МЯГКИЕ И ОБЪЕМНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Российский патент 2009 года по МПК D04H1/44 D04H5/02 

Уровень техники

Домашние и промышленные салфетки часто используют, чтобы быстро абсорбировать как полярные жидкости (например, воду и спирты), так и неполярные жидкости (например, масло). Салфетки должны иметь достаточную впитывающую способность, чтобы удерживать жидкость в структуре салфетки до тех пор, пока не будет желательно удалить жидкость с помощью давления, например отжиманием. Кроме того, салфетки должны также обладать хорошей физической прочностью и устойчивостью к истиранию, чтобы выдерживать усилия разрыва, вытягивания и истирания, часто прикладываемые при их использовании. Кроме того, салфетки также должны быть мягкими на ощупь.

В прошлом, нетканые полотна, такие как выдуваемые из расплава нетканые полотна широко использовали в качестве салфеток. Выдуваемые из расплава нетканые полотна имеют межволоконную капиллярную структуру, подходящую для впитывания и удерживания жидкостей. Однако выдуваемые из расплава нетканые полотна иногда теряют физические свойства, необходимые для использования в качестве салфеток повышенной прочности, например прочность на разрыв и устойчивость к истиранию. Поэтому выдуваемые из расплава полотна обычно ламинируют на поддерживающий слой, например нетканое полотно, которое может быть нежелательно для использования на абразивных или грубых поверхностях. Полотна фильерного производства содержат более толстые и прочные волокна, чем выдуваемые из расплава нетканые полотна, и могут обеспечивать хорошие физические свойства, такие как прочность на разрыв и устойчивость к истиранию. Однако полотна фильерного производства иногда не имеют хороших межволоконных капиллярных структур, которые улучшают впитывающие характеристики салфетки. Кроме того, полотна фильерного производства часто содержат места соединения, которые могут задерживать поток или перенос жидкости в нетканых полотнах. В ответ на эти и другие проблемы были также разработаны композитные материалы, которые содержат нетканое полотно из по существу непрерывных волокон, гидравлически переплетенных с волокнами целлюлозы. Хотя эти ткани обладали хорошими уровнями прочности, им иногда не доставало хороших характеристик впитывания масла.

В соответствии с этими и другими проблемами были разработаны нетканые композитные материалы, в которых волокна целлюлозы были гидравлически перепутаны с нетканым полотном из непрерывных элементарных нитей. Эти материалы обладали хорошими уровнями прочности, но часто показывали несоответствующую мягкость и ощущение на ощупь. Например, гидравлическое переплетение требует высоких объемов воды и давлений, чтобы переплести волокна. Оставшаяся вода может быть удалена с помощью ряда сушильных барабанов. Однако высокие давления воды и относительно высокая температура сушильных барабанов существенно сжимают или уплотняют волокна в жесткую структуру с низкой объемностью. Таким образом, были разработаны технологии, чтобы попытаться смягчить нетканые композитные материалы без снижения прочности в значительной степени. Одна такая технология описана в патенте США №6103061 Anderson и др., который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Патент Anderson и др. направлен на нетканый композитный материал, который подвергают механическому смягчению, такому как крепирование. Другие попытки смягчить композитные материалы включали добавление химических агентов, каландрование и гофрирование. Несмотря на эти усовершенствования, однако, нетканым композитным материалам все еще не хватает уровня мягкости и ощущения при прикосновении, требуемого, чтобы придавать им ощущение, "подобное ткани".

По существу, остается потребность в материале, который является прочным, мягким и также демонстрирует хорошие впитывающие свойства для использования при множестве применений салфеток.

Краткое содержание изобретения

В соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения раскрыт способ формирования ткани. Этот способ предусматривает гидравлическое переплетение штапельных волокон с нетканым полотном, формируемым из непрерывных элементарных нитей с образованием композитного материала. Штапельные волокна имеют среднюю длину волокна от около 0,3 до около 25 миллиметров, при этом по меньшей мере часть штапельных волокон является синтетической. Композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность, причем первая поверхность содержит преобладание штапельных волокон, а вторая поверхность содержит преобладание непрерывных элементарных нитей. Далее по меньшей мере часть штапельных волокон также выступает из второй поверхности.

В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения раскрыт способ формирования материала. Этот способ предусматривает гидравлическое переплетение штапельных волокон с полотном фильерного производства, сформированным из непрерывных элементарных нитей с образованием композитного материала. Штапельные волокна имеют среднюю длину волокна от около 3 до около 8 миллиметров, при этом по меньшей мере около 50 вес.% штапельных волокон являются синтетическими. Объемность композитного материала составляет более около 5 см³/г.

В соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения раскрыт композитный материал, который содержит штапельные волокна, гидравлически переплетенные с нетканым полотном, сформированным из непрерывных элементарных нитей. Штапельные волокна имеют среднюю длину волокна от около 0,3 до около 25 миллиметров, при этом по меньшей мере часть штапельных волокон являются синтетическими. Композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность, причем первая поверхность содержит преобладание штапельных волокон, а вторая поверхность содержит преобладание непрерывных элементарных нитей. Кроме того, по меньшей мере, часть штапельных волокон также выступает из второй поверхности.

Другие признаки и объекты настоящего изобретения более подробно описаны ниже.

Краткое описание чертежей

Полное и поясняющее описание настоящего изобретения, включающее лучшие его варианты, предназначенное для специалиста в данной области, изложено более конкретно в оставшейся части описания, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 - схематическая иллюстрация одного варианта выполнения изобретения для формирования композитного материала по изобретению;

фиг.2 - вид в сечении, СЭМ фотография (5,00 кВ × 35) образца, сформированного в Примере 1; и

фиг.3 - другой вид в сечении, СЭМ фотография (5,00 кВ × 25) образца по фиг.2.

Повторное использование номеров позиций в настоящей спецификации и чертежах предназначено, чтобы представить те же самые или аналогичные особенности или элементы изобретения.

Подробное описание представленных вариантов выполнения изобретения

Ссылка теперь будет сделана более подробно на различные варианты выполнения изобретения, один или несколько примеров которых приведены ниже. Каждый пример обеспечен путем объяснения изобретения, не ограничивая изобретение. Фактически, как будет очевидно специалистам, различные изменения и варианты могут быть сделаны в настоящем изобретении без отхода от объема или духа изобретения. Например, признаки, показанные или описанные как часть одного варианта выполнения изобретения, можно использовать в другом варианте выполнения изобретения, чтобы обеспечить дополнительные варианты выполнения.

Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие изменения и варианты, которые находятся в объеме приложенных пунктов формулы изобретения и их эквивалентов.

Определения

Как используется здесь, термин "непрерывные элементарные нити" относится к элементарным нитям, имеющим длину намного больше, чем их диаметр, например, имеющим отношение длины к диаметру более около 15000 к 1, а в некоторых случаях, более около 50000 к 1.

Как используют здесь, термин "нетканое полотно" относится к полотну, имеющему структуру из отдельных волокон или нитей, которые переплетены, но не определенным образом, как в трикотажном полотне. Нетканые полотна включают, например, выдуваемые из расплава полотна, полотна фильерного способа производства, кардованные полотна, полотна влажной укладки, полотна, переплетаемые в воздушном потоке и т.д.

Как используется здесь, термин "полотно фильерного производства" относится к нетканому полотну, сформированному из по существу непрерывных волокон малого диаметра. Эти волокна образованы экструдированием расплавленного термопластичного материала в виде элементарных нитей из множества мелких, обычно круглых капилляров фильеры с диаметром экструдируемых волокон, который затем быстро уменьшают, как, например, путем вытягивания при выпуске или другими хорошо известными механизмами фильерного производства. Производство фильерных полотен описано и показано, например, в патентах США №4340563 Appel и др., 3692618 Dorschner и др., 3802817 Matsuki и др., 3338992 Kinney, 3341394 Kinney, 3502763 Hartman, 3502538 Levy, 3542615 Dobo и др. и 5382400 Pike и др., которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Волокна фильерного производства обычно являются не липкими, когда их осаждают на собирающей поверхности. Волокна фильерного производства могут иногда иметь диаметры менее около 40 микрон, а часто от около 5 до около 20 микрон.

Как используют здесь, выражение "выдуваемое из расплава полотно" относится к нетканому полотну, формируемому из волокон, экструдированных сквозь множество тонких, обычно круглых капилляров фильеры в виде расплавленных волокон в сходящиеся с высокой скоростью потоки газа (например, воздуха), которые уменьшают волокна расплавленного термопластического материала, чтобы понизить их диаметр, который может быть доведен до диаметра микроволокна. После этого выдуваемые из расплава волокна переносят потоком газа высокой скорости и осаждают на собирающую поверхность с образованием полотна из произвольно распределенных выдуваемых из расплава волокон. Такой способ раскрыт, например, в патенте США №3849241 Butin и др., который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей. В некоторых примерах выдуваемые из расплава волокна могут быть микроволокнами, которые могут быть непрерывными или прерывистыми, в общем, имеют диаметр меньше 10 микрон, и в общем, липкие, когда их осаждают на собирающую поверхность.

Как используется здесь термин "монокомпонентный" относится к волокнам или элементарным нитям, которые включают только один полимерный компонент, сформированный из одного или более экструдеров. Хотя они сформированы из одного полимерного компонента, монокомпонентные волокна или элементарные нити могут содержать добавки, такие как те, которые обеспечивают цвет (например, ТiO₂), антистатические свойства, смазывание, гидрофильность и так далее.

Как используется здесь, термин "многокомпонентный" относится к волокнам или элементарным нитям, сформированным из по меньшей мере двух полимерных компонентов. Такие материалы обычно экструдируют из отдельных экструдеров, но прядут вместе. Полимеры соответствующих компонентов обычно отличаются друг от друга, хотя могут быть использованы отдельные компоненты, которые содержат аналогичные или идентичные полимерные материалы. Отдельные компоненты обычно размещены в по существу непрерывно расположенных отдельных зонах по поперечному сечению волокна/элементарной нити и продолжаются по существу по всей длине волокна/элементарной нити. Конфигурация таких материалов может быть, например, смежным расположением, секторным расположением или любым другим расположением. Бикомпонентные волокна или элементарные нити и способы их изготовления описаны в патентах США №5108820 Kaneko и др., 4795668 Kruege и др., 5382400 Pike и др., 5336552 Strack и др. и 6200669 Marmon и др., которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Многокомпонентные волокна или элементарные нити и отдельные компоненты, содержащие их, могут иметь различные неправильные формы, такие как описаны в патентах США №5277976 Hogle и др., 5162074 Hills, 5466410 Hills, 5069970 Largman и др. и 5057368 Largman и др., которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Как используют здесь, выражение "средняя длина волокна" относится к взвешенной средней длине волокон целлюлозы, определенной при использовании анализатора Kajaani, модель №FS-100, производимой Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Финляндия. В соответствии с испытательной процедурой образец пульпы обрабатывают с помощью мацерирующей жидкости, чтобы обеспечить отсутствие пучков волокон или примесей. Каждый образец пульпы разделяют в горячей воде и разбавляют до около 0,001% раствора. Отдельные образцы для испытаний разделяют на около 50-100 мл порции от разбавленного раствора при тестировании с использованием стандартной процедуры анализа волокон Kajaani. Взвешенная средняя длина волокна может быть выражена с помощью следующего уравнения:

где k = максимальная длина волокна;

x_i = длина волокна;

n_i = количество волокон, имеющих длину х_i; и

n = общее количество измеренных волокон.

Как используют здесь, выражение «волокна пульпы низкой средней длины» относится к пульпе, которая содержит значительное количество коротких волокон и неволокнистых частиц. Множество вторичных волокон древесной пульпы можно рассматривать как волокна пульпы низкой средней длины; однако качество волокон вторичной древесной пульпы будет зависеть от качества повторно используемых волокон и типа, и степени предшествующей обработки. Волокна пульпы низкой средней длины могут иметь среднюю длину волокна менее около 1,2 миллиметра, как определено посредством оптического анализатора волокон, такого как, например, анализатор волокон Kajaani, модель FS-100 (Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Финляндия). Например, волокна пульпы низкой средней длины могут иметь среднюю длину волокна в диапазоне от около 0,7 до около 1,2 миллиметра. Примерные пульпы с волокнами низкой средней длины включают пульпу первичной древесины твердых пород и вторичную волокнистую пульпу из таких источников как, например, офисные отходы, газетная бумага и отходов картона.

Как используют здесь, выражение «волокна пульпы высокой средней длины относится к пульпе, которая содержит относительно небольшое количество коротких волокон и неволокнистых частиц. Волокна пульпы высокой средней длины обычно образованы из конкретных невторичных (т.е. первоначальных) волокон. Вторичные волокна пульпы, которые были проверены, также могут иметь высокую среднюю длину волокна. Волокна пульпы высокой средней длины обычно имеют среднюю длину волокна более чем около 1,5 миллиметра, как определено оптическим анализатором волокон, таким как, например, анализатор волокон Kajaani, модель FS-100 (Kajaani Oy Electronics, Kajaani, Финляндия). Например, волокна пульпы высокой средней длины могут иметь среднюю длину волокна от около 1,5 до около 6 миллиметров. Примерные пульпы с волокнами высокой средней длины, которые являются древесными волокнистыми пульпами, включают, например, отбеленные и неотбеленные первичные волокнистые пульпы мягких пород древесины.

Подробное описание

В общем, настоящее изобретение относится к композитному материалу, который содержит штапельные волокна, гидравлически переплетенные с нетканым полотном, сформированным из непрерывных элементарных нитей. Без намерения ограничиваться теорией, полагают, что низкий коэффициент трения штапельных волокон позволяет им легче проходить через нетканую сетку из непрерывных элементарных нитей в ходе переплетения, чем другим типам волокон. Следовательно, одна часть штапельных волокон переплетена с полотном, в то время как другая часть выступает через полотно. Топография получающейся поверхности имеет одну поверхность с преобладанием гладких штапельных волокон и другую поверхность с преобладанием непрерывных элементарных нитей из нетканого полотна, но также включающую некоторые из выступающих гладких штапельных волокон. Таким образом, каждая поверхность содержит гладкие штапельные волокна и является мягкой. Неожиданно, с таким композитным материалом также достигают превосходных свойств обработки жидкости и объемности.

Чтобы обеспечить композитный материал, имеющий желательную "двустороннюю" характеристику мягкости, указанную выше, материалами и способами, используемыми для формирования композитного нетканого материала, селективно управляют. В этом отношении различные варианты выполнения изобретения для объектов селективного управления штапельными волокнами, нетканым полотном из непрерывных элементарных нитей, и способом формирования композитного материала будут теперь описаны более подробно. Должно быть понятно, однако, что варианты выполнения изобретения, обсуждаемые здесь, являются только примерными.

А. Штапельные волокна

Штапельные волокна выбирают так, чтобы они были гладкими, гибкими и способными продолжаться через нетканое полотно из непрерывных элементарных нитей в процессе переплетения. Средняя длина волокна и денье (плотность) штапельных волокон, например, могут воздействовать на способность штапельных волокон выступать через нетканое полотно из непрерывных элементарных нитей. Выбранная средняя длина волокна и денье будут обычно зависеть от многих факторов, включая природу штапельных волокон, природу полотна из непрерывных элементарных нитей, использованного давления при переплетении и так далее. Средняя длина штапельных волокон является обычно достаточно низкой так, чтобы участок отдельного волокна мог легко переплетаться с нетканым полотном из непрерывных элементарных нитей, но также достаточно высокой так, чтобы другой участок волокон был способен выступать сквозь нее. В этом отношении, штапельные волокна обычно имеют среднюю длину волокна в интервале от около 0,3 до около 25 миллиметров, в некоторых вариантах выполнения от около 0,5 до около 10 миллиметров, а в некоторых вариантах выполнения от около 3 до около 8 миллиметров. Денье на непрерывную элементарную нить штапельных волокон может также быть менее около 6, в некоторых вариантах выполнения менее около 3, а в некоторых вариантах выполнения изобретения, от около 0,5 до около 3.

Кроме того, обычно желательно, чтобы большинство используемых штапельных волокон было синтетическими. Например, по меньшей мере около 50 вес.%, в некоторых вариантах выполнения по меньшей мере около 70 вес.%, а в некоторых вариантах выполнения изобретения по меньшей мере около 90 вес.% штапельных волокон, переплетенных с нетканым полотном из непрерывных элементарных нитей, являются синтетическими. Без намерения ограничиться теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что синтетические штапельные волокна могут быть гладкими и иметь низкий коэффициент трения, тем самым позволяя более легкое прохождение через нетканое полотно из непрерывных элементарных нитей в процессе переплетения. Некоторые примеры подходящих синтетических штапельных волокон включают, например, те, которые сформированы из полимеров, таких как поливиниловый спирт, вискоза (например, лиосел), сложный полиэфир, поливинилацетат, нейлон, полиолефины и т.д.

Хотя существенная часть штапельных волокон является обычно синтетической, некоторая часть штапельных волокон также может быть целлюлозной. Например, целлюлозные волокна могут быть использованы, чтобы снизить стоимость, а также придать другие преимущества композитному материалу, такие как улучшенная впитывающая способность. Некоторые примеры подходящих источников целлюлозных волоконных включают природные древесные волокна, такие как термомеханические, отбеленные и неотбеленные пульповые волокна. Пульповые волокна могут иметь волокна высокой средней длины, волокна низкой средней длины или их смеси. Некоторые примеры подходящих пульповых волокон высокой средней длины включают волокна северной мягкой древесины, южной мягкой древесины, секвойи вечнозеленой, красного кедра, тсуги, сосны (например, болотных сосен), ели (например, черной ели), их сочетания и так далее, но не ограничиваются ими. Типичные древесные пульпы с высокой средней длиной волокна включают доступные от Kimberly-Clark Corporation под торговым обозначением "Longlac 19". Некоторые примеры подходящих пульповых волокон низкой средней длины могут включать некоторые природные пульпы твердой древесины и вторичные (то есть рециклизованные) целлюлозные волокна из таких источников, как например, газетной бумаги, рекуперированного картона и офисных отходов, но не ограничиваются ими. Волокна твердой древесины, такие как из эвкалипта, клена, березы, осины, и так далее, также могут быть использованы в качестве пульповых волокон низкой средней длины. Можно использовать смеси из пульповых волокон высокой средней длины и волокон низкой средней длины. Вторичные или рециклизованные волокна, такие как полученные из офисных отходов, газетной бумаги, сырья грубой оберточной бумаги, отходов картона, и так далее, также могут быть использованы. Кроме того, также можно использовать растительные волокна, такие как пенька, лен, млечники, хлопок, модифицированный хлопок, хлопковые очесы.

В общем, как полагают, многие типы целлюлозных волокон имеют более высокий коэффициент трения, чем синтетические штапельные волокна. По этой причине, при их использовании, целлюлозные волокна обычно включают менее около 50 вес.%, в некоторых вариантах выполнения менее около 30 вес.%, а в некоторых вариантах выполнения, менее около 10 вес.% штапельных волокон, переплетенных с нетканым полотном из непрерывных элементарных нитей.

Штапельные волокна также могут быть монокомпонентными и/или многокомпонентными (например, бикомпонентными). Например, подходящие конфигурации для многокомпонентных волокон включают смежную конфигурацию и конфигурацию оболочка-сердцевина, а подходящие конфигурации оболочка-сердцевина включают эксцентрическую конфигурацию оболочка-сердцевина и концентрическую конфигурацию оболочка-сердцевина. В некоторых вариантах выполнения изобретения, как известно в данной области, используемые полимеры образуют многокомпонентные волокна, имеющие достаточно различные температуры плавления, чтобы формировать различные свойства кристаллизации и/или отверждения. Многокомпонентные волокна могут иметь от около 20% до около 80%, а в некоторых вариантах выполнения от около 40 вес.% до около 60 вес.% полимера с низкой температурой плавления. Кроме того, многокомпонентные волокна могут иметь от около 80 вес.% до около 20 вес.%, а в некоторых вариантах выполнения изобретения от около 60 вес.% до около 40 вес.% полимера с высокой температурой плавления. При их использовании многокомпонентные волокна могут иметь разнообразные преимущества. Например, более высокое денье волокна, иногда обеспечиваемое многокомпонентными волокнами, может обеспечивать текстурированную поверхность для получаемого материала. Кроме того, многокомпонентные волокна могут также увеличивать объемность и уровень соединения между штапельными волокнами и нетканым полотном из непрерывных элементарных нитей после переплетения.

Перед переплетением штапельные волокна обычно формируют в полотно. Способ, которым формируют полотно, может изменяться в зависимости от множества факторов, таких как длина используемых штапельных волокон. В одном варианте выполнения, например, полотно из штапельных волокон может быть сформировано с использованием процесса влажной укладки в соответствии с обычными способами бумажного производства. В процессе влажной укладки композицию для штапельных волокон объединяют с водой, чтобы сформировать водную суспензию. Содержание твердых частиц в водной суспензии обычно находится в интервале от 0,01 вес.% до около 1 вес.%. Более низкое содержание (например, от около 0,01 вес.% до около, 0,1 вес.%), однако, может, скорее, подходить для более длинных волокон, чем более высокое содержание (например, от около 0,1 вес.% до около 1 вес.%). Водную суспензию наносят на провод или войлок с использованием, например однослойного или многослойного напорного ящика. После этого нанесенную суспензию высушивают, чтобы сформировать полотно из штапельных волокон.

Кроме влажной укладки, однако, также можно использовать другие обычные способы формирования полотна. Например, штапельные волокна могут быть сформированы в кардованное полотно. Такие полотна могут быть сформированы помещением пакетов штапельных волокон в трепальную машину, которая разделяет волокна. Затем волокна пропускают сквозь очесывающее или кардочесальное устройство, которое далее разделяет друг от друга и выравнивает штапельные волокна в машинном направлении, с образованием волокнистого нетканого полотна, ориентированного в машинном направлении. Укладка в воздушном потоке представляет собой другой хорошо известный процесс, которым штапельные волокна могут быть сформированы в полотно. В процессах укладки в воздушном потоке жгуты штапельных волокон разделяют и переплетают в подаваемом воздухе, а затем наносят на формирующий экран, возможно, с помощью вакуумной подачи. Способы укладки в воздушном потоке и кардования могут быть особенно пригодны для формирования полотна из более длинных штапельных волокон. Еще и другие процессы также могут быть использованы для формирования штапельных волокон в полотно.

Если желательно, полотно из штапельных волокон иногда может быть соединено с использованием известных способов для улучшения его временной прочности в сухом состоянии для наматывания, перемещения и разматывания. Один такой способ соединения представляет собой порошковое соединение, в котором измельченный в порошок адгезив распределяют по полотну, а затем активируют, обычно путем нагревания полотна и адгезива горячим воздухом. Другой способ соединения представляет собой узорное соединение, где используют нагретые вальцы каландра или ультразвуковое оборудование для соединения волокон, обычно в локализованном соединительном узоре. Еще один способ предусматривает использование воздушной сушилки для соединения полотна. Более конкретно, нагретый воздух пропускают через полотно, чтобы расплавить и соединить вместе волокна в их точках пересечения. Обычно, полотно из не соединенных штапельных волокон наносят на формирующую проволоку или барабан. Воздушное соединение особенно полезно для полотен, которые формируют из многокомпонентных штапельных волокон.

В некоторых случаях полотну из штапельных волокон может быть придана временная прочность в сухом состоянии для операций сматывания, перемещения и разматывания с использованием компонента, повышающего прочность. Например, могут быть использованы волокна поливинилового спирта, растворимые в горячей воде. Эти волокна растворяют при определенной температуре, такой как более около 120°F. Следовательно, волокна, растворимые в горячей воде, могут содержаться внутри полотна при операциях сматывания, перемещения и разматывания, и просто растворяться отдельно от штапельных волокон до переплетения. Альтернативно, прочность таких волокон может просто быть ослаблена повышением температуры до предела ниже требуемого для полного растворения волокон. Некоторые примеры таких волокон включают штапельные волокна VPB 105-1 (158°F), VPB 105-2 (140°F), VPB 201 (176°F) или VPB 304 (194°F), изготовленные Kuraray Company, Ltd. (Япония), но не ограничиваются ими. Другие примеры подходящих волокон из поливинилового спирта раскрыты в патенте США №5207837, который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Когда его используют, чтобы улучшить временную прочность в сухом состоянии перед переплетением, компонент, увеличивающий прочность, может содержаться в количестве от около 3 вес.% до около 15 вес.% нетканого полотна, в некоторых вариантах выполнения изобретения от около 4 вес.% до около 10 вес.% нетканого полотна, а в некоторых вариантах выполнения изобретения, от около 5 вес.% до около 8 вес.% полотна из штапельных волокон. Должно быть понятно, что увеличивающие прочность волокна, описанные выше, также можно использовать в качестве штапельных волокон в настоящем изобретении. Например, как отмечено выше, волокна из поливинилового спирта могут быть использованы в качестве штапельных волокон.

В. Непрерывное нетканое полотно из элементарных нитей

Множество известных методик можно использовать, чтобы сформировать непрерывное нетканое полотно из элементарных нитей. Некоторые примеры процессов экструдирования непрерывных элементарных нетканых нитей включают известные процессы прядения из раствора или из расплава, но не ограничиваются ими. В одном варианте выполнения изобретения, например, нетканое полотно из непрерывных элементарных нитей представляет собой полотно фильерного способа производства. Непрерывные элементарные нити нетканого полотна могут быть монокомпонентными или многокомпонентными, и обычно они могут быть сформированы из одного или нескольких термопластичных полимеров. Примеры таких полимеров включают полиолефины, полиамиды, сложные полиэфиры, полиуретаны, их смеси и сополимеры и так далее, но не ограничиваются ими. Предпочтительно, термопластичные элементарные нити содержат полиолефины, и еще более предпочтительно, полипропилен и/или полиэтилен. Подходящие полимерные композиции также могут иметь термопластичные эластомеры, смешанные в них, а также содержать пигменты, антиоксиданты, ускорители потока, стабилизаторы, отдушки, абразивные частицы, наполнители и так далее. Денье на элементарную нить из непрерывных элементарных нитей, используемых для формирования нетканого полотна, также может изменяться. Например, в одном конкретном варианте выполнения, денье на непрерывную элементарную нить из непрерывных элементарных нитей, используемых для формирования нетканого полотна, может составлять менее около 6, в некоторых вариантах выполнения менее, около 3, а в некоторых вариантах выполнения от около 1 до около 3.

Хотя и не требуется, нетканое полотно также может быть соединено, чтобы улучшить долговечность, прочность, обрабатываемость, эстетичность и/или другие свойства полотна. Например, нетканое полотно быть соединено термически, с помощью ультразвука, адгезива и/или механически. В качестве примера, нетканое полотно может быть соединено точечно так, чтобы оно имело многочисленные малые, отдельные точки соединения. Примерный процесс точечного соединения представляет собой термическое точечное соединение, которое обычно включает прохождение одного или нескольких слоев между нагретыми вальцами, такими как гравированный валик с узором и второй соединительный валик. Гравированный валик имеет некоторый узор так, чтобы полотно не соединялось по всей его поверхности, а второй валик может быть гладким или узорчатым. В результате были разработаны различные узоры для гравированных валиков по функциональным, а также эстетическим причинам. Типичные соединительные узоры включают те, что описаны в патентах США №3855046 Hansen и др., 5620779 Levy и др., 5962112 Haynes и др., 6093665 Sayovitz и др., патенте США на промышленный образец №428267 Romano и др. и патенте США на промышленный образец №390708 Brown, которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей, но не ограничиваются ими. Например, в некоторых вариантах выполнения изобретения, нетканое полотно может быть, возможно, соединено, чтобы иметь полную площадь соединения менее около 30% (как определено обычными методами оптической микроскопии) и/или плотность равномерного соединения более около 100 соединений на квадратный дюйм. Например, нетканое полотно может иметь полную площадь соединения от около 2% до около 30% и/или плотность соединения от около 250 до около 500 точек соединения на квадратный дюйм. Такое сочетание полной площади соединения и/или плотности соединения, в некоторых вариантах выполнения, может быть достигнуто при соединении нетканого полотна с узором штыревого соединения, имеющей более около 100 точек соединений на квадратный дюйм, что обеспечивает общую площадь поверхности соединения менее около 30% при полном контакте с гладким опорным валиком. В некоторых вариантах выполнения, узор соединения может иметь плотность точечного соединения от около 250 до около 350 точек соединения на квадратный дюйм и/или общую площадь поверхности соединения от около 10% до около 25% при контакте с гладким опорным валиком.

Кроме того, нетканое полотно может быть соединено с помощью непрерывных швов или узоров. В качестве дополнительных примеров нетканое полотно может быть соединено по периферии листа или просто поперек ширины либо поперечного направления (ПН) полотна смежно краям. Также можно использовать другие способы соединения, такие как комбинация термического соединения и латексной пропитки. Альтернативно и/или дополнительно, на нетканое полотно может быть нанесена смола, латекс или адгезив, например, с помощью распыления или печати, и высушены, чтобы обеспечить желаемое соединение. Другими подходящими способами соединения могут быть те, что описаны в патентах США №5284703 Everhart и др., 6103061 Anderson и др. и 6197404 Varona, которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Нетканое полотно сетку также, возможно, крепируют. Крепирование может придавать полотну микроскладки, чтобы придать ему множество различных характеристик. Например, крепирование может открывать пористую структуру нетканого полотна, тем самым увеличивая его проницаемость. Кроме того, крепирование также может увеличивать растягиваемость полотна в машинном направлении и/или поперечном машинном направлении, а также увеличивать его мягкость и объемность. Различные способы крепирования нетканых полотен описаны в патенте США №6197404 Varona, который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

С. Способ формирования материала

Композитный материал формируют путем интегрального переплетения нетканого полотна из непрерывных элементарных нитей со штапельными волокнами с использованием любой из множества способов переплетения, известных в данной области (например, гидравлического, воздушного, механического и т.д.). Обычный способ гидравлического переплетения использует реактивные струи воды высокого давления, чтобы переплести волокна и элементарные нити для формирования прочно переплетенной объединенной композитной структуры. Гидравлически переплетенные нетканые композитные материалы описаны, например, в патентах США №3494821, Evans; 4144370, Bouolton; 5284703, Everhart и др. и 6315864, Anderson и др., которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Нетканое полотно из непрерывных элементарных нитей может, в общем, содержать любое желаемое количество получаемого композитного материала. Например, в некоторых вариантах выполнения нетканое полотно из непрерывных элементарных нитей может составлять менее около 60 вес.% материала, в некоторых вариантах выполнения менее около 50 вес.% материала, а в некоторых вариантах выполнения от около 10 до около 40 вес.% материала. Аналогично, штапельные волокна могут составлять более около 40 вес.% материала, в некоторых вариантах выполнения более около 50 вес.% материала, а в некоторых вариантах выполнения изобретения от около 60 до около 90 вес.% материала.

В соответствии с одним объектом изобретения, некоторыми параметрами процесса переплетения можно выборочно управлять, чтобы достичь "двусторонней" характеристики мягкости для получаемого композитного материала. В этом отношении, ссылаясь на фиг.1, различные варианты выполнения для селективного управления процессом формирования композитного материала с использованием устройства 10 гидравлического переплетения будут теперь описаны более подробно.

Сначала получают суспензию, содержащую, например, от около 0,01 вес.% до около 1 вес.% штапельного волокна, суспендированного в воде. Волокнистую суспензию перемещают в обычный напорный ящик 12 для производства бумаги, где ее осаждают через затвор 14 на обычный формируемый материал или поверхность 16. Воду затем удаляют из суспензии штапельных волокон с образованием однородного слоя 18. Небольшие количества влагопрочных смол и/или полимерных связующих могут быть добавлены к штапельным волокнам перед, в течение и/или после формирования слоя 18, чтобы улучшить прочность и сопротивление истиранию. Сшивающие агенты и/или гидратирующие агенты также могут быть добавлены. Разрыхляющие агенты могут быть добавлены к штапельным волокнам, чтобы снизить степень связывания водорода. Обнаружено, что добавление некоторых разрыхляющих агентов в количестве, например, от около 1 вес.% до около 4 вес.% материала также снижает измеренный статический и динамические коэффициенты трения и улучшает сопротивление истиранию композитного материала. Полагают, что разрыхляющий агент действует в качестве смазочного материала или материала, снижающего трение.

Нетканое полотно 20 из непрерывных элементарных нитей также разматывают с вращающегося подающего ролика 22 и пропускают через зажим 24 S-образной конфигурации 26, сформированной расположенными «стопкой» роликами 28 и 30. Нетканое полотно 20 из непрерывных элементарных нитей затем помещают на имеющую отверстия переплетающую поверхность 32 традиционного механизма гидравлического переплетения, где слой штапельных волокон 18 затем укладывают на полотно 20. Хотя и не требуется, но обычно желательно, чтобы слой 18 штапельных волокон был расположен между нетканым полотном 20 из непрерывных элементарных нитей и коллекторами 34 гидравлического переплетения. Слой 18 штапельных волокон и нетканое полотно 20 из непрерывных элементарных нитей пропускают под одним или несколькими коллекторами 34 гидравлического переплетения и обрабатывают струями жидкости, чтобы переплести слой 18 штапельных волокон с нетканым полотном 20 из непрерывных элементарных нитей, и направляют их в нетканое полотно 20 и через него с образованием композитного материала 36. Альтернативно, гидравлическое переплетение может происходить в то время, когда слой 18 штапельных волокон и нетканое полотно 20 непрерывных элементарных нитей находится на том же самом имеющем отверстия экране (например, ячеистом материале), на котором происходит влажная укладка. Настоящее изобретение также рассматривает наложение высушенного слоя 18 штапельных волокон на нетканое полотно 20 из непрерывных элементарных нитей, повторное гидратирование высушенного листа до точно установленной консистенции и затем подвергание повторно гидратированного листа гидравлическому переплетению. Гидравлическое переплетение может происходить в то время, когда слой 18 штапельных волокон высоко насыщен водой. Например, слой 18 штапельных волокон может содержать до около 90 вес.% воды как раз перед гидравлическим переплетением. Альтернативно, слой 18 штапельных волокон может быть слоем, уложенным воздухом или слоем сухой укладки.

Гидравлическое переплетение может быть выполнено с использованием обычного оборудования для гидравлического переплетения, такого, которое описано в, например, патентах США №5284703, Everhart и др. и 3485706, Evans, которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Гидравлическое переплетение может быть проведено с помощью любой подходящей рабочей жидкости, такой как, например вода. Рабочая жидкость протекает через коллектор, который равномерно распределяет жидкость по рядам отдельных каналов или отверстий. Эти каналы или отверстия могут быть от около 0,003 до около 0,015 дюйма в диаметре и могут быть расположены в один или несколько рядов с любым числом отверстий, например 30-100 на дюйм, в каждом ряду. Например, может быть использован коллектор, произведенный Fleissner, Inc., Шарлотт, Северная Каролина, содержащий ленту, имеющую отверстия диаметра 0,007 дюймов, 30 каналов на дюйм и 1 ряд каналов. Однако также необходимо понимать, что много других конфигураций и комбинаций коллектора могут быть использованы. Например, может быть использован один коллектор, либо несколько коллекторов могут быть установлены последовательно.

Жидкость может воздействовать на слой 18 штапельных волокон и нетканое полотно 20 из непрерывных элементарных нитей, которые нанесены на имеющую отверстия поверхность, такую как однослойная сетка, имеющая размер ячеек от около 10×10 до около 100×100. Поверхностью с отверстиями также может быть многослойная сетка, имеющая размер ячеек от около 50×50 до около 200×200. Как обычно во многих способах водоструйной обработки, вакуумные щели 38 могут быть расположены непосредственно ниже коллекторов гидравлического переплетения или ниже имеющей отверстия поверхности 32 переплетения ниже по ходу потока от коллектора переплетения так, чтобы избыточная вода выходила из гидравлически переплетенного композитного материала 36.

Хотя и не придерживаясь какой-либо конкретной теории работы, полагают, что столбчатые струи рабочей жидкости, которые непосредственно воздействуют на слой 18 штапельных волокон, лежащий на нетканом полотне 20 из непрерывных элементарных нитей, работают, чтобы перемещать штапельные волокна в матрицу или сетку из волокон или частично через нее в полотне 20. А именно, когда струи жидкости и слой 18 штапельных волокон взаимодействуют с нетканым полотном 20 из непрерывных элементарных нитей, часть отдельных штапельных волокон может выступать через полотно 20, в то время как другая часть переплетается с полотном 20. Способность штапельных волокон выступать через нетканое полотно 20 из непрерывных элементарных нитей таким образом может быть облегчена путем селективного управления давлением столбчатых струй. Если давление слишком высокое, штапельные волокна могут выступать слишком далеко через полотно 20 и не обладать желательной степенью переплетения. С другой стороны, если давление слишком низкое, штапельные волокна могут не выступать через полотно 20. Множество факторов влияет на оптимальное давление, такие как тип штапельных волокон, тип непрерывных элементарных нитей, вес основы и толщина нетканого полотна и так далее. В большинстве вариантов выполнения изобретения, предпочтительные результаты могут быть достигнуты с давлениями жидкости, в диапазоне от около 100 до около 4000 фунтов на квадратный дюйм (избыточных), в некоторых вариантах выполнения от около 200 до около 3500 фунтов на квадратный дюйм (избыточных), а в некоторых вариантах выполнения, от около 300 до около 2400 фунтов на квадратный дюйм (избыточных). При обработке при верхних интервалах описанных давлений композитный материал 36 может обрабатываться при скоростях до около 1000 футов в минуту (фут/мин).

После обработки струями жидкости полученный композитный материал 36 может затем быть перемещен к операции сушки (например, с отжимом, без отжима и т.д.). Можно использовать захватывающий ролик с дифференциальной скоростью для переноса материал с ленты гидравлического иглопробивания к операции сушки. Альтернативно, можно использовать обычные захваты вакуумного типа и средство передачи материалов. Если желательно, композитный материал 36 может крепирован во влажном состоянии перед перемещением к операции сушки.

Предпочтительно используют некомпрессионную сушку для материала 36 так, чтобы штапельные волокна, присутствующие на поверхности материала 36, не становились гладкими, тем самым не снижая желательную "двустороннюю" мягкость и объемность. Например, в одном варианте выполнения может быть проведена некомпрессионная сушка с использованием обычной сушилки 42. Сушилка 42 может быть внешним поворотным цилиндром 44 с отверстиями 46 в комбинации с наружной крышкой 48 для доставки потока горячего воздуха сквозь отверстия 46. Ремень 50 сушилки 50 несет композитный материал 36 над верхним участком цилиндра 40 сушилки. Нагретый воздух, проходящий сквозь отверстия 46 в наружном цилиндре 44 сушилки 42, удаляет воду из композитного материала 36. Температура воздуха, подаваемого сквозь композитный материал 36 сушилкой 42, может лежать в интервале от около 200°F до около 500°F. Другие используемые способы и устройства сушки могут быть найдены в, например, патентах США №2666369, Niks и 3821068, Shaw, которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Как указано, некоторые способы сушки (например, компрессионной) могут сглаживать штапельные волокна, выступающие из обрабатываемой поверхности. Хотя и не требуется, дополнительные стадии обработки и/или способы дополнительной обработки могут быть использованы, чтобы снизить этот "сглаживающий " эффект и/или придавать другие выбранные свойства композитному материалу 36. Например, материал 36 может быть слегка прочесан, чтобы улучшить объемность. Материал 36 может также быть слегка сжат каландровыми валками, кремирован или обработан иначе, чтобы увеличить растяжение и/или обеспечить однородный внешний вид и/или определенные тактильные свойства. Например, подходящие способы крепирования описаны в патентах США №3879257, Gentile и др. и 6315864, Anderson и др., которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Альтернативно или дополнительно различные химические агенты для последующей обработки, такие как, адгезивы или красители, могут быть добавлены к материалу 36. Дополнительные агенты последующей обработки, которые могут быть использованы, описаны в патенте США №5853859, Levy) и др., который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Переплетение штапельных волокон и нетканого полотна из непрерывных элементарных нитей по изобретению обеспечивает композитный материал, имеющий множество преимуществ. Например, композитный материал обладает "двусторонней" мягкостью. То есть, хотя часть штапельных волокон пропускают через матрицу нетканого полотна из непрерывных элементарных нитей и в него, некоторые из штапельных волокон будут все еще оставаться на поверхности композитного материала или около нее. Эта поверхность может, таким образом, содержать большую долю штапельных волокон, в то время как другая поверхность может содержать большую долю непрерывных элементарных нитей. Одна поверхность содержит преобладание штапельных волокон, придающих ей очень мягкое, бархатистое ощущение. Например, эта поверхность может содержать более около 50 вес.% штапельных волокон. Другая поверхность имеет преобладание непрерывных элементарных нитей, обеспечивающее ей сглаженное, более подобное пластику ощущение. Например, эта поверхность может содержать более около 50 вес.% непрерывных элементарных нитей. Тем не менее, вследствие присутствия выступающих штапельных волокон на поверхности, содержащей преобладание непрерывных элементарных нитей, она также мягкая.

Кроме улучшенной мягкости, композитный материал может также иметь улучшенную объемность. Более конкретно, без ограничения теорией, штапельные волокна внутри материала, более конкретно те, которые содержаться на стороне материала, имеющего преобладание штапельных волокон, как полагают, прежде всего ориентируются в направлении - z (то есть направлении толщины материала). В результате увеличивается объемность материала, и может быть более около 5 см³/г, в некоторых вариантах выполнения от около 7 см³/г до около 50 см³/г, а в некоторых вариантах выполнения от около 10 см³/г до около 40 см³/г. Кроме того, авторы настоящего изобретения также обнаружили, что этот композитный материал имеет хорошие характеристики впитывания масла и воды.

D. Салфетка

Композитный материал по изобретению особенно полезен в качестве салфетки. Эта салфетка может иметь вес основы от около 20 г на квадратный метр ("г/м²") до около 300 г/м², в некоторых вариантах выполнения от около 30 г/м² до около 200 г/м², а в некоторых вариантах выполнения от около 50 г/м² до около 150 г/м². Продукты с более низким весом основы обычно хорошо подходят для использования в качестве салфеток с легкой нагрузкой, в то время как продукты с более высоким весом основы хорошо подходят в качестве промышленных салфеток. Эти салфетки также могут иметь любой размер для разных задач. Салфетка также может иметь ширину от около 8 см до около 100 см, в некоторых вариантах выполнения от около 10 до около 50 см, а в некоторых вариантах выполнения от около 20 см до около 25 см. Кроме того, салфетка может иметь длину от около 10 см до около 200 см, в некоторых вариантах выполнения от около 20 см до около 100 см, а в некоторых вариантах выполнения от около 35 см до около 45 см.

Если желательно, салфетка также может быть предварительно увлажнена жидкостью, такой как вода, очищающее средство для рук без воды, или любой другой подходящей жидкостью. Эта жидкость может содержать антисептики, антипирены, поверхностно-активные вещества, смягчающие средства, увлажнители и так далее. В одном варианте выполнения, например, на салфетку может быть нанесена дезинфицирующая композиция, такая, которая описана в патентной заявке США №2003/0194932, Clark и др., которая включена сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Жидкость может быть нанесена любым подходящим способом, известным в данной области, таким как распыление, погружение, насыщение, пропитка, нанесение щеткой и так далее. Количество жидкости, добавляемой в салфетку, может варьироваться в зависимости от природы композитного материала, типа емкости, используемой для хранения салфеток, природы жидкости и желательного конечного использования салфеток. Обычно каждая салфетка содержит более около 150 вес.%, в некоторых вариантах выполнения от около 150 до около 1500 вес.%, а в некоторых вариантах выполнения от около 300 до около 1200 вес.% жидкости относительно веса сухой салфетки.

В одном варианте выполнения изобретения салфетки обеспечивают в виде непрерывного перфорированного рулона. Перфорация обеспечивает ослабленную линию, по которой салфетки могут быть легко отделены. Например, в одном варианте выполнения рулон высотой 6 дюймов содержит салфетки шириной 12 дюймов, которые сложены v-образно. Этот рулон перфорирован через каждые 12 дюймов, чтобы образовать салфетки 12 дюймов на 12 дюймов. В другом варианте выполнения салфетки обеспечивают в виде стопки отдельных салфеток. Салфетки могут быть упакованы в разнообразные формы, материалы и/или контейнеры, включая рулоны, коробки, тубы, гибкие упаковочные материалы и так далее, но не ограничиваясь ими. Например, в одном варианте выполнения изобретения, салфетки вставляются на конце в отдельно освобождаемые емкости (например, цилиндрические). Некоторые примеры подходящих контейнеров включают твердые тубы, пленочные мешочки и так далее. Один конкретный пример подходящего контейнера для салфеток представляет собой твердую цилиндрическую тубу (например, изготовленную из полиэтилена), которая снабжена повторно запечатываемой воздухонепроницаемой крышкой (например, изготовленной из полипропилена) на верхнем участке емкости. Эта крышка имеет шарнирный колпачок, первоначально закрывающий отверстие, расположенное ниже колпачка. Это отверстие позволяет прохождение салфеток из внутренней части запечатанного контейнера, посредством чего отдельные салфетки могут быть извлечены путем захвата салфетки и отрывания каждого шва от рулона. Отверстие в крышке имеет соответствующий размер размерам, чтобы обеспечить достаточное давление, чтобы удалить всю избыточную жидкость из каждой салфетки, когда ее извлекают из емкости.

Другие подходящие устройства для выдачи салфеток, контейнеры и системы для выдачи салфеток описаны в патентах США №5785179, Buczwinski и др.; 5964351, Zander; 6030331, Zander; 6158614, Haynes и др.; 6269969, Huang и др.; 6269970 Huang и др.; и 6273359, Newman) и др., которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Настоящее изобретение может быть более понято со ссылкой на следующие примеры.

Способы испытаний

В примерах используют следующие способы испытаний.

Объемность: Объемность определяют как калибр в сухом состоянии одного листа продукта, разделенный на его вес основы. Объемность измеряют в размерностях кубических сантиметров, разделенных на граммы (см³/г). Калибр в сухом состоянии представляет собой толщину продукта в сухом состоянии, измеренную под управляемой нагрузкой. Объемность определяют следующим способом. Обычно используют прибор, такой как измеритель калибра EMVECO модели 200-А от Emveco Co. Более конкретно, пять (5) образцов, около 4 дюйма в длину на, около 4 дюйма в ширину каждый подвергают давлению. В частности, пластина, которая представляет собой круглый кусок металла, который имеет в диаметре 2,21 дюйма, прижимает лист. Давление, прикладываемое пластиной, обычно составляет около 2 килопаскалей (0,29 фунтов на квадратный дюйм). Как только пластина прижимает лист, измеряют калибр. Пластина затем поднимается обратно автоматически. Среднее значение из пяти (5) листов регистрируют как калибр. Вес основы определяют после кондиционирования образца при условиях температуры и влажности в соответствии с TAPPI.

Впитывающая способность: Впитывающая способность представляет собой способность материала впитывать жидкость (например, воду или моторное масло) за некоторый период времени и относится к общему количеству жидкости, удерживаемой материалом в точке его насыщения. Впитывающую способность измеряют в соответствии с Федеральной Спецификацией, номер UU-T-595C на промышленных и исследовательских полотенцах и бумажных салфетках. В данном случае, впитывающую способность определяют, измеряя увеличение веса образца, происходящее от впитывания жидкости, и выражают либо как вес впитанной жидкости, либо как % впитанной жидкости, используя следующие уравнения:

Впитывающая способность=[(вес насыщенного образца - вес образца)/вес образца]×100.

Легкое машинное масло, используемое, чтобы проводить испытание, было белым минеральным маслом, доступным от Е.K. Industries под номером "6228-1GL". Это масло обозначали "NF Grade", и оно имело универсальную вязкость по Сейболту (СУ) от 80 до 90.

Стойкость к истиранию по Тэйберу: Стойкость к истиранию по Тэйберу измеряет стойкость к истиранию в смысле разрушения полотна, производимого управляемым, вращательным натирающим действием. Стойкость к истиранию измеряют в соответствии со способом 5306, Федерального стандарта испытательных способов №191А, если иное здесь не упомянуто. Образец 12,7·12,7 см фиксируют на платформе для образца Стандартного устройства истирания Тайбера (модель №504 с держателем образца, модель №Е-140-15), имеющего резиновое колесо (№Н-18) на истирающей головке и 500-грамм противовес на каждом рычаге. Потери в прочности на разрушение не используют как критерий определения устойчивости к истиранию. Результаты получают и передают в циклы истирания до повреждения, причем полагают, что повреждения возникают в том месте, где 0,5 см отверстие образовано в полотне.

Пример 1

Демонстрировали способность формировать композитный материал по изобретению.

Двадцать (20) различных образцов формировали из синтетических штапельных волокон, имеющих среднюю длину волокна 6,35 миллиметров (лиоцел и/или сложный полиэфир), и, возможно, волокон целлюлозы с использованием устройства для производства бумаги для влажной укладки с низкой консистенцией, которой хорошо известно в данной области. Волокна лиоцел имели денье на элементарную нить 1,5, и были получены от Engineered Fibers Technologies, Inc. из Шелтон, Коннектикут под названием "Tencel". Полиэфирные волокна были монокомпонентными волокнами, имеющими денье 1,5, и были получены от Kosa под названием "Type 103". Целлюлозные волокна содержали 50 вес.% крафт-волокон северной мягкой древесины и 50 вес.% крафт-волокон южной мягкой древесины. Для некоторых образцов, волокна из поливинилового спирта также были добавлены перед формированием полотна из штапельных волокон, чтобы увеличить его прочность в сухом состоянии перед переплетением. Волокна из поливинилового спирта были получены от Kuraray Co., Ltd из Осаки, Япония под торговой маркой "VPB-105-1", которые растворялись в воде при температуре 158°F. Полученное полотно из штапельных волокон влажной укладки имело вес основы в интервале от около 40 до около 100 г на квадратный метр.

Состав полотен из штапельных волокон, использованных для формирования образцов 1-20, приведен в таблице 1.

Таблица 1 Состав штапельных волокон образцов 1-20 Образец Вес основы (г/м²) % целлюлозы % лиоцел % сложного полиэфира % поливинилового спирта* 1 54,4 0 56,2 37,5 6,3 2 54,4 0 56,2 37,5 6,3 3 40,8 0 56,2 37,5 6,3 4 40,8 0 56,2 37,5 6,3 5 97,8 0 56,2 37,5 6,3 6 54,4 0 56,2 37,5 6,3 7 54,4 0 56,2 37,5 6,3 8 40,8 0 56,2 37,5 6,3 9 40,8 0 56,2 37,5 6,3 10 54,4 46,85 0 46,85 6,3 11 54,4 46,85 0 46,85 6,3 12 54,4 100 0 0 0 13 97,8 100 0 0 0 14 54,4 0,0 0 93,7 6,3 15 54,4 0,0 0 93,7 6,3 16 40,8 0,0 0 93,7 6,3 17 40,8 0,0 0 93,7 6,3 18 67,0 100 0 0 0 19 71,0 90,5 0 9,5 0 20 61,0 72,0 0 28,0 0

*Величины % поливинилового спирта (ПВС) представляют вес добавленных волокон. Как описано ниже, лист был насыщен водой на стадии переплетения при температуре от 130°F до 180°F, чтобы растворить волокна ПВС в растворе (чтобы позволить переплетение волокон). Лист затем вакуумировали в вакуумной щели так, чтобы удалить половину раствора ПВС/вода. При переплетении водяными струями, некоторое количество ПВС могло осаждаться в виде покрытия и производить некоторое соединение на стадии сушки. Если они оставались, вероятно, что такие волокна ПВС присутствовали в количестве от около 5 до 25 вес.% от первоначального количества, или при полной концентрации от около 0 до 1 вес.%.

Каждое полотно из штапельного волокна затем переплетали с полотном из полопропилена фильерного производства (вес основы 13,6 или 27,2 г на квадратный метр) в соответствии с патентом США №5204703, Everhart и др. Более конкретно, полотно из штапельных волокон осаждали на формирующую проволоку Albany 14FT, доступную от Albany International, и гидравлически переплетали с полотном фильерного производства при давлениях переплетения, повышающихся от 300 до 1800 фунтов на квадратный дюйм с использованием нескольких последовательных коллекторов. Вода, использованная в процессе переплетения, имела температуру от 130°F до 180°F, и таким образом растворяла волокна поливинилового спирта и удаляла их из материала. Переплетенный материал затем сушили некомпрессионным образом в течение 1 минуты сушилкой с потоком воздуха (воздух при температуре 280°F) так, чтобы материал достигал максимальной температуры до 200°F. Полученные образцы материала имели вес основы в интервале от 50 до 125 г на квадратный метр и имели различные процентные содержания полотна фильерного способа производства и штапельных волокон. Вес основы и общий состав волокон образцов 1-20 приведены в таблице 2.

Таблица 2 Вес основы и полное содержание волокна образцов 1-20* Образец Вес основы (г/м²) Штапельные волокна (вес.%) Полотно фильерного производства 13,6 г/м² (вес.%) Полотно фильерного производства 27,2 г/м² (вес.%) 1 68,0 80,0 20,0 0 2 81,6 66,7 0 33,3 3 68,0 60,0 0 40,0 4 54,4 75,0 25,0 0 5 125,0 78,2 0 21,8 6 81,6 66,7 0 33,0 7 68,0 80,0 20,0 0 8 54,4 75,0 25,0 0 9 68,0 60,0 0 40,0 10 81,6 66,7 0 33,3 11 68,0 80,0 20,0 0 12 68,0 80,0 20,0 0 13 125,0 78,2 0 21,8 14 68,0 80,0 20,0 0 15 81,6 66,7 0 33,3 16 68,0 60,0 0 40,0 17 54,4 75,0 25,0 0 18 81,0 83,0 17,0 0 19 85,0 84,0 16,0 0 20 75,0 82,0 18,0 0 * Процентные содержания, отраженные в этой таблице, принимают, что 100% волокон поливинилового спирта вымывали из полотна способом, описанным выше.

Различные свойства нескольких образцов были затем испытаны. Результаты показаны в таблице 3.

Таблица 3 Физические свойства образцов Образец Вес основы (г/м²) Калибр (см) Объемность (см³/г) Впитывающая способность (%) Истирание по Таберу (циклы) Н₂О Легкое машинное масло 1 64 0,084 13,1 928 805 115 11 64 0,086 13,4 801 709 78 14 58 0,094 16,2 1061 1123 49 17 53 0,089 16,8 936 996 40 18 81 0,046 5,7 455 320 58 19 85 0,046 5,4 408 299 85 20 75 0,046 6,1 481 380 61

Как указано, различные свойства образцов улучшались с повышением концентрации штапельных волокон. Например, объемность материала повышалась с повышением концентрации штапельных волокон из сложного полиэфира. Аналогично, емкость как по воде, так и по маслу повышалась с увеличением общего содержания штапельных волокон.

Кроме того, фотографии СЭМ образца 14 также показаны на фиг.2 и 3. Как показано, материал 100 имеет поверхность 103 и поверхность 105. Поверхность 103 содержит преобладание штапельных волокон 102, выступающих из нее. Аналогично, поверхность 105 содержит преобладание волокон фильерного способа производства 104, но также содержит некоторое количество штапельных волокон 102. Более конкретно, либо концевые, либо изогнутые части штапельных волокон 102 выступают с поверхности 105. Независимо от способа, которым они выступают, штапельные волокна 102 могут придавать улучшенные объемность и тактильные ощущения каждой поверхности 103 и 105. Далее, штапельные волокна 102 в первую очередь ориентированы в направлении z, то время как волокна фильерного способа производства 104 в первую очередь в направлениях x и y.

Пример 2

Демонстрировали способность формировать композитный материал в соответствии с настоящим изобретением.

Семь (7) различных образцов формировали из синтетических штапельных волокон, имеющих среднюю длину волокна 3,175 миллиметров (лиоцел и/или сложный полиэфир), и, возможно, волокон целлюлозы с использованием устройства для бумажного производства с влажной укладкой с низкой консистенцией, которое хорошо известно в данной области. Волокна лиоцел имели денье на элементарную нить 1,5, и были получены от Engineered Fibers Technologies, Inc. из Шелтон, Коннектикут под названием "Tencel". Использовали два типа волокон из сложного полиэфира. Первый тип был монокомпонентными сложноэфирными волокнами (денье 1,5), полученными от Kosa под названием "Type 103". Второй тип был бикомпонентными сложноэфирными волокнами (денье 3), полученными от Kosa под названием "Type 105". Кроме того, целлюлозные волокна содержали 50 вес.% крафт-волокон северной мягкой древесины и 50 вес.% крафт-волокон южной мягкой древесины. Полученное полотно из штапельных волокон влажной укладки имело вес основы в интервале от около 30 до около 90 г на квадратный метр.

Состав полотен из штапельных волокон, использованных для формирования образцов 21-27, приведен в таблице 4.

Таблица 4 Состав штапельного волокна образцов 21-27 Образец Вес основы (г/м²) % целлюлозы % лиоцел % сложного полиэфира (тип 103) % сложного полиэфира (тип 104) 21 56,1 60,0 0 0 40,0 22 56,1 60,0 0 40,0 0 23 78,1 50,0 0 50,0 0 24 42,1 25,0 0 75,0 0 25 56,1 0 60,0 40,0 0 26 87,9 0 48,3 32,2 19,5 27 31,1 70,0 0 30,0 0

Каждое полотно из штапельного волокна затем переплетали с полотном из полипропилена фильерного способа производства (вес основы 11,9 или 27,2 г на квадратный метр) в соответствии с патентом США №5204703 Everhart и др. Более конкретно, полотно из штапельных волокон осаждали на формирующую проволоку Albany 14FT, доступную от Albany International, и гидравлически переплетали с полотном фильерного способа производства при давлениях переплетения, повышающихся от 300 до 1800 фунтов на квадратный дюйм с использованием нескольких последовательных коллекторов. Вода, использованная в ходе процесса переплетения, имела температуру от 130°F до 180°F, и таким образом растворяла волокна поливинилового спирта и удаляла их из материала. Переплетенный материал затем сушили некомпрессионным образом в течение 1 минуты сушилкой с воздухом (воздух при температуре 280°F) так, чтобы материал достигал максимальной температуры до 200°F. Полученные образцы материала имели вес основы в интервале от 50 до 115 г на квадратный метр и имели различные процентные содержания полотна фильерного способа производства и штапельных волокон. Вес основы и общий состав волокон образцов 21-27 приведены в таблице 5.

Таблица 5 Вес основы и общее содержание волокна образцов 21-27 Образец Вес основы (г/м²) Штапельные волокна (вес.%) Полотно фильерного производства 11,9 г/м² (вес.%) Полотно фильерного производства 27,2 г/м² (вес.%) 21 68 82,5 17,5 0 22 68 82,5 17,5 0 23 100 98,1 11,9 0 24 54 88,0 22,0 0 25 68 82,5 17,5 0 26 115 76,3 0 23,7 27 54 49,6 0 50,4

Хотя изобретение было подробно описано в отношении его конкретных вариантов выполнения, будет понятно, что специалисты после достижения понимания изложенного выше могут легко представить себе альтернативы, варианты и эквиваленты этих вариантов выполнения изобретения. Соответственно, объем настоящего изобретения должна определяться приложенными пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.

Изобретение относится к композитному материалу салфетки из этого материала и способу получения данного материала. Способ формирования материала предусматривает гидравлическое переплетение штапельных волокон с нетканым полотном, сформированным из непрерывных элементарных нитей с образованием композитного материала. Причем указанные штапельные волокна имеют среднюю длину волокна от около 0,3 до около 25 миллиметров, при этом по меньшей мере часть указанных штапельных волокон являются синтетическими. При этом указанный композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность, указанная первая поверхность содержит преобладание указанных штапельных волокон, а указанная вторая поверхность содержит преобладание указанных непрерывных элементарных нитей. Кроме этого по меньшей мере часть указанных штапельных волокон также выступает от указанной второй поверхности, причем по меньшей мере около 90 вес.% штапельных волокон являются синтетическими. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении мягкости прочности и впитывающей способности материала. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл.

1. Способ формирования материала, предусматривающий гидравлическое переплетение штапельных волокон с нетканым полотном, сформированным из непрерывных элементарных нитей с образованием композитного материала, причем указанные штапельные волокна имеют среднюю длину волокна от около 0,3 до около 25 мм, при этом по меньшей мере часть указанных штапельных волокон является синтетической, причем указанный композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность, указанная первая поверхность содержит преобладание указанных штапельных волокон, а указанная вторая поверхность содержит преобладание указанных непрерывных элементарных нитей, при этом по меньшей мере часть указанных штапельных волокон также выступает от указанной второй поверхности, причем по меньшей мере около 90 вес.% штапельных волокон являются синтетическими.

2. Способ по п.1, дополнительно предусматривающий формирование указанных штапельных волокон в полотно перед гидравлическим переплетением указанных штапельных волокон с указанным нетканым полотном, сформированным из непрерывных элементарных нитей.

3. Способ по п.1 или 2, в котором указанные штапельные волокна гидравлически переплетают с указанным нетканым полотном при избыточном давлении жидкости от около 100 до около 4000 фунтов на квадратный дюйм, предпочтительно от около 200 до около 3500 фунтов на квадратный дюйм и предпочтительно от около 300 до около 2400 фунтов на квадратный дюйм.

4. Способ по п.1 или 2, дополнительно предусматривающий некомпрессионную сушку указанного композитного материала.

5. Способ по п.4, где указанный композитный материал высушивают сквозным потоком.

6. Способ по п.1, в котором указанные штапельные волокна содержат более около 40 вес.% композитного материала и предпочтительно от около 60 до около 90 вес.% композитного материала.

7. Способ по п.1, в котором указанные штапельные волокна имеют среднюю длину волокна от около 0,5 до около 10 мм и предпочтительно от около 3 до около 8 мм.

8. Способ по п.1, в котором указанные штапельные волокна имеют денье на непрерывную элементарную нить менее около 6 и предпочтительно менее около 3.

9. Способ по п.1, в котором указанные синтетические штапельные волокна формируют из одного или более полимеров, выбранных из группы, состоящей из поливинилового спирта, вискозы, сложного полиэфира, поливинилацетата, нейлона и полиолефинов.

10. Способ по п.1, в котором указанные штапельные волокна, кроме того, включают целлюлозные волокна.

11. Способ по п.10, в котором указанные целлюлозные волокна составляют менее около 10 вес.% от указанных штапельных волокон.

12. Способ по п.1, в котором указанное нетканое полотно, сформированное из непрерывных элементарных нитей, представляет собой полотно фильерного способа производства.

13. Способ по п.1, в котором указанный композитный материал имеет объемность более около 5 см³/г, предпочтительно от около 7 до около 50 см³/г и более предпочтительно от около 10 до около 40 см³/г.

14. Композитный материал, содержащий штапельные волокна, гидравлически переплетенные с нетканым полотном, сформированным из непрерывных элементарных нитей, причем указанные штапельные волокна имеют среднюю длину волокна от около 0,3 до около 25 мм, при этом по меньшей мере часть указанных штапельных волокон является синтетической, причем композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность, указанная первая поверхность содержит преобладание указанных штапельных волокон, а указанная вторая поверхность содержит преобладание указанных непрерывных элементарных нитей, при этом по меньшей мере часть указанных штапельных волокон также выступает от указанной второй поверхности, причем по меньшей мере 90 вес.% штапельных волокон являются синтетическими.

15. Композитный материал по п.14, в котором указанные штапельные волокна содержат более около 40 вес.% композитного материала и предпочтительно от около 60 до около 90 вес.% композитного материала.

16. Композитный материал по п.14, в котором указанные штапельные волокна имеют среднюю длину волокна от около 0,5 до около 10 мм и предпочтительно от около 3 до около 8 мм.

17. Композитный материал по п.14, в котором указанные штапельные волокна имеют денье на непрерывную элементарную нить менее около 6 и предпочтительно менее около 3.

18. Композитный материал по п.14, в котором указанные синтетические штапельные волокна формируют из одного или более полимеров, выбранных из группы, состоящей из поливинилового спирта, вискозы, сложного полиэфира, поливинилацетата, нейлона и полиолефинов.

19. Композитный материал по п.14, в котором указанные штапельные волокна, кроме того, включают целлюлозные волокна.

20. Композитный материал по п.19, в котором указанные целлюлозные волокна составляют менее около 10 вес.% от указанных штапельных волокон.

21. Композитный материал по п.14, в котором указанное нетканое полотно, сформированное из непрерывных элементарных нитей, представляет собой полотно фильерного способа производства.

22. Композитный материал по п.14, в котором указанный композитный материал имеет объемность более около 5 см³/г, предпочтительно от около 7 до около 50 см³/г и более предпочтительно от около 10 до около 40 см³/г.

23. Салфетка, сформированная из композитного материала по любому из пп.14-22.

24. Салфетка по п.23, в которой салфетка содержит жидкость в количестве более около 150 вес.% от композитного материала.