專利名稱：包含回用合成纖維材料的水刺纏結(jié)非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含回用纖維的水刺纏結(jié)的復(fù)合結(jié)構(gòu)以及一種非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
雖然公知由漿粕纖維制得的非織造纖維布具有吸收性，但對于某些應(yīng)用例如重負(fù)荷擦拭物而言，完全由漿粕纖維制得的非織造布因其強(qiáng)度和耐磨性不足，可能不夠理想。
已將漿粕纖維與短纖長度的纖維組合并進(jìn)行水刺纏結(jié)。然而，添加短纖增加了費(fèi)用。另外，含有短纖維的懸浮液更難于用常規(guī)造紙技術(shù)或濕法成網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行加工。一項(xiàng)公知的組合這些材料的技術(shù)是水刺纏結(jié)法。例如，授予Suskind的美國專利4,808,467公開了一種由木漿與紡織纖維的混合物與連續(xù)長絲基網(wǎng)纏結(jié)而制造的高強(qiáng)度的非織造織物。然而，即使在漿粕與連續(xù)長絲的組合物中加入紡織纖維，仍然會提高成本。
已經(jīng)提出，可將粘合的纖維網(wǎng)機(jī)械斷裂成更小的小塊，如纖維束、纖維絲和/或單個(gè)纖維，然后可通過水刺纏結(jié)使這些小塊形成纖維網(wǎng)。這通常是通過機(jī)械撕破與開松干燥材料來實(shí)現(xiàn)的。例如，國際申請PCT/SE95/00938稱，已知機(jī)械開松干燥非織造廢料及紡織廢料，而且可使用干燥的含有合成與天然纖維的混合廢料。按照PCT/SE95/00938所述，開松技術(shù)與撕碎技術(shù)的一個(gè)顯著特征在于，這種撕碎與開松操作經(jīng)常是不完全的，以致于回用纖維將部分地以原織物的離散小塊形式存在，其特征可為“絮片”或纖維束。這些絮片被描述為，其所帶來的非均勻物將使含此類絮片的纖維網(wǎng)呈現(xiàn)更多的類似紡織品的外觀特性。
上述的絮片和塊狀織物在后續(xù)作業(yè)中難以加工，這些作業(yè)例如，濕成網(wǎng)工藝、氣成網(wǎng)工藝、水刺纏結(jié)加工或其他成網(wǎng)工藝。這些非均勻物的存在可能不僅會降低這些回用纖維的價(jià)值，還會降低由回用纖維制成的纖維網(wǎng)或織物的外觀等級、強(qiáng)度、均勻性以及其他需要的性能等級。
另外，也難以將絮片與織物的離散小塊與基質(zhì)，例如連續(xù)長絲，進(jìn)行纏結(jié)。
采用篩分或其他技術(shù)消除所述的非均勻物會降低纖維的回用效率。采用附加的干式機(jī)械切斷、開松、撕裂、扯松或揀選作業(yè)將纖維束或絮片縮短為長度小于5mm的纖維或纖維狀的材料可能是不切實(shí)際的。另外，附加的機(jī)械功可將如此多的能量轉(zhuǎn)化為熱的形式，致使干燥的材料熔融成不可用的團(tuán)塊，并會減少或消除回用該材料最初體現(xiàn)出的任何環(huán)境或經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于滿足以上討論的需要，提供一種水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一種由基本連續(xù)的長絲組成的基質(zhì)和一種纖維材料，所述的纖維材料包括回用合成纖維與纖維狀材料，所述的回用合成纖維與纖維狀材料具有至少一種由合成材料組成的線元素，所述的線元素具有至少一種由該線元素水力破碎而產(chǎn)生的不規(guī)則變形，所述的線元素的水力破碎是為了在粘著的纖維材料懸浮于液體中時(shí)，從粘著的纖維材料中分離所述線元素。
所述的線元素可以具有約1毫米至約15毫米的長度。例如，所述的線元素可以具有約1.5至10毫米的長度。在另一個(gè)實(shí)例中，所述的線元素可以具有約2至5毫米的長度。所述的線元素可以具有小于100微米的直徑。例如，所述的線元素可以具有小于約30微米的直徑，而且作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，可以具有約10微米至20微米的纖維直徑。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，不規(guī)則變形可以是如下形式線元素中的彎曲、線元素的扁平片段、線元素的膨脹片段及其組合。另外，在纏結(jié)工藝中，利用再循環(huán)，彎曲和/或扭曲為纖維網(wǎng)提供了更有效的互鎖。
一般而言，與為了從粘著的纖維材料中分離線元素而進(jìn)行的線元素水力破碎前的粘著纖維材料中的線元素相比，不規(guī)則變形使回用材料中的線元素具有更大的表面積。例如，回用的線元素的表面積至少增大了約5％。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，回用的合成纖維與纖維狀材料可以為一種合成材料，所述的合成材料選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴、玻璃纖維及其組合。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，回用的纖維與纖維狀材料可以為一種合成的熱塑性材料。例如，該合成熱塑性材料可以為一種聚烯烴，如聚丙烯、聚乙烯及其組合。所述的合成熱塑性材料可以為多組分纖維、長絲、股絲等形式，而且可以包括具有不同橫截面形狀、凸角或其他構(gòu)型的纖維和/或長絲。
根據(jù)本發(fā)明，基本連續(xù)的熱塑性聚合物的長絲的基質(zhì)可以是由紡絲粘合的長絲所組成的非織造纖維網(wǎng)。僅作為例子而言，紡絲粘合的長絲組成的非織造纖維網(wǎng)可以為聚丙烯的紡絲粘合的長絲組成的非織造纖維網(wǎng)。作為進(jìn)一步的例子，非織造纖維網(wǎng)可以為雙組分的紡絲粘合的長絲組成的非織造纖維網(wǎng)。
基本連續(xù)的聚合物長絲所組成的基質(zhì)可以由熱塑性聚合物組成，所述的熱塑性聚合物選自聚烯烴、聚酰胺、聚酯、某些聚氨酯、A-B和A-B-A’嵌段共聚物、乙烯與至少一個(gè)乙烯基單體的共聚物、不飽和脂肪族單羧酸以及此種單羧酸的酯類，所述的A-B和A-B-A’嵌段共聚物中A與A’為熱塑性的端嵌段，而B為一種具有彈性的中嵌段。
如果所述熱塑性聚合物是一種聚烯烴，則舉例來說可以為聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、丁烯共聚物和/或上述聚合物的共混物。
水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包含非回用的天然纖維材料、非回用的普通合成材料、回用的天然纖維材料、合成漿粕、微粒材料及其組合。例如，水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包含漿粕纖維。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可以含有約1重量％至85重量％的回用的合成纖維和纖維狀材料；約15重量％至99重量％的漿粕纖維；和1重量％至30重量％的基本連續(xù)長絲。
所述漿粕纖維可以為木本和/或非木本的植物纖維漿。該漿粕可以為不同類型和/或不同品質(zhì)的漿粕纖維的混合物。
本發(fā)明還試圖用少量的如粘合劑、表面活性劑、交聯(lián)劑、剝離劑、阻燃劑、水合劑、顏色和/或染料等材料處理水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)。替換地和/或附加地，本發(fā)明試圖在所述非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)中加入如活性炭、粘土、淀粉和超吸收劑的顆粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括高達(dá)約3％的剝離劑。
所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可以作為重負(fù)荷擦拭物來使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可以作為一個(gè)基重約20至約200克每平方米(gsm)的單層或多層擦拭物。例如，所述的擦拭物可具有約25至約150gsm的基重，或者更優(yōu)選地，約30至約110gsm的基重。所述的擦拭物有利地具有大于約450％的水含量，大于約250％的油含量，大于約2cm/15秒的水芯吸速率(縱向)，大于約0.5cm/15秒的油芯吸速率(縱向)。
本發(fā)明還包括水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)的一種制造方法，所述方法包括如下步驟(a)提供具有至少一種線元素的回用的合成纖維和纖維狀材料的層，所述的線元素由合成材料組成，并具有至少一種不規(guī)則變形，所述的不規(guī)則變形是由該線元素水力破碎而產(chǎn)生的，所述的線元素的水力破碎是為了在粘著纖維材料懸浮于液體中時(shí)，從粘著纖維材料中分離所述線元素。；(b)將所述的回用合成纖維和纖維狀材料的層放在基本連續(xù)的長絲的層之上；(c)將這些層水刺纏結(jié)以形成一種非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)；和(d)干燥所得的纖維網(wǎng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供回用合成纖維與纖維狀材料的層和將回用合成纖維和纖維狀材料的層放在基本連續(xù)的長絲層上的步驟可以包含或包括，通過干成形或濕成網(wǎng)技術(shù)，將回用合成纖維和纖維狀材料的層直接沉積在所述的基本連續(xù)的長絲層上。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供回用合成纖維與纖維狀材料層和將回用合成纖維和纖維狀材料層放在基本連續(xù)的長絲層上的步驟可以包含或包括，通過干成形或濕成網(wǎng)技術(shù)，將回用合成纖維、纖維狀材料和漿粕纖維組成的層直接沉積在所述的基本連續(xù)的長絲層上。
可用常規(guī)的水刺纏結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水刺纏結(jié)。
可采用非壓縮干燥工藝干燥水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，空氣穿透性干燥工藝特別適用。也可以采用其他干燥工藝，包括紅外照射、揚(yáng)克式烘缸(Yankee dryer)、蒸汽發(fā)生器、真空脫水機(jī)、微波和超聲能等。
定義此處所用的術(shù)語“縱向”指的是成形表面的形進(jìn)方向，所述的成形表面即為形成非織造纖維網(wǎng)的過程中，纖維沉積之處。
此處所用的術(shù)語“橫向”指的是與上述定義的縱向垂直正交的方向。
此處所用的術(shù)語“漿粕”指的是，天然來源的纖維，如木本或非木本植物。木本植物包括，例如，落葉樹和針葉樹。非木本植物包括，例如，棉、亞麻、蘆葦草、馬利筋、稻草、黃麻、大麻和甘蔗渣。
此處所用的術(shù)語“平均纖維長度”指的是由顯微測量技術(shù)測定的纖維、纖維束和/或纖維狀材料的平均長度。將至少20根隨機(jī)選擇纖維的一個(gè)樣品從纖維的懸浮液中分離出來。制備用于將纖維懸浮于水中的顯微鏡載玻片，將所選的纖維裝在載玻片上。將著色性染料加在懸浮的纖維上，使含纖維素的纖維著色，以使其可與合成纖維區(qū)別開或分開。將所述載玻片置于S19642/S19643系列Fisher Stereomaster II顯微鏡之下。以20倍的線性放大率，使用0-20毫英寸刻度測量該樣品中的20根纖維，并計(jì)算其平均長度、最小與最大長度以及偏差或變異系數(shù)。在某些情況下，平均纖維長度將按纖維(如纖維、纖維束和纖維狀材料)的加權(quán)平均長度來計(jì)算，其測定可由，例如Kajaani纖維分析儀FS-200型的設(shè)備來完成，所述設(shè)備可從芬蘭卡亞尼的Kajaani Oy Electronics獲得。按照標(biāo)準(zhǔn)測試程序，用浸漬液處理樣品，以確保其中沒有纖維束或纖維片存在。將每一個(gè)樣品都解離到熱水中，并稀釋成約0.001％的懸浮液。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)Kajaani纖維分析測試程序測試時(shí)，從稀釋的懸浮液中取約50至100ml的份作為各個(gè)單個(gè)測試樣品。加權(quán)平均纖維長度可為算術(shù)平均、長度加權(quán)平均或重量加權(quán)平均，并且可以用如下的方程來表示
k(xi*ni)/nxi＝0此處k＝最大纖維長度xi＝纖維長度ni＝長度為xi的纖維根數(shù)n＝已測量的纖維的總數(shù)采用Kajaani纖維分析儀測定的纖維平均長度數(shù)據(jù)的一個(gè)特征是它在不同類型的纖維之間沒有區(qū)別。因此，平均長度代表了基于樣品中所有可能存在的不同類型的纖維的長度的一個(gè)平均值。
此處所用的術(shù)語“紡粘長絲”指的是小直徑的連續(xù)長絲，所述連續(xù)長絲是由以下的步驟得到將熔融的熱塑性材料由許多細(xì)小的、通常為圓形的和具有擠出長絲直徑的噴絲板毛細(xì)管擠出成為長絲，然后經(jīng)過，如引出或機(jī)械牽伸和/或其他公知的紡粘機(jī)制，使其迅速變細(xì)。已有專利舉例說明了紡粘非織造纖維網(wǎng)的生產(chǎn)，如授予Appel等人的美國專利4,340,563和授予Dorshner等人的美國專利3,692,618。這些專利所公開的內(nèi)容經(jīng)引用并入本發(fā)明此處所用的術(shù)語“熔噴纖維”指的是，熔融的熱塑性材料經(jīng)許多細(xì)小的和通常為圓形的沖模毛細(xì)管以熔融線或長絲擠出到高速氣體(例如空氣)流，所述的高速氣流將熔融熱塑性材料所形成的長絲變細(xì)，從而縮小它的直徑，該直徑可為微纖維類的直徑。此后，由高速氣流輸送這些熔噴纖維，并將之沉積在收集表面以形成一張無規(guī)分布的熔噴纖維的纖維網(wǎng)。這樣的工藝已經(jīng)公開，如授予Butin的美國專利3,849,241，該專利所公開的內(nèi)容經(jīng)引用并入本發(fā)明。
此處所用的術(shù)語“微纖維”意思是，其平均直徑不大于約100微米的小直徑纖維；例如，其直徑為約0.5微米至約50微米，更優(yōu)選的是，微纖維可以具有約1微米至約40微米的平均直徑。
此處所用的術(shù)語“熱塑性材料”指的是一種受熱時(shí)會發(fā)生軟化而其冷卻到室溫時(shí)一般可回復(fù)至非軟化狀態(tài)的聚合物。表現(xiàn)出這種性能的天然物質(zhì)有天然橡膠和許多石蠟。其他代表性的熱塑性材料非限定性地包括，聚氯乙烯、某些聚酯、聚酰胺、多氟烴、聚烯烴、某些聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、己內(nèi)酰胺、乙烯與至少一種乙烯基單體的共聚物[如聚(乙烯-乙酸乙烯酯)]、乙烯與丙烯酸正丁酯的共聚物、聚乳酸、熱塑性彈性體和丙烯酸樹脂。
此處所用的術(shù)語“非熱塑性材料”指的是任何不在上述“熱塑性材料”定義范圍內(nèi)的材料。
此處所用的術(shù)語“基本連續(xù)的長絲”一般是指在制造過程中當(dāng)其沉積和集中形成長絲纖維網(wǎng)或基質(zhì)時(shí)，具有不確定長度或連續(xù)長度的熔紡、溶紡或拉伸長絲。一般而言，紡粘的長絲通?？梢暈榛具B續(xù)的長絲，除非為了產(chǎn)生短而離散的片段，其制造工藝已經(jīng)過修飾，或已將長絲截?cái)嗷蚯袛喑扇菀诇y定的長度，例如一般與紡織品或短纖有關(guān)的長度。


圖1為形成示例性水刺纏結(jié)非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)所用類型的示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片圖2為示例性的新合成短纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖3為形成示例性水刺纏結(jié)非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)所用類型的示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖4為形成示例性水刺纏結(jié)非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)所用類型的示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖5為形成示例性水刺纏結(jié)非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)所用類型的示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖6為形成示例性水刺纏結(jié)非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)所用類型的示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖7為示例性的新合成短纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖8為形成示例性的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)所用類型的多根示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖9為形成示例性水刺纏結(jié)非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可用類型的示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖10為顯示形成示例性的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可用類型的示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖11為顯示形成示例性的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可用類型的示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
圖12為顯示形成示例性的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)可用類型的示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括了一種水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其包括一種由基本連續(xù)的長絲組成的基質(zhì)和回用合成纖維和纖維狀材料，而且回用合成纖維和纖維狀材料纏結(jié)和捻合于所述的長絲基質(zhì)中。合成纖維與纖維狀材料回用自粘著的纖維材料，所述粘著的纖維材料被轉(zhuǎn)化成基本上單纖維與纖維狀材料。重要的是，這些粘著的纖維材料是包括合成纖維的材料，而且可以是如織造織物、針織物、非織造網(wǎng)及其組合之類的粘著的纖維材料。作為進(jìn)一步的例子，回用纖維可以取自熱粘著的、粘合劑粘合的、機(jī)械纏結(jié)的、溶劑粘著的、水刺纏結(jié)的和/或這些技術(shù)的組合而得到的非織造網(wǎng)，而且所述非織造布可以含有合成纖維材料、天然纖維材料及其組合。這種合成纖維材料可以包括熱塑性纖維及長絲。
為了回用可回用于水刺纏結(jié)的合成纖維，將粘著的纖維網(wǎng)切斷或開松成大小適于在液體中懸浮的小塊。然后，將所述小塊懸浮在液體中，并對離散的小塊的懸浮液施加機(jī)械功，以產(chǎn)生足以將粘著的纖維材料水力破碎成纖維與纖維狀組分的水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力條件。最后，將基本單個(gè)的纖維和纖維狀的成分從液體中分離出來。
可以通過常規(guī)的作業(yè)，如機(jī)械開松、機(jī)械切斷、機(jī)械撕裂、機(jī)械研磨、粉碎、水噴射切割、激光切割、扯松及其組合技術(shù)，將粘著的纖維材料轉(zhuǎn)化成離散的小塊。
重要的是，將所述的小塊的懸浮液暴露于足以使這些粘著的纖維材料的小塊分裂、破裂、爆裂或解離成有用的游離纖維和纖維束或纖維狀材料的水壓、剪切應(yīng)力和/或氣穴蝕力的工藝條件下。所述的用于將開松的材料轉(zhuǎn)變成回用纖維的加工條件比常規(guī)打漿作業(yè)中所找到的工藝條件更有力也更嚴(yán)格。
作為一個(gè)實(shí)例，常規(guī)的打漿作業(yè)一般使用小于約3馬力·天(24小時(shí))/干燥噸材料。而本發(fā)明的實(shí)施方案中可以采用高得多的能量輸入。根據(jù)本發(fā)明，施加到懸浮液上的機(jī)械功的估計(jì)量可大于約3馬力·天(24小時(shí))/干燥噸粘著纖維材料——通過對促使材料組分運(yùn)動以產(chǎn)生水壓與剪切應(yīng)力條件的電機(jī)所消耗的電流的測定可確定。這個(gè)數(shù)值可大于4馬力·天/噸，甚至可能大于6或者更高。例如，可以采用多35％的能量、多50％的能量甚至更高的能量來實(shí)施本發(fā)明的方法，以便從粘著的纖維材料中分離出有用的游離纖維和纖維束。在某些情況中或在某些條件下，預(yù)料機(jī)械功的估計(jì)量可少于3馬力·天/干燥噸粘著纖維材料。
雖然發(fā)明人不應(yīng)當(dāng)受到特定操作理論的約束，但據(jù)信，是水壓、剪切應(yīng)力和氣穴蝕力的聯(lián)合作用，使材料破解成游離纖維與纖維束。而且還認(rèn)為，通過改變壓力與機(jī)械應(yīng)力，能夠控制游離纖維的含量與纖維束的平均尺寸。一般認(rèn)為，使用如此高水平的機(jī)械作用力或機(jī)械功而不引起粘著纖維材料中合成組分的顯著降解(例如，不發(fā)生合成的熱塑性材料的熔融)是有可能的，因?yàn)榧庸ぶ械乃?液體吸收了從粘著的纖維材料中分離游離纖維與纖維狀材料時(shí)所產(chǎn)生的熱量。
一般而言，常規(guī)打漿和/或精選裝置可用于對纖維素纖維進(jìn)行改性以開發(fā)其水化性與原纖化等造紙性能。根據(jù)本發(fā)明，可用一種非常規(guī)的方式配置或操作常規(guī)打漿機(jī)和/或精制機(jī)，以使其提供足以將粘著的纖維材料破裂或折斷成游離纖維、纖維束和纖維狀材料的水壓與剪切應(yīng)力條件。示例性的打漿設(shè)備可以得自，如Beloit Jones、E.D.Jones、Valley和Noble&Wood等制造商。
將粘著纖維材料小塊的懸浮液導(dǎo)入打漿設(shè)備。替換地和/或附加地，可將粘著纖維材料小塊直接導(dǎo)入打漿機(jī)的缸中液體里。在上述操作中，可以使用粘著的纖維材料與水的各種比例，而且熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可確定合適的比例。
在上述作業(yè)過程中，圓柱輥不斷旋轉(zhuǎn)，以便在刀片或葉片與裝配在固定板上的刀片之間產(chǎn)生足夠的水壓和剪切應(yīng)力。
還可以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度、缸中懸浮液的稠度和旋轉(zhuǎn)刀片或葉片與固定刀片之間的間隙，使其達(dá)到增強(qiáng)“金屬對纖維”的相互作用的條件，所述的“金屬對纖維”的相互作用切斷或控制著游離纖維、纖維束和纖維狀顆粒的長度。術(shù)語“金屬對纖維”的相互作用用于描述粘著纖維材料與固定和/或旋轉(zhuǎn)刀片之間的接觸，所述的接觸可在水壓和機(jī)械剪切應(yīng)力足以切斷、切割或斷開長纖維的條件下發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)對所述的相互作用進(jìn)行控制，以使其在不顯著影響或降低可存在于懸浮液中的漿粕或短纖維的長度和/或打漿度的前提下，切割長纖維。
雖然可以操縱設(shè)備提供具有一個(gè)較寬的長度范圍的纖維、纖維束和纖維狀材料，但所述的設(shè)備也可以用于產(chǎn)生具有一個(gè)平均長度分布的纖維與纖維狀材料，所述的平均纖維長度分布變化范圍約7毫米或更小。一般而言，更均勻的纖維分布傾向于增強(qiáng)加工和水刺纏結(jié)的效果。然而，可預(yù)料的是，更長纖維與更短纖維的混合物可能更為有利。更長的纖維有利于提高強(qiáng)度，而更短的纖維則有利于提供其他有用的特性，如吸收性、手感、懸垂性和/或蓬松性。
除了控制長度之外，某些“金屬對纖維”的相互作用可以使粘著的纖維材料中的合成組分產(chǎn)生變形和扭曲。粘著的纖維材料的水力碎裂可以產(chǎn)生某些變形和扭曲，同時(shí)其他變形和扭曲也可以通過纖維和/或長絲的撕扯、切片和斷裂產(chǎn)生。據(jù)認(rèn)為，這些纖維的變形與不規(guī)則性有助于纖維網(wǎng)的濕成形(或干成形)以及隨后的水刺纏結(jié)?；赜美w維和纖維狀材料的這些特性增強(qiáng)了其在水刺纏結(jié)工藝中的實(shí)用性，而且也使其可行地用于制造水刺纏結(jié)的織物，其所生產(chǎn)的水刺纏結(jié)的織物能顯示出與100％新纖維所制得的織物相同或相似的物理性能，而且在那些性能方面有可能超越后者。
有關(guān)回用合成纖維的討論有助于認(rèn)識由這些纖維構(gòu)成的水刺纏結(jié)織物?，F(xiàn)參考附圖1、3至6和8至12，其顯示了各種示例性的具有至少一種線元素的回用合成纖維、纖維束和/或纖維狀材料，所述的線元素由具有至少一種不規(guī)則變形的合成材料構(gòu)成，所述的不規(guī)則變形是當(dāng)粘著的纖維材料懸浮于液體中時(shí)，水力破碎線元素以將其從粘著的纖維材料中分離出來而產(chǎn)生的。
線元素是非連續(xù)的，而且在一個(gè)實(shí)例中，其可具有約1毫米至約15毫米的長度。例如，線元素可以具有約1.5毫米至約10毫米的長度。作為另一個(gè)實(shí)例，線元素可具有約2毫米至約5毫米的長度。線元素的直徑可以小于100微米。例如，線元素的直徑可以小于30微米。一般而言，這些尺寸類似于商業(yè)漿粕中的某些波動范圍，而且可方便地與商用漿粕共混。在一些實(shí)施方案中，這些線元素可具有小于10微米的直徑，甚至其直徑可小于1微米。
不規(guī)則變形的形式可以是，線元素中的彎曲、線元素的扁平片段、線元素的膨脹片段及其組合。
一般而言，不規(guī)則變形引起回用材料中的線元素具有比水力破碎使線元素從粘著的纖維材料中分離出來之前的粘著纖維材料中的線元素更大的表面積。例如，回用的線元素的表面積能比原來至少高出約5％。表面積的增加通常是由于殘余的纖維粘著面積、交叉點(diǎn)、扁平區(qū)域和纖維變形等原因造成的。
圖1為顯示示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為500X)。所述的回用纖維從復(fù)合結(jié)構(gòu)中回用，所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)包含連續(xù)聚丙烯長絲纖維網(wǎng)與和上述的長絲纖維網(wǎng)水刺纏結(jié)的漿粕纖維的熱粘合點(diǎn)。顯微照片中央可見的纖維是一種紡粘的聚丙烯的線元素，其在長絲中具有彎曲和一個(gè)相對扁平的片段。這些變形中至少有一部分例如扁平區(qū)，是由這種線元素的水力破碎而產(chǎn)生或暴露的，所述的線元素來自與纖維素漿粕粘在一起的連續(xù)聚丙烯纖維網(wǎng)(也就是復(fù)合結(jié)構(gòu))。包圍該線元素的材料即為纖維素漿粕。
圖2是一張顯示出現(xiàn)在常規(guī)粘著梳理纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的常規(guī)的聚丙烯短纖維的顯微照片(線性放大率約為500X)。與圖1的線元素形成對比，這些纖維中的不規(guī)則變形顯得相對較少。這些纖維具有相對光滑的表面和均勻或均一的直徑，而且缺少圖1所示線元素中明顯存在的扭曲、彎曲、扭結(jié)和其他不規(guī)則變形。
圖3是一張顯示示例性的回用合成纖維的細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為120X)，所述的回用合成纖維回用自與圖1所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。橫過顯微照片中心區(qū)域的可見纖維是聚丙烯線元素，其中呈現(xiàn)一個(gè)線圈和幾個(gè)彎曲以及相對扁平的片段。這些變形中至少有一部分是從粘著纖維材料(也就是復(fù)合結(jié)構(gòu))的線元素的水力破碎而產(chǎn)生或暴露的。包圍線元素的材料即為纖維素漿粕。
圖4是一張顯示示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為120X)，所述的回用合成纖維回用自與圖1所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。顯微照片中央可見的纖維是一種聚丙烯的線元素。顯微照片中的箭頭指向線元素中的一個(gè)急彎。
圖5是一張顯示示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為500X)，所述的回用合成纖維回用自與圖1所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。顯微照片中央可見的纖維是一種聚丙烯的線元素，其中顯示了幾個(gè)彎曲和/或扭曲以及一個(gè)表面粗糙的片段。
圖6是一張顯示示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為500X)，所述的回用合成纖維回用自與圖1所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。橫過顯微照片中央的可見纖維是聚丙烯的線元素，其顯示了一個(gè)扁平而膨脹的纖維的切頭。
圖7是一張顯示常規(guī)聚丙烯短纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為500X)。與圖6的線元素形成對照，此纖維中的不規(guī)則變形顯得相對較少，而且具有一個(gè)端頭，所述的端頭看起來似乎切得干凈利落，并沒有留下膨脹或其他變形的痕跡。
圖8是一張顯示兩根示例性回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為250X)，所述的回用合成纖維回用自與圖1所示線元素相同類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)。橫過顯微照片中央及照片下部附近的可見纖維為聚丙烯線元素，其呈現(xiàn)了彎曲以及表面粗糙的片段。
圖9是一張顯示示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為500X)。所述的回用纖維回用自Kimtex牌的擦拭物，所述的擦拭物含有聚丙烯熔噴纖維的熱點(diǎn)粘合的纖維網(wǎng)。顯微照片中央可見的相對較細(xì)的熔噴纖維是具有彎曲、扭曲、纏結(jié)和相對扁平的片段的聚丙烯線元素。這些變形中至少有一部分是由來自粘著的纖維材料(也就是Kimtex牌的擦拭物)的線元素的水力破碎而產(chǎn)生或暴露的。包圍線元素的材料即為纖維素漿粕。
圖10是一張顯示示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為100X)，所述的回用合成纖維回用自與圖9所示線元素相同類型的材料。在照片中央可以看到一個(gè)長度約為500微米的粘著點(diǎn)。各纖維以具有彎曲、扭曲、纏結(jié)和相對扁平的片段的聚丙烯的線元素的形式從粘著點(diǎn)的邊緣向外呈放射狀。這些變形中至少有一部分是由來自粘著的纖維材料的線元素的水力破碎而產(chǎn)生或暴露的。線元素的背景中的一些物質(zhì)即為纖維素漿粕。
圖11是一張顯示示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為500X)，所述的回用合成纖維回用自與圖10所示線元素相同類型的材料。在照片中央可見更粗大的、寬度約為40微米的、纖維狀材料或纖維束。各纖維以具有彎曲、扭曲、纏結(jié)和相對扁平的片段的聚丙烯的線元素的形式包圍纖維狀的材料或纖維束的邊緣并向外呈放射狀。這些變形中至少有一部分是由來自粘著的纖維材料的線元素的水力破碎而產(chǎn)生或暴露的。所述的線元素的附近更粗大的纖維材料即為纖維素漿粕纖維。
圖12是一張顯示示例性的回用合成纖維細(xì)節(jié)的顯微照片(線性放大率約為500X)，所述的回用合成纖維回用自與圖10所示線元素相同類型的材料。圖中表示了纖維素漿粕和回用纖維的混合物，該回用纖維的形式是具有彎曲、捻轉(zhuǎn)、纏結(jié)和較扁平片段的聚丙烯線元素。
可以采用常規(guī)的水刺纏結(jié)技術(shù)制造含回用纖維和纖維狀材料的、水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如，可通過一個(gè)網(wǎng)前高位流料箱供應(yīng)稀釋的回用纖維與纖維狀材料的懸浮液，所述的懸浮液經(jīng)過一個(gè)水門并以均勻的分散方式沉積在常規(guī)造紙機(jī)的成型織物上。
可將纖維的懸浮液稀釋成常規(guī)造紙工藝中一般使用的任何稠度。例如，懸浮液可含有約0.01重量％至約1.5重量％懸浮于水中的纖維。從纖維懸浮液中除去水以形成一個(gè)均一的層。所述的回用纖維也可以包括附加的漿粕纖維和/或其他類型的纖維、微?；蚱渌牧?。預(yù)料可使回用纖維和這些不同的纖維和/或其他材料形成層疊的或多相的片材或?qū)印Ｌ鎿Q地和/或附加地，可摻混或或混合這些成分以形成均質(zhì)的層。
如果纖維中存在纖維素組分的話，則可在其中添加少量的增濕強(qiáng)樹脂和/或樹脂粘合劑，以改進(jìn)其強(qiáng)度和耐磨性。有用的粘合劑和增濕強(qiáng)樹脂包括，如可購自Hercules化學(xué)公司的Kymene 557 H與可購自美國氨腈公司的Parez 631。在某些情況下，有可能向纖維中添加交聯(lián)劑和/或水合劑。也有可能加入剝離劑。一種示例性的剝離劑購自賓夕法尼亞州Conshohocken的Quaker化學(xué)公司，其注冊商標(biāo)為Quaker 2008。
由基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲組成的基質(zhì)(例如所述的長絲可以是紡粘長絲的非織造網(wǎng)的形式)可以由進(jìn)給輥展開，以便其處在適當(dāng)?shù)奈恢媒邮沼苫赜美w維與纖維狀材料組成的纖維層。
一般而言，由基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲組成的基質(zhì)可通過公知的連續(xù)長絲的非織造擠出工藝而形成，如公知的溶液紡絲或熔融紡絲工藝，并且可直接導(dǎo)入所述工藝而不需要先儲存在進(jìn)給輥上。由基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲組成的基質(zhì)優(yōu)選一種通過紡粘工藝形成的連續(xù)的熔紡長絲所構(gòu)成的非織造纖維網(wǎng)。所述的紡粘長絲可由任何熱塑性的、可熔紡的聚合物、共聚物或其共混物而形成。例如，熔紡長絲可由熱塑性聚合物如聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、A-B和A-B-A’嵌段共聚物、乙烯與至少一種乙烯基單體(如醋酸乙烯酯)的共聚物，不飽和脂肪族單羧酸和上述單羧酸的酯，所述的A-B和A-B-A’嵌段共聚物中A和A’為熱塑性的端嵌段，而B為一種具有彈性的中嵌段。如果基本連續(xù)的長絲由一種聚烯烴形成，如聚丙烯，則所述的非織造纖維網(wǎng)可具有約3.5至約70gsm的基重。更優(yōu)選的情況下，所述的非織造纖維網(wǎng)可具有約10至約35gsm的基重。聚合物可包括附加的材料，如顏料、抗氧化劑、流動性促進(jìn)劑和穩(wěn)定劑等等。
由基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲組成的基質(zhì)是一種由基本連續(xù)的熱塑性聚合物的雙組分或多組分長絲組成的基質(zhì)。例如，雙組分或多組分長絲可以是一種雙組分或多組分的紡粘長絲組成的非織造纖維網(wǎng)。這些雙組分或多組分的長絲可以具有并行式、鞘-芯式或其他構(gòu)型。所述的長絲及其制造方法的說明可以在例如授予R.D.Pike等人的美國專利5,382,400里找到，其名稱為“非織造多組分聚合物織物及其制造方法”，該專利所公開的內(nèi)容經(jīng)引用并入本發(fā)明。示例性的由雙組分或多組分的紡粘長絲所組成的非織造纖維網(wǎng)可購自佐治亞州羅斯韋爾的金伯利-克拉克有限公司。
在纖維材料層放在基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲組成的基質(zhì)上之前，所述的基質(zhì)可以進(jìn)行熱粘著(也就是模型粘合(pattern bonded))。優(yōu)選的情況下，由基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲組成的基質(zhì)所具有的總粘著面將小于約30％，而其所具有的均勻粘著密度將大于每平方英寸約100個(gè)針粘著(pin bond)。例如由基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲構(gòu)成的基質(zhì)可具有約2％至約30％的總粘著面積(由常規(guī)的光學(xué)顯微鏡法確定)和每平方英寸約250至約500個(gè)針粘著(pin bond)的粘著密度。
這樣的總粘著面積與粘著密度的組合可以通過將基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲組成的基質(zhì)用針粘著模型粘著的方式而實(shí)現(xiàn)，所述的針粘著模型具有大于每平方英寸約100個(gè)針粘著的粘著密度，當(dāng)其完全與光滑的砧輥接觸時(shí)，所述的針粘著模型提供的總粘著表面積小于約30％。在優(yōu)選的情況下，粘著模型可具有每平方英寸約250至約350個(gè)針粘著的針粘著密度，而當(dāng)其與光滑的砧輥接觸時(shí)，其可具有約10％至約25％的總粘著面積。
一個(gè)示例性的粘著模型具有每平方英寸約306針的針密度。每針確定一個(gè)邊長約0.025英寸的正方形粘著表面。當(dāng)所述的針與光滑的砧輥接觸時(shí)，其所造成的總粘著表面積為約15.7％。一般而言，由基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲組成的高基重的基質(zhì)傾向于具有與上述數(shù)值相近的粘著面積。而基重較低的基質(zhì)傾向于具有更小的粘著面積。
另一個(gè)示例性的粘著模型具有每平方英寸約278針的針密度。每針?biāo)_定的粘著表面具有兩個(gè)長約0.035英寸(其相隔約0.02英寸)的平行邊與兩個(gè)相對的半徑約為0.0075英寸的凸圓邊。當(dāng)所述的針與光滑的砧輥接觸時(shí)，其所造成的總粘著表面積為約17.2％。
另一個(gè)示例性的粘著模型具有每平方英寸約103針的針密度。每針確定一個(gè)邊長約0.043英寸的正方形粘著表面。當(dāng)所述的針與光滑的砧輥接觸時(shí)，其所造成的總粘著表面積為約16.5％。
雖然上面描述的是由熱粘著輥產(chǎn)生的針粘著，但本發(fā)明已預(yù)料到任何粘合方式的可能性，只需其能以最小的整體粘著面積對長絲產(chǎn)生良好的束縛作用。例如，熱粘著、空氣穿透性粘著和/或膠乳注入均可用于以最小粘著面積對長絲提供理想的束縛作用。替換地和/或附加地，樹脂、膠乳或粘合劑均可通過如噴霧或印刷等方式施加于非織造連續(xù)長絲纖維網(wǎng)，然后使之干燥即可提供理想的粘著。
然后，將回用合成纖維與纖維狀材料所組成的纖維層放置于非織造纖維網(wǎng)之上，所述的非織造纖維網(wǎng)放置在常規(guī)的水刺纏結(jié)機(jī)的有小孔的水刺表面上。優(yōu)選將回用合成纖維的纖維層置于非織造纖維網(wǎng)與水刺纏結(jié)的集合管之間(也就是非織造纖維網(wǎng)的上面)。然后回用合成纖維與纖維狀材料所組成的纖維層和非織造纖維網(wǎng)通過一個(gè)或多個(gè)水刺纏結(jié)集合管下方，并用噴嘴噴射出的流體處理，以使回用纖維與連續(xù)長絲非織造纖維網(wǎng)中的長絲彼此纏結(jié)。液體射流也使回用合成纖維進(jìn)入并且部分穿過非織造纖維網(wǎng)以形成水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)。
替換性地，當(dāng)回用合成纖維與纖維狀材料所組成的纖維層和非織造纖維網(wǎng)處在進(jìn)行濕法成網(wǎng)的相同的多孔篩網(wǎng)(也就是網(wǎng)眼織物)上時(shí)，水刺纏結(jié)亦可發(fā)生。本發(fā)明也試圖將回用合成纖維與纖維狀材料(可以包括漿粕纖維)所組成的己干燥薄片放在連續(xù)長絲的非織造纖維網(wǎng)之上，然后使已干燥薄片再水化或濕化到一個(gè)特定的稠度并使已再水化或濕化的薄片發(fā)生水刺纏結(jié)。
當(dāng)回用合成纖維與纖維狀的材料所組成的纖維層被水高度飽和時(shí)，水刺纏結(jié)即可發(fā)生。例如，就在水刺纏結(jié)之前，回用合成纖維的纖維層可含有高達(dá)約90重量％的水。替換性地，回用纖維的纖維層可以是，例如氣成網(wǎng)或干成網(wǎng)的纖維層，其中含有很少或無液體存在。優(yōu)選回用合成纖維的濕成網(wǎng)纖維層參與水刺纏結(jié)，因?yàn)橛纱藙t能將所述的纖維材料包埋或集成到基本連續(xù)的熱塑性聚合物長絲所組成的基質(zhì)和/或?qū)⑵淅p繞和纏結(jié)于所述基質(zhì)中。如果回用合成纖維包括漿粕纖維，則選用濕法成網(wǎng)的層進(jìn)行水刺纏結(jié)將更為理想，因?yàn)椋捎跐{粕纖維保持在水化的狀態(tài)，所以水刺纏結(jié)將使?jié){粕纖維與基本連續(xù)的長絲集成而不會受“紙”鍵(有時(shí)稱作氫鍵)的干擾。
所述的水刺纏結(jié)可以采用常規(guī)的水刺纏結(jié)設(shè)備來完成，例如在授予Evans的美國專利3,485,706中可找到這種設(shè)備，所述專利的公開內(nèi)容經(jīng)引用并入本發(fā)明。可使用任何合適的工作流體例如水來完成本發(fā)明的水刺纏結(jié)。工作流體流經(jīng)集合管，所述集合管均勻地將流體分配給一系列的單獨(dú)孔或噴嘴。這些孔或噴嘴的直徑可為約0.003至約0.015英寸。例如，可采用由緬因州比迪福德Honeycomb Systems Incorporated所生產(chǎn)的集合管實(shí)施本發(fā)明，所述的集合管包含一個(gè)具有一排孔的條帶，其噴嘴直徑為0.007英寸，每英寸條帶30孔。也可以使用許多其他集合管構(gòu)型和組合。例如，可以使用一個(gè)單根集合管或接續(xù)排列數(shù)個(gè)集合管。
在水刺纏結(jié)過程中，工作流體在約200至約2000磅/平方英寸(表壓力)(psig)的壓力下通過這些噴嘴。當(dāng)壓力為約2000psig時(shí)，預(yù)計(jì)有可能以1000英尺/分鐘(fpm)的流速加工這些非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)。流體撞擊由網(wǎng)孔表面支撐的纖維層，所述的網(wǎng)孔表面可以是，例如單平面篩網(wǎng)，其網(wǎng)目尺寸為約40×40至約100×100。網(wǎng)孔表面也可以是多層篩網(wǎng)，其網(wǎng)目尺寸為約50×50至約200×200。正如許多噴水處理工藝中常見的那樣，可在水刺集合管的正下方或纏結(jié)集合管下游的網(wǎng)孔纏結(jié)表面下方布置真空吸嘴，以使其從水刺纏結(jié)的材料中抽取多余的水。
雖然本發(fā)明人不應(yīng)當(dāng)受到特定操作理論的約束，但據(jù)信，工作流體的圓柱狀射流起到了使那些纖維彼此之間(并與其他可能存在的纖維如漿粕纖維)以及與連續(xù)長絲之間纏結(jié)與纏繞的作用，所述的工作流體的柱狀射流直接撞擊到相對變形的、扭曲的和高表面積的回用合成纖維上，所述的回用合成纖維放置在連續(xù)長絲的纖維網(wǎng)上。
一般而言，人們認(rèn)為中央線元素的各種不規(guī)則變形和任何分叉的線元素、原纖維等材料有助于回用線元素與長絲纏結(jié)和纏繞在一起，并形成一種粘著的纏結(jié)基質(zhì)。當(dāng)回用合成纖維與漿粕纖維混合時(shí)，人們認(rèn)為所述的基質(zhì)有助于緊固漿粕纖維。
流體噴射處理之后，可將水刺纏結(jié)的復(fù)合結(jié)構(gòu)輸送到不加壓的烘干操作中。可使用一個(gè)差速卷繞輥將材料從水刺帶輸送到不加壓的烘干操作中。替換地，此處可使用常規(guī)的真空式卷繞輥和傳送布。如果需要的話，可在將所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)輸送至烘干操作之前，將其濕皺褶化?？刹捎靡环N常規(guī)的透氣式的回轉(zhuǎn)鼓烘干設(shè)備來完成纏結(jié)復(fù)合結(jié)構(gòu)的不加壓烘干。透氣烘干機(jī)強(qiáng)迫通過水刺纏結(jié)織物的空氣的溫度可在約200至約500°F之間。其他有用的穿透干燥方法與設(shè)備可在例如美國專利2,666,369和3,821,068里找到，所述專利的內(nèi)容經(jīng)引用并入本發(fā)明。
雖然透氣烘干工藝是已知特別有效的方法，但也可以采用其他烘干工藝，其中包括紅外輻射、揚(yáng)克式烘缸、蒸氣發(fā)生器、真空脫水機(jī)、微波和超聲能。
可能需要使用整理步驟和/或后處理加工來賦予水刺纏結(jié)的復(fù)合結(jié)構(gòu)以所選的性能。例如，可采用砑光輥輕壓織物，可皺褶或刷動織物以使之具有均勻的外觀特性和/或某種觸感性能。替換地和/或附加地，可向織物中添加化學(xué)后處理劑，如粘合劑或染料。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，水刺纏結(jié)的復(fù)合結(jié)構(gòu)可含有各種材料，例如活性炭、粘土、淀粉和超吸收性材料。例如，可將這些材料添加到用于形成纖維層的回用合成纖維的懸浮液中。也可以在流體噴射處理之前將這些材料沉積在纖維層之上，以便其借助流體射流的作用能合并到水刺纏結(jié)的復(fù)合結(jié)構(gòu)中。替換地和/或附加地，也可在流體噴射處理之后，將這些材料添加到水刺纏結(jié)的復(fù)合結(jié)構(gòu)中。
測試方法依照ASTM(美國試驗(yàn)材料協(xié)會)標(biāo)準(zhǔn)測試方法D 1117-14測定樣品的梯形斷裂強(qiáng)度，不同的是，撕裂負(fù)荷按照起始負(fù)荷與最高峰負(fù)荷的平均值計(jì)算，而不是按最低峰負(fù)荷與最高峰負(fù)荷的平均值計(jì)算。
一般依照關(guān)于工業(yè)用的與實(shí)驗(yàn)用的手巾和擦拭紙的美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)(Federal Specification)第UU-T-595C號測定樣品的水容量。吸收能力指的是材料在一段時(shí)間吸收的液體的能力，其涉及到該材料達(dá)到其飽和點(diǎn)時(shí)所吸取的液體的總量。吸收能力可通過測定材料樣品因吸收液體而增加的重量來確定。吸收能力可用百分?jǐn)?shù)的方式以如下的方程式來表達(dá)，即用被吸收液體的重量除去樣品的重量總吸收能力＝[(飽和樣品重量-樣品重量)/樣品重量]×100基本上依照ASTM D-3776-9來確定樣品的基重，但存在以下的變化1)樣品的尺寸至少為20平方英寸(130cm2)；以及2)每個(gè)樣品最少隨機(jī)選取3個(gè)樣本進(jìn)行測定。
依照ASTM D1388測定樣品的懸垂剛度，不同在于，樣品尺寸為1英寸×8英寸。
基本上依照TAPPI 402 om-93和T411 om-89并采用Emveco 200-A薄紙厚度測試儀(Tissue Caliper Tester)測定樣品的蓬松度(也就是厚度)。所述的測試儀配備直徑56.42mm，面積2500mm2的支座。10個(gè)樣品疊在一起進(jìn)行測定，測試負(fù)荷為2.00kPa，停留時(shí)間為3秒。
用購自紐約州托納旺達(dá)市的Teledyne Taber公司的型號為5130型的Taber Abraser(旋轉(zhuǎn)頭，雙頭研磨機(jī))以及E 140-15型樣品夾具進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)，一般依照Method 5386美國聯(lián)邦測試方法標(biāo)準(zhǔn)(FederalTest Methods Standard)第191A和ASTM標(biāo)準(zhǔn)D 3884“紡織織物耐磨性(Abrasion Resistance of Textile Fabrics)”進(jìn)行。測試用的樣品尺寸為約5英寸×5英寸。使樣品經(jīng)歷研磨循環(huán)，其所用的研磨頭重約250克。每個(gè)研磨頭均裝載有一個(gè)無回彈性的陶瓷Calibrade砂輪，其型號No.H-18，中等顆粒/中等結(jié)合。每個(gè)試樣測完后需用真空清掃研磨頭，而且測完每個(gè)樣品(一般約4個(gè)樣本)后需重修各研磨頭表面。研磨磁頭的表面重修可采用金剛石砂輪表面修整器來完成。研磨測試所測定的循環(huán)數(shù)為使樣品形成1/2英寸的通孔時(shí)所需的循環(huán)數(shù)。
實(shí)施例本實(shí)施例涉及回用一種粘著的、纏結(jié)的復(fù)合材料，所述的復(fù)合材料含有天然纖維和合成長絲；本實(shí)施例還涉及將所述的復(fù)合材料引入濕成形工藝的進(jìn)料流，并使之沉積在一張非織造連續(xù)長絲的基材上，然后將材料水刺纏結(jié)在一起以形成一種水刺纏結(jié)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
將一種復(fù)合的水刺纏結(jié)的材料開松成長為10至350mm、寬為3至70mm的小塊，所述的材料含有原生木漿和一種由粘著的合成聚丙烯長絲的連續(xù)網(wǎng)(約20重量％)(即一種紡粘的連續(xù)長絲纖維網(wǎng))，所述的材料可購自佐治亞州羅斯韋爾市的金百利-克拉克公司，即商標(biāo)為WYPALLWORKHORSE的碎料與商標(biāo)為HYDROKNIT的快速吸收材料。所述的復(fù)合材料含有約80重量％的漿粕和約20重量％的聚丙烯長絲。所述的材料可采用印第安納州東芝加哥市East Chicago Machine Tool Company生產(chǎn)的開松機(jī)開松。將小塊輸送到常規(guī)的荷蘭式工業(yè)打漿機(jī)，所述的打漿機(jī)由馬薩諸塞州匹茲菲爾德市的E.D.Jones&Sons公司制造。所述的打漿機(jī)是配備一張45度對角的底板的“3號Jones打漿設(shè)備”(”Number 3Jones Beating Unit”)。所述的打漿機(jī)具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)輥，所述的旋轉(zhuǎn)輥具有通常校直在輥上的刀片或葉片。所述的刀片或葉片寬約1/4英寸(～6mm)，高約1/2英寸(～12至13mm)。所述的刀片或葉片相隔約1/2英寸(～12至13mm)分布于輥的外表并且垂直于其旋轉(zhuǎn)方向或平面。緊鄰所述的旋轉(zhuǎn)輥下方安裝有一個(gè)固定板，而且配備有刀片或“刮刀”，其寬約1/8英寸(～3mm)，高約1/4英寸(～6mm)，相隔約3/8英寸(～9至10mm)。所述的固定板上的刀片或“刮刀”以45度角與旋轉(zhuǎn)方向或平面對準(zhǔn)。
旋轉(zhuǎn)輥的直徑為72英寸，其寬為72英寸，所述的旋轉(zhuǎn)輥具有192個(gè)相隔1/2英寸的、長度均為72英寸的刀片。所述的旋轉(zhuǎn)輥重約16噸。一般而言，其旋轉(zhuǎn)速度是恒定的，而可變的是施加于旋轉(zhuǎn)輥的壓力或負(fù)荷。安裝旋轉(zhuǎn)輥以使得表壓讀數(shù)為0psi時(shí)，對應(yīng)于極小部分的或沒有一點(diǎn)輥重量(～0噸)抵消當(dāng)纖維與粘著纖維材料塊通過間隙而受擠壓時(shí)所產(chǎn)生的力，所述的間隙存在于旋轉(zhuǎn)輥底部的刀片與安裝于旋轉(zhuǎn)輥下面的固定刀片之間。表壓讀數(shù)為50psi時(shí)，對應(yīng)于約1/2的輥重(～8噸)抵消當(dāng)纖維與粘著纖維材料塊通過間隙而受擠壓時(shí)所產(chǎn)生的力，所述的間隙存在于旋轉(zhuǎn)輥底部的刀片與安裝于旋轉(zhuǎn)輥下面的固定刀片之間。表壓讀數(shù)為100psi時(shí)，對應(yīng)的是約全部輥重(～16噸)抵消當(dāng)纖維與粘著纖維材料塊通過間隙而受擠壓時(shí)所產(chǎn)生的力，所述的間隙存在于旋轉(zhuǎn)輥底部的刀片與安裝于旋轉(zhuǎn)輥下面的固定刀片之間。
向開松過的材料中加入水，對荷蘭式打漿機(jī)中的材料分兩個(gè)階段施加水壓與剪切應(yīng)力。通過在輥旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)節(jié)作用在旋轉(zhuǎn)輥上的負(fù)荷，控制水壓與剪切應(yīng)力。在此具體安排中，水壓與剪切應(yīng)力通過一個(gè)“槳輪”式的泵作用而產(chǎn)生，所述的泵作用是在打漿輥旋轉(zhuǎn)時(shí)，其所附帶的刀片或葉片把液體和濕材料抵靠到固定板上而產(chǎn)生的，所述的固定板裝有斜對著旋轉(zhuǎn)方向或旋轉(zhuǎn)平面的刀片。一般來說，施加于旋轉(zhuǎn)輥的負(fù)荷越大，則旋轉(zhuǎn)輥與固定板之間的間隙越小。這就對應(yīng)于更高的水壓與剪切應(yīng)力。
在第一個(gè)階段中，作用于旋轉(zhuǎn)輥的壓力或負(fù)荷為0磅/平方英寸(表壓)(psig)并保持10分鐘。基本上，不施加任何負(fù)荷，而以旋轉(zhuǎn)輥的“漿輪”作用擠壓懸浮液中的小塊穿過約1cm或更大的位于旋轉(zhuǎn)輥刀片與裝在固定板上的刀片之間的間隙。一般來說，第一個(gè)階段是用于潤濕開松的材料并使天然纖維與合成纖維中分開。將稠度調(diào)整為約3.3％(風(fēng)干或烘干的纖維材料在懸浮液中的重量百分比)。
在第二個(gè)階段中，調(diào)整各個(gè)操作條件，以便在旋轉(zhuǎn)輥上的轉(zhuǎn)動刀片與固定刀片之間的兩者最接近的接觸點(diǎn)或最接近的接觸點(diǎn)附近，建立具有高水壓、高剪切應(yīng)力及可能存在的高氣穴蝕力的小區(qū)域。這些小區(qū)域考慮用于在開松的粘著纖維材料上產(chǎn)生微爆炸作用，以便水力破碎和/或吹擊分離，并縮短所得到的合成纖維的長度。另外，水力破碎與“金屬對纖維”或“金屬對粘著纖維材料”的接觸控制著較長的合成長絲的長度，而不會顯著地影響或降低懸浮液中的漿粕或短纖維的長度和/或打漿度。在本實(shí)施例中，其特定的目的是控制合成纖維的長度，以便其長度得到最大化，同時(shí)仍產(chǎn)生具有均勻的外觀與物理性能的片材，而且不會顯著地降低懸浮液中可能存在的漿粕纖維的長度或打漿度。
在第二個(gè)階段中，將旋轉(zhuǎn)輥上的表壓增加到50psig，旋轉(zhuǎn)輥的刀片與固定板刀片之間的間隙減少到1至10mm之間，并且為了抵消纖維塊在通過此間隙時(shí)受擠壓而產(chǎn)生的壓力，可得到16噸重的輥的約一半重量(～8噸)的力，所述的間隙位于旋轉(zhuǎn)輥與固定板之間。這些操作條件維持50分鐘。
在處理后，將游離的纖維、纖維束和纖維狀材料的樣品置于顯微鏡下進(jìn)行檢驗(yàn)。將天然或漿粕纖維從合成纖維里分離出來，進(jìn)行單獨(dú)檢測。在本實(shí)施例中，按照前述方法確定纖維平均長度——手工分離出由20根合成纖維與20根漿粕纖維組成的隨機(jī)樣品，采用顯微鏡測定單個(gè)纖維的長度，然后計(jì)算其平均長度。所得到的回用纖維和纖維狀材料具有如下的特性合成纖維的平均長度與木漿纖維的長度大致相等。合成纖維的平均長度為4.21mm。樣品中單個(gè)纖維的長度在2.54至7.11mm的范圍內(nèi)。需要注意的是，在加工之前，最初的合成纖維基本上是具有不確定長度或其長度至少遠(yuǎn)超過7.11mm的連續(xù)聚丙烯長絲。漿粕組分的纖維平均長度為2.7mm。樣品中單個(gè)漿粕纖維的長度在1.52至3.94mm的范圍內(nèi)。
木質(zhì)漿粕纖維的打漿度表現(xiàn)出輕微地下降(約10％)，這表明復(fù)合結(jié)構(gòu)中的木漿線元素上產(chǎn)生了一些額外的表面積。然而，其纖維長度并不受影響。
作為剩余的單個(gè)纖維粘著面積、交叉點(diǎn)和扁平區(qū)域的結(jié)果，相當(dāng)多的合成纖維已經(jīng)擴(kuò)大了其表面積。
將處理過的回用纖維物流(含有木漿纖維與合成纖維)導(dǎo)入濕成形工藝的進(jìn)料流。將回用纖維以占總干重20％的用量水平與原生的radiata松漿粕纖維(商品名Laja10，可購自智利CMPC Celulosa公司)在線混合。
采用一種成型網(wǎng)將此這些纖維共混物成形為基重為50克/平方米(gsm)的濕片材，所述的成型網(wǎng)可購自奧爾巴尼的國際紙業(yè)公司(AlbanyInternational)，其牌號為84M。然后，將所述的濕片材置于基重約為24gsm的紡粘聚丙烯連續(xù)長絲層的頂面上。所述的兩層由一個(gè)水刺纏結(jié)網(wǎng)支撐，所述的水刺網(wǎng)可購自奧爾巴尼的國際紙業(yè)公司，牌號為90BH。所述的纖維層可采用5個(gè)集合管進(jìn)行纏結(jié)。每個(gè)集合管配備一個(gè)噴射條帶，所述的噴射條帶具有一排0.005英寸大小的孔，其排列密度為40孔/英寸。水壓為1100磅/平方英寸(表壓)，纖維網(wǎng)暴露在壓力下的總時(shí)間為213微秒。
然后，獲得的復(fù)合薄片經(jīng)烘干成為最終產(chǎn)品。將所得到的產(chǎn)品與空白水刺纏結(jié)材料進(jìn)行比較，所述的空白水刺纏結(jié)材料由同樣的木質(zhì)漿粕制成，并且以相同的比例在相同的操作條件下紡粘，但不使用回用纖維。其結(jié)果如以下的表1所示表1

除了把水刺纏結(jié)含20％回用材料的樣品所用的壓力增加到1200psig之外，采用相同的材料和操作條件作第二次測試。按照前例同樣的條件干燥此材料。所得到的性能如以下的表2所示表2

表2表明，可對回用纖維使用更高的纏結(jié)壓力。這些樣品證明，回用的合成纖維(和附加的漿粕纖維)可以與由連續(xù)長絲組成的基質(zhì)纏結(jié)在一起，以形成水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)。
經(jīng)水壓破碎過的回用纖維帶來許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈円话惚容^均勻，而且能夠容易地與由基本連續(xù)的長絲組成的基質(zhì)水刺纏結(jié)在一起和進(jìn)入基質(zhì)，以形成堅(jiān)韌的、粘著的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)而不含以前從粘著纖維網(wǎng)形成的回用材料的絮片和非均勻物。一般認(rèn)為，本發(fā)明中所用的回用纖維的相對變形、扭曲和不規(guī)則特性能夠帶來更高的回用效率，因?yàn)檫@種條件下高壓噴射洗掉的材料更少。據(jù)信這至少部分是由于更大的表面積和引起更少的纖維損失的纖維形態(tài)?；赜美w維和纖維狀材料的結(jié)構(gòu)提供了額外的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀走m應(yīng)濕成形工藝，在成形區(qū)段具有良好的留存性。另外，因?yàn)檫@些回用纖維能相對容易地通過濕成形技術(shù)加工，也為水刺纏結(jié)提供了合適的均勻起始材料。
高度均一的纏結(jié)非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)帶來優(yōu)勢。外觀高度均一的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)會給人審美愉悅。可使用較少的漿粕材料和/或基重較少的基材而無需犧牲材料的屏蔽或遮蓋能力。在某些情況下，某些抗張性能及其他物理性能不太可能會有強(qiáng)烈的改變或者有局部的非均勻性疵點(diǎn)。
盡管聯(lián)系某些優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明方式所包括的主題將不限于這些具體實(shí)施方案。相反，本發(fā)明的主題試圖包括如下的權(quán)利要求的精髓和范圍內(nèi)所能包括的所有轉(zhuǎn)換、修改和等價(jià)物。
權(quán)利要求
1.一種水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括基本連續(xù)的長絲的基質(zhì)；以及包含回用的合成纖維和纖維狀材料的纖維材料，所述的回用合成纖維和纖維狀材料具有至少一種線元素，所述的線元素由合成材料組成并具有至少一種由該線元素水力破碎而產(chǎn)生的不規(guī)則變形，所述的水力破碎是為了在粘著的纖維材料懸浮于液體中時(shí)，從所述粘著的纖維材料中分離所述線元素。
2.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述的線元素具有約1毫米至約15毫米的長度。
3.如權(quán)利要求2所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述的線元素具有約1.5毫米至約10毫米的長度。
4.如權(quán)利要求3所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述的線元素具有約2毫米至5毫米的長度。
5.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述的不規(guī)則變形的存在形式為，所述線元素中的彎曲、所述線元素中的扁平片段、所述線元素中的膨脹片段及其組合。
6.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述的回用纖維的線元素具有大于線元素水力破碎之前粘著的纖維材料中可比線元素的表面積，所述的線元素的水力破碎是為了從粘著的纖維材料中分離所述的線元素。
7.如權(quán)利要求6所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述的回用的線元素的表面積比線元素水力破碎之前粘著的纖維材料中可比線元素的表面積大至少約5％，所述的線元素的水力破碎是為了從粘著的纖維材料中分離所述的線元素。
8.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述的合成材料為一種合成熱塑性材料。
9.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其還含有漿粕纖維。
10.如權(quán)利要求9所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其含有約1重量％至約85重量％的回用合成纖維和纖維狀材料；約15重量％至約99重量％的漿粕纖維；以及約1重量％至30重量％的基本連續(xù)的長絲。
11.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其基重為約20至約200克/平方米。
12.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述的回用合成纖維和纖維狀材料選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴及其組合。
13.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中所述的漿粕纖維選自由新硬木漿粕纖維、新軟木漿粕纖維、二次纖維及上述纖維的混合物組成的組。
14.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其還含有粘土、淀粉、微粒和超吸收微粒。
15.如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其還含有高達(dá)約3％的剝離劑。
16.一種擦拭物，其包括一層或多層如權(quán)利要求1所述的水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述的擦拭物的基重為約20克/平方米至約200克/平方米。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的擦拭物，其基重為約40克/平方米至約150克/平方米。
18.一種制造水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括提供回用的合成纖維和纖維狀材料的的纖維層，所述的回用合成纖維和纖維狀材料具有至少一種線元素，所述的線元素由合成材料組成并具有至少一種由該線元素水力破碎而產(chǎn)生的不規(guī)則變形，所述的線元素的水力破碎是為了在粘著的纖維材料懸浮于液體中時(shí)，從粘著的纖維材料中分離所述線元素。將所述回用的合成纖維和纖維狀材料的纖維層放在基本連續(xù)的長絲層之上；水刺纏結(jié)所述的纖維層以形成一種非織造纖維網(wǎng)；以及干燥所述纖維網(wǎng)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，提供回用的合成纖維和纖維狀材料的纖維層以及將所述回用的合成纖維和纖維狀材料的纖維層放在基本連續(xù)的長絲層之上的步驟包括，通過干成形或濕成形技術(shù)將由回用的合成纖維和纖維狀材料的纖維層直接沉積在基本連續(xù)的長絲層上。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中漿粕纖維包含于回用的合成纖維和纖維狀材料的纖維層之中。
全文摘要
一種水刺纏結(jié)的非織造復(fù)合結(jié)構(gòu)，其包含由基本連續(xù)的長絲所組成的基質(zhì)和回用的合成纖維與纖維狀材料，所述的回用合成纖維與纖維狀材料含有至少一種線元素，該線元素由合成材料組成并具有至少一種由線元素的水力破碎產(chǎn)生的不規(guī)則變形，所述的線元素的水力破碎用于當(dāng)粘著的纖維材料懸浮于液體時(shí)從中分離線元素。這種非織造的復(fù)合結(jié)構(gòu)可用作擦拭物或吸收性材料。形成這種非織造的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法包括如下步驟(a)提供回用的合成纖維和纖維狀材料的纖維層，所述的回用的合成纖維與纖維狀的材料含有至少一種線元素，該線元素由合成材料組成，并包含至少一種由線元素的水力破碎產(chǎn)生的不規(guī)則變形，所述的線元素的水力破碎用于當(dāng)粘著的纖維材料懸浮于液體時(shí)從中分離線元素；(b)將回用的合成纖維和纖維狀材料的纖維層放在基本連續(xù)的長絲層之上；(c)水刺纏結(jié)所述的纖維層以形成一種非織造纖維網(wǎng)；以及(d)干燥纖維網(wǎng)。
文檔編號D04H1/46GK1539036SQ01818625
公開日2004年10月20日 申請日期2001年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月10日
發(fā)明者古斯塔沃·帕拉西奧, 馬里亞·克拉拉·加西亞, 普里西拉·M·瓊斯, 佛瑞德·羅伯特·拉德萬斯基, 巴勃羅·拉米雷斯, 約翰·理查德·什凱瑞特, 亨利·斯科格, 伯納多·韋尼格斯, 克拉拉 加西亞, 拉米雷斯, 羅伯特 拉德萬斯基, 韋尼格斯, 古斯塔沃 帕拉西奧, 拉 M 瓊斯, 斯科格, 理查德 什凱瑞特 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司