專利名稱：具有改進(jìn)阻隔性能的無紡工業(yè)織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及工業(yè)織物，具體地，涉及對(duì)于基重具有改進(jìn)的阻隔性能的保護(hù)性工業(yè)織物，其中改進(jìn)的保護(hù)性工業(yè)織物是通過連續(xù)地?cái)D出本質(zhì)上無盡的熱塑性聚合物細(xì)旦尼爾絲而制備的。至少一個(gè)沉積在一個(gè)細(xì)旦尼爾絲材料層上面或多個(gè)細(xì)旦尼爾絲材料層之間的常規(guī)的熔吹細(xì)絲層的并入，導(dǎo)致與常規(guī)的保護(hù)結(jié)構(gòu)相比表現(xiàn)出增強(qiáng)的阻隔性能的織物。
背景技術(shù)：
無紡織物被大量的應(yīng)用到織物的設(shè)計(jì)的品質(zhì)能夠被有利地運(yùn)用的應(yīng)用中。在纖維織物部件結(jié)構(gòu)中使用選擇性的熱塑性聚合物、對(duì)纖維部件選擇性的處理(在纖維形式或連續(xù)結(jié)構(gòu)時(shí))、以及選擇性使用不同的機(jī)械裝置將纖維部件結(jié)合成有用的織物，是調(diào)節(jié)和改變最終的無紡織物的性能的典型的變量。
包括例如汽車罩子、蓄電池隔板和過濾介質(zhì)等應(yīng)用的工業(yè)織物被用來保護(hù)物體或封閉環(huán)境免受有害環(huán)境的有害影響。暴露于潮濕環(huán)境、強(qiáng)紫外線能量和合成或天然碎屑將(例如)很快的危害汽車噴漆表面的實(shí)用和美學(xué)性能。包括連續(xù)細(xì)絲的阻隔織物更適宜用于保護(hù)性結(jié)構(gòu)。
在它們本身中以及它們制得的產(chǎn)品中，連續(xù)細(xì)絲織物是相對(duì)高孔隙度的，為了獲得所需的阻隔性能，通常需要附加的部件。典型地，通過使用很細(xì)細(xì)絲的阻隔“熔吹”層，阻隔性能已經(jīng)得到改進(jìn)，該細(xì)絲被高速氣流牽引并且破碎，并且被沉積成自身退火的物質(zhì)。典型地，此類熔吹層表現(xiàn)出很低的多孔性，從而提高了由紡粘和熔吹層形成的復(fù)合織物的阻隔性能。Brock等在美國專利No.4,041,203中公開了此類無紡結(jié)構(gòu)已經(jīng)被用做阻隔織物，其所公開的內(nèi)容在此引入作為參考。
本發(fā)明預(yù)期，一個(gè)或多個(gè)納旦尼爾細(xì)絲層的供應(yīng)顯著地改進(jìn)了復(fù)合工業(yè)織物(包括層合和復(fù)合結(jié)構(gòu))的總體阻隔性能，同時(shí)，任選地，降低了整體結(jié)構(gòu)的重量，并且其可以被用做各種性能改進(jìn)涂料和昂貴的或復(fù)雜處理的替換物。在生產(chǎn)復(fù)合無紡織物的過程中，納旦尼爾紡粘層也在各層間提供了更加均勻的界面，從而導(dǎo)致所制造的制品進(jìn)一步改進(jìn)的阻隔性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種包含一個(gè)或多個(gè)納旦尼爾連續(xù)細(xì)絲層以及至少一個(gè)結(jié)實(shí)耐用的基底層的工業(yè)無紡復(fù)合織物，其中，所述的無紡復(fù)合織物具有改進(jìn)的阻隔性能，該性能是根據(jù)靜壓水頭與阻隔層基重的比測量的。在本發(fā)明中形成了一個(gè)或多個(gè)結(jié)實(shí)耐用的基底層，每一層包括連續(xù)紡粘熱塑性細(xì)絲。優(yōu)選包括無限長度的納米纖維的阻隔層被施加到至少一個(gè)基底層上，其中納米纖維的平均纖維直徑在少于或等于1000納米的范圍內(nèi)，優(yōu)選少于或等于500納米。所述的基底單層或多層以及所述的納米纖維單層或多層、以及任選一個(gè)或多個(gè)第二阻隔材料被固結(jié)成單一的復(fù)合工業(yè)織物。
納旦尼爾連續(xù)細(xì)絲層的熱塑性聚合物選自于由聚烯烴、聚酰胺和聚酯所組成的組中，其中聚烯烴選自于由聚丙烯、聚乙烯以及它們的結(jié)合所組成的組中。本發(fā)明的范圍內(nèi)，納旦尼爾連續(xù)細(xì)絲阻隔單層或多層可以包括相同或不同的熱塑性聚合物。此外，阻隔單層或多層中的納旦尼爾細(xì)絲可以包括均相、雙組分和/或多組分剖面，和性能改進(jìn)添加劑以及它們的混合物。
結(jié)實(shí)耐用的基底層包括選自于合適介質(zhì)的材料，這樣的介質(zhì)的代表為但不限于連續(xù)細(xì)絲無紡織物、短纖維無紡織物、連續(xù)細(xì)絲或短纖維紡織物和薄膜?；讓拥某煞挚梢赃x自于合成和天然物質(zhì)以及它們的混合物。
在根據(jù)本發(fā)明形成的織物中，一個(gè)或多個(gè)納旦尼爾阻隔層的并入在阻隔功能上提供了實(shí)質(zhì)的改進(jìn)，容許為了滿足阻隔性能標(biāo)準(zhǔn)所需要的基底和/或阻隔層的總量降低。
本發(fā)明的另一方面涉及納旦尼爾阻隔層，在制造過程中，其為隨后施加的阻隔層或基底層提供更加均勻的支撐層，從而為最終的吸收制品部件的阻隔功能提供了改進(jìn)。
從納旦尼爾阻隔材料制備織物，尤其是當(dāng)輕基重(light basis weight)納旦尼爾阻隔層被涂到或“噴粉”到基底層上或與一種或多種常規(guī)阻隔層相結(jié)合的時(shí)候，可以提供改進(jìn)的阻隔性能。本發(fā)明允許生產(chǎn)具有改進(jìn)的阻隔性能的相同重量的織物或適合用做阻隔織物，尤其是室外織物，蓄電池隔板，和其它工業(yè)應(yīng)用的較輕質(zhì)量的織物。也預(yù)期將本發(fā)明的織物用做過濾部件。
根據(jù)下面的詳細(xì)描述、附圖
和所附的權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
具體實(shí)施例方式
雖然本發(fā)明容許有各種形式的實(shí)施方案，但在下文中將描述目前優(yōu)選的實(shí)施方案，應(yīng)該理解本發(fā)明所公開的應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是本發(fā)明的一個(gè)范例，而并不是打算將本發(fā)明限制到此處所公開的具體的實(shí)施方案。
本發(fā)明涉及無紡復(fù)合工業(yè)織物，該織物需要形成納旦尼爾連續(xù)細(xì)絲層以及至少一個(gè)結(jié)實(shí)耐用材料的基底層。為了使織物結(jié)構(gòu)獲得想要的阻隔性能與重量的比率，該納旦尼爾連續(xù)細(xì)絲優(yōu)選具有少于或等于1000納米的旦尼爾，更優(yōu)選具有少于或等于約500納米的旦尼爾。
合適的納旦尼爾連續(xù)細(xì)絲阻隔層可以通過直接紡制納旦尼爾細(xì)絲或通過形成在沉積到基底層以前被分成納旦尼爾細(xì)絲的多組分細(xì)絲而形成。在此引入作為參考的美國專利No.5,678,379和No.6,114,017例證了直接紡紗方法對(duì)于本發(fā)明是可行的。完整的分成納旦尼爾細(xì)絲的多組分細(xì)絲紡紗，可以根據(jù)在此引入作為參考的美國專利No.5,225,018和No.5,783,503中的教導(dǎo)進(jìn)行操作。
能夠形成結(jié)實(shí)耐用基底層的技術(shù)包括那些形成連續(xù)纖維無紡織物，短纖維無紡織物，連續(xù)纖維或短纖維紡織品(包括編織品)，和薄膜的技術(shù)。根據(jù)基底具有足以經(jīng)受制造和紡織過程的物理性能，基底被確認(rèn)為是結(jié)實(shí)和耐用的。組成該結(jié)實(shí)耐用的基底層的纖維和/或細(xì)絲選自于具有相同或混合纖維長度的天然或合成成分。合適的天然纖維包括，但不限于棉，木制紙漿和粘膠人造絲?？梢哉w或部分摻入的合成纖維包括熱塑性和熱固性聚合物。適合與熱塑性樹脂混合的熱塑性聚合物包括聚烯烴，聚酰胺和聚酯。熱塑性聚合物可以進(jìn)一步選自于均聚物，共聚物，軛合物和其它包含具有結(jié)合的熔融添加劑或表面活性劑的熱塑性聚合物的衍生物。
通常，連續(xù)細(xì)絲無紡織物的形成涉及粘紡工藝的操作。粘紡工藝涉及提供熔融聚合物，然后該熔融聚合物在壓力下通過被稱為噴絲板或模口的盤子上的大量噴絲孔而被擠出。所得到的連續(xù)的細(xì)絲被淬火并通過例如細(xì)縫牽引體系，衰減槍或?qū)Ыz輥的等多種方法中的任一種被牽引出。連續(xù)細(xì)絲在移動(dòng)的多孔表面，如鐵絲網(wǎng)傳送帶，上以散網(wǎng)被收集。當(dāng)在生產(chǎn)線上為了形成多層織物而使用多于一個(gè)噴絲頭的時(shí)候，后來的網(wǎng)是在前面形成的網(wǎng)的最上面被收集的。然后，該網(wǎng)被至少臨時(shí)固結(jié)，通常通過加熱和壓力處理，例如通過熱點(diǎn)粘接。使用此種方法，該網(wǎng)或網(wǎng)的各層通過兩個(gè)熱金屬輥，其中一個(gè)輥具有浮雕圖案以給予并且獲得想得到的點(diǎn)粘接度，通常整個(gè)表面積的10％至40％是粘接的。
用來形成無紡織物的短纖維開始是以大捆壓縮纖維的捆束形式出現(xiàn)的。為了給這些纖維減壓，并且使這些纖維適合于集成無紡織物，該大捆被批量加到大量纖維開松機(jī)，例如復(fù)滑車，然后被送到梳理機(jī)。通過使用正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)鋼絲梳，該梳理機(jī)進(jìn)一步釋放這些纖維，然后將纖維堆積成高的棉絮。然后，依據(jù)所得到的無紡織物想得到的最終張力特性，該高的短纖維棉絮任選經(jīng)過纖維再定向，例如通過空氣隨機(jī)化和/或交叉疊合。通過應(yīng)用合適的粘接方法，該纖維性棉絮被集成無紡織物，這些方法包括，但不局限于，使用粘合劑，通過砑光機(jī)或通過熱空氣箱熱粘接，以及水纏結(jié)。
常規(guī)紡織物的生產(chǎn)以復(fù)雜的多步驟過程而為人們所知。短纖維紗線的生產(chǎn)涉及梳理該纖維以為粗紡機(jī)提供進(jìn)料，粗紡機(jī)將捆束的纖維捻搓成粗紗。作為替換，連續(xù)細(xì)絲被形成稱為絲束的捆，然后，該絲束成為粗紗的一個(gè)成分。紡紗機(jī)將多粗紗混合成適合于編織布的紗線。編織紗線的第一個(gè)子集被轉(zhuǎn)移到經(jīng)紗橫梁，其轉(zhuǎn)而包含接下來將供到織布機(jī)的機(jī)器方向的紗線。編織紗線的第二子集提供緯紗或者布片橫向細(xì)絲的紗線。目前，商業(yè)上高速紡布機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度為每分鐘1000-1500緯，其中，每一緯是一單紗。該編織方法生產(chǎn)最終織物的生產(chǎn)速度是每分鐘60英寸到200英寸。
用熱塑性聚合物形成適合作為結(jié)實(shí)耐用基底層的限定厚度的薄膜是眾所周知的操作。熱塑性聚合物膜可以通過將一些熔融聚合物分散到具有想得到的最終產(chǎn)品的尺寸的模子上形成，其被稱為澆鑄膜，或者通過使熔融聚合物通過模口形成，其被稱為擠出膜。擠出熱塑性聚合物膜可以被冷卻然后卷成作為最終材料，或者直接被施加到第二基底材料上形成具有基底層和薄膜層性能的復(fù)合材料。合適的第二基底材料的例子包括其它薄膜，聚合物或金屬薄片原料，以及紡織織物或無紡織物。
利用了本發(fā)明合成物的擠出薄膜可以根據(jù)下面的典型的直接擠壓薄膜方法形成?；旌虾投拷o料倉供料到變速螺旋推進(jìn)機(jī)，混合和定量給料倉包括至少一個(gè)用于熱塑性聚合物碎片的料斗式裝載機(jī)，任選地，一個(gè)用于熱塑性承載樹脂中的顆粒狀添加劑。變速螺旋推進(jìn)機(jī)將預(yù)定量的聚合物碎片和添加劑粒子轉(zhuǎn)移到混合料斗。該混合料斗包括混合推動(dòng)器以進(jìn)一步均化該混合物。諸如所描述的基本的測定體積的體系是用來準(zhǔn)確地將添加劑混合到熱塑性聚合物中的最低要求。將聚合物碎片和添加劑粒子混合物供到多區(qū)擠出機(jī)。在從多區(qū)擠出機(jī)混合和擠出后，該聚合物混合物通過加熱的聚合物管道系統(tǒng)而被搬運(yùn)穿過過濾網(wǎng)更換器，其中使用了具有不同篩網(wǎng)眼的斷路器板以保留固體或半熔融聚合物碎片和其它肉眼可見的碎片。然后，該混合的聚合物被供到熔化泵，接著被送到結(jié)合段。結(jié)合段允許擠出多個(gè)薄膜層，如上面所描述，這些薄膜層具有相同的成分或來自于不同的體系。組合段與擠出模相連接，該擠出模位于高架的方位，從而熔融薄膜擠出物被沉積在位于咬送輥和澆鑄輥之間的鄂板上。
當(dāng)?shù)诙撞牧弦邮毡∧訑D出物的時(shí)候，第二基底材料源是被以輥的形式提供給張力控制開卷機(jī)的。第二基底材料被開卷并且在咬送輥上移動(dòng)。在咬送輥和澆鑄輥之間的咬合點(diǎn)，從擠出機(jī)頭擠出的熔融薄膜沉積擠出物在第二基底材料上，形成結(jié)實(shí)耐用的基底層。然后通過剝離輥，最新形成的基底層從澆鑄輥上移開并且被卷到一個(gè)新輥上。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，第二阻隔材料可以與納旦尼爾阻隔層結(jié)合。合適的第二阻隔材料可以選自于這樣的代表性材料，如熔吹物，微孔薄膜和單片薄膜。
與形成無紡織物層的紡粘法相關(guān)的方法是熔吹法。再一次，熔融聚合物在壓力下從噴絲頭或?？诘膰娍字袛D出。當(dāng)它們從?？谝龅臅r(shí)候，高速空氣撞擊并且進(jìn)入該細(xì)絲。該步驟的能量使得所形成的細(xì)絲的直徑大大降低并且使細(xì)絲斷裂，從而生產(chǎn)出限定長度的微纖維。這不同于細(xì)絲的連續(xù)性被保存下來的紡粘法。形成單層或多層織物的方法是連續(xù)的，也就是說，從擠出細(xì)絲形成第一層直到粘合網(wǎng)被卷成卷的工序是不間斷的。在美國專利No.4,041,203中對(duì)生產(chǎn)這些種類的織物的方法進(jìn)行了描述。熔吹過程，以及紡粘細(xì)絲或熔吹微纖維的橫截面并不是操作本發(fā)明的重要限制。
透氣性阻隔膜可以與由透氣性阻隔膜和納旦尼爾連續(xù)細(xì)絲的結(jié)合所給予的改進(jìn)的阻隔性能相結(jié)合。美國專利U.S.6,191,211所教導(dǎo)的單片薄膜和美國專利U.S.6,264,864所教導(dǎo)的微孔膜描繪了形成此類透氣性阻隔膜的機(jī)械裝置，這兩個(gè)專利在此都被引入作為參考。
相信通過提供隨后可在其上沉積第二阻隔層的納旦尼爾連續(xù)層，可以實(shí)現(xiàn)該織物的多個(gè)改進(jìn)。對(duì)于紡粘層的一定的基重，較細(xì)旦尼爾的織物將給出更大數(shù)量的細(xì)絲和每單位面積上更小的平均孔徑。較小的平均孔徑將導(dǎo)致第二阻隔層更加均勻的沉積到納旦尼爾阻隔層上。更加均勻的第二阻隔層還將使網(wǎng)上具有較少的弱點(diǎn)，在這些弱點(diǎn)上發(fā)生阻隔功能的失敗。納旦尼爾阻隔層也用來在結(jié)構(gòu)上支撐復(fù)合無紡材料中的第二阻隔層。納旦尼爾阻隔層提供了較小的平均孔徑并且為第二阻隔層提供了較大數(shù)量的支撐點(diǎn)，這就導(dǎo)致了沒有支撐的第二阻隔材料的較短的跨距。該機(jī)理體現(xiàn)了公知的概念，即平均跨距長度的減少導(dǎo)致改進(jìn)的結(jié)構(gòu)完整性。
體現(xiàn)了本發(fā)明原理的無紡復(fù)合織物的制造包括使用具有不同成分的纖維和/或細(xì)絲。不同的熱塑性聚合物可以與相同或不同性能改進(jìn)添加劑混合。此外，纖維和/或細(xì)絲可以與沒有經(jīng)過添加劑混合改性的纖維和/或細(xì)絲混合。
利用上面討論的基底和阻隔層生產(chǎn)技術(shù)，不同結(jié)構(gòu)的結(jié)合可以與納旦尼爾阻隔層結(jié)合來產(chǎn)出具有進(jìn)一步改進(jìn)的阻隔性能的復(fù)合無紡材料。許多最終用途的制品能夠受益于用本發(fā)明的納米纖維阻隔層摻雜或替換原有的阻隔層，這些最終用途的制品包括工業(yè)織物，例如室外保護(hù)織物，蓄電池阻隔板和工業(yè)過濾介質(zhì)。
包括例如汽車罩子，防水油布，帳篷和耐用運(yùn)動(dòng)衣服這樣的應(yīng)用的室外織物被用來保護(hù)物體免受重復(fù)和長時(shí)間的環(huán)境暴露所帶來的有害作用。暴露于潮濕環(huán)境，強(qiáng)紫外線能量和合成或天然碎屑將，例如，很快的危害汽車噴漆表面的實(shí)用和美學(xué)性能。
本發(fā)明允許生產(chǎn)具有改進(jìn)的阻隔性能的相同重量的織物或適合用作阻隔織物，尤其是適合于蓄電池應(yīng)用的較輕重量的織物。蓄電池隔板的基本功能是防止極板之間的物理接觸并且保留電解溶液。在缺電解液的蓄電池組電池中，隔板完全占據(jù)了極板間的空間，電解溶液被完全包含于蓄電池隔板中。從而，在這樣的電池中，蓄電池隔板起到電解溶液儲(chǔ)存器的作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用納旦尼爾紡粘材料形成織物，尤其是當(dāng)其與一種或多種阻隔熔吹層相結(jié)合的時(shí)候能夠提供改進(jìn)的阻隔性能。
為了限制將雜質(zhì)引入環(huán)境或循環(huán)回關(guān)聯(lián)的過程，也預(yù)期本發(fā)明能夠被應(yīng)用于流體，如氣體，的過濾，以使特定的雜質(zhì)從氣流中分離。本發(fā)明織物中的對(duì)于基重具有改進(jìn)的阻隔性能的納米纖維層的阻隔性能對(duì)捕獲這樣的顆粒狀雜質(zhì)有效。
根據(jù)前面所述，在不偏離本發(fā)明新穎性概念的真實(shí)精神和范圍下可以完成大量的改進(jìn)和修改。應(yīng)該理解，關(guān)于在此所公開的具體實(shí)施方案并是不打算也不應(yīng)該被推斷為是對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種室外復(fù)合織物，其包括納旦尼爾阻隔層和基底層，所述納旦尼爾阻隔層包含大量具有少于約1000納米旦尼爾的連續(xù)熱塑性細(xì)絲。
2.權(quán)利要求1的室外復(fù)合織物，其中所述的基底層選自于無紡織物、機(jī)織織物、薄膜和它們的混合物。
3.一種蓄電池隔板，其包括納旦尼爾阻隔層和基底層，所述納旦尼爾阻隔層包含大量具有少于約1000納米旦尼爾的連續(xù)熱塑性細(xì)絲。
4.權(quán)利要求3的蓄電池隔板，其中所述的基底層選自于無紡織物、機(jī)織織物、薄膜和它們的混合物。
5.一種復(fù)合過濾織物，其包括納旦尼爾阻隔層和基底層，所述納旦尼爾阻隔層包含大量具有少于約1000納米旦尼爾的連續(xù)熱塑性細(xì)絲。
6.權(quán)利要求5的復(fù)合過濾織物，其中所述的基底層選自于無紡織物、機(jī)織織物、薄膜和它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及工業(yè)無紡復(fù)合織物，其包含一個(gè)或多個(gè)納旦尼爾連續(xù)細(xì)絲層以及至少一個(gè)結(jié)實(shí)耐用的基底層，其中，所述的無紡復(fù)合織物具有改進(jìn)的阻隔性能，該阻隔性能是通過靜壓水頭與阻隔層基重比測量的。
文檔編號(hào)B32B27/12GK1705558SQ03825275
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者杰里·朱克, 尼克·馬克·卡特, 珍妮弗·梅霍恩 申請(qǐng)人:帕里莫集團(tuán)有限公司