[发明专利]由原纤化双组分海岛纤维生产的高强耐用微米和纳米纤维织物

说明书

优先权

该专利申请要求2005年6月24日提交的美国临时专利申请No. 60/694,121的优先权。

技术领域

本发明一般涉及微旦尼尔纤维和用该纤维生产的高强度非织造产 品的制造方法。更具体地，本发明涉及从海岛构型生产该纤维，其中 海组分由岛组分原纤化而成。

背景技术

纺粘型非织造织物用于许多应用，并且构成在北美生产或使用 的大多数产品。几乎所有这些应用都要求轻质的一次性织物。因此， 大多数纺粘型织物设计用于单一用途，以及设计为具有足够的性能 以用于它们被期望的应用。纺粘法指的是纤维(长丝)被挤出、冷 却和拉伸，然后在传送带上收集而形成织物的方法。如此收集的纤 维网未被粘合，并且长丝必须通过热、机械或化学方法粘合在一起 来形成织物。热粘法是目前为止最有效和最经济的形成织物的方 法。水刺法不是这么有效，但是生产出比热粘织物柔软得多并且通 常更结实的织物。

微旦尼尔纤维是小于1旦尼尔的纤维。通常，利用分裂的双组 分纤维生产微旦尼尔纤维。图1示出最有名的裂离型纤维类型，其 通常被称作“扇形楔(pie wedge)”或“扇形嵌段(segmented pie)”。 美国专利No.5,783,503示出典型的不经过机械处理的分裂的熔纺 多组分热塑性连续长丝。在所述的构型中，期望提供中空的芯长丝。 中空芯防止类似组分的楔形尖端在长丝中央相互接触，并促进长丝 组分的分离。

在这些构型中，组分是通常由尼龙和聚酯制成的扇形体 (segment)。这种纤维通常具有16个扇形体。支持该纤维的传统 技术是通过梳理和/或气流成网形成每根长丝纤维通常为2～3旦尼 尔的纤维网，然后通过对所述纤维网进行高压喷水在一个步骤中分 裂纤维并将其粘合成织物。所形成的织物将由微旦尼尔纤维构成， 并将拥有微旦尼尔织物在柔性度、悬垂性、紧度和表面积方面的所 有特征。

在生产用于裂开的双组分纤维时，通常需要考虑纤维的几个特 征以确保足以生产连续纤维。这些特征包括组分的可混性、熔点差 异、结晶性质、粘度和产生摩擦电荷的能力。通常对所选的共聚物 进行处理以确保双组分纤维之间的这些特征适于使得可以纺出多 组分长丝。合适的聚合物组合包括聚酯和聚丙烯、聚酯和聚乙烯、 尼龙和聚丙烯、尼龙和聚乙烯、以及尼龙和聚酯。由于这些双组分 纤维纺成扇形嵌段横断面，所以每种组分沿纤维的长度被暴露。因 此，如果所选的组分没有非常类似的性质，则在生产期间连续纤维 可能产生缺陷，例如断裂或卷曲。这些缺陷将使长丝不适于进一步 加工。

美国专利No.6,448,462公开了另一种代表嵌段构型(pie configuration)的具有橘子状多嵌段结构的多组分长丝。该专利也 公开了肩并肩(side-by-side)的构型。在这些构型中，两种不相容 的聚合物如聚酯和聚乙烯或聚酰胺用于形成连续的多组分长丝。这 些长丝经熔纺、拉伸和直接铺网形成非织造织物。现在，这种在纺 粘工艺中结合水力分裂的技术的使用可通过Freudenberg以商标 Evolon_销售的产品从商业途径获得，并用于上述许多相同的应用。

扇形嵌段只是许多可能的裂离型构型中的一种。实心形式更容 易纺丝，但是中空形式更容易分裂。为确保分裂，使用不相似的聚 合物。但是甚至在选择相互亲和力低的聚合物之后，纤维的横断面 会影响到纤维将如何容易地分裂。最容易分裂的横断面是嵌段带状 物，例如图2中所示。嵌段的数目必须为奇数，使两端为相同的聚 合物，以“平衡”该结构。这种纤维是各向异性的，难于作为短纤 维进行加工。然而，作为长丝，其性能良好。因此，在纺粘工艺中， 这种纤维是引人注目的。改进了诸如尖端三叶形或嵌段交叉的纤维 的加工。见图3。

使用扇形嵌段构型的另一个缺点是分裂时整个纤维形状是楔 形。该构型是用于生产小的微旦尼尔纤维工艺的直接结果。因此， 虽然适于它们的期望目的，但是可以期望产生有利的应用结果的其 它纤维形状。目前在标准的嵌段工艺中尚不能得到这些形状。

因此，在利用扇形嵌段形式生产微旦尼尔纤维时，所用和可用 材料的选择受到某些限制。虽然组分必须是足够不同的材料，因而 组分之间的粘附被最小化而促进分离，但是它们在特征方面也必须 足够相似，以使得能够在纺粘或熔喷工艺中生产纤维。如果材料足 够不相似，则纤维在加工过程中会断裂。