專利名稱:改進耐磨牢度的非織造布料的制作方法
本發明涉及一種改進的用微纖維網構成的非織造布料，其特征是它具有很高的表面耐磨牢度，特別適合于作為醫用布料。
本發明涉及一種非織造布料，特別是作為醫用的布料。這里使用的“醫用布料”這一名稱，指的是可用于外科罩單、手術衣、器械包布等用途的布料。這類醫用布料需具有一定的特性以滿足這些用途對它們的要求。所述的特性包括強度、抗拒水或其他液體滲透的能力(一般稱為“抗透印能力”)、透氣性、柔軟、懸垂性、可消毒性以及阻細菌性。
過去已將微纖維網用于需要具有阻檔性能的場合。微纖維指的是直徑從小于1微米到10微米左右的纖維、微纖維網通常稱為“熔噴”網，因為它們一般是用熔噴工藝制成的。一般公認在纖維結構中使用較小直徑的纖維可以得到高的斥液性或濾過特性而不致過度地影響它的透氣性。迄今以微纖維網制成的、以醫用為目的的布料是一種以微纖維網組合起來層壓而成的布料，或同提供其所需強度的紡粘的熱塑性纖維網或熱塑性薄膜或其他增強網粘合而成的布料。
對非織造的布料和醫用布料都有一個同樣的性能要求，即它的耐磨牢度。抗拒表面磨損的性能不僅影響布料的性能，也影響它的外觀。例如，表面纖維磨斷脫毛對于醫用布料來說是特別不受歡迎的。此外，表面磨損也會損害醫用布料的抗透印能力和阻菌能力。表面纖維脫毛以及起團或成珠對于許多以擦拭為用途的布料也是不能接受的。在外面復蓋一層紡粘纖維網、熱塑性薄膜或其他具有增強作用的網的方法已被用于提高熔噴纖維產品的表面耐磨牢度。
美國專利第4，041，203號公開了一種非織造的布料，它是由微纖維網和紡粘纖維網結合起來生產出具有良好的懸垂性、透氣性、斥水性和表面耐磨牢度的一種醫用布料。
美國專利第4，196，245號公開了將熔噴纖維或微纖維同帶孔薄膜，或同帶孔薄膜以及紡粘纖維品結合起來的生產方法，該方法中也同樣是以帶孔薄膜和紡粘纖維品作為制成的非織造的布料中提供強度和表面穩定度的成分。
英國專利申請第2，132，939號公開了一種可作為醫用的熔噴纖維層壓布料，它是由熔噴微纖維網在規定位置的點上同非織造的增強網相熔合而成，該增強網由不連續的短纖維用氣流成網法或濕成網工藝制成。
雖然上述布料比之其他不用微纖維的先有技術具有能夠較好地在斥液性和透氣性兩者之間取得平衡的潛力，但在布面上加了具有較粗纖維的增強層之后，使得它們的優點受到了限制。授予Hotchkiss等人的美國專利第4，436，780號中介紹了一種少脫毛、少起條痕、吸收性好的熔噴的拭布，它由一層熔噴纖維的中間層夾在兩層紡粘層之間組成。
為了一般地改進熔噴網的表面耐磨牢度并減少其脫毛，已知的方法是將纖維網壓得很實，或加入粘合物，或增加粘合物的含量。一項共同未決的專利申請(JSU 58)提供一種用一層或多層未增強的微纖維制成的醫用布料。所謂“未增強”是因為它不需層壓或同其他型式的網或薄膜粘合起來而仍然具有足夠強度可供醫用。為了使該布料能用于需要高的耐磨牢度的用途，可在布料的表面加入少量的化學粘合劑。
英國專利申請2，104，562公開了將熔噴布料表面加熱以使其具有不脫毛的光潔度的方法。在一般已知的方法中有使用一定程度的加熱和壓實的做法，例如將微纖維網壓花以提高其耐磨牢度。
上面提到的具有增強網層的布料需經歷兩道或兩道以上成網工藝組合起來，結果是增加了工藝復雜性。此外，將較為常規的纖維網同微纖維網相粘合，將微纖維網壓實或向其加入粘合劑都可能導致布料發硬，尤其是當需要高強度時更是如此。
本發明提供一種熔噴微纖維壓花網，它具有改進的濕態和干態表面耐磨牢度，達到15周才起團的指標。耐磨牢度是在不使用額外粘合劑，并在不犧牲它的懸垂性或手感的條件下獲得的。
根據本發明，布料的表面耐磨牢度的獲得是由于加了一層由熔噴纖維構成的護面膠合層，膠合層纖維的平均直徑大于8微米，其中75%纖維的直徑至少有7微米。該膠合層可用熱壓花或其他方法粘合到熔噴的芯網上，如同共同未決的申請(JSU 58)中所述者。該膠合層同芯網的粘合，以及芯網的熱壓花可以由同一道工序來完成。此外，如芯網和膠合網多個模具噴絲的同一道工序來制造時，膠合網可以直接在芯網的面上形成，該膠合網具有很高的初始自身粘合力，從而可以省卻將膠合層粘合到芯網上去的必要性。
由于省卻了外加的粘合劑，本發明提供了一種不需添加粘合劑并將其干燥及/或固化等多道工序的制造熔噴微纖維網的方法。此外，在固化或干燥粘合劑過程中造成影響布料的懸垂性和手感的熱損傷的潛在可能性也排除了。由于使用粘合液而使布料變硬的情況也不存在，使得有條件將芯網的加工條件調整到最有利于發揮它的其它優點的工況。
另外，用熔噴纖維的膠合護面層可使該布料同時具有懸垂性和表面耐磨牢度，這一點是加粘合劑無法達到的。用熔噴纖維來形成膠合層也提供了經濟上的好處，并將生產該布料所需的技術減至最少。
因此，本發明提供了一種不用粘合劑但具有改進的表面耐磨牢度的改進的熔噴的或微纖維的布料，它可以用作需要具有高的表面耐磨牢度的醫用布料或拭布或其他用途。在推薦的實施方案中，本發明的布料由一層未增強的、熔噴的微纖維構成，它具有改進的表面耐磨牢度，例如大于15周起團，適合于用作醫用布料，該布料最小的抓樣抗拉強度與重量的比值大于0.8牛頓/克·米2，其最小的埃氏(Elmendorf)抗撕破強度與重量的比值大于0.04牛頓/克·米2。在本發明的最佳實施方案中，其壓花的、未增強的布料具有的濕態耐磨牢度至少可達30周起團，干態耐磨牢度至少可達40周起團。在達到這些性能指標的同時，它也具有作為醫用布料所需的斥液性、透氣性，特別是懸垂性等特性。
下面是本說明書的附圖的內容圖1是熔噴工藝的透視圖;
圖2是表明模具和二次空氣源位置的剖面圖;
圖3是擠壓模具的局部詳圖，圖中示出了“負錯位”的布置方式;
圖4是擠壓模具的局部詳圖，圖中示出了“正錯位”的布置方式。
從最廣義的角度，本發明的內容包括在一層微纖維網面上供給一層熔噴纖維的表面膠合層，該表面膠合層的纖維的平均直徑大于8微米，其中至少有75%的纖維的直徑至少有7微米。在用于大多數布料時，該表面膠合層是層壓到網的其余部分去的，例如用壓花粘合法，或用其他常用的方法將它們結合起來。這樣，該表面膠合層可以與纖維網的其余部分開來成型后再熱粘合到它的面上去，最好是在分散而間斷的粘合區粘合。或者也可以使該膠合層在它具有很高的初始自身粘合力的狀態下成型于纖維網的其余部分的面上，這樣可以免除專門將膠合層粘合到纖維網的其余部分上去的工序，雖然或許還需對布料進行熱壓花。按本發明生產的布料表現出具有改進的濕態和干態的表面耐磨牢度，特別適合于作為拭布或醫用布料。
最廣義地說，本發明的工藝可以在常規的熔噴設備上實施，該常規設備需經改造使之具有高速的二次空氣，如同共同未決申請JSU58中或圖1中所示。根據所示的裝置，一種丸狀或粒狀的熱塑性樹脂從料斗10加入，這些顆粒然后進入擠壓機11，擠壓機中的溫度在分區的多個加熱段內受到控制，使樹脂被加熱到其熔點以上。擠壓機由電動機12推動，該電動機將樹脂移動普通過擠壓機的加熱區進入模具13。模具13也可以具有多個加熱區段。
如圖2所示，樹脂從擠壓機進入加熱室29，后者位于上、下模板30和31之間。這些上、下模板由加熱器20加熱，使模具的溫度和腔室29內樹脂的溫度達到要求的水平。然后樹脂被從一組開于模具面內的小孔17中擠出。一般沿模具寬度每厘米約有12個小孔。
一般熱的惰性氣體(一般是空氣)從管道14進入氣室19。被稱為“一次空氣”的這股熱氣體然后流入槽隙32和33，該槽隙布置在樹脂噴咀17的兩邊。當樹脂流出噴咀17時，熱氣體將它散射成纖維。槽隙32或33的寬度被叫做空氣間隙。形成的纖維被熱空氣導向一條形成纖維網的多孔傳送帶(或接收器)22，在其上形成一層墊或網26。一般使用一個真空室23來協助收集纖維，真空室23與抽真空的管道24相連。傳送帶22圍繞著滾筒25移動，從而使形成的網是連續的。
噴咀17的出口和氣流槽隙32和33可以位于同一平面內，也可以錯開。圖3示出噴咀的出口縮在模具的表面和槽隙32、33的平面里邊。這種布置方式稱為“負錯位”。負錯位的尺寸在圖3中用兩個相對的箭頭標示。圖4示出的是“正錯位”，在此位置時噴咀17的出口伸出于模具的表面和槽隙32、33的平面之外。正錯位的尺寸在圖4中用兩個相對的箭頭標示。在本工藝方案中使用負錯位較好，因它允許空氣間隙的布置可以具有較大的靈活性而不會對生產出的網的質量有不利的影響。
本發明的布料含有一層表面膠合層和一層芯網。最好是布料包含一層芯網，而其兩面都有一層表面膠合層。在本發明中，“膠合層”是一層纖維網，其基本重量不超過布料總重量的50%。更好一些是膠合網層的基本重量約為布料總重的25%，而最好是占布料總重的15%至25%。膠合層的網可以同芯網分開制造，然后面對面地結合起來。用這一方法時，每層膠合層的網的基本重量必須在6克/米2左右以使能方便地與芯網結合起來。另外的方法是，芯網和膠合層分上、下層同時形成，例如在傳送帶22上先形成膠合層作為底層，然后使芯網的纖維沉降在該底層的上面。在本發明的這個推薦方案中，一層重量約為3克/米2的膠合層先在傳送帶上形成，然后它接受吹來的芯網，而芯網又接受沉積在它上面的另一層重量約為3克/米2的膠合層。另外的方案是，采用分別成網的步驟將膠合網層的纖維沉積到芯網的兩個面上。此后，芯網和膠合層的網可以進行層壓，例如用熱壓花法進行層壓。當將膠合網層沉積到芯網面上時，如果膠合網層的形成條件是能提供很高初始的纖維間粘合或自身粘合程度的，包括高的模具溫度、不使用二次空氣、成網距離短等(后面還要詳述)，就不一定需要將膠合層和芯網進行層壓(例如用熱壓花法)，也不需將膠合層壓花。芯網在膠合層的纖維沉積上去之前可以是經過壓花的，也可以未經壓花。按本發明生產的壓花層壓布料具有的耐磨牢度，在濕態時為至少30周起團，在干態時為至少40周起團。
如下面將要說明的，按照上述方法，有可能在增加聚合物的通過量并減少一次空氣量的條件下，只用一個熔噴模具就可以制成本發明的布料。在最好的生產本發明的布料的方案中則是使用多個模具的。
在其最優選的方面，本發明是一種改良的、未增強的熔噴微纖維的供醫用的布料。該布料的最小抓樣抗拉強度與重量的比值至少為0.8牛頓/克·米2，其最小的埃氏(Elmendorf)抗撕破強度與重量的比值至少為0.04牛頓/克·米2。下面將就該最佳實施方案作更詳細的說明。
醫用布料的要求相當嚴格。當布料在正常使用條件下，例如在手術室環境內使用時，必須具有足夠的強度以抗拒撕破或拉開。這對于制作手術室服裝的布料更是如此，例如手術衣、洗刷服或外科罩單等。衡量非織造布料強度的指標是它的抓樣抗拉強度，其定義是在試驗機上的試樣面上能拉出一個10厘米寬的口子所需的載荷。
在非織造的布料上進行抓樣強度試驗的方法在ASTM D1117號標準中作了規定。非織造的醫用布料還必須能抗拒撕破。抗撕破的強度一般是用埃爾門多夫撕破試驗來測定的，也在ASTM D1117號標準中作了規定。抓樣抗拉強度是以在布的最弱的方向，通常是布機的橫向的最低值來規定的，一般是在45牛頓范圍內，而其最弱方向的抗撕破強度則在2牛頓左右。在這些載荷水平布料會出現破損，但人們希望它的強度能更高些。如布料的抓樣抗拉強度能達到并超過約65牛頓、抗撕破強度能達到并超過約6牛頓，則作為一種特殊的醫用布料它將可得到更廣泛的應用。本發明的最佳布料具有很高的強度與重量的比值，因此在理想的重量下，其抓樣抗拉強度和抗撕破強度都可達到比上述數字更高的水平。它的基本重量一般在14到85克/米2范圍內。
醫用布料還必須具有排斥液體的性能，包括排斥醫院手術室內經常遇到的血的性能。由于這些液體是將微生物從一處傳播到另一處的方便的載體，斥液性是醫用布料的一個關鍵的功能特性。斥液性主要受到布料上微孔的影響，其數值是根據AATCC 127-1977號標準規定的“靜水壓頭”試驗來測定的。該試驗的結果以透過給定的布料樣品所需的水柱高度所代表的壓力來表示。因為一種給定的布料抗拒液體滲透的極限能力決定于該布料的微孔結構，靜水壓頭試驗是一種有效的評價醫用布料內在抗滲透特性的方法。不包含不透水薄膜或微纖維網的非織造醫用布料一般的靜水壓頭數值為20至30厘米水柱。通常認為這樣的數值對手術衣和外科罩單并不最理想，尤其在某些遭受感染的風險很高的場合。40厘米或更高的壓頭值要更理想些。可惜的是，目前可供使用的按先有技術生產的具有很高靜水壓頭數值的布料的透氣性很差，或強度較低。本發明的布料可以達到很高的抗液體滲透的性能。
醫用布料的透氣性也是一個希望具有的特性。這一點對于做衣著的布料來說尤其需要。布料的透氣性同濕汽傳播率(MVTR)和空氣穿透性都有關。由于大多數用于醫用布料的纖維網都具有適當高的濕汽傳播率，因此空氣穿透性能的測量是對其透氣性進行判別的一個適當的定量試驗。
一般來說，布料越是松稀，其空氣穿透性也越好。因此，壓得很密致、只具有很細的細孔結構的纖維網其空氣穿透性不佳，通常被認為是透氣性很差的。增加布料的重量也會降低它的空氣穿透性能。測量空氣穿透性的方法是ASTM D737號標準規定的弗雷譯(Frazier)空氣孔積率試驗。弗氏空氣孔積率低于8米3/分·米2的布料做成的醫用服裝穿上時間稍久就會感到不舒適。本發明的布料具有很好的透氣性而不犧牲它的斥液性或強度。
醫用布料還必須具有良好的懸垂性，后者有多種測量方法，包括庫錫克(Cusick)懸垂性試驗。在庫氏懸垂性試驗中，一片圓形的布料被同心地夾在兩個水平的圓盤之間，圓盤的直徑較布樣的直徑小些。布樣軟垂下來形成圍著圓盤周邊的褶裥。將這些褶裥的外形投射到一張水平的、同布樣原來未被壓住部分的尺寸相同的圓環形紙上。將紙上的褶裥投影描繪下來，稱量該圓環形紙片的重量，然后將紙片沿著褶裥的投影線剪開，再稱量被剪下的內環的重量。此內環重量除以紙環的原始重量再乘以100便得到所謂的“懸垂系數”。此系數越小，該布料的懸垂性就越好。本發明的布料用此方法測得的懸垂性很好。懸垂性同布料的柔軟度和彈性有良好的對應關系。
除了上述的一些特性外，醫用布料還必須具有抗靜電性和耐燃性。布料還應具有良好的耐磨牢度，而且不會掉下小的纖維頭來，一般稱這種掉纖維頭的現象為“脫毛”。
除了具有上面提到的特性以外，本發明的最佳布料同先有技術的熔噴纖維網的不同點還在于它網中的單根纖維的平均長度比先有技術的網中纖維的平均長度要長些。在芯網中纖維的平均長度大于10厘米，更好些是大于20厘米，最好是在25至50厘米之間。此外，芯網纖維的平均直徑應不大于7微米。纖維的直徑分布應是至少有80%的纖維的直徑是小于7微米的，更好是至少有90%的纖維的直徑是小于7微米的。
在本發明的說明中，“網”這個名詞指的是由熔噴工藝制成的未粘合的網。而“布料”這一名詞則指的是經過熱壓花或其他工藝粘合的網。
本發明的最佳布料是一種未經增強的熔噴纖維熱壓花而成的布料，它有一層芯網，是由平均長度大于10厘米的纖維組成的;這些纖維中至少有80%纖維的直徑為7微米或小于7微米，在該芯網的一面或兩面有一表面膠合層，該膠合層的纖維的平均直徑大于8微米，其中75%的纖維直徑至少有7微米。
在制造本發明的最佳布料的工藝中，芯網的纖維在噴出模具后立即同一股高速的二次空氣接觸。膠合層的纖維則可以同高速二次空氣接觸，也可以不同它接觸。二次空氣是室內或室外溫度下的環境空氣，需要時，該二次空氣也可以是經過冷卻的。二次空氣在壓力下從一個合適的氣源經過管子15進入裝于模具兩邊的分配器16。分配器一般與模具一樣長，它具有斜面35，在靠近模具表面處開有孔27。二次空氣的流速可以通過提高管子15內的壓力或通過一塊檔板28來調節。檔板28用來減小孔27的尺寸，從而在保持流量不變的情況下提高從分配器流出的空氣速度。
本發明的非織造布料與先有技術的含有微纖維的布料的不同處在于它利用熔噴工藝來制造膠合層，該膠合層纖維的特性與芯網的微纖維的特性不同。如按本說明書所述的方法制成具有芯網和膠合層并經過熱粘合的布料，就可得到一種具有高強度與重量比值的、良好的表面耐磨牢度和懸垂性的布料。
在將先有技術的熔噴工藝用于與纖維有關方面時，得到的典型產品是一種直徑在1到10微米的微纖維。在給定的網中，纖維的直徑是參差的，但為了充分發揮微纖維結構作為良好濾料的優點，往往必須將纖維的直徑保持在很小。因此通常是用平均直徑小于5微米，有時甚至小于2微米的纖維來生產纖維網。在這種先有技術的工藝中，制造出來的纖維的典型長度為5至10厘米。在前面對于采用先有技術生產的布料的評議中曾提到，用這樣的纖維做成的網具有很低的強度和耐磨牢度。這樣的網的強度和耐磨牢度主要來源于纖維在沉降于傳送帶面上時纖維間的粘合。一定程度的表面粘合可能存在于纖維間，因為在熔噴技術的常規生產方式中，纖維在沉降到傳送帶面上時還沒有完全固化，它們的半熔融狀態的表面在交叉接觸的點上會粘合起來。這種粘合過程有時被稱為“自身粘合”。自身粘合的程度越高，網的一體化的程度也越高。但如果這類熱塑性的纖維的自身粘合程度過高，則該纖維網將發硬，變得粗糙并相當脆弱。這種未經壓花的網的強度是不足以用于例如醫用布料那樣的實際用途的。將這些纖維網進行熱粘合一般可以提高它們的強度和耐磨牢度的，但正如前面已討論過的，如果不加入表面增強成分或粘合劑的話，迄今還不能用熔噴的微纖維生產出具有高的表面耐磨牢度的布料來，尤其是不能生產出可用于手術衣、擦洗服和外科罩單等的布料來。
在本發明的最佳布料方案中，在形成芯網時，其纖維比先有技術的纖維為長。測定纖維長度時使用矩形的鋼絲框架每個的長度為5厘米到50厘米，每隔5厘米為一檔。框上繃上雙面有粘膜的膠粘帶，用來粘住并收集氣流中的纖維。測量時將一個鋼絲框在靠近于成網傳送帶處(而不是靠近熔噴噴咀處)以垂直于氣流的方向快速穿過氣流。各個框架依次取樣，然后點數每種長度的框架上粘住的纖維數并估計出纖維的平均長度。如果大部分纖維都長于10厘米，則其平均長度至少是大于10厘米，或者更好些，是大于20厘米的，以此形成的網在壓花后將具有很好的強度而仍然保留著用作醫用布料的理想特性。當平均纖維長度達到25至50厘米時，可以得到具有高度理想特性的布料。為了保持微纖維抗拒液體滲透的潛力，必須保持纖維的直徑很小。要取得好的斥液性，需要保持本方案的芯網內纖維的平均直徑在7微米以下，其中至少80%的纖維的直徑應在7微米以下，最好是至少90%的纖維的直徑應在7微米以下。纖維直徑如具有較窄的分散度則可以提高本發明所具有的各項特性之間的獨特的平衡性的潛力。雖然可以用平均直徑大于7微米的纖維制造出具有很高強度的布料，但這樣的布料的斥液性將會受到犧牲，因而也生產不出具有高度斥液性的輕質布料。
如果熔噴纖維網在形成過程中其自身粘合的程度很低，具有很少或沒有一體性，則將其壓花后形成的布料將比初始強度高的網制成的布料具有高得多的強度，外觀也較好。就是說，具有上述纖維尺寸的強度最低的未經壓花的網可以制成強度最高的壓花布料。纖維間的初始粘合程度越高，制成的布料就越硬、越脆弱，因而其抓樣抗拉強度和抗撕破強度都較低。降低自身粘合程度，壓花后制成的布料不但有高強度，而且更柔軟，更有懸垂性。由于未經壓花的網的一體性較低，可以用條樣抗拉強度試驗來測定其強度。其方法是用一條2.54厘米寬的條狀試樣夾在至少也有2.54厘米寬的試樣夾具內進行試驗(ASTM D1117號標準)。現用技術生產出來的熔噴布料，其靠自身粘合的試樣的經向條樣強度一般大于壓粘后強度的30%，往往高達70%或更高。就是說，其自身粘合的強度在壓粘后布料的強度中占了很高的份額。用本發明的工藝生產的布料其芯網的自身粘合僅提供壓粘后布料強度的30%以下，更好的是10%以下。
例如，用先有技術以尼龍-6為原料熔噴成的網的重量約為50克/米2，它的經向條樣抗拉強度為10到20牛頓。本發明的最佳方案制成的布料，其未經壓花的芯網的條樣抗拉強度必須保持在10牛頓以下，最好是保持在5牛頓以下時才能取得本發明的最大好處。換言之，生產和收集到的長纖維具有較低的纖維間粘合程度、單根纖維強度較高，就可挖掘出纖維本身內在的強度。
雖然必須使芯網中纖維的初始粘合程度很低并且使80%的纖維的直徑都小于7微米，但這樣的纖維網經過壓花后并不具有很高的表面耐磨牢度，因此往往需要在這樣的布料表面加入一種化學粘合劑來提高它的耐磨牢度。但加入這樣的粘合劑會帶來損害布料懸垂性的付作用，因此其加入量必須保持在最低限度。在實際應用中僅加入能夠維持其具有足夠懸垂性的粘合劑劑量時，它僅能提供尚可滿意、但不是很高的耐磨牢度。
在本發明的布料上，可以通過在芯網的一面或兩面加上一層由微纖維組成的表面膠合層來避免添加粘合劑及其帶來的付作用。膠合層內纖維的平均直徑大于8微米，其中75%的纖維的直徑至少有7微米。此外，在最佳實施方案中，其膠合層具有較高的纖維間初始粘合程度。
概括地說，根據本發明制成的最佳布料與現用技術生產的常規的熔噴纖維網相比，其特征在于前者的芯網的纖維具有較長的平均長度，較低的纖維間粘合程度，較高的單線強度和分散帶較窄的較細的纖維直徑，從而具有較高的抗拒液體滲透能力，它還有至少一層由較粗直徑的纖維組成的、最好具有較高的纖維間粘合程度的膠合層。
取得本發明的最佳布料的理想的芯網和膠合層特性的方法建筑于控制工藝流程中的一些關鍵性的變量，以取得理想的纖維、網層以及布料的特性。這些變量包括擠壓溫度、一次空氣流量及溫度、二次空氣流量以及成網距離(從模具到接收器)。這些變量對于具有關鍵性的理想的網層以及膠合層特性的影響說明如下對于芯網和膠合層來說，如果將進入模具的熔液的溫度保持得比先有技術的工藝要求低些，例如低10至35℃，單根纖維的強度就可以有大幅度的提高。一般在本發明的工藝中進入模具的熔液溫度比所用聚合物的熔點只高出不超過75℃左右。
在形成芯網時，一次空氣的流速和溫度以及二次空氣的流速和溫度必須調整到能夠取得該給定聚合物的纖維在不拉伸條件下的最高強度。本發明中二次空氣使用的高流速使得芯網的纖維在散射的過程中延長了時間和路程，因而有助于提高纖維的強度。在生產膠合層纖維時二次空氣不起主要的作用，最好是不用二次空氣以使在形成最佳的膠合層時纖維之間有較高的初始粘合程度。
在芯網和表面膠合層內的纖維長度受一、二次空氣流速、聚合物的遞降分解程度以及空氣流場均勻度的影響，其中空氣流的均勻度具有最關鍵的重要性。很重要的一點是要維持氣流和纖維流的高度均勻性，要避免大幅度的擾動、渦流、分條以及其他流態上的不規則性。使用高流速的二次空氣有助于控制空氣/纖維流束，它冷卻纖維并保持纖維分子的排列方向的一致性，生產出強度較高的纖維，使之具有抗拒被不均勻氣流拉斷的更大能力。
為了將芯網的纖維沉積在成網傳送帶上以形成網狀并具有較低的條樣抗拉強度，成型氣流和成型距離顯然具有重要性。在本發明的工藝中，成型距離一般在20至50厘米之間。首先，為了使芯網具有最低的纖維間粘合程度，纖維在到達成網傳送帶時應已相當地凝固，表面不發粘。使纖維有凝固的時間，可以將成網傳送帶和接收器從模具移開些。但如距離過大，即大于50厘米時，就難于維持空氣/纖維流動的均勻性，從而可能出現“搓繩”現象。“搓繩”是一種個別一些纖維在氣流中絞合在一起而形成一束粗纖維的現象。過分的搓繩將會降低生產出來的布料的抗拒液體滲透的性能，也會影響其外觀。高度均勻的一次空氣流可以改善纖維散開的機會和相對地延長其不發生搓繩現象的距離。
一次空氣容積也是一個重要的因素。在給定的聚合物流量及成型長度條件下必須使用足夠的一次空氣容積，以使纖維在空氣/纖維流中能很好地分開，并將搓繩現象降至最低限度。
二次空氣的使用對于在不產生搓繩現象條件下在芯網內取得較低的纖維間粘合程度也是重要的。如同前面已注意到的，高速的二次空氣流對改善空氣/纖維流動均勻性是有效的。因此，它提高了在不產生不合要求的搓繩現象的條件下延長成型距離的可能性。此外，由于二次空氣是處于室溫下的，需要時也可以更低些，它可以用來在較短的時間內冷卻并凝固纖維，從而避免使用長而有害的成型距離的必要性。為了使二次空氣系統能對流動的均勻性和冷卻作用以及纖維的速度降低率具有影響，它應有足夠的流速，而其流量也不致完全被一次空氣所淹沒。在本工藝中，二次空氣的流速取30米/秒至200米/秒或更高些可以有效地得到期望的氣流特性。顯然，可以用各種方法和組合方式來協調一、二次空氣的流量、溫度和成型距離以取得在未經壓花的芯網內纖維之間的低粘合程度。具體工藝參數決定于使用的聚合物、模具的設計及其空氣系統、產品率以及要求的產品性能。
未經壓花的芯網或多層未經壓花的芯網必須粘合起來以形成本發明的最佳布料。使用熱粘合技術被認定是最有利的方式。在本發明的一個最佳方法中，芯網及幾層芯網的熱粘合以及膠合層同芯網的熱粘合是結合起來在一道熱壓花工序中完成的。具有加熱和加壓功能的超聲波或機械壓花滾筒系統都是可用的。對本發明來說，建議采用機械壓花系統，其中一個位于布料一側的滾筒的表面是鐫刻的，位于布料另一側的滾筒的表面是平的，以此來取得多點粘合的效果。為了避免布料上出現“針孔”，在上、下滾筒之間留有0.01到0.02毫米的間隙較為理想。對于本發明的布料所考慮的用途來說，布料面上壓花的總面積應在5%至30%之間，最好是在10%至20%之間。在一個說明本方案的例子中，壓花的面積是18%，壓花的圖案是0.76毫米×0.76毫米的菱形，每平方厘米的滾筒面上共有31個菱形花紋。壓花使用的具體圖案并非關鍵，任何占布面5%至30%面積的圖案都可使用。
本發明的原理可用于任何市售的樹脂，諸如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯或任何聚合物或混合的聚合物，只要它們能被熔噴成纖維，都可以使用。發現使用聚酰胺，尤其是尼龍-6(聚己內酰胺)特別有利于得到外觀好、受到鈷放射線照射不易變質、特性之間平衡良好以及加工方便等優點。
前已提到，本發明的最佳布料的基本重量是14至85克/米2。膠合層如是分開形成的，其基本重量約為6克/米2左右，如是同時形成的，則其基本重量約為3克/米2左右。一般膠合層的基本重量不宜超過10至15克/米2，因為膠合層的基本重量大了，就得減少芯網的基本重量以保持所要求的布料基本重量。這種布料的最小抓樣抗拉強度與重量的比值大于0.8牛頓/克·米2，其最小埃氏抗撕破強度與重量的比值大于0.04牛頓/克·米2，其濕態及干態表面耐磨牢度大于15周起團。對于要求高強度和高耐磨牢度的醫用布料，最佳的布料的基本重量不大于60克/米2，最小抓樣抗拉強度不小于65牛頓，最小埃氏抗撕破強度不小于6牛頓，干態表面耐磨牢度至少達到40周起團和濕態表面耐磨牢度至少達到30周起團。
應理解應用本發明制造的纖維、網、或布料可以用多種方式結合起來，可以同具有不同性能的其他纖維、網、布料結合以形成具有特別指定的性能的產品。
下面提供一些例子，目的是進一步說明本發明;在任何情況下它們不代表本
發明內容
或范圍的限度。
例1在下例中，表內列舉的第1、2、3號網是在表Ⅰ所列的條件下生產的。
表Ⅰ生產熔噴尼龍網的工藝條件網號工藝條件 1 2 3擠壓機溫度-入口處 ℃ 260 232 260擠壓機溫度-出口處 ℃ 275 275 300濾網/攪拌器溫度 ℃ 275 275 287模具溫度 ℃ 287 265 300一次空氣溫度 ℃ 287 287 335一次空氣流速 米/秒 290 255 221聚合物流量克/分-孔-10.14 0.14 0.28模具空氣間隙 毫米 1.14 1.14 1.14模具錯位距離-負錯位 毫米 1.02 1.02 1.02二次空氣流速 米/秒 30 30 30基本重量克/米252 44 6平均纖維直徑 微米 3.6 4.1 9.81號網的生產條件與共同未決申請(JSU 58)中所列的相仿，以期在成型的布料上取得阻攔和強度性能之間的最佳協調。2號網的生產條件作了些修改，可以生產出具有更高強度、但阻攔性能稍有降低的布料，這一效果是通過采用比1號網較低的模具溫度和一次空氣流速取得的。生產3號網時提高了聚合物的流量并進一步降低一次空氣流速以取得平均纖維直徑為9.8微米，其中80%的纖維直徑大于7微米的網層。此外，模具溫度也提高了以使3號網纖維間的粘合程度有所提高。表Ⅱ列舉了用1、2、3號網生產出的經過壓花的布料的物理特性。表Ⅲ列出了生產具有表Ⅱ所列物理特性的布料所使用的工藝條件。
表Ⅱ熱壓花的熔噴尼龍的說明及其物理特性布 料 號特 性 4 5 6 7網層組合-第1層 1號網 2號網 3號網 3號網-第2層 - - 2號網 2號網-第3層 - - - 3號網總基本重量(克/米2) 52 44 50 56抓樣抗拉強度與重量比值(牛頓/克·米2)經線方向 2.06 2.77 2.55 2.48緯線方向 1.53 1.94 1.95 1.90靜水壓頭(厘米水柱) 49 36 39 39耐磨牢度(周數)第一面 干態-起團 15 15 40 50-磨穿孔 100 100 100 100濕態-起團 15 15 30 35-磨穿孔 100 100 100 100第二面 干態-起團 15 15 15 50-磨穿孔 100 100 100 100濕態-起團 15 15 15 35-磨穿孔 100 100 100 100
表Ⅲ熔噴尼龍熱壓花的工藝條件布 料 號工藝條件 4 5 6 7壓花面積占的比例(%) 18 18 18 18油溫 (℃)頂部鐫刻滾筒 126 122 12 121底部光面滾筒 126 122 122 122滾筒間的壓緊力(牛頓/厘米) 685 685 685 685網的移動速度(米/分) 15 9 9 9從表Ⅱ可知，5號布料的抓樣抗拉強度較4號布料高，但其阻攔性能有所降低，這從靜水壓頭的數據上可以看出;耐磨牢度則沒有變化。6號和7號布料由于加了膠合層(3號網)而使它們的耐磨牢度有所改進。但6號和7號布料由于與膠合層3號網結合，其標準化的抓樣抗拉強度依次有所降低，這是因為膠合層增加了布料的重量，但按單位重量增加的抗拉強度沒有2號網那樣多。3號網構成的膠合層將6號和7號布料的靜水壓頭數據略有提高，而表面耐磨牢度則提高得很顯著。
干態表面耐磨牢度的測量方法如下被試的布料樣置于試驗機底板上的一塊泡沫墊上，一張7.6厘米×12.7厘米的標準利特隆(Lytron)面的砂布裝在試驗機的頂板上并與試驗布樣接觸，布樣的經線方向同砂布的經線方向平行。在頂板上壓一塊1.1公斤的重量，然后將底板以固定的1.25轉/分的轉速轉動，每轉一圈稱為“1周”。轉完第一輪5圈以后用放大鏡檢視試樣布的表面，以后每轉5圈檢視一次，記錄下達到將試樣布磨起團所需的周數，以及將其磨出孔來的周數。“起團”的定義為布面上的纖維脫落并開始形成團團或珠子。一共對4個布樣進行試驗，取其達到磨起團和磨出孔來的平均周數作為報告上的數據。
濕態表面耐磨牢度試驗采用相似的方法，其不同處是布樣固定到試驗機的底板上以后在其面上滴5滴純水，頂板上壓的重量僅0.2公斤。
例2在下面的例子中，表Ⅳ列的是第8、9、10和11號網的生產條件。
表Ⅳ生產熔噴尼龍基網的工藝條件擠壓機溫度-入口處 ℃ 246 232 232 260擠壓機溫度-出口處 ℃ 274 274 274 301網 號工藝條件 8 9 10 11濾網/攪拌器溫度 ℃ 274 274 274 301模具溫度 ℃ 274 265 265 301一次空氣溫度 ℃ 309 285 285 331一次空氣流速 米/秒 299 252 191 299聚合物流量克/分·孔-10.14 0.14 0.28 0.28模具空氣間隙 毫米 1.14 1.14 1.14 1.14模具錯位距離-負錯位 毫米 1.02 1.02 1.02 1.02二次空氣流速 米/秒 30 30 30 0
(緊接上頁表Ⅳ)基本重量克/米252 42 6 6平均纖維直徑 微米 8.2 8.8第8、9、10和11號網的工藝條件同共同未決申請(JSU58)中所列的工藝條件相符。8號網的工藝條件是為了在成型的布料上取得阻攔特性和強度之間的最佳協調。9號網的生產條件作了些修改，它比8號網降低了模具溫度和一次空氣流速以生產出強度較高但阻攔特性稍差的布料。10號網是在增加聚合物流量并進一步降低一次空氣流速條件下生產出纖維平均直徑約為9微米，其中80%的纖維直徑大于7微米。9號和10號網所用的模具溫度是一樣的。11號網的生產條件基本上同3號網相似，但不用二次空氣以提高其纖維間的初始粘合程度。11號網所用的模具溫度也比10號網提高了以提高其纖維間的初始粘合程度。
下面的表Ⅴ列出了用第8、9、10和11號網在表Ⅵ所列的條件下制成的壓花布料的物理特性。13號布料是12號布料在每面加上3克/米2的由美國道化學公司(DOW Chemical Co)生產的Primacor 4990粘合劑，后者是一種80/20比例的乙烯和丙烯酸的共同聚合物。
表Ⅴ熱壓花的熔噴尼龍的說明及其物理特性布 料 號特 性 12 13 14 15網層組合-第1層 8號網 粘合劑 10號網 11號網-第2層 - 8號網 9號網 9號網
(緊接上頁表Ⅴ)-第3層 - 粘合劑 10號網 11號網總基本重量(克/米2) 52 58 54 54抓樣抗拉強度(牛頓)經線方向 94.1 103 94.0 108緯線方向 71.7 71.9 58.9 69.1靜水壓頭(厘米水柱) 41 38 37 38耐磨牢度(周數)第一面 干態-起團 5 15 40 45-磨穿孔 100 100 100 100濕態-起團 5 15 30 40-磨穿孔 100 100 100 100庫氏懸垂系數(%) 46 65 45 44表Ⅵ熔噴尼龍網熱壓花的工藝條件布 料 號工藝條件 12 14 15壓花面積占的比例(%) 18 18 18油 溫 (℃)頂部鐫刻滾筒 104 106 93底部光面滾筒 97 99 95滾筒間的壓緊力(牛頓/厘米) 685 685 685網的移動速度(米/分) 9 9 9
如表Ⅴ所示，13號布料的表面耐磨牢度有所提高，其庫氏懸垂系系數大幅度提高了。再增加粘合劑的加入量將進一步提高其耐磨牢度，但將進一步對其懸垂性產生不利影響。
14號布料比13號的表面耐磨牢度高得多，但沒有伴隨著懸垂性的喪失。15號布料在表面耐磨牢度方面比14號又有更多的改進。據信這一提高是由于11號網內的纖維間初始粘合程度提高了的緣故。
因此，可以很明顯地看出，本發明提供了一種新型的、未增強的熔噴微纖維布料，它具有提高了的表面耐磨牢度以滿足上面提出的目的、目標和優點。雖然本發明是結合具體的實施方案來進行說明的，顯然還可有許多可供選擇的其他方案、改進和變型，它們對于熟悉本行業的人在閱讀了上面的說明以后將是一目了然的。因此，所有符合后面權利要求
的精神和廣泛范圍的可供選擇的方案、改進及變型，都屬于所申請的權利要求
的范疇。
權利要求
1.一種具有改進的耐磨牢度的熔噴微纖維布料，其特征是，該布料由熔噴微纖維網構成，它具有至少一層表面膠合層，該膠合層由熔噴纖維組成，該纖維的平均直徑大于8微米，其中75%的纖維的直徑至少為7微米。
2.一種壓花的、具有改進的耐磨牢度的熔噴纖維布料，其特征是，該布料由一層熔噴微纖維的芯網以及至少一層表面膠合網層構成，該膠合網層由熔噴纖維組成，該纖維的平均直徑大于8微米，其中75%的纖維的直徑至少為7微米。
3.一種具有改進的耐磨牢度的熔噴微纖維布料，其特征是，該布料含有一層微纖維的芯網，它在間斷的、離散的粘合區內用熱粘合工藝同至少一層由熔噴纖維組成的膠合網層相粘合，該膠合網層的纖維的平均直徑大于8微米，其中75%的纖維的直徑至少為7微米。
4.按權利要求
2或3中所述的熔噴微纖維布料，其特征是，它具有大于30周起團的濕態和干態表面耐磨牢度。
5.按權利要求
1、2及3中所述的熔噴微纖維布料，其特征是，所述的膠合層的纖維的平均直徑約為9微米。
6.一種改進的、未增強的具有改進的表面耐磨牢度的熔噴微纖維布料，其特征是，該布料含有一層其最小抓樣抗拉強度與重量的比值大于0.8牛頓/克·米2以及最小埃爾門多夫(Elmendorf)抗撕破強度與重量的比值大于0.04牛頓/克·米2的熔噴微纖維網，該布料還含有至少一層由熔噴纖維組成的表面膠合層，該膠合層的纖維的平均直徑大于8微米，其中75%的纖維的直徑至少為7微米，該布料還具有大于15周起團的濕態和干態表面耐磨牢度。
7.按權利要求
6所述的布料，其特征是，所述的芯網的基本重量在14克/米2至85克/米2范圍內，其每一層所述的膠合層的基本重量在3～10克/米2范圍內。
8.按權利要求
6所述的布料，其特征是，該布料在間斷的、離散的粘合區內用熱壓法壓花，粘合區占布料表面的5%至30%。
9.按權利要求
6所述的布料，其特征是，它具有至少30周起團的濕態耐磨牢度和至少40周起團的干態耐磨牢度。
10.按權利要求
9所述的布料，其特征是，基本重量不大于60克/米2，其最小抓樣抗拉強度不低于65牛頓，其最小埃爾門多夫抗撕破強度不低于6牛頓。
11.按權利要求
6所述的改進的、未增強的熔噴微纖維布料，其特征是，所述的表面膠合層的纖維的平均直徑約為9微米。
12.一種改進的、未增強的熔噴布料，其特征是，它含有一層微纖維芯網，其中至少有80%的纖維的直徑為7微米或更小，其纖維的自身粘合作用提供給該布料的條樣抗拉強度的份額不超過30%，該布料還有至少一層由熔噴纖維組成的膠合層，其纖維的平均直徑大于8微米，其中有75%的纖維的直徑至少為7微米，該所述的布料在間斷的、離散的粘合區用熱壓法壓花，粘合區占網的表面的5%至30%，該網的最小抓樣抗拉強度與重量的比值大于0.8牛頓/克·米2其埃爾門多夫抗撕破強度與重量的比值大于0.04牛頓/克·米2，它具有至少30周起團的濕態耐磨牢度和至少40周起團的干態耐磨牢度。
13.按權利要求
12所述的改進的、未增強的熔噴布料，其特征是，所述的表面膠合層纖維的平均直徑約為9微米。
14.一種制造具有改進的耐磨牢度的熔噴微纖維布料的方法，其特征包括1)用熔噴微纖維形成一層芯網，2)在該所述的芯網的頂面用熔噴纖維形成一層膠合網層，其纖維的平均直徑大于8微米，其中75%的纖維的直徑至少為7微米。
15.一種制造具有改進的耐磨牢度的熔噴微纖維布料的方法，其特征包括1)用熔噴微纖維形成一層芯網，2)用熔噴纖維形成一層膠合網層，其纖維的平均直徑大于8微米，其中75%的纖維的直徑至少為7微米，3)將所述的網層面對面地結合起來形成一種層壓料。
16.按權利要求
14或15所述的制造熔噴微纖維布料的方法，其特征是，所述的膠合層纖維的平均直徑約為9微米。
17.按權利要求
15所述的方法，其特征包括將所述的層壓料在間斷的、離散的粘合區用熱壓法壓花粘合。
18.一種制造未增強的、具有改進的表面耐磨牢度的微纖維布料的方法，在該方法中一種可以形成纖維的熱塑性聚合樹脂在熔融狀態下被壓過位于加熱的噴頭內的一排小孔進入一股惰性氣流中，使該樹脂散射成纖維，該纖維在一個接收器上被收集并形成一層網，該網被熱粘合以形成布料，該方法的特征包括(a)在第一個加熱的噴頭處，保持熔融的聚合物在一定的、分子降解程度最小的溫度水平，控制一次空氣的流速、容積和溫度、聚合樹脂的流量及出口溫度以制成第一層纖維，其平均直徑大于8微米且其中有75%的纖維的直徑至少為7微米，在一定距離外的接收器上收集所述的纖維以形成自身粘合程度高的第一層表面膠合網層;(b)在第二個加熱的噴頭處，保持熔融的聚合物在一定的、分子降解程度最小的溫度水平，控制一次空氣的流速、容積和溫度以制出纖維，該纖維中至少80%的直徑為7微米或更小，其平均長度在10厘米以上，另外導入一股其流量足以冷卻并保持所述的纖維分開的高度均勻的高速二次空氣，在一定的成型距離外收集所述的纖維使其形成一層纖維網，在進一步將該網壓花使形成布料之前該網內纖維間的粘合程度很低，該所述的芯網的纖維是收集在所述的第一層表面膠合網層的面上的。
19.按權利要求
18所述的方法，其特征還包括(c)在第三個加熱的噴頭處制成第二層表面膠合網層，其纖維同所述的第一膠合網層的纖維相似，并將該所述的第二層表面膠合網層收集在芯網露出的面上。
20.按權利要求
18或19所述的制造未增強的微纖維壓花布料的方法，其特征是，所述的膠合網層的纖維的平均直徑約為9微米。
21.按權利要求
18或19所述的方法，其特征還包括將所述的幾層網用熱壓花法粘合。
專利摘要
公開了一種具有改進的表面耐磨牢度的熔噴微纖維的布料，該布料有一層熔噴纖維組成的膠合層，其纖維的平均直徑大于8微米，其中75％的纖維直徑至少為7微米，它具有大于15周起團的濕態及干態耐磨牢度。
文檔編號D04H1/56GK86106922SQ86106922
公開日1987年4月1日 申請日期1986年9月30日
發明者拉里·休伊·麥卡米什 申請人:瑟吉科斯公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan