專利名稱：具有表面特征的非織造布材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有表面特征的非織造布材料。
背景技術：
非織造布具有寬廣應用領域，包括吸收性個人護理產(chǎn)品、服裝、醫(yī)用產(chǎn)品和清潔產(chǎn)品。非織造布個人護理產(chǎn)品包括嬰兒護理制品如尿布，兒童護理制品如訓練褲，女性護理用品如衛(wèi)生巾，以及成人護理用品如失禁用品。非織造布服裝包括防護工作服和醫(yī)用服裝如手術罩衫。其它非織造醫(yī)用產(chǎn)品包括非織造創(chuàng)傷敷料和手術敷料。包含非織造布的清潔用品包括毛巾和抹布。非織造布的其他用途是眾所周知的。上面列舉的清單不應視為窮盡的。
非織造布的各種不同性質(zhì)決定了非織造布對不同領域的適用性。非織造布可設計成具有不同的性能組合以適合不同的需要。非織造布的可變性質(zhì)包括液體-操縱性質(zhì)如潤濕性、分配和吸水性，強度性質(zhì)如抗張強度和撕裂強度，柔軟性、耐久性如耐磨，以及美學性質(zhì)。非織造布的物理形狀也影響非織造布的功能和美學性質(zhì)。非織造布首先被制成片材，當鋪在平坦的表面上時它可具有基本上平面的、無特征表面或者可具有由表面特征如孔或凸起或二者組成的陣列。具有孔或凸起的非織造布常常被稱作三維或一定形狀的非織造布。本發(fā)明還涉及三維或一定形狀的非織造布。
非織造布的制造是一門高度發(fā)展的技術。一般而言，非織造纖網(wǎng)及其制造涉及成形為長絲或纖維，并將長絲或纖維以造成長絲或纖維重疊或纏結的方式沉積在載體上。視所要求的纖網(wǎng)整體性的高低而定，隨后纖網(wǎng)長絲或纖維可借助例如，粘合劑、加熱或加壓或二者，超聲波粘合技術或者通過針刺或水刺纏結等處理達到粘合。在這方面，一般而言有幾種生產(chǎn)長絲或纖維的方法；然而，兩種普遍采用的方法是所謂紡粘和熔噴法，而獲得的非織造布分別叫做紡粘和熔噴布。
一般而言，紡粘非織造布的制造方法包括，通過紡絲板擠出熱塑性材料，以高速空氣流驟冷并牽伸所擠出的材料成絲，從而在成形表面形成無規(guī)纖網(wǎng)。此種方法被稱之為熔紡。紡粘方法在大量專利中做了一般性詳述，例如包括，美國專利3,802,817，授予Matsuki等人；美國專利4,692,618，授予Dorschner等人；美國專利4,340,563，授予Appel等人；美國專利3,338,992和3,341,394，授予Kinney；美國專利3,502,538，授予Levy；美國專利3,502,763和3,909,009，授予Hartmann；美國專利3,542,615，授予Dobo等人；和加拿大專利803,714，授予Harmon。
另一方面，熔噴非織造布是這樣制造的通過一個或多個模頭擠出熱塑性材料，越過擠出口型噴吹高速空氣流，一般為加熱的空氣，從而產(chǎn)生空氣輸送的熔噴纖維幕，并將纖維幕沉積到成形表面上形成無規(guī)非織造纖網(wǎng)。熔噴方法在大量出版物中做了一般描述，例如，Wendt的題為“超細熱塑性纖維”的文章，《工業(yè)與工程化學》(Induslrialand Engineering Chemistry)卷48，第8期(1956)，pp.1342-1346，文中描述了海軍研究實驗室(華盛頓特區(qū))所做的工作；海軍研究實驗室報告111437，1954年4月15日；美國專利4,041,203、3,715,251、3,704,198、3,676,242和3,595,245；以及英國專利說明1,217,892。
紡粘和熔噴非織造布通?？筛鶕?jù)構成布料的長絲或纖維的直徑和分子取向加以區(qū)分。紡粘和熔噴長絲或纖維的直徑是平均斷面尺寸。紡粘長絲或纖維的典型平均直徑大于6μm，且常常具有12～40μm之間的平均直徑。熔噴纖維的平均直徑一般小于6μm。然而，鑒于直徑至少是6微米的較大熔噴纖維也能生產(chǎn)，故可用分子取向來區(qū)分直徑相近的紡粘與熔噴長絲和纖維。就給定纖維或長絲尺寸和聚合物的情況而言，紡粘纖維或長絲的分子取向一般地大于熔噴纖維的分子取向。聚合物纖維或長絲的相對分子取向可通過測定具有相同直徑的纖維或長絲的抗張強度和雙折射來確定。
纖維和長絲的抗張強度是將纖維或長絲拉伸直至纖維或長絲斷裂所需應力的度量方法。雙折射數(shù)值按照INDA非織造物研究雜志(Journal of Nonwovens Reserarch)，1991春季刊(卷3，第2期，p.27)中描述的方法計算。聚合物纖維和長絲的抗張強度和雙折射數(shù)值隨著特定聚合物和其他因素而變化；然而，在纖維或長絲尺寸和聚合物一定的情況下，紡粘纖維或長絲的抗張強度通常大于熔噴纖維的抗張強度，并且紡粘纖維或長絲的雙折射數(shù)值通常大于熔噴纖維的雙折射數(shù)值。
大量專利描述制造一定形狀的或三維的非織造布的方法例如，美國專利5,575,874和5,643,653，授予Griesbach等人；美國專利4,741,941，授予Engelbert等人；和美國專利6,331,268、6,331,345和6,455,319，授予Kauschke等人。盡管此前在技術上取得了進展，但目前仍需要具有表面特征的改良非織造布和成形此種非織造布的方法。
為避免混淆，重要的是澄清本申請全文描述壓力和載荷時所采用的術語。確定這些數(shù)值所采用的做法詳述于方法一節(jié)。為描述表面特征的回彈性，施加在表面特征上的平均壓力記做Pf。就纖網(wǎng)的材料特征和用于體積壓縮的技術而言，給出不同的壓力。這就是作用在纖網(wǎng)上的壓力或Pw。Pw是仿佛作用在具有100％與載荷或力接觸的平坦材料上的壓力。
發(fā)明概述針對現(xiàn)有技術所遇到的困難和問題，已發(fā)現(xiàn)一種新非織造布材料。按照本發(fā)明，描述一種具有一或多個宏觀表面特征的非織造布。
本發(fā)明提供一種區(qū)域的、松密度小于0.04g/cm3的三維非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)包括規(guī)定x，y-平面的頂側基礎表面和至少一個伸出到x，y-平面以外的宏觀表面特征，其中宏觀表面特征的特征在于具有一個頂點的特征，該頂點伸出到頂側基礎表面的x，y-平面上方至少約1mm并在1.2kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y平面上方至少1mm的高度，且其中該宏觀特征大大減少放在宏觀特征上的物體的接觸，以致非織造布與放在宏觀表面特征上的物品之間的接觸面積在1.2kPa物品對非織造纖網(wǎng)接觸區(qū)域的載荷(Pf)下小于支撐物品的非織造纖網(wǎng)整塊面積的50％。
在一實施方案中，宏觀特征的特征在于一種具有伸出到x，y-平面上方至少1.5mm的頂點的特征。在另一實施方案中，宏觀特征的特征在于具有伸出到x，y-平面上方至少3mm的頂點的特征。在另一種實施方案中，宏觀特征的特征在于具有伸出到x，y-平面上方至少5mm的頂點的特征。在另一種實施方案中，宏觀特征的特征在于具有伸出到x，y-平面上方至少約6mm的頂點的特征。
非織造纖網(wǎng)與放在宏觀表面特征上的物品之間的接觸面積，在1.2kPa物品對非織造纖網(wǎng)接觸區(qū)域的載荷(Pf)下可小于支撐物品的非織造纖網(wǎng)整塊面積的40％、30％，甚至小于25％。非織造纖網(wǎng)可包括大量宏現(xiàn)特征，且宏觀特征的頻率每100、50、10，甚至1cm2非織造纖網(wǎng)，在x，y-平面內(nèi)，至少是1個宏觀表面特征。非織造纖網(wǎng)的區(qū)域松密度可小于0.03，甚至小于002g/cm3。
在一種實施方案中，宏現(xiàn)特征在1.2kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1.5mm的高度。在其他實施方案中，宏觀特征在1.2kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少3mm、甚至6mm的高度。在另一種實施方案中，宏觀特征在1.8kPa載荷載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1mm的高度。在其他實施方案中，宏觀特征在1.8kPa(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1.5、3，甚至6mm的高度。在另一種特定實施方案中，宏觀特征在10kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1mm的高度。在其他實施方案中，宏觀特征在10kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1.5、3，甚至6mm的高度。
本發(fā)明非織造纖網(wǎng)可包括一種宏觀特征，它在0.3450kPa在纖網(wǎng)上的載荷(Pw)下，在非織造纖網(wǎng)頂面與放在宏觀表面特征上的物品之間提供至少0.08cm3空氣空間，0.09cm3空氣空間，甚至大于0.10cm3空氣空間每平方厘米。在幾種實施方案中，非織造纖網(wǎng)具有沿x和y方向均一的組成。在幾種實施方案中，非織造纖網(wǎng)是一種層合材料。非織造纖網(wǎng)可由雙組分纖維制成。
附圖簡述

圖1A是本發(fā)明非織造纖網(wǎng)的透視圖。
圖1B是圖1A所示非織造纖網(wǎng)的斷面視圖。
圖1C是圖1A所示非織造纖網(wǎng)的頂面俯視圖。
圖2A是被支撐在圖1A、1B和1C所示非織造纖網(wǎng)上的基本為平面物品的透視圖。
圖2B是被支撐在圖1A、1B和1C所示非織造纖網(wǎng)上的基本為平面物品的斷面視圖。
圖2C是被支撐在圖1A、1B和1C所示非織造纖網(wǎng)上的基本為平面物品的頂面俯視圖。
圖3A是壓花板的透視圖。
圖3B是對置壓花板的透視圖。
圖3C是成形本發(fā)明非織造纖網(wǎng)時圖3A和3B壓花板的斷面視圖。
圖4A是另一種壓花板的透視圖。
圖4B是另一種對置壓花板的透視圖。
圖5A是本發(fā)明另一種非織造纖網(wǎng)的透視圖。
圖5B是圖5A所示非織造纖網(wǎng)的斷面視圖。
圖5C是圖5A所示非織造纖網(wǎng)的頂面俯視圖。
圖6是包括本發(fā)明非織造布的吸收制品的局部剖視圖。
圖7是圖6的吸收制品的局部斷面視圖。
圖8是本發(fā)明另一種非織造纖網(wǎng)的透視圖。
定義當在這里使用時，下列術語具有規(guī)定的含義，除非上下文要求不同的含義或者表達不同的含義；還有，單數(shù)一般地包括多數(shù)，并且多數(shù)一般地包括單數(shù)，除非另行指出。
程度的詞，例如，“約”，“基本上”等在這里被用來指，當已知在所述環(huán)境下固有的制造和材料允許偏差時，“是或近似是”，旨在用來防止不講道德的侵權者不正當?shù)乩帽景l(fā)明公開中為幫助理解本發(fā)明而給出的確切和絕對的數(shù)字。
本文所使用的術語“吸收制品”或“個人護理吸收制品”指的是尿布、訓練褲、泳裝、吸收性內(nèi)褲、成人失禁用品、清潔抹布、抹布、女性衛(wèi)生用品、傷口敷料、護理墊、緩釋墊、繃帶、停尸室用品、獸醫(yī)用品、衛(wèi)生用品等。
這里所使用的術語“氣流鋪網(wǎng)纖網(wǎng)”是指通過“氣流鋪網(wǎng)”制造的非織造纖網(wǎng)。氣流鋪網(wǎng)是一種公知的能成形纖維非織造層的方法。在氣流鋪網(wǎng)方法中，典型長度介于約3～約52bmm的小纖維的束被吹入的空氣分開并夾帶，然后沉積到成形網(wǎng)上，通常在抽真空的輔助下。隨后，無規(guī)纏結的纖維，利用，例如，熱空氣或粘合劑噴涂，彼此粘合。氣流鋪網(wǎng)例如公開在美國專利4,640,810中，授予Laursen等人。
本文所使用的術語“頂點”是指特征的最高或最遠部分，且旨在涵蓋點、平面和非銳利端的其他表面。
這里所使用的術語“粘合梳理纖網(wǎng)”是指自短纖維這樣制造的纖網(wǎng)將短纖維送過精梳或梳理裝置，從而將它們分開或斷裂開并沿著縱向排齊從而形成大致沿縱向取向的纖維的非織造纖網(wǎng)。該材料可通過包括點粘合、穿透空氣粘合、超聲波粘合、粘合劑粘合等方法粘合在一起。
這里所使用的術語“包含”以及其他派生詞匯指的是一種開放式術語，它規(guī)定任何所述特征、要素、整數(shù)、步驟或組分的存在，但不排除一個或多個其他特征要素、整數(shù)、步驟、組分或其組合的存在或附加。
這里使用的術語“布”是指所有機織、針織和非織造的纖維的纖網(wǎng)。
這里使用的術語“親水”描述纖維、材料或纖維材料的表面，它能被接觸該纖維或其他材料的含水液體潤濕。而材料的潤濕程度可用所涉及的液體和材料的接觸角和表面張力來描述。適合測定特定纖維材料的潤濕性的設備和技術可由Cahn SFA-222表面力分析系統(tǒng)或者實質(zhì)上等價的系統(tǒng)提供。當用此種系統(tǒng)測定時，接觸角小于90°的纖維被稱為“可濕”的或親水的，而接觸角等于或大于90°的纖維則為“不可濕”的或疏水的。
這里所使用的術語“宏觀表面特征”描述一種三維特征，從表面伸出并大到足以僅用肉眼就能感覺或檢查到，可心的是，此種特征具有至少一個尺寸大于3/32英寸(～1mm)，更可心的是，此種特征具有至少一個尺寸大于1/16英寸(～1.5mm)，進一步可心的是，此種特征具有至少一個尺寸大于1/8英寸(～3mm)，最可心的是，此種特征具有至少一個尺寸大于1/4英寸(～6mm)。
這里所使用的術語“熔噴纖維”是指這樣成形的纖維將熔融熱塑性材料通過許多細小，通常為圓形的模頭毛細孔擠出成為熔融線或絲，進入到匯聚的高速，通常為熱的氣(例如，空氣)流中，該氣流將熔熱塑性材料的絲拉細從而縮小其直徑，可直至微纖維的直徑。隨后，熔噴纖維由高速氣流攜帶并沉積在成形表面上形成由無規(guī)分布的熔噴纖維組成的纖網(wǎng)。此種方法公開在，例如，美國專利3,849,241中，授予Butin等人。熔噴纖維是微纖維，可以是連續(xù)或不連續(xù)的，通常其平均直徑小于10μm，且當沉積到成形表面上時通常發(fā)粘。
本文所述使用的“多層層合材料”是指包括由二或更多層材料經(jīng)層合而成為最終結構的層合材料。例如，一個或多個層可以是紡粘層和/或某些層可以是熔噴層。多層層合材料的一個具體例子是紡粘/熔噴/紡粘(SMS)層合材料。其他多層層合材料公開在美國專利4,041,203，授予Brock等人，美國專利5,169,706，授予Collier等人，美國專利5,145,727，授予Potts等人，美國專利5,178,931，授予Perkins等人，以及美國專利5,188,885，授予Timmons等人。多層層合材料可通過向移動成形帶上順序地沉積下列層來制造首先是紡粘布層、隨后是熔噴布層，最后是另一紡粘布層，然后按照下面描述的方式粘合該層合材料。替代地，可單獨制造諸布層，收集成卷，并在單獨的粘合步驟中將它們合并在一起。此種布的基重通常介于約0.1～12盎司/平方碼(osy)[3～400g/m2](gsm)，或更尤其約0.75osy～約3osy(25～102gsm)。多層層合材料也可具有各種不同數(shù)目的、許多不同構型的多個熔噴層或紡粘層，且可包括其他材料如薄膜(F)或共成形材料，例如，SMMS、SM、SFS等等。
這里所使用的術語“非織造”和“非織造布或纖網(wǎng)”是指具有由單根纖維、長絲或線組成的結構，但它們是交叉鋪置，而不是如針織織物那樣以可辨認方式排列。非織造布或纖網(wǎng)采用多種方法成形，例如，熔噴法、紡粘法和粘合梳理纖網(wǎng)法。非織造布的基重通常以每平方碼材料的盎司數(shù)(osy)或每平方米克數(shù)(gsm)表示；有用的纖維直徑通常以微米表示。(注，要從osy值換算為gsm值，就用33.91乘osy值)。
這里所使用的術語“實心”并不完全排除空隙或孔穴在凸起內(nèi)部的存在。相反，正如本領域技術人員明了的，凸起的成形，由于工藝中各種不同可變因素，可能在凸起中適當留下空洞或孔穴。因而術語“實心”當在這里使用時，指的是與基礎材料相比，給定凸起的內(nèi)部不是基本上不含纖維或長絲或者其他固體的。
這里使用的術語“紡粘纖網(wǎng)”是指包含這樣的細小直徑纖維的纖網(wǎng)，所述纖維成形方法包括將熔融熱塑性材料以絲形式從許多細小、通常為圓形的毛細孔擠出，隨后擠出絲的直徑采用例如下列文獻中的方法迅速縮小美國專利4,340,563，授予Appel等人，和美國專利3,692,618，授予Dorschner等人，美國專利3,802,817，授予Matsuki等人，美國專利3,338,992和3,341,394，授予Kinney，美國專利3,502,763，授予Hartman，以及美國專利3,542,615，授予Dobo等人。紡粘纖維當沉積到成形表面上時通常不發(fā)粘。紡粘纖維一般是連續(xù)的，平均直徑(從至少10個樣品測得)大于7μm，更常見介于約10～20μm。
這些術語在本說明的下文中還可能做補充規(guī)定。
詳細描述如同上面所討論的，本發(fā)明提供具有一個或多個宏觀表面特征的三維非織造布?？尚牡氖?，表面特征具有宏觀大小并為在大部分非織造布表面與接觸該非織造布的身體部分之間提供間隙。此種非織造布在個人護理制品中作為體側襯里特別有用，例如作為尿布、褲子襯里等。除了宏觀特征之外，本發(fā)明非織造布可進一步包括小孔和非宏觀凸起。本發(fā)明非織造布也可用于制造服裝、醫(yī)用產(chǎn)品、清潔用品、包裝材料、建筑材料如隔音和隔熱材料等。
本發(fā)明非織造纖網(wǎng)的例子表示在圖1A、1B和1C；圖5A、5B和5C；以及圖8中。下面將結合圖1A、1B和1C中所示范例非織造纖網(wǎng)來描述本發(fā)明。該非織造纖網(wǎng)是三維非織造纖網(wǎng)100，包括規(guī)定x，y-平面的頂側基礎表面104，和伸出到x，y-平面以外的至少一個宏觀表面特征120，其中宏觀表面特征120的特征在于具有伸出到頂側基礎表面104的x，y-平面上方至少約1mm的頂點106的特征。圖1A、1B和1C所示并在實例1中更詳細地描述的非織造纖網(wǎng)包括宏觀特征，它具有伸出到頂側基礎表面104的x，y-平面上方至少約2mm的頂點106。圖5A、5B和5C所示并在實例5中更詳細地描述的非織造纖網(wǎng)包括宏觀特征，它具有伸出到頂側基礎表面104的x，y-平面上方至少約3mm的頂點106。在某些實施方案中，宏觀特征具有伸出到x，y-平面上方1、1.5、3、5或甚至約6mm的頂點。可心的是，宏觀特征120具有增加的高度以提供加大的間隙。宏觀特征高度的增加將增加纖網(wǎng)松厚度T并從而降低非織造纖網(wǎng)的松密度。例如，本發(fā)明非織造纖網(wǎng)的區(qū)域松密度可小于0.04g/cm3，小于0.03g/cm3，或甚至小于0.02g/cm3。還希望，宏觀特征120在特定載荷下，例如，在1.2kPa載荷(Pf)下，保持在頂側基礎表面104的x，y-平面上方至少1mm的高度，以大大減少當在非織造纖網(wǎng)100上施加壓力時的接觸。在某些實施方案中，宏觀特征在載荷下保持在頂側基礎表面104的x，y平面上方至少約1、1.5、3、5或甚至6mm的高度h。圖2A、2B和2C顯示一基本平面物體放在圖1A、1B和1C的非織造纖網(wǎng)上，以展示某些本發(fā)明非織造纖網(wǎng)的特征。物體P與非織造布片材100的接觸面積是直接接觸放在非織造布片材，更具體地說宏觀特征120，上的物體P的非織造布片材區(qū)域106之和。例如，非織造布100的表面特征120所支撐的物體P的接觸面積是，所有直接接觸放在特征120上的物體P的特征或非織造纖網(wǎng)其他部分(若有的話)的面積之和。在圖2A中，物體P與非織造纖網(wǎng)100的接觸面積是在圖2A和2C中所示畫陰影線區(qū)域的總合。物體P與具有特征120的支撐P的非織造纖網(wǎng)的接觸面積百分率，可通過將上面描述的接觸面積除以連接所有直接接觸物品的片材位置的平坦鄰接面積來衡量。例如，如果物體被16個宏觀特征120支撐，則包括支撐物體P的這些特征的非織造纖網(wǎng)面積是，在平行于連接所有支撐物體的16個特征或16個特征的一部分的非織造布基礎平面的平面測量的鄰接“整塊面積”(Lp×Wp)。因此，接觸面積百分率將是該接觸面積除以整塊面積(Lp×Wp)。在圖2C中，非織造布支撐的物體P傳遞給片材的壓力Pw用被支撐物體P的重量除以在物體下面鄰接平面面積(Lp×Wp)來衡量。表面特征受到的平均壓力Pf可通過校正到接觸載荷的實際面積來確定。表面特征受到的平均壓力Pf可通過將Pw除以接觸面積百分率來確定。
可心的是，宏觀特征120盡量減少與放在特征上的物體的接觸，使得非織造纖網(wǎng)在給定載荷下與放在宏觀表面特征上的物體的接觸面積小于支撐物體的非織造纖網(wǎng)整塊面積(Lp×Wp)的50％。更可心的是，非織造纖網(wǎng)在給定物體載荷下與放在宏觀表面特征上的物體的接觸面積小于支撐物體的非織造纖網(wǎng)整塊面積的40％、30％，甚至小于25％。因此，可心的是，非織造纖網(wǎng)和非織造纖網(wǎng)的宏觀特征在給定載荷下不完全壓縮，以便使特征盡可能減少在給定載荷下的接觸面積和提供間隙。還希望，特征具有回彈性，并在纖網(wǎng)經(jīng)受3.45kPa載荷以后能回復到某一可測量高度h，可心地大于1mm，以便使特征在纖網(wǎng)經(jīng)受3.45kPa并隨后解除以后提供間隙。
非織造布可包括大量宏觀特征以便在較大面積提供間隙或提供較大支撐作用。宏觀特征的頻率可在大范圍內(nèi)變化。例如預計，本發(fā)明的非織造纖網(wǎng)可包括，在x，y-平面內(nèi)，少至1個宏觀表面特征每1、10、50或甚至100cm2非織造纖網(wǎng)?？尚牡氖?，減少每單位面積纖網(wǎng)的宏觀表面特征數(shù)目，以減少接觸面積。在下面實例1～3中的宏觀特征的頻率為約2個特征每平方厘米；在實例4和5中，約1個特征每平方厘米。圖8中所示宏觀特征的頻率可以是1個特征每500cm2。
如圖8所示，不一定要沿纖網(wǎng)100的整個表面104都提供宏觀特征120。例如，可在特定部位如尿布襯里的靶區(qū)提供一個或多個宏觀特征，以便在那個部位提供間隙，如圖8所示。圖8畫出一種非織造纖網(wǎng)100，它僅包括一個宏觀表面特征120，其沿外部材料尺寸為約10cm×10cm，并包括一個尺寸為約9cm×9cm的內(nèi)部開口。宏觀特征120具有約4mm的高度。該單個宏觀特征120較好位于尿布襯里的靶區(qū)，以便在嬰兒的襠部與尿布襯里表面和任何位于靶區(qū)內(nèi)襯里底下的吸收性材料之間提供間隙。
在一種特定的實施方案中，宏觀特征保持，在1.2kPa載荷(Pf)下，頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1mm的高度。在另一種實施方案中，宏觀特征保持，在1.2kPa載荷(Pf)下，頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1.5mm的高度。在另一種實施方案中，宏觀特征保持，在1.2kPa載荷(Pf)下，頂側基礎表面的x，y-平面上方至少3、5和甚至6mm的高度。在另一種特定實施方案中，宏觀特征保持，在1.8kPa載荷(Pf)下，頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1mm的高度。在其他實施方案中，宏觀特征保持，在1.8kPa載荷(Pf)下，頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1.5、3和甚至6mm的高度。在另一種特定實施方案中，宏觀特征保持，在10kPa載荷下，頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1mm的高度。在其他實施方案中，宏現(xiàn)特征保持，在10kPa載荷下，頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1.5、3和甚至6mm的高度。本發(fā)明非織造纖網(wǎng)可包括下述的宏觀特征，即其能在非織造纖網(wǎng)頂面與放在宏觀表面特征上的物體之間在0.3450kPa作用在纖網(wǎng)上的載荷(Pw)下提供至少0.08、0.09，甚至大于0.10cm3/cm2的空氣空間。
在該范例實施方案中，非織造纖網(wǎng)被畫成沿x、y和z方向具有均一組成的單層纖網(wǎng)。然而，本發(fā)明非織造纖網(wǎng)可以是沿x和y方向具有均一組成的層合材料。在該范例實施方案中，本發(fā)明非織造纖網(wǎng)又是雙組分紡粘非織造纖網(wǎng)。然而，本發(fā)明非織造纖網(wǎng)可按照紡粘法以外的其他方法制造且可包括單組分和/或多組分纖維、長絲和層。
紡粘非織造纖網(wǎng)通過將熔融紡絲、連續(xù)多組分聚合物纖維沉積到成形表面來成形。雙組分纖維和熔融紡絲是公知的，描述在美國專利5,575,874和5,643,653，授予Griesbach等人，在此將其全文收作參考。多組分熔紡非織造布以及制造多組分熔紡非織造布的方法也是公知的，描述在美國專利5,382,400，授予Pike等人，在此也全文收作參考。多組分聚合物長絲的擠出方法也是公知的。適合制備本發(fā)明非織造布的雙組分長絲的材料包括Exxon Mobil(休斯敦，德克薩斯)供應的PD-3155聚丙烯；道化學公司(Midland，密歇根)供應的線型低密度聚乙烯(LLDPE)，商品名ASPUN 6811A、2553 LLDPE和61800聚乙烯；以及道化學公司供應的25355和12350HDPE。當聚丙烯是組分A，而聚乙烯是組分B時，雙組分長絲可包含約20～約80wt％聚丙烯和約80～約20wt％聚乙烯。更可心的是，長絲可包含約40～約60wt％聚丙烯和約60～約40wt％聚乙烯。
可心的是，非織造纖網(wǎng)的長絲是卷曲的，以提供膨松的非織造布。雖然所畫出的本發(fā)明實施方法包括卷曲的多組分長絲，但是本發(fā)明涵蓋未卷曲的纖維以及采用其他方法卷曲的纖維，例如，機械卷曲的纖維。卷曲的纖維和纖維的卷曲方法在技術上是公知的。本發(fā)明也想到由其他方法制造的非織造纖網(wǎng)的應用，例如，粘合梳理纖網(wǎng)、熔噴纖網(wǎng)和由未卷曲長絲和/或單組分長絲制造的纖網(wǎng)。當紡粘長絲是卷曲的時，本發(fā)明布料可有利地生產(chǎn)出膨松度較高，回彈性也較好的材料。長絲的卷曲造成一種松散纖網(wǎng)結構，在絲與絲之間存在著大量孔隙部分，長絲在長絲的接觸點互相粘合。另外，雖然上面所描述的非織造布是用紡粘雙組分長絲制造的，但要知道，本發(fā)明非織造布可以由單組分紡粘長絲、熔噴長絲、粘合梳理纖網(wǎng)、氣流鋪網(wǎng)纖網(wǎng)等來制造。例如，單組分紡粘長絲可按照與實施例中描述的相同方法制造，所不同的是紡絲板將相應地改變以便制造單組分長絲。有關紡粘方法，例如可參見上面給出的專利。另外，纖維可以另一種方式，通過加入聚合物粘合劑組分實現(xiàn)粘合。
可制造包括宏觀表面特征的紡粘/熔噴/紡粘(SMS)層合非織造布。制造非織造布和SMS非織造布的熔噴法是公知的。合適的熔噴技術和SMS布描述在美國專利4,041,203，在此將其公開內(nèi)容收作參考。美國專利4,041,203援引了下列有關熔噴技術的出版物，在此也一并收作參考題為“超細熱塑性纖維”的文章，載于《工業(yè)工程化學》(Industrial Engineering Chemistry)卷48，第8期，pp.1342～1346，文中描述了在美國海軍研究實驗室(華盛頓特區(qū))完成的工作；海軍研究實驗室報告111437，1954年04月15日；美國專利3,715,251；3,704,198；3,676,242；和3,595,245；以及英國專利說明1,217,892。
紡粘-熔噴一體復合(SMIC)材料在上面提到的美國專利5,575,874和5,643,653，授予Griesbach等人，中描述和舉例說明過。一般而言，SMIC材料可通過在紡粘絲幕的兩側“熔噴上”材料來制備。熔噴模頭可按對稱方式在紡粘絲幕的每一側設置來生產(chǎn)SMIC布。該方法更詳細地描述在美國專利5,575,874和5,643,653，授予Griesbach等人，在此收作參考。所成形的SMIC布可置于包括表面起伏地形特征的表面上并用熱空氣粘合以提供包括表面特征的SMIC布。
當用于制造液體吸收制品時，本發(fā)明非織造布可用傳統(tǒng)表面處理劑進行處理或者含有傳統(tǒng)聚合物添加劑，以提高布料的潤濕性。例如，該非織造布可用聚氧化烯改性的硅氧烷和硅烷處理，例如，公開在美國專利5,057,361中的聚氧化烯改性聚二甲基-硅氧烷。此種表面處理劑能提高布料的潤濕性。非織造纖網(wǎng)可先進行處理，然后再結合到產(chǎn)品中。
本發(fā)明非織造布可包括具有不同液體操縱性能的區(qū)的非織造布。更具體地說，本發(fā)明非織造布可包括引導沿布料所有三維方向流動的布料沿著與接觸區(qū)域共平面的布料長度，沿著與接觸區(qū)域共平面的布料寬度和透過布料的厚度或深度。這些具有不同液體操縱能力的區(qū)是由具有地形學表面定義的區(qū)域造成的。這些地形學區(qū)可在基重、密度和/或絲的取向上不同。另外，這些地形特征可具有進一步提高流體操縱能力的親疏(phobicity)差異。
如上面所述，本發(fā)明非織造布可作為隔離層或體側襯里材料，可包括具有一個大凸起或者幾個較小數(shù)目的彼此相隔一定距離的凸起的材料。本發(fā)明包括一種非織造布結構，它具有可用來將一個表面與另一表面隔開的宏觀表面特征，例如將嬰兒襠部與尿布的吸收層隔開。在幾種可心的實施方案中，該結構具有在下列應用中特別可心的物理、美學和功能屬性；包括體側襯里、及諸如下列一次性吸收制品中作為緩沖材料或襯里/緩沖組合尿布、訓練褲、失禁墊、女性衛(wèi)生產(chǎn)品如女性墊、衛(wèi)生巾和緊身內(nèi)褲等。
下面的公開內(nèi)容主要涉及本發(fā)明作為在如圖7和8中所示一次性尿布400中所包含的獨特透濕面層片材結構100的應用。雖然這是目前想到的一種可心應用，但要知道，本發(fā)明還可用于各種各樣吸收性器具中，既可以是一次性也可以是重復使用的，例如，衛(wèi)生巾、月經(jīng)止血墊、失禁墊等，以及非吸收性器具中，例如，工業(yè)材料、隔音、絕緣、包裝等方面。通過對面層片材結構700及其在一次性尿布400中的應用的詳細描述，本領域技術人員將能將本發(fā)明輕易地推廣到其他器具中。
如前面所述，可心的是，本發(fā)明纖網(wǎng)的表面特征能夠抗壓縮，因此該纖網(wǎng)可作為體側襯里應用在尿布或其他吸收制品中，以便將吸收制品的吸收劑部分與穿戴者皮膚隔開。在圖6中給出一次性吸收制品的圖示，例如，尿布400。各種不同的層已被切除，為的是更清楚地展示該具體實施方案的結構細節(jié)。700標出一種本發(fā)明新型面層片材或體側襯里。一次性尿布400的其他兩個主要組成部分是吸收部件或墊410和后片430。圖6中尿布400的圖是一次性尿布的一種簡化表示。一次性尿布的更詳細描述載于美國專利5,827,259，授予Laux等人，在此收作參考。
圖7畫出沿圖6的直線7-7截取的斷面視圖。表面特征720將穿戴者皮膚450與位于襯里700下面的吸收材料410隔開。襯里420以其底部區(qū)域702坐落在吸收材料410上?？尚牡氖牵砻嫣卣鞯慕佑|區(qū)域小于底部區(qū)域的接觸區(qū)域。具體地說，可心的是，非織造纖網(wǎng)700的取向是讓在載荷下提供最小接觸的宏觀表面特征720朝向穿戴者450。也可心的是，穿戴者與襯里的接觸面積小于穿戴者在襯里上的表面面積或其足跡的50％，更可心地，該接觸面積小于40％，30％，甚至更可心地，該接觸面積小于25％。據(jù)信，穿戴者皮膚與尿布打濕或潮的部分之間接觸的減少可改善穿戴者的皮膚健康。還相信，隔開將改善吸收制品的流體操縱能力。
該表面特征不需要完全抗壓縮。當壓縮力施加到該地形上時，表面特征可以被壓縮。例如，當嬰兒坐下時嬰兒的大部分體重傳遞到表面特征上，于是襯里和特征可顯著壓縮，結果在襯里表面與穿戴者皮膚之間提供很小的間隙。然而，可心的是，在正常使用期間該地形不被完全壓縮，而是該地形仍提供一定程度的間隙。還希望，表面特征具有回彈性，在正常使用期間可能傳遞到表面特征上的力不造成其永久變形。具體地說，可心的是，該變形在表面特征和伴隨結構的彈性極限范圍內(nèi)。于是，在使用期間表面特征把穿戴者皮膚與襯里表面相當大一部分隔開。當嬰兒靜止、爬行或行走時，可心地甚至當嬰兒體重的大部分傳遞到表面特征或襯里上時，表面特征仍將提供一定程度的間隙。
雖然范例實施方案的非織造布纖網(wǎng)是通過紡粘纖網(wǎng)的壓花制造的，但本發(fā)明非織造纖網(wǎng)可以通過其他方法制造。本領域技術人員懂得，本發(fā)明非織造纖網(wǎng)可通過紡粘方法以外的其他制造纖網(wǎng)的方法和通過壓花以外的其他方法制造。例如，具有宏觀表面特征的非織造纖網(wǎng)可用以下文獻中描述的方法制造美國專利申請序列號10/136,702，題為“在具有表面特征的表面上制造非織造布材料的方法和具有表面特征的非織造布材料”，由郵件快遞程序EL471213680US與本文共同提交，在此收作參考。此外，制造非織造纖網(wǎng)的其他方法也可用來制造包括本發(fā)明表面特征的纖網(wǎng)。例如，非織造纖網(wǎng)可以是粘合梳理纖網(wǎng)(BCW)、共成形纖網(wǎng)、氣流鋪網(wǎng)纖網(wǎng)、紡粘/熔噴/紡粘(SMS)纖網(wǎng)等。另外，纖網(wǎng)可包括或由各種不同材料、纖維素、漿粕纖維、雙組分纖維等制造。本領域技術人員已知的其他修改方案和處理方法也可結合本發(fā)明一起使用。
具有穩(wěn)定化的三維宏觀地形特征的非織造布可通過平坦非織造布基礎片材的熱成形來生產(chǎn)。非織造布基礎片材可以是粘合梳理纖網(wǎng)(BCW)、共成形纖網(wǎng)、氣流鋪網(wǎng)纖網(wǎng)、紡粘/熔噴/紡粘(SMS)纖網(wǎng)等?？尚牡氖牵w網(wǎng)經(jīng)過熱成形而具有在小于纖網(wǎng)面積50％上的表面特征，更可心地小于40％，進一步可心地小于30％，最可心地在小于25％面積上。也可心的是，應選擇纖網(wǎng)的材料和基重以及熱成形的花紋以便使特征在1.2kPa特征所受壓力(Pf)下不完全壓縮并提供間隙，更可心地在1.8kPa，甚至在10kPa下不完全壓縮并提供間隙。也可心的是，熱成形的表面特征至少是1mm高，以便在大部分非織造布材料表面與接觸非織造布材料表面的物體之間提供增加的間隙和空氣流通。還可心的是，所提供的表面特征至少是1.5mm、3mm、5mm甚至6mm高。
非織造布基礎片材可通過熱成形，從而包括在具有宏觀特性的加熱表面，例如，在加熱壓機上的具有表面特征的嚙合板，上的宏觀特征。加熱壓機是技術上熟知的并且容易得到。壓機應設定在足夠高的溫度，以便讓非織造纖網(wǎng)永久變形，但又不高到破壞非織造布的可心性能，例如，透氣性的程度。該成形板可具有各種不同賦予非織造布表面特征的特征中的任何一種。第一表面特征花紋圖示在圖3A、3B和3C中；第二表面特征花紋圖示于圖4A和4B。每一套板包括第一板和第二板，分別具有表面特征陣列，例如，方塊或三角形。各種不同其他花紋也是可能的，例如，六角形和菱形，只要一個或多個特征是宏觀的?？捎脙蓚€基本板結構來成形這些板，即，標準陽板和陰板或者交錯對插的板。在這里所描述的例子中，交錯對插板被用來提供重復的方塊和三角形花紋。將非織造布基礎片材放在二板之間，然后加熱、加壓以便將非織造布基礎片材熱成形。在這些例子中，生產(chǎn)出具有穩(wěn)定化宏觀地形的三維非織造布片材。雖然所畫出的非織造布包括沿x-方向和y-方向皆均勻分布的表面特征，但是本發(fā)明非織造布可包括僅沿一個方向均勻分布的特征。而且，本發(fā)明非織造布還可包括在布料表面不均勻設置或分布的特征，且可按照任何圖案設置和分布。
包括宏觀表面特征的本發(fā)明非織造纖網(wǎng)可接受任選的處理劑和/或添加劑的處理以改進纖網(wǎng)的一個或多個性能。例如，纖網(wǎng)的非凸起的區(qū)域可用親水處理劑處理以增加流體吸入能力。形成的未處理的凸起區(qū)域，即，表面特征，相對于處理過的非凸起區(qū)域?qū)⑤^為疏水。于是，纖網(wǎng)將提供比較干燥的凸起表面接觸區(qū)域并從而改進整個皮膚的干爽感。表面特征可沿著結構的整個長度和寬度延伸。表面特征的剛性可以變化，以提高或降低特征和非織造纖網(wǎng)的承載能力。
為了更好地理解本發(fā)明非織造纖網(wǎng)的某些特征，下面以非限制性方式給出實例和資料。
對比例A一種尿布襯里材料被用作對比例，對比例A。對比例A是0.5osy合成纖維非織造纖網(wǎng)，由98wt％埃克森公司(休斯敦，德克薩斯)的3155聚丙烯和2wt％二氧化鈦構成。該0.5osy合成纖維非織造纖網(wǎng)是采用紡粘法成形的。具有圓形斷面的纖維被用來成形纖網(wǎng)并具有約22μm(3dPf)的平均直徑。纖網(wǎng)是通過無規(guī)地鋪置連續(xù)長絲，隨后對無規(guī)鋪置的長絲實施熱點粘合而制成的。纖網(wǎng)的熱點粘合是采用具有14～21％粘合面積和460針/平方英寸的針密度的花紋完成的。針的幾何形狀是菱形。該襯里材料的進一步細節(jié)可見美國專利6,152,904，在此收作參考。
實例1一種具有宏觀表面特征的合成纖維非織造布纖網(wǎng)，通過先成形粘合不足的、雙組分紡粘纖網(wǎng)，然后將宏觀特征壓花到該欠粘合纖網(wǎng)上而制成。該宏觀表面特征是采用以加熱板加熱和加壓而壓花到纖網(wǎng)上的，其中板之一具有至少一個宏觀特征，從而將永久變形的宏觀凸起賦予了纖網(wǎng)。
該粘合不足的雙組分紡粘非織造布纖網(wǎng)是由雙組分連續(xù)長絲制成的。連續(xù)雙組分長絲由兩種大致等量的聚合物組分按照并列結構制造的。第一聚合物組分的組成是98wt％?？松?休斯敦，德克薩斯)的3155聚丙烯和2wt％二氧化鈦。第二組分的組成是100wt％道化學公司(Midland，密歇根)的61800聚乙烯。紡絲組件的紡絲孔的幾何形狀是0.6mm直徑、長徑比(L/D)4∶1，紡絲板具有，沿橫向，50孔每英寸(19.685孔每厘米)。紡絲組件內(nèi)的熔體溫度是410°F(210℃)，通過量是0.6g/孔/分(ghm)。成形高度是12英寸(30.5cm)。空氣驟冷器的冷卻風流率是32標準立方英尺每分鐘(scfm)，溫度是50°F(10℃)。吸絲器溫度為常溫，約75°F(23.9℃)，吸絲器壓力是3.5磅每平方英寸(psi)(24.31kPa)。采用7英寸水柱(17,440dyn/cm2)的網(wǎng)下真空將長絲收集到成形網(wǎng)上。采用，進口空氣270°F(132.2℃)、出口空氣溫度180°F(82.2℃)的熱空氣刀(HAK)、壓力是0.8psi(5.52kPa)，HAK在網(wǎng)上方的高度是1.5英寸(3.8cm)，借以幫助長絲結合為欠粘合纖網(wǎng)。該未粘合非織造布隨后被送到穿透空氣粘合機(TAB)。TAB設定在約270°F(132.2℃)的空氣溫度和0.5psi(34,470dyn/cm2)的空氣壓力，并排氣使纖維成形為欠粘合但成一體的纖網(wǎng)。線速度調(diào)節(jié)到約290ft/min(88.5m/min)，結果生產(chǎn)出0.5盎司每平方碼(osy)[17g/m2(gsm)]的非織造布材料。
隨后，欠粘合纖網(wǎng)，通過利用加熱和加壓將一種三維“方塊”花紋壓花到纖網(wǎng)中而熱成形為具有穩(wěn)定化宏觀地形的三維非織造布片材，其中加熱和加壓是由圖3A和3B所示加熱、交錯對插板300和350完成的。每個交錯對插板包括與相對板上的類似凸起花紋彼此嚙合的凸起花紋。第一板300包括方格盤花紋，其方塊凸起如圖3A所示。第一板上的每個凸起310近似3mm高，根部尺寸約5mm×5mm，止于方形遠端頂表面320，其尺寸略大于3mm×3mm(約3.5mm×3.5mm)。各個凸起的排列間距是，沿x和y方向中心到中心大約9.5mm。圖3B中所示第二板350包括類似圖案，由約4mm高的交替方塊凸起310組成，每個凸起310根部尺寸為4mm×4mm，止于方形遠端頂面320，其方形尺寸略微小于3mm×3mm(約2.9mm×2.9mm)。
花紋板加熱到約275°F(135℃)的溫度，然后將粘合不足的纖網(wǎng)放在加熱板上。隨后，在纖網(wǎng)上再放上相對的加熱板，使得第二板上的凸起與第一板上的凸起嚙合，如圖3C所示。隨后，約115psi(793kPa)的壓花壓力施加到板上約35s。在施加足夠熱和壓力使纖網(wǎng)變形之后，分開二板并從二板之間取出纖網(wǎng)。獲得的具有宏觀特征的三維材料如圖A1、1B和1C所示，具有76密耳(1.93mm)有效松厚度。確定有效松厚度的方法采用STARRET-型膨松度測試儀和0.05磅每平方英寸(3,450dyn/cm2)的壓力(Pw)。
實例2重復實例1，不同的是，將成形網(wǎng)和TAB的線速度調(diào)節(jié)到120ft/min(36.6m/min)，生產(chǎn)出1.2盎司每平方碼(osy)[40.7g/m2(gsm)]的材料。實例2的1.2osy欠粘合材料采用在實例1中描述的方塊圖案熱成形。形成的具有宏觀特征的三維材料如圖1A、1B和1C所示并具有80密耳(2.0mm)的有效松厚度。
實例3重復實例1，不同的是，將成形網(wǎng)和TAB的線速度調(diào)節(jié)到約58ft/min(17.7m/min)，生產(chǎn)出2.5盎司每平方欠(osy)[85g/m2(gsm)]的材料。實例3的2.5osy欠粘合材料采用在實例1中描述的方塊圖案熱成形。形成的具有宏觀特征的三維材料如圖1A、1B和1C所示并具有98密耳(2.5mm)的有效松厚度。
實例4重復實例2，不同的是，1.2osy欠粘合纖網(wǎng)通過將三維“三角形”圖案壓花到纖網(wǎng)上被熱成形為具有穩(wěn)定化的宏觀地形的三維非織造布片材，其中加熱和加壓由圖4A和4B所示加熱的交錯對插板400和450完成。
1.2osy(40.7gsm)欠粘合纖網(wǎng)通過將三維“三角形”圖案壓花到纖網(wǎng)上被熱成形為具有穩(wěn)定化的宏觀地形的三維非織造布片材，其中加熱和加壓由圖4A和4B所示加熱的交錯對插板400和450完成。每個交錯對插板包括的三角形凸起圖案與相對板上的三角形凸起類似圖案嚙合。第一板400包括三角形齒狀凸起圖案，如圖4A所示。第一板上的每個三角形凸起410高近似3mm并具有等邊三角形根部，每邊尺寸為約8mm，止于等邊三角形遠端頂面420，每邊尺寸為約5mm。各個凸起的排列間距是，沿x和y方向，中心到中心大約9mm。圖4B中所示第二板450包括類似圖案，由約4mm高的交替三角形凸起410組成，每個凸起410等邊三角形根部尺寸為每邊約8.5mm，止于等邊三角形遠端頂面420，每邊約5mm。
形成的具有宏觀特征的三維材料表示在圖5A、5B和5C中并具有120密耳(3.05mm)有效松厚度。
實例5重復實例3，不同的是，2.5osy(85gsm)欠粘合纖網(wǎng)通過將三維“三角形”圖案壓花到纖網(wǎng)上被熱成形為具有穩(wěn)定化的宏觀地形的三維非織造布片材，其中加熱和加壓由圖4A和4B所示加熱的交錯對插板400和450完成。形成的具有宏觀特征的三維材料表示在圖5A、5B和5C中并具有133密耳(3.38mm)有效松厚度。
試驗方法基重樣品的基重測定方法是，從每一種材料樣品上測量并裁切3英寸(7.6cm)直徑圓形樣品。每個3英寸樣品采用天平稱重。記錄樣品重量的克數(shù)，隨后除以樣品面積，就得到樣品的基重。每種材料采用該程序測定并稱重5個樣品，從而獲得每種非織造布樣品的平均基重。
厚度還測定了材料或樣品的厚度。實例材料的厚度是這樣測定的采用STARRET-型膨松度測試儀在0.05psi(3,450dyn/cm2)載荷(Pw)下測量樣品材料(纖網(wǎng))的厚度。測定厚度并以毫米為單位記錄下來。將材料的樣品切成4英寸×4英寸(10.2cm×10.2cm)見方。切取并采用上面描述的程序測量5個樣品，以獲得每種樣品的平均厚度。
松密度各實例的非織造布材料的松密度是由單位面積非織造布材料樣品重量，以每平方米克數(shù)(gsm)為單位，除以材料樣品的厚度的毫米數(shù)(mm)算出的。纖網(wǎng)厚度是在0.05psi(3,450dyn/cm2)下按照前面厚度測定中所述測定的。將結果乘以0.001換算所得數(shù)值為每立方厘米克數(shù)(g/cc)。測定每個實例的總共5個樣品并取平均，從而得出密度值。
接觸面積也測定了各實例的非織造布材料的接觸表面面積。試驗設備包括3″×4″(7.6cm×10.2cm)樣品臺，其最小厚度為1/4英寸(6.35mm)、一塊12.25″×5″×3/16″(31cm×12.7cm×0.48cm)LUCITE，每種材料的樣品，切成3″×4″(7.6cm×10.2cm)矩形，體積壓縮計、溫度計、細筆、切成3″×4″(7.6cm×10.2cm)矩形的透明紙以及濕度計。所有采用該程序測量的接觸面積都是名義接觸面積。就是說，接觸面積由各表面特征與放在特征上的全平表面之間的接觸來規(guī)定。這不是技術上與沿著樣品投影面積上的全平表面接觸的單根纖維面積之和，而是包括單根纖維之間的面積。
初始測定和調(diào)試1)在74±4°F(23.3±2.2℃)和50±10％相對濕度的控制環(huán)境中進行試驗。
2)樣品應取自在從成形線下來時并且尚未卷繞或包裝時就取下的具有代表性的材料。
3)樣品應從纖網(wǎng)上均勻的和能代表母體材料的部分切取。
4)從每個實例的母體材料切取3個3″×4″(7.6cm×10.2cm)的矩形樣品。
5)每種樣品的初始松密度采用體積壓縮計測定。
6)加上載荷，當讀數(shù)穩(wěn)定4s時記錄下數(shù)值。記錄數(shù)值以后立刻將樣品從載荷上取下。
初始接觸表面/面積7)將3″×4″(7.6cm×10.2cm)樣品臺放在平坦、水平的表面上面。
8)給3″×4″(7.6cm×10.2cm)樣品鋪在樣品臺上并放在其頂面。
9)通過在樣品頂面蒙上全平透明表面而取得初始表面接觸面積。該方法采用一塊透明紙。
10)材料在讀取初始讀數(shù)時的材料上提供小于0.003psi的載荷。
11)從每次接觸地形表面特征的正上方投影，通過用細筆勾畫周邊記錄下材料的表面接觸周邊。
12)然后，將該材料與全平表面接觸的面積記做初始接觸面積。該面積是根據(jù)在步驟11中所做的勾畫確定的。
13)將該初始接觸面積除以樣品投影面積(即，12平方英寸)，就得出接觸表面占樣品面積的百分率。
在加大載荷下的接觸表面14)為在較重載荷下測定額外的接觸面積，將一片全平矩形Lucite材料放在樣品材料上面。
15)測量Lucite材料的矩形中心。
16)將一片3″×4″(7.6cm×10.2cm)矩形對中地放在該Lucite材料矩形片上并進行勾畫。勾畫的周邊邊緣平行于Lucite材料矩形的邊緣。
17)Lucite材料的尺寸是12.25″×5″×3/16″(31cm×12.7cm×0.48cm)，重量是0.6磅(273g)。
18)將一片透明紙放在Lucite材料上，以便將特征的周邊記錄到紙上。
19)從每個接觸的地形表面特征的正上方投影，利用細筆記錄該材料的表面接觸周邊。
20)隨后，記錄該材料的接觸全平表面的材料面積并將載荷條件也記錄下來。
21)將載荷下的接觸面積除以樣品投影面積(即，12平方英寸或77.4cm2)，就得出接觸面積占樣品面積的百分數(shù)。
22)表面特征受到的平均真載荷可通過板施加在樣品上的重量除以與該全平載荷接觸的樣品面積來確定。例如，在12平方英寸樣品上的0.6磅，若具有20％接觸面積，則在0.25psi
壓力下將表現(xiàn)出20％的接觸面積。
采用兩種不同的重量，1.2磅和6磅(0.545和2.73kg)進行附加的接觸面積測定。接觸面積測定一直持續(xù)到該重量等于6磅，或者接觸面積大于90％。
23)將Lucite材料的全平矩形片放在樣品材料上。
24)測量并確定Lucite材料的矩形片的中心。
25)將一片3″×4″(7.6cm×10.2cm)矩形對中地放在該Lucite材料矩形片上并進行勾畫。勾畫的周邊邊緣平行于Lucite材料矩形的邊緣。
26)Lucite材料的尺寸是12.25″×5″×3/16″(31cm×12.7cm×0.48cm)，重量是0.6磅(273g)。
27)在Lucite材料邊緣上每一端添加0.3磅(136.35g)重量，以便將總共1.2磅力加在這12平方英寸纖網(wǎng)上。
28)將一片透明紙放在Lucite材料上，以便將特征的周邊記錄到紙上。
29)從每個接觸的地形表面特征的正上方投影，利用細筆記錄材料的表面接觸周邊。
30)隨后，記錄該材料的接觸全平表面的材料面積并將載荷條件也記錄下來。
31)將載荷下的該接觸面積除以樣品投影面積(即，12平方英寸)，就得出接觸面積占樣品面積的百分數(shù)。
32)表面特征受到的平均真載荷可通過板施加在樣品上的重量除以與該全平載荷接觸的樣品面積來確定。例如，在12平方英寸樣品上的0.6磅，若具有20％接觸面積，則在0.25psi
壓力下將表現(xiàn)出20％的接觸面積。
33)重復步驟22～30，其中步驟26修改成每一側提供2.7磅(1227g)重量，共6磅(2.72kg)總載荷。
34)實驗一直進行到樣品上的總載荷等于6磅，或者樣品與全平材料的名義接觸面積大于90％。
35)步驟29后最多5min時讀取并記錄材料(纖網(wǎng))的松密度(bulk)。
施加在纖網(wǎng)上的壓力(Pw)參見圖2A，物體P與非織造布100的接觸面積是圖2A和2C中所示畫陰影線的面積之和。特征120所支撐的物體P傳遞給非織造纖網(wǎng)100的壓力可用被支撐物體P的重量除以連接所有直接接觸物體的片材點的全平鄰接面積來衡量。例如，如果物體由16個宏觀特征100支撐著，則支撐物體P的非織造纖網(wǎng)的面積是，在平行于連接支撐物體的所有16個特征或16個特征中一部分的非織造布基礎平面的平面內(nèi)測定的鄰接面積(Wp×Lp)。在圖2C中，非織造布所支撐物體P傳遞給片材的壓力可用被支撐物體P的重量除以物體下面的全平鄰接面積Lp乘Wp來衡量。
表面特征受到的平均壓力(Pf)表面特征受到的平均真載荷，用板作用于樣品的重量除以與全平載荷接觸的樣品面積來確定。表面特征受到的平均壓力Pf是通過校正與載荷Pw接觸的實際面積來確定的。這是通過將Pw除以接觸面積百分率實現(xiàn)的。
纖網(wǎng)體積的測定方法非織造纖網(wǎng)體積是根據(jù)纖網(wǎng)內(nèi)部孔隙體積和纖維占據(jù)的體積的測定結果來確定的。纖維體積是由纖網(wǎng)重量除以纖維密度算出的。對于具有高度表面起伏的纖網(wǎng)來說，內(nèi)部孔隙體積是通過液體飽和實驗測定的，其中將不被包含在內(nèi)孔隙中的液體從測定結果中扣除。
這可采用根據(jù)Burgeni和Kapur在《紡織研究雜志》(TextileResearch Journal)卷37，pp.356～366(1967)中報道的多孔板法的設備來確定，在此將其公開內(nèi)容收作參考。該設備包括與可編程步進電機連接的可移動臺和由電腦控制的電子天平?？刂瞥绦?qū)⑴_自動移動到要求的高度，以規(guī)定的采樣速率收集數(shù)據(jù)直至達到平衡，然后將臺移動到下一計算的高度。可控參數(shù)包括采樣速率、平衡判據(jù)和吸收/解吸循環(huán)次數(shù)。
該分析數(shù)據(jù)的收集采用含表面活性劑的液體以便使非織造纖網(wǎng)變得完全可濕，測定是在解吸模式下完成的。就是說，材料在零高度達到飽和，而該多孔板(以及樣品上的有效毛細管張力)以對應于所要求的毛細管半徑或毛細管張力的各單個步驟逐步升高。在零高度，由于非織造纖網(wǎng)表面起伏的原因存在著一定數(shù)量被窩藏在纖網(wǎng)與板之間界面中的液體。隨著板的抬高，監(jiān)測從樣品中流出的液體數(shù)量。每隔15s讀取每一高度處的讀數(shù)，并假定當4次前后銜接的讀數(shù)的平均變化小于0.005g時就達到了平衡。界面液體(在飽和的非織造纖網(wǎng)樣品與多孔板之間界面的)通常是通過略微抬高板(0.5～0.7cm)來除掉。內(nèi)部孔隙體積以cm3/g表示。
非織造纖網(wǎng)體積是上面描述的內(nèi)孔隙體積測定值與纖維體積之和。
Vnw＝纖網(wǎng)體積cm3/g)＝內(nèi)孔隙體積+(1/纖維密度)采用體積壓縮計測定的襯里與全平表面之間的空間的體積取每個實例的圓形樣品，然后用圓(3″)面積乘樣品的厚度t(t是采用STARRET-型膨松度測試儀確定的)來確定樣品通過其上和下平面分離所造成的體積。該體積被規(guī)定為Vp，代表將一定形狀材料的上、下平面分開的空間的體積。
Vp(cm3)＝t(cm)×圓面積(cm2)隨后將采用上面描述的方法確定的非織造纖網(wǎng)體積(Vnw)從分隔兩個平面的空間體積(Vp)中減去，就得出不被纖網(wǎng)占據(jù)的二平面之間空間的體積(Vs)。
Vs(cm3)＝Vp(cm3)-Vnw(cm3)由于Vnw和Vp是采用同一圓形樣品面積確定的，所以不被纖網(wǎng)占據(jù)的二平面之間空間的體積(Vs)可用該面積來除，從而確定體積(cm3)/面積(cm2)或Vsa。
Vsa(cm3/cm2)＝Vs(cm3)/面積(cm2)實例中所采用的材料通常是對稱的。因此，單位面積襯里頂面與皮膚之間空間的體積Vls可通過Vsa除以2來確定。
Vls(cm3/cm2)＝Vas(cm3)/2這一假定對于實例中采用的圖案來說是安全的，因為面朝體側的表面提供與身體最小程度的接觸。因此，假定兩側是對稱的，可以估計出纖網(wǎng)上方的真體積。
回復百分率確定體積回復的方法采用Pw或纖網(wǎng)受到的載荷。樣品被裁成3英寸圓形，然后測定樣品的厚度。樣品材料的厚度是通過，使用STARRET-型膨松度測試儀測定樣品材料(纖網(wǎng))在0.05psi(3,450dyn/cm2)載荷(Pw)下的厚度來確定的。該厚度以一英寸的千分之一為單位衡量。記錄到的數(shù)據(jù)提供材料的初始膨松厚度(厚度0)。
隨后，取出樣品，并將其置于3.45kPa載荷Pw之下。載荷加在上面5min，然后撤掉。讓材料在環(huán)境條件下回復5min。然后再次采用膨松度測試儀在0.05psi(3,450dyn/cm2)載荷(Pw)下測定材料的厚度，從而獲得最終厚度(厚度f)。
最終厚度除以初始厚度得出體積回復百分率。
％回復＝厚度f/厚度0試驗結果對實施例的試驗結果載于下表A。在表A中，未能提供間隙的材料用符號“-”指出。
表10

權利要求
1.一種三維非織造纖網(wǎng)，具有小于0.04g/cm3的區(qū)域松密度，并包含限定x，y-平面的頂側基礎表面和至少一個伸出到x，y-平面以外的宏觀表面特征，其中宏觀表面特征的特征在于具有一個頂點，該頂點伸出到頂側基礎表面的x，y-平面上方至少約1mm并在1.2kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1mm的高度，其中至少一個宏觀特征導致接觸放在宏觀表面特征上的物品，使得非織造纖網(wǎng)與放在宏觀表面特征上的物品之間的接觸面積，在1.2kPa載荷(Pf)作用下小于支撐物品的非織造纖網(wǎng)整塊面積的50％。
2.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征的特征在于一種具有伸出到x，y-平面上方至少1.5mm的頂點的特征。
3.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征的特征在于一種具有伸出到x，y-平面上方至少3mm的頂點的特征。
4.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征的特征在于一種具有伸出到x，y-平面上方至少5mm的頂點的特征。
5.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征的特征在于一種具有伸出到x，y-平面上方至少約6mm的頂點的特征。
6.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)與放在宏觀表面特征上的物品之間在1.2kPa載荷(Pf)下的接觸面積百分率小于支撐物品的非織造纖網(wǎng)的整塊面積的40％。
7.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)與放在宏觀表面特征上的物品之間在1.2kPa載荷(Pf)下的接觸面積百分率小于支撐物品的非織造纖網(wǎng)的整塊面積的30％。
8.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)與放在宏觀表面特征上的物品之間在1.2kPa載荷(Pf)下的接觸面積百分率小于支撐物品的非織造纖網(wǎng)的整塊面積的25％。
9.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)包含大量宏觀特征，該宏觀特征的頻率是每100cm2在x，y-平面內(nèi)的非織造纖網(wǎng)至少1個宏觀表面特征。
10.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)包含大量宏觀特征，該宏觀特征的頻率是每50cm2在x，y-平面內(nèi)的非織造纖網(wǎng)至少1個宏觀表面特征。
11.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)包含大量宏觀特征，該宏觀特征的頻率是每10cm2在x，y-平面內(nèi)的非織造纖網(wǎng)至少1個宏觀表面特征。
12.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)包含大量宏觀特征，該宏觀特征的頻率每1cm2在x，y-平面內(nèi)的非織造纖網(wǎng)至少1個宏觀表面特征。
13.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)的區(qū)域松密度小于0.03g/cm3。
14.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)的區(qū)域松密度小于0.02g/cm3。
15.權利要求9的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.2kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1.5mm的高度。
16.權利要求9的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.2kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少3mm的高度。
17.權利要求9的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.2kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少6mm的高度。
18.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.8kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1mm的高度。
19.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.8kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1.5mm的高度。
20.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.8kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少3mm的高度。
21.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.8kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少6mm的高度。
22.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在10kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1mm的高度。
23.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在10kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少1.5mm的高度。
24.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在10kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少3mm的高度。
25.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在10kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少6mm的高度。
26.權利要求9的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.2kPa物品對非織造纖網(wǎng)接觸區(qū)域載荷(Pf)下，在非織造纖網(wǎng)頂面與放在宏觀表面特征上的物品之間每1.0cm2非織造纖網(wǎng)提供至少0.08cm3空氣空間。
27.權利要求9的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.2kPa物品對非織造纖網(wǎng)接觸區(qū)域載荷(Pf)下，在非織造纖網(wǎng)頂面與放在宏觀表面特征上的物品之間每1.0cm2非織造纖網(wǎng)提供至少0.09cm3空氣空間。
28.權利要求9的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征在1.2kPa物品對非織造纖網(wǎng)接觸區(qū)域載荷(Pf)下，在非織造纖網(wǎng)頂面與放在宏觀表面特征上的物品之間每1.0cm2非織造纖網(wǎng)提供至少0.10cm3空氣空間。
29.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)沿x和y-方向具有均一的組成。
30.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)包含層合材料。
31.權利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)包含雙組分纖維。
32.一種三維非織造纖網(wǎng)，具有小于0.03g/cm3的區(qū)域松密度，并包含限定x，y-平面的頂側基礎表面和大量以每100cm2非織造纖網(wǎng)至少一個宏觀特征的頻率伸出到x，y-平面以外的宏觀表面特征，其中宏觀表面特征的特征在于具有一個頂點，該頂點伸出到頂側基礎表面的x，y-平面上方至少約3mm并在1.2kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少3mm的高度，其中宏觀特征導致接觸放在宏觀表面特征上的物品，使得非織造纖網(wǎng)與放在宏觀表面特征上的物品的接觸面積百分率，在1.2kPa載荷(Pf)下，小于支撐物品的非織造纖網(wǎng)整塊面積的40％。
33.權利要求32的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征的特征在于一種具有伸出到x，y-平面上方至少5mm的頂點的特征。
34.權利要求32的非織造纖網(wǎng)，其中宏觀特征的特征在于一種具有伸出到x，y-平面上方至少約6mm的頂點的特征。
35.權利要求32的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)與放在宏觀表面特征上的物品在1.2kPa載荷(Pf)下的接觸面積百分率小于支撐該物品的非織造纖網(wǎng)整塊面積的30％。
36.權利要求32的非織造纖網(wǎng)，其中非織造纖網(wǎng)與放在宏觀表面特征上的物品在1.2kPa載荷(Pf)下的接觸面積百分率小于支撐該物品的非織造纖網(wǎng)整塊面積的25％。
37.一種三維、壓花非織造纖網(wǎng)，具有小于0.03g/cm3的區(qū)域松密度，并包含限定x，y-平面的頂側基礎表面和大量以每1cm2非織造纖網(wǎng)至少一個宏觀特征的頻率伸出到x，y-平面以外的宏觀表面特征，其中宏觀表面特征的特征在于具有一個頂點，該頂點伸出到頂側基礎表面的x，y-平面上方至少約5mm并在1.8kPa載荷(Pf)下保持在頂側基礎表面的x，y-平面上方至少3mm的高度，其中宏觀特征導致接觸放在宏觀表面特征上的物品，使得非織造纖網(wǎng)與放在宏觀表面特征上的物品的接觸面積百分率，在1.8kPa載荷(Pf)下，小于支撐物品的非織造纖網(wǎng)整塊面積的40％。
全文摘要
提供一種三維非織造纖網(wǎng)，具有小于0.04g/cm
文檔編號D04H3/16GK1650060SQ03809343
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月15日 優(yōu)先權日2002年4月30日
發(fā)明者C·D·芬維克, B·D·海恩斯, K·L·布朗, S·C·保羅, C·M·特魯索克, M·拉姆比多尼斯, S·A·巴拉蒂安 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司