Патент на изобретение №2357031

(54) ВЫТЕРТЫЕ НЕТКАНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу образования нетканого материала и к материалу, полученному этим способом. Способ формирования материала предусматривает обеспечение нетканого полотна, которое содержит термопластичные волокна, перепутывание указанного нетканого полотна со впитывающими штапельными волокнами с образованием композитного материала. Причем указанный композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность. Далее способ включает истирание указанной первой поверхности указанного композитного материала путем контактирования указанной первой поверхности указанного композитного материала с абразивными частицами. При этом истирание осуществляют путем контактирования указанной первой поверхности указанного композитного материала с роликом, который вращается в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки. Технический результат заявленного изобретения заключается в улучшении прочности и мягкости конечного изделия, а также в улучшении впитывающего свойства для широкого использования. 2 н. и 17 з. п. ф-лы, 7 табл., 11 ил.

Уровень техники

Бытовые и промышленные салфетки часто используют для быстрого впитывания как полярных жидкостей (например, воды и спиртов), так и неполярных жидкостей (например, масел). Салфетки должны иметь достаточную впитывающую способность для удерживания жидкости в структуре салфетки, пока не будет предпочтительно удалить жидкость посредством сжатия, например выжимания. Кроме того, салфетки также должны обладать хорошей физической прочностью и устойчивостью к истиранию, чтобы противостоять усилию разрыва, растягивающему усилию и усилию истирания, часто прикладываемым при 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 разработаны нетканые композитные материалы, в которых волокна пульпы гидравлически перепутаны с нетканым слоем по существу непрерывных волокон. Многие из этих материалов имеют хорошие уровни прочности, но часто демонстрируют недостаточную мягкость и недостаточно приятные ощущения на ощупь. Например, гидравлическое перепутывание зависит от высоких объемов воды и давления для перепутывания волокон. Оставшуюся воду можно удалить посредством ряда сушильных барабанов. Однако высокие давления воды и относительно высокая температуры сушильных барабанов существенно сжимают или вдавливают волокна в жесткую структуру. Таким образом, при попытке смягчить нетканые композитные материалы были разработаны технологии без значительного снижения прочности. Одна такая технология описана в патенте США 6,103,061, Anderson и др., который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Anderson и др. направлен на нетканое композитное полотно, которое подвергают механическому смягчению, такому как крепирование. Другие попытки смягчить композитные материалы включают добавление химических агентов, каландрирование и тиснение. Однако, несмотря на эти улучшения, нетканые композитные полотна имеют недостаточный уровень мягкости и мягкости на ощупь, требуемой, чтобы придать им ощущение на ощупь типа ткани.

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

Краткое описание изобретения

В соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения описан способ образования полотна, который предусматривает обеспечение нетканого полотна, которое содержит термопластичные волокна. Нетканое полотно перепутано с штапельными волокнами с образованием композитного материала. Композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность. Первая поверхность композитного материала является вытертой.

В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения описан способ образования материала, предусматривающий обеспечение нетканого полотна, которое содержит термопластичные непрерывные волокна. Нетканое полотно гидравлически перепутано с волокнами пульпы с образованием композитного материала. Волокна пульпы содержат более чем около 50 вес.% композитного материала. Композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность. Первая поверхность композитного материала является вытертой.

В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения описан способ образования материала, предусматривающий обеспечение полотна фильерного производства, которое содержит термопластичные полиолефиновые волокна. Полотно фильерного производства гидравлически перепутано волокнами пульпы с образованием композитного материала. Волокна пульпы содержат от около 60 вес.% до около 90 вес.% композитного материала. Композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность. Первая поверхность композитного материала является вытертой.

В соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения описан композитный материал, содержащий полотно фильерного производства, которое содержит термопластичные полиолефиновые волокна. Полотно фильерного производства гидравлически перепутано с волокнами пульпы. Волокна пульпы содержат более чем около 50 вес.% композитного полотна, при этом по меньшей мере одна поверхность композитного полотна является вытертой. В некоторых вариантах выполнения вытертая поверхность может содержать волокна, выровненные в более равномерном направлении, чем волокна невытертой поверхности другого идентичного композитного полотна. Кроме того, вытертая поверхность может содержать большее количество открытых волокон, чем невытертая поверхность другого идентичного композитного полотна.

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 – схематичный вид способа образования гидравлически перепутанного композитного полотна в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.2 – схематичный вид способа истирания композитного полотна в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.3 – схематичный вид способа истирания композитного полотна в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.4 – схематичный вид способа истирания композитного полотна в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.5 – схематичный вид способа истирания композитного полотна в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.6 – фотография СЭМ пульповой стороны контрольного образца салфетки Wypall® Х80 Red (красной) по Примеру 1;

Фиг.7 – фотография СЭМ (сечение 45 градусов) пульповой стороны контрольного образца салфетки Wypall® X80 Red (красной) по Примеру 1;

Фиг.8 – фотография СЭМ стороны фильерного производства контрольного образца салфетки Wypall® X80 Red (красной) по Примеру 1;

Фиг.9 – фотография СЭМ пульповой стороны вытертого образца салфетки Wypall® X80 Red (красной) по Примеру 1 (1 проход), в котором зазор составлял 0,014 дюймов и линейная скорость составляла 17 футов в минуту;

Фиг.10 – фотография СЭМ стороны фильерного производства вытертого образца салфетки Wypall® X80 Red (красной) по Примеру 1 (2 проход), в котором зазор составлял 0,014 дюймов и линейная скорость составляла 17 футов в минуту; и

Фиг.11 – фотография СЭМ (45 градусов сечение) Образца 4 по Примеру 2.

Повторное использование ссылочных позиций в настоящем описании и чертежах предназначено для обозначения одних и тех же или аналогичных признаков или элементов изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

Ссылки теперь будут сделаны более подробно на различные варианты выполнения изобретения, один или более примеров которых изложены ниже. Каждый пример обеспечен с целью объяснения изобретения, без ограничения изобретения. Действительно, специалисту в данной области будет очевидно, то различные модификации 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, могут быть использованы в другом варианте выполнения для обеспечения еще одного варианта выполнения. Таким образом, подразумевают, что настоящее изобретения охватывает такие модификации и варианты, которые попадают в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Определения

Как используют здесь, выражение «нетканое полотно» относится к полотну, имеющему структуру отдельных волокон или нитей, которые переплетены, но не идентифицируемым способом, как в вязанном полотне. Нетканые полотна включают, например, выдуваемые из расплава полотна, полотна фильерного производства, кардные полотна, полотна, переплетенные в воздушном потоке, и т.д.

Как используют здесь, выражение «полотно фильерного производства» относится к нетканому полотну, образованному из по существу непрерывных волокон небольшого диаметра. Эти волокна образованы путем экструзии расплавленного термопластичного материала в виде нитей из множества тонких, по существу круглых капилляров фильерного устройства, с диаметром экструдированных волокон, затем быстро снижающимся, как при выпуске с вытягиванием и/или других хорошо известных механизмов фильерного производства. Производство фильерных полотен описано и показано, например в патентах США 4,340, 563 (Appel и др.), 3,692,618 (Dorschner и др.), 3,802,817 (Matsuki и др.), 3,338,992 (Kinney), 3, 341,394 (Kinney), 3,502,763 (Hartman), 3,502,538 (Levy), 3,542,615 (Dobo и др.) и 5,382,400 (Pike и др.), которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Фильерные волокна, в общем, являются не липкими, когда их размещают на собирающей поверхности. Фильерные волокна могут иногда иметь диаметр 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, образованному из волокон, экструдированных через множество тонких, обычно круглых, капилляров формы в виде расплавленных волокон в сходящиеся высокоскоростные потоки газа (например, воздуха), которые утончают волокна расплавленного термопластичного материала для уменьшения их диаметра, который может доходить до диаметра микроволокна. Затем выдуваемые из расплава волокна переносятся высокоскоростным потоком газа и размещаются на собирающей поверхности с образованием полотна из случайно размещенных выдуваемых из расплава волокон. Такой способ описан, например, в патенте США 3,849,241 (Butin и др.), который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей. В некоторых случаях выдуваемые из расплава волокна могут быть микроволокнами, которые могут быть непрерывными или прерывистыми, имеют диаметр менее 10 микрон и, в общем, являются липкими при размещении на собирающей поверхности.

Как используют здесь, выражение «многокомпонентные волокна» или «соединенные волокна» относится к волокнам, которые были образованы из по меньшей мере двух полимерных компонентов. Такие волокна обычно экструдируют из отдельных экструдеров, но связывают вместе с образованием одного волокна. Полимеры соответствующих компонентов обычно отличаются друг от друга, хотя многокомпонентные волокна могут включать отдельные компоненты из одинаковых или идентичных полимерных материалов. Отдельные компоненты обычно размещены в по существу постоянно расположенных отдельных областях через поперечно сечение волокна и продолжаются по существу по все длине волокна. Конфигурация таких волокон может быть, например, расположением «сторона к стороне», свободное расположение или любое другое расположение. Бикомпонентные волокна и способы их производства описаны в патентах США 5,108,820 (Kaneko и др.), 4, 795,668 (Kruege и др.), 5,382,400 (Pike и др.), 5,336,552 (Strack и др.) и 6,200, 669 (Marmon и др.), которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Волокна и отдельные компоненты, содержащие одинаковые материалы, также могут иметь разные неправильные формы, такие как описано в патентах США 5,277,976 (Hogle и др.), 5,162,074 (Hills), 5,466,410 (Hills), 5,069,970 (Largman и др.) и 5,057,368 (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 пульпы, 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 приблизительно 0,001% раствора. Отдельные образцы для испытаний разделяют на приблизительно 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 x_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.

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 длины волокна от около 1,5 до около 6 миллиметров.

Подробное описание

В общем настоящее изобретение направлено на нетканый композитный материал, содержащий одну или более поверхностей, которые являются вытертыми (например, шлифованными). Кроме мягкости и приятности на ощупь нетканого композитного материала, неожиданно было обнаружено, что истирание такого полотна также может придавать отличные свойства обработки жидкости (например, впитывающую способность, скорость впитывания, скорость вытекания и т.д.), а также улучшенный объем и капиллярное натяжение.

Нетканый композитный материал содержит впитывающие штапельные волокна и термопластичные волокна, которые являются предпочтительными по многим причинам. Например, термопластичные волокна нетканого композитного материала могут улучшать как прочность, срок службы и свойства впитывания масла. Аналогично впитывающие штапельные волокна могут улучшать объемность, мягкость на ощупь и свойства впитывания воды. Относительные количества термопластичных волокон и впитывающих штапельных волокон, используемых в нетканом композитном материале, могут изменяться в зависимости от желаемых свойств. Например, термопластичные волокна могут содержать менее чем около 50 вес.% нетканого композитного материала, а в некоторых вариантах выполнения от около 10 вес.% до около 40 вес.% нетканого композитного материала. Аналогично впитывающие штапельные волокна могут содержать более чем около 50 вес.% нетканого композитного материала, а в некоторых вариантах выполнения от около 60 до около 90 вес.% нетканого композитного материала.

Впитывающие штапельные волокна могут быть образованы из множества различных материалов. Например, в одном варианте выполнения впитывающие штапельные волокна являются нетермопластичными и содержат целлюлозные волокна (например, пульпа, термопластичная пульпа, синтетические целлюлозные волокна, модифицированные целлюлозные волокна и т.д.), а также другие типы нетермопластичных волокон (например, синтетические штапельные волокна). Некоторые примеры подходящих источников целлюлозного волокна включают волокна первичной древесины, такие как термомеханические, отбеленную и неотбеленную пульпу мягкой древесины, пульпу твердой древесины. Вторичные или повторно используемые волокна, такие как полученные из офисных отходов, газет, оберточной бумаги, кусков картона и т.д., также можно использовать. Кроме того, также можно использовать растительные волокна, такие как абака, лен, молочай, хлопок, модифицированный хлопок, хлопковый пух. Кроме того, можно использовать синтетические целлюлозные волокна, такие как, например, искусственный шелк и вискоза. Также можно использовать модифицированные целлюлозные волокна. Например, впитывающие штапельные волокна могут состоять из производных целлюлозы, образованных гидроксильных групп соответствующими радикалами (например, карбоксил, алкил, ацетат, нитрат и т.д.) вдоль углеродной цепи. Как указано, нецеллюлозные волокна также можно использовать в качестве впитывающих штапельных волокон. Некоторые примеры таких впитывающих штапельных волокон включают ацетатные штапельные волокна, штапельные волокна Nomex®, штапельные волокна Kevlar®, штапельные волокна поливинилового спирта, лиоцеловые штапельные волокна и т.д., но не ограничиваются ими.

При использовании в качестве впитывающих штапельных волокон пульповые волокна могут иметь высокую среднюю длину волокна, низкую среднюю длину волокна или их смесь. Некоторые примеры подходящих пульповых волокон с высокой средней длиной включают северную мягкую древесину, южную мягкую древесину, красное дерево, красный кедр, тсугу, сосну (например, южные сосны), ель (например, черную ель), их комбинации, и т.д., но не ограничиваются ими. Примерные древесные пульпы с высокой средней длиной волокон включают пульпы, поставляемые компанией Кимберли Кларк Корпорейшн, под торговым обозначением Longlac 19. Некоторые примеры подходящих волокон пульпы с низкой средней длиной волокна могут включать некоторые первичные пульпы твердых пород древесины и вторичную (повторно используемую) волокнистую пульпу из таких источников, как, например, газеты, утилизированный картон и офисные отходы, но не ограничиваются ими. Волокна твердой древесины, такой как эвкалипт, клен, береза, тополь и т.д., также можно использовать в качестве волокон пульпы с низкой средней длиной. Можно использовать смеси волокон с высокой средней длиной и низкой средней длиной. Например, смесь может содержать более чем около 50 вес.% пульпы с низкой средней длиной волокон и менее около 50 вес.% пульпы с высокой средней длиной волокон. Одна из примерных смесей содержит 75 вес.% пульпы с низкой средней длиной волокон и около 25 вес.% пульпы с высокой средней длиной волокон.

Как указано, нетканый композитный материал также содержит термопластичные волокна. Термопластичные волокна могут быть по существу непрерывными или могут быть штапельными волокнами, имеющими среднюю длину волокна от около 0,1 миллиметра до около 25 миллиметров, в некоторых вариантах выполнения от около 0,5 миллиметров до около 10 миллиметров и в некоторых вариантах выполнения от около 0,7 миллиметров до около 6 миллиметров. Независимо от длины волокон термопластичные волокна могут быть образованы из множества различных типов полимеров, включая полиолефины, полиамиды, полиэфиры, полиуретаны, их смеси и сополимеры и т.д., но не ограниваясь ими. Предпочтительно термопластичные волокна содержат полиолефины, и даже более предпочтительно, полипропилен и/или полиэтилен. Подходящие полимерные композиции также могут иметь термопластичные эластомеры, смешанные с ними, а также содержат пигменты, антиоксиданты, промоторы потока, стабилизаторы, ароматические вещества, абразивные частицы, наполнители и т.д. Возможно, используют многокомпонентные (например, бикомпонентные) термопластичные волокна. Например, подходящие конфигурации для многокомпонентных волокон включают конфигурацию «сторона к стороне» и конфигурации «оболочка-сердцевина», а подходящие конфигурации «оболочка-сердцевина» включают нецентрированные оболочку-сердцевину и концентричные оболочку-сердцевину. В некоторых вариантах, как хорошо известно в данной области, полимеры, используемые для образования многокомпонентных волокон, имеют достаточно разные точки плавления для формирования различных свойств кристаллизации и/или отверждения. Многокомпонентные волокна могут иметь от около 20 вес.% до около 80 вес.%, а в некоторых вариантах выполнения от около 40 вес.% до около 60 вес.% низкоплавкого полимера. Кроме того, многокомпонентные волокна могут иметь от около 80 вес.% до около 20 вес.%, а в некоторых вариантах выполнения от около 60 вес.% до около 40 вес.% высокоплавкого полимера.

Помимо термопластичных волокон и впитывающих штапельных волокон нетканый композитный материал может также содержать различные другие материалы. Например, небольшие количества влагостойких полимеров и/или полимерных связующих можно использовать для улучшения прочности и устойчивости к истиранию. Разрыхляющие агенты также можно использовать для снижения степени водородного соединения. Добавление некоторых разрыхляющих агентов в количестве, например, от около 1 вес.% до около 4 вес.% композитного слоя может также снизить измеренные статические и динамические коэффициенты трения и улучшить устойчивость к истиранию. Также можно использовать различные другие материалы, такие как, например, активированный уголь, глина, крахмалы, супервпитывающие материалы и т.д.

В некоторых вариантах выполнения, например, нетканый композитный материал образован интегральным перепутыванием термопластичных волокон со впитывающими штапельными волокнами при использовании любой из множества технологий перепутывания, известных в данной области (например, гидравлическое, воздушное, механическое и т.д.). Например, в одном варианте выполнения нетканое полотно, образованное из термопластичных волокон, интегрально перепутано со впитывающими штапельными волокнами при использовании гидравлического перепутывания. Обычный процесс гидравлического перепутывания использует струи высокого давления для перепутывания волокон и/или элементарных нитей с образованием уплотненной перепутанной композитной структуры. Гидравлически перепутанные нетканые композитные материалы описаны, например, в патентах США 3,494,821 (Evans), 4,144,370 (Bouolton), 5,284,703 (Everhart и др.) и 6,315,864 (Anderson и др.), которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Ссылаясь на Фиг.1, например, показан один вариант выполнения процесса гидродинамического перепутывания, подходящего для формирования нетканого композитного материала из нетканого полотна и волокон пульпы. Как показано, волокна пульпы, содержащие волокнистую массу, перемещают к традиционному напорному ящику 12, где размещают посредством шлюзового средства 14 на традиционном формирующем полотне или поверхности 16. Суспензия волокон пульпы может иметь любую консистенцию, которую обычно используют в традиционных процессах бумажного производства. Например, суспензия может содержать от около 0,01 до около 1,5 вес.% волокон пульпы, суспендированных в воде. Воду затем удаляют из суспензии волокон пульпы с образованием равномерного слоя 18 волокон пульпы.

Нетканое полотно 20 также разматывают из вращающегося подающего валка 22 и пропускают через зажим 24 S-образной конструкции 26 валков, образованной расположенными друг над другом валками 28 и 30. Любую из множества технологий можно использовать для формирования нетканого полотна 20. Например, в одном варианте выполнения штапельные волокна используют для формирования нетканого полотна 20 при использовании традиционных процессов кардного прочеса, например процессов кардного прочеса шерсти или хлопка. Однако другие процессы, такие как переплетение в воздушном потоке или влажное переплетение, также можно использовать для формирования полотна штапельных волокон. Кроме того, по существу непрерывные волокна можно использовать для формирования нетканого полотна 20, такого как образовано в процессе формирования полотна из расплава, например фильерное производство, выдувание из расплава и т.д.

Нетканое полотно 20 может быть соединено для улучшения его срока службы, прочности, свойств при касании руками, эстетических свойств и/или других свойств. Например, нетканое полотно 20 может быть соединено термически, ультразвуковым способом, адгезивно и/или механически. Как, например, нетканое полотно 20 может быть соединено так, что оно имеет множество небольших, отдельных точек соединения. Примерный способ точечного соединения представляет собой термическое точечное соединение, которое, в общем, включает прохождение одного или более слоев между нагретыми валками, такими как гравированный валок с узором и второй соединительный валок. Гравированный валок имеет некоторый узор, так что полотно не соединяется по всей его поверхности, а второй валок может быть гладким или с узором. В результате различные узоры были разработаны для гравированных валков, для выполнения также эстетической функции. Примерные соединительные узоры включают описанные в патентах США 3,855,046 (Hansen и др.), 5,620,779 (Levy и др.), 5,962,112 (Hayness и др.), 6,093,665 (Savyovitz и др.), патент США на промобразец 428,267 (Romano и др.), и патент США на промобразец 390,708 (Brown), включенные оба полностью посредством ссылки для всех целей, но не ограничиваются ими. Например, в некоторых вариантах выполнения нетканое полотно 20 может быть соединено, так чтобы иметь общую площадь соединения менее около 30% (как определено традиционными оптическими микроскопическими способами) и/или равномерную плотность соединения более около 100 соединений на кв.дюйм. Например, нетканое полотно может иметь общую площадь соединения от около 2% до около 30% и/или плотность соединения от около 250 до около 500 штыревых соединений на кв.дюйм, такая комбинация общей площади соединения и/или плотности соединений может, в некоторых вариантах выполнения, достигаться соединением нетканого полотна 20 посредством штыревого соединительного узора, имеющего более около 100 штыревых соединений на кв.дюйм, который обеспечивает общую площадь поверхности соединений менее около 30% при полном контакте с гладким опорным валком. В некоторых вариантах выполнения соединительный узор может иметь плотность штыревых соединений от около 250 до около 350 штыревых соединений на кв.дюйм и/или общую площадь поверхности соединений от около 10% до около 25% при контакте с гладким опорным валком.

Кроме того, нетканое полотно 20 может быть соединено посредством непрерывных швов или узоров. В качестве дополнительных примеров нетканое полотно 20 может быть соединено по периферии листа или просто по ширине или поперечному направлению (ПН) полотна, смежно краям. Также можно использовать другие технологии соединения, такие как комбинация термического соединения и пропитка латексом. Альтернативно и/или дополнительно, полимеры, латекс или адгезивы можно наносить на нетканое полотно 20 посредством, например, разбрызгивания или печати и высушивать для обеспечения желаемого соединения. Другие подходящие технологии соединения могут быть описаны в патентах США 5,284,703 (Everhart и др.), 6,103,061 (Andersn и др.) и 6,197,404 (Varona), которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Возвращаясь снова к Фиг.1, нетканое полотно 20 затем размещают на перепутывающую поверхность 32 с отверстиями традиционного устройства гидравлического перепутывания, где слой 18 волокон пульпы затем укладывают на полотно 20. Хотя это и не требуется, обычно предпочтительно, чтобы слой 18 волокон пульпы был размещен между нетканым полотном 20 и коллекторами 34 гидравлического перепутывания. Слой 18 волокон пульпы и нетканое полотно 20 пропускают под ним или более коллекторами 34 гидравлического перепутывания, обрабатывают струями жидкости для перепутывания слоя 18 волокон пульпы с волокнами нетканого полотна 20 и проводят их в нетканое полотно 20 и через него с образованием нетканого композитного материала 36. Альтернативно гидравлическое перепутывание может осуществляться, когда слой 18 волокон пульпы и нетканое полотно 20 находятся на одном средстве с отверстиями (например, сетчатое полотно), так что происходит влажное образование полотна. Настоящее изобретение также рассматривает наложение высушенного слоя 18 волокон пульпы на нетканое полотно 20, регидратирование высушенного слоя до указанной консистенции, а затем обеспечение гидравлического перепутывания регидратированного слоя. Гидравлическое перепутывание также можно осуществлять, когда слой 18 волокон пульпы сильно насыщен водой. Например, слой 18 волокон пульпы может содержать до около 90 вес.% воды непосредственно перед гидравлическим перепутыванием. Альтернативно слой 18 волокон пульпы может быть слоем, сформированным в воздушном потоке или сухим способом.

Гидравлическое перепутывание можно осуществлять с использованием традиционного оборудования для гидравлического перепутывания, такого как описано например, в патентах США 5,284,703 (Everhart и др.) и 3,485,706 (Evans), которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Гидравлическое перепутывание можно осуществлять с помощью любой подходящей рабочей жидкости, такой как, например, вода. Рабочая жидкость протекает через распределительное средство, которое равномерно распределяет жидкость к ряду отдельных отверстий или выходных отверстий. Эти отверстия или выходные отверстия могут быть от около 0,003 до около 0,015 дюймов в диаметре и могут быть расположены в один или более рядов с любым количеством отверстий, например, 30-100 на дюйм, в каждом ряду. Например, можно использовать распределительное средство, произведенное компанией Fleissner, Inc.of Charlotte, Сев. Каролина, содержащее полосу, имеющую отверстия диаметром 0,007 дюймов, 30 отверстий на дюйм и 1 ряд отверстий. Однако также следует понимать, что можно использовать многие другие конфигурации и комбинации распределительного средства. Например можно использовать одно распределительное средство или несколько распределительных средств могут быть расположены последовательно. Кроме того, хотя это и не требуется, давление жидкости, обычно используемое при гидравлическом перепутывании, находится в диапазоне от около 1000 до около 3000 фунт на кв.дюйм, и в некоторых вариантах выполнения от около 1200 до около 1800 фунт на кв.дюйм. Например при работе в верхних диапазонах описанных давлений, нетканый композитный материал 36 может быть обработан при скоростях до около 100 футов/минуту (ф/м).

Жидкость может воздействовать на слой 18 волокон пульпы и нетканое полотно 20, которое поддерживается поверхностью с отверстиями, такой как одноплоскостная сетка, имеющая размер ячеек от около 40×40 до около 100. Поверхность с отверстиями также может быть многослойной сеткой, имеющей размер ячеек от около 50×50 до около 200×200. Как обычно во многих процессах обработки струями воды, щель 38 для вакуума может быть расположена непосредственно ниже распределительных средств для гидро-иглопробивания или под перепутывающей поверхностью 32 с отверстиями вниз по ходу потока от перепутывающего распределительного средства, так что избыток воды удаляют из гидравлически перепутываемого нетканого композитного материала 36.

Не придерживаясь какой-либо конкретной теории работы, полагают, что столбцовые струи рабочей жидкости, которые непосредственно воздействуют на слой 18 волокон пульпы, лежащий на нетканом полотне 20, обеспечивают вбивание волокон пульпы в матрицу или сеть волокон или частично через нее в нетканом полотне 20. когда струи жидкости и слой 18 волокон пульпы взаимодействуют с нетканым полотном 20, волокна пульпы слоя 18 также перепутываются с волокнами нетканого полотна 20 и друг с другом. В некоторых вариантах выполнения такое перепутывание может привести к «асимметрии» в том, что одна поверхность имеет преобладание термопластичных волокон, делающих ее более скользкой, на ощупь более похожей на пластик, тогда как другая поверхность имеет преобладание волокон пульпы, делающих ее более мягкой, более плотной на ощупь. То есть, хотя волокна пульпы слоя 18 вбивают через матрицу или в матрицу нетканого полотна 20, многие волокна пульпы будут еще оставаться на поверхности материала 36 или около нее. Эта поверхность может, таким образом, содержать большую долю волокон пульпы, при этом другая поверхность может содержать большую долю термопластичных волокон нетканого полотна 20.

После обработки струями воды полученный нетканый композитный материал 36 может быть перенесен затем к операции сушки (например, компрессионной, некомпресионной и т.д.). Захватывающий ролик с разными скоростями можно использовать для переноса материала от ленты гидравлического иглопробивания к операции сушки. Альтернативно можно использовать традиционные захватывающие средства вакуумного типа и переносящие полотна. При желании нетканый композитный материал 36 может быть крепирован во влажном состоянии перед переносом к операции сушки. Некомпрессионная сушка материала 36, например, может осуществляться с использованием традиционного конвейерного сушащего устройства 42. Конвейерное сушащее устройство 42 может быть наружным вращаемым цилиндром 44 с отверстиями 46 в комбинации с наружным кожухом 48 для приема горячего воздуха, выдуваемого через отверстия 46. Лента конвейерного сушащего устройства переносит нетканый композитный материал 36 над верхним участком наружного цилиндра 40 конвейерного сушащего устройства. Нагретый воздух, подаваемый через отверстия 46 в наружном цилиндре 44 конвейерного сушащего устройства 42, удаляет воду из нетканого композитного материала 36. Температура воздуха, подаваемого через нетканый композитный материал 36 с помощью конвейерного сушащего устройства 42, может меняться от около 200°F до около 500°F. Другие подходящие способы и устройства для конвейерной сушки можно найти, например, в патенте США 2,666,369 (Niks) и 3,821,068 (Shaw), которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

В дополнение к гидравлически перепутанному нетканому композитному материалу нетканое композитное полотно может также содержать смесь термопластичных волокон и впитывающих штапельных волокон. Например, нетканое композитное полотно может быть «совместно формованным» материалом, который может быть выполнен с помощью процесса, в котором по меньшей мере одна головка формы для выдувания из расплава расположена около желоба, через который впитывающие штапельные волокна добавляют к нетканому полотну при его формировании. Некоторые примеры таких совместно формованных материалов раскрыты в патенте США 4,100,324 (Anderson и др.), 5,284,703 (Everhart и др.) и 5,350,624 (Georger и др.), которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Независимо от способа его формирования композитное полотно подвергают процессу абразивной отделки в соответствии с настоящим изобретением, чтобы улучшить некоторые его свойства. Различные хорошо известные процессы абразивной отделки, в общем, можно осуществлять, включая шлифовку, ворсование и т.д., но не ограничиваясь ими. Например, несколько подходящих процессов шлифовки описаны в патенте США 6,269,525 (Dischler и др.), 6,260,247 (Dischler и др.), 6,112,381 (Dischler и др.), 5,662,515 (Evensen), 5,564,971 (Evensen), 5,531,636 (Bissen), 5,752,300 (Dischler и др.), 5,815,896 (Dischler и др.), 4,512,065 (Otto), 4,468,844 (Otto) и 4,316,928 (Otto), которые включены сюда полностью посредством ссылки, для всех целей. Некоторые примеры шлифовальных устройств, подходящих для использования в настоящем изобретении, включают микрошлифовальные устройства серий 450, серий 620 и серий 710, поставляемые компанией Curtin-Hebert Co.,Inc, Гловерсвилль, Нью-Йорк.

Только для примера, один вариант выполнения подходящей системы 100 истирания показан на Фиг.2. Как показано, система 100 истирания включает два зажимных валика 83, через которые подают композитный материал 36. Приводной ролик 85 приводит в движение зажимные валики 83 в желаемом направлении. Когда композитный материал 36 проходит через зажимные валики 83, его затем пропускают через истирающий ролик 80 и прижимной ролик 82. По меньшей мере участок поверхности 81 истирающего ролика 80 покрыт абразивным материалом, таким как наждачная бумага или шлифовальная ткань, так что истирание происходит, когда прижимной ролик 82 прижимает поверхность 90 композитного полотна 36 к поверхности 81 истирающего ролика 80. Вообще, истирающий ролик 80 вращается либо в направлении против часовой стрелки, либо по часовой стрелке. Таким образом, истирающий ролик 80 может обеспечивать желаемое абразивное воздействие на поверхность 90 композитного материала 36. Истирающий ролик 80 может вращаться в направлении, противоположном направлению композитного материала 36 для оптимизации истирания. То есть истирающий ролик 80 может вращаться так, что направление касательной к абразивной поверхности 81 в точке контакта с композитным полотном 36 противоположно линейному направлению перемещения полотна 36. В показанном варианте выполнения, например, направление вращения ролика является направлением по часовой стрелке, а направление перемещения полотна – слева направо.

Истирающая система 80 также может включать выпускную систему 88, которая использует вакуумные усилия для удаления любых отходов, остающихся на поверхности 90 композитного материала 36 после желаемого уровня истирания. Щеточный валик 92 также можно использовать для очищения поверхности прижимного ролика 82. После истирания композитный материал 36 затем покидает шлифующее устройство через зажимные валики 87, которые приводятся в действие приводным роликом 89.

Как описано выше, композитный материал 36 иногда может иметь «асимметрию», с одной поверхностью, имеющей преобладание штапельных волокон (например, волокна пульпы). В одном варианте выполнения поверхность 90 композитного материала 36, которую истирали, может содержать преобладание штапельных волокон. Кроме того, поверхность 90 может содержать преобладание термопластичных волокон из нетканого полотна. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что помимо улучшения мягкости и ощущений на ощупь, истирание одной или более поверхностей также может улучшить другие физические свойства полотна, такие как объемность, скорость впитывания, скорость протекания и впитывающую способность. Хотя и не предназначено для ограничения теорией, абразивная поверхность прочесывает, ворсит и/или поднимает поверхностные волокна, с которыми она контактирует. Затем волокна механически перераспределяют и немного вытягивают из матрицы композитного материала. Эти поднятые волокна могут, например, быть волокнами пульпы и/или термопластичными волокнами. Независимо от этого волокна на поверхности имеют более равномерный внешний вид и улучшают ощущения на ощупь полотна, создавая более «похожий на ткань» материал.

Независимо от природы истираемой поверхности степень модификации свойств композитного материала 36 с помощью процесса истирания зависит от множества разных факторов, таких как размер абразивного материала, сила и частота контакта с роликом и т.д. Например, тип абразивного материала, используемого для покрытия истирающего ролика 80, может селективно меняться для достижения желаемого уровня истирания. Например, абразивный материал может быть образован из матрицы с включенными в нее твердыми абразивными частицами, такими как алмаз, карбиды, бориды, нитриды металлов и/или кремния. В одном варианте выполнения алмазные абразивные частица помещают в матрицу с металлическим покрытием (например, никель или хром), как описано в патенте США 4,608,128 (Farmer), который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Абразивные частицы с меньшим размером частиц стремятся истирать поверхности в меньшей степени, чем частицы, имеющие больший размер. Таким образом, использование частиц большего размера может быть более подходящим для полотен с более высоким весом. Однако абразивные частицы очень большого размера могут истирать композитный материал 36 до такой степени, что нарушают некоторые его физические характеристики. Чтобы уравновесить это воздействие, средний размер абразивных частиц может меняться от около 1 до около 1000 микрон, в некоторых вариантах выполнения от около 20 до около 200 микрон, а в некоторых вариантах выполнения от около 30 до около 100 микрон.

Аналогично большее усилие и и/или частота контактирования с истирающим роликом 80 также могут привести к большему уровню истирания. Различные факторы могут влиять на силу и частоту контакта с роликом. Например, линейная скорость композитного материала 36 относительно истирающего ролика 80 может меняться с большей линейной скоростью, в общем, соответствующей более высокой степени истирания. В большинстве вариантов выполнения линейная скорость композитного материала 36 меняется от около 100 до около 4000 футов в минуту, в некоторых вариантах выполнения от около 500 до около 3400 футов в минуту, а в некоторых вариантах выполнения – от около 1500 до около 3000 футов в минуту. Кроме того, истирающий ролик 80 обычно вращается со скоростями от около 100 до около 8000 оборотов в минуту (об/мин), в некоторых вариантах выполнения от около 500 до около 6000 об/мин, и в некоторых вариантах выполнения от около 1000 до около 4000 об/мин. При желании, разность скоростей существует между композитным полотном 36 и истирающим роликом 80 для улучшения процесса истирания.

Расстояние между прижимным роликом 82 и истирающим роликом 80 (т.е., «зазор») также может воздействовать на степень истираемости, причем меньшие расстояния, в общем, приводят к большей степени истирания. Например, расстояние между прижимным роликом 82 и истирающим роликом 80 может в некоторых вариантах выполнения изменяться от около 0,001 дюйма до около 0,1 дюйма, в некоторых вариантах выполнения от около 0,01 дюйма до около 0,05 дюйма, и в некоторых вариантах выполнения от около 0,01 дюйма до около 0,02 дюйма.

Одну или более вышеупомянутых характеристик можно селективно изменять для достижения желаемого уровня истирания поверхности. Например, когда используют абразивные частицы очень большого размера, может быть желательно выбрать относительно низкую скорость вращения для истирающего ролика 80 для достижения определенной степени истирания без нарушения физических характеристик композитного материала 36. Кроме того, композитный материал 36 также может контактировать с множеством истирающих роликов 80 для достижения желаемых результатов. Различные размеры частиц можно применять для различных истирающих роликов 80 в разных последовательностях для обеспечения конкретных эффектов. Например, может быть желательно предварительно обрабатывать композитный материал 36 посредством истирающего ролика, имеющего больший размер частиц (крупные), чтобы сделать материал более легко обрабатываемым частицами меньшего размера (мелкие) на последующих истирающих роликах. Кроме того, множество истирающих роликов также можно использовать для истирания множества поверхностей композитного материала 36. Например, в одном варианте выполнения поверхность 91 композитного материала 36 можно истирать в истирающем ролике перед, после истирания поверхности 90 и/или одновременно с ней.

Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается роликами, покрытыми абразивными частицами, а может включать и другие технологии истирания поверхности полотна. Например, стационарные бруски можно использовать для придания желаемой степени истирания. Эти бруски могут быть сформированы из множества материалов, таких как сталь, и выполнены так, чтобы иметь абразивную поверхность. Ссылаясь на Фиг.3-5, показаны различные варианты выполнения способа истирания композитного материала с использованием стационарных брусков. На Фиг.3, например, поверхность 153 композитного материала 136, перемещающегося в указанном направлении, истирают стационарным бруском 150 при разматывании с ролика 160 и сматывают на ролик 162. Стационарный брусок 152 может по своей природе иметь абразивную поверхность или может быть снабжен абразивной поверхностью, например, путем оборачивания бруска 150 субстратом, содержащим абразивные частицы. Хотя это не показано, различные натяжные ролики и т.д. могут направлять композитный материал 136, когда он перемещается над стационарным бруском 150. Фиг.4 и 5 показывают схожие варианты выполнения, в которых множество стационарных брусков 150 используют для истирания композитного материала 136. На Фиг.4 поверхность 153 композитного материала 136 истирают посредством одного стационарного бруска 150, а поверхность 151 истирают с использованием трех (3) других стационарных брусков 150. Аналогично на Фиг.5 каждую поверхность 151 и 153 композитного материала 136 истирают с использованием двух (2) повреждающих брусков.

В другом варианте выполнения композитный материал 36 можно ворсить путем контактирования его поверхности с роликом, покрытым равномерно разнесенными проволочками. Проволочки являются обычно тонкими, гибкими проволочками. Может быть также предпочтительно помещать проволочки в поддерживающий субстрат, так что их концы только слегка выступают из него. Такой поддерживающий субстрат может быть образован из сжимаемого материала, такого как пенорезина, мягкая резина, войлок и т.д., так что он сжимается при ударе. Степень сжатия определяет степень, с которой концы проволок выступают от поверхности и, таким образом, степень, с которой ворсящие концы проволок проникают в композитный материал 36. Помимо присутствия проволок, такой ворсящий ролик может быть в другом случае подобен истирающему ролику 80, описанному выше со ссылкой на Фиг.2.

Перед истиранием композитного материала 36 или после него также может быть предпочтительно использовать другие стадии процессов обработки и/или последующей обработки для придания композитному материалу 36 выбранных свойств. Например, композитный материал 36 может быть слегка сжат каландровыми валками или иначе обработан для улучшения растяжимости и/или обеспечения равномерного внешнего вида и/или определенных тактильных свойств. Альтернативно или дополнительно, различные химические вещества последующей обработки, такие как адгезивные или красящие, могут быть добавлены к композитному материалу 36. Дополнительные средства последующей обработки, которые можно использовать, описаны в патенте США 5,853,859 (Levy и др.), который включен сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Кроме того, вытертая поверхность композитного материала 36 может быть вакуумирована для удаления любых волокон, которые освобождаются в процессе истирания.

Композитный материал по настоящему изобретению, в частности, используют в качестве салфетки. Салфетка может иметь вес основы от около 20 грамм на кв. метр (гм/кв.м) до около 300 г/кв.м, в некоторых вариантах выполнения от около 30 г/кв.м до около 200 г/кв.м, и в некоторых вариантах выполнения от около 50 г/кв.м до около 150 г/кв.м. Продукты с более низким весом основы обычно хорошо подходят для использования в качестве облегченных бытовых салфеток, тогда как продукты с более высоким весом основы хорошо подходят для промышленных салфеток. Салфетки также могут иметь любой размер для множества задач при протирке. Салфетки также могут иметь ширину от около 8 сантиметров до около 100 сантиметров, в некоторых вариантах выполнения от около 10 до около 50 сантиметров, а в некоторых вариантах выполнения от около 20 сантиметров до около 25 сантиметров. Кроме того, салфетка может иметь длину от около 10 сантиметров до около 200 сантиметров, в некоторых вариантах выполнения от около 20 сантиметров до около 100 сантиметров, а в некоторых вариантах выполнения от около 35 сантиметров до около 45 сантиметров.

При желании салфетка может быть предварительно увлажнена жидкостью, такой как вода, безводное чистящее средство для рук или любая другая подходящая жидкость. Жидкость может содержать антисептические вещества, ингибиторы огня, поверхностно-активные вещества, смягчающие вещества, увлажняющие вещества и т.д. В одном варианте выполнения, например, салфетку можно использовать с дезинфицирующим составом, таким как описано в публикации патентной заявки США 2003/0194932 (Clark и др.), которая включена сюда полностью посредством ссылки для всех целей. Жидкость можно наносить любым подходящим способом, известным в данной области, таким как распыление, погружение, насыщение, пропитка, покрытие кистью и т.д. Количество жидкости, добавляемой к салфетке, может изменяться в зависимости от природы композитного полотна, типа контейнера, используемого для хранения салфеток, природы жидкости и желаемого конечного использования салфеток. В общем каждая салфетка содержит от около 150 до около 600 вес.%, а в некоторых вариантах выполнения от около 300 до около 500 вес.% жидкости, на основе сухого веса салфетки.

В одном варианте выполнения салфетки обеспечивают в виде непрерывного перфорированного рулона. Перфорации обеспечивают ослабленную линию, с помощью которой салфетки легко можно отделять. Например, в одном варианте выполнения рулон высотой 6 дюймов содержит салфетки шириной 12 дюймов, которые сложены v-образно. Рулон перфорирован каждые 12 дюймов с образованием салфеток, размером 12*12 дюймов. В другом варианте выполнения салфетки обеспечены в виде стопки отдельных салфеток. Салфетки могут быть упакованы во множество форм, материалов и/или контейнеров, включая рулоны, коробки, тубы, гибкие упаковочные материалы и т.д., но не ограничиваясь ими. Например, в одном варианте выполнения салфетки вставлены на конце селективно высвобождаемого контейнера (например, цилиндрического). Другие примеры подходящих контейнеров включают жесткие тубы, пленочные пакетики и т.д. Один конкретный пример подходящего контейнера для складывания салфеток представляет собой жесткую, цилиндрическую тубу (например, выполненную из полиэтилена), которая снабжена повторно уплотняемой воздухонепроницаемой крышкой (например, выполненной из полипропилена) на верхнем участке контейнера. Крышка имеет шарнирный колпачок, закрывающий в исходном положении отверстие, расположенное под колпачком. Отверстие позволяет прохождение салфеток из запечатанного контейнера, при этом отдельные салфетки можно извлекать путем захвата салфетки и разрыва шва каждого рулона. Отверстие в крышке выполнено соответствующего размера, чтобы обеспечить достаточное сжатие для удаления любой избыточной жидкости из каждой салфетки при ее извлечении из контейнера.

Другие подходящие устройства для выдачи салфеток, контейнера и системы для выдачи салфеток описаны в патенте США 5,785,179 (Buczwinski и др.), 5,964,351 (Zander), 6,030,331 (Zander), 6,158,614 (Haynes и др.), 6,269,969 (Huang и др.), 6,269,970 (Huang и др.), 6,273,359 (Newman и др.), которые включены сюда полностью посредством ссылки для всех целей.

Настоящее изобретение может стать более понятным со ссылкой на следующие примеры.

Способы испытаний

В примерах использованы следующие способы испытаний.

Объемность. Объемность полотна соответствует его толщине. Объемность измеряли в примере в соответствии со способами испытаний TAPPI (Техническое общество целлюлозно-бумажной промышленности) Т402 «Стандартная среда кондиционирования и испытания для бумаги, картона, отливок и связанных с ними изделий» (Standard Conditioning and Testing Atmosphere for Paper, Board, Pulp Handsheets and Related Products или Т411 om-89 «Толщина (калибр) бумаги, картона и объединенного картона» (Thickness (caliper) of Paper, Paperboard and combined Board) с примечанием 3 для сложенных в стопки листов. Микрометром, используемым для осуществления Т411 om-89 может быть электронный микроизмеритель Emveco Model 200А (компании Emveco, Inc. Ньюберри, Орегон), имеющий рабочий диаметр 57,2 миллиметра и рабочее давление 2 килопаскаля.

Прочность на разрыв при захватывании. Прочность на разрыв при захватывании представляет собой меру предела прочности при разрыве полотна, когда оно подвергается однонаправленному напряжению. Это испытание известно в данной области и соответствует описаниям Способа 5100 Федеральных стандартов способов испытаний 191 А. Полученные результаты выражают в фунтах для разрыва. Более высокие показатели указывают на более прочное полотно. Испытание на разрыв при захватывании использует два зажима, каждый из которых имеет два кулачка, причем каждый кулачок имеет поверхность, контактирующую с образцом. Зажимы должны удерживать материал в одной плоскости, обычно вертикальной, разделенными 3 дюймами (76 мм) и перемещаться в разные стороны с заданной скоростью растяжения. Значения прочности на разрыв при захватывании получают с использованием образца размером 4 дюйма (102 мм) на 6 дюймов (152 мм), с поверхностью кулачка размером 1 дюйм (25 мм) до 1 дюйм и постоянной скоростью растяжения 300 мм/мин. Образец является более широким, чем кулачки зажимов, чтобы обеспечить эффективную прочность волокон в захватываемой ширине, объединенную с дополнительной прочностью, обеспечиваемой смежными волокнами в полотне. Образец зажимают в, например, испытательном устройстве Sintech 2, поставляемом компанией Instron Corporation of Canton, Mass., или Thwing-Albert Model INTELLECT II, поставляемом компанией Thwing-Albert Instrument Co. of Philadelphia, Pa. Это близко имитирует условия напряжения полотна в реальных условиях. Результаты представляют в виде среднего значения трех образцов и могут быть осуществлены образцом в поперечном направлении (ПН) или машинном направлении (МН).

Скорость приема воды. Скорость приема воды за требуемый зазор времени, в секундах, чтобы образец полностью впитал жидкость в полотно за один раз на поверхности материала. Более конкретно впитывание воды определяют в соответствии с ASTM 2410 путем подачи 0,5 куб.сантиметра воды посредством пипетки на поверхность материала. Четыре (4) капли воды 0,5 куб.сантиметра (2 капли на сторону) наносят на каждую поверхность материала. Среднее время для впитывания четырех капель воды в материал (Z-направление) записывают. Меньшее время впитывания, измеренное в секундах, указывает на более быструю скорость поглощения. Испытание проводят при условиях 73,4°+/-3,6° Ф и 50%+/-5% относительной влажности.

Скорость приема масла. Скорость приема масла за требуемый зазор времени, в секундах, для впитывания образцом заданного количества масла. Впитывание моторного масла определяют так же, как описано выше для воды, за исключением того, что 0,1 куб.сантиметр масла используют для каждой из четырех (4) капель (2 капли на сторону).

Впитывающая способность. Впитывающая способность относится к способности материала впитывать жидкость (например, воду или моторное масло) в течение некоторого периода времени и относится к общему количеству жидкости, удерживаемой материалом в его токе насыщения. Впитывающую способность измеряют в соответствии с Федеральной спецификацией UU-T-595C на бытовые полотенца и протирочные салфетки. Более конкретно, впитывающую способность определяют путем измерения увеличения веса образца в результате впитывания жидкости и выражают в процентах, как вес впитанной жидкости, разделенный на вес образца, следующим уравнением:

Впитывающая способность = [(вес насыщенного образца – вес образца)/вес образца]*100

Стойкость к истиранию по Тэйберу. Стойкостью к истиранию по Тэйберу измеряют 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 Тэйбера (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.

Деформационная жесткость. Испытанием «деформационной жесткости» измеряют устойчивость к изгибу материала. Длина изгиба является мерой взаимодействия между весом материала и жесткостью, как показано в способе, где материал изгибается под его собственным весом, другими словами, при применении консольного изгиба композитного материала под его собственным весом. В общем образец скользил со скоростью 4,75 дюймов в минуту (12 см/мин) в направлении, параллельном его продольному размеру, так что его ведущий (передний) конец выступал от края горизонтальной поверхности. Длину выступающего участка измеряли, когда конец образца опускался под его собственным весом к месту, где линия соединения конца с краем платформы составляла угол 41,50° с горизонталью. Чем длиннее выступ, тем медленнее сгибался образец; таким образом, более высоким числом указывают на более жесткие композитные материалы. Этот способ соответствует спецификациям ASTM Standard Test D 1388. Деформационная жесткость, измеренная в футах, представляет собой половину длины выступающего участка образца, когда он достигает наклона 41,50°. Образцы для испытаний изготавливали следующим образом. Образцы разрезали на прямоугольные полосы шириной 1 дюйм (2,54 см) и длиной 6 дюймов (15,24 см). Экземпляры каждого образца испытывали в машинном направлении и поперечном направлении. Подходящее испытательное устройство жесткости деформации-сгиба, такое как FRL-Cantilever Bending Tester, модель 79-10, поставляемой компанией Testing Machines Inc, расположенной в Амитивилле, Н.Й, использовали для проведения этого испытания.

Пухоотделение по Гелбо. Количество пуха для данного образца определяли в соответствии с испытанием на пухоотделение по Гелбо. Испытание на пухоотделение по Гелбо определяет относительно количество частиц, высвобождаемых из полотна, когда его подвергают непрерывному сгибающему или скручивающему перемещению. Его осуществляют в соответствии с INDA Test Method 160.1092. Образец помещают в сгибающую камеру. Когда образец согнут, из камеры удаляют воздух со скоростью 1 куб. фут в минуту для подсчета в лазерном счетчике частиц. Счетчик частиц подсчитывает частицы размером меньше или больше чем конкретный размер частиц (например, 25 микрон) при использовании каналов для сортировки частиц. Результаты могут быть представлены в виде общего количества частиц, подсчитанного в течение 10 последовательных 30-секундных периодов, при этом максимальная концентрация достигается в одном из десяти расчетных периодов или в виде среднего десяти расчетных периодов. Испытание показывает возможное пухообразование в данном материале.

Пример 1

Были обеспечены салфетки Wypall® X80 Red (красные) и салфетки Wypall® X80 Blue (голубые), которые производит компания Кимберли-Кларк Корпорейшн. Салфетки были образованы из нетканых композитных материалов по существу в соответствии с патентом США 5,284,703 (Everhart и др.). более конкретно, салфетки имели вес основы 125 грамм на кв.метр (г/кв.м) и были образованы из полипропиленового полотна фильерного производства (22,7 г/кв.м), гидравлически перепутанного с крафт-волокнами мягкой древесины северных пород.

Салфетки истирали при различных условиях с использованием микроизмерителя 620 Серии, полученного от компании Curtin-Hebert Co., Inc Гловерсвилль, Нью-Йорк, который по существу подобен устройству, показанному на Фиг.2. Более конкретно каждую салфетку сначала истирали на ее пульповой стороне и испытывали на различные свойства (1 проход). Затем фильерную сторону салфеток истирали (2 проход) при использовании идентичных условий истирания. Истирающий ролик в каждом проходе качается на 0,25 дюймов в поперечном направлении образцов, чтобы гарантировать, что ролик не будет заполняться волокнами и канавки в ролике не износятся.

Условия истирания для каждого прохода изложены ниже в Таблице 1.

Затем сразу после истирания испытывали различные свойства салфеток. Также испытывали контрольные образцы, которые не истирали в соответствии с настоящим изобретением. В Таблице 2 приведены результаты, полученные для красных салфеток Wypall® X80, а в Таблице 3 приведены результаты, полученные для стальных голубых салфеток Wypall® X80.

Как указано, различные свойства вытертых образцов были улучшены по сравнению с невытертыми контрольными образцами. Например, вытертые образцы имели впитывающую способность для моторного масла на приблизительно от 35 до 67% выше чем контрольные образцы. Вытертые образцы также имели впитывающую способность для воды на приблизительно от 20 до 35% выше, чем контрольные образцы. Кроме того, вытертые образцы имели, в общем, более низкую деформационную жесткость, чем контрольные образцы.

SEM фотографии контрольного образца невытертой красной салфетки Wypall®X80 показаны на Фиг.6 (пульповая сторона), Фиг.7 (угол 45 градусов) и Фиг.8 (фильерная сторона). Контрольный образец показывает волокна, переплетенные вместе и сжатые на поверхностях.

SEM фотографии красной салфетки Wypall®X80, вытертой с промежутком 0,014 дюймов и линейная скорость 17 футов в минуту показаны на Фиг.9 (пульповая сторона, 1 проход) и Фиг.10 (фильерная сторона, 2 проход). Как показано на Фиг.9, поверхностные волокна относительно контрольного образца рассчитывает открытые волокна относительно контрольного образца. Аналогично Фиг.10 показывает вытертые образцы с волокнами, более равномерными по размеру и выровненными в одном направлении. Волокна также покрывают большую область открытых точек термического соединения нижележащего фильерного полотна.

Пример 2

Обеспечены голубые стальные салфетки Wypall®X80, коммерчески поставляемые фирмой Кимберли-Кларк Корпорейшн. Салфетки были образованы из нетканых композитных материалов, по существу в соответствии с патентом США 5,284,703 (Everhart и др.). Более конкретно, салфетки имели вес основы 125 грамм на кв. метр (г/кв.м) и были образованы из фильерного полипропиленового полотна (22,7 г/кв.м), гидравлически перепутанного с крафт-волокнами мягкой древесины северных пород.

Салфетки истирали при различных условиях с использованием микроизмерителя 620 Серии, полученного от компании Curtin-Hebert Co., Inc Гловерсвилль, Нью-Йорк, который по существу подобен устройству, показанному на Фиг.2. Более конкретно, каждый образец сначала истирали на его пульповой стороне (1 проход) и испытывали на различные свойства. Затем один из образцов также истирали на фильерной стороне (2 проход) с использованием идентичных условий истирания. Истирающий ролик в каждом проходе качается на 0,25 дюймов в поперечном направлении образцов, чтобы гарантировать, что ролик не будет заполняться волокнами и канавки в ролике не износятся.

Условия истирания для каждого прохода изложены ниже в Таблице 4.

Зазор, т.е. расстояние между истирающим роликом и прижимным роликом, изменяется от 0,014 до 0,024 дюйма. Затем сразу после истирания испытывали различные свойства салфеток. Контрольные образцы голубых стальных салфеток Wypall®X80 (обозначены образец 1 в Таблице 5) также испытывали и сравнивали с образцами 2-6. В Таблице 5 приведены результаты, полученные для стальных голубых салфеток Wypall®X80.

Как указано, различные свойства вытертых образцов были улучшены по сравнению с невытертыми контрольными образцами. Кроме того, как указано, больший зазор, в общем, приводит к пониженному снижению прочности. С другой стороны меньший зазор имел большее влияние на конкретные свойства, такие как впитываемость жидкости и скорость впитывания. Фиг.11 представляет собой SEM фотографию образца 4 (угол 45 градусов). Поверхностные волокна втертого образца, показанного на Фиг.11, выровнены в одном направлении (направление шлифовки).

Пример 3

Были обеспечены четырнадцать (14) образцов салфеток. Образцы 1-13 были однослойными салфетками, при этом образец 14 был двухслойной салфеткой (два слоя, склеенные вместе).

Однослойные салфетки были красными салфетками Wypall®X80, которые производит компания Кимберли-Кларк Корпорейшн. Красные салфетки Wypall®X80 были образованы из нетканых композитных материалов, по существу в соответствии с патентом США 5,284,703 (Everhart и др.), более конкретно, салфетки имели вес основы 125 грамм на кв.метр (г/кв.м) и были образованы из полипропиленового полотна фильерного производства (22,7 г/кв.м), гидравлически перепутанного с крафт-волокнами мягкой древесины северных пород.

Каждый слой двухслойных салфеток представлял собой красные салфетки Wypall®Х60, которые производит компания Кимберли-Кларк Корпорейшн. Красные салфетки Wypall®X60 были образованы из нетканых композитных материалов, по существу в соответствии с патентом США 5,284,703 (Everhart и др.), более конкретно, салфетки имели вес основы 64 грамм на кв.метр (г/кв.м) и были образованы из полипропиленового полотна фильерного производства (11,3 г/кв.м), гидравлически перепутанного с крафт-волокнами мягкой древесины северных пород.

Все четырнадцать (14) образцов салфеток истирали при разных условиях. Образцы 1-13 истирали с использованием стационарного повреждающего бруска (брусков). Более конкретно, пульповую сторону образца 1 истирали стальным повреждающим бруском способом, показанным на Фиг.3. Более конкретно, повреждающий брусок был обернут наждачной бумагой, имеющей зернистость 60 (средний размер частиц 254 микрона). Образец 2 истирали посредством двух стационарных стальных повреждающих брусков способом, показанным на Фиг.5. Более конкретно, повреждающий брусок, контактирующий с верхней поверхностью 151 образца (фильерная сторона) был обернут наждачной бумагой, имеющей зернистость 60 (средний размер частиц 254 микрона), тогда как повреждающий брусок, контактирующий с нижней поверхность 153 (пульповая сторона) образца, был обернут наждачной бумагой, имеющей зернистость 220 (средний размер частиц 63 микрона). Образец 3 истирали способом, показанным на Фиг.4. Более конкретно, повреждающий брусок, контактирующий с верхней поверхностью 151 (фильерная сторона) образца был обернут наждачной бумагой, имеющей зернистость 60 (средний размер частиц 254 микрон), при этом три (3) повреждающих бруска, контактирующие с нижней поверхностью 153 (пульповая сторона) образца, были обернуты наждачной бумагой, имеющей зернистость 220 (средний размер частиц 63 микрона).

Образцы 4-6 истирали с использованием ворсирующих роликов, на которых содержались проволочные кардочесальные щетки или ленты, полученные от компании ЕСС Card Clothing, Inc, Симпсонвилль, Южная Каролина. Более конкретно, проволочные щетки образцов 4-5 имели высоту штырьков 0,0285 дюймов, причем штырьки установлены на 3-слойном резиновом ремне, шириной 1,5 дюйма. Проволочные щетки образца 6 имели высоту слегка наклоненных штырьков 0,410 дюймов, установленных на том же резиновом ремне. Оба комплекта щеток имели конфигурацию 6×3×11, где «6» – количество радов на дюйм, «3» – количество проволочек или скобочных анкеров, используемых для прикрепления скобок к материалу ремня, a «11» – количество проволочек или скобок, повторяемых на дюйм.

Ворсирующие ролики были установлены на отдельные электроприводные разматывающие подставки и расположены у поверхности образца, когда его сматывали с натяжением между разматывающим средством и сматывающим средством с приводом. Ролики вращались в направлении, противоположном направлению перемещения образцов, со скоростью 1800 футов в минуту. Быстрое вытяжное вакуумное средство было расположено около поверхности образца для удаления пыли, частиц и т.д., образуемых при истирании.

Образцы 7-13 истирали с использованием ролика, обернутого наждачной бумагой. Для образцов 7-8, 10, 12 и 14 истирали только пульповую сторону. Для образцов 9, 11 и 13 истирали обе стороны. Ролики с наждачной бумагой были образованы из стандартного бумажного сердечника, имеющего наружный диаметр 3 дюйма. Ролики разрезали до длины 10,5 дюймов и оборачивали наждачной бумагой, имеющей зернистость 60 (средний размер частиц 254 микрон). Образцы 7 и 9-14 оборачивали по длине с образованием одного шва. Образец 8 оборачивали отдельными полосками, размером 2 дюйма, разнесенными на 0,5 дюйма. Ролики были установлены на отдельные электроприводные разматывающие подставки и расположены у поверхности образца, когда его сматывают с натяжением между разматывающим устройство и сматывающим устройство с приводом. Ролики вращались в направлении, противоположном направлению перемещения образцов со скоростью 1800 футов в минуту. Быстрое вытяжное вакуумное средство было расположено около поверхности образца для удаления пыли, частиц и т.д., образуемых при истирании.

Условия истирания суммированы в Таблице 6.

Некоторые свойства конкретных образцов затем испытывали и сравнивали с контрольным образцом, который не истирали. Результаты приведены ниже в Таблице 7.

Таблица 7: Свойства образцов
Образец		Деформ. ПН (см)	Деформ. МН (см)	Объемность (дюйм)	Впитываемость масла (%)	Скорость масла (сек)
Контрольный	Средн.	2,98	3,2	0,024	299,4	69,1
Станд. откл	0,10	0,05	0	10,8	1,0
Образец 3	Средн.	2,98	3,85	0,023	324,2	64,6
Станд. откл	0,24	0,265	0	2,1	1,5
Образец 11	Средн.	2,55	3,367	0,024	375,2	62,9
Станд. откл	0,30	0,202	0	3,3	1,7
Образец 13	Средн.	2,67	3,233	0,025	380,7	54,1
Станд. откл	0,24	0,076	0	5,2	0,5
Образец 4	Средн.	2,62	4,05	0,025	369,4	49,5
Станд. откл	0,19	0,173	0	12,9	0,9

Как показано, вытертые образцы, образованные в соответствии с настоящим изобретением, достигают превосходных физических свойств. Например, каждый из тестируемых вытертых образцов имеет более высокую впитываемость масла, чем контрольный образец.

Хотя изобретение было описано подробно относительно конкретных вариантов выполнения, должно быть очевидно, что специалист в данной области, при понимании вышеописанного, легко может представить альтернативы, варианты и эквиваленты этих вариантов выполнения. Соответственно, объем настоящего изобретения должен быть определен прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Формула изобретения

1. Способ формирования материала, предусматривающий: обеспечение нетканого полотна, которое содержит термопластичные волокна, перепутывание указанного нетканого полотна со впитывающими штапельными волокнами с образованием композитного материала, причем указанный композитный материал образует первую поверхность и вторую поверхность; и истирание указанной первой поверхности указанного композитного материала путем контактирования указанной первой поверхности указанного композитного материала с абразивными частицами, при этом истирание осуществляют путем контактирования указанной первой поверхности указанного композитного материала с роликом, который вращается в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки.

2. Способ по п.1, в котором указанные термопластичные волокна являются непрерывными.

3. Способ по п.1 или 2, в котором указанное нетканое полотно представляет собой полотно фильерного способа производства.

4. Способ по п.3, в котором указанное полотно фильерного производства содержит полиолефиновые волокна.

5. Способ по п.1, в котором указанные впитывающие штапельные волокна содержат волокна пульпы.

6. Способ по п.1, в котором указанные впитывающие штапельные волокна содержат более чем около 50 вес.% указанного композитного материала, а предпочтительно от около 60 вес.% до около 90 вес.% указанного композитного материала.

7. Способ по п.1, в котором указанное нетканое полотно гидравлически перепутывают с указанными впитывающими штапельными волокнами.

8. Способ по п.1, в котором указанное истирание осуществляют путем контактирования указанной первой поверхности указанного композитного материала с абразивными частицами, ворсирующими проволочками или их комбинациями.

9. Способ по п.8, в котором указанные абразивные частицы имеют средний размер от около 1 до около 1000 мкм, предпочтительно от около 20 до около 200 мкм, и предпочтительно от около 30 до около 100 мкм.

10. Способ по п.1, в котором указанное истирание осуществляют путем контактирования указанной первой поверхности указанного композитного материала со стационарным роликом.

11. Способ по п.1, в котором композитный материал перемещается в линейном направлении относительно указанного ролика.

12. Способ по п.11, в котором указанный композитный материал перемещается с линейной скоростью от около 100 до около 4000 футов в минуту, и предпочтительно от около 1500 до около 3000 футов в минуту.

13. Способ по п.11 или 12, в котором указанный ролик вращается в направлении, противоположном направлению, в котором перемещается указанный композитный материал.

14. Способ по п.1, в котором указанный ролик вращается со скоростью от около 500 до около 6000 оборотов в минуту, и предпочтительно от около 1000 до около 4000 оборотов в минуту.

15. Способ по п.1, дополнительно предусматривающий истирание указанной второй поверхности указанного композитного материала.

16. Композитный материал, содержащий полотно фильерного производства, которое содержит термопластичные полиолефиновые волокна, причем указанное фильерное полотно гидравлически перепутано с пульповыми волокнами, причем указанные пульповые волокна содержат более чем около 50 вес.% композитного материала, при этом по меньшей мере одна поверхность композитного материала является вытертой.

17. Композитный материал по п.16, в котором указанная вытертая поверхность содержит волокна, выровненные в более равномерном направлении, чем волокна невытертой поверхности остального идентичного композитного материала.

18. Композитный материал по п.16 или 17, в котором указанная вытертая поверхность содержит большее количество открытых волокон, чем невытертая поверхность остального идентичного композитного материала.

19. Композитный материал по любому из пп.16 и 17, в котором указанная вытертая поверхность имеет преобладание указанных пульповых волокон или преобладание указанных термопластичных волокон.

РИСУНКИ