具体实施方式

多层片材结构

图1示出了本发明的第一实施例的截面视图10。纤维多层片材结构10包含分别具有第一表面12和第二表面13的不连续纤维层11、以及在不连续纤维层11的第一表面12上的一个连续熔纺纤维层14。

图2示出了本发明的第二实施例的截面视图20。纤维多层片材结构20包含分别具有第一表面22和第二表面23的不连续纤维层21、在不连续纤维层21的第一表面22上的一个连续熔纺纤维层24、以及在不连续纤维层21的第二表面23上的另一个连续熔纺纤维层25。

图3示出了本发明的第三实施例的截面视图30。纤维多层片材结构30包含分别具有第一表面32和第二表面33的第一不连续纤维层31、在不连续纤维层31的第一表面32上的一个连续熔纺纤维层34、以及在连续纤维层34远离第一不连续纤维层31的表面上的具有第一表面36和第二表面37的第二不连续纤维层35。

图4示出了本发明的第四实施例的截面视图40。纤维多层片材结构40包含分别具有第一表面42和第二表面43的不连续纤维层41。包含两个连续熔纺纤维层44和47的组件位于不连续纤维层41的第一表面42上，并且包含两个连续熔纺纤维层45和46的组件位于不连续纤维层41的第二表面43上。

还可以设想其他实施例，比如CCDDCC、CDCDC、CCCDDCC或CDDCDDC，其中C是连续熔纺纤维层并且D是不连续纤维层。

在CCDCC结构的一个实施例中，D层具有不大于30gsm的面积重量。典型地，多层片材结构具有不大于100gsm的面积重量、不大于100m³m^-2min^-1的透气度、以及不大于150微米的孔径。更优选地，孔径不大于120微米。

在CCDCC结构的又另一个实施例中，D层具有不大于100gsm的面积重量。片材结构具有不大于600gsm的面积重量、不大于100m³m^-2min^-1的透气度、以及不大于150微米的孔径。更优选地，孔径不大于120微米。

图1至图4示出了本发明的实例，其中，每个单一片材结构层(比如31、34和35)是不连续纤维层或者连续纤维层，换句话说，31、34、35分别是D、C、D。可以设想其他片材结构构造，其中在结构层内，存在连续纤维组分和不连续纤维组分的共混物。这些可以被视为互锁区域或混合层。图6中的60大致示出了这样的一个实例。层61是仅包含不连续纤维的层，而层63是仅包含连续纤维的层。层62和64是在每层内包含连续纤维区域和不连续纤维区域的共混层。层62包含62a和62b处的连续纤维区域和62c处的不连续纤维区域。层64包含64c处的连续纤维区域以及64a和64b处的不连续纤维区域。层内连续纤维区域和不连续纤维区域的许多组合是可能的。这些可以主要在机器方向或横向机器方向上定向。基于本说明书中使用的命名，图6的说明性实例可以分别将层61至层64作为D(CDC)C(DCD)多层片材结构来描述。

在其他实施例中，每个不连续纤维层具有5gsm至100gsm的面积重量。在又其他实施例中，每个连续熔纺长丝状层的总面积重量为5gsm至500gsm。

C层和D层可以具有相同或不同的化学组成。

不连续纤维层

不连续纤维层的纤维不是熔喷纤维。熔喷是制造超细纤维和纳米纤维的方法，其中聚合物熔体通过由高速吹气包围的小喷嘴挤出。随机沉积的纤维形成非织造片材产品。

不连续纤维包括纸浆和纳米纤维。在本上下文中，纳米纤维是具有小于一微米的至少一个尺寸的纤维。

不连续纤维可以是合成纤维、天然纤维或其共混物。示例性合成纤维包括聚烯烃和烯烃共聚物(例如聚丙烯、茂金属聚丙烯或聚乙烯)、聚酯、聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、乙烯-乙烯醇共聚物、乙酸纤维素或其组合。上述合成纤维或天然纤维也可以是双组分或多组分纤维，在一些实施例中，所述纤维可以呈皮-芯纤维的形式，或者呈其中两个组分并排的形式。在后一种情况下，两个并排的组分可以捻合在一起。示例性天然纤维包括纤维素、纤维素纤维前体(比如非木质素游离纤维素)和纤维素衍生物(比如棉花、木浆、亚麻、大麻、以及如传统描述的例如来自植物或动物来源的粘胶纤维)(例如维基百科链接https：//en.wikipedia.org/wiki/Listof_textile_fibres)。在一些实施例中，不连续纤维具有不超过12mm的长度，并且长丝直径不超过11分特(10旦尼尔)。乙酸纤维素也是用于纤维的合适材料。在另一个实施例中，使用天然和合成不连续纤维的共混物。

不连续纤维可以是单组分、双组分或多组分纤维，此类术语在纺织领域是众所周知的。在一个实施例中，纤维可以是具有聚丙烯芯和低熔点聚合物皮或聚酯芯和低熔点共聚酯或聚烯烃皮的双组分纤维。

在一些实施例中，不连续纤维层中的至少一个包含不同尺寸(即长度和/或直径)的纤维。

在一些实施例中，不连续纤维层具有5gsm至100gsm的面积重量。

熔纺连续纤维层

熔纺纤维层包含连续合成或嵌入的生物基纤维。有关生物基纤维的更多信息可以在维基百科链接下找到：https：//en.wikipedia.org/wiki/Bio-based_material。从陶氏杜邦公司(Dow DuPont)购得的就是一种这样的纤维。在本发明的上下文中，术语“纤维”和“长丝”是可互换的。

在熔融纺丝中，纤维形成物质通过喷丝头熔融挤出，然后通过冷却直接固化。熔融纺丝利用热量将聚合物熔融到适合于通过喷丝头挤出的粘度。熔融纺丝用于不会在挤出所必需的温度下分解或降解的聚合物。

优选地，连续熔纺纤维是聚烯烃和烯烃共聚物(比如聚丙烯、茂金属聚丙烯或聚乙烯)、聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚酯、芳族聚酰胺，乙烯-乙烯醇共聚物或乙酸纤维素。

示例性生物基纤维包括聚乳酸和纤维素衍生物，其为纤维素的化学和/或生物修饰形式，例如用于食品加工(参见Encyclopedia.com，https：//www.encyclopedia.com/education/dictionaries...pictures.../cellulose-derivatives)。

连续纤维可以是单组分、双组分或多组分。

在一些实施例中，连续熔纺纤维层具有5gsm至500gsm的面积重量。

在一些实施例中，连续纤维层中的至少一个包含不同尺寸(即直径和/或截面)的纤维，并且可以进一步包含纳米颗粒。

制造片材结构的方法

优选地，通过在一步工艺中形成和固结不连续纤维层和连续纤维层的方法来制造片材结构。这种方法如图5所示，所述图是适合于制造图4中所描述的片材结构的工艺的示意图。

设备由铺设带(比如连续带51)组成。带沿箭头方向移动。带上方是所需数量的单元，所述单元是在片材结构中形成所期望数量的连续纤维层和不连续纤维层所必需的。在图5中，单元44a至47a是那些分别在图4的片材结构中产生层44至层47的单元。单元41a产生图4的层41。哪些单元的位置或数量可以改变以产生不同层构型的片材结构。可以使用用于纺制连续纤维和用于制造不连续纤维的任何合适的商业单元。在最后一层(在这种情况下是层47)被铺设之后，未固结的片材结构通过比如一对辊52a和52b的固结或压延工艺进料。有时，辊52b可以由工作台代替。调整辊的温度和施加在辊隙(roll nip)处的压力来提供所必需的固结水平。所述辊通常由钢制成，或者一个辊由钢制成而另一个辊具有橡胶套。这种工艺在层压领域中是熟知的。52a和52b还可以是多孔钢鼓的组合，所述多孔钢鼓将饱和蒸汽施加到压靠在橡胶支承辊上的纤维片材结构上。通过气体粘合也可以获得类似类型的热粘合。

制品

可以使用本文所描述的多层片材结构来制造宽范围的制品。这些制品包括但不限于比如用于排水、景观结构或运动场部件的土工织物；压电纺织品；能量获取区域；广告设计；医疗包装；过滤；气体储存容器；建筑材料，比如房屋包覆物、墙壁和屋顶下覆盖物；隔音或吸音材料；过滤材料，比如食品过滤器、空气过滤器、液体过滤器、真空清洁器过滤器；膜支架；卫生或医疗材料，比如防护服、一次性尿布、消毒包覆物、医用过滤器或干燥剂包。

测试方法

根据DIN EN 29073-3(1992)测量拉伸强度和伸长率。

根据BS EN ISO 9864(2005)测量基重(单位面积质量)。

每个层的厚度的确定是根据EN ISO9863-1(2016)来确定的。

根据EN ISO 12956(2010)，基于校准的沙粒筛分，执行片材结构的特征开口(孔)径的确定。O90是一种确定开口(孔)径的光学方法并且与ISO 12956(2010)相关。

根据ASTM D4533-91(1996)测量片材结构的梯形撕裂强度的测试方法。

纺织织物的透气度按照ISO 9237：1995来确定。

实例

给出了以下实例来说明本发明，并且不应被解释为以任何方式对本发明进行限制。除非另外指明，否则所有份数和百分比都是按重量计。根据本发明的一种或多种工艺制备的实例由数值来指明。对照实例或对比实例由字母来指明。与对比实例和本发明的实例相关的数据和测试结果在表1至表4中示出。

在表中，“SST MD”是通过测试方法DIN EN 29073-3(1992)在机器方向上的拉伸强度(使用50x200mm样品)，并且“SST XD”是在横向机器方向上的拉伸强度(使用50x200mm样品)。“Elong MD”是在机器方向上的断裂伸长率，并且“Elong XD”是在横向机器方向上的断裂伸长率。“TTMD”是在机器方向上的梯形撕裂，并且“TTXD”是在横向机器方向上的梯形撕裂。“Air Perm”是透气度。“O90”和“O90E”是孔径测量值，分别通过光学手段和物理分离(筛分)来确定。机器方向和横向方向在层压和纺织领域中是众所周知的术语。

在17个不同的地方对每个片材结构的样品进行测量，并且引用的值是这些值的平均值。

所有实例都是在600mm宽的常规铺设机器上制造的。

实例1

实例1是具有78gsm总面积重量的CCDCC构造。C层的组合复制了可从特拉华州威明顿市陶氏杜邦公司(Dow DuPont，Wilmington，DE)商购、并且具有68gsm的面积重量的3207连续聚丙烯长丝的纺粘非织造织物。D层的纤维是聚丙烯。D层重10gsm，并且包含具有1.7标称分特(1.5旦尼尔)的聚丙烯短熔纺纤维(即未熔喷)。如图5和随后的描述所概述的来制造片材结构。

对比实例A

片材结构为陶氏杜邦公司的商业产品3207，所述产品具有四层CCCC构造，并且其重量为68gsm。每层包含连续聚丙烯长丝的纺粘非织造织物。除了省略了元件41之外，如图5和随后的描述所概述的来制造片材结构。

对比实例B

重量为150gsm的片材结构也是包含四层的CCCC构造并且是可商购的连续聚丙烯长丝的纺粘非织造织物。该材料是作为SF44可从陶氏杜邦公司购得的。除了省略了元件41之外，如图5和随后的描述所概述的来制造片材结构。

表1和表2中总结了这三个实例的特性。

表1

表2

实例2

实例2是具有84gsm总面积重量的CCDCC构造。所有四个C层的总面积重量为74gsm。所述层与之前所描述的3207类似，但面积重量较低。D层重10gsm，并且包含具有聚丙烯芯和聚乙烯皮的短熔纺双组分纤维。纤维具有1.7的标称分特(1.5旦尼尔)。如图5和随后的描述所概述的来制造片材结构。

对比实例C

多层片材结构是重量为240gsm的CCCC构造并且包含四层。这种结构是作为SF70可从陶氏杜邦公司商购的。每层包含连续聚丙烯长丝的纺粘非织造织物。除了省略了元件41之外，如图5和随后的描述所概述的来制造多层片材结构。

对比实例D

多层片材结构是重量为125gsm的CCCC构造并且包含四层。这种结构是作为VD37可从陶氏杜邦公司商购的。每层包含连续聚丙烯长丝的纺粘非织造片材。除了省略了元件41之外，如图5和随后的描述所概述的来制造多层。

对比实例E

多层片材结构是重量为90gsm的CCCC构造并且包含四层。这种结构是作为SF27可从陶氏杜邦公司商购的。每层包含连续聚丙烯长丝的纺粘非织造片材。除了省略了元件41之外，如图5和随后的描述所概述的来制造多层。

表3和表4总结了这四个实例的特性。

表3

表4

nm＝未测量

上表所示的结果展示了本发明构思的优点。当片材结构的特性按基重“归一化”时，两个特征尤其明显，这种归一化比较的类型在纺织工业中非常常见：(i)对于较低的基重，本发明的样品提供改进的或者可比较的机械强度，以及(ii)对于较低的基重，本发明的样品提供减小的或可比较的孔径，这是许多工业应用的相关特性。