Гидроформованный композитный нетканый материал

Гидроформованный композитный нетканый материал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение предлагает способ изготовления термически нескрепленного композитного нетканого тонколистового материала, содержащего непрерывные спряденные волокна и формованные влажным или пенным способом короткие волокна, включающие натуральные и/или синтетические волокна или штапельные волокна.

Уровень техники, к которой относится изобретение

При вытягивании полимерных волокон образуются электростатические заряды, потому что, помимо прочих факторов, существует разность скоростей используемого для вытягивания воздуха и волокон. Вследствие значительного электростатического заряда, который накапливают некоторые волокна, в частности волокна полимолочной кислоты (PLA), они стремятся приблизиться друг к другу, и когда они укладываются на формовочную проволоку, формование полотна осуществляется неудовлетворительно, если волокна вообще могут подвергаться укладке. Кроме того, электростатические заряды на волокнах делают затруднительным перенос нескрепленного полотна, что, в свою очередь, приводит к неудовлетворительному полотну, содержащему относительно открытые волокна.

Существуют различные способы общего решения проблем электростатических зарядов. Патент США № 7008205 B1 раскрывает способ, который повышает однородность полотна, используя устройство, разделяющее волокна электростатическим методом. Патент США № 8029260 описывает устройство для экструзии целлюлозных волокон и решает, помимо прочего, проблему предотвращения взаимного соприкосновения соседних расплавленных волокон. Эту проблему решает устройство, включающее множество сопел, которые способны осуществлять экструзию водного раствора, содержащего целлюлозу и растворимый в воде растворитель вместе со сжатым газом, таким образом, что вытянутое волокно не прилипает к соседнему расплавленному волокну.

Способы изготовления гидросплетенного высокоинтегрированного композитного нетканого материала описывают, например, международная патентная заявка № 2005/042819, а также европейский патент № 1694895 B1.

Технологии тиснения используются при обработке тканей для создания объема между слоями в многослойных тканевых изделиях. Вытисненные рисунки также используются для упрочнения и улучшения внешнего вида. Тиснение можно также использовать, чтобы влиять на осязательное ощущение от обработанных изделий.

Процесс тиснения, в котором материал подвергается тиснению между выступающим фигурным стальным валиком и каучуковым валиком, разрушает связи между волокнами в материале. Вследствие разрушения материала происходит уменьшение прочности материала.

Нетканый обтирочный материал, изготовленный, например, из полимолочной кислоты (PLA), является относительно жестким и плотным. Кроме того, существуют многочисленные проблемы, связанные с изготовлением волокон PLA, экструдированных из полимера PLA, где волокна вытягиваются и укладываются в форме слоя наклонным способом, включая электростатические проблемы наряду с другими проблемами. По сравнению с неткаными материалами на основе полипропилена (PP), материалы на основе PLA обладают значительно большей жесткостью, потому что нити/волокна, содержащие PLA, имеют более высокий модуль упругости по сравнению с PP. Это также справедливо для других нитей/волокон, имеющих более высокий модуль упругости по сравнению с PP. Когда используются нити или волокна этих типов в нетканом обтирочном материале, как правило, требуется глубокое тиснение, чтобы влиять, например, на осязательное ощущение от обработанных изделий, и это приводит к ослаблению материала и уменьшению его прочности.

Сущность изобретения

Композитный нетканый тонколистовой материал изготавливают способом, включающим следующие операции:

- экструзия непрерывных волокон из фильеры;

- вытягивание волокон через щелевой вытягивающий блок в тонкие непрерывные волокна;

- формование полотна из нескрепленных непрерывных волокон без термических соединений в процессе укладки волокон;

- гидросплетение полотна, включающего непрерывные спряденные волокна вместе с формованными влажным или пенным способом короткими волокнами, включающими натуральные и/или синтетические волокна или штапельные волокна, для интеграции и механического соединения и формования термически нескрепленного композитного нетканого тонколистового материала;

причем создается влажная среда при формовании и укладке непрерывных волокон на стадиях укладки волокон на уже смоченную поверхность; сохраняется ширина выпуска щелевого вытягивающего блока, открытого более чем на 65 мм, и добавляется жидкость на выпуске щелевого вытягивающего блока. Ширина выпуска щелевого вытягивающего блока предпочтительно остается открытой более чем на 70 мм и предпочтительнее более чем на 75 мм. Кроме того, выпуск щели находится на расстоянии, составляющем приблизительно от 15 до 30 см и предпочтительно приблизительно 20 см, от смоченной поверхности или формовочной проволоки, что, в свою очередь, создает открытый зазор и влажную среду.

При вытягивании волокон электростатические заряды образуются вследствие разности скоростей используемого для вытягивания воздуха и волокон. Скорость непрерывного волокна в щелевом вытягивающем блоке, по меньшей мере, в десять раз выше, чем скорость формовочной проволоки. Непрерывные спряденные волокна экструдируются из фильеры и вытягиваются через щелевой вытягивающий блок со скоростью, составляющей более чем 2000 м/мин и менее чем 6000 м/мин, или 5000 м/мин, или 3000 м/мин. Непрерывные волокна имеют температуру стеклования Tg, составляющую менее чем 80°C. Создается способность дополнительной молекулярной ориентации волокон, поскольку тщательно выбирается скорость волокон, а также учитывается важность разности скоростей между скоростью волокон и скоростью формовочной проволоки.

Вследствие накопления значительного электростатического заряда волокон, в частности волокон PLA, эти волокна стремятся приблизиться друг к другу, и когда они укладываются на формовочную проволоку, формование полотна осуществляется неудовлетворительно. Электростатические заряды волокон также делают затруднительным перенос нескрепленного полотна, что приводит к неудовлетворительному полотну, содержащему относительно открытые волокна.

Посредством использования уже смоченной поверхности получается формовочная проволока, которая смачивается путем нанесения жидкости на формовочную проволоку. Жидкость можно наносить на формовочную проволоку путем распыления. На поверхность можно распылять воду перед укладкой спряденного волокна. Жидкость можно также наносить и другими способами, чтобы создавать уже смоченную поверхность, на которую можно укладывать волокна. Можно использовать ванну для погружения или любое другое нанесение жидкости или увлажняющего материала на формовочную проволоку.

В частности, волокна PLA, по-видимому, создают проблемы, когда волокна PLA вытягиваются через щелевой вытягивающий блок в тонкие непрерывные волокна. Они проявляют значительную тенденцию к прилипанию друг к другу, и становится особенно затруднительным осуществление прядения и укладки волокон PLA. Удивительным образом правильное сочетание влажной среды, создаваемой добавленными жидкостями, и открытого щелевого вытягивающего блока приводит к неожиданно хорошим результатам. Кроме того, этому способствует также соотношение скорости волокон и скорости полотна. Оказалось невозможным изготовление полотна из нескрепленных волокон путем формования и укладки непрерывных волокон без создания влажной среды, как описано выше.

За счет смачивания поверхности и укладки волокон PLA во влажной среде производится хорошее полотно из волокон PLA, что делает возможным производство гидросплетенного полотна из волокон PLA и коротких волокон, такого как композитное полотно из PLA и целлюлозы. Можно обеспечивать хорошее формование и высокую прочность сформованного полотна при равномерном качестве полотна.

Помимо использования уже смоченной поверхности, волокна укладываются во влажной среде, что дополнительно усиливается также распылением жидкости, такой как вода, на выпуске щелевого вытягивающего блока, а также сохранением щелевого вытягивающего блока открытым на выпуске. Жидкость, добавляемая на выпуске щелевого вытягивающего блока, вводится посредством распыления в процессе формования полотна из нескрепленных непрерывных волокон.

Влажная среда улучшает формование и укладку на формовочную проволоку. Это также улучшает формование, а улучшение формования, в свою очередь, повышает прочность полотна.

Жидкость, добавляемая на выпуске щелевого вытягивающего блока, добавляется таким образом, что влага, возникающая за счет добавленной жидкости, может испаряться через выпуск щелевого вытягивающего блока или в сторону, где используемый для формования воздух поступает в щель, и таким образом, что непрерывные волокна легче укладываются при формовании полотна из нескрепленных непрерывных волокон, что делает возможным изготовление композитного полотна, содержащего короткие волокна и другие волокна, такие как, например, волокна PLA или другие сопоставимые волокна, и обеспечение хорошего формования.

Укладка непрерывных волокон на формовочную проволоку оказывается затруднительной. Причину этого могут представлять собой электростатические заряды, а также тот факт, что полотно из волокон является весьма тонким и легким. Традиционный путь решения этой проблемы заключается в том, что вакуумная камера устанавливается в непосредственном соединении с местом укладки волокон, что позволяет обрабатывать тонкие и легкие непрерывные волокна; однако этим проблема не решается. Проблема становится еще более актуальной, если непрерывные волокна являются нескрепленными, и если они остаются нескрепленными до тех пор, пока они не подвергаются гидросплетению на следующей стадии процесса. Когда вытягиваются некоторые непрерывные волокна, такие как волокна полимолочной кислоты, проблема электростатических зарядов в данном процессе становиться более выраженной.

Смоченная поверхность, создаваемая путем смачивания формовочной проволоки перед укладкой нескрепленных непрерывных волокон, заставляет волокно прилипать к формовочной проволоке, и в сочетании с добавлением дополнительной жидкости в процессе укладки непрерывных волокон, легкие и воздушные волокна становятся более тяжелыми и прилипают еще легче к уже увлажненной формовочной проволоке, а когда щелевой вытягивающий блок остается открытым на выпуске, это способствует созданию влажной среды, что также изменяет состояние заряда, уменьшает электростатические заряды и т.д. На жидкость, добавленную в той точке, где укладываются непрерывные волокна, также воздействует вакуумная камера, и жидкость втягивается вместе с непрерывными волокнами и остается на всей смоченной формовочной проволоке. Однако, поскольку формовочная проволока уже является влажной, когда жидкость добавляется на выпуске щелевого вытягивающего блока, это делает более легким и возможным испарение жидкости и создание влажной среды не только в месте укладки непрерывных волокон, но также на выпуске после дополнительного вытягивания волокон, т.е. перед укладкой волокон. Открытие выпуска щелевого вытягивающего блока позволяет жидкости и пару создавать влажную среду. Эта влажная среда уменьшает электростатические заряды, которые производят непрерывные волокна, в частности непрерывные волокна полимолочной кислоты. По сравнению с традиционными полимерами, используемыми для волокон, такими как, например, традиционные полипропилен и полиэтилен, волокна PLA, как правило, являются более полярными, чем эти традиционные волокна. По-видимому, чтобы решить проблемы образования электростатических зарядов и другие проблемы, которые возникают в процессе производства волокон PLA, требуется, таким образом, другое сочетание способа и устройства для производства, и при этом возникают иные вопросы, чем те, которых можно было ожидать.

Кроме того, уже смоченная и теперь влажная поверхность в полной мере реализует эффект добавления жидкости на выпуске щели, из которой вытягиваются непрерывные волокна. Жидкость можно наносить различными способами, такими как распыление или через ряд рядов сопел, или можно использовать жидкую завесу. Распыление жидкости, такой как вода, в которой содержатся или не содержатся добавки, способствует дополнительному образованию пара и влажной среды в сочетании с влажной формовочной проволокой. Кроме того, распыление естественно производит пар, образование которого усиливает влажная формовочная проволока, и за счет использования достаточно широкого отверстия выпуска непрерывные спряденные волокна экструдируются из фильеры и вытягиваются через щелевой вытягивающий блок в тонкие нескрепленные волокна таким образом, что это происходит во влажной среде.

После высушивания сформованный композитный нетканый тонколистовой материал можно дополнительно подвергать тиснению без необходимости какого-либо термического соединения. Непрерывные волокна имеют температуру стеклования Tg, составляющую менее чем 80°C, и предел текучести волокон достигается в процессе тиснение, причем тиснение осуществляется в области пластичности волокон таким образом, что они деформируются пластически. Тиснение может осуществляться таким образом, что образуются первые области, включающие растянутые волокна, и вторые области местного упрочнения, которые представляют собой сжатые области без термического соединения, имеющие более высокую плотность, чем первые области. Сжатые области проявляют уменьшение толщины, составляющее приблизительно от 5 до 60%, предпочтительно от 10 до 50% и наиболее предпочтительно приблизительно 30%.

Тисненый композитный нетканый тонколистовой материал также образует мягкий, прочный и долговечный нетканый обтирочный материал, имеющий устойчивое тиснение, что позволяет производить менее плотные рулонные протирочные материалы для потребительского рынка. Эту задачу решает способ изготовления композитного нетканого тонколистового материала, включающий:

- экструзию непрерывных волокон из фильеры;

- вытягивание волокон через щелевой вытягивающий блок в тонкие непрерывные волокна;

- формование полотна из нескрепленных непрерывных волокон без термических соединений;

- гидросплетение слоев, включающих непрерывные спряденные волокна вместе с формованными влажным или пенным способом короткими волокнами, включая натуральные и/или синтетические волокна или штапельные волокна, для формования композитного нетканого тонколистового материала;

- высушивание тонколистового материала;

отличающийся тем, что композитный нетканый тонколистовой материал подвергается тиснению без образования термического соединения, что придает тонколистовому материалу индекс прочности, равный или больше чем однократный индекс прочности нетисненого композитного тонколистового материала.

Композитный нетканый тонколистовой материал подвергается тиснению и приобретает индекс прочности, который составляет более чем 1,06-кратный, предпочтительно более чем 1,08-кратный, наиболее предпочтительно более чем 1,1-кратный индекс прочности нетисненого композитного нетканого тонколистового материала.

Наиболее неожиданным оказывается получение повышенной прочности после тиснения. Обычно прочность тисненого полотна уменьшается по сравнению с таким же полотном до его тиснения. Как правило, считается, что тиснение уменьшает прочность материала, и его можно даже использовать, чтобы осуществлять ослабление материала. Не ограничиваясь теорией, авторы считают, что именно мягкий способ изготовления волокон представляет собой причину того, что данный способ создания способен сохранить неповрежденное состояние волокон, а также достигать требуемого формования волокон в полотне, и в результате этого возникает возможность сохранения прочности полотна материала, а также способность придания прочности полотну посредством тиснения вместо уменьшения прочности. Высота тиснения выступов валика для тиснения, а также использование достаточно мягкого опорного валика обеспечивает дополнительную возможность достижения желательной трехмерной структуры материала полотна. Однако существуют также и другие обоснованные теории.

Волокна экструдируются из фильеры и вытягиваются через щелевой вытягивающий блок в тонкие волокна для формования полотна. Поскольку скорость волокна является значительно выше, линейная скорость формовочной проволоки, формование полотна из нескрепленных волокон осуществляется при столкновении волокон с формовочной проволокой.

Волокна, вытягиваемые через щелевой вытягивающий блок в тонкие непрерывные волокна, не являются полностью ориентированными. Непрерывные спряденные волокна экструдируются из фильеры и вытягиваются через щелевой вытягивающий блок со скоростью, составляющей более чем 2000 м/мин и менее чем 6000 м/мин, или 5000 м/мин, или 3000 м/мин. Непрерывные волокна имеют температуру стеклования Tg, составляющую менее чем 80°C, причем предел текучести волокон достигается в процессе тиснения, и тиснение осуществляется в области пластичности волокон, таким образом, что они пластически деформируются. Таким образом, создается способность дополнительной молекулярной ориентации волокон, когда тщательно выбирается скорость волокон, а также учитывается важность разности скоростей между скоростью волокон и скоростью формовочной проволоки. Скорость непрерывного волокна в щелевом вытягивающем блоке, по меньшей мере, в десять раз выше, чем скорость формовочной проволоки. Непрерывные волокна деформируются в процессе тиснения. Молекулярная ориентация непрерывных волокон может усиливаться в процессе тиснения посредством растяжения, и/или волокна могут также деформироваться посредством сжатия, но без молекулярной ориентации.

Полученный эффект оказался неожиданным, поскольку прочность материала увеличивалась. Наблюдение увеличения прочности наряду с повышением мягкости является весьма необычным.

Наиболее вероятно повышенная мягкость получается за счет разрыва связей между целлюлозными волокнами. Это должно также приводить к снижению прочности материала. Однако наблюдалось противоположное явление. Наиболее вероятная причина увеличения прочности может заключаться в том, что степень сжатия является высокой, и энергия, поступающая в материал в точках тиснения, абсорбируется непрерывными волокнами. Непрерывные волокна могут деформироваться таким образом, что образуются связи между целлюлозными волокнами, а также между другими волокнами. Авторы не смогли наблюдать этот эффект в случае аналогичных материалов, изготовленных на основе полипропиленовых волокон. В качестве примера, непрерывные спряденные волокна представляют собой волокна полимолочной кислоты. Химические свойства поверхности PLA, а также стеклообразное состояние и температура размягчения, составляющая 60°C, могут способствовать осуществлению деформации посредством тиснения.

Композитный нетканый тонколистовой материал включает первые области, где волокна становятся растянутыми посредством тиснения композитного нетканого тонколистового материала, и в результате этого увеличивается молекулярная ориентация непрерывных волокон. Первые области приобретают повышенную прочность при растяжении посредством тиснения нетканого композитного тонколистового материала.

Тиснение с помощью опорного валика создает первые области, представляющие собой растянутые области, и вторые области, представляющие собой сжатые области. Первые области прилегают ко вторым областям, поскольку растяжение волокон обычно происходит, когда материал подвергается тиснению между выступающим фигурным стальным валиком и каучуковым валиком, что вызывает разрушение связей между волокнами материала, но в этих случаях также происходит растяжение непрерывных спряденных волокон. При тиснении композитного нетканого тонколистового материала образуются вторые области местного упрочнения, которые представляют собой сжатые области без термического соединения, имеющие более высокую плотность, чем первые области. Непрерывные спряденные волокна могут деформироваться посредством уплощения в процессе тиснения.

Тиснение осуществляется посредством валика для тиснения, имеющего выпуклости или выступы, соответствующие вторым областям тонколистового материала, у которых высота или глубина составляет от 1,5 мм до 3,5 мм и предпочтительно приблизительно 2,5 мм. Достаточно высокое/глубокое тиснение вторых областей, представляющих собой сжатые области без термического соединения, приводит к уменьшению толщины, которое составляет приблизительно от 5 до 60%, предпочтительно от 10 до 50% и наиболее предпочтительно приблизительно 30%.

Не ограничиваясь какими-либо теориями, авторы считают, что повышение прочности обуславливается растяжением и молекулярной ориентацией волокон. Это оказывается возможным, потому что изготовление волокон обеспечивает некоторую молекулярную ориентацию, которая происходит впоследствии, а также поскольку отсутствуют термические соединения в композитном нетканом полотне, что может препятствовать соединению и разрушать его, а также приводить к разрыву волокон. Растяжение является постоянным, поскольку волокна деформируются, и тогда волокна должны находиться в области пластичности и иметь некоторое значение Tg, а также не должны образовываться какие-либо термические соединения в процессе тиснения. Полотно включает термически нескрепленные деформированные непрерывные спряденные волокна, растянутые посредством тиснения. В нормальных условиях тиснения волокна разрываются, и если происходит укладка полотна, волокна фактически фиксируются и не могут перемещаться. Тонколистовой материал согласно настоящему изобретению соединяется только механически посредством гидросплетения, и эти соединения представляют собой эластичные, а не жесткие соединения. Соединения между целлюлозными волокнами разрушаются, однако непрерывные волокна согласно настоящему изобретению не разрушаются, а растягиваются. Если используется некоторое содержащее выступы и углубления тиснение, получаются только растянутые области, если не осуществляется тиснение по всей площади. Нетканый композитный тонколистовой материал имеет первые области, содержащие растянутый непрерывные волокна, причем увеличенная молекулярная ориентация непрерывных волокон достигается посредством тиснения. Однако если тиснение осуществляется в жестком зажиме, например, с помощью опорного валика, то дополнительное повышение прочности также осуществляется во вторых областях, представляющих собой сжатые области.

Увеличение прочности в этих сжатых зонах представляет собой местное упрочнение, где тиснение обеспечивает сжатие полотна, при котором волокна и нити приближаются друг к другу, но может также происходить некоторое сжатие волокон, и, таким образом, волокна могут уплощаться в тисненых вторых областях. Тонколистовой материал содержит вторые области местного упрочнения, которые представляют собой сжатые области без термического соединения, имеющие более высокую плотность, чем первые области, и уменьшение толщины, составляющее приблизительно от 5 до 60%, предпочтительно от 10 до 50% и наиболее предпочтительно приблизительно 30%. Повышение плотности материала, таким образом, увеличивает контакт между всеми волокнами, и только этот факт придает повышенную местную прочность материала в этих сжатых областях. Кроме того, увеличивается область, в которой существует повышенное трение между волокнами. Сжатые волокна дополнительно способствуют улучшению контакта и связывания между волокнами, включая водородные связи, связи Ван-дер-Ваальса (van der Waals), и усиливаются молекулярные контакты, причем усиление интеграции полотна приводит к увеличению прочности даже при отсутствии термического соединения в областях тиснения, и тиснение сохраняется, поскольку тиснение осуществляется в области пластичности волокон. Короткие волокна, такие как целлюлозные волокна, также прилипают в любых полостях, а также дополнительно усиливают плотную структуру, создавая местное упрочнение. Считается, что энергия трения, создаваемая посредством давления при тиснении, поглощается на поверхности волокон вследствие жесткости волокон и может, таким образом, также подтверждать теории о том, как достигается это прочное связывание без термических соединений.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 схематически представляет примерное устройство для изготовления гидросплетенного композитного нетканого материала согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

Композитный нетканый тонколистовой материал представляет собой смесь непрерывных спряденных волокон и коротких волокон, включая натуральные волокна и/или штапельные волокна. Эти различные типы волокон, а также другие характеристики настоящего изобретения определяются следующим образом.

Непрерывные волокна

Непрерывные волокна представляют собой волокна, которые являются очень длинными по отношению к своему диаметру, в принципе, бесконечными. Их можно изготавливать, осуществляя плавление и экструзию термопластического полимера через тонкие сопла, а после этого полимер охлаждается, предпочтительно под действием потока воздуха, продуваемого вблизи и в направлении потоков полимера, и затвердевает, образуя нити, которые можно обрабатывать, осуществляя вытягивание, растяжение или гофрирование. Химические реагенты для дополнительных функций можно наносить на поверхность. Волокна можно также изготавливать посредством химической реакции раствора образующих волокно реагентов, поступающих в реакционную среду, например, осуществляя прядение и выпуская вискозные волокна из раствора ксантата целлюлозы в серную кислоту.

Изготовленные аэродинамическим способом из расплава волокна получают, осуществляя экструзию расплавленного термопластического полимера через тонкие сопла в очень тонких потоках и направление сходящихся воздушных потоков к полимерным потокам таким образом, что они вытягиваются в непрерывные волокна, имеющие очень малый диаметр. Производство аэродинамическим способом из расплава описывают, например, патенты США № 3849241 и № 4048364. Волокна могут представлять собой микроволокна или макроволокна в зависимости от их размеров. Микроволокна имеют диаметр, составляющий вплоть до 20 мкм, обычно от 2 до 12 мкм. Макроволокна имеют диаметр, составляющий более чем 20 мкм, обычно от 20 до 100 мкм.

Спряденные волокна изготавливают аналогичным способом, но воздушные потоки являются холоднее, и растяжение волокон осуществляется с помощью воздуха для получения соответствующего диаметра. Диаметр волокна составляет обычно более чем 10 мкм и, как правило, от 10 до 100 мкм. Производство спряденных волокон описывают, например, патенты США № 4813864 и № 5545371.

Спряденные и изготовленные аэродинамическим способом из расплава волокна составляют группу так называемых уложенных после прядения волокон, и это означает, что они непосредственно, на месте использования, укладываются на движущуюся поверхность, образуя полотно, и после этого осуществляется процесс соединения волокон. Регулирование индекса текучести расплава посредством выбора полимеров и температурного режима представляет собой обязательную часть регулирования экструзии и соответствующего формования волокон. Спряденные волокна, как правило, имеют повышенную прочность и однородность.

Жгут представляет собой еще один источник волокон, который, как правило, является предшественником в производстве штапельных волокон, но он также продается и используется как самостоятельное изделие. Таким же образом, как в случае спряденных волокон, тонкие полимерные потоки вытягиваются и растягиваются, но вместо укладки на движущуюся поверхность для изготовления полотна они остаются в пучке перед заключительным вытягиванием и растяжением. Когда изготавливают штапельные волокна, этот пучок волокон затем обрабатывают, используя замасливающие химические реагенты, как правило, гофрируют, а затем направляют на стадию резания, где режущий диск разрезает волокна на отрезки определенной длины, которые упаковывают в кипы для отгрузки и используют как штапельные волокна. Когда изготавливают жгут, пучки волокон упаковывают, используя или не используя замасливающие химические реагенты, в кипы или ящики.

В принципе, любой термопластический полимер, который имеет достаточные свойства сцепления, которые позволяют его вытягивать таким образом в расплавленном состоянии, можно использовать для изготовления волокон аэродинамическим способом из расплава или укладкой после прядения. Примеры пригодных для использования полимеров представляют собой полиолефины, такие как полилактиды, полипропилен, сложные полиэфиры и полиэтилен. Разумеется, можно также использовать сополимеры этих полимеров, а также натуральные полимеры, имеющие термопластические свойства.

Непрерывные спряденные волокна экструдировали из фильеры и вытягивали через щелевой вытягивающий блок со скоростью, составляющей более чем 2000 м/мин и менее чем 6000 м/мин, или 5000 м/мин, или 3000 м/мин, получая волокна, имеющие неполную молекулярную ориентацию, и эти волокна дополнительно растягивают, осуществляя тиснение.

Непрерывные волокна, используемые согласно настоящему изобретению, имеют температуру стеклования Tg, составляющую менее чем 80°C, причем предел текучести волокон достигается в процессе тиснения, и тиснение осуществляется в области пластичности волокон таким образом, что они пластически деформируются.

Непрерывные волокна могут содержать в качестве основы любой полимер, представляющий собой полимолочную кислоту (PLA). Волокна PLA на основе однородного полимера полимолочной кислоты, представляющего собой гомополимер, имеют практически одинаковую температуру плавления во всем объеме волокон PLA. Однако можно, разумеется, использовать, также другие полимеры, сополимеры и полимеры с добавками на основе PLA.

Натуральные волокна

Существуют многочисленные типы натуральных волокон, которые можно использовать, в частности волокна, которые проявляют способность абсорбции воды и тенденцию содействовать изготовлению прочного листа. Среди натуральных волокон, пригодных для использования, можно отметить, в первую очередь, целлюлозные волокна, в том числе волокна семян растений, например, таких как хлопок, капок и молочай; волокна листьев растений, например, таких как мексиканская агава, абака (манильская пенька), ананас и новозеландская конопля; или лубяные волокна, например лен, конопля, джут, гибискус (кенаф) и древесное волокно.

Целлюлоза из древесных волокон является особенно подходящей для использования, причем пригодными являются волокна деревьев как хвойных, так и лиственных пород, а также можно использовать регенерированные волокна.

Длина целлюлозных волокон составляет от приблизительно 3 мм для хвойных древесных волокон и приблизительно 1,2 мм для лиственных древесных волокон и смешанных волокон и даже короче для регенерированных волокон.

Штапельные волокна

Используемые штапельные волокна можно изготавливать, применяя такие же вещества и такие же способы, как в случае волокон, обсуждаемых выше. Другие пригодные для использования штапельные волокна представляют собой волокна, изготовленные из регенерированной целлюлозы, такие как вискоза и лиоцелл.

Их можно обрабатывать, используя замасливатель и реагент для гофрирования, но это не является обязательным для типа способов, предпочтительно используемых в изготовлении материала, описанного в настоящем изобретении. Замасливатель и реагент для гофрирования, как правило, добавляют, чтобы упрощать обработку волокон сухим способом, например кардованием, и/или чтобы придавать некоторые свойства, например гидрофильность, материалу, состоящему только из этих волокон, например нетканому верхнему листу для подгузника.

Резание пучка волокон осуществляется, как правило, чтобы получать отрезки одинаковой длины, которую можно регулировать, изменяя расстояния между лезвиями режущего диска. В зависимости планируемого применения, используются отрезки волокон различной длины, составляющей от 2 до 18 мм.

Для гидросплетенных материалов, изготовленных согласно традиционной технологии влажного формования, прочность материала и другие его свойства, такие как устойчивость поверхности к истиранию, улучшаются в зависимости от длины волокна (для одинакового значения толщины и полимера, из которого состоит волокно).

Когда непрерывные волокна используются вместе со штапельными волокнами и древесным волокном или целлюлозой, прочность материала определяется, главным образом, непрерывными волокнами.

Способ

Один общий примерный способ изготовления композитного нетканого тонколистового материала согласно настоящему изобретению представлен на фиг. 1 и включает следующие стадии: изготовление бесконечной формовочной сетки 1, где можно укладывать непрерывные волокна 2, избыточный воздух выпускается через формовочную сетку, и образуется предшественник полотна 3, направление формовочной сетки с непрерывными волокнами на стадию влажной укладки 4, где суспензия, содержащая в смеси короткие волокна, включая n натуральных волокон 5, и/или штапельные волокна 6, укладывается во влажном состоянии поверх и частично внутрь предшественника полотна из непрерывных волокон, и избыточная вода сливается через формовочную сетку, направление формовочной сетки со смесью нитей и волокон на стадию гидросплетения 7, где волокна и нити тщательно перемешиваются друг с другом и скрепляются, образуя нетканое полотно 8, под действием многочисленных тонких водяных струй высокого давления, направленных на волокна и сплетающих их друг с другом, причем используемая для сплетения вода сливается через формовочную сетку, направление формовочной сетки на стадию высушивания (не представлено на чертеже) где нетканое полотно высушивается, и направление нетканого полотна на последующие стадии, такие как тиснение, прокатка, нарезка, упаковка и т.д.

Согласно варианту осуществления, который представлен на фиг. 1, непрерывные волокна 2, изготовленные из экструдированных расплавленных термопластических гранул, укладываются непосредственно на формовочную сетку 1, где они могут образовывать структуру нескрепленного полотна 3, в которой волокна могут перемещаться сравнительно свободно относительно друг друга. Это предпочтительно обеспечивают, устанавливая относительно большое расстояние между соплами и формовочной сеткой 1, таким образом, что волокна могут охлаждаться, прежде чем они укладываются на формовочную сетку, и при этой пониженной температуре их клейкость уменьшается в значительной степени. В качестве альтернативы, охлаждение волокон перед их укладкой на формовочную сетку достигается некоторым другим способом, например посредством использования множества источников воздуха, где воздух 10 используется для охлаждения волокон, когда они вытягиваются или растягиваются в предпочтительной степени. Воздух, используемый для охлаждения, вытягивания и растяжения волокон, всасывается через формовочную сетку, что позволяет волокнам следовать в потоке воздуха в ячейки формовочной сетки и оставаться в них. Может потребоваться мощный источник вакуума для всасывания воздуха.

Скорость волокон, когда они укладываются на формовочную сетку, является значительно выше, чем скорость формовочной сетки, таким образом, что волокна образуют неправильные петли и изгибы, когда они собираются на формовочной сетке, и производится весьма случайным образом предшественник полотна. Непрерывные спряденные волокна экструдируются из фильеры и вытягиваются через щелевой вытягивающий блок со скоростью, сос