專(zhuān)利名稱(chēng)：可拉伸非織造纖網(wǎng)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含多組分纖維的可拉伸非織造纖網(wǎng)，所述纖維包含一個(gè)彈性體聚合物芯和多個(gè)附著在芯上的聚合物翼，其中翼聚合物是非彈性體或其彈性小于芯聚合物的。在適當(dāng)熱處理后，該多組分纖維形成螺旋形捻度而且還能形成三維卷曲。
背景技術(shù)：
可拉伸非織造織物是本領(lǐng)域內(nèi)已知的。例如，授予Gessner等的U.S.專(zhuān)利5,997,989公開(kāi)了一種紡粘彈性非織造織物，它包含一種熱塑性彈性體長(zhǎng)絲的粘結(jié)纖網(wǎng)，以低于約2000m/min的速度操作的狹縫拉伸紡粘法制成。彈性體熔噴纖網(wǎng)也是已知的，例如，聚醚酯聚合物的熔噴纖維網(wǎng)在授予Morman等的U.S.專(zhuān)利4,741,949中已有所述。
由彈性體聚合物形成的非織造織物一般都具有一種不理想的橡膠狀手感，并因此而常用在層合板中，其中彈性體纖網(wǎng)被粘結(jié)在非彈性體層的一面或兩面，例如，在一種拉伸-粘結(jié)或頸縮-粘結(jié)的復(fù)合材料層合板中。使用高含量彈性體聚合物形成的非織造織物一般都很貴，因?yàn)樵S多彈性體聚合物的成本高。彈性體纖網(wǎng)層也傾向于彼此粘結(jié)，例如，當(dāng)卷繞在輥上時(shí)，這是本領(lǐng)域稱(chēng)之為“粘連”的一種現(xiàn)象。
包含一個(gè)彈性體組分和一個(gè)非彈性體組分的多組分纖維是本領(lǐng)域內(nèi)已知的。例如，授予Ishii的U.S.專(zhuān)利4,861,660描述了適用于制造可拉伸紡織與針織物的復(fù)合長(zhǎng)絲。
包含含有2種或多種收縮能力不同的合成組分的橫向偏心多組分纖維的非織造織物也是本領(lǐng)域內(nèi)已知的。當(dāng)讓纖維在基本無(wú)張力狀態(tài)下經(jīng)歷收縮條件而活化卷曲時(shí)，這類(lèi)纖維形成三維螺旋形卷曲。螺旋形卷曲不同于機(jī)械卷曲纖維的二維卷曲，如填塞箱卷曲纖維。螺旋形卷曲纖維一般以類(lèi)似彈簧的方式拉伸與回復(fù)。
授予Kuroda等的U.S.專(zhuān)利4,405,686描述了一種可高度拉伸的共軛長(zhǎng)絲紗線，它由分別包含一種熱塑性彈性體與非彈性體聚酰胺或聚酯的復(fù)合組分制成，各組分的截面為壓縮扁平形。
授予Austin的U.S.專(zhuān)利6,225,243描述了一種多組分股線的粘結(jié)纖網(wǎng)，股線內(nèi)包括一個(gè)第一聚合物組分和一個(gè)第二聚合物組分，第二聚合物組分的彈性低于第一聚合物組分的。
目前仍需要具有高度可回復(fù)伸長(zhǎng)率、手感更好且比本領(lǐng)域已知的彈性非織造織物的總成本更低的彈性非織造織物。
附圖簡(jiǎn)述

圖1A與1B示意適用于形成本發(fā)明多組分非織造織物的纖維，其中螺旋形捻度是基本周向的(1A)和其中螺旋形捻度是基本非周向的(1B)。
圖2給出了一根6-翼多組分纖維的橫截面示意圖，其中翼在一個(gè)規(guī)則十二邊形彈性體芯的周?chē)鷮?duì)稱(chēng)地分布。
圖3是一根特定的對(duì)稱(chēng)2-翼纖維橫截面的顯微鏡照片，該纖維在芯的周?chē)c兩翼之間有一薄層鞘。
圖4是一根6-翼纖維橫截面的顯微鏡照片，其中一部分彈性體芯以單個(gè)花鍵伸進(jìn)各翼的形式伸進(jìn)翼。
圖5是一根6-翼纖維橫截面的顯微鏡照片，其中一部分彈性體芯伸進(jìn)翼，在各翼內(nèi)形成多個(gè)凸起。
圖6是一根5-翼纖維橫截面的顯微鏡照片，其中一部分彈性體芯伸進(jìn)各翼以及其中芯的各伸入部分在緊挨芯處都有一個(gè)頸縮部分而在遠(yuǎn)離芯處有一個(gè)較粗部分，這樣翼與芯便機(jī)械鎖扣在一起了。
圖7是一根6-翼纖維橫截面的顯微鏡照片，其中芯包圍翼的部分側(cè)面使翼伸進(jìn)了芯。
圖8是一根6-翼纖維的橫截面示意圖，其中芯伸進(jìn)了翼。
圖9是一根6-翼纖維的橫截面示意圖，其中交替地翼伸進(jìn)芯和芯伸進(jìn)其余翼。
圖10是適用于形成本發(fā)明可拉伸非織造織物的紡粘工藝的側(cè)視示意圖。
圖11A與11B是適用于圖10中紡粘工藝的兩種不同構(gòu)型的S形拉伸輥的示意圖。
圖12示意了一種工藝，它適用于制造適合于制備本發(fā)明某些非織造織物的纖維。
圖13是適合于制造用來(lái)制造本發(fā)明非織造織物的纖維的噴絲板組件的截面示意圖。圖13A示意圖13中一塊噴絲板A上的一個(gè)孔，圖13B示意圖13中一塊分配板B上的一個(gè)孔，以及圖13C示意圖13中一塊計(jì)量板C上的幾個(gè)孔。圖13D示意圖13中一塊替代計(jì)量板C上的多個(gè)孔，它適合于制造芯聚合物伸進(jìn)翼聚合物的6-翼纖維。
圖14A、14B和14C示意適合于形成適用于制造本發(fā)明非織造織物的3-翼纖維的噴絲板、分配板和計(jì)量板。
圖15是用圖14A、14B和14C所示的紡絲組件板制造的翼伸進(jìn)芯的3-翼纖維橫截面的顯微鏡照片。
圖16示意實(shí)施例中用來(lái)形成5-翼多組分纖維的噴絲板上的一個(gè)孔。
圖17是用來(lái)制造本發(fā)明非織造織物的紡粘設(shè)備的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的目標(biāo)是多組分非織造纖網(wǎng)，它具有彈性拉伸性能和類(lèi)似于織物的手感，而且與使用主要由彈性體聚合物組成的纖維所制成的非織造織物相比，成本更低。本發(fā)明的非織造織物可以單層使用，同時(shí)提供一種類(lèi)似于織物的手感而無(wú)需層壓到其它織物層上。這種非織造織物可制成比先有技術(shù)中的多層彈性織物更透明、更輕。
本發(fā)明的非織造織物包含合成多組分聚合物纖維，所述纖維包含一根熱塑性彈性體軸芯和多個(gè)附著在芯上的翼。聚合物芯組分的彈性高于至少一個(gè)聚合物翼組分的彈性。芯與翼聚合物組分在彈性上的差別應(yīng)足以使纖維呈現(xiàn)基本螺旋形捻度構(gòu)型，如下文更全面的敘述。螺旋形捻度構(gòu)型可在合適的熱處理后形成。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少一個(gè)翼包含至少一種可永久拉伸的熱塑性非彈性體聚合物。非織造織物的拉伸性能可以通過(guò)適當(dāng)選擇翼與芯聚合物組分而裁制。本發(fā)明非織造織物的膨松度也可通過(guò)選擇各種幾何和/或組成對(duì)稱(chēng)性的截面進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)纖維具有基本徑向?qū)ΨQ(chēng)的截面時(shí)，會(huì)形成低膨松非織造織物。具有非對(duì)稱(chēng)截面的纖維一般形成三維卷曲，卷曲程度取決于纖維截面的非對(duì)稱(chēng)程度。增加卷曲程度使非織造織物體積更大。
術(shù)語(yǔ)“聚烯烴”如本文所用，擬指由至少50重量％不飽和烴單體所制成的聚合物的均聚物、共聚物和共混物。聚烯烴的實(shí)例包括聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯-1和由乙烯、丙烯和甲基戊烯單體的各種不同組合制成的共聚物、乙烯/α-烯烴共聚物、含或不含二烯交聯(lián)劑的乙烯/丙烯烴類(lèi)橡膠、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯/丙烯酸三元共聚物、苯乙烯/乙烯-丁烯嵌段共聚物、苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯嵌段共聚物等等。
術(shù)語(yǔ)“聚乙烯”(PE)，如本文所用，不僅要包括乙烯的均聚物，而且還包括重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中至少85％是乙烯單元的共聚物。
術(shù)語(yǔ)“線形低密度聚乙烯”(LLDPE)，如本文所用，是指密度范圍為約0.91g/cm3-約0.94g/cm3的線形乙烯/α-烯烴共聚物。本發(fā)明中所用的線形低密度聚乙烯是由乙烯與α、β-烯類(lèi)不飽和烯烴共聚單體(α-烯烴)的共聚所制成的，共聚單體的每個(gè)α-烯烴分子中含3-12個(gè)碳原子，優(yōu)選每個(gè)α-烯烴分子含4-8個(gè)碳原子。適用于本發(fā)明、能與乙烯共聚而形成LLDPE的α-烯烴包括丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯或它們的混合物。優(yōu)選α-烯是1-己烯、1-辛烯或1-丁烯。適用于本發(fā)明的線形低密度聚乙烯可以用Ziegler Natta或單點(diǎn)催化劑如茂金屬催化劑制造。適用的商品LLDPE的實(shí)例包括產(chǎn)自DowChemical Company的那些，如ASPUN型6811A(密度0.923g/cm3)、Dow LLDPE 2500(密度0.923g/cm3)、Dow LLDPE型6808A(密度0.940g/cm3)、Elite5000LLDPE(密度0.92g/cm3)(Dow Chemical Co.)和產(chǎn)自Exxon Chemical Company的EXACT和EXCEEDTMLLDPE系列聚合物，如Exact 2003(密度0.921g/cm3)和Exceed 357C80(密度0.917g/cm3)。用單點(diǎn)催化劑制造的密度低于約0.91g/cm3的乙烯/α-烯烴共聚物一般都是彈性體，叫做熱塑彈性體。
術(shù)語(yǔ)“高密度聚乙烯”(HDPE)，如本文所用，是指密度至少約0.94g/cm3，優(yōu)選約0.94g/cm3-約0.965g/cm3或更高的聚乙烯均聚物。
術(shù)語(yǔ)“聚酯”，如本文所用，要包括至少85％重復(fù)單元是二羧酸與二羥基醇的縮合產(chǎn)物、帶有因形成酯單元所產(chǎn)生鍵的聚合物。包括芳族、脂族、飽和與不飽和二元酸與二元醇。術(shù)語(yǔ)“聚酯”，如本文所用，也包括共聚物(如嵌段、接枝、無(wú)規(guī)和交替共聚物)、共混物及它們的改性物。聚酯的普通例子是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)，它是乙二醇與對(duì)苯二甲酸的縮聚產(chǎn)物。
如本文所用，“熱塑性塑料”是指能反復(fù)“熔體加工”(例如熔紡)的聚合物。
所謂“可永久拉伸”是指聚合物有一個(gè)屈服點(diǎn)，如果該聚合物被拉伸到超過(guò)該點(diǎn)，則它將不可能回復(fù)到其原長(zhǎng)。
所謂“彈性體聚合物”是指如下一種聚合物在無(wú)稀釋劑的單組分纖維形式下，斷裂伸長(zhǎng)率超過(guò)100％，當(dāng)將它拉伸到其原長(zhǎng)的2倍，維持5秒鐘，然后松開(kāi)時(shí)，在松開(kāi)后1分鐘內(nèi)收縮到小于其原長(zhǎng)1.5倍。在用來(lái)形成本發(fā)明非織造織物的多翼纖維中，芯的彈性體聚合物，當(dāng)在基本如本文所述的條件下紡成的單組分纖維中存在時(shí)，可以有一個(gè)低于約14,000磅/英寸2(96,500kPa)，更優(yōu)選低于約8500磅/英寸2(58,600kPa)的彎曲模量。
如本文所用，“非彈性體聚合物”是指不是彈性體聚合物的任何聚合物。非彈性體聚合物在本文也叫做“硬”聚合物。
術(shù)語(yǔ)“回復(fù)”，如本文所用，是指材料在偏力作用下拉伸后，在偏力終止時(shí)拉伸材料的回縮。例如，如果在松弛非受力狀態(tài)下長(zhǎng)1cm的材料被拉伸60％而達(dá)到1.6cm長(zhǎng)，則該材料的伸長(zhǎng)率是60％(0.6cm)，拉伸后的長(zhǎng)度是其松弛長(zhǎng)度的160％。如果在除去偏力和拉伸力時(shí)允許該已伸長(zhǎng)材料回縮即回復(fù)到1.2cm長(zhǎng)，則該材料就已回復(fù)了其0.6cm伸長(zhǎng)的67％(0.4cm)?；貜?fù)可表示為[(最大伸長(zhǎng)長(zhǎng)度-除去拉伸力后最終樣品的長(zhǎng)度)/(最大伸長(zhǎng)長(zhǎng)度-起始樣品長(zhǎng)度)]×100。
術(shù)語(yǔ)“可回復(fù)伸長(zhǎng)率”，如本文所用，是一個(gè)樣品怎樣容易永久變形的量度。術(shù)語(yǔ)“彈性體非織造織物”，如本文所用，是指當(dāng)它被拉伸到典型的使用伸長(zhǎng)率時(shí)可回復(fù)伸長(zhǎng)率大于50％(永久變形小于50％)的非織造織物或纖網(wǎng)。一種織物在低(使用水平)形變下可能是彈性體織物，而在進(jìn)一步拉伸時(shí)可能發(fā)生塑性形變(或斷裂)。在加載/卸載循環(huán)期間為達(dá)到一定伸長(zhǎng)率所需的力在本文稱(chēng)為“回復(fù)能力”。
術(shù)語(yǔ)“無(wú)紡”織物、片材或纖網(wǎng)，如本文所用，是指各纖維、長(zhǎng)絲或線方向性地或無(wú)序地取向并靠摩擦力和/或內(nèi)聚力和/或粘結(jié)力粘結(jié)在一起的織物結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不同于機(jī)械交織的規(guī)則圖形，即它不是紡織或針織物。非織造織物與纖網(wǎng)的實(shí)例包括紡粘連續(xù)長(zhǎng)絲纖網(wǎng)、機(jī)梳纖網(wǎng)、氣流成網(wǎng)纖網(wǎng)和濕法成網(wǎng)纖網(wǎng)。適用的粘結(jié)方法包括熱粘結(jié)、化學(xué)或溶劑粘結(jié)、樹(shù)脂粘結(jié)、機(jī)械針剌、液壓針剌、線圈結(jié)合等。
術(shù)語(yǔ)“紡粘”纖維，如本文所用，是指將熔融熱塑性聚合物材料從噴絲板的許多毛細(xì)孔內(nèi)擠出然后通過(guò)拉伸與驟冷這些長(zhǎng)絲使擠出長(zhǎng)絲的直徑迅速減小而形成的纖維。紡粘纖維一般是連續(xù)的，平均直徑大于約5μm。對(duì)于本發(fā)明非織造織物中所用的具有多翼截面的纖維，纖維直徑計(jì)為與多翼纖維截面積相同的圓的直徑。紡粘非織造織物或纖網(wǎng)是通過(guò)將紡粘纖維無(wú)序地鋪在諸如篩網(wǎng)或帶之類(lèi)的收集表面上而形成的。紡粘纖網(wǎng)可以用本領(lǐng)域內(nèi)已知的方法粘結(jié)起來(lái)，如熱輥壓延或讓纖網(wǎng)通過(guò)高壓飽和蒸汽室。例如，纖網(wǎng)可以在位于紡粘織物上的許多熱粘點(diǎn)上熱點(diǎn)粘結(jié)在一起。
術(shù)語(yǔ)“多組分纖維”和“多組分長(zhǎng)絲”，如本文所用，是指由至少兩種不同聚合物組成的任何纖維或長(zhǎng)絲。術(shù)語(yǔ)“雙組分纖維”和“雙組分長(zhǎng)絲”如本文所用，是指由兩種不同聚合物組成的多組分纖維或長(zhǎng)絲。所謂“不同聚合物”是指至少兩種聚合物中的每一種都排布在多組分纖維橫截面上的不同區(qū)域內(nèi)且沿纖維長(zhǎng)度延伸。多組分纖維不同于由聚合物材料的均勻熔體共混物擠出成型的纖維，在后者中并未形成不同的聚合物區(qū)域。本專(zhuān)利中可采用的至少兩種不同的聚合物組分可以是化學(xué)上不同的聚合物，也可以是化學(xué)上相同的聚合物但具有不同的物理特性，如立構(gòu)規(guī)整度、特性粘度、熔體粘度、擠出脹大、密度、結(jié)晶度和熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)。例如，兩個(gè)組分可以是一種彈性體聚丙烯與一種非彈性體聚丙烯。至少兩種不同聚合物材料中的每一種本身能包含兩種或多種聚合物材料的共混物。術(shù)語(yǔ)“纖維”，如本文所用，同時(shí)指非連續(xù)與連續(xù)纖維。術(shù)語(yǔ)“長(zhǎng)絲”，如本文所用，是指連續(xù)纖維。適用于本發(fā)明非織造織物的多翼纖維是多組分纖維，在其中，芯包含不同聚合物組分中的一種彈性體聚合物，而附著在芯上的翼包含至少一個(gè)不同的其它聚合物組分，該組分的彈性小于彈性體芯聚合物的彈性。例如，聚合物翼組分能包含一種可永久拉伸的硬聚合物。術(shù)語(yǔ)“多組分非織造纖網(wǎng)”和“多組分非織造織物”在本文中可用來(lái)分別指包含多組分纖維或長(zhǎng)絲的非織造纖網(wǎng)或織物。術(shù)語(yǔ)“雙組分纖網(wǎng)”，如本文所用，是指包含雙組分纖維或長(zhǎng)絲的多組分纖網(wǎng)。
術(shù)語(yǔ)“單組分纖維”如本文所用是指由單一聚合物組分制成的纖維。單一聚合物組分可主要由一種聚合物組成，也可以是多種聚合物的均勻共混物。
如本文所用，術(shù)語(yǔ)“S形輥”是指串聯(lián)的兩個(gè)或多個(gè)輥，它們彼此間的排布會(huì)使纖維相繼朝輥的下方或上方在每個(gè)輥上包一圈，而且兩個(gè)輥以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的多組分非織造纖網(wǎng)包含多組分纖維，纖維包含一個(gè)合成熱塑性彈性體聚合物的軸芯組分和多個(gè)附著在芯上的翼組分，翼組分包含至少一種可永久拉伸的非彈性體熱塑性聚合物。術(shù)語(yǔ)“翼”，如本文所用，是指自纖維中心的軸芯伸出、基本上沿纖維長(zhǎng)度延伸的的凸起。翼有別于鞘芯-纖維中形成的周向凸脊，后者如授予Muramot0等的U.S.專(zhuān)利5,352,518所述。
用來(lái)形成本發(fā)明非織造織物的纖維能具有徑向?qū)ΨQ(chēng)或徑向非對(duì)稱(chēng)截面。所謂“徑向?qū)ΨQ(chēng)截面”是指如下一種截面在其中翼的位置與尺寸使纖維圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)360°/n時(shí)會(huì)得到與旋轉(zhuǎn)前基本相同的截面，其中“n”是一個(gè)大于1的整數(shù)，代表纖維的“n重”對(duì)稱(chēng)性。在確定纖維的對(duì)稱(chēng)性時(shí)，要取垂直于纖維軸的橫截面。對(duì)稱(chēng)性是在纖維紡絲時(shí)形成的，并可以在纖維收縮后完全拉直的纖維的截面上測(cè)量，如果纖維未被紡絲后的工藝所畸變。在確定卷曲纖維的對(duì)稱(chēng)性時(shí)，應(yīng)在測(cè)量纖維橫截面之前將纖維的所有卷曲都拉出以使纖維伸直。
除具有幾何意義上的徑向?qū)ΨQ(chēng)性之外，“徑向?qū)ΨQ(chēng)”還指在聚合物組成上纖維截面是基本對(duì)稱(chēng)的。也就是說(shuō)，在讓纖維圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)360°/n后，纖維本身在翼組成上基本上與旋轉(zhuǎn)前的纖維不可區(qū)分，其中n是一個(gè)大于1的整數(shù)。纖維的有些翼能由不同于其它翼的聚合物形成，同樣只要保持徑向幾何與聚合物組成對(duì)稱(chēng)性即可。但是，為便于制造和容易獲得徑向?qū)ΨQ(chēng)性，當(dāng)希望纖維基本上沒(méi)有三維卷曲時(shí)，優(yōu)選翼具有近似相同的尺寸，并由同種聚合物或聚合物的共混物制成。在本文中把徑向不對(duì)稱(chēng)的纖維截面叫做徑向非對(duì)稱(chēng)的并需要旋轉(zhuǎn)360度才能在幾何與組成上重現(xiàn)纖維截面。
術(shù)語(yǔ)“螺旋形捻度”在本文中用來(lái)指纖維圍繞其縱軸加捻的捻度。包含一個(gè)彈性體芯與多個(gè)附著在芯上的非彈性體可永久拉伸翼、具有基本徑向?qū)ΨQ(chēng)截面的多組分纖維，在適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，基本形成“一維”螺旋形捻度?！耙痪S”螺旋形捻度，如本文所用，是指雖然纖維的翼能基本上圍繞纖維軸呈螺旋形，但即使在低張力下纖維軸也基本上是直的，不會(huì)明顯形成三維卷曲。在徑向?qū)ΨQ(chēng)纖維中會(huì)因紡絲期間或紡絲之后可能出現(xiàn)的些微不均勻性而形成很少量的卷曲。要求小于約10％伸長(zhǎng)(以未拉伸纖維長(zhǎng)度為基準(zhǔn)計(jì)算)就能基本拉直纖維芯的纖維被看作具有一維螺旋形捻度。更典型地，這類(lèi)纖維需要小于約7％的伸長(zhǎng)，例如，約4％-約6％的伸長(zhǎng)。以未拉伸長(zhǎng)度為基準(zhǔn)計(jì)算，要求大于10％伸長(zhǎng)的纖維被認(rèn)為具有較高維卷曲，并且認(rèn)為它們基本上沒(méi)有一維螺旋形捻度。業(yè)已觀察到，為了在纖維中達(dá)到所要求的拉伸性能不一定要完全360°的螺旋形捻度。因此螺旋形捻度可以包括i)翼的螺旋形基本上完全圍繞彈性體芯的螺旋形捻度(基本周向螺旋形捻度)和ii)翼的螺旋形僅部分圍繞芯的螺旋形捻度(基本非周向螺旋形捻度)。在具有基本周向螺旋形捻度的纖維中，在翼圍繞纖維芯螺旋旋轉(zhuǎn)至少360°之前，翼螺旋始終沿纖維長(zhǎng)度的一個(gè)方向而不倒向，即翼在倒向之前要完全繞纖維芯周向螺旋旋轉(zhuǎn)至少一次。在具有基本周向螺旋形捻度的纖維中，加捻方向能在沿纖維長(zhǎng)度上的一個(gè)或多個(gè)反轉(zhuǎn)結(jié)處倒向。例如，沿纖維長(zhǎng)度可以有許多個(gè)反轉(zhuǎn)結(jié)，在每個(gè)結(jié)上螺旋形捻度倒向。在具有基本非周向螺旋形捻度的纖維中，翼螺旋僅部分地(即小于360°)圍繞芯，圍繞芯的翼螺旋頻頻倒向。纖維能具有各種周向與非周向捻度的組合，分別如圖1A與1B所示。當(dāng)包含一個(gè)彈性體芯和多個(gè)附著在芯上的非彈性體可永久拉伸翼的纖維具有幾何和/或組成上的徑向非對(duì)稱(chēng)截面且要經(jīng)受適當(dāng)?shù)臒崽幚頃r(shí)，這種纖維會(huì)同時(shí)形成螺旋形捻度和高維卷曲。例如，纖維能形成三維卷曲，如三維螺旋形卷曲，其中纖維軸形成一個(gè)螺旋狀構(gòu)型，或其它更無(wú)規(guī)的三維卷曲。
當(dāng)在螺旋形加捻的彈性體非對(duì)稱(chēng)纖維上施加張力時(shí)，隨纖維被拉直，三維卷曲先被拉出，最終在纖維軸基本伸直時(shí)成為具有基本一維螺旋形捻度的張緊纖維。當(dāng)施加附加張力時(shí)，隨翼的“解捻”，彈性體芯伸展，螺距增加，直到最終拉直翼組分，使它們基本延纖維長(zhǎng)度縱向延伸。形成的三維卷曲程度取決于纖維截面的組成和/或幾何不對(duì)稱(chēng)程度。
芯聚合物多組分纖維中所用的芯聚合物能從任何成纖熱塑性彈性體聚合物組合物形成。適用彈性體的實(shí)例包括熱塑性聚氨酯、聚酯、聚烯烴和聚酰胺彈性體。兩種或多種彈性體聚合物的共混物或至少一種彈性體聚合物與一種或多種硬聚合物的共混物都可用作芯聚合物。如果用一種彈性體與一種硬聚合物的共混物，則硬聚合物的加入量應(yīng)足夠低，使聚合物共混物保留上文定義的彈性體性質(zhì)。
適用的熱塑性聚氨酯芯彈性體包括從聚合物二醇、二異氰酸酯和至少一種二元醇或二元胺擴(kuò)鏈劑制成的那些。優(yōu)選二元醇擴(kuò)鏈劑，因?yàn)橛善渲瞥傻木郯滨サ娜埸c(diǎn)比用二元胺作為擴(kuò)鏈劑時(shí)的低。適合于制備彈性體聚氨酯的聚合物二醇包括聚醚二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇和它們的共聚物。這類(lèi)二醇的實(shí)例包括聚亞乙基醚二醇、聚四亞甲基醚二醇、聚(四亞甲基/2-甲基-四亞甲基醚)二醇、聚(己二酸亞乙基酯/己二酸1，4-亞丁基酯)二醇、聚(己二酸亞乙基酯/己二酸1，2-亞丙基酯)二醇、聚(己二酸六亞甲基酯/己二酸2，2-二甲基-1，3-亞丙基酯)二醇、聚(己二酸3-甲基-1，5-亞戊基酯)二醇、聚(壬二酸3-甲基-1，5-亞戊基酯)二醇、聚(十二烷酸2，2-二甲基-1，3-亞丙基酯)二醇、聚(戊烷-1，5-碳酸酯)二醇以及聚(己烷-1，6-碳酸酯)二醇。適用的二異氰酸酯包括1-異氰酸酯基-4-[(4-異氰酸酯基-苯基)甲基]苯、1-異氰酸酯基-2-[(4-異氰酸酯基苯基)甲基]苯、異佛爾酮二異氰酸酯、1，6-己烷二異氰酸酯、2，2-雙(4-異氰酸酯基苯基)丙烷、1，4-雙(對(duì)-異氰酸酯基，α，α-二甲基芐基)苯、1，1′-亞甲基雙(4-異氰酸酯基環(huán)己烷)以及2，4-甲苯二異氰酸酯。適用的二元醇擴(kuò)鏈劑包括乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、二甘醇及它們的混合物。優(yōu)選的聚合物二醇是聚(四亞甲基醚)二醇、聚(四亞甲基/2-甲基-四亞甲基醚)二醇、聚(己二酸亞乙基酯/己二酸1，4-亞丁基酯)二醇和聚(十二烷酸2，2-二甲基-1，3-亞丙基酯)二醇。優(yōu)選的二異氰酸酯是1-異氰酸酯基-4-[(4-異氰酸酯基苯基)甲基]苯。優(yōu)選的二醇擴(kuò)鏈劑是1，3-丙二醇和1，4-丁二醇。可加入單官能度鏈終止劑如1-丁醇之類(lèi)來(lái)控制聚合物的分子量。聚氨酯彈性體包括產(chǎn)自Dow Chemical Company的Pellethane熱塑性聚氨酯，這是一種優(yōu)選的芯聚合物。
適用的熱塑性聚酯彈性體包括由聚醚二醇與一種低分子量二元醇，例如分子量低于約250的二元醇，與一種二羧酸或其二酯反應(yīng)得到的聚醚酯。適用的聚醚二醇包括聚(亞乙基醚)二醇、聚(四亞甲基醚)二醇、聚(四亞甲基/2-甲基四亞甲基醚)二醇[衍生自四氫呋喃與3-甲基四氫呋喃的共聚物]和聚(亞乙基/四亞甲基醚)二醇。適用的低分子量二元醇包括乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇以及它們的混合物；優(yōu)選1，3-丙二醇和1，4-丁二醇。適用的二羧酸包括任選地含少量(例如，＜20mol％)間苯二甲酸的對(duì)苯二甲酸及其二酯。商品聚酯彈性體的優(yōu)選實(shí)例包括產(chǎn)自E.I.du Pont de Nemoursand Company，Wilmington，DE(杜邦公司)的Hytrel聚醚酯。Hytrel彈性體是聚對(duì)苯二甲酸1，4-丁二醇酯硬(結(jié)晶)段與長(zhǎng)鏈聚醚二醇如聚(四亞甲基醚)二醇-基軟(無(wú)定形)段的嵌段共聚物。
能用來(lái)制造本發(fā)明纖維芯的適用熱塑性聚醚酰胺彈性體包括U.S.專(zhuān)利號(hào)3,468,975中所述的那些，該專(zhuān)利包括于此供參考。例如，這類(lèi)彈性體能用聚酯段制備，聚酯段由乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，10-癸二醇、1，4-二(羥甲基)環(huán)己烷、二甘醇或三甘醇與丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、2-甲基己二酸、3-甲基己二酸、3，4-二甲基己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸或十二烷雙酸或它們的酯制成。這類(lèi)聚酯酰胺中的聚酰胺段的實(shí)例包括由己二胺或癸二胺與對(duì)苯二甲酸、乙二酸、己二酸或癸二酸的反應(yīng)或由己內(nèi)酰胺的開(kāi)環(huán)反應(yīng)制成的那些。
熱塑性聚醚酯酰胺彈性體，如U.S.專(zhuān)利號(hào)4,230,838中所述的那些，也能用來(lái)制造纖維芯，該專(zhuān)利包括于此供參考。這類(lèi)彈性體可通過(guò)制備二羧酸-終止的聚酰胺預(yù)聚體來(lái)制造，所述預(yù)聚體由低分子量(例如，約300-約15,000)聚己內(nèi)酰胺、聚庚內(nèi)酰胺、聚十二內(nèi)酰胺、聚十一內(nèi)酰胺、聚(11-氨基十一烷酸)、聚(12-氨基十二烷酸)、聚己二酸六亞甲基酯、聚壬二酸六亞甲基酯、聚癸二酸六亞甲基酯、聚十一烷酸六亞甲基酯、聚十二烷酸六亞甲基酯、聚己二酸九亞甲基酯等與丁二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷雙酸、對(duì)苯二甲酸、十二烷雙酸等制成。然后讓預(yù)聚體與一種羥端基聚醚，例如聚(四亞甲基醚)二醇、聚(四亞甲基/2-甲基四亞甲基醚)二醇、聚(亞乙基醚)二醇、聚(亞乙基醚)二醇等發(fā)生反應(yīng)。商品聚醚酯酰胺彈性體的實(shí)例包括產(chǎn)自Atofina(Philadelphia，Pa)的Pebax聚醚酯酰胺。
適用的聚烯烴彈性體的實(shí)例包括聚丙烯-基共聚物或三元共聚物以及聚乙烯-基共聚物或三元共聚物。一類(lèi)優(yōu)選的彈性體聚烯烴是產(chǎn)自Dow Chemical Company的商品名為Engage聚合物的乙烯/1-辛烯共聚物。Engage聚合物一般含約15-約25mol％ 1-辛烯。其它烯烴基彈性體包括產(chǎn)自ExxonMobil的商品Exact樹(shù)脂和產(chǎn)自Dow ChemicalCompany的商品Affinity樹(shù)脂，密度小于約0.91g/cm3。這些全都是由單點(diǎn)催化劑制成的乙烯與1-辛烯、1-己烯、1-丁烯的共聚物，一般統(tǒng)稱(chēng)為熱塑彈性體。隨α-烯烴共聚單體量的增加，彈性一般提高，而密度一般降低。產(chǎn)自Dow Chemical Company的商品Affinity熱塑性彈性體含約3-約15mol％1-辛烯。彈性體聚烯烴，包括彈性體聚丙烯在內(nèi)，都能按照授予Paton等的U.S.專(zhuān)利6,143,842中所述的方法形成，該專(zhuān)利包括于此供參考。
其它適用的彈性體包括有或沒(méi)有二烯交聯(lián)劑的乙烯/丙烯烴類(lèi)橡膠，如產(chǎn)自杜邦公司Dow Elastomers(Wilmington DE)的Norbel彈性體。
也能用1991年3月13日出版的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)出公開(kāi)0416379所公開(kāi)的彈性體聚烯烴作為彈性體芯組分，該專(zhuān)利包括于此供參考。這類(lèi)聚合物是非均相嵌段共聚物，包括一個(gè)結(jié)晶基聚合物組分和一個(gè)具有彈性的無(wú)定形共聚物組分，后者通過(guò)半結(jié)晶均聚物或共聚物組分與結(jié)晶基聚合物嵌段連接。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，基本結(jié)晶的熱塑性烯烴聚合物由至少約60-85份結(jié)晶聚合物組分、至少約1-小于15份半結(jié)晶聚合物組分和至少約10-小于39份無(wú)定形聚合物組分組成。更優(yōu)選基本結(jié)晶的烯烴嵌段共聚物包含65-75份結(jié)晶共聚物組分、3-小于15份半結(jié)晶聚合物組分和10-小于30份無(wú)定形共聚物組分。
適用的聚烯烴彈性體包括非均相共聚物中結(jié)晶基聚合物段是丙烯與至少一種通式為H2C＝CHR的α-烯烴的共聚物，其中R是H或一個(gè)C2-6直鏈或支鏈烷基部分。優(yōu)選非均相共聚物中具有彈性的無(wú)定形共聚物嵌段包含一種α-烯烴和丙烯，不論有無(wú)二烯，或一種不同的α-烯烴的三元共聚物，以及半結(jié)晶共聚物嵌段是一種低密度基本線形共聚物，后者基本上由制備無(wú)定形嵌段所用的α-烯烴單元或在用兩種α-烯烴制備時(shí)制備以最大量存在的無(wú)定形嵌段所用的α-烯烴組成。
適用于本發(fā)明的其它彈性體聚合物包括高壓乙烯共聚物。實(shí)例包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(例如產(chǎn)自杜邦公司的ELVAX聚合物)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(例如產(chǎn)自ExxonMobil的Optema聚合物)、乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物(例如產(chǎn)自ExxonMobil的Escot聚合物)以及乙烯-丙烯酸和乙烯-甲基丙烯酸共聚物(例如，產(chǎn)自杜邦公司的Nucrel聚合物)。
適用于作為彈性體芯聚合物的其它熱塑性彈性體包括通式為A-B-A′或A-B的苯乙烯嵌段共聚物，其中A和A′分別是各聚合物的端嵌段，含苯乙烯部分如聚乙烯基芳烴，B是彈性體聚合物中間段，如共軛二烯或較低級(jí)烯烴聚合物。A-B-A′型嵌段共聚物能含有A與A′不同或相同的嵌段聚合物。這類(lèi)嵌段共聚物的實(shí)例包括共聚(苯乙烯/乙烯-丁烯)、苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯、苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-苯乙烯、聚(苯乙烯/乙烯-丁烯/苯乙烯)等。這類(lèi)嵌段共聚物的商品實(shí)例是產(chǎn)自Kraton Polymers(先前產(chǎn)自Shell Chemical Company ofHous ton，Texas)的Kraton嵌段共聚物。這類(lèi)嵌段共聚物的實(shí)例在U.S.專(zhuān)利4,663,220和U.S.專(zhuān)利5,304,599中已有所述，這些專(zhuān)利包括于此供參考。
由彈性體A-B-A-B四嵌段共聚物組成的聚合物也能用作軸芯聚合物。這類(lèi)聚合物在授予Taylor等的U.S.專(zhuān)利5,332,613中已有所述，該專(zhuān)利包括于此供參考。在這類(lèi)聚合物中，A是一種熱塑性聚合物嵌段，B是一種已氫化到基本上為聚(乙烯-丙烯)單體單元的異戊二烯單體單元。這類(lèi)四嵌段共聚物的實(shí)例是苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)或SEPSEP彈性體嵌段共聚物，產(chǎn)自KratonPolymers(先前產(chǎn)自Shell Chemical Company of Houston，Texas)，商品名為KratonG-1659。
翼聚合物多組分纖維中的聚合物翼組分可以由非彈性體或彈性體聚合物形成。如果聚合物翼組分是彈性體，則要將它們選為彈性低于聚合物芯組分的才能使纖維形成所需要的基本上沿纖維長(zhǎng)度方向的螺旋形捻度。例如，聚合物芯組分可選為彎曲模量低于8500磅/英寸2(58,600kPa)的彈性體聚合物，而聚合物翼組分的彎曲模量至少為8500磅/英寸2。更進(jìn)一步，聚合物翼組分的彈性模量可以在8500磅/英寸2-14,000磅/英寸2(58,600kPa-96,500kPa)之間。優(yōu)選翼聚合物的彈性體要大大低于芯聚合物的，例如，芯聚合物可以是一種彎曲模量低于8500磅/英寸2(58,600kPa)的彈性體聚合物，而翼聚合物要選為彎曲模量約12,000磅/英寸2-14,000磅/英寸2(82,700kPa-96,500kPa)。例如，聚合物翼組分能包含一種Affinity聚烯烴熱塑性彈性體，而聚合物芯組分能包含一種Hytrel彈性體聚酯或一種Engage彈性體聚烯烴。
翼也能由任何熱塑性非彈性體(硬)可永久拉伸聚合物形成。這類(lèi)聚合物的實(shí)例包括非彈性體聚酯、聚酰胺和聚烯烴。
適用的熱塑性非彈性體翼聚酯包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(2GT)、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(3GT)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(4GT)和聚2，6萘二羧酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸14-環(huán)己烯二亞甲酯、聚丙交酯、聚壬二酸乙二醇酯、聚2，7-萘二羧酸乙二醇酯、聚乙醇酸、聚丁二酸乙二醇酯、聚α，α-二甲基丙內(nèi)酯、聚對(duì)羥基苯甲酸酯、聚氧基苯甲酸乙二醇酯、聚間苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸四亞甲基酯、聚對(duì)苯二甲酸六亞甲基酯、聚對(duì)苯二甲酸十亞甲基酯、聚對(duì)苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二亞甲基酯(反式)、聚1，5-萘二羧酸乙二醇酯、聚2，6-萘二羧酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸1，4-環(huán)亞己基二亞甲基酯(順式)和聚對(duì)苯二甲酸1，4-環(huán)亞己基二亞甲基酯(反式)。
優(yōu)選的非彈性體聚酯包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸1，4-丁二醇酯以及它們的共聚物。當(dāng)用熔點(diǎn)較高的聚酯如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯時(shí)，在聚酯中可加入共聚單體使之能在較低的溫度下紡絲。這類(lèi)聚合物在本文中統(tǒng)稱(chēng)為共聚酯。適用的共聚單體包括含4-12個(gè)碳原子的線形、環(huán)狀和支化脂族二羧酸(如戊二酸)；除對(duì)苯二甲酸以外的含8-12個(gè)碳原子的芳族二羧酸(如間苯二甲酸)；含3-8個(gè)碳原子的線形、環(huán)狀和支化脂族二元醇(如1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇和2，2-二甲基-1，3-丙二醇)；以及含4-10個(gè)碳原子的脂族或芳脂族醚二醇(如氫醌雙(2-羥基乙基)醚)。共聚單體在共聚酯中可以約0.5-15mol％的量存在。對(duì)于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，優(yōu)選的共聚單體是間苯二甲酸、戊二酸、己二酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀踪?gòu)得而且便宜。
翼聚酯也能含少量其它共聚單體，只要這些共聚單體對(duì)纖維性能無(wú)不良作用即可。這類(lèi)其它共聚單體包括，例如，磺基間苯二甲酸5-鈉，含量在約0.2-5mol％。為控制粘度可加入非常少量，如組分總量的約0.1重量％-約0.5重量％的三官能度共聚單體，如偏苯三酸。
適用的熱塑性非彈性體翼聚酰胺包括聚己二酰六亞甲基二胺(尼龍6，6)；聚己內(nèi)酰胺(尼龍6)；聚庚內(nèi)酰胺(尼龍7)；尼龍10；聚十二內(nèi)酰胺(尼龍12)；聚己二酰四亞甲基二胺(尼龍4，6)；聚癸二酰六亞甲基二胺(尼龍6，10)；正十二烷雙酸與六亞甲基二胺的聚酰胺(尼龍6，12)；十二亞甲基二胺與正十二烷雙酸的聚酰胺(尼龍12，12)；衍生自雙(4-氨基環(huán)己基)甲烷與十二烷雙酸的PACM-12聚酰胺，30％間苯二甲酸六亞甲基二胺與70％己二酰六亞甲基二胺的共聚酰胺、最多30％雙-(對(duì)-酰胺基環(huán)己基)亞甲基和對(duì)苯二甲酸與己內(nèi)酰胺的共聚酰胺、聚4-氨基丁酸(尼龍4)、聚8-氨基辛酸(尼龍8)、聚庚二酰七亞甲基二胺(尼龍7，7)；聚辛二酰八亞甲基二胺(尼龍8，8)、聚壬二酰九亞甲基二胺(尼龍9，9)、聚壬二酰十亞甲基二胺(尼龍10，9)、聚癸二酰十亞甲基二胺(尼龍10，10)、聚[雙(4-氨基-環(huán)己基)甲烷-1，10-癸二羧酸酰胺]、聚己二酰間二甲苯二胺、聚癸二酰對(duì)二甲苯二胺、聚庚二酰2，2，2-三甲基六亞甲基二胺、聚癸二酰哌嗪、聚11-氨基-十一內(nèi)酰胺(尼龍11)、聚間苯二甲酰六亞甲基二胺、聚對(duì)苯二甲酰六亞甲基二胺、聚9-氨基壬酸(尼龍9)、聚己內(nèi)酰胺。也能用共聚物，如聚(己二酰六亞甲基二胺/己二酰2-甲基五亞甲基二胺)，其中六亞甲基部分可占二胺衍生部分總量的約75-90mol％。
適用的聚烯烴包括聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯和一種或多種乙烯或丙烯與其它不飽和單體的共聚物和三元共聚物，以及它們的共混物。
彈性體芯與非彈性體翼聚合物的組合物能包括一種聚醚酰胺，例如，一種聚醚酯酰胺、帶聚酰胺翼的彈性體芯和帶聚酯翼的聚醚酯彈性體芯。例如，一種翼聚合物能包含尼龍6-6及其共聚物，例如，聚(己二酰六亞甲基二胺/2-甲基五亞甲基二胺)，其中六亞甲基部分的存在量為約80mol％，任選地與約1重量％-最多約15重量％尼龍-12混合，而芯聚合物能包含一種彈性體嵌段聚醚酯酰胺?！扒抖巍本勖氧ヵ０肥侵负熊浂?長(zhǎng)鏈聚醚)與硬段(短鏈聚酰胺)共價(jià)結(jié)合(通過(guò)酯基)的聚合物。類(lèi)似的定義對(duì)應(yīng)于嵌段聚醚酯、嵌段聚氨酯等等。尼龍12能提高翼與芯的粘結(jié)性，尤其當(dāng)芯以尼龍12為基時(shí)，例如，由Atofina Chemicals(Philadelphia，Pa)供應(yīng)的PEBAX3533SN聚醚嵌段聚酰胺彈性體。
另一種優(yōu)選的翼聚合物能包含一種選自下列一組的非彈性體聚酯聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯及其共聚物、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。宜與它們一起使用的彈性體芯可包含一種聚醚酯，該聚醚酯包含選自聚(四亞甲基醚)二醇和聚(四亞甲基/2-甲基四亞甲基醚)二醇的聚醚二醇與對(duì)苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿岫柞ズ鸵环N選自1，3-丙二醇與1，4-丁二醇的低分子量二元醇的反應(yīng)產(chǎn)物。
彈性體聚醚酯芯也能與非彈性體聚酰胺翼一起使用，尤其當(dāng)用促粘添加劑時(shí)，如本文其它地方所述。例如，這種纖維的翼可選自下列一組(a)聚己二酰六亞甲基二胺及其與己二酰2-甲基五亞甲基二胺的共聚物以及(b)聚己內(nèi)酰胺，而這種纖維的芯能選自聚(四亞甲基醚)二醇或聚(四亞甲基/2-甲基四亞甲基醚)二醇與對(duì)苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿岫柞ゼ斑x自1，3-丙二醇與1，4-丁二醇的二元醇的反應(yīng)產(chǎn)物。
制造上述聚合物的方法是本領(lǐng)域內(nèi)已知的，能包括使用催化劑、共催化劑和鏈支化劑，如本領(lǐng)域所知。在多翼多組分纖維紡絲中所用的聚合物能包含常用添加劑，添加劑能在聚合過(guò)程中加入或加到已形成的聚合物或非織造制品中并能有利于提高聚合物或纖維的性能。這類(lèi)添加劑的實(shí)例包括抗靜電劑、抗氧化劑、抗菌劑、阻燃劑、染料、光穩(wěn)定劑、聚合催化劑和助劑、促粘劑、去光劑如二氧化鈦、亞光劑和有機(jī)磷酸鹽。
本發(fā)明的非織造纖網(wǎng)包括連續(xù)長(zhǎng)絲纖網(wǎng)和非連續(xù)短纖維纖網(wǎng)，它們包含具有多翼截面的多組分可拉伸合成纖維，其中一種彈性體聚合物形成芯和一種或多種可永久拉伸的硬聚合物形成多個(gè)翼，翼附著在彈性體芯上并沿芯的長(zhǎng)度方向延伸?；蛘?，翼組分也能包含一種其彈性低于芯聚合物的彈性體聚合物。翼能在纖維或非織造織物加工期間變成沿某些纖維長(zhǎng)度斷斷續(xù)續(xù)地脫粘。翼不一定要連續(xù)地附著在纖維長(zhǎng)度上，只要不防礙纖維沿大部分纖維長(zhǎng)度形成所需要的螺旋形捻度構(gòu)型即可。例如，非織造纖網(wǎng)可以是在紡粘過(guò)程中形成的連續(xù)長(zhǎng)絲纖網(wǎng)?；蛘?，非織造纖網(wǎng)也可以是一種用梳理或彈毛機(jī)制成的梳理短纖維纖網(wǎng)，或通過(guò)將短纖維釋放進(jìn)空氣流，由氣流將纖維引至纖維沉落在其上的收集表面而制成的氣流成網(wǎng)纖網(wǎng)。非織造纖網(wǎng)可以是一種通過(guò)將纖維以極高的稀釋度分散在水中的濕法成網(wǎng)纖網(wǎng)。在濕法成網(wǎng)工藝中，要將分散體喂進(jìn)一個(gè)箱內(nèi)，在其中水通過(guò)一個(gè)移動(dòng)篩網(wǎng)流出，纖維就沉積在篩網(wǎng)上。非織造纖網(wǎng)能包含不同旦數(shù)的纖維，在纖維與纖維之間，彈性體芯聚合物與非彈性體翼聚合物的比例可以不同。
非織造纖網(wǎng)還能包含多翼多組分纖維與其它第二或“伴侶纖維”的共混物。適用的伴侶纖維的實(shí)例包括聚酯或聚烯烴的單組分纖維，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚丙烯。當(dāng)非織造纖網(wǎng)包含一種具有潛在螺旋形捻度(即在適當(dāng)熱處理時(shí)收縮變形為螺旋形捻度)的多翼纖維與熱處理期間收縮率低于多翼纖維的伴侶纖維的共混物時(shí)，該非織造纖網(wǎng)是一種“自膨松”纖網(wǎng)。當(dāng)潛在螺旋形捻度被激活時(shí)，多翼纖維就收縮，使伴侶纖維彎曲，因?yàn)樗鼈兣c螺旋段銜接在一起，由此就增加了非織造纖網(wǎng)的體積。
多組分纖維的翼從它們所附著的芯向外伸出并至少部分地圍繞芯形成螺旋圈，尤其在有效的熱處理后(松弛)。形成螺旋形捻度的熱處理能在形成非織造纖網(wǎng)之前或之后進(jìn)行。多翼多組分纖維至少有2個(gè)翼，優(yōu)選3-8個(gè)翼，非常優(yōu)選5或6個(gè)翼。所用的翼數(shù)可取決于纖維的其它特性及其制造和使用中的條件。翼數(shù)較多時(shí)，例如5個(gè)或更多個(gè)，翼間距常足以包圍芯，從而在纖維或非織造織物制造過(guò)程中保護(hù)彈性體免于接觸輥、導(dǎo)輥等。與如果采用較少的翼相反，這樣就減少了纖維斷裂、包輥和相互磨擦的可能性。較高的拉伸比和纖維張力會(huì)將纖維緊壓在輥與導(dǎo)輥上，從而因翼向外張開(kāi)而使彈性體芯接觸輥或?qū)л?；因此在高拉伸比與纖維張力下優(yōu)選較多的翼數(shù)，尤其當(dāng)多組分纖維中彈性體是低熔點(diǎn)聚合物組分時(shí)。當(dāng)需要多纖維紗線時(shí)，如在紡制用來(lái)制造短纖維的紗線時(shí)，可以用少至2或3個(gè)翼，因?yàn)閺椥泽w芯與輥或?qū)л佒g的接觸被其它纖維的存在所減少了。在粘結(jié)是通過(guò)彈性體芯聚合物實(shí)現(xiàn)的熱粘結(jié)非織造纖網(wǎng)中優(yōu)選用較少的翼。翼數(shù)可加以選擇以提供易加工與熱粘的最佳平衡。
2001年9月28日提交的共同未決非臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?9/966145和09/966037描述了幾種適用于針織與紡織物的可拉伸纖維，它們包含一個(gè)由彈性體聚合物形成的軸芯和多個(gè)附著在彈性體芯上、由非彈性體聚合物形成的翼。這些申請(qǐng)包括于此供參考。
圖2是適用于本發(fā)明非織造織物的纖維的截面示意圖，它示意對(duì)稱(chēng)分布并圍繞一個(gè)軸芯的6個(gè)翼。應(yīng)注意在圖3-7和15中，纖維一般標(biāo)為10，軸芯標(biāo)為12以及翼標(biāo)為14。雖然為便于制造，優(yōu)選翼不連續(xù)地圍繞芯，但翼聚合物也能在芯周?chē)纬梢粋€(gè)連續(xù)或不連續(xù)的薄鞘。鞘厚可以是纖維芯最大半徑的約0.5％-約15％。較厚的鞘會(huì)減少可能形成的螺旋形捻度，從而導(dǎo)致降低的拉伸性能。鞘能通過(guò)為芯與翼聚合物之間提供更多的接觸點(diǎn)而有助于翼與芯的粘結(jié)，如果多組分纖維中的聚合物彼此粘結(jié)不好，這是一個(gè)特別有用的性能。鞘也能減少芯與輥、導(dǎo)輥等之間的磨耗接觸，特別當(dāng)纖維具有為數(shù)不多的翼時(shí)。圖3示意了一個(gè)帶有鞘16的2-翼纖維。
纖維芯的高彈性體使之在纖維受拉與松弛時(shí)吸收因所附翼扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的壓縮、扭轉(zhuǎn)和拉伸力。如果翼與芯聚合物之間的附著力太弱，則這些力能造成它們之間的脫粘。能提高芯與翼組分之間的粘結(jié)性的途徑如下選擇一個(gè)或多個(gè)翼與芯組合物，或使用如前所述的鞘和/或在一種或兩種聚合物中使用提高粘結(jié)性的添加劑。添加劑可加進(jìn)一個(gè)或多個(gè)翼中，使每個(gè)翼與芯具有相同或不同的附著力。一般地說(shuō)，芯和翼聚合物的選擇要使它們具有足夠的相容性，以便彼此粘結(jié)，從而盡量減小纖維制造及其后使用中的分離。
加進(jìn)翼與芯聚合物的添加劑能提高粘結(jié)性。實(shí)例包括馬來(lái)酸酐衍生物(杜邦公司注冊(cè)商標(biāo)為BynelCXA和Atofina商標(biāo)為L(zhǎng)otader的乙烯/丙烯酸酯/馬來(lái)酸酐三元共聚物)，它能用來(lái)改進(jìn)聚醚酰胺彈性體以提高其與聚酰胺的粘結(jié)性。作為另一個(gè)實(shí)例，能將一種數(shù)均分子量約400-約5000的熱塑性酚醛清漆樹(shù)脂(產(chǎn)自SchenectadyInterna-tional的HRJ 12700)加進(jìn)彈性體(共)聚醚酯芯以提高其與(共)聚酰胺翼的粘結(jié)性。酚醛清漆樹(shù)脂的用量應(yīng)在1-20重量％范圍內(nèi)，更優(yōu)選2-10重量％。適用于此的酚醛清漆樹(shù)脂的實(shí)例包括，但不限于，苯酚-甲醛、間苯二酚-甲醛、對(duì)-丁基苯酚-甲醛、對(duì)-乙基苯酚-甲醛、對(duì)-己基苯酚-甲醛、對(duì)-丙基苯酚-甲醛、對(duì)-戊基苯酚-甲醛、對(duì)-辛基苯酚-甲醛、對(duì)-庚基苯酚-甲醛、對(duì)-壬基苯酚-甲醛、雙酚-A-甲醛、羥基萘甲醛和松香(尤其是部分馬來(lái)酸酯化松香)的烷基(如叔丁基)苯酚改性酯(如季戊四醇酯)。PCT公開(kāi)WO 2001016232公開(kāi)了提高共聚酯彈性體與聚酰胺間粘結(jié)性的技術(shù)，該文獻(xiàn)包括于此供參考。
用馬來(lái)酸酐(“MA”)官能化的聚酯也能作為促粘添加劑用。例如，按照J(rèn).M.Bhattacharya，Polymer International(August，2000)，498，pp.860-866，聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(“PBT”)能用MA在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)通過(guò)自由基接枝而官能化，該文獻(xiàn)包括于此供參考。Bhattacharya還報(bào)告了用百分之幾重量的所得PBT-g-MA作為聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯與尼龍66以及聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與尼龍66二元共聚物的相容劑。這種添加劑也可用來(lái)更牢固地粘結(jié)本發(fā)明纖維的(共)聚酰胺翼與(共)聚醚酯芯。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在聚合物組分彼此間粘結(jié)性差的纖維內(nèi)，如果讓組成纖維的聚合物組分之一伸進(jìn)另一種聚合物組分，則可大大減少或消除分裂(脫粘)。也就是說(shuō)，至少一個(gè)或多個(gè)翼中一個(gè)翼聚合物的一部分伸進(jìn)芯聚合物或至少一部分芯聚合物伸進(jìn)一個(gè)翼聚合物。這種行為是出乎意外的，因?yàn)樵阮A(yù)期在應(yīng)力作用下彈性體聚合物容易變形并從與非彈性體聚合物的互穿連接中拔出來(lái)。
芯與翼聚合物的穿入可以用任何能有效地減少纖維分裂的方法實(shí)現(xiàn)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，穿入聚合物(例如芯聚合物)能相當(dāng)深地伸進(jìn)被穿入聚合物(例如翼聚合物)，以致使穿入聚合物象一個(gè)花鍵(見(jiàn)圖4)?；ㄦI具有基本均勻的直徑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，穿入聚合物(例如翼聚合物)能象牙根一樣伸進(jìn)被穿入聚合物(如芯聚合物)，從而形成多個(gè)凸起(圖5)。在還有一個(gè)實(shí)施方案中，至少一種聚合物具有至少一個(gè)翼伸進(jìn)芯或芯伸進(jìn)翼的凸起部分，該凸起部分包括一個(gè)較粗的遠(yuǎn)端部分和一個(gè)較細(xì)的頸縮部分，連接至少一種聚合物的端部與其余部分，以在其中形成至少一個(gè)頸縮部分，如圖6所示。通過(guò)這種粗端部分與頸縮部分彼此依附的翼與芯稱(chēng)做“機(jī)械鎖扣”。為便于制造且更有效地粘結(jié)翼與芯，常優(yōu)選以上最后提到的有一個(gè)頸縮部分的實(shí)施方案。其它伸出方法是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可想象的。例如，如圖7所示，芯可以包圍一個(gè)或多處翼的一部分側(cè)面，使翼伸進(jìn)芯。為了芯與翼之間的最佳粘結(jié)，一般在纖維總重量中有約5-30重量％可以是伸進(jìn)芯的非彈性體或弱彈性體翼聚合物或伸進(jìn)翼的彈性體芯聚合物。
在芯組分或翼組分穿進(jìn)另一組分的實(shí)施方案中，纖維具有一個(gè)外半徑和內(nèi)半徑的軸芯(例如，分別為R1和R2和R′1和R′2)，如圖9所示。外半徑是芯最外部分圓周的半徑，而內(nèi)半徑是翼最內(nèi)部分內(nèi)切圓的半徑。在本發(fā)明的非織造織物所用的纖維中，R1/R2一般大于約1.2。優(yōu)選R1/R2在約1.3-約2.0范圍內(nèi)。比值較低時(shí)防脫粘性降低，比例較高時(shí)，彈性體聚合物在翼內(nèi)(或非彈性體聚合物在芯內(nèi))的高含量會(huì)降低纖維的拉伸與可回復(fù)性。當(dāng)芯在翼內(nèi)形成一個(gè)花鍵時(shí)，R1/R2接近于2。相反，在一種組分不穿入另一組分的圖2中，R1和R2差不多相等。在纖維中有多個(gè)翼，而且纖維中某些翼聚合物伸進(jìn)芯聚合物以及其它翼聚合物被芯伸進(jìn)的情況下，R1和R2僅由對(duì)應(yīng)于各翼的半徑對(duì)確定，如圖9所示，且每個(gè)R1/R2和R′1/R′2一般都大于1.2，優(yōu)選在約1.3-2.0范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，芯聚合物伸進(jìn)一些翼，而不伸進(jìn)相鄰翼，則R1和R2要按伸進(jìn)翼的關(guān)系確定。同樣當(dāng)僅有部分翼伸進(jìn)芯時(shí)，R1和R2要按伸進(jìn)翼的關(guān)系確定。芯伸進(jìn)翼、翼伸進(jìn)芯或基本上無(wú)伸進(jìn)的所有組合都可采用。
翼聚合物總量與芯聚合物的重量之比可以改變，以獲得所要求的綜合性能，例如從芯得到所需的彈性體，從翼得到其它性能。例如，可以用翼聚合物與芯聚合物的重量比為約10/90-約70/30，優(yōu)選約30/70-約40/60。
本發(fā)明非織造纖網(wǎng)中所用的多翼纖維的芯和/或翼都可以是實(shí)心體或包括空洞或孔隙。一般而言，芯和翼都是實(shí)心體。而且翼可以具有任何形狀，如橢圓、T-形、C-形或S-形(見(jiàn)例如，具有C-形的圖3)。適用翼形的實(shí)例可見(jiàn)諸于U.S.專(zhuān)利號(hào)4,385,886，該專(zhuān)利包括于此供參考。T-形、C-形或S-形會(huì)有助于保護(hù)彈性體芯免于接觸導(dǎo)輥和輥，如前所述。芯也能具有任何形狀，包括圓形、橢圓形和多邊形。
當(dāng)希望可拉伸紡粘非織造織物具有低體積和平坦、光滑的均勻表面時(shí)，優(yōu)選纖維具有基本徑向?qū)ΨQ(chēng)的截面。為達(dá)到最大的截面徑向?qū)ΨQ(chēng)性，芯能具有基本圓形或規(guī)則多邊形截面，例如，如圖2所示。所謂“基本圓形”是指通過(guò)纖維截面中心以90°相交的兩根軸線的長(zhǎng)度之比不大于約1.2∶1。使用基本圓形或規(guī)則多邊形的芯，與U.S.專(zhuān)利號(hào)4,861,660的芯相反，能在熔體紡絲或紡粘工藝期間保護(hù)彈性體免于接觸輥，如關(guān)于翼數(shù)的內(nèi)容所述。多個(gè)翼可以任何所需的方式分布在芯的周?chē)?，例如，如圖2所示的不連續(xù)分布或如U.S.專(zhuān)利號(hào)3,418,200中圖4和5所示的相鄰翼在芯表面相接。多個(gè)翼可具有相同或不同的尺寸，只要保持基本徑向?qū)ΨQ(chēng)性即可。當(dāng)要制造含有兩種以上聚合物組分的軸向?qū)ΨQ(chēng)多組分多翼纖維時(shí)，可以由一種不同于其它翼的聚合物形成兩個(gè)或多個(gè)翼，再一次只要保持基本徑向幾何形狀與聚合物組成的對(duì)稱(chēng)性即可。但是，為便于制造和容易獲得徑向?qū)ΨQ(chēng)性，優(yōu)選翼具有差不多相同的尺寸并由同種聚合物或聚合物的共混物制成。雖然纖維截面可以在尺寸、聚合物組成和圍繞芯的角間距方面基本對(duì)稱(chēng)，但應(yīng)理解在任何紡絲過(guò)程中由于非均勻驟冷或不完善聚合物熔體流動(dòng)或不完善紡絲孔等因素，一般會(huì)出現(xiàn)偏離理想對(duì)稱(chēng)性的微小變化。要理解在紡制具有徑向?qū)ΨQ(chēng)截面的纖維時(shí)，這類(lèi)變化是允許的，只要變化不致大到足以引起非織造織物產(chǎn)生不希望的膨松度即可。在按照本發(fā)明制備非膨松的非織造織物時(shí)，拉伸與回復(fù)通過(guò)一維螺旋形捻度發(fā)生，而三維卷曲很小。
具有徑向非對(duì)稱(chēng)截面的纖維一般在適當(dāng)熱處理時(shí)能形成高維卷曲。在這類(lèi)高維卷曲中，纖維縱軸本身呈現(xiàn)出鋸齒形或螺旋形或其它非線性構(gòu)型，這類(lèi)構(gòu)型使非織造織物比那些從基本徑向?qū)ΨQ(chēng)截面的纖維所制成的非織造織物具有更高的膨松度。
徑向?qū)ΨQ(chēng)截面能以多種途徑實(shí)現(xiàn)。例如，相鄰翼組分之間的間距可以不等或一個(gè)或多個(gè)翼的長(zhǎng)度和/或形狀可以不同，因此當(dāng)纖維圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)360°/n時(shí)，其中“n”是一個(gè)大于1的整數(shù)，就得到一種與旋轉(zhuǎn)前明顯不同的截面。為了產(chǎn)生組成的不對(duì)稱(chēng)性，可以在一個(gè)或多個(gè)翼中使用不同的聚合物。例如，當(dāng)多組分纖維中彈性體芯聚合物是一種低熔點(diǎn)聚合物組分時(shí)，一個(gè)或多個(gè)翼可包含彈性體，以便通過(guò)使彈性體具有更好的粘結(jié)性而提高熱粘結(jié)性。一個(gè)或多個(gè)翼的全部或部分能包含彈性體。例如一個(gè)翼段能包含一種可永久拉伸的非彈性體聚合物與一種彈性體聚合物或熔點(diǎn)低于芯聚合物熔點(diǎn)的其它聚合物，位于至少翼的部分外表面。
圖10是按照本發(fā)明使用上述多翼多組分纖維制成具有可回復(fù)拉伸性的雙組分紡粘織物的生產(chǎn)線示意圖。該生產(chǎn)線包括兩個(gè)獨(dú)立的聚合物擠出系統(tǒng)，以分別擠出聚合物A和聚合物B。聚合物A是一種熱塑性彈性體，而聚合物B是一種可永久拉伸的硬聚合物。
正如可能需要，可以用本領(lǐng)域內(nèi)已知的方法如立式料斗型干燥器(未示出)用加熱干燥空氣將聚合物A和B干燥到所要求的濕含量?？諝鉁囟鹊倪x擇基于樹(shù)脂的“粘結(jié)”點(diǎn)，一般約100℃?？諝獾穆饵c(diǎn)優(yōu)選低于-20℃。例如，當(dāng)聚合物組合物是Hytrel3078共聚醚酯彈性體與Crystar4446共聚酯時(shí)，兩種樹(shù)脂都優(yōu)選干燥到濕含量低于50ppm。有些彈性體聚合物與硬聚合物在加工前無(wú)需干燥。例如，產(chǎn)自Dow Chemical Company的Engage乙烯/1-辛烯共聚物樹(shù)脂和其它聚烯烴硬聚合物如高密度聚乙烯、線形低密度聚乙烯和全同立構(gòu)聚丙烯一般都不需要干燥。
該生產(chǎn)線包括兩個(gè)擠出機(jī)12和12′，以分別擠出彈性體聚合物A和硬聚合物B。聚合物以熔體流從擠出機(jī)通過(guò)各自的輸送線14和14′喂至紡絲梁16，在這里熔體從包含多個(gè)多組分?jǐn)D出孔的噴絲板中擠出，擠出孔的構(gòu)造已保證形成所需的多翼截面。紡粘工藝中所用的噴絲板是本領(lǐng)域內(nèi)已知的，一般含有沿噴絲板長(zhǎng)度分布的一排或多排擠出孔。紡絲梁一般包括一個(gè)分配與計(jì)量聚合物的紡絲組件。在紡絲組件內(nèi)，第一與第二聚合物組分從圖形開(kāi)孔中流出，孔的分布要形成如上所述的那些所需的長(zhǎng)絲截面，其中彈性體聚合物A形成長(zhǎng)絲芯而硬聚合物B形成多個(gè)附著于彈性體芯上的翼組分。
聚合物從噴絲板擠出孔中被紡成許多垂直取向的長(zhǎng)絲，它們形成一個(gè)向下移動(dòng)的長(zhǎng)絲簾。在圖10所示的實(shí)施方案中，該簾由從3排雙組分?jǐn)D出孔中擠出的3排長(zhǎng)絲18形成。噴絲板可以是一塊預(yù)并噴絲板，在其中將不同的熔體聚合物流在流出擠出孔之前帶到一起并作為一種層疊聚合物流從同一擠出孔中擠出來(lái)，以形成多組分紡粘長(zhǎng)絲?；蛘咭部梢杂靡粔K后并噴絲板，在其中，使不同的熔體聚合物流自擠出孔擠出之后彼此接觸，以形成多組分紡粘長(zhǎng)絲。在后并法中，不同聚合物組分作為分立的聚合物股從多組分?jǐn)D出孔中擠出，與從同組擠出孔中擠出的其它股連接而形成單根多組分長(zhǎng)絲。
噴絲板內(nèi)交替排中的擠出孔可以彼此犬牙交錯(cuò)，以避免驟冷區(qū)的“陰影效應(yīng)”，在此處一排中的長(zhǎng)絲阻擋相鄰排中的長(zhǎng)絲接觸驟冷空氣。優(yōu)選用吹風(fēng)機(jī)20提供的橫流氣體驟冷長(zhǎng)絲。一般而言，驟冷氣體是室溫空氣(約25℃)，但也能冷凍或加熱到約0℃-150℃之間的溫度?；蛘?，驟冷氣體也可以從置于長(zhǎng)絲簾對(duì)面的吹風(fēng)機(jī)提供。
驟冷區(qū)長(zhǎng)度的選擇要使長(zhǎng)絲冷卻到當(dāng)它們從驟冷區(qū)出來(lái)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步拉伸以及長(zhǎng)絲不會(huì)彼此粘結(jié)。一般不需要使長(zhǎng)絲從驟冷區(qū)出來(lái)時(shí)完全凝固。
在驟冷區(qū)靠近噴絲板表面處長(zhǎng)絲因喂料輥22與22′產(chǎn)生的張力而受到拉伸。這一步一般以較低速度進(jìn)行，優(yōu)選300-3000m/min，更優(yōu)選約150-1000m/min(以圖10中喂料輥22和22′的表面速度測(cè)量)。從驟冷區(qū)出來(lái)后，長(zhǎng)絲上可涂布紡絲整理劑如整理油，方法是，例如，使長(zhǎng)絲與一個(gè)涂有整理劑并以低于長(zhǎng)絲的速度運(yùn)轉(zhuǎn)的粘漿輥(未示出)接觸。例如，如果希望非織造織物具有抗靜電性，則可以在長(zhǎng)絲上涂布抗靜電整理劑。當(dāng)使用紡絲整理劑時(shí)，如果整理劑油會(huì)減少輥與長(zhǎng)絲之間的摩擦力，從而增加長(zhǎng)絲在輥上打滑的可能性，以致降低產(chǎn)率并無(wú)法分段驟冷、拉伸和鋪纖區(qū)之間的張力，則可以用每組多于兩個(gè)輥的S形輥。例如，在拉伸區(qū)施加的張力能反饋回紡絲區(qū)，從而降低有效的機(jī)械拉伸并減少最終纖維中達(dá)到的卷曲和螺旋形捻度。在本發(fā)明的工藝中，這一點(diǎn)尤其是一個(gè)問(wèn)題，在該工藝中，長(zhǎng)絲在輥上包單圈而非傳統(tǒng)熔紡工藝中常用的包多圈。輥數(shù)越多，包輥的可能性越大。為經(jīng)濟(jì)起見(jiàn)，優(yōu)選該工藝不用紡絲整理劑(“無(wú)紡絲整理劑”)并在每組S形輥中用兩個(gè)輥。
然后讓垂直取向的驟冷多組分長(zhǎng)絲簾通過(guò)兩組驅(qū)動(dòng)S形輥的上下，在每個(gè)輥上包一圈。在本文中把第一組S形輥22和22′稱(chēng)做喂料輥，第二組S形輥24和24′稱(chēng)做拉伸輥。每組S形輥包含至少兩個(gè)輥。在圖10所示的實(shí)施方案中，用兩組S形輥，每組由兩個(gè)輥組成。但是，應(yīng)該理解，可以用每組多于兩輥的S形輥。優(yōu)選輥的定位要使長(zhǎng)絲與輥之間的接觸最大。在圖11A與11B中，示意了兩種不同的S形輥構(gòu)造。在圖11A中，包角θ為180°。包角定義為在輥的中心在長(zhǎng)絲首先接觸輥的點(diǎn)與長(zhǎng)絲出輥的點(diǎn)之間測(cè)量的角度。在圖11B中，包角θ′小于180°。優(yōu)選包角約180°或更大，因?yàn)槟転殚L(zhǎng)絲與輥之間提供更好的接觸與摩擦力，從而減少打滑。一般能用最大約270°的接觸角。
喂料輥22與22′以差不多相等的速度但如箭頭所示以相反方向旋轉(zhuǎn)，并要加熱到穩(wěn)定化露點(diǎn)位置的溫度。優(yōu)選喂料輥以約150-1000m/min的表面速度運(yùn)轉(zhuǎn)。優(yōu)選喂料輥保持在約室溫(一般約25℃)與約110℃之間的一個(gè)溫度下。如果喂料輥溫度太高，則長(zhǎng)絲會(huì)粘在輥上，而如果喂料輥溫度太低，則無(wú)法獲得穩(wěn)定的露點(diǎn)?；蛘唛L(zhǎng)絲也能在兩組S形輥之間加熱，例如用蒸氣體噴咀(100℃)或其它加熱手段，如在兩組輥之間的某一局部點(diǎn)拉伸長(zhǎng)絲。
然后讓拉伸長(zhǎng)絲通過(guò)第二組輥，即S形輥24與24′的上下，兩輥以差不多相同的速度反向旋轉(zhuǎn)。拉伸輥的表面速度大于喂料輥22與22′的表面速度，因此為拉伸喂料輥與拉伸輥之間的長(zhǎng)絲提供所需要的張力。拉伸輥的表面速度優(yōu)選約2000-5000m/min。第二個(gè)拉伸輥24′的運(yùn)轉(zhuǎn)速度可以略高于第一拉伸輥24的。在紡粘纖維有一個(gè)5-翼截面而且使用Hytrel3078與Crystar4446的聚合物組合的一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選喂料輥速度為400-800m/min，拉伸輥速度為2500-3500m/min。
拉伸輥速度的設(shè)定要使纖維在喂料輥與拉伸輥之間以約1.4∶1-6∶1的拉伸比進(jìn)行機(jī)械拉伸。優(yōu)選拉伸比為3.5∶1-4.5∶1。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，喂料輥與拉伸輥之間的拉伸比越大，則紡粘長(zhǎng)絲及由其得到的紡粘織物獲得的彈性就越大。
以拉伸輥表面速度定義的最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度最高能達(dá)約5200m/min。速度高于該值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的長(zhǎng)絲斷裂。當(dāng)使用加熱的喂料輥時(shí)，在長(zhǎng)絲離開(kāi)喂料輥22′處(即纖維最熱處)附近的一個(gè)點(diǎn)上長(zhǎng)絲被拉伸，而且先受到來(lái)自第二組輥?zhàn)拥膹埩?，因而拉伸是在纖維接觸拉伸輥24之前完成的。優(yōu)選拉伸后長(zhǎng)絲的單絲旦數(shù)約2-5，但對(duì)于要求長(zhǎng)絲具有約1-20旦的單絲數(shù)，這可能是一種有效的工藝，而不必作大的工藝改進(jìn)。
喂料輥22與22′以及拉伸輥24與24′可任選地配備長(zhǎng)絲“剝棉輥”23，它大大延續(xù)驅(qū)動(dòng)輥的長(zhǎng)度并在長(zhǎng)絲剛離開(kāi)各輥處的下游輕輕接觸輥?zhàn)?。長(zhǎng)絲剝棉輥23一般位于輥?zhàn)拥那邢?，但?duì)于一臺(tái)給定的機(jī)器和一套工藝條件，使用剝棉輥所需的適當(dāng)角度與安裝很容易由本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員確定。長(zhǎng)絲剝棉輥23能由任何剛度合適的卡片或由在喂料輥或拉伸輥表面不會(huì)熔化的薄膜原料制成。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)自杜邦公司的Kapton薄膜和NOMEX紙都適用于本發(fā)明。剝棉輥有助于防止因斷纖引起的包輥，其途徑是通過(guò)剝離緊挨各輥表面的空氣界面層并將斷纖拋進(jìn)空氣以落在纖網(wǎng)上使工藝正常進(jìn)行而不形成包輥。
拉伸后，讓長(zhǎng)絲通過(guò)一個(gè)前進(jìn)或下拉噴咀26，它為防止長(zhǎng)絲在拉伸輥上打滑提供所需要的張力。在從前進(jìn)噴咀出來(lái)后，長(zhǎng)絲上的張力得以松弛。對(duì)于某些硬翼聚合物，特別是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低的那些聚合物，當(dāng)長(zhǎng)絲從噴咀出來(lái)時(shí)，形成某種程度的螺旋形捻度。屬硬聚合物并在拉伸中會(huì)永久變形的翼聚合物在拉伸狀態(tài)下是穩(wěn)定的，因此當(dāng)一天和尚撞一天鐘長(zhǎng)絲從噴咀出來(lái)時(shí)不會(huì)發(fā)生明顯的收縮。如果長(zhǎng)絲的溫度高于翼聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，則在長(zhǎng)絲從噴咀出來(lái)后，芯會(huì)因張力的松弛而有一定程度的回縮，所以當(dāng)翼沿芯形成螺旋形構(gòu)型時(shí)，長(zhǎng)絲的長(zhǎng)度就縮短。當(dāng)硬聚合物是一種聚烯烴如線形低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或聚丙烯時(shí)，當(dāng)長(zhǎng)絲從前進(jìn)噴咀中出來(lái)時(shí)，便會(huì)自發(fā)地形成一定程度的螺旋形捻度。當(dāng)硬聚合物翼的Tg高于長(zhǎng)絲從前進(jìn)噴咀出來(lái)時(shí)的溫度時(shí)，一般基本上不會(huì)形成螺旋形捻度，直到進(jìn)行另外的熱處理步驟。熱處理步驟一般在高于硬聚合物Tg的溫度下進(jìn)行。在未形成明顯螺旋形捻度的情況下，翼基本上沿纖維長(zhǎng)度縱向延伸，直到進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。在形成螺旋形捻度時(shí)，翼形成沿纖維長(zhǎng)度延伸的螺旋狀構(gòu)型。螺旋形捻度可以是基本周向的(見(jiàn)圖1)或基本非周向的(見(jiàn)圖1B)。
前進(jìn)噴咀26一般是一個(gè)吸絲噴咀，它除了保持拉伸輥上的張力以在長(zhǎng)絲上施加均勻的拉伸力以外，還提供一股氣流，如空氣噴流，以帶走長(zhǎng)絲并將它們推到移動(dòng)收集器表面，如位于噴咀下面的帶28上，以便形成非織造纖網(wǎng)30。標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)化噴咀，如傳統(tǒng)紡粘工藝中所用的狹縫噴咀，可用來(lái)作為前進(jìn)噴咀。這類(lèi)吸絲噴咀是本領(lǐng)域內(nèi)周知的，一般包括一個(gè)拉伸垂直通道，通過(guò)該通道，長(zhǎng)絲被從通道側(cè)面進(jìn)來(lái)并向下流過(guò)通道的吸入空氣所拉伸。在不用拉伸輥的紡粘工藝中，吸絲噴咀為紡拉長(zhǎng)絲提供拉伸張力，而在圖10所示的工藝中，喂料輥與拉伸輥提供拉伸張力。收集器28一般是一種多孔篩或稀松布。在帶的下面可以有一個(gè)吸氣箱或真空(未示出)，以除去來(lái)自前進(jìn)噴咀的空氣并使長(zhǎng)絲一旦沉積在帶上就定位在其上。
在本發(fā)明方法的一個(gè)第二實(shí)施方案中，可以取消拉伸輥，這樣前進(jìn)噴咀就同時(shí)起拉伸噴咀和前進(jìn)噴咀的作用，拉伸噴咀為拉伸噴絲頭表面附近的長(zhǎng)絲提供拉伸張力(“紡拉”)，而前進(jìn)噴咀把拉伸纖維引至收集器表面。相信圖10所示的拉伸輥工藝是優(yōu)選工藝，因?yàn)樵摴に嚹芴峁┹^高的拉伸張力以允許長(zhǎng)絲在喂料輥與拉伸輥之間冷拉(“機(jī)械拉伸”)。機(jī)械冷拉所能達(dá)到的分子取向度一般比僅由紡拉達(dá)到的更高，冷拉發(fā)生在噴絲板表面附近的較高溫度下。相信圖10所示的拉伸輥工藝會(huì)比對(duì)應(yīng)的拉噴工藝產(chǎn)生更高的螺旋形捻度和任選地更高的卷曲度。
雖然按照上述方法形成的紡粘長(zhǎng)絲能在鋪成紡粘纖網(wǎng)之前具有某種程度的螺旋形捻度，但一般希望長(zhǎng)絲或纖網(wǎng)在長(zhǎng)絲拉伸之后還要經(jīng)受進(jìn)一步的熱處理步驟。熱處理步驟能在長(zhǎng)絲形成非織造纖網(wǎng)之前或形成非織造纖網(wǎng)之后進(jìn)行。熱處理溫度優(yōu)選如下，當(dāng)加熱介質(zhì)是干燥空氣時(shí)，約60℃-約120℃，當(dāng)加熱介質(zhì)是熱水時(shí)，約60℃-99℃，以及當(dāng)加熱介質(zhì)是高壓蒸氣時(shí)(例如在熱壓釜內(nèi)處理纖網(wǎng)或纖維)，約101℃-約115℃。熱處理步驟優(yōu)選在長(zhǎng)絲不受大張力作用時(shí)進(jìn)行。
在如圖10所示的紡粘工藝中，熱處理步驟可以包括將拉伸輥加熱到約60℃-約120℃范圍內(nèi)的一個(gè)溫度下，或在拉伸輥與前進(jìn)噴咀26入口之間使用大氣壓蒸氣。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)絲在張力作用下進(jìn)行熱處理不能非常有效地產(chǎn)生高螺旋形捻度的長(zhǎng)絲。優(yōu)選用前進(jìn)噴咀26中的加熱氣體(如熱空氣)實(shí)施熱處理步驟。當(dāng)從加熱的前進(jìn)噴咀中出來(lái)時(shí)，長(zhǎng)絲上的張力就得以松弛并形成螺旋形捻度和任選地卷曲?；蛘撸沙跓崽幚硪部梢栽诶w維從前進(jìn)噴咀出來(lái)后或被收集在成形帶上之后或在成形帶上被收集為紡粘纖網(wǎng)后通過(guò)加熱來(lái)進(jìn)行。對(duì)紡粘纖網(wǎng)的熱處理步驟可與粘結(jié)步驟一道進(jìn)行，例如用氣流粘結(jié)機(jī)或加熱凝固/軋花輥。當(dāng)紡粘長(zhǎng)絲具有非對(duì)稱(chēng)截面時(shí)，該松弛步驟會(huì)導(dǎo)致形成三維卷曲和發(fā)展螺旋形捻度。
在長(zhǎng)絲沉積在帶28上以后，所得纖網(wǎng)一般要在線粘結(jié)，以形成粘結(jié)的紡粘織物，然后卷繞在輥上。如果纖網(wǎng)是在線粘結(jié)的，則為形成螺旋形捻度長(zhǎng)絲構(gòu)型和任何三維卷曲的熱處理，優(yōu)選在粘結(jié)前進(jìn)行，以盡量增加螺旋形捻度和任選地發(fā)展卷曲。在粘結(jié)前可以用一個(gè)壓輥輕輕壓一下纖網(wǎng)。粘結(jié)能用熱粘結(jié)法實(shí)現(xiàn)，在其中纖網(wǎng)要加熱到低熔點(diǎn)聚合物組分軟化或熔化的一個(gè)溫度，使長(zhǎng)絲彼此粘結(jié)或熔并在一起。例如，纖網(wǎng)可以在織物表面分立的粘結(jié)點(diǎn)上熱點(diǎn)粘結(jié)以形成內(nèi)聚非織造織物。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，采用熱點(diǎn)粘結(jié)或超聲點(diǎn)粘結(jié)。一般而言，熱點(diǎn)粘結(jié)包含在織物表面的分立點(diǎn)上加熱加壓，方法是，例如，讓非織造層通過(guò)一個(gè)帶圖形加熱壓延輥與一個(gè)光滑輥所形成的間隙。在熱點(diǎn)粘結(jié)期間，低熔點(diǎn)聚合物組分在與圖形加熱輥上凸起對(duì)應(yīng)的分立區(qū)內(nèi)部分地熔化，造成熔并粘結(jié)，把該復(fù)合材料的非織造層結(jié)合在一起，形成內(nèi)聚粘結(jié)非織造織物。粘結(jié)輥的圖形可以是本領(lǐng)域內(nèi)已知的任何圖形，且優(yōu)選分立的點(diǎn)粘結(jié)。這種粘結(jié)可以是連續(xù)或非連續(xù)圖形，均勻或無(wú)規(guī)的點(diǎn)或它們的組合。粘結(jié)點(diǎn)可以是圓的、方的、矩形的、三角形的或其它幾何形狀。粘結(jié)尺寸和粘結(jié)密度要調(diào)節(jié)到實(shí)現(xiàn)所要求的織物性能。較高的粘結(jié)密度一般會(huì)降低非織造織物的拉伸性能。優(yōu)選紡粘織物在機(jī)器方向與橫向上的彈性伸長(zhǎng)至少約10％，更優(yōu)選至少約30％。非織造纖網(wǎng)也能用氣流粘結(jié)法粘結(jié)，在其中讓加熱氣體，一般是空氣，通過(guò)纖網(wǎng)。氣體要加熱到一個(gè)足以軟化或熔化低熔點(diǎn)組分的溫度，使長(zhǎng)絲在它們的交叉點(diǎn)上粘結(jié)。氣流粘結(jié)機(jī)一般包括一個(gè)接收纖維的多孔輥和一個(gè)圍繞多孔輥的罩。加熱氣體的流向是從罩通過(guò)纖網(wǎng)進(jìn)入多孔輥。一般地說(shuō)已氣流粘結(jié)的纖網(wǎng)比用熱點(diǎn)粘結(jié)法制成的纖網(wǎng)有更高的膨松度。
或者，也可以用包括液壓纏結(jié)(液壓針剌)和針剌(機(jī)械針剌)在內(nèi)的非熱粘技術(shù)代替熱粘法。非織造纖網(wǎng)也能用樹(shù)脂粘結(jié)劑粘結(jié)。例如，可以用乳膠樹(shù)脂浸漬非織造纖網(wǎng)，例如在本領(lǐng)域內(nèi)已知的浸-擠工藝或涂布工藝中?；蛘咭材芡ㄟ^(guò)在非織造纖網(wǎng)上以一種圖形，例如分立點(diǎn)或線，涂布樹(shù)脂而斷斷續(xù)續(xù)地粘結(jié)。
用來(lái)制備彈性體紡粘織物的一種優(yōu)選彈性體芯聚合物是產(chǎn)自杜邦公司的Hytrel共聚醚酯。例如包含一種Hytrel共聚醚酯芯和選自下列一組的翼聚合物的纖維是適用的聚對(duì)苯二甲酸1，4-丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯、各種共聚酯、高密度聚乙烯、線形低密度聚乙烯、全同立構(gòu)或間同立構(gòu)聚丙烯和聚(4-甲基戊烯-1)。Hytrel共聚醚酯彈性體也能與一種硬質(zhì)非彈性體Hytrel聚合物組合在翼組分中，例如產(chǎn)自杜邦公司的Hytrel7246(彎曲模量570MPa)。硬和軟Hytrel聚合物按硬段與軟段的比例區(qū)分。
其它組合包括優(yōu)選的Engage芯聚合物與線形低密度聚乙烯翼或高密度聚乙烯翼，這類(lèi)組合適合形成適用于本發(fā)明非織造織物的螺旋形捻度。
取決于芯與翼聚合物的選擇，在某些情況下，芯聚合物將是最低熔點(diǎn)組分，而在另一些情況下，翼聚合物是最低熔點(diǎn)組分。對(duì)于Hytrel彈性體芯/聚對(duì)苯二甲酸，14-丁二醇酯翼、Hytrel彈性體芯/共聚酯翼、彈性體Hytrel/硬Hytrel翼、Engage芯/LLDPE翼和Engage芯/HDPE翼的組合，彈性體是最低熔點(diǎn)組分，因此熱粘是通過(guò)芯聚合物發(fā)生的。翼數(shù)與間距能選擇，以允許良好的熱粘結(jié)而不會(huì)在紡粘工藝期間引起粘輥或包輥等問(wèn)題。對(duì)于Hytrel彈性體芯/高密度聚乙烯翼、Hytrel彈性體芯/線性低密度聚乙烯翼、Hytrel彈性體芯/聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯翼和Pellethane芯/HDPE翼的組合，翼聚合物是最低熔點(diǎn)聚合物組分，因此熱粘是通過(guò)翼聚合物發(fā)生的。當(dāng)非織造織物是一種熱粘非織造織物時(shí)，優(yōu)選最低熔點(diǎn)聚合物組分的熔點(diǎn)比另一種聚合物組分的熔點(diǎn)低至少10℃。當(dāng)一種或多種聚合物組分沒(méi)有確定的熔點(diǎn)時(shí)，軟化溫度最低的聚合物組分的軟化溫度應(yīng)比另一種聚合物組分的熔點(diǎn)(或軟化溫度)低至少10℃。
優(yōu)選含聚酯-基翼和芯的纖維(例如共聚醚酯彈性體芯和聚酯翼)用于要求纖維有染色性或較高使用溫度如服裝的最終用途中。預(yù)期含聚烯烴-基翼與芯的纖維適用于不要求染色和使用溫度較低的最終用途，如尿布襯底之類(lèi)。因此最好采用帶染色位置的聚合物。一個(gè)例子是Hytrel聚醚酯，在其中某些聚酯段含磺基間苯二甲酸酯的鈉鹽。含染色位置的聚合物可用在翼、芯或在兩者中。
用來(lái)形成包括梳理成網(wǎng)、氣流成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)的非織造纖網(wǎng)在內(nèi)的短纖維非織造纖網(wǎng)的短纖維，可以用本領(lǐng)域內(nèi)已知的紡絲法形成。一般而言，要熔化可熔紡聚合物，然后將熔融聚合物從設(shè)計(jì)到能提供所要求纖維截面的噴絲板毛細(xì)孔中擠出。預(yù)并或后并噴絲板組件都能用。然后驟冷或用適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)，如空氣，凝固擠出纖維，以便從離開(kāi)毛細(xì)孔的纖維中除去熱量。任何合適的驟冷法都能用，例如橫流或徑向驟冷。
圖12是一種能用來(lái)制造適用于切成短纖維以用來(lái)制備本發(fā)明的短纖維非織造纖網(wǎng)與織物的設(shè)備的示意圖。也能采用其它設(shè)備。一種熱塑性硬聚合物原料(未示出)可以在40處引進(jìn)紡絲組裝件42，而一種熱塑性彈性體聚合物原料(未示出)能在41處引進(jìn)紡絲組裝件42。這兩種聚合物可從噴絲板43中擠出成型為纖維44，噴絲板43有毛細(xì)孔，毛細(xì)孔已設(shè)計(jì)成給出所要求的多翼橫截面，然后以任何已知的方法，例如用冷空氣45驟冷纖維44，并用任何已知的技術(shù)在涂布器46處任選地用一種整理劑如任選地含一種硬脂酸鎂的硅油進(jìn)行處理。然后在至少一個(gè)拉伸步驟中拉伸纖維，例如在喂料輥47(它能以150-1000m/min運(yùn)轉(zhuǎn))與拉伸輥48之間進(jìn)行。拉伸步驟可以與紡絲步驟結(jié)合，以制成充分拉伸的紗線，或者也可以在其中紡絲與拉伸之間有一定推遲的分步工藝進(jìn)行拉伸。對(duì)于纖維可進(jìn)行任何所要求的拉伸(缺省這一步會(huì)因斷纖而干擾工藝)，例如，通過(guò)拉伸約3.0-4.5倍可產(chǎn)生完全取向的紗線。拉伸可以在約15-100℃進(jìn)行，一般在約15-40℃。最終纖維在經(jīng)過(guò)如下所述的部分松弛之后會(huì)具有至少約35％的煮煉后伸長(zhǎng)。
拉伸纖維49能任選地被部分松弛，例如，用圖12中50處的蒸氣。在紡絲期間可進(jìn)行任意程度的熱松弛。松弛越多，則纖維的彈性越好，且在下游操作中出現(xiàn)的收縮越少。優(yōu)選在拉伸纖維收絲前讓剛紡成的纖維熱松弛約1-35％拉伸纖維長(zhǎng)度，這樣就能象處理典型的硬紗線一樣處理之。
然后可將經(jīng)過(guò)驟冷、拉伸和任選地松弛的纖維51收集起來(lái)，方法是例如，以最大約4000m/min的速度收絲在卷繞機(jī)52上。如果多股纖維已紡出且經(jīng)驟冷，則可匯聚并任選地交織纖維，然后以約4000m/min的速度收絲在卷繞機(jī)52上。或者，繞絲速度也可在約200-約3500m/min范圍內(nèi)。
如前所述，多翼多組分纖維能以一種在紡絲與拉伸之間有一定推遲的分步工藝制造，以及拉伸纖維在切成短纖維之前并不收絲成包。一種熱塑性硬聚合物原料與一種熱塑性彈性體原料能如前所述被引進(jìn)紡絲組裝件。這兩種聚合物能從已設(shè)計(jì)到能產(chǎn)生所要求多翼截面積的、最多有1500或更多毛細(xì)孔的噴絲板上擠出成型為纖維，并以任何已知方法，例如用冷空氣，驟冷，并任選地用任何已知的技術(shù)用整理劑如硅油或用硬脂酸鎂處理。紗線可以是由多纖組合成總旦數(shù)約50,000-750,000的絲束，任選地用一種第二整理劑處理，以約200-1000m/min的速度從驟冷區(qū)拉出，引進(jìn)一個(gè)在其中對(duì)絲束施壓以提高堆砌密度的容器內(nèi)，并儲(chǔ)存到拉伸與切斷。來(lái)自數(shù)個(gè)容器的未拉伸絲束可組合成總旦數(shù)約1,000,000-2,000,000的絲束并以約100-200m/min的速度引進(jìn)一臺(tái)拉伸機(jī)，在此處，絲束在至少一個(gè)拉伸步驟中被拉伸3-4.5倍。將總旦數(shù)約300,000-500,000的絲束再儲(chǔ)存在容器內(nèi)直到準(zhǔn)備切割。來(lái)自數(shù)個(gè)容器的拉伸絲束可以組合成總旦數(shù)約750,000-2,000,000的絲束，以約50-250m/min的速度將其引進(jìn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)式切割機(jī)，切成短纖維長(zhǎng)度并包裝成箱或成包。
用來(lái)制造梳理纖網(wǎng)的短纖維優(yōu)選在梳理之前先卷曲。未卷曲纖維會(huì)產(chǎn)生纖維卡在梳理線齒間不易脫開(kāi)之類(lèi)的問(wèn)題。卷曲可以在熱處理步驟中形成或纖維可以用機(jī)械法卷曲，例如在填塞箱內(nèi)。一般地說(shuō)，氣流成網(wǎng)法所用纖維的卷曲程度要比為梳理設(shè)計(jì)的低。用來(lái)制造氣流成網(wǎng)法纖網(wǎng)的纖維一般比梳理法中所用的纖維短，因?yàn)槿绻w維太長(zhǎng)，它們就會(huì)彼此纏結(jié)而且在氣流成網(wǎng)法中一般不能良好地分散。在濕法成網(wǎng)中所用的纖維優(yōu)選具有低卷曲程度而且要切成短長(zhǎng)度，以便獲得良好的分散并避免纖維纏結(jié)在一起。適用于各種短纖維纖網(wǎng)加工方法的纖維長(zhǎng)度和卷曲程度是本領(lǐng)域內(nèi)周知的。例如，對(duì)于氣流成網(wǎng)法纖網(wǎng)，優(yōu)選未卷曲纖維長(zhǎng)度在約0.5-1英寸(1.27-2.54cm)之間。對(duì)于梳理纖網(wǎng)，纖維的未卷曲長(zhǎng)度一般約為1.5英寸(3.8cm)，但是常常用不同長(zhǎng)度的混合體系，其中較長(zhǎng)的纖維(如約3.8cm)用來(lái)攜帶一些較短的纖維(如短于2.54cm)。
在拉伸后的任何時(shí)刻，多翼多組分纖維要經(jīng)過(guò)干-或濕-熱處理，同時(shí)基本上完全松弛，以獲得所要求的拉伸與回復(fù)性能。這種熱處理可在纖維生產(chǎn)期間或纖維已加進(jìn)多組分非織造織物之后，如在煮煉、染色等期間完成。以纖維或紗線形式進(jìn)行的熱處理能用熱輥或熱箱或在噴-篩膨松步驟中進(jìn)行。優(yōu)選這類(lèi)松弛熱處理在纖維已在非織造織物中后進(jìn)行，那時(shí)就能象非彈性體纖維一樣加工；但是如果需要，纖維也可以在形成非織造織物之前進(jìn)行熱處理并完全松弛，以形成螺旋形捻度。為了在最終織物中有更好的均勻性，纖維可作均勻熱處理和松弛。熱處理/松弛溫度可選擇如下當(dāng)加熱介質(zhì)是干燥空氣時(shí)，約80℃-約120℃；當(dāng)加熱介質(zhì)是熱水時(shí)，約75℃-100℃；當(dāng)加熱介質(zhì)是高壓蒸氣時(shí)(例如在熱壓釜內(nèi))，約101-約115℃。較低溫度會(huì)導(dǎo)致很少或不發(fā)生松弛/不形成螺旋形捻度，較高的溫度又會(huì)熔化較低熔點(diǎn)的聚合物組分。熱處理/松弛步驟一般能在幾秒鐘內(nèi)完成。多組分多翼纖維的煮煉后伸長(zhǎng)能達(dá)到至少約35％，優(yōu)選至少約55％。
為產(chǎn)生本發(fā)明所需的截面，要成形熔體聚合物從中擠出的毛細(xì)孔和孔如上所述。毛細(xì)孔或噴絲板鉆孔可以用任何適用的方法切削，如包括于此供參考的U.S.專(zhuān)利號(hào)5,168,143中所述的激光切削、鉆孔、放電加工(EDM)、沖孔等，如本領(lǐng)域內(nèi)周知。為很好控制本發(fā)明纖維的截面對(duì)稱(chēng)性，可用激光束加工毛細(xì)孔。噴絲板的毛細(xì)孔能具有任何合適的尺寸并被加工成連續(xù)(預(yù)并)或非連續(xù)(后并)的。非連續(xù)毛細(xì)孔可以通過(guò)鏜成圖形小孔獲得，這些圖形孔能允許聚合物在噴絲板表面以下并絲并形成本發(fā)明的多翼截面。
例如，截面如圖2所示的6-翼纖維可以用圖13、13A、13B和13C所示組件構(gòu)型的預(yù)并噴絲板組件制造。聚合物按圖13中箭頭F方向流動(dòng)。熔池板D擱在計(jì)量板C上，C又?jǐn)R在分配板B上，B又?jǐn)R在噴絲板A上，A由噴絲板支撐板E支撐。優(yōu)選熔池板D和噴絲板支撐板E足夠厚且剛，這樣它們就能彼此緊壓在一起，以防聚合物從各板之間泄漏出來(lái)。板A、B和C優(yōu)選足夠薄以便激光打孔。為制造具有不同翼數(shù)的纖維，要在每塊板上形成適當(dāng)數(shù)目的對(duì)稱(chēng)分布孔。如圖13A所示，噴絲板A可包含6個(gè)對(duì)稱(chēng)分布翼的噴絲板孔60，60與噴絲板上一個(gè)中心圓孔61相連。每個(gè)翼孔60沿其長(zhǎng)度方向可具有寬度不同的段，如翼段62與63。如圖13B所示，分配板B能含有翼分配孔60′，60′漸漸變細(xì)成任選的狹縫65，65能連接分配孔與中心圓孔61′。圖13C中所示的計(jì)量板C可含有翼聚合物計(jì)量孔60″和芯聚合物計(jì)量孔61″。熔池板D可具有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。噴絲板支撐板E可帶孔，孔要足夠大并沿新紡出纖維的路徑喇叭形張開(kāi)(例如以45-60°)，這樣纖維就不會(huì)接觸孔壁。這些板的布置要使芯聚合物從熔池板D流經(jīng)計(jì)量板C的計(jì)量孔61″，流經(jīng)分配板B的中心圓孔61′，流經(jīng)噴絲板A的中心圓孔61，從噴絲板支撐板E的喇叭孔出來(lái)。同時(shí)，翼聚合物從熔體池板D流經(jīng)計(jì)量板C的翼計(jì)量孔60″，流經(jīng)分配板B的分配孔60′(在其中，如存在任選的狹縫65，則兩種聚合物首先彼此接觸)，流經(jīng)噴絲板A的翼孔60，最后從噴絲板支撐板E的孔中流出。
在一個(gè)實(shí)施方案中，噴絲板組件要設(shè)計(jì)到使噴絲板沒(méi)有明顯的埋頭孔，這是指存在的任何埋頭孔長(zhǎng)度(包括與許多噴絲毛細(xì)孔入口相連的任何凹進(jìn)處)應(yīng)小于噴絲板毛細(xì)孔長(zhǎng)度的約60％，例如小于約40％。這樣就允許高聚物能直接被喂入噴絲毛細(xì)孔。多股聚合物流直接計(jì)量進(jìn)噴絲板上成纖孔背面入口處的特定點(diǎn)消除了通常多股聚合物流要早在噴絲板孔之前就組合進(jìn)喂料道時(shí)出現(xiàn)的聚合物遷移問(wèn)題。該實(shí)施方案能用來(lái)熔紡適用于制造本發(fā)明非織造織物中要用的多翼短纖維的長(zhǎng)絲。
噴絲板組件能加以改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)不同的多翼纖維，方法是，例如，為所要求的不同翼數(shù)改變毛細(xì)腿的數(shù)目、為生產(chǎn)不同單絲旦數(shù)的需要改變狹縫尺寸以改變幾何參數(shù)，或按需要采用各種不同的合成聚合物。
用圖13D中的計(jì)量板C′代替圖13C中的計(jì)量板C，能使形成的截面類(lèi)似于上述圖13、13A、13B和13C的截面，但部分芯彈性體伸進(jìn)翼，使纖維具有類(lèi)似于圖8中所示的截面。計(jì)量板C′類(lèi)似于計(jì)量板C，但計(jì)量板C′包括一套附加孔66，每翼一孔并位于每翼的中心線上。彈性體聚合物要喂至中心孔61″和孔66，使芯聚合物伸進(jìn)翼?？?6要沿每個(gè)翼的中心線布置，其位置要使伸進(jìn)翼并與芯彈性體組合的彈性體組分，即伸進(jìn)的彈性體組分，不會(huì)被翼組合物包封，而能與芯喂料組合。
圖14A、14B和14C示意了一種預(yù)并紡絲板組件的紡絲板組件中孔的布置，它適合于制造翼伸進(jìn)芯的雙組分3-翼纖維。參考圖14A，噴絲板A包含帶有3個(gè)直翼孔70的孔，各翼孔有寬度不同的兩段，以120°間隔的方式對(duì)稱(chēng)分布在噴絲板中心圓孔71的周?chē)?。參考圖14B，分配板B包含6-翼孔70′，且與以上噴絲板A同軸對(duì)準(zhǔn)，使每個(gè)翼孔70′與噴絲板A上的一個(gè)翼孔對(duì)準(zhǔn)。參考圖14C，計(jì)量板C包含翼孔70″和中心芯孔71″。計(jì)量板C還包含與分配板B的翼孔對(duì)準(zhǔn)的芯聚合物孔72，分配板B的翼孔與噴絲板A的翼孔并不對(duì)準(zhǔn)。計(jì)量板C與分配板B和噴絲板A對(duì)準(zhǔn)，使計(jì)量翼孔70″與噴絲板翼孔70對(duì)準(zhǔn)。由板構(gòu)型如圖14A、14B和14C所示的紡絲組件紡成的纖維具有圖15所示的翼伸進(jìn)芯的截面。
試驗(yàn)方法在以上的敘述和以下的實(shí)施例中，采用下列試驗(yàn)方法確定報(bào)告的各種特性與性能。ASTM是指美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)。
在實(shí)施例2-5中所制纖維的拉伸性能(煮煉后伸長(zhǎng)、煮煉后收縮率和煮煉后拉伸回復(fù))測(cè)定如下。將長(zhǎng)絲卷繞在一個(gè)54英寸(137cm)卷軸上制成5000旦(5550分特)絞紗。環(huán)狀絞紗的兩側(cè)包括在總旦數(shù)中。測(cè)量2g重(長(zhǎng)度CB)和1000g重(0.2g/旦)(長(zhǎng)度LB)起始絞紗的長(zhǎng)度。將絞紗放在95℃水中處理30分鐘(“煮煉”)，測(cè)量2g重(長(zhǎng)度CA起始)和1000g重(長(zhǎng)度LA起始)的起始(煮煉后)長(zhǎng)度。對(duì)1000g重的測(cè)量后，再在30秒后和2小時(shí)后測(cè)量2g重的附加長(zhǎng)度CA30秒與CA2小時(shí)。煮煉后的絕對(duì)百分收縮率按100×(LB-LA)/LB計(jì)算。煮煉后的百分伸長(zhǎng)率按100×(LA-CA30秒)/CA30秒計(jì)算。煮煉后的百分回復(fù)率按100×(LA-CA2小時(shí))/(LA-CA起始)計(jì)算。
基礎(chǔ)重量是單位面積織物或片材的質(zhì)量的量度，按ASTM D-3776測(cè)定并以g/m2為單位報(bào)告，該標(biāo)準(zhǔn)包括于此供參考。
Frazier空氣滲透率是在片材兩面所述壓差作用下通過(guò)片材的空氣流的量度，按ASTM D 737測(cè)量并以m3/min/m2為單位報(bào)告，該標(biāo)準(zhǔn)包括于此供參考。
彎曲模量按ASTM D 790方法1步驟B在23℃測(cè)定。
可回復(fù)伸長(zhǎng)率對(duì)以下實(shí)施例6-8中制造的非織造織物在讓織物經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)編程的伸長(zhǎng)率循環(huán)后進(jìn)行測(cè)定。將一個(gè)非織造樣品(1英寸寬×3英寸標(biāo)距長(zhǎng)(2.54×7.62cm))夾持在Instron設(shè)備上，以3英寸/分鐘(7.62cm/min)的速度拉伸，直到達(dá)到目標(biāo)應(yīng)變。在達(dá)到目標(biāo)應(yīng)變時(shí)，讓十字頭反向并以相同速度移到一起以松弛樣品上的應(yīng)力。每個(gè)樣品以這種方式循環(huán)3次，然后停留30秒鐘。停留這段時(shí)間后，讓十字頭再次以3英寸/分鐘的速度分開(kāi)，直到能檢測(cè)到一定的載荷。樣品在這一點(diǎn)的長(zhǎng)度定義為永久變形，按以下方程計(jì)算永久變形(％)＝100×{(最終長(zhǎng)度)-(起始長(zhǎng)度)}/(起始長(zhǎng)度)永久變形值為零表示100％可回復(fù)伸長(zhǎng)率?？苫貜?fù)伸長(zhǎng)率定義為(100％-永久變形％)。
為測(cè)定樣品在永久變形前能承受的伸長(zhǎng)率，每個(gè)樣品都要如上所述進(jìn)行試驗(yàn)，但要夾持在儀器上并以遞增伸長(zhǎng)率循環(huán)通過(guò)該試驗(yàn)。例如，試驗(yàn)樣品要在15％伸長(zhǎng)率下循環(huán)3次，在25％伸長(zhǎng)率下循環(huán)3次，然后在50％伸長(zhǎng)率下循環(huán)3次，不要取下樣品。在每次循環(huán)結(jié)束時(shí)停留30秒鐘后測(cè)量永久變形，并以起始未受應(yīng)力時(shí)的長(zhǎng)度為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。對(duì)下列實(shí)施例報(bào)告累計(jì)永久變形。例如，為獲得25％伸長(zhǎng)率時(shí)的永久變形，樣品要在15％伸長(zhǎng)率下循環(huán)3次(停留30秒)，再在25％伸長(zhǎng)率下循環(huán)3次(停留30秒)。報(bào)告值是在25％伸長(zhǎng)率循環(huán)結(jié)束時(shí)測(cè)得的值。
在上述伸長(zhǎng)率試驗(yàn)中，記錄樣品拉伸過(guò)程中(加載)和應(yīng)力松弛過(guò)程中(卸載)樣品被拉到不同點(diǎn)時(shí)所需要的力。記錄這兩個(gè)測(cè)量值，作為織物“彈性能力”(回復(fù)能力)的指示。在該部分，把25％伸長(zhǎng)率第3次循環(huán)所測(cè)定的值進(jìn)行比較。對(duì)于每個(gè)樣品要比較在拉伸到25％伸長(zhǎng)率的過(guò)程中在15％伸長(zhǎng)率的力(15％時(shí)的加載荷)與在伸長(zhǎng)率降為0％過(guò)程中在15％伸長(zhǎng)率的力(15％時(shí)的卸載荷)。
實(shí)施例實(shí)施例1用圖16中所示的預(yù)并噴絲板孔形紡成有一個(gè)基本圓形的彈性體芯和5個(gè)圍繞芯對(duì)稱(chēng)分布的硬聚合物翼的雙組分多翼長(zhǎng)絲。圖中所示的毛細(xì)孔尺寸列于下表1(E和Eφ代表形成翼端的半圓的直徑)。
表1噴絲板毛細(xì)孔尺寸

彈性體芯聚合物是產(chǎn)自杜邦公司的Hytrel3078共聚醚酯樹(shù)脂(彎曲模量28MPa)。“硬”聚合物是產(chǎn)自Equistar Inc.(Cincinnati，OH)的高密度聚乙烯(HDPE)，商品名H-5618HDPE。Hytrel3078聚合物要在105℃真空烘箱內(nèi)烘到濕含量低于50ppm。
將這兩種聚合物分別擠出并計(jì)量到一個(gè)含34個(gè)紡絲毛細(xì)孔分布在兩個(gè)同心圓上、加熱到235℃的紡絲組裝件。一疊分配板將這兩種聚合物組合成芯-翼構(gòu)型并喂進(jìn)噴絲板毛細(xì)孔。每孔的產(chǎn)率為1.07g/min。Hytrel3078聚合物占總量的60重量％，而HDPE占40重量％。
用約2m長(zhǎng)的橫流驟冷區(qū)內(nèi)的冷空氣驟冷冷卻出自噴絲板的絲束。然后將長(zhǎng)絲喂入一組2個(gè)直徑8英寸(20.3cm)的驅(qū)動(dòng)喂料輥。長(zhǎng)絲包在喂料輥上。該輥以698m/min的速度運(yùn)轉(zhuǎn)并保持30℃的溫度。然后將長(zhǎng)絲喂至一組兩個(gè)直徑8英寸(20.3cm)的驅(qū)動(dòng)拉伸輥。在拉伸輥上包10圈，該輥以3000m/min的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，溫度為30℃。出自拉伸輥的長(zhǎng)絲收集在卷軸的硬紙板芯上。34根長(zhǎng)絲束的總旦數(shù)為110(120分特)。
將每個(gè)繞有110旦(120分特)34根長(zhǎng)絲的紗線的6個(gè)筒子一起解卷，以形成660旦(720分特)絲束。由于HDPE翼聚合物較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)它們從芯上解卷下來(lái)時(shí)，長(zhǎng)絲形成一維螺旋形捻度構(gòu)型而基本上無(wú)三維卷曲。將該絲束喂進(jìn)一臺(tái)Lummus Fiber Cutter(MarkIII型)，把紗線切成1英寸(2.54cm)長(zhǎng)。以標(biāo)準(zhǔn)方法調(diào)節(jié)切線機(jī)，以盡量減少切割操作中的絲束斷線數(shù)。這種纖維在切割操作中不會(huì)卷曲。纖維上不涂整理劑，對(duì)切割纖維不進(jìn)行開(kāi)松工藝步驟。將切好的纖維收集在袋內(nèi)。
將切好的纖維輸送到Rando Webber實(shí)驗(yàn)室氣流成網(wǎng)機(jī)上(40B型)。喂流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為1700rpm，壓力風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為2000rpm，以及真空風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為2000rpm。喂料輥以1.3英尺/min(0.4m/min)運(yùn)轉(zhuǎn)，將纖維喂入轉(zhuǎn)速為1700rpm的粘皮輥。纖網(wǎng)收集在以5碼/min(4.6m/min)運(yùn)動(dòng)的凝棉網(wǎng)上。室內(nèi)濕度控制在55％，以盡量減少成網(wǎng)操作期間的靜電作用。在這些工藝條件下所形成纖網(wǎng)的基礎(chǔ)重量為約2盎司/碼2(68g/m2)。
取一塊未凝固纖網(wǎng)送至實(shí)驗(yàn)室液壓纏結(jié)單元，在此處用水噴頭凝固該纖網(wǎng)以形成非織造織物。用100目金屬篩在兩面都纏結(jié)該纖網(wǎng)。在第一面上用7個(gè)水噴頭和200-2000磅/英寸2(1378-13,780kPa)的階梯式壓力譜加工該纖網(wǎng)。在第二面上用7個(gè)水噴頭以200-1800磅/英寸2(1378-12,400kPa)的階梯式壓力譜加工該纖網(wǎng)。每個(gè)水噴條由0.005英寸(0.127mm)的孔以線陣列組成，線孔密度為40孔/英寸(15.7孔/cm)。樣品經(jīng)空氣干燥，基礎(chǔ)重量為75g/m2，F(xiàn)razier空氣滲透率為425英尺3/min/英尺2(129.5m3/min/m2)。用手將織物拉伸到30％伸長(zhǎng)率后，織物表現(xiàn)出90％的瞬時(shí)回復(fù)率，在30秒鐘內(nèi)基本上達(dá)到100％回復(fù)率。在織物的所有方向上觀察到相同的回復(fù)程度。該樣品具有類(lèi)似織物的柔軟手感，這是聚乙烯基非織造織物的特性，即沒(méi)有彈性體基非織造織物典型的似彈性體橡膠手感。
實(shí)施例2-5用圖13、13A、13B和13D中所示的5-翼型噴絲板和圖12中所示的工藝但不用蒸氣松弛的方法紡成單絲雙組分紗線，它含有一個(gè)彈性體芯和5個(gè)對(duì)稱(chēng)分布在芯周?chē)囊?，芯伸入?見(jiàn)圖6)。R1/R2(見(jiàn)圖2)在約1.35-1.4之間。
翼聚合物是產(chǎn)自杜邦Polimeros LTDA(Camacari，Brazil)的Camacari尼龍6，商品名VISCOSIDADE 3.14IV，報(bào)告的相對(duì)粘度為55，以及芯聚合物是Atofina Chemicals(Philadelphia，Pa)提供的Pebax3533SN聚醚嵌段聚酰胺彈性體。翼聚合物含5重量％尼龍12，以促進(jìn)與芯聚合物的內(nèi)聚粘結(jié)。以420m/min的紡絲速度和3.5倍的拉伸比生產(chǎn)每根單絲25旦(28分特)的長(zhǎng)絲并卷繞成線包。長(zhǎng)絲在拉伸后涂上一種水分散硅整理劑。芯部占單絲總截面的60體積％。觀察到該長(zhǎng)絲的煮煉后伸長(zhǎng)為101％，煮煉后的絕對(duì)收縮率為27.6％，以及煮煉后的回復(fù)率為95％。
用標(biāo)準(zhǔn)切割法將長(zhǎng)絲切成3.0英寸(7.6cm)或1.5英寸(3.8cm)長(zhǎng)。在切割過(guò)程中不加熱。讓短切纖維在熱壓釜內(nèi)經(jīng)受熱處理以收縮纖維并激活螺旋形捻度。將雙組分3-英寸(7.6cm)長(zhǎng)和1.5英寸(3.8cm)長(zhǎng)的短切纖維各3磅分別放在布袋內(nèi)，然后將該袋裝纖維放進(jìn)熱壓釜在240°F(116℃)加壓蒸氣中處理20分鐘。然后將袋裝纖維放進(jìn)一個(gè)翻滾式干燥機(jī)在100℃處理30分鐘。加工后，觀察到該纖維已收縮到其原長(zhǎng)的約一半，即從3英寸(7.6cm)縮到1.3英寸(3.3cm)，或從1.5英寸(3.8cm)縮到0.65英寸(1.7cm)長(zhǎng)。經(jīng)熱壓釜處理過(guò)的纖維因熱處理而形成螺旋形捻度，觀察到纖維翼圍繞纖維軸隨介入的反轉(zhuǎn)結(jié)在交替方向上螺旋扭轉(zhuǎn)。這種纖維沒(méi)有明顯的三維卷曲，即只要低于6％的伸長(zhǎng)就能拉直纖維軸。
用手工將經(jīng)熱壓釜處理過(guò)的纖維基本均勻地噴灑在適合于放進(jìn)Carver平板壓機(jī)的圖形粘結(jié)板表面，形成點(diǎn)粘非織造片材。用Kapton聚酰亞胺薄膜復(fù)蓋該板，以防纖維熔體粘結(jié)在板上。在實(shí)施例5中，用50/50重量比的7.6cm和3.8cm熱壓處理過(guò)的短切纖維的共混物。該短切纖維共混物的制備方法是用手工將纖維分散在一起并在一個(gè)袋內(nèi)搖幌該纖維混合物。圖形點(diǎn)粘板有9％粘結(jié)面積，高0.015英寸(0.4mm)的粘結(jié)點(diǎn)0.05英寸×0.05英寸(1.3mm×1.3mm)見(jiàn)方，總共1296個(gè)粘結(jié)點(diǎn)，粘結(jié)點(diǎn)間距為0.11英寸(2.8mm)。用一塊也復(fù)蓋了Kapton聚酰亞胺薄膜的光滑板蓋在已鋪有短切纖維的圖形粘結(jié)板上，放進(jìn)Carver平板壓機(jī)，用概括在下表2中的條件進(jìn)行粘結(jié)。
表2點(diǎn)粘條件

業(yè)已觀察到，從松弛構(gòu)型的雙組分預(yù)收縮短切纖維形成纖網(wǎng)的熱點(diǎn)粘法是獲得高伸長(zhǎng)率、具有干燥手感織物的手段。已發(fā)現(xiàn)該5-翼雙組分纖維是通過(guò)其能熔化流動(dòng)形成點(diǎn)粘的可熔芯自粘結(jié)的，而在粘結(jié)點(diǎn)之間的纖維保持其預(yù)粘結(jié)彈性特點(diǎn)。纖維-纖維間的粘結(jié)足以保持織物的整體性，即使將樣品織物從熱粘后粘得非常結(jié)實(shí)的Kapton片上撕下來(lái)。壓制后樣品表現(xiàn)出干燥織物狀手感和良好的彈性伸長(zhǎng)/回復(fù)性。已經(jīng)觀察到過(guò)度粘結(jié)或粘結(jié)面積太大都會(huì)降低可下垂性，更具薄膜狀手感。觀察到樣品是薄而非膨松的，且因此而具有優(yōu)化的dpf、切割長(zhǎng)度和鋪排結(jié)構(gòu)，有可能宜作薄的外套織物。
實(shí)施例6-7這兩個(gè)實(shí)施例描述從雙組分纖維制造手工樣品的方法，所述纖維包含一個(gè)彈性體共聚醚酯芯和多個(gè)硬共聚醚酯翼。
用圖12所示的設(shè)備從含有10個(gè)毛細(xì)孔的預(yù)并噴絲板紡成含有一個(gè)基本上如圖2所示的對(duì)稱(chēng)6-翼截面的雙組分連續(xù)長(zhǎng)絲，以形成每根含10根長(zhǎng)絲的紗線。預(yù)并噴絲板組件包含圖13A-E所示的一疊板，其中噴絲板、分配板和計(jì)量板基本上如圖13A-13C所示。噴絲板有10個(gè)孔，每孔有6個(gè)翼，圍繞對(duì)稱(chēng)中心按60°對(duì)稱(chēng)分布，用U.S.專(zhuān)利號(hào)5,168,143所述的方法形成。如圖13A所示，每個(gè)翼孔是直的，其長(zhǎng)軸中心線通過(guò)對(duì)稱(chēng)中心，從翼端到噴絲板中心圓孔2(直徑0.008英寸)的圓周的長(zhǎng)度為0.0233英寸，圓孔半徑的原點(diǎn)與對(duì)稱(chēng)中心相同。在噴絲板毛細(xì)孔入口處無(wú)埋頭孔。從端點(diǎn)到0.010英寸翼長(zhǎng)處寬為0.0035英寸；其余0.0133英寸長(zhǎng)的寬為0.0024英寸。每個(gè)翼端是以端寬一半為半徑的半圓。
彈性體芯聚合物是產(chǎn)自杜邦公司的Hytrel3078共聚醚酯(彎曲模量28MPa)，硬翼聚合物也是產(chǎn)自杜邦公司的Hytrel7246共聚醚酯(彎曲模量570MPa)。纖維包含50重量％芯聚合物和50重量％翼聚合物。聚合物在255℃用下表3內(nèi)所列的紡絲條件擠出?？諝怏E冷后，涂布紡絲整理劑(DY-19(K3053)，產(chǎn)自Gouston Technologies ofMonroe，NC，用10％的濃度，涂布速度1cm3/min)。長(zhǎng)絲經(jīng)拉伸后不做蒸氣處理。
表3

從筒子上順長(zhǎng)度方向分開(kāi)纖維，用手工以約90°正交鋪層形成纖網(wǎng)。從每一種紗線樣品形成2張纖網(wǎng)。由實(shí)施例6的纖維形成的纖網(wǎng)的平均基礎(chǔ)重量約5.9盎司/碼2，而由實(shí)施例7的纖維形成的纖網(wǎng)的基礎(chǔ)重量為約4.1盎司/碼2。纖網(wǎng)在粘結(jié)前先在100℃處理10分鐘，以激活螺旋形捻度。纖網(wǎng)用加熱壓延輥以5.2m/min的線速度進(jìn)行熱點(diǎn)粘結(jié)。下輥是一個(gè)光滑金屬輥，上輥有一種產(chǎn)生約34％粘結(jié)面積的方塊圖形。粘結(jié)條件概括在下表4中。粘結(jié)好的織物可下垂并具有柔軟的非橡膠狀手感以及良好的可回復(fù)伸長(zhǎng)率，即使拉伸到50％。
可回復(fù)伸長(zhǎng)率的測(cè)量方法是讓織物通過(guò)數(shù)個(gè)編程的伸長(zhǎng)率循環(huán)，如以上試驗(yàn)方法所述。累積永久變形報(bào)告在下表4中。例如，為了獲得表4中報(bào)告的25％的值，樣品要在15％經(jīng)受3次循環(huán)(停留30秒)，再在25％經(jīng)受3次循環(huán)(再停留30秒)。所報(bào)告的值是在25％循環(huán)結(jié)束時(shí)的測(cè)量值。用分別在實(shí)施例6和7中制備的兩個(gè)樣品測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同方向—沿纖維軸向(實(shí)施例6a和7a)和與兩個(gè)纖維軸成45°的方向上(實(shí)施例6b和7b)的累積永久變形。
表4非織造織物的永久變形

回復(fù)能力按前述方法測(cè)量并報(bào)告在下表5內(nèi)。
表5回復(fù)能力

實(shí)施例8用圖16所示的噴絲板孔型紡成雙組分多翼紡粘長(zhǎng)絲，該長(zhǎng)絲有一個(gè)彈性體圓芯和5個(gè)對(duì)稱(chēng)分布在芯周?chē)囊怼Ｃ?xì)孔尺寸示于表1。噴絲板毛細(xì)孔的長(zhǎng)度為0.025英寸(0.064cm)，埋頭孔直徑為0.125英寸(0.318cm)。所用噴絲板呈矩形，總共有1020個(gè)毛細(xì)孔(20排，每排51根長(zhǎng)絲)。毛細(xì)孔分布在504mm×113mm范圍內(nèi)。20排毛細(xì)孔分布在噴絲板表面504mm×113mm矩形面積內(nèi)。
彈性體芯聚合物是產(chǎn)自杜邦公司的Hytrel3078共聚醚酯樹(shù)脂(彎曲模量28MPa)?！坝病币砭酆衔锸荋ytrel7246共聚醚酯樹(shù)脂(彎曲模量570MPa)，也產(chǎn)自杜邦公司。Hytrel3078和Hytrel7246聚合物在105℃立式料斗干燥器內(nèi)烘干。紡絲時(shí)兩種聚合物的濕含量都低于50ppm。
將這兩種聚合物分別擠出并計(jì)量到上述有1020毛細(xì)孔的紡絲組裝件。該紡絲組裝件的溫度保持在265℃。一疊分配板將兩種聚合物組合成芯-翼構(gòu)型并喂進(jìn)噴絲毛細(xì)孔。每孔的聚合物總產(chǎn)率為1.00g/min。Hytrel3078芯聚合物占該產(chǎn)率中的60重量％，而Hytrel7246聚合物占該總產(chǎn)率的40重量％。
出自噴絲板的長(zhǎng)絲要在一個(gè)約18.5英寸(47cm)長(zhǎng)的同向驟冷區(qū)內(nèi)用冷卻空氣驟冷(12℃)冷卻。然后將長(zhǎng)絲簾拉過(guò)一套如圖17所示的6個(gè)拉伸輥。2個(gè)換向輥17a和17b用來(lái)便于拉伸。所有輥(6個(gè)拉伸輥和2個(gè)換向輥)都保持在室溫(約26℃)。2個(gè)換向輥的表面直徑為6.50英寸。6個(gè)拉伸輥的表面直徑為9.25英寸(23.5cm)。8個(gè)輥的表面速度如下?lián)Q向輥17a450m/min拉伸輥17c550m/min拉伸輥17d700m/min拉伸輥17e800m/min拉伸輥17f1600m/min拉伸輥17g1750m/min拉伸輥17h1900m/min換向輥17b2050m/min出自第二個(gè)換向輥17b的纖維要喂至一個(gè)展寬噴絲板整個(gè)寬度的狹縫吸纖器噴咀18。將壓力為40psig的壓縮空氣輸進(jìn)該噴咀。出自狹縫噴頭的長(zhǎng)絲簾被收集在一個(gè)移動(dòng)的金屬線帶上。在移動(dòng)帶下方施以真空以便固定帶上的長(zhǎng)絲。將長(zhǎng)絲收集在聚酯導(dǎo)布片上并卷繞在非粘結(jié)輥的繞線筒上。帶速要調(diào)節(jié)到使形成織物的基礎(chǔ)重量為105g/m2。
該樣品具有良好的織物狀柔軟手感，這是“硬”或半結(jié)晶聚合物的特性；也就是說(shuō)，該樣品沒(méi)有橡膠狀彈性體手感。
將該手工樣品從紡粘纖網(wǎng)中心切開(kāi)并離線粘結(jié)。顯微鏡觀察揭示4個(gè)翼是硬Hytrel聚合物，而第5個(gè)翼是用來(lái)形成芯的彈性體Hytrel聚合物。用下表6所示的條件在一個(gè)點(diǎn)粘壓延輥上將這些樣品以26m/min的線速度粘結(jié)。壓延輥有一個(gè)光滑金屬下輥和一個(gè)十字棒圖形復(fù)蓋29％面積的上輥。
熱處理激活這些纖維中的螺旋形捻度。由于在點(diǎn)粘過(guò)程中非織造樣品要暴露在熱中，該實(shí)施例的實(shí)施方式要比較該工藝中不同點(diǎn)的加熱作用。在粘結(jié)前將纖網(wǎng)加熱到100℃、不另外加熱或粘結(jié)后再加熱到100℃，如下表6所示。
表6粘結(jié)條件

業(yè)已發(fā)現(xiàn)所有樣品織物在拉伸到它們?cè)L(zhǎng)1.5倍后都有較低的永久變形，如表7所示。雖然加熱順序?qū)τ谰米冃螏缀鯖](méi)有影響，但測(cè)得彈性與回復(fù)能力有差別。這一點(diǎn)能從下表8看到，該表比較了拉伸樣品(加載)所需的力和伸長(zhǎng)率減小時(shí)樣品所施的回復(fù)力。在該表中，我們比較了在25％伸長(zhǎng)率試驗(yàn)中的第3次循環(huán)期間測(cè)得的值。報(bào)告了在拉伸到25％伸長(zhǎng)率的過(guò)程中伸長(zhǎng)率達(dá)到15％時(shí)的力(在15％時(shí)的加載荷)和在伸長(zhǎng)率降到0％的過(guò)程中伸長(zhǎng)率達(dá)到15％時(shí)的力(在15％時(shí)的卸載荷)。
表7紡粘織物的永久變形

表8回復(fù)能力

很顯然，來(lái)自熱點(diǎn)粘結(jié)的熱量能足以產(chǎn)生彈性織物。粘結(jié)前/后所施的熱以及粘結(jié)條件本身(溫度、速度、壓力)都能進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到不同應(yīng)用所需的彈性性能范圍。
權(quán)利要求
1.一種包含合成多組分纖維的非織造纖網(wǎng)，所述纖維有一根聚合物軸芯和多個(gè)附著在該芯上的聚合物翼，所述翼以基本螺旋形捻度構(gòu)型沿芯的長(zhǎng)度方向延伸。
2.按照權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述軸芯包含一種熱塑性彈性體聚合物且至少一個(gè)翼包含一種其彈性小于所述熱塑性彈性體芯聚合物彈性的熱塑性聚合物。
3.一種包含合成多組分纖維的非織造纖網(wǎng)，該多組分纖維包含一個(gè)軸芯和多個(gè)附著在芯上并沿芯長(zhǎng)度方向延伸的翼，所述芯包含至少一種熱塑性彈性體聚合物以及所述翼包含至少一種可永久拉伸的熱塑性非彈性體聚合物。
4.按照權(quán)利要求3的非織造纖網(wǎng)，其中所述纖網(wǎng)是一種彈性纖網(wǎng)以及所述翼圍繞彈性體芯以螺旋形捻度構(gòu)型分布。
5.按照權(quán)利要求2或4的非織造纖網(wǎng)，其中多組分纖維包含3-8個(gè)翼以及翼聚合物與芯聚合物的重量比在約10/90-約70/30范圍內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求5的非織造纖網(wǎng)，其中多組分纖維有一個(gè)對(duì)稱(chēng)截面。
7.按照權(quán)利要求6的非織造纖網(wǎng)，其中所述纖維基本上具有一維螺旋形捻度。
8.按照權(quán)利要求5的非織造纖網(wǎng)，其中多組分纖維有一個(gè)不對(duì)稱(chēng)截面。
9.按照權(quán)利要求8的非織造纖網(wǎng)，其中多組分纖維具有三維卷曲。
10.按照權(quán)利要求3或4的非織造纖網(wǎng)，其中非彈性體聚合物選自下列一組聚酰胺、非彈性體聚烯烴和聚酯，以及彈性體聚合物選自下列一組聚氨酯、彈性體聚烯烴、聚酯、苯乙烯熱塑性彈性體和聚醚酰胺。
11.按照權(quán)利要求3或4的非織造纖網(wǎng)，其中彈性體聚合物選自下列一組乙烯-α-烯烴共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、苯乙烯/乙烯-丁烯嵌段共聚物、苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-苯乙烯嵌段共聚物、聚(苯乙烯/乙烯-丁烯/苯乙烯)嵌段共聚物和苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)嵌段共聚物。
12.按照權(quán)利要求10的非織造纖網(wǎng)，其中非彈性體聚合物選自下列一組a)聚(己二酰六亞甲基二胺)及其與2-甲基五亞甲基二胺的共聚物和b)聚己內(nèi)酰胺，而彈性體聚合物是聚醚酰胺。
13.按照權(quán)利要求10的非織造纖網(wǎng)，其中非彈性體聚合物是一種非彈性體聚酯，而彈性體聚合物是一種彈性體聚酯。
14.按照權(quán)利要求13的非織造纖網(wǎng)，其中非彈性體聚酯是一種非彈性體聚醚酯，而彈性體聚酯是一種彈性體聚醚酯。
15.按照權(quán)利要求13的非織造纖網(wǎng)，其中非彈性體聚酯選自下列一組聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸1，3-丙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸1，4-丁二醇酯及它們的共聚物，以及彈性體聚合物是一種彈性體聚醚酯。
16.按照權(quán)利要求10的非織造纖網(wǎng)，其中非彈性體聚合物是一種非彈性體聚烯烴，而彈性體聚合物是一種彈性體聚烯烴。
17.按照權(quán)利要求10的非織造纖網(wǎng)，其中非彈性體聚合物是一種非彈性體聚烯烴，而彈性體聚合物是一種聚氨酯。
18.按照權(quán)利要求8的非織造纖網(wǎng)，其中翼被不等角度分開(kāi)。
19.按照權(quán)利要求8的非織造纖網(wǎng)，其中至少一個(gè)翼包含一種不同于至少一個(gè)其它翼的聚合物。
20.按照權(quán)利要求8的非織造纖網(wǎng)，其中至少一個(gè)翼包含一種彈性體聚合物。
21.按照權(quán)利要求6的非織造纖網(wǎng)，其中至少兩個(gè)翼包含一種彈性體聚合物。
22.按照權(quán)利要求20的非織造纖網(wǎng)，其中至少一個(gè)翼中的彈性體聚合物包含該翼的至少一部分表面。
23.按照權(quán)利要求21的非織造纖網(wǎng)，其中至少兩個(gè)翼中的彈性體聚合物包含至少兩個(gè)翼的至少一部分表面。
24.按照權(quán)利要求20的非織造纖網(wǎng)，其中至少一個(gè)翼基本由與芯相同的彈性體聚合物組成。
25.按照權(quán)利要求8的非織造纖網(wǎng)，其中至少一個(gè)翼具有與至少一個(gè)其它翼不同的形狀。
26.按照權(quán)利要求2或4的非織造纖網(wǎng)，其中芯在其表面上包括一個(gè)在翼與芯接觸點(diǎn)之間的非彈性體聚合物鞘。
27.按照權(quán)利要求2或4的非織造纖網(wǎng)，其中至少一種翼聚合物或芯聚合物伸進(jìn)另一種聚合物。
28.按照權(quán)利要求27的非織造纖網(wǎng)，其中芯的外半徑為R1，內(nèi)半徑為R2，以及R1/R2大于約1.2。
29.按照權(quán)利要求27的非織造纖網(wǎng)，其中至少一個(gè)翼機(jī)械鎖扣在芯上，使得至少一種聚合物具有至少一個(gè)突出部分，該突出部分包括一個(gè)較粗的遠(yuǎn)端段和一個(gè)縮頸段，連接至少一種聚合物的遠(yuǎn)端與其余部分，在其中形成至少一個(gè)頸縮部分。
30.按照權(quán)利要求28的非織造纖網(wǎng)，其中每個(gè)翼都機(jī)械鎖扣在芯上。
31.按照權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)的非織造纖網(wǎng)，它還包含第二纖維。
32.按照權(quán)利要求31的非織造纖網(wǎng)，其中第二纖維是單組分纖維。
33.按照權(quán)利要求32的非織造纖網(wǎng)，其中第二纖維選自聚酯纖維與聚烯烴纖維。
34.按照權(quán)利要求2或4的非織造纖網(wǎng)，其中多組分纖維是連續(xù)長(zhǎng)絲。
35.按照權(quán)利要求34的非織造纖網(wǎng)，其中多組分纖維是紡粘長(zhǎng)絲。
36.按照權(quán)利要求2或4的非織造纖網(wǎng)，其中多組分纖維是短纖維。
37.按照權(quán)利要求2或4的非織造纖網(wǎng)，其中彈性體芯聚合物的彎曲模量小于約96,500kPa。
38.按照權(quán)利要求37的非織造纖網(wǎng)，其中彈性體芯聚合物的彎曲模量小于約58,600kPa。
39.按照權(quán)利要求2的非織造纖網(wǎng)，其中彈性體芯聚合物的彎曲模量小于約58,600kPa，且至少一個(gè)翼包含一種彎曲模量至少58,600kPa的彈性體聚合物。
40.按照權(quán)利要求39的非織造纖網(wǎng)，其中至少一個(gè)翼包含一種彎曲模量在58,600kPa與約96,500kPa之間的彈性體聚合物。
41.按照權(quán)利要求40的非織造纖網(wǎng)，其中至少一個(gè)翼包含一種彎曲模量約82,700kPa-96,500kPa的彈性體聚合物。
42.按照權(quán)利要求32的非織造纖網(wǎng)，其中單組分纖維基本上由非彈性體聚合物組成。
43.按照權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)的非織造纖網(wǎng)，其中該非織造纖網(wǎng)是一種粘結(jié)纖網(wǎng)。
44.按照權(quán)利要求43的粘結(jié)非織造纖網(wǎng)，其中所述纖網(wǎng)用選自下列一組的方法粘結(jié)熱點(diǎn)粘結(jié)、超聲粘結(jié)、氣流粘結(jié)、樹(shù)脂粘結(jié)、液壓針剌和機(jī)械針剌。
45.按照權(quán)利要求1或4的非織造纖網(wǎng)，其中螺旋形捻度基本上是周向的。
46.按照權(quán)利要求1或4的非織造纖網(wǎng)，其中螺旋形捻度基本上是非周向的。
47.一種形成彈性非織造纖網(wǎng)的方法，該方法包含將權(quán)利要求3的纖網(wǎng)進(jìn)行加熱的這一步驟。
48.按照權(quán)利要求47的方法，其中非織造纖網(wǎng)包含多組分纖維與第二纖維的共混物。
49.按照權(quán)利要求48的方法，其中第二纖維包含單組分纖維。
50.按照權(quán)利要求49的方法，其中單組分纖維基本上由一種非彈性體聚合物組成。
51.按照權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)的非織造纖網(wǎng)，其中軸芯的截面形狀選自下列一組基本圓形、橢圓形和多邊形。
52.按照權(quán)利要求51的非織造纖網(wǎng)，其中軸芯基本上是圓形。
53.按照權(quán)利要求51的非織造纖網(wǎng)，其中軸芯基本上是多邊形。
54.一種形成非織造纖網(wǎng)的方法，包含下列步驟熔紡許多連續(xù)多組分長(zhǎng)絲，長(zhǎng)絲包含一個(gè)彈性體芯組分和多個(gè)附著在芯上并沿芯長(zhǎng)度方向基本連續(xù)延伸的非彈性體可永久拉伸翼組分；在一個(gè)驟冷區(qū)用一種氣體使長(zhǎng)絲驟冷；讓長(zhǎng)絲通過(guò)一個(gè)氣體噴咀，噴射氣體提供拉伸長(zhǎng)絲的拉伸張力；以及讓長(zhǎng)絲沉積在位于氣體噴咀以下的移動(dòng)收集器表面，以形成多組分長(zhǎng)絲的非織造纖網(wǎng)。
55.按照權(quán)利要求54的方法，其中噴射氣體要加熱到在長(zhǎng)絲沉積在收集器表面上之前足以使多組分長(zhǎng)絲形成基本螺旋形捻度構(gòu)型的溫度。
56.一種形成非織造纖網(wǎng)的方法，包含下列步驟熔紡許多連續(xù)多組分長(zhǎng)絲，長(zhǎng)絲包含一個(gè)彈性體芯組分和多個(gè)附著在芯上并沿芯長(zhǎng)度方向基本連續(xù)延伸的非彈性體可永久拉伸的翼組分；在一個(gè)驟冷區(qū)用一種氣體使該長(zhǎng)絲驟冷；讓長(zhǎng)絲以單圈上下交替地通過(guò)至少兩個(gè)S形喂料輥；讓長(zhǎng)絲以單圈上下交替地通過(guò)至少兩個(gè)S形拉伸輥，拉伸輥旋轉(zhuǎn)的表面速度大于喂料輥的表面速度，使得長(zhǎng)絲在喂料輥與拉伸輥之間被拉伸；讓拉伸后的長(zhǎng)絲通過(guò)一個(gè)氣體噴咀；以及讓拉伸后的長(zhǎng)絲沉積在位于氣體噴咀下面的移動(dòng)收集器表面，以形成多組分長(zhǎng)絲的非織造纖網(wǎng)。
57.按照權(quán)利要求56的方法，其中喂料輥的溫度維持在約25℃-約110℃之間。
58.按照權(quán)利要求56的方法，其中拉伸輥要加熱到約60℃-約120℃之間的溫度。
59.按照權(quán)利要求56的方法，其中噴射氣體要加熱到在長(zhǎng)絲沉積到收集器表面之前足以使多組分長(zhǎng)絲形成基本螺旋形捻度構(gòu)型的溫度。
60.按照權(quán)利要求54或56的方法，還包含以下一個(gè)步驟將非織造纖網(wǎng)加熱到足以使長(zhǎng)絲形成基本螺旋形捻度構(gòu)型的溫度。
61.按照權(quán)利要求60的方法，還包含以下一個(gè)步驟在纖網(wǎng)已被加熱到使長(zhǎng)絲形成基本螺旋形捻度構(gòu)型之后將該非織造纖網(wǎng)粘結(jié)。
62.按照權(quán)利要求60的方法，還包含在加熱纖網(wǎng)之前將非織造纖網(wǎng)粘結(jié)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及含聚合物多組分纖維的非織造織物，所述纖維包括一個(gè)芯組分與多個(gè)附著在芯上的翼組分。聚合物芯組分的彈性大于至少一個(gè)翼聚合物組分的彈性。纖維呈螺旋形捻度構(gòu)型，其中多個(gè)翼基本上繞芯呈螺旋形。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該非織造織物具有彈性拉伸與回復(fù)性和類(lèi)似于織物的手感。
文檔編號(hào)D01F8/04GK1561412SQ02819061
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者V·班薩爾, M·C·達(dá)維斯, T·M·福德, D·F·馬索達(dá), E·N·魯?shù)衔鳡? H·V·薩米爾森, H·辛, G·P·維克斯 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司