專利名稱：高松密度復合片材及制備方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及通過將可收縮層斷續(xù)地粘結(jié)到可打褶裥層上來制備具有很高松密度的回彈性多層復合片材的改進方法。
2.相關現(xiàn)有技術(shù)的敘述具有高松密度的無紡片是已知的。采用梳理或氣流成網(wǎng)的高度卷曲回彈性纖維的、用于緩沖墊層和絕熱最終用途中的回彈性變型一般已知為“纖維填塞物”。膨松性、緩沖性和回彈性來源于纖維的卷曲和彈性模量。一些纖維填塞物結(jié)構(gòu)以無規(guī)的纖維取向來氣流成網(wǎng)。其它則是梳理的和交叉鋪網(wǎng)，以提供平衡的性能。許多被輕度針刺以改進強度。大多數(shù)依賴于在纖維交叉點上的纖維間粘結(jié)，以防止由反復的負載和卸載而發(fā)生的解體。纖維間粘結(jié)是用噴霧粘結(jié)劑、粉末粘結(jié)劑，或?qū)⒌腿埸c的纖維與較高熔點的基質(zhì)纖維混合來實現(xiàn)的。在一些情況下，它是通過使用包括低熔點組分和高熔點組分的多組分纖維，如皮-芯型纖維來實現(xiàn)的，其中皮包括具有比芯聚合物更低熔點的聚合物。此類現(xiàn)有技術(shù)的粘結(jié)的產(chǎn)品因為廣泛的纖維間粘結(jié)而具有有限的順應性和懸垂性，所述纖維間粘結(jié)是為了穩(wěn)定該結(jié)構(gòu)所需的。除非該產(chǎn)品沒有纏結(jié)或粘結(jié)，用現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品達到的松密度一般是有限的。然而此類未粘結(jié)的產(chǎn)品不具有耐久性，這是因為它們在負荷下傾向于陷縮(氈縮(mat-down))。
使用可螺旋形卷曲的并行多組分長絲的改進緩沖/絕熱產(chǎn)品也是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。這些產(chǎn)品通常具有超過4oz/yd2的基重，其中纖維在它們的交叉點處相互粘結(jié)。例如，授權(quán)于Davies等人(Davies)的美國專利3,595,731描述了含有雙組分螺旋形卷曲纖維的并行雙組分纖維材料，這些卷曲纖維采用在卷曲纖維中的螺旋形體的互鎖來以機械方式粘結(jié)和由低熔點的纖維組分的熔化在交叉點的纖維間產(chǎn)生粘結(jié)以粘合方式粘結(jié)?？梢栽趩我徊襟E中產(chǎn)生卷曲和活化潛在的粘合劑組分，或可以首先產(chǎn)生卷曲，隨后活化粘合劑組分。卷曲在沒有對片材施加壓力的情況下產(chǎn)生，讓纖維發(fā)揮它們的全部卷曲潛力。此類產(chǎn)品具有高松密度，但不具有在最終用途如枕頭和類似產(chǎn)品中所需要的極高松密度，或在最終用途如服裝襯里中所需要的懸垂性，因為，與由平面卷曲纖維形成的產(chǎn)品一樣，單獨由纖維卷曲產(chǎn)生的松密度對于此類最終用途是不夠的。
授權(quán)于Pike等人的美國專利5,382,400(Pike)描述了制造無紡織物的方法，它包括以下步驟連續(xù)熔紡多組分聚合物長絲，拉伸該長絲，至少部分地驟冷該多組分長絲以使該長絲具有潛在的螺旋狀(螺旋形)卷曲，活化該潛在螺旋卷曲，和之后將卷曲的連續(xù)多組分長絲形成為無紡織物。所獲得的無紡織物被描述為基本上穩(wěn)定的和均勻的，并具有完全從纖維卷曲產(chǎn)生的“高膨松(loft)”，再次的全膨松(bulk)或“膨松(loft)”。
授權(quán)于Evans等人的美國專利3,671,379(Evans)描述了包括至少兩種合成聚酯的側(cè)偏心組件(laterally eccentric assembly)的自卷曲復合長絲，所述兩種聚酯中的第一種是部分結(jié)晶的，其中它的結(jié)晶區(qū)的化學重復單元處于未延伸的穩(wěn)定構(gòu)象，兩種聚酯的第二種是部分結(jié)晶的，其中結(jié)晶區(qū)的化學重復單元處于更接近其充分延伸的化學重復單元的構(gòu)象長度的構(gòu)象狀態(tài)之中。該復合長絲可以產(chǎn)生高度的螺旋卷曲以抵抗由高織物經(jīng)緯密度織物結(jié)構(gòu)所強加的束縛，盡管施加了伸長應力和高溫，該卷曲潛力異乎尋常地被充分保留。當作為纖維生產(chǎn)過程的一部分而在張力下退火時，該復合長絲會提高卷曲潛力，而不是下降。該長絲被描述為可用于針織、編織和無紡織物，并且也可用于形成膨松/回彈性結(jié)構(gòu)。已描述了高頻率卷曲的產(chǎn)生，并涉及到高松密度，但沒有量化，全部的松密度是由纖維卷曲產(chǎn)生的。
膨松的彈性復合非編織材料在現(xiàn)有技術(shù)中也是已知的。此類材料的例子包括“拉伸-粘結(jié)的”和“縮輻-粘結(jié)的”層壓材料。通過將可打褶裥層結(jié)合于彈性層上，同時彈性層處于延伸狀態(tài)以使得通過松弛這些層，該可打褶裥層是打褶裥的，來制備拉伸-粘結(jié)的層壓材料。當非彈性層處于延伸狀態(tài)時，將縮輻的、非彈性的層與彈性層相結(jié)合，來制備“縮輻-粘結(jié)的層壓材料”。在這些產(chǎn)品中的彈性層一般包括彈性薄膜或彈性無紡纖維網(wǎng)如彈性熔噴法纖維網(wǎng)。
仍然需要具有高度膨松度、回彈性和耐久性的纖維片，它不依賴于廣泛的纖維間粘結(jié)或廣泛的纖維間纏結(jié)來產(chǎn)生穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，它可以經(jīng)受住反復的負載和卸載而不會陷縮，并且不單純地依賴于很高的纖維卷曲度的形成來產(chǎn)生回彈膨松性。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及形成多層復合片材的方法，它包括以下步驟用粘結(jié)處的陣列將至少一個可打褶裥層斷續(xù)地粘結(jié)于可收縮層上，其中相鄰的粘結(jié)處在至少一個方向被至少5mm的距離分離開；和引起該粘結(jié)的多層片材在至少一個方向收縮了至少10％，因此可打褶裥層在相鄰的粘結(jié)處之間形成了褶曲區(qū)段，該褶曲多層復合片材具有至少3mm的厚度和至少50cc/g的松密度。
本發(fā)明還涉及多層復合片材，它包括第一聚合物層；第二聚合物層，其以粘結(jié)處的間隔圖案粘結(jié)于第一層的第一面上，所述粘結(jié)處在至少一個方向以約5-25mm之間的粘結(jié)處距離分開，第二層在粘結(jié)處之間被打褶裥，并且其中該多層復合片材具有在約3mm和30mm之間的厚度和至少50cc/g的松密度。
附圖簡述

圖1a是在收縮之前，雙層復合片材的示意性截面圖。圖1b是在收縮之后圖1的產(chǎn)品的示意圖。
圖2a是三層復合片材的示意圖，該復合片材包括一個可收縮層和斷續(xù)地粘結(jié)于可收縮層上的兩個(在每一面上有一個)可打褶裥纖維層。圖2b是在引起可收縮層收縮之后圖2a的三層復合片材的示意圖。
圖3a是四層復合片材的示意圖，該復合片材包括有斷續(xù)地粘結(jié)于一面上的兩個可打褶裥纖維層的單個可收縮層，和斷續(xù)地粘結(jié)于另一面上的單個可打褶裥纖維層。圖3b是在引起可收縮層收縮之后圖3a的四層復合片材的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的復合片材結(jié)構(gòu)的示意圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明的多層復合片材是通過將可收縮的聚合物層斷續(xù)地粘結(jié)于至少一個可打褶裥層上，隨后引起可收縮層收縮，和因此引起可打褶裥層在粘結(jié)處之間發(fā)生平面外褶曲來制備的。該可收縮層優(yōu)選可以在至少一個方向收縮至少10％，更優(yōu)選至少20％，和最優(yōu)選至少40％。該可打褶裥層沒有收縮，或優(yōu)選收縮了低于當引起可收縮層收縮時該高度可收縮的聚合物層的收縮率的40％，更優(yōu)選低于20％，最優(yōu)選低于10％。各層是以點或線的離散圖案或陣列被粘結(jié)，其中在至少一個方向在相鄰的粘結(jié)處之間的粘結(jié)處距離是至少5mm，其中可收縮的聚合物層收縮了至少10％，以使在粘結(jié)處之間的可打褶裥層的褶曲程度最大化。該粘結(jié)處距離是作為在相鄰粘結(jié)處的外邊緣之間的距離來測量的。在收縮步驟中，該可收縮層優(yōu)選基本上在可收縮層的平面內(nèi)收縮。可收縮層的收縮引起可打褶裥層在粘結(jié)處之間褶曲，形成了穩(wěn)固地附著于收縮層上的拱形的結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選的實施方案中，該可打褶裥層包括無紡纖維網(wǎng)，和可收縮層是低密度的纖維經(jīng)紗，無紡纖維網(wǎng)，或無紡織物。甚至在被壓縮和釋放之后，復合材料的最終總體密度仍然是低的，優(yōu)選低于約0.020g/cc，松密度是很高的，大于約50cc/g，優(yōu)選大于約100cc/g。根據(jù)本發(fā)明制備的多層復合片材具有回彈性和耐久性，盡管它們具有極高的松密度和極低的密度。
這里使用的術(shù)語“聚酯”是指這樣的聚合物，其中至少85％的重復單元是二羧酸和二羥醇的縮合產(chǎn)物，通過形成酯單元產(chǎn)生連接。這包括芳族、脂肪族、飽和的和不飽和的二酸和二醇。這里使用的術(shù)語“聚酯”也包括共聚物(如嵌段、接枝、無規(guī)和交替共聚物)，共混物，和它們的改性產(chǎn)物。聚酯的例子包括聚(對苯二甲酸乙二醇酯)，它是乙二醇和對苯二甲酸的縮合產(chǎn)物，和聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)，它是1，3-丙二醇和對苯二甲酸的縮合產(chǎn)物。
與以機械方式互相接合的纖維的規(guī)則圖案相反，這里使用的術(shù)語“無紡織物”，“無紡纖維網(wǎng)”，和“無紡層”是指有方向性地或無規(guī)地取向和任選由單根纖維、長絲或紗線經(jīng)摩擦、和/或內(nèi)聚和/或粘合作用粘結(jié)的紡織品結(jié)構(gòu)，即它不是編織或針織的織物。無紡織物和纖維網(wǎng)的例子包括紡粘連續(xù)長絲纖維網(wǎng)、梳理纖維網(wǎng)、氣流成網(wǎng)的纖維網(wǎng)和濕法成網(wǎng)的纖維網(wǎng)。合適的粘結(jié)方法包括熱粘結(jié)、化學或溶劑粘結(jié)、樹脂粘結(jié)、機械縫制、液壓縫制、縫編等等。
這里使用的術(shù)語“多層復合片材”是指包括至少兩層的材料的多層結(jié)構(gòu)體，其中這些層中的至少一層包括片狀結(jié)構(gòu)如薄膜、織物或纖維網(wǎng)。例如，多層復合片材可包括至少一層的針織、編織或無紡織物。適合于制備多層復合片材的其它層包括長絲的陣列或經(jīng)線，如可螺旋形卷曲的長絲的陣列或經(jīng)紗、薄膜、塑料網(wǎng)等。
這里使用的術(shù)語“縱向”(MD)是指生產(chǎn)無紡纖維網(wǎng)的方向。該術(shù)語“橫向”(XD)是指一般垂直于該縱向的方向。
這里使用的術(shù)語“多組分長絲”和“多組分纖維”是指由已經(jīng)一起紡絲形成單根長絲或纖維的至少兩種界限清晰的聚合物組成的任何長絲或纖維。這里使用的術(shù)語“纖維”既包括連續(xù)長絲又包括不連續(xù)的(切短)纖維。用于形成本發(fā)明的多層復合片材的無紡層可從短(切短)纖維或連續(xù)長絲制備。對于術(shù)語“界限清晰的聚合物”，它指至少兩種聚合物組分中的每一種在沿多組分纖維的橫截面以基本上界限清晰、恒定定位的區(qū)域排布并且沿著纖維的長度方向基本上連續(xù)地延伸。在多組分纖維中的聚合物組分可以是在化學上不同的或它們可以具有相同的化學組成。如果它們在化學上是相同的，則它們應該在異構(gòu)形式，結(jié)晶度，收縮率，彈性或其它性能上不同，以提供可螺旋形卷曲的纖維。多組分纖維與從聚合物材料的均勻熔融共混物擠出的、沒有形成界限清晰的聚合物區(qū)域的纖維不同。在多組分纖維中的一種或多種的聚合物組分可以是不同聚合物的共混物。可以形成螺旋形卷曲的多組分纖維具有側(cè)偏心橫截面，即這些聚合物組分在纖維的橫截面中以偏心關系排布。優(yōu)選地，該多組分纖維是雙組分纖維，由兩種界限清晰的聚合物制造并具有聚合物的偏心皮-芯或并行排布構(gòu)型。最優(yōu)選地，該多組分纖維是并行雙組分纖維。如果該雙組分纖維具有偏心皮-芯構(gòu)型，則較低熔點的聚合物優(yōu)選在皮中，以便在熱處理之前促進無紡層以熱方式點粘結(jié)。
這里使用的術(shù)語“多組分纖維網(wǎng)”是指包括多組分纖維的無紡纖維網(wǎng)。這里使用的術(shù)語“雙組分纖維網(wǎng)”是指包括雙組分纖維的無紡纖維網(wǎng)。多組分和雙組分纖維網(wǎng)可以包括多組分纖維或雙組分纖維網(wǎng)分別與單組分纖維的混紡物。
這里使用的術(shù)語“紡粘(spunbond)”纖維是指這樣的纖維，它們是通過將熔融熱塑性聚合物材料從具有擠出長絲的直徑的噴絲板的多個細小(通常為圓形)毛細孔擠出作為纖維，然后通過拉伸快速地變細，然后驟冷來形成。也可以使用其它纖維橫截面形狀如橢圓形、多葉等。紡粘纖維一般是連續(xù)長絲，具有大于約5微米的平均直徑。紡粘的無紡織物或纖維網(wǎng)通過使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法，在收集表面如多孔的篩或帶上無規(guī)地鋪設紡粘纖維來形成的。紡粘纖維網(wǎng)可通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法來粘結(jié)，如通過在沿紡粘織物的表面所分布的多個離散的熱方式粘結(jié)點、線等之上以熱方式點粘結(jié)該纖維網(wǎng)。
該術(shù)語“基本上未粘結(jié)的無紡纖維網(wǎng)”在這里用于描述其中有較少或沒有纖維間粘結(jié)的無紡纖維網(wǎng)。在一些情況下，希望在組裝各層以形成多層復合片材之前預先固結(jié)一個或多個無紡層。預先固結(jié)可改進纖維網(wǎng)內(nèi)聚力和處置性能并將纖維保持在與相鄰纖維網(wǎng)的纖維分開的各獨立纖維網(wǎng)中。纖維網(wǎng)的預先固結(jié)可以通過使用非常輕的壓延或通過讓織物通過輕微壓印圖案的輥的輥隙來實現(xiàn)。
這里使用的術(shù)語“彈性組合紗”是指一種紗，它具有與非彈性(即“硬質(zhì)”)紡織品纖維或長絲的第二組分相組合的彈性長絲的第一組分。組合紗的彈性長絲含量可以在寬范圍內(nèi)變化。該彈性長絲含量可以差不多達到組合紗的總重量的60％。更典型地，該彈性長絲含量是在紗的總重量的2-20％范圍內(nèi)，而從成本考慮，3-8％的含量一般是優(yōu)選的。該組合紗通常是可以有顯著的彈性拉伸和回復的膨松紗。用于本發(fā)明的典型的彈性組合紗具有在50％-250％之間的可回復的伸長率，或甚至更高?？捎米鹘M合紗的第一組分的彈性長絲包括斯潘德克斯彈性纖維(spandex)，彈性體，橡膠等的那些長絲。斯潘德克斯彈性纖維是優(yōu)選的。這里使用的術(shù)語“斯潘德克斯彈性纖維”具有常規(guī)的意義；即，其中纖維形成用物質(zhì)是長鏈合成聚合物的所制造的纖維或長絲，所述聚合物由至少85％的鏈段化聚氨酯組成。包括在術(shù)語“組合紗”中的紗是與短纖維型紡織品纖維的紗或紡織品長絲的紗組合的彈性長絲的紗。該紗可以通過已知的技術(shù)如噴氣纏結(jié)，噴氣摻雜，包覆，合股等來組合。
可以用于制備本發(fā)明的多層復合片材的可收縮層包括部分取向長絲紗(POY)的經(jīng)紗和使用這些紗制備的編織，針織，或無紡的織物。這里使用的術(shù)語“POY”和“部分取向紗(partially oriented yarn)”是指部分地分子取向的聚合物纖維的紗。部分地分子取向的聚合物的纖維是指具有相當大的分子取向，但仍然可以實現(xiàn)進一步分子取向的合成有機結(jié)晶聚合物的纖維。部分取向的紗典型地具有在50至150％之間的斷裂伸長率。比較起來，“未拉伸的纖維”(即，在低速度下熔紡的和未拉伸的纖維)具有非常少量的分子取向和大于150％，典型地大于200％的斷裂伸長率。合成有機結(jié)晶聚合物的普通纖維，如聚酯或聚酰胺的纖維，典型地是完全地拉伸的和一般具有在15至35％之間的斷裂伸長率。適合于制備POY的纖維的典型合成有機聚合物包括66-尼龍，6-尼龍，聚(對苯二甲酸乙二醇酯)，聚(對苯二甲酸1，4-丁二醇酯)，陽離子染料可染色聚酯，等等。POY纖維通常通過高速熔紡操作來制備并典型地用作供制備拉伸-加捻法變形紗的喂入紗。當在沒有限制下進行低溫熱處理時，部分取向的紗典型地具有顯著收縮的能力。例如，當浸于沸水中時，一些POY可以縮到低于它的最初長度的一半。典型的POY纖維也可以熱定形，同時在120℃到190℃范圍內(nèi)的溫度下保持恒定尺寸。該熱定形溫度范圍的較高部分(例如，165℃到190℃)是優(yōu)選的，因為較高的溫度允許更短的暴露時間，以定形該合成有機聚合物纖維。
在優(yōu)選的實施方案中，該可收縮層包括通過使用多組分纖維或紗，例如并行雙組分纖維或紗所制備的織物，纖維網(wǎng)或經(jīng)紗，它們經(jīng)過合適的熱處理形成螺旋形卷曲而收縮。類似地可以使用彈性纖維網(wǎng)、經(jīng)紗和薄膜，如果它們充分地熱收縮以提供該可打褶裥層的所需褶裥程度。作為可收縮層，通過使用可螺旋形卷曲的或彈性的纖維制備的多層復合片材，一般在收縮步驟之后也是彈性的。包括薄膜、流延/拉伸的網(wǎng)等的可收縮的任何片可以用作該可收縮層。
彈性纖維的經(jīng)紗也可用作該收縮層。彈性纖維的經(jīng)紗在粘結(jié)到可打褶裥層上的過程中是在張力下維持在延伸狀態(tài)。該彈性纖維可包括用于粘結(jié)到該可打褶裥層上的粘合劑。作為選擇，彈性纖維可包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的彈性組合紗。此類已知的紗包括包裹紗，包覆紗，合股紗，錯捻紗，氣流噴射交纏紗，噴氣纏結(jié)紗等等。當使用彈性組合紗時，硬質(zhì)聚合物線條可包括熱塑性聚合物，后者在使用熱粘結(jié)方法時用于促進粘結(jié)作用。作為選擇，其中可收縮層包括彈性組合紗的陣列的多層復合片材可以通過使用機械縫制或液壓縫制方法來斷續(xù)地粘結(jié)，同時彈性組合紗在張力下延伸。縫制是這樣進行，使得縫制的區(qū)域是以間隔圖案或陣列在多層復合材料的表面上形成，其中縫制的區(qū)域重疊該組合紗并在彈性組合紗的長度方向間隔至少5mm。
可收縮層可以是收縮薄薄膜。大多數(shù)的聚合物薄膜在加熱到一定溫度時會收縮，該溫度高于在薄膜形成工藝中的拉伸過程中或之后該薄膜最終所經(jīng)歷的溫度。作為選擇，可收縮層可以是彈性薄膜，它在張力下保持在延伸狀態(tài)下，同時它斷續(xù)地粘結(jié)于可打褶裥層上。
應該指出，這里使用的術(shù)語“可收縮層”包括諸如彈性層之類的層，它可以在張力下保持在延伸狀態(tài)和一旦張力被解除它就回縮(收縮)。優(yōu)選地，該彈性層延伸了相對于它的最初的、未拉伸的長度的至少1.2倍，更優(yōu)選至少1.5倍。彈性層可以在一個方向張緊和延伸或它可以在粘結(jié)步驟中在一個以上的方向張緊和延伸。當該可收縮層是彈性層時，它在粘結(jié)于可打褶裥層上的過程中保持在張緊、延伸的狀態(tài)。例如，張緊、拉伸的彈性層可以粘結(jié)到基本上未張緊的可打褶裥層。這些粘結(jié)點在彈性層被拉伸的至少一個方向，優(yōu)選在彈性層在長度上被拉伸了至少20％的方向，具有至少5mm的粘結(jié)間距。在這一情況下的收縮步驟包括在粘結(jié)之后釋放在彈性層上的張力。類似地，可收縮層可包括張緊的螺旋形卷曲纖維，其中足夠的張力被施加于該層上以便至少部分地拉出在該螺旋形卷曲纖維中的卷曲。在粘結(jié)之后張力的解除之后，螺旋形卷曲纖維在螺旋形卷曲回復時以彈簧狀方式回縮，引起復合片材收縮。
可以褶曲偏出平面外的優(yōu)選的可打褶裥層包括梳理纖維網(wǎng)，氣流成網(wǎng)的纖維網(wǎng)，交叉鋪網(wǎng)的纖維網(wǎng)，輕度預縫制的絮墊，等等。該結(jié)構(gòu)也可包括由此類低松密度纖維網(wǎng)包括重量輕的覆蓋織物或重量輕的膜或薄膜的組合，優(yōu)選具有低于約1oz/yd2(33.9g/m2)的基重。重量輕的織物或薄膜可用于覆蓋和保護附著于可收縮層上的膨松性組織稀松纖維網(wǎng)或絮墊。膨松性預粘結(jié)或纏結(jié)無紡織物片也可附屬于可收縮層上并可以褶曲/膨松化，例如在收縮步驟中，以生產(chǎn)回彈性結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案將可螺旋形卷曲的并行雙組分纖維用于可收縮層中和/或用于可打褶裥層中。當可螺旋形卷曲的纖維用于兩層中時，該可螺旋形卷曲的可打褶裥層進行選擇，以使得它在收縮步驟中比可螺旋形卷曲的可收縮層低得多地收縮，從而在粘結(jié)的多層復合材料收縮時經(jīng)由可打褶裥層的褶裥來產(chǎn)生所需的松密度。作為選擇，在可打褶裥層中的螺旋形卷曲可以在將可打褶裥層粘結(jié)到可收縮層上之前部分地或基本上完全地活化。包括不同收縮能力的兩種或多種合成組分的側(cè)偏心多組分纖維是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。當例如通過讓纖維在基本上無張力的狀態(tài)下經(jīng)歷收縮條件來使該卷曲活化時，該纖維可形成三維的螺旋形卷曲。下面進一步描述的卷曲的量直接與在纖維的聚合物組分之間的收縮率差有關。當該多組分纖維以并行構(gòu)型進行紡絲時，在卷曲活化之后形成的卷曲纖維將在螺旋形螺旋體的內(nèi)部具有較高收縮率組分和在螺旋體的外部具有較低收縮率組分。此類卷曲在這里被稱作“螺旋形卷曲”。這里使用的術(shù)語“螺旋形卷曲”和“可螺旋形卷曲的纖維”包括這樣的纖維，它顯示了或可以形成，無規(guī)的3維卷曲的區(qū)域以及其中纖維設想為螺旋形螺旋體構(gòu)型的區(qū)域。螺旋形卷曲纖維與機械方式卷曲的纖維如一般具有二維卷曲的填塞箱法卷曲纖維不同。各種熱塑性聚合物可用于形成可以產(chǎn)生三維螺旋形卷曲的多組分纖維的組分。適合于形成可螺旋形卷曲的多組分纖維的熱塑性樹脂組合的例子是結(jié)晶性聚丙烯/高密度聚乙烯，結(jié)晶性聚丙烯/乙烯-乙酸乙烯基酯共聚物，聚對苯二甲酸乙二醇酯/高密度聚乙烯，聚(對苯二甲酸乙二醇酯/聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)，聚(對苯二甲酸乙二醇酯)/聚(對苯二甲酸1，4-亞丁基二醇酯)，以及尼龍66/尼龍6。
為了獲得高水平的三維螺旋形卷曲，可螺旋形卷曲的多組分纖維的聚合物組分優(yōu)選根據(jù)在Evans中的教導來選擇，該文獻被引入這里供參考。Evans專利描述了其中聚合物組分是部分結(jié)晶的聚酯的雙組分纖維，其中的第一種具有在它的結(jié)晶區(qū)中的化學重復單元，這些化學重復單元處于不超過其充分延伸的化學重復單元的構(gòu)象長度的90％的未延伸穩(wěn)定構(gòu)象狀態(tài)之中，其中的第二種具有在它的結(jié)晶區(qū)中的化學重復單元，這些化學重復單元處于比第一種聚合物更接近其充分延伸的化學重復單元的構(gòu)象長度的構(gòu)象狀態(tài)之中。用于定義Evans的長絲的術(shù)語“部分結(jié)晶的”用于從本發(fā)明范圍中排除其中收縮潛力會消失的完全結(jié)晶的限制情形。由該術(shù)語“部分結(jié)晶的”定義的結(jié)晶度的量具有僅存在一些結(jié)晶的最低水平(即它首先可由X射線衍射方式檢測)和達不到完全結(jié)晶的任何量的最高水平。合適的充分延伸聚酯的例子是聚(對苯二甲酸乙二醇酯)，聚(對苯二甲酸環(huán)己基1，4-二亞甲基二醇酯)，它們的共聚物，以及對苯二甲酸乙二醇酯和磺基間苯二甲酸乙二醇酯的鈉鹽的共聚物。合適非-延伸聚酯的例子是聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)，聚(對苯二甲酸四亞甲基二醇酯)，聚(雙萘甲酸三亞甲基二醇酯)[poly(trimethylene dinaphthalate)]，聚(雙苯甲酸三亞甲基二醇酯)[poly(trimethylene bibenzoate)]，和以上物質(zhì)與磺基間苯二甲酸乙二醇酯鈉鹽的共聚物，和所選擇的聚酯醚。當使用磺基間苯二甲酸乙二醇酯鈉鹽時，它優(yōu)選是少量組分，即以低于5mol％的量存在和優(yōu)選以約2mol％的量存在。在尤其優(yōu)選的實施方案中，該兩種聚酯是聚(對苯二甲酸乙二醇酯)和聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)。Evans的雙組分長絲可以在張力下加熱時產(chǎn)生高度的螺旋卷曲，而為了產(chǎn)生螺旋形卷曲，其它聚合物組合一般必須在無張力狀態(tài)下加熱。Evans的雙組分長絲具有高度的螺旋形卷曲，一般作為彈簧，每當拉伸力被施加和解除時具有退縮作用。適合用于本發(fā)明中的其它部分結(jié)晶的聚合物包括以延伸的構(gòu)象發(fā)生結(jié)晶的間規(guī)聚丙烯和以非延伸的螺旋構(gòu)象發(fā)生結(jié)晶的全同聚丙烯。
本發(fā)明的多層復合片材是通過使用這些粘結(jié)處的高度間隔的圖案，將一個或多個可收縮的聚合物層斷續(xù)地粘結(jié)于一個或多個可打褶裥的不可收縮的或較少收縮的重量輕的聚合物層上來制備，其中在相鄰粘結(jié)處之間的間距是在至少一個方向(對應于在收縮步驟中其中多復合層(multi-composite layer)收縮了至少10％的方向)上至少5mm。在相鄰粘結(jié)處之間的間距優(yōu)選是在5mm至約25mm范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約10mm到約25mm之間。在粘結(jié)后，該可收縮層被引起收縮而較少可收縮的或不可收縮層在最終的復合片材中形成打褶裥的褶曲層。
在優(yōu)選的實施方案中，當各層處于基本上無張力的狀態(tài)時，可收縮層粘結(jié)于可打褶裥層上。該可收縮層然后采用合適的處理如采用加熱被引起收縮。與其中可收縮層在粘結(jié)步驟中在張力下延伸，如當可收縮層是延伸的、張緊的彈性層時的工藝相比，這簡化了多層復合片材的制造。
在本發(fā)明的多層復合片材中的一個或多個層可以是無紡層。適合用于本發(fā)明的復合片材中的無紡層可使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法如梳理、扯松或氣流成網(wǎng)法從切斷纖維制備。通過梳理制造的短纖維網(wǎng)一般具有主要在縱向取向的纖維，而氣流成網(wǎng)的纖維網(wǎng)基本上是無規(guī)的或各向同性的。該切斷纖維優(yōu)選具有在約0.5和6.0(0.56-6.67dtex)之間的單絲旦數(shù)和在約0.5英寸(1.27cm)和4英寸(10.1cm)之間的纖維長度。為了在梳理裝置中加工，多組分切斷纖維優(yōu)選具有以不大于約45％和優(yōu)選在約8％至15％范圍內(nèi)的卷曲指數(shù)(CI)表征的初始螺旋卷曲水平。測定這些卷曲值的方法如下文在實施例之前提供。用于制備適合用作可收縮層的多組分纖維優(yōu)選具有在這一范圍內(nèi)的初始螺旋形卷曲度。另外，該多組分纖維可以以機械方式卷曲。
適合用于可打褶裥的無紡層中的切斷纖維包括聚酯、聚酰胺、聚烯烴和纖維素纖維。當切斷纖維網(wǎng)用作可打褶裥層時，該切斷纖維可與較低熔點的熱塑性粘結(jié)劑纖維混紡以促進該復合片材的粘結(jié)。該粘結(jié)劑纖維也可以在多層復合片材的未粘結(jié)的區(qū)域中活化以改進織物的耐久性。優(yōu)選地，粘結(jié)劑纖維是以不會顯著降低最終復合片材的懸垂性的量添加。
在本發(fā)明的多層復合片材中的一個或多個層可包括連續(xù)長絲。例如，連續(xù)長絲纖維網(wǎng)可通過使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法如紡粘方法來制備。例如，包括連續(xù)長絲紡粘無紡纖維網(wǎng)的可收縮層可以通過將兩種或多種聚合物組分作為熔體料流從單獨的擠出機中供入到包括一排或多排的多組分擠出孔的噴絲板中來制備。該噴絲板細孔和紡絲組件設計經(jīng)過選擇以提供具有所需橫截面和單絲旦數(shù)的長絲。單獨的紡絲組件可用于在纖維網(wǎng)中提供不同多組分長絲的混合物，其中不同的長絲是從不同的紡絲組件中紡絲的。作為選擇，單組分纖維可以從一個或多個紡絲組件紡絲以形成既包括單組分又包括多組分長絲的紡粘無紡纖維網(wǎng)。
適合用作本發(fā)明中的可收縮層的連續(xù)長絲多組分無紡纖維網(wǎng)優(yōu)選包括至少40wt％，更優(yōu)選至少60wt％的具有潛在螺旋形卷曲的多組分長絲。在可收縮層中的纖維可以由100％可螺旋形卷曲的多組分長絲組成。優(yōu)選地，該紡粘的長絲具有在約0.5和10.0(5.55-11.1dtex)之間的單絲旦數(shù)。該紡粘多組分連續(xù)長絲優(yōu)選具有以不大于約60％的卷曲指數(shù)(CI)表征的初始螺旋卷曲度。該螺旋形卷曲纖維(不論是切短的還是連續(xù)的)是由卷曲展現(xiàn)(CD)值來表征，其中數(shù)值(％CD-％CI)大于或等于15％和更優(yōu)選大于或等于25％。當該可螺旋形卷曲的多組分長絲是雙組分長絲時，在每一長絲中兩種聚合物組分的比率優(yōu)選是在約10∶90和90∶10之間，按體積(例如作為計量泵速度比率來測量)，更優(yōu)選在約30∶70和70∶30之間，和最優(yōu)選在約40∶60和60∶40之間。用于活化該螺旋形卷曲的溫度不應該比由差示掃描量熱法測定的聚合物的熔化轉(zhuǎn)變溫度的開始溫度高約20℃。這可以避免過早的纖維間粘結(jié)?？墒湛s層可以是可螺旋形卷曲的多組分纖維的基本上未粘結(jié)的無紡纖維網(wǎng)。在優(yōu)選的實施方案中，可收縮層是基本上未粘結(jié)的可螺旋形卷曲的雙組分無紡纖維網(wǎng)?？陕菪尉砬臒o紡層的任何預固結(jié)應該低至足以使得纖維可以在熱處理步驟中產(chǎn)生足夠的卷曲和收縮，從而引起粘結(jié)的復合片材在至少一個方向收縮了至少10％，優(yōu)選收縮了至少20％和最優(yōu)選收縮了至少40％。如果熱處理過的預固結(jié)的可螺旋形卷曲的無紡層的百分面積收縮率是沒有進行預固結(jié)和經(jīng)歷了相同的熱處理步驟的相同可螺旋形卷曲的無紡層的面積收縮率的至少90％，優(yōu)選95％，則預固結(jié)的可收縮的無紡層被認為是基本上未粘結(jié)的。合適的可收縮的多組分無紡纖維網(wǎng)的例子包括包含可螺旋形卷曲的多組分纖維的梳理纖維網(wǎng)，交叉鋪網(wǎng)(lapped)的纖維網(wǎng)，和連續(xù)長絲紡粘纖維網(wǎng)。
在縱向延伸的或跨越復合片材的橫向搭接的可收縮的長絲或紗的張緊的、松馳的(即未張緊的)或半松馳的平行經(jīng)紗(warps)也可用作可收縮層。這一長絲或紗的陣列優(yōu)選可以引起粘結(jié)的復合片材在至少一個方向在長度上收縮至少20％，以在收縮之前最初的長度為基礎計算。
當需要彈性的打褶裥多層復合材料產(chǎn)品時，可對收縮層進行選擇，以在最終的復合片材中獲得所需的拉伸性能。這里使用的彈性是指，在沿著尺寸方向施加力和然后解除力之后，該材料回復到最初的尺寸(例如長度)的程度。例如，當在縱向需要拉伸性能而在橫向需要最低的拉伸時，可以使用在復合片材的縱向?qū)χ迸挪嫉钠叫锌陕菪尉砬拈L絲的經(jīng)紗，或包括可螺旋形卷曲的纖維的方向性(MD取向的)梳理纖維網(wǎng)。當需要兩方向性拉伸性能時，即既在縱向也在橫向，可以使用可螺旋形卷曲的連續(xù)長絲或紗的更無規(guī)的層如氣流成網(wǎng)的纖維網(wǎng)和基本上未粘結(jié)的紡粘纖維網(wǎng)。作為選擇，可收縮層可包括如上所述的張緊的彈性層，如彈性長絲的張緊彈性薄膜或經(jīng)紗。
該可打褶裥的，較少收縮的或不收縮的層應該可以在收縮步驟中在粘結(jié)處之間褶曲。適合用作可打褶裥層的材料包括其中纖維沒有顯著地互相纏結(jié)或互相粘結(jié)的無紡纖維網(wǎng)，針織或機織的織物，和薄膜。在優(yōu)選的實施方案中，可打褶裥層是無紡纖維網(wǎng)。這一層優(yōu)選在收縮和褶曲之前具有在約1.0和10.0mm之間的厚度，在褶曲之后增加到3-20mm的范圍。產(chǎn)品的總厚度，包括一個或多個打褶裥的/褶曲的層，是至少約3mm，優(yōu)選在約3mm至30mm之間，更優(yōu)選在約6mm和30mm之間。
適合用作可打褶裥層的無紡纖維網(wǎng)包括粘結(jié)和未粘結(jié)的纖維網(wǎng)。約1至10mm厚度的未粘結(jié)纖維網(wǎng)是合適的。可打褶裥層可以在粘結(jié)于可收縮層上之前在其表面的一部分或全部上預粘結(jié)。這些層可以使用諸如熱方式或超聲波方式點粘結(jié)方法，采用圖案印刷的熱熔粘合劑的熱粘結(jié)方法，液壓縫制方法，機械縫制方法等之類的方法來預粘結(jié)。
其中可收縮的或可打褶裥的層是薄膜的復合片材可用于如雨衣、風衣、醫(yī)用器材等的最終應用中。用于本發(fā)明的復合片材中的薄膜可以是透氣的或不可透氣的。合適的透氣薄膜的例子是共聚醚酯的薄膜，如可從E.I.du Pont de Nemours and Company，Wilmington，DE(Dupont)獲得的Hytrel。其中可打褶裥層是針織、編織或無紡的織物或纖維網(wǎng)的復合片材適合用于服裝和家庭裝飾最終應用中，其中包括室內(nèi)裝潢、服裝等。
在本發(fā)明的多層復合片材中的各層可以在單獨的工藝步驟中制備和合并、粘結(jié)和熱處理。作為選擇，這些層可以在連續(xù)的過程中在線合并、粘結(jié)和熱處理。當使用可收縮的無紡層時，構(gòu)成多層無紡復合材料的各層可以在粘結(jié)和熱處理之前進行固結(jié)，如通過壓延來實現(xiàn)。這些層可通過在收縮之前使用粘結(jié)處的間隔圖案，例如點或線，來組裝和粘結(jié)在一起。當該收縮步驟是熱處理步驟時，圖案粘結(jié)可以在加熱步驟之前在線地進行或粘結(jié)的復合片材可以加以收集，如通過卷繞在輥上，和在后續(xù)加工中熱處理。在優(yōu)選的實施方案中，這些層通過使用熱或超聲波方式點粘結(jié)來斷續(xù)地粘結(jié)。熱方式圖案粘結(jié)包括在多層復合材料的表面上的離散點施加熱量和壓力，例如讓層狀結(jié)構(gòu)通過由加熱壓印圖案的壓延輥和光面輥所形成的輥隙，或在兩個壓印圖案的輥之間通過。在熱方式點粘結(jié)過程中，在這些層的至少一層中的一種或多種聚合物組分在與在加熱壓印圖案的輥上的隆起對應的離散區(qū)域中部分地熔化而形成熔融粘結(jié)處，后者將各層保持在一起而形成內(nèi)聚性粘結(jié)的多層復合片材。粘結(jié)輥圖案可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何那些和優(yōu)選是離散的點或線粘結(jié)的圖案。
在另一實施方案中，這些層可以通過使用液體粘結(jié)劑，例如，膠乳或液化粘結(jié)劑，如低熔點熱塑性粉末的懸浮液來進行圖案粘結(jié)，它通過例如以圖案進行印刷來施涂。當使用纖維網(wǎng)層時，該液體粘結(jié)劑優(yōu)選以這樣一種方式施涂而形成粘結(jié)處，后者延伸穿過纖維網(wǎng)的整個厚度。該液體粘結(jié)劑可以在各層組裝之后施涂透過一面，或施涂于可收縮的和可打褶裥的層的任一個或兩者的內(nèi)表面上。作為選擇，當這些層包括無紡纖維網(wǎng)時，低熔點粘結(jié)劑纖維或粘結(jié)劑顆?？梢詳嗬m(xù)地施涂在各層之間，和多層復合材料通過使用光滑的加熱壓延輥來粘結(jié)。優(yōu)選地，該粘結(jié)劑顆?；蛘辰Y(jié)劑纖維在至少一個方向具有在約0.2mm和約2mm之間的尺寸并以一定量添加到纖維網(wǎng)中，該量可提供5-30個粘結(jié)處/in2(0.8-4.6個粘結(jié)處/cm2)。低熔點粘結(jié)劑顆粒典型地占產(chǎn)品重量的10％以下。
在熱處理之前用于將各層粘結(jié)在一起的其它粘結(jié)方法包括化學粘結(jié)，機械縫制，液壓縫制或離散點縫合或線-縫合。離散的機械縫制圖案可以通過使用針板來實現(xiàn)，該針板可以通過與纖維網(wǎng)運動保持同步而將幾個針放置在同一點(spot)上。以定距離間隔的縫紉或縫合可以使用商購的縫紉機來進行。類似地，化學粘結(jié)活化劑或粘合劑可以在各層彼此接觸之前按圖案斷續(xù)地施涂在各層的內(nèi)表面上。
這些粘結(jié)處是以大約1-4個/英寸(0.4到2個/厘米)間隔，具有大約1-16個粘結(jié)處/in2(0.2-2.5個粘結(jié)處/cm2)。粘結(jié)密度保持在低的水平上，以在收縮之后使得在最終的復合片材中的松密度最大化。粘結(jié)處可以是圓形，正方形，矩形，三角形或可具有其它幾何形狀。百分粘結(jié)面積可以在約5-50％之間變化。對于其中可螺旋形卷曲的纖維用于可收縮層中以實現(xiàn)收縮的那些結(jié)構(gòu)，在相鄰粘結(jié)處之間的距離可以進行調(diào)節(jié)，以使得，作為加熱步驟的結(jié)果，該多層復合材料在至少一個方向在長度上收縮了至少約10％。
圖1a是在收縮之前，雙層復合片材的示意性橫斷面圖?？墒湛s層1粘結(jié)到可打褶裥層2上，其中斷續(xù)的粘結(jié)處3以至少5mm的距離d間隔。圖1b是在引起可收縮層收縮之后圖1的產(chǎn)品的示意圖。在收縮后在粘結(jié)處之間的間距d’比在收縮之前的間距d小得多，而在收縮之后層的總厚度t’明顯大于圖1a的起始復合材料的厚度t。打褶裥層2’的基重提高了d/d’的系數(shù)和厚度增大了t’/t的系數(shù)。
圖2a是三層復合片材的示意圖，該復合片材包括可收縮層11和兩個可打褶裥纖維層10和12(在可收縮層的每一面上有一個)。這些層以粘結(jié)處13斷續(xù)地粘結(jié)，具有粘結(jié)間距d。圖2b是在引起可收縮層收縮之后圖2a的三層復合片材的示意圖。在收縮后，與圖2a中的d相比，粘結(jié)間距d’減少，而與起始的未收縮的復合片材相比，厚度和松密度提高。如圖2b中所示，褶曲的可打褶裥層10’和12’已經(jīng)引起膨松，除了由這些層的褶裥所引起的增大復合片材的總厚度的效果之外，還增加了各褶裥的層的實際厚度，歸因于在收縮之后粘結(jié)距離減少至d’。通過使用可膨松的可打褶裥層，最終復合片材的總體松密度高于如果可打褶裥層在收縮過程中褶曲而沒有各自層的膨松時該復合片材所具有的松密度。合適的膨松的、可打褶裥的層包括在收縮步驟中卷曲的可螺旋形卷曲的層，未粘結(jié)的定長短纖維和長絲纖維網(wǎng)，輕度縫制的交叉鋪網(wǎng)的纖維網(wǎng)，等等。
圖3a是四層復合片材的示意圖，該復合片材包括單個可收縮層21，具有斷續(xù)地粘結(jié)于可收縮層一面上的雙層的可打褶裥層20和22，和由粘結(jié)處23斷續(xù)地粘結(jié)于相反面上的單個可打褶裥層24。在復合片材中的粘結(jié)處之間的間距發(fā)生變化，由d1到d5描繪，以便為該表面提供所需的美觀性。應該指出，對于與在圖3中描繪的實施方案不同的那些實施方案，該間距d類似地變化。在復合片材的上下表面上的粘結(jié)圖案是基本上相同的。圖3b是在可收縮層已經(jīng)被引起收縮之后圖3a的四層復合片材的示意圖，顯示在粘結(jié)處23′之間打褶裥的層20’、22’和24’的褶曲，和其中d1’到d5’分別小于d1到d5。與膨松的或組織稀松的可打褶裥纖維網(wǎng)層相結(jié)合的相對致密的、但重量輕的可打褶裥層可以用于遮擋風或水分或簡單地添加回彈性。外層可以用于為內(nèi)層提供耐久性和保護。
粘結(jié)的多層復合材料可以在粘結(jié)之后立即在線地進行熱處理或粘結(jié)的復合織物可以在后續(xù)處理(染色、整理等)過程中卷取和熱處理。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，粘結(jié)的多層復合材料是從纖維層形成的并在濕整理步驟中通過使用熱水或蒸汽進行加熱來收縮，如在普通的染色或整理過程中。
當多層復合片材是非常輕或非常表面敏感的時，例如當這些外層當中的一種包括基本上未粘結(jié)的無紡纖維網(wǎng)時，粘結(jié)的多層復合片材優(yōu)選在使復合無紡材料收縮的條件下，甚至在“自由收縮條件下”進行熱處理。對于“自由收縮條件”，它指在纖維網(wǎng)和限制多層復合片材的收縮的表面之間幾乎沒有接觸。也就是說，沒有相當大的機械力作用于多層復合片材上以干涉或阻止該收縮過程。作為選擇，在熱處理步驟中與復合片材的表面接觸的任何表面是在基本上與接觸該表面的連續(xù)收縮多層復合片材的表面速度相同的表面速度下運動，從而最大程度減少會干擾可收縮層的收縮的摩擦力。該自由收縮處理將提供該可收縮層的最大收縮率。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的極低密度(和相應的很高松密度)，希望采用重量輕的收縮層，優(yōu)選重量為1oz/yd2(33.9g/m2)或更低的層。作為例子，以25個/英寸(9.8個/cm)間隔的155旦尼爾(172分特)POY(部分取向紗)聚酯長絲紗的經(jīng)紗(warp)是在大約0.5oz/yd2(17g/m2)開始，并且當加熱時收縮到大約1.0oz/yd2(33.9g/m2)。任選地，該經(jīng)紗可以在粘結(jié)、收縮到0.5oz/yd2(17.0g/m2)的最終重量之前，被冷拉伸到0.20-0.25oz/yd2(6.78-8.48g/m2)的重量。類似地，70旦尼爾(77.8分特)/34長絲雙組分長絲聚(對苯二甲酸乙二醇酯/聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)(2GT/3GT)雙組分長絲紗的經(jīng)紗，以20個/英寸(7.9個/cm)間隔，在重量上低于0.2oz/yd2(6.78g/m2)和收縮到大約0.4-0.5oz/yd2(13.6-17.0g/m2)。
圖4顯示了膨松的復合無紡材料40，它是通過使用在復合片材的橫向延伸的一系列的線粘結(jié)42將可收縮層，例如具有潛在的螺旋形卷曲的多組分纖維的梳理纖維網(wǎng)，粘結(jié)于兩個無紡纖維網(wǎng)上來形成的。這一排布將允許該可收縮層在縱向收縮。在收縮后，所形成的產(chǎn)品40包括夾在褶曲外層46和48之間的收縮層44。粘結(jié)的多孔性產(chǎn)品也可以被切成小的離散的區(qū)段(條，正方形，等等)，作為耐久的回彈性填充料用于枕頭、緩沖墊層等中和在衣服中用作絕緣層。例如，復合材料40可以沿著基本上與粘結(jié)線42垂直的虛線50裁切而形成膨松材料的條，它可以進一步裁切成甚至更小的制品。具有約1-25mm的寬度(在裁切線50之間的距離)的區(qū)段是優(yōu)選的，其中約5mm的寬度是最優(yōu)選的。作為選擇，復合材料40可以沿著粘結(jié)線42裁切而形成了長度在約20至250mm之間的膨松、回彈性的復合材料的較長管材。
輕的、膨松和回彈性的復合材料結(jié)構(gòu)的例子在下面的實施例中進行說明。
試驗方法本發(fā)明的產(chǎn)品的密度和松密度是通過在不施加壓力下測量產(chǎn)品的厚度(在以上圖1a和1b中的t和t’)來測定的。應該指出，尺寸“t”被認為代表產(chǎn)品的總厚度，忽略在褶裥之間的間距，如在圖1b中作為6所顯示的、不含纖維的那些。對于垂直荷載的響應是尺寸“t”的函數(shù)，并且與在圖1b中的間距6無關。復合片材的厚度(t，t’)是通過切成該產(chǎn)品的薄層并在測量過程中在沒有對復合片材施加相當大的壓力的情況下測量這一厚度來測量的。壓縮后的厚度是通過采用50psi(344.8kPa)的荷載壓縮該產(chǎn)品達30分鐘并在測量壓縮后的厚度之前讓樣品回復3分鐘來測量的。壓縮后的松密度優(yōu)選是至少50cc/g。
松密度是通過使用下式測定的松密度＝(T)×(10,000)/(BW)其中T＝厚度英寸(cm)BW＝片材基重(g/m2)密度＝1/松密度基重是通過將樣品裁切成6.75英寸×6.75英寸(17.1cm×17.1cm)的尺寸并稱量樣品來測量的。樣品的質(zhì)量(克)等于基重(oz/yd2)。這一數(shù)值然后乘以33.91而將該單位轉(zhuǎn)化成g/m2。
特性粘度(IV)是通過使用已溶于50/50wt％三氟乙酸/二氯甲烷中的聚酯，在0.4g/dL濃度下于19℃下，按照以ASTM D 5225-92為基礎的自動化方法，用Viscotek Forced Flow ViscometerY900(Viscotek Corporation，Houston，TX)，對于2GT和3GT聚合物來測定的。
實施例實施例1155旦尼爾(172分特)/34長絲POY(部分取向的)聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(2GT)紗的15-規(guī)格(6紗/cm)經(jīng)紗被夾在兩個梳理無紡纖維網(wǎng)之間，各纖維網(wǎng)稱量為0.7oz/yd2(23.7g/m2)。部分取向的紗是作為155/34 POY聚酯從DAK Americas獲得的。該纖維網(wǎng)是從通過J.D.Hollingsworth無紡梳理所加工的1.5英寸(3.8cm)長/1.5dpf(1.7分特/長絲)T-54聚酯定長短纖維(可以從DuPont商購)制備。在經(jīng)紗和纖維網(wǎng)中的最高取向(縱向)的各方向在構(gòu)成復合材料的層中的同一方向被對齊。該三層復合材料是通過使用0.1英寸(0.25cm)寬的超聲波手工工具(hand tool)，采用在間隔0.75英寸(1.9cm)的橫向延伸的連續(xù)粘結(jié)線來粘結(jié)。該粘結(jié)的復合材料稱量為大約1.8oz/yd2(61g/m2)。它的可觀察的截面(未壓縮)厚度(參見圖1)是大約0.4英寸(1cm)，具有接近0.006g/cc的密度或164cc/g的松密度。當該產(chǎn)品在室溫下承受50psi(345kPa)的壓力達30分鐘時，它的厚度減少至0.15英寸(0.38cm)，對應于32cc/g的松密度。
該復合材料在烘箱中被加熱至150℃保持30秒。它在縱向收縮到3.8oz/yd2(128.8g/m2)的基重。它的厚度增加到0.8英寸(2cm)和在50psi(345kPa)下3分鐘壓縮之后，它回復到0.35英寸(0.89cm)的厚度。這兩個厚度對應于在壓縮之前的247cc/g的松密度，和在壓縮之后的108cc/g的松密度。
實施例2通過使用在實施例1中所述的方法來制備復合片材，所不同的是可收縮層是拉緊的150旦尼爾(16.7tex)2GT/3GT連續(xù)長絲紗的經(jīng)紗，而不是2GT POY經(jīng)紗。通過具有0.52dl/g的特性粘度的聚對苯二甲酸乙二醇酯(2GT)和具有1.00d1/g的特性粘度的聚對苯二甲酸三亞甲基二醇酯(3GT)經(jīng)由具有255℃-265℃的紡絲模塊溫度的68圓孔噴絲板的普通熔紡來以并行構(gòu)型制備2GT/3GT長絲。通過在熔紡過程中調(diào)節(jié)聚合物輸出量，在纖維中的聚合物體積比被控制到60/402GT/3GT。該長絲是以450-550m/min的速度從噴絲板中排出并經(jīng)由普通的橫吹空氣來驟冷。驟冷的長絲束然后被拉伸到其紡絲長度的4.4倍而形成具有2.2(2.4dtex)的單絲旦數(shù)的連續(xù)長絲的紗，它們在170℃下退火，和在2100-2400m/min的速度下卷收。初始的未收縮的拉緊復合材料具有與實施例1的初始未收縮復合片材基本上相同的基重和松密度。在張力釋放并且隨后在150℃下加熱30秒之后，該復合片材在縱向收縮到3.6oz/yd2(122g/m2)的基重和收縮到0.75英寸(1.9cm)的厚度，具有0.35英寸(0.89cm)的壓縮后厚度，對應于在壓縮之前的247cc/g的松密度和在壓縮之后的114cc/g的松密度。該產(chǎn)品在縱向是可彈性拉伸的。6英寸(15.2cm)長和2英寸(5.08cm)寬的樣品在縱向拉長了40％，保持30秒，釋放30秒以上和然后讓其回復。樣品基本上回復到它的最初長度。
實施例3復合片材是通過使用在實施例1中所述的方法來制備的，所不同的是在粘結(jié)之前，將預粘結(jié)的紡粘無紡材料的層-紡粘的Style 2250Reemay聚酯(從BBA Corporation of Old Hickory，TN獲得)-作為最外層來添加，在每一面上有一層，導致形成了剛剛形成時稱量為2.8oz/yd2(94.9g/m2)和在收縮之后稱量為5.2oz/yd2(176.3g/m2)的5層復合材料。在收縮之后的厚度是0.85英寸(2.2cm)和壓縮后厚度是0.60英寸(1.52cm)，分別對應于122cc/g和86cc/g的松密度。
實施例4復合片材是通過使用在實施例2中所述的方法來制備的，其中同一ReemayStyle 2250的兩個附加片與最初3-層結(jié)構(gòu)一起粘結(jié)，在每一面上有一層的Reemay無紡材料。最終產(chǎn)品是具有115cc/g的松密度和78cc/g的壓縮后松密度的稱量為4.8oz/yd2的彈性結(jié)構(gòu)。
實施例5復合片材通過使用在實施例4中所述的方法來制備，所不同的是粘結(jié)的圖案改變?yōu)閷蔷€，與該經(jīng)紗在45°上有1英寸(2.54cm)的間距。最終的收縮產(chǎn)品具有4.4oz/yd2的基重，大約0.8英寸(2.0cm)的厚度，和0.4英寸(1.0cm)的壓縮后厚度(分別為133cc/g和63cc/g的松密度)。
以上解釋的基本概念和實施例不應該限制本發(fā)明的范圍。一個或多個可打褶裥層可以粘結(jié)到可收縮層的一面或兩面上。該粘結(jié)圖案可以從線到點，圓點，按形狀粘結(jié)的區(qū)域(shaped bonded areas)以及允許在一個或多個方向在相鄰粘結(jié)處有5mm或更多的間距的任何其它變型來變化。收縮可以在一個或多個方向發(fā)生?？纱蝰揆袑涌梢允歉街诳墒湛s的織物，無紡物，或薄膜等上的紗的連續(xù)長絲經(jīng)紗。這些纖維可以在可打褶裥層中加以改變，混紡，層狀分布，等等。在可收縮層的收縮之后由可打褶裥層形成的褶曲環(huán)可以通過改變粘結(jié)距離而在尺寸和高度上變化，如在圖3a和3b中所示。本發(fā)明的眾多優(yōu)點中的一個是外部可打褶裥層可以是低密度的纖維網(wǎng)(梳理纖維網(wǎng)，氣流成網(wǎng)的纖維網(wǎng)，膨松的經(jīng)紗，等等)，它首先褶曲和膨松，然后在褶曲/膨松狀態(tài)下后粘結(jié)，就地進行，以獲得最大的回彈性和松密度。這可以通過使用包括“皮粘結(jié)劑/高熔點芯”纖維的可打褶裥纖維網(wǎng)，在收縮之前或之后施涂的粉末粘結(jié)劑，或在收縮之后施涂的液化粘結(jié)劑來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種形成多層復合片材的方法，它包括以下步驟用粘結(jié)處的陣列將至少一個可打褶裥層斷續(xù)地粘結(jié)于可收縮層上，其中相鄰的粘結(jié)處在至少一個方向被至少5mm的距離分離開；和引起該粘結(jié)的多層片材在至少一個方向收縮至少10％，由此可打褶裥層在相鄰的粘結(jié)處之間形成了褶曲區(qū)段，該褶曲多層復合片材具有至少3mm的厚度和至少50cc/g的松密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在相鄰粘結(jié)處之間的距離是至少10mm和褶曲的多層復合片材的厚度是在約6mm和30mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在相鄰粘結(jié)處之間的距離是在約5mm和約25mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中可收縮層選自纖維的陣列、無紡纖維網(wǎng)、針織織物、機織織物和薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中可收縮層是纖維的陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中纖維的陣列包括紗的陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中纖維的陣列包括纖維的平行經(jīng)紗。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中在陣列中的纖維選自部分取向紗、包括具有潛在螺旋形卷曲的多組分纖維的紗和彈性纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在陣列中的纖維包括彈性組合紗。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在陣列中的纖維包括部分取向的聚(對苯二甲酸乙二醇酯)紗。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在陣列中的纖維包括具有潛在螺旋形卷曲的多組分纖維，該多組分纖維包括延伸的聚合物組分和未延伸的聚合物組分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中延伸的聚合物組分選自聚(對苯二甲酸乙二醇酯)，聚(對苯二甲酸環(huán)己基1，4-二亞甲基二醇酯)，它們的共聚物，以及對苯二甲酸乙二醇酯和磺基間苯二甲酸乙二醇酯的鈉鹽的共聚物，和未延伸的聚合物組分選自聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)，聚(對苯二甲酸四亞甲基二醇酯)，聚(雙萘甲酸丙二醇酯)，聚(雙苯甲酸丙二醇酯)，它們與磺基間苯二甲酸乙二醇酯鈉的共聚物，和聚酯醚。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中延伸的聚合物組分是聚(對苯二甲酸乙二醇酯)和未延伸的聚合物組分是聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)。
14.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中該可收縮層是包括具有潛在螺旋形卷曲的多組分纖維的無紡纖維網(wǎng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中多組分纖維包括延伸聚合物組分和未延伸聚合物組分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中延伸的聚合物組分選自聚(對苯二甲酸乙二醇酯)，聚(對苯二甲酸環(huán)己基1，4-二亞甲基二醇酯)，它們的共聚物，以及對苯二甲酸乙二醇酯和磺基間苯二甲酸乙二醇酯的鈉鹽的共聚物，和未延伸的聚合物組分選自聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)，聚(對苯二甲酸四亞甲基二醇酯)，聚(雙萘甲酸丙二醇酯)，聚(雙苯甲酸丙二醇酯)，它們與磺基間苯二甲酸乙二醇酯鈉的共聚物，和聚酯醚。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中延伸的聚合物組分是聚(對苯二甲酸乙二醇酯)和未延伸的聚合物組分是聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中可打褶裥層選自梳理無紡纖維網(wǎng)、氣流成網(wǎng)的無紡纖維網(wǎng)、粘結(jié)的無紡纖維網(wǎng)和薄膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中可打褶裥層是粘結(jié)的無紡纖維網(wǎng)，后者選自液壓縫制的纖維網(wǎng)、機械方式縫制的纖維網(wǎng)、熱方式粘結(jié)的纖維網(wǎng)和粘合劑粘結(jié)的無紡纖維網(wǎng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中可打褶裥層含有在收縮步驟中被活化的熱塑性粘結(jié)劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中熱塑性粘結(jié)劑包括粉末。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中熱塑性粘結(jié)劑包括聚合物皮-芯纖維，其中所述的皮包含具有比芯聚合物更低熔點的聚合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中粘結(jié)處的陣列選自點粘結(jié)的陣列和線粘結(jié)的陣列。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中粘結(jié)處的陣列通過選自熱方式粘結(jié)和超聲波方式粘結(jié)的粘結(jié)方法形成。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中收縮步驟包括加熱該粘結(jié)的多層復合片材。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中加熱步驟包括熱水濕整理步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中該加熱步驟在自由收縮條件下進行。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中濕整理步驟包括染色步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中可收縮層是選自張緊延伸彈性薄膜和張緊延伸彈性纖維的張緊層和其中收縮步驟包括釋放在張緊層上的張力。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在相鄰粘結(jié)處之間的距離沿該復合片材的表面上進行變化。
31.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在收縮步驟中粘結(jié)的多層片材在至少一個方向收縮了至少20％。
32.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中可收縮層在收縮步驟之前被夾在和粘結(jié)在至少兩個可打褶裥層之間。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中可打褶裥層是無紡纖維網(wǎng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中可打褶裥層具有低于約33.9g/m2的基重。
35.一種多層復合片材，包括第一聚合物層；第二種聚合物層，其以粘結(jié)處的間隔圖案被粘結(jié)于第一層的第一面上，所述粘結(jié)處在至少一個方向以大約5和25mm的粘結(jié)距離被分開，第二層在粘結(jié)處之間打褶裥；所述多層復合片材具有約3mm至30mm的厚度和至少50cc/g的松密度。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的復合片材，其中該復合片材具有約6mm至30mm的厚度。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的復合片材，其中該復合片材具有至少100cc/g的松密度。
38.根據(jù)權(quán)利要求35的復合片材，其中第一聚合物層包括含有螺旋形卷曲纖維的多組分無紡纖維網(wǎng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的復合片材，其中螺旋形卷曲纖維包括以選自并行和偏心皮-芯構(gòu)型排布的第一組分和第二組分。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的復合片材，其中第一組分包括聚(對苯二甲酸乙二醇酯)和第二組分包括聚(對苯二甲酸三亞甲基二醇酯)，該雙組分以并行構(gòu)型排布。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的復合片材，其中第一聚合物層基本上由螺旋形卷曲纖維組成。
42.根據(jù)權(quán)利要求35的復合片材，其中第一聚合物層包括部分取向紗的纖維層。
43.根據(jù)權(quán)利要求35的復合片材，其中第二聚合物層選自薄膜和無紡纖維網(wǎng)。
44.根據(jù)權(quán)利要求35的復合片材，其中第一和第二聚合物層是無紡纖維網(wǎng)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的復合片材，其中第一聚合物層是螺旋形卷曲纖維的纖維網(wǎng)。
46.根據(jù)權(quán)利要求35的復合片材，其中粘結(jié)處距離在跨越該片上有變化。
47.根據(jù)權(quán)利要求35的復合片材，進一步包括第三聚合物層，該第三聚合物層被粘結(jié)到與第一面相對的第一聚合物層的第二面上，該第三聚合物層在粘結(jié)處之間被打褶裥。
48.根據(jù)權(quán)利要求35的復合片材，其中第一、第二和第三聚合物層獨立地選自無紡纖維網(wǎng)和聚合物薄膜。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的復合片材，其中第一、第二和第三層中的每一種包括無紡纖維網(wǎng)。
50.根據(jù)權(quán)利要求48的復合片材，進一步包括第四聚合物層，后者選自無紡纖維網(wǎng)和聚合物薄膜，所述第四聚合物層附著于第一無紡層的第一面上并放置在該第一聚合物層和該第二聚合物層的中間。
51.包括權(quán)利要求35的多層復合材料的緩沖材料。
52.包括權(quán)利要求35的多層復合材料的層的衣服。
53.權(quán)利要求51的緩沖材料，其中第一聚合物層包括多組分無紡纖維網(wǎng)，后者包括螺旋形卷曲纖維和進一步包括第三聚合物層，第三聚合物層在復合片材的橫向延伸，并以線粘結(jié)的間隔圖案粘結(jié)到第一層的第二面上，這些粘結(jié)處以約5至25mm的粘結(jié)距離被分離開，和該第三層在粘結(jié)處之間打褶裥。
54.權(quán)利要求53的緩沖材料，其中它是在粘結(jié)線的方向具有約20-250毫米長度的基本上管形的離散區(qū)段。
55.權(quán)利要求53的緩沖材料，其中它是在粘結(jié)線的方向具有約5毫米長度的基本上管形的離散區(qū)段。
56.權(quán)利要求53的緩沖材料，其中它是基本上垂直于粘結(jié)線的具有約1-25毫米的寬度的離散區(qū)段。
全文摘要
多層復合片材包括斷續(xù)地粘結(jié)到可打褶裥層(10’，12’)上的可收縮層(11’)，其中粘結(jié)處(13’)以規(guī)定的距離(d’)分開和其中可收縮層(11’)可以發(fā)生收縮和同時引起可打褶裥層(10’，12’)在粘結(jié)處(13’)之間打褶裥。通過采用以規(guī)定距離(d’)分開的粘結(jié)處(13’)將可收縮層(11’)斷續(xù)地粘結(jié)到可打褶裥層(10’，12’)上并引起可收縮層(11’)發(fā)生收縮和同時使可打褶裥層(10’，12’)在粘結(jié)處(13’)之間打褶裥，來制備多層復合片材的方法。優(yōu)選地，該可收縮層(11’)包括具有潛在螺旋形卷曲的纖維的纖維陣列或無紡纖維網(wǎng)。
文檔編號B32B27/36GK1606502SQ02825701
公開日2005年4月13日 申請日期2002年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者D·P·扎菲羅格盧, G·D·希特帕斯, J·A·錢伯斯 申請人:納幕爾杜邦公司