专利名称：包含回用合成纤维材料的水刺缠结非织造物的制作方法 尽管公知浆粕纤维非织造布具有吸收性，但是，对于某些应用例如重负荷擦拭物来说，完全由浆粕纤维制造的非织造布，由于其强度和耐磨性不足，可能不够理想。已经将浆粕纤维与短纤长度的纤维组合并进行水刺缠结。然而，加入短纤增加了费用。此外，含短纤的悬浮物更难于用常规造纸或湿法成网技术加工。一项公知的组合这些材料的技术是水刺缠结法。例如，授予Suskind的美国专利4808467中公开了由木浆与纺织纤维的混合物与连续长丝基网缠结而制造的高强度非织造织物。在授予Shambelan的加拿大专利841398中公开了浆粕纤维与纺织和/或非织造的布的叠层制品。按照该专利，可使用高压喷射水流将未处理的纸层与基网，例如，连续长丝基网缠结。已经提出，可将粘着的纤维网机械断裂成更小的碎片例如纤维束、线和/或单独纤维，然后这些碎片通过水刺缠结成网。通常将干燥材料机械撕破并开松而完成此加工。例如，国际申请PCT/SE95/00938称，已知机械开松干非织造和纺织废料，而且可以使用干燥的含合成和天然纤维的混合废料。按照PCT/SE95/00938，开松和撕碎技术的一个重要特征是，撕碎或开松操作常常不完全，以致于回用纤维部分地以原来织物的离散小块形式出现，其特征可为“絮片”或纤维束。这些絮片被描述为，其所带来的非均匀性使含这些絮片的网呈现更多的类似纺织品的外观特性。上述的絮片和织物碎块在随后的作业中难于加工，这些作业举例来说是，湿成网加工、气成网加工、水刺缠结加工或其它成网加工。这些非均匀物的存在会降低回用纤维的价值，并降低回用纤维所成网或织物的外观等级、强度、均匀性和其它需要的性能等级。采用筛分或其它技术消除非均匀物会降低纤维的回用效率。采用附加的干式机械切断、开松、撕裂、扯松或拣选作业将纤维束或絮片缩短为长度小于5mm的纤维或纤维状材料可能是不切实际的。而且，附加的机械功可将如此多的能量转化为热的形式，致使干燥材料熔融成不可用的团块，并会减少或消除回用该材料最初体现出的任何环境或经济上的优势。
本发明致力于满足以上讨论的需要，提供一种水刺缠结非织造织物，其包含具有至少一种线元素的回用合成纤维及纤维状材料，该线元素由合成材料组成，并具有由线元素水力破碎所产生的至少一种不规则变形，该水力破碎是为了在粘着纤维材料悬浮于液体中时，从该粘着纤维材料上分离该线元素。
所述的线元素可具有约1毫米到约15毫米范围的一个长度范围。例如，线元素可具有约1.5-约10毫米的长度。在另一个实例中，该线元素可具有约2-约5毫米的长度。线元素的直径小于100微米。例如，线元素可具有小于约30微米的直径，且在一个优选实施例中，其可具有约10微米到约20微米的纤维直径。
按照本发明的一个方面，不规则变形可以是如下形式，线元素中的弯曲、线元素的扁平片段、线元素的膨胀片段以及它们的组合。此外，利用再循环，在缠结工艺中，弯曲和/或捻转为纤维网提供了更有效的互锁。
一般而言，与为了从粘着的纤维材料中分离线元素而进行的线元素水力破碎前的粘着纤维材料中的线元素相比，不规则变形使回用材料的线元素具有更大的表面积。例如，回用的线元素其表面积至少大了约5％。
在本发明的实施方案中，回用的合成纤维及纤维状材料可以是选自聚酯、聚酰胺、聚烯烃、玻璃纤维及其组合的合成材料。在本发明的实施方案中，回用的合成纤维及纤维状材料可以是合成热塑性材料。例如，该合成热塑性材料可以是一种聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯及其组合物。该合成热塑性材料可以是多组分纤维、长丝、股线等形式，而且可包括具有不同横截面形状、凸角或其它构型的纤维和/或长丝。
水刺缠结的非织造织物可进一步包括非回用的天然纤维材料、非回用的正常合成材料、回用的天然纤维材料、微粒材料及其组合。例如，水刺缠结的非织造织物可进一步包括浆粕纤维。在本发明的一个实施方案中，水刺缠结的非织造织物可含约1-约85重量％的回用合成纤维及纤维状材料和约15-约99重量％的浆粕。
该浆粕纤维可为木本和/或非木本的植物纤维浆。该浆粕可以是不同类型和/或不同品质浆粕纤维的混合物。
本发明还试图用少量的例如粘合剂、表面活性剂、交联剂、剥离剂、阻燃剂、水合剂、颜料和/或染料等材料处理该水刺缠结的非织造织物。替换地和/或附加地，本发明试图向该非织造织物添加例如活性炭、粘土、淀粉和超吸收剂的颗粒。在一个实施方案中，水刺缠结的非织造织物可进一步包括高达约3％的剥离剂。
该水刺缠结非织造织物可用作重负荷擦拭物。在一个实施方案中，该非织造织物可以是单层或多层擦拭物，具有约20到约200克每平方米(gsm)的基重。例如，该擦拭物可具有约25-约150gsm或更具体地约30-约110gsm的基重。该擦拭物有利地具有大于约450％的水容量、大于约250％的油容量、大于约2.0cm/15秒的水芯吸速率(纵向)，以及大于约0.5cm/15秒的油芯吸速率(纵向)。
本发明还包括水刺缠结非织造织物的一种制造方法，该方法包括步骤(a)提供具有至少一种线元素的回用合成纤维和纤维状材料的层，该线元素由合成材料组成，并具有由线元素水力破碎所产生的至少一种不规则变形，该水力破碎是为了在粘着纤维材料悬浮于液体中时，从该粘着纤维材料上分离该线元素；(b)水刺缠结该层以形成非织造网；和(c)干燥该网。
按照本发明，提供回用合成纤维及纤维状材料层的步骤可包括，在水刺缠结织物上通过干成形或湿成网技术沉积一层回用纤维层。
在本发明的一个实施方案中，提供回用合成纤维及纤维状材料层的步骤可包括，在水刺缠结织物上通过湿成形技术沉积一层回用纤维及浆粕纤维组成的层。
可用常规的水刺缠结技术实现水刺缠结。
可采用非压缩干燥工艺干燥该水刺缠结的非织造复合织物。已经发现，空气穿透性干燥工艺特别适用。也可以采用包括红外照射、扬克式烘缸(yankee dryer)、蒸汽发生器、真空脱水机、微波和超声能的其它干燥工艺。
定义在本发明中用到时，术语“纵向”是指，成形表面的行进方向，所述的成形表面即，在形成非织造网期间，纤维沉积之处。
在本发明中用到时，术语“横向”是指垂直于上述纵向的方向。
在本发明中用到时，术语“浆粕”是指，天然来源的纤维，例如木本和非木本植物。木本植物包括例如落叶树和针叶树。非木本植物包括例如棉、亚麻、芦苇草、马利筋属植物、稻草、黄麻、大麻和甘蔗渣。
在本发明中用到时，术语“平均纤维长度”是指，经采用显微测量技术测定的纤维、纤维束和/或纤维状材料的平均长度。将至少20根随机选择纤维的一个样品从纤维的悬浮液中分离出来。制备用于将纤维悬浮在水中的显微镜的载玻片，将该纤维装在载玻片上。着色性染料加在悬浮的纤维上，使含纤维素的纤维着色，这样它们可与合成纤维区别或分开。将该载玻片置于S19642/S19643系列Fisher Stereomaster II显微镜下。以20倍的线性放大率，使用0-20毫英寸刻度测量该样品中的20根纤维，并计算其平均长度、最小和最大长度以及偏差或变异系数。在某些情况下，纤维平均长度将按纤维(例如，纤维、纤维束、纤维状材料)的加权平均长度计算，其测定由例如，Kajaani纤维分析仪FS-200型的设备完成，该设备可从芬兰Kajaani的Kajaani Oy Electronics获得。按照标准测试程序，用浸渍液处理样品，以便确保其中无纤维束和纤维碎片。将每个样品解离到热水中并稀释成约0.001％的悬浮液。当使用标准Kajaani纤维分析测试程序测试时，从该稀释悬浮液取约50-100ml的份作为各个单个测试样品。加权平均纤维长度可为一种算术平均的、长度加权平均的或重量加权平均的长度，而且可用下式表达k(xi*ni)/nxi＝0其中，k＝最大纤维长度xi＝纤维长度ni＝长度为xi的纤维根数n＝已测量的纤维的总数。
用Kajaani纤维分析仪测得的平均纤维长度数据的一个特征是它在不同类型的纤维之间没有区别。因此，平均长度代表基于样品中所有可能存在的不同类型纤维的长度的一个平均值。
在本发明中用到时，术语“纺粘长丝”是指小直径的连续长丝，其通过将熔融热塑性材料由许多细小的、通常呈圆形的、具有挤出长丝直径的喷丝板毛细管挤出成为长丝，然后，通过例如引出或机械牵伸和/或其它公知纺粘机制，使其快速变细。在例如，授予Appel等人的美国专利4340563和授予Dorschner等人的美国专利3692618中举例说明了纺粘非织造网的生产。这些专利所公开的内容经引用并入本发明。
在本发明中用到时，术语“熔喷纤维”是指，经许多细小的、通常圆形的冲模毛细管将熔融热塑性材料以熔融线或长丝挤出到高速气体(例如，空气)流中而形成的纤维，该气流将熔融热塑性材料的长丝变细，从而缩小它们的直径，该直径可为微纤维类的直径。此后，用高速气流输送这些熔喷纤维，并将它们沉积在收集表面上，形成随机分布的熔融纤维的网。在例如授予Butin的美国专利3849241中公开了这种工艺，该专利所公开的内容经引用并入本发明。
在本发明中用到时，术语“微纤维”是指，平均直径不大于约100微米的小直径纤维；例如直径为约0.5微米-约50微米，更优选微纤维可具有约1微米到约40微米的平均直径。
当在本发明中使用时，术语“热塑性材料”是指一种聚合物，其受热时会软化，而当冷却到室温时，其通常回到未软化的状态。呈现这种行为的天然物质是天然橡胶和许多石蜡。其它示例性热塑性材料非限定地包括聚氯乙烯、某些聚酯、聚酰胺、多氟烃、聚烯烃、某些聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、己内酰胺、乙烯与至少一种乙烯单体的共聚物(例如，聚(乙烯乙酸乙烯酯))、乙烯与正丁基丙烯酸酯的共聚物(例如，乙烯丙烯酸正丁酯)、聚乳酸、热塑性弹性体和丙烯酸树脂。
当在本发明中使用时，术语“非热塑性材料”是指未落入上述“热塑性材料”定义的任何材料。


图1为形成示例性水刺缠结非织造网所用类型的示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图2为示例性新的合成短纤维细节的显微照片。
图3为形成示例性水刺缠结非织造网所用类型的示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图4为形成示例性水刺缠结非织造网所用类型的示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图5为形成示例性水刺缠结非织造网所用类型的示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图6为形成示例性水刺缠结非织造网所用类型的示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图7为示例性新的合成短纤维细节的显微照片。
图8为形成示例性水刺缠结非织造网所用类型的多根示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图9为形成示例性水刺缠结非织造网可用类型的示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图10为显示形成示例性水刺缠结非织造网可用类型的示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图11为显示形成示例性水刺缠结非织造网可用类型的示例性回用合成纤维细节的显微照片。
图12为显示形成示例性水刺缠结非织造网可用类型的示例性回用合成纤维细节的显微照片。

本发明包括回用合成纤维及纤维状材料形成的水刺缠结非织造织物。这些合成纤维及纤维状材料回收自粘着的纤维性材料，该材料被转换成实际上的单纤维和单独的纤维状材料。重要的是，这些粘着的纤维材料是包含合成纤维的材料，而且可为，例如，织造织物、针织物、非织造网及其组合之类的粘着的纤维性材料。作为进一步的实例，这些回用纤维可来自热粘着的、粘合剂粘合的、机械缠结的、溶剂粘着的、水刺缠结的和/或这些技术组合的非织造网，而且可包含合成纤维材料、天然纤维材料及它们的组合。合成纤维材料可包括热塑性纤维及长丝。
为了回收可回用于水刺缠结的合成纤维，将粘着的纤维网切断或扯碎成大小适于在液体中悬浮的小块。接着，将这些小块悬浮在液体中，并对离散小块的液体悬浮液施加机械功，以产生足以将粘着的纤维材料水力破碎成纤维和纤维状组分的水压力和机械剪切应力条件。最后，从该液体中分离出基本上单个的纤维和纤维状组分。
该粘着的纤维材料可通过常规作业，例如，机械开松、机械切断、机械撕裂、机械研磨、粉碎、水喷射切割、激光切割、扯松及其组合，转变成离散的小块。
重要的是，把这些小块的悬浮液暴露于足以将粘着的纤维材料小块分裂、破裂、爆裂或解离成可用的游离纤维和纤维束或纤维状材料的水压、剪切应力和/或气穴蚀力等条件下。用于将开松的材料转变成回用纤维的这些加工条件比常规打浆作业中所找到的这些条件更加有力而且更严格。
作为一个实例，常规打浆作业一般使用约小于3马力-天(24小时)/干燥吨材料。本发明的实施方案可用高得多的能量输入。按照本发明，施加到悬浮液上的机械功的估计量可大于约3马力-天(24小时)/干燥吨粘着纤维材料—这通过对促使材料组分运动以产生水压与剪切应力条件的电机所消耗的电流的测定可确定。此数值可大于4马力-天/吨，而且甚至可大于6或更高。例如，可用多35％的能量；多50％百分数或甚至更多的能量实施本发明的方法，以便从粘着的纤维材料上分离出有用的游离纤维和纤维束。在某些状况或者在某些条件下，预料机械功的估计量可少于3马力-天/干燥吨粘着纤维材料。
虽然发明人不应当受到特定操作理论的约束，但是据信，是水压、剪切应力和气穴蚀力的联合作用，把材料破解成游离纤维和纤维束。而且还认为，通过改变压力和机械应力，能够控制游离纤维的含量以及纤维束的平均尺寸。一般认为，使用如此高水平的机械作用力或功而不引起粘着纤维材料的合成组分的显著降解(例如，不发生合成热塑性材料的熔化)是有可能的，因为加工中的水/液体吸收了从粘着纤维材料上分离游离纤维和纤维状材料时所产生的热。
一般而言，常规打浆和/或精制设备可用于改良纤维素纤维，以开发其水合性和原纤化性能等造纸性能。按照本发明，可按照一种非常规的方式配置或操作常规打浆机和/或精制机，以便其提供足以把该粘着纤维材料破碎和折断成游离纤维、纤维束和纤维状材料的水压和剪切应力条件。示例的打浆装置可得自例如Beloit Jones，E.D.Jones，Valley和Noble & Wood等制造商。
将粘着纤维材料小块的悬浮液导入该打浆装置中。替换地和/或附加地，可将粘着纤维材料小块直接导入打浆机的缸中液体里。可使用粘着纤维材料与水的各种比例，而且本领域的技术人员会确定合适的比例。
在作业过程中，圆筒或打浆辊以足够的速度旋转，使得辊上的刀片或叶片与装在该辊下方固定板上分开的刀片之间产生足够的水压和剪切应力。
还可以调节旋转速度，缸中悬浮液的稠度，以及旋转刀片或叶片与固定刀片的间隙，使其达到增强“金属对纤维”相互作用的条件，该相互作用切断或控制游离纤维、纤维束和纤维状颗粒的长度。术语“金属对纤维”相互作用用于描述粘着纤维材料与固定的和/或旋转的刀片之间的接触，其可在水压和机械剪切应力足以切断、切割或断开长纤维的条件下发生。按照本发明，应当控制此相互作用，以使其在不显著影响或降低可存在于悬浮液中的浆粕或短纤维的长度和/或打浆度的前提下切割长纤维。
尽管可操作设备来提供具有一个较宽长度范围的纤维、纤维束和纤维状材料，但也可用该设备产生具有一种平均长度分布的纤维和纤维状材料，该平均长度分布变化范围约7毫米或更小。通常而言，更均匀的纤维分布趋于增强加工和水刺缠结的效果。然而，可预料的是，混合更长纤维与更短纤维可能更为有利。更长的纤维会有利于提高强度，而更短的纤维会有利于提供其它有用特性，例如，吸收性、手感、悬垂性和/或蓬松性。
除了控制长度之外，一些“金属对纤维”相互作用可以使粘着纤维材料中合成组分产生变形和扭曲。可通过粘着纤维材料水力碎裂产生某些变形和扭曲，而其它的变形和扭曲可以通过纤维和/或长丝的撕扯、切片和断裂产生。据认为，这些纤维的变形和不规则性有助于网的湿成形(或干成形)以及随后的水刺缠结。回用纤维和纤维状材料的这些特性增强了它们在水刺缠结加工中的实用性，而且使它可行地用于制造水刺缠结织物，该织物可呈现与100％新纤维制造的织物同样或类似的物理性能，并可能在这些性能方面超越后者。
对回用合成纤维的讨论有助于理解由这些纤维构造的水刺缠结织物。现在参考附图1、3-6和8-12，这些图显示了不同的示例性具有至少一种线元素的回用合成纤维、纤维束和/或纤维状材料，包含具有至少一种线元素的回用合成纤维及纤维状材料，该线元素由合成材料组成，并具有由线元素水力破碎所产生的至少一种不规则变形，该水力破碎是为了在粘着纤维材料悬浮于液体中时，从该粘着纤维材料上分离该线元素。
该线元素不是连续的，而且，在一个实例中，该线元素可具有约1毫米-约15毫米的长度。例如，该线元素可具有约1.5-约10毫米的长度。在另一个实例中，线元素可具有约2-约5毫米的长度。线元素的直径可小于100微米。例如，线元素的直径小于30微米。一般来说，这些尺寸类似于商品浆粕的某些变化情况，而且可方便地与商品浆粕混合。在某些实施方案中，这些线元素可具有小于10微米的直径，而且甚至可小于1微米。
不规则变形的形式可以是，线元素中的弯曲、线元素的扁平片段、线元素的膨胀片段以及这些形式的组合。
一般而言，与水力破碎使线元素从粘着纤维材料上分离出来之前粘着纤维材料中的线元素相比，不规则变形使回用材料的线元素具有更大的表面积。例如，回用线元素的表面积可以至少高出约5％。表面积增加常常会是剩余纤维粘着面积、交叉点、扁平区域、纤维扭曲等的结果。
图1为显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)。回用纤维从复合结构回收，该复合结构包含连续聚丙烯长丝网与该连续长丝网水刺缠结的浆粕纤维的热粘合点。照片中央可见的纤维是纺粘聚丙烯线元素，该线元素在长丝中具有弯曲和较扁平的片段。这些变形中的至少一部分，例如扁平的区段是因与纤维素浆粕粘在一起的连续聚丙烯纤维网(即，复合结构)中的线元素的水力破碎而产生或暴露的。包围该线元素的材料是纤维素浆粕。
图2是一张显微照片(约500X线性放大率)，显示出现在常规粘着的梳理纤维网结构中的常规聚丙烯短纤维。与图1的线元素形成对比，这些纤维中的不规则变形显得相对较少。这些纤维表面较光滑，直径较均一或均匀，而且缺少图1所示线元素中明显存在的捻转、弯曲、扭结和其它不规则变形。
图3是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约120X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图1所示线元素相同类型的复合结构。横过照片中心区域的可见纤维是聚丙烯线元素，其呈现线圈和弯曲以及较扁平的片段。这些变形中的至少一部分是因粘着纤维材料(即，复合结构)的线元素的水力破碎而产生或暴露的。包围此线元素的材料是纤维素浆粕。
图4是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约120X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图1所示线元素相同类型的复合结构。照片中央可见的纤维是聚丙烯线元素。照片中的箭头指向线元素中的急弯。
图5是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图1所示线元素相同类型的复合结构。照片中央可见的纤维是聚丙烯线元素，其呈现弯曲和/或捻转以及表面粗糙的片段。
图6是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图1所示线元素相同类型的复合结构。横过照片中央的可见纤维是聚丙烯线元素，显示了一个扁平而膨胀的纤维的切头。
图7是一张显示常规聚丙烯短纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)，与图6的线元素形成对照，此纤维中的不规则变形显得相对较少，而且具有一个端头，所述的端头看上去切得干净利索，没有留下膨胀或其它变形的痕迹。
图8是一张显示两根示例性回用合成纤维细节的显微照片(约250X线性放大率)，这些回用合成纤维回收自与图1所示线元素相同类型的复合结构。横过显微照片中央及照片下部附近的可见纤维是聚丙烯线元素，其呈现弯曲和粗糙化的片段。
图9是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)。回用纤维回收自Kimtex?牌擦拭纸，其含聚丙烯熔喷纤维的热点粘合网。见于照片中央的较细的熔喷纤维是聚丙烯线元素，其具有弯曲、捻转、缠结和较扁平的片段。这些变形的至少一部分，其产生或显露是由于线元素从粘着纤维材料(即Kimtex?擦拭纸)的水力破碎。包围该线元素的材料是纤维素浆粕。
图10是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约100X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图9所示线元素相同类型的材料。在照片中央可以看到长度为约500微米的粘着点。各纤维从粘着点的边缘向外呈放射状，其形式是聚丙烯线元素具有弯曲、捻转、缠结和较扁平的片段。这些变形的至少一部分，其产生或显露是由于线元素从粘着纤维材料的水力破碎。线元素背景中的一些材料是纤维素浆粕。
图11是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图10所示线元素相同类型的材料。在照片中央可见约40微米宽的更粗大的纤维状材料或纤维束。包围纤维状材料或纤维束并呈放射状离开的纤维，其形式为具有弯曲、捻转、缠结和较扁平片段的聚丙烯线元素。这些变形的至少一部分，其产生或显露是由于线元素从粘着纤维材料的水力破碎。线元素附近的更粗大的纤维材料是纤维素浆粕纤维。
图12是一张显示示例性回用合成纤维细节的显微照片(约500X线性放大率)，该回用合成纤维回收自与图10所示线元素相同类型的材料。图中表示了纤维素浆粕和回用纤维的混合物，该回用纤维的形式是具有弯曲、捻转、缠结和较扁平片段的聚丙烯线元素。
可以通过常规水刺缠结技术制造回用纤维和纤维状材料的水刺缠结网。例如，可以通过网前高位流料箱供应回用纤维和纤维状材料的稀释悬浮液，并经过水门以均一的分散方式将该悬浮液沉积到常规造纸机的成形织物上。
可以将纤维的悬浮液稀释到常规造纸加工中一般使用的任何稠度。例如该悬浮液可含约0.01-约1.5重量％悬浮在水中的纤维。从该纤维的悬浮液中除去水，以便形成均一的层。这些回用的纤维还可以包括附加的浆粕纤维和/或其它类型的纤维、微粒或其它材料。预料可使这些回用纤维以及这些不同的纤维和/或其它材料形成层叠的或多相的片材或层。替换地和/或附加地，可掺混或混合这些组分从而形成均质的层。
如果这些纤维中有纤维素组分，则可以添加少量的增湿强树脂和/或树脂粘合剂，以便改进强度和耐磨性。有用的粘合剂和增湿强树脂包括，例如，得自Hercules化学公司的Kymene 557 H和得自AmericanCyanamid，Inc.的Parez 631。在某些情况下，有可能向这些纤维中添加交联剂和/或水合剂。还可能添加剥离剂。一种示例性剥离剂得自宾夕法尼亚州Quaker Chemical Company，Conshohocken，注册商标为Quaker2008。
然后将纤维层放置在常规水刺缠结机的有小孔的水刺表面上。回用纤维和纤维状材料(以及任何添加的浆粕、纤维和/或其它材料)的层通过一个或多个水刺缠结集合管下方，并用喷嘴喷射出的流体处理，以便使回用纤维和纤维状材料彼此缠结。
预料当纤维层在进行湿法成网的相同的多孔筛网(即网眼织物)上时，会发生纤维层的水刺缠结。
可采用常规水刺缠结设备完成水刺缠结，例如在授予Evans的美国专利3485706中可以找到这种设备，该专利的内容经引用并入本发明。可以用任何合适的工作流体例如水完成本发明的水刺缠结。工作流体流经集合管，该管把流体均匀地分配到一系列单独孔或喷嘴中。这些孔或喷嘴直径可为约0.003-0.015英寸。例如，可采用缅因州HoneycombSystems Incorporated of Biddeford生产的集合管实施本发明，该集合管包含有直径0.007英寸喷嘴的条带，每英寸30孔，且有1排孔。可以使用许多其它集合管构型和组合。例如，可以使用单个集合管，或者可以接续排列数个集合管。
在水刺缠结过程中，工作流体在约200-约2000磅/平方英寸(表压力)(psig)的压力下通过这些喷嘴。在约2000psig时，预计有可能以约1000英尺/分钟(fpm)的速度加工这些复合织物。流体撞击被网孔表面支撑的纤维层，该网孔表面可为例如单平面筛网，其具有约40×40-约100×100的网目尺寸。网孔表面还可以是具有约50×50-约200×200网目尺寸的多层筛网。在许多喷水处理工艺中，很典型的是，可在水刺集合管的正下方，或者在缠结集合管下游的网孔缠结表面下方布置真空吸嘴，以使其从水刺缠结材料上除去多余的水。
虽然本发明人不应当受到特定操作理论的约束，但据信，直接撞击放置在缠结表面上的相对变形、捻转和高表面积回用纤维的圆柱状喷射的工作流体起到了使这些纤维相互(以及与可能存在的其它纤维，例如，浆粕纤维)缠结和缠绕的作用。
一般而言，人们认为，中央线元素的各种不规则性和任何分叉的线元素或原纤维等有助于回用纤维形成粘着的缠结基质。当回用纤维与浆粕纤维混合时，据认为这种基质有助于紧固浆粕纤维。
流体喷射处理以后，可将水刺缠结的织物输送到不加压的干燥操作中。可用一个差速卷绕辊从水刺带上输送材料到不加压的干燥操作中。替换地，可以使用常规的真空型卷绕辊和输送布。如果需要，在被输送到干燥操作之前，可将缠结的织物进行湿皱褶化。可采用常规通空气的回转鼓穿透干燥设备完成织物的不加压干燥。透气干燥机强迫通过水刺缠结织物的空气的温度可在约200-约500°F。其它有用的穿透干燥方法和设备可以在例如美国专利2666369和3821068中找到，这些专利的内容经引用并入本发明。
尽管已经发现透气干燥工艺特别奏效，但是也可以使用其它干燥工艺，这些工艺包括红外照射、扬克式烘缸、蒸汽发生器、真空脱水、微波和超声能。
可能需要使用整理步骤和/或后处理加工，以便赋予复合织物所选的性能。例如，可以用砑光辊轻压该织物、皱褶或刷动该织物，以便提供均一的外观和/或某种触感性能。替换地和/或附加地，可向织物施加化学后处理剂，例如粘合剂或染料。
在本发明的一个方面，织物可含各种材料，例如，活性炭、粘土、淀粉和超吸收材料。例如，可将这些材料添加到用于形成纤维层的回用纤维的悬浮液中。还可在流体喷射处理之前将这些材料沉积在该纤维层上，使得借助流体喷射的作用，它们能渐被合并到水刺缠结织物中。替换地和/或附加地，可以在流体喷射处理之后，将这些材料添加到水刺缠结织物中。
测试方法按照ASTM标准试验方法D 1117-14测量样品的梯形撕裂强度，不同的是，撕裂负荷按照起始负荷和最高峰负荷的平均值计算，而不是按照最低和最高峰负荷的平均值计算。
按照关于工业用和试验用手巾和擦拭纸巾的美国联邦标准(FEDERALSPECIFICATION)第UU-T-595C号，测试样品的水和油吸收能力。所述吸收能力是指，材料经一段时间吸收液体的能力，并且与材料在其饱和点所吸取的液体总量有关。吸收能力可通过测定材料样品因吸收液体而增加的重量来测定。吸收能力可用百分数形式以如下的方程式来表达，即用所吸收液体的重量除以该样品的重量总吸收能力＝[(饱和样品重量一样品重量)/样品重量]×100基本上按照ASTM D-3776-9测定样品的基重，但存在以下改变1)样品尺寸为至少20平方英寸(130cm2)；而且2)每个样品最少选取三个随机试样进行测定。
按照ASTM D1388测定样品的悬垂刚度，不同在于，样品大小为1英寸×8英寸。
基本上按照TAPPI 402 om-93和T411 om-89使用Emveco 200-ATissue Caliper Tester测量样品的蓬松度(即，厚度)。该测试仪配备直径56.42mm，面积2500mm2的支座。在2.00kPa负荷和3秒停留时间条件下，将10个样品叠成一组进行测定。
用得自纽约州托纳旺达市的Teledyne Taber公司的Taber Abraser，5130型(旋转头，双头研磨机)和E 140-15样品夹具进行耐磨性试验，通常按照Method5306联邦测试方法标准(Federal Test MethodsStandard)第191A号和ASTM标准D 3884“纺织织物耐磨性”进行。测试用的样品尺寸为约5英寸×5英寸。在研磨头重约250克的条件下，样品经历研磨循环。每个研磨头装载了无回弹性的陶瓷Calibrade砂轮No.H-18，中等颗粒/中等结合。每个试样测完后真空清扫研磨头，而且在测完每个样品(一般约4个试样)后重修各研磨头表面。用金刚石砂轮表面修整器完成研磨头的表面重修。研磨测试所测定的循环数为使样品形成1/2英寸的通孔时所需的循环数。
实施例本实施例涉及回用含天然纤维和合成长丝的、粘着的和缠结的复合材料，涉及向湿成形工艺的设备流中引入该材料，并将该材料沉积到非织造连续长丝的基材上，然后把这些材料水刺缠结在一起。
将含原木浆与粘着合成聚丙烯长丝连续网(约20重量％)(即，纺粘连续长丝网)一得自佐治亚州罗斯韦尔市的金伯利一克拉克公司，商标为WYPALL WORKHORSE制造的碎料和HYDROKNIT快速吸收材料的复合水刺缠结材料开松成约10-350mm长且3-70mm宽的小块。该复合材料含约80重量％的浆粕和约20重量％的聚丙烯长丝。用得自East ChicagoMachine Tool Company的开松机开松该材料。将这些小块输送到常规的荷兰式工业打浆机中，该打浆机由马萨诸塞州匹兹菲尔德市的E.D.Jones & Sons制造。该打浆机是“3号Jones打浆设备”，配备一张45度对角的底板。该打浆机的旋转辊具有通常校直在该辊上的刀刃或叶片。这些刀刃或叶片宽约1/4英寸(～6mm)，高约1/2英寸(～12-13mm)。它们在辊外部垂直于旋转方向或旋转平面地隔开约1/2英寸(～12-13mm)。紧邻该旋转辊下方安装着一个固定平面，而且配备了刀刃或“刮刀”，这些刀约1/8英寸(～3mm)宽，约1/4英寸(～6mm)高，隔开约3/8英寸(～9-10mm)。它们以45度角与旋转方向或平面对准。
旋转辊的直径为72英寸，宽度为72英寸，192个刀刃每个的长度为72英寸而且隔开二分之一英寸。该辊重约16吨。一般而言，旋转速度是恒定的，而可变的是作用在辊上的压力和负荷。安装该辊使得表压读数为0psi对应于非常小或没有一点辊重量(～0吨)在抵消纤维及粘着纤维材料块在它们受挤压、它们通过间隙时所产生的力，该间隙存在于旋转辊底部处的刀刃和该辊下方安装的固定刀刃之间。表压读数为50psi对应于约二分之一辊重量(～8吨)在抵消纤维及粘着纤维材料块在它们通过间隙受挤压时所产生的压力，该间隙存在于旋转辊底部处的刀刃和该辊下方安装的固定刀刃之间。表压读数为100psi对应于约全部辊重量(～16吨)在抵消纤维及粘着纤维材料块在它们通过间隙受挤压时所产生的压力，该间隙存在于旋转辊底部处的刀刃和该辊下方安装的固定刀刃之间。
向经过开松的材料中加水，对荷兰式打浆机中的材料分两个阶段施加水压和剪切应力。通过在辊旋转时调节作用于其上的负荷，控制水压和剪切应力。在此具体安排中，通过“桨轮”型泵作用产生该水压和剪切应力，该泵作用是在打浆机辊转动时产生的，而且它附带的刀刃或叶片迫使液体和湿材料抵靠着固定板，所述的固定板装有斜对着旋转方向或旋转平面的刀片。一般而言，施加到旋转辊上的负荷越大，在该旋转辊和固定板之间产生的间隙越小。这对应于更高水平的水压和剪切应力。
在第一阶段期间，作用于旋转辊的压力和负荷为0磅/平方英寸(表压)(psig)，并保持10分钟时间。基本上，没有负荷施加，而以旋转辊的“桨轮”作用挤压悬浮液中的小块通过约1cm或更大的位于旋转辊刀刃和固定板上所安装刀刃之间的间隙。一般而言，第一阶段用于润湿开松的材料并使天然纤维与合成纤维分开。将稠度调节到约3.3％(该悬浮液中风干或者烘干纤维材料的重量百分数)。
在第二阶段中，调整各条件，以便在旋转辊上的移动刀刃与固定刀片之间两者最接近接触点处或附近，建立起非常高的水压力、剪切应力和可能的气穴蚀力的小区域。这些小区域考虑用于在开松的粘着纤维材料上产生微爆破作用，以便水力破碎和/或吹击分离，并降低所得合成纤维的长度。另外，水力破碎和“金属对纤维”或“金属对粘着纤维材料”的接触控制着更长的合成长丝的长度。在本实施例中，特定的目的是，控制合成纤维的长度，以便该长度得到最大化，同时仍产生外观和物理性能均一的片材，并且悬浮液中可能存在的浆粕纤维的长度或打浆度没有实质性降低。
在第二阶段中，旋转辊的表压增加到50psig，而且旋转辊刀刃与固定板刀刃之间的间隙降低到1-10mm之间，并且为了抵消纤维块在它们通过此间隙时受挤压而产生的压力，可得到约16吨辊的二分之一重量(～8吨)的力，该间隙位于该辊和固定板之间。这些条件维持50分钟。
处理后，用显微镜检测游离纤维、纤维束和纤维状材料的样品。天然或浆粕纤维与合成纤维分离并单独进行检测。在此实施例中，按照先前的描述测定纤维平均长度-手工分离由20根合成纤维和20根浆粕纤维组成的随机样品，用显微镜测量单个纤维的长度，然后计算出一个平均长度值。回用纤维和纤维状材料的结果具有以下特性·合成纤维的平均长度大约和木浆纤维的长度相等。合成纤维的平均长度为4.21mm。该样品中单个纤维的长度在2.54-7.11mm的范围内。应当注意到，加工之前，最初的合成纤维基本上是具有不确定长度或者至少远超过7.11mm长度的连续聚丙烯长丝。浆粕组分的纤维平均长度是2.7mm。样品中单个浆粕纤维的长度在1.52-3.94mm的范围内。
·木浆纤维的打浆度表现出轻微的降低(约10％)，这表明，在此复合材料的木浆纤维组分上产生了一些额外的表面积。然而，其纤维长度没有受到影响。
·相当多的合成纤维已经扩大了表面积，这是剩余单个纤维粘着面积、交叠点和平展区域的结果。
将处理的回用纤维流(含木浆纤维和合成纤维)导入湿成形工艺的进料流中。将这些回用纤维与新的radiata松浆粕纤维(Laja 10，可从CMPC Celulosa of Chile获得)在线混合，用量水平为20％干重。
使用得自Albany International牌号为84M的成型网，将这些纤维共混物成形为基重50克/平方米(gsm)的湿片材。然后将该湿片材放置在纺粘聚丙烯连续长丝层的顶面上，该连续长丝层的基重为约24gsm。把这两层支承在得自Albany International牌号为90 BH的水刺缠结网上。使用5个集合管缠结这些层。每个集合管配备具有一排0.005英寸孔的喷射条带，这些孔的密度为40孔/英寸。水压为1100磅/平方英寸(表压)，而且网暴露于压力下的总时间为213微秒。
然后，获得的复合片材经干燥成为最终产品。把所得产品与空白水刺缠结材料进行对比，该空白水刺缠结材料用同样的木浆粕制造，并且在同样的条件下以同样的比例纺粘，但没有回用纤维。这些结果列于下表1
表1

使用相同的材料和条件进行第二轮试验，不同的是，把水刺缠结含20％回用材料样品所用的压力增加到了1200psig.。按照前例同样的条件干燥此材料。获得的性能列于下表2表2

表2表明，可对回用纤维使用更高的缠结压力。尽管采用载体织物或基材(即，纺粘网)缠结这些样品，但是据信这些实施例证明，可不用这种载体织物或基材并直接在水刺缠结网上缠结回用纤维。
经水力破碎过的回用纤维带来许多优点，因为它们通常是均匀的，而且能够容易地水刺缠结成坚韧的、粘着的织物，没有以前从粘着纤维网形成的回用材料的絮片和非均匀性物。一般认为，本发明中所使用的回用纤维的相对变形、捻转和不规则特性能导致更高的回用效率，因为被高压喷射洗掉的材料更少。据信这至少部分是由于更大的表面积和引起更少纤维损失的纤维形态。回用纤维和纤维状材料的结构提供了额外的优点，因为它们容易适应湿成形工艺，并且在成形区段具有良好的留存性。此外，由于这些回用纤维能相对容易地通过湿成形技术加工，这为水刺缠结提供了合适的均匀起始材料。
高度均一的织物带来优势。一种外观高度均一的织物会给人以审美愉悦。可以使用较少浆粕材料和/或基重更轻的基材，而无需牺牲材料的屏蔽或遮盖能力。在某些情况下，某些抗张性能及其它物理性能不大可能会有强烈的改变或者有局部的非均匀性疵点。
尽管联系某些优选实施方案描述了本发明，但是应当理解，本发明方式所包括的主题不限于这些具体实施方案。相反，本发明的主题试图包括以下权利要求书的精髓和范围内所能包括的所有转换、修改和等价物。


一种水刺缠结非织造织物，该非织造织物包括具有至少一种线元素的回用合成纤维和纤维状材料，该线元素由合成材料组成，并具有由线元素水力破碎所产生的至少一种不规则变形，该水力破碎是为了在粘着纤维材料悬浮于液体中时，从该粘着纤维材料上分离该线元素。此材料可用作擦拭物或吸收材料。本材料的形成方法包括如下步骤(a)提供具有至少一种线元素的回用合成纤维和纤维状材料的层，该线元素由合成材料组成，并具有由线元素水力破碎所产生的至少一种不规则变形，该水力破碎是为了在粘着纤维材料悬浮于液体中时，从该粘着纤维材料上分离该线元素；(b)水刺缠结该层以形成非织造网；和(c)干燥该网。