專利名稱：耐磨纖維無紡織復合結(jié)構物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于由至少兩種不同組份組成的纖維無紡織結(jié)構物及制造纖維無紡織結(jié)構物的方法。
纖維無紡織材料和纖維無紡織復合材料由于它們生產(chǎn)成本低并具有一些特殊性質(zhì)而被廣泛用作產(chǎn)品或產(chǎn)品組成部分。制造纖維無紡織復合材料的一種方法是將不同類型的無紡織材料結(jié)合成一層合物。例如，美國專利號3，676，242(發(fā)明者Prentice，1972年7月11日公布)描述了一種層合結(jié)構物，它是將無紡織的纖維墊粘合到塑料膜上而制成的。美國專利3，837，995(發(fā)明者Floden，1974年9月24日公布)透露了一種多層纖維無紡織材料，它含有自粘到一層或多層大直徑天然纖維上的一層或多層熱塑性聚合物纖維。
另一種制備方法是將熱塑性聚合物纖維與一種或多種其它類型的纖維材料和/或顆?；旌?。該混合物集合成纖維無紡織復合網(wǎng)的形式，也可以粘合或處理成粘結(jié)的無紡織復合材料以至少利用其每個組分的一些性質(zhì)。例如，美國專利4，100，324(發(fā)明者An derson等，1978年7月11日公布)透露了一種無紡織物，它是木槳和熔噴熱塑性聚合物纖維的總體均勻混合物。美國專利3，971，373(發(fā)明者Braun，1976年7月27日公布)透露了一種含有熔噴熱塑性聚合物纖維和離散的固體顆粒的無紡織材料。根據(jù)這個專利，在無紡織材料中，顆粒是與熔噴纖維均勻地分散和摻合的。美國專利4，429，001(發(fā)明者Kolpin等，1984年1月31日公布)透露了一種有吸收力的片材，它是熔噴熱塑性聚合物纖維和高吸收性固體顆粒的組合。據(jù)透露這種高吸收性顆粒是均勻分散和物理地固定在熔噴熱塑性聚合物纖維網(wǎng)的內(nèi)部。
上述層合材料的整體性部分靠把層合材料各層間粘結(jié)的技術。一個缺點是一些有效的粘合技術增加了層合材料的成本及制造工藝的復雜性。
含有總體均勻分布的組份材料的無紡織纖維復合物可有一些與組分排布有關的缺點。特別是，均勻分布的某些纖維和顆?？蓪е碌艚q和/或顆粒脫落。另一個缺點是，所述復合物含有高比例的均勻分布的顆?；蚨绦±w維(例如，漿粕)，因為由熱塑性聚合物纖維組份提供的強度較低，其整體性通常較差。這個現(xiàn)象也見之于含有高比例漿粕和/或顆粒的總體均勻復合物，其耐磨性和拉伸強度均差。當這種無紡織復合物用來抹拭液體或用作濕擦片時這個問題就特別明顯。但是，因為漿粕和某些顆粒比較便宜，又能提供有用的性質(zhì)，所以常常是極希望在纖維無紡織復合結(jié)構中高比例地摻入這些材料。
因之，對于纖維無紡織復合結(jié)構一個要求是，既要便宜，但又要有好的耐磨性，整體性和濕強度。對纖維無紡織復合結(jié)構也有一個要求是，既要有高漿粕含量并且便宜，但又要有好的耐磨性，整體性和濕強度。
這里所用的術語“纖維無紡織結(jié)構”是指各個纖維或長絲交叉鋪放，但不是以相同的重復方式交叉鋪放的結(jié)構。無紡織結(jié)構，例如無紡織纖維網(wǎng)，過去可用本領域普通技術人員已知的各種方法制造，例如熔噴和熔紡法，紡粘法和粘梳纖維網(wǎng)法等。
這里所用的術語“耐磨纖維無紡織復合結(jié)構”是指熔噴熱塑性聚合物纖維與至少一種其它組份(例如，纖維和/或顆粒)以纖維無紡織結(jié)構形式相結(jié)合，這種纖維無紡織結(jié)構的耐磨性比相同組份的均勻混合物的耐磨性至少要大約25%。例如，其耐磨性比相同組份的均勻混合物的耐磨性至少要大30%左右。一般地說，要做到這一點可使熔噴熱塑性聚合物纖維在纖維無紡織結(jié)構物鄰近外表面處的濃度大于在其內(nèi)部的濃度。
這里所用的術語“熔噴纖維”是指這樣形成的纖維將熔融的熱塑性材料通過許多細的，通常是園形的模板孔擠出形成熔融的絲束或長絲進入一高速的氣(例如空氣)流中，高速氣流將熔融熱塑性材料的長絲拉細以減少其直徑(要以減至微纖直徑)。然后該熔噴纖維被高速氣流帶走并沉積于一收集面上形成無規(guī)分布的熔噴纖維網(wǎng)。熔噴法是眾所周知的，在各種專利和出版物中都有描述，例如NRL報告4364中V.A.Wendt，E.L.Boone和C.D.Fluharty撰寫的“超細有機纖維的制造”;NRL報告5265中K.D.Lawrence，R.T.Lukas和J.A.Young撰寫的“一種改進的超細熱塑性纖維成形設備”;美國專利3849241(發(fā)明者Buntin等，1974年11月19日公布)。
這里所用的術語“微纖”是指平均直徑不大于約100微米的細直徑纖維，例如直徑從約0.5微米至約50微米的纖維，更具體地說，微纖平均直徑也可從約4微米至40微米。
這里所用的術語“可棄物”不只限于那些一次性或有限次性使用物品，而且也指那些對消費者來說很便宜的物品，當它們變臟或僅用一次或幾次后就不能用就可以丟棄的物品。
這里所用的術語“漿粕”是指含有天然來源，如木質(zhì)和非木質(zhì)植物之纖維的漿粕。木質(zhì)植物包括，例如落葉樹和針葉樹;非木質(zhì)植物包括，例如棉、亞麻、茅草、馬利筋屬植物、稻草、黃麻、和甘蔗渣。
這里所用的術語“透氣性”是指一種流體，例如，一種氣體通過材料的能力。透氣性以每單位時間每單位面積通過流體的體積單位來表示，例如單平方英尺材料每分鐘的立分英尺數(shù)((立方英尺/分鐘/平方英尺)或(cfm/平方英尺))。透氣性可以利用Frazier空氣透過性試驗儀(Frazier精密儀器公司產(chǎn)品)確定，測試方法按照聯(lián)邦試驗方法5450，標準號191A規(guī)定進行，但試樣大小為8″×8″而不是7″×7″。
這里所用的術語“平均流動孔徑”是指用Coulter孔度計和Coulter POROFILTM試驗液(購自Coulter電子有限公司，英國Luton)通過液體置換技術測量確定的平均孔徑。平均流動孔徑是通過用表面張力非常低的液體(即Coulter POROFILTM)濕潤試樣來測定。在試樣的一側(cè)施加空氣壓力。最終，當空氣壓力增加時，在最大的一些孔中流體的毛細管吸引力被克服，迫使液體流出而使空氣通過試樣。隨著空氣壓力進一步增加，越來越小的孔洞也將逐漸暢通。這樣就可確定濕試樣的流量對壓力的關系，并和干試樣測定的結(jié)果進行比較。平均流動孔徑是在50%干試樣的流量對壓力曲線與濕試樣的流量對壓力曲線的相交點上測定的，在該特定壓力下開通的孔的直徑(即平均流動孔徑)可以通過下式確定孔徑(μm)＝(40τ)/壓力其中τ＝以單位mN/M表示的流體的表面張力;壓力為以毫巴(mbar)表示的所施壓力;由于用來濕潤試樣的液體表面張力非常低，因此可以假定該液體在試樣上的接觸角約為零。
這里所用的術語“超吸收劑”是指在吸收劑浸入液體中4小時后在至多約1.5磅/平方英寸(psi)壓力下所有被吸液仍基本保持的條件下，每克吸收劑能夠吸收至少10克水液(例如蒸餾水)的吸收材料。
這里所用的術語“主要包括”不排除那些對給定的復合物或產(chǎn)物所要求的性質(zhì)無重大影響的添加物的存在。這類材料的例子包括(不限于此)顏料、抗氧劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、蠟、流動促進劑及能提高復合物加工性的添加劑的顆?；虿牧稀?br> 本發(fā)明提供一種耐磨的纖維無紡織結(jié)構物以響應上述的需要，它是由(1)具有第一外表面，第二外表面和一個里部的熔噴纖維基體;和(2)至少一種結(jié)合進熔噴纖維基體的其它材料所組成，使得熔噴纖維在無紡織結(jié)構物的每個外表面附近的濃度至少約為60%(重量)，熔噴纖維在里部的濃度約低于40%(重量)。較好是，熔噴纖維在每個外表面附近的濃度為約70%至約90%(重量)，熔噴纖維在里部的濃度可以低于約35%(重量)。
根據(jù)本發(fā)明，無紡織結(jié)構物的耐磨性要比相同組份的均勻混合物的耐磨性至少大約25%左右。較好是，本發(fā)明的纖維無紡織結(jié)構物的耐磨性要比相同組份的均勻混合物的耐磨性至少大30%左右。例如，本發(fā)明的纖維無紡織結(jié)構物的耐磨性比相同組份的均勻混合物的耐磨性大約50%至約150%。
熔噴纖維基體通常是熔噴聚烯烴纖維基體，但其它類型的聚合物也可使用。例如，熔噴纖維基體可以是聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇、聚己內(nèi)酯等熔噴纖維基體。當熔噴纖維是聚烯烴纖維時，它們可以是聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、丁烯共聚物或同樣物質(zhì)的混合物。
結(jié)合進熔噴纖維基體的其它材料的選擇可根據(jù)耐磨纖維無紡織結(jié)構物所要求的功能而定。例如，其它的材料可以是聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚烯烴纖維、纖維素衍生物纖維(例如漿粕)、多組分纖維、天然纖維、吸收性纖維、或兩種或多種這類纖維的共混物?？蛇x擇地和/或附加地，也可用顆粒性材料如木炭、粘土、淀粉、超吸收劑等。
在本發(fā)明的一方面中，纖維無紡織結(jié)構物是適合用作含約100%至約700%干重液體的濕擦片。較好是，濕擦片含有約200%至約450%干重的液體。
根據(jù)本發(fā)明，纖維無紡織結(jié)構物具有濕強度好的特性，這使得它特別適合作用濕擦片。較好是，纖維無紡織結(jié)構物至少在兩個方向上具有至少約0.15磅的濕剝離強度及至少約0.30磅的濕梯形撕破強度。更好是，纖維無紡織結(jié)構物在至少兩個方向上具有范圍從約0.15磅至約0.20磅的濕剝離強度及具有范圍從約0.3磅至約0.90磅的濕梯形撕破強度。一般地說，強度特性將隨纖維無紡織結(jié)構物的單位重量而變。
根據(jù)本發(fā)明，纖維無紡織結(jié)構物的單位重量范圍從每平方米約20克至500克。較好是纖維無紡織結(jié)構物單位重量范圍從每平方米約35克至約150克。更好是，纖維無紡織結(jié)構物的單位重量范圍從每平方米約40克至約90克。兩層或多層無紡織纖維結(jié)構物可結(jié)合起來提供具有所需要的單位重量和/或功能特性的多層材料。
本發(fā)明的另一方面，是提供了一種耐磨的，低掉絨，高漿粕含量的纖維無紡織結(jié)構物，它是由(1)小于約35%總重量的并具有第一外表面、第二外表面和里部的熔噴纖維形成的基體;和(2)大于約65%總重量的結(jié)合到熔噴纖維基體中的漿粕纖維所組成，使得熔噴纖維在纖維無紡織結(jié)構物的每個外表面附近的濃度至少約為60%(重量)，熔噴纖維在里部的濃度約低于40%(重量)。較好是，無紡織纖維結(jié)構物含有約65%至95%(基于結(jié)構物總重量)的漿粕纖維和約5%至約35%(基于結(jié)構物總重量)的熔噴纖維。同樣好是，熔噴纖維在纖維無紡織結(jié)構物的每個外表面附近的濃度為約70%至約90%(重量)，熔噴纖維在里部的濃度約低于35%(重量)。
這種高漿粕含量的纖維無紡織結(jié)構物的耐磨性比相同組份的均勻混合物的耐磨性至少要大約25%。更好是，本發(fā)明的纖維無紡織結(jié)構物的耐磨性比相同組份的均勻混合物的耐磨性至少要大約30%。例如，本發(fā)明的纖維無紡織結(jié)構物的耐磨性比相同組份的均勻混合物的耐磨性大約50%至150%。高漿粕含量的纖維無紡織結(jié)構物當按照干Climet起絨試驗測定掉絨率時，每0.01立方英尺空氣中10微米大小的顆粒數(shù)約少于50，0.5微米大小的顆粒數(shù)約少于200。例如，掉絨率可為每0.01立方英尺空氣中10微米大小的顆粒數(shù)少于約40，0.5微米大小的顆粒數(shù)少于約175。
耐磨的高漿粕含量的纖維無紡織結(jié)構物可有較寬范圍的單位重量。例如，其單位重量范圍可從約40至500克/m2。兩層或多層高漿粕含量的纖維無紡織結(jié)構物可以結(jié)合起來以提供具有所需單位重量的和/或功能特性的多層材料。
本發(fā)明這種耐磨的高漿粕含量的纖維無紡織結(jié)構物特別適合用作濕擦片。這種濕擦片生產(chǎn)成本很低，價格便宜，在一次或有限次使用后即可丟棄。用作濕擦片的耐磨的高漿粕含量的纖維無紡織結(jié)構物可含干重的約100%至700%的液體。較好是，這種濕擦片含有干重的約200%至450%的液體。


圖1是可用于制備耐磨的纖維無紡織復合結(jié)構物的設備說明圖。
圖2是圖1所示的設備的某些裝置說明圖。
圖3是耐磨的纖維無紡織復合結(jié)構物橫截面上典型的熔噴纖維濃度梯度的分布圖。
圖4是一個典型的高耐磨纖維無紡織復合結(jié)構物的顯微相片。
圖5是圖4所示的典型的無紡織復合結(jié)構物的放大顯微相片。
圖6是一個典型的均勻纖維無紡織復合結(jié)構物的顯微相片。
圖7是圖6所示的典型的均勻無紡織復合結(jié)構物的放大顯微相片。
圖8是一個典型的多層纖維無紡織復合結(jié)構物的顯微相片。
圖9是圖8所示的典型的多層纖維無紡織復合結(jié)構物的放大顯微相片。
首先看一下附圖，各圖中相同的參考號代表著同樣的或等價的結(jié)構?，F(xiàn)在具體看一下圖1，通過參考號10概括地表示了一個制備耐磨纖維無紡織復合結(jié)構物的典型裝置。在制備本發(fā)明的耐磨纖維無紡織復合結(jié)構物時，熱塑性聚合物的粒料或切片等(圖中未畫出)加到擠出機14的粒料料斗12中。
擠出機14有一個用常規(guī)驅(qū)動馬達(未畫出)驅(qū)動的擠出螺桿(未畫出)。聚合物在向前移動通過擠出機14時，由于被驅(qū)動馬達帶動的擠出螺桿的旋轉(zhuǎn)而被逐漸加熱到熔融態(tài)。將熱塑性聚合物加熱到熔融態(tài)是在許多分立的階段中完成的，當它通過擠出機14的各個加熱區(qū)分別朝著兩個熔噴模板16和18移動時，其溫度逐漸地升高。熔噴模板16和18可以是另外一個加熱區(qū)，在那里，熱塑性樹脂保持著較高的溫度以利擠出。
每個熔噴模板設計成的形狀可使每模板兩股拉細氣流匯聚成一股氣流，當熔融的絲束20從熔噴模板的小孔或噴絲孔24出來時，將其帶走并拉細。熔隔絲束20被拉伸成通常比噴絲孔24的直徑還要小的細直徑纖維或微纖(這取決于拉伸程度)。所以，每個熔噴模板16和18都有一個相應的含帶走并拉細了的聚合物纖維的單股氣流26和28。含聚合物纖維的氣流26和28在沖擊區(qū)30合并成一束。
一種或多種輔助纖維32(和/或顆粒)在沖擊區(qū)30處加到熱塑性聚合物纖維或微纖24的兩股氣流26和28中。輔助纖維32導入熱塑性聚合物纖維24的兩股氣流26和28要設計成使輔助的纖維32在合并的熱塑性聚合物纖維流26和28中產(chǎn)生一個梯度的分布。要完成這一點，可讓含輔助纖維32的輔助氣流34在熱塑性聚合物纖維24的兩股氣流26和28之間合并，致使所有三種氣流以可控的方式匯合。
進行這種合并的設備包括一個常用的開松輥36裝置，它有著許多齒38，可以把輔助纖維的片或條40打成單個的輔助纖維32。送入開松輥36的輔助纖維的片或條40可以是漿粕纖維片(如果想得到的是熱塑性聚合物纖維和輔助的漿粕纖維的兩組份混合物)、短纖維絮墊(如果想得到的是熱塑性聚合物纖維和輔助的短纖維的兩組份混合物)或漿粕纖維片和短纖維絮墊兩者兼有(如果想得到的是熱塑性聚合物纖維、輔助的短纖維和輔助的漿粕纖維三組份混合物)。在具體的實例中，例如需要一種吸收性材料，那么輔助纖維32就是吸收性纖維。輔助纖維32通?？梢詮南铝幸唤M纖維中選取一種或幾種聚酯纖維、聚酰胺纖維、纖維素衍生物纖維，例如，粘膠纖維、木漿纖維、多組分纖維例如皮芯型多組分纖維，天然纖維如絲纖維、羊毛纖維或棉纖維或?qū)щ娎w維，或兩種或多種這些輔助纖維的混合物。其它類型的輔助纖維32，例如聚乙烯纖維和聚丙烯纖維，以及兩種或多種其它類型輔助纖維32的混合物也可應用。輔助纖維32可以是微纖，或輔助纖維32可以是平均直徑從約300微米至約1000微米的長纖維。
輔助纖維32的片或條40通過輥裝置42送入開松輥36。當開松輥36的齒38將輔助纖維片40打松成分離的輔助纖維32后，分離的輔助纖維32通過噴管44，朝熱塑性聚合物纖維或微纖24的氣流輸送。機殼46包住開松輥筒36并且在機殼46和開松輥36的齒38的表面之間提供了一個通道或間隙48。一種氣體，例如空氣，通過氣導管50進入開松輥36的表面和機殼46之間的通道或間隙48。氣導管50通常在噴管44和間隙48的連結(jié)點52處進入通道或間隙48。足量的供氣可以作為通過噴管44輸送輔助纖維32的介質(zhì)。從氣導管50供給的氣體也可用來幫助將輔助纖維32從開松輥36的齒38上脫除。任何常用的裝置，例如鼓風機(未畫出)都可用作供氣設備?？梢栽O想，添加物和或其它材料也可加到或進入氣流中以處理輔助纖維。
一般說來，單獨的輔助纖維32以其離開開松輥36的齒38的速率通過噴管44。換句話說，輔助纖維32在離開開松輥36的齒38進入噴管44時，一般保持著其離開開松輥36的齒38那一點的速度的大小和方向。這種安排(在Anderson等人的美國專利4，100，324中有著更詳細的討論，這里引作參考)基本上有助于減少纖維的起絮。
在某一方向上對噴管44的寬度進行調(diào)整使之與熔噴模板16和18的寬度大致匹配。較好是，噴管44的寬度與熔噴模板16和18大致相同。通常，噴管44的寬度不應超過送入開松輥36的片、條40的寬度。一般說來，噴管44的長度較好是在設備設計所允許的范圍內(nèi)盡可能短。
開松輥36也可用通常的顆粒輸入系統(tǒng)代替以制備含有各種輔助顆粒的無紡織復合結(jié)構物54。如果在圖1所示的系統(tǒng)中增加一個通常的顆粒輸入系統(tǒng)，那么就可以在形成無紡織復合結(jié)構物54之前將輔助顆粒和輔助纖維兩者合并起來加到熱塑性聚合物纖維中。這種顆?？梢允抢缒咎俊⒄惩?、淀粉、和/或通常稱之為超吸收劑的水解膠體(水凝膠)顆粒。
圖1進一步表示出，帶有輔助纖維32的輔助氣流34指向熱塑性聚合物纖維流26和28之間，以使這些氣流在沖擊區(qū)30相接觸。當這些氣流在沖擊區(qū)接觸時，輔助氣流34的速度通常調(diào)節(jié)得比每個熱塑性聚合物纖維24的氣流26和28的速度要大。這個特點與許多常用的制備復合材料的方法不同。這些常用的方法依賴的是吸氣效應，即低速的輔助材料流被吸入高速的熱塑性聚合物纖維流以增加湍動混合，這樣得到的是一個均勻的復合材料。
和均勻復合材料不同，本發(fā)明的目標是一個其組份呈梯度分布的無紡織結(jié)構物。雖然發(fā)明者不應該固守一個特別的生產(chǎn)原理，但是可以相信，當氣流在沖擊區(qū)30相交時，將輔助氣流34的速度調(diào)節(jié)得比每個熱塑性聚合物纖維24的氣流26和28的速度大可以得到的結(jié)果是，當它們在沖擊區(qū)30和集束表面之間合并成一體時，纖維組分的梯度分布就能形成。
氣體流之間的速度差使得輔助纖維32以某種方式結(jié)合進熱塑性聚合物纖維流26和28中，以使輔助纖維32變成逐漸地和僅局部地在熱塑性聚合物纖維中分布。通常，為增加生產(chǎn)速度，進入并拉細熱塑性聚合物纖維24的氣流應該有較高的初始速度，例如從每秒約200英尺至1000英尺以上。但是，這些氣流膨脹并從熔噴模板脫離后它們的速度就迅速降低。因此這此氣流在沖擊區(qū)的速度就可通過調(diào)節(jié)熔噴模板和沖擊區(qū)間的距離來控制。帶有輔助纖維32的氣流34與帶有熔噴纖維的氣流26和28相比其起始速度比較低。但是，通過調(diào)節(jié)從噴管44至沖擊區(qū)30間的距離(以及熔噴纖維氣流26和28必需通過的距離)，氣流34的速度可控制得比熔噴纖維氣流26和28的速度大。
由于輔助纖維32進入熱塑性聚合物纖維流26和28中時，熱塑性聚合物纖維24常常仍然半熔融的和發(fā)粘的，所以輔助纖維32通常不僅與熱塑性聚合物纖維24形成的基體機械地纏結(jié)，而且也被熱粘合到熱塑性聚合物纖維24上。
為了把熱塑性聚合物纖維24和輔助纖維32的復合流56轉(zhuǎn)變?yōu)橛蔁崴苄跃酆衔锢w維24的粘合基體及其中分布著的輔助纖維32所組成的復合無紡織結(jié)構物，在復合流56的途徑上設有一個收集裝置。收集裝置可以是個環(huán)形傳動帶58，通常由按圖1中箭頭62所示方向旋轉(zhuǎn)的輥筒60所驅(qū)動。其它的收集裝置對本領域技術人員是眾所周知的，也要用來代替環(huán)形傳動帶58。例如，可用有孔的轉(zhuǎn)鼓裝置。并合的熱塑性聚合物纖維和輔助纖維流以粘合纖網(wǎng)狀收集在環(huán)形傳動帶58的表面形成無紡織復合纖維網(wǎng)54。真空箱64有助于把纖網(wǎng)結(jié)構保持在傳動帶58的表面上。真空可以置于大約1至4英寸水柱。
復合結(jié)構物54是粘結(jié)的，可以作為自承重的無紡織材料從傳動帶58上取出。一般說來，具有適當?shù)膹姸群驼w性的復合結(jié)構物可以直接使用而不需要任何后處理如花紋粘合等。如果需要，可以用一對軋輥或花紋粘合輥粘合部分材料。雖然這種處理可以改進無紡織復合結(jié)構物54的整體性，但也往往會將結(jié)構物壓實。
現(xiàn)在參看一下圖2，它是圖1所示的典型工藝過程的簡圖。圖2看重突出的是一些將影響制得的纖維無紡織復合結(jié)構類型的工藝參數(shù)，同時也顯示了影響纖維無紡織復合結(jié)構物類型的各種成形距離。
熔噴模板裝置16和18被安裝成各自成一個角度。該角度是自與兩模板呈切線的平面(平面A)測量的。一般說來，平面A與成形表面(即環(huán)形傳動帶58)平行。通常，兩模各自成一個角度(θ)安裝，以使由兩個模中形成的纖維和微纖的氣載流26和28在平面A下面的地方(即沖擊區(qū)30)相交。較好是θ角的范圍從約30°至約75°。更好是，θ角的范圍從約35°至約60°。甚至更好的是，θ角的范圍從約45°至約55°。
熔噴模裝置16和18之間相隔距離為α。一般說來，距離α最大不超過約16英寸。距離α也可設定甚至比16英寸還大以得到一種膨松、豐滿的材料，它比在較短矩離得到的材料強力略低且粘合性差。較好是，α的范圍從約5英寸至約10英寸。更好的是，α的范圍從約6.5英寸至約9英寸。重要的是，熔噴模之間的距離α和每個熔噴模的角度θ決定著沖擊區(qū)30的位置。
從沖擊區(qū)30到每個熔噴?？诘木嚯x(即距離X)應該調(diào)整成能將每個纖維和微纖流26和28的離散減少到最低的程度。例如，這個距離的范圍可從0至約16英寸。較好是，這個距離大于2.5英寸。例如，從約2.5英寸至約6英寸。每個熔噴?？谘b置至沖擊區(qū)的距離X可從?？陂g的距離α和模角θ通過下式算出X＝α/(2COSθ)一般來說，復合流56在它與成形表面58接觸以前，通過選擇適當?shù)拇怪背尚尉嚯x(即距離β)可以將其離散減少到最低程度。β是熔噴?？?0和72至成形表面58之間的距離。為了減少離散，通常是希望垂直成形距離短一些。但這必須權衡考慮到擠出纖維在接觸成形表面58之前從它們的粘稠的半熔融態(tài)固化的需要。例如，從熔噴?？谄鸬拇怪背尚尉嚯xβ的范圍可從約3英寸至約15英寸。垂直成形距離β也可以設定甚至大于15英寸，這里得到的是一種膨松、豐滿的材料，它比在較短距離得到的材料強力略低且粘結(jié)性差。較好是，這個從?？谄鸬拇怪本嚯xβ為約7英寸至約11英寸。
垂直成形距離β中一個重要的部分是沖擊區(qū)30和成形表面58之間的距離(即距離Y)。沖擊區(qū)30的位置應使合并的氣流到達成形表面的距離(Y)最短，以使被輸送的纖維和微纖的離散減少到最低程度。例如，從沖擊區(qū)至成形表面的距離Y范圍可從約0至約12英寸。較好是，從沖擊點至成形表面的距離Y的范圍從約3至約7英寸。從沖擊區(qū)30至成形表面58的距離可由垂直成形距離β，兩?？陂g的距離α和模角θ通過下式算出Y＝β-((α/2)COSθ)氣體帶出的輔助纖維是借助于從噴管44射出的氣流34到達沖擊區(qū)。一般來說，噴管44的定位是使其垂直軸基本垂直于平面A(即與熔噴模16和18相切的平面)。
在某些情況，可能希望冷卻輔助氣流34。冷卻輔助氣流可以加速熔融的或粘性的熔噴纖維的驟冷，并且縮短熔噴模口和成形表面間的距離，這又能用于減低纖維的離散和提高復合結(jié)構物的梯度分布。例如，輔助氣流34的溫度可冷卻到約15°F至約85°F。
通過熔噴纖維流26和28與輔助纖維氣流34之間的平衡，所要求的熔噴模的模角θ，垂直成形距離β，熔噴模口間的距離α，沖擊區(qū)和熔噴?？陂g的距離X和沖擊區(qū)和成形表面間的距離Y之間的平衡，有可能提供一個輔助纖維在熔噴纖維流內(nèi)部的可控結(jié)合以生產(chǎn)纖維無紡織復合結(jié)構物，熔噴纖維在該纖維無紡織復合結(jié)構物的外表面附近濃度較高，而在其里部濃度較低(也即輔助纖維和/或顆粒的濃度較高)。
這種纖維無紡織復合結(jié)構物橫截面上典型的熔噴纖維濃度梯度分布概圖如圖3所示。曲線E代表熔噴聚合物纖維濃度，曲線F代表漿粕濃度。
參看圖4-9，這些圖是含有約40%(重量)的熔噴聚丙烯纖維和約60%(重量)的木漿的纖維無紡織復合結(jié)構物的掃描電鏡相片。更具體地說，圖4是典型高耐磨的纖維無紡織復合結(jié)構物20.7×(線性放大倍數(shù))的顯微相片。圖5是圖4所示的典型無紡織復合結(jié)構物的67.3×(線性放大倍數(shù))的顯微相片。由圖4和5可見，在結(jié)構物的上表面和下表面(即外表面)附近，熔噴纖維的濃度較大。熔噴纖維也分布在整個結(jié)構物的內(nèi)部，但是濃度較低。由此可見，圖4和5的結(jié)構物可以認為是一個熔噴纖維的基體，輔助纖維以可控的方式結(jié)合在其中，使得熔噴纖維在結(jié)構物外表面附近濃度較高，而在結(jié)構物里部的濃度較低。
雖然發(fā)明者不應固守一個特別的生產(chǎn)原理，但是可以相信，圖4和5的結(jié)構物表明了輔助纖維在如上所述的熔噴纖維基體中的可控的或非均勻的分布。盡管輔助纖維在熔噴纖維基體內(nèi)的分布似乎并不遵循精確的梯度模式，但結(jié)構物橫截面上的確存在熔噴纖維的濃度在接近其外表面時增加而接近其內(nèi)部時減少的情況。這種分布相信是特別有益的，因為雖然熔噴纖維在結(jié)構物內(nèi)部的濃度是減少了，但仍存在著足夠量的熔噴纖維，所以這種無紡織結(jié)構物有著一般均勻結(jié)構物所理想的強度和整體性，又由于熔噴纖維在結(jié)構物的外表面附近的濃度高，故提供理想的耐磨性。
圖6是一個典型的均勻纖維無紡織復合結(jié)構物的20.7×(線性放大倍數(shù))的顯微相片。圖7是圖6所示的典型的均勻纖維無紡織復合結(jié)構物的67.3×(線性放大倍數(shù))的顯微相片。圖6和7中所示的復合結(jié)構物基本上是熔噴聚丙烯纖維和木漿的均勻混合物。這種均勻混合物是用常規(guī)生產(chǎn)纖維無紡織復合網(wǎng)技術制備的一類典型材料的實例。由圖6和7明顯可見，熔噴纖維和木漿在復合結(jié)構物的整個截面上是均勻分布的，熔噴纖維在結(jié)構物的外表面附近及在其內(nèi)部的分布也基本相同。
圖8是一個典型的多層纖維無紡織復合結(jié)構物的20.7×(線性放大倍數(shù))顯微相片。圖9是圖8所示的典型多層纖維無紡織復合結(jié)構物的67.3×(線性放大倍數(shù))顯微相片。圖8和9所示的復合結(jié)構物含有分立的熔噴聚丙烯纖維層，中間夾以分立的木漿層。這些顯微相片顯示，多層復合結(jié)構物的里部基本上沒有熔噴纖維。
實施例試樣拉伸強度和伸長的測量是用Instron 1122型萬能試驗機按照聯(lián)邦測試法標準191A的方法5100進行的。拉伸強度是指試樣拉伸斷裂時的最大負荷或力(即峰負荷)。濕試樣峰負荷的測量分機器方向和橫機器方向兩種。測量結(jié)果以力的單位(磅力)表示，被測樣尺寸是1英寸寬，6英寸長。
樣品梯形撕破強度的測量按ASTM試驗標準D1117-14的規(guī)定進行，但是撕破負荷是按起始負荷和最高負荷的平均值而不是按最低負荷和最高負荷的平均值計算。
顆粒和纖維從織物試樣上脫落的測量是用Climet起絨試驗機按INDA試驗標準160.0-83規(guī)定的方法進行，但是試樣的大小是6×6英寸而不是7×8英寸。
樣品吸水能力的測量是按照關于工業(yè)用和機關用的擦手紙和擦拭紙的聯(lián)邦規(guī)程UU-T-595C的規(guī)定進行。吸收能力是指在一定的時間內(nèi)材料吸收液體的能力，它和材料在其飽和吸收點所保持的液體總量有關。吸收能力是由測量試樣由于吸收液體造成的重量增加來確定。吸收能力是以被吸收液體的重量除以試樣重量的百分數(shù)表示，計算式如下總吸收能力＝ (飽和試樣重量-試樣重量)/(試樣重量) ×100“吸水速率或“吸收速率”是指一滴水被一平面的平整的材料試樣吸收的速率。吸水速率是按照TAPPI標準方法T432-SU-72的規(guī)定測定，但有如下的變動1)每個試樣上先后滴三個分開的水滴;2)每次測5個而不是10個樣。
試樣的水芯吸速率是按照TAPPI方法UM451的規(guī)定測量。芯吸速率是指水被一條吸水材料在垂直方向上吸出的速率。
試樣的靜態(tài)和動態(tài)摩擦系數(shù)(C.O.F.)按照ASTM 1894的規(guī)定測量。
試樣的剝離強度或Z向整體性的測量是用符合ASTM試驗標準D27 24.13以及聯(lián)邦試驗方法標準191A的方法5951規(guī)定的剝離強度試驗法進行，但有下列例外1)材料的剝離強度以所有被測試樣平均峰負荷計算;2)試樣尺寸是2英寸×6英寸;3)計量長度為1英寸。
測量試樣的杯壓試驗性能。杯壓試驗可以評估織物的剛性，它是測量用一直徑4.5cm的半球形座將一片7.5英寸×7.5英寸的織物壓擠成一直徑大約為6.5cm，高6.5cm的倒置杯形織物所需要的峰負荷，杯形織物外面圍以直徑大約為6.5cm的園筒以保持杯形織物的均勻變形。座和杯要對好以避免杯壁與座相接觸，否則會影響峰負荷的測定。當座以約每秒0.25英寸(每分鐘15英寸)的速度下降時，用FTD-G-500型負荷測定器(量程500克，新澤西州Tennsauken的Schaevitz公司制造)測量峰負荷。
試樣的單位重量基本上按照ASTM D-3776-9的規(guī)定測定，但有如下的變動1)試樣的大小為4英寸×4英寸見方;2)總共稱重9個試樣。
液體遷移速率由液體在一疊濕擦片內(nèi)的分布情況確定。液體的遷移測定是用一疊80個機制或手制的濕擦片，每個被測擦片約7.5英寸×7.5英寸，呈Z形折疊形狀。將擦片浸入一個含約97%(重量)水;約1%(重量)丙二醇;和約0.6%(重量)PEG-75羊毛脂的溶液中。PEG-75羊毛脂是購自俄亥俄州辛辛那提的Henkel公司。一旦這些擦片的液體增重達到穩(wěn)定(約為每個擦片干重的330%)，即放入一擦片桶內(nèi)貯放。在間隔約30天后取出這擦片，將整疊稱重。每個擦片分開稱重后回放到原來疊中的位置上，將整疊擦片放入烘箱中干燥。在擦片干燥后，將整疊和單個的擦片稱重得到了干重。每個擦片的增濕率按下式計算增濕率＝(濕重-干重)/干重×100以碼放位置(1-80)作X軸，增濕率(以百分數(shù)表示)作Y軸，將增濕率數(shù)據(jù)作圖。頂部(1-5)和底部(76-80)的5個擦片的數(shù)據(jù)由于在烘箱中過干燥而棄之。增濕率和碼放位置之間的關系假定為線性的，將數(shù)據(jù)點線性回歸就產(chǎn)生一條直線，該直線的斜率即定義為液體的遷移率。為使液體在一疊擦片中保持相對均勻的分布，較低的液體遷移率(即低的斜率)比高液體遷移率(即高的斜率)更為理想。
耐磨試驗是在CS-22C SC1型Stoll Quartermaster萬能耐磨測試儀(新澤西州Cedar Knoll的Custom科學儀器公司出品)上進行。試樣在約0.5磅的頭重下進行磨耗循環(huán)。磨耗頭裝有一片1/8英寸厚的高密度彈性橡膠(購自伊利諾州Elmhurst的McMaster Carr公司，產(chǎn)品目錄號8630 K74)。新的磨耗頭以兩個試樣運轉(zhuǎn)1000次循環(huán)為限。試驗要進行到試樣上首次出現(xiàn)完全松散的纖維“球?！睘橹?。也即是說，直到出現(xiàn)用一個挑針就能容易地從試驗面上除去的纖維“球?！睘橹埂Ｔ囼灂r大約每30次循環(huán)后就要停下來檢查是否有纖維“球?！薄Ｄ湍バ允且孕纬赏耆缮⒌睦w維“球?！彼璧难h(huán)次數(shù)表示，取15個試樣的平均值。
實施例1含有纖維化木漿和熔噴聚丙烯纖維的纖維無紡織復合結(jié)構物按上述和圖12所示的通用過程生產(chǎn)。纖維化木漿是約80%(重量)漂白軟木牛皮紙漿和約20%(重量)漂白硬木牛皮紙漿(Weyerhaeuser公司產(chǎn)品，牌號Weyerhaeuser NF-405)的混合物。聚丙烯是來自Himont化學公司，牌號Himont PF-015。熔噴纖維的成形是在500°F擠出溫度下，以每模每小時90磅的速率將聚丙烯擠出成熔融絲束，熔融熔絲束在530°F溫度下，在流速為約600-650標準立方英尺/分(scfm)的氣流中被拉細。
卷裝木漿(roll pulp)用通常的開松機纖維化。單獨的漿粕纖維懸浮在壓力約為2.6磅/平方英寸的氣流中。夾帶有熔噴纖維的兩股氣流在特定的條件下與含漿粕纖維的氣流相撞造成各種不同一體化程度的氣流。并合的氣流射向一成形金屬絲網(wǎng)，在網(wǎng)下真空系統(tǒng)的幫助下收集集合的纖維成為復合的材料。復合材料在加熱加壓的花紋粘合輥和光滑的砧輥上進行粘合。花紋粘合輥在每線性英寸約49磅的壓力下操作，能賦于表面積約8.5%的粘合花紋。在粘合輥的溫度為約190℃和砧輥的溫度為170℃下進行了粘合操作。
復合材料的一些特定的性質(zhì)和結(jié)構隨工藝參數(shù)的改變而不同。本實例中為制備不同的材料而改變的工藝參數(shù)為(1)兩?？陂g的距離(即距離α)和(2)模口角(即模角θ)。
要制備的材料是以約65%(漿粕/聚合物比)(重量)的漿粕和約35%(重量)的聚合物為目標。漿粕/聚合物比利用物料衡算法確定。物料衡算是以進入工藝過程中的漿粕量和聚合物量為基準。假定所有進入工藝過程中的漿粕和聚合物都轉(zhuǎn)化為復合材料，復合物的漿粕/聚合物比就能算出。例如，上述的工藝包括有兩個熔噴模。每個模以約90磅/小時穩(wěn)定速率(總的聚合物速率約180磅/小時)將聚合物加工成熔噴物。因為復合物的漿粕/聚合物比定為65/35(即約65%(重量)的漿粕和約35%(重量)的聚合物)，所以加入工藝過程中的漿粕可算出為約180×(65/35)。因此，加入工藝過程的漿粕應定在約334磅/時。
為了核實設定的工藝配比，可將復合材料的各組份分別成形然后稱重。在這種情況下，希望得的是漿粕/聚合物比為65/35及單位重量為72克/平方米的復合材料。首先是在纖維化器中不加漿粕的情況下進行工藝操作，所以在特定的聚合物輸入量下形成了熔噴纖維網(wǎng)。熔噴纖維網(wǎng)的單位重量約為39克/平方米。按計算的物料量將漿粕加入工藝過程中，得到了熔噴纖維和漿粕的復合物，該復合物的總單位重量約72克/平方米與約65/35的漿粕/聚合物比相符。在正常的工藝操作時，漿粕/聚合物比可略微偏離目標值，但一般應在目標值的約5～10%的范圍之內(nèi)。這點可從表1中所列的漿粕/聚合物比的數(shù)據(jù)中看到，該數(shù)據(jù)是用解析圖象分析法確定的。
本實例工藝條件的描述及所制備的各種材料均列于表1和2中。
表1 工藝條件漿粕/聚合物 ?？诰嚯x(α) ?？诮铅? 單位重量試樣比 (英寸) (度) (g/m2)均勻的 58/42 6.5 50 72梯度的 60/40 6.5 55 72多層的 60/40 16.5 75 72
?？谥脸尚? ?？谥翛_擊 沖擊區(qū)至成試樣 網(wǎng)距離(β) 區(qū)距離(χ) 形面距離(γ)(英寸) (英寸) (英寸)均勻的 11 2.5 7.1梯度的 11 2.8 6.4多層的 11 13.8 0表2 物理性能剝離強度 剝離強度 梯形撕破 梯形撕破 樣條拉伸 樣條拉伸試樣 MD-濕樣 CD-濕樣 強度 強度 強度 強度(磅) (磅) MD-濕樣 CD-濕樣 MD-濕樣 CD-濕樣(磅) (磅) (磅) (磅)均勻的 0.15 0.18 0.40 0.15 1.98 0.47梯度的 0.16 0.15 0.80 0.31 2.21 0.48多層的 0.02 0.02 0.57 0.18 0.74 0.37濕樣杯壓 靜態(tài)摩擦 動態(tài)摩擦 Climet Frazier試樣 性能 系數(shù) 系數(shù) 起絨試驗 透氣性(g/mm) (g) (g) 10μ/0.5μ (立方英尺/分鐘/平方英尺)
均勻的 2008 0.29 0.23 55/230 71.56梯度的 1849 0.28 0.22 36/157 68.84多層的 1784 0.25 0.20 103/894 181.52剝離強度 梯形撕破 耐磨性試樣 (MD) 強度(MD) χ σ(磅) (磅)均勻的 0.15 0.40 161 84梯度的 0.16 0.80 328 173多層的 0.02 0.57 144 39吸收能力 吸收速率 芯吸性能試樣 (g/m2) (秒) CD/MD*(cm/60秒)均勻的 668 0.73 3.5/4.4梯度的 687 0.74 3.7/4.2多層的 691 0.61 3.4/3.0CD-機器橫方向，MD-機器方向由表1表2可見，纖維無紡織復合結(jié)構物及其相關的物理性能可以通過改變模角和熔噴纖維?？陂g的距離來調(diào)整。當熔噴?？陂g的距離為6.5英寸時，55°的模角可制成“梯度”材料。也即是制得的材料中，它的外表面附近富集聚合物纖維而里部則富集漿粕。圖4和5的顯微相片所示的就是這種梯度材料。由圖可見，沒有明顯分界的被完全由熔噴纖維組成的層隔斷的漿粕層存在。相反，各組份的混合是逐漸變化的，它也可看作是纖維的濃度從富集漿粕的里部到富集聚合物纖維的外部呈現(xiàn)一種有規(guī)律的逐步的過渡。如前所述，可以相信這種逐漸變化的組份混合為結(jié)構物提供了期望的整體性和強度。例如，梯度材料的梯形撕破強度和剝離強度達到了所期望的與均勻結(jié)構物相當?shù)乃?。雖然每種試樣在成形后都進行了粘合，但是梯度材料由于結(jié)構物的強度和整體性好可不需要進行粘合或其它后處理而直接使用。
梯度結(jié)構物成功地加入了高含量的短小輔助纖維(例如漿粕)和/或顆粒，同時比均勻結(jié)構物和多層結(jié)構物具有更高的耐磨性。梯度結(jié)構物也提供了理想的顆粒/纖維間相互抓握或固持的水平。這一點通過比較Climet起絨試驗的結(jié)果就很清楚。雖然發(fā)明者不應固守特定的生產(chǎn)原理，但是可以相信梯度材料的這些突出的結(jié)果可歸因于(1)粘稠的、部分熔融熔噴纖維與輔助材料的充分混合，纏結(jié)和某種程度的點粘合，和(2)鄰近結(jié)構物外表面上高濃度的熔噴纖維所提供的包封效應。重要的是，當鄰近外表面的高濃度熔噴纖維減少纖維/顆粒的損失時，它并不明顯地影響材料對液體的固持能力，這可由吸收能力，吸收速率和芯吸速率的測定結(jié)果得到證實。
當模角改變到約50°時，得到的是均勻的材料，也即是得到熔噴纖維和漿粕在整個纖維無紡織結(jié)構物中基本上是均勻分布的材料。圖6和7的顯微相片所示的就是這種均勻材料。
當模角改變到約75°時，得到的是多層的纖維無紡織結(jié)構物。這種材料有著熔噴纖維的頂層和底層中間夾以一層基本上無熔噴纖維的漿粕。這種多層的纖維無紡織結(jié)構如圖8和9的顯微相片所示。
雖然這種多層的纖維無紡織復合結(jié)構物中實際上所有的聚合物纖維都在其外表面上，并且實際上所有的漿粕都在其里部，盡管將結(jié)構物花紋粘合，但這種多層結(jié)構的強度特性，耐磨性和漿粕抓握性仍很差?？梢韵嘈牛鄬咏Y(jié)構物中存在的明顯的濃度分區(qū)不能提供達梯度結(jié)構物所達到的組份之間整體化的水平。
分析圖象解析熔噴聚合物纖維和漿粕纖維在試樣外表面附近和里部的濃度通過分析圖象解析法確定。在這個解析技術中，將三個1/2英寸見方，試樣的每一邊攝成100×(線性)放大倍數(shù)的掃描電鏡相片。掃描電鏡相片的景深約為150μm。每個顯微相片有著約為1000μm×700μm視場，并且有一5×5的柵格覆蓋，將每個顯微相片分成25個分部。每幅視場相隔1000μm。用肉眼觀察紀錄顯微相片每幅視場中漿粕纖維的數(shù)量和長度。
漿粕纖維的密度假定為約1.2g/cm3。聚丙烯的密度假定為約0.91g/cm3。面積計算時假定漿粕纖維的平均直徑為約50μm。計算體積和質(zhì)量時假定每個漿粕纖維的橫截面約10μm×70μm。
每個試樣的厚度通過用入射光觀察刀片割出的橫截面邊緣測定。用酸將試樣中的纖維素(例如木漿)提取出來。整個試樣的漿粕/聚合物比(即總體漿粕/聚合物比)可通過比較起始試樣重(含有漿粕和聚合物)與酸處理后的試樣的干重(除去漿粕)來確定。
試樣表面漿粕比例的確定是基于面積百分數(shù)和體積百分數(shù)的空間等效性。這個假定使得有可能用面積和密度數(shù)據(jù)算出試樣表面的質(zhì)量比。試樣內(nèi)部(非表面層)的漿粕/聚合物比可用下式計算RC＝(HO＊RO-(HS＊(RS1＝RS2))/HC其中RC＝試樣內(nèi)部(非表面層或中心)的漿粕/聚合物比HC＝試樣里層(非表面層或中心)的高度RO＝整個試樣的漿粕/聚合物比(由酸提取法確定)HO＝整個試樣的高度RS1＝第一表面層的漿粕/聚合物比(由分析圖象解析法確定)RS2＝第二表面層的漿粕/聚合物比(由分析圖象解析法確定)。
HS＝聯(lián)合表面層的高度(聯(lián)合的掃描電鏡相片的景深)。
在表1和2中所述的試樣按上述的方法分析。各種試樣的漿粕/聚合物比列于表3中。
表3 漿粕/聚合物比試樣 總體 表面A 表面B 里層均勻的 58/42 54/46 56/45 59/41梯度的 60/40 24/76 30/70 64/36多層的 60/40 10/90 10/90 64/36作為本發(fā)明實例之一的梯度結(jié)構物其總的(總體)漿粕/聚合物比為60/40，聚合物纖維在其外表面區(qū)(即在掃描電鏡相片的可見區(qū)域內(nèi))的平均濃度約為73%。通過計算，梯度結(jié)構物里層聚合物纖維的濃度約為35%。
實施例2含有纖維化木漿和熔噴聚丙烯纖維的纖維無紡織復合結(jié)構物按照實施例1所述的和圖1和2所示的通用過程生產(chǎn)。纖維化木漿是約80%(重量)漂白軟木牛皮紙漿和約20%(重量)漂白硬木牛皮紙漿(Weyerhaeuser公司產(chǎn)品，牌號Weyerhaeuser NF-405)的混合物。聚丙烯來自Himont化學公司，牌號Himont PF-015。熔噴纖維的成形是在520°F擠出溫度下以每個模每小時90磅的速率將聚丙烯擠出成熔融絲束。熔融絲束在530°F溫度下，在流速約為800scfm的主氣流中被拉細。
卷裝木漿用通常的開松機纖維化。單個的漿粕纖維懸浮在壓力約為40英寸水柱的輔助氣流中。兩個夾帶有熔噴纖維的主氣流在特定的條件下與輔助氣流相撞造成各種一體化程度不同的氣流。并合的氣流連續(xù)射向一成形金屬絲網(wǎng)，纖維被收集成復合材料，它的表面附近熔噴纖維的濃度較高而里部熔噴纖維的濃度較低(即漿粕較多)。復合材料的一些特定性質(zhì)和結(jié)構隨工藝參數(shù)和材料參數(shù)的改變而不同。本實施例中為制備不同的材料而改變的工藝參數(shù)為(1)兩模口間的距離(即距離α)和(2)?？诮?即模角θ)。被改變的材料參數(shù)是漿粕/聚合物比。漿粕/聚合物比按實施例1所述那樣測定和驗證。
表4列出了所制備的各種不同的纖維無紡織復合結(jié)構物。這些結(jié)構物被用來試驗確定工藝改變?nèi)绾斡绊憻o紡織復合物的平均流動孔徑，這些結(jié)構物也被用來試驗確定它們保持液體在由單片復合結(jié)構物組成垂直疊中均勻分布能力的大小。這種情況在纖維無紡織復合結(jié)構物被包裝起來用作濕擦片時是很普通的。這種包裝也許被幾乎是無限期存放，必須使水份在貯疊中有著基本均勻的分布。也即是，疊頂部不應該干透而疊底部不應該積液。這種試驗結(jié)果是以液體遷移速率表示并列于表4中。
No. 漿粕/ ?？诰? ?？诮? 小于35μ 液體遷移聚合物 離(α) (θ) 孔徑的% 速率1 55/45 5" 35° 57 2.082 55/45 5" 55° 65 1.903 65/35 5" 35° 61 1.414 65/35 9" 55° 67 1.245 55/45 9" 55° 69 1.186 65/35 9" 55° 68 1.497 65/35 5" 35° 63 1.888 55/45 9" 35° 80 1.049 60/40 7" 45° 72 1.48如上所述，纖維無紡織復合結(jié)構物及其相關連的性質(zhì)能被改變以滿足對產(chǎn)品屬性的要求。在一疊濕擦片中，重要的是水份在整個一疊中的均勻分布。沒有水份均勻分布則疊頂部將是干的而堆底部將是水飽和的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當結(jié)構物的外表面附近含有的聚合物微纖百分數(shù)高時可以改進一疊擦片中的水份分布狀況，此時增加了極微孔(平均孔徑小于35μm的孔)的相對數(shù)量。一般來說，在上述的工藝中要完成這一點只要讓?？陂g的距離(即距離α)大于9英寸。?？陂g的距離越大相應著攜帶有被拉細熔噴纖維的氣流的速度下降越大。這就降低了在沖擊區(qū)發(fā)生在漿粕和熔噴纖維間的混合數(shù)量。此外，比較大的熔噴?？陂g的距離降低了沖擊區(qū)(氣流的匯合處)的位置，使其更接近成形金屬絲網(wǎng)。這個變短了的距離限制了用于纖維混合的時間。這兩個工藝改變造成了漿粕與熔噴纖維基體的漸變分布。結(jié)構物鄰近表面部分聚合物微纖的百分含量更高，這也增加了小孔的相對數(shù)量。
當本發(fā)明與某些優(yōu)選的實施例相聯(lián)系時，應該理解，本發(fā)明所包含的內(nèi)容并不限于這些特殊的實例。相反，本發(fā)明的內(nèi)容包括所有隸屬于以下權利要求的精神和范圍的取舍、改進和等價物。
權利要求
1.一種耐磨的纖維無紡織復合結(jié)構物，它包括具有第一外表面、第二外表面和里部的熔噴纖維基體；和至少另一種結(jié)合進熔噴纖維基體中至少使熔噴纖維在無紡織結(jié)構物每個外表面附近的濃度至少約60%(重量)且熔噴纖維在里部的濃度小于約40%(重量)的材料。
2.權利要求1的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中復合物的耐磨性至少要比相同成份的均勻混合物的耐磨性大約30%。
3.權利要求2的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中復合物的耐磨性要比相同成份的均勻混合物的耐磨性大約50-150%。
4.權利要求1的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中熔噴纖維基體是選自下列一組聚合物纖維的熔噴纖維基體聚烯烴纖維、聚酰胺纖維、聚酯纖維、聚氨酯纖維、聚乙烯醇纖維、聚己內(nèi)酯纖維和其混合物。
5.權利要求4的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中聚烯烴纖維由選自以下一組的聚烯烴制成;聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、丁烯共聚物和其混合物。
6.權利要求1的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中另一種材料是選自由聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚烯烴纖維、纖維素衍生物纖維、多組分纖維、天然纖維、吸收劑纖維、或兩種或多種所述纖維的共混物構成的組。
7.權利要求1的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中熔噴纖維在每個外表面附近的濃度為約70-90%(重量)，熔噴纖維在里部的濃度低于約35%(重量)。
8.一種包含至少兩層權利要求1的耐磨纖維無紡織復合結(jié)構物的無紡織復合材料。
9.一種包含權利要求1的纖維無紡織復合結(jié)構的濕擦片，其中濕擦片含有的液體為干重的約100-700%。
10.權利要求9的濕擦片，其中濕擦片含有的液體為干重的約200-450%。
11.權利要求9的濕擦片，其中濕擦片具有在至少兩個方向上濕剝離強度至少約0.15磅以及濕梯形撕破強度至少約0.30磅。
12.權利要求11的濕擦片，其中濕擦片至少在兩個方向上具有濕剝離強度范圍從約0.15磅至約0.20磅以及濕梯形撕破強度范圍從約0.30磅至約0.90磅。
13.權利要求9的濕擦片，其中濕擦片具有單位重量在從每平方米約20克至約500克范圍。
14.一種耐磨的、高漿粕含量的纖維無紡織復合結(jié)構，它包括少于總重量的約35%的熔噴纖維，該熔噴纖維形成具有第一外表面，第二外表面和里部的基體;和大于總重量的約65%結(jié)合進熔噴纖維基體以使得熔噴纖維在無紡織結(jié)構每個外表面附近的濃度為至少約60%(重量)，而熔噴纖維在里部的濃度低于約40%(重量)的漿粕纖維。
15.權利要求14的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中復合物當用于Climet起絨試驗法測定時，掉絨在0.01立方英尺空氣中10微米直徑顆粒少于約50個，0.5微米直徑顆粒少于約200個。
16.權利要求14的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中復合物的耐磨性至少比相同組份的均勻混合物的耐磨性大約30%。
17.權利要求16的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中復合物的耐磨性比相同組份的均勻混合物的耐磨性大約50-150%。
18.權利要求14的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中熔噴纖維基體是選自由聚烯烴纖維、聚酰胺纖維、聚酯纖維、聚氨酯纖維、聚乙烯醇纖維、聚己內(nèi)酯纖維和其混合物構成組的熔噴纖維基體。
19.權利要求18的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中聚烯烴是選自由聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、丁烯共聚物和其混合物構成的組。
20.權利要求14的纖維無紡織復合結(jié)構，其中結(jié)構的總漿粕含量范圍從約65-95%(以結(jié)構物總重量為基)。
21.權利要求14的纖維無紡織復合結(jié)構物，其中熔噴纖維在每個外表面附近的濃度是約70-90%(重量)，且熔噴纖維在里部的濃度小于約20%(重量)。
22.一種包括至少兩層權利要求14的高漿粕含量、耐磨纖維無紡織復合結(jié)構的無紡織復合材料。
23.一種包括權利要求14的纖維無紡織復合結(jié)構的濕擦片，其中濕擦片含有的液體為干重的約100-700%。
24.權利要求23的濕擦片，其中濕擦片含有的液體為干重的約200-450%。
25.權利要求23的濕擦片，其中濕擦片在至少兩個方向上具有濕剝離強度至少約0.15磅且濕梯形撕破強度至少約0.30磅。
26.權利要求25的濕擦片，其中濕擦片在至少兩個方向上具有濕剝離強度在從約0.15磅至0.20磅范圍，濕梯形撕破強度在從約0.30磅至約0.90磅范圍。
27.權利要求23的濕擦片，其中濕擦片的單位重量在從每平方米約20克至500克范圍。
28.一種制造耐磨纖維無紡織復合結(jié)構的工藝，它包括使熔噴熱塑性聚合物纖維的第一流和第二流呈相交狀而形成一個沖擊區(qū)，將一輔助材料流在熔噴熱塑性聚合物纖維第一和第二流之間引向沖擊區(qū)從而形成一復合流;和在一成形面上將復合流收集使之成為具有輔助纖維結(jié)合進熔噴纖維基體以使熔噴纖維在纖維無紡織結(jié)構的每個外表面附近的濃度至少約60%(重量)且熔噴纖維在里部的濃度小于約40%(重量)的熔噴熱塑性聚合物基體。
全文摘要
公開了一種耐磨纖維無紡織復合結(jié)構物，它由下列兩組分組成(1)具有第一外表面、第二外表面和里部的熔噴纖維基體；和(2)至少一種結(jié)合進熔噴纖維基體中使熔噴纖維在無紡織結(jié)構的每個外表面附近的濃度至少為約60％(重量)，且熔噴纖維在里部的濃度小于約40％(重量)的其它纖維材料。這種纖維無紡織結(jié)構物提供了有用的強度和低掉絨特性以及比相同組分的均勻混合物耐磨性大至少約25％的耐磨性。本發(fā)明的纖維無紡織結(jié)構物可作濕擦片使用。
文檔編號D01D5/30GK1087392SQ9311845
公開日1994年6月1日 申請日期1993年10月4日 優(yōu)先權日1992年10月5日
發(fā)明者W·A·喬杰, T·J·科帕茨, M·F·瓊斯, G·A·策拉佐斯基 申請人:金伯利-克拉克公司