專利名稱：三維結構平的纖維組織及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及三維結構的平的纖維組織。
“三維結構”在這里是指這些平的纖維組織，即，在觀察的二維平面內(nèi)各纖維的方向和彼此在空間上的配置與在下一個二維平面內(nèi)的不同。
本發(fā)明尤其涉及這些平的纖維組織，即它們至少有一個無紡織物層，它與至少一個由稀松結構、格柵或網(wǎng)格構成的層連接。
提供了一種制造的方法。
由USP4302495已知此類平的纖維組織。
一個或多個由不連續(xù)的熱塑聚合纖維構成的層和一個或多個由粗的連續(xù)的熔噴熱塑纖維互相按預定的角度交叉形成的稀疏網(wǎng)格構成的層，互相通過熱焊或片狀或點狀地復合成一種具有均勻厚度的平的纖維組織。無定向的短纖維在單位面積重量為10至15g/m2時直徑在0.5與30μm之間。介紹了格柵/微細纖維層/格柵的組合，也介紹了微細纖維層/格柵/微細纖維層的組合。一種優(yōu)選的既用作微細纖維又用作格柵的長絲，其材料是聚丙烯。這種平的纖維組織有極高的拉伸強度，有可準確調(diào)整的成對的孔隙率。熔噴微細纖維層確定外部表象和例如過濾特性，而一個或多個熱塑網(wǎng)格則用來強化、控制孔隙率以及必要時模擬織造織物的表象。因此這種材料不僅適用作為過濾器，而且適合于在外科方面用作無菌的包裝材料。另一些應用領域是化學的內(nèi)部過濾介質(zhì)或衣服、手套或靴用的重量輕的防水隔熱層。
層與層互相熱連接例如在加熱的軋輥之間通過加壓實現(xiàn)，其中一個軋輥有與期望的點焊相應的刻紋。此外，在加熱前可在軋輥之間施加熱輻射。加熱作用的程度調(diào)整為使纖維材料軟化，但溫度不升高到它的晶體熔點。
人們發(fā)現(xiàn)，這種平的纖維組織當它們在包裝、長期儲存和運輸時受到高壓和達60℃的溫度時，不能長期地在沒有明顯壓縮的情況下經(jīng)受住壓力峰值或其他大的機械力，上述溫度例如在熱帶地區(qū)發(fā)送貨物時是非常普通的。
本發(fā)明的目的是改進先有技術的上述三維結構平的纖維組織，使之即使溫度達60℃，也能經(jīng)受得住垂直于二維平面作用的達1psi的壓力峰值而不破壞。
此外本發(fā)明應提供一種這種平面纖維組織的制造方法。
通過具有第一項權利要求的特征的三維結構多層平面纖維組織以及按第一項方法權利要求所述的方法達到此目的。在從屬權利要求中說明了有利的設計。
至少一個無紡織物層與一個稀松結構層連接。無紡織物層由互相機械和/或熱連接的纖維構成，并沿平面方向有形式上為幾何上重復的隆凸或波紋的皺褶狀走向。
在按本發(fā)明的結構內(nèi)存在至少一個熱塑稀松結構、格柵或網(wǎng)格層，它有互相交叉并在交叉點通過熔化連接的在它們的交叉點之間厚度為150至2000μm以及在交叉點增厚至此值7倍的長絲。為了簡化，此層在下面始終稱為稀松結構，即便它涉及具有交叉的單根長絲的其他結構。
稀松結構的網(wǎng)眼尺寸，亦即兩個最近的長絲交叉點沿縱向的距離乘以沿橫向的相應距離，在長絲交叉點沿縱向和沿橫向彼此的距離按不小于0.10mm的標準時為0.01至9cm2。
在纖維層與稀松結構層之間具體的連接可以是全面的、逐點的、線或面圖案狀的。
稀松結構的長絲例如由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙酯、聚酯彈性體、由乙烯和乙酸乙烯酯或由聚氨酯組成的共聚酯、共聚物制成。
按本發(fā)明有利的設計，稀松結構由一個雙軸拉伸的網(wǎng)格構成。拉伸沿兩個長絲延伸方向進行，按已知的方法沿縱向借助于經(jīng)過一個運行較慢和一個運行較快的軋輥之間的間隙，其中運行得較快的軋輥與運行得較慢的軋輥速度比決定了拉伸比。沿橫向則借助于一個擴寬的拉幅機進行拉伸。
這種已有的方法促使在相對的交叉點之間的長絲粗細減小并因而減小單位面積重量達95％。
還借助于在一面或兩面涂熔點和粘合溫度(Klebepunkt)比長絲的塑料低得多的熱熔性粘合劑層，使按本發(fā)明的對象是層合的平面組織。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，稀松結構一面或兩面用無紡織物覆蓋也可以按這樣的方式進行，即每一個無紡織物層在其皺褶的設計或其固有的性質(zhì)例如單位面積重量、纖維種類、纖維抱合力方面有不同的特性。
通常專家選擇無紡織物在組成、纖維種類、纖維抱合力和纖維方向等方面的參數(shù)時全憑他已知的這些層應當具有的性質(zhì)決定。對于隆凸和波紋高的自身剛度而言人們關心的是，無紡織物的纖維彼此應有必要的強力連接。
在纖維通過粘合劑定型的情況下應優(yōu)選一種具有粗硬手感的粘合劑，因為由此在總體上提高了此平面纖維組織的自身剛度和機械強度。
按本發(fā)明另一項有利的設計，存在的每一個無紡織物層可有面狀熔化的纖維，在這種情況下這些熔化面與稀松結構熱連接。
恰當?shù)氖窃谙∷山Y構中從一個長絲交叉點到下一個長絲交叉點的距離以及拉伸度和長絲粗細沿縱向和橫向基本相同，因為這樣一來在收縮過程后形成具有圓形基底截面的隆凸。業(yè)已證實這種隆凸對于垂直于二維平面的壓力荷載有最大的抵抗能力。
取決于選擇的原材料，可制成重量為20至3000g/m2多層平的纖維組織。具有小的單位面積重量的制品例如適用于尿布內(nèi)的那些用于吸收和分布液體的層，高達3000g/m2的制品適用于具有高的濾液存儲能力的大容積濾墊。
下面借助于附圖進一步說明本發(fā)明

圖1按本發(fā)明的對象俯視圖；圖2沿圖1中線A-A的橫截面；圖3與圖2一樣的視圖，但有不同種類的無紡織物層。
首先可觀察圖1，在這里表示了本發(fā)明可能的一種實施形式的俯視圖。此復合物1由經(jīng)收縮的稀松結構4和兩個無紡織物層2和3組成。它們按這樣的方式連接在經(jīng)收縮的稀松結構上(但它們互相不連接)，即在稀松結構兩側的無紡織物上構成隆凸6和凹陷7。在隆凸之間和它們的下方有空腔12、13，它們允許液態(tài)介質(zhì)滲透并容納其中的微粒和粉塵。此稀松結構由交叉的單絲5組成。
圖2表示沿圖1中線A-A的橫截面，無紡織物2和3在凹陷7的區(qū)域8內(nèi)借助粘合劑連接在稀松結構4的單絲5上。
圖8表示經(jīng)收縮的由無紡織物和稀松結構組成復合物，其中，在稀松結構的長絲5與隆凸6頂9之間的距離用10表示。與圖2不同，此橫截面有非對稱結構。無紡織物隆凸6只沿一個垂直于稀松結構的二維平面的方向延伸。稀松結構的長絲在一側帶有共同擠塑的其熔點和軟化點均明顯低于稀松結構其余材料的熱塑粘合劑11。無紡織物通過熱塑粘合劑11強力地與稀松結構連接，在這里，位置11同時表示凹陷7的最低點。借助位置標號10確定稀松結構平面與隆凸6頂9之間的距離。隆凸有明顯增大表面的效果，從而增加要分離的微粒的容納量。在無紡織物垂直于二維平面定向的隆凸6與稀松結構平面之間的空腔12以及在凹陷7與隆凸6頂9之間的露天的空腔13都足夠大，以便能自發(fā)吸收低粘度到中等粘度的液體以及由固體部分和水溶液組成的多分散系，并或許傳送給位于下面的吸水層。
為了實施制造三維結構平的纖維組織的方法，將一個3-300g/m2重的由熱塑長絲構成的未經(jīng)收縮的稀松結構、網(wǎng)格或格柵一面或兩面用無紡織物平面狀覆蓋，并用已知的層合技術復合成一個扁平的無紡織物。此無紡織物可采取各種已知的措施制造，亦即通過梳理或供氣、排水或通過由熔體擠壓紡絲得到纖維或長絲來干燥。接著進行熱處理復合，這種熱處理足以使稀松結構遭受一次面積收縮。本身沒有進行過或與稀松結構相比進行過低得多的面積收縮的無紡織物層，為構成垂直于二維平面的隆凸而偏離。無紡織物可整個面積或部分面積連接。對于按本發(fā)明的方法也可以采用穿孔的無紡織物。
通過進一步提高溫度，使無紡織物內(nèi)的稀松結構收縮。收縮強度取決于稀松結構所基于的熱塑性塑料的軟化溫度范圍和熔化溫度范圍。為了引發(fā)收縮，此溫度必須在這兩個溫度之間，在這種情況下，實際作用在織物上的熱流越接近熱塑性塑料的熔點，收縮量便越大。專家們當然知道，在規(guī)定的收縮溫度下的保持時間也會對面積收縮的大小帶來影響。沿縱向和橫向能達到的收縮量或兩個量相互的比例可主要通過選擇稀松結構預定。不接觸和無阻礙地收縮的前提條件是，稀松結構沿縱向和橫向有相同的纖度和相同拉伸度使縱向和橫向收縮之比為1∶1若希望沿縱向和橫向有不同的收縮，則選擇織物的單絲沿縱向和橫向被不同拉伸或在拉伸度相同時它們的纖度有明顯的差別。也可采用這種稀松結構，即它沿縱向和橫向的單絲由不同的熱塑性塑料構成。在這種情況下收縮量和收縮方向取決于稀松結構軟化溫度低的組分，在這時選擇的收縮溫度應處于稀松結構中熔化溫度較低的那個組分的軟化溫度與熔化溫度之間。
無紡織物在稀松結構上的連接和層合也可以在唯一的一個步驟內(nèi)實現(xiàn)。這種方法經(jīng)濟性好。在這種情況下，稀松結構定位在兩個疏松的纖維網(wǎng)層之間，接著機械地或用射水針刺成復合物，并借助于已知的浸漬技術加粘合劑。
作為非纖維的粘合劑采用水狀的塑料彌散膠體，它們壓在復合物一面或兩面，或在泡沫浸漬裝置內(nèi)用發(fā)泡混合物實施完全的浸漬，或用不發(fā)泡的混合物通過用水狀塑料彌散膠體全身溶浸漬。接著干燥和粘合劑在加熱時交聯(lián)。
通過在無紡織物內(nèi)部粘合的纖維熱塑性塑料的活化，可造成附加的內(nèi)部固化。
在高壓射水針刺的情況下，按本發(fā)明的一種特殊的設計形式，還可以同時在無紡織物中造成穿孔。
在縱向與橫向收縮之間的比例決定了無紡織物層中隆凸的形狀。當縱向/橫向比為1∶1時，形成具有理想的圓形基底的圓頭隆凸。當縱向/橫向比不等于1時形成具有平行于基底的理想橢圓形截面的隆凸。若收縮例如只是沿縱向完全受阻，則在無紡織物上形成沿縱向連續(xù)延伸的條狀隆凸，它們沿其整個長度有理想的相同幅度。
令人驚訝的是，重量小于10g/m2的稀松結構盡管兩面有重量至少7g/m2的無紡織物面層，但仍能收縮到原始長度的80％。確切地說人們曾認為無紡織物會妨礙稀松結構的收縮，尤其在稀松結構原始單位面積重量很小時。然而實際上并非這種情況。
下述工藝方案業(yè)已證明由于其簡單因而是特別有利的稀松結構一面或兩面用不連接的纖維網(wǎng)覆蓋并進行一次熱壓花或超聲壓花。由此得到的扁平的兩層或三層的平面組織有足夠的復合強度。接著在不使用粘合劑的情況下加熱或用水蒸氣收縮。對于這種工藝方案采用具有并列型偏心或同心的芯皮結構的復合纖維。無紡織物覆蓋層(一個或兩個)可由100％這種復合纖維構成，或使用熱塑性塑料和非熱塑性塑料的單組分纖維的混合。有關單組分纖維的選擇沒有任何限制的必要。
復合纖維的熔點必須使熔點較低的組分的熔點小于或等于稀松結構中引發(fā)收縮的單絲的熔點。恰當?shù)氖侨埸c差不超過40℃，以防無紡織物層嚴重脆化。
是否采用有助于熔接的熱塑聚合物并非關鍵，在單面覆蓋無紡織物時業(yè)已證明恰當?shù)氖遣捎眠@樣一種熱塑組分，它對于稀松結構的熱塑聚合物應有化學親合力。要不然在層合后存在復合強度差的危險。在這方面恰當?shù)氖?，例如對于由聚對苯二甲酸乙酯長絲構成的稀松結構，在無紡織物內(nèi)使用聚酯復合纖維，包括熔點高于200℃的共聚酯或聚對苯二甲酸丁二酯作為皮的組分。
尤其在稀松結構和無紡織物應通過熱壓花或超聲固化復合時，有利的是稀松結構兩面覆以纖維網(wǎng)。在壓花后兩個網(wǎng)在稀松結構的上面和下面花紋狀地互相焊接在稀松結構的敞口區(qū)上。稀松結構不可分離地夾在此復合物內(nèi)。在無紡織物與稀松結構之間在此未收縮的半成品材料(Halbmaterial)上熱焊點的數(shù)量很少到可以忽略不計。壓輥的刻紋面積占整個支承面的4-30％。
尤其在稀松結構與復合纖維皮組分之間的熔點差別很小的情況下，恰當?shù)氖鞘褂镁哂械暮附用娣e只占總面積4-14％的刻紋軋輥。
制造由纖維網(wǎng)、稀松結構和另一個纖維網(wǎng)構成的未收縮的層合材料，也可以在兩個加熱的光滑鋼輥之間在加壓的情況下進行。
在收縮過程中，無紡織物內(nèi)原始的連接大部分至甚至全部脫開，所以稀松結構的收縮不遇到阻力。只是在冷卻時才在無紡織物纖維間進行重新連接。
收縮通過僅一次的熱處理便已引發(fā)。一旦已收縮和冷卻的層合材料，便不可能通過第二次熱處理重新使之收縮。
按本發(fā)明多層三維結構的平面組織可以交替地由無紡織物和稀松結構組成。在稀松結構兩面的無紡織物在結構和重量方面可以相同或不同。在特殊情況下也可以采用由兩個相繼的無紡織物構成的內(nèi)層。
這種具有某種結構的平面纖維組織可用于所有此類領域，即，其中存在大的單位表面、在有大的微粒儲存能力的情況下大的流體流量或在受機械負荷時尤其在高溫下有高的抗壓縮性。例如過濾器以及衛(wèi)生或醫(yī)學制品。按本發(fā)明的制品還可在家庭中用于裝飾的目的，例如墻壁覆蓋層。
例1一個由聚丙烯長絲構成經(jīng)雙軸拉伸重量為7.8g/m2和網(wǎng)孔大小為7.6mm·7.6mm的塑料網(wǎng)定位在兩個交叉鋪疊疏松的重量分別為10g/m2的纖維網(wǎng)之間，并通過在一個光滑的和一個刻紋的鋼輥之間壓花進行點焊固化?？碳y輥的焊接面積為9.6％，刻紋深度為0.73mm。在溫度為140℃和線壓30kp/cm以及移動速度為6m/min的情況下壓花。貨物寬度為50cm。
無紡織物由90％皮芯纖維構成，包括由聚對苯二甲酸乙酯制的芯和由共聚酯制的皮，它在120℃時熔化。其余是粘膠短纖維。皮芯纖維的纖度為4.8dtex，它的切割長度為55mm。粘膠短纖維的纖度為3.3dtex，切割長度為60mm。
此三層的平的總重量為27.8g/m2的平面纖維組織接著在170℃和保持時間為2min至20S的帶式干燥機內(nèi)進行熱收縮處理。此原始寬度50cm的半成品材料在收縮和冷卻后寬度只還有16cm和單位面積重量為20g/m2。由此達到沿橫向的線收縮為68％，面積收縮為76.8％以及沿縱向的線收縮為27.6％。
計算收縮的數(shù)學公式為S□＝[1－Gv/Gn]·100[％]Sq＝[1－bn/bv]·100[％]SL＝[1－Gv·bv/Gn·bn]·100[％]式中Gv收縮前單位面積重量g/m2Gn收縮后單位面積重量g/m2bv收縮前貨物寬度 mbn收縮后貨物寬度 mS□面積收縮 ％Sq沿橫向的線收縮 ％SL沿縱向的線收縮 ％在下表內(nèi)列出了室溫下受不同負荷作用以及存放48小時后加負荷1psi時測得的厚度。采用后面說明的公式計算壓縮阻力K、恢復能力W和抗蠕變性KB，分別用％表示。用于計算抗蠕變性的厚度測量在支承壓力為0.2psi的情況下進行。
厚度測量進行如下試件用支承壓力0.6205kPapsi加載，時間為30秒，在此30秒鐘結束后讀出厚度值。緊接著，支承壓力通過更換在厚度測量儀上的重量提高到1.3789kPa，并同樣在再經(jīng)過30秒后在準確相同的測量位置讀出厚度。
再次按支承壓力為3.4473、6.8947和重新為0.6205kPa的順序分別經(jīng)過30秒重復同一個過程。
為了確定抗蠕變性KB，試樣在48小時長的時間內(nèi)溫度為60℃的情況下加壓力1psi，然后確定在支承壓力為1.3789kPa時的厚度。
KW、W和KB的計算如下
將受6.8947kPa力時的厚度用受0.6205kPa力時的厚度除并與100相乘便得出值KW(表示為％)。
將經(jīng)過測量周期后受6.8947kPa力時的厚度用受6.8947kPa力時最初測得的值除并與100相乘便得出值W(表示為％)。
將60℃下經(jīng)過48小時用6.8947kPa的力壓縮后試件的厚度用未經(jīng)壓縮的試件受1.3789kPa力時測量的厚度除并與100相乘便得出值KB(表示為％)。
權利要求
1.三維結構平的纖維組織由垂直于二維平面交替存在的網(wǎng)眼尺寸為0.01至9cm2的長絲層和與之面狀或點狀熱固定連接密實的短纖維層組成，在這里網(wǎng)眼大的長絲層表現(xiàn)為一種稀松結構、格柵或網(wǎng)格，其中，150至2000μ m粗的熱塑性塑料長絲交叉地在它們的接觸點互相熱焊接，以及，長絲交叉點沿縱向和橫向彼此相距不小于0.10mm，其特征為短纖維層有重復的皺褶狀或波紋狀隆凸。
2.按照權利要求1所述的平的纖維組織，其特征為沿橫截面方向無紡織物和稀松結構交替相繼。
3.按照權利要求1所述的平的纖維組織，其特征為由無紡織物構成至少兩個彼此相繼的內(nèi)層。
4.按照權利要求1至3之一所述的平的纖維組織，其特征為一個或多個稀松結構層的長絲在交叉點增粗至它們在交叉點之間的粗細的7倍。
5.按照權利要求1至4之一所述的平的纖維組織，其特征為稀松結構的一面或兩面有熱熔性粘合劑。
6.按照權利要求1至5之一所述的平的纖維組織，其特征為無紡織物的單根纖維用手感硬的粘合劑互相連接。
7.按照權利要求1至5之一所述的平的纖維組織，其特征為無紡織物層由芯皮雙組分纖維或并列型復合纖維組成，其中，每根纖維的組分的軟化點不同。
8.按照權利要求1至7之一所述的平的纖維組織，其特征為無紡織物有面狀熔化的纖維，在這種情況下熔化面與稀松結構熱連接。
9.制造按權利要求1設計的三維結構平的纖維組織的方法，其中，至少一個由塑料長絲構成的、網(wǎng)眼尺寸為0.01至9cm2、相鄰的長絲交叉點的距離不小于0.01mm、重量為3至300g/m2的格柵、稀松結構或網(wǎng)格一面或兩面用無紡織物覆蓋，各層用已知的層合技術互相面狀連接，其特征為接著，此層合塑料的所有層一起在一個溫度下經(jīng)受一次收縮過程，此溫度處于此稀松結構的材料的軟化溫度范圍與熔化溫度范圍之間。
10.按照權利要求9所述的方法，其特征為在這些層互相層合的同時，在一個或多個無紡織物層內(nèi)造成內(nèi)部的纖維抱合，為此，將稀松結構定位在疏松的纖維網(wǎng)層之間，接著將此整體機械地或借助射水針刺并加粘合劑，之后接著實施干燥和收縮過程。
11.按照權利要求9或10所述的方法，其特征為在射水針刺的同時在無紡織物內(nèi)造成穿孔。
12.按照權利要求9所述的方法，其特征為將一個或多個稀松結構在一面或兩面用不連接的纖維網(wǎng)覆蓋，此纖維網(wǎng)至少部分由具有較高的熔點和較低的熔點的組分組成的雙組分纖維構成，其中熔點較低的組分的熔點最高等于稀松結構能收縮的組分的熔點；將此整體進行一次熱壓花或超聲壓花；以及，接著通過加熱作用或借助水蒸氣實施收縮。
13.按照權利要求9至12之一所述的方法，其特征為一個或多個稀松結構在加工成多層平的纖維組織之前，沿縱向在運行速度互不相同的軋輥之間以及沿橫向借助于一個擴寬的拉幅機進行拉伸。
14.按照權利要求9或13所述的方法，其特征為將一面或兩面涂有熱熔性粘合劑的稀松結構加上無紡織物層，以及將此整體在加熱作用下收縮，在這里的熱熔性粘合劑選擇為，它有比稀松結構的長絲材料低的熔點和粘合溫度。
15.按照權利要求9或12至14之一所述的方法，其特征為在收縮前，為了連接纖維無紡織物層與稀松結構，通過超聲波或借助熱壓，在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)成片地熔化無紡織物纖維，并與此同時將此熔化面壓在稀松結構上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維結構平的纖維組織,它由垂直于二維平面交替存在的長絲層和與之面狀或點狀熱固定連接密實的短纖維層組成,其中,網(wǎng)眼大的長絲層表現(xiàn)為一種稀松結構、格柵或網(wǎng)格。按本發(fā)明,在短纖維層上有重復的皺褶狀或波紋狀隆凸。按本發(fā)明的制造方法,層合塑料的所有層在一個溫度下共同經(jīng)受一次收縮過程,此溫度處于稀松結構的材料的軟化溫度范圍與熔化溫度范圍之間。
文檔編號D04H13/00GK1333849SQ99815459
公開日2002年1月30日 申請日期1999年10月29日 優(yōu)先權日1999年1月8日
發(fā)明者迪特爾·格勒茨施, 格哈德·紹特, 漢斯－約爾格·格林 申請人:卡爾·弗羅伊登伯格公司