TWI678442B - 非織造材料 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種材料，其包含至少一包含締鬈紗(較佳為針織-解針織紗)之非織造纖維層。該材料所包含的締鬈紗可調整材料之機械性質而使材料可順應高局部變形。

Description

非織造材料
本發明關於一種包含至少一非織造纖維層之材料，及製造該材料之方法。
非織造材料被用在許多產業應用，例如排水材料、建築材料、及包裝材料。用於產業應用之非織造材料通常具有高拉伸強度及高模數。產業應用領域之非織造物可承受高局部變形，例如當被作為包圍不規則形狀物體之包裝材料時，或當被模塑成為複雜的三維形狀時。高模數非織造物可能缺乏順從此高局部變形之能力。
GB 1,192,351號專利揭示一種藉由形成捲曲連續長纖維墊而製造撓性片狀材料之方法，其中該捲曲連續長纖維係在伸張下供應，繼而釋放張力而使長纖維為無規三維互相貫通，及藉至少一種以分散液或溶液形式塗布之樹脂質或彈性黏結劑將長纖維黏結在一起。
本發明之一目的為提供一種包含至少一非織造纖維層之材料，其具有順應高局部變形之能力。
本發明之目的係藉請求項1之材料達成。
在非織造纖維層中有締鬈紗(textured yarn)可調整材料之機械性質而使材料可順應高局部變形。
第1圖為比較例之樣品的相片。
第2圖為實施例1之樣品的相片。
第3圖為實施例2之樣品的相片。
在此使用的纖維係指短纖維及長纖維。
應了解，締鬈紗為經處理而沿紗之纖維及/或長纖維之長度產生持久性扭曲之紗。如捲曲、螺圈、迴圈、波紋、或其他的扭曲或其任何組合。
如所屬技術領域者所熟知，非織造纖維層為本質上二維形狀，其中非織造纖維層之厚度比非織造纖維層之寬度及長度小至少一個量級，更佳為至少二個量級，更佳為至少三個量級。
非織造纖維層之厚度為0.05至10毫米之範圍，較佳為0.10至5.0毫米之範圍，更佳為0.2至2.0毫米之範圍，更佳為0.3至1.0毫米之範圍。
由於形成持久性扭曲，經處理締鬈紗之長度比重量相同的紗被處理成締鬈紗之前之長度短。紗長度係未對該紗施加負載而將紗之一端固定於鉗夾，及測量紗之另一端至該鉗夾的距離而測定，其中被處理成締鬈紗之前之紗長度較佳為1.0米。締鬈紗長度對處理前紗長度的比例為0.90或以下，較佳為0.75或以下，更佳為 0.60或以下，最佳為0.50或以下。締鬈紗長度對處理前紗長度的比例較佳為至少0.20，更佳為至少0.30，最佳為至少0.40。締鬈紗長度對處理前紗長度的比例減小，則締鬈紗中的扭曲數量及/或扭曲大小增加，其增加締鬈紗之最大斷裂伸長率及/或降低締鬈紗在低伸長率(例如在2%、5%、或15%之伸長率)之模數。當締鬈紗長度對處理前紗長度的比例為0.40或以下時，扭曲數量會增加到締鬈紗中的扭曲之間形成糾結的風險增加之程度，其會降低締鬈紗之最大斷裂伸長率及/或增加締鬈紗在低伸長率之模數。
較佳為扭曲數量為經處理締鬈紗每米長度有至少25個，更佳為經處理締鬈紗每米長度有至少50個，甚至更佳為至少75個，最佳為至少100個。較佳為扭曲數量為經處理締鬈紗每米長度有250個或以下，更佳為經處理締鬈紗每米長度有200個或以下，甚至更佳為150個或以下，最佳為125個或以下。
在一具體實施例中，該包含至少一非織造纖維層之材料可完全由締鬈紗組成。
持久性扭曲可藉任何合適的方法而在紗中產生，例如以連續方法或三階段方法扭轉該紗、將扭轉紗熱定型、及將熱定型扭轉紗解開，或者藉由將紗傳送通過已加熱的填塞箱。該紗亦可藉由將紗加熱且將經加熱紗傳送通過刀刃，或者將經加熱紗傳送通過一對齒輪盤而處理。亦可將紗噴氣締鬈而將紗處理成為締鬈紗。
較佳為將紗針織成為織物，視情況將該針織織物熱定型，及將該針織織物拆散成為針織-解針織(KDK)紗，而將紗處理成為締鬈紗。針織-解針織紗具有可將拆散紗在線軸上捲繞成為直紗之優點，其條件為在捲繞時施加充分的張力，因而降低在線軸上糾結的風險。將KDK紗解開而釋放張力則在締鬈紗中重新建立持久性扭曲。
針織織物之熱定型較佳為在烤箱中以高溫執行，較佳為高於紗之纖維及/或長纖維所包含的聚合物之玻璃轉移溫度。其可另外將蒸汽引入烤箱中而增加轉移至欲熱定型之針織織物中的熱量。
針織織物可另外使用任何已知的染色或印刷技術染色成為任何所欲的圖案。針織織物可例如以至少兩種不同的顏色染色。拆散的針織-解針織紗因此可包含沿締鬈紗之長度為顏色不同的部分。該至少一非織造纖維層，其包含具有沿紗長度為顏色不同的部分之針織-解針織紗，可具有不同的顏色無規分布於其表面上，而可用於例如偽裝應用及/或裝飾目的，例如窗簾、百葉窗及/或花卉包装。在一具體實施例中，將針織織物以至少三種不同的顏色，較佳為至少四種，更佳為至少五種不同的顏色染色，而使針織-解針織紗沿紗長度具有至少兩個、三個、四個、或五個顏色不同的部分。
締鬈紗可包含至少10重量百分比之一種或以上的熱塑性聚合物，而可在締鬈紗中熱黏結。較佳為締鬈紗包含至少25重量百分比，更佳為至少50重量百 分比，更佳為至少75重量百分比，更佳為至少90重量百分比之一種或以上的熱塑性聚合物。在一較佳具體實施例中，該締鬈紗包括100重量百分比之一種或以上的熱塑性聚合物。
締鬈紗可為多長纖維紗(multifilament yarn)。較佳為該多長纖維紗包含至少兩種不同的聚合物。該至少兩種不同的聚合物可存在於多長纖維紗所包含的分別長纖維中，或者一起存在於多長纖維紗所包含的同一長纖維中。該至少兩種不同的聚合物亦可部分存在於多長纖維紗所包含的分別長纖維中，及部分一起存在於多長纖維紗所包含的同一長纖維中。較佳為該至少兩種不同的聚合物之熔點相差至少10℃。更佳為熔點相差至少50℃。包含至少兩種不同的聚合物之多長纖維紗可藉由使該紗接受至少為熔點較低的聚合物之熔點的溫度而熱黏結，以增加締鬈紗中的內聚性。該至少兩種不同的聚合物較佳為包含在二成分長纖維中，例如並排及/或核-鞘二成分長纖維，而確保獲得所有多長纖維紗之間的內聚性。締鬈紗及/或至少一非織造纖維層因此藉源自締鬈紗之聚合物熱黏結。
多長纖維紗可進一步包含沿締鬈紗之長度分布的糾結，以防止多長纖維紗之個別長纖維分布於相當大區域的非織造纖維層。應了解，糾結為多長纖維紗之一部分，其中長纖維彼此堅固連接而在被捲繞、解開及/或引入非織造纖維層中時，此部分多長纖維紗中的個別長纖維仍維持在一起。糾結可以任何合適的方式產生， 例如形成扭結、將長纖維互捲形成機械摩擦點及/或將長纖維彼此熱黏結。
當多長纖維紗包含糾結時，兩個連續糾結之間的距離限制其上可分布多長纖維紗之個別長纖維的非織造纖維層之區域。
多長纖維紗之長纖維可例如藉由將流體噴射，較佳為空氣噴射，以相對紗之縱向方向的一定角度，較佳為垂直紗之縱向方向，導引至多長纖維紗上經過所欲時間而互捲。視情況可將互捲長纖維熱黏結而增加糾結強度。
在製造個別糾結時如果紗停滯，則糾結長度由流體噴射寬度決定。因此可如所欲而選擇沿多長纖維紗之長度的兩個連續糾結之間的距離。
在製造個別糾結時如果紗移動，則糾結長度由流體噴射被導引至多長纖維紗上的時間，及由多長纖維紗之速度決定。沿多長纖維紗之長度的兩個連續糾結之間的距離由流體噴射被導引至多長纖維紗上形成前一糾結的結束時間、與流體噴射被導引至多長纖維紗上形成次一糾結的開始時間之間的時間，及由多長纖維紗之速度決定。
締鬈多長纖維紗中的糾結數量可廣泛地變化。較佳為多長纖維紗中的糾結數量為締鬈紗每米長度有至少0.5個，較佳為每米長度有至少1.0個，更佳為每米長度有至少1.5個，最佳為每米長度有至少2.0個。
締鬈多長纖維紗中的糾結長度可為至少1公分，較佳為至少5公分，更佳為至少10公分，甚至更佳為至少20公分，最佳為至少50公分。多長纖維紗中的糾結長度可甚至為締鬈紗總長。較佳為多長纖維紗中的糾結長度可為10米或以下，較佳為10米或以下，更佳為5米或以下，甚至更佳為2.5米或以下，最佳為1米或以下。多長纖維紗中的糾結長度增加則散布於非織造纖維層內的個別長纖維之長度減短，因而限制多長纖維紗之長纖維、與非織造纖維層所含的其他纖維及/或長纖維之間的交叉點數量，其可藉例如熱黏結形成黏結點而調整材料之機械性質。
締鬈多長纖維紗中兩個連續糾結之間的距離可廣泛地變化。較佳為多長纖維紗中兩個連續糾結之間的距離為至少5公分，更佳為至少10公分，甚至更佳為至少15公分，最佳為至少20公分。多長纖維紗中兩個連續糾結之間的個別長纖維可散布於非織造纖維層內，因而增加多長纖維紗之長纖維、與非織造纖維層所含的其他纖維及/或長纖維之間的交叉點，其可藉例如熱黏結形成黏結點而改良材料之內聚性。較佳為多長纖維紗中兩個連續糾結之間的距離為250公分或以下，更佳為150公分或以下，甚至更佳為100公分或以下，最佳為75公分或以下。當多長纖維紗中兩個連續糾結之間的距離增加時，在非織造纖維層中包含締鬈紗的材料之機械性質與包含無締鬈紗之非織造纖維層的材料較無差別。
締鬈多長纖維紗中連續糾結之長度可為固定，可以任何規律方式變化，或者可為無規而調整材料之機械性質及/或外觀。
締鬈多長纖維紗中連續糾結之間的距離可為固定，可以任何規律方式變化，或者可為無規而調整材料之機械性質及/或外觀。
在該材料之一具體實施例中，該至少一非織造纖維層包含按材料總重量計為至少10重量百分比，較佳為至少25重量百分比，較佳為至少50重量百分比，更佳為至少75重量百分比，甚至更佳為至少90重量百分比之締鬈紗。該至少一非織造纖維層亦可完全由締鬈紗組成。
在該材料之一具體實施例中，該至少一非織造纖維層具有至少15克/平方米，較佳為至少20克/平方米，較佳為至少25克/平方米，更佳為至少30克/平方米之重量。較佳為該至少一非織造纖維層具有最多500克/平方米，較佳為最多250克/平方米，較佳為最多150克/平方米，更佳為最多100克/平方米之重量。
被處理成締鬈紗之前之紗線性密度可在廣泛範圍中變化。較佳為紗線性密度為至少250dtex，較佳為至少500dtex，更佳為至少1000dtex，最佳為至少1500dtex。較佳為被處理成締鬈紗之前之紗線性密度小於5000dtex，更佳為小於2500dtex，最佳為小於2000dtex。
多長纖維締鬈紗中的個別長纖維數量可廣泛地變化。較佳為多長纖維締鬈紗中的個別長纖維數量為 至少5個，較佳為至少10個，較佳為至少20個，更佳為至少50個，更佳為至少75個，更佳為至少100個，更佳為至少125個。
締鬈紗可包含廣泛種類之聚合物，其包括聚烯烴，如聚乙烯類(例如線形低密度聚乙烯、高密度聚乙烯及/或(超)高分子量聚乙烯)、聚丙烯類及/或其共聚物或任何摻合物。締鬈紗亦可包含聚酯類，例如聚對苯二甲酸伸乙酯、聚乳酸、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚對苯二甲酸三亞甲酯及/或聚萘二甲酸伸乙酯，或聚醯胺類，例如聚醯胺-6、聚醯胺-6,6、聚醯胺-4,6、及/或其共聚物或任何摻合物。
如上所述，締鬈紗可包含兩種選自多種上述聚合物之不同的聚合物。較佳組合為聚酯/共聚酯、聚酯/聚醯胺、聚醯胺/共聚醯胺、聚酯/聚烯烴、及聚醯胺/聚烯烴。
在該材料之一具體實施例中，該至少一非織造纖維層包含上述締鬈紗，另外及其他短纖維及/或長纖維，較佳為亦包含至少兩種不同的聚合物。較佳為其他短纖維及/或長纖維所包含的聚合物為熱塑性聚合物。其他短纖維及/或長纖維之至少兩種聚合物可存在於分別短纖維及/或長纖維中，或者一起存在於同一短纖維及/或長纖維中。其他短纖維及/或長纖維之至少兩種不同的聚合物可甚至部分存在於非織造纖維層所包含的分別短纖維及/或長纖維中，及部分一起存在於非織造纖維層所包含的同一短纖維及/或長纖維中。較佳為該至少兩種不 同的聚合物之熔點相差至少10℃，更佳為至少50℃，而可熱黏結。該至少一非織造纖維層因此藉源自締鬈紗及/或其他短纖維及/或長纖維之聚合而物熱黏結。
其他短纖維及/或長纖維可包含廣泛種類之聚合物，其包括聚烯烴，如聚乙烯類(例如線形低密度聚乙烯、高密度聚乙烯及/或(超)高分子量聚乙烯)、聚丙烯類及/或其共聚物或任何摻合物。其他短纖維及/或長纖維亦可包含聚酯類，例如聚對苯二甲酸伸乙酯、聚乳酸、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚對苯二甲酸三亞甲酯及/或聚萘二甲酸伸乙酯，或聚醯胺類，例如聚醯胺-6、聚醯胺-6,6、聚醯胺-4,6、及/或其共聚物或任何摻合物。
如上所述，其他短纖維及/或長纖維可包含兩種選自多種上述聚合物之不同的聚合物。較佳組合為聚酯/共聚酯、聚酯/聚醯胺、聚醯胺/共聚醯胺、聚酯/聚烯烴、及聚醯胺/聚烯烴。
較佳為締鬈紗及其他短纖維及/或長纖維包含締鬈紗所包含的相同聚合物，而將材料之熱黏結最適化。
較佳為其他短纖維及/或長纖維不包含持久性扭曲。
至少一非織造纖維層可因此包含至少兩種短纖維及/或長纖維型式。該至少兩種短纖維及/或長纖維型式包含熔點不同之不同聚合物而形成所謂的雙纖(bifil)型非織造物。非織造纖維層可藉由使非織造纖維層接受至少為該至少兩種不同的聚合物中熔點較低的聚合 物之熔點的溫度而熱黏結。雙纖型非織造物層在各交叉點不黏結，因為包含熔點較高的聚合物之短纖維及/或長纖維會彼此交叉。唯有高與低熔點或低與低熔點的組合之短纖維及/或長纖維之交叉點會黏結，熔點較高的短纖維及/或長纖維之交叉點則否。
其他短纖維及/或長纖維之至少兩種聚合物可一起存在於同一短纖維及/或長纖維中，而形成由雙成分纖維及/或雙成分長纖維製造之所謂的雙成分型非織造物。雙成分型纖維之非織造物層可藉由使非織造纖維層接受至少為熔點較低的聚合物之熔點的溫度而熱黏結。雙成分短纖維及/或雙成分長纖維在雙成分短纖維及/或雙成分長纖維之各交叉點黏結。
其他短纖維及/或長纖維之線性密度可在廣泛範圍中變化。較佳為其他短纖維及/或長纖維之線性密度為每條短纖或長纖維至少5dtex，較佳為至少10dtex，最佳為至少15dtex。較佳為其他短纖維及/或長纖維之線性密度為每條短纖或長纖維小於50dtex，更佳為小於25dtex，最佳為小於20dtex。
藉由選擇材料所包含的締鬈紗之量、及至少一非織造纖維層所包含的其他短纖維及/或長纖維之型式，該材料之機械性質可因此被調整而順應高局部變形。
該材料可包含一種或以上的額外材料層。各額外材料層可為膜或纖維質材料層，如織造物、二維網格或紗幕、非織造物、或經擠壓長纖維之三維糾結墊。
各額外材料層可藉任何已知方式物理性附接該材料之至少一非織造纖維層及/或其他額外材料層，例如藉熱黏結、機械黏結(如機械針織)、水流糾結、或縫合，或者藉黏著劑黏結或超音波黏結、或其組合。
玻璃轉移溫度及熔點係藉DSC測量測定，其中將溫度以每分鐘20℃之速率從0℃提高到300℃。玻璃轉移(Tg)為吸熱事件，藉DSC測量曲線之基線偏移而描述的熱容變化。其被視為材料之軟化點，或半結晶材料之非晶區域熔化。熔點(Tm)為材料熔化之溫度。其係測量吸熱事件之尖峰溫度。
[實施例] [比較例]
由多長纖維紗，其包括由比例為74/26體積百分比/體積百分比之聚對苯二甲酸酯(PET)核與聚醯胺-6(PA6)鞘所組成的核/鞘雙成分長纖維，製造30克/平方米之非織造物。個別雙成分長纖維具有每條長纖維為15dtex之線性密度。該多長纖維紗具有1800dtex之線性密度。使用擴散器將多長纖維紗開放成為單一長纖維且鋪設在移動輸送帶上。使用透氣式黏結滾筒將該非織造物在230℃之溫度熱黏結。第1圖顯示比較例之代表性樣品。
[實施例1]
由50重量百分比之經針織-解針織法處理之締鬈紗、及50重量百分比之比較例之紗，製造30克/平方米之非織造物。該紗在被處理成為締鬈紗之前之線性 密度為1800dtex。締鬈紗長度對處理前紗長度的比例為0.55。
該多長纖維紗包括由比例為74/26體積百分比/體積百分比之聚對苯二甲酸酯(PET)核與聚醯胺-6(PA6)鞘所組成的核/鞘雙成分長纖維。個別雙成分長纖維具有每條長纖維為15dtex之線性密度。使用透氣式黏結滾筒將該非織造物在230℃之溫度熱黏結。第2圖顯示實施例1之非織造物之代表性樣品。
[實施例2]
完全由經針織-解針織法處理之締鬈紗製造30克/平方米之非織造物。該紗在被處理成為締鬈紗之前之線性密度為1800dtex。締鬈紗長度對處理前紗長度的比例為0.55。
該多長纖維紗包括由比例為74/26體積百分比/體積百分比之聚對苯二甲酸酯(PET)核與聚醯胺-6(PA6)鞘所組成的核/鞘雙成分長纖維。個別雙成分長纖維具有每條長纖維為15dtex之線性密度。使用透氣式黏結滾筒將該非織造物在230℃之溫度熱黏結。第3圖顯示實施例2之非織造物之代表性樣品。
依照EN 29073-3(08-1992)，使用20公分之樣品寬度，該樣品被鉗夾全部樣品寬度，及使用200毫米/分鐘之鉗夾速度，而測定該非織造物之機械性質。表1歸納包含締鬈紗之非織造物之機械性質。
包含締鬈紗之非織造物具有低模數，即在伸長率為2%、5%、及15%(LASE2、LASE5、與LASE15)之指定伸長率的負載。相較於比較例，完全由締鬈紗組成的非織造物在最大負載之伸長率增加。依材料所包含的締鬈紗之量而定，機械性質可因此被調整而使材料可順應高局部變形。

Claims (12)

  1. 一種非織造材料，其係能夠順應高局部變形，其包含具有一定厚度、寬度、及長度之至少一非織造纖維層，其中該非織造纖維層之厚度比該非織造纖維層之寬度及長度小至少一個量級，其特徵為該至少一非織造纖維層包含至少一種締鬈紗，且該締鬈紗為包含至少兩種不同聚合物的多長纖維紗(multifilament yarn)，及該至少一非織造纖維層被熱黏結，但不包括在添加濕氣或蒸氣下被熱黏結，且該締鬈紗及該至少一非織造纖維層藉源自締鬈紗之聚合物熱黏結。
  2. 一種非織造材料，其係能夠順應高局部變形，其包含具有一定厚度、寬度、及長度之至少一非織造纖維層，其中該非織造纖維層之厚度比該非織造纖維層之寬度及長度小至少一個量級，其特徵為該至少一非織造纖維層包含至少一種締鬈紗，且該締鬈紗為包含至少兩種不同聚合物的多長纖維紗，及該至少一非織造纖維層被熱黏結，但不包括在添加濕氣或蒸氣下被熱黏結，且該締鬈紗或該至少一非織造纖維層藉源自締鬈紗之聚合物熱黏結。
  3. 如請求項1或2之非織造材料，其中該非織造材料包含按非織造材料總重量計為至少10重量百分比之締鬈紗。
  4. 如請求項1或2之非織造材料，其中該締鬈紗長度對被處理成為締鬈紗之前之等重紗長度的比例為0.90或以下。
  5. 如請求項1或2之非織造材料，其中該締鬈紗每米長度有至少25個扭曲。
  6. 如請求項1或2之非織造材料，其中該至少一種締鬈紗為針織-解針織紗。
  7. 如請求項6之非織造材料，其中該針織-解針織紗為熱定型針織-解針織紗。
  8. 如請求項1或2之非織造材料，其中該多長纖維紗包含雙成分長纖維。
  9. 如請求項8之非織造材料，其中該雙成分長纖維包含核-鞘雙成分長纖維。
  10. 如請求項1或2之非織造材料，其中該締鬈紗具有至少500dtex之紗線性密度。
  11. 如請求項1或2之非織造材料，其中該締鬈紗包含沿締鬈紗之長度為顏色不同的部分。
  12. 如請求項11之非織造材料，其中該顏色不同的部分無規分布於該非織造材料的表面上。
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