥(未圖示)以通常已知的方式將圖案或全部粘合施于纖維網(wǎng)328上。
在纖維網(wǎng)328已被形成之后，使用一種如上所述的熱集流腔330把熱施加到纖維網(wǎng)328上并且使用一種如上所述的真空箱329。由此在纖維網(wǎng)中形成孔隙梯度。
在第二種實施方案的另一可供選擇的實施方案中，可使用熔噴和紡粘相結(jié)合的方法以形成復(fù)合纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)采用第二種實施方案的熱源裝置和方法來收縮。一種被稱之為SMS的紡粘-熔噴-紡粘纖維的復(fù)合材料可應(yīng)用本發(fā)明來形成和進行熱收縮。在這樣的方法中，一熔噴纖維層被形成在紡粘纖維層的頂部并與一第二紡粘層相結(jié)合以形成一種3層的層壓制品，隨后該層壓制品在一對軋光輥之間被緊壓以形成整個纖維網(wǎng)。圖8示出裝置400，其可形成一種紡粘-熔噴纖維網(wǎng)410。料斗412把聚合物切片喂入到擠出機414內(nèi)。被擠出的樹脂通過管416而喂入到紡絲頭418內(nèi)。該紡絲頭將樹脂形成長絲。毗鄰長絲流處設(shè)置有一驟冷吹風機420，該驟冷吹風機驟冷長絲。長絲被接收到纖維牽引裝置422內(nèi)，由加熱器424向纖維牽引裝置提供熱空氣。
形成的長絲通過位于輸送帶426之下的真空箱428而被牽引到帶有孔的收集輸送帶426上。由料斗432通過擠出機434和管436的組件向熔噴拉絲模頭430提供聚合物樹脂而產(chǎn)生一層熔噴纖維，該熔噴纖維層被堆放在收集輸送帶426上的紡粘纖維層的長絲上。如以上所詳細描述的那樣，加熱集流腔組件440和真空箱441有選擇地熱收縮該層狀纖維網(wǎng)410而形成孔隙尺寸梯度頸狀物，能夠使用如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的拉伸輥組件442和/或軋光輥443和444。收集輥450能夠取出并收集制成品。
本發(fā)明第一種實施方案的優(yōu)點在于按常規(guī)形成的纖維網(wǎng)在其形成之后可被處理而有差異地產(chǎn)生孔隙尺寸梯度。這種方法對于形成纖維網(wǎng)來說可以減少投入新設(shè)備的需要?？紫短荻鹊膬?yōu)點在于纖維網(wǎng)的孔隙較小而其芯吸能力較大。對于克服重力輸送液體來說孔隙梯度結(jié)構(gòu)是最有效的結(jié)構(gòu)。此外，在具有孔隙梯度的較小區(qū)域處，有選擇地對對均勻的孔隙尺寸的纖維網(wǎng)施加熱能夠高程度地控制收縮。此方法的另一優(yōu)點是輔助成形顆粒的添加對纖維網(wǎng)的特征提供更多的控制。
第二實施方案的優(yōu)點在于更容易地對孔隙尺寸范圍的控制，因為就控制而論只有兩個自由度，即纖維網(wǎng)密度和熱作用。
實施例結(jié)合下列的實施例將對本發(fā)明作進一步的說明，所述的實施例僅供舉例說明之用。除非另作說明者外，出現(xiàn)在實施例中的份數(shù)和百分比均以重量表示。
實施例1，由均質(zhì)的組成形成的孔隙梯度結(jié)構(gòu)一種熔噴纖維網(wǎng)(樣品#5214)是以形成一種基本上均勻的孔隙尺寸分布的通常方式由PET制成的。有關(guān)形成熔噴纖維網(wǎng)的方法的詳細說明，可參見Butin等人的US No.3,849,241。材料樣品被切成被截斷的倒置三角形形式。纖維網(wǎng)樣品的切片被浸在沸水中(100℃)30秒，以便有選擇地收縮部分纖維網(wǎng)。另一種方法是使用噴頭/集流腔將沸水噴灑到纖維網(wǎng)上，所述的噴頭/集流腔基本上是跨越輸送帶和纖維網(wǎng)寬度方向上延伸的。在集流腔之下通過的輸送帶上的纖維的輸送速度和集流腔的長度確定纖維受熱的持續(xù)時間。
這種方法形成一種具有孔隙尺寸梯度的整體結(jié)構(gòu)。
實施例2實施例1的孔隙梯度結(jié)構(gòu)和對照樣品的分析所形成的未收縮纖維網(wǎng)的孔隙半徑分布圖被示于圖3中，其中X軸表示以微米計的孔隙半徑，Y軸表示以ml/g計的吸收率，它們是通過使用基于多孔板法的裝置測定的，該方法首先由Burgeni和Kapur報道在紡織和研究雜志第37卷(1967),p356。這種系統(tǒng)是多孔板法的一種改進形式并且由與程序可控的步進電機相聯(lián)系的可動Velmex平臺和一個由微機控制的電子秤組成?？刂瞥绦蜃詣拥貙⑵脚_移到所希望的高度，以規(guī)定的取樣率收集數(shù)據(jù)直到達到平衡為止，然后移至下一個計算高度。該方法的可控制參數(shù)包括抽樣率、平衡準則、吸收/解吸循環(huán)的次數(shù)。
這種分析的數(shù)據(jù)是在一種油介質(zhì)中收集的。每15秒獲取一些讀數(shù)，在4次連續(xù)讀數(shù)之后，如果平均變化小于0.005g/min，平衡被認為已達到。一個完整的吸收/解吸循環(huán)被用于獲得記錄數(shù)據(jù)。所使用的樣品是直徑為27.5英尺的沖切片材。
未收縮樣品的孔隙半徑分布的峰值為170μ。收縮樣品的孔隙半徑分布被示于圖4中。
垂直芯吸技術(shù)包括將一長塊的樣品織物的一部分浸在流體槽中，并使其從上向下垂直懸掛一段時間?？椢镌诹黧w中的深度并不是關(guān)鍵性的。垂直芯吸高度是流體在已達到平衡之后垂直移動到織物上部的高度(從織物的流體標高處起測量的)。平衡高度被認為是最大可能的芯吸高度(在約1至2小時后達到)。在此試驗中被比較的樣品的平衡時間無需相等。
一種試驗是采用g=27dynes/cm,η=6厘泊的礦物油進行的，其中g(shù)是表面張力，η是粘度。對于孔隙梯度樣品和均勻的未收縮樣品的平衡垂直芯吸高度如下
這些數(shù)值與吸收模式中測量的孔隙尺寸分布相一致。
實施例3熱處理均勻的纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)的方法實施例1的均勻組成的樣品在跨越纖維網(wǎng)的表面上經(jīng)受來自于熱空氣源的熱空氣流，為時約5秒至2分鐘、溫度范圍在約100℃至約200℃之間。熱空氣流以不等的持續(xù)時間對著纖維網(wǎng)的選定部分。熱空氣源平穩(wěn)運動在各部分間引起平穩(wěn)的轉(zhuǎn)變。
實施例4由可變的組成生產(chǎn)可變孔隙尺寸梯度的方法具有不同纖維直徑的可變組成纖維網(wǎng)是通過使用三個拉絲模頭的熔噴工藝由聚丙烯制成的，每一拉絲模頭擠出不同直徑的纖維以形成3個區(qū)域。另外，可以使用一種在拉絲模橫斷面上具有不同小孔尺寸的單一的拉絲模頭。區(qū)域纖維含量、相對收縮、和孔隙尺寸如下
將所獲得的纖維網(wǎng)樣品切成倒置的截斷三角形。該樣品均勻地經(jīng)受熱源作用，熱源例如為具有溫度最好為150°-200℃的熱空氣或沸水，作用時間為約30秒。當然，這些數(shù)值范圍是近似的和變化的，該范圍的擴大和縮小也是適用的并被考慮在本發(fā)明范圍之中的。所得到的產(chǎn)品在區(qū)域3中具有最大的收縮和最小的孔隙尺寸，在區(qū)域2中具有中等收縮和適中的孔隙尺寸，在區(qū)域1中有最小的收縮和最大的孔隙尺寸。
實施例5中央和側(cè)部區(qū)域形成的替換方法對于能夠制成尿布或類似產(chǎn)品的材料來說，沿著將被形成區(qū)域1的纖維網(wǎng)的長度，中心區(qū)域(區(qū)域1)是由粗纖維PET制成的；在區(qū)域1的兩側(cè)上的區(qū)域2和3是由適中的或細纖維PET或PET/聚丙烯混合物制成的。在施加熱源之后，中心區(qū)域1具有大的孔隙尺寸，此處的流體接觸和吸收通量是最大的，側(cè)部區(qū)域2和3具有較小的孔隙尺寸，它們芯吸流體離開中心區(qū)域1。
實施例6使用熔噴工藝由纖維混合物生產(chǎn)可變化孔隙尺寸梯度結(jié)構(gòu)的方法使用一種如圖6所示的裝置，其中源于聚合物A的熔噴纖維是通過3個拉絲模頭形成的，并沿輸送帶橫向被堆放在其上。當聚合物A的纖維仍是熔融狀態(tài)時，將源于聚合物B的熔噴纖維通過各自的拉絲模口而被放置在聚合物A纖維的上部，以致二種纖維混合并引起纏結(jié)。在被混合的A和B纖維網(wǎng)形成之后，使其經(jīng)受熱源的作用，如以上實施例中所述。這樣形成的多組分纖維網(wǎng)具有能被所使用的每一種纖維A和纖維B的結(jié)構(gòu)和組成控制的孔隙尺寸梯度。
盡管結(jié)合一些優(yōu)選的實施方案已對本發(fā)明作出說明，但這些實施方案并不是被用來將本發(fā)明的范圍限于這些特定形式；相反，它們是被用來覆蓋可能落入在由權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的這樣的替代、改型和等同物的。
權(quán)利要求
1．一種形成具有孔隙尺寸梯度的非織造纖維結(jié)構(gòu)的方法，包括(a)提供至少一種能夠形成熱敏纖維的聚合物樹脂；(b)由所述的樹脂形成許多纖維；(c)由所述的這些纖維形成一種非織造纖維網(wǎng)，所述的纖維網(wǎng)具有平均孔隙尺寸；(d)有選擇地將熱源施加到所述的纖維網(wǎng)上，以致一部分的所述纖維收縮而形成比步驟(c)中所述的平均孔隙尺寸小的平均孔隙尺寸。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的聚合物是一種熱塑性聚合物。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述的聚合物選自乙烯、丙烯、對苯二甲酸乙二醇酯的聚合物和共聚物以及它們的混合物。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的纖維在步驟(b)中是通過熔噴法形成的。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的纖維在步驟(b)中是通過紡粘法形成的。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的纖維選自由單組分和多組分纖維組成的組中。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述的多組分纖維選自由皮/芯型、偏心皮/芯型、并列型、海-島型結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組中。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的形成的纖維具有約0.1μ至約100μ的平均直徑。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的形成的纖維具有約1.0μ至約5.0μ的平均直徑。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的在步驟(c)中形成的纖維網(wǎng)具有約5μ至約1000μ的平均孔隙尺寸。
11．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述的在步驟(c)中形成的纖維網(wǎng)具有約5μ至約20μ的平均孔隙尺寸。
12．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述的在步驟(c)中形成的纖維網(wǎng)具有約200μ至700μ的平均孔隙尺寸。
13．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的在步驟(c)中形成的纖維網(wǎng)具有小于約50％變化量的平均孔隙尺寸。
14．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的纖維是與一種選自由纖維、木漿、顆粒材料和超吸收聚合物(SAP)組成的組中的材料共同形成的。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的熱源選自由流體、空氣、固體和顆粒材料組成的組中。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述的流體選自水和油組成的組中。
17．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，它還包括步驟(e)驟冷所述的纖維網(wǎng)。
18．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的纖維網(wǎng)是由熔噴法和紡粘法的結(jié)合而生產(chǎn)的。
19．一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法生產(chǎn)的具有孔隙尺寸梯度的非織造纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
20．一種形成具有孔隙尺寸梯度的非織造纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)的方法，包括(a)提供至少一種能夠形成熱敏纖維的聚合物樹脂；(b)由所述的樹脂形成許多纖維；(c)由所述的這些纖維形成一種非織造纖維網(wǎng)，所述的纖維網(wǎng)具有平均孔隙尺寸和具有至少兩種纖維特征的可變化的結(jié)構(gòu)，所述的至少兩種纖維的每一種是在一個區(qū)域中；和(d)有選擇地將熱源施加到所述的纖維網(wǎng)上，以致使至少一部分的所述纖維收縮，從而產(chǎn)生具有不同的平均孔隙尺寸的區(qū)域。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的聚合物是熱塑性聚合物。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述的聚合物選自由乙烯、丙烯和對苯二甲酸乙二醇酯的聚合物和共聚物以及它們的混合物組成的組中。
23．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的纖維在步驟(b)中是通過熔噴法形成的。
24．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的纖維在步驟(b)中是通過紡粘法形成的。
25．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的纖維選自由單組分和多組分纖維組成的組中。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述的多組分纖維是選自由皮/芯型、偏心皮/芯型、并列型、和海島型結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組中。
27．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的形成的纖維具有約0.1μ至100μ的平均直徑。
28．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的形成纖維具有約1.0μ至約5.0μ的平均直徑。
29．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的在步驟(c)中形成的纖維網(wǎng)具有約5μ至約1000μ的平均孔隙尺寸。
30．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述的在步驟(c)中形成的纖維網(wǎng)具有約5μ至約20μ的平均孔隙尺寸。
31．根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述的在步驟(c)中形成的纖維網(wǎng)具有約200μ至約700μ的平均孔隙尺寸。
32．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的在步驟(c)中形成的纖維網(wǎng)具有約小于50％變化量的平均孔隙尺寸。
33．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的纖維是與一種選自由纖維、木漿、顆粒材料和超吸收聚合物(SAP)組成的組中的材料共同形成的。
34．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的熱源選自由流體、空氣、固體和顆粒材料組成的組中。
35．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的流體選自水和油組成的組中。
36．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的纖維網(wǎng)是由至少一種可收縮纖維和至少一種非收縮纖維制成的。
37．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，還包括步驟(e)驟冷所述的纖維網(wǎng)。
38．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的至少兩個區(qū)域具有一平穩(wěn)過渡區(qū)。
39．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的熱是以均勻的方式施加的。
40．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的熱是有選擇地施加于部分纖維網(wǎng)上。
41．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的纖維網(wǎng)是通過熔噴法和紡粘法的結(jié)合而生產(chǎn)的。
42．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中可形成熱敏纖維的許多聚合物樹脂組分各自穿過獨立的熔噴拉絲模被擠出；從而形成許多具有平均孔隙尺寸和具有至少兩種纖維特征的可變化結(jié)構(gòu)的纖維，所述的至少兩種纖維的每一種是在分離的區(qū)域中。
43．一種由權(quán)利要求20的方法形成的具有孔隙尺寸梯度的非織造纖維結(jié)構(gòu)。
44．一種由權(quán)利要求42的方法形成的具有孔隙尺寸梯度的非織造纖維結(jié)構(gòu)。
45．用于形成具有孔隙梯度可變化纖維結(jié)構(gòu)的非織造纖維網(wǎng)的裝置，包括(a)至少兩個料斗，每一料斗可含有一定數(shù)量的樹脂材料；(b)至少兩個拉絲模頭，每一拉絲模頭具有至少一個孔；(c)與所述拉絲模相連用以放置所述料斗的裝置，每一容器與至少一個拉絲模頭相連；(d)用于由所述拉絲模頭形成熱敏纖維的裝置；(e)用于收集作為纖維網(wǎng)的所述纖維的裝置，它包括移動的有孔的輸送帶；和(f)一種與所述加熱纖維網(wǎng)的裝置相關(guān)的熱源裝置，對纖維網(wǎng)的加熱方式是使所述纖維有選擇地收縮，造成部分所述的纖維具有比所述的未收縮纖維小的孔隙尺寸。
全文摘要
用于形成含有孔隙尺寸梯度的非織造纖維網(wǎng)的方法和裝置,其結(jié)果是提高了芯吸特性。第一種方法利用一種通常形成的具有平均孔隙尺寸的纖維網(wǎng),該方法包括有選擇地使纖維網(wǎng)與熱源接觸,從而在被選擇區(qū)域中收縮纖維。較小孔隙尺寸具有較大的芯吸能力。第二種方法是利用一種新型的裝置,并且包括形成一種具有纖維區(qū)域的非織造纖維網(wǎng),每一區(qū)域通常具有一組平均纖維結(jié)構(gòu)和/或組成,區(qū)域最好是重疊的。纖維區(qū)域受熱源作用,熱源根據(jù)纖維的纖度和成分而收縮纖維。裝置使用普通熔噴或紡粘設(shè)備,并提供一些樹脂源,樹脂源將樹脂喂入到一些熔噴拉絲模頭中,每一熔噴拉絲模頭生產(chǎn)出特別的纖度和/或組成的纖維,纖維在被收集于收集帶上的纖維網(wǎng)中而形成一些區(qū)域。其纖維網(wǎng)在一集流腔下面移動,該集流腔將加熱的空氣吹到纖維上,或把沸水噴灑在纖維上。纖維根據(jù)其結(jié)構(gòu)和組成而收縮,從而形成一種具有孔隙梯度的纖維網(wǎng)。
文檔編號D01F8/06GK1216589SQ97194078
公開日1999年5月12日 申請日期1997年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月25日
發(fā)明者E·G·瓦羅納 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司