CN1444671A - 用水力缠结生成薄层材料 - Google Patents

Abstract

人造皮革层状材料是由废弃皮革纤维的水利缠结而制造的。在一些相继的水利缠结工序中，使纤维网(28)在多孔皮带(8，9)上并在高压水喷头(13)下面前进。筛网(14)在水喷头(13)和纤维网(28)之间压在纤维网(28)的表面上。筛网(14)具有一些小孔，它们允许水射流深深地穿入此纤维网(28)中，而这些小孔之间薄的筛网部分起遮断射流并限制生成皱纹(30)的作用。导向挡板(19)设置在水喷头(13)的旁边，以便除去弹回的水。

Description

用水力缠结生成薄层材料

本发明涉及的是用熟知的水力缠结(hydroentanglement)或纺丝喷网(spunlacing)法由纤维生成薄层材料。

本发明特别涉及的是用从废弃皮革取得的纤维来生产人造皮革。

使用粘结剂把皮革废料重新制成所谓的皮革板是众所周知的。然而由于用来粘合纤维的粘合剂的硬化效果，所生成的材料既不柔软也没有天然皮革的感觉。此外，通常用来提取纤维的切碎和冲击方法，生成的纤维十分细致短小，这降低了产品的强度。

更长更结实的纺织纤维熟知是使用水力缠结(或射流喷网)而不用粘合剂来制成无纺产品的，依此，把非常细的水射流以非常高的压力直接射入到纤维网中，以造成纤维的机械性交织。这能生产具有良好褶皱和手感的结实薄层材料，然而所用纤维的长度通常大约比再生的皮革纤维更长更粗。同时也知道使纺织微纤维进行水力缠结，但是这些微纤维是以纤维束的形式供给的，它们暂时结合在一起成为较大的直径，以便容易加工，然后是用化学的方法或用水力缠结本身的力逐步来劈开或分离。

皮革纤维不完全像传统上用在水力缠结中的纤维，而且这种技术迄今尚未用于这种材料。

出乎意料，按照本发明，水力缠结(或射流喷网)实际上对皮革纤维是有用的，它能给予如此密切的交织而不需使用粘结剂，而且可以造成特别柔软的手感和足够的强度。

于是，按照本发明的第一方面，提供了一种由纤维生成薄层材料的方法，这种方法包含以下步骤：

使支承着的纤维体前进，并使此前进着的纤维体经受相继的水力缠结工序；

其中，

在每个这样的水力缠结工序中，此纤维体在其一个表面上受到高压液体射流的作用，使得纤维在这样的表面下被射流所缠结；而且

该纤维包含有皮革纤维。

最好是在至少两个这样的水力缠结工序中，在该表面和射流之间在该表面上贴覆一个筛网。

已知的水力缠结技术在可以结合起来的材料厚度上可能有所限制，而且由于材料在射流下通过而造成的皱纹(furrow)可能产生一种非天然的外观。

特别是在缠结期间，提取以后的废弃皮革纤维长度非常短，从而产生了严重的射流冲蚀问题。如果为了避免冲蚀而减小射流压力的话，则纤维特别细而柔韧的性质往往使缠结发生得非常迅速，结果是形成一种细密的席纹表面层，它阻止下面纤维的缠结。这种表面层的形成还阻止因射流所产生水的排放，这种水通常是由吸力通过纤维从多孔载体上除去，而水对有效的缠结是不可缺少的。湿皮革纤维细密黏腻(cloying)的特性使它们是不透水的，因而水积累在表面上，这降低了射流的效率，并可能使纤维网受到干扰，甚至脱层(delaminated)。虽然在某些非常细的人造纤维的情况下也可以出现一些这样的问题，但是对于皮革纤维，这些困难是非常严重的。这可能发生是因为提取皮革纤维可能必须的机械性撕裂/撞击打破纤维的纱线状结构并使复杂形状的微纤维分离，这不像人造微纤维那样，对于缠结来说，人造微纤维会立即释放。

因需要模仿真皮革的产品厚度增加了困难，该产品厚度可能远大于甚至对于较容易缠结起来的合成纤维认为都可以进行处理的最大值(maxim)。把这一点和纤维的不渗透性质结合起来，就使其超出了目前射流喷网技术中专业人员的经验。

本发明另外的方面是提供一种水力缠结的方法，这个方法可以有利地使用于皮革纤维，而且特别适合于由废弃的皮革纤维生产再生皮革。

因此按照本发明另外的方面，提供了一种由包含皮革纤维的纤维形成薄层材料的方法，这个方法包含以下工序：

使支承着的纤维体前进；

并使前进着的纤维体经受相继的水力缠结工序；

其中：

在每个这样的水力缠结工序中，此纤维体都在其一个表面上受到高压液体射流的作用，使纤维在这种表面下面被射流所缠结；以及

在至少两个这样的水力缠结工序中，在该表面和射流之间在该表面上贴覆一个筛网，这个筛网具有许多密集间隔的小孔，而且其间有薄的实体部分，它们遮断射流并容纳该纤维，同时大致均匀地允许射流通过在该表面上的这些小孔而穿入，并深深地允许射流进入表面下面的纤维体中，依此，来造成该表面下面纤维的深位水力缠结。

使用这个方法，在至少两个这样的工序中插入筛网的情况下，在多重水力缠结工序中使用高压射流，能够使纤维深而牢固地交织，甚至是在非常细的皮革纤维的情况下也是这样，没有因高压射流造成的过度断裂(disruption)。特别是筛网起容纳纤维并限制冲击冲蚀的作用，同时筛网的这些实体部分所造成的射流中断也限制形成不希望的皱纹。代替皱纹的是射流能产生局部的视觉上不易觉察的穿入，在这些穿入的周围，射流的能量决定纤维缠结的深度。

有利的是，本发明允许由较厚的纤维体，例如200-800gms/平方米的纤维体，形成令人满意的薄层材料，而现有技术则通常多局限于较薄的纤维体，典型的是在20到200gms/平方米范围内，并且完全缠结的厚度在0.5mm以下。

最好是在至少一个水力缠结工序中，而且特别是带有筛网的工序中，足以造成缠结的穿入至少是发生在纤维体厚度的中心，而且最好是穿通到另一侧。

由于施加了足够局部化的喷射能量，所以就实现了深位的缠结，来突破该表面处的任何纤维罩面(matt)，以便能使这种表面下的纤维进行水力缠结。特别是在水力缠结将是从纤维体的两侧进行的地方，希望穿入到纤维体的中间，足以在中间提供可能发生在表面上的类似缠结程度。当水力缠结只来自于一侧时，希望完全地穿入纤维体。在相继的工序中喷射能量最好是改变的(也就是说逐步减少)，因此在多次穿入中缠结是从核心深度逐步向外进行。于是整体缠结不必减少朝向内部的穿入：甚至是使用的厚的纤维网和/或是使用非常细的纤维也是这样，厚纤维网的完全缠结厚度例如是1.5mm，而用其他方法，细的纤维会限制射流进入到核心深度。

至于这些不同的水力缠结工序，在喷射能量和筛网特性方面这些操作条件对不同工序可以是同样的或不同的，而这些工序是纤维网相继通过射流以便进行完全缠结。最好喷射能量是不同的，和/或使用了不同的筛网位置或其他特征，和/或水力缠结在不同的工序中是在有和没有筛网的情况下进行的，依此，纤维就可以在深度穿入之间及不同深度被缠结，产生贯穿纤维体所需要的缠结程度。按照一个具体的优选实施例，至少在一个使用筛网的高能喷射工序之后至少跟随有一个低能的喷射工序。这与正常生产相反，在正常生产的情况下，能量水平随着相继的工序而逐渐增加。

筛网的这些实体部分遮蔽了部分纤维网，使这些部分不能接受能量以获得所期望的缠结程度，因此通常是希望在至少在一个水力缠结工序中除去筛网，以便在没有被筛网屏蔽的深度缠结部分之间提供横向交织。这大大地增加了整体缠结，但是却生成了皱纹或线条，因此，通常希望在任何这样没有筛网的工序后面跟随着至少一个有筛网的工序，以便掩盖这些皱纹，而且也可以至少跟随一个没有筛网却使用能量低得多的细射流的工序，以便抹平这些剩余的穿透痕迹。为了很好地缠结并在成品中提供视觉上的精制纹理表面，筛网小孔最好必须是足够地小而且密集，看来像纹理而不是麻点，而且可以与通常使水力缠结射流分开的微细尺寸大致相似。

这些工序可能发生在不同的平台上，也即，纤维体前进通过几套不同的射流，并视情况而定，在不同的筛网下面通过。作为选择，这个工序(或几个工序)可以在同一个平台上发生，也就是说纤维体在多次行程中重复地前进通过同一套射流，并视情况而定，或对于不同的行程而言，在这样的平台处可以插入筛网或除去筛网，或是调节或变动筛网。

纤维体在前进期间最好是支承在载体上。这可以是一个多孔载体，使得来自射流的液体可以通过这个载体被吸力除去。

载体的表面结构往往影响由纤维体所形成的薄层材料与载体接触表面的状态。因此，希望有一个平滑的多细孔载体以产生平滑的表面光洁度。

在一个实施例中，在前进期间纤维体是支承在一个或多个带孔鼓轮上。

高压射流可能非常深地穿入纤维体中，最好是到一个处于或靠近纤维体对置的下表面位置。由于在紧靠顶面下的一层中纤维最好是紧紧缠结的，而且在这层的下面还是交织的，所以希望把射流从载体弹回(也就是说反射)的破坏作用减到最小。任何这样的弹回都往往使纤维松开，当增加的缠结使得可能通过多孔载体装置而排走的水分量减少的时候，这特别是可能在后期的工序中发生。因此，至少在一个该水力缠结工序中，让筛网(或一个该筛网)压在纤维体的表面上，以阻止膨胀。筛网可以弯曲成一个角度，使得拉紧筛网时，筛网中的拉力分量对着支承件压缩此纤维体。这种压缩可以是在射流撞击点处或靠近撞击点的地方，借此降低射流需要穿入的深度，并阻止可能干扰纤维网或使其分层的内部压力。压缩程度应该使得能够提供所需要的容纳度而不过分地限制纤维有效互相缠结所要求的运动程度。在一个实施例中，这是通过对筛网使用了一个弯曲的构型而实现的，具体讲是一个在筛网和载体容许的弯曲半径内紧紧弯曲的构型。

该筛网的形状做得能避免形成皱纹，而且最好也避免形成任何其他突出的(obtrusive)孔洞或其他的图案，保证射流大致均匀且流畅地作用在整个纤维体的表面上是所希望的。因此，筛网最好是具有细微的小孔，在典型情况下，大小大约与相邻射流之间的尺寸相同，而且最好是没有超过1mm的小孔，一般在0.4-0.8mm的范围之内。这个筛网最好也必须基本是“敞开的”，也就是说，总的小孔面积大于50％，最好是大于总筛网面积的60％。这些小孔也最好是布置得使得没有连续的筛网材料区域能够连续地遮蔽任何射流的路径，而且沿射流线的小孔中心间距与射流中心线的间距是同样的。这就避免了由于周期性重合效应而在壁表面形成线条。此外，筛网在这些小孔之间最好具有非常薄的实体部分，厚度最好是小于0.15mm。这些薄的部分和非常特有的小孔尺寸在标准筛网中通常是得不到的，但是却可以通过使用穿孔的薄厚度的整体材料来实现，具体讲是薄的平金属片，上面带有化学蚀刻上的穿孔。

来自高压射流的水的体积与湿皮革纤维比较差的不渗透性相结合，导致在纤维体的表面和/或在筛网表面上使用了多余的液体。除去这些液体是所希望的，以便防止它在射流冲击表面的地方泛滥，从而导致给予纤维网的能的量损失，以及导致已缠结纤维断裂或松开。因此，在射流线两侧最好都安排有导向挡板，以便从射流收集从纤维体和/或筛网回弹的液体，使得水不能返回来淹没这个表面。由于纤维网在射流下多次通过以后被压实了，所以在正常生产中可能出现表面的某种程度的淹没，然而在使用皮革纤维的情况下，淹没是在接近加工工序的开头开始的，而且纤维网变平，从而使水以使用常规纤维网时看不到的方式弹回。

这些导向挡板放置在纤维网和喷射头主体之间对水进行传递，使从纤维网或筛网回弹的水在其第二次回弹在喷气头主体上(或与之紧密连接的平面)以后，被一些导向挡板收集起来。收集起来的液体可以通过吸力或其他方法从这些导向挡板上除去，除去水的速率最好是跟上收集的速率。

如果希望在该表面上产生精美缠结层，例如模仿天然皮革的“纹理”，在使用了上述本发明的方法进行水力缠结以后，通过翻转纤维体，使该表面接触适当的支承表面，就可能实现，相邻这种表面的纤维然后就利用来自对置表面的射流而水力缠结，此射流的能量足以穿透纤维体，并足以使贴着支承面的微纤维缠结，因此形成光滑的表面，大体上没有来自筛网的孔洞痕迹。在翻转之前，可以使用低能量射流进行最后的水力缠结工序，这个能量产生大体上小而浅的表面孔洞或皱纹，而且这个支承表面可以包含有多孔但却有细小纹理的载体，当这样的纤维紧密地贴着这个有细小纹理的载体的时候，在翻转以后，所使用射流的能量足以使纤维在这个“纹理”表面上缠结。

用于本发明的这些纤维可以完全由皮革纤维组成，或包含一部分任何适当的天然纤维或合成增强纤维，这个比例通常取决于额外强度的需求程度。通常，由于皮革纤维在解体以后给予的强度不够，尽管缠结得很好，所以对大多数应用来说某种程度的增强是必要的。

掺入合成纤维往往会降低天然皮革的质感(feel and handle)，特别是对仿麂皮整理，除非这样的纤维足够细，而且比例低得基本不影响皮革般的手感，都希望合成纤维远离外层。在这个范畴内合成纤维可以是上述微纤维。

为了以最小强入的方式提供足够的增强，特别是提供纯皮革的外表，皮革纤维体可以支承并附着在增强织物或稀松窗帘用布上，它们可以具有任何适合的结构，例如编织的、针织的、毡制的、纺粘的织物等。对织物的联结可以通过水力缠结而不需要胶粘剂来实现，特别是通过本发明方法的水力缠结工序来实现，这个工序造成纤维体的纤维足够深地穿入，在这个例子中，驱动纤维进入织物的缝隙中，因此把它们机械地锁定到织物中。例如在织物的一侧或两侧都可能有一层或多层纤维。这种织物可以选择得具有纺织织物的紧密度和表面纹理，使得其图样不反映在最终产品的表面上，而且织物中的纱线不会从最终产品的切割边缘被磨损(fray)。这种织物的纱线数是每厘米可以有20到60根纱线，这比正常的“稀松窗帘用布”增强织物更细。

以这种方法机械地把皮革纤维联结到增强织物上，就消除了由正常的纺织粘合剂结合而产生的变硬，并消除了对织物的损害或错位，这种情况在使用针刺法进行常规机械联结时可能发生。

为了给成品提供好的耐磨性和把纤维最有效地锚定在增强织物上并相互锚定，皮革纤维必须尽可能的长。废弃皮革的常规锤磨法产生的纤维在这个意义上来讲是太短了，而且受到了损坏。此外，这种常规的纤维一般是由源自生皮(hides)表面修整得到的皮革“切屑”而生成的，而且这个动作本身使纤维大大地缩短。为了实现好的产品质量，上好长度的皮革纤维是由制革厂“薄片状”废弃物得到的，这样的废弃物包含有切割湿生皮得到的边角料，而此切割是在鞣制后但是却在另外重要鞣制过程之前在生皮平面上进行的。这样的废弃物可以通过常规的锤磨法转变成纤维，但是对于最适宜的纤维长度来说，优选的方法是用常规的纺织品纤维回收设备。这样的设备主要是由一系列转动的带齿圆柱组成的，这些带齿圆柱渐进地使材料破开或撕开，以释放出纤维，随着每一个阶段生成更多的纤维和越来越小的剩余物。由于这些纤维具有足够的长度和完整性以提供好的耐磨性，而且在水力缠结以后提供天然皮革的质感，所以通过这样的方式产生的纤维特别适合于机械性地联结到内部织物增强材料，

用于射流的液体最好是水。

本发明也提供用于实现上述本发明方法的装置，这种装置包含有多个处理平台、一个多孔输送机、一些液体出口、一个筛网和和至少一对导向挡板。这其中：多孔输送机用于在纤维体前进通过这些平台时，支承着此包含有皮革纤维的纤维体；这些液体出口位于每个这样的平台上，用于使支承的包含有皮革纤维的纤维体经受这种液体的高压射流；这个筛网在至少两个该平台上安置得插在这些出口和支承的纤维体之间；这一对导向挡板用于除去液体，它们安排得靠近该出口，以便收集从至少两个该平台上的支承纤维体或任何筛网回弹的液体。

上述本发明的各个方面及其特征可以单独地或以它们任何组合形式地使用或应用。

现在参考附图，只是以例子的形式来更进一步地描述本发明，这些图中有：

图1是本发明实施例中一种装置形式的图示，它具有多个处理平台；

图2是通过图1装置中一个平台的剖面示意图；

图3是图2中装置细节的放大剖视图；

图4是图2中装置细节的顶视放大图，它表示出这个平台上所用筛网的结构；

图5和6是使用图1装置制造的层状纤维网的不同横剖面图；以及

图7是使用带孔鼓轮的装置的另一种形式的图示。

参考图1，它以例子来表示出用来把皮革废弃微纤维转换成一片连贯的再生人造皮革的装置。

如图所示，这个装置具有七个处理平台1-7。两个多孔载体(例如松散的(open)织物或金属丝网或其他的类似材料)形式的无接头运输带8，9被连续驱动绕着滚筒(roller)10运动，使得带子8，9的上行程区11，12前进相继通过平台1-7。

每个平台1-7都包含有由一排或多排细小的喷射出口组成的水力缠结头13，这些喷射出口从上方横跨相应的带子8，9，并连接到加压的水源上，由此，水射流可以从这些出口对准每个平台1-7处的带子8，9。压力以及这些出口的物理特性，以及因此的喷射能量，对每个平台都可以个别地进行选择和控制。

在第一条带子8上面的两个平台1，3，也就是第一和第三平台，以及在带子9上面的两个平台5，7，也就是第一和第三平台，装有筛网14，在平台1，3，5，7中间的其他平台2，4，6没装筛网。

在第一条带子8上面的第一平台1前面安排有一个贮水槽25，其出口向横跨带子8的上行程区伸展的斜面26排水，以便彻底使纤维预先润湿。

在带子8的上行程区下面，位于斜面26附近，设置了一个吸入箱27，以便彻底地使纤维网除去气体，使这些纤维靠拢得比较密集，做好缠结的准备。

如图2所示，如在下文所更详细描写的一样，每个筛网14都包含有一条打了细孔的无接头环带，这条环带被连续驱动绕着三根圆柱15-17的三角结构运动，使得筛网14的下行程区29与射流撞击的纤维网28紧密接触，此纤维网由相应皮带8，9的上行程区11，12所携带，并沿与上行程区11，12同样的方向前进。

正如在图3中更清楚地看到的一样，收集水的导向挡板19靠近每个喷头13，而吸入管20则安置在托盘19上方，用于除去托盘中的水。

在多孔载体皮带8，9的上行程区11，12下面的每个平台1-7处，都有一个平滑不渗透的支承工作台21，皮带8，9就在这个工作台的上面并与之接触着行进。在其中心处，紧贴着喷头13的下面，有一条横跨皮带8，9的狭槽形缺口22，缺口下面有一个吸入箱23。

工作台21的表面在中心倾斜或弯曲成一个以狭槽22为中心并指向上面的顶端，狭槽内部可以有支承边缘24。

使用中，皮革纤维的纤维网28进料到第一皮带8的上行程区11上，借助此皮带，纤维网28相继地在斜面26(或等效的预湿和除气机构)下面前进，然后相继通过不同的处理平台1-7。

视情况而定，纤维网28可以被来自斜面26的水饱和，而纤维网28内部的过量水分和大部分空气由吸入箱27除去。

在每个筛网平台1，3，5，7处，纤维网28都被压缩在筛网14和多孔载体皮带8，9之间。这个压缩是由筛网14的角形路径所保持的，此路径则由上述支承工作台21的角度构形决定的。在这两个下部圆柱15，17之间的筛网14的下行程区29是向上弯曲的，因此绕着圆柱15，16，17拉紧筛网14就起作用把下行程区29向下拉到纤维网28上。

在每个平台1-7处，来自喷头13的水向下进入纤维网28内。过量水从纤维网28的顶面或是从相应筛网14反弹回来，存在的水就由导向挡板19收集起来，通过吸入管20除去。其他的水通过吸入箱23除去。为了保证水力缠结期间纤维维持紧密地彼此靠拢，以确保纤维有效的交织，通过纤维网和载体皮带有效地吸水是很重要的。这通常需要至少150毫巴的真空，而对于厚的纤维网来说，达到600毫巴是更可取的。与用于正常生产的真空相比较，这是相当高的真空，这是由于皮革纤维不寻常的不渗透性的结果。

图4表示出典型带孔筛网14的与纤维网28上的线条或皱纹30有关的一些小孔，换句话说，这些线条或皱纹是在没有筛网时由纤维网在射流排下面通过而产生的。如图3所示，插入筛网就把这些不然就会生成的皱纹转换成一些中心在每个筛网小孔的中心或与之接近的孔洞。在筛网皮带横向的典型筛网小孔尺寸(A)大约为0.8mm，而在机器方向的尺寸(B)大约为0.5mm；这两个尺寸与典型射流的中心线间距大致相同，在0.4mm到1.0mm之间，在这个例子中这是为射流间距是0.6mm，相邻小孔线中心的间距(D)也是0.6mm而设计的，以避免周期性重合效应所造成的表面图案。网眼厚度(C)为0.15mm，这些小孔之间的筛网材料宽度也大致为0.15mm，它小得足以提供大约55％的敞开面积。

图5画出了一个典型的纤维网，这里皮革纤维(31)是用传统方法被空气沉积在多孔载体(32)上，后面跟着是针织的编织的增强织物(33)，典型情况下为尼龙或聚酯，此外还有一层皮革纤维(34)。这些纤维层是由上述纺织品回收机构生成的，暂时还没有什么固有强度，然后把这些纤维层直接传递到多孔载体皮带上的水力缠结平台上。纤维网的宽度足以产生宽1.5m修整过的产品。

图6画出了另一种纤维网，它包含有增强层(35)和罩面层(36)。增强层可以是具有等重量部分的皮革纤维和3.3分特50mm的聚丙烯纤维的纤维网，而此纤维网又是由常规梳理(carding)工艺形成的，顶部的罩面层(36)可以是没有聚合物纤维或具有很小比例聚合物纤维的空气沉积的皮革纤维，这部分聚合物纤维是用来尽可能保持被加工表面有皮革的手感。

为了使图5中所示纤维网缠结以产生有仿真纹理表面的类皮革产品，使纤维网先在倾斜面下面通过，然后以大约6m/min的速度通过7个水力缠结平台，如图1所示。充满水并除去空气的纹理表面和背面然后以下列顺序进行水力缠结：行程编号       使用筛网          射流直径         射流中心       射流压力纹理表面                          (μm)             (mm)           (bar)

1            是                120              0.60            200

2            不                130              0.80            170

3            是                120              0.60            140

4            不                60               0.47            70背面

5            是                120              0.60            200

6            不                130              0.80            140

7            是                120              0.60            140

对于纹理表面来说，为了穿入得深，在第一次行程中施加上最大的射流压力(也即与正常生产相反)。这驱动皮革纤维在阻挡层形成以前进入织物的缝隙中，而且生成大量独立的固定点。这些固定点在纤维网的平面中由不使用筛网的行程2连接起来，这个行程使得被前面筛网所屏蔽的那些区域产生缠结。接下来是使用筛网的行程3，以便提供另外的局部缠结点，但却是以较低的压力进行较浅的缠结。来自行程3的中等孔洞是由行程4在低射流压力下被抹平的，这个行程使用直径小而密集的射流且不用筛网，这里射流的压力低得足以在随后从背面进行的水利缠结以后不留下显而易见的线条。

对于背面来说，纤维网转入第二多孔载体(9)，使纹理表面贴着载体平滑的纹理表面。对于纹理表面来说行程5，6和7按照同样的有和没有筛网的交变行程模式进行，但是所用的射流压力却降低了，直径也显著减小。这提供和保持了足够的缠结能量以通过纤维网，使得在纹理表面上的纤维彼此缠结，同时这些纤维也贴着载体而被有效地造型。在从载体上取下来时，这提供了看不见孔洞或射流痕迹的纹理表面状态。背面上的孔洞痕迹过后被随后的打磨过程所掩盖，以给出毛糙的类似于真皮革背面的麂皮效果。

在这个例子中筛网小孔安排成图4中所示的对角图案，因此筛网不能沿着射流路径的长度而周期地遮掩射流路径。筛网是由薄的不锈钢片使用常规的酸蚀技术和摄影模板仿制这些小孔而制成的。如图1和2所示，使用微煨(microbraising)技术，把这些侵蚀了的薄钢片加入到皮带中，这种微煨技术类似于用来制作细小的无接缝金属网带的技术。

为了形成图5中的层状纤维网，使用主要为木浆纤维而设计的工艺而对皮革纤维进行空气沉积，这种著名的工艺在商业上是通用的。在这里纤维循环通过一对相反转动的带孔鼓轮的轴，此鼓轮则放置在多孔皮带的上面，而且借助于快速转动鼓轮内带齿的轴，由抽气使纤维驱动通过这些穿孔，从皮带下面到皮带上面。一对鼓轮放置纤维层(31)，提供大约200gsm的平坦层，继之是大约90gsm的针织的尼龙或编织织物(33)，然后是由第二对鼓轮放置大约200gsm的纤维层(34)。对于皮革纤维来说，可以以大约3m/min的载体皮带速度来放置200gsm的纤维层，而对于更大的速度，就必须适当增加鼓轮的数目。根据表面处理过程，大约490gsm的总重量给出最终产品的厚度，大约1.0到1.2mm。

在织物品回收设备中，由废弃皮革解体而产生的纤维长度范围从小于1mm，偶尔有纤维达到20mm，平均长度比典型木浆纤维或由锤磨法产生的皮革纤维长。在解体以前，天然皮革的纤维结构是由紧密交错并稍微加捻的细丝束组成，而这些细丝束又是由均匀细小的原纤维组成的，它们中的许多都在需要打碎编织的激烈机械作用时分离开了。这导致纤维直径的范围大约从纤维束的100微米到单根原纤维的小于1微米的非常细的纤维。与正常纺织纤维相比，这些非常细小的纤维大大地增加了混合物的表面面积，并深深地影响着渗透性和其他工艺特性。

在水力缠结以后，压实了的湿纤维网可以由常规工艺来处理，以便产生适合于，例如，衣服和室内装潢应用的类皮革材料。典型的工艺包含有染色、软化油处理、干燥和表面处理，这里的表面处理或是由像常规皮革中的聚合物涂层，或是由磨光来给出一种麂皮效果。在表面处理前，纤维网明显地像鞣制的天然“湿铬鞣革”(wetblue)，纤维就是由它提取出来的，主要区别在于重组的材料密度较小，而且形状规则。由于接近真实皮革，所以可以使用已经建立的皮革表面处理工艺，然而由于连续的规则形状，这种工艺的应用可以通过连续纺织的方法，而不是通过用于皮革的批量方法。

图7画出了设备的另一种形式，它使用两个带孔鼓轮40，41作为多孔载体。纤维网是从一个真空输送装置43铺设到进给皮带42上。

然后纤维网绕过第一鼓轮40，第一鼓轮具有四个平台44(正如联系着图1中的实施例所描写一样)，然后绕过具有另外三个平台44的第二鼓轮41。鼓轮40的第一平台44是与皮带42结合在一起的。如图所示，一些平台没有筛网。

纤维网沿着相反方向绕过鼓轮40，41，使得纤维网的顶部(表面处理)表面在第一鼓轮上受到的喷射的作用，而背面则在第二鼓轮41上受到喷射的作用。

本发明并不一定局限于上述实施例的细节，这个实施例只是作为例子来描述。某些变化例举如下：

已经描述的水力缠结方法特别适合于皮革纤维，然而也被应用到包含其他纤维的混合物上，这通常是为了给最终产品提供满足要求的强度或是耐磨性。按重量算，通常皮革构成全部纤维最大部分，然而即使在合成纤维含量高的情况下，皮革纤维特有的水力缠结特征仍支配着加工的考虑，需要本发明中描述的特殊技术。

由于一部分细小的皮革纤维通常被穿入的射流驱动而进入这些编织的缝隙中，乃至进入制造织物的纱线结构中，所以适合用于上述方法中的织物通常不需要专门的编织缝隙来增进与皮革纤维的机械结合。对于薄的产品来说，紧密平坦的编织是优选的，以便在使用涉及到高压的表面处理工艺时，使编织花样减到最小，不显示在产品表面上。对于厚的纤维网来说，最好是使用一种更疏松的编织，因为这在水力缠结期间对真空排水造成的阻碍较小。

取决于最终产品的要求，这些织物可以是编织的、针织的或无纺的(例如纺黏的)，而且可以使用像尼龙或聚酯这样的普通人造纱线。通常它们提供满足要求的具有40到150gms织物重量的产品强度，这取决于产品的应用，这种织物通常很薄，足以使皮革纤维完全穿入织物。

纤维网包含的层可以比图5和6中的层数更多或更少，而且也可以只有单层组成。对于不希望有增强织物的应用来说，通过(例如)使较长的纤维与皮革纤维相混和来形成如图6中所示的纤维网，可以提供足够的强度。在这个例子中，混合层35可能需要直到50％的普通纺织纤维，来提供所需要的产品强度。除了通过梳理之外，这类混合物是很难成网的，而如果表面处理层36是纯皮革纤维时，那么这种纤维一般是太短了，不能通过梳理来成网，通常只能通过纸张制造工业中使用的方法，例如上述的空气沉积或湿沉积来成网。然而，如果通过上述纺织手段生成的皮革纤维混合有至少5％的纺织纤维来使皮革纤维进行梳理工艺的话，皮革纤维对用梳理法成网是足够长的。

纤维网可以由任何手段形成，而长的皮革纤维具有独特的与锤磨纤维相比的优点，这种纤维与纺织纤维混合可以被梳理，而不会在梳理期间大部分被排出。与梳理法不同，空气沉积工厂特别设计成能处理较短的纤维，而上述纺织手段产生的皮革纤维对于这种设备来说可能是接近纤维长度的极限，因而纤维长度和操作工艺需要适当地调节。

较厚的纤维网一般需要高压来提供深的内部缠结所必须的初始穿入。在水力缠结中通用的压力通常大约为200巴，在这个例子中这足以使490gsm的纤维网缠结。高压是可利用的，高压的优点是允许较高的载体皮带速度，然而却需要更昂贵的抽吸设备。可以处理大约800gsm重量的纤维网，这对于大多数皮革应用来说是足够的了，这也超出了通常认为对水力缠结人造皮革可做到的纤维重量，甚至对于更容易用常规手段缠结的合成纤维也一样。作为选择，在希望产品非常薄，而且背面的非皮革外观是可接受的情况下，背面的纤维层可以省去，使纤维网的重量降至290gms或更低。在单一剩余层中的纤维会从一侧完全嵌入织物中，尽管在另一侧没有它们可以连接的纤维。

如同使用正常的水力缠结一样，射流直径、射流间距和压力是决定向纤维网供给水力缠结能量的全部因素。这个能量也大致决定了穿入情况，然而对于赋予纤维网的同样能量来说，间距大的大直径射流与较近中心距的较小射流相比可以更好地穿入和排水。较大的射流也导致产生更清楚的射流线条，但是当插入一个细筛网时，所产生的痕迹往往呈现筛网的特性，几乎与原来的射流线条无关。这个特性在上述的一系列行程中用到。一般说来，对于上文中描述的筛孔、射流压力和皮带转速来说，足够的能量是由带典型直径范围从60到140微米，喷射间距从0.4mm到1.0mm的正常射流提供的。

6m/min的皮带速度显著地比正常水力缠结生产的速度慢，后者可能快10到50倍。对于较薄的纤维网和/或较高的射流压力来说，高速是可以做到的，而对于某些纤维网的构型，大于10m/min的速度已知是有效的。然而，一般说来，皮革纤维的性质限制了与正常射流喷网产品相比的生产速度。如同正常射流喷网一样，只能通过使用典型的设备进行实际的试验，来找到射流直径、间距和压力以及载体皮带速度的最佳条件。

小孔可以与图4中所示的形状不同，在表面处理的要求允许这样做的地方，或是在粗筛网后面跟着有细筛网的地方这些小孔可以较大。即使如此，这些“粗的”小孔与正常网眼尺寸相比最好仍然是相当细的，为了产生上述的纹理表面状态，细筛网是必需的。在筛网痕迹可按受的地方，编织的网眼可以用于本发明(但是是使用小孔)。可通用的网眼筛网对优选的小孔尺寸而言有不利的敞开面积，一般只适合于较少关心筛网痕迹的表面粗加工应用。

图3中的水收集板设计得能适合正常喷头下侧和纤维网之间紧凑的空间。然而，水可以由所提供的任何机构来收集，水从纤维网回弹，在能够返回到表面以前被除去。当纤维网支承在带孔鼓轮输送机上时，这正像一般用于通常的水力缠结一样，与图3中同样的导向挡板也可以是有效的，托盘装置可以安排得成一角度，这个角度相当于(例如)鼓轮周围这些喷头的位置。取决于这样的角度，水可以像所画出的那样，在重力的作用下而不是用吸力从托盘上除去，整个装置可以是倒置的，射流指向上，而水在从纤维网回弹以后是朝下被收集的，而纤维网是由筛网和/或吸力保持在载体上的。这样的布局表示在图7中。

筛网必须在射流撞击的地方与纤维网紧密接触，筛网可以简单地平放在纤维网上。然而更可靠的压缩是可取的，这是因为这会防止由于水在纤维网内部回弹而导致纤维网断裂，并从而降低必须穿入的深度。通常纤维网相当容易铺平，对于图2中所示的角构型来说，使化学侵蚀过的皮带固定在导轨上所需的正常皮带压力，可以在纤维网上提供足够的作用力。在利用鼓轮输送机的情况下，这些鼓轮本身的曲率可以提供足够的角度变化，以在纤维网中生成满足要求的压缩。在缠结期间，纤维网的压缩也有助于对纤维网的牵伸(drafting)进行限制，不过由于织物本身控制着牵引，这通常对优选的织物增强材料并不是问题。

需要的行程数目根据产品要求，例如，纤维网厚度和表面处理而不同，而且也还受每一次行程所释放能量的影响。至少需要2个行程，通常使用不超过8个行程。在薄纤维网的情况下，例如总重量大约是200gsm，行程的数目可以减少到4个，特别是如果皮革纤维层只是处在织物的一侧时。在后一种情况，2个行程能提供基本的结合，剩下2个较低能量的行程用于表面处理。

虽然至少两个行程需要上述筛网，但是通常需要更多这样的行程来生产畅销的类皮革产品。筛网可以处在每个平台上，而不是如图1所示那样相间的，但是不断的使用小的局部穿入能够产生更成簇状的纤维结构，这可能不适合某些应用。作为选择，在某些应用中，比这个例子中更高比例的行程可以是没有筛网的。同时也可以不是如图1所示的那样，在开始另一侧以前，在一侧完成全部的行程，而是首先开始使背面缠结，在正面完成全部行程，然后回来完成背面则可能是(例如)有益的。

尽管优选的原材料是废弃牛类动物的“湿铬鞣革”，但是也可以使用非牛类动物的来源及其他例如来自生产鞋的碎片。然而由于不同的表面加工处理，鞋的废料是不一致的。

在水力缠结以后，重新组成的材料看起来非常像从中提取纤维的湿铬鞣革，其后这种材料用与正常皮革生产相似的方法处理。这样的处理包含有浸透(impregnations)，用来进行使手感软化或硬化，而且在某些情况中可以使纤维稍微结合。然而这样的结合对整体拉伸强度贡献很少，产品的完整性主要取决于缠结。

使用倾斜供水机构(26)的预湿法和由真空箱(27)进行的除气法，对保证纤维是润湿的并合理地彼此靠拢以从第一行程得到最大的缠结受益是有用的。当纤维网是由编织金属网带或其他筛网按照用于合成纤维的已知方法而固定住的时候，能够获得更完全的预湿和除气。

然而，对于皮革纤维来说，通常并不需要这样的方法，皮革纤维不会像正常生产中那样形成这样庞大的纤维网，而在预湿期间这样的纤维网可能需要可靠的压住。这种传统的预湿方法还可以使纤维轻微地缠结，以便在正常的水力缠结工艺期间使纤维网对牵引力是稳定的，然而对于优选的织物增强材料这是不必要的，这并不产生深度穿透，而深度穿透则是本发明的重要基础。

本发明还提供使用上述方法或装置制造的薄层材料。这种薄层材料可以精密地模拟天然皮革，特别是可以在一个或两个表面上具有类皮革的“纹理”。这些纤维可以至少主要是皮革纤维。

因此按照本发明的另外的方面，提供再生皮革的薄层材料，它包含有由缠结而彼此交织的纤维，该纤维包含有皮革纤维。

按照本发明的薄层材料此外还可以包含有纺织的增强织物，纤维也是与大体上在没有任何织物错位或破坏(破裂)的情况下，如像使用针剌法时所发生的一样，与织物相缠结。除了上述可能的浸透表面处理外，不需要粘合剂在结构上使这些纤维结合。薄层材料大体上可以没有纤维的任何粘结，纤维的机械性交织是获得和保持结构完整性的唯一的或主要的手段。

薄层材料可以至少是主要地包含或仅仅包含皮革纤维，或是纤维也可以包含有合成纤维。

Claims (35)

1.一种由纤维形成薄层材料的方法，它包含以下工序：

使支承着的纤维体前进，并使前进着的纤维体经受相继的水力缠结工序；

这种方法的特征在于：

在每个这样的水力缠结工序中，此纤维体都在其一个表面上受到高压液体射流的作用，以造成纤维在这种表面下面被射流所缠结；以及

该纤维包含有皮革纤维。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在至少两个这样的水力缠结工序中，在该表面和射流之间对该表面贴覆一个筛网。

3.一种由包含皮革纤维的纤维形成薄层材料的方法，它包含以下工序：

使支承着的纤维体前进；

并使前进着的纤维体经受相继的水力缠结工序；

这种方法的特征在于：

在每个这样的水力缠结工序中，此纤维体都在其一个表面上受到高压液体射流的作用，以造成纤维在这种表面下被射流所缠结；以及

在至少两个这样的水力缠结工序中，在该表面和射流之间对该表面贴覆一个筛网，这个筛网具有许多密集间隔的小孔，而且其间有薄的实体部分，它们遮断射流并容纳该纤维，并同时大致均匀地允许射流穿入通过这些分布在该表面上的小孔，并深深地进入表面下面的纤维体中，依此来进行该表面下面纤维的深度水力缠结。

4.按照权利要求1到3中任一项所述的方法被应用到一种200-800gsm/平方米的纤维体上。

5.按照权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于：水力缠结至少扩展到纤维体厚度的中心。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：水力缠结通过此纤维体扩展到另一侧。

7.权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于：对不同的水力缠结工序来说，喷射能量和/或筛网位置是不同的。

8.按照权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于：

至少一个使用高能量射流的该工序后面跟随着至少一个使用低能量射流的工序。

9.按照权利要求2或3或按照与之相关的任何一项权利要求所述的方法，其特征在于：至少一个不使用该筛网的该工序后面跟随着至少一个使用该筛网的该工序。

10.按照权利要求1到9中任一项所述的方法，其特征在于：这些工序发生在不同的平台上，而且在前进通过平台期间，纤维体是支承在载体上的。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于：载体是多孔载体。

12.按照权利要求10所述的方法，其特征在于：载体包含有一个或多个多孔鼓轮。

13.按照权利要求2或3或按照与之相关的任何一项权利要求所述的方法，其特征在于：在至少一个工序中使筛网压在纤维体上。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于：筛网是弯曲的，使得拉紧时它压缩在纤维体上。

15.按照权利要求2或3或按照与之相关的任何一项权利要求所述的方法，其特征在于：筛网的小孔尺寸大约与相邻射流的间隔尺寸相同。

16.按照权利要求2或3或按照与之相关的任何一项权利要求所述的方法，其特征在于：筛网的小孔面积大于总筛网面积的50％。

17.按照权利要求2或3或按照与之相关的任何一项权利要求所述的方法，其特征在于：筛网具有一排排沿前进方向的小孔，相邻各排中心线的间距尺寸大约与相邻射流的间隔相同。

18.按照权利要求2或3或按照与之相关的任何一项权利要求所述的方法，其特征在于：筛网的小孔，沿着对角线的路径与前进方向对直。

19.按照权利要求2或3或按照与之相关的任何一项权利要求所述的方法，其特征在于：筛网是薄的平金属片，上面带有由化学侵蚀生成的穿孔。

20.按照权利要求1到19中任一项所述的方法，其特征在于：在至少一个这样的水力缠结工序中安排有导向挡板，以收集来自射流从纤维体表面回弹的液体，或收集来自施加在该表面上的任何筛网的液体，或收集来自射流主体结构的液体。

21.按照权利要求1到20中任一项所述的方法，其特征在于：使水力缠结过的纤维体翻转，从而使该表面接触支承表面，用来自对置表面的足够能量的射流使邻接这种表面的纤维进行水力缠结，射流的能量足以穿透纤维体，使贴着支承表面的纤维进行缠结。

22.按照权利要求1到21中任一项所述的方法，其特征在于：纤维体由至少一个该水力缠结工序而机械地联结到纺织的增强织物上。

23.按照权利要求1到22中任一项所述的方法，其特征在于：皮革纤维是使用纺织品回收方法由皮革的机械性解体而生成的。

24用于实现权利要求1到23中任一项所述方法的装置，它包含有多个处理平台、一个多孔输送机、一些液体出口、一个筛网以及至少一对液体导向挡板，这其中：多孔输送机用于当相继使纤维体前进通过这些平台时，支承包含有皮革纤维的纤维体；这些液体出口处于每个这种平台上，用于使支承着的包含有皮革纤维的纤维体经受高压液体射流；这个筛网在至少两个该平台处插入在出口和支承的纤维体之间；而这一对液体导向挡板安排得靠近该出口，以收集从至少两个该平台上的支承着的纤维体或任何筛网回弹的液体，或从射流的主体结构回弹的液体。

25.按照权利要求24所述的装置，其特征在于：筛网是如权利要求15-19中任一项所描写的筛网。

26.用权利要求1到23中任一项所述方法制造的薄层材料。

27.使用权利要求24或25的装置制造的薄层材料。

28.按照权利要求26或27所述的薄层材料，其特征在于：纤维至少主要是皮革纤维。

29.包含有通过缠结而彼此交织的纤维的重构皮革薄层材料，此纤维包含有皮革纤维。

30.按照权利要求29所述的薄层材料，其特征在于：纤维是被水力缠结过的。

31.按照权利要求26到30中任一项所述的薄层材料此外还包含有纺织的增强织物，纤维也是在大体上没有任何织物破坏的情况下与织物相缠结的。

32.按照权利要求26到31中任一项所述的薄层材料，其特征在于：纤维也包含有合成纤维。

33.按照权利要求26或31中任一项所述的薄层材料至少主要包含皮革纤维。

34.按照权利要求33所述的薄层材料只包含皮革纤维。

35.按照权利要求26到34中任一项所述的薄层材料大体上没有任何纤维的粘结。

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