專利名稱：：非織造材料的制造方法
背景技術(shù)：
：本發(fā)明涉及一種通過水剌纏結(jié)纖維混合物而制造非織造材料的方法，該纖維混合物含連續(xù)長絲以及天然纖維和/或合成短纖維。水刺纏結(jié)法或射流噴網(wǎng)法(spunlace)是1970年代引入的技術(shù)，參見例如加拿大專利CA841938。該方法包括用于法成網(wǎng)或者濕法成網(wǎng)形成纖維網(wǎng)，然后依靠高壓下非常細的噴射水流使該纖維纏結(jié)。將幾排噴射水流直對支撐在可移動金屬絲網(wǎng)(wire)上的纖維網(wǎng)。然后干燥纏結(jié)的纖維網(wǎng)。在該材料中使用的纖維可為合成或再生短纖維，例如聚酯、聚酰胺、聚丙烯、粘膠等，漿粕纖維或漿粕纖維與短纖維的混合物。射流成網(wǎng)材料能夠以高質(zhì)量及趨于合理的成本制造，并且吸收容量高。它們可例如用作家庭或工業(yè)用的擦拭材料，用作醫(yī)療中的以及供衛(wèi)生用途等的用可棄材料。在WO96/02701中公開了泡沫化纖維網(wǎng)的水刺纏結(jié)法。纖維網(wǎng)中所包含的纖維可為漿粕纖維和其它天然纖維以及合成纖維。由例如EP-B-0333211和EP-B-0333228已知，纖維組分之一為熔噴纖維的纖維混合物的水刺纏結(jié)法。基材即受水刺纏結(jié)的纖維狀材料，要么由至少兩層預(yù)制纖維層組成，其中一層由熔噴纖維構(gòu)成；要么由“共成形(coform)材料”組成，其中實質(zhì)上均質(zhì)的熔噴纖維和其它纖維的混合物在金屬絲網(wǎng)上被氣流成網(wǎng)并接著進行水刺纏結(jié)。由EP-A-0308320已知，將連續(xù)長絲網(wǎng)與含漿粕纖維和短纖維的濕法成網(wǎng)纖維材料合并在一起，并使各自成形的纖維網(wǎng)經(jīng)水刺纏結(jié)在一起形成疊層。這樣的材料中，因為水刺纏結(jié)期間纖維相互粘連且僅有非常有限的可移動性，從而不同纖維網(wǎng)中的纖維相互間將不能整體化。發(fā)明目的及最重要特征本發(fā)明的目的是提供由纖維混合物制造水剌非織造材料的方法，該纖維混合物是例如熔噴和/或紡粘纖維形式的連續(xù)長絲與天然纖維和/或合成短纖維的混合物，其中纖維的選擇有很大自由并且其中連續(xù)長絲與剩余的纖維被很好地整體化。按照本發(fā)明，通過使天然纖維和/或合成短纖維的纖維網(wǎng)泡沫化并使泡沫化纖維分散體與連續(xù)長絲水刺纏結(jié)到一起形成復(fù)合材料實現(xiàn)了這一點，其中連續(xù)長絲與剩余的纖維被很好的整體化。經(jīng)泡沫化，改善了天然纖維和/或合成纖維與合成長絲的混合，所述混合效果經(jīng)水刺纏結(jié)得到加強，以致得到其中所有類型纖維實質(zhì)上被相互均質(zhì)混合的復(fù)合材料。和此特征一起的其它特征表現(xiàn)為，該材料非常高的強度性能以及寬的孔體積分布。附圖描述以下將參考附圖所示的一些實施方案，對本發(fā)明進行更清楚的描述。圖1~5圖示了裝置的一些不同實施方案，該裝置用于按本發(fā)明制造水刺非織造材料。圖6和7顯示了作為參照材料的泡沫化射流噴網(wǎng)材料形式和僅由熔噴纖維組成的射流噴網(wǎng)材料形式的孔體積分布。圖8顯示了本發(fā)明復(fù)合材料的孔體積分布。圖9以條形圖形式顯示了，復(fù)合材料及其中包括的兩種基材料在干和濕條件下以及在表面活性劑溶液中的拉伸強度。圖10顯示了按本發(fā)明所制非織造材料的電子顯微鏡照片。部分實施方案描述圖1圖示了按本發(fā)明制造水刺纏結(jié)復(fù)合材料的裝置。用熔噴設(shè)備10按照常規(guī)的熔噴技術(shù)形成熔噴纖維的氣體流，例如用美國專利US3,849,241或者US4,048,364中已知的那種。簡言之，該方法包括將熔融聚合物通過噴嘴以極細流擠出，并且將會聚的空氣流指向聚合物流以使它們被牽伸而出，成為直徑很小的連續(xù)長絲。該纖維依據(jù)它們的尺寸可以是微細纖維或大纖維。微細纖維的直徑至多20微米，但通常其直徑介于2和12微米之間。大纖維的直徑在20微米以上，例如介于20~100微米之間。原則上，所有的熱塑性聚合物能用于制造熔噴纖維。可用聚合物的例子是聚烯烴例如聚乙烯和聚丙烯、聚酰胺、聚酯和聚交酯。當然也可以使用這些聚合物的共聚物以及具有熱塑性的天然聚合物。紡粘纖維用略有不同的方法制造，即擠出熔融聚合物，將其冷卻并牽伸至適當?shù)闹睆健＿@種纖維的直徑通常在10微米以上。例如介于10和100微米之間。以下將描述如熔噴纖維的連續(xù)長絲，但應(yīng)理解為也可使用其它類的連續(xù)長絲，例如紡粘纖維。按照圖1所示的實施方案，熔噴纖維11被直接置于金屬絲網(wǎng)12上，在此使它們形成比較疏松、開放的網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中纖維相互間相對自由。實現(xiàn)這一點或是通過相對增大熔噴噴嘴和金屬絲網(wǎng)之間的距離，以便長絲在它們落到金屬絲網(wǎng)12上之前冷卻下來，在12上它們的粘性降低；或是在它們落到該金屬絲網(wǎng)上之前用一些其它方法使熔噴纖維冷卻，例如通過噴淋液體。所形成熔噴層的單位面積重量(basisweight)應(yīng)當介于2和100克/米2之間，且松密度介于5和15厘米3/克。從高位流料箱15出來的泡沫化纖維網(wǎng)14被置于熔噴層的頂端。泡沫化是指由含水和表面活性劑泡沫液體中的纖維分散體形成纖維網(wǎng)。例如在GB1,329,409、US4,443,297和在WO96/02701中描述了此泡沫化技術(shù)。泡沫化纖維網(wǎng)具有非常均勻的纖維構(gòu)造。為了更詳細地描述泡沫化技術(shù)，引用上述文獻作為參考。通過強化的泡沫效果，在此階段將已經(jīng)發(fā)生熔噴纖維和泡沫化纖維分散體的混合。離開高位流料箱15的強紊亂泡沫中生出的空氣泡將向下滲透到可移動的熔噴纖維之間并推動這些纖維使其分開，以致更粗糙幾分的泡沫化纖維將與熔噴纖維整體化。因此，在此步驟后，存在的將主要是整體化的纖維網(wǎng)而不再有不同纖維網(wǎng)的多層。許多不同種類并且以不同比例混合的纖維可用于制造泡沫化纖維網(wǎng)。因此可以使用漿粕纖維或者漿粕纖維與例如聚酯、聚丙烯、粘膠、萊塞爾(Lyocell)等合成纖維的混合物。作為合成纖維的替代物，可以使用纖維長度長，例如12毫米以上的天然纖維，例如，種子纖維如棉、木棉和馬利筋屬植物(milkweed)；葉纖維如劍麻、馬尼拉麻、菠蘿、新西蘭麻(hamp)，或者韌皮纖維如亞麻、大麻、苧麻、黃麻、kenaf?？梢允褂貌煌睦w維長度，并且依靠泡沫化技術(shù)，能夠使用比常規(guī)纖維網(wǎng)濕法成網(wǎng)中可用纖維更長的纖維。水刺纏結(jié)中長纖維，大約18~30毫米，是有利的，因為它們提高了材料在干以及濕條件下的強度。泡沫化帶來的進一步好處是，和濕法成網(wǎng)能夠制造的材料相比，能夠制造單位面積重量更低的材料。其它纖維長度短的天然纖維可用來作為漿粕纖維的替代物，例如細莖針茅草、五色草和農(nóng)作物種子產(chǎn)生的麥管。依靠排布在金屬絲網(wǎng)下面的抽吸箱(未示出)，經(jīng)過金屬絲網(wǎng)12抽吸泡沫，并且該泡沫向下通過置于該金屬絲網(wǎng)上的熔噴纖維網(wǎng)。當熔噴纖維和其它纖維的整體化纖維網(wǎng)仍被金屬絲網(wǎng)12支撐時進行水刺纏結(jié)，并且用此方法形成復(fù)合材料24。有可能在水刺纏結(jié)之前將該纖維網(wǎng)轉(zhuǎn)移到特殊的纏結(jié)金屬絲網(wǎng)上，使其有可能被賦予圖案，從而形成圖案化的非織造材料。纏結(jié)裝置16可包括數(shù)排噴嘴，在非常高的壓力下非常細的噴射水流從這里直對纖維網(wǎng)刺去，使纖維纏結(jié)。用例如加拿大專利CA841938作為參考，以便進一步描述水刺纏結(jié)或者也被稱為射流噴網(wǎng)的技術(shù)。熔噴纖維將因此在水刺纏結(jié)之前已與泡沫效果所致泡沫化纖維網(wǎng)中的纖維混合并整體化。在隨后的水刺纏結(jié)中，將使不同類型的纖維纏結(jié)，并獲得其中所有類型的纖維大體上均質(zhì)混合且相互整體化的復(fù)合材料。容易地將微細可移動熔噴纖維與其它纖維纏繞和纏結(jié)，將得到很高強度的材料。此水刺纏結(jié)所需的能量供應(yīng)相對低，即此材料將易于纏結(jié)。水刺纏結(jié)中的能量供應(yīng)大約在50~300千瓦時/噸。圖2所示實施方案與前一方案的區(qū)別在于，使用了預(yù)制薄紗(tissue)層或射流噴網(wǎng)材料17，即水刺非織造材料，在其上擱置熔噴纖維11，然后將泡沫化的纖維網(wǎng)15置于該熔噴纖維的頂端。這三層纖維層因泡沫效果而混合，并在水刺纏結(jié)裝置15處水刺纏結(jié)形成復(fù)合材料24。按照圖3所示的實施方案，從第一高位流料箱19出來的第一泡沫化纖維網(wǎng)18被置于金屬絲網(wǎng)12上，在該纖維網(wǎng)的頂端，擱置熔噴纖維11，最后是第二高位流料箱21出來的第二泡沫化纖維網(wǎng)20。相互位于頂端形成的纖維網(wǎng)18，11和20因泡沫效果而混合，然后當它們?nèi)允芙饘俳z網(wǎng)12支撐時使它們水刺纏結(jié)。當然也可能僅有第一泡沫化纖維網(wǎng)18和熔噴纖維11并將這兩層水刺纏結(jié)在一起。按照圖4的實施方案與前面的區(qū)別在于，將熔噴纖維11置于單獨的金屬絲網(wǎng)22上，并且將預(yù)制的熔噴網(wǎng)23喂入兩泡沫化裝置18和20之間。當然在圖1和2所示的裝置中，也能用相應(yīng)的預(yù)制熔噴網(wǎng)23(圖1和2中未示出，譯者注)，其中僅從熔噴網(wǎng)23的上側(cè)進行泡沫化。按照圖5所示的實施方案，將熔噴纖維層11直接置于第一金屬絲網(wǎng)12a上，此后將第一泡沫化纖維網(wǎng)18置于該熔噴層的頂端。然后將該纖維網(wǎng)傳送到第二金屬絲網(wǎng)12b上并翻轉(zhuǎn)，此后，將第二泡沫化纖維網(wǎng)20從面對“熔噴側(cè)”的一邊置于“熔噴側(cè)”上。將該纖維網(wǎng)傳送到纏結(jié)金屬絲網(wǎng)12c，并進行水刺纏結(jié)。為了簡單起見，圖5中未示出介于構(gòu)造-和纏結(jié)裝置之間沿著傳送部件的纖維網(wǎng)。按照進一步選擇性的實施方案(未示出)，早于或者與其形成相聯(lián)系地將熔噴纖維直接喂入泡沫化纖維分散體中。例如，熔噴纖維的摻混可在高位流料箱中進行。優(yōu)選以公知的方式從纖維狀材料的兩側(cè)進行水刺纏結(jié)，以此方式獲得更均質(zhì)的等面(equilateral)材料。水刺纏結(jié)之后，干燥并卷取材料24。然后以公知方法將此材料轉(zhuǎn)換為合適的規(guī)格并進行包裝。實施例1將含50％化學牛皮紙漿漿粕纖維與50％聚酯纖維(1.7分特，19毫米)混合物的泡沫化纖維分散體以單位面積重量42.8克/米2置于熔噴纖維(聚酯，5~8微米)的網(wǎng)上，并隨即將其水刺纏結(jié)在一起，以此方法獲得單位面積重量為85.9克/米2的復(fù)合材料。水刺纏結(jié)時的能量供應(yīng)為78千瓦時/噸。從雙側(cè)對此材料進行水刺纏結(jié)。測定此材料干和濕條件下的抗張強度，伸長率以及吸收容量，結(jié)果示于下表。水刺纏結(jié)作為參照材料的泡沫化纖維網(wǎng)(參照物1)和熔噴纖維網(wǎng)(參照物2)，其與制造此復(fù)合材料所用的那些一致。在下列表1中列出了這些參照材料獨立以及放置在一起構(gòu)成雙層材料的測試結(jié)果。表1正如從上述測試結(jié)果所看出的那樣，在干以及在濕條件下和在表面活性劑溶液中，復(fù)合材料比結(jié)合的參照材料抗張強度高了很多。這說明在熔噴纖維和其余纖維之間存在良好的混合，其導(dǎo)致材料強度增加。在圖9中，以條形圖的形式示出了干和濕條件下以及在表面活性劑溶液中不同材料的抗張指數(shù)。復(fù)合材料的總吸收幾乎和參照材料1的一樣好，即和未混合熔噴纖維的射流噴網(wǎng)材料相當。另一方面，此吸收比參照材料2，即純?nèi)蹏姴牧系母吡嗽S多。在圖6(原文為7，譯者注)中，圖示了泡沫化參照材料——參照物1的孔體積分布，單位毫米3/微米·克，以及歸一化累積孔體積，單位％?？梢钥闯?，材料中大部分孔為60~70微米的。在圖7中，圖示了熔噴材料——參照物2的相應(yīng)孔體積分布。此材料中的大部分孔是50微米以下的。從顯示如上復(fù)合材料孔體積分布的圖8中可以看出，此材料的孔體積分布比兩種參照材料的寬了許多。這說明在此復(fù)合材料中存在有效的纖維混合。纖維結(jié)構(gòu)中的寬孔體積分布提高了此材料的吸收-和液體分配性能，因此是有利的。還可以從圖10，按上述實施例制造的復(fù)合材料的電子顯微鏡照片中看出，纖維相互間被很好地整體化和混合。實施例2制造纖維組份不同的許多水刺非織造材料，并就干和濕條件下抗張強度，斷裂功以及伸長率進行測試。材料1將含100％化學牛皮紙漿的漿粕纖維，單位面積重量為20克/米2的泡沫化纖維分散體置于非常輕微熱粘合，輕微壓縮的1.21分特、單位面積重量為40克/米2聚丙烯(PP)紡粘纖維層的雙面上，并隨即被水刺纏結(jié)在一起。PP纖維的抗張強度為20厘牛/特，E-模量為201厘牛/特并且伸長率為160％。從雙側(cè)對此材料進行水刺纏結(jié)。水刺纏結(jié)時的能量供應(yīng)為57千瓦時/噸。材料2將化學漿粕纖維的薄棉紙層置于和上述材料1(原文為A，譯者注)中同樣的紡粘材料的雙面上，從雙側(cè)對此材料進行水刺纏結(jié)。水刺纏結(jié)時的能量供應(yīng)為55千瓦時/噸。材料3將含100％化學牛皮紙漿的漿粕纖維，單位面積重量為20克/米2的泡沫化纖維分散體置于非常輕微熱粘合，輕微壓縮的1.45分特、單位面積重量為40克/米2聚酯(PET)紡粘纖維層的雙面上，并隨即被水刺纏結(jié)在一起。PET纖維的抗張強度為22厘牛/特，E-模量為235厘牛/特并且伸長率為76％。從雙側(cè)對此材料進行水刺纏結(jié)。水刺纏結(jié)時的能量供應(yīng)為59千瓦時/噸。材料4將漿粕纖維(85％化學漿粕和15％CTMP)的薄棉紙層，以單位面積重量為26克/米2置于和上述材料1(原文為A，譯者注)中同樣的紡粘材料的雙面上。從雙側(cè)對此材料進行水刺纏結(jié)。水刺纏結(jié)時的能量供應(yīng)為57千瓦時/噸。材料5對濕法成網(wǎng)的含50％聚酯(PET)纖維(1.7分特，19毫米)和50％化學漿粕漿粕纖維的纖維網(wǎng)，采用71千瓦時/噸的能量供應(yīng)進行水刺纏結(jié)。此材料的單位面積重量為87克/米2。PET纖維的抗張強度為55厘牛/特，E-模量為284厘牛/特，并且伸長率為34％。材料6除了用高了許多的能量供應(yīng)——301千瓦時/噸進行水刺纏結(jié)之外，和上述材料5相同。此材料的單位面積重量為82.6克/米2。材料1和3為按照本發(fā)明的復(fù)合材料，而材料2和4為本發(fā)明以外的疊層材料且將被視為參照材料。材料5和6為常規(guī)水刺纏結(jié)材料且也應(yīng)當被視為參照材料。材料5水刺纏結(jié)時的能量供應(yīng)與材料1~4水刺纏結(jié)時所用的為相同數(shù)量級，而材料6水刺纏結(jié)時的能量供應(yīng)相當高。測量結(jié)果示于下表2。表2</tables>結(jié)果顯示，和相應(yīng)的疊層材料(材料2和4)比較、以及和已經(jīng)用等價能量供應(yīng)進行纏結(jié)的濕法成網(wǎng)參照材料(材料5)比較，本發(fā)明的復(fù)合材料(材料1和3)強度值都更高。尤其是濕、干以及表面活性劑中的抗張強度值，本發(fā)明的復(fù)合材料要比參照材料高許多。高強度值證實，人們得到了纖維整體化非常好的復(fù)合材料。對于纏結(jié)所用能量供應(yīng)比復(fù)合材料的高許多(大約高5倍)的材料6而言，干燥條件下的抗張強度與復(fù)合材料的處于同一水平上。濕-和表面活性劑中相對強度以及斷裂功指數(shù)仍顯著低于復(fù)合材料的。作為進一步對照，水刺纏結(jié)兩層在以上測試中用到的紡粘材料。這些材料表示為材料7和8(原文為6和7)。材料7PP紡粘物兩層，1.21分特，單位面積重量各為40克/米2，以66千瓦時/噸的能量供應(yīng)進行水刺纏結(jié)。材料8PET紡粘物兩層，1.45分特，單位面積重量各為40克/米2，以65千瓦時/噸的能量供應(yīng)進行水刺纏結(jié)。這些材料的測量結(jié)果示于下表3。表3</tables>正如所看到的那樣，和按照本發(fā)明的復(fù)合材料相比，這些材料在所有方面強度值都低許多。按照本發(fā)明的復(fù)合材料在纏結(jié)時能量供給非常低的情況下，具有非常高的強度值。其原因是已經(jīng)創(chuàng)造出的均質(zhì)纖維混合物，在其中合成纖維和漿粕纖維在纖維網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作，以致非同尋常地獲得受歡迎的協(xié)同效果。伸長率和斷裂功的高數(shù)值證實，存在整體化非常好的纖維復(fù)合材料并且它們協(xié)作使得該材料能承受非常大的變形而不斷裂。本發(fā)明當然不限于附圖所示的實施方案以及上面的描述，并且可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)改變。權(quán)利要求1.通過水刺纏結(jié)含連續(xù)長絲與天然纖維和/或合成短纖維的纖維混合物制造非織造材料的方法，其特征在于，使天然纖維和/或合成短纖維的纖維網(wǎng)(14；18，20)泡沫化，并經(jīng)水刺將該泡沫化纖維分散體與連續(xù)長絲(11；23)纏結(jié)在一起以形成復(fù)合材料(24)，其中該連續(xù)長絲與剩余的纖維被很好地整體化。2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，該泡沫化直接發(fā)生在連續(xù)長絲層(11；23)上，并且貫穿該長絲層發(fā)生該泡沫化纖維網(wǎng)(14)的排液。3.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，將連續(xù)長絲層(11)直接置于泡沫化纖維分散體(18)的頂端，接著是所述泡沫化纖維分散體的排液。4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，將連續(xù)長絲層(11；23)置于兩泡沫化纖維分散體(18，20)之間，接著是所述泡沫化纖維分散體的排液。5.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，該連續(xù)長絲(11；23)置于薄紗或非織造物預(yù)制層(17)之上。6.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，在形成所述泡沫化纖維分散體的構(gòu)造過程之前或者隨同該過程，將該連續(xù)長絲直接喂入泡沫化纖維分散體中。7.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，該泡沫化纖維分散體中存在漿粕纖維。8.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，以其中纖維基本上相互自由的比較疏松、開放的網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)形式提供該連續(xù)長絲(11；23)，以致它們能容易地相互釋放并與該泡沫化纖維分散體中的纖維整體化。9.如前述權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，該連續(xù)長絲是熔噴纖維和/或紡粘纖維。全文摘要通過水刺纏結(jié)纖維混合物制造非織造材料的方法,該纖維混合物含例如熔噴和/或紡粘纖維的連續(xù)長絲以及天然纖維和/或合成短纖維。該方法的特征在于,形成天然纖維和/或合成短纖維的泡沫化纖維網(wǎng)(14)并經(jīng)水刺纏結(jié)使該泡沫化纖維分散體與連續(xù)長絲(11)纏結(jié)在一起而形成復(fù)合材料,其中連續(xù)長絲與剩余的纖維被很好地整體化。文檔編號D04H3/11GK1277644SQ9881050公開日2000年12月20日申請日期1998年10月23日優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日發(fā)明者B·約翰森,L·芬格爾申請人:Sca衛(wèi)生產(chǎn)品股份公司