專利名稱：棉/聚酯纖維混合物及其層狀制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及棉和聚酯共聚粘合纖維的混合物及其用該混合物制得的層狀制品。層狀制品用熱粘合工藝來制備;它們能持久地承受反復(fù)洗滌的沖擊力?；旌衔锸歉吲蛩珊偷兔芏鹊?。
87年8月11日公布的US P4，685，914(個人用品)指出把吸附纖維和粘合性纖維的混合物熱熔粘合制造吸附性襯墊。吸附性纖維可以是木漿、粘膠、醋酸纖維素、亞麻、大麻、黃麻、苧麻、棉花及其類似物。粘合纖維是聚酯。一種襯墊，采用聚酯短纖維和聚酯粘合纖維的混合物以及丙烯纖維和聚酯粘合纖維的混合物，約有20-25%的粘合纖維，并在約315°F下粘合。
歐洲專利公開227，914則指出把外表熔化的熱塑性纖維均勻分散在棉纖維中抹平成為粘接的棉氈。熱熔粘合溫度250°F。
日本專利公開J60029182A(Toray)和J60040239A(Kanegafuchi)，(可以文摘形式得到)，指出了制造一種纖維混合物;采用加熱裝置熱熔粘合混合物纖維可從下列相對高熔點(diǎn)材料中選擇，包括聚酯、聚丙烯、聚丙烯酸、棉、羊毛、大麻，粘膠及其類似物;粘合纖維包括共聚酯，聚烯烴及其類似物。
88年9月6日公布的USP4，769，022(3M)指出層狀物的制備方法，即把50/50(wt.)的棉/聚酯混合物在285°F下加熱20秒。
W.K.Kwok等人在88年6月的無紡布工業(yè)上發(fā)表的題為“用于熱熔粘合無紡織物的聚酯短纖維”則指出個別聚酯粘合纖維制品能被用來制造纖維的熱熔粘合混合物。棉花不被認(rèn)為是用于混合物的優(yōu)選纖維。
本發(fā)明提供一種可熱熔粘合的纖維混合物，其由75-85(wt)%的棉和15-25(wt)%的對苯二酸/間苯二酸乙二醇共聚酯組成均勻混合物，共聚酯由60-80(摩爾)%的對苯二酸酯和20-40(摩爾)%間苯二酸酯組成，共聚酯的熔點(diǎn)230-340°F。
本發(fā)明還包括對上述混合物進(jìn)行熱熔粘合的工藝，即，把混合物在230-390°F下加熱20-100秒，無壓力。本發(fā)明還包括一種層狀制品，它是由上述工藝制成的，其密度為0.014-0.038克/(cm)3，它能經(jīng)受反復(fù)洗滌的沖擊力。
本發(fā)明指出關(guān)于在包括共聚酯粘合纖維的其它纖維的混合物中采用棉纖維。盡管事實(shí)上混合物含不能熱熔的棉纖維，它還包括可熱熔的粘合性纖維，能被加熱并熔融使相鄰纖維之間產(chǎn)生粘合點(diǎn)。本發(fā)明描述了采用棉短纖制造優(yōu)質(zhì)低密度和優(yōu)良耐久性的改進(jìn)的層狀制品的方法。
棉短纖可從任何商品渠道得到，可以是洗凈的也可以是未洗凈的，可以是漂白過的也可以是原纖。對本發(fā)明的目的，棉纖維也指木漿和再生纖維素，如粘膠。
用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選的共聚酯是乙二醇與對苯二酸和間苯二酸混合物按一定摩爾比縮聚制得的共聚酯。該共聚酯有摩爾比為70/30的對苯二酸酯/間苯二酸酯，其熔點(diǎn)約288°F，發(fā)粘點(diǎn)約194°F。由這種共聚酯制得的纖維作為熱粘合性纖維，并且必須使其熔點(diǎn)低于棉纖維變色溫度，還必須能與棉短纖熔融粘合。
用于本發(fā)明的纖維是采用混合物形式，必須選擇混合物中的纖維以使混合物轉(zhuǎn)變成耐久性層狀物時能互相作用。互相作用的重要因素之一是確定棉纖維和粘合纖維的相對尺寸。棉纖維的旦尼爾應(yīng)為1.0-1.8，優(yōu)選約1.6，業(yè)已發(fā)現(xiàn)長度為0.8-1.5英寸是合適的。粘合纖維的旦尼爾與棉短纖相似，但如果它們必須有點(diǎn)不同，則它們的旦尼爾數(shù)應(yīng)該是棉短纖維的0.75-2.7倍。粘合性纖維的長度范圍是0.5-3英寸;但在指定的混合物中優(yōu)選的是粘合性纖維的長度是棉短纖維長度的0.75-2倍。
棉纖維和共聚酯纖維可用任何商業(yè)化混合設(shè)備進(jìn)行粘合。當(dāng)然，纖維混合也可由任何其它有效辦法完成，僅要求所提供的混合物是不同纖維的均勻混合物。
應(yīng)該指出的是本發(fā)明混合物沒有單單限制為棉纖維和共聚酯纖維。如果出于任何理由的考慮和需要，其它纖維可被加入到混合物中。其它纖維能完成特殊功能或僅作為填充材料存在。其它纖維可以是空心，或?qū)嵭?，有機(jī)或無機(jī)，天然或合成的。不是纖維的其它添加材料可以加到混合物中，如填料、著色劑、香料、抗菌劑、膨脹劑、耐火劑、抗靜電劑等。在有添加材料的情形下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它們通常的用量為混合物總重量的0.1-20%。在添加能在混合物中完成特殊功能的輔助纖維時，纖維數(shù)量應(yīng)按所要求的目的選擇。
本發(fā)明混合物包括混合物纖維總重量的15-25%的共聚酯粘合纖維。已經(jīng)確定用少于15%共聚酯粘合纖維制造的混合物不能形成在任何條件下有足夠耐久性的粘接，而用大于25%的共聚酯纖維制成的混合物生產(chǎn)出的粘合層狀制品表現(xiàn)出較差的耐洗性。含有15-25%共聚酯粘合纖維的混合物能生產(chǎn)出很優(yōu)良的耐久性的層狀制品。正如現(xiàn)有技術(shù)公開的那樣，粘合性材料僅需要作為粘合性纖維的表面成份存在就可以了，例如皮芯雙組份纖維的皮層成份。纖維的其余部分或芯層可以是高熔點(diǎn)的，在低熔點(diǎn)材料熱熔完成它的粘合功能后剩余的纖維構(gòu)成橋架結(jié)構(gòu)。這類雙組份粘合纖維已經(jīng)公開，例如，在USP3，589，956和USP4，068，036中應(yīng)理解成為這是取得使用雙組份纖維的最佳結(jié)果。對某比例進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整是可取的，這樣做是為優(yōu)化使用混有棉纖維的單組份粘合纖維時相應(yīng)的那些優(yōu)選比例。
混合物可以以單層形式或多層形式來制成本發(fā)明的層狀制品。典型地，在移動輸送平板上按所需層狀物之厚度交錯疊放數(shù)層片狀或網(wǎng)狀混合物形成層狀制品。正如USP3，290，704公開的那樣。經(jīng)過上述工序后，在大于等于粘合纖維的粘合溫度下加熱層狀制品，這樣，粘合纖維軟化并把它們和層狀制品中的棉纖維粘合在一起。加熱可由敞式烘箱、空氣轉(zhuǎn)鼓式烘箱、紅外加熱器、幅射加熱器等裝置提供。加熱不應(yīng)超過棉纖維開始變色的溫度，約390°F，最好低一些。加熱溫度應(yīng)盡量低一些;基于這樣的原因，重要的是使用低熔點(diǎn)的共聚酯，在實(shí)際操作中，360-380°F的粘合溫度是高的。用于粘合纖維軟化和粘合的加熱時間應(yīng)該是充足的-通常為20-100秒，有可能的話，適當(dāng)長些。由于試圖使制成的層狀制品有盡可能低的密度，通常加熱時不對層狀制品施加壓力。但是，為滿足特別目的而不考慮層狀制品密度，層狀制品也可能在施加一定壓力下加熱制得。
本發(fā)明層狀制品常用于填充用纖維，絕緣襯墊，彈性軟墊等。通常把層狀制品做成密度0.018-0.038g/cm3。正如指出的那樣，把總的斷裂功調(diào)整到大的數(shù)值，這些層狀制品表現(xiàn)出優(yōu)良的可洗性和高的強(qiáng)度。可洗性是通過測量自動洗滌機(jī)和干燥過程中層狀制品的耐洗性得到的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于纖維之間粘合不夠而使含太少粘合纖維的層狀制品在洗滌時離散，由于太粘和太脆而使含太多粘合纖維的層狀制品起縐和斷裂。洗滌后本發(fā)明層狀制品性能的表現(xiàn)優(yōu)于同樣條件同種材料但共聚酯粘合纖維多于25%少于15%制成的層狀制品。測定這些質(zhì)量指標(biāo)的試驗(yàn)方法如下列出試驗(yàn)方法旦尼爾-長絲的旦尼爾可從它的基本共振頻率來計(jì)算，在張力條件下改變頻率振動2-4cm長的長絲來確定其旦尼爾。(ASTM D1577-66，part 25，1968)。
密度-層狀制品密度的確定采用對已知體積的層狀制品稱重的方法。
粘合溫度-參照[Beaman and Cramer，J.Polymer Sclence 21，Page 228(1956)]描述的方法測定纖維的粘合溫度。電加熱-黃銅塊使黃銅塊溫度緩慢升高。在適宜張力下把纖維試樣懸掛于玻璃棒之間并置于黃銅塊上面接近黃銅塊表面。棒間部份用200克黃銅壓向黃銅塊并與加熱了的黃銅塊連續(xù)接觸5秒鐘。當(dāng)去掉重量后纖維與黃銅塊表面至少粘合2秒鐘時黃銅塊的溫度就是粘合溫度。
斷裂功-校正的總的斷裂功來測量本發(fā)明纖維的層狀制品的強(qiáng)度。按ASTM D885-85確定校正的總的斷裂功，ASTM D885-85如下所述層狀制品試樣切成1英寸寬7英寸長，十塊試樣按機(jī)器長度方向切，另十塊按橫向長度切。試樣在75°F55%相對濕度下平衡2小時。
每塊試樣固定在強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)隔距為5英寸夾頭上;拉伸后的試樣其結(jié)果記錄在試驗(yàn)機(jī)繪出的應(yīng)力應(yīng)變曲線上。
斷裂功的計(jì)算公式公下斷裂功，m-1bf＝A×F×E其中A＝負(fù)荷拉伸曲線下的面積，英寸2F＝曲線圖的加載范圍因子，英寸E＝每英寸曲線圖試樣伸長的伸長范圍因子，英寸，斷裂功是十個試樣的平均值。測定機(jī)器方向和橫向的斷裂功。總的斷裂功是機(jī)器方向斷裂功和橫向斷裂功之和。
總的斷裂功除以每平方碼的基本重量(盎司)計(jì)算出校正的總斷裂功。按照本發(fā)明的目的，可接受的層狀制品應(yīng)表現(xiàn)出的校正的總斷裂功大于2英寸-磅/OZ/Yd2。
洗滌后的外觀-本發(fā)明層狀制品最重要的質(zhì)量指標(biāo)是層狀制品對洗滌沖擊力的耐久性。對該耐久性的實(shí)驗(yàn)按AATCC試驗(yàn)方法135-1987(AATCC stand for American Association of Textile Chemists and Colorists)。在進(jìn)行這個試驗(yàn)中，需要對3塊8×8英寸的層狀制品的每塊進(jìn)行試驗(yàn)。按AATCC操作規(guī)程，洗滌是在自動洗滌機(jī)和干燥機(jī)中進(jìn)行，其中對標(biāo)準(zhǔn)樣或棉纖試樣進(jìn)行洗滌，棉試樣在加壓4磅下進(jìn)行干燥。為了完成該試驗(yàn)，總共需洗5次，干燥5次。
按外觀把試樣定為1-4級，1級最差-有纖維互相結(jié)團(tuán)并且呈現(xiàn)不規(guī)則-4級最好-有類似于未洗滌試樣的規(guī)則的優(yōu)良外觀。按本發(fā)明的要求，外觀為2.5級的層狀纖維被認(rèn)為是可接受的。
實(shí)例1制備混合物-該實(shí)例中，纖維混合物按本發(fā)明敘述的那樣制得。
所用棉短纖維是洗凈和漂白的，旦尼爾約1.6，平均長度約1.1英寸(0.8-1.5英寸)。
所用共聚酯粘合纖維有乙烯和70/30摩爾的對苯二酸酯和間苯二酸酯基，粘合溫度194°F，溶點(diǎn)288°F。粘合纖維旦尼爾約為3，平均長度約1.5英寸。
混合棉纖維和共聚酯纖維，混合是在商業(yè)上出售的敞式混合器中進(jìn)行，以使混合均勻，在幾個周期的每個中，粘合纖維的含量有變化。
幾個周期被列在實(shí)施例后的表中。
實(shí)例2制備層狀制品-在該實(shí)例中，來自例1的混合物被熱熔粘合生成本發(fā)明的層狀制品。
來自例1的混合物在梳毛機(jī)前部40英寸的羅拉上梳理生成連續(xù)網(wǎng)狀物，網(wǎng)狀物交疊成連續(xù)的層狀制品，其基本重量3～8盎司/碼2。
把層狀制品放在輸送機(jī)上并以不同的速度和溫度通過2米長的空氣烘箱。熱熔粘合的溫度和速率是230-420°F和1.3-5米/分鐘。
試驗(yàn)層狀制品的校正總斷裂功和層狀制品的外觀。試驗(yàn)結(jié)果在表Ⅰ中。
表Ⅰ
周期 粘合 粘合 基重 校正總的斷裂功 外觀溫度速度 OZ/yd2橫向+機(jī)器方向＝總和m/min粘合 10%1 300 1.29 4.5 0.624 0.710 1.3342 310 1.29 4.2 1.016 0.875 1.8923 320 1.29 4.2 1.062 0.914 1.977 2.34 330 1.29 4.1 1.211 1.158 2.3695 340 1.29 4.1 1.371 1.163 2.5346 350 1.29 4.3 1.057 1.083 2.139 2.27 360 1.29 3.9 1.227 1.427 2.6538 370 1.29 4.0 1.459 1.760 3.2189 370 2.26 4.1 1.171 1.070 2.24210 370 5.00 5.3 0.505 0.515 1.02011 380 1.29 4.6 1.509 1.553 3.061 2.312 390 1.29 4.1 1.988 1.388 3.37613 400＊1.29 4.0 1.470 1.639 3.11014 410＊1.29 4.8 1.494 1.824 3.317 2.315 420＊1.29 4.6 1.730 1.853 3.58316 420＊2.26 4.4 1.588 1.567 3.156 2.217 420＊3.10 4.0 1.743 1.946 3.688 2.518 420＊5.00 4.6 0.809 0.809 1.618 2.7
粘合 20%19 280 1.29 3.9 1.249 1.454 2.70320 290 1.29 5.0 1.085 0.963 2.048 2.821 300 1.29 4.8 1.435 1.160 2.59522 310 1.29 4.4 1.611 1.507 3.11823 320 1.29 5.2 1.281 1.278 2.559 3.524 330 1.29 5.0 1.745 1.431 3.17625 340 1.29 4.7 1.736 1.890 3.62626 350 1.29 4.5 1.893 2.304 4.197 2.227 360 1.29 4.0 2.352 2.266 4.61928 370 1.29 4.7 2.206 2.471 4.67829 380 1.29 4.5 2.408 2.383 4.791 3.530 390 1.29 4.2 2.806 2.466 5.27331 400＊1.13 4.3 2.353 2.146 4.49932 410＊1.29 4.1 3.281 2.935 6.216 3.533 420＊1.29 4.5 3.063 3.193 6.25634 420＊2.26 4.9 2.372 2.485 4.857 3.035 420＊3.10 5.2 2.032 1.964 3.996 2.836 420＊5.00 4.4 1.789 1.514 3.302 3.2粘合 38%37 230 1.29 7.6 0.892 0.772 1.665 1.338 237 1.29 5.1 0.992 0.945 1.93839 240 1.29 4.6 1.037 1.085 2.12240 240 1.29 7.3 1.145 1.015 2.161
41 250 1.29 4.3 1.044 1.005 2.04942 260 1.29 4.2 0.769 1.277 2.047 3.243 270 1.29 4.3 1.219 1.294 2.51344 280 1.29 3.8 1.646 1.608 3.25445 290 1.29 3.9 1.333 1.517 2.849 2.046 300 1.29 5.5 1.408 1.481 2.88947 310 1.29 5.3 1.636 1.461 3.09748 320 1.29 5.5 1.372 0.849 2.221 2.349 330 1.29 5.6 1.481 0.886 2.36850 340 1.29 5.5 1.706 1.154 2.86051 350 1.29 5.3 2.031 1.601 3.632 2.352 360 1.29 5.1 1.963 1.564 3.52753 370 1.29 5.4 2.650 2.092 4.74254 380 1.29 5.2 2.294 2.410 4.704 355 390 1.29 4.7 3.215 2.810 6.02556 400＊1.29 4.9 2.910 2.888 5.79757 410＊1.29 4.9 6.620 5.012 11.63258 420＊1.29 5.2 2.879 2.957 5.836 2.859 420＊2.26 6.4 2.298 1.656 3.954 3.260 420＊5.00 5.2 1.616 1.477 3.093 2.8＊表示在加工期間溫度太高棉纖維變色。
權(quán)利要求
1.可熱熔粘合的纖維混合物包括由75-85(wt)%的棉纖維和15-25(wt)%的共聚酯粘合纖維組成的均勻混合物，其熔點(diǎn)230-340°F。
2.權(quán)利要求1的混合物，其中棉纖維旦尼爾1-1.8，長度0.8-1.5英寸，粘合纖維的旦尼爾是棉纖維的0.75-2.7倍，長度是棉纖維的0.75-2.0倍，粘合纖維是對苯二酸/間苯二酸乙二醇共聚酯，二者的摩爾比為80/20-60/40。
3.權(quán)利要求2的混合物，其中共聚酯中對苯二酸酯與間苯二酸酯的摩爾比為70/30。
4.從纖維混合物制備耐久性層狀制品的工藝，其中75-85wt%的棉纖維和15-25wt%共聚酯粘合纖維的均勻混合物熔點(diǎn)為230-340°F，從混合物制成層狀制品包括幾個步驟，在230-390°F下對層狀制品熱處理20-100秒以有效地軟化粘合纖維并在纖維交叉點(diǎn)進(jìn)行粘合。
5.權(quán)利要求4的工藝，其中粘合纖維是對苯二酸/間苯二酸乙二醇共聚酯，對苯二酸酯與間苯二酸酯的摩爾比從80/20-60/40。
6.權(quán)利要求5的工藝，其中共聚酯中對苯二酸酯與間苯二酸酯的摩爾比為70/30。
7.由75-85wt%棉纖維和15-25wt%共聚酯粘合纖維的熔點(diǎn)從230-340°F的均勻混合物制成的層狀制品，其中，粘合纖維在交叉點(diǎn)上與層狀制品中的其它纖維隨機(jī)粘合，其中，校正的總斷裂功大于2.0磅-英寸/OZ/yd2，密度小于0.038克/cm3。
8.權(quán)利要求7的層狀制品，其中，粘合纖維是摩爾比為80/20-60/40的對苯二酸/間苯二酸乙二醇共聚酯。
9.權(quán)利要求8的層狀制品，其中，共聚酯中對苯二酸酯與間苯二酸酯的摩爾比為70/30。
10.權(quán)利要求7的層狀制品，其中在洗凈后呈現(xiàn)的外觀優(yōu)于同種材料同樣條件下含少于15wt%大于25wt%共聚酯粘合纖維制造的層狀纖維制品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合物，一種層狀制品以及從混合物制造層狀制品的工藝?；旌衔锖蛯訝钪破酚擅蘩w維和共聚酯粘合纖維的均勻混合物制取，其中粘合性纖維熔點(diǎn)為230-340。
文檔編號D04H1/54GK1048420SQ90104558
公開日1991年1月9日 申請日期1990年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月5日
發(fā)明者郭和剛 申請人:納幕爾杜邦公司