专利名称:熔喷网的制作方法图1所示的挤出口模的熔喷设备进行熔喷。在图1所示的熔喷口模20的横截面中,两种不同的聚合物组分在平行挤出机23和24中熔融,并分别通过齿轮泵(未显示)和管线25和26计量加入模腔22。在该模腔中,聚合物组分形成层状物质,其中两种组分作为不同的层分离。经由毛细管孔隙21的管线挤出该层状物质。由隧道28供应的热空气喷流拉细正在出来的聚合物纤维。认为所得的纤维包括两种纤丝,每种由不同的聚合物组分制成,两者以并列结构延伸熔喷纤维的长度。层14(图3)的细纤维也可以通过其它公知的熔喷方法生产,例如通过美国专利4,380,570公开的方法,其中单个空气喷嘴围绕着每个聚合物毛细管。图2示意用于本发明熔喷方法的、对图1所示而言另一种选择的挤出口模20’,用来简单地说明双组分体系。独立控制的多个挤出机(未显示)分别经由聚合物供料口25’和26’供应每种熔融的聚合物料流,其中这些聚合物通过不同的挤出毛细管29和30,在优选实施方案中,所述毛细管在模具内是有角度的,从而使每种聚合物料流朝向共同的纵轴方向。但是,挤出毛细管可以彼此平行,但彼此靠得足够近,以便在离开每个挤出毛细管29和30后促进挤出的熔融聚合物料流的熔并。挤出的聚合物料流被熔并,经由喷射孔离开口模,并被纤维化,通过由气体喷射口28’提供的喷射气体形成纤丝幕,其中气体喷射口28’朝向挤出聚合物流的共同纵轴方向。在该方法中,通过使用对于不同聚合物组分独立控制的挤出机,可以对于每种聚合物组分单独控制工艺参数,例如温度、毛细管直径和挤出压力,从而使不同聚合物的挤出最优化,并仍然形成包含两种聚合物组分的单纤维。本领域技术人员将认识到可以对图1和2的熔喷口模的设计进行改进,以便生产壳/芯型多组分纤维、分段饼型多组分纤维等。引入本发明熔喷网的复合非织造片材表示在图3中。片材10是一种三层复合织物,其中内层14由夹在外层12和16之间的很细的熔喷聚合物纤维构成,其中外层12和16分别由较大和较强的粘合纤维构成。当形成层14时,内层14中很细的纤维形成一个具有极细通道的阻隔层。层14用作阻隔流体、但不会阻挡湿气通过的屏障。粘合的纤维层12和16由较粗和较强的纤维构成,这些纤维为复合片材贡献强度,且在一些情况下贡献阻隔性能。或者,复合片材也可以以两层复合材料18的形式形成,如图4所示。在两层复合片材中,细熔喷纤维层14仅仅附着在较粗和较强的粘合层12的一侧。根据本发明的另一个实施方案,复合片材可以由多层类似层于14的细熔喷纤维构成,或者也可以由多于两层类似于层12和16的较粗和较强的纤维层构成。层12和16中的较粗和较强的粘合纤维优选是常规熔纺纤维或一些其它类型的强纺粘纤维。优选,熔纺纤维是基本连续的纤维。或者,层12和16可以是气流成网或湿法成网的短纤维网,或梳理纤维网,其中纤维彼此粘合形成强网结构。层12和16的纤维应该由可以与含聚乙烯细纤维的芯层14粘合的一种聚合物制成。层12和16的纤维优选可以进行γ辐射消毒,这是因为这些纤维具有一个由非聚丙烯的聚合物形成的外层,例如聚酯、聚乙烯、聚酰胺或其组合。在复合织物不用于其中使用γ辐射消毒的最终用途的情况下,层12和16的纤维也可以由不进行γ辐射消毒的聚合物例如聚丙烯形成。优选,层12和16的较大和较强的纤维是基本上连续的纺粘纤维,用高速熔融纺丝方法,例如美国专利3802817、5545371和5885909中公开的高速熔融纺丝方法生产。这些纤维可以作为单组分纤维、作为多组分纤维或其组合形式进行生产。多组分纤维可以制成具有各种公知的截面结构,包括并列、壳/芯、分段饼或岛-海型结构。优选用于层12和16的熔纺纤维是一种由聚酯和聚乙烯形成的双组分纤维。聚酯组分为织物提供强度,而聚乙烯组分使织物更柔软和悬垂性更好。另外,聚乙烯组分具有比该纤维中聚酯组分低的熔融温度,从而更容易用热粘合方法将层12和16粘合到芯层14的细熔喷纤维上。或者,层12和16也可以由单个聚合物组分纤维的共混物形成,例如作为纺粘网的形式,其中一部分纤维是聚乙烯纤维,一部分纤维是聚酯纤维。引入上述双组分熔喷网的复合非织造织物可以用美国专利3,802,817、5,545,371或5,885,909的设备与图1或2所示的引入熔喷口模的熔喷设备组合在线生产。或者,复合片材的各层也可以独立地制备,然后组合和粘合成复合片材。多于一个的纺粘网生产设备可以串联使用以生产由不同的单或多组分纤维的共混物形成的网,和多于一个的熔喷网生产工段可以串联使用以生产具有多个熔喷层的复合片材。进一步考虑,在各种网生产设备中使用的聚合物可以彼此不同。
在希望有第二纺粘网层的情况下,来自第二纺粘网生产设备的基本连续的纺粘纤维要沉积到熔喷层14上(图3),以便形成复合片材的第二纺粘层16。纺粘层12和16不必具有相同的厚度或单位重量。
纺粘-熔喷-纺粘网结构可以在热粘合辊之间通过,以便生产在辊上收集的复合非织造网10。优选,粘合辊是加热辊,保持在复合材料中聚合物最低熔融温度的±20℃温度下。对于本发明的含聚乙烯的复合片材,采用的粘合温度在115-120℃范围内,粘合压力在350-700N/cm范围内,以便获得良好的热粘合。另一种粘合复合片材中各层的方法包括压延粘合、通气粘合、蒸汽粘合、以及粘合剂粘合。
任选地,可以将含氟化学涂层涂在复合非织造网上,以便降低纤维表面的表面能,从而提高织物的耐液体穿透性。例如,织物可以经过局部染整处理,以便改进液体阻隔性,特别改进对低表面张力的液体的阻隔性。许多局部染整处理方法是本领域公知的,包括喷涂、辊涂、泡沫涂布、浸渍-挤压涂布等。典型的染整组分包括ZONYL?含氟化学品(E.I.du Pont de Nemours and Company,Wilmington,DE的注册商标)或REPEARL?含氟化学品(Mitsubishi Int.Cop.,NewYork,NY获得)。局部染整方法可以与织物的生产一起在线进行,或者在独立的工艺步骤中进行。或者,这种含氟化学品还可以作为熔体的添加剂纺进纤维中。
根据本发明的复合非织造片材的单位重量优选在10-1 20g/cm2的范围内,更优选30-90g/cm2,非常优选50-70g/cm2。复合非织造片材的抓样拉伸强度范围可以很宽,取决于所用的热粘合条件。典型的抓样拉伸片材强度(在机械和横方向上)是35-400N,更优选40-300N,最优选50-200N。复合片材的熔喷纤维内层的单位重量通常在2-40g/cm2的范围内,更优选5-30g/cm2,最优选12-25g/cm2,在机械和横方向上的抓样拉伸强度是至少5N。每个外层的单位重量通常在3-50g/cm2的范围内,更优选8-40g/cm2,最优选12-35g/cm2。复合片材的各层优选通过热粘合固定在一起,例如通过使细纤维层和/或较大的纤维层中的低熔融温度组分聚合物熔融。根据本发明的优选实施方案,复合片材具有至少10cm的静水压头,更优选至少25cm,进一步更优选至少45cm,非常优选至少60cm。进一步优选复合片材的水冲击小于5克,更优选小于2克,最优选小于0.5克。最后,优选复合片材的Frazir空气渗透性大于1m3/min/m2,更优选大于5m3/min/m2。
下面将通过以下实施例说明本发明,这些实施例只用于说明本发明,不以任何方式限制本发明。实验方法在以上描述和以下实施例中,使用以下实验方法来检测各种提及的特性和性能。ASTM指American Society for Testing andMaterials。
纤维直径通过光谱法检测,并由以微米为单位的平均值表示。单位重量用于衡量每单位面积织物或片材的质量,按照ASTM D-3776检测,单位是g/m2。
抓样拉伸强度用于衡量片材的断裂强度,按照ASTM D5034检测,单位是牛顿(N)。
第一和第二聚合物组分分别挤出、过滤并计量进安排成提供并列纤丝截面的双组分喷丝组合件中。喷丝组合件的口模被加热到600°F(315℃)。口模具有在24英寸(61厘米)管线中排列的601个毛细管开口。经过每个毛细管,聚合物以0.80克/孔/分钟的聚合物生产速率纺丝。细化(attenuating)空气加热到615°F(323℃)的温度,并以425标准立方英尺/分钟(12m3/分钟)的速率经由两个0.8毫米宽的空气隧道供应。两个空气隧道遍布具有毛细管开口的24英寸管线的长度,其中在毛细管每一侧上的一个隧道距离毛细管开口1毫米之后。聚对苯二甲酸乙二酯以26千克/小时的速率供应到喷丝组合件,聚乙烯/聚对苯二甲酸丁二酯以2.9千克/小时的速率供应到喷丝组合件。生产的双组分熔喷网含有90重量%的聚对苯二甲酸乙二酯以及10重量%的含90重量%聚乙烯/10重量%聚对苯二甲酸丁二酯的共混物。在移动成型筛网上收集纤丝以生产熔喷网。熔喷网在辊上收集,其单位重量是17g/m2。该网的抓样拉伸性能列在表1中。
熔粘外层是具有壳/芯型截面的双组分纤维。生产具有两种单位重量(17g/m2和24g/m2)的纺粘网用于复合片材的外层。纺粘双组分纤维由熔融指数为27克/10分钟(按照ASTM D-1238检测,可从DowChemical Company以ASPUN 6811A获得)的线型低密度聚乙烯和特性粘数为0.63且重均分子量为约35700的聚酯(可从DuPont以Crystar?聚酯获得,Merge 3949)制成。聚酯树脂在180℃温度下结晶,并在使用之前在120℃温度下干燥至含水量小于50ppm。
在各自的挤出机中,将在纺粘层中所用的聚对苯二甲酸乙二酯加热到290℃,将聚乙烯加热到280℃。聚合物经过挤出、过滤和计量进保持在295℃的双组分喷丝组合件中,并设计成提供壳/芯型纤丝截面。聚合物经由喷丝头纺成具有聚乙烯壳和聚对苯二甲酸乙二酯芯的双组分纤丝。对于单位重量为17g/m2的网,每个喷丝组合件毛细管的聚合物总产量是1.0克/分钟,和对于单位重量为24g/m2的网,该总产量是1.0克/分钟。计量聚合物,以便提供占纤维重量30%的聚乙烯(壳)和70%的聚酯(芯)的纤丝纤维。纤丝在15英寸(38.1厘米)长的骤冷区中冷却,由两个相对的骤冷箱在12℃温度和1米/秒速度下提供骤冷空气。纤丝通入气动拉伸喷射机中,该喷射机位于喷丝组合件的毛细管开口以下20英寸(50.8厘米)处,在那里以约9000米/分钟的速率拉伸纤丝。所得的较细、较强的基本连续的纤丝沉积在下面的具有真空抽吸铺层带上。在两种网(单位重量17g/m2和24g/m2)中的纤维的有效直径在9-12微米的范围内。用点粘合方式在100℃温度和100N/cm的夹压下使所得的网分别在两个热粘合辊之间通过,从而将网轻微粘合在一起,以便运输。对于单位重量为17g/m2的网,在粘合期间的线速度是206米/分钟,和对于单位重量为24g/m2的网,线速度是146米/分钟。轻微粘合的纺粘网各自在辊上收集。
复合非织造片材通过将单位重量为17g/m2的纺粘网从辊上展开到移动带上来制备。将该熔喷双组分网从辊上展开,并放置在移动的纺粘网的顶部。将单位重量为24g/m2的第二纺粘辊展开,并放置在纺粘-熔喷网的顶部以生产纺粘-熔喷-纺粘复合非织造网。复合片材在刻花的油加热金属压延辊和光滑的油加热金属压延辊之间热粘合。这两个辊的直径是466毫米。刻花辊具有涂铬的非硬化钢表面,具有钻石图案,点尺寸为0.466mm2,点深度是0.86毫米,点距是1.2mm,粘合面积是14.6%。光滑辊具有硬化钢表面。复合网在110℃温度下粘合。夹压是350N/cm,线速度是20米/分钟。粘合的复合片材在辊上收集。该复合非织造片材的最终单位重量是58g/m2。该片材的抓样拉伸性能列在表1中。
第一和第二聚合物组分分别挤出、过滤并计量进安排成提供并列纤丝截面的双组分喷丝组合件中。喷丝组合件的口模被加热到600°F(315℃)。口模具有在20.8英寸(52.8厘米)管线上排列的624个毛细管开口。经过每个毛细管,聚合物以0.80克/孔/分钟的聚合物生产速率纺丝。细化空气加热到615°F(323℃)的温度,并以8psi(55.1kPa)的压力供应到两个1.5毫米宽的空气隧道。这两个空气隧道遍布具有毛细管开口的20.8英寸管线的长度,其中在毛细管线每一侧上的一个隧道距离毛细管开口1.5毫米之后。聚对苯二甲酸乙二酯以27千克/小时的速率供应到喷丝组合件,聚乙烯/聚对苯二甲酸丁二酯双组分共混物以3.0千克/小时的速率供应到喷丝组合件。生产的双组分熔喷网含有90重量%的聚对苯二甲酸乙二酯以及10重量%聚乙烯。在移动的成型筛网上收集纤丝以生产熔喷网。熔喷网在辊上收集,其单位重量是17g/m2。该网的抓样拉伸性能列在表1中。
表1表明,实施例1-8的抓样拉伸强度高于对比例A。
表1熔喷网和SMS复合材料性能实 作为共混 在共混物 在共混物 在共混物 熔喷网中 熔喷网中 SNS复合 SNS复合施 物组分的 组分中的 组分中的 组分中的 的抓样拉 的抓样拉 材料中的 材料中的例 %纤维%PE %PBT %PET 伸MD(N) 伸XD(N) 抓样拉伸 抓样拉伸MD(N)XD(N)1 1090100 4.67 8.94 96.1 60.12 2090100 8.32 8.54 103.257.93 3090100 12.15 11.17 113.062.34 10600 408.19 8.905 20600 4013.31 10.286 30600 4011.21 8.867 10100 0 0 9.52 6.758 20100 0 0 9.63 6.62A 0 0 0 0 0.90 2.19PE=聚乙烯PET=聚对苯二甲酸乙二酯PBT=聚对苯二甲酸丁二酯MD=加工方向XD=截面方向
一种熔喷纤维,其包含70-98重量%的第一纤维部分,由含至少80重量%聚酯聚合物的第一聚合物组分形成;和30-2重量%的第二纤维部分,由含至少20重量%聚乙烯聚合物的第二聚合物组分形成;和其中一部分第二纤维部分沿纤维表面存在。该熔喷纤维作为网收集,具有良好的强度,可以引入复合片材结构中。