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CN114729483B - 具有增加的cd强度的非织造纤维网 - Google Patents

具有增加的cd强度的非织造纤维网 Download PDF

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CN114729483B CN201980102279.5A CN201980102279A CN114729483B CN 114729483 B CN114729483 B CN 114729483B CN 201980102279 A CN201980102279 A CN 201980102279A CN 114729483 B CN114729483 B CN 114729483B
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Abstract

本发明公开一种非织造纤维网和用于制造所述非织造纤维网的方法。本发明的一个方面包括多个面向外的喷嘴，所述喷嘴相对于所述喷嘴所在的管道的轴线以各种角度定位。本发明的另一方面涉及在成形表面上收集纤维基质之前扰动所述纤维基质的至少一部分。扰动的纤维基质提供所述非织造纤维网的横向机器方向纤维强度的增加。

Description

具有增加的CD强度的非织造纤维网
背景技术
非织造织物的生产长期以来使用熔喷、共成形和其他技术来生产用于形成各种产品的纤维网。作为熔喷纤维基质和吸收材料(例如，纸浆纤维)的复合材料的共成形非织造纤维网已在多种应用中用作吸收层，包括吸收制品、吸收干擦拭物、湿擦拭物和拖把。大多数常规的共成形纤维网采用由聚丙烯均聚物形成的熔喷纤维。然而，此类共成形材料有时经历的一个问题是聚丙烯熔喷纤维不容易粘结到吸收材料。因此，为了确保所得的纤维网足够坚固，通常采用相对高百分比的熔喷纤维来增强在熔喷纤维的交叉点处的粘结度。不幸的是，使用如此高百分比的熔喷纤维可能对共成形纤维网的所得吸收性具有不利影响。常规的共形成纤维网有时经历的另一个问题涉及形成纹理化表面的能力。例如，可以通过使熔喷纤维与具有三维表面轮廓的有孔表面接触来形成纹理化表面。然而，对于常规的共成形纤维网，有时由于熔喷纤维不能与有孔表面的三维轮廓一致而难以实现所需的纹理。
因此，需要用于各种应用的改进的非织造纤维网。因此，本发明的目的是提供一种非织造纤维网，所述非织造纤维网包括增加非织造纤维网的CD强度的较高部分的横向机器方向(CD)纤维。
发明内容
一般来说，本发明涉及通过形成熔喷和共成形非织造纤维网来制造非织造纤维网的改进。更具体地，本发明涉及一种非织造纤维网，所述非织造纤维网包括位于机器方向(MD)的成形表面。另外，第一熔喷模头和第二熔喷模头以一定角度设置于成形表面上方，所述成形表面包括从第一熔喷模头挤出的第一气流和从第二熔喷模头挤出的第二气流。此外，纸浆喷嘴设置在成形表面上方并且垂直于成形表面。纸浆喷嘴包括在第一气流和第二气流之间的第三气流。将第一气流、第二气流和第三气流合并以形成纤维基质。用于制造非织造纤维网的设备还包括多个管道，所述多个管道位于成形表面上方并定向在与成形表面平行的平面中。多个管道具有多个喷嘴。多个喷嘴包括面向外的角度。第四气流与多个管道的一个或多个端部连接，并且通过在横向机器方向(CD)上向外面成角度的多个喷嘴排出。在第四气流通过多个喷嘴排出之后，在接触成形表面之前沿CD对纤维基质进行扰动。令人惊讶并且出乎意料的是，发现由上述设备形成的非织造纤维网有效地增加非织造纤维网的CD强度。
在本发明的另一个实施方案中，公开一种制造非织造纤维网的方法。该方法提供沿MD行进的成形表面。该方法还包括设置在成形表面上方并与成形表面成一定角度的第一熔喷模头和第二熔喷模头。该方法还包括分别从第一熔喷模头和第二熔喷模头挤出包含多根聚合物纤维的第一气流和第二气流。本方法还包括具有位于第一气流和第二气流之间的多根吸收纤维的第三气流。然后将第一气流、第二气流和第三气流合并成纤维基质。该方法还包括与成形表面相邻的第四气流。第四气流朝向CD行进。第四气流接触纤维基质并且扰动纤维基质纤维的至少一部分以产生扰动的纤维基质。然后将扰动的基质纤维收集到成形表面上以形成非织造纤维网。
在本发明的另一个实施方案中，公开了具有整体提高的CD/MD纤维强度的非织造纤维网。更具体地，非织造纤维网包含多根纤维，所述纤维具有至少约30％的非织造纤维，所述非织造纤维具有横向机器方向定向。非织造纤维网具有小于约2.0的MD/CD拉伸比。
附图说明
图1是示出用于制造本发明的非织造纤维网的方法的一个实施方案的示意图。
图2是图1中所示的方法的俯视图，描绘了根据本发明形成的纹理化非织造纤维网。
图3是示出来自两个成角度的喷嘴的横向机器方向气流的示意图，其中气流在相同方向上行进。
图4是示出来自两个成角度的喷嘴的横向机器方向气流的示意图，其中气流在不同方向上行进。
定义
当介绍本公开或其优选实施方案的元件时，冠词“一(a)”、“一(an)”和“所述”在本文使用时旨在表示存在所述元件中的一个或多个。
术语“包含”、“包括”和“具有”在本文使用时旨在为包含性的，并且意指可能存在所列元件之外的附加元件。
术语非织造纤维网”在本文使用时是指具有成夹层的但不是以可识别方式的(如在针织织物中)各纤维或线的结构的纤维网。合适的非织造织物或纤维网的实例包括但不限于熔喷纤维网、纺粘纤维网、粘合梳理纤维网、气流成网纤维网、共成形纤维网、水力缠结纤维网等。
术语“熔喷”在本文使用时是指通过这样的工艺形成的非织造纤维网，在该工艺中将熔融的热塑性材料通过多个细的、通常为圆形的模头毛细管作为熔融纤维挤出到会聚的高速气体(例如，空气)流中，空气流使熔融热塑性材料的纤维的直径减小，该直径可以为微纤维直径。此后，熔喷纤维由高速气流携载并且沉积在收集表面上以形成随机分散的熔喷纤维网。这样的工艺例如在授予Butin等人的美国专利号3,849,241中有所公开，所述专利全文以引用方式并入本文以用于所有目的。一般来讲，熔喷纤维可以是基本上连续的或不连续的、直径通常小于10微米并在沉积到收集表面上时通常发粘的微纤维。
术语“流体”在本文使用时意指任何液体或气体介质；然而，一般来说，优选流体是气体，并且更具体地说是空气。
术语“多个”在本文使用时是指一个或多个。
术语“扰动”在本文使用时意指相对于流体的稳定流等的微小至中等变化，例如高达稳定流的50％，并且不具有向一侧的不连续流。
术语“拉伸强度”在本文使用时是指材料承受纵向应力的能力的量度，表示为材料在不破裂的情况下可经受的最大应力。拉伸强度以克/单位力(gf)表示。
术语“MD/CD拉伸比”在本文使用时是指机器方向纤维拉伸强度除以横向机器方向拉伸强度。
术语树脂”在本文使用时是指可以液化以形成纤维或非织造纤维网的任何类型的液体或材料，包括但不限于聚合物、共聚物、热塑性树脂、蜡和乳液。
具体实施方式
本发明的实施方案允许使用技术将纤维抽拉伸成非织造纤维网，所述非织造纤维网在生产过程中很少或没有中断的情况下形成。该技术涉及扰动来自多个管道的气流，所述多个管道在成形表面上方并在与成形表面平行的平面中定向。因此，本发明的扰动可以在熔喷和共成形工艺中实施，但不限于这些工艺。
如前所述，令人惊讶地并且出乎意料地发现，本文形成的非织造纤维网有效地增加了非织造纤维网的横向机器方向(CD)拉伸强度。更具体地，非织造纤维网中CD拉伸强度的增加可以归因于在成形表面上成形之前纤维的再定向。如在表1中所公开的，本文用于测量CD峰值负载数值范围的拉伸强度在100立方英尺/分钟的流速下为约108psi。增加非织造纤维网中的CD拉伸强度的另一方面可归因于气流(或空气流)，所述气流穿过多个管道朝向面向外的喷嘴(或孔)行进以产生相对于喷嘴所在的管道的轴线以一定角度扰动的纤维基质。然后，将扰动的CD纤维基质收集在成形表面上，以形成具有增加的CD纤维强度的非织造纤维网。因此，本文公开的非织造纤维网倾向于表现出更大的CD强度(MD是相对于成形模具移动其上形成纤维网的基材的方向；CD垂直于MD)。另外，通过沿CD提供非织造纤维，沿CD和MD两者存在更多与非织造纤维的接触点，因此增强了整体非织造纤维网强度。此外，非织造纤维网包括纸浆纤维、CD纤维和MD纤维。纸浆纤维对整体纤维强度不起作用。因此，与在紧接收集步骤之前不扰动纤维基质而制备的基本上类似的纤维网相比，非织造纤维网具有大至少约10％的CD拉伸强度。
参考图1，示出了用于制造本发明的非织造纤维网的方法的一个实施方案。在此实施方案中，该设备包括分别可引入聚合物热塑性组合物的挤出机16或16’的粒料料斗12或12′。挤出机16和16’各自具有挤出螺杆(未示出)，其由常规驱动电机(未示出)驱动。当聚合物前进通过挤出机16和16’时，由于驱动电机使挤出螺杆旋转，组合物逐渐加热至熔融状态。加热可以以多个不连续步骤完成，其温度随着其分别朝向两个熔喷模头18和18’前进通过挤出机16和16’的不连续加热区而逐渐升高。熔喷模头18和18’可以是将热塑性树脂的温度维持在较高水平以供挤出的另一加热区。
当使用如上文所描述的两个或更多个熔喷模头时，应理解，由各个模头生产的纤维可以是不同类型的纤维。即，尺寸、形状或聚合物组合物中的一种或多种可以不同，并且此外纤维可以是单组分或多组分纤维。例如，较大纤维可以通过第一熔喷模头生产，诸如平均直径为约10微米或更大，在一些实施方案中为约15微米或更大，并且在一些实施方案中为约20微米至约50微米的那些，而较小纤维可以通过第二模头生产，诸如平均直径为约10微米或更小，在一些实施方案中为约7微米或更小，并且在一些实施方案中为约2微米至约6微米的那些。另外，可以期望每个模头挤出大约相同量的聚合物，使得由每个熔喷模头产生的共成形非织造纤维网材料的基重的相对百分比基本上相同。替代地，还可以期望相对基重生产偏斜，使得一个模头或另一个模头负责非织造纤维网的大部分基重。作为一个具体实例，对于基重为34克/平方米(gsm)的熔喷纤维非织造纤维网材料，可能期望第一熔喷模头生产熔喷纤维非织造纤维网材料的基重的约30％，而一个或多个后续熔喷模头生产熔融纤维非织造纤维网材料的基重的其余70％。一般来讲，优选共成形的非织造纤维网的整体基重为约20gsm至约350gsm，并且扰动的纤维基质(在CD上的纤维)的基重为约20gsm至约100gsm。
每个熔喷模头18和18’被构造成使得每个模具的两股细化气流会聚以形成单股气流，所述单股气流在熔融线19离开每个熔喷模头中的小孔或孔口24时夹带并细化所述熔融线。熔融线19形成为纤维，或者根据细化程度形成为具有小直径的微纤维，该小直径通常小于孔口24的直径。因此，每个熔喷模头18和18’具有对应的单股第一气流20和第二气流22。包含聚合物纤维的气流20和22被排列成在冲击区31处会聚。通常，熔喷模头18和18’相对于成形表面以一定角度布置，诸如授予Georger等人的美国专利第5，508，102号和第5.350，624号中所述。另外，每个模头18和18’以约30度至约75度、在一些实施方案中约35度至约60度和在一些实施方案中约45度至约55度的范围内的角度设定。模头18和18’可以相同或不同的角度定向。事实上，非织造纤维网的纹理实际上可通过将一个模具定向成不同于另一个模具的角度来增强。
再次参考图1，在冲击区31处添加吸收纤维32(例如，纸浆纤维)以及第一气流20和第二气流22。将吸收纤维32引入热塑性聚合物纤维30的两股流20和22中被设计成在热塑性聚合物纤维30的组合气流20和22内产生吸收纤维32的分级分布。这可以通过在热塑性聚合物纤维30的两股气流20和22之间合并含有吸收纤维32的第三气流34来实现，使得所有三股气流以受控方式会聚。因为它们在形成之后保持相对粘性和半熔融，所以热塑性聚合物纤维30可以在与吸收纤维32接触时与所述吸收纤维同时粘附和缠结以形成粘结的非织造纤维网。
为了实现纤维的合并，可以采用任何常规设备，诸如具有多个齿38的疏散辊36装置，所述多个齿适于将吸收纤维的垫或絮40分离成单个吸收纤维。当使用时，纤维32的片或垫40通过辊装置42馈送到疏散辊36。在疏散辊36的齿38已将纤维垫分离成单独的吸收纤维32之后，通过纸浆喷嘴44朝向热塑性聚合物纤维流输送单独的纤维。壳体46包围疏散辊36，并且在壳体46与疏散辊36的齿38的表面之间提供通道或间隙48。气体，例如空气，通过气体导管50被供应到疏散辊36的表面与壳体46之间的通道或间隙48。气体导管50可以在喷嘴44和间隙48的接合处52进入通道或间隙48。气体以足够的量供应，以用作通过纸浆喷嘴44输送吸收纤维32的介质。从导管50供应的气体也有助于从疏散辊36的齿38去除吸收纤维32。气体可以通过任何常规的装置诸如鼓风机(未示出)供应。可以考虑将添加剂和/或其他材料添加或夹带在气流中以处理吸收纤维。单独的吸收纤维32通常以大约吸收纤维32离开疏散辊36的齿38的速度输送通过纸浆喷嘴44。换句话说，吸收纤维32在离开疏散辊36的齿38并进入喷嘴44时，通常维持其在距其离开疏散辊36的齿38的点的量值和方向上的速度。此种装置更详细地论述于授予Anderson等人的美国专利第4，100,324号中。
如果需要，可以调节第三气流34的速度以实现不同特性的非织造纤维网。例如，当调节第三气流的速度使得其大于含有夹带的热塑性聚合物纤维30的每股气流20和22在冲击区31处接触时的速度时，吸收纤维32以梯度结构掺入非织造纤维网中。即，吸收纤维32在非织造纤维网的外表面之间的浓度高于在外表面处的浓度。另一方面，当第三气流34的速度小于第一气流20和第二气流22热塑性聚合物纤维30在冲击区31处接触时的速度时，吸收纤维32以基本均匀的方式掺入到非织造纤维网中。即，吸收纤维的浓度在整个非织造纤维网中基本相同。这是因为低速吸收剂纤维流被吸入到高速热塑性聚合物纤维流中以增强湍流混合，这导致吸收纤维的一致分布。
为了将热塑性聚合物纤维30和吸收纤维32的复合材料流56转化成非织造纤维网54，收集装置位于在复合材料流56的路径中。收集装置可以是由辊60驱动并如图1中箭头62所示旋转的成形表面58(例如，带、鼓、线、织物等)。热塑性聚合物纤维和吸收纤维的合并流作为纤维的粘结基质收集在成形表面58的表面上以形成非织造纤维网54。如果需要，可以采用真空箱(未示出)来帮助将近熔的熔喷纤维吸到成形表面58上。
图1还引入多个管道152。出于说明性目的，图1示出定位在成形表面58上方并定向在与成形表面58平行的平面中的两个管道152。可存在两个、三个、四个、五个、六个、八个、十个或甚至多达二十个管道，其可以形成多个管道152。多个管道152中的每个管道可以由任何类型的塑料、金属、钢或它们的组合构成。多个管道152位于成形表面上方并定向在与成形表面平行的平面中，以便扰动纤维基质56，使得非织造纤维网54中的纤维基质56的一部分重新定向，即改变MD/CD比。每个管道的长度取决于成形设备500的总宽度。每个管道可以具有相同的长度或不同的长度，但管道的长度应该与整个成形设备500的宽度一样长。此外，第四气流可以在一个或多个管道152的一端或两端处通过管(或软管)4附接或连接。第四气流4可以包括空气或氮气、氧气或其类似气体。
图1还描绘了面向外的孔的多个喷嘴240。每个喷嘴的厚度取决于每个管道的壁厚。此外，多个喷嘴240经由多个管道152与第四气流流体连通。换句话说，第四气流可以在多个管道152的一端或两端处通过管4进入一个或多个管道152。第四气流通过多个喷嘴240离开多个管道152。
多个喷嘴240可以位于距成形表面58的基部约1.0cm、2.0cm、2.5cm、5.0cm、7cm、9cm、12cm、14cm、15cm或20cm处。多个喷嘴240可以位于距成形表面58的基部相同或不同的高度处，即，一个喷嘴可以位于距成形表面58的基部2.5cm处，而另一个喷嘴可以位于距所述成形表面的基部15cm处。基部在本文中被定义为成形表面的顶部。多个喷嘴240中的每个喷嘴(或孔)沿着每个管道的圆周以可在约1cm、2cm、3cm或4cm范围内的间隔彼此分开。另外，每个喷嘴具有约0.5mm至约5.0mm的直径。更优选地，每个喷嘴的直径为约1mm至约3mm。此外，沿着管道的圆周，每个喷嘴间隔约十厘米。
图2示出用于制造图1所示的非织造纤维网的方法的俯视图。如图2中所公开，多个喷嘴240定向成与成形表面58成不同的角度，并定向成提供基本上沿成形表面58的CD到MD行进的第四气流4。更具体地，成形表面58具有位于上表面平面中的上表面，并且多个喷嘴240定向在与上表面平面平行的平面中。图2还示出了成形表面58上的沿CD 30的非织造纤维和沿MD 300的非织造纤维。
图3示出了沿CD的两个喷嘴240的透视图，其中气流以相对于喷嘴所在的管道的轴线成相反角度的方向从喷嘴流出。气流沿相同方向行进。图3进一步示出了在接触成形表面之前以及当两种非织造纤维都在成形表面58上以制备非织造纤维网54时，沿CD 30和MD300方向的非织造纤维。
图4示出了沿CD的两个喷嘴240的视图，其中气流以相对于喷嘴所在的管道的轴线成相同角度的方向从喷嘴流出。气流沿不同方向行进。图4进一步示出了在接触成形表面之前以及当两种非织造纤维都在成形表面58上以制备非织造纤维网54时，沿CD 30和MD 300方向的非织造纤维。
根据图3和图4，每个喷嘴可以以约15度至45度的角度定向，其中相对于喷嘴所在的管道的轴线成15度、30度或45度的角度是优选的。或者，每个喷嘴可以以约195度至约225的角度定向，其中相对于喷嘴所在的管道的轴线成195度、210度或225度的角度是优选的。或约315度至约345度，其中相对于喷嘴所在的管道的轴线成315度、330度或345度是优选的成形表面具有位于上表面平面中的上表面，并且喷嘴或多个喷嘴定向在与上表面平面平行的平面中。
此外，沿着每个管道的每个喷嘴可以处于与上文所公开的相同角度。例如，沿着管道的多个喷嘴240可以都成15度角。或者，多个喷嘴240可以都成30度或45度角。或者多个喷嘴240可以都成195度角。或者多个喷嘴240可以都相对于喷嘴所在的管道的轴线成210度或225度角。
或者，沿着每个管道的多个喷嘴240可以指向不同的角度方向。例如，一个或多个喷嘴可以相对于喷嘴所在的管道的轴线成45度角，并且一个或多个喷嘴可以相对于喷嘴所在的管道的轴线成315度角。或者，一个或多个喷嘴可以成30度角，并且一个或多个喷嘴可以成330度角。替代地，一个或多个喷嘴可以成15度角，并且一个或多个喷嘴可以成345度角。或者一个或多个喷嘴可以成45度角，并且一个或多个喷嘴可以成315度角。每个管道上的成角度的喷嘴允许非织造纤维在CD上收集在成形表面上。因此，图2示出了沿CD 30和MD300的非织造纤维。更具体地，图2示出了沿CD 30和MD 300的非织造纤维作为一种类似篮子编织的纤维连接。所得非织造纤维网是粘结的并且可以作为自支撑非织造纤维网从成形表面58移除。
应理解，本发明决不限于上述实施方案。在一个替代实施方案中，例如，可以采用第一熔喷模头和第二熔喷模头，其沿基本上横向于成形表面的移动方向的方向基本上延伸穿过成形表面。模头同样可以基本上竖直的方式布置，即垂直于成形表面。使得由此生产的熔喷纤维被直接吹到成形表面上。这种构造是在本领域中众所周知的，并且更详细描述于例如授予Dunbar等人的美国专利申请公开第2007/0049153号中。此外，尽管上述实施方案采用多个熔喷模头以生产不同尺寸的纤维，但也可以采用单个模头。这样的工艺的实例描述于例如授予Lassig等人的美国专利申请公开第2005/0136781号中，所述专利全文以引用方式并入本文以用于所有目的。
在本发明的一个方面，本文公开的非织造纤维可以是单组分或多组分。单组分纤维通常由从单台挤出机中挤出的一种聚合物或聚合物的共混物形成。多组分纤维通常由从单独的挤出机中挤出的两种或更多种聚合物形成(例如，双组分纤维)。聚合物可布置在纤维的整个横截面中的基本上恒定设置的不同的区中。组分可以按任何所需的构型布置，诸如皮芯型、并列型、夹层型、海中岛型、三岛型、牛眼型或本领域已知的各种其他布置形式。形成多组分纤维的各种方法描述于授予Taniguchi等人的美国专利第4,789,592号和授予Strack等人的美国专利第5,336,552号、授予Kaneko等人的美国专利第5,108,820号、授予Kruege等人的美国专利第4,795,668号、授予Pike等人的美国专利第5,382,400号、授予Strack等人的美国专利第5,336,552号和授予Marmon等人的美国专利第6,200,669号中，这些专利全文以引用方式并入本文以用于所有目的。也可以形成具有各种不规则形状的多组分纤维，诸如在授予Hogle等人的美国专利第5,277,976号、授予Hills的美国专利第5,162,074号、授予Hills的美国专利第5,466,410号、授予Largman等人的美国专利第5,069,970号和授予Largman等人的美国专利第5,057,368号中所述，这些专利全文以引用方式并入本文以用于所有目的。
在本发明的另一方面，通常可以通过纸浆喷嘴44使用任何吸收材料，例如吸收纤维、颗粒等。吸收材料包括通过各种制浆工艺形成的纤维，诸如牛皮纸浆、亚硫酸盐纸浆、热机械纸浆等。纸浆纤维可包括基于长度加权平均数具有大于1mm并且具体地约2至5mm的平均纤维长度的软木纤维。此类软木纤维可包括但不限于北方软木、南方软木、红杉、红刺柏、铁杉、松树(例如，南方松)、云杉(例如，黑云杉)、它们的组合等等。适用于本发明的示例性的可商购获得的纸浆纤维包括可购自从Federal Way，Wash的Weyerhaeuser Co.的那些。还可以使用名称为“Weyco CF-405”的硬木纤维，诸如桉树、枫树、桦树、白杨等。在某些情况下，桉树纤维对于增加纤维网的柔软度可能是特别理想的。桉树纤维也可以增强亮度、增加不透明度并改变纤维网的孔结构以增强其芯吸能力。此外，如果需要，可以使用由再生材料获得的二次纤维，诸如来自例如新闻纸、回收的纸板以及办公废纸来源的纤维纸浆。此外，其他天然纤维也可以用于本发明中，诸如马尼拉麻、印度草、乳草丝、凤梨叶等等。此外，在一些情况下，也可利用合成纤维。
除纸浆纤维之外或与纸浆纤维结合，吸收材料还可包括呈纤维、颗粒、凝胶等形式的超吸收剂。一般而言，超吸收剂是在含有0.9重量％的氯化钠的水溶液中能够吸收其重量的至少约20倍，并且在一些情况下能够吸收其重量的至少约30倍的水可溶胀材料。超吸收剂可以由天然的、合成的和改性的天然聚合物和材料形成。本文使用的实例可包括用作丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸酯(MA)和少量丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯单体的交联三元共聚物的超吸收颗粒。替代地，可用于本文中的合成的超吸收聚合物的实例包括聚(丙烯酸)和聚(甲基丙烯酸)的碱金属盐和铵盐、聚(丙烯酰胺)、聚(乙烯基醚)、马来酸酐与乙烯基醚和α-烯烃的共聚物、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基吗啉酮)、聚(乙烯醇)以及它们的混合物和共聚物。此外，超吸收剂包括天然聚合物和改性的天然聚合物，诸如经水解的丙烯腈接枝的淀粉、丙烯酸接枝的淀粉、甲基纤维素、脱乙酰壳多糖、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素和天然胶，诸如藻胶、黄原胶、刺槐豆胶等等。天然和完全或部分合成的超吸收聚合物的混合物也可用于本发明。特别适合的超吸收聚合物是HYSORB 8800AD(Charlotte，N.C.的BASF)和FAVOR SXM9300(购自Greensboro，N.C.的Degussa Superabsorber)。
在本发明的另一个方面，本发明的非织造纤维网通常通过这样的方法制备，在该方法中将至少一个熔喷模头(例如，两个)布置在斜槽附近，通过该斜槽在形成纤维网的同时添加吸收材料。此类技术的一些实例公开于授予Anderson等人的美国专利第4,100,324号、授予Georger等人的美国专利第5,350,624号；和授予Georger等人的美国专利第5,508,102号以及授予Keck等人的美国专利申请公开第2003/0200991号和授予Dunbar等人的美国专利申请公开第2007/0049153号中，所有这些专利全部以全文引用的方式并入本文用于所有目的。
另外，在某些情况下可能期望形成纹理化的非织造纤维网。再次参考图1，例如，本发明的一个实施方案采用本质上有孔的成形表面58，使得纤维可以被牵引穿过表面的开口并且形成从材料的表面凸出的立体布状簇，这些簇对应于成形表面58中的开口。有孔表面可以由任何材料提供，该材料为某些纤维的穿透提供足够的开口，诸如高渗透性成形表面。表面织造几何形状和加工条件可用于改变材料的纹理或簇。特定选择将取决于所需的峰大小、形状、深度、表面簇“密度”(即，每个单位面积的峰或簇的数量)等。在一个方面，例如，表面可具有约35％和约65％，在一些实施方案中约40％至约60％，并且在一些实施方案中约45％至约55％的开口面积。一个示例性的高开口面积成形表面是由Albany，N.Y.的AlbanyInternational Co.制造的成形表面FORMTECHTM 6。此类表面具有每平方英寸约六股×六股(每平方厘米约2.4×2.4股)的“目数”，即导致每平方英寸约36个孔或“洞”(每平方厘米约5.6个)，并因此能够在每平方英寸材料中形成约36个簇或峰(每平方厘米约5.6个峰)。FORMTECHTM 6表面还具有约1毫米聚酯的经纱直径、约1.07毫米聚酯的纬纱直径、约41.8m3/min(1475ft3/min)的标称透气性、约0.2厘米(0.08英寸)的标称厚度和约51％的开口面积。可购自Albany International Co.的另一种示例性成形表面是成形表面FORMTECHTM 10，其具有每平方英寸约10股×10股(每平方厘米约4股×4股)的目数，即产生每平方英寸约100个孔或“洞”(每平方厘米约15.5个)，并且因此能够在材料中形成每平方英寸约100个簇或峰(每平方厘米约15.5个峰)。又一合适的成形表面是FORMTECHTM 8，其具有47％的开口面积，并且也可购自Albany International。当然，可以采用其他成形线和表面(例如，鼓、板等)。此外，表面变化可包括但不限于交替的织造图案、交替的股线尺寸、剥离涂料(例如，有机硅、含氟化合物等)、静电消散处理等。在授予Dunbar等人的美国专利申请公开第2007/0049153号中描述了可以采用的其他合适的有孔表面。
此外，非织造纤维网可用于各种制品中。例如，该纤维网可以并入能够吸收水或其他流体的“吸收制品”中。一些吸收制品的实例包括但不限于个人护理吸收制品，诸如尿布、裤型尿布、展开型尿布、训练裤、吸收内裤、失禁用制品、女性卫生产品(例如，卫生巾)、泳装、婴儿湿巾、手套式擦拭布(mitt wipe)等等；医疗用吸收制品，诸如衣物、开窗术材料、垫料、床垫、绷带、吸收盖布和医用擦拭布；食品服务纸巾；衣服制品；口袋等等。形成这样的制品的材料和工艺是本领域技术人员熟知的。
测试方法：
拉伸强度：
根据STM-00254测量拉伸强度。测试方法用于测试在25.4mm宽的湿或干擦拭材料条上的峰值负载拉伸。
纤维定向：
纤维定向是影响最终复合材料的机械特性的关键参数。选择合适的纤维结构主要取决于负载条件，无论是单轴、双轴、剪切还是冲击应力状态。纤维定向影响纤维填充部件的结构行为。添加纤维时，峰值负载受到纤维定向和负载方向的影响。这在根据如表1所示的STM-00254的拉伸强度测试中示出。
热特性：
根据ASTM D-3417，通过差示扫描量热法(DSC)测定熔融温度、结晶温度和半结晶时间。差示扫描量热仪是DSC Q100差示扫描量热仪，其配备有液氮冷却附件和UNIVERSALANALYSIS 2000(4.6.6版)分析软件程序，二者均可以得自New Castle，Del的T.A.Instruments Inc.。为了避免直接操作样品，使用镊子或其他工具。将样品放入铝盘并在分析天平上称重至0.01毫克的精确度。在材料样品上方，轧盖至所述盘上。通常，将树脂粒料直接放置在称重盘中，并且切割纤维以适应置于称重盘上并且被盖覆盖。
如在差示扫描量热仪的操作手册中所述，差示扫描量热仪使用铟金属标准品来校准，并且执行基线校正。将材料样品放入差示扫描量热仪的测试室中来测试，并且使用空盘作为参比物。所有测试均在测试室上以每分钟55立方厘米的氮气(工业级)吹扫下运行。对于树脂粒料样品而言，加热和冷却程序是2个循环的测试，该测试首先是平衡所述室至-25摄氏度，随后是以每分钟10摄氏度的加热速率加热至200摄氏度的温度的第一加热段，然后将样品在200摄氏度下平衡3分钟，随后是以每分钟10摄氏度的冷却速率冷却到-25摄氏度的温度的第一冷却段，随后将样品在-25摄氏度下平衡3分钟，并且然后是以每分钟10摄氏度的加热速率加热至200摄氏度的温度的第二加热段。所有测试均在测试室上以每分钟55立方厘米的氮气(工业级)吹扫下运行。然后使用UNIVERSAL ANALYSIS 2000分析软件程序来评估结果，其鉴定并定量熔融和结晶温度。
通过将样品在200摄氏度下熔化5分钟，在DSC中尽可能快地将样品从熔体中淬灭至预设温度，将样品维持在该温度下，并且使样品等温结晶来单独确定半结晶时间。在两个不同的温度(即，125摄氏度和130摄氏度)下进行测试。对于每组测试，在样品结晶时，测量作为时间函数的热产生。测量峰下的面积，并且将峰划分为两个相等面积的时间定义为半结晶时间。换句话说，测量峰下的面积并且沿着时间尺度分成两个相等面积。对应于达到峰面积的一半的时间的实耗时间被定义为半结晶时间。时间越短，在给定结晶温度下的结晶速率越快。
表格/实施例
以下表格和实施例仅出于说明喷嘴角度如何影响在CD上的纤维基质峰值负载的目的而提供，并且不应被解释为限制如权利要求书中所阐述的本发明的范围。
表1.
表1示出了当空气在100立方英尺/分钟和108psi的压力下被引入多个管道时的横向机器方向(CD)峰值负载范围。在一个测试中，喷嘴相对于喷嘴所在的管道的轴线以15度、30度和45度角定位。在另一个单独测试中，喷嘴相对于喷嘴所在的管道的轴线以15度、30度和45度角以及345度、330度和315度角定位。
如表1中所示，30度角喷嘴和330度角喷嘴的CD峰值负载呈现最佳峰值负载，并且因此呈现管道上最优选的喷嘴角度方向。
实施例-
基重的影响：聚乳酸(PLA)聚合物
聚合物通量：0.5GHM
熔融温度470F
扰动的纤维基质的基重：80gsm
从成形表面到管道喷嘴的高度：5cm
加工条件：
模具尖端几何形状：凹陷的
模具宽度＝20″
间隙＝0.070″
主气流：加热(加热器中的470F)
100cfm
辅助气流：未加热(环境空气温度)
管道入口压力＝108psi
测试结果
上述构造和结果提供了典型熔喷生产运行与连续空气流入多个管道的基线比较。当使用PLA聚合物与两个管道上的多个喷嘴组合时，扰动的纤维基质的基重达到80gsm，这两个管道相对于喷嘴所在的管道的轴线成30度和210度角。
第一实施方案：在第一实施方案中，本发明提供一种用于制造非织造纤维网的方法，所述方法包括：
a.提供沿机器方向行进并位于成形表面平面中的成形表面；
b.提供设置在所述成形表面上方并与所述成形表面成一定角度的第一熔喷模头和第二熔融模头；
c.从所述第一熔喷模头挤出包含多根聚合物纤维的第一气流；
d.从所述第二熔喷模头挤出包含多根聚合物纤维的第二气流；
e.提供设置在所述成形表面上方并垂直于所述成形表面的纸浆喷嘴；
f.通过定位于所述第一气流与所述第二气流之间的所述纸浆喷嘴提供第三气流；
g.将所述第一气流、所述第二气流和所述第三气流合并成纤维基质；
h.提供多个喷嘴，所述多个喷嘴邻近所述成形表面并定向成提供相对于所述机器方向成一定角度行进的第四气流；
i.通过所述多个喷嘴提供所述第四气流，其中所述第四气流接触所述纤维基质并扰动纤维基质纤维的至少一部分以产生扰动的纤维基质；以及
j.在所述成形表面上收集所述扰动的纤维基质以形成非织造纤维网。
根据前述实施方案所述的方法，其中所述多个喷嘴包括围绕管道的圆周径向设置的多个孔。
根据前述实施方案所述的方法，其中所述第四气流是空气。
根据前述实施方案所述的方法，其中与在紧接收集步骤之前不扰动所述纤维基质而制备的基本上类似的纤维网相比，所述非织造纤维网的CD拉伸强度大至少约10％。
根据前述实施方案所述的方法，其中所述成形表面具有位于上表面平面中的上表面，并且所述多个喷嘴定向在与所述上表面平面平行的平面中。
根据前述实施方案所述的方法，其中所述扰动的纤维基质具有108磅/平方英寸的压力。
根据前述实施方案所述的方法，其中所述扰动的纤维基质产生100立方英尺/分钟的流动速率。
根据前述实施方案所述的方法，其中所述多个喷嘴相对于所述喷嘴所在的所述管道的轴线以约15度至约225度的角度定向。
根据前述实施方案所述的方法，其中一个或多个喷嘴在彼此不同的方向上定向。
根据前述实施方案所述的方法，其中相对于所述喷嘴所在的所述管道的轴线，一个或多个喷嘴以约15度至约45度的角度定向并且一个或多个喷嘴以约315度至约345度的角度定向。
根据前述实施方案所述的方法，其中每个喷嘴沿每个管道的圆周相隔约十厘米。
根据前述实施方案所述的方法，其中所述多个喷嘴位于距所述成形表面的基部约2.5厘米至约15厘米处。
根据前述实施方案所述的方法，其中每个喷嘴沿每个管道的圆周以约1厘米至约4厘米的间隔间隔开。
根据前述实施方案所述的方法，其中每个喷嘴具有约0.5毫米至约5毫米的直径。
根据前述实施方案所述的方法，其中所述扰动的纤维基质具有约20克/平方米至约100克/平方米的基重。
第二实施方案：在第二实施方案中，本发明提供一种非织造纤维网，所述非织造纤维网包含多根纤维，其中至少约30％的非织造纤维具有横向机器方向定向，并且所述非织造纤维网具有小于约2.0的MD/CD拉伸比。
根据前述实施方案所述的非织造纤维网，其中约30％至约50％的所述纤维具有横向机器方向定向。
根据第二实施方案所述的非织造纤维网，其中所述多根非织造纤维包括选自由以下组成的组的纤维：用作丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸酯(MA)和少量丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯单体的交联三聚物的超吸收颗粒、合成超吸收聚合物、天然和改性天然聚合物、天然和完全或部分合成的超吸收聚合物的混合物以及它们的混合物和共聚物。
根据第二实施方案所述的非织造纤维网，其中所述多根纤维具有介于约1至约2范围内的MD/CD拉伸比。
根据第二实施方案所述的非织造纤维网，其中所述非织造纤维网用于吸收制品中。

Claims (19)

1.一种制造非织造纤维网的方法，其中所述方法包括：
a. 提供沿机器方向行进并位于成形表面平面中的成形表面；
b. 提供设置在所述成形表面上方并与所述成形表面成一定角度的第一熔喷模头和第二熔喷模头；
c. 从所述第一熔喷模头挤出包含多根聚合物纤维的第一气流；
d. 从所述第二熔喷模头挤出包含多根聚合物纤维的第二气流；
e. 提供设置在所述成形表面上方并垂直于所述成形表面的纸浆喷嘴；
f. 通过定位于所述第一气流与所述第二气流之间的所述纸浆喷嘴提供第三气流；
g. 将所述第一气流、所述第二气流和所述第三气流合并成纤维基质；
h. 提供多个喷嘴，所述多个喷嘴邻近所述成形表面并定向成提供朝向横向机器方向行进的第四气流；
i. 通过所述多个喷嘴提供所述第四气流，其中所述第四气流接触所述纤维基质并扰动纤维基质纤维的至少一部分以产生扰动的纤维基质；以及
j. 在所述成形表面上收集所述扰动的纤维基质以形成非织造纤维网。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个喷嘴包括围绕管道的圆周径向设置的多个孔。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第四气流是空气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中与在紧接收集步骤之前不扰动所述纤维基质而制备的基本上类似的纤维网相比，所述非织造纤维网的CD拉伸强度大至少10%。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述成形表面具有位于上表面平面中的上表面，并且所述多个喷嘴定向在与所述上表面平面平行的平面中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述扰动的纤维基质具有108磅/平方英寸的压力。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述扰动的纤维基质产生100立方英尺/分钟的流动速率。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个喷嘴相对于所述喷嘴所在的所述管道的轴线以15度至225度的角度定向。
9.根据权利要求1所述的方法，其中一个或多个喷嘴定向在彼此不同的方向上。
10.根据权利要求2所述的方法，其中相对于所述喷嘴所在的所述管道的轴线，一个或多个喷嘴以15度至45度的角度定向并且一个或多个喷嘴以315度至345度的角度定向。
11.根据权利要求2所述的方法，其中每个喷嘴沿每个管道的圆周相隔十厘米。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个喷嘴位于距所述成形表面的基部2.5厘米至15厘米处。
13.根据权利要求2所述的方法，其中每个喷嘴沿每个管道的圆周以1厘米至4厘米的间隔间隔开。
14.根据权利要求1所述的方法，其中每个喷嘴具有0.5毫米至5毫米的直径。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述扰动的纤维基质具有20克/平方米至100克/平方米的基重。
16.根据权利要求1所述的方法，其中至少30%的非织造纤维具有横向机器方向定向，并且所述非织造纤维网具有小于2.0的MD/CD拉伸比。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述非织造纤维网中的30%至50%的所述纤维具有横向机器方向定向。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述非织造纤维网具有介于1至2范围内的MD/CD拉伸比。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述非织造纤维网用于吸收制品中。
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