CN100392166C - 膨松片材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种含有由水流喷刺纤维网形成的纤维集合体的膨松片材。该膨松片材具有大量由所述纤维集合体构成的凹凸。该凹凸是通过水流喷刺所述纤维集合体来重新排列其组成纤维和使其沿纤维集合体厚度方向形成多重弯曲。该凹凸自身具有形状保持性。

Description

膨松片材及其制造方法
技术领域
本发明通常涉及具有大量凹凸的膨松片材及其制备方法,更具体地说,本发明涉及适用作清扫用片材或卫生制品例如口罩或纱布的膨松片材及其制造方法。
背景技术
日本专利申请特开平8-158226公开了一种凹凸性膨松片材,它是通过将非热收缩性纤维和高度热收缩性纤维(卷曲纤维)缠结成一体化无纺布,并加热该无纺布形成凹凸的方法制造的。然而,该膨松片材的凹凸度相当小。还有,由卷曲纤维制成的层在加热时变得更密实更硬,仅能得到柔软性大大降低了的片材。此外,为形成凹凸而进行的热处理增加了制造成本。
本发明的发明者以前提出了一种制造膨松片材的方法,该方法包括用网状片材增强由纤维缠结形成的无纺布,并通过加热收缩网状片材形成凹凸表面(参见日本专利申请特开平5-25763和5-192285)。由此得到的片材虽然具有适当的凹凸性、柔软手感和舒服的触感的特点,但是该方法需要一加热装置来收缩网状片材。另外,凹凸形状图案决定于网状片材的网眼图案,这是由于无纺布随动于网眼开孔的收缩而产生凹凸。因此,片材能够形成的凹凸图案是有限的。
日本专利申请特开平4-327255公开了一种制造具有凹凸图案无纺布的方法,该方法包括将纤维集合体放置在具有凸起图案的传送带上并向下面的纤维集合体施加高压水流或热空气将其压在传送带上,由此形成凹凸图案同时缠结纤维。根据该技术,尽管可以得到具有任意图案的无纺布,但是该无纺布不可能比其自身厚度更厚并且也没有膨松化。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有大量凹凸的膨松片材,该片材手感柔软触感舒服,当用作清扫用片材时,能够捕集地板沟缝或家具、电器制品等不平表面里用常规清扫用片材难以去掉的灰尘或污物。
本发明的另一个目的是提供一种制造该膨松片材的优选方法。
本发明的上述目的是由一具有通过水流喷刺纤维网形成的纤维集合体的膨松片材实现的,所述膨松片材具有大量由所述纤维集合体构成的凹凸,所述凹凸是通过水流喷刺所述纤维集合体来重新排列其组成纤维和沿纤维集合体厚度方向形成多重弯曲,并且所述凹凸自身具有形状保持性。
该目的还通过一制造该膨松片材的优选方法实现,该方法包括如下步骤:
水流喷刺纤维网以彼此缠结所述纤维网的组成纤维,由此形成一纤维集合体,
将所述纤维集合体传送到具有大量凹凸或开有很多孔的构图组件(patterning member)上,和
将使部分所述纤维集合体在所述凹陷或所述开孔中突出,形成对应于所述凹陷或所述开孔的大量的凸起,
所述构图组件的厚度为5-25mm,或透气率为800-3000cm3/(cm2sec),
以能量Em和能量Ef至少满足下面一个通式的方式,将能量Em和能量Ef分别施加到所述纤维网和所述纤维集合体上:
200(kJ/kg)<Em+Ef<1250(kJ/kg)
Em/10<Ef<2Em/3
其中,Em是通过所述水流喷刺所述纤维网形成所述纤维集合体时对纤维网所施加的能量,Ef是在构图组件27上使所述纤维集合体的部分纤维集合体突出时施加的能量。
该目的还通过具有由水流喷刺纤维网和网状片材形成的纤维集合体的膨松片材实现,所述膨松片材具有大量由所述纤维集合体构成的凹凸,通过所述水流喷刺彼此缠结的所述纤维集合体的组成纤维进一步与所述网状片材缠结和/或热粘合由此形成一体,所述凹凸通过水流喷刺所述纤维集合体来重新排列其组成纤维和使其沿纤维集合体厚度方向形成多重弯曲,并且所述凹凸自身具有形状保持性。
该目的还通过一制备该膨松片材的优选方法实现,该方法包括如下步骤:
水流喷刺纤维网以彼此缠结所述纤维网的组成纤维,由此形成一纤维集合体,
将所述纤维集合体叠合在网状片材的一面或两面上并将所述组成纤维部分热粘合到所述网状片材上由此形成一体,
将所述纤维集合体传送到具有大量凹凸或大量开孔的构图组件上,和
使部分所述纤维集合体向所述凹陷或所述开孔中突出形成对应于所述凹陷或所述开孔的大量的凸起,
所述构图组件的厚度为5-25mm,或透气率为800-3000cm3/(cm2sec),
以能量Em和能量Ef至少满足下式的方式,将能量Em和能量Ef分别施加到所述纤维网和所述纤维集合体上:
200(kJ/kg)<Em+Ef<1250(kJ/kg)
Em/10<Ef<2Em/3
其中,Em是通过所述水流喷刺所述纤维网形成所述纤维集合体时对纤维网所施加的能量,Ef是在所述构图组件上使所述纤维集合体的部分纤维集合体突出时施加的能量。
附图说明
图1是本发明膨松片材实施方式的放大透视图。
图2是图1中沿A-A线的放大截面图。
图3是可以用于制造图1的膨松片材的装置简图。
图4(a)是构图组件27的实施例的放大平面图,图4(b)是图4(a)中沿b-b线的截面图,图4(c)是图4(a)中沿c-c线的截面图。
图5(a)是表示另一个构图组件的斜视图,图5(b)是表示图5(a)中构图组件的截面图。
具体实施方式
本发明的膨松材料将具体参考附图形式的优选实施方式进行描述。如图1和2所示,该具体实施方式中的膨松片材10是由水流喷刺纤维网而形成的纤维集合体1和纤维集合体1内部的网状片材4组成。纤维集合体1和网状片材4形成一体,其中组成纤维网1的纤维(下文中称作“组成纤维”)和网状片材4是通过下面详细描述的水流喷刺彼此缠结(水流交络)的。
如图1和2所示,膨松片材10具有第一表面10a和第二表面10b,并具有大量从一侧向另一侧突出的凸起2,2…。在凸起2,2…之间形成凹陷3,3…,使整个片材是凹凸形状。
如图1所示,凸起2,2…大小大致相同,产生一规则图案,平面图中每一个具有长而窄的山的形状。在片材横向上(图1中X轴方向或该实施方式中CD方向),凸起2和2之间的距离大约为1-10mm,更优选1-7mm,纵向(图1中Y轴方向或该实施方式中MD方向),该距离为4-20mm,更优选4-15mm。该凸起2在片材的横向和/或纵向可以部分连续。以该间距分隔的凸起2不但使片材10的触感舒服,而且由此制得的清扫用片材可极好地去掉地板沟缝或不平表面的灰尘和对较大的异物例如碎渣有良好的捕集性和保护性。
当膨松片材被用作清扫用片材时,优选的是其两面具有基本上相同构型的凸起2,即形状、大小和间隔以具有相同的性能。特别优选,第二表面10b上凸起2的总面积为第一表面10a总面积的20-100%,特别是35-100%。优选实施方式中,第一表面上凸起2覆盖了第二表面上的凹陷3。另一个优选实施方式中,凸起2的形状基本上与凹陷的形状相反。
凸起2和凹陷3具有纤维集合体,只通过纤维集合体1中的组成纤维缠结形成。与对热塑性树脂纤维部分加热和加压(例如,通过轧花)引起热粘合形成的那些凸起不同,凸起2和凹陷3触感舒服。当用作清扫用片材时,例如特别是作为地板用清扫用片材时,膨松片材10对灰尘、头发、棉绒等具有优异的捕集和保持性。
凸起2的构型如上所述自由设计。相反,上述日本专利申请特开平5-25763描述的膨松片材的凸起,通过网状片材的热收缩形成,凸起的形状由网状片材的网眼图案所决定,所以使凸起的形状的设计受到限制。
由于膨松片材10的凸起2和凹陷3是通过水流喷刺作用重新排列和重新缠结组成纤维而形成的,因此它们保持了其自身形状。因此,凸起2和凹陷3在负载下也很难坍塌。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之前的纤维集合体1具有更大的表观厚度。另一方面,5-25763和5-192285中描述的仅通过网状片材的收缩形成的凸起没有形状保持性。假设从5-25763和5-192285中的膨松片材中去掉网状片材,则该凸起就不能保持其形状,并且它与本实施方式相比易于塌陷。具有良好的形状保持性的凸起2和凹陷3的本实施方式的膨松片材,当它用作清扫用片材时,将更好地清扫沟缝或凹凸表面以及对碎渣等有着良好的捕集性和保持性。当该膨松片材10被用于清扫工具例如拖把时,这些优点将特别明显。该形状保持性进一步通过将网状片材4与纤维集合体1的组成纤维的缠结和/或热粘合而提高。
凸起2的形状保持性可以通过载荷15gf/25cm2(=59Pa)下片材的初始表观厚度与载荷96gf/25cm2(=376Pa)下片材的表观厚度之间的差异来评估,其中后一载荷是模拟清扫操作中施加的载荷(后文中称作“厚度变化”)。该形状保持性优选为,即使在载荷下仍保持凸起2和凹陷3的形状,并且上述厚度变化为1mm或更小,特别是0.8mm或更小。
本文中使用的术语“重新排列和重新缠结形成”是指对组成纤维通过水流喷刺轻微缠结的纤维集合体在构图组件上再次进行水流喷刺,使纤维沿凸起/凹陷或开孔重新排列或重新缠结,其中的构图组件具有大量凹凸或大量开孔。
如图2所示,凸起2和凹陷3通过沿纤维集合体1的厚度方向而形成的多重弯曲。纤维集合体1中形成的大量弯曲各自对应于凸起2和凹陷3。在凸起2和凹陷3通过纤维集合体1中组成纤维的重新排列而形成,同时在凸起2和凹陷3形成的过程中,由于高压水流引起的凸起2中纤维向凹陷的迁移而引起组成纤维的分布可以抑制到极低的程度。然而,组成纤维分布的加剧将导致凸起2中形成不利的孔洞。这种膨松片材尽管它单位面积重量降低但是却有着强的膨松结构。相反,日本专利申请特开平4-327255中描述的无纺布,由于它是因使用高压水流改变了厚度方向上纤维的数量而引起的纤维分布,由此产生的无纺布中的凹凸图案,因此,它没有产生在本发明说明书中所描述的弯曲。结果,该无纺布不可能得到高的膨松度。纤维集合体1中的多重弯曲可以横穿其平面方向,包括纵向(MD)和/或横向(CD)。在不产生纤维分布的情况下,使纤维集合体1形成多重弯曲可以通过控制下述水流喷刺所施加的能量来实现。
弯曲度可以通过弯曲率来评估,其测试方法将在下面进行描述。膨松片材20具有高达2-15%,特别是3-15%的高弯曲率。
膨松片材10在一侧上凸起2的密度在该侧上任意位置10cm×10cm单位面积上优选平均为50-850个。该凸起密度下,凸起2和凹陷3分布的更平衡,并且该膨松片材10作为清扫用片材时,在捕集和夹持小的和较大的异物例如碎渣中具有更优异的性能。
膨松片材10的表观比容积优选为23-100cm3/g,特别是25-90cm3/g,尤其是30-80cm3/g。表观比容积小于23cm3/g时,膨松片材10在被用作清扫用片材时将难以与清扫物的沟缝或凹凸表面充分顺应一致来捕集灰尘或异物。如果表观比容积超过100cm3/g,纤维与纤维之间的距离太大,或者纤维集合体的厚度太小,这可能会在夹持异物时产生困难。
表观比容积定义为:表观厚度(定义如下)除以纤维集合体的单位面积重量(如果使用了网状片材,则不包括它的单位面积重量)得到的商。
在清扫操作的模拟载荷下,膨松片材的表观比容积优选为18cm2/g或更大,特别是20cm2/g或更大。表观比容积的上限可以是100cm2/g。
如图2所示,膨松片材10是极度膨松的,其表观厚度T(第一表面10a最高峰与第二表面10b最深的底部之间的距离)比纤维集合体1自身的厚度t大。
为确保片材中足够的空隙使之膨松并适合作清扫用片材,膨松片材10的表观厚度T优选为1-5mm,更优选1.4-4mm。纤维集合体1的厚度t,由纤维集合体1的单位面积重量和加工条件而决定,优选为0.5-4mm,更优选为1-3mm。见图2,凸起高度h优选为0.2-4mm,更优选为0.5-4mm。纤维集合体1的厚度t是通过15gf/25cm2(=59Pa)载荷下光学显微镜下观察到的膨松片材的切面测量的。
为了防止制备或使用过程中膨松片材10的伸长引起的凸起2和凹陷3的变形,30mm宽的样品(膨松片材)在5N载荷下,其纵向(MD)伸度为5%或更小,特别是4%或更小。
纵向伸度的测试如下。沿垂直于膨松片材纵向切出30mm宽的样品。将该样品固定在强伸度仪上,样品的夹持距离为100mm,并以300mm/min的速度沿纵向拉伸。读出拉伸强度为5N/30mm时的伸长量。然后,将得到的数据除以样品的原始长度100mm,然后再乘以100得到该伸度。
下面将描述膨松片材10的纤维集合体1和网状片材4。组成膨松片材10的纤维集合体1是通过水流喷刺纤维网来彼此缠结组成纤维得到的无纺布。与通过热粘合或组成纤维的粘合形成的纤维网相比,仅通过缠结组成纤维形成的纤维集合体1使组成纤维具有更大的自由度。结果,该纤维集合体1对异物例如头发、棉绒或灰尘具有优异的捕集性和保持性,并且手感柔软。
举例言之,纤维集合体1的组成纤维包括本发明者的在先申请US5,525,397,第3栏第3-10行中描述的那些纤维,其有关部分被引用在本文中作参考。从防止孔洞的形成与增加和保持纤维集合体1的膨松结构的角度出发,纤维集合体1的纤度为5分特(dtex)或更细的纤维其含量优选为50%重量或更高,特别是3.5分特或更细的纤维其含量为70%重量或更高。另外,当用作清扫用片材时,以这样的含量含有这样的纤维的膨松片材,也有利于捕集和保持异物例如头发和灰尘。纤维集合体1的单位面积重量和组成纤维的长度可以根据膨松片材的用途和加工性、成本等进行选择。例如,清扫用时,从防止制备过程中膨松片材10中孔洞的不利形成和提高充分的膨松结构和保持膨松结构的角度出发,纤维集合体1的单位面积重量优选为30-100g/m2,优选40-70g/m2,组成纤维的长度优选为20-100mm,特别是30-65mm。纤维集合体可以结合使用提高其表面物理性能并且可提高其对灰尘的捕集性的表面活性剂,或者结合使用赋予清扫表面光泽的润滑剂。
如上所述,根据本发明实施方式的膨松片材10在纤维集合体1内部配有一网状片材4。如图1所示,网状片材4是方形网眼的树脂网。该网状片材4优选具有0.1-1000cm3/(cm2sec)的透气率。只要透气率满足上述范围,除树脂网之外的其它类型网状片材例如无纺布、纸和膜也可以使用。纤维集合体1的组成纤维不但在它们之间缠结,而且与网状片材4缠结和/或热粘合,结果使膨松片材10整体上提高了拉伸强度。网状片材4的网线的直径优选为50-600μm,特别是100-400μm,网眼大小(相邻网线之间距离)为2-30mm,特别是4-20mm。举例言之,网状片材4可以由US5,525,397中第3栏第39-46行中记载的材料制成,其相关部分被引用在本文中作参考。只要具有这种网状片材的膨松片材满足本发明的要求,那么制成该网状片材4的材料可以是热收缩的材料。由热收缩材料制成的网状片材4可以在制造膨松片材过程中进行热处理,使该膨松片材具有增加了的表观厚度T和更尖的凸起。然而,膨松片材10没有进行网状片材的热收缩。另外,当膨松片材进行热处理时,其在140℃3分钟下测试的热收缩率优选为3%或更小。
为确保片材有适当厚度的手感和改善加工性,膨松片材10的单位面积重量优选为30-110g/m2,优选为40-80g/m2。从确保片材在实用中有足够的强度角度看,膨松片材10在30mm宽样品的断裂强度优选至少为5N,特别是7N或更高。在足以使膨松片材10在其平面上任意方向的断裂强度为5N或更高的同时,优选的是,横向(CD)断裂强度为5N或更高,该方向被认为是平面内强度最低的方向。从实用的角度看,断裂强度的上限可以为20N。
断裂强度的测试方法如下。在与膨松片材纤维取向方向垂直的方向上,切出30mm宽样品。将该样品固定在强伸度仪上,露出100mm的夹持长度,并沿与纤维取向方向垂直的方向以300mm/min的速度拉伸。读出片材开始断裂(连续测试中图表中的第一峰值)的载荷。
下面将具体参考制造上述膨松片材来描述制造本发明膨松片材的优选方法。下面参考图3和图4(a)-4(b)。按照描述步骤,该方法包括:分别将上纤维网1a和下纤维网1b叠合在网状片材4的上面和下面,水流喷刺纤维网1a和1b使各个组成纤维彼此缠结,由此形成纤维集合体,同时进一步缠结组成纤维和网状片材由此形成一体层合体6,将该层合体6传送到具有大量凹凸的构图组件上,使部分纤维集合体向凹陷中突出,形成大量对应于凹陷的凸起。
图3表示一优选用于实现上述方法来制造膨松片材10的装置20。该装置20分成叠合部分20A、缠结部分20B和构图部分20C。
叠合部分20A包括分别制造纤维网1a和1b的梳理机21A和21B,分别喂入纤维网1a和1b的一对喂入辊22和22,和喂入网状片材4的喂入辊24。
缠结部分20B具有一环形的纤维网支持用皮带25和第一水流喷嘴26。
构图部分20C具有一环形的构图组件27和第二水流喷嘴28。构图组件27按图3的箭头所示方向旋转。在构图部分20C的后面有一传送带29。考虑到赋予片材10以足够的膨松结构和赋予膨松结构时的能效,构图组件27的厚度优选为5-25mm,尤其是5-15mm。同理,构图组件27的透气率优选为800-3000cm3/(cm2sec),更优选800-2000cm3/(cm2sec)。
构图组件27的细节表示在图4(a)-4(c)中。图4(a)是构图组件27的放大平面图。图4(b)是沿图4(a)b-b线的截面图,图4(c)是沿图4(a)c-c线的截面图。
如图4(a)-4(c)所示,构图组件27是由直线材27a和螺旋形线材27b组成。直线材27a具有例如圆形或椭圆形截面,彼此以一定间距平行排列。直线材27a优选排列在一个平面上。单个螺旋形线材27b螺旋地盘绕在每两根相邻的直线材27a上。每相邻两根螺旋形线材27b具有相同的卷绕方向和卷绕节距。每根螺旋形线材27b是由两根圆形截面线组成,并且直径相同,并列地紧紧粘合在一起形成一∞形状的截面。当然,也可以使用一根线材或三根线材或更多根线材。螺旋形线材27b以使两根组成线材的中心连线一直与直线材27a平行而缠绕。另外,组成单个螺旋形线材27b的每根线材的横截面为圆形或椭圆形。线材27a和27b都是由金属或合成树脂制成。
在图4(c)所示的实施方式中,从螺旋轴的方向看,螺旋形线材27b以画椭圆而缠绕于直线材27a,其主轴平行于直线材27a所排列的平面。另外,当从其轴的方向看,螺旋形线材27b也可以画圆形或三角形而缠绕。
如图4(b)所示,螺旋形线材27b在基面(直线材27a形成的平面27c)上具有大量峰27d和谷27e。简而言之,构图组件27具有大量凸起和凹陷。术语“凸起”是指用符号27f所表示的峰27d及其周围区域,而术语“凹陷”是指符号27g所表示的两相邻峰27d之间的部分。
构图组件沿图4(a)中所示的Y方向行进。相邻直线材27a之间的距离ap决定了膨松片材10中凸起2的长度。螺旋形线材27b的卷绕节距bp控制了膨松片材10中凸起的间距。螺旋形线材27b的截面宽度bd决定了凸起的宽度。螺旋形线材27b的螺旋表示的椭圆的短轴bh(螺旋具有圆形截面时的直径)控制了得到的膨松片材的表观厚度。得到的膨松片材的表观厚度还取决于下面描述的能量Em和Ef。
直线材27a的宽度ad和节距ap分别是优选1-5mm,更优选1-3mm,和4-20mm,更优选4-15mm。螺旋形线材27b的宽度bd和卷绕节距bp分别优选1-10mm,更优选1-6mm,和2-12mm,更优选2-7mm。螺旋形线材27b的螺旋短轴bh优选3-18mm,更优选5-15mm。线材27a和27b满足这些条件的前提下,构图组件27就能够使纤维集合体产生足够的凹凸表面,以得到一膨松片材。
在装置20的叠合部分20A中,分别来自各个梳理机21A和21B的纤维网1a和1b分别通过各自的喂入辊22喂入。网状片材4从放置在梳理机21A和21B之间的辊23上退绕出来,纤维网1a和1b通过喂入辊22叠合在网状片材4的各个面上,形成叠合体5。
在缠结部分20B中,叠合体5被传送到纤维网支持用皮带25上,并用第一水流喷嘴26中喷射出的高压水流喷刺,纤维网1a和1b的组成纤维彼此缠结形成纤维集合体,同时,这些组成纤维也与纤维网4缠结形成一层合体6。对于层合体6中组成纤维集合体的纤维来说,低度缠结是优选的。纤维集合体的缠结度优选使其缠结系数为0.05-2N·m/g,特别是0.2-1.2N·m/g。通过控制层合体中纤维集合体的缠结度,以使缠结系数在上述范围内,该层合体可以在随后的构图部分20C中形成清晰的凹凸图案而不使膨松片材形成不利的孔洞,举例言之,当该片材被用作清扫用片材时,将令人满意地捕集和保持纤维状异物例如头发。
上述缠结系数是表示纤维缠结程度的尺度,它通过层合体6中组成纤维集合体1的垂直于纤维取向的方向的应力-应变曲线的初始斜率表示。系数越小,缠结得越弱。“纤维取向方向”是指拉伸试验中最大载荷为最大时的方向,“应力”是拉伸载荷除以固定在强伸度仪钳口处的样品宽度和纤维集合体1的单位面积重量的商,“应变”是指伸长量。
然后将层合体6传送到构图部分20C的构图组件27上。其间,层合体6的一部分在构图组件27上边被往前送边受第二水流喷嘴28中射出的高压水流的挤压,其中层合体6位于凹陷27g中的部分被压下,并向凹陷27g中向下突出形成凹陷3(见图1和2)。另一方面,层压体位于凸起27f上的部分不能向下突出,由此变成凸起2。结果,整个层合体6变得凹凸,具有大量凸起2,2…和凸起2之间的大量凹陷3,3…。凸起2的构型决定于构图组件27的构型以及缠结部分20B和构图部分20C中高压水流施加在纤维集合体上的缠结能量。该缠结能量受控于下述条件,水流喷嘴的形状、喷嘴的排列(间距、行列数和喷嘴数量)、水压、线速度等。
然后将这样构图的层合体6从构图组件27移送到传送皮带29上,被干燥而得到图1和2中所示出的膨松片材10。将得到的连续的膨松片材10可以卷成卷或切成所需长度。构图之后的纤维集合体1的缠结系数优选与构图之前的缠结系数基本相同,即构图之后的纤维集合体1的缠结系数优选为0.05-2N.m/g,特别是0.2-1.2N.m/g。
上述制造方法中,优选以能量Em和Ef至少满足下述通式的方式,分别施加到纤维网和纤维集合体上:
200(kJ/kg)<Em+Ef<1250(kJ/kg),特别是400<Em+Ef<1000
Em/10<Ef<2Em/3,特别是Em/4<Ef<3Em/5
其中,Em是用所述水流喷刺所述纤维网形成纤维集合体时对纤维网所施加的能量,Ef是在构图组件27上使纤维集合体的部分纤维集合体突出时施加的能量。能量Em和Ef在上述范围时,可具有足够膨松的结构和强度膨松片材10,而没有不利的孔洞和可防止在制造过程中的纤维脱落的发生。
能量Em和Ef是通过下述通式计算的,
其中,n表示喷嘴宽度方向上每1m的喷嘴孔数;
ρ表示水的密度(kg/m3);
v表示喷嘴尖端水的流速(m/sec);
C表示由于能耗的流量系数(水为0.592-0.68);
a表示喷嘴尖端的截面积;
V表示纤维网的加工速度(m/sec);
B表示纤维网的单位面积重量(g/m2);
P表示喷嘴水压(Pa)。
根据上述优选方法,本发明的膨松片材制造成本低,这是由于不象使用潜在卷曲纤维或热收缩纤维网的常规技术那样,不需要专用的加热组件。由于凸起的形成不依赖于可收缩纤维网的收缩,因此不管是什么样的网状片材,只要简单地更换构图组件27就可以使其形成任何凹凸图案。
下面描述本实施方式的另一个制造膨松片材10的方法,在此,仅描述其与上述方法具体不同之处。上述其它描述在此也适用。与上述方法的区别在于,水流喷刺引起纤维网的缠结形成具有上述缠结系数的纤维集合体后,将该缠结的纤维网叠合在网状片材上,区别还在于通过上述部分热粘合将纤维集合体和网状片材的层合体制成一体,这样就得到了凹凸图案。该方法形成的凸起还具有高的形状保持性。特别是,当水流喷刺形成的纤维集合体部分热粘合时,纤维网和网状片材是通过例如轧花施加的热和压力完成的,得到的一体化层合体用构图组件上的高压水流进行处理,其中构图组件上具有大量使部分纤维集合体在凹陷或开孔中突出,由所述纤维集合体形成大量对应于凹陷或开孔的凸起,同时纤维集合体与网状片材形成缠结提高了凸起的形状保持性。优选水流喷刺的施加能量Em和Ef的范围与上面相同。
组成该方法使用的纤维集合体的纤维的特征在于其包括热粘合纤维。热粘合纤维优选包括皮芯型复合纤维和并列型复合纤维,其中皮芯型纤维中含有一高熔点聚合物作为芯层,熔点比高熔点纤维低至少10℃的一低熔点纤维作为皮层,并列型纤维含有连在一起的高熔点纤维和低熔点纤维。由单一一种低熔点纤维制成的纤维也是优选的。组成复合纤维的高熔点聚合物/低熔点聚合物的组合包括聚丙烯/聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯和高熔点聚酯/低熔点聚酯。纤维集合体中热粘合纤维的含量优选为20-100重量%,更优选40-80重量%。
上述制造方法中,可以以图5(a)和5(b)中的构图组件,取代图4(a)-4(c)中的组件。图5(a)和5(b)中示出的构图组件30包括具有液体透过性的线网。构图组件30包括一基体31和从基体31上突出的大量凸起部分32。凸起部分32是通过使部分基体31凸出而形成在基体31的一侧。该凸起部分32沿着构图组件30纵向等距排列成行。每一行排列成使凸起部分32在构图组件30纵向上彼此不邻接。将凸起2和凹陷3均衡地配置,当膨松片材被用作清扫用片材时,可以提高其对细灰尘以及相对大的灰尘例如碎屑的捕集性和保持性,两相邻凸起部分32之间的距离优选为3-15mm,更优选4-10mm。
凸起部分32在其平面图上为一圆形。每个凸起部分32具有相同的大小和形状,为一山型。凸起部分32是中空的。为了适当排列凸起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(见图5(b))优选为3-25mm,更优选5-15mm。在基体31上测试的凸起部分32的直径D优选为2-15mm,更优选3-9mm。
此外,为了确保相邻两凸起部分32的距离和提高足够的膨松结构,凸起部分32优选满足关系式P/9≤W≤P/3。该关系式中,W表示从基体31中测试的凸起部分32的2/3高处的宽(见图5(b))。
使用构图组件30构图赋与纤维集合体凹凸时,纤维集合体是被放置在形成凸起部分32一侧的构图组件30上。
现在,本发明将参考实施例进行更详细的描述。测试得到的膨松片材的单位面积重量。得到的膨松片材的表观厚度(初始厚度T和载荷下的厚度)和初始表观比容积是通过上述方法测试的。制成的纤维集合体的缠结系数和膨松片材的弯曲率是根据下述方法进行测试的。此外,得到的膨松片材将根据下述方法评估其对沟缝的顺应性和捕集大的灰尘的能力。测试和评估结果表示在表1中。
1)缠结系数的测试
从纤维集合体上沿着垂直于纤维取向方向切出100mm长15mm宽的样品。当样品含有网状片材时,去掉该片材仅留下纤维集合体。样品固定在强伸度仪钳口处夹持长度50mm的位置,并按照垂直于纤维取向方向以30mm/min的速度拉伸,测定拉伸载荷对伸长的关系。纤维集合体的拉伸载荷F(N)除以样品宽度(m)和单位面积重量W(g/m2)而得到的值作为应力S(N.m/g),制成应力-应变曲线。
应力S(N.m/g)=(F/0.015)/W
仅通过组成纤维的缠结而形成的纤维集合体的应力-应变曲线在起始段为直线。该直线的斜率为缠结系数E(N.m/g)。
2)弯曲率的测量
从膨松片材上沿着垂直于纤维取向方向切出100mm长15mm宽的样品。测试样品纵向的长度La(mm)。然后,在样品整个面积上加载500g。5分钟后,去掉载荷并再次测试样品纵向长度Lb(mm)。弯曲率(%)是由(Lb-La)/La×100计算得到的。当样品具有网状片材时,特别是图1中所示的网状时,La和Lb最好是按如下测量。从膨松片材上沿垂直于纤维取向方向切出100mm长和100mm宽的样品。测量该样品在其纵向上的长度La(mm)。然后通过切割器在沿垂直于纤维取向方向的网状片材的交叉点之间的点处切割该网状片材(注意不要切割纤维)。然后将样品切割成沿纤维取向方向宽15mm的带条。将载荷施加至所述带条上,且然后测试长度Lb(mm)。
3)与沟缝的顺应性
沟缝中泥土的捕集率是根据下述方法测量的,与沟缝的顺应性是根据该测试比率评估的。带有间距为3cm的6个沟缝的丙烯酸树脂板被用作清扫目标。每个沟缝是倒三角形截面,开口宽3.0mm,深1.5mm。将7种测试泥土的混合物撒在沟缝中,每个沟缝长20cm,每个泥土量为0.01g(总泥土量为0.06g)。将样品片材安装在购自花王株式会社的类拖把清扫工具Quickie Wiper上,并在丙烯酸树脂板上擦拭两次。测量被该片材捕集的泥土的重量,泥土捕集率是被捕集的泥土量对沟缝中撒上的泥土量的百分比。根据该捕集率,将片材的顺应性分为A级(满意)、B级(不满意)或C级(基本不能捕集灰尘)。
4)捕集大异物的性能
碎屑捕集率是根据下述方法测试的,并根据该比率评估捕集大异物的能力。颗粒大小为1.0-1.4mm、重0.3g的碎屑分撒在1m×1m面积的地板上。将该地板面积用安装在Quickle Wipe(花王株式会社)上的片材擦拭,测试被该片材捕集的碎屑重量,由此计算碎屑捕集率。根据由此得到的碎屑捕集率,将捕集大异物的性能分为A级(满意)、B级(不满意)或C级(基本不能捕集)。
实施例1
将由聚酯纤维组成的混合纤维以常规方式梳理制成单位面积重量为29g/m2的纤维网,其中混合纤维中含有以70∶30的重量混合比混合的纤度0.8旦(0.9分特)长38mm的聚酯纤维和纤度1.45旦(1.6分特)长51mm的聚酯纤维。将该纤维网叠合在方形网眼(网眼大小:8mm×8mm,网线直径300μm)的聚丙烯网的两侧,并将该叠合体用喷嘴中射出的压力为1-5MPa的水流喷刺形成一层合体,其中含有缠结系数为0.5N.m/g的纤维集合体。施加的能量Em为295kJ/kg。将该层合体传送到图4(a)-4(c)所示结构的构图组件上,在其上进行从喷嘴中射出的水压为1-5MPa的水流形成凹凸图案。将构图层合体在热空气中干燥得到图1和2中所示的凹凸的膨松片材。施加的能量Ef为175kJ/kg。将90wt%液体石蜡和10wt%非离子表面活性剂(聚氧化乙烯烷基醚)组成的油剂涂布在膨松片材上,用量为片材的5重量%。
实施例2
除了将纤维网的单位面积重量变为24g/m2,能量Em改为427kJ/kg之外,按照与实施例1中相同的方法制成含有缠结系数为0.79N.m/g的纤维集合体的一层合体。将该层合体传送到构型与实施例1不同的具有图4所示结构的构图组件上,在其上使用喷嘴中射出的水压为1-5MPa的水流形成凹凸图案。将该构图层合体在热空气中干燥得到具有图1和2所示凹凸的膨松片材,按照与实施例1相同的方式涂布滑油剂。施加的能量Ef为252kJ/kg。
对比实施例1
将纤维网(0.9分特38mm/1.7分特51mm=70wt%/30wt%,单位面积重量24g/m2)分别叠合在网状片材的上下表面上,该网状片材与实施例1中的相同,然后通过水流喷刺得到该纤维网的纤维集合体,形成层合体。该纤维集合体的缠结系数为0.8N.m/g。按照与实施例1中相同的方法在该层合体上涂布油剂。在此说明,该层合体没有经凹凸处理。
对比实施例2
使用一种市售可废弃的带有网状图案的清扫用片材Procter andGamble提供的Swiffer(Lot,9345CA1221040206)。
表1
Figure C0180058700231
从表1可以清楚地看出,本发明的膨松片材对沟缝的顺应性良好,并且能够令人满意地捕集大异物例如碎屑。而对比实施例中的膨松片材的对沟缝的顺应性则差,并且捕集大异物的能力也差。
本发明的膨松片材并不限定凸起的形状、密度和排列。上述方法中,纤维网是叠合在网状片材的两面,它也可以仅叠合在网状片材的一面。
从某些用途来看,本发明的膨松片材并不总是需要在上述膨松片材10中使用网状片材4。
网状片材的构型并不特别限定为上述实施方式中使用的方形网眼的网状片材4,任何作为载体使纤维网可以缠结形成一体的网状片材都可以使用。
上述实施方式中,纤维网在一侧进行水流喷刺的同时,纤维网的两侧都进行水流喷刺。此时,能量Em是施加在每一侧能量的总和。
本发明方法中可以使用的构图组件可以含有机织形成方形网眼的直线而不是平行排列的直线材27a。平行排列的直线27a可以用带有大量方形网眼的板代替,线材27b围绕它螺旋缠绕。另外,带有大量圆形开口的开孔板也可以用作构图组件。该板横向和纵向两相邻开口之间的距离对应于所得膨松片材横向和纵向相邻凸起之间的距离。
本发明的膨松片材具有大量凸起,手感柔软,触感舒服,因此适合作清扫用片材和卫生制品例如口罩和纱布。本发明方法得到的膨松片材成本低。
特别是当用作清扫用片材时,本发明的膨松片材的灰尘清扫性能非常优异,能够捕集清扫表面组成纤维缝隙中的污物例如灰尘或其它细小异物,也能够收集存在于表面凹陷处难以捕集在纤维中的相对大的异物例如碎渣。此外,清扫用片材与地板沟缝或家具、电器制品等不平表面顺应一致,以去掉不平表面中的污物或碎屑。具有适当厚度的清扫用片材便于用在擦拭操作中。

Claims (10)

1.一种具有由水流喷刺纤维网形成的纤维集合体的膨松片材,所述膨松片材具有由所述纤维集合体构成的大量的凹凸部;所述凹凸部是按照下述的方式来形成的:在具有大量凹凸部或具有大量开孔的构图组件上通过对所述纤维集合体实施再次的水流喷刺来重新排列其组成纤维,且所述纤维集合体沿其厚度方向进行多重弯曲;并且所述凹凸部是通过所述膨松片材从一个表面侧向另一个表面侧突出来形成的,在一个表面上存在的凸起部与在另一个表面上存在的凹陷部为表里的关系;所述凹凸部自身具有由所述纤维集合体形成的形状保持性,其中弯曲率为2-15%。
2.根据权利要求1的膨松片材,其具有由水流喷刺纤维网形成的纤维集合体和网状片材,所述纤维集合体的组成纤维通过所述水流喷刺而彼此缠结,且该组成纤维进一步与所述网状片材缠结和/或热粘合,由此形成一体。
3.根据权利要求1的膨松片材,其表观厚度为1-5mm,表观容积为23-100cm3/g。
4.根据权利要求1的膨松片材,其在条件5N/30mm下测试的纵向的伸度为5%或更小。
5.根据权利要求1的膨松片材,其中所述纤维集合体含有的纤度为5分特或更小的纤维的含量为50重量%或更多,单位面积重量为30-100g/m2
6.根据权利要求2的膨松片材,其中没有对所述网状片材进行热收缩,或者140℃下进行3分钟测试所测得的所述网状片材的热收缩率为3%或更小。
7.根据权利要求1的膨松片材,其30mm宽样品的断裂强度至少为5N。
8.一种制备权利要求1的膨松片材的方法,包括如下步骤:
水流喷刺纤维网以彼此缠结所述纤维网的组成纤维,由此形成一纤维集合体,
将所述纤维集合体传送到具有大量凹凸部或大量开孔的构图组件上,和
将使部分所述纤维集合体向所述凹部或所述开孔突出形成对应于所述凹部或所述开孔的大量凸部,
所述构图组件的厚度为5-25mm,或透气率为800-3000cm3/(cm2sec),
以能量Em和能量Ef至少满足下式的方式,将能量Em和能量Ef分别施加到所述纤维网和所述纤维集合体上:
200(kJ/kg)<Em+Ef<1250(kJ/kg)
Em/10<Ef<2Em/3
其中,Em是通过所述水流喷刺所述纤维网上形成所述纤维集合体时对纤维网所施加的能量,Ef是在所述构图组件上使所述纤维集合体的将部分纤维集合体突出时施加的能量。
9.根据权利要求8的方法,其中所述纤维网的组成纤维通过水流喷刺彼此缠结,由此形成的纤维集合体的缠结系数为0.05-2.0N·m/g。
10.一种制造权利要求2的膨松片材的方法,包括如下步骤:
水流喷刺纤维网以彼此缠结所述纤维网的组成纤维,由此形成一纤维集合体,
将所述纤维集合体叠合在网状片材的一面或两面上并将所述组成纤维部分热粘合到所述网状片材上由此形成一体,
将所述纤维集合体传送到具有大量凹凸部或大量开孔的构图组件上,和
使部分所述纤维集合体向所述凹部或所述开孔突出形成对应于所述凹部或所述开孔的大量凸部,
所述构图组件的厚度为5-25mm,或透气率为800-3000cm3/(cm2sec),
以能量Em和能量Ef至少满足下式的方式,将能量Em和能量Ef分别施加到所述纤维网和所述纤维集合体上:
200(kJ/kg)<Em+Ef<1250(kJ/kg)
Em/10<Ef<2Em/3
其中,Em是通过所述水流喷刺所述纤维网形成所述纤维集合体时对纤维网所施加的能量,Ef是在所述构图组件上使所述纤维集合体的部分纤维集合体突出时施加的能量。
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