CN101243222A - 包括不同密度的纤维区的非织造织物及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种单片式含纤维复合物，其包括：(a)包括多根第一粘合纤维(114)和多根韧皮纤维(118)的第一区(102)；(b)包括多根第二粘合纤维(116)和多根韧皮纤维的位于第一区之上的第二区(106)；和(c)位于第一区和第二区之间的过渡区(104)。过渡区包括第一粘合纤维(114)、第二粘合纤维(116)和韧皮纤维(118)的浓度。第一过渡区中第一粘合纤维的浓度在靠近第一区处最大且在靠近第二区处最小，第一过渡区中第二粘合纤维和韧皮纤维的浓度在靠近第二区处最大且在靠近第一区处最小。本发明还公开了一种生产单片式含纤维复合物的方法。

Description

包括不同密度的纤维区的非织造织物及其制造方法
技术领域
本发明涉及含纤维复合物(例如，含天然纤维的复合物)、由其形成的材料、及其制造方法。
发明内容
本文描述了一种单片式含纤维复合物。在第一实施方式中，单片式含纤维复合物包括第一区、位于第一区之上的第二区、和位于第一区和第二区之间的第一过渡区。第一区包括多根第一热塑性粘合纤维和多根韧皮纤维，且第二区包括多根第二热塑性粘合纤维和多根韧皮纤维。第一过渡区包括第一粘合纤维、第二粘合纤维和韧皮纤维的浓度。第一过渡区中第一粘合纤维的浓度在靠近第一区处最大且在靠近第二区处最小，并且第一过渡区中第二粘合纤维的浓度在靠近第二区处最大且在靠近第一区处最小。
在另一个实施方式中，该复合物包括位于第二区之上的第三区，该第三区包括粘合纤维。在某些实施方式中，第三区内的粘合材料包括第三粘合纤维，且该复合物包括位于第二区和第三区之间的第二过渡区。在此实施方式中，第二过渡区包括第二粘合纤维、韧皮纤维和第三粘合纤维的浓度。第二过渡区中第二粘合纤维的浓度在靠近第二区处最大且在靠近第三区处最小，并且第二过渡区中第三粘合纤维的浓度在靠近第三区处最大且在靠近第二区处最小。
在本文所述的单片式含纤维复合物的另一个实施方式中，该复合物包括位于第三区之上的第四区、位于第三区和第四区之间的第三过渡区、位于第四区之上的第五区、以及位于第四区和第五区之间的第四过渡区。第四区包括多根第二粘合纤维和多根韧皮纤维，且第五区包括第一粘合材料和多根韧皮纤维。第三过渡区包括第二粘合纤维、韧皮纤维和第三粘合纤维的浓度。第三过渡区中第三粘合纤维的浓度在靠近第三区处最大且在靠近第四区处最小，并且第三过渡区中第二粘合纤维的浓度在靠近第四区处最大且在靠近第三区处最小。第四过渡区包括第二粘合纤维、韧皮纤维和第一粘合纤维的浓度。第四过渡区中第二粘合纤维的浓度在靠近第四区处最大且在靠近第五区处最小，并且第四过渡区中第一粘合纤维的浓度在靠近第五区处最大且在靠近第四区处最小。
本文中还描述了一种生产单片式含纤维复合物的方法。在一个实施方式中，该方法包括以下步骤：提供多根具有第一线性密度的第一粘合纤维、多根具有第二线性密度的第二粘合纤维、和多根韧皮纤维。然后，将多根第一粘合纤维、第二粘合纤维和韧皮纤维混纺以产生混合纤维，然后将该混合纤维抛至(project)移动带上，这样就形成了单片式含纤维复合物。在此方法中，第二线性密度可以大于第一线性密度，因此这些纤维淀积在移动带上包括不同相对浓度的纤维的多区或多层中。
在本文所述方法的另一个实施方式中，第一步包括提供多根具有第三线性密度的第三粘合纤维，且第二步包括将多根第一、第二和第三粘合纤维与韧皮纤维混纺以产生混合纤维。然后，得到的混合纤维以与第一方法实施方式中所采用的相同或相似的方式抛至移动带上。在此实施方式中，第三线性密度可以大于第一和第二线性密度。
在本文所述方法的另一个实施方式中，该方法进一步包括使热空气穿过在上述实施方式中得到的单片式含纤维复合物，以至少部分熔化第一、第二和第三粘合纤维的步骤。
在本文所述方法的另一个实施方式中，该方法进一步包括下列步骤：加热在上述实施方式中产生的单片式含纤维复合物，以进一步熔化第一、第二和第三粘合纤维，并且压缩该复合物以使其中所含的纤维保持压缩状态。
在本文所述方法的另一个实施方式中，该方法进一步包括沿平行于复合物z-向的平面切割单片式含纤维复合物，以至少产生第一部分(section)和第二部分的步骤。然后将第一部分放置在第二部分的顶上，并将堆叠的多个部分同时压缩和加热。由切割步骤产生的第一部分和第二部分均包括切割出它们的单片式含纤维复合物的第一区、第一过渡区、第二区、第二过渡区、和第三区，且第一部分放置在第二部分的顶上，使第一部分的第三区邻近第二部分的第三区。或者，第一部分可以放置在第二部分的顶上，使第一部分的第一区邻近第二部分的第一区。在加热步骤中，各部分中含有的第一、第二和第三粘合纤维进一步被熔化，且第一和第二部分的相对区域熔合在一起。然后压缩该复合物以便使第一和第二部分中的纤维保持在压缩状态。
附图说明
图1是本说明书中所述的单片式含纤维复合物的剖面视图。
图2是本说明书中所述的单片式含纤维复合物的剖面视图。
图3是描绘单片式含纤维复合物的制造方法的各步骤流程图。
图4是适用于实施本说明书中所述方法的装置的正视图。
图5是本说明书中所述的单片式含纤维复合物的剖面视图。
具体实施方式
本文描述了一种单片式含纤维复合物。对于含纤维复合物，如本文中所使用的术语“单片式”是指所列举的复合物区域不形成具有将其与邻近的(多个)区域隔开的明显边界的多个层。而是，这些列举的区域用于指复合物的多个部分，其中包含不同浓度的不同纤维。更具体的说，所列举的区域用来指复合物的多个厚度部分，其中不同纤维占优势或其中纤维的浓度梯度(例如，特定纤维的浓度随复合物厚度如何变化)与邻近部分(即，之上和/或之下的部分)不同。而且，尽管复合物在本文中将被描述为在特定区域中含有特定纤维，但本领域普通技术人员应当理解的是复合物的每个区都可以含有复合物中存在的任意纤维。然而，特定纤维或纤维组合将在复合物的特定厚度部分占优势，本文所述的列举区域是指复合物的那些部分。
现在参考附图，其中类似图例数字在几个视图中代表类似部件，如图1所示，单片式含纤维复合物100的一个实施方式包括第一区102、位于第一区之上的第二区106、位于第一区102和第二区106之间的第一过渡区104、和位于第二区106之上的第三区110。第一区102包括粘合材料(其绘制为多根第一粘合纤维114和多根韧皮纤维118)，第二区106包括多根第二粘合纤维116和多根韧皮纤维118，且第三区110包括多根第三粘合纤维120和多根韧皮纤维118。第一过渡区104包括第一粘合纤维114、第二粘合纤维116和韧皮纤维118的浓度。第一过渡区104中第一粘合纤维114的浓度在靠近第一区102处最大且在靠近第二区106处最小，第一过渡区104中第二粘合纤维116的浓度在靠近第二区106处最大且在靠近第一区102处最小。
本文所使用的术语“韧皮纤维”是指主要从植物的韧皮部获得的强力木质纤维。合适的韧皮纤维包括但并不限于黄麻、洋麻、大麻、亚麻、苎麻、玫瑰茄及其组合。其它合适的韧皮纤维包括但不限于叶纤维[例如，来源于剑麻、香蕉叶、草(例如，竹子)或菠萝叶的纤维]、禾秆纤维(例如，来源于麦秸、稻秸、大麦稿秆、或高粱秆的纤维)、以及外壳纤维(例如，来源于玉米壳、甘蔗渣(糖甘蔗)或椰子壳的纤维)。在某些实施方式中，韧皮纤维是黄麻。含纤维复合物可以含有任何合适量的韧皮纤维。例如，韧皮纤维可以包括含纤维复合物总重的大约30至大约70重量％、大约30至大约60重量％、或大约60重量％。适用于本发明中公开的含纤维复合物和方法的韧皮纤维可以具有任何合适的线性密度(即，旦尼尔(denier))。例如，韧皮纤维可以具有大约8.8dtex(8旦尼尔)至大约20dtex(18旦尼尔)的线性密度。
含纤维复合物中含有的粘合剂可以是任何合适的粘合材料。例如，粘合材料可以是在加热时能够至少部分熔化以便使复合物内含有的纤维粘接在一起的热塑性材料。合适的热塑性粘合材料包括但不限于聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或乙二醇改性的PET(PETG)纤维)、聚酰胺(例如，尼龙6或尼龙6，6)、聚乙烯(例如，高密度聚乙烯(HDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE))、聚丙烯、聚乳酸、聚(1，4-环己烷二甲醇对苯二甲酸酯)(PCT)及其组合。
如上所述，包含在单片式含纤维复合物中的粘合材料可以以粘合纤维的形式提供。包含在含纤维复合物中的粘合纤维可以是任何合适的粘合纤维。例如，粘合纤维可以包括在加热时能够至少部分熔化、从而提供了使粘合纤维和韧皮纤维能够在含纤维复合物内相互连接的途径的热塑性材料。合适的热塑性粘合纤维包括聚酯纤维(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维或乙二醇改性的PET(PETG)纤维)、聚酰胺纤维(例如，尼龙6或尼龙6，6)、聚乙烯纤维(例如，含有高密度聚乙烯(HDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)的纤维)、聚丙烯纤维、聚乳酸纤维、含有聚(1，4-环己烷二甲醇对苯二甲酸酯)(PCT)的纤维、纤维素纤维(例如，人造丝纤维)、含有1，3-丙二醇对苯二甲酸酯的纤维及其组合。合适的粘合纤维还包括但不限于双组分粘合纤维(例如，包括热塑性外壳的双组分粘合纤维)和具有相对低熔融指数的热塑性粘合纤维。合适的双组分纤维包括双组分皮-芯型纤维，其中皮的熔点低于纤维芯的熔点。例如，双组分皮-芯型纤维可以具有聚乙烯外皮(例如，高密度聚乙烯外皮)和聚丙烯或聚酯芯。其它合适的双组分纤维包括具有PET共聚物外皮和PET芯、PCT外皮和聚丙烯芯、PCT外皮和PET芯、PETG外皮和PET芯、HDPE外皮和PET芯、HDPE外皮和聚丙烯芯、LLDPE外皮和PET芯、聚丙烯外皮和PET芯、或者尼龙6外皮和尼龙6，6芯的纤维。当这些纤维用于本发明中公开的复合物中时，复合物可以被加热，这样双组分纤维的外皮被熔化，从而为复合物内的邻近纤维提供连接，同时双组分纤维的芯仍然保持其纤维结构。如上所述，粘合纤维可以是热塑性粘合纤维，其中热塑性材料具有相对低的熔融指数。例如，当根据例如名为“Standard TestMethod for Melt Flow Rates of Thermoplastic by Extrusion Plastometer(通过挤压式塑性计来测定热塑性材料的熔融指数的标准检测方法)”的ASTM标准D1238测定时，热塑性纤维的熔融指数可以是大约18g/10min或更小(例如，大约8g/10min或更小)。当这些纤维用于本发明中公开的复合物中时，复合物可以被加热，这样热塑性粘合纤维至少部分熔化，从而在邻近纤维之间提供连接，同时热塑性材料的相对低的熔融指数使粘合纤维仍然保持其纤维结构。
从热塑性材料如聚烯烃制成的合适的粘合材料也可以含有偶联剂、相容剂和/或混合剂。不希望受限于任何特定的理论，相信这些试剂可以改善韧皮纤维和粘合材料之间的相互作用和/或连接，从而得到具有较好机械特性的复合物。合适的偶联剂、相容剂和混合剂包括但不限于钛的醇盐；磷酸、亚磷酸、膦酸和硅酸的酯；脂肪酸、芳香酸和脂环酸的金属盐和酯；乙烯/丙烯酸或甲基丙烯酸；乙烯/丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；乙烯/乙酸乙烯酯树脂；苯乙烯/马来酸酐树脂或其酯；丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂；甲基丙烯酸酯/丁二烯苯乙烯树脂(MBS)、苯乙烯丙烯腈树脂(SAN)；丁二烯丙烯腈共聚物；以及聚乙烯或聚丙烯改性聚合物。这些聚合物可以通过反应基团来改性，上述反应基团包括极性单体如马来酸酐或其酯、丙烯酸或甲基丙烯酸或其酯、乙酸乙烯酯、丙烯腈、和苯乙烯。在某些可能优选的实施方式中，复合物中含有的粘合纤维或至少部分粘合纤维是聚烯烃(例如，聚乙烯或聚丙烯)、或者在其上接枝了马来酸酐(MAH)的其共聚物。
偶联剂、相容剂和/或混合剂在粘合纤维中可以以任何合适的用量存在。例如，这些试剂可以以粘合纤维总重的大约0.01重量％或更多、大约0.1重量％或更多、或者大约0.2重量％或更多的量存在于粘合纤维中。这些试剂也可以以粘合纤维总重的大约20重量％或更少、大约10重量％或更少、或者大约5重量％或更少的量存在于粘合纤维中。在某些可能优选的实施方式中，粘合纤维含有占粘合纤维总重的大约0.01至大约20重量％或者大约0.1至大约10重量％的偶联剂、相容剂和/或混合剂。包括在粘合纤维中的偶联剂、相容剂和/或混合剂的用量也可以以每摩尔制成该纤维的聚合物中存在的偶联剂、相容剂和/或混合剂的摩尔数目来表示。在某些可能优选的实施方式中，例如当粘合纤维包括聚丙烯和马来酸酐偶联剂时，粘合纤维可以含有大约5至大约50摩尔马来酸酐/摩尔聚丙烯聚合物。
本发明的含纤维复合物可以含有上述粘合纤维的任何合适的组合。例如，包含在复合物或复合物特定区域内的粘合纤维可以都具有基本相同的组成或结构，或者纤维可以是具有不同组成的纤维的组合。在某些可能优选的实施方式中，包含在复合物或复合物特定区域内的粘合纤维可以是其上接枝了MAH的聚丙烯粘合纤维(如上所述)，每个区域内的纤维具有下面规定的线性密度。在某些其它实施方式中，包含在复合物或复合物特定区域内的粘合纤维可以是其上接枝了MAH的聚丙烯粘合纤维与第二种类型的热塑性粘合纤维如聚丙烯纤维、聚酯纤维或双组分粘合纤维(如上所述)的组合。为提供直观的证据以确认复合物中纤维的合适混合物，用来生产复合物的不同类型的纤维(例如，具有不同旦尼尔和/或不同组成的粘合纤维)均可以以不同颜色提供。因此，在复合物的合适区域中存在的每种纤维可以在制造过程之中或之后通过肉眼观察复合物而迅速确认。
包含在含纤维复合物中的粘合纤维可以具有任何合适的线性密度或线性密度的组合。在某些实施方式中，包含在复合物中的每科不同类型的粘合纤维可以具有不同的线性密度。例如，如图1所示，第一粘合纤维114可以具有比第二粘合纤维116小的线性密度。在该实施方式中，第一粘合纤维114的线性密度可以是大约6.6dtex(6旦尼尔)或更小(例如，大约0.5dtex(0.5旦尼尔)至大约6.6dtex(6旦尼尔))，和第二粘合纤维116的线性密度可以是大约6.6dtex(6旦尼尔)至大约22.2dtex(22旦尼尔)。在某些实施方式中，第一粘合纤维的线性密度为大约1.6dtex(1.5旦尼尔)，且第二粘合纤维的线性密度为大约11.1dtex(10旦尼尔)。本文所述的含纤维复合物可以包括任何合适量的粘合纤维。例如，粘合纤维可以包括复合物总重的大约30至大约70重量％、大约30至大约60重量％、或大约40重量％。
包含在第三区内的粘合材料可以是任何合适的粘合材料。例如，该粘合材料可以包括已经被层压在第二区上表面上的热塑性材料层。该层可以通过例如将热塑性颗粒堆积在第二区的上表面上、并且至少部分熔化这些颗粒以使其与第二区中含有的纤维熔接来形成。如图1所示，第三区110中的粘合材料可以包括第三粘合纤维120，且复合物100可以包括位于第二区106和第三区110之间的第二过渡区108。在此实施方式中，第二过渡区108包括第二粘合纤维116、韧皮纤维118和第三粘合纤维120的浓度。第二过渡区108中第二粘合纤维116的浓度在靠近第二区106处最大且在靠近第三区110处最小，并且第二过渡区108中第三粘合纤维120的浓度在靠近第三区110处最大且在靠近第二区106处最小。
适用于上述复合物100的第三区110中的粘合纤维可以是任何合适的粘合纤维，包括上述适合用作第一和第二粘合纤维的那些纤维。与第一和第二粘合纤维一样，第三粘合纤维可以具有任何合适的线性密度。在某些实施方式中，第三粘合纤维120的线性密度大于第一和第二粘合纤维114、116的线性密度。例如，第三粘合纤维120的线性密度可以是大约22.2dtex(22旦尼尔)或更高(例如，大约22.2dtex(22旦尼尔)至大约72.2dtex(65旦尼尔))。在某些实施方式中，第三粘合纤维的线性密度可以是大约35.5dtex(32旦尼尔)。
本文所述的单片式含纤维复合物可以具有任何合适的重量和密度。例如，复合物的重量可以是大约500至大约2000g/m2、大约500至大约1500g/m2、或者大约600至大约1200g/m2。在某些实施方式中，单片式含纤维复合物的密度可以是大约0.08至大约2g/cm3、大约0.08至大约1.5g/cm3、大约0.2至大约1.5g/cm3、大约0.2至大约0.7g/cm3、或大约0.25至大约0.6g/cm3。
在本文所述的单片式含纤维复合物的另一个实施方式中，复合物进一步包括第四和第五区以及位于该复合物第三区之上的第三和第四过渡区。在该实施方式中，复合物的其它层(即，第四和第五区以及第三和第四过渡区)可以类似于上述复合物的第一和第二区以及第一和第二过渡区的镜像。例如，如图2所示，复合物200包括与图1所示实施方式类似的第一区202、第一过渡区204、第二区206、第二过渡区208、和第三区210。尤其是，第一区202包括多根第一粘合纤维220和多根韧皮纤维224，第二区206包括多根第二粘合纤维222和多根韧皮纤维224，且第三区210包括多根第三粘合纤维226和多根韧皮纤维224。第一过渡区204包括第一粘合纤维220、第二粘合纤维222和韧皮纤维224的浓度。第一过渡区204中第一粘合纤维220的浓度在靠近第一区202处最大且在靠近第二区206处最小，并且第一过渡区204中第二粘合纤维222的浓度在靠近第二区206处最大且在靠近第一区202处最小。
除上述区域外，复合物200进一步包括位于第三区210之上的第四区214、位于第三区210和第四区214之间的第三过渡区212、位于第四区214之上的第五区218、以及位于第四区214和第五区218之间的第四过渡区216。如图2所示，第四区214包括多根第二粘合纤维222和多根韧皮纤维224，且第五区218包括多根第一粘合纤维220和多根韧皮纤维224。第三过渡区212包括第二粘合纤维222、韧皮纤维224和第三粘合纤维226的浓度。第三过渡区212中第三粘合纤维226的浓度在靠近第三区210处最大且在靠近第四区214处最小，并且第三过渡区212中第二粘合纤维222的浓度在靠近第四区214处最大且在靠近第三区210处最小。第四过渡区216包括第二粘合纤维222、韧皮纤维224和第一粘合纤维220的浓度。第四过渡区216中第二粘合纤维222的浓度在靠近第四区214处最大且在靠近第五区218处最小，并且第四过渡区216中第一粘合纤维220的浓度在靠近第五区218处最大且在靠近第四区214处最小。
除了上面列举的那些纤维以外，单片式含纤维复合物还可以包括其它纤维。例如，为了提高得到的复合物的耐燃性，复合物可以进一步包括阻燃纤维。本文所使用的术语“阻燃纤维”是指当通过ISO 4589-1测定时极限氧指数(LOI)值为大约20.95或更高的纤维。或者，复合物中包含的纤维(例如，韧皮纤维和/或粘合纤维)可以用阻燃剂处理以提高复合物的耐燃性。在某些其它实施方式中，除韧皮纤维之外或作为韧皮纤维的替代物，复合物也可以包括来源于动物来源如羊毛、蚕丝、或羽毛(例如，从羽根分离的鸡羽毛)的纤维。
在某些可能优选的实施方式中，含纤维复合物可以包括位于复合物的一个或多个表面上的稀洋纱。如图5所示，含纤维复合物500包括位于邻近第一区102的复合物表面上的稀洋纱530。稀洋纱530可以使用任何合适的胶粘剂(未显示)来附着在复合物500中邻近第一区102的表面上，或者稀洋纱530可以经由复合物500的第一区102中部分熔化的粘合纤维114而附着在复合物500中邻近第一区102的表面上。尽管在图5所示的复合物中，稀洋纱530位于邻近第一区102的表面上，但在某些其它实施方式中，稀洋纱可以位于邻近复合物第三区的复合物表面上。在某些其它实施方式中，第一稀洋纱可以位于邻近复合物第一区的复合物表面上，且第二稀洋纱可以位于邻近复合物第三区的复合物表面上。
含纤维复合物中使用的稀洋纱可以是任何合适的材料。例如，稀洋纱可以是包括天然纤维、合成纤维或其组合的机织、编织或非织造布料。在某些可能优选的实施方式中，稀洋纱530中的纤维532是熔融温度高于复合物中包含的粘合纤维的热塑性纤维。例如，用于稀洋纱的合适热塑性纤维的熔融温度可以是大约200℃或更高，其在较高温度下可以具有高热稳定性和低热变形性。在某些可能优选的实施方式中，稀洋纱是包括多根热塑性纤维如聚酯纤维的非织造布料。更具体的说，稀洋纱可以是包括多根纺粘热塑性(例如，聚酯)纤维的非织造布料。适用于复合物的稀洋纱可以具有任何合适的重量。例如，稀洋纱的重量可以是大约15至大约35g/m2或大约17至大约34g/m2。
上述单片式含纤维复合物可用于多种应用中。例如，复合物可用作用于汽车顶蓬、汽车仪表盘、或办公室家具用板材等的基板。在一个实施方式中，复合物包括用于汽车顶蓬的结构支撑体。在此实施方式中，复合物可以具有织物层，其附着于使用或不使用另外的胶粘剂的一个表面上。例如，在某些实施方式中，位于复合物表面上的粘合材料可以为织物提供足够的粘性以使其粘附于复合物的表面。这种汽车顶蓬也可以包括位于复合物和织物层之间的泡沫层或其它合适材料层(例如，棉絮)。
本文中还描述了一种生产单片式含纤维复合物的方法。在一个实施方式中，该方法包括提供多根具有第一线性密度的第一粘合纤维、多根具有第二线性密度的第二粘合纤维、和多根韧皮纤维的步骤。然后，将多根第一粘合纤维、第二粘合纤维和韧皮纤维混纺以产生混合纤维，然后将混合纤维抛至移动带上，从而形成了单片式含纤维复合物。在此方法中，第二线性密度可以基本等于第三线性密度，并大于第一线性密度，因此纤维淀积在移动带上包括不同相对浓度的纤维的多区或多层中。
适用于实施上述方法的装置如图4所示。已发现适用于实施上述方法的市售装置是Fehrer AG(Linz，Austria)的“K-12 HIGH-LOFTRANDOM CARD”。在图4所示的装置400中，粘合纤维和韧皮纤维以合适比例混合，并被引入进料槽410中。进料槽410将混合纤维输送至横向传送带440，该横向传送带将均匀厚度或片(batt)的纤维输送至包括滚筒420的空中压条(air lay)机器。滚筒420旋转并将混合纤维抛至收集带430上。收集带430一般在其表面上包括多个穿孔(未显示)，从而可以在整个传送带上抽真空，这有助于使纤维准确地降落在收集带430上。滚筒420的旋转将具有较高线性密度的纤维沿收集传送带430抛至比具有较低线性密度的纤维更远的距离。结果，在收集带430上收集的单片式含纤维复合物100中，在邻近收集带430处具有较低线性密度的纤维的浓度较大，且在远离收集带430处具有较高线性密度的纤维的浓度较小。通常，纤维之间的线性密度差异越大，纤维分布中的梯度将越大。
在本文所述方法的另一个实施方式中，第一步包括提供多根具有第三线性密度的第三粘合纤维，且第二步包括将多根第一、第二和第三粘合纤维与韧皮纤维混纺以产生混合纤维。然后以与第一方法实施方式中使用的方式相同或相似的方式将得到的混合纤维抛至移动带上。在此实施方式中，第三线性密度可以大于第一和第二线性密度。
适用于上述方法中的纤维可以是任何合适的粘合纤维和韧皮纤维。例如，对于单片式含纤维复合物的各种实施方式，适用于所述方法中的第一、第二、第三粘合纤维和韧皮纤维可以与上面讨论的那些是相同的。
在所述方法的某些实施方式中，例如当至少一种粘合纤维是热塑性粘合纤维时，由上述步骤得到的单片式含纤维复合物可以被加热以便至少部分熔化热塑性粘合纤维并将复合物中包含的至少部分纤维粘接在一起。例如，该方法可以进一步包括使热空气穿过上述实施方式中产生的单片式含纤维复合物以部分熔化所有或部分粘合纤维的步骤。本领域普通技术人员应当理解的是，单片式含纤维复合物可以通过其它方式如红外线辐射来加热。此步骤的作用是将复合物的初始厚度设定为例如大约5至大约50毫米或大约10至大约50毫米。
在本文所述方法的另一个实施方式中，单片式含纤维复合物可以被压缩以产生具有一定密度和/或刚度的复合物，该密度和/或刚度足够高以使该复合物能够用作结构支撑体，例如用于汽车顶蓬。在此实施方式中，该方法进一步包括使用例如热带式层压机(hot belt laminator)加热上述实施方式中产生的单片式含纤维复合物的步骤，上述热带式层合机能将热量集中在复合物的表面上。这样的加热进一步将第一、第二和第三粘合纤维熔化，且通过层压机施加在复合物上的压缩力起到将纤维保持在压缩状态的作用。
单片式含纤维复合物可以使用常规的“冷模”热成型装置进一步加工，在该装置中复合物首先被加热、然后使用未加热的铸模压缩至合适的形状和厚度。在该方法的此实施方式中，复合物可以使用例如红外线辐射在大约30至大约120秒的加热周期中被加热至大约170至大约215℃的温度。然后已加热的复合物被置于铸模内，一般温度保持在大约10至大约30℃，并压缩至合适的形状和厚度。压缩步骤一般时长为大约1分钟，期间热塑性粘合纤维将冷却至这样的程度：即复合物在从铸模中取出时将基本保持压缩的构型。本领域普通技术人员要理解的是，至少部分由于韧皮纤维的刚度，复合物可以在加热过程中和被置于铸模中之前被拉伸(例如，在z-向拉伸)。
在本文所述方法的另一个实施方式中，该方法进一步包括沿平行于复合物z-向(即，复合物的厚度方向)的平面切割单片式含纤维复合物以至少产生第一部分和第二部分的步骤。然后，将第一部分置于第二部分的顶上，并将堆叠的多个部分加热并压缩。由切割步骤产生的第一部分和第二部分均包括切割出它们的单片式含纤维复合物的第一区、第一过渡区、第二区、第二过渡区、和第三区，且第一部分置于第二部分的顶上，使第一部分的第三区邻近第二部分的第三区。或者，第一部分置于第二部分的顶上，使第一部分的第一区邻近第二部分的第一区。在加热和压缩步骤中，各部分中含有的第一、第二、和第三粘合纤维进一步被熔化，且第一和第二部分的相对区域熔合在一起。加热然后压缩复合物的步骤也起到使第一和第二部分中的纤维保持压缩状态的作用。
下面的实施例进一步说明本发明，但当然不应理解为其以任何方式限制本发明的范围。
                      实施例1
本实施例说明了如上所述的生产单片式含纤维复合物的方法和如上所述的单片式含纤维复合物的特性。使用Fehrer AG(Linz，Austria)的K-12 HIGH-LOFT RANDOM CARD，通过将混合纤维空中压条(airlaying)而产生三块相似的单片式含纤维复合物(样品1A-1C)。特别是，由含有大约40重量％(基于混合纤维总重)的双组分粘合纤维和大约60重量％的黄麻纤维[其线性密度为大约8.8-20dtex(8-18旦尼尔)]的混合纤维生产复合物。该粘合纤维具有高密度聚乙烯外皮(熔点为大约128℃)和聚丙烯芯(熔点为大约149℃)。粘合纤维含量由具有三种不同线性密度的三种双组分粘合纤维组成。第一粘合纤维包括混合纤维总重的大约10重量％，其线性密度为大约1.6dtex(1.5旦尼尔)。第二粘合纤维包括混合纤维总重的大约20重量％，其线性密度为大约11.1dtex(10旦尼尔)。第三粘合纤维包括混合纤维总重的大约10重量％，其线性密度为大约35.5dtex(32旦尼尔)。
如上所述，上述混合纤维是使用K-12HIGH-LOFT FRANDOMCARD通过将纤维抛至移动带上而被空中压条的。由于混合纤维中包含的各种纤维之间的旦尼尔存在差异，由空中压条步骤产生的复合物在最靠近收集带的第一区中含有较高浓度的1.6dtex(1.5旦尼尔)粘合纤维，在中间区域含有较高浓度的11.1dtex(10旦尼尔)粘合纤维，且在上部区域中含有较高浓度的35.5dtex(32旦尼尔)粘合纤维。在空中压条步骤后，得到的复合物穿过通气烘箱(through-air oven)，在该烘箱中，加热至大约175℃(347℉)的温度的空气穿过复合物以部分熔化粘合纤维。
然后，将复合物(其被铺平以使其重量为大约1100g/m2)通过压缩烘箱而制成样品1A，在烘箱中传送带被加热至大约204℃(400℉)的温度。通过压缩烘箱后，样品1A的厚度为大约3.3mm。
以z-向(即，沿平行于复合物厚度方向的平面)切割两块复合物(它们被铺平以使其重量分别为大约537g/m2和大约412g/m2)，得到样品1B和1C，并将得到的各部分以顶部相互堆叠，以使含有最高浓度的35.5dtex(32旦尼尔)粘合纤维的各区相互邻接。然后将堆叠的各部分通过压缩烘箱，在烘箱中传送带被加热至大约204℃(400℉)的温度。在通过压缩烘箱后，样品1B的厚度为大约3.3mm，且样品1C的厚度为大约2.3mm。由于各部分的堆叠，样品1B的重量为大约1075g/m2，且样品1C的重量为大约825g/m2。
然后检测样品1A-1C，以确定其物理特性如刚性、强度、韧性、可燃性、和不同频率下的声吸收。这些测量的结果(包括用来测定这些特性的检测方法)列在下表1中。
              表1.样品1A-1C的物理特性
  样品
  特性   检测方法   1A   1B   1C
  厚度(mm)   -   3.3   3.3   2.3
  重量(g/m2)   FLTM BN 106-01   1100   1075   825
  刚性(N/mm)   ASTM D790   7.2   7.6   7.4
  样品
  强度(N)   ASTM D790   19   18   9.9
  韧性(％)   ASTM D790   130   106   120.7
  可燃性   ISO 3795/SAE J369   0.68   0.50   0.8
  雾度   SAE J1756   99.5   100   100
  气味   SAE J1341(1L广口瓶)   合格   合格   合格
  1000Hz下的声吸收(％)   ASTM E1050-98(10mm气隙)   28.1   23.1   18.3
  1500Hz下的声吸收(％)   ASTM E1050-98(10mm气隙)   43.1   35.8   23.4
  2000Hz下的声吸收(％)   ASTM E1050-98(10mm气隙)   51.6   51.0   40.5
  2500Hz下的声吸收(％)   ASTM E1050-98(10mm气隙)   84.7   81.3   68.9
  3000Hz下的声吸收(％)   ASTM E1050-98(10mm气隙)   98.4   97.3   89.0
从上表1中所示的结果可以看出，样品1A-1C显示出的物理特性应该能够使复合物适合用作例如汽车顶蓬、汽车仪表盘、或办公室家具用板材等的基板。具体来说，该复合物的刚性、强度和韧性表明，它们应该能够横跨一般汽车乘客车厢的宽度和/或长度而不会发生显著或可观察到的下垂。特别是，该复合物应该能够满足大多数汽车制造商的气候性下垂要求。而且，声吸收测量值证明该复合物应该能够提供某些应用如用于汽车顶蓬的基板所需的声吸收量。
                       实施例2
本实施例说明了如上所述的生产单片式含纤维复合物的方法和如上所述的单片式含纤维复合物的特性。使用与上面所述和用于生产样品1A基本相同的步骤来生产两块相似的单片式含纤维复合物(样品2A和2B)。
由含有大约40重量％(基于混合纤维的总重)的双组分粘合纤维和大约60重量％的黄麻纤维[其线性密度为大约8.8-20dtex(8-18旦尼尔)]的混合纤维生产样品2A。该粘合纤维具有高密度聚乙烯外皮(熔点为大约128℃)和聚丙烯芯(熔点为大约149℃)。粘合纤维含量由具有三种不同线性密度的三种双组分粘合纤维组成。第一粘合纤维包括混合纤维总重的大约15重量％，其线性密度为大约1.6dtex(1.5旦尼尔)。第二粘合纤维包括混合纤维总重的大约10重量％，其线性密度为大约11.1dtex(10旦尼尔)。第三粘合纤维包括混合纤维总重的大约15重量％，其线性密度为大约35.5dtex(32旦尼尔)。
由含有大约40重量％(基于混合纤维的总重)的粘合纤维和大约60重量％的黄麻纤维[其线性密度为大约8.8-20dtex(8-18旦尼尔)]的混合纤维生产样品2B。该粘合纤维是含有已接枝了大约10重量％马来酸酐(MAH)的聚丙烯的聚丙烯粘合纤维。粘合纤维含量由具有三种不同线性密度的三种粘合纤维组成。第一粘合纤维包括混合纤维总重的大约15重量％，其线性密度为大约1.6dtex(1.5旦尼尔)。第二粘合纤维包括混合纤维总重的大约10重量％，其线性密度为大约11.1dtex(10旦尼尔)。第三粘合纤维包括混合纤维总重的大约15重量％，其线性密度为大约35.5dtex(32旦尼尔)。
生产后，检测样品2A和2B，测定其物理特性如刚性、强度和韧性。这些测量的结果(包括用来测定这些特性的检测方法)列在下表2中。
          表2.样品2A和2B的物理特性
  特性   检测方法   样品2A   样品2B
  刚性(N/mm)   ASTM D790   2.28   4.05
  强度(N)   ASTM D790   22.16   32.62
  韧性(％)   ASTM D790   122.56   126.70
从上面的结果可见，使用含有偶联剂的粘合纤维产生的复合物(即样品2B)相对于使用不含偶联剂、相容剂和/或混合剂的粘合纤维产生的复合物(即，样品2A)显示较好的机械性能。当检测复合物以确定它们是否满足大多数汽车制造商的气候性下垂要求时，与样品2A相比样品2B也显示了基本上较少的下垂。虽然不希望受限于任何特定的理论，但相信较好的机械性能是韧皮纤维和粘合纤维之间较佳的相互作用和/或粘接所带来的。
                       实施例3
本实施例说明了如上所述的生产单片式含纤维复合物的方法和如上所述的单片式含纤维复合物的特性。使用与上面所述和用于生产样品1A基本上相同的步骤来生产两块相似的单片式含纤维复合物(样品3A和3B)。
由含有大约45重量％(基于混合纤维的总重)的粘合纤维和大约55重量％的黄麻纤维[其线性密度为大约8.8-20dtex(8-18旦尼尔)]的混合纤维生产两种样品。该粘合纤维是含有已接枝了大约10重量％马来酸酐(MAH)的聚丙烯的聚丙烯粘合纤维。粘合纤维含量由具有四种不同线性密度的四种粘合纤维组成。第一粘合纤维包括混合纤维总重的大约15重量％，其线性密度为大约1.7dtex。第二粘合纤维包括混合纤维总重的大约10重量％，其线性密度为大约11dtex。第三粘合纤维包括混合纤维总重的大约10重量％，其线性密度为大约30dtex。第四粘合纤维包括混合纤维总重的大约10重量％，其线性密度为大约70dtex。
样品3B进一步包括重量为大约17g/m2的纺粘非织造聚酯(即，聚对苯二甲酸乙二醇酯)稀洋纱。稀洋纱位于复合物上靠近含有最高浓度的第一粘合纤维(即，线性密度为大约1.7dtex的粘合纤维)的区域的表面上。如上所述，通过将稀洋纱置于复合物的表面上，然后将该复合物通过压缩烘箱，使稀洋纱附着在复合物上。
然后检测样品3A和3B以测定其物理特性如刚性、强度、韧性和声吸收。这些测量的结果(包括用来测定这些特性的检测方法)列在下表3中。
           表3.样品3A和3B的物理特性
  特性   检测方法   样品2A   样品2B
  刚性(N/mm)   ASTM D790   2.21   2.28
  强度(N)   ASTM D790   27.99   29.55
  韧性(％)   ASTM D790   122.56   123.65
  1000Hz下的声吸收(％)   ASTM E1050-98(10mm气隙)   12   41
  2000Hz下的声吸收(％)   ASTM E1050-98(10mm气隙)   32   58
  特性   检测方法   样品2A   样品2B
  3000Hz下的声吸收(％)   ASTM E1050-98(10mm气隙)   70   75
从上面的结果可见，相对于不使用稀洋纱产生的复合物(即，样品3A)，使用非织造稀洋纱(即，样品3B)产生的复合物显示较好的机械性能。当检测复合物以确定它们是否满足大多数汽车制造商的气候性下垂要求时，与样品3A相比样品3B也显示了基本较少的下垂。
本文所引用的所有文献(包括公开出版物、专利申请和专利)均引入本文作为参考文献，其程度如同每篇参考文献个别地和具体地被指明要引入作为参考文献和以其整体在本文中被提到。
在描述本发明的上下文中术语“一个”和“该”和类似对象的使用(尤其是在下面权利要求的内容中)要解释为涵盖单数和复数，除非本文中另外指明或明显与上下文相抵触。除非另外注明，术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”要解释为开放型的术语(即，是指“包括但不限于”)。除非本文中另外指明，本文中对数值范围的叙述仅是作为单独提到落在该范围内的每个独立数值的一种速记方法，且每个独立数值都引入本说明书中即使其在本文中被个别地引用。本文中所述的任何方法可以任何合适的顺序实施，除非本文中另外指明或与上下文明显相抵触。本文中提供的任何和所有实施例或举例性语言(例如，“如”)的使用仅是为了更好地说明本发明，不能被认为是对本发明的范围的限制，除非另外声明要求保护。本说明书中并没有任何表达方式表明将任何没有要求保护的要素指示为是实施本发明所必不可少的。
本文描述了本发明的优选实施方式，包括本发明人已知用于实施本发明的最佳实施方式。在阅读了上述说明书以后，这些优选实施方式的变化形式对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。本发明人希望专业技术人员根据需要来使用这些变化形式，且本发明人的目的是使本发明以不同于本文具体所述的方式来实施。因此，如可适用法律所允许的，本发明包括其附加的权利要求中所引用的主题的所有修改形式和等价形式。而且，本发明包括上述要素的任意组合的所有可能变化形式，除非另外指明或另外明显与上下文相抵触。

Claims (18)

1.一种单片式含纤维复合物，其包括：
(a)第一区，其包括多根第一热塑性粘合纤维和多根韧皮纤维；
(b)位于所述第一区之上的第二区，所述第二区包括多根第二热塑性粘合纤维和多根韧皮纤维；和
(c)位于所述第一区和所述第二区之间的第一过渡区，所述第一过渡区包括第一粘合纤维、第二粘合纤维和韧皮纤维的浓度，所述第一过渡区中所述第一粘合纤维的浓度在靠近所述第一区处最大且在靠近所述第二区处最小，并且所述第一过渡区中所述第二粘合纤维的浓度在靠近所述第二区处最大且在靠近所述第一区处最小。
2.根据权利要求1所述的单片式含纤维复合物，其中所述复合物进一步包括：
(d)位于所述第二区之上的第三区，所述第三区包括多根第三热塑性粘合纤维和多根韧皮纤维；和
(e)位于所述第二区和所述第三区之间的第二过渡区，所述第二过渡区包括第二粘合纤维、韧皮纤维和第三粘合纤维的浓度，所述第二过渡区中所述第二粘合纤维的浓度在靠近所述第二区处最大且在靠近所述第三区处最小，并且所述第二过渡区中所述第三粘合纤维的浓度在靠近所述第三区处最大且在靠近所述第二区处最小。
3.根据权利要求1或2所述的单片式含纤维复合物，其中所述第一粘合纤维具有第一线性密度，所述第二粘合纤维具有第二线性密度，且所述第二线性密度大于所述第一线性密度。
4.根据权利要求2或3所述的单片式含纤维复合物，其中所述第一粘合纤维具有第一线性密度，所述第二粘合纤维具有大于所述第一线性密度的第二线性密度，且所述第三粘合纤维具有大于所述第一和第二线性密度的第三线性密度。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的单片式含纤维复合物，其中至少部分热塑性粘合纤维包括选自偶联剂、相容剂、混合剂及其组合的添加剂。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的单片式含纤维复合物，其中所述热塑性粘合纤维包括聚烯烃。
7.根据权利要求5或6所述的单片式含纤维复合物，其中所述添加剂在所述热塑性粘合纤维中的存在量为所述粘合纤维重量的大约0.01至大约20重量％。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的单片式含纤维复合物，其中所述复合物进一步包括位于接近所述第一区的复合物表面上的稀洋纱。
9.根据权利要求8所述的单片式含纤维复合物，其中所述稀洋纱是包括多根纺粘热塑性纤维的非织造稀洋纱。
10.一种生产单片式含纤维复合物的方法，其包括以下步骤：
(a)提供多根具有第一线性密度的第一粘合纤维、多根具有第二线性密度的第二粘合纤维、和多根韧皮纤维，所述第二线性密度大于所述第一线性密度；
(b)将所述多根第一粘合纤维、第二粘合纤维和韧皮纤维混纺以生产混合纤维；和
(c)将所述混合纤维抛至移动带上，由此形成单片式含纤维复合物，
其中所述单片式含纤维复合物包括：(i)包括多根第一粘合纤维和多根韧皮纤维的第一区，(ii)位于所述第一区之上的第二区，所述第二区包括多根第二粘合纤维和多根韧皮纤维，和(iii)位于所述第一区和所述第二区之间的第一过渡区，所述第一过渡区包括第一粘合纤维、第二粘合纤维和韧皮纤维的浓度，所述第一过渡区中所述第一粘合纤维的浓度在靠近所述第一区处最大且在靠近所述第二区处最小，并且所述第一过渡区中所述第二粘合纤维的浓度在靠近所述第二区处最大且在靠近所述第一区处最小。
11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤(a)进一步包括提供多根具有第三线性密度的第三粘合纤维，所述第三线性密度大于所述第一和第二线性密度，且步骤(b)包括将所述多根第一、第二和第三粘合纤维以及韧皮纤维混纺以产生混合纤维的步骤，由此在步骤(c)中形成的单片式含纤维复合物进一步包括位于所述第二区之上的第三区以及位于所述第二区和所述第三区之间的第二过渡区，所述第三区包括多根第三粘合纤维和多根韧皮纤维，所述第二过渡区包括第二粘合纤维、韧皮纤维和第三粘合纤维的浓度，所述第二过渡区中所述第二粘合纤维的浓度在靠近所述第二区处最大且在靠近所述第三区处最小，并且所述第二过渡区中所述第三粘合纤维的浓度在靠近所述第三区处最大且在靠近所述第二区处最小。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：
(d)使加热空气通过在步骤(c)中产生的单片式含纤维复合物以至少部分熔化粘合纤维。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括下列的步骤：加热在步骤(d)中产生的含纤维复合物以进一步熔化粘合纤维，并且压缩所述复合物以便使其中所含的纤维保持压缩状态。
14.根据权利要求10-13中任意一项所述的方法，其中至少部分热塑性粘合纤维包括选自偶联剂、相容剂、混合剂及其组合的添加剂。
15.根据权利要求10-14中任意一项所述的方法，其中所述热塑性粘合纤维包括聚烯烃。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述添加剂在所述热塑性粘合纤维中的存在量为所述粘合纤维重量的大约0.01至大约20重量％。
17.根据权利要求10-16中任意一项所述的方法，其中所述方法进一步包括在接近所述第一区的复合物表面上提供稀洋纱的步骤。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述稀洋纱是包括多根纺粘热塑性纤维的非织造稀洋纱。
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