專利名稱：包含回用合成纖維材料的水刺纏結非織造物的制作方法
技術領域：
本發明涉及含回用纖維的水刺纏結非織造織物，以及非織造復合織物的制造方法。
背景技術：
盡管公知漿粕纖維非織造布具有吸收性，但是，對于某些應用例如重負荷擦拭物來說，完全由漿粕纖維制造的非織造布，由于其強度和耐磨性不足，可能不夠理想。
已經將漿粕纖維與短纖長度的纖維組合并進行水刺纏結。然而，加入短纖增加了費用。此外，含短纖的懸浮物更難于用常規造紙或濕法成網技術加工。一項公知的組合這些材料的技術是水刺纏結法。例如，授予Suskind的美國專利4808467中公開了由木漿與紡織纖維的混合物與連續長絲基網纏結而制造的高強度非織造織物。
在授予Shambelan的加拿大專利841398中公開了漿粕纖維與紡織和/或非織造的布的疊層制品。按照該專利，可使用高壓噴射水流將未處理的紙層與基網，例如，連續長絲基網纏結。
已經提出，可將粘著的纖維網機械斷裂成更小的碎片例如纖維束、線和/或單獨纖維，然后這些碎片通過水刺纏結成網。通常將干燥材料機械撕破并開松而完成此加工。
例如，國際申請PCT/SE95/00938稱，已知機械開松干非織造和紡織廢料，而且可以使用干燥的含合成和天然纖維的混合廢料。按照PCT/SE95/00938，開松和撕碎技術的一個重要特征是，撕碎或開松操作常常不完全，以致于回用纖維部分地以原來織物的離散小塊形式出現，其特征可為“絮片”或纖維束。這些絮片被描述為，其所帶來的非均勻性使含這些絮片的網呈現更多的類似紡織品的外觀特性。
上述的絮片和織物碎塊在隨后的作業中難于加工，這些作業舉例來說是，濕成網加工、氣成網加工、水刺纏結加工或其它成網加工。這些非均勻物的存在會降低回用纖維的價值，并降低回用纖維所成網或織物的外觀等級、強度、均勻性和其它需要的性能等級。采用篩分或其它技術消除非均勻物會降低纖維的回用效率。采用附加的干式機械切斷、開松、撕裂、扯松或揀選作業將纖維束或絮片縮短為長度小于5mm的纖維或纖維狀材料可能是不切實際的。而且，附加的機械功可將如此多的能量轉化為熱的形式，致使干燥材料熔融成不可用的團塊，并會減少或消除回用該材料最初體現出的任何環境或經濟上的優勢。
發明內容
本發明致力于滿足以上討論的需要，提供一種水刺纏結非織造織物，其包含具有至少一種線元素的回用合成纖維及纖維狀材料，該線元素由合成材料組成，并具有由線元素水力破碎所產生的至少一種不規則變形，該水力破碎是為了在粘著纖維材料懸浮于液體中時，從該粘著纖維材料上分離該線元素。
所述的線元素可具有約1毫米到約15毫米范圍的一個長度范圍。例如，線元素可具有約1.5-約10毫米的長度。在另一個實例中，該線元素可具有約2-約5毫米的長度。線元素的直徑小于100微米。例如，線元素可具有小于約30微米的直徑，且在一個優選實施例中，其可具有約10微米到約20微米的纖維直徑。
按照本發明的一個方面，不規則變形可以是如下形式，線元素中的彎曲、線元素的扁平片段、線元素的膨脹片段以及它們的組合。此外，利用再循環，在纏結工藝中，彎曲和/或捻轉為纖維網提供了更有效的互鎖。
一般而言，與為了從粘著的纖維材料中分離線元素而進行的線元素水力破碎前的粘著纖維材料中的線元素相比，不規則變形使回用材料的線元素具有更大的表面積。例如，回用的線元素其表面積至少大了約5％。
在本發明的實施方案中，回用的合成纖維及纖維狀材料可以是選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴、玻璃纖維及其組合的合成材料。在本發明的實施方案中，回用的合成纖維及纖維狀材料可以是合成熱塑性材料。例如，該合成熱塑性材料可以是一種聚烯烴，例如聚丙烯、聚乙烯及其組合物。該合成熱塑性材料可以是多組分纖維、長絲、股線等形式，而且可包括具有不同橫截面形狀、凸角或其它構型的纖維和/或長絲。
水刺纏結的非織造織物可進一步包括非回用的天然纖維材料、非回用的正常合成材料、回用的天然纖維材料、微粒材料及其組合。例如，水刺纏結的非織造織物可進一步包括漿粕纖維。在本發明的一個實施方案中，水刺纏結的非織造織物可含約1-約85重量％的回用合成纖維及纖維狀材料和約15-約99重量％的漿粕。
該漿粕纖維可為木本和/或非木本的植物纖維漿。該漿粕可以是不同類型和/或不同品質漿粕纖維的混合物。
本發明還試圖用少量的例如粘合劑、表面活性劑、交聯劑、剝離劑、阻燃劑、水合劑、顏料和/或染料等材料處理該水刺纏結的非織造織物。替換地和/或附加地，本發明試圖向該非織造織物添加例如活性炭、粘土、淀粉和超吸收劑的顆粒。在一個實施方案中，水刺纏結的非織造織物可進一步包括高達約3％的剝離劑。
該水刺纏結非織造織物可用作重負荷擦拭物。在一個實施方案中，該非織造織物可以是單層或多層擦拭物，具有約20到約200克每平方米(gsm)的基重。例如，該擦拭物可具有約25-約150gsm或更具體地約30-約110gsm的基重。該擦拭物有利地具有大于約450％的水容量、大于約250％的油容量、大于約2.0cm/15秒的水芯吸速率(縱向)，以及大于約0.5cm/15秒的油芯吸速率(縱向)。
本發明還包括水刺纏結非織造織物的一種制造方法，該方法包括步驟(a)提供具有至少一種線元素的回用合成纖維和纖維狀材料的層，該線元素由合成材料組成，并具有由線元素水力破碎所產生的至少一種不規則變形，該水力破碎是為了在粘著纖維材料懸浮于液體中時，從該粘著纖維材料上分離該線元素；(b)水刺纏結該層以形成非織造網；和(c)干燥該網。
按照本發明，提供回用合成纖維及纖維狀材料層的步驟可包括，在水刺纏結織物上通過干成形或濕成網技術沉積一層回用纖維層。
在本發明的一個實施方案中，提供回用合成纖維及纖維狀材料層的步驟可包括，在水刺纏結織物上通過濕成形技術沉積一層回用纖維及漿粕纖維組成的層。
可用常規的水刺纏結技術實現水刺纏結。
可采用非壓縮干燥工藝干燥該水刺纏結的非織造復合織物。已經發現，空氣穿透性干燥工藝特別適用。也可以采用包括紅外照射、揚克式烘缸(yankee dryer)、蒸汽發生器、真空脫水機、微波和超聲能的其它干燥工藝。
定義在本發明中用到時，術語“縱向”是指，成形表面的行進方向，所述的成形表面即，在形成非織造網期間，纖維沉積之處。
在本發明中用到時，術語“橫向”是指垂直于上述縱向的方向。
在本發明中用到時，術語“漿粕”是指，天然來源的纖維，例如木本和非木本植物。木本植物包括例如落葉樹和針葉樹。非木本植物包括例如棉、亞麻、蘆葦草、馬利筋屬植物、稻草、黃麻、大麻和甘蔗渣。
在本發明中用到時，術語“平均纖維長度”是指，經采用顯微測量技術測定的纖維、纖維束和/或纖維狀材料的平均長度。將至少20根隨機選擇纖維的一個樣品從纖維的懸浮液中分離出來。制備用于將纖維懸浮在水中的顯微鏡的載玻片，將該纖維裝在載玻片上。著色性染料加在懸浮的纖維上，使含纖維素的纖維著色，這樣它們可與合成纖維區別或分開。將該載玻片置于S19642/S19643系列Fisher Stereomaster II顯微鏡下。以20倍的線性放大率，使用0-20毫英寸刻度測量該樣品中的20根纖維，并計算其平均長度、最小和最大長度以及偏差或變異系數。在某些情況下，纖維平均長度將按纖維(例如，纖維、纖維束、纖維狀材料)的加權平均長度計算，其測定由例如，Kajaani纖維分析儀FS-200型的設備完成，該設備可從芬蘭Kajaani的Kajaani Oy Electronics獲得。按照標準測試程序，用浸漬液處理樣品，以便確保其中無纖維束和纖維碎片。將每個樣品解離到熱水中并稀釋成約0.001％的懸浮液。當使用標準Kajaani纖維分析測試程序測試時，從該稀釋懸浮液取約50-100ml的份作為各個單個測試樣品。加權平均纖維長度可為一種算術平均的、長度加權平均的或重量加權平均的長度，而且可用下式表達k(xi*ni)/nxi＝0其中，k＝最大纖維長度xi＝纖維長度ni＝長度為xi的纖維根數n＝已測量的纖維的總數。
用Kajaani纖維分析儀測得的平均纖維長度數據的一個特征是它在不同類型的纖維之間沒有區別。因此，平均長度代表基于樣品中所有可能存在的不同類型纖維的長度的一個平均值。
在本發明中用到時，術語“紡粘長絲”是指小直徑的連續長絲，其通過將熔融熱塑性材料由許多細小的、通常呈圓形的、具有擠出長絲直徑的噴絲板毛細管擠出成為長絲，然后，通過例如引出或機械牽伸和/或其它公知紡粘機制，使其快速變細。在例如，授予Appel等人的美國專利4340563和授予Dorschner等人的美國專利3692618中舉例說明了紡粘非織造網的生產。這些專利所公開的內容經引用并入本發明。
在本發明中用到時，術語“熔噴纖維”是指，經許多細小的、通常圓形的沖模毛細管將熔融熱塑性材料以熔融線或長絲擠出到高速氣體(例如，空氣)流中而形成的纖維，該氣流將熔融熱塑性材料的長絲變細，從而縮小它們的直徑，該直徑可為微纖維類的直徑。此后，用高速氣流輸送這些熔噴纖維，并將它們沉積在收集表面上，形成隨機分布的熔融纖維的網。在例如授予Butin的美國專利3849241中公開了這種工藝，該專利所公開的內容經引用并入本發明。
在本發明中用到時，術語“微纖維”是指，平均直徑不大于約100微米的小直徑纖維；例如直徑為約0.5微米-約50微米，更優選微纖維可具有約1微米到約40微米的平均直徑。
當在本發明中使用時，術語“熱塑性材料”是指一種聚合物，其受熱時會軟化，而當冷卻到室溫時，其通常回到未軟化的狀態。呈現這種行為的天然物質是天然橡膠和許多石蠟。其它示例性熱塑性材料非限定地包括聚氯乙烯、某些聚酯、聚酰胺、多氟烴、聚烯烴、某些聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、己內酰胺、乙烯與至少一種乙烯單體的共聚物(例如，聚(乙烯乙酸乙烯酯))、乙烯與正丁基丙烯酸酯的共聚物(例如，乙烯丙烯酸正丁酯)、聚乳酸、熱塑性彈性體和丙烯酸樹脂。
當在本發明中使用時，術語“非熱塑性材料”是指未落入上述“熱塑性材料”定義的任何材料。
圖1為形成示例性水刺纏結非織造網所用類型的示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
圖2為示例性新的合成短纖維細節的顯微照片。
圖3為形成示例性水刺纏結非織造網所用類型的示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
圖4為形成示例性水刺纏結非織造網所用類型的示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
圖5為形成示例性水刺纏結非織造網所用類型的示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
圖6為形成示例性水刺纏結非織造網所用類型的示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
圖7為示例性新的合成短纖維細節的顯微照片。
圖8為形成示例性水刺纏結非織造網所用類型的多根示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
圖9為形成示例性水刺纏結非織造網可用類型的示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
圖10為顯示形成示例性水刺纏結非織造網可用類型的示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
圖11為顯示形成示例性水刺纏結非織造網可用類型的示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
圖12為顯示形成示例性水刺纏結非織造網可用類型的示例性回用合成纖維細節的顯微照片。
具體實施例方式
本發明包括回用合成纖維及纖維狀材料形成的水刺纏結非織造織物。這些合成纖維及纖維狀材料回收自粘著的纖維性材料，該材料被轉換成實際上的單纖維和單獨的纖維狀材料。重要的是，這些粘著的纖維材料是包含合成纖維的材料，而且可為，例如，織造織物、針織物、非織造網及其組合之類的粘著的纖維性材料。作為進一步的實例，這些回用纖維可來自熱粘著的、粘合劑粘合的、機械纏結的、溶劑粘著的、水刺纏結的和/或這些技術組合的非織造網，而且可包含合成纖維材料、天然纖維材料及它們的組合。合成纖維材料可包括熱塑性纖維及長絲。
為了回收可回用于水刺纏結的合成纖維，將粘著的纖維網切斷或扯碎成大小適于在液體中懸浮的小塊。接著，將這些小塊懸浮在液體中，并對離散小塊的液體懸浮液施加機械功，以產生足以將粘著的纖維材料水力破碎成纖維和纖維狀組分的水壓力和機械剪切應力條件。最后，從該液體中分離出基本上單個的纖維和纖維狀組分。
該粘著的纖維材料可通過常規作業，例如，機械開松、機械切斷、機械撕裂、機械研磨、粉碎、水噴射切割、激光切割、扯松及其組合，轉變成離散的小塊。
重要的是，把這些小塊的懸浮液暴露于足以將粘著的纖維材料小塊分裂、破裂、爆裂或解離成可用的游離纖維和纖維束或纖維狀材料的水壓、剪切應力和/或氣穴蝕力等條件下。用于將開松的材料轉變成回用纖維的這些加工條件比常規打漿作業中所找到的這些條件更加有力而且更嚴格。
作為一個實例，常規打漿作業一般使用約小于3馬力-天(24小時)/干燥噸材料。本發明的實施方案可用高得多的能量輸入。按照本發明，施加到懸浮液上的機械功的估計量可大于約3馬力-天(24小時)/干燥噸粘著纖維材料—這通過對促使材料組分運動以產生水壓與剪切應力條件的電機所消耗的電流的測定可確定。此數值可大于4馬力-天/噸，而且甚至可大于6或更高。例如，可用多35％的能量；多50％百分數或甚至更多的能量實施本發明的方法，以便從粘著的纖維材料上分離出有用的游離纖維和纖維束。在某些狀況或者在某些條件下，預料機械功的估計量可少于3馬力-天/干燥噸粘著纖維材料。
雖然發明人不應當受到特定操作理論的約束，但是據信，是水壓、剪切應力和氣穴蝕力的聯合作用，把材料破解成游離纖維和纖維束。而且還認為，通過改變壓力和機械應力，能夠控制游離纖維的含量以及纖維束的平均尺寸。一般認為，使用如此高水平的機械作用力或功而不引起粘著纖維材料的合成組分的顯著降解(例如，不發生合成熱塑性材料的熔化)是有可能的，因為加工中的水/液體吸收了從粘著纖維材料上分離游離纖維和纖維狀材料時所產生的熱。
一般而言，常規打漿和/或精制設備可用于改良纖維素纖維，以開發其水合性和原纖化性能等造紙性能。按照本發明，可按照一種非常規的方式配置或操作常規打漿機和/或精制機，以便其提供足以把該粘著纖維材料破碎和折斷成游離纖維、纖維束和纖維狀材料的水壓和剪切應力條件。示例的打漿裝置可得自例如Beloit Jones，E.D.Jones，Valley和Noble & Wood等制造商。
將粘著纖維材料小塊的懸浮液導入該打漿裝置中。替換地和/或附加地，可將粘著纖維材料小塊直接導入打漿機的缸中液體里。可使用粘著纖維材料與水的各種比例，而且本領域的技術人員會確定合適的比例。
在作業過程中，圓筒或打漿輥以足夠的速度旋轉，使得輥上的刀片或葉片與裝在該輥下方固定板上分開的刀片之間產生足夠的水壓和剪切應力。
還可以調節旋轉速度，缸中懸浮液的稠度，以及旋轉刀片或葉片與固定刀片的間隙，使其達到增強“金屬對纖維”相互作用的條件，該相互作用切斷或控制游離纖維、纖維束和纖維狀顆粒的長度。術語“金屬對纖維”相互作用用于描述粘著纖維材料與固定的和/或旋轉的刀片之間的接觸，其可在水壓和機械剪切應力足以切斷、切割或斷開長纖維的條件下發生。按照本發明，應當控制此相互作用，以使其在不顯著影響或降低可存在于懸浮液中的漿粕或短纖維的長度和/或打漿度的前提下切割長纖維。
盡管可操作設備來提供具有一個較寬長度范圍的纖維、纖維束和纖維狀材料，但也可用該設備產生具有一種平均長度分布的纖維和纖維狀材料，該平均長度分布變化范圍約7毫米或更小。通常而言，更均勻的纖維分布趨于增強加工和水刺纏結的效果。然而，可預料的是，混合更長纖維與更短纖維可能更為有利。更長的纖維會有利于提高強度，而更短的纖維會有利于提供其它有用特性，例如，吸收性、手感、懸垂性和/或蓬松性。
除了控制長度之外，一些“金屬對纖維”相互作用可以使粘著纖維材料中合成組分產生變形和扭曲。可通過粘著纖維材料水力碎裂產生某些變形和扭曲，而其它的變形和扭曲可以通過纖維和/或長絲的撕扯、切片和斷裂產生。據認為，這些纖維的變形和不規則性有助于網的濕成形(或干成形)以及隨后的水刺纏結。回用纖維和纖維狀材料的這些特性增強了它們在水刺纏結加工中的實用性，而且使它可行地用于制造水刺纏結織物，該織物可呈現與100％新纖維制造的織物同樣或類似的物理性能，并可能在這些性能方面超越后者。
對回用合成纖維的討論有助于理解由這些纖維構造的水刺纏結織物。現在參考附圖1、3-6和8-12，這些圖顯示了不同的示例性具有至少一種線元素的回用合成纖維、纖維束和/或纖維狀材料，包含具有至少一種線元素的回用合成纖維及纖維狀材料，該線元素由合成材料組成，并具有由線元素水力破碎所產生的至少一種不規則變形，該水力破碎是為了在粘著纖維材料懸浮于液體中時，從該粘著纖維材料上分離該線元素。
該線元素不是連續的，而且，在一個實例中，該線元素可具有約1毫米-約15毫米的長度。例如，該線元素可具有約1.5-約10毫米的長度。在另一個實例中，線元素可具有約2-約5毫米的長度。線元素的直徑可小于100微米。例如，線元素的直徑小于30微米。一般來說，這些尺寸類似于商品漿粕的某些變化情況，而且可方便地與商品漿粕混合。在某些實施方案中，這些線元素可具有小于10微米的直徑，而且甚至可小于1微米。
不規則變形的形式可以是，線元素中的彎曲、線元素的扁平片段、線元素的膨脹片段以及這些形式的組合。
一般而言，與水力破碎使線元素從粘著纖維材料上分離出來之前粘著纖維材料中的線元素相比，不規則變形使回用材料的線元素具有更大的表面積。例如，回用線元素的表面積可以至少高出約5％。表面積增加常常會是剩余纖維粘著面積、交叉點、扁平區域、纖維扭曲等的結果。
圖1為顯示示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約500X線性放大率)。回用纖維從復合結構回收，該復合結構包含連續聚丙烯長絲網與該連續長絲網水刺纏結的漿粕纖維的熱粘合點。照片中央可見的纖維是紡粘聚丙烯線元素，該線元素在長絲中具有彎曲和較扁平的片段。這些變形中的至少一部分，例如扁平的區段是因與纖維素漿粕粘在一起的連續聚丙烯纖維網(即，復合結構)中的線元素的水力破碎而產生或暴露的。包圍該線元素的材料是纖維素漿粕。
圖2是一張顯微照片(約500X線性放大率)，顯示出現在常規粘著的梳理纖維網結構中的常規聚丙烯短纖維。與圖1的線元素形成對比，這些纖維中的不規則變形顯得相對較少。這些纖維表面較光滑，直徑較均一或均勻，而且缺少圖1所示線元素中明顯存在的捻轉、彎曲、扭結和其它不規則變形。
圖3是一張顯示示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約120X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖1所示線元素相同類型的復合結構。橫過照片中心區域的可見纖維是聚丙烯線元素，其呈現線圈和彎曲以及較扁平的片段。這些變形中的至少一部分是因粘著纖維材料(即，復合結構)的線元素的水力破碎而產生或暴露的。包圍此線元素的材料是纖維素漿粕。
圖4是一張顯示示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約120X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖1所示線元素相同類型的復合結構。照片中央可見的纖維是聚丙烯線元素。照片中的箭頭指向線元素中的急彎。
圖5是一張顯示示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約500X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖1所示線元素相同類型的復合結構。照片中央可見的纖維是聚丙烯線元素，其呈現彎曲和/或捻轉以及表面粗糙的片段。
圖6是一張顯示示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約500X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖1所示線元素相同類型的復合結構。橫過照片中央的可見纖維是聚丙烯線元素，顯示了一個扁平而膨脹的纖維的切頭。
圖7是一張顯示常規聚丙烯短纖維細節的顯微照片(約500X線性放大率)，與圖6的線元素形成對照，此纖維中的不規則變形顯得相對較少，而且具有一個端頭，所述的端頭看上去切得干凈利索，沒有留下膨脹或其它變形的痕跡。
圖8是一張顯示兩根示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約250X線性放大率)，這些回用合成纖維回收自與圖1所示線元素相同類型的復合結構。橫過顯微照片中央及照片下部附近的可見纖維是聚丙烯線元素，其呈現彎曲和粗糙化的片段。
圖9是一張顯示示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約500X線性放大率)。回用纖維回收自Kimtex牌擦拭紙，其含聚丙烯熔噴纖維的熱點粘合網。見于照片中央的較細的熔噴纖維是聚丙烯線元素，其具有彎曲、捻轉、纏結和較扁平的片段。這些變形的至少一部分，其產生或顯露是由于線元素從粘著纖維材料(即Kimtex擦拭紙)的水力破碎。包圍該線元素的材料是纖維素漿粕。
圖10是一張顯示示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約100X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖9所示線元素相同類型的材料。在照片中央可以看到長度為約500微米的粘著點。各纖維從粘著點的邊緣向外呈放射狀，其形式是聚丙烯線元素具有彎曲、捻轉、纏結和較扁平的片段。這些變形的至少一部分，其產生或顯露是由于線元素從粘著纖維材料的水力破碎。線元素背景中的一些材料是纖維素漿粕。
圖11是一張顯示示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約500X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖10所示線元素相同類型的材料。在照片中央可見約40微米寬的更粗大的纖維狀材料或纖維束。包圍纖維狀材料或纖維束并呈放射狀離開的纖維，其形式為具有彎曲、捻轉、纏結和較扁平片段的聚丙烯線元素。這些變形的至少一部分，其產生或顯露是由于線元素從粘著纖維材料的水力破碎。線元素附近的更粗大的纖維材料是纖維素漿粕纖維。
圖12是一張顯示示例性回用合成纖維細節的顯微照片(約500X線性放大率)，該回用合成纖維回收自與圖10所示線元素相同類型的材料。圖中表示了纖維素漿粕和回用纖維的混合物，該回用纖維的形式是具有彎曲、捻轉、纏結和較扁平片段的聚丙烯線元素。
可以通過常規水刺纏結技術制造回用纖維和纖維狀材料的水刺纏結網。例如，可以通過網前高位流料箱供應回用纖維和纖維狀材料的稀釋懸浮液，并經過水門以均一的分散方式將該懸浮液沉積到常規造紙機的成形織物上。
可以將纖維的懸浮液稀釋到常規造紙加工中一般使用的任何稠度。例如該懸浮液可含約0.01-約1.5重量％懸浮在水中的纖維。從該纖維的懸浮液中除去水，以便形成均一的層。這些回用的纖維還可以包括附加的漿粕纖維和/或其它類型的纖維、微粒或其它材料。預料可使這些回用纖維以及這些不同的纖維和/或其它材料形成層疊的或多相的片材或層。替換地和/或附加地，可摻混或混合這些組分從而形成均質的層。
如果這些纖維中有纖維素組分，則可以添加少量的增濕強樹脂和/或樹脂粘合劑，以便改進強度和耐磨性。有用的粘合劑和增濕強樹脂包括，例如，得自Hercules化學公司的Kymene 557 H和得自AmericanCyanamid，Inc.的Parez 631。在某些情況下，有可能向這些纖維中添加交聯劑和/或水合劑。還可能添加剝離劑。一種示例性剝離劑得自賓夕法尼亞州Quaker Chemical Company，Conshohocken，注冊商標為Quaker2008。
然后將纖維層放置在常規水刺纏結機的有小孔的水刺表面上。回用纖維和纖維狀材料(以及任何添加的漿粕、纖維和/或其它材料)的層通過一個或多個水刺纏結集合管下方，并用噴嘴噴射出的流體處理，以便使回用纖維和纖維狀材料彼此纏結。
預料當纖維層在進行濕法成網的相同的多孔篩網(即網眼織物)上時，會發生纖維層的水刺纏結。
可采用常規水刺纏結設備完成水刺纏結，例如在授予Evans的美國專利3485706中可以找到這種設備，該專利的內容經引用并入本發明。可以用任何合適的工作流體例如水完成本發明的水刺纏結。工作流體流經集合管，該管把流體均勻地分配到一系列單獨孔或噴嘴中。這些孔或噴嘴直徑可為約0.003-0.015英寸。例如，可采用緬因州HoneycombSystems Incorporated of Biddeford生產的集合管實施本發明，該集合管包含有直徑0.007英寸噴嘴的條帶，每英寸30孔，且有1排孔。可以使用許多其它集合管構型和組合。例如，可以使用單個集合管，或者可以接續排列數個集合管。
在水刺纏結過程中，工作流體在約200-約2000磅/平方英寸(表壓力)(psig)的壓力下通過這些噴嘴。在約2000psig時，預計有可能以約1000英尺/分鐘(fpm)的速度加工這些復合織物。流體撞擊被網孔表面支撐的纖維層，該網孔表面可為例如單平面篩網，其具有約40×40-約100×100的網目尺寸。網孔表面還可以是具有約50×50-約200×200網目尺寸的多層篩網。在許多噴水處理工藝中，很典型的是，可在水刺集合管的正下方，或者在纏結集合管下游的網孔纏結表面下方布置真空吸嘴，以使其從水刺纏結材料上除去多余的水。
雖然本發明人不應當受到特定操作理論的約束，但據信，直接撞擊放置在纏結表面上的相對變形、捻轉和高表面積回用纖維的圓柱狀噴射的工作流體起到了使這些纖維相互(以及與可能存在的其它纖維，例如，漿粕纖維)纏結和纏繞的作用。
一般而言，人們認為，中央線元素的各種不規則性和任何分叉的線元素或原纖維等有助于回用纖維形成粘著的纏結基質。當回用纖維與漿粕纖維混合時，據認為這種基質有助于緊固漿粕纖維。
流體噴射處理以后，可將水刺纏結的織物輸送到不加壓的干燥操作中。可用一個差速卷繞輥從水刺帶上輸送材料到不加壓的干燥操作中。替換地，可以使用常規的真空型卷繞輥和輸送布。如果需要，在被輸送到干燥操作之前，可將纏結的織物進行濕皺褶化。可采用常規通空氣的回轉鼓穿透干燥設備完成織物的不加壓干燥。透氣干燥機強迫通過水刺纏結織物的空氣的溫度可在約200-約500°F。其它有用的穿透干燥方法和設備可以在例如美國專利2666369和3821068中找到，這些專利的內容經引用并入本發明。
盡管已經發現透氣干燥工藝特別奏效，但是也可以使用其它干燥工藝，這些工藝包括紅外照射、揚克式烘缸、蒸汽發生器、真空脫水、微波和超聲能。
可能需要使用整理步驟和/或后處理加工，以便賦予復合織物所選的性能。例如，可以用砑光輥輕壓該織物、皺褶或刷動該織物，以便提供均一的外觀和/或某種觸感性能。替換地和/或附加地，可向織物施加化學后處理劑，例如粘合劑或染料。
在本發明的一個方面，織物可含各種材料，例如，活性炭、粘土、淀粉和超吸收材料。例如，可將這些材料添加到用于形成纖維層的回用纖維的懸浮液中。還可在流體噴射處理之前將這些材料沉積在該纖維層上，使得借助流體噴射的作用，它們能漸被合并到水刺纏結織物中。替換地和/或附加地，可以在流體噴射處理之后，將這些材料添加到水刺纏結織物中。
測試方法按照ASTM標準試驗方法D 1117-14測量樣品的梯形撕裂強度，不同的是，撕裂負荷按照起始負荷和最高峰負荷的平均值計算，而不是按照最低和最高峰負荷的平均值計算。
按照關于工業用和試驗用手巾和擦拭紙巾的美國聯邦標準(FEDERALSPECIFICATION)第UU-T-595C號，測試樣品的水和油吸收能力。所述吸收能力是指，材料經一段時間吸收液體的能力，并且與材料在其飽和點所吸取的液體總量有關。吸收能力可通過測定材料樣品因吸收液體而增加的重量來測定。吸收能力可用百分數形式以如下的方程式來表達，即用所吸收液體的重量除以該樣品的重量總吸收能力＝[(飽和樣品重量一樣品重量)/樣品重量]×100基本上按照ASTM D-3776-9測定樣品的基重，但存在以下改變1)樣品尺寸為至少20平方英寸(130cm2)；而且2)每個樣品最少選取三個隨機試樣進行測定。
按照ASTM D1388測定樣品的懸垂剛度，不同在于，樣品大小為1英寸×8英寸。
基本上按照TAPPI 402 om-93和T411 om-89使用Emveco 200-ATissue Caliper Tester測量樣品的蓬松度(即，厚度)。該測試儀配備直徑56.42mm，面積2500mm2的支座。在2.00kPa負荷和3秒停留時間條件下，將10個樣品疊成一組進行測定。
用得自紐約州托納旺達市的Teledyne Taber公司的Taber Abraser，5130型(旋轉頭，雙頭研磨機)和E 140-15樣品夾具進行耐磨性試驗，通常按照Method5306聯邦測試方法標準(Federal Test MethodsStandard)第191A號和ASTM標準D 3884“紡織織物耐磨性”進行。測試用的樣品尺寸為約5英寸×5英寸。在研磨頭重約250克的條件下，樣品經歷研磨循環。每個研磨頭裝載了無回彈性的陶瓷Calibrade砂輪No.H-18，中等顆粒/中等結合。每個試樣測完后真空清掃研磨頭，而且在測完每個樣品(一般約4個試樣)后重修各研磨頭表面。用金剛石砂輪表面修整器完成研磨頭的表面重修。研磨測試所測定的循環數為使樣品形成1/2英寸的通孔時所需的循環數。
實施例本實施例涉及回用含天然纖維和合成長絲的、粘著的和纏結的復合材料，涉及向濕成形工藝的設備流中引入該材料，并將該材料沉積到非織造連續長絲的基材上，然后把這些材料水刺纏結在一起。
將含原木漿與粘著合成聚丙烯長絲連續網(約20重量％)(即，紡粘連續長絲網)一得自佐治亞州羅斯韋爾市的金伯利一克拉克公司，商標為WYPALL WORKHORSE制造的碎料和HYDROKNIT快速吸收材料的復合水刺纏結材料開松成約10-350mm長且3-70mm寬的小塊。該復合材料含約80重量％的漿粕和約20重量％的聚丙烯長絲。用得自East ChicagoMachine Tool Company的開松機開松該材料。將這些小塊輸送到常規的荷蘭式工業打漿機中，該打漿機由馬薩諸塞州匹茲菲爾德市的E.D.Jones & Sons制造。該打漿機是“3號Jones打漿設備”，配備一張45度對角的底板。該打漿機的旋轉輥具有通常校直在該輥上的刀刃或葉片。這些刀刃或葉片寬約1/4英寸(～6mm)，高約1/2英寸(～12-13mm)。它們在輥外部垂直于旋轉方向或旋轉平面地隔開約1/2英寸(～12-13mm)。緊鄰該旋轉輥下方安裝著一個固定平面，而且配備了刀刃或“刮刀”，這些刀約1/8英寸(～3mm)寬，約1/4英寸(～6mm)高，隔開約3/8英寸(～9-10mm)。它們以45度角與旋轉方向或平面對準。
旋轉輥的直徑為72英寸，寬度為72英寸，192個刀刃每個的長度為72英寸而且隔開二分之一英寸。該輥重約16噸。一般而言，旋轉速度是恒定的，而可變的是作用在輥上的壓力和負荷。安裝該輥使得表壓讀數為0psi對應于非常小或沒有一點輥重量(～0噸)在抵消纖維及粘著纖維材料塊在它們受擠壓、它們通過間隙時所產生的力，該間隙存在于旋轉輥底部處的刀刃和該輥下方安裝的固定刀刃之間。表壓讀數為50psi對應于約二分之一輥重量(～8噸)在抵消纖維及粘著纖維材料塊在它們通過間隙受擠壓時所產生的壓力，該間隙存在于旋轉輥底部處的刀刃和該輥下方安裝的固定刀刃之間。表壓讀數為100psi對應于約全部輥重量(～16噸)在抵消纖維及粘著纖維材料塊在它們通過間隙受擠壓時所產生的壓力，該間隙存在于旋轉輥底部處的刀刃和該輥下方安裝的固定刀刃之間。
向經過開松的材料中加水，對荷蘭式打漿機中的材料分兩個階段施加水壓和剪切應力。通過在輥旋轉時調節作用于其上的負荷，控制水壓和剪切應力。在此具體安排中，通過“槳輪”型泵作用產生該水壓和剪切應力，該泵作用是在打漿機輥轉動時產生的，而且它附帶的刀刃或葉片迫使液體和濕材料抵靠著固定板，所述的固定板裝有斜對著旋轉方向或旋轉平面的刀片。一般而言，施加到旋轉輥上的負荷越大，在該旋轉輥和固定板之間產生的間隙越小。這對應于更高水平的水壓和剪切應力。
在第一階段期間，作用于旋轉輥的壓力和負荷為0磅/平方英寸(表壓)(psig)，并保持10分鐘時間。基本上，沒有負荷施加，而以旋轉輥的“槳輪”作用擠壓懸浮液中的小塊通過約1cm或更大的位于旋轉輥刀刃和固定板上所安裝刀刃之間的間隙。一般而言，第一階段用于潤濕開松的材料并使天然纖維與合成纖維分開。將稠度調節到約3.3％(該懸浮液中風干或者烘干纖維材料的重量百分數)。
在第二階段中，調整各條件，以便在旋轉輥上的移動刀刃與固定刀片之間兩者最接近接觸點處或附近，建立起非常高的水壓力、剪切應力和可能的氣穴蝕力的小區域。這些小區域考慮用于在開松的粘著纖維材料上產生微爆破作用，以便水力破碎和/或吹擊分離，并降低所得合成纖維的長度。另外，水力破碎和“金屬對纖維”或“金屬對粘著纖維材料”的接觸控制著更長的合成長絲的長度。在本實施例中，特定的目的是，控制合成纖維的長度，以便該長度得到最大化，同時仍產生外觀和物理性能均一的片材，并且懸浮液中可能存在的漿粕纖維的長度或打漿度沒有實質性降低。
在第二階段中，旋轉輥的表壓增加到50psig，而且旋轉輥刀刃與固定板刀刃之間的間隙降低到1-10mm之間，并且為了抵消纖維塊在它們通過此間隙時受擠壓而產生的壓力，可得到約16噸輥的二分之一重量(～8噸)的力，該間隙位于該輥和固定板之間。這些條件維持50分鐘。
處理后，用顯微鏡檢測游離纖維、纖維束和纖維狀材料的樣品。天然或漿粕纖維與合成纖維分離并單獨進行檢測。在此實施例中，按照先前的描述測定纖維平均長度-手工分離由20根合成纖維和20根漿粕纖維組成的隨機樣品，用顯微鏡測量單個纖維的長度，然后計算出一個平均長度值。回用纖維和纖維狀材料的結果具有以下特性·合成纖維的平均長度大約和木漿纖維的長度相等。合成纖維的平均長度為4.21mm。該樣品中單個纖維的長度在2.54-7.11mm的范圍內。應當注意到，加工之前，最初的合成纖維基本上是具有不確定長度或者至少遠超過7.11mm長度的連續聚丙烯長絲。漿粕組分的纖維平均長度是2.7mm。樣品中單個漿粕纖維的長度在1.52-3.94mm的范圍內。
·木漿纖維的打漿度表現出輕微的降低(約10％)，這表明，在此復合材料的木漿纖維組分上產生了一些額外的表面積。然而，其纖維長度沒有受到影響。
·相當多的合成纖維已經擴大了表面積，這是剩余單個纖維粘著面積、交疊點和平展區域的結果。
將處理的回用纖維流(含木漿纖維和合成纖維)導入濕成形工藝的進料流中。將這些回用纖維與新的radiata松漿粕纖維(Laja 10，可從CMPC Celulosa of Chile獲得)在線混合，用量水平為20％干重。
使用得自Albany International牌號為84M的成型網，將這些纖維共混物成形為基重50克/平方米(gsm)的濕片材。然后將該濕片材放置在紡粘聚丙烯連續長絲層的頂面上，該連續長絲層的基重為約24gsm。把這兩層支承在得自Albany International牌號為90 BH的水刺纏結網上。使用5個集合管纏結這些層。每個集合管配備具有一排0.005英寸孔的噴射條帶，這些孔的密度為40孔/英寸。水壓為1100磅/平方英寸(表壓)，而且網暴露于壓力下的總時間為213微秒。
然后，獲得的復合片材經干燥成為最終產品。把所得產品與空白水刺纏結材料進行對比，該空白水刺纏結材料用同樣的木漿粕制造，并且在同樣的條件下以同樣的比例紡粘，但沒有回用纖維。這些結果列于下表1
表1
使用相同的材料和條件進行第二輪試驗，不同的是，把水刺纏結含20％回用材料樣品所用的壓力增加到了1200psig.。按照前例同樣的條件干燥此材料。獲得的性能列于下表2表2
表2表明，可對回用纖維使用更高的纏結壓力。盡管采用載體織物或基材(即，紡粘網)纏結這些樣品，但是據信這些實施例證明，可不用這種載體織物或基材并直接在水刺纏結網上纏結回用纖維。
經水力破碎過的回用纖維帶來許多優點，因為它們通常是均勻的，而且能夠容易地水刺纏結成堅韌的、粘著的織物，沒有以前從粘著纖維網形成的回用材料的絮片和非均勻性物。一般認為，本發明中所使用的回用纖維的相對變形、捻轉和不規則特性能導致更高的回用效率，因為被高壓噴射洗掉的材料更少。據信這至少部分是由于更大的表面積和引起更少纖維損失的纖維形態。回用纖維和纖維狀材料的結構提供了額外的優點，因為它們容易適應濕成形工藝，并且在成形區段具有良好的留存性。此外，由于這些回用纖維能相對容易地通過濕成形技術加工，這為水刺纏結提供了合適的均勻起始材料。
高度均一的織物帶來優勢。一種外觀高度均一的織物會給人以審美愉悅。可以使用較少漿粕材料和/或基重更輕的基材，而無需犧牲材料的屏蔽或遮蓋能力。在某些情況下，某些抗張性能及其它物理性能不大可能會有強烈的改變或者有局部的非均勻性疵點。
盡管聯系某些優選實施方案描述了本發明，但是應當理解，本發明方式所包括的主題不限于這些具體實施方案。相反，本發明的主題試圖包括以下權利要求書的精髓和范圍內所能包括的所有轉換、修改和等價物。
權利要求
1.一種水刺纏結非織造織物，包括具有至少一種線元素的回用合成纖維和纖維狀材料，所述線元素由合成材料組成，并具有由線元素水力破碎所產生的至少一種不規則變形，所述水力破碎是為了在粘著纖維材料懸浮于液體中時，從該粘著纖維材料上分離該線元素。
2.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其中所述線元素具有約1-約15毫米范圍的長度。
3.如權利要求2的水刺纏結非織造織物，其中所述線元素具有約1.5-約10毫米范圍的長度。
4.如權利要求3的水刺纏結非織造織物，其中所述線元素具有約2-約5毫米范圍的長度。
5.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其中所述不規則變形的形式為，所述線元素中的彎曲、所述線元素中的扁平片段、所述線元素中的膨脹片段及其組合。
6.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其中所述回用材料的線元素具有大于線元素水力破碎之前粘著纖維材料中可比線元素的表面積，所述線元素的水力破碎是為了將其與粘著纖維材料分離。
7.如權利要求6的水刺纏結非織造織物，其中所述回用的線元素的表面積比線元素水力破碎之前粘著纖維材料中可比線元素的表面積大至少約5％，所述線元素的水力破碎是為了將其與粘著纖維材料分離。
8.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其中所述合成材料為合成熱塑性材料。
9.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其還包括漿粕纖維。
10.如權利要求9的水刺纏結非織造織物，其包括約1-約85重量％的回用合成纖維和纖維狀材料，以及約15-約99重量％的漿粕。
11.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其具有約20-約200克/平方米的基重。
12.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其中所述回用合成纖維和纖維狀材料選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴及其組合。
13.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其中所述漿粕纖維選自新硬木漿粕纖維、新軟木漿粕纖維、二次纖維以及它們的混合物。
14.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其還包含粘土、淀粉、微粒和超吸收微粒。
15.如權利要求1的水刺纏結非織造織物，其還包含至多約3％的剝離劑。
16.一種擦拭物，其包括一層或多層如權利要求1的水刺纏結非織造織物，所述的擦拭物基重為約20-約200gsm。
17.按照權利要求16的擦拭物，其基重為約40-約150gsm。
18.水刺纏結非織造織物的制造方法，所述方法包括提供具有至少一種線元素的回用合成纖維和纖維狀材料的層，所述線元素由合成材料組成，并具有由線元素水力破碎所產生的至少一種不規則變形，所述水力破碎是為了在粘著纖維材料懸浮于液體中時，從所述粘著纖維材料上分離所述線元素；水刺纏結所述層以形成非織造網；和干燥所述網。
19.如權利要求18的方法，其中所述提供回用合成纖維和纖維狀材料的層的步驟包括，在水刺纏結織物上通過干成形技術或濕成形技術沉積所述回用纖維的層。
20.如權利要求18的方法，其中所述提供回用合成纖維和纖維狀材料的層的步驟包括，在水刺纏結織物上通過濕成形技術沉積回用纖維和漿粕纖維組成的層。
全文摘要
一種水刺纏結非織造織物，該非織造織物包括具有至少一種線元素的回用合成纖維和纖維狀材料，該線元素由合成材料組成，并具有由線元素水力破碎所產生的至少一種不規則變形，該水力破碎是為了在粘著纖維材料懸浮于液體中時，從該粘著纖維材料上分離該線元素。此材料可用作擦拭物或吸收材料。本材料的形成方法包括如下步驟(a)提供具有至少一種線元素的回用合成纖維和纖維狀材料的層，該線元素由合成材料組成，并具有由線元素水力破碎所產生的至少一種不規則變形，該水力破碎是為了在粘著纖維材料懸浮于液體中時，從該粘著纖維材料上分離該線元素；(b)水刺纏結該層以形成非織造網；和(c)干燥該網。
文檔編號D04H1/46GK1473217SQ01818624
公開日2004年2月4日 申請日期2001年11月7日 優先權日2000年11月10日
發明者古斯塔沃·帕拉西奧, 馬里亞·克拉拉·加西亞, 普里西拉·M·瓊斯, 佛瑞德·羅伯特·拉德萬斯基, 巴勃羅·拉米雷斯, 約翰·理查德·什凱瑞特, 亨利·斯科格, 伯納多·韋尼格斯, 克拉拉 加西亞, 拉米雷斯, 羅伯特 拉德萬斯基, 韋尼格斯, 古斯塔沃 帕拉西奧, 拉 M 瓊斯, 斯科格, 理查德 什凱瑞特 申請人:金伯利-克拉克環球有限公司