專利名稱：膨松片材及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及具有大量凹凸的膨松片材及其制備方法，更具體地說，本發(fā)明涉及適用作清掃用片材或衛(wèi)生制品例如口罩或紗布的膨松片材及其制備方法。
本發(fā)明的發(fā)明者以前提出了一種制備膨松片材的方法，該方法包括用網(wǎng)狀片材增強由纖維纏結(jié)形成的無紡布，并通過加熱收縮網(wǎng)狀片材形成凹凸表面(參見日本專利申請?zhí)亻_平5-25763和5-192285)。由此得到的片材的特征在于其適當?shù)陌纪剐浴⑷彳浭指泻褪娣挠|感，但是該方法需要一加熱裝置來收縮網(wǎng)狀片材。另外，凹凸形狀圖案決定于網(wǎng)狀片材的網(wǎng)眼圖案，這是由于無紡布隨動于網(wǎng)眼開孔的收縮產(chǎn)生凹凸。因此，片材能夠形成的凹凸圖案是有限的。
日本專利申請?zhí)亻_平4-327255公開了一種制備具有凹凸圖案無紡布的方法，該方法包括將纖維集合體放置在具有凸起圖案的傳送帶上并向下面的纖維集合體施加高壓水流或熱空氣將其壓在傳送帶上，由此形成凹凸圖案同時纏結(jié)纖維。根據(jù)該技術，盡管可以得到具有任意圖案的無紡布，但是該無紡布不可能比其自身厚度更厚并且也沒有膨松化。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備該膨松片材的優(yōu)選方法。
本發(fā)明的上述目的是由一含有通過水流針刺纖維網(wǎng)形成的纖維集合體的膨松片材實現(xiàn)的，所述膨松片材具有大量由所述纖維集合體構成的凹凸，所述凹凸是通過水流針刺所述纖維集合體來重新排列其組成纖維和沿纖維集合體厚度方向?qū)ζ溥M行的多重彎曲方式形成的，并且所述凹凸自身具有形狀保持性。
該目的還通過一制備該膨松片材的優(yōu)選方法實現(xiàn)，該方法包括如下步驟水流針刺纖維網(wǎng)以彼此纏結(jié)所述纖維網(wǎng)的組成纖維，由此形成一纖維集合體，將所述纖維集合體傳送到具有大量凹凸或大量開孔的構圖組件(patterning member)上，和將部分所述纖維集合體投射到所述凹陷或所述開孔中形成對應于所述凹陷或所述開孔的大量凸起，所述構圖組件的厚度為5-25mm，或透氣率為800-3000cm3/(cm2sec)，以能量Em和能量Ef至少滿足下面一個通式的方式，將能量Em和能量Ef分別施加到所述纖維網(wǎng)和所述纖維集合體上
200(kJ/kg)＜Em+Ef＜1250(kJ/kg)Em/10＜Ef＜2Em/3其中，Em是通過所述水流針刺施加到所述纖維網(wǎng)上形成所述纖維集合體的能量，Ef是施加到所述纖維集合體上將部分纖維集合體投射到所述構圖組件上的能量。
該目的還通過含有由水流針刺纖維網(wǎng)和網(wǎng)狀片材形成的纖維集合體的膨松片材實現(xiàn)，所述膨松片材具有大量由所述纖維集合體構成的凹凸，通過所述水流針刺彼此纏結(jié)的所述纖維集合體的組成纖維進一步與所述網(wǎng)狀片材纏結(jié)和/或熱粘合由此形成一體，所述凹凸是通過水流針刺所述纖維集合體來重新排列其組成纖維和沿纖維集合體厚度方向?qū)ζ溥M行的多重彎曲方式形成的，并且所述凹凸自身具有形狀保持性。
該目的還通過一制備該膨松片材的優(yōu)選方法實現(xiàn)，該方法包括如下步驟水流針刺纖維網(wǎng)以彼此纏結(jié)所述纖維網(wǎng)的組成纖維，由此形成一纖維集合體，將所述纖維集合體疊合在網(wǎng)狀片材的一面或兩面上并將所述組成纖維部分熱粘合到所述網(wǎng)狀片材上由此形成一體，將所述纖維集合體傳送到具有大量凹凸或大量開孔的構圖組件上，和將部分所述纖維集合體投射到所述凹陷或所述開孔中形成對應于所述凹陷或所述開孔的大量凸起，所述構圖組件的厚度為5-25mm，或透氣率為800-3000cm3/(cm2sec)，以能量Em和能量Ef至少滿足下面一個通式的方式，將能量Em和能量Ef分別施加到所述纖維網(wǎng)和所述纖維集合體上200(kJ/kg)＜Em+Ef＜1250(kJ/kg)
Em/10＜Ef＜2Em/3其中，Em是通過所述水流針刺施加到所述纖維網(wǎng)上形成所述纖維集合體的能量，Ef是施加到所述纖維集合體上將部分纖維集合體投射到所述構圖組件上的能量。
圖3是可以用于制備

圖1的膨松片材的裝置簡圖。
圖4(a)是構圖組件27的實施例的放大平面圖，圖4(b)是圖4(a)中沿b-b線的截面圖，圖4(c)是圖4(a)中沿c-c線的截面圖。
圖5(a)是表示另一個構圖組件的斜視圖，圖5(b)是表示圖5(a)中構圖組件的截面圖。
實施本發(fā)明的最好方式本發(fā)明的膨松材料將具體參考附圖形式的優(yōu)選實施方式進行描述。如圖1和2所示，該具體實施方式
中的膨松片材10是由水流針刺纖維網(wǎng)形成的纖維集合體1和纖維集合體1內(nèi)部的網(wǎng)狀片材4組成。纖維集合體1和網(wǎng)狀片材4形成一體，其中組成纖維網(wǎng)1的纖維(下文中稱作“組成纖維”)和網(wǎng)狀片材4是通過下面詳細描述的水流針刺彼此纏結(jié)的。
如圖1和2所示，膨松片材10具有第一表面10a和第二表面10b，并具有大量從一側(cè)向另一側(cè)突出的凸起2，2…。在凸起2，2…之間形成凹陷3，3…，使整個片材是凹凸形狀。
如圖1所示，凸起2，2…大小大致相同，產(chǎn)生一規(guī)則圖案，平面圖中每一個具有長而窄的山的形狀。在片材橫向上(圖1中X軸方向或該實施方式中CD方向)，凸起2和2之間的距離大約為1-10mm，更優(yōu)選1-7mm，縱向(圖1中Y軸方向或該實施方式中MD方向)，該距離為4-20mm，更優(yōu)選4-15mm。該凸起2在片材的橫向和/或縱向上可能部分連續(xù)。以該間距分隔的凸起2不但使片材10的觸感舒服，而且由此制得的清掃用片材極好地去掉地板溝縫或不平表面中的灰塵和捕集相對大的異物例如碎渣。
當膨松片材被用作清掃用片材時，優(yōu)選的是其兩面具有基本上相同構型的凸起2，即形狀、大小和間隔以具有相同的性能。特別優(yōu)選的是，第二表面10b上凸起2的總面積為第一表面10a總面積的20-100％，特別是35-100％。優(yōu)選實施方式中，第一表面上凸起2覆蓋了第二表面上的凹陷3。另一個優(yōu)選實施方式中，凸起2的形狀基本上與凹陷的形狀相反。
凸起2和凹陷3含有纖維集合體，只通過纖維集合體1中組成纖維的纏結(jié)形成。與對熱塑性樹脂纖維部分加熱和加壓(例如，通過軋花)引起熱粘合形成的那些凸起不同，凸起2和凹陷3觸感舒服。當用作清掃用片材時，例如特別是地板用清掃用片材時，膨松片材10在捕集灰塵、頭發(fā)、棉絨等時具有優(yōu)異的性能。
凸起2的構型可以如上所述自由設計。相反，上述日本專利申請?zhí)亻_平5-25763描述的膨松片材(通過網(wǎng)狀片材的熱收縮形成)中凸起的構型是受有限設計自由度的網(wǎng)狀片材的網(wǎng)眼圖案控制的。
由于膨松片材10的凸起2和凹陷3是通過水流針刺作用重新排列和重新纏結(jié)組成纖維形成的，因此它們保持了其自身形狀。因此，凸起2和凹陷3在負載下幾乎不可能坍塌。由于凸起2和凹陷3的存在，膨松片材10比形成凸起2和凹陷3之前的纖維集合體1具有更大的表觀厚度。另一方面，僅通過5-25763和5-192285中描述的網(wǎng)狀片材的收縮形成的凸起沒有形狀保持性。假設從5-25763和5-192285中的膨松片材中去掉網(wǎng)狀片材，該凸起不能保持其形狀，并且易于塌陷。當用作清掃用片材時，具有好的形狀保持性的凸起2和凹陷3的膨松片材將更好地清掃溝縫或凹凸表面和捕集碎渣等。當該膨松片材10被用于清掃工具例如拖把時，這些優(yōu)點將特別明顯。該形狀保持性進一步通過將網(wǎng)狀片材4與纖維集合體1的組成纖維的纏結(jié)和/或熱粘合而提高。
凸起2的形狀保持性可以通過載荷15gf/25cm2(＝59Pa)下片材的初始表觀厚度與載荷96gf/25cm2(＝376Pa)下片材的表觀厚度之間的差異來評估，其中后一載荷是模擬清掃操作中施加的載荷(后文中稱作“厚度變化”)。該形狀保持性優(yōu)選為，即使在載荷下仍保持凸起2和凹陷3的形狀，并且上述厚度變化為1mm或更小，特別是0.8mm或更小。
本文中使用的術語“重新排列和重新纏結(jié)形成的”是指對組成纖維通過水流針刺輕微纏結(jié)的纖維集合體在構圖組件上再次進行水流針刺，使纖維沿凸起/凹陷或開孔重新排列或重新纏結(jié)，其中的構圖組件具有大量凹凸或大量開孔。
如圖2所示，凸起2和凹陷3是通過沿纖維集合體1的厚度方向進行多重彎曲方式形成的。纖維集合體1中形成的大量彎曲對應于凸起2和凹陷3。在凸起2和凹陷3通過纖維集合體1中組成纖維的重新排列形成的同時，由于高壓水流引起的凸起2中纖維相對于凹陷的遷移引起的組成纖維的分布在凸起2和凹陷3形成的過程中受到極低程度的抑制。據(jù)說，組成纖維分布的加劇將導致凸起2中不利孔洞的形成。這種膨松片材盡管其單位重量降低但是其膨松結(jié)構加強。相反，由于纖維分布(使用高壓水流隨后改變了厚度方向上纖維的數(shù)量引起的)產(chǎn)生的無紡布中的凹凸圖案，日本專利申請?zhí)亻_平4-327255中描述的無紡布在本發(fā)明說明書中沒有彎曲。結(jié)果，對于該無紡布來說不可能得到高的膨松度。纖維集合體1中的多重彎曲橫穿其平面方向，包括縱向(MD)和/或橫向(CD)。不帶有纖維分布的情況下，纖維集合體1的多重彎曲可以通過控制下述水流針刺所施加的能量來實現(xiàn)。
彎曲度可以通過彎曲率來評估，其測試方法將在下面進行描述。膨松片材20具有高達2-15％，特別是3-15％的高彎曲率。
膨松片材10在一側(cè)上凸起2的密度在該側(cè)上任意位置10cm×10cm單位面積上優(yōu)選平均為50-850。該凸起密度下，凸起2和凹陷3分布的更平衡，并且該膨松片材10作為清掃用片材時，在捕集和夾持小的和較大的異物例如碎渣中具有更優(yōu)異的性能。
膨松片材10的表觀比容積優(yōu)選為23-100cm3/g，特別是25-90cm3/g，尤其是30-80cm3/g。表觀比容積小于23cm3/g時，膨松片材10在被用作清掃用片材時將難以與清掃物的溝縫或凹凸表面充分順應一致來捕集灰塵或異物。如果表觀比容積超過100cm3/g，纖維與纖維之間的距離太大，或者纖維集合體的厚度太小，這可能會在夾持異物時產(chǎn)生困難。
表觀比容積定義為表觀厚度(定義如下)除以纖維集合體的單位重量(如果使用了網(wǎng)狀片材，則不包括它的單位重量)得到的商。
在清掃操作的模擬載荷下，膨松片材的表觀比容積優(yōu)選為18cm2/g或更大，特別是20cm2/g或更大。表觀比容積的上限可以是100cm2/g。
如圖2所示，膨松片材10是極度膨松的，其表觀厚度T(第一表面10a最高峰與第二表面10b最深的底部之間的距離)比纖維集合體1自身的厚度t大。
為確保片材中足夠的距離使之膨松并適合作清掃用片材，膨松片材10的表觀厚度T優(yōu)選為1-5mm，更優(yōu)選1.4-4mm。由纖維集合體1的單位重量和加工條件決定的纖維集合體1的厚度t優(yōu)選為0.5-4mm，更優(yōu)選為1-3mm。見圖2，凸起高度h優(yōu)選為0.2-4mm，更優(yōu)選為0.5-4mm。纖維集合體1的厚度t是通過15gf/25cm2(＝59Pa)載荷下光學顯微鏡下觀察到的膨松片材的切面測量的。
為了防止制備或使用過程中膨松片材10的伸長引起的凸起2和凹陷3的變形，該膨松片材在樣品30mm寬處5N載荷下，其縱向(MD)伸長為5％或更小，特別是4％或更小。
縱向伸長測試如下。沿垂直于膨松片材縱向切出30mm寬樣品。該樣品在拉力測試機鉗口處固定，露出100mm的樣品計算長度，并以300mm/min的速度沿縱向拉伸。讀出拉伸強度為5N/30mm時的伸長量。然后，將得到的數(shù)據(jù)除以樣品的原始長度100mm，然后再乘以100得到該伸長。
下面將描述膨松片材10的纖維集合體1和網(wǎng)狀片材4。組成膨松片材10的纖維集合體1是通過水流針刺纖維網(wǎng)來彼此纏結(jié)組成纖維得到的無紡布。與通過熱粘合或組成纖維的粘合形成的纖維網(wǎng)相比，僅通過纏結(jié)組成纖維形成的纖維集合體1使組成纖維具有更大的自由度。結(jié)果，該纖維集合體1具有優(yōu)異的捕集異物例如頭發(fā)、棉絨或灰塵的性能，并且手感柔軟。
舉例言之，纖維集合體1的組成纖維包括本發(fā)明者的在先申請US5,525,397，第3欄第3-10行中描述的那些纖維，其有關部分被引用在本文中作參考。從防止纖維集合體1中孔洞的不利形成和增加和保持纖維集合體1的膨松結(jié)構的角度出發(fā)，纖度為5分特或更小的纖維含量優(yōu)選為50％重量或更高，特別是3.5分特或更小的纖維含量為70％重量或更高。另外，當用作清掃用片材時，以這樣的含量含有這樣的纖維的膨松片材有利地捕集異物例如頭發(fā)和灰塵。纖維集合體1的單位重量和組成纖維的長度可以根據(jù)膨松片材的用途和加工性、費用等進行選擇。例如，清掃用時，從防止制備過程中膨松片材10中孔洞的不利形成和提高充分的膨松結(jié)構和保持膨松結(jié)構的角度出發(fā)，纖維集合體1的單位重量優(yōu)選為30-100g/m2，優(yōu)選40-70g/m2，組成纖維的長度優(yōu)選為20-100mm，特別是30-65mm。纖維集合體可以結(jié)合使用提高其表面物理性能并且可以吸附灰塵的表面活性劑，或者結(jié)合使用賦予清掃表面光澤的潤滑劑。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明實施方式的膨松片材10在纖維集合體1內(nèi)部含有一網(wǎng)狀片材4。如圖1所示，網(wǎng)狀片材4是方形網(wǎng)眼的樹脂網(wǎng)。該網(wǎng)狀片材4優(yōu)選具有0.1-1000cm3/(cm2sec)的透氣率。只要透氣率滿足上述范圍，就可以使用樹脂網(wǎng)之外的其它類型網(wǎng)狀片材例如無紡布、紙和膜。纖維集合體1的組成纖維不但在它們之間纏結(jié)，而且與網(wǎng)狀片材4纏結(jié)和/或熱粘合，結(jié)果使膨松片材10整體上提高了拉伸強度。網(wǎng)狀片材4的線直徑優(yōu)選為50-600μm，特別是100-400μm，網(wǎng)眼大小(相鄰網(wǎng)線之間距離)為2-30mm，特別是4-20mm。舉例言之，網(wǎng)狀片材4可以由US5,525,397中第3欄第39-46行中描述的材料制成，其相關部分被引用在本文中作參考。只要含有這種網(wǎng)狀片材的膨松片材滿足本發(fā)明的要求，那么制成該網(wǎng)狀片材4的材料可以是熱收縮的。由熱收縮材料制成的網(wǎng)狀片材4可以在制備膨松片材過程中進行熱處理，使該膨松片材具有增加了的表觀厚度T和更尖的凸起。然而，膨松片材10沒有進行網(wǎng)狀片材的熱收縮。另外，當膨松片材進行熱處理時，其在140℃ 3分鐘下測試的熱收縮率優(yōu)選為3％或更小。
為確保適當厚度的手感和改善加工性，膨松片材10的單位重量優(yōu)選為30-110g/m2，優(yōu)選為40-80g/m2。從實用中足夠的強度角度看，膨松片材10在30mm寬樣品的斷裂強度優(yōu)選至少為5N，特別是7N或更高。在足以使膨松片材10在其平面上任意方向的斷裂強度為5N或更高的同時，優(yōu)選的是，橫向(CD)斷裂強度為5N或更高，該方向被認為是平面內(nèi)強度最低的方向。從實用的角度看，斷裂強度的上限可以為20N。
斷裂強度的測試方法如下。在與膨松片材纖維取向方向垂直的方向上，切出30mm寬樣品。該樣品在拉力測試機的鉗口處固定，露出100mm的夾持長度，并沿纖維取向方向垂直的方向以300mm/min的速度拉伸。讀出片材開始斷裂(連續(xù)測試中圖表中的第一峰值)的載荷。
下面將具體參考制備上述膨松片材來描述制備本發(fā)明膨松片材的優(yōu)選方法。下面參考圖3和圖4(a)-4(b)。按照描述步驟，該方法包括分別將上纖維網(wǎng)1a和下纖維網(wǎng)1b疊合在網(wǎng)狀片材4的上面和下面，水流針刺纖維網(wǎng)1a和1b使各個組成纖維彼此纏結(jié)，由此形成纖維集合體，同時進一步纏結(jié)組成纖維和網(wǎng)狀片材由此形成一體層合體6，將該層合體6傳送到含有大量凹凸的構圖組件上，使部分纖維集合體投射到凹陷中形成大量對應于凹陷的凸起。
圖3表示一優(yōu)選用于實現(xiàn)上述方法來制備膨松片材10的裝置20。該裝置20分成疊合部分20A、纏結(jié)部分20B和構圖部分20C。
疊合部分20A包括分別鋪成纖維網(wǎng)1a和1b的梳理機21A和21B，分別喂入纖維網(wǎng)1a和1b的一對喂入輥22和22，和喂入網(wǎng)狀片材4的喂入輥24。
纏結(jié)部分20B含有一環(huán)形的纖維網(wǎng)支持用皮帶25和第一水流噴嘴26。
構圖部分20C含有一環(huán)形的構圖組件27和第二水流噴嘴28。構圖組件27按箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)。在構圖部分20C的后面有一傳送帶29?？紤]到賦予片材10以足夠的膨松結(jié)構和賦予膨松結(jié)構的能效，構圖組件27的厚度優(yōu)選為5-25mm，尤其是5-15mm。同理，構圖組件的透氣率優(yōu)選為800-3000cm3/(cm2sec)，更優(yōu)選800-2000cm3/(cm2sec)。
構圖組件27的細節(jié)表示在圖4(a)-4(c)中。圖4(a)是構圖組件27的放大平面圖。圖4(b)是沿圖4(a)b-b線的截面圖，圖4(c)是沿圖4(a)c-c線的截面圖。
如圖4(a)-4(c)所示，構圖組件27是由直線27a和螺旋線27b組成。舉例言之，直線27a具有圓形或橢圓形截面，彼此以一定間距平行排列。直線27a優(yōu)選排列在一個平面上。單個螺旋線27b螺旋地盤繞在每兩根直線27a上。每相鄰兩根螺旋線27b具有相同的卷繞方向和卷繞節(jié)距。每根螺旋線27b是由兩根圓形截面線組成，并且直徑相同，并列地緊緊粘合在一起形成一∞形狀的截面。當然，也可以使用一根線或三根線或更多根線。螺旋線27b是這樣排列的，使兩根組成線的中心連線一直與直線27a平行。另外，組成單個螺旋線27b的每根線的直徑為圓形或橢圓形。線27a和27b都是由金屬或合成樹脂制成。
在圖4(c)所示的實施方式中，從螺旋軸的方向看，螺旋線27b畫成橢圓，其主軸平行于直線27a排列的平面。另外，當從其軸的方向看，螺旋線27b可以畫成圓形或三角形。
如圖4(b)所示，螺旋線27b在基面(直線27a形成的平面27c)上具有大量峰27d和谷27e。簡而言之，構圖組件27具有大量凸起和凹陷。術語“凸起”是指用符號27f表示的峰27d及其周圍區(qū)域，而術語“凹陷”是指符號27g表示的兩相鄰峰27d之間的部分。
構圖組件沿圖4(a)中所示的Y向旋轉(zhuǎn)。相鄰直線27a之間的距離ap決定了膨松片材10中凸起2的長度。螺旋線27b的卷繞節(jié)距bp控制了膨松片材10中凸起的間距。螺旋線27b的截面寬度bd表示凸起的寬度。螺旋線27b的螺旋表示的橢圓的短軸bh(螺旋具有圓形截面時的直徑)控制了得到的膨松片材的表觀厚度。得到的膨松片材的表觀厚度還取決于下面描述的能量Em和Ef。
直線27a的寬度ad和節(jié)距ap分別是優(yōu)選1-5mm，更優(yōu)選1-3mm，和4-20mm，更優(yōu)選4-15mm。螺旋線27b的寬度bd和卷繞節(jié)距bp分別優(yōu)選1-10mm，更優(yōu)選1-6mm，和2-12mm，更優(yōu)選2-7mm。螺旋線27b的螺旋短軸bh優(yōu)選3-18mm，更優(yōu)選5-15mm。線27a和27b滿足這些條件的前提下，構圖組件27能夠使纖維集合體產(chǎn)生足夠的凹凸表面，以得到一膨松片材。
在裝置20的疊合部分20A中，分別來自各個梳理機21A和21B的纖維網(wǎng)1a和1b分別通過各自的喂入輥22喂入。網(wǎng)狀片材4從放置在梳理機21A和21B之間的輥23上退繞，纖維網(wǎng)1a和1b通過喂入輥疊合在網(wǎng)狀片材4的各個面上，形成疊合體5。
在纏結(jié)部分20B中，疊合體5被傳送到纖維網(wǎng)支持用皮帶25上，并用第一水流噴嘴26中射出的高壓水流針刺，在此纖維網(wǎng)1a和1b的組成纖維彼此纏結(jié)形成纖維集合體，同時，這些組成纖維也與纖維網(wǎng)4纏結(jié)形成一層合體6。對于層合體6中組成纖維集合體的纖維來說，低度纏結(jié)是優(yōu)選的。纖維集合體的纏結(jié)度優(yōu)選使其纏結(jié)系數(shù)為0.05-2N.m/g，特別是0.2-1.2 N.m/g。通過控制層合體中纖維集合體的纏結(jié)度，以使纏結(jié)系數(shù)為上述范圍，該層合體可以在隨后的構圖部分20C中形成清晰的凹凸圖案而不使膨松片材形成不利的孔洞，舉例言之，當該片材被用作清掃用片材時，將令人滿意地捕集纖維狀異物例如頭發(fā)。
上述纏結(jié)系數(shù)是通過在垂直于纖維取向的方向上測試的應力-應變曲線的初始斜率表示的，它是表示纖維纏結(jié)度的測量值。系數(shù)越小，纏結(jié)得越輕?！袄w維取向方向”是指拉力測試中最大載荷為最大時的方向，“應力”是拉伸載荷除以固定在拉力測試機鉗口處的樣品寬度和纖維集合體1的單位重量的商，“應變”是指伸長量。
然后將層合體6傳送到構圖部分20C的構圖組件27上。其間，層合體6被第二水流噴嘴28中射出的高壓水流部分擠壓，其中層合體6位于凹陷27g中的部分被壓下，并被投射到凹陷27g中形成凹陷3(見圖1和2)。另一方面，層壓體位于凸起27f上的部分不能向下投射，由此變成凸起2。結(jié)果，整個層合體6變得凹凸，具有大量凸起2，2…和凸起2之間的大量凹陷3，3…。凸起2的構型決定于構圖組件27的構型以及纏結(jié)部分20B和構圖部分20C中高壓水流施加在纖維集合體上的纏結(jié)能量。該纏結(jié)能量受控于下述條件，水流噴嘴的形狀、噴嘴的排列(間距、行列數(shù)和噴嘴數(shù)量)、水壓、線速度等。
然后將這樣構圖的層合體6從構圖組件27傳送到傳送皮帶29上，在此進行干燥得到圖1和2中所示出的膨松片材10。將得到的連續(xù)膨松片材10卷成卷或切成所需長度。構圖之后的纖維集合體1的纏結(jié)系數(shù)優(yōu)選與構圖之前的纏結(jié)系數(shù)基本相同，即構圖之后的纖維集合體1的纏結(jié)系數(shù)優(yōu)選為0.05-2N.m/g，特別是0.2-1.2N.m/g。
上述制備方法中，優(yōu)選的是，以能量Em和Ef至少滿足下述一個通式的方式，分別施加到纖維網(wǎng)和纖維集合體上200(kJ/kg)＜Em+Ef＜1250(kJ/kg)，特別是400＜Em+Ef＜1000Em/10＜Ef＜2Em/3，特別是Em/4＜Ef＜3Em/5其中，Em是施加到所述纖維網(wǎng)上通過水流針刺形成纖維集合體的能量，Ef是施加到纖維集合體上將部分纖維集合體投射到構圖組件27上的能量。能量Em和Ef在上述范圍時，得到的膨松片材10具有足夠膨松的結(jié)構和強度，沒有不利的孔洞和制備過程中可能發(fā)生的纖維脫落。
能量Em和Ef是通過下述通式計算的， 其中，n表示每1m寬噴嘴方向上噴嘴孔數(shù)；ρ表示水的密度(kg/m3)；v表示噴嘴尖端水的流速(m/sec)；C表示由于能耗的流動系數(shù)(對于水，為0.592-0.68)；a表示噴嘴尖端的截面積；V表示纖維網(wǎng)的加工速度(m/sec)；B表示纖維網(wǎng)的單位重量(g/m2)；
P表示噴嘴水壓(Pa)。
根據(jù)上述優(yōu)選方法，本發(fā)明的膨松片材制備費用低，這是由于不象使用潛在卷曲纖維或熱收縮纖維網(wǎng)的常規(guī)技術那樣，不需要專用加熱組件。由于凸起的形成不依賴于可收縮纖維網(wǎng)的收縮，因此不管是什么樣的網(wǎng)狀片材，只要需要都可以通過簡單地更換構圖組件27就可以形成任何凹凸圖案。
下面描述另一個制備膨松片材10的方法，僅描述其與上述方法具體不同之處。上述其它描述在此也適用。與上述方法的區(qū)別在于，水流針刺引起纖維網(wǎng)的纏結(jié)形成具有上述纏結(jié)系數(shù)的纖維集合體，將該纏結(jié)的纖維網(wǎng)疊合在網(wǎng)狀片材上，區(qū)別還在于通過上述部分熱粘合將纖維集合體和網(wǎng)狀片材的層合體制成一體，這樣就得到了凹凸圖案。該方法形成的凸起還具有高的形狀保持性。特別是，當水流針刺形成的纖維集合體部分熱粘合時，纖維網(wǎng)和網(wǎng)狀片材是通過例如軋花施加的熱和壓力完成的，得到的一體化層合體用構圖組件上的高壓水流進行處理，其中構圖組件上具有大量使部分纖維集合體投射入凹凸或開孔中的凹凸或開孔，形成大量對應于凹陷或開孔的凸起，同時纖維集合體與網(wǎng)狀片材纏結(jié)形成提高形狀保持性的凸起。優(yōu)選的是，水流針刺施加的能量Em和Ef的范圍與上面相同。
組成該方法使用的纖維集合體的纖維的特征在于其包括熱粘合纖維。熱粘合纖維優(yōu)選包括皮芯型復合纖維和并列型復合纖維，其中皮芯型纖維中含有一高熔點聚合物作為芯層，熔點比高熔點纖維低至少10℃的一低熔點纖維作為皮層，并列型纖維含有連在一起的高熔點纖維和低熔點纖維。由單一一種低熔點纖維制成的纖維也是優(yōu)選的。組成復合纖維的高熔點聚合物/低熔點聚合物組合包括聚丙烯/聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯和高熔點聚酯/低熔點聚酯。纖維集合體中熱粘合纖維的含量優(yōu)選為20-100％重量，更優(yōu)選40-80％重量。
上述制備方法中，可以使用圖5(a)和5(b)中的構圖組件，而不使用圖4(a)-4(c)中的組件。圖5(a)和5(b)中示出的構圖組件30包括具有液體透過性的線網(wǎng)。構圖組件30包括一基體31和從基體31上突出的大量凸起部分32。凸起部分32是通過使部分基體31凸出而形成在基體31的一側(cè)。該凸起部分沿著構圖組件30縱向等距排列成行。每一行排列成使凸起部分32在構圖組件30縱向上彼此不鄰接。為了適當排列凸起2和凹陷3以當膨松片材被用作清掃用片材時提高捕集細灰塵以及相對大的灰塵例如碎屑的能力，兩相鄰凸起部分32之間的距離優(yōu)選為3-15mm，更優(yōu)選4-10mm。
凸起部分32在其平面圖上有一圓形弧線。每個凸起部分32具有相同的大小和形狀，為一山型。凸起部分32是中空的。為了適當排列凸起2和凹陷3以提高和保持膨松片材的膨松性，凸起部分32的高H(見圖5(b))優(yōu)選為3-25mm，更優(yōu)選5-15mm。在基體31上測試的凸起部分32的直徑D優(yōu)選為2-15mm，更優(yōu)選3-9mm。
此外，為了確保相鄰兩凸起部分32的距離和提高足夠的膨松結(jié)構，凸起部分32優(yōu)選滿足關系式P/9≤W≤P/3。該關系式中，W表示從基體31中測試的凸起部分32的2/3高處的寬(見圖5(b))。
當纖維集合體是通過使用構圖組件30構圖時，纖維集合體是被放置在形成凸起部分32一側(cè)的構圖組件上。
現(xiàn)在，本發(fā)明將參考實施例進行更詳細的描述。測試得到的膨松片材的單位重量。得到的膨松片材的表觀厚度(初始厚度T和載荷下的厚度)和初始表觀比容積是通過上述方法測試的。制成的纖維集合體的纏結(jié)系數(shù)和膨松片材的彎曲率是根據(jù)下述方法進行測試的。此外，得到的膨松片材將根據(jù)下述方法評估其與溝縫的一致性和捕集大的灰塵的能力。測試和評估結(jié)果表示在表1中。
1)纏結(jié)系數(shù)的測試從纖維集結(jié)體上沿著垂直于纖維取向方向切出100mm長15mm寬的樣品。當樣品含有網(wǎng)狀片材時，去掉該片材僅留下纖維集合體。樣品固定在拉力測試機鉗口處夾持長度50mm的位置，并按照垂直于纖維取向方向以30mm/min的速度拉出，來測試拉力對伸長的關系。纖維集合體的拉伸載荷F(N)除以樣品寬度(m)和單位重量W(g/m2)得到的值定義為應力S(N.m/g)，制成應力-應變曲線。
應力S(N.m/g)＝(F/0.015)/W僅通過組成纖維的纏結(jié)形成的纖維集合體的應力-應變曲線在起始段為直線。該直線的斜率為纏結(jié)系數(shù)E(N.m/g)。
2)彎曲率的測試從膨松片材上沿著垂直于纖維取向方向切出100mm長15mm寬的樣品。測試樣品縱向的長度La(mm)。然后，在樣品整個面積上加載500g。5分鐘后，去掉重量并再次測試樣品縱向長度Lb(mm)。當樣品含有網(wǎng)狀片材時，載荷是在切割網(wǎng)狀片材之后施加的，然后進行測試長度Lb(mm)。
3)與溝縫的順應性溝縫中泥土的捕集率是根據(jù)下述方法測試的，與溝縫的順應性是根據(jù)該測試比率評估的。帶有間距為3cm的6個溝縫的丙烯酸樹脂板被用作清掃目標。每個溝縫是倒三角形截面，開口寬3.0mm，深1.5mm。將7種測試泥土的混合物撒在溝縫中，每個溝縫長20cm，每個泥土量為0.01g(總泥土量為0.06g)。將樣品片材固定在購自花王株式會社的類拖把清掃工具Quickle Wiper上，并在丙烯酸樹脂板上擦拭兩次。測試被該片材捕集的泥土的重量，泥土捕集率是被捕集的泥土量對溝縫中撒上的泥土量的百分比。根據(jù)該捕集率，將片材的順應性分為A級(滿意)、B級(不滿意)或C級(基本不能捕集灰塵)。
4)捕集大異物的性能碎屑捕集率是根據(jù)下述方法測試的，并根據(jù)該比率評估捕集大異物的能力。顆粒大小1.0-1.4mm重0.3g的碎屑分撒在1m×1m面積的地板上。將該地板面積用固定在Quickle Wipe(花王株式會社)上的片材擦拭，測試被該片材捕集的碎屑重量，由此計算碎屑捕集率。根據(jù)由此得到的碎屑捕集率，將捕集大異物的性能分為A級(滿意)、B級(不滿意)或C級(基本不能捕集)。
實施例1將由聚酯纖維組成的混合纖維以常規(guī)方式梳理制成單位重量為29g/m2的纖維網(wǎng)，其中混合纖維中含有以70∶30的重量混合比混合的纖度0.8旦(0.9分特)長38mm的聚酯纖維和纖度1.45旦(1.6分特)長51mm的聚酯纖維。將該纖維網(wǎng)疊合在方形網(wǎng)眼(網(wǎng)眼大小8mm×8mm，網(wǎng)線直徑300μm)的聚丙烯網(wǎng)的兩側(cè)，并將該疊合體用噴嘴中射出的壓力為1-5MPa的水流針刺形成一層合體，其中含有纏結(jié)系數(shù)為0.5N.m/g的纖維集合體。施加的能量為295kJ/kg。將該層合體傳送到圖4(a)-4(c)所示結(jié)構的構圖組件上，在其上進行從噴嘴中射出的水壓為1-5MPa的水流形成凹凸圖案。將構圖層合體在熱空氣中干燥得到圖1和2中所示的凹凸的膨松片材。施加的能量Ef為175kJ/kg。將90wt％液體石蠟和10wt％非離子表面活性劑(聚氧化乙烯烷基醚)組成的潤滑劑涂布在膨松片材上，用量為片材重量的5％。
實施例2除了將纖維網(wǎng)的單位重量變?yōu)?4g/m2，能量Em改為427kJ/kg之外，按照與實施例1中相同的方法制成含有纏結(jié)系數(shù)為0.79N.m/g的纖維集合體的一層合體。將該層合體傳送到構型與實施例1不同的具有圖4所示結(jié)構的構圖組件上，在其上使用噴嘴中射出的水壓為1-5MPa的水流形成凹凸圖案。將該構圖層合體在熱空氣中干燥得到具有圖1和2所示凹凸的膨松片材，按照與實施例1相同的方式涂布潤滑劑。使用的能量Ef為252kJ/kg。
對比實施例1將纖維網(wǎng)(0.9分特38mm/1.7分特51mm＝70wt％/30wt％，單位重量24/m2)分別疊合在網(wǎng)狀片材的上下表面上，該網(wǎng)狀片材與實施例1中的相同，然后通過水流針刺得到該纖維網(wǎng)的纖維集合體，形成層合體。該纖維集合體的纏結(jié)系數(shù)為0.8N.m/g。按照與實施例1中相同的方法在該層合體上涂布潤滑劑。在此說明，該層合體是沒有構圖的。
對比實施例2使用一種市售可廢棄的帶有網(wǎng)狀圖案的清掃用片材Procter andGamble提供的Swiffer(Lot，9345CA1221040206)。
表1

從表1可以清楚地看出，本發(fā)明的膨松片材與溝縫非常一致，并且能夠令人滿意地捕集大異物例如碎屑。對比實施例中的膨松片材對溝縫具有差的一致性，并且具有差的捕集大異物的能力。
本發(fā)明的膨松片材并不限定凸起的形狀、密度和排列。上述方法中，纖維網(wǎng)是疊合在網(wǎng)狀片材的兩面，它也可以僅疊合在網(wǎng)狀片材的一面。
從某些用途來看，本發(fā)明的膨松片材并不總是需要在上述膨松片材10中使用網(wǎng)狀片材4。
網(wǎng)狀片材的構型并不特別限定為上述實施方式中使用的方形網(wǎng)眼的網(wǎng)狀片材4，任何作為載體使纖維網(wǎng)可以纏結(jié)形成一體的網(wǎng)狀片材都可以使用。
上述實施方式中，纖維網(wǎng)在一側(cè)進行水流針刺的同時，纖維網(wǎng)的兩側(cè)都進行水流針刺。此時，能量Em是施加在每一側(cè)能量的總和。
本發(fā)明方法中可以使用的構圖組件可以含有機織形成方形網(wǎng)眼的直線而不是平行排列的直線27a。平行排列的直線27a可以用帶有大量方形網(wǎng)眼的板代替，線27b圍繞它螺旋纏繞。另外，帶有大量圓形開口的開孔板也可以用作構圖組件。該板橫向和縱向兩相鄰開口之間的距離對應于所得膨松片材橫向和縱向相鄰凸起之間的距離。
工業(yè)實用性本發(fā)明的膨松片材具有大量凸起，手感柔軟，觸感舒服，因此適合作清掃用片材和衛(wèi)生制品例如口罩和紗布。本發(fā)明方法得到的膨松片材費用低。
特別是當用作清掃用片材時，本發(fā)明的膨松片材的灰塵清掃性能非常優(yōu)異，能夠捕集清掃表面組成纖維縫隙中的污物例如灰塵或其它細小異物，也能夠收集存在于表面凹陷處難以捕集在纖維中的相對大的異物例如碎渣。此外，清掃用片材與地板溝縫或家具、電器制品等不平表面順應一致，以去掉不平表面中的污物或碎屑。具有適當厚度的清掃用片材便于用在擦拭操作中。
權利要求
1.一種含有由水流針刺纖維網(wǎng)形成的纖維集合體的膨松片材，所述膨松片材具有大量由所述纖維集合體構成的凹凸，所述凹凸是通過水流針刺所述纖維集合體來重新排列其組成纖維和沿纖維集合體厚度方向?qū)ζ溥M行的多重彎曲方式形成的，并且所述凹凸自身具有形狀保持性。
2.一種含有由水流針刺纖維網(wǎng)和網(wǎng)狀片材形成的纖維集合體的膨松片材，所述膨松片材具有大量由所述纖維集合體構成的凹凸，通過所述水流針刺彼此纏結(jié)的所述纖維集合體的組成纖維進一步與所述網(wǎng)狀片材纏結(jié)和/或熱粘合由此形成一體，所述凹凸是通過水流針刺所述纖維集合體來重新排列其組成纖維和沿纖維集合體厚度方向?qū)ζ溥M行的多重彎曲方式形成的，并且所述凹凸自身具有形狀保持性。
3.根據(jù)權利要求1的膨松片材，其表觀厚度為1-5mm，表觀容積為23-100cm3/g。
4.根據(jù)權利要求1的膨松片材，其在條件5N/30mm下測試的縱向的伸長為5％或更小。
5.根據(jù)權利要求1的膨松片材，其中所述纖維集合體含有的纖度為5分特或更小的纖維的含量為50％重量或更多，單位重量為30-100g/m2。
6.一種制備根據(jù)權利要求1的膨松片材的方法，包括如下步驟水流針刺纖維網(wǎng)以彼此纏結(jié)所述纖維網(wǎng)的組成纖維，由此形成一纖維集合體，將所述纖維集合體傳送到具有大量凹凸或大量開孔的構圖組件上，和將部分所述纖維集合體投射到所述凹陷或所述開孔中形成對應于所述凹陷或所述開孔的大量凸起，所述構圖組件的厚度為5-25mm，或透氣率為800-3000cm3/(cm2sec)，以能量Em和能量Ef至少滿足下面一個通式的方式，將能量Em和能量Ef分別施加到所述纖維網(wǎng)和所述纖維集合體上200(kJ/kg)＜Em+Ef＜1250(kJ/kg)Em/10＜Ef＜2Em/3其中，Em是通過所述水流針刺施加到所述纖維網(wǎng)上形成所述纖維集合體的能量，Ef是施加到所述纖維集合體上將部分纖維集合體投射到所述構圖組件上的能量。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述纖維網(wǎng)的組成纖維通過水流針刺彼此纏結(jié)，由此形成的纖維集合體的纏結(jié)系數(shù)為0.05-2.0N.m/g。
8.一種制備根據(jù)權利要求2的膨松片材的方法，包括如下步驟水流針刺纖維網(wǎng)以彼此纏結(jié)所述纖維網(wǎng)的組成纖維，由此形成一纖維集合體，將所述纖維集合體疊合在網(wǎng)狀片材的一面或兩面上并將所述組成纖維部分熱粘合到所述網(wǎng)狀片材上由此形成一體，將所述纖維集合體傳送到具有大量凹凸或大量開孔的構圖組件上，和將部分所述纖維集合體投射到所述凹陷或所述開孔中形成對應于所述凹陷或所述開孔的大量凸起，所述構圖組件的厚度為5-25mm，或透氣率為800-3000cm3/(cm2sec)，以能量Em和能量Ef至少滿足下面一個通式的方式，將能量Em和能量Ef分別施加到所述纖維網(wǎng)和所述纖維集合體上200(kJ/kg)＜Em+Ef＜1250(kJ/kg)Em/10＜Ef＜2Em/3其中，Em是通過所述水流針刺施加到所述纖維網(wǎng)上形成所述纖維集合體的能量，Ef是施加到所述纖維集合體上將部分纖維集合體投射到所述構圖組件上的能量。
9.根據(jù)權利要求2的膨松片材，其中所述膨松片材沒有對所述網(wǎng)狀片材進行熱收縮，或者140℃下進行3分鐘測試的所述網(wǎng)狀片材的熱收縮率為3％或更小。
10.根據(jù)權利要求1的膨松片材，其30mm寬樣品的斷裂強度至少為5N。
全文摘要
一種含有由水流針刺纖維網(wǎng)形成的纖維集合體的膨松片材。該膨松片材具有大量由所述纖維集合體構成的凹凸。該凹凸是通過水流針刺所述纖維集合體來重新排列其組成纖維和沿纖維集合體厚度方向?qū)ζ溥M行的多重彎曲方式形成的。該凹凸自身具有形狀保持性。
文檔編號D04H1/495GK1365406SQ01800587
公開日2002年8月21日 申請日期2001年2月13日 優(yōu)先權日2000年3月24日
發(fā)明者靜野聡仁, 石川賢司, 町井功治, 鈴木彥行 申請人:花王株式會社