CN101815817A - 来自单聚合物体系的面粘型非织造织物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有多根半晶长丝的非织造织物,所述半晶长丝彼此热粘合、由同一聚合物形成并且表现出基本相同的熔点。所述织物通过下述方法制造:对非晶的可结晶聚合物熔融纺丝,以形成具有不同结晶度水平的两种组分。在纺丝过程中,使所述聚合物的第一组分经受引起应力诱导晶化的条件,使得第一聚合物组分处于半晶状态,并且用作所述织物的基体或支持体组分。所述第二聚合物组分不经受引发晶化的应力,因而保持为在较低温度下可良好粘合的基本非晶的状态。在粘合步骤中,将所述织物加热以软化和熔合所述粘合剂组分。在这些条件下,所述粘合剂组分进行热晶化,使得在最终产品中,所述两种聚合物组分都为半晶。

Description

来自单聚合物体系的面粘型非织造织物
技术领域
本发明主要涉及非织造织物,更具体而言,涉及由经历应力诱导晶化的聚合物形成的非织造织物。
背景技术
由彼此热粘合的纤维形成的非织造织物已经生产了许多年。两种常见的热粘合技术包括面粘合和点粘合。在面粘合中,在整个非织造织物中于非织造织物的纤维彼此接触的位置产生粘合。这可以通过各种方法实现,例如通过使热空气、蒸汽或其它气体通过未粘合的纤维网来使纤维熔融并在接触点处彼此熔合。面粘合也可以通过以下方法实现:使纤维网通过由两个光滑的钢辊构成的压延机,所述钢辊被加热以引起纤维软化和熔合。在点粘合中,使纤维网通过加热的由两个轧辊构成的压延机的辊隙,其中,所述辊中至少有一个具有带有凸出图案的表面。通常,所述加热的辊中有一个为图案化辊,而共同运转的另一个辊具有光滑的表面。随着网移动通过压延机辊,各纤维在不连续的位置或纤维接触图案化辊的凸起的粘合部位热粘合在一起,并且在这些点粘合部位之间的位置处纤维不粘合。
点粘合可以有效地用于粘合由下述热塑性纤维形成的非织造织物,所述纤维具有相同的聚合物组合物和相似的熔点。然而,面粘合通常不适用于此种类型的非织造织物,因为为产生粘合,所述织物通常需要存在在低于纤维的软化和熔融温度的温度下软化和熔融的粘合剂组分。
一个众所周知的市售面粘型非织造织物的实例为由Old Hickory,田纳西州的Fiberweb Inc.以注册商标
Figure GPA00001081501400011
销售的非织造织物。该纺粘型织物主要根据美国专利第3,384,944号和第3,989,788号的教导制造,其中较高熔点的聚合物组合物的长丝和较低熔点的聚合物组合物的长丝彼此混合并沉积在移动带上以形成网。使长丝的网通过热空气粘合机,较低熔点的组合物的长丝软化并熔融,从而在整个网中形成粘合,结果获得具有所需物理性质的非织造织物。由较高熔点的聚合物组合物组成的长丝在粘合过程中不熔融,并为织物提供支持体(support)。例如,在
Figure GPA00001081501400021
织物中,较高熔点的组合物为聚酯均聚物,较低熔点的粘合剂组合物为聚酯共聚物。
需要使用两种分开的聚合物组合物使得制造工艺的操作和加工要求提高,并因存在两种不同的聚合物组合物而使回收或再利用边角料或废料变得困难。另外,较低熔点的组合物的熔点代表着对于可使用非织造织物的温度条件的限制。
发明内容
本发明涉及由单聚合物体系制造的非织造织物。具体而言,本发明使用在纤维纺丝工艺中经历应力诱导晶化的半晶聚合物树脂体系。根据本发明,半晶聚合物树脂主要产生非织造织物中的粘合用非晶纤维和织物支持体用半晶纤维。面粘型非织造织物可以以下述方式提供:其中多根半晶纤维彼此热粘合并且由基本相同的聚合物组合物形成。
聚合物特性粘度(IV)、聚合物吞吐量、纺丝速度、熔体温度、骤冷温度和流速属于影响纺丝应力的工艺变量,可以利用这些工艺变量来为非织造织物的纤维提供所需的结晶度水平。处于未结晶或非晶态的可结晶的聚合物可以在较低温度下有效地形成热粘合,但是结晶后则较难实现热粘合。本发明利用这些工艺变量来制造织物支持体用半晶纤维和热粘合用非晶纤维。热粘合后,两种纤维以半晶或基本结晶的状态存在于织物中。
一方面,本发明提供一种制造非织造织物的方法,其中,将可结晶的聚合物熔融挤出以产生多根纤维,并使所述聚合物经受以下加工条件,所述加工条件可产生至少部分结晶的第一聚合物组分和基本非晶的第二聚合物组分。第一聚合物组分处于半晶状态,并且构成织物的基体组分。所述聚合物的第二组分不进行任何基本晶化,结果保持为基本非晶的状态。第二聚合物组分具有低于第一聚合物组分的软化温度,因此第二聚合物组分起到用于织物的粘合剂组分的作用。
这些纤维沉积在收集表面上,形成含有部分结晶的第一聚合物组分和非晶的第二聚合物组分的网。纤维随后彼此热粘合,形成粘合的非织造网,其中,非晶的第二聚合物组分软化并熔合,从而与第一聚合物组分形成粘合。在粘合工序中,加热令粘合剂发粘,并使其与其自身及接触点处的相邻纤维的基体组分熔合。粘合也引起第二聚合物组分结晶,使得在所获得的粘合的非织造织物中两种聚合物组分都至少部分结晶。
在一个实施方式中,熔融挤出同一聚合物组合物的连续长丝,并在一定条件下加工,以产生具有不同结晶度水平的聚合物的第一组分和第二组分。例如,在挤出期间,使聚合物的第一组分暴露于纺丝条件,结果在第一聚合物组分中产生应力诱导晶化,而对第二聚合物组分施加不足以引发实质性晶化的应力。使用不同的工艺变量可以控制聚合物组分所受的应力的大小,从而赋予纤维所需的结晶度水平。所述工艺变量包括聚合物特性粘度(IV)、聚合物吞吐量、纺丝速度、熔体温度、骤冷温度、流速和拉伸比等。
在一个实施方式中,本发明提供了由分开的基体长丝和粘合剂长丝组成的纺粘型非织造网,所述长丝由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)均聚物构成。基体长丝具有比粘合剂长丝高的特性粘度(IV),并在一定条件下挤出,结果基体长丝具有比粘合剂长丝高的结晶程度。在一些实施方式中,粘合剂长丝可以具有比基体长丝的软化温度低约10℃的软化温度。所述长丝随后进行面粘合,从而使长丝在接触点处彼此粘合。热粘合之后,基体长丝和粘合剂长丝都处于半晶态,DSC曲线证明,两种长丝通常表现出单一熔融峰。在一个实施方式中,基体长丝由特性粘度为约0.65dl/g以上(例如0.68dl/g)的PET均聚物形成,并且粘合剂长丝由特性粘度为约0.62dl/g以下(例如0.61dl/g)的PET均聚物形成。
在另一个实施方式中,本发明涉及由双组分长丝组成的非织造织物,所述双组分长丝为鞘/芯长丝或顶端多叶(tipped multilobal)的长丝。所述鞘或顶端包含长丝的粘合剂组分,而所述芯包含基体组分。在一个实施方式中,双组分长丝包含具有低特性粘度(IV)的PET均聚物组分和具有高特性粘度(IV)的PET均聚物组分,分别对应于粘合剂组分和基体组分。双组分长丝以下述速度纺丝:其中,IV较高的聚合物组分通过应力诱导晶化结晶以用作基体组分,IV较低的聚合物组分保持基本非晶的状态以用作粘合剂组分。在一个特定实施方式中,双组分长丝含有5重量%~20重量%的IV较低的组分和80重量%~95重量%的IV较高的组分。
在另一方面,可以将回收的PET用作粘合剂树脂。将回收的PET的IV调整为约0.62以下,以用作粘合剂纤维。可以使用添加剂来破坏回收的聚合物材料中的PET链,以降低回收的聚合物的IV。在该实施方式中,纤维可以包含分开的基体纤维和粘合剂纤维或多组分纤维。
本发明的非织造网可以由能够进行应力诱导晶化的各种非晶聚合物组合物制备,所述非晶聚合物组合物例如为尼龙和聚酯,包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
附图说明
以概述型方式描述了本发明之后,下面将参照附图进行描述,所述附图不一定按比例绘制,其中:
图1为纺粘型非织造织物的透视图,所述非织造织物包含至少部分结晶的连续长丝和性质上为非晶的连续长丝;
图2为用于生产本发明的实施方式的非织造织物的设备的示意图;
图3显示具有至少部分结晶的第一组分和性质上为非晶的第二组分的双组分长丝的截面,其中,所述第一组分和第二组分存在于所述长丝的截面的不同部分;
图4显示多叶的双组分长丝,所述长丝具有存在于长丝截面的不同部分的第一组分和第二组分;
图5显示三叶的双组分长丝,所述长丝具有存在于长丝截面的不同部分的第一和第二组分;
图6为本发明的一个实施方式的复合非织造织物的截面侧视图,所述非织造织物具有纺粘型/熔喷型/纺粘型结构;
图7为现有技术的非织造织物的SEM显微照片,所述非织造织物具有共聚物粘合剂长丝和均聚物基体长丝;
图8为图7的非织造织物的截面侧SEM显微照片;
图9为本发明的非织造织物的SEM显微照片,其中,所述织物包含彼此粘合的连续的基体长丝和粘合剂长丝;
图10为图9的非织造织物的截面侧SEM显微照片;
图11为图7的现有技术的非织造织物的差示扫描量热(DSC)曲线,其中,可以看到粘合剂长丝的PET共聚物和基体长丝的PET均聚物的不同的熔点;
图12为图9的本发明的非织造织物的差示扫描量热(DSC)曲线,其中,DSC曲线显示粘合剂长丝和基体长丝只有一个熔点;
图13为具有连续的双组分长丝的现有技术的非织造织物的差示扫描量热(DSC)曲线,在所述长丝中,由PET共聚物形成粘合剂组分且PET均聚物形成基体组分,并且其中,DSC曲线包含粘合剂组分和均聚物组分的不同熔点;
图14为包含连续的双组分长丝的本发明的非织造织物的差示扫描量热(DSC)曲线,在所述长丝中,PET粘合剂组分构成鞘且PET基体组分构成芯,并且其中,DSC曲线显示粘合剂组分和基体组分只有一个熔点;
图15A为由已彼此热粘合的基体和粘合剂同质长丝组成的非织造织物的显微照片,并且其中,所述织物已由染料着色,以显示基体长丝与粘合剂长丝的不同取向度;并且
图15B为图15A的显微照片的灰阶图,其中,非织造织物由已彼此热粘合的基体和粘合剂同质长丝组成,并且其中,所述织物已由染料着色,以显示基体长丝与粘合剂长丝的不同取向度。
具体实施方式
下面将参考附图更加详细地描述本发明,其中会显示本发明的一些但非全部实施方式。实际上,这些发明可以以许多不同的方式实施,并且不应认为这些发明限于此处所述的实施方式;而是应该认为,提供这些实施方式是为了使本说明书满足实用性的法律要求。在全文中,相同的数字表示相同的元件。
本发明涉及非织造织物,所述非织造织物通过熔融挤出可结晶的非晶热塑性聚合物以产生多根纤维而形成。将纤维沉积在收集表面上以形成网,并且使纤维彼此粘合以形成牢固的粘在一起的非织造织物。用于产生纤维的可结晶的非晶热塑性聚合物能够进行应力诱导晶化。在加工过程中,使聚合物组合物的第一组分经历可导致应力诱导晶化的工艺条件,以使第一聚合物组分处于半晶状态。在不足以引发晶化的条件下处理聚合物的第二组分,由此第二聚合物组分保持为基本上是非晶的。由于其非晶性质,第二聚合物组分具有低于半晶的第一聚合物组分的软化温度,因而能够在低于第一聚合物组分的软化温度的温度形成热粘合。因此,可以使用非晶的第二聚合物组分作为所述非织造织物的粘合剂组分,同时使用半晶的第一聚合物组分作为非织造织物的基体组分,以为所述织物提供诸如拉伸和剪切强度等所需的强度物理性质。
“非晶”是指第二聚合物组分中的结晶程度低于第一聚合物组分所需的结晶程度,并且要足够低,以使第二聚合物的软化温度低于第一聚合物组分的软化温度。术语“软化温度”通常指聚合物组分软化并变粘的温度或温度范围。第一聚合物组分和第二聚合物组分的软化温度可以通过工业标准测试方法,例如“ASTM D 1525-98 Standard Test Method forVicat Softening Temperature of Plastics(用于塑料的维卡软化温度的ASTM D1525-98标准测试方法)”和“ISO 306:1994 Plastic-Thermoplasticmaterials-determination of Vicat softening temperature(ISO 306:1994塑性-热塑性材料的维卡软化温度的确定)”容易地确定。理想的是,第二聚合物组分的软化温度比第一聚合物组分的软化温度低至少5℃,优选的是软化温度之差为5℃~30℃,通常软化温度之差为8℃~20℃。在一个特定实施方式中,第二聚合物组分的软化温度比第一聚合物组分的软化温度低约10℃。软化温度之差使得第二聚合物组分可以在低于第一聚合物组分开始软化和发粘的温度的温度下发粘并形成热粘合。
在粘合步骤中,将未粘合的纤维的网加热至以下温度:非晶粘合剂组分软化并与其自身及与接触点处的相邻纤维的基体组分熔合,从而形成牢固的粘在一起的非织造织物。在粘合过程中,粘合剂组分通常也进行热晶化,使得在所获得的粘合的非织造织物中,基体组分和粘合剂组分都至少部分结晶。通常,粘合条件可使基体纤维和粘合剂纤维都基本完全晶化。结果,粘合的织物的差示扫描量热(DSC)曲线仅显示出对应于基体纤维和粘合剂纤维中的结晶区域的熔融潜热的一个峰。这与常见的面粘合织物中所观察到的情形截然不同,所述常见的面粘合织物依靠低熔点粘合剂组合物进行粘合。
因此,本发明的非织造织物与通过现有技术的已知方法制造的面粘型非织造织物的不同之处在于,本发明的非织造织物是面粘合的,且仅由单聚合物体系构成,非织造织物的支持体或基体纤维和粘合剂纤维皆由所述单聚合物体系形成。使用单聚合物体系形成粘合剂组分和基体组分的一个优点是可以既降低成本又提高效率。与一些现有技术的非织造织物不同,上述非织造织物无需使用具有与基体树脂不同的聚合物化学的附加的粘合剂树脂。通常,常用的粘合剂树脂会需要存在附加的挤出装置和输送管路等。结果,关于这种非织造织物的成本将会提高。在本发明中,使用单聚合物体系有助于降低成本和提高效率。使用双组分纤维时,单聚合物体系的使用也会使粘合剂组分更均匀地分布于整个网,因为基体组分和粘合剂组分沿相同的纤维分布。
虽然在最终的粘合织物中基体纤维和粘合剂纤维都是至少部分结晶的,但是它们具有不同的形态和分子取向。基体纤维在应力下结晶,而粘合剂纤维热结晶,不需要应力。使用常用染料对纤维染色使人们可以观察这两种不同类型的纤维。染料的吸收对于分子取向、结晶程度和形态非常敏感。两种类型的纤维表现出不同的染料吸收。与基体纤维相比,粘合剂树脂具有较低水平的优选分子取向,并且更容易吸收染料。观察两种类型的纤维的差异的一种适当方法为,取一块根据本发明生产的已经粘合的非织造织物,加热固化以使粘合剂纤维和基体纤维完全结晶并减小非织造织物的收缩,并使用适于特定聚合物组合物的染料来使非织造织物着色。例如,使用诸如沸水中的Terasil Blue GLF(Ciba SpecialtyChemicals)等染料可以适当地使PET纤维着色。使用肉眼或通过显微镜检查法来检查获得的织物,结果显示,粘合剂纤维着色比基体纤维深,如图15A和15B所示。
本发明可使用的聚合物组合物通常包括能够进行应力诱导晶化的聚合物和熔融时相对非晶的聚合物。稳定的聚合物组合物可以包括聚酯和聚酰胺,如尼龙。示例性聚酯可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚乳酸(PLA)和它们的共聚物和组合。
本发明可用于制备多种不同的非织造织物,包括纺粘型非织造织物、熔喷型织物和它们的组合等。本发明还可用于形成多种不同的纤维,包括短纤维、连续长丝和多组分纤维。除非另有说明,否则术语“纤维”通常用于表示不连续长度的短纤维和连续的长丝。
如上所述,包含第一聚合物组分和第二聚合物组分的纤维可以通过以下方法制造,即,在引发取向的工艺条件下熔融挤出相对非晶的熔融聚合物组合物,由此在一种组分中晶化,而第二组分主要保持为非晶。引发和控制晶化程度的方法包括以下参数,所述参数例如为纺丝速度、纺丝和拉丝温度、骤冷条件、拉伸比、熔融流的特性粘度、聚合物吞吐量、熔体温度、流速和它们的组合。
例如,在挤出工序中,在可导致应力诱导晶化的第一组条件下挤出和细化第一组连续长丝,并可将同一聚合物组合物用于制造第二组连续长丝,所述第二组连续长丝在不导致应力诱导晶化、在长丝中引发极小的或者不引发晶化的第二组条件下挤出和细化。不同的条件可以包括一种以上的以下变量:聚合物吞吐量、侧吹风速度、拉伸比(对于机械拉伸的长丝而言)、空气压力(对于由空气作用细化的长丝而言)。使聚合物熔融流受到应力以使非晶聚合物发生取向,由此引起长丝中的应力诱导晶化。通常,以低速纺丝时,聚酯等聚合物组合物保持为相对非晶的状态。在较高的挤出速率下,聚合物中应力的大小增加,导致聚合物的结晶程度增大。例如,比较高速的纺丝可在熔融的纤维中引起高应力,导致聚合物分子发生取向和晶化。所采用的纺丝速度通常取决于所需要的获得的织物的性质、聚合物性质(例如特性粘度和形成晶体时产生的能量)和其它处理条件,例如所使用的熔融聚合物的温度、毛细管流速、熔融和侧吹风温度以及拉伸条件。在一个实施方式中,以中至高纺丝速度对纤维纺丝,以引发所需的结晶程度。因此,所需的纤维中的结晶程度的大小是确定引发第一聚合物组分晶化的工艺条件的重要参数。
另外,可以以较低的速度对纤维纺丝,然后对其以下述拉伸比进行机械拉伸,所述拉伸比应使熔融的纤维受到可引发取向和晶化的应力水平。引发晶化所需的条件还以随聚合物本身的物理性质(例如聚合物熔体的特性粘度)而变化。例如,在相似的纺丝速度或拉伸比的条件下加工时,具有较高特性粘度的聚合物将比具有较低特性粘度的聚合物受到更大的应力。
在一个优选实施方式中,第一聚合物组分和第二聚合物组分可以通过选择彼此相同(即为同一种聚合物)但特性粘度或分子量彼此不同的两种聚合物组合物而形成。在给定的挤出速率下,具有较高特性粘度的聚合物组合物受到的应力比具有较低特性粘度的聚合物组合物受到的应力大。因此,可以基于特性粘度来选择用于第一聚合物组分和第二聚合物组分的聚合物组合物。第一聚合物组分与第二聚合物组分之间特性粘度的不同可以通过几种方法实现。例如,许多树脂制造商提供不同等级的同一聚合物,可以选择特性粘度不同的两种不同等级的同一聚合物。特性粘度的不同也可以通过添加改变聚合物的特性粘度或分子量的添加剂来实现。所述添加剂的实例包括乙二醇、丙二醇、硬脂酸镁和水。
在一个实施方式中,第一聚合物组分和第二聚合物组分由两种分开的聚合物组合物形成,所述聚合物组合物包含聚对苯二甲酸乙二醇酯,其中这两种聚合物组合物的特性粘度之差为至少0.15。在一个特定实施方式中,基体组分由特性粘度为0.68dl/g以上的PET均聚物形成,而粘合剂组分由特性粘度为0.61dl/g以下的PET均聚物形成。
在一个特别有用的实施方式中,本发明提供了下述纺粘型非织造织物,所述纺粘型非织造织物由包含第一聚合组分(即,基体组分或基体纤维)的连续长丝和包含第二聚合组分(即,粘合剂组分或粘合剂纤维)的连续长丝形成,所述两种长丝彼此热粘合从而产生牢固且粘在一起的网。在这点上,图1说明了本发明的一个实施方式,其中,面粘合的纺粘型非织造织物10由彼此粘合的包含第一聚合物组分的连续长丝14和包含第二聚合物组分的连续长丝16形成。在该实施方式中,长丝14、16通过将聚合物熔融挤出,使其通过一个以上的喷丝头以形成第一组和第二组连续长丝而形成。随手使第一组和第二组长丝经受以下加工条件,其中,第一组连续长丝受到引发晶化的应力,第二组连续长丝受到不足以引发晶化的应力。结果,形成长丝14的聚合物至少部分晶化,并且长丝16的聚合物保持为基本非晶的状态。
对由具有第一聚合物组分和第二聚合物组分的长丝14、16构成的网施加足够的热量以引起长丝16软化并于接触点处与长丝14熔合,使得长丝彼此粘合,从而形成牢固且粘合在一起的网。
图1还包含织物的放大的截面12,并图示了彼此粘合的各长丝14、16。如图所示,非织造织物10包含至少部分结晶的同质长丝14(即第一聚合物组分)和性质上主要为非晶的同质长丝16(即第二聚合物组分)。长丝14、16之间的热粘合18出现在非晶长丝彼此交叉和与至少部分结晶的长丝交叉的点处。虽然图1所示的长丝14、16是不同的,但应该认识到,热粘合后,分别对应于长丝14、16的第一组分和第二组分通常都处于部分结晶的状态。
在一个实施方式中,图1中所示的纺粘型非织造织物包含约65%~95%,更优选为80%~90%的由第一聚合物组分形成的长丝和约5%~35%,更优选为5%~20%的由第二聚合物组分构成的长丝。
图2示意性地说明了用于制造本发明的一个实施方式的纺粘型非织造织物的设备的布置。所述设备包括连续设置的第一和第二纺丝箱体22,所述纺丝箱体22安装在环形移动式输送带24的上方。虽然所图示的设备具有两个纺丝箱体,但是应该理解,所述装置也可以采用仅具有一个纺丝箱体或具有三个以上纺丝箱体的其它构造。每个箱体均沿与机器方向垂直的宽度方向延伸,并且各个箱体沿机器方向连续设置。每个箱体都提供有熔融的可结晶的聚合物,所述聚合物来自一个以上的挤出机(未示出)。在各纺丝箱体22上安装用于制造连续长丝的带孔喷丝头。在一个说明性实施方式中,使用的是两种不同等级的同一聚合物组合物,聚合物仅在特性粘度上有所不同。将IV等级较高的聚合物供给至一个或多个用于形成基体长丝的纺丝箱体,并将IV等级较低的聚合物供给至用于形成粘合剂长丝的第二纺丝箱体。
通过与侧吹风流接触来冷却和固化新挤出的长丝,然后通过拉伸辊机械性地细化和拉伸所述长丝,或者通过细化装置26由空气作用细化和拉伸所述长丝。通过拉伸辊或细化装置26施加于长丝的纺丝线应力引起形成基体长丝的IV等级较高的聚合物的应力诱导晶化,而形成粘合剂长丝的IV等级较低的聚合物发生了极小的应力诱导晶化或未发生应力诱导晶化,并保持基本非晶的状态。
随后长丝无规地沉积在推进带24上,以形成网。然后热粘合长丝,以使网具有粘结性和强度。面粘合是用于粘合网的特别有用的技术。面粘合通常涉及使网通过加热的由两个光滑的钢辊组成的压延机,或者使热蒸汽、空气或其它气体通过网,从而使包含第二聚合物组分的长丝变得发粘并彼此熔合。
在所说明的实施方式中,未粘合的长丝的网被图示为通过蒸汽捣固机32,所述蒸汽捣固机32的实例通常如Estes等的美国专利第3,989,788号所示。使该网与用于软化粘合剂纤维的饱和蒸汽接触。然后,将该网转移至热空气粘合机34中。粘合操作中所采用的温度比捣固机中所用的温度高很多,所选择的温度取决于粘合剂纤维的发粘温度和所需的产品性质(例如强度、尺寸稳定性或硬挺度)。对于包含聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤维而言,在粘合过程中,捣固的网通常暴露于140℃~250℃,优选为121℃~250℃的空气中。在捣固步骤和粘合步骤中,粘合剂纤维软化并变得发粘,在长丝彼此交叉之处产生熔融粘合。获得的非织造织物为面粘型非织造织物,粘合部位在织物的整个面积和厚度中均匀分布。粘合部位提供诸如剪切强度和拉伸强度等必需的片性能(sheet property)。粘合的网经输出辊传至卷绕装置36。
通常,非织造织物的面粘合将导致第一聚合物组分和第二聚合物组分均处于至少部分结晶状态,使得半晶聚合物的结晶程度为其最大可实现结晶度的至少70%。在一个实施方式中,面粘合导致第一聚合物组分和第二聚合物组分的结晶程度为其最大可实现结晶度的至少90%,例如为其最大可实现结晶度的至少99%。可采用的其它面粘合技术包括超声粘合和RF粘合等。
在本发明的另一方面,可以由下述连续的双组分长丝形成纺粘型非织造织物,在所述长丝中,第一聚合物组分和第二聚合物组分存在于长丝截面的不同部分中。术语“双组分长丝”是指下述长丝,其中,第一组分和第二组分存在于长丝截面的不同部分并且基本连续地沿长丝的长度方向延伸。在一个实施方式中,双组分长丝的截面包含第一独特区域和第二独特区域,所述第一独特区域包含经受过引发晶化的条件的第一聚合物组分,在所述第二独特区域中第二聚合物组分主要保持为非晶态。所述双组分长丝的截面构造可以是例如一种聚合物被另一种聚合物所包围的鞘/芯布置、并排布置或多叶构造。
在该实施方式中,可以通过提供两股熔融的非晶聚合物流来制造第一组分和第二组分,其中,形成第二聚合物组分的聚合物具有比第一聚合物组分的聚合物低的特性粘度。在挤出过程中,这两股聚合物流结合以形成多组分纤维。结合的熔融流随后受到下述应力,所述应力可引发特性粘度较高的聚合物的晶化,但不足以引发特性粘度较低的聚合物的晶化,由此分别产生第一聚合物组分和第二聚合物组分。
图3至图5说明了本发明的实施方式,其中,第一聚合物组分40(基体组分)构成纤维截面的一部分,第二聚合物组分42(粘合剂组分)构成纤维截面的另一部分。使用以上结合图2描述的设备和方法可以制备本发明的双组分纤维,在所述设备和方法中,喷丝头被设计为适于制造具有所需截面构造的双组分长丝。适合的喷丝头可以由各种来源商购。一种双组分长丝形成用喷丝头如Hills的美国专利第5,562,930号中所述。可将喷丝头构造为在所有喷丝头孔都形成双组分长丝,作为另外一种选择,可以根据特定的所需产品特性,将喷丝头构造为可制造一些双组分多叶长丝和完全由第一聚合物组分和第二聚合物组分中的一种形成的一些多叶长丝。美国专利第2003/0119403号公报更加详细地讨论了制造双组分长丝的方法,通过援引将其内容并入本说明书中。
图3说明的是双组分长丝,其中,第一聚合物组分和第二聚合物组分以并排的构造排列。图4和图5说明的是双组分长丝,其中,所述双组分长丝具有由修改的截面所定义的多个叶片。在一些实施方式中,重要的是,粘合剂组分存在于长丝表面的至少一部分,而且理想的是,粘合剂组分应该位于多叶长丝截面的至少一个叶片上。最优选的是,粘合剂组分位于一个或多个叶片的尖端。在一个实施方式中,粘合剂组分占长丝的约2重量%~约25重量%,优选的是占长丝的约5重量%~15重量%。
图4说明的是实心的多叶长丝截面,其中,所述长丝具有四个叶片。基体组分40(第一聚合物组分)占据了长丝截面的中心部分,并且粘合剂组分42占据各叶片的尖端部分。在另一个可选择的实施方式中,粘合剂组分可以占据仅一个叶片的尖端部分,或者占据两个叶片或三个叶片的尖端部分。图5说明的是实心三叶长丝截面,其中,粘合剂组分42占据了各叶片的尖端部分。在另一种可选择的形式中,粘合剂组分42可以仅占据三个叶片中的一个或两个。
在另一个方面,本发明提供了下述非织造织物,在所述非织造织物中,第一聚合物组分或第二聚合物组分之一构成熔喷型纤维,并且另一种聚合物组分构成纺粘型连续长丝。术语“熔喷型纤维”是指通过下述方法形成的纤维:挤出熔融的热塑性材料,使其通过多个微细的通常为圆形的模制毛细管(die capillary),作为熔融的线或细丝进入会聚的高速热气(例如空气)流中,所述热气流将使长丝断裂为短纤维。在一些实施方式中,可以使用高速气体细化长丝,以减小其直径,由此将获得具有微纤维直径的纤维。然后,熔融的纤维由高速气流运载并沉积于收集表面上,从而形成无规分散的熔喷型纤维的网。
图6说明的是复合非织造织物50,所述非织造织物50具有纺粘型/熔喷型/纺粘型构造,所述构造包含夹在一对纺粘型外层54之间的熔喷型纤维内层52。在一个实施方式中,外层54由至少部分结晶并用作非织造织物中的基体纤维的连续长丝形成,而内层52由性质上主要为非晶的熔喷型纤维形成。熔喷型纤维具有比连续长丝低的发粘温度,并用作使纤维和长丝流动且彼此熔合以形成牢固且粘在一起的织物的粘合剂纤维。
再参照附图2,在本发明的另一可选的实施方式中,长丝可以由同一聚合物组合物制造,但应经受下述加工条件,所述加工条件可以产生经历应力诱导晶化的一组长丝和保持基本非晶的另一组长丝。例如,作为聚合物吞吐量和/或拉伸比或细化器设置的结果,一个或多个纺丝箱体可以产生经受应力诱导晶化的长丝。来自另一纺丝箱体的长丝可以经受例如聚合物吞吐量和/或拉伸比或细化的条件,而获得发生极小应力诱导晶化或不发生应力诱导晶化的长丝。
在长丝中实现不同结晶程度和软化温度的主要且最优选的方法是略微改变两种聚合物组分的聚合物特性粘度。这可以通过例如以下方法实现:选择两种不同等级的同一聚合物组合物,所述聚合物组合物仅在聚合物特性粘度上是不同的。还可以降低聚合物组合物的特性粘度,以将其用作IV较低的粘合剂形成性组分。例如可以使用添加剂来使一些聚合物链断裂以降低IV,和/或使用回收的聚合物作为IV较低的组分的一部分或全部。例如,可以使用回收的PET作为IV较低的粘合剂形成性聚合物组分。为将回收的PET用作粘合剂组分,可将其IV调整为0.62dl/g以下。也可以通过使用改变纺丝线应力的添加剂而在两种聚合物组分中获得不同的结晶程度。结晶程度的不同可以通过混入少量降低纺丝线应力的添加剂或聚合物,由此延迟晶化而实现。例如,可以向PET中加入少量IV非常低的PTT,来降低纺丝线应力并延迟晶化。作为另外一种选择,可以向PET中加入乙二醇、脂肪酸或其它相容的添加剂,以在树脂被挤出时对树脂润滑或增塑,由此降低纺丝线应力。
还应认识到,第一组分和/或第二组分也可以包含常见于熔纺型(meltspun)聚合物纤维中的类型的添加剂,例如染料、颜料、增塑剂、荧光增白剂或填料等。
本发明的非织造织物可用于非常多的不同用途,例如服装、干衣机用纸(dryer sheet)和毛巾等。在一些实施方式中,本发明的非织造织物可用于较高温度的用途,因为不必使用熔点较低的粘合剂组分来使纤维彼此粘合。扩大的上限使用温度是高温流体过滤和织物增强塑料中所需的。
提供以下实施例旨在说明本发明的各种实施方式,无论如何不应认为这些实施方式是对本发明的限制。
实施例
实施例1(比较用):分开的均聚物基体纤维和共聚物粘合剂纤维
使用分开的PET均聚物长丝和间苯二甲酸(IPA)改性的PET共聚物长丝制造面粘型非织造织物。纺丝组件由120个用于均聚物的三叶孔和12个用于共聚物的圆孔构成。挤出之前共聚物和均聚物都在140℃干燥5小时。均聚物和共聚物的聚合物吞吐量均为1.8g/孔/分钟。使熔纺纤维在离开喷丝头时骤冷,并使用导丝辊将纤维拉至4dpf。条件总结如下:
均聚物:DuPont 1941 PET均聚物(0.67dl/gIV,260℃熔点);
共聚物:DuPont 3946R IPA改性的PET共聚物(0.65dl/g IV,215℃熔点);
均聚物吞吐量:1.8g/孔/分钟;
共聚物吞吐量:1.8g/孔/分钟;
共聚物%:9%;
纺丝速度:3,000码/分钟;
纤维旦尼尔:4dpf。
均聚物挤出机条件:
第1区:293℃
第2区:296℃
第3区:299℃
第4区:302℃
缸体温度(block temperature):304℃。
共聚物挤出机条件:
第1区:265℃
第2区:288℃
第3区:293℃
缸体温度:304℃。
将所拉长丝分散到以62英尺/分钟的速度移动的移动丝(moving wire)上,并使用115℃的蒸汽对其进行处理,以使网保持为一体,从而使其可转移至粘合机。然后在通气式粘合机中于220℃对网进行粘合,以制造面粘型非织造物。非织造网的基重为0.8osy。
实施例2(本发明的):分开的均聚物基体长丝和均聚物粘合剂长丝
本发明的面粘型非织造织物由第一聚合物组分和第二聚合物组分形成,所述聚合物组分使用具有不同聚合物IV的分开的PET均聚物长丝制造。纺丝组件由120个用于IV较高的均聚物(支持体纤维)的三叶孔和12个用于IV较低的均聚物(粘合剂纤维)的圆孔构成。挤出之前将这两种均聚物都在140℃干燥5小时。两种PET树脂的聚合物吞吐量均为1.8g/孔/分钟。使熔纺纤维在离开喷丝头时骤冷,并使用导丝辊将纤维拉至4dpf。条件总结如下:
均聚物长丝(第一聚合物组分):DuPont 1941PET均聚物(0.67dl/gIV,260℃熔点);
均聚物(第二聚合物组分):Eastman F61HC PET均聚物(0.61dl/g IV,260℃熔点);
第一聚合物组分吞吐量:1.8g/孔/分钟;
第二聚合物组分吞吐量:1.8g/孔/分钟;
第二聚合物组分:9%;
纺丝速度:3,000码/分钟;
纤维旦尼尔:4dpf。
第一聚合物组分挤出机条件:
第1区:293℃
第2区:296℃
第3区:299℃
第4区:302℃
缸体温度:304℃。
第二聚合物组分挤出机条件:
第1区:296℃
第2区:299℃
第3区:302℃
缸体温度:304℃。
将所拉长丝分散到以62英尺/分钟的速度移动的移动丝上,并使用115℃的蒸汽对其进行处理,以使网保持为一体,从而使其可转移至粘合机。长丝随后在220℃彼此粘合,产生面粘型非织造物。非织造网的基重为0.8osy。下表1比较了实施例1和2中所制造的非织造织物的性质。根据ASTM D-1117的用于织物的总体方法对非织造网进行测试。
表1:实施例1和2的物理性质
性质   实施例1(比较用)   实施例2(本发明的) 测试方法
  纵向抓样强力(磅)MD Grab Break(lbs)   16.8   14.2   D-5034
  纵向抓样断裂伸长率(%)MD Grab Elong.(%)   40.8   60.3   D-5034
  纵向抓样断裂模量(磅/英寸)MD Grab Mod.(lb/in)   7.9   7.2   D-5034
  横向抓样强力(磅)XD Grab Break(lbs)   11.9   11.2   D-5034
  横向抓样断裂伸长率(%)XD Grab Elong.(%)   44   67   D-5034
  横向抓样断裂模量(磅/英寸)XD Grab Mod.(lb/in)   6.2   4.9   D-5034
  纵向条样强力(磅)MD Strip Break(lbs)   7.2   5.8   D-5035
  纵向条样断裂伸长率(%)MD Strip Elong.(%)   40   29   D-5035
  纵向条样断裂模量(磅/英寸)MD Strip Mod.(lb/in)   4.8   4.8   D-5035
性质   实施例1(比较用)   实施例2(本发明的) 测试方法
  横向条样强力(磅)XD Strip Break(lbs)   2.7   2.9   D-5035
  横向条样断裂伸长率(%)XD Strip Elong.(%)   32   20   D-5035
  横向条样抓样断裂模量(磅/英寸)XD Strip Mod.(lb/in)   2.0   2.7   D-5035
 纵向撕裂强度(磅)MD Trap Tear(lbs)   5.1   9.4   D-5733
 横向撕裂强度(磅)XD Trap Tear(lbs)   5.5   9.3   D-5733
 170℃纵向收缩率(%)   2.8   0.7   D-2259
 170℃横向收缩率(%)   -0.7   -0.2   D-2259
 透气量(cfm)   770   710   D-737
 厚度(密耳)   7.5   7.5   D-5729
 基重(osy)   0.81   0.82   D-2259
由表1可以看出,实施例1(比较用)与实施例2(本发明的)有许多性质都相似。实施例1的条样张力(strip tensile)略高一些,但是实施例2的撕裂强度几乎为实施例1的二倍。
图7和图8为实施例1的非织造织物的SEM显微照片。如图7和图8中所示,织物的共聚物长丝已熔融并与熔点较高的基体长丝一起流动,由此将基体长丝粘合在一起。结果,在织物的一些区域,共聚物粘合剂长丝软化并流动至它们不再具有任何真实可辨的结构或长丝般形状的程度。可以容易地被看出来的唯一长丝是熔点较高的均聚物长丝,图9和图10为实施例2的非织造织物(本发明的)的SEM显微照片。与实施例1的非织造织物相反,粘合剂长丝和基体长丝在图9和图10中都清晰可见。具体而言,粘合剂长丝具有保持不变的可辨的长丝结构。显微照片还显示出粘合剂长丝围绕基体长丝有一些变形,由此粘合剂长丝在接触点与基体长丝粘合在一起,而没有熔融或者失去粘合剂长丝结构。在一个实施方式中,本发明的非织造织物的特征在于不存在粘合剂长丝已熔融并与基体长丝一起流动或围绕基体长丝流动的区域。在图9和10所示的实施方式中,织物的特征还在于具有多根互相连接的连续长丝,其中,一些长丝(粘合剂长丝)已经在接触点处与其它长丝熔合,并且其中,一些长丝(基体长丝)在接触点处没有彼此熔合,例如当两根基体长丝彼此接触时。此外,粘合剂长丝未表现出形成液滴,而在实施例1中则通常会形成液滴。在后续操作中可以除去所述液滴,但所述操作可能导致微粒污染。
图11为实施例1的非织造织物的差示扫描量热(DSC)曲线。该DSC曲线清晰地显示了两个不同的转折点,所述转折点代表实施例1的非织造织物的两个不同的熔点(例如,约214℃和约260℃)。两个熔点是由于存在熔点较低的粘合剂长丝和熔点较高的基体长丝。例如,构成粘合剂长丝的共聚物在约215℃熔融,而基体长丝(均聚物)在约260℃熔融。相反,实施例2的非织造织物的DSC曲线显示只在260℃处有一个熔点,其原因在于粘合剂长丝和基体长丝由实质上相同的聚合物组合物,例如PET形成。此外,由于不需要如实施例1那样包含熔点较低的共聚物,因此本发明的非织造织物可以在较高的温度下使用。具体而言,实施例2的非织造织物的使用温度比实施例1的非织造织物高约40℃。使用Universal V2.4F TA Instrument根据ASTM E-794测量DSC。
通常使用染料来研究纤维形态。结晶程度、微晶尺寸和非晶分子取向水平会影响染料的吸收。通常,较少结晶的样品和取向度较低的非晶相会更容易地接受染料。用于制造实施例#2的两种不同的长丝可通过染料吸收来区分。通常,具有较暗颜色的长丝具有较低的非晶取向,而较亮的着色长丝表明取向度较高,指示此为基体长丝。参照图15A和15B,可以看出,与粘合剂长丝相比,染色使得基体长丝具有较亮的颜色。如前所述,具有较高取向水平的长丝(即基体长丝)不会如粘合剂长丝那样容易地吸收染料,结果其颜色较亮。图15A和15B为实施例2的显微照片,所述照片使用配置有光学摄像机的Bausch and Lomb光学显微镜拍摄。显微照片的放大率为200X。图15A和和图15B的织物包含多根由基体长丝和粘合剂长丝形成的包含PET的同质长丝,所述基体长丝至少部分结晶,所述粘合剂长丝在热粘合过程中处于基本非晶的状态。
实施例3(比较用):鞘/芯共聚物/均聚物三叶双组分纤维
在实施例3中,制造双组分纤维构造的面粘型非织造织物。在芯中使用PET均聚物,而在鞘中使用IPA改性的PET共聚物。纺丝组件由200个三叶孔构成。挤出之前将共聚物和均聚物都在140℃干燥5小时。均聚物芯的聚合物吞吐量为1.2g/孔/分钟,而共聚物鞘的聚合物吞吐量为0.14g/孔/分钟,以使获得的纤维由10%的鞘和90%的芯构成。使熔纺纤维在离开喷丝头时骤冷,并使用导丝辊将纤维拉至3dpf。条件总结如下:
芯:DuPont 1941 PET均聚物(0.67dl/g IV,260℃熔点);
鞘:DuPont 3946R IPA改性的PET共聚物(0.65dl/g IV,215℃熔点);
芯聚合物吞吐量:1.2g/孔/分钟;
鞘聚合物吞吐量:0.14g/孔/分钟;
鞘%:10%;
纺丝速度:3,000码/分钟;
纤维旦尼尔:3dpf。
芯(均聚物)挤出机条件:
第1区:293℃
第2区:296℃
第3区:299℃
第4区:302℃
缸体温度:304℃。
鞘(共聚物)挤出机条件:
第一区:265℃
第2区:288℃
第3区:293℃
缸体温度:304℃。
将所拉长丝分散到以22英尺/分钟的速度移动的移动丝上,并使用115℃的蒸汽对其进行处理和加热,以使网保持为一体,从而使其能被转移至220℃的粘合机,由此制造面粘型非织造织物。非织造网的基重为2.8osy。
实施例4(本发明的):鞘/芯均聚物/均聚物三叶双组分纤维
制造双组分纤维构造的面粘型非织造织物。在芯中使用IV较高的PET均聚物,而在鞘中使用IV较低的PET均聚物。纺丝组件由200个三叶孔构成。挤出之前将这两种均聚物都在140℃干燥5小时。芯聚合物的聚合物吞吐量为1.2g/孔/分钟,而鞘聚合物的聚合物吞吐量为0.14g/孔/分钟,以使获得的纤维由10%的鞘和90%的芯构成。使熔纺纤维在离开喷丝头时骤冷,并使用导丝辊将纤维拉至3dpf。条件总结如下:
芯:DuPont 1941 PET均聚物(0.67dl/g IV,260℃熔点);
鞘:Eastman F61HC PET均聚物(0.61dl/g IV,260℃熔点);
芯聚合物吞吐量:1.2g/孔/分钟;
鞘聚合物吞吐量:0.14g/孔/分钟;
鞘%:10%;
纺丝速度:3,000码/分钟;
纤维旦尼尔:3dpf。
芯(均聚物)挤出机条件:
第1区:293℃
第2区:296℃
第3区:299℃
第4区:302℃
缸体温度:304℃。
鞘(均聚物)挤出机条件:
第1区:296℃
第2区:299℃
第3区:302℃
缸体温度:304℃。
表2:实施例3和4的物理性质
  性质  实施例3(比较用)  实施例4(本发明的)   测试方法
  透气量(cfm)  83  151   D-737
  基重(osy)  2.8  2.7   D-3776
  厚度(密耳)  17  15   D-5729
  抓样张力(traptensile)-纵向  161  154   D-5034
  抓样张力-横向  93  86   D-5034
  伸长率-纵向  56  68   D-5034
  伸长率-横向  57  63   D-5034
表2显示了实施例3和4中制造的非织造织物具有相似的物理性质。作为实施例3(比较用)的DSC曲线的图13显示了实施例3的非织造织物的两个不同的熔点。在实施例3中,粘合剂长丝在约215℃熔融,而基体长丝在约260℃熔融。图14为实施例4(本发明的)的非织造织物的DSC曲线。实施例4的DSC曲线显示只在260℃处有一个熔点。与实施例1和2相同,实施例4的本发明的非织造织物的使用温度也比实施例3的织物高。
在以下实施例中,探索了用于制备皆由PET构成的粘合剂长丝和基体长丝的不同纺丝速度和特性粘度。通过下述方法制备长丝:挤出长丝使其通过纤维纺丝头,使纤维骤冷,使用导丝辊拉伸纤维并将纤维置于收集带上。然后收集纤维样品用于测试。通过供给成束的纤维使其于130℃通过实验室用层合机来确定纤维类型。粘合剂纤维在130℃熔合在一起,而基体纤维在该温度不会粘合在一起。
表3中的长丝由以下聚合物组合物制备:
样品1~6:DuPont 1941PET均聚物(0.67dl/g IV,260℃熔点);
样品7~12:Eastman F61HC PET均聚物(0.61dl/g IV,260℃熔点);
样品13~18:Eastman F53HC PET均聚物(0.53dl/g IV,260℃熔点)。
经历应力诱导晶化的聚合物的相对结晶程度可以利用DSC技术通过实验方法评价。在本实施例中,使用TA Instruments Model 2920 DSC对各样品的结晶程度进行评价,其值如表3中所示。为确定非晶态聚合物试样的晶化热,将PET聚合物的样品加热至比熔点高至少20℃,然后取出样品,并迅速地使用低温速冻喷剂(Chemtronics Freeze-It)使其骤冷。然后,在以10℃/分钟的速度加热之前,将样品保持为室温。假定样品为100%非晶,并且由DSC曲线的面积确定非晶PET的晶化热为31.9焦耳/g。
接下来,通过以10℃/分钟的速度加热纤维并由DSC曲线的面积测量晶化热,来评估所纺纤维的结晶程度。由式[1-(纤维的晶化热/非晶的晶化热)]×100%来计算与最大可实现结晶度的百分比(结晶程度)。
表3:不同特性粘度并在不同纺丝速度下制备的PET纤维的熔合热和结晶程度数据
样品   特性粘度(dl/g)   纺丝速度(码/分钟) ΔN 纤维类型 染料 Tc(℃) ΔH结晶   最大结晶度的%*
  1   0.67   1,800   0.0081   粘合剂   暗   126   29.4J/g   8
  2   0.67   2,200   0.0087   粘合剂   暗   123   27.3J/g   14
  3   0.67   2,600   0.0090   粘合剂   暗   117   25.0J/g   22
  4   0.67   3,000   0.0079   基体   较亮   112   18.2J/g   43
  5   0.67   3,400   0.0120   基体   较亮   109   12.4J/g   61
  6   0.67   3,800   0.0092   基体   较亮   101   9.9J/g   69
  7   0.61   1,800   0.0089   粘合剂   暗   123   30.9J/g   3
  8   0.61   2,200   0.0077   粘合剂   暗   122   26.1J/g   18
  9   0.61   2,600   0.0047   粘合剂   暗   117   29.3J/g   8
  10   0.61   3,000   0.0065   粘合剂   暗   115   21.2J/g   34
  11   0.61   3,400   0.0127   粘合剂   暗   110   21.8J/g   32
  12   0.61   3,800   0.0064   粘合剂/基体   暗   108   19.4J/g   39
  13   0.53   1,800   0.0065   粘合剂   暗   122   28.2J/g   12
  14   0.53   2,200   0.0077   粘合剂   暗   120   26.4J/g   17
  15   0.53   2,600   0.0089   粘合剂   暗   116   25.4J/g   20
  16   0.53   3,000   0.0085   粘合剂   暗   113   27.2J/g   15
  17   0.53   3,400   0.0097   粘合剂   暗   108   22.2J/g   30
  18   0.53   3,800   0.0101   粘合剂   暗   107   22.2J/g   30
*最大结晶度的%通过以下方法计算:
假定完全非晶的PET树脂的ΔH结晶为31.9J/g
ΔH结晶/31.9J/g×100%=未结晶的PET的%
最大结晶度的%=100%-未结晶的PET的%;
Tc为聚合物结晶的温度。
一般而言,表3中的数据表明,结晶程度为约35%以上的长丝表现出对应于基体长丝的性质,而结晶程度低于该值的长丝通常表现出粘合剂长丝的性质。这些实施例的一个目的在于说明纺丝速度的变化如何影响纺丝线应力以及进而如何影响长丝的结晶程度。这些实施例适用于未经受粘合条件的长丝。从表3中的数据也可以看出,随着各聚合物的纺丝速度的提高,结晶的起始温度降低。
应该理解,当非织造织物随后得到加热以使粘合剂长丝软化和熔融时,在基体长丝和粘合剂长丝中都将会发生附加的结晶。结果,在最终的粘合织物中,聚合物将具有高出很多的结晶程度。在最终产物中,结晶程度将为聚合物最大可实现结晶度的至少50%,更理想的是至少60%,特别理想的是至少80%。实际上,结晶程度可以为聚合物最大可实现结晶度的95%以上。
表3中的数据还表明,熔融热高于约20焦耳/g的长丝通常可用作粘合剂纤维,而熔融热低于20焦耳/g的长丝通常为基体纤维。
在样品19~32中,探索了包含PLA和PTT的长丝的粘合剂/基体特性。结果总结在下表4中。表4中的长丝由以下聚合物组合物制备:
样品19~24:Nature Works 6202D聚乳酸(PLA)
样品25~32:Shell Corterra 509201聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)
表4:PLA和PTT纤维的熔融热和结晶程度数据
样品 聚合物组合物   纺丝速度(码/分钟) Tc(℃)   ΔH结晶(j/g) 纤维类型
  19   PLA   1,800   94.6   21.3   粘合剂
  20   PLA   2,200   90.8   19.4   粘合剂
  21   PLA   2,600   86.9   22.3   粘合剂
  22   PLA   3,000   81.5   22.1   支持体
  23   PLA   3,400   74.9   18.8   支持体
  24   PLA   3,800   72.2   17.0   支持体
  25   PTT   800   66.6   25.0   粘合剂
  26   PTT   1,000   67.0   25.1   粘合剂
  27   PTT   1,800   60.9   25.5   支持体
  28   PTT   2,200   58.1   21.6   支持体
  29   PTT   2,600   57.3   20.5   支持体
  30   PTT   3,000   54.3   20.6   支持体
  31   PTT   3,400   54.8   17.3   支持体
  32   PTT   3,800   52.2   15.5   支持体
包含PLA并且结晶温度高于约82℃的长丝通常表现出对应于粘合剂纤维的性质。PTT则显示出,高于61℃的结晶点所对应的是粘合剂纤维。
实施例5(比较用):分开的均聚物基体纤维和共聚物粘合剂纤维
使用分开的PET均聚物长丝和间苯二甲酸(IPA)改性的PET共聚物长丝制造面粘型非织造织物。使熔纺纤维在离开喷丝头时骤冷,并使用导丝辊将纤维拉至4dpf。条件总结如下:
均聚物:DuPont 1941 PET均聚物(0.67dl/g IV,260℃熔点);
共聚物:DuPont 3946R IPA改性的PET共聚物(0.65dl/gIV,215℃熔点);
共聚物%:9%;
纺丝速度:2,500码/分钟;
纤维旦尼尔:4dpf。
均聚物挤出机条件:
第1区:250℃
第2区:260℃
第3区:270℃
第4区:270℃
第5区:270℃
第6区:270℃
缸体温度:270℃。
共聚物挤出机条件:
第1区:250℃
第2区:260℃
第3区:265℃
第4区:265℃
第5区:265℃
第6区:265℃
缸体温度:265℃。
将所拉长丝分散在移动丝上,并使用蒸汽处理以使网保持为一体,从而使其其能被转移至粘合机。然后在通气式粘合剂中于230℃对网进行粘合,以制造面粘型非织造织物。非织造网的基重为0.55osy。
实施例6(本发明的):分开的均聚物基体长丝和均聚物粘合剂长丝
本发明的面粘型非织造织物由第一聚合物组分和第二聚合物组分形成,所述聚合物组分使用具有不同聚合物IV的分开的PET均聚物长丝制造。挤出之前将这两种均聚物都在140℃干燥5小时。使熔纺纤维在离开喷丝头时骤冷,并使用导丝辊将纤维拉至4dpf。条件总结如下。
均聚物长丝(第一聚合物组分):DuPont 1941 PET均聚物(0.67dl/gIV,260℃熔点);
均聚物(第二聚合物组分):DuPont 3948 PET均聚物(0.59dl/g IV,260℃熔点);
第二聚合物组分:9%;
纺丝速度:2,500码/分钟;
纤维旦尼尔:4dpf。
均聚物挤出机条件:
第1区:250℃
第2区:260℃
第3区:270℃
第4区:270℃
第5区:270℃
第6区:270℃
缸体温度:270℃。
第二聚合物组分挤出机条件:
第1区:250℃
第2区:260℃
第3区:270℃
第4区:270℃
第5区:270℃
第6区:270℃
缸体温度:270℃。
将所拉长丝分散在移动丝上,并使用蒸汽处理以使网保持为一体,从而使其能被转移至粘合机。长丝随后在230℃彼此粘合,产生面粘型非织造织物。非织造网的基重为0.55osy。下表5显示了实施例5和实施例6中所获得的比较性质。根据ASTM D-1117的用于织物的总体方法对非织造网进行测试。
表5:实施例5和6的物理性质
  性质  实施例5(比较用)  实施例6(本发明的)   测试方法
  纵向抓样强力(磅)  11.0  10.5   D-5034
  纵向抓样断裂伸长率(%)  54.4  56.0   D-5034
  横向抓样强力(磅)  7.3  7.3   D-5034
  横向抓样断裂伸长率(%)   48.9   47.0   D-5034
  纵向条样强力(磅)   3.2   3.4   D-5035
  横向条样强力(磅)   4.3   5.0   D-5035
  170℃纵向收缩率(%)   2.7   2.5   D-2259
  170℃横向收缩率(%)   -1.9   -1.5   D-2259
  性质  实施例5(比较用)  实施例6(本发明的)   测试方法
  透气量(cfm)   1470   1467   D-737
  厚度(密耳)   6.9   6.7   D-5729
  基重(osy)   0.55   0.55   D-2259
实施例7(比较用):分开的均聚物基体纤维和共聚物粘合剂纤维
使用分开的PET均聚物长丝和间苯二甲酸(IPA)改性的PET共聚物长丝制造面粘型非织造织物。使熔纺纤维在离开喷丝头时骤冷,并使用导丝辊将纤维拉至4dpf。条件总结如下:
均聚物:DuPont 1941 PET均聚物(0.67dl/g IV,260℃熔点);
共聚物:DuPont 3946R IPA改性的PET共聚物(0.65dl/g IV,215℃熔点);
共聚物%:8.5%;
纺丝速度:2,750码/分钟;
纤维旦尼尔:4dpf。
均聚物挤出机条件:
第1区:250℃
第2区:260℃
第3区:270℃
第4区:275℃
第5区:275℃
第6区:275℃
缸体温度:275℃。
共聚物挤出机条件:
第1区:250℃
第2区:260℃
第3区:265℃
第4区:265℃
第5区:265℃
缸体温度:265℃。
将所拉长丝分散在移动丝上,并使用蒸汽处理以使网保持为一体,从而使其能被转移至粘合机。然后在通气式粘合剂中于230℃对网进行粘合,以制造面粘型非织造织物。非织造网的基重为0.56osy。
实施例8(本发明的):分开的均聚物基体长丝和均聚物粘合剂长丝
本发明的面粘型非织造织物由第一聚合物组分和第二聚合物组分形成,所述聚合物组分使用具有不同聚合物IV的分开的PET均聚物长丝制造。挤出之前将这两种均聚物都在140℃干燥5小时。使熔纺纤维在离开喷丝头时骤冷,并使用导丝辊将纤维拉至4dpf。条件总结如下:
均聚物长丝(第一聚合物组分):DuPont 1941 PET均聚物(0.67dl/gIV,260℃熔点);
均聚物(第二聚合物组分):DuPont 3948 PET均聚物(0.59dl/g IV,260℃熔点);
第二聚合物组分:8.5%;
纺丝速度:2,750码/分钟;
纤维旦尼尔:4dpf。
均聚物挤出机条件:
第1区:250℃
第2区:260℃
第3区:270℃
第4区:270℃
第5区:270℃
第6区:270℃
缸体温度:270℃。
第二聚合物组分挤出机条件:
第1区:250℃
第2区:260℃
第3区:270℃
第4区:270℃
第5区:270℃
第6区:270℃
缸体温度:270℃。
将所拉长丝分散在移动丝上,并使用蒸汽处理以使网保持为一体,从而使其能被转移至粘合机。长丝随后在230℃彼此粘合,产生面粘型非织造织物。非织造网的基重为0.56osy。下表6比较了实施例7和8中所制造的非织造织物的性质。根据ASTM D-1117的用于织物的总体方法对非织造网进行测试。
表6:实施例7和8的物理性质
  性质  实施例7(比较用)  实施例8(本发明的)   测试方法
  纵向抓样强力(磅)  12.0  12.1   D-5034
  纵向抓样断裂伸长率(%)  38.7  38.9   D-5034
  横向抓样强力(磅)  4.0  4.2   D-5034
  横向抓样断裂伸长率(%)  48.3  48.7   D-5034
  性质  实施例7(比较用)  实施例8(本发明的)   测试方法
  纵向条样强力(磅)  1.8  2.2   D-5035
  横向条样强力(磅)  4.6  5.8   D-5035
  170℃纵向收缩率(%)  0.7  0.4   D-2259
  170℃横向收缩率(%)  0  -0.3   D-2259
  透气量(cfm)  1395  1357   D-737
  厚度(密耳)  6.1  6.1   D-5729
  基重(osy)  0.56  0.56   D-2259
由表6可以看出,实施例7(比较用)与实施例8(本发明的)有许多性质都相似。
本领域技术人员将会想到本说明书所述的本发明的许多修改和其它实施方式,属于本发明的这些修改和实施方式受益于以上说明和相关附图中所提出的教导。因此,应该理解,本发明不限于所公开的具体实施方式,并且修改及其它实施方式应包含于所附权利要求的范围之内。尽管本说明书中使用了特定术语,但是这些术语仅以一般性和描述性的意义使用,而非出于限制性目的。

Claims (44)

1.一种制造非织造织物的方法,所述方法包括以下步骤:熔融挤出能够结晶的非晶聚合物,以制造多根纤维;使所述聚合物经受产生至少部分结晶的第一聚合物组分和基本非晶的第二聚合物组分的加工条件;将所述纤维沉积在收集表面上以形成含有所述部分结晶的第一聚合物组分和所述非晶的第二聚合物组分的网;将所述纤维彼此粘合以形成粘合的非织造网,其中所述非晶的第二聚合物组分软化并熔合以与所述第一聚合物组分形成粘合;和实现所述第二聚合物组分的晶化,使得在获得的所述非织造织物中两种所述聚合物组分都至少部分结晶。
2.如权利要求1所述的方法,其中,使所述聚合物经受产生第一聚合物组分和第二聚合物组分的加工条件的步骤包括使所述聚合物的第一部分受到引发晶化的应力从而形成所述第一聚合物组分,和使所述聚合物的第二部分受到不足以引发晶化的应力从而形成所述第二聚合物组分。
3.如权利要求1所述的方法,其中,所述熔融挤出的步骤包括熔融挤出所述聚合物,使其通过一个或多个形成第一组连续长丝和第二组连续长丝的喷丝头,并且使所述聚合物经受产生第一聚合物组分和第二聚合物组分的加工条件的所述步骤包括使所述第一组连续长丝受到引发晶化的应力,并使所述第二组连续长丝受到不足以引发晶化的应力。
4.如权利要求3所述的方法,其中,使所述第一组长丝和第二组长丝受到引发或不引发晶化的应力的步骤包括在不同的拉伸条件下拉伸所述长丝。
5.如权利要求3所述的方法,其中,使所述第一组长丝和第二组长丝受到引发或不引发晶化的应力的所述步骤包括以不同的挤出速率挤出所述长丝。
6.如权利要求3所述的方法,其中,挤出能够结晶的聚合物的步骤包括由第一和第二挤出机挤出所述聚合物,并且其中,使所述聚合物经受产生第一聚合物组分和第二聚合物组分的加工条件的所述步骤包括相对于所述第一挤出机中的所述聚合物的特性粘度,使所述第二挤出机中的所述聚合物的特性粘度降低。
7.如权利要求6所述的方法,其中,通过向所述第二挤出机中的所述聚合物加入粘度降低性化合物来降低所述第二挤出机中的所述聚合物的特性粘度。
8.如权利要求6所述的方法,其中,通过向所述第二挤出机中加入回收的聚合物来降低所述第二挤出机中的所述聚合物的特性粘度。
9.如权利要求6所述的方法,其中,熔融挤出能够结晶的非晶聚合物以产生多根纤维的步骤包括熔融挤出所述聚合物,使其通过一个或多个被构造为用于形成双组分长丝的喷丝头,其中所述第一聚合物组分和第二聚合物组分存在于所述长丝的截面的不同部分中。
10.如权利要求9所述的方法,其中,所述喷丝头被构造为用于形成连续的多叶长丝,其中所述第二聚合物组分存在于所述长丝的至少一部分叶片中。
11.如权利要求1所述的方法,其中,所述能够结晶的聚合物选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚乳酸以及它们的共聚物和组合组成的组。
12.如权利要求1所述的方法,其中,粘合前所述第二聚合物组分的软化温度比所述第一聚合物组分的软化温度低至少5℃。
13.如权利要求1所述的方法,其中,粘合所述纤维的步骤包括将所述纤维加热至所述第二聚合物组分软化并变得发粘而所述第一聚合物组分保持固体的温度,在软化的所述第二聚合物组分于纤维交叉点处粘附于其它纤维的部分的同时保持所述纤维为网形式,并冷却所述纤维以固化所述第二聚合物组分并形成粘合的非织造网。
14.一种制造非织造织物的方法,所述方法包括以下步骤:
熔融挤出能够结晶的非晶聚合物,使其通过一个或多个形成第一组连续长丝和第二组连续长丝的纺丝头;
使所述第一组连续长丝和第二组连续长丝经受下述加工条件,所述加工条件对所述第一组长丝施加产生应力诱导晶化的应力,从而使所述长丝至少部分晶化,并对所述第二组连续长丝施加不足以产生应力诱导晶化的应力,从而使所述长丝保持为基本非晶;
将所述第一组连续长丝和第二组连续长丝沉积在收集表面上以形成含有所述部分晶化的第一长丝作为基体长丝且含有所述非晶的第二长丝作为粘合剂长丝的网;
加热所述网,使得所述非晶的粘合剂长丝软化并熔融,从而彼此之间及与所述基体长丝形成粘合,同时保持其连续的长丝形式;和
在所述加热步骤中实现所述非晶的粘合剂长丝的晶化,使得在获得的所述非织造织物中,所述基体长丝和所述粘合剂长丝都至少部分结晶。
15.如权利要求14所述的方法,其中,所述能够结晶的非晶聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯。
16.如权利要求14所述的方法,其中,使所述第一组长丝和第二组长丝经受施加应力的加工条件的步骤包括使所述第一组长丝和第二组长丝的所述聚合物具有不同的特性粘度。
17.如权利要求14所述的方法,其中,使所述第一组长丝和第二组长丝经受施加应力的加工条件的步骤包括以不同的挤出速率挤出所述长丝。
18.一种制造非织造织物的方法,所述方法包括以下步骤:
熔融挤出能够结晶的非晶聚合物,使其通过一个或多个被构造为用于形成双组分长丝的纺丝头,所述双组分长丝具有存在于所述长丝截面不同部分中的第一聚合物组分和第二聚合物组分,其中,所述第二组分中的所述聚合物的特性粘度比所述第一组分中的所述聚合物的特性粘度低;
细化所述长丝以在所述长丝的第一聚合物组分中引起应力诱导晶化,但不在所述第二聚合物组分中产生应力诱导晶化,以使所述第二聚合物组分保持基本非晶;
将所述双组分长丝沉积在收集表面上以形成网,其中,所述长丝的所述第一聚合物组分部分晶化,并用作所述长丝的基体组分,并且所述长丝的所述第二聚合物组分为非晶,并用作所述长丝的粘合剂组分;
加热所述网,使得所述长丝的非晶粘合剂组分软化并熔合,从而与接触的长丝形成粘合,同时所述长丝保持其连续的长丝形式;和
在所述加热步骤中实现所述长丝的所述非晶粘合剂组分的晶化,使得在获得的所述非织造织物中,所述双组分长丝的所述基体组分和所述粘合剂组分都至少部分结晶。
19.如权利要求18所述的方法,所述方法包括由两个分开的来源提供特性粘度不同的所述第一聚合物组分和第二聚合物组分。
20.如权利要求18所述的方法,所述方法包括由同一来源提供所述第一聚合物组分和第二聚合物组分,并通过引入粘度降低性添加剂来降低所述第二聚合物组分的所述特性粘度。
21.一种面粘型非织造织物,所述非织造织物包含在整个所述织物中彼此熔融粘合以形成牢固的粘合在一起的非织造织物的半晶热塑性聚合物,并且其中,如DSC曲线所证明,所述非织造织物的所述纤维表现出一个熔融峰。
22.如权利要求21所述的非织造织物,其中,所述纤维包括在应力下结晶的基体纤维和在无应力下热结晶的粘合剂纤维,并且其中,所述纤维仅通过所述粘合剂纤维而被熔融粘合。
23.如权利要求22所述的非织造织物,其中,所述基体纤维和所述粘合剂纤维表现出不同的染料吸收。
24.如权利要求21所述的非织造织物,其中,所述纤维的所述半晶聚合物具有至少50%的结晶程度。
25.如权利要求24所述的非织造织物,其中,所述聚合物具有至少80%的结晶程度。
26.如权利要求21所述的非织造织物,其中,所述半晶聚合物为选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚乳酸组成的组中的聚酯。
27.如权利要求21所述的非织造织物,其中,所述非织造织物的所述纤维包括互相连接的连续长丝,其中,一些所述长丝已在接触点处与相邻长丝熔合,并且其中,一些所述长丝未在接触点处与相邻长丝熔合。
28.一种面粘型纺粘非织造织物,所述非织造织物主要由半晶热塑性聚合物的连续长丝和位于整个所述织物中的多处热熔融粘合构成,所述熔融粘合由下述区域构成,在所述区域中接触的长丝已软化并彼此热熔合,并且其中所述长丝在整个所述织物中保持其长丝的形式。
29.如权利要求28所述的非织造织物,其中,所述长丝具有多叶截面。
30.如权利要求29所述的非织造织物,其中,所述熔融粘合仅存在于所述多叶长丝的叶片上。
31.如权利要求28所述的非织造织物,其中,所述非织造织物的所述连续长丝包括在应力下结晶的基体长丝和在无应力下热结晶的粘合剂长丝,并且其中,所述熔融粘合仅通过所述粘合剂长丝而形成。
32.如权利要求28所述的非织造织物,其中,所述纤维的所述半晶聚合物具有至少95%的结晶程度。
33.如权利要求28所述的非织造织物,其中,所述半晶聚合物为选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚乳酸组成的组中的聚酯。
34.一种面粘型纺粘非织造织物,所述非织造织物包含聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物的连续长丝和位于整个所述织物中的多处热熔融粘合,所述长丝包括由特性粘度较高的聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物熔融挤出的基体长丝和由特性粘度较低的聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物熔融挤出的粘合剂长丝,所述熔融粘合由下述区域构成,在所述区域中,所述粘合剂长丝已软化并在接触点处与相邻长丝热熔合,并且其中所述粘合剂长丝和所述基体长丝在整个所述织物中保持其长丝的形式,并且其中所述基体长丝和所述粘合剂长丝均处于半晶状态并且如DSC曲线所证明,表现出一个熔融峰。
35.如权利要求34所述的非织造织物,其中,所述基体长丝由特性粘度为约0.65dl/g以上的聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物形成,并且所述粘合剂长丝由特性粘度为约0.62dl/g以下的聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物形成。
36.如权利要求34所述的非织造织物,其中,所述基体长丝和所述粘合剂长丝表现出不同的染料吸收。
37.如权利要求34所述的非织造织物,其中,所述基体长丝和粘合剂长丝的所述半晶聚合物具有至少95%的结晶程度。
38.一种面粘型纺粘非织造织物,所述非织造织物包含聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物的连续的双组分长丝和位于整个所述织物中的多处热熔融粘合,所述长丝包括由特性粘度较高的聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物熔融挤出的基体组分和由特性粘度较低的聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物熔融挤出的粘合剂组分,所述熔融粘合由下述区域构成,在所述区域中,所述粘合剂组分已软化并在接触点处与相邻长丝热熔合,并且其中所述基体组分和所述粘合剂组分均处于半晶状态并且如DSC曲线所证明,表现出一个熔融峰。
39.如权利要求38所述的非织造织物,其中,所述基体组分由特性粘度为约0.65dl/g以上的聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物形成,并且所述粘合剂组分由特性粘度为约0.62dl/g以下的聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物形成。
40.如权利要求38所述的非织造织物,其中,所述双组分长丝具有鞘-芯截面构造,其中所述基体组分占据所述芯,并且所述粘合剂组分占据周围的所述鞘。
41.如权利要求38所述的非织造织物,其中,所述基体组分和粘合剂组分的所述半晶聚合物具有至少95%的结晶程度。
42.一种面粘型非织造织物,所述非织造织物通过权利要求1所述的方法制造。
43.一种面粘型非织造织物,所述非织造织物通过权利要求14所述的方法制造。
44.一种面粘型非织造织物,所述非织造织物通过权利要求18所述的方法制造。
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