螺旋卷曲成形的单一聚合 物纤维和用其制作的物品 【技术领域】
本发明涉及聚合物纤维和可以用这样的纤维制造的物品。更具体地说，这些纤维可以用于吸收剂物品，该物品可用于个人护理产品例如一次性卫生巾、尿布、婴幼儿便溺训练裤、失禁者服装、伤口护理产品等。这些物品典型地具有一种包括一个贴身衬里、一个液体不渗透外层或“阻挡层”、和该衬里与该阻挡层之间的一个吸收剂芯。
背景技术
卷曲纤维，由于其给一种材料以增大厚度的能力以及其它性能，已被发现可用于个人护理产品用材料。
以前一直使用双组分纤维来生产卷曲纤维。该纤维可以有从一种聚合物制成的一侧和从一种不同聚合物制成的另一侧，而且也用来作为粘结剂纤维。其它方案包括有一种聚合物构成该纤维的中心区域、另一种聚合物构成外部区域，尽管对称纤维对于卷曲来说不太吸引人。还有另一种方案是生产一种有腿或叶片的纤维，并以不同聚合物构成该腿或叶片的不同部分(美国专利5,707,735)。这些纤维表现良好，但生产成本是相对昂贵的，因为它们是从不止一种聚合物制造的。生产这些纤维的设备，与单一聚合物纤维比较而言，也是相对较昂贵和复杂的，因为必须给纤维喷丝板加工多种通道。
单一组分纤维的机械卷曲是业内已知的另一种方案，尽管这是一种缓慢而麻烦的制造工艺。由机械卷曲、一般让纤维在相互啮合辊筒之间通过而诱发的卷曲类型，通常是在唯一一个平面上地锯齿形卷曲。
尽管吸收剂结构的过去开发，但仍然需要改进的吸收剂结构，使得能充分减少来自吸收剂产品例如妇女卫生产品和婴儿护理产品的泄漏，并且制造起来更简单、更加成本有效。目前也需要一种吸收剂结构，使得能通过更有效地摄入、分配和截留液体的重复荷入来提供改进的液体涌浪处置。仍然需要为用于这样的吸收剂结构而经济、迅速地制造的材料，其中，该材料是用螺旋卷曲纤维制造的。这样的材料应当具有比从以前使用的纤维制造的那些优异的液体处置性能。
【发明内容】
针对所讨论的、先有技术上遇到的困难和问题，提供一种新型结构材料，该材料包含一种有良好整体性能和回弹性能从而能更高效率地处置液体的非织造纤维网。这是由一种用于个人护理吸收剂物品的材料实现的，其中，该材料是用有螺旋卷曲的单一组分纤维制造的。可以使用多种多样的聚合物来生产本发明的非织造织物，包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯、嫘萦、丙烯酸类树脂、超级吸收剂、和再生纤维素，尽管聚烯烃是较好的，最好的是聚丙烯。这种非织造织物可以通过热点粘合、非点粘合(point unbonding)、使用粘结剂的贯穿空气粘合、超声波粘合和水力缠结来粘合。本发明的非织造织物可以用于各种各样的个人护理产品，包括尿布、婴幼儿便溺训练裤、吸收剂内裤、成人失禁用产品、绷带及其它伤口护理产品、和妇女卫生产品。本发明的非织造织物可以用来作为一种涌浪材料(surge material)、钩环织物的环箍组分、以及作为吸收剂芯、外罩层、衬里、过滤介质、和揩布等。
【附图说明】
图1是纺粘纤维制造装置图。
图2是纤维生产用双毛细管全剖侧视图。
图3是纤维生产用双毛细管横截面视图，显示这些毛细管的不同形状。
图4是单组分长丝纺粘纤维生产用毛细管的全剖侧视图。
定义
本文中使用的下列术语有各自的定义。
“一次性”这一术语包括使用后处置且无意洗涤和重复使用。
本文中使用的“非织造织物或纤维网”这一术语系指一种有相互交织但不像在针织物中那样呈可识别方式的个体纤维或线的结构的纤维网。非织造织物或纤维网一直是从很多工艺例如熔喷工艺、纺粘工艺、和粘梳纤维网工艺形成的。非织造织物的单位面积重量通常用每平方码的材料盎司数(osy)或每平方米的克数(gsm)表示，可用纤维直径通常用微米表示。(注：osy向gsm的换算是将osy乘以33.91)。
本文中使用的“纺粘纤维”这一术语系指小直径纤维，是通过让熔融热塑性材料作为长丝从喷丝板的多个微细、通常圆的毛细管挤出形成的，然后所挤出长丝的直径像在下列专利中那样迅速减少：Appel等的美国专利4,340,563，Dorschner等的美国专利3,692,618，Matsuki等的美国专利3,802,817，Kinney的美国专利3,338,992和美国专利3,341,394，Hartmann的美国专利3,502,763，和Dobo等的美国专利3,542,615。纺粘纤维当它们沉积到凝聚表面上时一般是不粘的。纺粘纤维一般是连续的，其平均直径(来自至少10的样品)大于7μm，更具体地说，在约10～30μm之间。这些纤维也可以有诸如下列专利中所述那些的形状：Hogle等的美国专利5,277,976，Hills的美国专利5,466,410，Largman等的美国专利5,069,970和美国专利5,057,368，这些专利描述了有非惯常形状的混合物。
本文中使用的“共轭纤维”这一术语系指从至少两种聚合物经由各自独立的挤塑机挤出但纺在一起以形成一种纤维这样形成的纤维。共轭纤维有时也称为多组分或双组分纤维。这些聚合物通常是彼此不同的，尽管共轭纤维可以是单组分纤维。这些聚合物在该共轭纤维的横截面上排列于实质上恒定位置的各异区域中并沿着该共轭纤维的长度连续延伸。这样一种共轭纤维的构型可以是例如一种聚合物被另一种聚合物包围的皮/芯型排列，也可以是并列型排列、馅饼式排列或天星状排列。共轭纤维公开于Pike等的美国专利5,382,400中，而且可以用来在该纤维中利用这两种(或更多种)聚合物的不同膨胀和收缩速率产生卷曲。
本文中使用的“双组分纤维”这一术语系指从相同挤塑机中作为共混物挤出的至少两种聚合物形成的纤维。“共混物”这一术语在以下定义。双组分纤维没有在该纤维的横截面上相对恒定位置的各异区域中排列的不同聚合物组分，而且这些不同聚合物通常在沿该纤维的整个长度上不是连续的，反而通常形成无规起止的原纤维或原生原纤。双组分纤维有时也称为多组分纤维。
本文中使用的“共混物”这一术语系指两种或更多种聚合物的混合物，而“合金”这一术语系指共混物的一个亚类，其中各组分是不可混溶的但一直是可兼容的。“可混溶性”和“不可混溶性”定义为其混合自由能分别为负值和正值的共混物。进而，“兼容(作用)”定义为为了制作一种合金而改变不可混溶聚合物共混物的界面性质的过程。
“单一聚合物纤维”系指从一种聚合物用一台挤塑机制造的纤维。单一聚合物纤维的非织造纤维网可以只有该单一聚合物纤维，也可以是单一聚合物纤维与其它纤维的共混物。这样一种纤维网也可以有一层单一聚合物纤维以及若干层其它类型纤维。单一聚合物纤维也可以沿其长度由不同聚合物制造，并制成一种双组分纤维共混物但不制成一种共轭纤维。这意味着在该纤维(除一个小过渡区域外)的任何一点上，该纤维都是只从一种聚合物制造的，尽管这可能不是与沿该纤维长度的另一段上相同的聚合物。
本文中使用的“粘梳纤维网”系指从经由精梳单元或粗梳单元输送的短纤维制造的纤维网，各该单元使该短纤维分离开并顺着机器方向排列，形成一种总体上机器方向取向的纤维性非织造纤维网。这样的纤维是从少数几毫米到若干厘米长的，而且通常以捆包形式购买，将该捆包置于一台清棉机中，使纤维分离开然后进入粗梳单元。该纤维网一旦形成，就用若干种已知粘合方法中的一种或多种使其粘合。一种这样的粘合方法是粉末粘合，其中，将一种粉末状粘合粘结剂经由该纤维网分布，然后通常用热风加热该纤维网和粘合剂而使之激活。另一种适用粘合方法是花纹粘合，其中，使用加热紧压罗拉或超声波粘合设备来使该纤维粘合在一起，通常呈一种局域化粘合图案，虽然当愿意时可以使该纤维网在其整个表面上粘合。另一种适用的和众所周知的粘合方法，尤其当使用双组分短纤维时，是贯穿空气粘合，其中，这些组分之一作为一种粘结剂起作用。
本文中使用的“热风刀”或HAK这一术语系指一种使刚生产的微纤维尤其纺粘纤维网预粘合或初步粘合的工艺，以期给它以足够的完整性供进一步加工，但不意味着像TAB、热粘合和超声波粘合这样的二次粘合工艺的相对强有力粘合。热风刀是一种使一股加热的空气以非常高流速聚焦在刚形成的非织造纤维网上的器件。这种流速一般是约1000～约10000英尺/分钟(fpm)(305～3050米/分钟)、更好的是约3000～5000英尺/分钟(915～1525m/min)。空气温度通常在该纤维网中使用的聚合物中至少一种的熔点范围内，对于纺粘中通常使用的热塑性聚合物来说一般在约200～550°F(93～290℃)之间。空气温度、速度、压力、体积及其它因素的控制有助于避免对该纤维网的损害同时提高其完整性。HAK的聚焦空气流是由充当朝向该纤维网的加热空气的出口的至少一个缝隙(或紧密间隔孔)安排和引导的，且该缝隙走向是在该纤维的实质上整个宽度上方实质上横跨机器方向的。由于微纤维网聚合物要成形于其上的多孔性金属丝网一般以高速率移动，因而该纤维网的任何一个特定部分对该热风刀排出的空气的暴露时间不到十分之一秒且一般是大约百分之一秒。HAK在共同让受的美国专利5,707,468中有进一步描述。
本文中使用的“热点粘”涉及让要粘合的织物或纤维网在一个加热的紧压罗拉与一个砧辊之间通过。该紧压罗拉通常尽管并非总是以某种方式图案化，使得不让整个织物粘合到其整个表面上，而且该砧辊通常是平的。结果，由于功能上以及美学上的理由，展现了紧压罗拉的各种图案。图案的一个实例有点，而且是Hansen Pennings或H&P图案，有约30％粘合面积和约200个粘合点/平方英寸，如Hansen和Pennings的美国专利3,855,046中所公开的。该H&P图案有方点或针粘区域，其中每个针的边尺寸为0.038英寸(0.965mm)、针与针之间的间隔为0.070英寸(1.778mm)、粘合深度为0.023英寸(0.584mm)。所得到的图案有约29.5％的粘合面积。另一种典型的点粘合图案是扩张的Hansen Pennings或“EHP”粘合图案，该图案产生15％粘合面积，且方针的边长为0.037英寸(0.94mm)、针间隔为0.097英寸(2.464mm)、深度为0.039英寸(0.991mm)。称为“714”的另一种典型点粘合图案有方针粘合区，其中，每针的边长为0.023英寸、针与针之间的间隔为0.062英寸(1.575mm)、粘合深度为0.033英寸(0.838mm)。所得到的图案有约15％的粘合面积。还有另一种常见图案是粘合面积约16.9％的C-星图案。C-星图案有一种由靶心隔断的横向棒或“条绒”设计。其它常见图案包括重复和稍微偏斜的钻石且约16％粘合面积的钻石图案，和顾名思义看上去像窗纱，粘合面积约19％的金属丝织纹图案。典型地说，百分率粘合面积从织物层压体纤维网面积的10％左右～30％左右不等。如同业内众所周知的，点状粘合通过使每一层内的长丝和/或纤维粘合来将层压体各层固定在一起以及赋予每一个体层以完整性。
本文中使用的“花纹不粘合”或可互换的“非点粘合”或“PUB”系指有界定多个分立不粘合区的连续粘合区的织物图案，如Stokes等的美国专利5,858,515中所说明的。这些分立不粘合区内的纤维或长丝在尺寸上被圈住或围绕每一个不粘合区的连续粘合区所稳定，因而不需要薄膜支撑层或加固层或粘合剂。这些不粘合区是专门设计的，以给这些不粘合区内的纤维或长丝之间提供间隔。
“亲水”描述能被与纤维接触的水性液体润湿的纤维或纤维表面。该材料润湿的程度又可以用接触角和所涉及的液体和材料的表面张力来描述。适合于测定特定纤维材料的可润湿性的设备和技术可由CahnSFA-222表面力分析仪系统或实质上等效的系统提供。当用这种系统测定时，将接触角小于90°的纤维指定为“可润湿的”或“亲水的”，而将接触角等于或大于90°的纤维指定为“不可润湿的”或“疏水的”。
本文中使用的“个人护理产品”或“个人护理吸收剂产品”系指尿布、婴幼儿便溺训练裤、吸收剂衬裤、成人失禁用产品、绷带及其它伤口护理产品和妇女卫生产品。
测试方法
压缩试验：压缩试验测定一种材料耐压缩的性能和弹回性能。这个相对简单的试验使用一种购自Frazier Precision Instrument公司(210 Oakmont Avenue，Gaithersburg，MD 20760)的压缩仪，而且一般是按照Bureau of Standards Journal of Research，Vol.10，June1933，p705-713上发表的美国商业部标准局研究论文RP561执行的。该压缩仪有一个直径2.54cm(1英寸)的、样品置于其下的脚。将力垂直施加到该样品上，用一个针盘指示器监测。厚度是以0.1psi负荷和随着该负荷增加到3psi时的压力测定的。达到3psi后，随着该负荷逐渐减少而测定厚度，以提供回弹性测定。
不透明性：本试验测定光通过样品材料的透射率。试验设备是一台D25型Hunter Lab Color Difference Meter，可购自Hunter Lab公司(Naperville IL，60540)。试验样品必须大到足以覆盖0.5英寸(1.27cm)试验孔或口，而且在一个位置上测试(在这种情况下测试该样品的砧侧)的样品翻转90度再次测试，结果取平均值。
剥离试验：剥离力值衡量以180度角剥离一种搭扣(hook和loop)紧固系统所需要的力，可以按照1991年9月15日批准、1991年11月公布的标准程序ASTM D5170测定，具体情况如下。把要测试的环材料切成矩形76mm(3英寸)×152mm(6英寸)，使长边在机器方向上。该环材料置于一台下卷(rolldown)机的夹板下。把钩材料置于该环材料顶上，由该下卷机用一个2kg辊附着。适用的下卷机是可购自俄亥俄州门托市Chemsultants Intemational公司的零部件号HR-100。在该紧固器各部件啮合期间，该辊筒在该样品的横向“宽度”方向上在该试样上滚过一周。此外，省略了旨在“使环提升”的手工初步剥离。在使该钩和环恰如其分地附着之后，将该组合置于该试验装置即一台有102mm(4英寸)橡胶化夹具面的Instron Model 2712-004拉伸试验机(Instron Corporation，Canton MA 02021)中。把钩基插入上夹具中，而把环插入下夹具中，使得这些夹具彼此远离的移动会导致这两种材料的剥离开。取下套口，启动机器。以500mm/min的十字头速度和76mm的间距长度设定该试验机。测定始于10mm、终止于46mm，以克(g)表示。剥离试验结果的报告值是采用MTSTESTWORKS软件的剥离负荷值，有2％的峰值基准。此外，将该剥离力值进行标准化，以便用该试样上紧固部件的“宽度”尺度每单位长度的力例如克/英寸或克/厘米来表述。MTS TESTWORKS软件可购自MTS Systems Corporation，该公司在明尼苏达州Eden Prairie有办事处。
剪切试验：剪切试验用来测试将一个搭扣紧固器拉开所需要的力。使用一台有2kg砝码的下卷机(Cheminstruments Inc.)来啮合该搭扣材料。然后把样品插入一台十字头速度为250mm/min的Instron TM试验机中，并以类似于剥离试验中使用的那种方式拉开。所使用的样品宽度是2.54cm(1英寸)，所使用的钩是VELCROHTH-851，尽管可以使用其它钩如3M公司的CS-600，只要能用同一种钩测试所有样品即可。
拉伸试验：拉伸试验测定一种织物的峰值负荷、断裂负荷、峰值百分伸长率和断裂百分伸长率。这种试验以克测定负荷(强度)、以百分率测定伸长率。在该拉伸试验中，两个夹具(每一个都有两爪，每一爪都有一个与该样品接触的面)将该材料固定在同一平面内且通常垂直地分开7.6cm(3英寸)并以所规定的延伸速率移动开。使用一种3英寸×15.2cm(6英寸)的样品尺寸、2.54cm(1英寸)高×3英寸宽的爪面尺寸、和300mm/min的恒定延伸速率，得到条状拉伸强度和条状伸长率的值。这种试验可以使用Sintech2试验机(可购自SintechCorporation，1001 Sheldon Dr.，Cary，NC 27513)，Instron ModelTM(可购自Instron Corporation，2500 Washington St.，Canton，MA02021)，或者Thwing-Albert Model INTELLECT II(可购自Thwing-Albert Instrument Co.，10960 Dutton Rd.，Phila.，PA 19154)。结果是作为三个样品的平均值报告的，而且用横向(CD)或机器方向(MD)的样品进行。
膨松(厚度)：一种材料的Caliper是厚度的一种量度，而且是用一台Starret型膨松试验机以146.3g/cm2(0.05psi)测定的，单位为毫米(mm)。
【具体实施方式】
本发明涉及个人护理吸收剂物品，例如一次性卫生巾、尿布、失禁用服装等。本发明的材料也可以得到作为抹布和在过滤领域中的应用。用单一聚合物螺旋卷曲纤维制备的非织造织物提供了可用于这些物品的许多领域的改进性能。
吸收剂物品典型地有至少一个液体可渗透贴身衬里、一个液体不可渗透阻挡层、和一个在该衬里与阻挡层之间的吸收剂芯。过滤器和抹布可以是单层织物，也可以有具有不同专门性能的多层。
非织造材料例如粗梳纤维和纺粘纤维网已经用来作为吸收剂产品中的贴身衬里。开放式多孔性衬里结构用来使液体能迅速通过它们并有助于使穿着者的皮肤与该衬里下面湿吸收剂垫保持分离。一些结构在该衬里的所选定区域中掺入了带状表面活性剂处理以提高所选择区域的可湿性，从而控制液体反湿到穿着者皮肤上去的数量。
外罩层或阻挡层设计得使液体不可渗透，以期保持穿着者的衣服或床具不被沾污。该不可渗透阻挡层往往是用一种薄的薄膜制作的，且一般是用塑料制作的，尽管可以使用其它材料。非织造纤维网、薄膜或有薄膜涂层的非织造纤维网也可以用来作为该阻挡层。该阻挡层可以任选地包含一种蒸气或气体可渗透的微孔性“可透气”材料，即蒸气或气体可渗透但对液体还是实质上不可渗透的。
吸收剂物品已采用各种类型的、包含超级吸收剂和/或纤维素纤维的吸收剂芯。特定的吸收剂服装可以用吸收剂凝胶构成，而且可以包括组成各异的多层吸收剂芯配置。
此外，其它材料层例如用厚而膨松的织物结构构造的那些一直配置在该衬里与该吸收剂垫之间，旨在减少反湿(Wet-back)、分配液体和提供蓄水池或“涌浪”持有能力。
螺旋卷曲纤维可以用许多手段生产。图1显示按照共同让受专利申请的、用于长丝或纤维制造的一般类型的装置。装置10有一个第一挤塑机组件12，用于按照已知方法生产纺粘纤维(也见Pike等的美国专利5,382,400)。向喷丝头14供给来自树脂源(未显示)的熔融聚合物树脂。喷丝头14从出口16产生微细旦值纤维，这些纤维用一股由骤冷风机供给的空气流骤冷。这股空气流可以以一种不同于另一侧的方式冷却该纤维流的一侧，从而引起该纤维的弯曲和卷曲。卷曲通过诸如减少在热粘合中产生的粘合点之间该纤维的平值度来产生一种较柔软的织物。可以控制骤冷风机18的各种参数来控制卷曲的质量和数量。纤维组成和树脂选择也决定所赋予的卷曲特征。
把长丝牵引到吸丝器20的纤维牵引单元中，该吸丝器有一个该纤维通过其中的文丘里管/通道22。给该管供给温度受控的空气，使得这些长丝当它们以其塑性状态经由纤维牵引单元20拉过时变细。然后，把变细的纤维用由真空盒26施加的真空力沉积到多孔性移动的凝集带24上并截留在带24上。带24绕导辊27运行。随着该纤维随带24移动时，与带下导辊27之一一起运行的带上压实辊28就压缩该纺粘垫，使得该纤维有足够的完整性走过该制造工艺。可以用一把热风刀作为该压实辊的替代物。
可以将一层包含直径1～约10μm、较好直径小于5μm的熔喷纤维从一个以前制造的熔喷纤维的卷绕辊30导入置于该纺粘层上。替而代之，也可以形成熔喷纤维并在形成时直接将其沉积在该纺粘层上。该熔喷纤维是由较好是一种热塑性聚合物例如但不限于聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、其共聚物和混合物的树脂形成的。
第二层纺粘纤维可以有一种纺粘装置32以一种类似于对纺粘装置12所述的那种方式制造，即喷丝头34产生长丝，该长丝由骤冷风机36骤冷和卷曲，并由吸丝器38拉细。然后，在该熔喷层上沉积的纤维由第二压实器件40压缩，形成一种由纺粘-熔喷-纺粘纤维组成的层压体42(SMS层压体)。
纺粘非织造织物一般以某种方式粘合，如同它们为了给它们以足以耐受进一步加工成成品的严酷条件的结构完整性而生产时那样。粘合可以用许多方式进行，例如水力缠结、针刺、超声波粘合、粘合剂粘合、缝编、贯穿空气粘合和热粘合。较好的方法是热粘合。让SMS层压体42移出带24并从一对热粘轧辊44和46之间通过。粘辊44是一种惯常光滑砧辊。粘辊46是一种有多个针48的惯常轧花辊。这些针在织物基体内产生粘合点。粘合点的数目和大小与织物坚挺性有关；即粘合面积越高或每单位面积的粘合点越多，产生的织物就越坚挺。让SMS层压体在辊44与46之间通过，并通过在砧辊44上加压而让针48在SMS层压体42上压印图案，其中，为均匀起见，对钳口压力加以控制。
辊44和46可以加热，以更高效率地形成纤维粘合。辊44和46可以加热到不同温度。最佳温度范围和辊间温差取决于旦值、纤维组成、纤维网质量和纤维网密度以及使用单组分纤维还是共轭纤维。对于以约500英尺/分钟生产的、有大约3dpf的单组分聚丙烯纤维来说，温度范围是约270°F(132℃)～约340°F(171℃)，轧花辊与砧辊之间的温差较好为约10°F(5.5℃)～约30°F(17℃)。对于以同样速度生产的、有大约1dpf的单组分聚丙烯纤维来说，温度范围是约240°F(115℃)～约290°F(143℃)，温度差较好为40～50°F(22～28℃)。总温度范围是旦值越小的纤维越低，因为传热效率越高。对于一种给定原材料，温度范围一般保持相同，但因对纤维网质量和密度有显著影响的传送带速度而异，向高温方向或低温方向漂移。较好，该轧花辊加热到比砧辊更高的温度。砧辊44上的较低温度减少了粘合点之间纤维釉化和二次纤维-纤维粘合的可能性。这种差示粘合辊温度的结果是二次纤维-纤维粘合减少了而不影响一次粘合的完整性，从而改善了织物悬垂性。
在层压体42通过粘合辊44与46之后，任选地将其送到一个包含一对轧辊52与54的颈缩拉伸组件50。辊52与54以一种比粘合辊44与46的速度更快的受控速度在张力下运行，从而使该SMS层压体42在称为机器方向的、与该织物运行路线相同的方向上拉伸。颈缩拉伸使纤维-纤维粘合断裂并使粘合点之间的纤维产生应变，从而降低织物坚挺度。这些辊可以根据需要加热或冷却，以达到所希望的垫材性能和尺寸稳定性。
然后，将颈缩拉伸的SMS层压体42任选地送到非颈缩组件56和集合辊66上，如同业内技术人员已知的那样，例如Jacobs等的美国专利5,810,954中一般地提到的。
按照美国专利预备申请60/257,973(案号15272)的方法使用一种单一成形的毛细管来诱发在该毛细管的实质性半球或半圆的一半中流动的聚合物与该毛细管的非半球或成形的另一半中流动的聚合物之间不同的剪切力。该方法可以进一步包括该长丝的差示或导向骤冷，以及瞄准该纤维的成形部分的导向骤冷空气。
该单一成形的毛细管的切掉部分不大于该毛细管的实质上圆的周长所包围的整个横截面积的25％。据信，去掉该毛细管横截面积的不到25％有助于保留实质上圆的横截面，同时诱发该毛细管的圆的一半与非圆的一半之间必要的剪切力差异，从而提供一种粗壮纤维。
据信，从一种单一聚合物制作并遭遇到差示骤冷处理的其它形状例如“X”形、“Y”形或多叶形，例如美国专利申请60/257,983中所公开的，也会产生令人满意的纤维。
美国专利申请09/747,278(案号15274)公开了通过合并经由一种双毛细管喷丝头设计挤出的聚合物流的单一聚合物卷曲纤维生产。这些毛细管共享一个平行边界，在此，它们彼此相邻而且专门成形得能使所诱发的剪切力最大化。这些不同聚合物流中差异性诱发的剪切力导致该长丝的合并各半中差异性张力。这些长丝可以进一步遭遇到差异的或导向的骤冷，这能使该长丝中的卷曲定形以进一步诱发卷曲。这些长丝也可以在该纺丝加工中理想地牵引以达到一种实质上圆的形状，这导致一种粗壮的且可预测的长丝。
如同图2中所示，模头尖70界定一种聚合物供给通道72，该通道终止于与毛细管76连接的平衡膛74所界定的进一步通道。虽然是示意性的，但要知道的是图2显示了在模头尖70中形成的个体通道的双毛细管76。在图3中更清楚地看出差异的毛细管形状。一般地说，较好的是，本发明的毛细管有约4∶1～约12∶1、更好约6∶1～约10∶1的长/宽比，长度是在聚合物流动的方向上界定的，宽度是毛细管直径。
因此，每根纤维都是由双毛细管设计的两根毛细管产生的。图3详细显示了这些双毛细管设计的实施方案实例。据信，旨在生产单一纤维的不同形状毛细管的使用引起该纤维的侧面剪切力增大从而有较低的粘度和较低的熔体强度，且随后在该纤维的这一段内有较高的取向。进一步据信，这两根毛细管之间不同的聚合物结构导致这些纤维段之间不同的冷却速度，从而进一步有助于产生卷曲。
如同在图3中看到的，双毛细管设计112有第一毛细管114和第二毛细管116。第一毛细管114有一个外侧边界118和一个位于第二毛细管邻近的内侧边界120，其距离足够靠近，从而使第一毛细管和第二毛细管的聚合物挤出物能焊接或合并成一种单一纤维。外侧边界118是弧状的并在约120度上延伸。内侧边界120也是弧状的并在约120度上延伸，但其直径比外侧边界的小。第二毛细管116显示为实质上圆的，使得其面对和邻近第一毛细管114的内侧边界122是弧状的。第二毛细管的远侧边界124即远离第一毛细管的边界当然也是弧状的。第二毛细管尽管显示为圆的，但如果希望，也可以是实质上椭圆的。
美国专利申请09/746,858(案号16170)公开了通过合并来自两根毛细管的聚合物流的单一聚合物卷曲纤维的生产，每根毛细管有不同的长度/直径比(L/D)，合并的聚合物流经由熔纺模头上的单一出口或孔挤出。由于不同的毛细管结构，不同聚合物流中不同诱发的剪切力导致该长丝合并的两半中不同的聚合物取向、结晶度百分率和所产生的不同张力。这些长丝可以进一步遭遇到为使该长丝中的卷曲定形而提供的骤冷，以进一步诱发卷曲。一种实施方案中的长丝通过经由一个圆孔挤出而保留实质上圆的形状，从而导致一种更粗壮且可预测的长丝，尽管该纤维形状不一定受如此限制。
图4详细说明为聚丙烯单组分长丝纺粘卷曲长丝生产而建立的实例性模头80的一部分。平衡膛82位于该模头中聚合物供给通道84与挤出刃或刀刃86之间，从而使其纵轴在或界定聚合物流动的方向，如箭头88所指出的。平衡膛82没有达到或开放到刀刃86。在聚合物流动的方向上，平衡膛82有约4.00mm直径的第一通道90，该通道毗邻并连接聚合物供给通道84。第一通道90导致第一锥形进料室92，其壁以60度角向里并向下倾斜约2.16mm，导致一个约1.50mm直径和7.43mm长的第二个较狭窄的通道94。第二通道94终止于第二锥形进料室96，其壁也以约60度角向里倾斜，终止于离刀刃86约0.54mm的一个平底。
约0.60mm直径的第一毛细管98是与第一进料室92在其大约中点连接的，并平行于该平衡膛长轴延伸以在刀刃86对空气开放，总长度约6.36mm。
约0.20mm直径和0.30mm长的第二毛细管100是与第二进料室96锥壁连接的并以约45度角向下延伸，在刀刃以上约0.41mm处或第一毛细管出口孔102与第一毛细管98连接的。
在本实施方案中，第一毛细管的L/D比为约10∶1，第二毛细管的L/D比为约1.5∶1。这些毛细管的L/D比值可以改变，以达到所希望的耐久性、可加工性和该纤维内结晶度的百分率。结晶度百分率代表聚合物链中所形成的晶体的数量或百分率。这些毛细管或出口孔可以有圆以外的形状以诱发进一步卷曲。
据信，该聚合物中由于经由较短、较狭窄的第二毛细管运行而产生的较高剪切力会使聚合物熔体的粘度降低，并诱发比经由较大、较宽的第一毛细管运行的聚合物更高的聚合物链取向。第一毛细管中的聚合物会有较高的粘度和较低的聚合物链取向，导致一股更无定形的聚合物流。当这种混合聚合物流离开喷头而进入空气中时，较好在两侧使其骤冷以固定该挤出物的取向。高取向侧会收缩到更大的程度，从而引起该纤维卷曲。
美国预备专利申请60/257,982(案号15620)公开了用足以加速该纤维的自然卷曲倾向的热风流动对螺旋卷曲单组分长丝的处理。这也使该卷曲定形，无需该卷曲纤维的实质性熔粘或松弛，就能保留该层压体的这一层的膨松结构。然后，可以通过诸如热点粘来使各种其它层粘合，产生一种保留了每一层的基本特征的层压体。这些层可以以诸如足够的完整性粘合在一起，产生一种能耐受高速纤维网转移加工而无损于加工设备或材料的层压体。这种工艺较好使用一种热风刀，一种现在业内技术人员已知并在Arnold等的美国专利5,707,468中描述的器件，该器件上已附着一种扩散器机构，该机构可以终止于一块有许多小孔供热风逸散的平板，而不像HAK中的集中管线那样。
该热风刀的停留时间、空气温度、和流速是按照聚合物类型和卷曲纤维的纤维形态调整的。一种实例性单组分长丝聚丙烯螺旋纺粘层是由扩散气流处理而具有所希望结果的。流速是约275米/分钟或mpm(900英尺/分钟或fpm)，在机器方向上有45.72cm(18英寸)长度，材料横向速率为61～366mpm(200～1200fpm)。进一步令人满意的结果是以在机器方向上延伸20.32cm(8英寸)的扩散器送风系统、以132～143℃(270～290°F)的空气温度、以213～259mpm(700～850fpm)的空气流速、在离成形金属丝网2.54cm(1英寸)的距离供气、以及91～244mpm(300fpm～800fpm)的材料横向速率得到的。
美国预备专利申请60/257,972(案号15814)公开了沉积到成形带或多孔性金属丝网上的第一非织造长丝层、一个任选的中间层、和一个膨松非织造长丝层，例如在第一层和任何到位中间层上沉积的螺旋卷曲单组分纤维。第一层是诸如用已知热风刀处理法处理的，以使第一层粘合到一种有足以耐受高速纤维网转移作业的完整性的纤维网上。该任选的中间层可以是也可以不是热处理的，这取决于纤维类型、所希望的层压体功能、或形态等。该膨松非织造长丝层是在该成形带上在线处理的，所用的热量要足以使卷曲定形而无卷曲纤维的实质上熔融粘合或卷曲松弛，以期保留该层压体的这一层的膨松结构。然后，诸如用热点粘合法使各纤维网层即机械完整性用第一层、第二膨松螺旋卷曲层、和任何中间层粘合，以保留每一层的基本特征并使各层以足够的完整性粘合在一起，从而产生一种能耐受高速纤维网转移加工而不损害加工设备或材料的层压体。要理解的是，制造速度将取决于所形成的材料，但本发明在这一方面应具有少数实际限制，而且可以容纳仅作为实例的200～2000英尺/分钟的纤维网速度。已经发现，单一组分卷曲热塑性纤维网的卷曲可以进行结晶或定形，以通过少许加热来保留其膨松度，见Slack的美国专利6,123,886。Slack公开了一种通过在热塑性材料中产生扰动来在一种连续长丝中制造实质上螺旋卷曲的方法，意在当它处于其玻璃过渡相温度时形成该长丝并在该聚合物结晶时保持该扰动。然而，这种处理的确很少增加现代高速衬里转移制造用纤维网的完整性，而且如同Slack专利中所公开的，是一种不适用于经济制造速率的缓慢离线工艺。
以这种方式制造的卷曲纤维层压体材料可以用于高膨松和高体积应用，例如搭扣式紧固器的环部分。该纤维可以设计得能产生良好柔软性和垂伸度的织物的同时保持足够的体积和膨松以有助于布样手感。
本发明的材料可以从合成聚合物制造。合成纤维包括从聚烯烃、聚酰胺、聚酯、嫘萦、丙烯酸类树脂、超级吸收剂、LYOCELL再生纤维素制造的那些，以及业内技术人员已知的任何其它适用合成纤维。很多聚烯烃可用于纤维生产，例如聚乙烯如Dow Chemical公司的ASPUN6811A线型低密度聚乙烯、2553LLDPE以及25355和12350高密度聚乙烯，就是这样的适用聚合物。这些聚乙烯的熔体流动速率分别为约26、40、25和12。成纤聚丙烯包括Exxon化学公司的ESCORENEPD3445聚丙烯和Himont化学公司的PF304。其它聚烯烃也是可供利用的。
为了测试本发明的织物，可以使用不同纤维来准备许多实例。所使用的纤维是按照美国专利6,123,886制造的螺旋卷曲单一聚合物纤维，螺旋卷曲双组分纤维，和机械卷曲的聚丙烯纤维。
螺旋卷曲单一聚合物纤维(纤维1)的旦值为7，是从聚丙烯制造的。这些纤维是作为连续纤维生产的，随后切成大约50mm的短纤维长度。
双组分卷曲纤维(纤维2)的旦值为大约6，是从聚丙烯和聚乙烯制造的。将这些纤维切成50mm的短纤维长度。
机械卷曲纤维(纤维3)也有约6的旦值，也切成约50mm的短纤维长度。
这些纤维中每一种都按照已知粘梳纤维网工艺以两种不同单位面积重量加工成非织造纤维网。所有纤维网都以一种非点粘合图案粘合。对这六种非织造纤维网测试了体积(bulk)、剪切和剥离强度、压缩、回弹性和密度。结果列于表1中。在表1中，单位面积重量是以克/平方米(g/m2)给出的，体积以mm给出，剪切和剥离是在横跨机器方向上测定并以克(g)给出的，压缩是对于一种使用2.54cm(1英寸)直径脚以292.7g/cm2(0.1psi)的压力的测试而言以mm给出的，回弹性是负荷高度与无负荷高度之间的差异，密度是以g/cm3给出的。
表1纤维1纤维1纤维2纤维2纤维3纤维3单位面积重量48.531.952.323.351226.8体积13.78.69.45.17.64.6剪切272425102493239029142593剥离762848455149压缩(负荷)1.120.580.710.330.660.41压缩(无负荷)0.710.380.480.150.51025回弹性0.640.650.680.460.770.63密度0.00350.00370.00560.00460.00670.0059
如同从表1中可以看到的，单一聚合物螺旋卷曲纤维网的剪切和剥离特征比双组分卷曲纤维的优异，除纤维1在31.9gsm时的剪切力外。单一聚合物螺旋卷曲纤维网的体积是大得多的，这表明在个人护理产品中的体液处置应用方面以及在作为环材料的搭扣式紧固应用方面的优势。单一聚合物螺旋卷曲纤维网的高体积和良好回弹性也指出了高空隙体积(和低密度)，也指出了一种成功体液处置层的正面指标。
另一个实施例是使用螺旋卷曲纤维执行但按照纺粘工艺制作的。所使用的纤维是单一组分螺旋卷曲纺粘纤维和螺旋卷曲双组分纤维。
该螺旋卷曲单一聚合物纤维(纤维4)有7的旦值而且是从聚丙烯制造的。这些纤维是按照美国专利预备申请60/257,973制造的，其毛细管横截面积的约25％已经去掉以诱发剪切力。
该双组分卷曲纤维(纤维5)有约6的旦值，而且是从聚乙烯和聚丙烯以并列构型制造的。这些纤维是按照Pike等的美国专利5,382,400制造的。
这些纤维中每一种都是按照已知纺粘工艺以两种不同单位面积重量加工成非织造纤维网的。所有纤维网都使用一种非点粘合图案进行热粘合。对这四种非织造纤维网测试了剪切和剥离强度、百分不透明度、机器方向拉伸强度、横跨机器方向拉伸强度、压缩和回弹性，这些均使用本文中程序。结果在表2中给出。在表2中，单位面积重量以g/m2给出，剪切和剥离是在横跨机器方向上测定并以克(g)给出的，压缩是对于使用一种2.54cm(1英寸)直径脚以292.7g/cm2(0.1psi)的压力进行的测试而言以mm给出的，回弹性是负荷高度与无负荷高度之间的差。
表2纤维4纤维4纤维5纤维5单位面积重量48.823.452.525.4剪切1210585872903剥离11558161176不透明度55.438.844.825.3压缩(负荷)0.610.360.580.41压缩(无负荷)0.460.230.410.23回弹性0.750.640.700.58拉伸强度MD12.48.27.72.5拉伸强度CD8.15.03.71.1
单一组分螺旋卷曲纤维的回弹性大于双组分纤维的回弹性，当对单位面积重量归一化时尤其如此，拉伸强度亦然。单一组分螺旋卷曲纤维的不透明度也是较大的，表明这种织物在希望有藏污性能的情况下的可能应用，例如用于个人护理产品的外罩或衬里。
以约4.7旦制造的纤维4和5的强度测试揭示以克/旦表示的强度分别为1.9和1.4，表明按照本发明的纤维的强度高于可比卷曲双组分纤维。
单一聚合物螺旋卷曲纤维网的测试表明，它们在个人护理产品中是良好的涌浪(缓冲)材料。涌浪控制材料的提供是为了迅速接纳进来的污物，并且要么吸收、持有、疏通，要么将该液体管理得使其不泄漏到该物品外。涌浪层也可以称为摄入层、转移层、输送层等。涌浪材料，典型地说，必须能以约5～20cc/sec的体积流量率(例如对婴儿而言)处置约60～100cc的进入污物。
超级吸收剂聚合物也可以用来生产本发明非织造纤维网中使用的单一聚合物螺旋卷曲纤维。超级吸收剂通常以颗粒物形式用于吸收剂芯，因为它们在液体中能吸收其重量的许多倍。使用颗粒状超级吸收剂的先有技术吸收剂芯的一个具体问题是“凝胶结块”，即一种致使该超级吸收剂溶胀并妨碍或阻止要吸收的额外液体进入的状况。颗粒状超级吸收剂，与纤维状超级吸收剂相比，也可能更容易得多地从产品中漏出。与螺旋卷曲纤维相联系的大空隙体积和良好回弹性应能在很大程度上缓解凝胶结块问题，保持该吸收剂结构中的开放空隙，使得与惯常吸收剂芯相比能在一段更长的时间内连续摄入液体。
本发明中有用的超级吸收剂可以选自基于化学结构以及物理形式的类别。这些包括有低凝胶强度、高凝胶强度的超级吸收剂，表面交联超级吸收剂，均匀交联超级吸收剂，或整个结构中交联密度各异的超级吸收剂。超级吸收剂可以基于化学性质，这包括但不限于丙烯酸、异丁烯/马来酐、聚环氧乙烷、羧甲基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、和聚乙烯醇。这些超级吸收剂的吸收速率范围可以从慢到快。这些超级吸收剂必须能制成纤维。这些超级吸收剂可以进行不同程度的中和。中和可以通过使用抗衡离子例如Li、Na、K、Ca。从Camelot公司得到的超级吸收剂的实例取名为FIBERDRI1241和FIBERDRI1161。从Technical Absorbents公司得到的这些超级吸收剂类型的实例取名为OASIS101和OASIS111。这些超级吸收剂类型中包括的另一个实例是从Chemtall公司得到的，取名为FLOSORB60 Lady。这些超级吸收剂类型中包括的另一个实例是从Sumitomo Seika公司得到的，取名为SA60N Type2。通常可以买到且业内技术人员已知而这里没有列出的另一些超级吸收剂类型也可以用于本发明。
本发明的非织造织物可以因其终端用途而异以各种不同物理参数制造。例如，该织物制造时的单位面积重量，对于较轻重量用途来说可以是约20～80gsm，对于较重重量用途来说可以是80～150gsm。较轻重量用途包括例如衬里、环材料和外罩层，较重重量用途包括涌浪和吸收剂芯材料、过滤介质、和抹布。纤维网的密度可以从0.002～0.05g/cm3不等。卷曲程度可以用下列变量控制：骤冷温度、L/D比值、毛细管形状、聚合物类型、和聚合物流动速率。用来制造本发明非织造纤维网的纤维旦值也可以调整，以期改变该纤维的行为。该旦值将影响例如该纤维网的芯吸性能。该纤维网的性能也可能受到化学处理影响。这些处理包括抗静电和旨在改变该纤维的亲水性的表面活性剂。
如同业内技术人员将会知道的，对本发明的改变和变异被认为是在业内技术人员的能力范围之内。此类变化的实例包含在以上确认的专利中，这些专利中每一件都在其与本说明书一致的程度上将其全文列为本文参考文献。本发明者等意在将这样的变化和变异纳入本发明的范围内。