DE69934912T2

DE69934912T2 - Spaltbare elastomere mehrkomponentenfasern

Info

Publication number: DE69934912T2
Application number: DE69934912T
Authority: DE
Inventors: Jing-Peir Pensacola YU; Jr. Arthur Melbourne TALLEY; O. Frank Rogersville HARRIS; S. Jeffrey Erwin DUGAN; E. Arnold Merritt Island WILKIE
Original assignee: Hills Inc; Fiber Innovation Technology Inc
Current assignee: Hills Inc; Fiber Innovation Technology Inc
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: DE69934912D1; US6767498B1; WO2000020178A8; AU6509399A; EP1149195A4; WO2000020178A1; EP1149195B1; ATE351934T1; EP1149195A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Feindenier-Fasern. Insbesondere betrifft die Erfindung Feindenier-Fasern, erhalten durch Spalten von Mehrkomponentenfasern mit einer elastomeren Komponente, und aus solchen Fasern hergestellte Stoffe.
Beschreibung des verwandten Gebietes
Aus synthetischen Polymeren erzeugte Fasern sind schon lange als nützlich bei der Herstellung von Textilwaren erkannt worden. Solche Fasern können in unterschiedlichen Anwendungen wie Bekleidung, wegwerfbaren Körperpflegeprodukten, medizinischen Kleidungsstücken, Filtriermedien und Teppichen verwendet werden.
Es kann wünschenswert sein, Fasern mit feinem oder ultrafeinem Denier in eine textile Struktur, wie Filtriermedien, einzubringen. Feindenier-Fasern können verwendet werden, um Stoffe mit kleineren Porengrößen herzustellen, wodurch es möglich wird, kleinere teilchenförmige Materialien aus einer Fluidströmung heraus zu filtern. Überdies können Feindenier-Fasern eine größere Oberfläche pro Gewichtseinheit Faser bereitstellen, was vorteilhaft bei Filtrationsanwendungen sein kann. Feindenier-Fasern können auch Stoffen ein weiches Gefühl und weiche Griffigkeit verleihen.
Feindenier-Fasern sind auch vorteilhaft bei der Herstellung von synthetischen Garnen und Stoffen. Aus synthetischen Fasern hergestellte Garne und Stoffe zielen darauf ab, mit aus natürlichen Fasern hergestellten Garnen und Stoffen wettbewerbsfähig zu sein, indem Spinnfasergarne nachgebildet werden, und eine Vielfalt von Verfahren wurden in Angriff genommen, um synthetische Materialien herzustellen, die verbesserte Merkmale haben, wie größere Bauschigkeit und Weichheit, überlegene Flexibilität und überlegenen Warenfall, bessere Sperr- und Filtrationseigenschaften.
Ein Verfahren zum Nachahmen von Spinnfasergarnen umfasst das Schneiden von synthetischen Endlosfasern zu Stapelfasern und das Verspinnen der Stapelfasern zu Garnen durch herkömmliche Spinnverfahren, die für natürliche Fasern verwendet werden. Jedoch ist dieser Ansatz zeitaufwendig und teuer. Alternativ können Endlosfasern mit verschiedenen Texturierverfahren mit niedrigeren Kosten zu Garnen umgewandelt werden, diese Garne bilden aber häufig Spinnfasergarne nicht gleichwertig nach.
Ein anderes Verfahren zum Umwandeln von Filamentgarnen in nachgebildete Spinnfasergarne ist das Airjet-Texturierverfahren. In diesem Verfahren wird eine Strömung aus kalter Luft dazu verwendet, schlaufenartig gebauschte Garne niedriger Dehnbarkeit herzustellen. Die Garnoberfläche wird mit fixierten elastischen Schlaufen bedeckt, welche dem gleichen Zweck wie die hervorstehenden Haare bei Spinnfasergarnen dienen, indem eine Isolierschicht aus eingeschlossener stillstehender Luft zwischen benachbarten Schichten von Kleidungsstücken erzeugt wird (Siehe 5A). Durch das Luftdüsen-Texturierverfahren hergestellte synthetische Garne bilden die Strukturen von Spinnfasergarnen genauer nach und ähneln gesponnenen Fasergarnen in ihrem Aussehen und ihren physikalischen Merkmalen, obwohl diese Luftdüsen-texturierten Garne nicht dehnbar sind. Derzeit werden Luftdüsen-texturierte Garne weithin in Oberbekleidungs- und Leichtbekleidungsstoffen, Polsterstoffen und anderen textilen Anwendungen verwendet. Die Verwendung von Feindenier-Fasern hat synthetische Garne und Stoffe zur Folge, die erwünschte Eigenschaften wie gute Weichheit und Bauschigkeit wie auch gute Dehnbarkeit und guten Stoff-Warenfall aufweisen, mit überlegenen Filtrations- und Sperreigenschaften und einem überlegenen Bedeckungsgrad bei geringem Gewicht.
Es ist jedoch schwierig, unter Verwendung von herkömmlichen Schmelzspinnverfahren Feindenier-Fasern, insbesondere Fasern von 2 Denier oder weniger, herzustellen. Die Schmelzblastechnik ist ein Weg, mit dem Stoff aus Feindenier-Filamenten herzustellen ist. Jedoch haben typischer Weise schmelzgeblasene Gewebe keine gute physikalische Festigkeit, in erster Linie weil dem Polymer während der Verarbeitung weniger Orientierung verliehen wird und Harze mit niedrigerem Molekulargewicht verwendet werden.
Mehrkomponenten- oder Verbundfasern mit zwei oder mehr polymeren Komponenten können in feine Fasern aufgespalten werden, die aus den jeweiligen Komponenten bestehen. Das einzige zusammengesetzte Filament wird auf diese Weise ein Bündel von Mikrofilamenten aus einzelnen Komponenten. Typischer Weise werden Mehrkomponenten-Fasern durch mechanisches Bearbeiten der Fasern gespalten oder geteilt. Allgemein zum Bearbeiten von Fasern verwendete Verfahren beinhalten Verstrecken auf Galettenwalzen, Klopfen oder Kardieren. Verfahren um Stoff zu erzeugen, wie Vernadeln oder Wasserverfestigen, können einer Mehrkomponenten-Faser ausreichend Energie zuführen, um Trennung zu bewirken.
Außerdem können Feindenier-Fasern unter Verwendung einer Mehrkomponenten-Faser hergestellt werden, die aus einem gewünschten Polymer und einem löslichen Polymer besteht. Das lösliche Polymer wird dann aus der Verbundfaser herausgelöst, unter Hinterlassung von Mikrofilamenten aus dem anderen, verbleibenden unlöslichen Polymer. Die Verwendung von auflösbaren Matrixen, um Feindenier-Filamente herzustellen, ist jedoch problematisch. Die Herstellungsausbeuten sind an und für sich niedrig, weil ein bedeutender Teil der Faser aus mehreren Bestandteilen zerstört werden muss, um die Mikrofilamente herzustellen. Das Abwasser oder das verbrauchte Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, das durch solche Vorgänge erzeugt wird, stellt ein Umweltproblem dar. Überdies erhöht die zum Herauslösen der Matrixkomponente aus der zusammengesetzten Faser benötigte Zeit die Ineffizienz des Herstellungsverfahrens weiter.
Zusätzlich zu Feindenier-Fasern kann es auch wünschenswert sein, elastomere Fasern in Textilstrukturen einzubringen, um Spannbarkeit und Erholungsvermögen zu verleihen. Elastomere Fasern oder Filamente werden typischer Weise in Stoffe eingebracht, um zu ermöglichen, dass die Stoffe sich unregelmäßigen Formen anpassen und um mehr Körperbewegung zu gestatten als Stoffe mit begrenzterer Dehnbarkeit.
Zum Herstellen von elastischen Stoffen verwendete Elastomere haben jedoch häufig eine unerwünschte gummiartige Griffigkeit. Wenn daher diese Materialien in Stoffen verwendet werden, kann das Gefühl beim Anfassen und die Textur des Stoffes von dem Verwender als klebrig oder gummiartig und daher unerwünscht wahrgenommen werden. Nicht-elastomere Fasern können mit elastomeren Fasern zusammenmeliert und/oder mit einer Elastomerlösung beschichtet werden, um die Griffigkeit von unter Verwendung von elastischen Fasern hergestellten Gegenständen zu verbessern. Dies erfordert jedoch zusätzliche Verarbeitungsschritte, was die Material- und Herstellungskosten vergrößern kann. Zum Beispiel wird ein dehnbarer Stoff allgemein aus Filamentgarnen oder Spinnfaser(Stapel)garnen in Kombination mit einem elastischen Garn hergestellt. Ein allgemein verwendetes elastisches Garn ist ein umwickeltes Garn, welches elastisches Filamentgarn, wie Spandex-Garn, in dem Kern aufweist, der von einem synthetischen Filamentgarn umwickelt ist (siehe 5B). Das Umhüllungsgarn aus synthetischem Filament sorgt für Abriebschutz des elastischen Kerngarns. Der Vorgang zur Herstellung von einem solchen umwickelten Garn ist zeit- und kostenaufwändig. Um weiche und auch dehnbare Eigenschaften zu erwerben, müssen die herkömmlichen Garne mittels vieler Schritte des Vermischens und Verzwirnens verarbeitet werden, die unpraktisch und teuer sind.
Ferner kann es schwierig sein, elastomere Materialien zu verarbeiten, um elastische Fasern oder Filamente herzustellen. Zum Beispiel sind viele elastomeren Garne aus Lösungsmittel-gesponnenen elastomeren Materialien hergestellt (Spandex). Elastomere Garne können durch thermisches Extrudieren von elastomeren Filamenten hergestellt werden. Ein Problem bei diesem Ansatz ist jedoch Zerreißen oder Dehnversagen während der Extrusion und des Verstreckens. Wegen der Dehnungsmerkmale von elastomeren Polymeren neigen die Filamente dazu, abzuschnellen und zu reißen, während sie gestreckt werden. Wenn ein Filament während der Herstellung zerreißt, können die Enden des abgerissenen Filamentes entweder den Filamentfluss verstopfen oder die anderen Filamente in Eingriff miteinander bringen, was ein Vlies aus verfitzten Filamenten zur Folge hat.
Elastische Gewebe mit elastomeren Feindenier-Fasern können unter Verwendung des Schmelzblasverfahrens hergestellt werden. Jedoch haben, wie vorstehend erwähnt, schmelzgeblasene Gewebe typischer Weise keine gute physikalische Festigkeit. Überdies finden schmelzgeblasene elastomere Gewebe allgemein weniger ästhetischen Anklang.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt spaltbare Mehrkomponentenfasern und Faserbündel bereit, welche eine Vielzahl von Feindenier-Filamenten mit vielen unterschiedlichen Anwendungen in dem Textil- und industriellen Bereich beinhalten. Die Fasern können viele vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, wie weiche, angenehme Griffigkeit, hohen Bedeckungsgrad, hohe Dehnbarkeit und Erholung und dergleichen. Ferner stellt die vorliegende Erfindung Stoffe bereit, die aus den Mehrkomponentenfasern und -Faserbündeln hergestellt sind, ebenso wie Verfahren, mit denen Feindenier-Filamente herzustellen sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren wie in irgendeinem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 16 definiert bereitgestellt. In weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung wird eine spaltbare Mehrkomponentenfaser wie in Anspruch 30 definiert, ein Faserbündel wie in Anspruch 31 definiert, ein Garn wie in Anspruch 45 definiert, ein Stoff wie in den Ansprüchen 47 oder 48 definiert, ein Produkt wie in Anspruch 50 definiert oder ein dehnbares Garn wie in Anspruch 51 definiert bereitgestellt.
Insbesondere stellt die Erfindung aus elastomeren Komponenten und nicht-elastomeren Komponenten erzeugte, thermisch trennbare oder spaltbare Fasern bereit. Die elastomeren und nicht-elastomeren Komponenten werden so ausgewählt, dass sie ausreichend wechselseitige Adhäsion (Anhaftung) aufweisen, um die Bildung einer einheitlichen Mehrkomponentenfaser zu ermöglichen. Und zwar können die Fasern mechanisch bearbeitet werden, zum Beispiel durch Verstrecken, Klopfen, Beschneiden und dergleichen, ohne dass sie sich aufspalten und ohne Additive zur Verhinderung von Aufspaltung während der mechanischen Einwirkung. Und doch ist die Adhäsion der Komponenten ausreichend gering, um den Komponenten zu erlauben, sich bei thermischer Behandlung zu trennen oder sich zu spalten.
Spezifisch kann die Adhäsion der elastomeren und nicht-elastomeren Komponenten aneinander als die Differenz von Löslichkeitsparametern des elastomeren Polymers und des nicht-elastomeren Polymers ausgedrückt definiert werden. In dieser Hinsicht wird das elastomere Polymer so ausgewählt, dass es einen Löslichkeitsparameter (δ) derart ausreichend verschieden von demjenigen des nicht-elastomeren Polymers hat, dass die elastomere Komponente und die nicht-elastomere Komponente sich bei thermischer Aktivierung trennen. Vorzugsweise weisen das elastomere Polymer und das nicht-elastomere Polymer einen Unterschied der Löslichkeitsparameter (δ) von mindestens etwa 1,2 (J/cm³)^1/2, vorzugsweise mindestens etwa 2,9 (J/cm³)^1/2 auf. In einem besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung beinhaltet die auftrennbare Mehrkomponentenfaser mindestens eine Polyurethankomponente und mindestens eine Polyolefin-, vorzugsweise Polypropylenkomponente.
Die Fasern können eine Vielfalt von Konfigurationen haben, einschließlich Fasern nach Art von Torte und Tortenstücken, segmentierten runden Fasern, segmentierten ovalen Fasern, segmentierten rechtwinkligen Fasern, segmentierten Bandfasern und segmentierten Multilobalfasern (segmentierten Fasern mit unregelmäßigem Querschnitt). Ferner können die thermisch spaltbaren Mehrkomponentenfasern in der Form von Endlosfilamenten, Stapelfasern oder schmelzgeblasenen Fasern sein.
Die Polymerkomponenten sind unter Bedingungen von niedriger oder im Wesentlichen keiner Zugspannung (das heißt, im relaxierten Zustand) durch thermische Mittel voneinander lösbar, um ein Bündel aus Feindenier-Elastomerfasern und Feindenier-Nichtelastomerfasern zu bilden. Das Faserbündel kann erwünschtes Dehnungs- und Erholungsvermögen wie auch erwünschte ästhetische Merkmale aufweisen. Allgemein können die Fasern der Erfindung vor der thermischen Behandlung verstreckt werden, um die Nichtelastomerkomponenten plastisch zu verformen, so dass sie auch unter keinem Zug verstreckt bleiben. Auf diese Weise ist die Länge der plastisch deformierten Nichtelastomerkomponenten größer als die Länge der Nichtelastomerkomponenten vor dem Verstrecken. Im Gegensatz dazu werden die Elastomerkomponenten elastisch verformt und verbleiben in ihrem gespannten oder verstreckten Zustand nur wegen der Reibung davon mit den Oberflächen der nicht-elastischen Komponenten. Es wurde in unerwarteter Weise gefunden, dass nach dem Verstrecken thermisches Behandeln der Mehrkomponentenfasern unter Relaxation genügend Antrieb bereitstellt, um den Zusammenhalt von einer Polymerkomponente an der anderen zu lösen. Diese Loslösung ermöglicht es den elastomeren Komponenten, sich zusammen zu ziehen, was die Komponenten der Fasern aufspaltet. Es wurde auch gefunden, dass thermische Behandlung zusätzlich zu der Ermöglichung von Kontraktion der elastomeren Komponenten die elastomeren Komponenten schrumpfen lässt, wodurch die Trennung der Komponenten der Fasern verstärkt wird.
Zusätzlich haben die Erfinder auch herausgefunden, dass Freigabe der Adhäsionskräfte zwischen den elastomeren und den nicht-elastomeren Komponenten durch thermische Behandlung unter Bedingungen von niedriger oder im Wesentlichen keiner Zugspannung bewirkt, dass sich die nicht-elastomeren Filamente um die elastomeren Filamente herum aufbauschen oder aufhocken. Wenn die elastomeren Filamente sich zusammen ziehen und schrumpfen, verkürzt in der Tat die Kraft dieser elastomeren Kontraktion und Schrumpfung die von dem Bündel eingenommene Länge (das heißt, den geradlinigen Abstand von Ende zu Ende), so dass die nicht-elastomeren Filamente (welche länger sind als die elastomeren Filamente) aufhocken. Dies verleiht dem sich ergebenden Faserbündel Bauschigkeit, um ein „selbstbauschendes" oder „selbsttexturiertes" Mikrofilamentgarn mit elastischer Dehnung zu erzeugen. Überdies bauschen sich die gebauschten nicht- elastomeren Mikrofilamente um das Äußere des Garns, so dass die gebauschten nicht-elastomeren Mikrofilamente im Wesentlichen die elastomeren Filamente umgeben oder bedecken. Das sich ergebende Faserbündel ist elastomer und fühlt sich dennoch angenehm an, wegen der gebauschten nicht-elastomeren Mikrofilamente, welche die Oberfläche des Faserbündels bedecken.
Dies verleiht auch die Fähigkeit, dem gebauschten Garn wechselnde Farbe zu geben. Die elastomeren Komponenten und die nicht-elastomeren Komponenten können in Farben schmelzgefärbt werden, die sich unterscheiden. Das Garn hat dann in seinem ungedehnten Zustand eine erste Farbe (die in erster Linie von den äußeren, gebauschten, nicht-elastomeren Filamenten verliehen wird) und eine davon verschiedene Farbe in seinem gedehnten Zustand (verliehen durch Freilegung der anders gefärbten, inneren elastomeren Filamente und einer Mischung der Farbe der elastomeren und auch der nicht-elastomeren Filamente).
Die Mehrkomponentenfasern können auch zu elastomeren Garnen geformt werden, indem zum Beispiel die Fasern durch eine herkömmliche Texturier-Luftdüse geschickt werden, um die Fasern zu verheddern. Die Mehrkomponentenfasern können zuerst thermisch behandelt werden, um die Mehrkomponentenfasern zu spalten, so dass ein Faserbündel gebildet wird, und danach kann das Faserbündel durch eine Texturierdüse geschickt werden, um ein gebauschtes Garn zu erzeugen. Alternativ können die Mehrkomponentenfasern innerhalb einer Luftdüse gleichzeitig gespalten und texturiert werden, um ein gebauschtes Garn zu erzeugen.
Die Mehrkomponentenfasern können auch zu einer Vielzahl von anderen textilen Strukturen geformt werden, einschließlich vliesartiger, gewebter und gewirkter Stoffe. In diesem Aspekt der Erfindung können die Mehrkomponentenfasern vor, während oder nach der Stoffbildung in Mikrofilamente aufgeteilt werden. Die sich ergebenden Stoffe weisen auch erwünschte Griffigkeit und elastische Dehnung und Erholung auf.
Produkte, welche den Stoff der vorliegenden Erfindung umfassen, sorgen für weitere vorteilhafte Ausführungsformen. Besonders bevorzugte Produkte beinhalten synthetische Veloursstoffe, Filtriermedien und in wegwerfbaren absorbierenden Gegenständen verwendbare synthetische Stoffe.
Die spaltbaren Mehrkomponentenfasern der Erfindung werden allgemein durch Extrudieren einer Vielzahl von Mehrkomponentenfasern mit mindestens einer elastomeren Polymerkomponente und mindestens einer nicht-elastomeren Polymerkomponente hergestellt. Die elastomeren und die nicht-elastomeren Polymere haben derart ausreichend verschiedene Löslichkeitsparameter, dass die elastomere und die nicht-elastomere Komponente sich bei thermischer Aktivierung trennen. Die Mehrkomponentenfasern werden vorteilhafter Weise verstreckt und dann unter Bedingungen von niedriger oder im wesentlichen keiner Zugspannung (das heißt, unter Relaxation) thermisch behandelt, um die Mehrkomponentenfasern zu trennen, um ein Faserbündel aus elastomeren Mikrofilamenten und nicht-elastomeren Mikrofilamenten zu erzeugen. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Schritten der Faserverarbeitung, welche typischer Weise durchgeführt werden, während die Fasern unter Spannung gehalten werden.
Vorteilhafter Weise werden die Fasern durch Kontaktieren der Fasern mit einem erwärmten gasartigen Medium, wie erwärmter Luft, gespalten. Andere Arten von Wärme können verwendet werden, einschließlich Strahlungs- oder Dampfwärme, obwohl die Gegenwart von Wasser nicht nötig ist, um Spaltung zu erreichen. Es können auch andere Arten von Erwärmungsvorrichtungen verwendet werden, wie warme Bleche, erwärmte Walzen, warme Bäder (Wasser oder Öl), Mikrowellenenergie und dergleichen.
Das Verfahren beseitigt auch die Notwendigkeit von Lösungsmitteln, um eine Komponente aufzulösen, oder der mechanischen Bearbeitung, um die Fasern zu spalten. Ferner können die Fasern im Wesentlichen ohne vorzeitiges Spalten während dieser Verfahrensschritte extrudiert, verstreckt und auf andere Weise mechanisch bearbeitet werden, was bei der Einleitung des Spaltens ein höheres Maß an Steuerung gewährt. Eine Kombination von thermischer Behandlung und darauf folgender mechanischer Bearbeitung kann verwendet werden, um einen sehr hohen Grad von Faserspaltung zu erreichen. Überdies erlaubt das Verfahren die Extrusion von Fasern mit elastischen Dehnungs- und Erholungseigenschaften ohne die typischer Weise mit dem Extrudieren von elastomeren Einkomponentenfasern verbundenen Probleme.
Weiterhin kann die Mehrkomponentenfaser so strukturiert werden, dass das Auftreten des Elastomers auf Oberflächen der Fasern minimiert wird, die in Berührung mit den Verarbeitungsgeräten (wie Nockenspitzen) kommen. In dieser Hinsicht kann zum Beispiel eine segmentierte Multilobalfaser mit einer segmentierten „Kreuz"-Konfiguration nützlich sein. Dies kann in Verfahren vorteilhaft sein, in welchen die Faser mit Metalloberflächen in Berührung kommt, wie beim Kardieren, indem die Probleme der Reibung zwischen Faser und Metall verringert werden, die mit einigen elastomeren Fasern, wie Polyurethanfasern, verbunden sind.
Ein weiteres Verständnis der Arbeitsabläufe und Systeme der Erfindung wird durch Bezugname auf die kurze Beschreibung der Zeichnungen und die ausführliche Beschreibung erhalten werden, welche hierin nachfolgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A–1I sind Querschnittsansichten von beispielhaften Ausführungsformen von Mehrkomponentenfasern gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Veranschaulichung von einer beispielhaften, gebauschten, auseinander genommenen Faser gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Veranschaulichung von einem Arbeitsablauf zum Herstellen von Mehrkomponentenfasern der Erfindung;
4A–4D sind Veranschaulichungen einer Mehrkomponentenfaser bei verschiedenen Verarbeitungsstufen gemäß der vorliegenden Erfindung;
5A und 5B sind Veranschaulichungen von herkömmlichem Luftdüsentexturiertem Garn beziehungsweise umsponnenem Garn.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird hierin nachfolgend vollständiger in Verbindung mit veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden, welche geboten werden, damit die vorliegende Offenbarung gründlich und vollständig ist und dem Fachmann den Umfang der Erfindung in vollem Maß zugänglich macht. Es versteht sich jedoch, dass diese Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden kann, und nicht als auf die hierin beschriebenen und veranschaulichten spezifischen Ausführungsformen beschränkt gedacht werden soll. Obwohl in der folgenden Beschreibung spezifische Ausdrücke verwendet werden, dienen diese Ausdrücke lediglich Zwecken der Veranschaulichung und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung zu beschränken oder zu definieren. Zusätzlich angemerkt, beziehen sich gleiche Zahlen durchgängig auf gleiche Elemente.
Mit Bezug nun auf 1A–1I werden Querschnittsansichten von beispielhaften Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die Mehrkomponentenfasern der Erfindung, allgemein als 4 bezeichnet, beinhalten mindestens zwei strukturierte polymeren Komponenten, eine erste Komponente 6, bestehend aus einem elastomeren Polymer, und eine zweite Komponente 8, bestehend aus einem nicht-elastomeren Polymer.
Im Allgemeinen werden Mehrkomponentenfasern aus zwei oder mehr polymeren Materialien gebildet, welche zusammen extrudiert worden waren, um endlose Polymersegmemte bereitzustellen, welche sich längs der Länge der Faser hinunter erstrecken. Nur zu Zwecken der Veranschaulichung wird die vorliegende Erfindung allgemein als eine Zweikomponentenfaser ausgedrückt beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung so gemeint ist, dass er Fasern mit zwei oder mehr Komponenten beinhaltet. Überdies bedeutet der Ausdruck „Fasern", wie hierin verwendet, sowohl Fasern von begrenzter Länge, wie herkömmliche Stapelfaser, als auch im Wesentlichen endlose Strukturen, wie Filamente, wenn nicht anderweitig angezeigt.
Wie in 1A–1I veranschaulicht, ist eine breite Vielfalt von Faserkonfigurationen annehmbar, die es den Polymerkomponenten ermöglichen, frei zum Auseinandergehen zu sein. Typischer Weise sind die Faserkomponenten so angeordnet, dass sie entlang der Länge der Faser klar umrissene, sich nicht einschließende Querschnittssegmente bilden, so dass keine der Komponenten physikalisch darin gehindert ist, abgetrennt zu werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform von einer solchen Konfiguration ist die Anordnung nach Art von Torten/Tortenstücken, wie in 1A gezeigt. Die Fasern nach Art von Torten/Tortenstücken können hohle oder nicht-hohle Fasern sein. Insbesondere stellt 1A ein Zweikomponentenfilament bereit, das acht alternierende Segmente von dreieckförmigen Keilen aus elastomeren Komponenten 6 und nicht-elastomeren Komponenten 8 aufweist. Es sollte beachtet werden, dass mehr als acht oder weniger als acht Segmente in Filamenten, die gemäß der Erfindung gemacht sind, hergestellt werden können. Andere runde Faserkonfigurationen, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, können verwendet werden, so wie, aber nicht beschränkt auf: die in 1B gezeigte segmentierte runde Konfiguration; eine einfache runde Faser aus zwei Komponenten Seite an Seite wie in 1F gezeigt; und eine Faser mit einem runden Querschnitt, wobei Segmente 8 aus nicht-elastomeren Komponenten (zum Beispiel halbkreisförmige Taschen) entlang dem Umfang einer elastomeren Basiskomponente, wie in 1H gezeigt, ausgebildet sind. Für eine weitere Erörterung des Aufbaus von Mehrkomponentenfasern wird auf das US-Patent Nr. 5 108 820 für Kaneko et al., US-Patent Nr. 5 336 522 für Strack et al. und auf das US-Patent Nr. 5 382 400 für Pike et al. Bezug genommen.
Ferner müssen die Mehrkomponentenfasern nicht herkömmliche runde Fasern sein. Andere nützliche Formen beinhalten: die in 1C gezeigte segmentierte ovale Konfiguration; die in 1D gezeigte segmentierte multilobale Faserkonfiguration mit einem kreuzförmigen Querschnitt; die in 1I gezeigte kreuzförmige Faserkonfiguration mit nicht-elastomeren Komponenten 8 an der Spitze von jeder Nocke; die segmentierte multilobale Faserkonfiguration von 1E mit einem dreinockigen Querschnitt; und die dreinockige in 1G gezeigte Faserkonfiguration mit einer elastomeren Nocke 6 und zwei nicht-elastomeren Nocken 8. Solche nicht herkömmlichen Formen werden in dem US-Patent Nr. 5 277 976 für Hogle et al. und den US-Patenten Nr. 5 057 368 und 5 069 970 für Largmann et al. weiter beschrieben.
Sowohl die Form der Faser wie auch die Konfiguration der Komponenten darin werden von der Ausrüstung, welche bei der Herstellung der Faser verwendet wird, den Verarbeitungsbedingungen und den Schmelzviskositäten der beiden Komponenten abhängen. Eine breite Vielfalt von Faserkonfigurationen sind möglich. Wie der Fachmann erkennen wird, wird typischer Weise die Faserkonfiguration so ausgewählt, dass eine Komponente nicht andere Komponenten verkapselt oder auch nur teilweise verkapselt.
Um ferner der Verbundfaser Eigenschaften der Trennbarkeit zu verleihen, werden die Polymerkomponenten so ausgewählt, dass sie wechselseitig unverträglich sind. Insbesondere vermischen sich im Wesentlichen die Polymerkomponenten nicht und sie gehen nicht chemische Reaktionen miteinander ein. Wenn sie zusammen gesponnen werden, um eine zusammengesetzte Faser zu bilden, weisen die Polymerkomponenten spezifischer Weise eine klar abgegrenzte Phasengrenze zwischen ihnen auf, so dass im Wesentlichen keine vermischten Polymere gebildet werden, welche Auseinandergehen verhindern. Überdies wird ein Gleichgewicht von Adhäsion und InkoMPatibilität zwischen den Komponenten der zusammengesetzten Faser als in hohem Maß günstig betrachtet. Die Komponenten haften vorteilhafter Weise ausreichend aneinander, um die Bildung einer einheitlichen, ungespaltenen Mehrkomponentenfaser zu gestatten, welche so lange wie gewünscht (und spezifisch in dieser Anmeldung bis zur thermischen Behandlung, wie nachstehend in mehr Einzelheiten beschrieben) einer herkömmlichen Textilverarbeitung, wie Aufwickeln, Verzwirnen, Weben oder Wirken ohne irgendeine nennenswerte Trennung der Komponenten unterworfen werden kann. Umgekehrt sollten die Komponenten ausreichend unverträglich sein, so dass die Haftung zwischen den Komponenten ausreichend schwach ist, wodurch leichte Trennung bei der Anwendung von Wärmebehandlung ermöglicht wird.
In dieser Hinsicht sollten in der vorliegenden Erfindung die elastomeren und nicht-elastomeren Polymere so ausgewählt werden, dass die Polymere wechselseitige Haftung aneinander aufweisen, wie dies durch den Unterschied zwischen ihren jeweiligen Polymer-Löslichkeitsparametern (δ) beispielhaft veranschaulicht wird. Wünschenswerter Weise haben die elastomeren und die nicht-elastomeren polymeren Komponenten der Mehrkomponentenfasern einen Unterschied zwischen ihren Polymer-Löslichkeitsparametern (δ) von mindestens etwa 1,2 (J/cm³)^1/2 für Polymere oberhalb von einem Mw_n von 20 000, und vorzugsweise von mehr als etwa 2,9 (J/cm³)^1/2.
Tabellen von Löslichkeitsparametern für viele Lösungsmittel und einige Polymere, ebenso wie Verfahren zum Abschätzen von Werten von Löslichkeitsparametern für Polymere und Copoymere, können in dem „Polymer Handbook", 2^nd Edition, J. Brandtrup und E.H. Immergut, Editors, Wiley-Interscience, New York 1975, S. IV-337 ff gefunden werden, welches durch Bezugnahme darauf hierin eingebracht wird. Siehe auch Fred Billmeyer, Jr. „The Textbook of Polymer Science", 3^rd Ed.; K.L. Hoy, „New Values of the Solubility Parameters from Vapor Pressure Data" J. Paint Technology, 42, p. 76–118 (1970). Die Verwendung von Löslichkeitsparametern, um die Verträglichkeit von Polymeren zu bestimmen, ist zum Beispiel von C.B. Bucknall in „Toughened Plastics", Kapitel 2, Applied Science Publishers Ltd., London 1977 beschrieben worden.
Beispiele von elastomeren Polymeren, welche in der vorliegenden Erfindung verwendbar sein können, beinhalten ohne Beschränkung darauf Polyurethanelastomere von Thermoplastqualität, Ethylen-Polybutylen-Copolymere, Poly(ethylen-butylen)-Polystyrol-Blockcopolymere, wie die unter dem Handelsnamen Kraton von Shell Chemical CoMPany verkauften, Polyadipatester, wie die unter dem Handelsnamen Pellethane von Dow Chemical CoMPany verkauften, Polyester-Elastomerpolymere, Polyamid-Elastomerpolymere, Polyetherester-Elastomerpolymere, wie die unter dem Handelsnamen Hydrel von Du Pont CoMPany verkauften, ABA Dreiblock- oder Radialblock-Copolymere wie die unter dem Handelsnamen Kraton von Shell Chemical CoMPany verkauften Butadien-Styrol-Blockcopolymere, wie auch Mischungen davon.
Geeignete nicht-elastomere Polymere beinhalten ohne Beschränkung darauf Polyolefine, Polyester, Polyamide und dergleichen, ebenso wie auch Copolymere, Terpolymere und Mischungen davon. Vorzugsweise beinhaltet die nicht-elastomere Komponente der Fasern der Erfindung ein Polyolefinpolymer.
Geeignete Polyolefine beinhalten ohne Beschränkung darauf Polymere wie Polyethylen (Niedrigdichte-Polyethylen, Hochdichte-Polyethylen, lineares Niedrigdichte-Polyethylen), Polypropylen (isotaktisches Polypropylen, syndiotaktisches Polypropylen und Mischungen von isotaktischem Polypropylen und ataktischem Polypropylen), Poly-1-buten, Poly-1-penten, Poly-1-hexen, Poly-1-octen, Polybutadien, Poly-1,7-octadien und Poly-1,4-hexadien und dergleichen, ebenso wie Copolymere, Terpolymere und Mischungen davon. Polypropylen ist besonders bevorzugt.
Jede der Polymerkomponenten kann gegebenenfalls andere Komponenten beinhalten, welche die gewünschten Eigenschaften davon nicht nachteilig beeinflussen. Beispielhafte Materialien, die als zusätzliche Komponenten verwendet werden könnten, würden ohne Beschränkung darauf Pigmente, Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Tenside, Wachse, Fließbeschleuniger, feste Lösungsmittel, teilchenförmige Materialien und andere Materialien, die zugesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit der ersten und zweiten Komponenten zu verbessern, beinhalten. Diese und andere Additive können in herkömmlichen Mengen verwendet werden.
Das Gewichtsverhältnis der elastomeren Komponente und der nicht-elastomeren Komponente kann unterschiedlich sein. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis in dem Bereich von etwa 20:80 bis etwa 80:20. und am bevorzugtesten von etwa 35:65 bis etwa 65:35. Überdies können die auftrennbaren Mehrkomponentenfasern der Erfindung als Stapelfasern, endlose Filamente oder schmelzgeblasene Fasern bereitgestellt werden.
Im allgemeinen können gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Stapel-, Mehrfilament- und spinngebundene Mehrkomponentenfasern eine Feinheit von etwa 0,5 bis etwa 100 Denier haben. Schmelzengeblasene Mehrkomponentenfilamente können eine Feinheit von etwa 0,001 bis etwa 10,0 Denier haben. Monofilament-Mehrkomponentenfasern können eine Feinheit von etwa 50 bis etwa 10 000 Denier haben. Denier, definiert als Gramm pro 9 000 Meter Faser, ist ein häufig verwendeter Ausdruck für Faserdurchmesser. Ein niedrigerer Denier zeigt eine feine Faser an, und ein höherer Denier zeigt eine dickere oder schwerere Faser an, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
Auftrennung der Mehrkomponentenfasern stellt eine Vielzahl von Feindenier-Filamenten bereit, die jedes aus den verschiedenen Polymerkomponenten der Mehrkomponentenfaser gebildet werden. Wie hierin verwendet, beinhalten die Ausdrücke „Feindenier-Filamente" und „Mikrofilamente" Subdenier-Filamente und ultrafeine Filamente. Subdenier-Filamente haben typischer Weise Deniers im Bereich von 1 Denier pro Filament oder weniger. Ultrafeine Filamente haben typischer Weise Deniers im Bereich von etwa 0,1 Denier bis 0,3 Denier pro Filament.
Die Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung werden durch thermische Behandlung unter Bedingungen von niedriger oder im wesentlichen keiner Zugspannung (das heißt, unter Relaxation) in separate elastomere Mikrofilamente (wie Polyurethan-Mikrofilamente) und nicht-elastomere Mikrofilamente (wie Polypropylen-Mikrofilamente) aufgetrennt. Wie vorstehend erörtert, werden die elastomeren und nicht-elastomeren Polymerkomponenten derart ausgewählt, dass die Polymere ein geringe wechselseitige Affinität zueinander haben (oder anders ausgedrückt, einen Unterschied der Löslichkeitsparameter von mindestens etwa 1,2 oder größer haben).
Um die Faserbündel der Erfindung herzustellen, werden die Mehrkomponentenfasern extrudiert (wie nachstehend in mehr Einzelheiten erörtert) und verstreckt. Während des Verstreckens werden die nicht-elastomeren Komponenten plastisch verformt, so dass die Länge der nicht-elastomeren Komponenten im Verhältnis zu deren unverstreckten Länge zunimmt. Wenn die Zugspannung gelöst wird, behalten die verstreckten nicht-elastomeren Komponenten im Wesentlichen ihre verstreckte Länge. Das Ausmaß oder die prozentuale Zunahme an Länge der verstreckten, plastisch verformten, nicht-elastomeren Komponenten im Verhältnis zu deren unverstreckten Länge kann schwanken, je nach einer Vielfalt von Faktoren wie, aber nicht darauf beschränkt, den spezifischen verwendeten Polymeren, den Verstreckungsverhältnissen und dergleichen. Allgemein weisen die plastisch verformten, nicht-elastomeren Komponenten eine Zunahme in der Länge, im Verhältnis zu ihrer ursprünglichen, unverstreckten Länge, in einem von etwa 50 bis etwa 600% Zunahme reichenden Ausmaß vor.
Wie der Fachmann erkennen wird, weist außerdem die nicht-elastomere Komponente ein kleines Ausmaß an Schrumpfung nach dem Verstrecken oder Dehnen auf, wenn sie unter Relaxation erwärmt wird. Dieses ist jedoch gering im Vergleich zu der hierin erörterten elastomeren Kontraktion. Im Allgemeinen schrumpft die nicht-elastomere Komponente typischer Weise um nicht mehr als 20% von ihrer gedehnten Länge, wenn sie erwärmt wird.
Im Gegensatz dazu ist die Verformung der elastischen Komponente mindestens teilweise eine elastische Verformung. Das heißt, die elastomeren Komponenten sind in der Lage zur im Wesentlichen beinahe vollständigen Erholung zu ihrer ursprünglichen, unverstreckten Länge, die im Allgemeinen mehr als 75% Erholung und vorzugsweise mindestens etwa 95% Erholung ausmacht, wenn sie bei Raumtemperatur um einen Betrag von mindestens etwa 10% gedehnt werden. Diese Erholung kann ausgedrückt werden als % Erholung = (Ls – Lr)/Ls – Lo) × 100wobei L_s die Länge nach Dehnung darstellt; L_r die Länge nach Erholung, gemessen eine Minute nach der Erholung darstellt; und L_o die ursprüngliche Länge des Materials darstellt. Auf diese Weise würden bei Freigabe der darauf angewendeten Ziehkräfte die verstreckten elastomeren Komponenten mindestens teilweise im Wesentlichen zu ihrer ursprünglichen Länge zurück kehren, wenn es nicht die Adhäsion der plastisch verformten, nicht-elastomeren Komponenten an den elastisch verformten elastomeren Komponenten gäbe. Wären die verstreckten elastomeren Komponenten und die nicht-elastomeren Komponenten nicht miteinander verbunden, wären als ein Ergebnis die einzelnen verstreckten nicht-elastomeren Komponenten länger als die einzelnen verstreckten elastomeren Komponenten.
Nach dem Verstrecken werden die Mehrkomponentenfasern dann unter Bedingungen von niedriger oder im Wesentlichen keiner Zugspannung (das heißt, im relaxierten Zustand) thermisch behandelt, um die Adhäsion der elastomeren und der nicht-elastomeren Komponenten zu lösen. Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „niedrige Zugspannung", dass die Zugspannungskraft geringer ist als die Kraft, die von dem sich zusammen ziehenden elastomeren Material ausgeübt wird, wenn es einmal gelöst ist. Die thermische Behandlung initiiert also Trennung oder Spaltung der Mehrkomponentenfaser in ihre jeweiligen elastomeren und nicht-elastomeren Komponenten. Die thermoplastische Elastomerkomponente schrumpft und wird elastischer, wenn sie Wärme in der Form von kochendem Wasser, warmer Luft, Strahlungswärme oder Dampf ausgesetzt wird. Als ein Ergebnis zieht sich die elastomere Komponente zusammen oder kehrt zu im Wesentlichen ihrer ursprünglichen, unverstreckten Länge zurück, und zwar wegen der elastischen Erholungseigenschaften der elastomeren Komponenten und wegen Schrumpfung der elastomeren Komponenten. Andere Quellen von Energie können verwendet werden, um das thermoplastische Elastomer zu aktivieren, zum Beispiel Mikrowellenenergie. Auf diese Weise können die Mehrkomponentenfasern der Erfindung gespalten werden, indem die verstreckten Fasern einer Wärme ausgesetzt werden, die ausreichend ist, die jeweiligen Komponenten voneinander zu lösen und es den elastomeren Komponenten zu erlauben, sich elastisch zusammen zu ziehen und zu schrumpfen.
In Prüfungen, die mit Elastomeren wie Polyurethan durchgeführt wurden, erfuhren extrudierte und verstreckte Polyurethanfasern (Monofilamente) bei Anwendung von Wärme auf die Fasern eine Schrumpfung von mindestens 25% (in Bezug auf die anfängliche Verlängungslänge). In bestimmten Fällen ergaben sich Schrumpfungen von mehr als 50%, je nach Parametern wie dem jeweiligen Polymer, dem Verstreckungsverhältnis und der ursprünglichen Verlängung, dem Denier und der Reißfestigkeit der Fasern und der Art der aufgebrachten Wärme (zum Beispiel kochendes Wasser oder Mikrowellenenergie). Auf diese Weise verursacht die auf die Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung angewendete thermische Behandlung Spaltung der elastomeren und nicht-elastomeren Komponenten, indem sie elastische Kontraktion der elastomeren Komponente(n) erlaubt und indem sie unterschiedliche Wärmeschrumpfung der elastomeren und der nicht-elastomeren Komponenten verursacht.
Thermisches Lösen der Adhäsionskräfte zwischen den elastomeren und nicht-elastomeren Komponenten unter Bedingungen von niedriger oder im Wesentlichen keiner Zugspannung bewirkt auch, dass sich die nicht-elastomeren Komponenten bauschen. Spezifisch verkürzt die auf das Faserbündel aufgebrachte Kontraktionskraft und Schrumpfung der elastomeren Komponente die Länge des Bündels. Dies wiederum zwingt die längeren nicht-elastomeren Komponenten zu einer kürzeren Länge von Ende zu Ende und auf diese Weise zum Bauschen, was dem Faserbündel Bauschung verleiht. Das sich ergebende Faserbündel beinhaltet eine Vielzahl von „gebauschten" nicht-elastomeren Mikrofilamenten, die im Wesentlichen eine Vielzahl von elastomeren Mikrofilamenten umgeben, die weniger stark gebauscht sind, und die vorteilhafter Weise gar nicht gebauscht sind. Dies wird in 2 veranschaulicht, welche eine schematische Veranschaulichung eines Querschnitts von einem „aufgelockerten" oder „gebauschten" Faserbündel 10 aus gebauschten nicht-elastomeren Mikrofilamenten 8 und weniger stark gebauschten elastomeren Mikrofilamenten 6 ist.
Auf diese Weise werden die nicht-elastomeren Mikrofilamente durch die elastomere Kontraktion der elastomeren Komponente gezwungen, sich aufzubauschen und einen Flaum zu bilden, der im Wesentlichen die elastomeren Mikrofilamente umgibt.
Die Kontraktionskraft und Schrumpfung des Elastomers verkürzt die von dem Bündel eingenommene Länge (geradliniger Abstand von Ende zu Ende). Weil die verstreckten, plastisch verformten nicht-elastomeren Filamente länger sind als die zusammengezogenen elastomeren Filamente, müssen die nicht-elastomeren Komponenten sich aufbündeln, um den gleichen Abstand von Ende zu Ende wie die zusammengezogenen elastomeren Stränge zu umspannen.
Allgemein bezieht sich der Ausdruck Bauschen auf eine Zunahme von Filamenten an Volumen, die sich aus einer Modifikation oder Manipulation der Filamente ergibt, und das Bauschen des gespaltenen Faserbündels ist größer als das Bauschen der ungespaltenen Mehrkomponentenfaser. Der Ausdruck Bauschen wie hierin verwendet bezieht sich auch auf die Bildung einer im Wesentlichen zufälligen Reihe von Krümmungen, Kräuselungen, Schlaufen und so weiter der nicht-elastomeren Filamente in Folge der zusammenziehenden Kraft der elastomeren Komponenten. Das spezifische Bauschungsmuster (die spezifische Reihe von Krümmungen, Kräuselungen, Schlaufen) ist nicht dauerhaft oder zurückgewinnbar, wenn das gebauschte Faserbündel nachfolgend gedehnt und relaxiert wird. Das heißt, obwohl die gebauschten nicht-elastomeren Filamente wieder eine gebauschte Konfiguration einnehmen, wenn sie gedehnt und relaxiert werden, wird die neue gebauschte Konfiguration von irgendeiner einzelnen Faser nicht notwendiger Weise die gleiche Form haben wie vorher. Auf diese Weise unterscheiden sich die gebauschten nicht-elastomeren Fasern von latent kräuselbaren Fasern, die ein dauerhaftes oder wieder herstellbares Kräuselmuster (zum Beispiel eine schraubenförmige oder spiralförmige Konfiguration) entwickeln, wenn sie erwärmt werden. Die latent entwickelte Kräuselung ist „dauerhaft" oder „wieder herstellbar", weil solche gekräuselten Fasern im Wesentlichen zu ihrem ursprünglichen Kräuselmuster zurück kehren, wenn sie nachfolgend gedehnt und relaxiert werden. Ferner unterscheidet sich das zufällige Muster oder die zufällige Konfiguration der gebauschten nicht-elastomeren Komponenten der Erfindung von dem im Wesentlichen regelmäßigen oder symmetrischen Muster der Spiralen von gekräuselten Fasern.
Wie hierin verwendet, bedeutet thermisches Behandeln der verstreckten Mehrkomponentenfasern der Erfindung unter Bedingungen von niedriger oder im Wesentlichen keiner Zugspannung das Aussetzen der Fasern an Wärme, die ausreicht, das Aufbrechen und Trennen der Komponenten der zusammengesetzten Faser zu bewirken. Wie hierin verwendet, bedeuten die Ausdrücke „Spalten", „Loslösen" oder „Teilen", dass mindestens eine der Faserkomponenten vollständig oder teilweise von der ursprünglichen Mehrkomponentenfaser getrennt wird. Teilweises Spalten kann Löslösung von einigen einzelnen Segmenten aus der Faser bedeuten oder Loslösung von Paaren oder Gruppen von Segmenten, welche in diesen Paaren oder Gruppen zusammen bleiben, von anderen einzelnen Segmenten, oder von Paaren oder Gruppen von Segmenten aus der ursprünglichen Faser entlang mindestens einem Teil der Faserlänge. Wie in 2 veranschaulicht, können die Feindenier-Komponenten als ein zusammenhängendes Faserbündel 10 von elastomeren Feindenier-Mikrofilamenten 6 und nicht-elastomeren Mikrofilamenten 8 in der Nachbarschaft zu den verbleibenden Komponenten bleiben. Wie jedoch der Fachmann wissen wird, können die aus einer gemeinsamen Faserquelle stammenden Fasern weiter voneinander entfernt werden. Ferner beinhalten die Ausdrücke „Spalten", „Loslösen" oder „Teilen" wie hierin verwendet auch teilweises Spalten.
Eine Mehrkomponentenfaser mit 2 bis 48, vorzugsweise 8 bis 20 Segmenten kann hergestellt werden. Allgemein reicht die Reißfestigkeit der Mehrkomponentenfasern von etwa 1 bis etwa 9, vorteilhafter Weise von etwa 2 bis etwa 4 Gramm/Denier (gpd). Die Reißfestigkeit der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten elastomeren Mikrofilamente kann von etwa 0,3 bis etwa 2,5 gpd und typischer Weise von etwa 0,6 bis etwa 1,5 reichen, während die Reißfestigkeit für die nicht-elastomeren Mikrofilamente von etwa 1 bis etwa 9, typischer Weise von etwa 2 bis etwa 5 gpd reichen kann. Gramm pro Denier, eine in dem Fachgebiet gut bekannte Einheit zum Kennzeichnen der Zugspannungsfestigkeit von Fasern, bezieht sich auf die Kraft in Gramm, die benötigt wird, um ein gegebenes Filament oder Faserbündel zu zerreißen, dividiert durch den Denier von diesem Filament oder Faserbündel.
Die Fasern der Erfindung können unter Verwendung von irgendeinem der auf dem Gebiet bekannten Faserbildungsverfahren hergestellt werden, einschließlich zum Beispiel Schmelzspinnen oder Lösungsspinnen. Ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen der Fasern der Erfindung wird in 3 veranschaulicht. Wenden wir uns 3 zu, so wird eine Schmelzspinnlinie 20 zum Herstellen von Zweikomponentenfasern gezeigt, welche ein Paar von Extrudern 22 und 24 beinhaltet. Wie der Fachmann erkennen wird, können zusätzliche Extruder hinzugefügt werden, um die Anzahl der Komponenten zu erhöhen. Die Extruder 22 und 24 extrudieren getrennt die elastomere Polymerkomponente 6 und die nicht-elastomere Polymerkomponente 8. Elastomeres Polymer 6 wird aus einem Einfülltrichter 26 in den Extruder 22 eingespeist, und nicht-elastomeres Polymer 8 wird aus einem Einfülltrichter 28 in den Extruder 24 eingespeist. Die Polymere 6 und 8 werden von den Extrudern 22 und 24 durch jeweilige Leitungen 30 und 32 durch eine Schmelzenpumpe (nicht gezeigt) in eine Spinndüse 34 eingespeist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden ein Strahl aus Polyurethanpolymer und ein Strahl aus Polypropylen verwendet. Die Polymere werden typischer Weise so ausgewählt, dass sie Schmelztemperaturen derart haben, dass die Polymere bei einem Polymerdurchsatz gesponnen werden können, welcher das Verspinnen der Komponenten durch eine gemeinsame Kapillare bei im Wesentlichen der gleichen Temperatur erlaubt, ohne dass eine der Komponenten verschlechtert wird. Zum Beispiel kann Polyurethan bei einer Temperatur extrudiert werden, die von etwa 160 bis etwa 220°C reicht. Nylon wird typischer Weise bei einer Temperatur extrudiert, die von etwa 250 bis etwa 270°C reicht, und Polyethylen und Polypropylen werden typischer Weise bei einer Temperatur extrudiert, die von etwa 200 bis etwa 230°C reicht.
Verfahren und Ausrüstung zur Extrusion, einschließlich Spinndüsen, zum Herstellen von endlosen Mehrkomponenten-Filamentfasern sind gut bekannt und müssen hier nicht in Einzelheiten beschrieben werden. Allgemein beinhaltet die Spinndüse 34 ein Gehäuse, das eine Spinnpackung beinhaltet, welche eine Vielzahl von Blechen beinhaltet, die mit einem Muster von Öffnungen übereinander gestapelt sind, die so angeordnet sind, dass Strömungswege geschaffen werden, um die Polymerkomponenten 6 und 8 getrennt durch die Spinndüse zu leiten. Die Spinndüse hat in einer oder mehreren Reihen angeordnete Öffnungen oder Löcher. Die Polymere werden in einem Spinndüsenloch kombiniert. Die Spinndüse ist so konfiguriert, dass das Extrusionsgut den gewünschten Faser-Gesamtquerschnitt hat (zum Beispiel rund, dreilappig und so weiter). Die Spinndüsenöffnungen bilden einen sich nach unten erstreckenden Vorhang von Filamenten. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung wird zum Beispiel in Hills, US-Patent Nr. 5 162 074 beschrieben, welches in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme hierin eingebracht wird.
Andere Vorrichtungen und Verfahren können verwendet werden, um die Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung zu extrudieren und zu verarbeiten, so wie die in der internationalen Patentanmeldung WO-A-1999/048668 beschriebenen.
Nach der Extrusion durch die Düse verbleiben die sich ergebenden dünnen Stränge oder Filamente eine gewisse Distanz lang in dem geschmolzenen Zustand, bevor sie durch Abkühlen in einem umgebenden fluiden Medium verfestigt werden, welches durch die Stränge geblasene eiskalte Luft sein kann (nicht gezeigt). Sobald sie verfestigt sind, werden die Filamente auf einer Galette oder einer anderen Oberfläche zum Aufnehmen aufgenommen. Zum Beispiel werden bei einem Endlosfilamentverfahren, wie in 3 veranschaulicht, die Stränge auf Galettenwalzen 36 aufgenommen, welche die dünnen Fluidstrahlen im Verhältnis zu der Geschwindigkeit der Aufnahmegalette herunter ziehen.
Endlosfilamentfaser kann ferner zu Stapelfaser verarbeitet werden. Bei der Verarbeitung von Stapelfasern werden große Anzahlen, zum Beispiel 10 000 bis 1 000 000, von Strängen von Endlosfilament nach der Extrusion ergriffen, um ein Elementarfadenkabel zur Verwendung bei der weiteren Verarbeitung zu bilden, wie in dem Fachgebiet bekannt ist.
Anstatt von einer Galette aufgenommen zu werden, können endlose Mehrkomponentenfasern auch als ein direkt gelegtes Vliesgewirke schmelzgesponnen werden. In einem Spinnvliesverfahren zum Beispiel werden die Stränge nach der Extrusion durch die Düse in einer Luftverstreckungsvorrichtung gesammelt und dann auf eine Aufnahmeoberfläche wie eine Walze oder einen sich bewegendes Band gelenkt, um einen Spinnvliesflor zu erzeugen. Als eine Alternative können direkt gelegte Gewebe aus zusammengesetzten Fasern durch ein Schmelzblasverfahren erzeugt werden, in welchem Luft an der Oberfläche einer Spinndüse ausgestoßen wird, um die dünnen Strahlen aus fluidem Polymer gleichzeitig nach unten zu ziehen und abzukühlen, welche nachfolgend auf einer Aufnahmeoberfläche in dem Weg der Abkühlluft abgelagert werden, um einen Faserflor zu bilden.
Egal welche Art von Schmelzspinnvorgang verwendet wird, werden typischer Weise die dünnen Fluidstrahlen in einem geschmolzenen Zustand schmelzverstreckt, das heißt, bevor Verfestigung erfolgt, um die Polymermoleküle zwecks guter Reißfestigkeit auszurichten. Typische in dem Fachgebiet bekannte Schmelzverstreckungsverhältnisse können verwendet werden. Der erfahrene Fachmann wird erkennen, dass spezifische Schmelzenverstreckung für Schmelzblasverfahren nicht erforderlich ist. Wenn ein Endlosfilament- oder Stapelverfahren verwendet wird, kann es wünschenswert sein, die Stränge einem Verstreckungsvorgang zu unterwerfen, in welchem die Stränge typischer Weise über ihren Glasübergangspunkt erwärmt werden und unter Verwendung von herkömmlicher Verstreckungsausrüstung zu dem Mehrfachen ihrer ursprünglichen Länge verstreckt werden, wie zum Beispiel von aufeinander folgenden Galettenwalzen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben werden. Die Verstreckungsverhältnisse können je nach den verwendeten spezifischen Polymeren unterschiedlich sein, und sie können festgelegt werden, indem typische auf dem Fachgebiet bekannte Verhältnisse verwendet werden. Zum Beispiel sind für eine Polyurethan/Polypropylen-Mehrkomponentenfaser Verstreckungsverhältnisse von 1-, 5- bis 7-fach vorteilhaft.
Experimentelle Prüfungsergebnisse zeigen, dass die Nachverstreckungsfähigkeit von einem Polyurethan-Einfachfilament auf weniger als 2:1 beschränkt ist. In einer Zweikomponenten-Konfiguration (zum Beispiel 50% 12 MFR Polypropylen und 50 % Polyurethan Seite an Seite) sind jedoch Verstreckungsverhältnisse von 4:1 möglich. Zweikomponenten-Konfigurationen ermöglichen also größere Verstreckungen ohne Reißen, und die nicht-elastomeren Komponente sorgt für Dimensionsstabilität der verstreckten Faser, was die Bildung guter Wickelkörper ermöglicht.
Nach dem Verstrecken im festen Zustand können die endlosen Filamente mit einem Stapelverfahren, wie in dem Fachgebiet bekannt, zu einer erwünschten Faserlänge geschnitten werden. Die Länge der Stapelfasern reicht allgemein von etwa 25 bis etwa 50 Millimetern, obwohl die Fasern wie gewünscht länger oder kürzer sein können. Siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 4 789 592 für Taniguchi et al., und US-Patent Nr. 5 336 552 für Strack et al. Gegebenenfalls können die Fasern vor der Erzeugung von Stapelfasern einem Kräuselvorgang unterworfen werden, wie in dem Fachgebiet bekannt. Gekräuselte zusammengesetzte Fasern sind verwendbar für die Herstellung von voluminösen gewebten und vliesartigen Stoffen, weil die Mikrofilamente, die von den Mehrkomponentenfasern abgespalten wurden, in weitem Umfang die Kräuselung der zusammengesetzten Fasern beibehalten und die Kräuselung die Bauschung oder Voluminosität des Stoffes erhöht. Ein solcher voluminöser Feinfaserstoff der vorliegenden Erfindung weist tuchartige texturale Eigenschaften auf, zum Beispiel Weichheit, Faltenwurf und Griffigkeit, ebenso wie die erwünschten Festigkeitseigenschaften eines Stoffes, der in hohem Maß ausgerichtete Fasern enthält.
Die endlosen Mehrkomponentenfasern oder Stapelfasern können einem thermischen Behandlungsschritt unterworfen und vor, während oder nach der Stoffbildung in Mikrofilamente geteilt werden. Zum Beispiel können, indem zu 3 zurückgekehrt wird, wie veranschaulicht die endlosen Mehrkomponentenfasern thermisch unter Bedingungen von niedriger oder im Wesentlichen keiner Zugspannung behandelte Fasern sein, und zwar indem die Filamente vor der Stofferzeugung über eine oder mehrere vorgeschaltete Führungswalze(n) 38 und mittels einer oder mehreren nachgeschalteten Führungswalze(n) 39, die typischer Weise mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die vorgeschalteten Walzen laufen, zu einer Quelle von erwärmter Luft 40 gelenkt werden. Um Trennung zu erreichen, wird die Faser entspannt, wenn sie erwärmt wird. Obwohl als ein endloser Vorgang veranschaulicht, wird der geübte Fachmann erkennen, dass die verstreckten Filamente auch zu einer Aufwickelrolle gelenkt und danach zu einer thermischen Behandlungsquelle gelenkt werden können.
Die Temperatur der thermischen Behandlung kann je nach der Polymerzusammensetzung der Fasern, der Geschwindigkeit der Produktionslinie und dergleichen unterschiedlich sein. Die thermischen Behandlungsbedingungen werden so ausgewählt, dass sie Schrumpfung hervorrufen und den Verlust der Adhäsion der elastomeren und nicht-elastomeren Komponenten aneinander aktivieren und auf diese Weise die Loslösung der elastomeren und nicht-elastomeren Komponenten voneinander aktivieren. Jedoch werden vorteilhafter Weise die thermischen Behandlungstemperaturen so gehalten, dass wesentliche thermische Verschlechterung oder Schmelzen der Komponenten vermieden wird (so dass die Komponenten im Wesentlichen ihre faserartige Struktur behalten). Zum Beispiel können Polyurethan/Polypropylen-Fasern auf eine Temperatur von mindestens etwa 35°C, und vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von etwa 50°C bis etwa 120°C erwärmt werden. Außerdem kann die zum Auslösen der Trennung und zum Spalten der Komponenten benötigte Zeit im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 10 Sekunden liegen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die thermische Behandlung vorteilhafter Weise das Aussetzen oder Kontaktieren der Fasern an ein erwärmtes gasartiges Medium, wie erwärmte Luft. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Quelle erwärmter Luft 40 eine in dem Fachgebiet zum Texturieren endloser synthetischer Filamente bekannte Luftdüsenvorrichtung sein. In dieser Ausführungsform der Erfindung können die Filamente gleichzeitig gespalten und gebauscht werden, indem die Filamente einem warmen Fluid unterworfen werden, zum Beispiel einem in eine Kammer der Vorrichtung eingespeisten Warmluft-Düsenstrom. Alternativ können die Filamente hintereinander durch eine Quelle von erwärmter Luft und einen separaten Texturier-Luftstrahl gelenkt werden. Allgemein bringt eine Luftstrahlvorrichtung die Verwendung einer Düse mit sich, welche die Filamente in einem strahldüsenartigen Kanal enthält, in den Strahlströme von Luft gelenkt werden, und zwar quer oder parallel zu der Richtung der Filamentbewegung. Diese Luftströme erzeugen Turbulenz, was die Bildung von Schlaufen verursacht, was eine Volumenzunahme der verarbeiteten Filamente, um ein bauschiges Garn zu bilden, zur Folge hat. Danach können die Filamente um eine kreisförmige Abkühltrommel (nicht gezeigt) gewickelt werden, die dazu dient, die von dem Bauschungs-Strahlstrom ausgesandten Filamente abzukühlen. Die Filamente werden von der Abkühltrommel abgezogen und mit der Hilfe eines Hubs 44 auf einer Spule 42 abgelegt.
Andere Arten von Wärme können verwendet werden, einschließlich Strahlungs- oder Dampfwärme. Es können auch andere Arten von Erwärmungsvorrichtungen verwendet werden, wie warme Bleche, erwärmte Walzen, warme Bäder (Wasser oder Öl) und dergleichen. Spaltung kann erreicht werden, ohne dass Wasser benötigt wird. Auf diese Weise kann das erwärmte Gas im Wesentlichen frei von Wasser sein, obwohl, wie der Fachmann wissen wird, eine gewisse Menge von Wasserdampf anwesend sein kann (obwohl nicht bedeutend mehr, als was bei Umgebungsbedingungen anwesend wäre). Dies kann die Herstellungsgeschwindigkeiten erhöhen und die Kosten erniedrigen, indem die Energie- und Zeitkosten beseitigt werden, die mit der Energie verbunden sind, die benötigt wird, um Wasser zu erwärmen und die Fasern zu trocknen und Wasser von ihnen zu entfernen. Trotzdem kann die thermische Behandlung der vorliegenden Erfindung das Aussetzen der Mehrkomponentenfasern an Dampf oder das Eintauchen in warmes oder kochendes Wasser beinhalten.
Es kann auch Mikrowellenenergie verwendet werden, um die thermische Behandlung der Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung zu bewirken. Wie hierin nachfolgend in mehr Einzelheiten erklärt werden wird, erlaubt die Verwendung von Mikrowellenenergie die Behandlung von ausgewählten Bereichen von einer Faser, einem Garn oder einem Stoff, was bei manchen Anwendungen erwünscht sein kann.
Alternativ können die Mehrkomponenten-Filamente oder -Fasern zu einer Stoffstruktur ausgebildet werden und die Mehrkomponentenfasern während oder nach der Stofferzeugung gespalten werden. Zum Beispiel kann Stapelfaser in eine Kardiervorrichtung eingespeist werden, um eine kardierte Schicht zu bilden. Wie in dem Fachgebiet bekannt, beinhaltet Kardieren allgemein den Schritt, ein Stapelkabel durch eine Kardiermaschine laufen zu lassen, um die Fasern des Stapelkabels wie gewünscht auszurichten, typischer Weise um die Fasern in grob parallele Reihen zu legen, obwohl die Stapelfasern in unterschiedlicher Weise ausgerichtet sein können. Die Kardiermaschine besteht allgemein aus einer Reihe von sich drehenden Zylindern mit Oberflächen, die mit Zähnen bedeckt sind. Diese Zähne verlaufen durch das Stapelkabel, wenn es auf einer sich bewegenden Oberfläche, wie einer Trommel, durch die Kardiermaschine befördert wird.
Alternativ können, anstatt einen trocken gelegten Vliesstoff herzustellen wie ein kardiertes Gewebe, die Mehrkomponenten-Filamente oder -Fasern mit Direktlegmitteln zu anderen vliesartigen Gewebestrukturen, wie in dem Fachgebiet bekannt, ausgebildet werden. In einer Ausführungsform von direkt gelegtem Stoff wird endloses Filament mit einem Spinnvliesverfahren direkt zu vliesartigen Matten versponnen. In einer alternativen Ausführungsform von direkt gelegtem Stoff werden Mehrkomponentenfasern der Erfindung in einen schmelzgeblasenen Stoff eingebracht. Die Techniken des Vliesverfestigens und Schmelzblasens sind in dem Fachgebiet bekannt und werden in verschiedenen Patenten erörtert, zum Beispiel Buntin et al., US-Patent Nr. 3 987 185; Buntin, US-Patent Nr. 3 972 759; und McAmish et al., US-Patent Nr. 4 622 259. Die Faser der vorliegenden Erfindung kann auch mittels irgendwelchen in diesem Fachgebiet bekannten geeigneten Verfahren zu einem nass gelegten Vliesstoff ausgebildet werden.
Egal welches Vliesflor-Herstellungsverfahren verwendet wird, werden die Fasern des Vliesgewebes miteinander verbunden, um einen zusammenhängenden, einheitlichen Vliesstoff zu bilden. Der Verbindungsschritt kann irgendein in dem Fachgebiet bekannter sein, wie mechanisches Verbinden, thermisches Verbinden und chemisches Verbinden. Typische Verfahren von mechanischem Verbinden beinhalten Wasserverfestigen und Vernadeln. Beim thermischen Verbinden werden Wärme und/oder Druck auf das Fasergewebe oder den Vliesstoff angewendet, um seine Festigkeit zu erhöhen. Zwei verbreitete Verfahren des thermischen Verbindens sind Erwärmen mittels Luft, verwendet zur Herstellung von Stoffen niedriger Dichte, und Kalandrieren, was starke Stoffe von niedriger Voluminosität herstellt. Warmschmelzkleberfasern können gegebenenfalls in dem Gewebe der vorliegenden Erfindung beinhaltet sein, um dem Gewebe weiteren Zusammenhalt bei niedrigen Temperaturen des thermischen Verbindens zu gewähren. Solche Verfahren sind in dem Fachgebiet gut bekannt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Vliesflor thermisch verbunden, um einen zusammen hängenden Vliesstoff zu bilden und die Mehrkomponentenfasern in Mikrofilamente zu trennen. Anders ausgedrückt, spalten thermische Kräfte, die auf die Mehrkomponentenfasern der Erfindung während des Vorgangs der Stofferzeugung aufgebracht werden, die Polymerkomponenten oder lösen sie voneinander, um Mikrofilamente zu bilden.
Eine Vielfalt von thermischen Verbindungsverfahren sind bekannt. Zum Beispiel kann das Vliesgewebe durch den Spalt von zusammenwirkenden erwärmten Bondierwalzen geleitet werden, wie in dem Fachgebiet bekannt. Die Bondierwalzen können Punktverbindungswalzen, Spiralverbindungswalzen oder dergleichen sein. Die Bondierbedingungen, wie Temperatur und Druck der Walzen, können je nach den verwendeten Polymeren unterschiedlich sein und sind in dem Fachgebiet für verschiedene Polymere bekannt. Zum Beispiel werden für Polyurethan/Polypropylen-Mehrkomponentenfasern die Bondierwalzen auf eine Temperatur von etwa 120°C bis etwa 150°C erwärmt und auf einen Druck von etwa 300 bis etwa 1 000 pound of force pro Zoll Stoffbreite (pound pro linearem Zoll oder pli) eingestellt. Das Gewebe kann mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Walzen laufen gelassen werden, die von etwa 60,96 Meter (200 feet) pro Minute bis etwa 91,44 Meter (300 feet) pro Minute reichen. Andere thermische Behandlungsstationen können auch verwendet werden, wie Vorrichtungen zur Behandlung mit Ultraschall, Mikrowellen oder anderer Hochfrequenz. Durchluft-Bondierausrüstung kann auch verwendet werden, ebenso wie irgendeine der vorstehend erwähnten Wärmequellen. Es wird angemerkt, dass die mechanische Einwirkung von typischen Verarbeitungsschritten, wie Kräuseln und Kardieren, die Fasern nicht spaltet.
Mechanische Stofferzeugungsverfahren beinhalten Wasserverfestigen und Vernadeln. Solche Verfahren sind in dem Fachgebiet bekannt. Beim Wasserverfestigen wird das Gewebe typischer Weise in Längsrichtung zu einer Wasserstrahl-Vertestigungsvorrichtung befördert, in der eine Vielzahl von Verteilern, die jeder eine oder mehrere Reihen von feinen Mundlöchern beinhalten, Hochdruck-Wasserstrahlen durch das Fasergewebe leiten, um die Fasern innig durch Wasser zu verfitzen und einen zusammenhaltenden Stoff zu erzeugen. Die Wasserstrahl-Vertestigungsvorrichtung kann in einer in dem Fachgebiet bekannten Weise und zum Beispiel wie in dem US-Patent Nr. 3 485 706 für Evans beschrieben aufgebaut sein. Die Wasserverfestigung der Faser wird erreicht, indem Flüssigkeit, typischer Weise Wasser, hervorschießen gelassen wird, das bei einem Druck von etwa 1,38 MPa (200 psi) bis etwa 12,4 MPa (1800 psi) oder größer zugeführt wird, um feine, im Wesentlichen säulenförmige Flüssigkeitsstrahlen zu erzeugen. Die Hochdruckstrahlen werden gegen mindestens eine Oberfläche des Gewebes gerichtet. Das Gewebe kann auf einem löchrigen Tragsieb getragen werden, welches ein Muster aufweisen kann, um eine Vliesstruktur mit einem Muster oder Öffnungen zu bilden, oder das Sieb kann so entworfen und angeordnet sein, dass ein hydraulisch verfestigter Stoff gebildet wird, der kein Muster und keine Öffnungen hat. Das Gewebe kann einmal oder mehrmals durch die Wasserstrahl-Vertestigungsvorrichtung laufen, um an einer oder beiden Seiten des Gewebes hydraulisch zu verfestigen oder um für irgendeinen gewünschten Grad von Wasserverfestigung zu sorgen.
Alternativ kann eine herkömmliche Vernadelungsvorrichtung verwendet werden. In dieser Hinsicht kann das Gewebe zu einer herkömmlichen Vernadelungsvorrichtung geführt werden, die einen Satz von parallelen Nadelbrettern umfasst, die sich über und unter dem Gewebe befinden. Mit Widerhaken versehene Nadeln sind in senkrechter Weise in die Nadelbretter eingesetzt. Im Betrieb bewegen sich die Nadelbretter in einer zyklischen Weise aufeinander zu und voneinander weg, was die die mit Widerhaken versehenen Nadeln dazu zwingt, in das Gewebe hinein gedrückt und wieder heraus gezogen zu werden. Diese stichelnde Einwirkung veranlasst die Fasern, sich in Bezug aufeinander zu bewegen und zu verfitzen.
Alternativ kann wie vorstehend angemerkt das Vliesgewebe zu einem einheitlichen, zusammen hängenden Vliesstoff ausgebildet und danach thermisch behandelt werden, um die Fasern zu spalten. Zum Beispiel kann das Vliesgewebe mechanisch oder durch Kleben verbunden werden und der bondierte Flor unter Verwendung von irgendeinem der vorstehenden Verfahren erwärmt werden, um die Fasern zu spalten.
Der auf diese Weise gebildete sich ergebende Stoff besteht zum Beispiel aus einer Vielzahl von Mikrofilamenten 6 und 8, gezeigt in 2 und vorstehend beschrieben. Überdies können die Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung vor oder nach der Erzeugung eines Garns in Mikrofilamente aufgetrennt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Kombination von thermischer Behandlung und darauf folgender mechanischer Bearbeitung beinahe vollständige Spaltung der elastomeren und der nicht-elastomeren Segmente der Mehrkomponentenfasern erreichen, welche ein synthetisches Garn oder einen synthetischen Stoff bilden. Eine Mehrkomponentenfaser, die zwei oder mehr unverträgliche nicht-elastomere Komponenten umfasst, kann durch thermische Behandlung, wobei die Komponenten bei Erwärmung in unterschiedlichem Ausmaß schrumpfen, (das heißt, eine Komponente mit hoher Schrumpfung und eine Komponente mit niedriger Schrumpfung) zumindest teilweise gespalten werden. Nicht-elastomere Polymere mit hoher Schrumpfung haben jedoch nur eine beschränkte Energie, um Trennung zu verursachen, und es muss eine beträchtliche Menge der Komponente mit hoher Schrumpfung in der Mehrkomponentenfaser verwendet werden, um auch nur bescheidene Spaltung zu erreichen. Ferner ist das sich ergebende Garn, Gewebe oder Stoff nicht leicht dehnbar; daher ist es verhältnismäßig schwierig, weitere Spaltung der Faserkomponenten durch mechanische Bearbeitung des Garns oder des Stoffes zu erreichen.
Wenn die elastomeren Polymere schrumpfen, haben sie im Gegensatz dazu beträchtlich mehr Energie als die nicht-elastomeren Polymere, um Trennung der Fasersegmente zu verursachen; auf diese Weise erfährt eine Mehrkomponentenfaser mit einem gewissen Prozentsatz von einer elastomeren Komponente ein größeres Maß von Spaltung als eine Mehrkomponentenfaser mit einem vergleichbaren Prozentsatz einer nicht-elastomeren Komponente mit hoher Schrumpfung. Als Folge davon können, anders als spaltbare nicht-elastomere Mehrkomponentenfasern, welche eine beträchtliche Menge von einer Komponente mit hoher Schrumpfung benötigen, die Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung ein annehmbares Ausmaß von Spaltung erreichen, wobei ein verhältnismäßig kleiner Prozentsatz der Faser die elastomere Komponente ist (zum Beispiel so wenig wie zehn Prozent oder weniger).
Wenn vollständige Spaltung der Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung mit der thermischen Behandlung nicht erreicht wird, gestattet überdies die Elastizität der aus diesen Fasern erzeugten Garne und Stoffe, dass zusätzliche Spaltung durch einfaches Bearbeiten des Garns oder des Stoffes erreicht wird. Zum Beispiel kann das Garn oder der Stoff unter Spannung gesetzt werden, um die elastomeren Filamente wieder zu dehnen, und dann losgelassen werden, um zu bewirken, dass die elastomeren Filamente relaxieren. Die Dehnung und Relaxation der elastomeren Filamente bewirkt, dass sich die elastomeren und nicht-elastomeren Segmente an verbleibenden Befestigungspunkten trennen. Eine wiederholte Abfolge aus Dehnung und Loslassen kann unter Verwendung von irgendeinem Mechanismus auf das Garn oder den Stoff angewendet werden (zum Beispiel, indem das Garn oder der Faden um zwei Walzen von unterschiedlicher Größe oder Geschwindigkeit laufen gelassen wird). Schon eine kleine Anzahl von Wiederholungen hat eine beinahe vollständige Spaltung der Segmente der Mehrkomponentenfasern zur Folge. Die mit den Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung erreichbare vollständigere Spaltung hat vorteilhafter Weise weicheres, bauschigeres Garn oder weicheren, bauschigeren Stoff mit besseren Bedeckungs- und Filtrationseigenschaften zur Folge.
Die Fasern der Erfindung können auch verwendet werden, um andere textile Strukturen herzustellen, wie gewebte und gewirkte Stoffe, ohne darauf beschränkt zu sein. Solche Stoffstrukturen können ebenfalls wie vorstehend erwähnt thermisch behandelt werden, um die Fasern zu spalten.
Außerdem sind Garne, die zur Verwendung in der Erzeugung von solchen gewebten und gewirkten Stoffen hergestellt sind, in gleicher Weise in dem Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Solche Garne können aus endlosen Filamenten oder gesponnenen Garnen hergestellt werden, die Stapelfasern der vorliegenden Erfindung umfassen, und zwar durch in dem Fachgebiet bekannte Verfahren wie Verzwirnen oder Luftverfestigen. Wie vorstehend beschrieben, können die Mehrkomponentenfasern wie vorstehend beschrieben vor der Garnbildung erwärmt werden und das sich ergebende Mikrofilament in eine geeignete Garnbildungsvorrichtung gelenkt werden. Alternativ können die Mehrkomponentenfasern in eine erwärmte Texturierdüse gelenkt werden, um im Wesentlichen gleichzeitig die Faser zu spalten und das Garn zu erzeugen.
Als ein Beispiel kann ein Seite-an-Seite zweikomponentiges Mehrfilamentgarn durch Schmelzspinnen von einem thermoplastischen Elastomer (zum Beispiel Polyurethan) und einem Nicht-Elastomer (zum Beispiel Polypropylen) zu einem unorientierten Garn, einem teilweise orientierten Garn oder einem vollständig orientierten Garn hergestellt werden. Das unorientierte und das teilweise orientierte Garn werden daraufhin in einem separaten Schritt teilweise verstreckt oder verstrecktexturiert (siehe 4A). Das sich ergebende Garn oder das vollständig orientierte Garn wird dann zu einem einzigen verzwirnten Garn verzwirnt, wie in 4B gezeigt.
Das einzelne verzwirnte Garn wird daraufhin der thermischen Behandlung (zum Beispiel Warmluft, Dampf, Eintauchen in warmes Wasser oder Mikrowellenenergie) unterworfen. Bei thermischer Behandlung trennen sich die Elastomer-Subfilamente von den nicht-elastomeren Subfilamenten des verzwirnten einzelnen Garns, was ermöglicht, dass sich die elastomeren Subfilamente elastisch zusammen ziehen und erheblich schrumpfen (zum Beispiel um mindestens 25 Prozent ihrer ursprünglichen, verstreckten Länge), und die elastomeren und nicht-elastomeren Subfilamente dazu zwingen, sich von einander zu trennen. Folglich bilden die nicht-elastomeren (zum Beispiel Polypropylen) Subfilamente Schlaufen, die sich um den Kern aus den elastomeren Filamenten wickeln, wie in 4C gezeigt. Das sich ergebende Garn hat eine strukturelle Ähnlichkeit mit dem Luftdüsen-texturierten Garn (5A) oder dem umsponnenen Garn (5B). Die elastomeren Subfilamente sorgen für eine gute Dehnungskraft, wie aus dem in 4D gezeigten gedehnten Garn zu ersehen ist. Die nicht-elastomeren Subfilamente sorgen nicht nur für eine weiche, wie gesponnen wirkende Griffigkeit, sondern auch für Abriebschutz der elastomeren Subfilamente in dem Kern.
Ein anderer Vorteil des Garns der vorliegenden Erfindung ist, dass die Größe der Polypropylen-Subfilamente deutlich kleiner sein kann als diejenige von einem Lufttexturierten Garn. Wenn zum Beispiel jedes Filament von einem Zweikomponenten-Garn gemäß der vorliegenden Erfindung den in 1F gezeigten Querschnitt hat, 3 dpf hat, und das Gewichtsverhältnis von Elastomer zu Nichtelastomer 50:50 beträgt, ist der dpf von jedem Nichtelastomer-Subfilament 1,5 dpf. Wenn jedes Filament von einem Zweikomponenten-Garn den in 1E gezeigten Querschnitt hat, es 3 dpf hat und es das gleiche Gewichtsverhältnis von Elastomer zu Polypropylen hat, ist der dpf von jeden nichtelastomeren Subfilament 0,5 dpf.
Die Stoffe der vorliegenden Erfindung stellen eine Vielfalt von gewünschten Eigenschaften bereit, einschließlich Elastizität, gleichmäßige Faserdeckung, und große Faseroberfläche. Die Stoffe der vorliegenden Erfindung weisen auch erwünschte Griffigkeit und Weichheit auf und können so hergestellt werden, dass sie verschiedene Niveaus von Voluminosität haben. Zusätzlich zu den vorstehenden Vorteilen kann Textilstoff der vorliegenden Erfindung auch kostengünstig hergestellt werden, was Kleidung mit größerem Komfort und besserem Aussehen und besserer Passung zur Folge hat.
Aus den Mehrkomponentenfasern der Erfindung hergestellte Stoffe sind für eine breite Vielfalt von Endverwendungen geeignet. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann Vliesstoff der Erfindung als ein synthetisches Wildleder verwendet werden. In dieser Ausführungsform sorgen die Mikrofilamente, die den Vliesstoff ausmachen, für die Erholungseigenschaften, die ansprechende Griffigkeit und dichte Textur, die für synthetische Wildleder erforderlich sind. Überdies besitzen gemäß der Erfindung hergestellt Vliesprodukte angemessene Festigkeit und angemessenen Bedeckungsgrad.
Aus den spaltbaren Filamenten der Erfindung hergestellte Vliesstoffe sollten auch leicht als Filtriermedien Verwendung finden. In dieser Ausführungsform können die zum Bilden von Mikrofilamenten verwendeten Polymere so ausgewählt werden, dass sie für Dehnungseigenschaften, Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit und hohe spezifische Oberfläche sorgen, die als für Filtriermedien vorteilhaft angesehen werden. Überdies besitzen gemäß der Erfindung hergestellte Vliesprodukte überlegene chemische Widerstandsfähigkeit und werden vorteilhafter Weise in korrosiven Umgebungen verwendet. Ferner können die gemäß der Erfindung hergestellten Vliesprodukte eine elektrische Ladung behalten, ein Erfordernis für Materialien, die in Elektretfiltern verwendet werden. Polyurethan und Polypropylen sind besonders vorteilhaft für diese Anwendung wegen der chemischen Widerstandsfähigkeit von diesen Polymeren.
Auf der Grundlage der vorstehenden Merkmale sollten mit den spaltbaren Filamenten der Erfindung hergestellte Vliesstoffe leicht als Filtriermedien in einem breiten Bereich von Anwendungen Verwendung finden, einschließlich Verwendung in Beutelfiltern, Luftfiltern, Dunsthauben und dergleichen. Beutelfilter sind zur Verwendung beim Filtrieren vom Lacken und Beschichtungen bekannt, speziell von Lacken und Grundierungen auf Grundlage von Kohlenwasserstoffen und von Chemikalien, petrochemischen Produkten und dergleichen. Luftfilter sind bei dem Filtrieren von großen oder kleinen Volumina von Luft nützlich. Anwendungen für kleines Luftvolumen beinhalten Gesichtsmaskenfilter. Große Volumina von Luft werden vorteilhafter Weise unter Verwendung von Elektretfiltern filtriert. Elektret-Luftfilter sind besonders nützlich in Anwendungen wie Ofenfiltern, Filtern für Auto-Fahrgastzellen und Reinigungsfiltern für Raumluft. Dunsthauben, die verwendet werden, um flüssige oder feste Aerosolteilchen zu entfernen, werden in einem breiten Bereich von industriellen Anwendungen verwendet, wo Abgasströme erzeugt werden.
Zusätzlich zu ihrer Nützlichkeit als einschichtige Filtriermedien können die Vliese der vorliegenden Erfindung in geschichteten Trennwandstrukturen Verwendung finden, wie den in US-Patent Nr. 5 785 725 offenbarten. Um die Porösität ebenso wie die Isolierfähigkeiten des sich ergebenden Vliesstoffes zu erhöhen, können in dem Fasergewebe gekräuselte Einkomponentenfasern beinhaltet sein, wie in den US-Patenten Nr. 4 988 560 und 5 656 368 beschrieben. Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, die kritische Benetzungsoberflächenspannung des Vliesstoffes zu verändern, wie in US-Patent Nr. 5 586 997 beschrieben.
Da die Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung thermische Behandlung erfordern, um die elastomere Komponente zu „aktivieren" und Kontraktion, Schrumpfung und Spaltung zu bewirken, ist es möglich, ein Garn oder einen Stoff, die aus den Fasern der vorliegenden Erfindung gebildet sind, an einzelnen Örtlichkeiten oder Zonen zu aktivieren. Eine optimal abgestimmte und fokussierte Quelle von Mikrowellenenergie kann verwendet werden, um einzelne Örtlichkeiten zu aktivieren, wobei sehr hohe Produktionsgeschwindigkeiten möglich sind.
Zum Beispiel sind Babywindeln herkömmlicher Weise aus verschiedenen Materialien aufgebaut, die unter Verwendung sehr komplizierter Umwandlungsvorrichtungen in das Endprodukt eingebracht werden. Es müssen unterschiedliche Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Elastizität, Porösität und Absorptionsvermögen integriert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung können unterschiedlichen Abschnitten eines gemeinsamen Stoffes, der aus den Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung erzeugt ist, unterschiedliche Eigenschaften gegeben werden, indem selektiv Abschnitte des Stoffes mit lokalisierter thermischer Behandlung aktiviert werden, wodurch ein einziges Material multifunktional werden kann. In dem Windelbeispiel können hochelastische Hosenbünde, Seitenwände und Beinstulpen in der Basisfolie der Windel ausgebildet werden, indem diese Gebiete der Basisfolie selektiv erwärmt werden, um die elastomeren Komponenten lokal zu aktivieren. Ferner können Gradientenzonen von Porenstruktur und Dichte innerhalb eines Vliesabsorberkerns erzeugt werden, um die Leistung für spezifische Anwendungen zu optimieren. Zum Beispiel kann es in einer Windeleinlage oder anderen Einlage erwünscht sein, dass bestimmte Teile der Einlage Flüssigkeit von der Haut dochtartig fort ziehen, während andere Teile der Einlage bevorzugt in hohem Maß absorbierend sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Teil der Einlage thermisch behandelt werden, sodass die Fasern sich aufbauschen, mehr leeres Volumen bilden und stärker absorbierend werden, während andere Teile der aus dem gleichen Material gebildeten Einlage unbehandelt bleiben können, wobei das Material mit kleinen Poren hinterbleibt, welche dabei helfen, Flüssigkeit von der Haut dochtartig fort zu ziehen. Eine derartige selektive Behandlung eines Stoffes kann sowohl in der x-y (Länge-Breite) Richtung des Stoffes wie auch der z- (Dicke) Richtung des Stoffes angewendet werden, um auf wirksame Weise ein Mehrschichtmaterial aus einer einzigen Schicht des Stoffes der vorliegenden Erfindung zu erzeugen.
Für ästhetische Zwecke können wegzuwerfende absorbierende Gegenstände (zum Beispiel Handtücher, gewerblich verwendete Tücher, die äußere Oberfläche von Windeln) in Mustern behandelt werden, um ein gestepptes Aussehen und eine weiche Griffigkeit zu erzeugen.
Die Stoffe der vorliegenden Erfindung können genauso gut auch in anderen Anwendungen verwendet werden, wie der Verwendung in Absorptionsvorrichtungen für Öl oder andere Chemikalien, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung können auch dazu verwendet werden, ein verbessertes Filamentgarn für Zahnseide herzustellen, das ein weiches Niedrigdenier-Filamentgarn mit einem elastischen Dehnungsgarn für leichten Eintritt zwischen die Zähne und weicher, fadenähnlicher Reinigungswirkung bei dem Hin- und Herziehen zwischen den Zähnen kombiniert. Alle aus synthetischen Fasern hergestellten Zahnseidegarne zielen hauptsächlich auf sanftes Einführen zwischen die Zähne ab. Diese Garne sollten dem Zahnfleisch minimales Unbehagen bereiten, wenn sie zwischen den Zähnen und über das Zahnfleisch hindurch gezogen werden. Solche Garne sind normaler Weise aus Nylon hergestellte Einfilamentgarne oder Bandgarne, die eine schlüpfrige Oberfläche haben, wie Teflon oder Nylon. Viele dieser Garne sind mit Geschmacksstoffen, Abrasivmitteln und Zahnpflegemitteln nachbehandelt, die ihnen einen angenehmen Geschmack, Reinigungsfähigkeit und Zahnpflegemerkmale verleihen. Bandgarne fügen sich normalerweise leicht zwischen die Zähne ein, haben aber wenig Abrasivwirkung, wenn sie zwischen den Zähnen bewegt werden. Mehrfilamentgarne fügen sich leicht ein, haben wegen der Mehrfilamente ohne glatte Oberfläche eine etwas stärkere Abrasivwirkung und halten die Nachbehandlung besser aus. Zum Beispiel ist eine kommerziell erhältliche Zahnseide unter Verwendung einer niedrigen Zwirnverdrehung zweifachig verzwirnt. Diese geringe Verzwirnung gibt der Zahnseide wegen der nicht vollständig geraden Filamente eine etwas bessere Reinigungswirkung.
Mehrfilament-Zahnseidengarne haben normaler Weise eine geringe Verlängung, was teilweise an der Notwendigkeit hoher Festigkeit einer Zahnseide liegt. Die leicht verzwirnte Rohseide ist texturiert, was anscheinend dem Produkt eine geringes Ausmaß von Elastizität verleiht.
Ein dehnbares Mehrfilamentgarn mit niedriger Verzwirnung, das aber eine hohe Umwicklung aus feinen Filamenten auf der äußeren Oberfläche hat, würde die Reinigungsfähigkeit von Rohseide verbessern. Eine solche Zahnseide kann durch Schmelzspinnen, Nachverzwirnen und thermisches Behandeln der Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, wie der in 1A–1I gezeigten Seite-an-Seite oder spitzblättrigen Fasern. Spezifischer kann ein Zweikomponenten-Mehrfachfilamentgarn durch Schmelzspinnen von einem thermoplastischen Elastomer und einem Nicht-Elastomer (zum Beispiel Polypropylen) zu einem unorientierten Garn, einem teilweise orientierten Garn oder einem vollständig orientierten Garn hergestellt werden. Die unorientierten und teilweise orientierten Garne werden daraufhin in einem separaten Schritt teilweise verstreckt, und dann zu einem einzigen verzwirnten Garn verzwirnt. Das Garn wird dann einer der vorstehend erwähnten Formen von thermischer Behandlung unterworfen, um zu bewirken, dass sich die Elastomer-Subfilamente von den Polypropylen-Subfilamenten trennen, während sie sich zusammen ziehen und schrumpfen. Die Polypropylen-Subfilamente bilden Schlaufen (Umwicklungen) um den Kern aus den Elastomer-Subfilamenten, so dass die Elastomer-Subfilamente für gute Dehnungskraft sorgen und die Polypropylenschlaufen für ein weiches, auf bauschige Weise umhülltes Produkt sorgen.
Bei der Verwendung kann dieses Garn gedehnt und mit Leichtigkeit zwischen die Zähne eingeführt werden. Ein Ende das Garns kann dann losgelassen werden, während das andere Ende durch die Zähne gezogen wird, was für eine derjenigen der herkömmlichen Zahnseide überlegene Reinigungswirkung sorgt. Wegen der Art dieses Garns können Geschmacksstoffe und Zahnpflegeprodukte leicht auf das Garn aufgebracht werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch das folgende, nicht beschränkende Beispiel weiter veranschaulicht werden.
BEISPIEL 1
Unter Verwendung eines Zweikomponenten-Extrusionssystems wird endlose, schmelzgesponnene Mehrfilamentfaser hergestellt. Eine Zweikomponentenfaser mit sechzehn Hohltorte/Tortenstück-Segmenten wird hergestellt, die acht Segmente aus Polyurethanpolymer und acht Segmente aus Polypropylenpolymer hat. Das Gewichtsverhältnis von Polyurethanpolymer zu Polypropylenpolymer in der Zweikomponentenfaser ist 50:50. Das Polyurethan ist kommerziell als Morthane PS440-200 erhältlich, ein thermoplastisches Polyurethan von Morton International, und das Polypropylen ist kommerziell als MRD5-1442 von Union Carbide erhältlich.
Nach der Extrusion werden die Filamente 3 Mal hintereinander verstreckt, wodurch sich eine Mehrfilament-Mehrkomponentenfaser mit 3 Denier ergibt. Die Filamente werden thermisch behandelt, indem die Filamente durch eine Kammer geführt werden, in welche auf eine Temperatur von etwa 75°C erwärmte Luft fließt, so dass sich die Polyurethan- und Polypropylen-Segmente voneinander lösen und Mikrofilamente der jeweiligen Polymere gebildet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung spaltbarer Mehrkomponentenfasern, wobei das Verfahren umfasst: Extrudieren einer Vielzahl von Mehrkomponentenfasern mit mindestens einer ein elastomeres Polymer umfassenden Polymerkomponente und mindestens einer ein nicht-elastomeres Polymer umfassenden Polymerkomponente, wobei das elastomere Polymer einen Löslichkeitsparameter (δ) derart ausreichend verschieden von dem nicht-elastomeren Polymer aufweist, dass die elastomere Komponente und die nicht-elastomere Komponente bei thermischer Aktivierung sich trennen, und Verstrecken der Mehrkomponentenfasern, um die nicht-elastomeren Komponenten plastisch zu verformen und die elastomeren Komponenten so zu strecken, dass die elastomeren Komponenten in der Lage sind, sich beim Freiwerden von der Haftung an den nicht-elastomeren Komponenten elastisch zusammen zu ziehen.
Verfahren zur Herstellung von Mikrofilamenten, umfassend die Schritte von: Herstellen von spaltbaren Mehrkomponentenfasern wie in Anspruch 1 definiert, umfassend das Extrudieren einer Vielzahl von Mehrkomponentenfasern mit mindestens einer ein elastomeres Polymer umfassenden Polymerkomponente und mindestens einer ein nicht-elastomeres Polymer umfassenden Polymerkomponente, wobei das elastomere Polymer einen Löslichkeitsparameter (δ) derart ausreichend verschieden von dem nicht-elastomeren Polymer aufweist, dass die elastomere Komponente und die nicht-elastomere Komponente bei thermischer Behandlung sich trennen, und Verstrecken der Mehrkomponentenfasern, um die nicht-elastomere Komponente plastisch zu verformen und die elastomere Komponente so zu strecken, dass die elastomere Komponente in der Lage ist, sich beim Freiwerden von der Haftung an der nicht-elastomeren Komponente elastisch zusammen zu ziehen, und dann thermisches Behandeln der verzogenen Mehrkomponentenfasern unter Bedingungen von niedriger oder im wesentlichen keiner Zugspannung, um die Mehrkomponentenfasern zu trennen, um ein Faserbündel, umfassend eine Vielzahl von elastomeren Mikrofilamenten und eine Vielzahl non nicht-elastomeren Mikrofilamenten, die stärker bauschig als die elastomeren Mikrofilamente sind, zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die nicht-elastomeren Mikrofilamente im wesentlichen die elastomeren Filamente umgeben und wobei jedes der nicht-elastomeren Mikrofilamente eine zufällige Reihe von im wesentlichen nichtlinearen Konfigurationen aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines streckbaren Garns, umfassend die Schritte von: Herstellen von spaltbaren Mehrkomponentenfasern wie in Anspruch 1 definiert, umfassend das Extrudieren einer Vielzahl von Mehrkomponentenfasern mit mindestens einer ein elastomeres Polymer umfassenden Polymerkomponente und mindestens einer ein nicht-elastomeres Polymer umfassenden Polymerkomponente, wobei das elastomere Polymer einen Löslichkeitsparameter (δ) derart ausreichend verschieden von dem nicht-elastomeren Polymer aufweist, dass die elastomere Komponente und die nicht-elastomere Komponente bei thermischer Behandlung sich trennen, und Verstrecken der Mehrkomponentenfasern, um die nicht-elastomere Komponente plastisch zu verformen und die elastomere Komponente so zu strecken, dass die elastomere Komponente in der Lage ist, sich beim Freiwerden von der Haftung an der nicht-elastomeren Komponente elastisch zusammen zu ziehen, und dann thermisches Behandeln der verstreckten Mehrkomponentenfasern unter Bedingungen von niedriger oder im wesentlichen keiner Zugspannung, um die Mehrkomponentenfasern zu trennen, um ein streckbares Garn zu erzeugen, das eine Vielzahl von elastomeren Kernfilamenten umfasst, die im wesentlichen von einer Vielzahl non nicht-elastomeren Filamenten umgeben sind, welche stärker bauschig als die elastomeren Kernfilamente sind.
Verfahren gemäß Anspruch 4, ferner umfassend das Verzwirnen der elastomeren Filamente und der nicht-elastomeren Filamente.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die elastomeren und nicht-elastomeren Polymerkomponenten zu einem nicht-orientierten Garn oder einem teilweise orientierten Garn oder einem vollständig orientierten Garn ausgebildet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die elastomeren und nicht-elastomeren Polymerkomponenten zu einem streckbaren Multifilament-Zahnseidegarn ausgebildet werden.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Schritt des thermischen Behandelns thermisches Behandeln der Fasern bei einer Temperatur von mindestens etwa 35°C umfasst.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Schritt des thermischen Behandelns Kontaktieren der Fasern mit einem erwärmten, im wesentlichen wasserfreien Medium oder einem erwärmten gasförmigen Medium umfasst, wobei vorzugsweise das erwärmte gasförmige Medium erwärmte Luft, noch bevorzugter im wesentlichen von Wasser freie erwärmte Luft umfasst.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 9, welches ferner das Texturieren der Fasern umfasst, indem die Fasern durch eine Texturierdüse geleitet werden, wobei vorzugsweise der Texturierschritt das Kontaktieren der Fasern mit einem erwärmten Düsenluftstrom in der Texturierdüse umfasst und wobei der Schritt des thermischen Behandelns und der Texturierschritt entweder gleichzeitig stattfinden oder der Schritt des thermischen Behandelns vor dem Texturierschritt stattfindet.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die elastomeren Mikrofilamente oder Filamente im wesentlichen nicht gebauscht sind.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 11, wobei der Schritt des thermischen Behandelns das Aufbringen von Mikrowellenenergie auf die Mehrkomponentenfasern umfasst.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 12, welches ferner das Aufbringen und Loslassen von Zugspannung auf die verzogenen Mehrkomponentenfasern nach dem Schritt des thermischen Behandelns umfasst, um die Mehrkomponentenfasern weiter aufzutrennen, wobei Zugspannung vorzugsweise wiederholt auf die verzogenen Mehrkomponentenfasern aufgebracht und losgelassen wird.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 13, ferner umfassend das Verzwirnen der verzogenen Mehrkomponentenfasern zu einem Garn.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 14, welches das Extrudieren einer Vielzahl von Mehrkomponentenfasern, umfassend mindestens eine elastomere Polyurethankomponente und mindestens eine nicht-elastomere Polypropylenkomponente, umfasst.
Verfahren zur Herstellung von Stoff, wobei das Verfahren die Schritte umfasst von: Herstellen von spaltbaren Mehrkomponentenfasern wie in Anspruch 1 definiert, umfassend das Extrudieren einer Vielzahl von Mehrkomponentenfasern mit mindestens einer ein elastomeres Polymer umfassenden Polymerkomponente und mindestens einer ein nicht-elastomeres Polymer umfassenden Polymerkomponente, wobei das elastomere Polymer einen Löslichkeitsparameter (δ) derart ausreichend verschieden von dem nicht-elastomeren Polymer aufweist, dass die elastomere Komponente und die nicht-elastomere Komponente bei thermischer Aktivierung sich trennen, und Verstrecken der Mehrkomponentenfasern, um die nicht-elastomere Komponente plastisch zu verformen und die elastomere Komponente so zu strecken, dass die elastomere Komponente in der Lage ist, sich beim Freiwerden von der Haftung an der nicht-elastomeren Komponente elastisch zusammen zu ziehen, und dann Erzeugen eines Stoffes aus den Mehrkomponentenfasern, und thermisches Behandeln der verstreckten Mehrkomponentenfasern unter Bedingungen von niedriger oder im wesentlichen keiner Zugspannung, um die Mehrkomponentenfasern zu trennen, um ein Faserbündel, umfassend eine Vielzahl von elastomeren Mikrofilamenten und eine Vielzahl non nicht-elastomeren Mikrofilamenten, die stärker bauschig als die elastomeren Mikrofilamente sind, zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die elastomeren Mikrofilamente im wesentlichen nicht gebauscht sind.
Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei die nicht-elastomeren Mikrofilamente im wesentlichen die elastomeren Mikrofilamente umgeben.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Schritt des Erzeugens eines Stoffes das Erzeugen einer Webware, das Erzeugen einer Strickware oder das Erzeugen eines Vliesstoffes umfasst.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der Schritt des Erzeugens eines Stoffes die Schritte des Erzeugens eines nicht-gewebten Gewebes aus den Mehrkomponentenfasern und des Verbindens des Gewebes aus Mehrkomponentenfasern, um einen einheitlichen Vliesstoff zu erzeugen, umfasst.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der Schritt des thermischen Behandelns gleichzeitig mit dem Schritt des Erzeugens eines Stoffes stattfindet.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der Schritt des thermischen Behandelns vor dem Schritt des Erzeugens eines Stoffes stattfindet.
Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei das Verfahren ferner das Texturieren der Fasern umfasst, indem die Fasern durch eine Texturierdüse geleitet werden, um vor dem Schritt des Erzeugens eines Stoffes ein Garn zu erzeugen, wobei vorzugsweise der Texturierschritt das Kontaktieren der Fasern mit einem erwärmten Düsenluftstrom in der Texturierdüse umfasst und wobei der Schritt des thermischen Behandelns und der Texturierschritt entweder gleichzeitig stattfinden oder der Schritt des thermischen Behandelns vor dem Texturierschritt stattfindet.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der Schritt des thermischen Behandelns nach dem Schritt des Erzeugens eines Stoffes stattfindet.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 16 bis 24, wobei der Schritt des thermischen Behandelns thermisches Behandeln ausgewählter Teile des Stoffes beinhaltet, um den ausgewählten Teilen des Stoffes Eigenschaften zu verleihen, welche von denjenigen von unbehandelten Teilen des Stoffes verschieden sind.
Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei der Schritt des thermischen Behandelns bewirkt, dass die ausgewählten Teile des Stoffes eine größere Elastizität als die unbehandelten Teile des Stoffes aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei der Schritt des thermischen Behandelns bewirkt, dass die ausgewählten Teile des Stoffes ein größeres Absorptionsvermögen als die unbehandelten Teile des Stoffes aufweisen.
Verfahren gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das elastomere Polymer aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanelastomeren, Ethylen-Polybutylen-Copolymeren, Poly(ethylen-butylen)-Polystyrol-Blockcopolymeren, Polyadipatestern, elastomeren Polyesterpolymeren, elastomeren Polyamidpolymeren, elastomeren Polyetheresterpolymeren, ADA-Triblock- oder Radialblock-Copolymeren und Mischungen davon ausgewählt ist und vorzugsweise Polyurethan ist.
Verfahren gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das nicht-elastomere Polymer aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden und Copolymeren und Mischungen davon ausgewählt ist und vorzugsweise ein Polyolefin und noch bevorzugter Polypropylen ist.
Spaltbare Mehrkomponenten-Faser, umfassend: mindestens eine elastomere Komponente umfassend ein elastomeres Polymer, welche so gestreckt ist, dass sich die elastomere Komponente elastisch zusammenzieht, wenn die Zugspannung gelöst wird, und mindestens eine nicht-elastomere Komponente umfassend ein nicht-elastomeres Polymer, welche plastisch verformt wird, wobei das elastomere Polymer einen Löslichkeitsparameter (δ) so ausreichend verschieden von dem nicht-elastomeren Polymer aufweist, dass die elastomere Komponente und die nicht-elastomere Komponente bei thermischer Behandlung sich trennen.
Faserbündel, umfassend eine Vielzahl von elastomeren Mikrofilamenten und eine Vielzahl von plastisch verformten nicht-elastomeren Mikrofilamenten, welche stärker gebauscht als die elastomeren Mikrofilamente sind, wobei die Mikrofilamente von einer gemeinsamen Mehrkomponenten-Faser wie in Anspruch 30 definiert herstammen.
Faserbündel gemäß Anspruch 31, wobei das elastomere Polymer und das nicht-elastomere Polymer einen Unterschied der Löslichkeitsparameter (δ) von mindestens etwa 1,2 (J/cm³)^1/2, vorzugsweise mindestens etwa 2,9 (J/cm³)^1/2 aufweisen.
Faserbündel gemäß Anspruch 31 oder Anspruch 32, wobei jedes der nicht-elastomeren Mikrofilamente eine zufällige Reihe von im wesentlichen nichtlinearen Konfigurationen aufweist.
Faserbündel gemäß irgendeinem der Ansprüche 31 bis 33, wobei die elastomeren Mikrofilamente im wesentlichen nicht gebauscht sind.
Faserbündel gemäß irgendeinem der Ansprüche 31 bis 34, wobei die nicht-elastomeren Mikrofilamente im wesentlichen die elastomeren Mikrofilamente umgeben.
Faserbündel gemäß irgendeinem der Ansprüche 31 bis 35, wobei die Mikrofilamente eine durchschnittliche Größe haben, die im Bereich von etwa 0,05 bis 1,5 Denier liegt.
Faserbündel gemäß irgendeinem der Ansprüche 31 bis 36, wobei das Faserbündel etwa 8 bis etwa 48 Mikrofilamente umfasst.
Faserbündel gemäß irgendeinem der Ansprüche 30 bis 37, wobei das Faserbündel in der Form von Stapelfaser ist.
Faser gemäß irgendeinem der Ansprüche 30 bis 38, wobei die elastomere Komponente ein Polymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanelastomeren, Ethylen-Polybutylen-Copolymeren, Poly(ethylen-butylen)-Polystyrol-Blockcopolymeren, Polyadipatestern, elastomeren Polyesterpolymeren, elastomeren Polyamidpolymeren, elastomeren Polyetheresterpolymeren, ADA-Triblock- oder Radialblock-Copolymeren und Mischungen davon und vorzugsweise Polyurethan umfasst.
Faser gemäß irgendeinem der Ansprüche 30 bis 39, wobei die nicht-elastomere Komponente ein Polymer aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden und Copolymeren und Mischungen davon und vorzugsweise ein Polyolefin und noch bevorzugter Polypropylen umfasst.
Faserbündel gemäß irgendeinem der Ansprüche 31 bis 40, wobei die elastomeren Mikrofilamente Polyurethan umfassen und die plastisch verformten nicht-elastomeren Mikrofilamente Polypropylen umfassen.
Faser gemäß irgendeinem der Ansprüche 30, 31, 38 oder 39, wobei die Faser aus der Gruppe bestehend aus Samtkettenfasern, segmentierten runden Fasern, segmentierten ovalen Fasern, segmentierten rechtwinkligen Fasern, segmentierten Bandfasern und segmentierten Multilobalfasern (segmentierten Fasern mit unregelmäßigem Querschnitt) ausgewählt ist.
Faser gemäß irgendeinem der Ansprüche 30, 31, 38, 39 oder 42, wobei das Gewichtsverhältnis der elastomeren Polymerkomponente zu der nicht-elastomeren Polymerkomponente im Bereich von etwa 80/20 bis etwa 20/80 liegt.
Faser gemäß irgendeinem der Ansprüche 30, 31, 38, 39, 42 oder 43, wobei die Faser aus der Gruppe bestehend aus kontinuierlichen Filamenten und Stapelfasern ausgewählt ist.
Garn, umfassend das Faserbündel gemäß irgendeinem der Ansprüche 31 bis 41.
Garn gemäß Anspruch 45, wobei die nicht-elastomeren Mikrofilamente und die elastomeren Mikrofilamente verschiedenen Farben haben und wobei das Garn in seinem ungestreckten Zustand eine erste Farbe und in seinem gestreckten Zustand eine davon verschiedene Farbe aufweist.
Stoff, umfassend eine Vielzahl der spaltbaren Mehrkomponentenfasern gemäß Anspruch 30.
Stoff, umfassend eine Vielzahl von elastomeren Mikrofilamenten und eine Vielzahl von plastisch verformten nicht-elastomeren Mikrofilamenten, welche stärker als die elastomeren Mikrofilamenten gebauscht sind, wobei die Mikrofilamente aus einer gemeinsamen Mehrkomponenten-Faser wie in Anspruch 31 definiert herstammen.
Stoff gemäß Anspruch 48, wobei der Stoff aus der Gruppe bestehend aus Vliesstoffen, Webwaren und Strickwaren ausgewählt ist.
Gegenstand, umfassend einen Stoff wie in Anspruch 48 oder Anspruch 49 definiert, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus synthetischem Wildleder, Filtriermedien und wegwerfbaren absorbierenden Gegenständen, vorzugsweise synthetisches Wildleder.
Streckbares Garn, umfassend eine Vielzahl von elastomeren Kernfilamenten und eine Vielzahl von plastisch verformten nicht-elastomeren Filamenten, welche stärker als die elastomeren Filamente gebauscht sind, wobei die nicht-elastomeren Filamente im wesentlichen die elastomeren Kernfilamente umgeben, wobei die elastomeren Kernfilamente und die nicht-elastomeren Filamente einen Unterschied der Löslichkeitsparameter (δ) von mindestens etwa 1,2 (J/cm³)^1/2 aufweisen und wobei die elastomeren Kernfilamente und die nicht-elastomeren Filamente von gemeinsamen Mehrkomponentenfasern wie in Anspruch 30 definiert herstammen.
Garn gemäß Anspruch 51, wobei die elastomeren Kernfilamente und/oder nicht-elastomeren Filamente die in irgendeinem der Ansprüche 18 bis 22 definierten Merkmale aufweisen.
Garn gemäß Anspruch 51 oder 52, wobei das Garn etwa 8 bis etwa 48 Filamente umfasst.
Garn gemäß irgendeinem der Ansprüche 51 bis 53, wobei das Garn ein gezwirntes Garn ist.
Garn gemäß irgendeinem der Ansprüche 51 bis 54, wobei das Garn ein nicht-orientiertes Garn oder ein teilweise orientiertes Garn oder ein vollständig orientiertes Garn ist.
Garn gemäß irgendeinem der Ansprüche 51 bis 55, wobei das Garn ein streckbares Multifilament-Zahnseidegarn ist.