CN107109737A - 包含热塑性纤维的湿法成网非织造物 - Google Patents

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Abstract

根据一个方面，本发明实施方案可与湿法成网的非织造材料相关联，所述非织造材料包含使用湿法成网工艺形成至所述非织造材料的高温耐火纤维和热塑性纤维。在一个实施方案中，含氟聚合物包含在非织造材料中。在一个实施方案中，耐火纤维至少部分地被清洁掉渣球并且乳胶粘合剂或粘合剂纤维被消除或至少部分地被减少。

Description

包含热塑性纤维的湿法成网非织造物
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月18日提交的美国临时申请号62/093,560的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。
领域
大体描述了一种用作绝缘材料的湿法成网的非织造材料，其中使用湿法成网工艺将高温耐火纤维和热塑性纤维形成到非织造材料。
背景
众所周知，由非织造材料制成的绝缘材料适用于诸如建筑、器具和汽车应用的结构来提供隔热和/或隔音。根据制成品所需的所希望的特征，此类非织造材料由各种组分制成。
一个这种非织造材料使用纤维素纤维来制成，其含有或不含其他纤维的共混物，并且通常需要某种粘合剂。此类含有纤维素的绝缘材料通常使用干法成网或气流成网工艺(即，通过典型造纸工艺)来制成，并且粘合剂作为喷雾或泡沫被涂覆。还可能添加其他纤维以有助于粘附纤维素纤维，通过热量使所述其他纤维活化和固化以帮助形成非织造材料。
同样众所周知的是利用合成纤维(诸如聚酯纤维)制成此类绝缘材料。有可能使用湿法成网工艺制成这些材料。此类绝缘材料通常包括通常呈胶乳粘合剂形式的水基粘合剂，所述水基粘合剂被添加到工艺中以确保纤维的粘附。粘合剂通常被喷涂在添加有粘合剂溶液或以粘合剂溶液饱和的搅拌器上。通常，采用约4％至约35％的粘合剂材料。涂覆胶乳粘合剂(例如通过将粘合剂喷涂到非织造网的一个或多个表面上)可导致胶乳粘合剂在表面上积聚一定厚度，从而导致网的不想要的硬度。此外，可能发生粘合剂迁移，意味着胶乳粘合剂不均匀地移动通过薄板，并且例如在其外边缘处聚合。
另外，许多垫片制造商已经抛弃常规模具切割并且利用更加现代化的喷水切割***来替换这些***。这些***比其模具切割配对物显著地更加多产和获利。遗憾的是，喷水切割在处理包含耐火纤维的非织造材料时可呈现技术复杂性。典型耐火纤维的实例包括陶瓷材料和人造玻璃质纤维。此类耐火纤维极具亲水性并且倾向于汲取极大数量的液体(通常为水)而使其聚集。在喷水切割工艺期间，包含此类耐火纤维的含水非织造材料能够吸收足够的水以充分地折中材料的机械强度。这种强度损失可导致下游工艺问题和废料增加。
在由合成纤维和/或纤维素纤维制成的材料中，非粘合剂纤维通常构成材料的最大部分。即，纤维素纤维和合成纤维用作非织造材料的主要部分，通常构成制造昂贵的全体组分的超过50重量％。
使用玻璃纤维和/或陶瓷纤维制造非织造网同样已知。如本领域普通技术人员将理解的，例如在生产陶瓷纤维期间，相对大的陶瓷小珠(被称为“渣球，”)可被推入陶瓷纤维材料。虽然由此生产的渣球与陶瓷纤维具有相同的化学组成，但是所得结构和使用功能明显不同。这种渣球通常被认为在非织造材料中是不合乎希望的，因为这种渣球往往会比薄陶瓷纤维更容易传热并且大体上导致陶瓷纤维跨所得非织造网或材料的不均匀分布。已经进行各种尝试来生产具有最小渣球的非织造网，但是此类方法通常采用气流成网工艺、针刺工艺和/或重力成网工艺，所述工艺通常通过添加胶乳粘合剂或粘合剂纤维来进行。与由这些其他工艺制造的结构相比，湿法成网结构中可发现许多优点，包括但不限于能够形成具有均一分布纤维和有利密度而不破坏纤维的较低基重材料。举例来说，这导致强度和热特性改善。另外，难以简单地使用此类工艺制造厚的玻璃纤维基/陶瓷纤维基介质。事实上，如本领域普通技术人员将理解的，此类工艺通常能够制造具有厚度约1/32英寸(0.8mm)、并且通常不大于约0.125英寸(3.175mm)的有用玻璃纤维基/陶瓷纤维基介质，从而不会导致介质破裂。当用于器具中时，此类玻璃纤维基/陶瓷纤维基介质有利地呈各种产品的形式，包括但不限于离型纸、垫片材料、热斑管理材料等。
由使用陶瓷纤维标识的又一个问题是此类纤维可能变成空气传播并且在被吸入时变得致癌。欧共体(EC)在1997年将耐火陶瓷纤维分类为致癌物2，并且该分类在2007年生效。致癌物2在EC的化学品登记、评估、授权和限制(REACH)规则下为1B类材料，或者为“具有非常高关注度的物质”。
向非织造网添加胶乳粘合剂和/或粘合剂纤维同样具有已知问题。粘合剂纤维的非限制性实例是PVOH粘合剂纤维(其实质上在以与胶乳粘合剂类似的方式被处理和烘干时溶解)。如本文使用的，术语“粘合剂纤维”不包括热塑性纤维，例如“单组分纤维”和“双组分纤维”，如下文更详细地限定。在添加了胶乳粘合剂的情况下，使用喷涂技术导致糟透的乳胶产率，意味着太多乳胶在工艺中实质上被冲蚀掉。因此，原材料的成本没有必要地变高，正如从废水去除乳胶以减轻环境问题的清洁成本一样。此外，乳胶粘合剂和/或粘合剂纤维并不总是均匀地分布，从而导致材料脆弱和制造困难。因此，最小化或甚至消除乳胶粘合剂和/或粘合剂纤维是合乎希望的。
尽管添加了热塑性双组分纤维(即，纤维通常具有芯或皮、通常具有不同的熔点)，除了或代替乳胶粘合剂是已知的，存在与乳胶粘合剂相关联的问题，特别是当尝试使用湿法成网工艺结合此类双组分纤维时。一个这种问题已经实现双组分纤维在所得非织造材料中的均一分散。
参考图1，以高度程式化方式描绘根据现有技术的湿法成网非织造网10。网10由湿法成网工艺制成，其中例如如由制造商供应的包含渣球16的陶瓷纤维12(例如未被清洁以去除渣球)被湿法成网以形成非织造网10。在形成非织造网10时，粘合剂(例如乳胶粘合剂)被喷涂到织物上并且被烘干。如本文所示的，粘合剂在陶瓷纤维12和/或渣球16之间形成粘合点18。
鉴于与当前可用的绝缘材料相关联的缺点，存在对以下材料的需要：最小化或消除此类粘合剂添加剂的使用、同时维持所希望的特性(即，保持材料的形式和强度而不会变的过硬)并且具有比先前方法更好的原材料产率。在一些应用中同样向非织造材料施予一定程度的拒水性可能是有利的。
简述
根据一个方面，本发明实施方案可与湿法成网的非织造材料相关联，所述非织造材料包含使用湿法成网工艺形成至非织造材料的高温耐火纤维和热塑性纤维。在一个实施方案中，含氟聚合物包含在非织造材料中。在一个实施方案中，耐火纤维至少部分地被清洁掉渣球并且乳胶粘合剂或粘合剂纤维被消除或至少部分地被减少。
附图简述
更具体的描述将通过参考其在附图中示出的特定实施方案呈现。应理解，这些附图仅描绘其典型实施方案并且因此不应被理解为限制其范围，示例性实施方案将通过使用附图利用另外特征性和细节进行描述和解释，其中：
图1是根据现有技术的湿法成网非织造网的示意性剖视图；
图2是根据现有技术的湿法成网非织造网的示意性剖视图；
图3是以105倍放大率示出的根据现有技术的湿法成网非织造网的剖面的SEM相片；
图4是以480倍更大放大率示出的根据图3的SEM相片；
图5是以169倍放大率示出的根据现有技术的湿法成网非织造网的剖面的SEM相片；
图6是以105倍放大率示出的根据实施方案的湿法成网非织造网的剖面的SEM相片；
图7是以480倍更大放大率示出的根据图6的SEM相片；
图8是以168倍放大率示出的根据实施方案的湿法成网非织造网的剖面的SEM相片；
图9是以105倍放大率示出的根据实施方案的湿法成网非织造网的剖面的SEM相片；
图10是以480倍更大放大率示出的根据图9的SEM相片；并且
图11是以168倍放大率示出的根据实施方案的湿法成网非织造网的剖面的SEM相片。
实施方案的各种特征、方面和优点将从以下详述和附图变得更加显而易见，其中贯穿附图和文本相同数字表示相同部件。各种所描述的特征未必按照比例绘制，而是出于突出与一些实施方案相关的具体特征来绘制。
详述
现在将对各种实施方案进行详细参考。每个实施例通过解释的方式提供，并且不意味着限制并且不构成对所有可能实施方案的限定。
本文公开并且参考图2为尤其可用作绝缘材料的湿法成网的非织造材料10。具体地，本文公开的是包含使用湿法成网工艺形成非织造材料或网10的高温耐火纤维12和热塑性纤维14的材料10。在实施方案中，耐火纤维12至少部分地被清洁掉渣球16并且乳胶粘合剂或粘合剂纤维被消除(以使得材料不含粘合剂)或至少部分地被减少，如下文更详细地描述。
如本文使用的，术语“热塑性纤维”包含例如“单组分纤维”和“双组分纤维”，所述单组分纤维包含由热塑性树脂(诸如coPET)单一组分制成的纤维，而术语“双组分纤维”包含具有至少两种不同组分、并且其中每种组分具有不同的熔点的纤维。通常，此类双组分纤维是具有分别由不同组分或聚合物形成的至少两个不同剖面域的纤维。术语“双组分纤维”因此意欲包含同心或偏心皮-芯型纤维结构、对称和非对称并列纤维结构、海岛型下位结构和饼边型纤维结构，而双组分(或bico)纤维的非限制性实例是具有co-PET皮和PET芯的纤维，其中芯比皮具有更高的熔解温度，如下文更详细地论述(其维持所得非织造网的纤维状形状并且作为纤维参与到非织造网的结构和性能中)。
参考图3，以105倍放大率示出根据现有技术的温法成网非织造材料10的扫描电子显微镜(SEM)相片。在此图像中，扫描了可商购自Lydall Performance Materials，Inc.并且如参考下文的对比实施例描述的970LK毛布面。网10包含含有渣球16的陶瓷纤维12，并且粘合点18可从乳胶粘合剂添加剂清晰地看出。大陶瓷渣球颗粒16是显而易见的，并且还存在大体上在标记为“A”(过于密集的粘合剂沉积)和“B”(不太密集的粘合剂沉积)的区域中描绘的不同密度的粘合剂沉积区。图4描绘在480倍更大放大率下的图3的SEM图像。此视图提供渣球颗粒16、不均匀粘合剂沉积区A和B以及部分固化的PVOH粘合剂纤维20的更清晰图像。
图5是以169倍放大率示出的根据现有技术的湿法成网非织造网10的剖面的SEM相片。在此视图中，可看到起始于网面并且朝向材料中心过渡的标准970LK的横截面。如本文所示的，介质中的密度梯度证明了不良粘合剂分布。更加崇高的区比纤维更加密集堆积的中心具有更多粘合剂，并且显得几乎满是灰尘。
图6是以105倍放大率示出的根据实施方案的湿法成网非织造网10的剖面的SEM相片；此视图描绘根据下文详细描述的实施例2的毛布侧视图，其包含60重量％陶瓷纤维、32.6重量％陶瓷纤维渣球、3.48重量％双组分纤维、3.87重量％粘合剂和＜1重量％水分。在此非织造材料10中，分布相当均匀的粘合剂沉积与渣球颗粒16是明显的。并且，大双组分纤维14均匀分布在纤维基质中。
图7是以480倍放大率示出的图6的放大SEM相片，其清晰地示出“C”处的双组分粘合和“D”处的均匀粘合剂沉积。
图8是以168倍放大率示出的根据描述为实例2的实施方案的湿法成网非织造网10的剖面的SEM相片。在此视图中，可看到起始于网面并且朝向中心过渡的非织造材料10的横截面。粘合剂分布显得更加均一，而双组分纤维在整个厚度上均匀分布。
图9是以105倍放大率示出的根据实施方案的湿法成网非织造网10的剖面的SEM相片；此视图描绘根据下文详细描述的实施例1的毛布侧视图，其包含60.3重量％陶瓷纤维、32.8重量％陶瓷纤维渣球、6.94重量％双组分纤维和＜1重量％水分，同时不含粘合剂。在此非织造材料10中，渣球颗粒16仍是明显的，但是不存在密集粘合剂沉积区，因为材料不含粘合剂。双组分纤维14同样均匀分布。
图10是以480倍放大率示出的图9的材料的放大SEM相片。此图像示出双组分纤维14与陶瓷纤维12之间的连接和均匀分布。
图11是以168倍放大率示出的根据描述为实施例1的实施方案的湿法成网非织造网10的剖面的SEM相片。在此视图中，可看到起始于网面并且朝向中心过渡的非织造材料10的横截面。双组分纤维14和陶瓷纤维12的分布显得极其均一，同时维持整个非织造材料的均一密度。
根据一个实施方案，湿法成网非织造材料包含至少约5-95重量％高温耐火纤维、至少约1-10重量％双组分纤维、不超过约9重量％的乳胶粘合剂量，其中非织造材料具有大于约5％至约50％的渣球含量。
高温耐火纤维包括但不限于陶瓷纤维、玻璃纤维、石英纤维、氧化铝纤维等或者其组合。在一些实施方案中，耐火纤维是由矿物棉、氧化锆、钛酸盐、硅铝酸盐、二氧化硅、铝硅酸盐氧化铬、氧化铝等或者其组合制成的陶瓷纤维。特别有用的陶瓷纤维的实例是陶瓷纤维，所述陶瓷纤维是可商购自Unifrax，LLC的铝硅酸盐纤维。特别有用的高温耐火纤维、并且克服上述EC管理问题的另一个实例是低生物持久性(LBP)纤维。此类LBP纤维的实例包括碱土金属硅酸盐纤维，确切地约50-82重量％二氧化硅纤维以及钙纤维和镁纤维的50/50组合的约18-43重量％的组合，其被设计以实现低肺生物持久性。这些纤维的可商购版本包括可购自Unifrax的和可购自Morgan Thermal Ceramics的607。
本领域普通技术人员还将理解例如并非所有玻璃纤维被认为是“高温耐火纤维”。如本文使用的，“高温耐火纤维”意味着能够承受在以下温度下连续使用的那些耐火纤维：至少高至2012°F(1100℃)、或者至少高至2300°F(1260℃)、或者至少高至2600°F(1430℃)、或者至少高至3002°F(1650℃)、或者至少高至3272°F(1800℃)。可承受约3002°F(1650℃)和约3272°F(1800℃)之间的温度的高温耐火纤维的实例是多晶氧化铝散纤维。另外，如本领域普通技术人员将理解的，许多玻璃纤维包括助熔剂(诸如钠)以降低硅基的熔点。此类纤维将不适合作为如本文阐述的高温耐火纤维。
在实施方案中，高温耐火纤维被至少“部分地清洁”以在纤维已经被制浆之后从纤维去除渣球。在一个实施方案中，高温耐火纤维在对纤维进行制浆之后但是在形成非织造网之后在工艺中被部分地清洁。“部分地清洁”的意思是渣球含量被去除，使得剩余渣球含量所存在的量小于约50％。用于使渣球与陶瓷纤维分离的已知方法包括锥形分级器、液体旋流器、拖曳分级器、耙子和螺旋分级器、沉降式脱泥器、水力分离器、固体沉降式离心机和逆流分级器。在一些实施方案中，陶瓷纤维被部分地清洁，使得大于约5％和小于约50％、或者约10％至约40％、或者约10％至约30％渣球在制浆之前保持在纤维中，此类渣球已经使用水力旋流器被去除。尽管无意于受理论的束缚，据信至少部分地清洁(气旋清洁)这种特定方法也提供一定量的纤维分布，从而允许纤维在成型网中的更加均一性。
可用于形成热塑性纤维的热塑性树脂的非限制性实例包括但不限于聚酯、聚丙烯(PP)、聚酰胺(尼龙)、丙烯酸类聚合物等或者其组合。聚酯的实例包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、coPET、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)等或者其组合。在一些实施方案中，热塑性纤维包括双组分纤维。在一个实施方案中，双组分纤维具有共聚酯皮和聚酯芯，并且皮的熔解温度低于芯的熔解温度。在其他实施方案中，皮是coPET并且芯是PET，诸如可商购自Advansa B.V.属下品牌ADVANSATM 271P的那些。双组分纤维通常特征为具有约0.5至约10旦尼尔大小和约0.1至约50毫米长度。在一些实施方案中，双组分纤维的大小比耐火纤维大一个数量级。在其他实施方案中，双组分纤维替换至少约40％的粘合剂。
在实施方案中，非织造材料包括粘合剂，通常呈乳胶粘合剂和/或粘合剂纤维的形式。粘合剂可以是无机粘合剂、有机粘合剂等或者其组合。在一些实施方案中，有机粘合剂是聚合物组合物，诸如由酚醛塑料、丙烯酸树脂、环氧树脂等或者其组合形成的组合物。聚合物粘合剂的实例包括苯乙烯-丁二烯-橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、乙烯-氯乙烯(EVCl)、聚偏二氯乙烯(PVdC)、改性聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVOH)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)和聚醋酸乙烯酯(PVA)。根据一个方面，约0.1-5重量％PVOH粘合剂纤维(诸如可购自Kuraray America，Inc.的KURALONTM纤维)存在于非织造材料中，所述粘合剂纤维可提供机械稳定性并且施予合适硬度，因为在利用较长和/或易碎纤维时经历的机械强度和/或硬度否则可破坏材料。在替代性实施方案中，只有乳胶粘合剂被消除，而在其他实施方案中，只有粘合剂纤维被消除。在又另外的实施方案中，非织造材料是“不含粘合剂的”。即，另外的乳胶粘合剂和/或粘合剂纤维的使用已经被完全消除。
最小化或消除乳胶粘合剂的使用的一个优点在于此类组合物通常是可燃的(由于粘合剂中存在的有机物量)，这意味着所得非织造材料同样具有一定的可燃性。在一个实施方案中，非织造材料具有如通过以下方式测量的小于约10％的可燃物规格：通过对暴露于设定为1500°F(815.6℃)的马弗炉前后的试样进行称重来测量有机物含量。根据材料的具体用途，具有较低有机物/可燃物在一些实施方案中可以是有利的。在一些实施方案中，具有小于约12％、或者小于约8％的烧失量(如下文定义为-LOI)的材料可以是有利的。
根据一个方面的非织造材料比当前可供用作绝缘材料的材料更厚。本领域普通技术人员很好理解具有约0.25英寸厚度的陶瓷毛毯是工业中的典型厚度，所述厚度是相当薄的。在本文呈现的概念之前，由于纤维(诸如陶瓷纤维)的易碎性，难以制造更薄的毛毯。已经有利地确定根据一个方面的非织造材料能够如本文描述的被形成，其中所述材料具有约0.4英寸(1.02cm)至约1.0英寸(2.54cm)、或者约0.5英寸(1.27cm)至约0.75英寸(1.91cm)的厚度。此类材料尤其适合用作可起皱和可缠绕材料，即，用作能够围绕对象封闭或缠绕、折叠、卷绕、模制或束缚以提供例如绝缘或消音效果的材料。根据一个实施方案，此类材料能够在适当位置形成。
根据一个方面，非织造材料能够被制成毛毯、木板、纸张、垫子、模制组件、绳子、编带、衣物、胶带等及其复合物。有利地，由于较低静态程度，此类材料已经减少对负责处理材料的工人的影响并且减少耐火纤维破裂并且变得在空气中传播、从而致使皮肤、呼吸或其他刺激的可能。此外，此类非织造材料能够在例如器具上使用之后循环使用，至少是因为由于高度柔性和弹性介质的性质所致的产品的改进的“方面(hand)”。
在一个实施方案中，非织造材料具有约100gsm至约1200gsm的基重，至少约1000g/in(393.7g/cm)的纵向(MD)拉伸强度和至少约3000mg的MD硬度。在另一个实施方案中，MD硬度不超过10,000mg并且MD拉伸强度不超过6000g/in(2362.2g/cm)。或者，非织造材料具有约600gsm至约1000gsm的基重。
在一个实施方案中，非织造材料包括一个或多个强化层以便根据预期应用提供不同程度的强度。此类强化层为本领域普通技术人员所熟知并且包括但不限于基布、泡沫、铝箔、薄聚乙烯层等或者其组合。事实上，据发现在一个实施方案中非织造材料能够在不使用粘合剂的情况下热粘附到铝箔，这是有益的成本和工艺节省增强。
根据一个方面并且在一个实施方案中，非织造材料能够传递V-0 UL94阻燃性标准。即，考虑到具有5英寸(125mm)长度、0.5英寸(13mm)宽度和1/8英寸(3.0mm)厚度的材料样品，在调节一定时间段之后测试多个标本(通常为5)，同时蓝色20mm大火被施加到标本的下缘中心持续10秒并且被去除。如果燃烧在30秒内停止，那么火焰被重新施加另外的10秒。如果标本滴落，那么颗粒被允许落入置于标本下方300mm的一层干式吸收剂外科棉上。为了在V-0要求下通过，在施加测试火焰之后标本可不利用有焰燃烧而燃烧超过10秒。另外，每个标本的总有焰燃烧时间可不超过50秒。此外，标本可不通过有焰或灼热燃烧而燃烧高达保持夹具，可不滴落点燃干式吸收剂的有焰颗粒并且可不具有在第二次去除测试火焰之后持续超过30秒的灼热燃烧。
除了修改***pH之外，如本文预期的，可能通过引入各种成型纤维来有效地修改非织造材料的密度。由于纺纱技术变得愈发复杂，热塑性粘合剂纤维、包含双组分纤维被提供在逐渐更加华丽的纤维布置中。本文有用的这些新颖几何形状的一些实例包括：平坦的、齿型的、须型的、三叶型和其他几何形状，如本领域技术人员将理解。这些纤维针对给定纤维质量具有较高或较低水压直径。水压纤维直径的操纵将影响板的表观密度。
根据一个方面，非织造材料使用湿法成网工艺来制造，如本领域普通技术人员将理解。这种工艺包括利用双组分纤维对高温耐火纤维进行制浆以形成纤维混合物，并且接着使制浆纤维混合物悬浮在水溶液中以形成悬浮液。因此形成的悬浮液接着可被泵送到真空圆网抄纸机的压头箱、小型轧机(MiniMill)或其他湿法成网成型机(诸如长网抄纸机、deltaformer等)中以形成非织造网。根据一个方面，因此形成的非织造网随后可用乳胶粘合剂喷涂并且被烘干以产生具有不超过约9％的总粘合剂含量的非织造材料。或者，非织造材料通过不施加乳胶粘合剂来保持不含粘合剂。
在一个实施方案中，在产生非织造材料之前耐火纤维与热塑性纤维一起制浆。
根据一个方面，向非织造材料施加疏水性复合物可在成型工艺期间、烘干工艺之前、或者材料已经被成型或烘干之后完成。可用来改善在喷水切割工艺中的耐久性的防水复合物的非限制性实例包括但不限于：氟化聚合物(包括但不限于氟化丙烯酸酯)、硅烷聚合物、硅树脂聚合物和蜡类。通常，此类复合物将以约0.5-10重量％的量存在于非织造材料中。
实施例
以下实施例将更详细地描述各种实施方案，其中各种实施方案是出于说明的目的而不是出于限制目前呈现概念的更广泛范围的目的。
各种测试程序针对每个实施例进行如下：
基重(B.W.)：T.A.P.P.I.程序T-410，以磅/3,000平方英尺(Lbs./3kSF)和克/平方米(gsm)报道，纸张和纸板的基重使用熔化的基重范围，模型PE 6000。可根据ASTM D646使用用于测量基重的替代测试。
厚度(卡尺)：T.A.P.P.I.程序，T-411，以米和毫米(mm)报道的在4磅/平方英尺(psf)(0.2kPa)下的“纸张和纸板的厚度(卡尺)”。使用具有底部653的Enco Gage No.605-4070，所述底部653具有修改过的4英寸x4英寸(101.6x101.6mm)板。
LOI％：烧失量(LOI)是组合物中存在的有机物(或可燃物)的量的度量，所述烧失量如上所提及的是以下测试：使测试标本经受高温持续预定时间量10分钟，并且在进行测试之前和之后均记录样品的重量。LOI被记录为重量损失的百分比(LOI％＝最终重量/初始重量*100％)。具有大于约12％的LOI的材料被认为是可燃的。
MD拉伸强度：T.A.P.P.I.程序T-494，“纸张和纸板的拉伸强度断裂性质”用来测试示例性材料的机械强度，并且使用以g/in报道的Instron测试机对纵向(MD)拉伸强度(应力)进行测量。在此测试中，标本(尺寸：10in.x1in.(25.4mm x 25.4mm)以预定速率(1in/min./(25.4mm/min.))被拉伸直到断裂。根据施加来使材料断裂的最大负载或力(以克计)除以试样的原始横截面积(以线性英寸/(em)计)计算拉伸强度。
MD硬度：T.A.P.P.I.程序T-543，使用Gurley类型硬度测试仪以毫克报道“纸张硬度”。
双次耐折度拉伸(g/in/(g/cm))：双次耐折度拉伸是设计来指示材料的可折叠性的测试。因此，测试标本在进行MD拉伸强度之前被折叠，并且结果类似地以g/in计报道。
SAD(堆密度)：SAD是磅/三千平方英出的基重除以四磅/平方英尺的以米计的厚度的比率。这个值可乘以四，以便以磅/立方英尺(lbs/ft3)或千克/立方米(kg/m3)报道。
湿拉伸强度：T.A.P.P.I.程序T-456，“饱水纸张和纸板的拉伸强度断裂性质”用来测试润湿示例性材料(所述材料被浸入去离子水中持续60秒直到饱和)的机械强度，并且使用以g/in报道的Instron测试机进行测量。在此测试中，标本(尺寸：10in.x1in.(254mm x25.4mm)以预定速率(1in/min./(25.4mm/min.))被拉伸直到断裂。根据施加来使材料断裂的最大负载或力(以克计)除以试样的原始横截面积(以线性英寸/(em)计)计算湿拉伸强度。
比较实施例.大约100lbs.(45.4kg)的可商购自Thermal Ceramics的PG 111主要陶瓷纤维(氧化铝-二氧化硅纤维)与可商购自Kuraray America，Inc.的来自KURALONTM VPB105-2.4mm(由聚乙烯醇(PVOH)制成的合成纤维)的1lb.(453.6g)粘合剂纤维一起制浆，并且悬浮在1350加仑(5110升)的水溶液中。这种悬浮液随后被泵送到真空圆网抄纸机的压头箱中，如本领域普通技术人员将理解的不含部分清洁的渣球，并且被湿法成网和收集到筛网上以形成非织造网。因此形成的非织造网随后用可商购自Lubrizol Hycar的具有约10.5％26120的丙烯酸悬浮在水中的乳胶粘合剂喷涂，并且被烘干以产生具有大约10％总粘合剂含量的非织造材料。
四种变型(实施例1-4)在试验期间进行，其中非织造材料使用实质上如以上描述的常规湿法成网工艺制造，除了渣球被部分地清洁并且粘合剂被消除或减少。作为实例，虽然两个陶瓷纤维流被泵送到压头箱中，但是只有一个流使用水力旋流器并行处理以在约80％的去除效率下去除渣球。使用质量平衡计算，做出如下两种假设以计算存在于最终非织造材料中的渣球的百分比：1.渣球以约1∶1的比率存在于陶瓷纤维中；以及2.纤维以渣球去除效率的约15％效率被去除。
在实施例1-4中，可商购自Unifrax，LLC的陶瓷纤维(铝硅酸盐纤维)如上文描述的被部分地清洁并且与可商购自Advansa B.V.的具有2.2旦尼尔大小和6米切割长度的Advansa 2.2T双组分纤维(coPET皮/PET芯)组合。因此形成的非织造网在烘干机中在约300至约400°F(149-205℃)之间的范围的温度下被固化。在指示时，因此形成的网随后用丙烯酸乳胶粘合剂(如以上参考比较例提及的)喷涂以产生具有所指示粘合剂重量百分比的非织造材料。用于每个实例的陶瓷纤维/bico纤维/乳胶粘合剂的比率在表1中阐述，而比较例和根据一个方面的非织造材料的测试结果在表2中阐述。
在四个变型(实施例1-4)中，只有实施例3经历了少许龟裂和开裂。这种故障发生在真空圆网抄纸机转台式卷绕机的3英寸(76.2mm)宽线性编码器卷上。不管转台式卷绕机中的众多急转而存在的开裂是对比较实施例的显著改进。970LK产品正是出于此原因通常不在真空圆网抄纸机上运行。但是即使在传统真空圆网抄纸机上，材料开裂可能是令人烦恼的并且在干燥端和完成时导致大量废弃和浪费材料。
与典型开裂行为相对比，实施例1的试验材料(其中不使用粘合剂)是如此柔性的，以至于结头可用1英寸(25.4mm)宽的带进行打结。重要的是应注意可挠性的显著增大导致少得多的刚性材料。为防止这种情况，进行实施例2的50-50配方，其中除了使用双组分纤维之外，非常少量的粘合剂被喷涂在材料上以形成网。实施例2是刚性、柔韧且牢固的-全部具有7％LOI，而不是比较实施例的标准10％LOI。实施例3的低可燃物配方目标为具有相同50-50双组分纤维和粘合剂的组合物的5％LOI。这种卷仍是牢固的，尽管不完全与实施例2一样牢固。如以上详细论述的，实施例3的材料展现出转台式卷绕机中的呈龟裂/开裂形式的少许损坏迹象。由于故障仅发生在转台式卷绕机的急转弯上，其将不可能发生在工业品位真空圆网抄纸机上，其中最小半径通常约为6英寸(152.4mm)。
虽然应当指出拉伸强度在实施例1中是与比较实施例相比较低的数量级，但是此类拉伸强度仍将足以商业化。换句话讲，如比较实施例中发现的具有此类高拉伸强度对客户来说可能不需要。类似地，硬度减少具有以下益处：易于模切，同时维持内聚力。
成本分析使用970LK(可商购自Lydall，Inc.的牌)最新的商业过程(总共为十)以当前产胶量来进行。据发现可根据50-50配方(实施例2)来实现针对5000磅(2268kg)过程的大约$2100USD原材料节省，并且利用仅双组分配方(实施例1)实现每个过程$2800USD。
根据以下实施例，使用如下文的表3指示的组分进行水基配料，并且所得配料被制成如本领域普通技术人员将理解的手抄纸(每个板具有的面积为0.131m2(1.40ft2))。因此形成的手抄纸在烘干机中在约300至约400°F(149-205℃)之间的范围的温度下被固化。
实施例5.可商购自Morgan Thermal Ceramics的大约93重量％(65.35g)的112纤维(碱土金属硅酸根(AES)羊毛纤维)利用可商购自Unitika Co.的7重量％(4.89g)的热粘结(皮-芯类型)聚酯粘合剂纤维(4080型、2旦尼尔x 5mm、直径约15μm)进行手动制浆以形成具有70.24g总重的手抄纸。
实施例6.大约92.9重量％(65.28g)的112纤维利用可商购自Daikin America，Inc.的7重量％(4.89g)的Unitika 4080、0.1重量％(0.1g)PVOH粘合剂纤维和2重量％UNIDYNETM TG-5502水和疏油的碳氟化合物织物保护***(30％固体含量)、含氟聚合物进行手动制浆以形成手抄纸。用于每个实施例的组分的比率在表3中阐述，而根据一个方面的材料的测试结果在表4中阐述。
表3-样品含量(重量％) 实施例5： 实施例6：
AES羊毛纤维 93 91.04
双组分纤维 7 6.82
粘合剂纤维 0.14
含氟聚合物 2.00
因此，在不损坏试验板的柔性的情况下，据发现向材料添加的含氟聚合物(包括高温耐火纤维、双组分纤维和仅少量的粘合剂纤维)产生根据一个实施方案制造的强(从339.6g/cm到815.4g/cm的显著提高的拉伸强度)而柔性的板，同时能够承受湿喷切割程序，因为湿拉伸强度同样被显著地提高(从238.2g/cm到631.1g/cm)。
所示的部件和方法不限制于本文所述的特定实施方案，而是，示出或描述为一个实施方案的部分的特征可在其他实施方案上使用或者结合其他实施方案使用以便产生另一个实施方案。旨在所述材料和方法包括此类修改和变化。
虽然已经参考各种实施方案描述了材料和方法，但是本领域技术人员将理解，在不背离所设想范围的情况下，可做出各种改变并且可使用等效物来取代其元件。另外，在不背离本文的基本范围的情况下，可做出许多修改来使具体情况或材料适应本文发现的教导。
在本说明书和随后权利要求书中，将提及具有以下含义的许多术语。除非上下文明确地另外规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指示物。此外，对“一个实施方案”、“一些实施方案”、“一种实施方案”等等的参考并不旨在解释为排除同样包含所述特征的另外实施方案的存在。如本文贯穿说明书和权利要求书使用，近似语言可应用来修饰任何定量表达，所述定量表达可在不造成与其相关的基本功能变化的情况下改变。因此，由术语诸如“约”修饰的值不限制于指定的精确值。在一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精确度。
如本文所用，术语“可”和“可以是”指示在一组情况内发生的可能性；指定特性、特征或功能的拥有；和/或通过表达与所限定动词相关联的能力、本领或可能性中的一个或多个使另一个动词适用。因此，“可”和“可以是”的使用指示所修改术语明显地适当，能够或适于所指示能力、功能或使用，同时考虑在一些情况下，所修改术语有时可能不适当、能够或合适。例如，在一些情况下，可以预期事件或能力，而在其他情况下，所述事件或能力不能发生--此区别由术语“可”和“可以是”捕捉。
公开了至少一个实施方案，并且本领域普通技术人员所进行的实施方案和/或实施方案的特征的变化、组合和/或修改在本公开的范围内。由组合、整合和/或省略实施方案的特征所产生的替代实施方案也在本公开的范围内。在数值范围或限制明确说明的情况下，此类表示范围或限制应理解为包括如落入明确说明的范围或限制内的量值的迭代范围或限制(例如，从约1到约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。例如，每当公开了具有下限R1和上限Ru的数值范围时，就明确地公开了落入所述范围内的任何数字。具体地，明确地公开了范围内的以下数字：R＝R1+k*(Ru-R1)，其中k是范围从百分之一到百分之百的变量(具有百分之一的增量)，即，k是百分之一、百分之二、百分之三、百分之四、百分之五、...、百分之五十、百分之五十一、百分之五十二、...、百分之九十五、百分之九十六、百分之九十七、百分之九十八、百分之九十九或百分之百。此外，也明确地公开了由如上文中定义的两个数字R界定的任何数值范围。
如权利要求书中所用，词语“包括”和它的语法变体逻辑上也对向并包括变化和不同范围的短语，例如像但不限于“基本上由......构成”和“由......构成”。
科学技术的进步可使得等效物和替换物成为可能，这些等效物和替换物因语言的不精确现在未被设想；这些变化应被所附的权利要求书覆盖。本书面说明书使用实例来公开材料和方法，包括最佳模式，同时也让本领域的任何普通技术人员能够实践所述材料和方法，包括制造和使用任何装置或***，并且执行任何包含的方法。本发明可获得专利的范围由权利要求书来限定，并且可包括本领域普通技术人员能够想到的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。
因此，保护范围不受上文陈述的描述限制，而是仅由所附的权利要求书限制，所述范围包括所述权利要求书的标的物的所有等效物。每一和每个权利要求作为其实施方案而并入到所述说明书中。因此，所述权利要求书是进一步的描述且是本文描述的详细说明的补充。本发明中引用的所有专利、专利申请和公开的公开内容(如果有的话)以引用的方式并入本文。

Claims (13)

1.一种湿法成网非织造材料，其包含：
高温耐火纤维；
热塑性纤维；以及
不超过约9重量％的一定量的乳胶粘合剂或粘合剂纤维。
2.根据权利要求1所述的非织造材料，其特征在于所述高温耐火纤维至少部分地被清洁并且所述非织造材料具有高达约50％的渣球含量。
3.根据权利要求1或2所述的非织造材料，其特征在于所述热塑性纤维包括双组分纤维。
4.根据权利要求3所述的非织造材料，其特征在于所述双组分纤维具有共聚酯皮和聚酯芯，并且所述皮的熔解温度低于所述芯的熔解温度。
5.根据权利要求3或4所述的非织造材料，其特征在于所述非织造材料包含：
至少约5-95重量％的所述高温耐火纤维；以及
至少约1-10重量％的所述双组分纤维。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的非织造材料，其特征在于所述材料具有小于约10％的可燃物规格。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的非织造材料，其特征在于所述高温耐火纤维选自包括以下的组：陶瓷纤维、玻璃纤维、二氧化硅纤维和氧化铝纤维。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的非织造材料，其特征在于所述材料具有至少约600gsm的基重、至少约1000g/in(393.7g/cm)的MD拉伸强度和至少约3000mg的MD硬度。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的非织造材料，其特征在于所述高温耐火纤维是陶瓷纤维。
10.根据权利要求1至10中的一项所述的非织造材料，其还包括约0.1-5重量％PVOH粘合剂纤维。
11.根据权利要求1至9中的一项所述的非织造材料，其特征在于所述非织造材料不含粘合剂。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的非织造材料，其特征在于所述非织造材料的厚度约为0.4英寸(10.2mm)至约1.0英寸(25.4mm)。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的非织造材料，其还包括氟化聚合物。
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