專利名稱：包括纖維素和合成纖維的一體纖維結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括纖維素纖維和合成纖維組合在一起的纖維結(jié)構(gòu)。更具體地講，本發(fā)明涉及具有不同微觀區(qū)域的纖維結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
纖維素纖維結(jié)構(gòu)例如紙幅已為本領(lǐng)域所熟知。低密度纖維網(wǎng)目前常用于紙巾、衛(wèi)生紙、面巾紙、餐巾紙、濕擦拭物等等。此類紙制品的巨大消耗已經(jīng)產(chǎn)生了對(duì)于改善產(chǎn)品型式和其加工方法的需求。為了滿足此類需求，造紙廠商必須平衡機(jī)器和原料的成本與將制品遞送給消費(fèi)者的總成本。
包括纖維素纖維在內(nèi)的各種天然纖維以及多種合成纖維已經(jīng)被用于造紙業(yè)中。典型的薄頁(yè)紙主要由纖維素纖維組成。用于薄紙的絕大多數(shù)纖維素纖維來(lái)源于樹木。使用了很多種類，包括含長(zhǎng)纖維的軟木(針葉樹或裸子植物)和含短纖維的硬木(落葉或被子植物)。另外，采用了很多不同的制漿方法。一方面，有牛皮紙漿制法和硫酸鹽紙漿制法，伴隨有強(qiáng)烈漂白，生產(chǎn)柔韌的、不含木質(zhì)素的和非常白的纖維。另一方面，有熱機(jī)械或化學(xué)機(jī)械紙漿制法，生產(chǎn)柔韌性差、在光照下易于發(fā)黃以及可濕性差的含較高木質(zhì)素的纖維。通常纖維所含的木質(zhì)素越多，紙漿就越便宜。
盡管造紙業(yè)中采用的纖維種類很廣，當(dāng)僅用于一次性薄紙和紙巾紙品時(shí)，來(lái)源于樹的纖維素纖維有其局限性。木質(zhì)纖維通常干模量高并且直徑較粗大，這導(dǎo)致它們的抗彎剛度較高。此類高剛度纖維有助于生產(chǎn)硬的非軟薄紙。另外，木質(zhì)纖維具有討厭的特性，干燥時(shí)硬度高，典型地使得所得的產(chǎn)品柔軟性差，潤(rùn)濕時(shí)由于水合作用的緣故硬度低，典型地使得所得的產(chǎn)品吸收性差。木基纖維也具有局限性，因?yàn)槔w維的幾何尺寸或形態(tài)基本上不能被“加工”。除了很少量種類變異之外，造紙廠商必須接受大自然提供的纖維。
要制成可用的纖維網(wǎng)，典型的一次性薄紙和紙巾制品中的纖維通過(guò)化學(xué)相互作用彼此粘結(jié)起來(lái)。如果不要求濕強(qiáng)度，則粘結(jié)一般限于纖維素分子上的羥基之間自然產(chǎn)生的氫鍵結(jié)合。如果在最終的產(chǎn)品中要求暫時(shí)性或永久性濕強(qiáng)度，則可添加增強(qiáng)樹脂。這些樹脂或通過(guò)與纖維素共價(jià)反應(yīng)或是通過(guò)在現(xiàn)有的氫鍵周圍形成保護(hù)性的分子層而起作用。無(wú)論如何，所有這些粘結(jié)機(jī)制均具有局限性。它們?nèi)菀桩a(chǎn)生剛性的和非彈性的鍵合，其對(duì)制品的柔軟性和能量吸收性產(chǎn)生不利的影響。
使用彼此和/或?qū)w維素纖維具有熱熔合能力的合成纖維對(duì)于解決前面提到的局限性是一個(gè)極好的辦法。木基纖維素纖維不是熱塑性的，因此不能與其它纖維熱粘合。合成的熱塑性聚合物可被紡成很小的纖維直徑并通常比纖維素的模量要低。這導(dǎo)致纖維的抗撓剛度很低，有助于產(chǎn)生良好的制品柔軟性。另外，合成纖維的工作截面在紡紗過(guò)程中可進(jìn)行微加工。合成纖維也具有理想的水穩(wěn)定模量特性。與纖維素纖維不同的是，當(dāng)潤(rùn)濕時(shí)，正確設(shè)計(jì)的合成纖維不損失任何明顯的模量，因此用此類纖維制成的纖維網(wǎng)在吸收性用途期間抗塌陷。在薄頁(yè)紙制品中使用熱粘合合成纖維導(dǎo)致非常柔韌的纖維(其對(duì)柔軟性有益)與耐水的高拉伸鍵(其對(duì)柔軟性和濕強(qiáng)度有益)相結(jié)合的堅(jiān)固網(wǎng)絡(luò)。
因此，本發(fā)明涉及包括纖維素和合成纖維結(jié)合起來(lái)的纖維結(jié)構(gòu)和用于加工此類纖維結(jié)構(gòu)的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種新穎的一體纖維結(jié)構(gòu)和一種用于加工這樣一種纖維結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的一體或單層纖維結(jié)構(gòu)包括隨機(jī)分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上的多根纖維素纖維和以非隨機(jī)重復(fù)圖案分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上的多根合成纖維。非隨機(jī)重復(fù)圖案可包括基本連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)圖案、基本半連續(xù)的圖案、不連續(xù)的圖案，以及它們的任意組合。纖維結(jié)構(gòu)可包括具有較高密度的多個(gè)微觀區(qū)域和具有較低密度的多個(gè)微觀區(qū)域。至少一種所述多個(gè)微觀區(qū)域、最典型地具有較高密度的多個(gè)微觀區(qū)域與多根合成纖維的非隨機(jī)重復(fù)圖案相對(duì)應(yīng)。
在纖維結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方案中，多根合成纖維的至少一部分與合成纖維和/或與纖維質(zhì)纖維互連。纖維可在包括非隨機(jī)重復(fù)圖案的區(qū)域中有益地互連。
合成纖維可包括選自聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚羥基鏈烷酸酯、多糖，以及它們的任意組合的材料。合成纖維還可包括選自聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚-1，4-環(huán)己烯二亞甲基對(duì)苯二甲酸酯、間苯二酸共聚物、乙二醇共聚物、聚烯烴、聚乳酸、聚羥基醚酯、聚羥基醚酰胺、聚己酸內(nèi)酯、聚酯酰胺、多糖，以及它們的任意組合的材料。
用于加工依照本發(fā)明的一體纖維結(jié)構(gòu)的方法實(shí)質(zhì)上包括以下步驟(a)提供一個(gè)纖維網(wǎng)，其包括隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)上的多根纖維素纖維和隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)上的多根合成纖維；和(b)使纖維網(wǎng)中的至少一部分合成纖維重新分布形成一體纖維結(jié)構(gòu)，其中多根合成纖維的基本部分以非隨機(jī)重復(fù)圖案分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上。
包括隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)上的多根纖維素纖維和隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)上的多根合成纖維的纖維網(wǎng)(本文也稱作“胚”網(wǎng))可通過(guò)提供一種包括多根纖維素纖維與多根合成纖維相混合的含水漿液、將含水漿液沉積在一個(gè)成型構(gòu)件上和使?jié){液部分脫水進(jìn)行制備。該方法也包括將胚纖維網(wǎng)從成型構(gòu)件轉(zhuǎn)移到一個(gè)模塑構(gòu)件的步驟，在模塑構(gòu)件上，可進(jìn)一步使胚網(wǎng)脫水并依照所需的圖案造型。纖維網(wǎng)中的合成纖維重新分布的步驟可發(fā)生在纖維網(wǎng)被設(shè)置在模塑構(gòu)件上之時(shí)。除此之外或可供選擇地，重新分布的步驟可發(fā)生在纖維網(wǎng)與一個(gè)干燥表面例如一個(gè)干燥轉(zhuǎn)筒的表面結(jié)合之時(shí)。
更具體地講，用于加工纖維結(jié)構(gòu)的方法包括以下步驟提供一個(gè)包括多個(gè)流體可透過(guò)區(qū)域和多個(gè)流體不可透過(guò)區(qū)域的模塑構(gòu)件、與模塑構(gòu)件以一種面對(duì)面關(guān)系將胚纖維網(wǎng)設(shè)置在其上、將纖維網(wǎng)轉(zhuǎn)移到一個(gè)干燥表面上和將胚網(wǎng)加熱到足以引起纖維網(wǎng)中的合成纖維重新分布的溫度。合成纖維的重新分布可通過(guò)熔化合成纖維、至少部分移動(dòng)合成纖維或它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
模塑構(gòu)件是微觀單平面的并具有一個(gè)纖維網(wǎng)接觸側(cè)和一個(gè)與纖維網(wǎng)接觸側(cè)相對(duì)的背側(cè)。流體可透過(guò)區(qū)域(最典型地包括孔)從模塑構(gòu)件的纖維網(wǎng)側(cè)延伸到背側(cè)。當(dāng)纖維網(wǎng)被設(shè)置在模塑構(gòu)件上時(shí)，纖維網(wǎng)的纖維傾向于適形于模塑構(gòu)件的微觀幾何形狀，以便設(shè)置在模塑構(gòu)件上的纖維網(wǎng)包括與模塑構(gòu)件的多個(gè)流體可透過(guò)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的第一多個(gè)微觀區(qū)域和與模塑構(gòu)件的多個(gè)流體不可透過(guò)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的第二多個(gè)微觀區(qū)域?？蓪?duì)設(shè)置在模塑構(gòu)件上的纖維網(wǎng)施加流體壓力差以促進(jìn)第一多個(gè)纖維網(wǎng)微觀區(qū)域陷入到模塑構(gòu)件的流體可透過(guò)區(qū)域中。
可通過(guò)模塑構(gòu)件或是從相反的一側(cè)用熱氣加熱設(shè)置在模塑構(gòu)件上的纖維網(wǎng)。當(dāng)通過(guò)模塑構(gòu)件加熱纖維網(wǎng)時(shí)，第一多個(gè)微觀區(qū)域首先暴露于熱氣中。纖維網(wǎng)也可在與干燥轉(zhuǎn)筒結(jié)合時(shí)進(jìn)行加熱。纖維網(wǎng)被加熱到足以引起纖維網(wǎng)中的合成纖維重新分布的溫度，以便合成纖維包括非隨機(jī)重復(fù)圖案，同時(shí)纖維素纖維保持隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)上。
模塑構(gòu)件的一個(gè)實(shí)施方案包括一個(gè)以面對(duì)面關(guān)系連接到圖案形骨架上的加強(qiáng)元件。在這樣一個(gè)實(shí)施方案中，圖案形骨架包括模塑構(gòu)件的纖維網(wǎng)側(cè)。圖案形骨架可包括一種選自樹脂、金屬、玻璃、塑料或任何其它合適的材料的合適材料。圖案形骨架可具有基本連續(xù)的圖案、基本半連續(xù)的圖案、不連續(xù)的圖案或它們的任意組合。
本發(fā)明的方法可有益地包括以下步驟在模塑構(gòu)件和一個(gè)合適的壓制表面例如一個(gè)干燥轉(zhuǎn)筒的表面之間壓縮胚網(wǎng)以致密所選擇的部分胚網(wǎng)。最典型地，纖維網(wǎng)的致密部分為與模塑構(gòu)件的多個(gè)流體不可透過(guò)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的那些部分。
在一種本文附圖中所示的工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，每個(gè)成型構(gòu)件和模塑構(gòu)件包括一個(gè)繞著支撐輥連續(xù)行進(jìn)的環(huán)形帶。
附圖概述

圖1為本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意性側(cè)視圖。
圖2為具有基本連續(xù)骨架的模塑構(gòu)件的一個(gè)實(shí)施方案的示意性平面圖。
圖3為圖2所示的并沿著圖2的線3-3截取的模塑構(gòu)件的示意性剖面圖。
圖4為具有基本半連續(xù)骨架的模塑構(gòu)件的一個(gè)實(shí)施方案的示意性平面圖。
圖5為具有不連續(xù)圖案骨架的模塑構(gòu)件的一個(gè)實(shí)施方案的示意性平面圖。
圖6為沿著圖5的線6-6截取的示意性剖面圖。
圖7為設(shè)置在模塑構(gòu)件上的本發(fā)明的一體纖維結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖8為設(shè)置在模塑構(gòu)件上的胚網(wǎng)的更詳細(xì)的示意性剖面圖，顯示隨機(jī)分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上的示例性合成纖維。
圖9為與圖8類似的剖面圖，顯示了本發(fā)明的一體纖維結(jié)構(gòu)，其中合成纖維以非隨機(jī)重復(fù)圖案分布在整個(gè)結(jié)構(gòu)上。
圖10為本發(fā)明的一體纖維結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方案的示意性平面圖。
圖11為在一個(gè)壓制表面和模塑構(gòu)件之間壓縮的本發(fā)明的一體纖維結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖12為雙組分合成纖維與另一個(gè)纖維互連的示意性剖面圖。
發(fā)明詳述本文所用下列術(shù)語(yǔ)具有下述含義。
“一體纖維結(jié)構(gòu)”是一種包括多個(gè)相互纏結(jié)的纖維素和合成纖維的排列，以形成一個(gè)具有某種預(yù)定的顯微幾何、物理和美學(xué)性質(zhì)的單層片制品。如本領(lǐng)域所熟知的那樣，在一體纖維結(jié)構(gòu)中，纖維素和/或合成纖維可為層狀。
“微觀幾何結(jié)構(gòu)”或其取代詞是指相當(dāng)小的(即，“微觀的”)纖維結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)例如表面紋理，與結(jié)構(gòu)的整個(gè)構(gòu)型無(wú)關(guān)，并與其整體(即，“宏觀的”幾何結(jié)構(gòu)不同。例如，在本發(fā)明的模塑構(gòu)件中，流體可透過(guò)區(qū)域和流體不可透過(guò)區(qū)域組合起來(lái)構(gòu)成模塑構(gòu)件的微觀幾何結(jié)構(gòu)。在考慮其處于一個(gè)二維構(gòu)型例如X-Y平面上時(shí)，含“宏觀的”或“宏觀上”的術(shù)語(yǔ)是指一個(gè)結(jié)構(gòu)或其一部分的“宏觀幾何結(jié)構(gòu)”或整體幾何結(jié)構(gòu)。例如，在宏觀水平上，當(dāng)將其放置在一個(gè)平坦表面上時(shí)，纖維結(jié)構(gòu)由一個(gè)相當(dāng)平薄的片組成。然而，在微觀水平上，纖維結(jié)構(gòu)可由形成不同高度的多個(gè)微觀區(qū)域例如具有第一高度的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和分散分布的并從網(wǎng)絡(luò)區(qū)域向外伸出來(lái)形成第二高度的多根纖維“枕塊”組成。
“定量”為纖維結(jié)構(gòu)的單位面積(典型地按平方米進(jìn)行測(cè)定)的重量(按克測(cè)量)，其中單位面積在纖維結(jié)構(gòu)平面上取得。由其測(cè)定定量的單位面積的尺寸和形狀取決于具有不同定量的各個(gè)區(qū)域的相對(duì)和絕對(duì)尺寸和形狀。
“厚度”為一個(gè)樣本的宏觀厚度。厚度應(yīng)該與差異區(qū)域的高度區(qū)分開來(lái)，差異區(qū)域的高度為各個(gè)區(qū)域的微觀特征。最典型地，在均勻施加的95克每平方厘米(g/cm2)的載荷下測(cè)定厚度。
“密度”為定量與一個(gè)區(qū)域的厚度(正交于纖維結(jié)構(gòu)平面取得)之比。視密度為樣本的定量除以引入其中的經(jīng)過(guò)適當(dāng)單位換算的厚度。本文所用的視密度單位為克每立方厘米(g/cm3)。
“縱向”(或“MD”)為平行于通過(guò)加工設(shè)備所制造的纖維結(jié)構(gòu)流動(dòng)的方向?！皺M向”(或“CD”)為垂直于縱向以及平行于所制造的纖維結(jié)構(gòu)的總平面的方向。
“X”、“Y”和“Z”表示傳統(tǒng)的笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)，其中相互垂直的坐標(biāo)“X”和“Y”確定一個(gè)基準(zhǔn)X-Y平面，以及“Z”確定正交于X-Y平面?！癦向”表示垂直于X-Y平面的任何方向。類似地，術(shù)語(yǔ)“Z尺寸”是指平行于Z向測(cè)量的尺寸、距離或參數(shù)。當(dāng)一個(gè)元件例如一個(gè)模塑構(gòu)件彎曲或換句話講偏離平面時(shí)，X-Y平面遵循元件的構(gòu)型。
“基本連續(xù)的”區(qū)域(面積/網(wǎng)絡(luò)/骨架)是指這樣一個(gè)區(qū)域，在其內(nèi)部，可用一條整個(gè)線的長(zhǎng)度完全在那個(gè)區(qū)域內(nèi)部延伸的連續(xù)線將任意兩點(diǎn)連接起來(lái)。就是說(shuō)，基本連續(xù)的區(qū)域或圖案在平行于X-Y平面的所有方向上具有基本的“連續(xù)性”并僅在那個(gè)區(qū)域的邊緣處被終止。術(shù)語(yǔ)“基本上”與“連續(xù)的”相結(jié)合用來(lái)表示盡管絕對(duì)連續(xù)性為優(yōu)選的，略微背離于絕對(duì)連續(xù)性可為容許的，只要那些背離不會(huì)影響所設(shè)計(jì)的和采用的纖維結(jié)構(gòu)或模塑構(gòu)件的性能。
“基本半連續(xù)的”區(qū)域(面積/網(wǎng)絡(luò)/骨架)是指這樣一個(gè)區(qū)域，其在除了平行于X-Y平面的至少一個(gè)方向之外的所有方向上具有連續(xù)性，并且在該區(qū)域中不能用一條整個(gè)線的長(zhǎng)度完全在那個(gè)區(qū)域內(nèi)部延伸的連續(xù)線將任意兩點(diǎn)連接起來(lái)。半連續(xù)的骨架可在僅平行于X-Y平面的一個(gè)方向上具有連續(xù)性。根據(jù)上述的連續(xù)區(qū)域類推，盡管除了在至少一個(gè)方向以外的所有方向上絕對(duì)連續(xù)性為優(yōu)選的，略微背離于絕對(duì)連續(xù)性可為容許的，只要那些背離不會(huì)影響結(jié)構(gòu)或模塑構(gòu)件的性能。
“不連續(xù)的”區(qū)域(或圖案)是指在平行于X-Y平面的所有方向上不連續(xù)的離散的并彼此分離的區(qū)域。
“模塑構(gòu)件”為一個(gè)可被用作包括多根纖維素纖維和多根合成纖維的胚網(wǎng)的支撐的結(jié)構(gòu)元件，也是成型或“模塑”一個(gè)本發(fā)明所需的纖維結(jié)構(gòu)微觀幾何結(jié)構(gòu)的成型單元。模塑構(gòu)件可包括具有流體可透過(guò)區(qū)域以及為其上所生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)賦予微觀的三維圖案能力的任何元件，并包括(沒(méi)有局限性)單層和多層結(jié)構(gòu)，包括靜止的金屬板、皮帶、紡織物(包括提花型等編織圖案)、帶子和輥。
“加強(qiáng)元件”在模塑構(gòu)件的某些實(shí)施方案中是一個(gè)合意的(但非必需的)元件，主要起到提供或有助于包括如樹脂材料的模塑構(gòu)件的整體性、完整性和耐用性的作用。加強(qiáng)元件可為流體可透過(guò)的或部分流體可透過(guò)的，可具有各種實(shí)施方案和編織圖案，并可包括各種材料，例如交織紗(包括提花型等編織圖案)、氈、塑料、其它適用的合成材料或它們的任意組合。
“壓制表面”為一個(gè)設(shè)置在模塑構(gòu)件纖維網(wǎng)側(cè)的纖維網(wǎng)可緊貼其進(jìn)行壓縮以致密部分纖維網(wǎng)的表面。
“重新分布溫度”是指引起構(gòu)成本發(fā)明的一體纖維結(jié)構(gòu)的多根合成纖維的至少一部分熔化、至少部分移動(dòng)、收縮、或換句話講改變它們?cè)诶w維網(wǎng)中的初始位置、狀態(tài)或形狀導(dǎo)致纖維網(wǎng)中的多根合成纖維的基本部分“重新分布”以便合成纖維包括遍布于纖維網(wǎng)上的非隨機(jī)重復(fù)圖案的溫度或溫度范圍。
“互連的纖維”是指已經(jīng)通過(guò)熔化、膠粘、卷繞彼此進(jìn)行熔合或粘合、或換句話講結(jié)合到一起，同時(shí)保持其各自的單獨(dú)纖維特性的兩種或更多種纖維。
一般而言，用于制造一體纖維結(jié)構(gòu)100的本發(fā)明方法包括以下步驟(a)提供包括隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)上的多根纖維素纖維和隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)上的多根合成纖維的纖維網(wǎng)10，和(b)使纖維網(wǎng)中的合成纖維的至少一部分重新分布以形成一體纖維結(jié)構(gòu)100，其中多根合成纖維的基本部分以非隨機(jī)重復(fù)圖案分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上。
如本領(lǐng)域所熟知的那樣，胚網(wǎng)10可在成型構(gòu)件13上進(jìn)行成型。在顯示本發(fā)明的連續(xù)方法的一個(gè)示例性實(shí)施方案的圖1中，來(lái)自流漿箱12的纖維素和合成纖維的含水混合物或含水漿液11可被沉積到一個(gè)被輥13a、13b和13c支撐并在箭頭A方向上繞其連續(xù)行進(jìn)的成型構(gòu)件13上。據(jù)信將纖維首先沉積到成型構(gòu)件13上有助于在所制造的纖維結(jié)構(gòu)100的整個(gè)寬度上的多根纖維定量的均勻性。本發(fā)明考慮了纖維(合成的以及纖維素的)的分層沉積。
成型構(gòu)件13是流體可透過(guò)的并且位于成型結(jié)構(gòu)13下方，并且將流體壓力差施加到位于其上的多根纖維的真空裝置14有助于使成型結(jié)構(gòu)13上所成型的胚網(wǎng)10至少部分脫水并或多或少地促進(jìn)成型構(gòu)件13上的纖維的平均分布。成型構(gòu)件13可包括本領(lǐng)域所熟知的任何結(jié)構(gòu)，包括但不限于金屬絲、包括加強(qiáng)元件和連接到其上的樹脂骨架的復(fù)合帶以及任何其它適用結(jié)構(gòu)在內(nèi)。
在成型構(gòu)件13上形成的胚網(wǎng)10可用本領(lǐng)域已知的任何常規(guī)方法從成型構(gòu)件13轉(zhuǎn)移到到模塑構(gòu)件50上，例如通過(guò)施加足以使位于成型構(gòu)件13上的胚網(wǎng)10與其分離并粘附到模塑構(gòu)件50上的真空壓力的真空底板15。在圖1中，模塑構(gòu)件50包括被輥50a、50b、50c和50d所支撐的并在箭頭B的方向上繞著其行進(jìn)的環(huán)形帶。模塑構(gòu)件50具有纖維網(wǎng)接觸側(cè)51和與纖維網(wǎng)接觸側(cè)相對(duì)的背側(cè)52。
本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)可被縮短。例如，可設(shè)想在用于制造一體纖維結(jié)構(gòu)100的本發(fā)明的連續(xù)方法中，模塑構(gòu)件50的線速度可小于成型構(gòu)件13的線速度。在從成型構(gòu)件13到模塑構(gòu)件50的轉(zhuǎn)移點(diǎn)處使用這樣一種速度差在造紙領(lǐng)域是常見的，并可用來(lái)實(shí)現(xiàn)所謂的“微收縮”，典型地?fù)?jù)信當(dāng)其應(yīng)用于低稠度濕纖維網(wǎng)時(shí)是有效的。美國(guó)專利4,440,597詳細(xì)描述了此類“濕微收縮”，為了說(shuō)明微收縮的主要機(jī)制起見，將其公開內(nèi)容引入本文以供參考。簡(jiǎn)言之，濕微收縮涉及將具有低纖維稠度的纖維網(wǎng)從第一構(gòu)件(例如一個(gè)多孔成型構(gòu)件)轉(zhuǎn)移到比第一構(gòu)件移動(dòng)慢的第二構(gòu)件(例如一個(gè)稀松編織織物)上。成型構(gòu)件13的速度可大于模塑構(gòu)件50速度的約1％至約25％。描述引起微收縮的所謂沖擊轉(zhuǎn)移的其它專利包括例如美國(guó)專利5,830,321、美國(guó)專利6,361,654和美國(guó)專利6,171,442，為了說(shuō)明沖擊轉(zhuǎn)移方法和通過(guò)其制造的產(chǎn)品起見，它們的公開內(nèi)容均引入本文以供參考。
在某些實(shí)施方案中，多根纖維素纖維和多根合成纖維可被直接沉積到模塑構(gòu)件50的纖維網(wǎng)接觸側(cè)51上。模塑構(gòu)件50的背側(cè)52典型地如特定工序所需的那樣接觸設(shè)備例如支撐輥、導(dǎo)輥、真空裝置等。模塑構(gòu)件50包括多個(gè)流體可透過(guò)區(qū)域54和多個(gè)流體不可透過(guò)區(qū)域55，如圖2和3所示。流體可透過(guò)區(qū)域54從模塑構(gòu)件50的纖維網(wǎng)側(cè)51貫穿模塑構(gòu)件50的厚度H至背側(cè)52，如圖3所示。多個(gè)流體可透過(guò)區(qū)域54和多個(gè)流體不可透過(guò)區(qū)域55中的至少一種形成遍布在模塑構(gòu)件50上的非隨機(jī)分布的重復(fù)圖案是有益的。這樣一種圖案可包括基本連續(xù)的圖案(圖2)、基本半連續(xù)的圖案(圖4)、不連續(xù)的圖案(圖5)或它們的任意組合。模塑構(gòu)件50的流體可透過(guò)區(qū)域54可包括從模塑構(gòu)件50的纖維網(wǎng)接觸側(cè)51延伸到背側(cè)52的孔?？妆诳纱怪庇诶w維網(wǎng)接觸表面51，或可供選擇地可如圖2、3、5和6所示是傾斜的。如果需要，由孔構(gòu)成的幾個(gè)流體可透過(guò)區(qū)域54可為“盲的”或“閉合的”(未示出)，如1999年10月26日授予Polat等人的美國(guó)專利5,972,813中所述，其公開內(nèi)容引入本文以供參考。
當(dāng)包括多個(gè)隨機(jī)分布的纖維素纖維和多個(gè)隨機(jī)分布的合成纖維的胚網(wǎng)10被沉積在模塑構(gòu)件50的纖維網(wǎng)接觸側(cè)51時(shí)，設(shè)置在模塑構(gòu)件50上的胚網(wǎng)10至少部分地適形于模塑構(gòu)件50的圖案，參見圖7。為讀者方便起見，設(shè)置在模塑構(gòu)件50上的纖維網(wǎng)用參考數(shù)字20來(lái)標(biāo)示(并可稱為“模塑”網(wǎng))。
模塑構(gòu)件50可包括一個(gè)皮帶或帶子，當(dāng)其平放在基準(zhǔn)X-Y平面上時(shí)為宏觀單平面的，其中Z向垂直于X-Y平面。同樣，一體纖維結(jié)構(gòu)100可被認(rèn)為是宏觀單平面的，并平放在一個(gè)平行于X-Y平面的平面上。垂直于X-Y平面為Z方向，沿著其延伸結(jié)構(gòu)100的厚度H、或者模塑構(gòu)件50或結(jié)構(gòu)100的不同微觀區(qū)域的高度。
如果需要，可將包括一個(gè)皮帶的模塑構(gòu)件50制成一個(gè)壓氈(未示出)。一種依照本發(fā)明使用的適用壓氈可依照以下美國(guó)專利說(shuō)明進(jìn)行制造，1996年8月27日授予Phan的5,549,790；1996年9月17日授予Trokhan等人的5,556,509；1996年12月3日授予Ampulski等人的5,580,423；1997年3月11日授予Phan的5,609,725；1997年5月13日授予Trokhan等人的5,629,052；1997年6月10日授予Ampulski等人的5,637,194；1997年10月7日授予McFarland等人的5,674,663；1997年12月2日授予Ampulski等人的5,693,187；1998年1月20日授予Trokhan等人的5,709,775；1998年7月7日授予Ampulski等人的5,776,307；1998年8月18日授予Ampulski等人的5,795,440；1998年9月29日授予Phan的5,814,190；1998年10月6日授予Trokhan等人的5,817,377；1998年12月8日授予Ampulski等人的5,846,379；1999年1月5日授予Ampulski等人的5,855,739；和1999年1月19日授予Ampulski等人的5,861,082，它們的公開內(nèi)容均引入本文以供參考。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案中，可根據(jù)1996年10月29日授予Cameron的美國(guó)專利5,569,358的說(shuō)明將模塑構(gòu)件200制成一個(gè)壓氈。
模塑構(gòu)件50的一個(gè)主要實(shí)施方案包括一個(gè)連接到加強(qiáng)元件70上的樹脂骨架60，參見圖2-6。樹脂骨架60可具有某種預(yù)選圖案，圖案可為基本連續(xù)的(圖2)、基本半連續(xù)的(圖4)、不連續(xù)的(圖5和6)或以上的任意組合。例如，圖2和3顯示具有多個(gè)孔的基本連續(xù)的骨架60。加強(qiáng)元件70可為基本上流體可透過(guò)的并包括如圖2-6所示的編織篩網(wǎng)，或諸如有孔元件之類的非編織元件、氈、網(wǎng)狀物、具有多個(gè)孔洞的平板或它們的任意組合。加強(qiáng)元件70與模塑構(gòu)件50上的孔54相對(duì)應(yīng)的部分在加工一體纖維結(jié)構(gòu)100過(guò)程期間為陷入模塑構(gòu)件的流體可透過(guò)區(qū)域的纖維提供支撐并防止所制造的纖維網(wǎng)穿過(guò)模塑構(gòu)件50(圖7)，從而減少所得結(jié)構(gòu)100中的針孔的產(chǎn)生。適用的加強(qiáng)元件70可根據(jù)以下美國(guó)專利進(jìn)行制造，1996年3月5日授予Stelljes等人的5,496,624、1996年3月19日授予Trokhan等人的5,500,277和1996年10月22日授予Trokhan等人的5,566,724，它們的公開內(nèi)容均引入本文以供參考。
可如以下美國(guó)專利所說(shuō)明的那樣將加強(qiáng)元件70應(yīng)用于骨架60上，1996年8月27日授予Phan的5,549,790；1996年9月17日授予Trokhan等人的5,556,509；1996年12月3日授予Ampulski等人的5,580,423；1997年3月11日授予Phan的5,609,725；1997年5月13日授予Trokhan等人的5,629,052；1997年6月10日授予Ampulski等人的5,637,194；1997年10月7日授予Ampulski等人的5,674,663；1997年12月2日授予Ampulski等人的5,693,187；1998年1月20日授予Trokhan等人的5,709,775；1998年8月18日授予Ampulski等人的5,795,440；1998年9月29日授予Phan的5,814,190；1998年10月6日授予Trokhan等人的5,817,377和1998年12月8日授予Ampulski等人的5,846,379，它們的公開內(nèi)容均引入本文以供參考。
如果需要，可利用由提花型編織物等構(gòu)成的加強(qiáng)元件70。示例性的帶可見于以下美國(guó)專利中，1995年7月4日授予Chiu等人的5,429,686；1997年9月30日授予Wendt等人的5,672,248；1998年5月5日授予Wendt等人的5,746,887和2000年1月25日授予Wendt等人的6,017,417，僅為顯示編織圖案的主要結(jié)構(gòu)起見，它們的公開內(nèi)容均引入本文以供參考。本發(fā)明設(shè)想包括纖維網(wǎng)接觸側(cè)51的模塑構(gòu)件50具有這樣一種提花型或類似圖案。成型構(gòu)件13、模塑構(gòu)件50和壓制表面210可采用各種樣式的提花編織圖案。文獻(xiàn)中記錄，在不希望在輥縫中壓縮或壓印的場(chǎng)合，例如典型地發(fā)生在轉(zhuǎn)移到一個(gè)干燥轉(zhuǎn)筒例如一個(gè)楊琪干燥轉(zhuǎn)筒之時(shí)，提花編織特別有用。
模塑構(gòu)件50可包括從多個(gè)底部伸出來(lái)(典型地側(cè)向)的多個(gè)懸垂部分，如以Trokhan等人的名義于2000年10月24日提交的普通轉(zhuǎn)讓的專利申請(qǐng)序列號(hào)09/694,915中所說(shuō)明的那樣，其公開內(nèi)容引入本文以供參考。懸垂部分比加強(qiáng)元件70處高，在懸垂部分和加強(qiáng)元件之間形成空隙空間，在該空間中，胚網(wǎng)10的纖維可進(jìn)行偏移以形成纖維結(jié)構(gòu)100的懸臂部分。具有懸垂部分的模塑構(gòu)件50可包括由至少兩層形成的并以面對(duì)面關(guān)系接合到一起的多層結(jié)構(gòu)。每個(gè)層可包括一個(gè)與本文附圖中所示的那些結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)。接合的各層放置成使一層的孔與另一層的一部分骨架相疊合(在垂直于模塑構(gòu)件50的大致平面的方向上)，該部分形成上述的懸垂部分。包括多個(gè)懸垂部分的模塑構(gòu)件50的另一個(gè)實(shí)施方案可通過(guò)一種包括透過(guò)一個(gè)包括透明區(qū)域和不透明區(qū)域的屏蔽差異固化一層光敏樹脂或其它可固化材料的方法進(jìn)行加工。不透明區(qū)域包括具有不同不透明度的區(qū)域，例如具有較高不透明度的區(qū)域(不透明的，例如黑色)和具有較低的部分不透明度的區(qū)域(即，具有某種透明性)。
胚網(wǎng)10一被放置在模塑構(gòu)件50的纖維網(wǎng)接觸側(cè)51，纖維網(wǎng)10就至少部分適形于模塑構(gòu)件50的三維圖案，參見圖7。另外，可采用各種方法引起或促進(jìn)胚網(wǎng)10的纖維素和合成纖維適形于模塑構(gòu)件50的三維圖案并成為一個(gè)模塑網(wǎng)(為讀者方便起見，在圖1中標(biāo)為“20”。然而，要理解的是，本文可交替使用參考數(shù)字“10”和“20”以及術(shù)語(yǔ)“胚網(wǎng)”和“模塑網(wǎng)”)。
一種方法包括將流體壓力差施加到多根纖維上。例如，可排列設(shè)置在模塑構(gòu)件50的背側(cè)52處的真空裝置16和/或17將真空壓力施加到模塑構(gòu)件50上并因而施加到設(shè)置在其上的多根纖維上，參見圖1。在由各個(gè)真空裝置16和17的真空壓力產(chǎn)生的流體壓力差ΔP1和/或ΔP2的作用下，部分胚網(wǎng)10可陷入模塑構(gòu)件50的孔中以及換句話講適形于它們的三維圖案。
通過(guò)將部分纖維網(wǎng)陷入模塑構(gòu)件50的孔中，相對(duì)于模塑網(wǎng)20的其它部分的密度而言，可降低在模塑構(gòu)件50的孔中形成的所得枕塊150的密度。未陷入孔中的區(qū)域160稍后可通過(guò)在一個(gè)壓制表面210和模塑構(gòu)件50之間(圖11)例如在一個(gè)干燥轉(zhuǎn)筒200的一個(gè)表面210和輥50c之間形成的壓縮輥縫中壓縮纖維網(wǎng)20而進(jìn)行壓印，參見圖1。如果壓印，則區(qū)域160的密度相對(duì)于枕塊150的密度增加很多。
纖維結(jié)構(gòu)100的兩種多個(gè)微觀區(qū)域可被認(rèn)為是位于兩個(gè)不同的高度處。本文所用的區(qū)域高度是指其距一個(gè)基準(zhǔn)平面(即，X-Y平面)的距離。為方便起見，可將基準(zhǔn)平面想象為水平面，其中距基準(zhǔn)平面的高向距離是垂直的(即，Z向的)。結(jié)構(gòu)100的特定微觀區(qū)域的高度可使用本領(lǐng)域所熟知的適于此用途的任何非接觸測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量。一種特別適宜的測(cè)量?jī)x器是一種非接觸式的激光位移探測(cè)器，其光束尺寸為0.3×1.2mm，范圍為50mm。適用的非接觸式激光位移探測(cè)器有Idec Company銷售的MX1A/B型探測(cè)器。可供選擇地，一種在本技術(shù)中為人熟知的接觸式指針測(cè)量尺也可用于測(cè)量不同的高度。這樣一種指針測(cè)量尺被描述于授予Carstens的美國(guó)專利4,300,981中，其公開內(nèi)容引入本文以供參考。依照本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)100可被放置在基準(zhǔn)平面上，其中壓印區(qū)域160與基準(zhǔn)平面相接觸。枕塊150遠(yuǎn)離基準(zhǔn)平面垂直延伸。多個(gè)枕塊150可包括對(duì)稱的枕塊、不對(duì)稱的枕塊(圖7中的數(shù)字基準(zhǔn)150a)或它們的組合。
微觀區(qū)域的不同高度也可通過(guò)采用具有不同深度或高度的三維圖案(未示出)的模塑構(gòu)件50進(jìn)行成型。具有不同深度/高度的此類三維圖案可通過(guò)用砂紙打磨部分模塑構(gòu)件50降低其高度進(jìn)行制作。同樣，包括可固化材料的模塑構(gòu)件50可通過(guò)使用一個(gè)三維屏蔽進(jìn)行制作。通過(guò)使用一個(gè)包括不同深度/高度的凹陷/凸起的三維屏蔽，可形成一個(gè)也具有不同高度的相應(yīng)的骨架60。對(duì)于前述目的，可采用形成表面具有不同高度的其它常規(guī)技術(shù)。
為改善通過(guò)一個(gè)真空裝置16和/或17和/或一個(gè)真空拾取底板15(圖1)將流體壓力差突然施加到所加工的纖維結(jié)構(gòu)上可能將某些長(zhǎng)絲或其一部分全部拉穿過(guò)模塑構(gòu)件200并因此導(dǎo)致形成最終纖維結(jié)構(gòu)中的所謂針孔的可能負(fù)面影響，模塑構(gòu)件50的背側(cè)52可為“帶紋理的”以形成微觀表面不平度。在模塑構(gòu)件50的某些實(shí)施方案中，那些表面不平度是有益的，因?yàn)樗鼈兎乐乖谀Ｋ軜?gòu)件50的背側(cè)52和造紙?jiān)O(shè)備的一個(gè)表面(例如，真空裝置的一個(gè)表面)之間形成真空密封，從而在其之間產(chǎn)生一個(gè)“滲漏”，并因此減輕在通氣干燥法中施加真空壓力的不良后果。產(chǎn)生這樣一種滲漏的其它方法被公開于美國(guó)專利5,718,806；5,741,402；5,744,007；5,776,311和5,885,421中，它們的公開內(nèi)容均引入本文以供參考。
采用如美國(guó)專利5,624,790；5,554,467；5,529,664；5,514,523和5,334,289中所描述的“不等光透射技術(shù)”也可產(chǎn)生漏損，它們的公開內(nèi)容均引入本文以供參考。模塑構(gòu)件可通過(guò)將一個(gè)光敏樹脂涂層涂敷到一個(gè)具有不透明部分的加強(qiáng)元件上，然后將涂層透過(guò)具有透明和不透明區(qū)域的屏蔽以及也透過(guò)加強(qiáng)元件暴露于具有致活波長(zhǎng)的光下進(jìn)行制作。
產(chǎn)生背側(cè)表面不平度的另一種方法包括使用帶紋理的成型表面或帶紋理的阻擋膜，如美國(guó)專利5,364,504；5,260,171和5,098,522中所述，其公開內(nèi)容均引入本文以供參考。模塑構(gòu)件可通過(guò)在加強(qiáng)元件在帶紋理的表面上行進(jìn)時(shí)將光敏樹脂澆注在加強(qiáng)元件上，然后將涂層透過(guò)一個(gè)具有透明和不透明區(qū)域的屏蔽暴露于具有致活波長(zhǎng)的光下進(jìn)行制作。
本發(fā)明可包括一個(gè)任選步驟，其中胚網(wǎng)10(或模塑網(wǎng)20)用一個(gè)包括一個(gè)沿著模塑構(gòu)件行進(jìn)的環(huán)形帶的柔韌材料片進(jìn)行覆蓋，所以對(duì)于某一段時(shí)間而言，胚網(wǎng)10被夾在模塑構(gòu)件和柔韌的材料片(未示出)之間。柔韌材料片可具有小于模塑構(gòu)件的透氣率，并且在某些實(shí)施方案中可為不透氣的。流體壓力差透過(guò)模塑構(gòu)件50施加到柔韌片上引起柔韌片的至少一部分朝向模塑構(gòu)件50的三維圖案偏斜，并且在某些情形下進(jìn)入其中，從而迫使纖維網(wǎng)設(shè)置在模塑構(gòu)件50上的部分緊密適形于模塑構(gòu)件50的三維圖案。美國(guó)專利5,893,965描述了利用柔韌材料片的方法和設(shè)備的原則安排，其公開內(nèi)容引入本文以供參考。
除流體壓力差之外或可供選擇地也可采用機(jī)械壓力來(lái)促進(jìn)本發(fā)明纖維結(jié)構(gòu)100的微觀三維圖案的形成。這樣一種機(jī)械壓力可通過(guò)任何合適的壓縮表面來(lái)產(chǎn)生，包括例如輥的表面或帶的表面(未示出)。壓制表面可為光滑的或本身具有三維圖案。在后一情況中，可采用壓制表面作為一個(gè)壓花裝置與模塑構(gòu)件50的三維圖案共同或獨(dú)立于其在所制造的纖維結(jié)構(gòu)100上形成一個(gè)明顯不同的凸起和/或凹陷的微觀圖案。此外，可采用壓制表面將多種添加劑例如軟化劑和油墨施放到所加工的纖維結(jié)構(gòu)上?？刹捎酶鞣N常規(guī)技術(shù)例如油墨輥、或噴射裝置、或噴灑器(未示出)直接或間接地將多種添加劑施放到所加工的纖維結(jié)構(gòu)上。
纖維網(wǎng)中的至少一部分合成纖維重新分布的步驟可在纖維網(wǎng)成型步驟之后來(lái)完成。最典型地，重新分布可發(fā)生在纖維網(wǎng)被設(shè)置在模塑構(gòu)件50上時(shí)，例如通過(guò)一個(gè)加熱裝置90和/或干燥表面210，例如通過(guò)圖1中所示的一個(gè)與一個(gè)干燥轉(zhuǎn)筒的通風(fēng)帽(例如，Yankee式干燥通風(fēng)帽)組裝在一起的加熱裝置80。在這兩種情況中，箭頭示意性地指示熱氣沖擊纖維網(wǎng)的方向。重新分布可通過(guò)使至少一部分合成纖維熔化或換句話講改變它們的構(gòu)型來(lái)實(shí)現(xiàn)。不希望被理論所束縛，我們相信在約230℃至約300℃范圍的重新分布溫度下，組成纖維網(wǎng)的至少一部分合成纖維可因?yàn)槠涫湛s和/或在高溫的作用下至少部分熔化而移動(dòng)。圖8和9用來(lái)示意性地圖示說(shuō)明胚網(wǎng)10中合成纖維的重新分布。圖8顯示在熱量已經(jīng)被作用到纖維網(wǎng)上之前合成纖維101、102、103和104隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)上。在圖9中，熱量被作用到纖維網(wǎng)上，引起合成纖維101-104至少部分熔化、收縮或換句話講改變它們的形狀，從而引起纖維網(wǎng)中合成纖維的重新分布。
不希望被理論所束縛，我們相信合成纖維可在施加足夠高的溫度之后在兩個(gè)現(xiàn)象中的至少一個(gè)的影響下移動(dòng)。如果溫度高到足以熔化合成(聚合物)纖維，由于表面張力的緣故，所得的液體聚合物將趨于使其表面積/體積降至最低，并在纖維未受到熱影響部分的末端形成一個(gè)球形形狀(圖9中的102、104)。另一方面，如果溫度處于熔點(diǎn)之下，具有高殘余應(yīng)力的纖維將通過(guò)纖維的收縮或卷曲軟化到減輕應(yīng)力的點(diǎn)處。相信這會(huì)發(fā)生，因?yàn)榫酆衔锓肿拥湫偷馗呌谔幵诜蔷€性卷曲狀態(tài)。已經(jīng)被高度退火然后在加工期間進(jìn)行冷卻的纖維由已被拉伸成亞穩(wěn)態(tài)構(gòu)型的聚合物分子構(gòu)成。在隨后的加熱過(guò)程中，分子，進(jìn)而纖維，回到最小自由能卷曲狀態(tài)。
由于合成纖維至少部分熔化或軟化，它們變得能夠與相鄰的纖維無(wú)論是纖維素纖維或是合成纖維互連。不希望被理論所束縛，我們相信纖維的互連可包括機(jī)械互連和化學(xué)互連。當(dāng)至少兩個(gè)相鄰的纖維在分子水平上結(jié)合到一起使得各個(gè)互連纖維的特性在互連的區(qū)域基本消失時(shí)發(fā)生化學(xué)互連。當(dāng)一個(gè)纖維僅僅適形于相鄰纖維的形狀并且在互連的纖維間沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)發(fā)生纖維的機(jī)械互連。圖12示意性地顯示了機(jī)械互連的一個(gè)實(shí)施方案，其中一個(gè)纖維111被相鄰的合成纖維112物理“捕捉”。纖維111可為一個(gè)合成纖維或一個(gè)纖維素纖維。在圖12所示的一個(gè)實(shí)施例中，合成纖維112包括一個(gè)雙組分結(jié)構(gòu)，雙組分結(jié)構(gòu)包括一個(gè)芯112a和一個(gè)鞘或殼112b，其中芯112a的熔化溫度大于鞘112b的熔化溫度，以便在加熱時(shí)僅鞘112b熔化同時(shí)芯112a保持其完整性。要了解的是，在本發(fā)明中可采用包括多于兩個(gè)組分的多組分纖維。
加熱纖維網(wǎng)中的合成纖維可通過(guò)加熱與模塑構(gòu)件50的流體可透過(guò)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的多個(gè)微觀區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可將來(lái)自加熱裝置90的熱氣吹過(guò)纖維網(wǎng)，如圖1示意性所示。也可采用預(yù)干燥機(jī)(未示出)作為進(jìn)行纖維重新分布的能量來(lái)源。要了解的是，根據(jù)本方法，熱氣的流動(dòng)方向可相對(duì)于圖1所示的方向倒轉(zhuǎn)，以便熱氣穿過(guò)模塑構(gòu)件透入纖維網(wǎng)，參見圖9。然后，纖維網(wǎng)設(shè)置在模塑構(gòu)件50的流體可透過(guò)區(qū)域中的“枕塊”部分150將主要受到高溫氣體的影響。模塑構(gòu)件50將使纖維網(wǎng)的其余部分免于受到熱氣的影響。因此，互連的纖維將主要在纖維網(wǎng)的枕塊部分150中進(jìn)行互連。根據(jù)本方法，合成纖維可進(jìn)行重新分布，使得具有較高密度的多個(gè)微觀區(qū)域與多根合成纖維的非隨機(jī)重復(fù)圖案相對(duì)應(yīng)?？晒┻x擇地，合成纖維可進(jìn)行重新分布，使得具有較低密度的多個(gè)微觀區(qū)域與多根合成纖維的非隨機(jī)重復(fù)圖案相對(duì)應(yīng)。
盡管合成纖維以本文所述的方式進(jìn)行重新分布，纖維素纖維的隨機(jī)分布未受到熱的影響。因此，纖維結(jié)構(gòu)100包括隨機(jī)分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上的多根纖維素纖維和以非隨機(jī)重復(fù)圖案分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上的多根合成纖維。圖10示意性地顯示纖維結(jié)構(gòu)100的一個(gè)實(shí)施方案，其中纖維素纖維110被隨機(jī)分布在整個(gè)結(jié)構(gòu)上以及合成纖維120按非隨機(jī)重復(fù)圖案進(jìn)行重新分布。
纖維結(jié)構(gòu)100可具有具有較高定量的多個(gè)微觀區(qū)域和具有較低定量的多個(gè)區(qū)域。多根合成纖維的非隨機(jī)重復(fù)圖案可與具有較高定量的微觀區(qū)域相對(duì)應(yīng)?？晒┻x擇地，多根合成纖維的非隨機(jī)重復(fù)圖案可與具有較低定量的微觀區(qū)域相對(duì)應(yīng)。如本文所述，合成纖維的非隨機(jī)重復(fù)圖案可選自基本連續(xù)的圖案、基本半連續(xù)的圖案、不連續(xù)的圖案或它們的任意組合。
合成纖維的材料可選自聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚羥基鏈烷酸酯、多糖，以及它們的任意組合。更具體地講，合成纖維的材料可選自聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚-1，4-環(huán)己烯二亞甲基對(duì)苯二甲酸酯、間苯二酸共聚物、乙二醇共聚物、聚烯烴、聚乳酸、聚羥基醚酯、聚羥基醚酰胺、聚己酸內(nèi)酯、聚酯酰胺、多糖，以及它們的任意組合。
如果需要，胚網(wǎng)或模塑網(wǎng)可具有不同的定量。在纖維結(jié)構(gòu)100中產(chǎn)生不同定量的微觀區(qū)域的一種方法包括在以下成型構(gòu)件上形成胚網(wǎng)10，該成型構(gòu)件包括主要顯示于圖5和6中的結(jié)構(gòu)，即該結(jié)構(gòu)包括連接到一個(gè)流體可透過(guò)的加強(qiáng)元件上的多個(gè)不連續(xù)的凸起，如普通轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利5,245,025；5,277,761；5,443,691；5,503,715；5,527,428；5,534,326；5,614,061和5,654,076中所述，它們的公開內(nèi)容均引入本文以供參考。在這樣一個(gè)成型構(gòu)件上形成的胚網(wǎng)10將具有具有較高定量的多個(gè)微觀區(qū)域和具有較低定量的多個(gè)微觀區(qū)域。
在本方法的另一個(gè)實(shí)施方案中，重新分布的步驟可分兩步來(lái)完成。作為一個(gè)實(shí)施例，首先，合成纖維可在纖維網(wǎng)被設(shè)置在模塑構(gòu)件上時(shí)進(jìn)行重新分布，例如通過(guò)將熱氣吹過(guò)纖維網(wǎng)的枕塊，以便合成纖維按照例如具有較低密度的多個(gè)微觀區(qū)域與多根合成纖維的非隨機(jī)重復(fù)圖案相對(duì)應(yīng)的第一圖案進(jìn)行重新分布。然后，纖維網(wǎng)可被轉(zhuǎn)移到其中合成纖維可根據(jù)第二圖案進(jìn)行進(jìn)一步重新分布的另一個(gè)模塑構(gòu)件上。
可任選地，如本領(lǐng)域所熟知的那樣，纖維結(jié)構(gòu)100可被縮短?？s短可通過(guò)從一個(gè)硬表面例如一個(gè)干燥轉(zhuǎn)筒200的表面210將結(jié)構(gòu)100起縐來(lái)實(shí)現(xiàn)，參見圖1。同樣如本領(lǐng)域所熟知的那樣，起縐可用一個(gè)刮粉刀250來(lái)完成。例如，起縐可依照1992年4月24日授予Sawdai的美國(guó)專利4,919,756來(lái)完成，其公開內(nèi)容引入本文以供參考?？晒┻x擇地或除此之外，如上所述，縮短可通過(guò)微收縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。
縮短的纖維結(jié)構(gòu)100典型地在縱向上比橫向上延展性更大并可容易繞著縮短過(guò)程所形成的鉸合線彎曲，鉸合線通常在橫向上即沿著纖維結(jié)構(gòu)100的寬度延伸。未被起縐和/或換句話講未被縮短的纖維結(jié)構(gòu)100被認(rèn)為是在本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
可采用本發(fā)明的纖維結(jié)構(gòu)100制造多種制品。所得的制品可用于空氣、油和水的過(guò)濾器、真空清潔器過(guò)濾器、爐過(guò)濾器、茶或咖啡袋、熱絕緣材料和隔音材料、用于一次性使用的衛(wèi)生制品例如尿布、婦女護(hù)墊和失禁制品的無(wú)紡材料、用于改善穿戴吸濕性和柔軟性的可生物降解的紡織物例如微纖維或可透氣的織物、用于收集和去除灰塵的荷靜電的結(jié)構(gòu)纖維網(wǎng)、用于硬紙例如包裝紙、書寫紙、新聞紙、瓦楞紙的強(qiáng)化和纖維網(wǎng)和薄紙例如衛(wèi)生紙、紙巾、餐巾紙和面巾紙的纖維網(wǎng)、醫(yī)學(xué)用途例如手術(shù)單、傷口敷料、繃帶和皮膚貼片。對(duì)于特定用途，纖維結(jié)構(gòu)也可包括氣味吸收劑、驅(qū)蟻劑、殺蟲劑、滅鼠劑等等。所得的制品吸收水和油并可用于油或水溢出清理、或在農(nóng)業(yè)或園藝應(yīng)用場(chǎng)合控制水的保持和釋放。
權(quán)利要求
1.一體纖維結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括(a)隨機(jī)分布在整個(gè)所述纖維結(jié)構(gòu)上的多根纖維素纖維，和(b)以非隨機(jī)重復(fù)圖案分布在整個(gè)所述纖維結(jié)構(gòu)上的多根合成纖維，優(yōu)選地其中所述非隨機(jī)重復(fù)圖案選自基本連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)圖案、基本半連續(xù)的圖案、不連續(xù)的圖案，以及它們的任意組合。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維結(jié)構(gòu)，其中所述纖維結(jié)構(gòu)包括具有較高密度的多個(gè)微觀區(qū)域和具有較低密度的多個(gè)微觀區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的纖維結(jié)構(gòu)，其中所述具有較高密度的多個(gè)微觀區(qū)域與所述多根合成纖維的非隨機(jī)重復(fù)圖案相對(duì)應(yīng)。
4.如權(quán)利要求2所述的纖維結(jié)構(gòu)，其中所述具有較低密度的多個(gè)微觀區(qū)域與所述多根合成纖維的非隨機(jī)重復(fù)圖案相對(duì)應(yīng)。
5.如權(quán)利要求1所述的纖維結(jié)構(gòu)，其中所述多根合成纖維的至少一部分包括與所述合成纖維和/或與所述纖維素纖維互連的互連纖維，優(yōu)選地其中所述互連纖維在包括所述非隨機(jī)重復(fù)圖案的區(qū)域中進(jìn)行互連。
6.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的纖維結(jié)構(gòu)，其中所述多根合成纖維包括選自聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚羥基鏈烷酸酯、多糖，以及它們的任意組合的材料；優(yōu)選地其中所述多根合成纖維包括選自聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚-1，4-環(huán)己烯二亞甲基對(duì)苯二甲酸酯、間苯二酸共聚物、乙二醇共聚物、聚烯烴、聚乳酸、聚羥基醚酯、聚羥基醚酰胺、聚己酸內(nèi)酯、聚酯酰胺、多糖，以及它們的任意組合的材料；并且更優(yōu)選地其中所述多根合成纖維包括多組分纖維。
7.一種用于制作一體纖維結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟提供包括隨機(jī)分布在整個(gè)所述纖維網(wǎng)上的多根纖維素纖維和隨機(jī)分布在整個(gè)所述纖維網(wǎng)上的多根合成纖維的胚纖維網(wǎng)；和引起所述纖維網(wǎng)中的合成纖維的至少一部分重新分布以形成所述一體纖維結(jié)構(gòu)，其中所述多根合成纖維的基本部分以非隨機(jī)重復(fù)圖案分布在整個(gè)所述纖維結(jié)構(gòu)上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中引起所述合成纖維的至少一部分重新分布的步驟包括熔化所述合成纖維。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中引起所述合成纖維的至少一部分重新分布的步驟包括引起所述合成纖維至少部分移動(dòng)。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括以下步驟提供包括多個(gè)流體可透過(guò)區(qū)域和多個(gè)流體不可透過(guò)區(qū)域的微觀單平面模塑構(gòu)件，優(yōu)選地提供包括選自基本連續(xù)的圖案、基本半連續(xù)的圖案、不連續(xù)的圖案或它們的任意組合的圖案形骨架的模塑構(gòu)件；提供構(gòu)造成用來(lái)在其上接收所述纖維網(wǎng)的干燥表面；以與其面對(duì)面關(guān)系將所述纖維網(wǎng)設(shè)置在所述模塑構(gòu)件上；將所述纖維網(wǎng)轉(zhuǎn)移到所述干燥表面上；和用熱氣將所述纖維網(wǎng)加熱到足以引起所述纖維網(wǎng)中的合成纖維的至少一部分重新分布的溫度；所述方法優(yōu)選地還包括在所述模塑構(gòu)件和壓制表面之間壓縮所述胚網(wǎng)以致密所述胚網(wǎng)的多個(gè)部分的步驟。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中提供胚纖維網(wǎng)的步驟包括以下步驟提供包括與多根合成纖維相混合的多根纖維素纖維的含水漿液；將所述含水漿液沉積到成型構(gòu)件上；和使所述漿液部分脫水以形成包括隨機(jī)分布在整個(gè)所述纖維網(wǎng)上的多根纖維素纖維和隨機(jī)分布在整個(gè)所述纖維網(wǎng)上的多根合成纖維的胚纖維網(wǎng)。
12.一種用于制作一體纖維結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟提供包括與多根合成纖維相混合的多根纖維素纖維的含水漿液；將所述含水漿液沉積到宏觀單平面的流體可透過(guò)的成型構(gòu)件上并使所述沉積的漿液部分脫水以形成包括隨機(jī)分布在整個(gè)所述纖維網(wǎng)上的多根纖維素纖維和隨機(jī)分布在整個(gè)所述纖維網(wǎng)上的多根合成纖維的纖維網(wǎng)；將所述纖維網(wǎng)從所述成型構(gòu)件轉(zhuǎn)移到包括呈非隨機(jī)重復(fù)圖案的多個(gè)流體可透過(guò)的區(qū)域和多個(gè)流體不可透過(guò)的區(qū)域的微觀單平面模塑構(gòu)件上；施加流體壓力差到設(shè)置在所述模塑構(gòu)件上的纖維網(wǎng)上，從而依照所述非隨機(jī)重復(fù)圖案模塑所述纖維網(wǎng)，其中設(shè)置在所述模塑構(gòu)件上的纖維網(wǎng)包括與所述模塑構(gòu)件的多個(gè)流體可透過(guò)區(qū)域?qū)?yīng)的第一多個(gè)微觀區(qū)域和與所述模塑構(gòu)件的多個(gè)流體不可透過(guò)區(qū)域?qū)?yīng)的第二多個(gè)微觀區(qū)域；將所述纖維網(wǎng)從所述模塑構(gòu)件轉(zhuǎn)移到干燥表面上；和將所述纖維網(wǎng)加熱到足以引起所述纖維網(wǎng)中的合成纖維的至少一部分重新分布的溫度，從而形成所述一體纖維結(jié)構(gòu)，其中所述多根合成纖維的基本部分在整個(gè)所述纖維結(jié)構(gòu)上進(jìn)行重新分布，同時(shí)所述多根纖維素纖維保持隨機(jī)分布在整個(gè)所述纖維結(jié)構(gòu)上，優(yōu)選地加熱所述纖維網(wǎng)的步驟發(fā)生在所述纖維網(wǎng)被設(shè)置在所述模塑構(gòu)件和所述干燥表面中的至少一個(gè)之上時(shí)。
全文摘要
一體纖維結(jié)構(gòu)(100)包括隨機(jī)分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上的多根纖維素纖維(110)和以非隨機(jī)重復(fù)圖案分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上的多根合成纖維(120)。一種用于制造該一體纖維結(jié)構(gòu)的方法包括以下步驟提供包括隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)(100)上的多根纖維素纖維(110)和隨機(jī)分布在整個(gè)纖維網(wǎng)(100)上的多根合成纖維(120)的胚纖維網(wǎng)(100)和引起胚網(wǎng)(100)中的合成纖維(120)的至少一部分重新分布形成一體纖維結(jié)構(gòu)，其中多根合成纖維(120)的基本部分以非隨機(jī)重復(fù)圖案被分布在整個(gè)纖維結(jié)構(gòu)上。
文檔編號(hào)D21F11/14GK1745214SQ200480003395
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月6日
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