專利名稱：自熄的差力纏結(jié)的非織造織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有改善的阻燃性能的水力纏結(jié)非織造織物及其制備方法，特別涉及一種經(jīng)差力纏結(jié)以自身致密化并自熄的非織造織物，所得織物在具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)展現(xiàn)出良好的觸感和可延展的柔軟性。
背景技術(shù)：
技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)證明提供的墊子例如床上用品具有顯著地更好的可燃性保護(hù)。然而已經(jīng)觀察到墊子的特定部分很難受到保護(hù)使之免于明火，例如與下面的彈簧床墊接觸的墊子的底部。另外，在整個(gè)墊子的縫合中形成的孔起了火焰穿行通道的作用。本發(fā)明涉及一種耐久的自熄的非織造織物，其可以用于阻燃床墊的組件或其它相關(guān)應(yīng)用。
有許多商業(yè)應(yīng)用的阻燃纖維。E.I du Pont de Nemours andCompany提供了阻燃的芳族聚酰胺纖維，以NOMEX和KEVLAR為商品名稱銷售。NOMEX材料已經(jīng)發(fā)展為用于要求尺寸穩(wěn)定性和優(yōu)良的耐熱性的應(yīng)用，并且其在加熱時(shí)不流動(dòng)或熔化。分解和炭化直至350℃以上也不會超過顯著的速率，并且不熔化。以纖維形式的NOMEX材料已經(jīng)使用在防護(hù)服和類似應(yīng)用上，并可以用常規(guī)紡織技術(shù)生產(chǎn)。至今可比較的阻燃非織造織物的生產(chǎn)是昂貴的，并且不易通過高壓水刺纏結(jié)形成圖像。
現(xiàn)有技術(shù)中已有對形成柔軟的但又堅(jiān)固的具有阻熱性能的材料的嘗試，但仍然需要具有這些特點(diǎn)的非織造織物以快速且簡單的方式制得。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種具有改善的阻燃性能的水力纏結(jié)的非織造織物及其制備方法，其中非織造織物被差力纏結(jié)以在燃燒時(shí)自身致密化并且自熄。這種自熄的織物在具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)進(jìn)一步展現(xiàn)出良好的觸感和可延展的柔軟性。
在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，差力纏結(jié)的阻燃非織造織物包括至少三個(gè)纖維層以形成具有至少三個(gè)纖維區(qū)的織物，其中第一和第二區(qū)包括第一和第二外層，中間區(qū)包括至少一個(gè)在第一和第二外層之間的中心設(shè)置的纖維層。根據(jù)本發(fā)明，非織造織物層包括差力纏結(jié)的可形成焦炭的纖維，其中將流體能量，特別是水力能量施加在織物外層的一面或兩面上。水力能量相對于纖維絮墊的基重是適中的以達(dá)到希望的表面纏結(jié)程度。
差力纏結(jié)技術(shù)在織物中導(dǎo)致高度纏結(jié)的第一和第二纖維外區(qū)以及輕度纏結(jié)的纖維中間區(qū)，其中每個(gè)區(qū)都由可形成焦炭的纖維組成。輕度纏結(jié)的中間區(qū)形成一個(gè)氣袋，給織物提供了熱流阻力。另外，一旦內(nèi)部纖維由于暴露于明火而炭化，所述層狀的多區(qū)織物自身致密化以自熄。
在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，第一和第二的外區(qū)各自都包括超過一個(gè)的織物層，其中每層都是均勻的或非均勻的纖維混合物，包括阻燃的和可形成焦炭的纖維。如前所述，多區(qū)織物包括多個(gè)差力纏結(jié)的纖維層以得到高度纏結(jié)的纖維外區(qū)和輕度纏結(jié)的纖維中間區(qū)。
不受理論束縛，認(rèn)為致密自熄的織物閉塞了經(jīng)常在層狀纖維結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的通道。例如，通過縫紉機(jī)械結(jié)合的多層產(chǎn)生了明火可以通過的通道。本發(fā)明的織物致密化以閉塞這些通道并自熄滅燃燒的織物。
當(dāng)使用三聚氰胺纖維(BASF公司的商品名稱為BASOFIL)和不同比例的芳族聚酰胺纖維時(shí)，如US專利No.5560990公開的，在此以引用的方式加入本文，纖維基體可以包括合成纖維、或者天然纖維和合成纖維的混合物。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以設(shè)計(jì)使用的合成纖維包括但不局限于熱塑性芳族聚酰胺，例如α和對位芳族聚酰胺、聚酰亞胺和三聚氰胺，或者均勻的或者非均勻的以及混合的和/或分層的，并且包括具有有利的火焰暴露屬性的纖維，例如可形成焦炭的纖維。另外，合成纖維也可以包括均勻的、雙組分的和/或多組分的形式以及它們的混合物。
在一個(gè)實(shí)施方式中，纖維絮被梳理并交叉鋪網(wǎng)并進(jìn)一步并置以形成分層結(jié)構(gòu)。然后纖維絮從包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)的有孔表面和一個(gè)射流組件的配置連續(xù)引出。射流從射流組件以控制的能量水平?jīng)_擊到纖維絮墊上，使得總纖維含量的一部分結(jié)合。能量水平是可控制的以使能量足夠引起表面纖維的高度纏結(jié)，但不足以傳遞能量引起內(nèi)部纖維的高度纏結(jié)。可以使用多個(gè)這樣的配置，使得射流以相同的或不同的能量水平?jīng)_擊纖維絮墊的一面或交替的兩面。得到的差力纏結(jié)的非織造織物具有高度纏結(jié)的纖維外表面和輕度纏結(jié)的纖維芯層，其中輕度纏結(jié)的纖維芯在高度纏結(jié)的纖維外表面之間提供足夠的氣袋起絕緣作用，有助于織物的自熄性質(zhì)。另外，差力纏結(jié)的阻燃非織造織物具有希望的柔軟性和適合各種終端用途的強(qiáng)度。
在水力纏結(jié)之后，本方法進(jìn)一步打算提供一種具有一個(gè)可移動(dòng)表面的三維圖像轉(zhuǎn)換裝置。此三維圖像轉(zhuǎn)換裝置在US專利No.5098764中公開，其公開的內(nèi)容在此以引用的方式加入本文。在一典型的構(gòu)造中，圖像轉(zhuǎn)換裝置可以包括一個(gè)鼓形裝置，其可以相對于一個(gè)或多個(gè)水力纏結(jié)組件旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以使用張力控制裝置以進(jìn)一步增強(qiáng)得到的熱防護(hù)材料的機(jī)械性能。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，改變物理性能的化學(xué)物質(zhì)可以被加入到所得的差力纏結(jié)的熱防護(hù)織物中。這些化學(xué)物質(zhì)包括例如抗靜電劑，其可以經(jīng)久地施加在纖維絮墊的纖維組分上、制造期間的纖維絮墊上和/或最終織物上。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)說明、附圖和權(quán)利要求書中變得明顯。


圖1是生產(chǎn)差力纏結(jié)的非織造織物的示意圖，體現(xiàn)了本發(fā)明的原理；圖2是5個(gè)連續(xù)纏結(jié)配置和圖像轉(zhuǎn)換配置的示意圖；和圖3是適合本發(fā)明的三維圖像的非織造織物的示意圖。
發(fā)明詳述盡管本發(fā)明可以以各種不同形式的實(shí)施方式體現(xiàn)，所示的附圖和下文說明了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)理解為本發(fā)明的一個(gè)示例，而不是將本發(fā)明限定在所舉的特定實(shí)施方式中。
本發(fā)明涉及一種形成阻燃非織造織物的方法，所述的非織造織物具有可控制的致密化以自熄滅。通過水力纏結(jié)形成多區(qū)織物，其中織物的外層基本上比內(nèi)層更纏結(jié)。此方法的水力纏結(jié)通過施加流體能量而控制，這樣使施加在織物的纖維上的能量僅足以使得外纖維區(qū)高度纏結(jié)。中間纖維區(qū)被輕度纏結(jié)，這樣總體結(jié)構(gòu)對層的分離有抗力，除了對阻抗熱流有作用的絕緣氣袋之外，還賦予觸感和可延展的柔軟性。
根據(jù)本發(fā)明，在第一實(shí)施方式中，非織造織物中的每個(gè)纖維區(qū)都由可形成焦炭的纖維組成。在此實(shí)施方式中，每個(gè)區(qū)由至少一個(gè)纖維層組成，其中總體結(jié)構(gòu)是差力纏結(jié)的。當(dāng)外纖維區(qū)和內(nèi)纖維區(qū)內(nèi)的纖維燃燒時(shí)，織物自身致密化以自熄。織物由至少三層纖維絮墊組成。第一和第二外層典型地包括可形成焦炭的纖維，然而也可以使用阻燃合成纖維的混合物，包括但不局限于熱塑性芳族聚酰胺，例如α和對位芳族聚酰胺、三聚氰胺、聚酰亞胺、聚丙烯腈、改性聚丙烯腈纖維(modacrylics)、膨脹纖維以及它們的組合。
另外，在第二實(shí)施方式中，各個(gè)纖維區(qū)，即第一和第二外纖維區(qū)以及中間纖維區(qū)包括多于一個(gè)的纖維層，其中每個(gè)纖維層可以包括均勻的和不均勻的纖維組合物。在進(jìn)一步控制致密化的嘗試中，一個(gè)或多個(gè)纖維區(qū)的一層或多層纖維層可以包括如下的纖維，其具有從宏觀到微觀的旦尼爾的寬的范圍，以及具有不同橫截面，包括但不局限于五葉形、三葉形、橢圓形和中空的纖維。
根據(jù)本發(fā)明，纖維絮墊前進(jìn)穿過各個(gè)或多個(gè)纏結(jié)配置時(shí)具有相對低的張力，因此得到不同的纖維纏結(jié)，最終的織物具有機(jī)械性能以及所希望的美學(xué)性能。本申請的自熄的非織造織物的纏結(jié)水平可以被控制以使第一和第二纖維外表面的纏結(jié)程度可以減小以便纖維中間區(qū)能夠保持得更膨松。可選擇的，可以提高表面纏結(jié)同時(shí)保持稍微低的膨松。在本發(fā)明的范圍內(nèi)控制最終織物的纏結(jié)水平，以得到不同膨松程度的材料。已發(fā)現(xiàn)具有這種性質(zhì)的材料具有各種最終用途，包括但不局限于床套和床的組件，枕套和熱防護(hù)服例如內(nèi)襯。
常常使用短纖維生產(chǎn)非織造織物，織物通常具有一定程度暴露表面的纖維，如果它們沒有充分地保留在織物結(jié)構(gòu)中的話將有纖維屑。本發(fā)明提供一種能夠被切割、加工或處理的，并打包零售的成品織物。成形和最后步驟的花費(fèi)可以被大大節(jié)約。
參照圖2，其中圖示了一個(gè)實(shí)施本發(fā)明方法的裝置，所述的方法用來形成一個(gè)耐用的但又柔軟的、可致密化的自熄的非織造織物。纖維絮被梳理、任選地被交叉成網(wǎng)，并以面對面的方式并置以形成一個(gè)分層結(jié)構(gòu)，標(biāo)示為P。分層結(jié)構(gòu)被描述為具有第一和第二外纖維區(qū)和中間區(qū)。在一個(gè)實(shí)施方式中，纖維絮墊包括100％的交叉成網(wǎng)纖維，即分層結(jié)構(gòu)的所有纖維通過對一個(gè)梳理纖維網(wǎng)交叉成網(wǎng)而形成，使得纖維以相對于最終結(jié)構(gòu)的加工方向成一定角度取向。在此實(shí)施方式中，纖維絮墊具有近似2.5至1的牽伸比(draft ratio)。US專利No.5475903說明了一種纖維網(wǎng)牽伸裝置，其公開的內(nèi)容在此以引用的方式加入本文。
圖2圖示了一種根據(jù)本發(fā)明用來形成可致密化的自熄的非織造織物的水力纏結(jié)裝置。此裝置包括一個(gè)以皮帶02形式的有孔的形成表面，分層結(jié)構(gòu)P在皮帶02上定位以將組件01預(yù)纏結(jié)成一個(gè)濕的、輕度纏結(jié)的纖維結(jié)構(gòu)P’。纖維結(jié)構(gòu)的預(yù)纏結(jié)隨后受到結(jié)構(gòu)P’的運(yùn)動(dòng)的影響，結(jié)構(gòu)P’順序通過一個(gè)具有有孔的形成表面的鼓10，通過纏結(jié)組件12影響分層結(jié)構(gòu)的纏結(jié)。結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步纏結(jié)在鼓20的有孔的形成表面上受到纏結(jié)組件22的影響，所述的結(jié)構(gòu)隨后經(jīng)過的連續(xù)有孔鼓30，40和50，通過纏結(jié)組件32，42和51進(jìn)行連續(xù)纏結(jié)處理。為了得到表面纏結(jié)所希望的水平輸入到纖維絮墊的總的最佳能量的范圍為約0.027至0.046hp-hr/lb。
圖2的纏結(jié)裝置可以進(jìn)一步包括一個(gè)圖像和圖案鼓18，它包括一個(gè)用來在當(dāng)前纏結(jié)的前體結(jié)構(gòu)上施加圖像和圖案的三維圖像轉(zhuǎn)換裝置。此圖像轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)相對于多個(gè)纏結(jié)組件61、62、63和64移動(dòng)的可移動(dòng)的圖像表面，纏結(jié)組件與由圖像轉(zhuǎn)換裝置的圖像表面限定的三維元件合作來實(shí)現(xiàn)正在形成的織物的圖像和圖案。調(diào)節(jié)施加給圖像組件的纖維絮墊的總能量，以保持能量輸入在約0.027-0.046hp-hr/lb的范圍內(nèi)。代替三維圖像轉(zhuǎn)換裝置(ITD)可以使用其它圖像技術(shù)，包括但不局限于金屬絲網(wǎng)篩、穿孔的金屬鼓和三維表面輸送帶，因此圖像技術(shù)不意味著是本發(fā)明的一個(gè)限制因素。
本發(fā)明設(shè)計(jì)纖維結(jié)構(gòu)P’在圖像轉(zhuǎn)換裝置的可移動(dòng)的圖像表面上以一定速率向前移動(dòng)，此速率基本上與圖像表面的移動(dòng)速率相同?？梢允褂靡粋€(gè)J形箱或小型J形堆布箱用于支撐向圖像轉(zhuǎn)移裝置上移動(dòng)的預(yù)分層結(jié)構(gòu)P’，這樣以便在纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部最小化張力。通過控制預(yù)纏結(jié)分層結(jié)構(gòu)P和結(jié)構(gòu)P’在處理過程中的移動(dòng)速率，以便最小化或基本消除所述的結(jié)構(gòu)中的張力，纖維結(jié)構(gòu)的不同水力纏結(jié)可以理想地受到影響。
已設(shè)計(jì)在織物內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)纖維區(qū)中使用一個(gè)或多個(gè)圖像纖維層，其中被賦予的三維突起元件包括整體的或部分的可形成焦炭的纖維。一種特別合適的三維尺寸圖像非織造織物是包括如圖3顯示的凸起小塊的織物。
也設(shè)計(jì)在本發(fā)明的自熄織物上加上一層或多層補(bǔ)充長絲層，其中這種層可以包括紡粘或熔噴織物。通常，連續(xù)長絲預(yù)纖維網(wǎng)的成形包括“紡粘”過程。紡粘過程包括提供熔融聚合物，然后在一定壓力下將聚合物通過被稱作噴絲板或模頭的在一塊板上的大量孔中擠出。得到的連續(xù)長絲被冷卻并通過一些方法拉伸，這些方法包括槽拉伸系統(tǒng)、衰減槍或?qū)Ыz輪(Godet rolls)。連續(xù)長絲在一個(gè)運(yùn)動(dòng)的有孔表面例如金屬絲網(wǎng)輸送帶上以松散的纖維網(wǎng)被收集。當(dāng)為了形成多層織物在一條生產(chǎn)線上使用一個(gè)以上的噴絲板時(shí)，隨后的纖維網(wǎng)在先前形成的纖維網(wǎng)的最上面一層上被收集。另外，加入的連續(xù)長絲織物可以包括由具有納米-旦尼爾長絲形成的織物，如US專利No.5678379和6114017教導(dǎo)的那樣，這兩篇文件以引用的方式加入本文。另外，連續(xù)長絲織物可以由常規(guī)長絲和納米-旦尼爾長絲混合而形成。
熔噴過程與紡粘過程相關(guān)，形成非織造織物的一層是熔噴過程。熔融聚合物在一定壓力下通過噴絲板或模頭中的許多小孔擠出。高速氣流在它們離開模頭時(shí)沖擊并夾帶長絲。這個(gè)步驟中的能量是使成形的長絲的直徑大大減小并破裂，以生產(chǎn)具有有限長度的微纖維。這與生產(chǎn)連續(xù)長絲的紡粘過程不同。形成單層或多層織物的過程是連續(xù)的，即過程步驟從長絲的擠出形成第一層至粘合網(wǎng)被卷繞成輥是不間斷的。生產(chǎn)這些類型的織物的方法在US專利No.4041203中說明。熔噴過程和熔噴微纖維的橫截面不是對本發(fā)明實(shí)施的關(guān)鍵性的限制。
在織物形成后，自熄織物可以經(jīng)受一種或多種后纏結(jié)處理。這種處理包括施加聚合物粘合組合物、機(jī)械壓實(shí)、增強(qiáng)添加劑和靜電組合物的施加或合并，以及類似處理。
本發(fā)明的非織造織物節(jié)約成本、柔軟耐用，適合用于各種床上用品，包括但不局限于墊子組成、床套、床單、被單、被子、床罩、羽絨被、枕頭、枕套，以及其它家庭用品、防護(hù)服和工業(yè)終端用品的使用。
根據(jù)上文，能夠看出在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神和范圍內(nèi)可以作出各種修改和改變。應(yīng)當(dāng)理解此處列舉的實(shí)施方式是非限制性的。通過權(quán)利要求書公開的內(nèi)容旨在覆蓋落入權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有改變。
權(quán)利要求
1.阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其包括第一和第二外纖維區(qū)和中間纖維區(qū)，其中，所述第一和第二外纖維區(qū)和所述中間區(qū)包括可形成焦炭的纖維，因此在燃燒時(shí)，所述非織造織物自身致密化以自熄。
2.阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其包括第一和第二外纖維區(qū)和中間纖維區(qū)，其中，所述第一和第二外纖維區(qū)和所述中間區(qū)包括阻燃纖維、可形成焦炭的纖維及其組合，因此在燃燒時(shí)，所述非織造織物自身致密化以自熄。
3.如權(quán)利要求1所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述第一和第二外纖維區(qū)和所述中間區(qū)包括一個(gè)或更多的纖維層。
4.如權(quán)利要求3所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述纖維區(qū)包括均勻的纖維層、不均勻的纖維層，以及它們的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述非織造織物通過施加約0.027-0.046 hp-hr/1b范圍內(nèi)的水力能量來形成。
6.如權(quán)利要求2所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述阻燃纖維選自芳族聚酰胺、聚酰亞胺、三聚氰胺、改性聚丙烯腈纖維、聚丙烯腈、可形成焦炭的纖維、膨脹纖維以及它們的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述可形成焦炭的纖維選自纖維素纖維、丙烯腈系纖維、熱塑性纖維以及它們的組合。
8.如權(quán)利要求2所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述阻燃纖維和所述可形成焦炭的纖維是短纖維。
9.如權(quán)利要求8所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述短纖維具有相似的和不相似的旦尼爾數(shù)。
10.如權(quán)利要求8所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述短纖維具有相似的和不相似的橫截面。
11.如權(quán)利要求1所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述非織造織物包括三維圖像的纖維層。
12.如權(quán)利要求2所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述非織造織物包括一個(gè)長絲的非織造織物層。
13.如權(quán)利要求1所述的阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物，其中，所述非織造織物還包括一種或多種提高物理性能的化學(xué)物質(zhì)。
14.阻燃的、自熄的差力纏結(jié)的非織造織物的制備方法，其包括如下步驟提供至少三個(gè)纖維絮墊，其中所述纖維絮墊包括阻燃短纖維、可形成焦炭的短纖維及其組合；并置所述纖維絮墊以形成包括第一和第二外纖維區(qū)和中間區(qū)的分層結(jié)構(gòu)；使用射流沖擊所述纖維絮墊以形成非織造織物，所述射流具有足夠的能量以高度纏結(jié)所述外纖維區(qū)，其中所述能量擴(kuò)散致使所述中間纖維區(qū)輕度纏結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有改善的阻燃性能的水力纏結(jié)的非織造織物及其制備方法，其中所述非織造織物經(jīng)差力纏結(jié)以在燃燒時(shí)自身致密化并自熄。所述自熄織物在具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)還展現(xiàn)出良好的觸感和可延展的柔軟性。
文檔編號D04H5/02GK1997493SQ200580014192
公開日2007年7月11日 申請日期2005年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月4日
發(fā)明者尼克·馬克·卡特, 珍妮弗·梅霍恩 申請人:帕里莫集團(tuán)有限公司