目前使用的许多医疗护理服和产品、防护服、丧葬和兽医产品， 以及个人护理制品部分或完全地由非织造纤网材料构成。此类产品的 例子包括但不限于医疗和健康护理产品如手术帷帘、罩衫、面罩、消 毒包布材料和绷带、防护工作服如连衣裤和实验室大褂，以及婴儿、 儿童和成人护理吸收制品如尿布、训练裤、泳装、失禁服装和垫、卫 生巾、抹布等。为这些用途，非织造纤维纤网提供接近传统机织或针 织织物材料的质感、舒适和美学性能。
对于许多非织造材料和非织造层合材料的用途来说，强度是重要 的性能。更具体地说，强度的高度均一常常是重要的性能。在例如用 于在消毒期间覆盖手术器具和供应盘的消毒包布、外科手术室人员穿 的手术罩衫以及在工业设施中穿戴的一次性防护服之类的用途中，非 常重要的是，这些材料应能提供防生物和化学污染的保护。为此，材 料必须具有足以抵抗撕破或材料破坏因而让污染物侵入的强度。由于 撕破力可能沿多个不同方向施加在非织造材料上，故而不仅需要高强 度而且需要强度的高度均一性，才能较好地保护材料免于破坏。作为 一个例子，在被包裹并消毒以后，非织造材料包裹的手术盘可能在运 输和贮存期间经受各种不同人员的操作并且在每一次操作中都存在非 织造消毒包裹材料被破坏，可能让污染物进入盘内的无菌物品的机 会。在诸如非织造手术罩衫和非织造工业防护服之类服装的情况下， 穿戴者身体的活动，特别是在关节处如肩、肘和膝，都可能同时或先 后从多个方向对材料施加力。穿戴者身体活动造成的这些力能撕破衣 服，从而使穿戴者暴露于生物感染剂或化学污染物之下。
非织造纤网材料的物理结构由单根纤维或长丝组成，它们按大体 无规的方式，而不是像针织或机织织物那样以规则、重复和可辨认的 方式交织的。纤维可以是连续或不连续的，通常由选自聚烯烃、聚酯 和聚酰胺乃至许多其它聚合物的几大类别热塑性聚合物或共聚物树脂 制成。另外，非织造织物可与其它非织造层组成成复合材料使用，如 制成纺粘-熔喷(SM)和纺粘-熔喷-纺粘(SMS)层合织物，并且也可与热 塑性薄膜组合使用如制成纺粘-薄膜(SF)和纺粘-薄膜-纺粘(SFS)层合 材料。
一般地，非织造纤网，例如，纺粘和熔喷非织造纤网是采用纤维 挤出设备如沿横向或″CD″取向的纺丝板或熔喷口型成形的。就是说， 该设备的取向与非织造纤网生产出来的方向成90°。非织造纤网的生产 方向被称为“纵向”或″MD″。如上所述，虽然纤维铺置在成形表面上 时按照大体无规的方式排列，但由于纤维一般离开CD取向的纤维挤出 设备时沿着基本上平行于MD方向出来并沿成形表面的运动方向受到拉 伸，故获得的非织造材料具有大多数纤维沿MD取向的总体平均纤维方 向性。诸如材料抗张强度和伸长性之类的性质显著地受纤维取向的影 响。
由于此种MD纤维方向性，非织造材料通常表现出抗张强度的波 动，其中沿MD方向取的抗张强度可高达沿其它方向取的材料抗张强度 的2倍或更高倍。因此，沿除MD以外的诸方向，非织造材料的抗张强 度要低得多，这可能导致当力沿着MD以外的方向施加在材料上时材料 将受到损伤或撕破。解决这一问题的一个办法是增加非织造材料的基 重，直至沿MD以外的其它所有方向的抗张强度最终高到足以承受大多 数或所有施加在用该非织造布材料制成的制品上的撕破力。然而，这 一办法就原料和生产时间而论代价太高，并导致产品成本比其它方面 所需要的高。因此，目前仍需要沿许多方向具有性能特别是强度性能 高度均一的非织造材料，以便制备出基本上没有“薄弱”方向产品， 就是说非织造材料沿材料的x和y平面的所有方向都具有高的总体抗 张强度/基重比值。
发明概述
本发明提供一种非织造层合材料，它包含粘合形成层合材料的至 少第一和第二连续纤维纤网，其中非织造层合材料沿层合材料的平面 内任何方向测定的强度基本相等。该非织造布层合材料还可理想地包 含一个或多个阻挡层，夹在第一和第二连续纤维非织造纤网层之间并 与之成面对面关系。一个或多个阻挡层可理想地是熔纺微纤维层如熔 喷层或可以是热塑性薄膜层如透气性薄膜层。非织造纤网层和/或阻挡 层可理想地包含一种或多种烯烃聚合物。非织造层合材料可心地包含 能赋予所要求特性的添加剂或处理剂。非织造层合材料可用于广泛的 领域，包括医疗护理、个人护理和防护服产品如手术帷帘和罩衫、面 罩和其它手术服、消毒包布和防护工作服。
本发明还提供一种形成多层非织造层合材料的方法，包括以下步 骤：提供选自第一和第二连续纤维源的至少第一和第二大量连续纤 维，其中连续纤维源，即纤维生产装置与材料生产方向之间交成约30～ 60°和约300～330°的角度，提供至少一个阻挡材料层，在移动成形表 面上收集第一大量连续纤维、阻挡材料和第二大量连续纤维，从而形 成多层非织造材料，其中阻挡材料置于第一和第二大量连续纤维之 间，随后将多层非织造材料粘合形成非织造层合材料。纤维源通常理 想地沿着约45°和约315°取向。阻挡材料理想地是熔喷材料退绕卷材 或者可以是一个或多个熔喷成形口型，且该方法还可理想地包括给连 续纤维充静电的步骤。
本发明还提供一种形成多层非织造层合材料的方法，包括下列步 骤：提供至少第一和第二连续纤维纤网，其中第一和第二纤网各自由沿 着与MD方向交成约30°～约60°或者约300°～330°角取向的纤维成形 设备成形，颠倒纤网之一，在第一和第二纤网之间提供至少一个阻挡 材料层；随后将第一纤网、阻挡材料和第二纤网粘合在一起形成多层非 织造层合材料。阻挡材料可理想地是例如透气性薄膜或熔喷层。
附图简述
图1是部分切去的非织造层合材料一种实施方案的示意透视图。
图2是一幅仰视或俯视平面图，表示在非织造材料生产中可采用 的挤出和牵伸设备相对于纤网生产方向或MD的示例性取向。
图3是生产本发明非织造层合材料的示例性方法的俯视图。
图4是采用本发明非织造层合材料制造的示例性医疗产品的示意 图。
定义
这里及权利要求中所使用的术语“包含”是包容性或开放端的， 并且不排除另外未列举出的要素、组成组分或方法步骤。因此，术语 “包含”涵盖更具限制性的术语“基本由...组成”和“由...组成”。
术语“聚合物”一般包括但不限于：均聚物，共聚物如嵌段、接枝、 无规及交替共聚物、三元共聚物等及其共混物和各种改性形式。而且， 除非另行具体限定，术语“聚合物”应涵盖该材料所有可能的空间或 几何构型。这些构型包括但不限于全同立构、间同立构及无规对称。
这里所使用的术语“纤维”既指短纤维长度的也指较长的纤维和 基本连续的纤维，除非另行指出。这里所使用的术语“基本连续”长 丝是指长度远大于其直径的长丝或纤维，例如长径比超过15,000∶1， 理想地超过50,000∶1。
这里所使用的术语“单组分”纤维是指由一个或多个挤出机但仅 使用一种聚合物挤出物成形的纤维。这并不排除由为了着色、抗静电 性质、润滑、亲水等目的而加入了少量添加剂的一种聚合物成形的纤 维。这些添加剂，例如用于着色的二氧化钛，一般以小于5wt％，更典 型以约2wt％的数量存在。
本文所使用的术语“多组分纤维”是指由至少2组分聚合物或同 一聚合物但具有不同性质或添加剂，经各自的挤出机挤出，但在一起 纺丝形成一根纤维的纤维。多组分纤维有时也叫做共轭纤维或双组分 纤维。聚合物在多组分纤维断面上排列在位置基本固定的彼此界限鲜 明的区内，并沿多组分纤维的全长连续地延伸。此类多组分纤维的构 型可以是例如皮/芯排列，其中一种聚合物被另一种聚合物包围着，或 者可以是并列排列的、“海-岛”排列的，或者呈桔瓣状或条状排列在 圆形、椭圆或矩形断面纤维上。多组分纤维公开在授予Kaneko等人的 美国专利5,108,820、授予Strack等人的美国专利5,336,552和授予 Pike等人的美国专利5,382,400中。就双组分纤维而言，聚合物存在 的比例可以是75/25、50/50、25/75或任何其他希望的比例。
本文所使用的术语“双成分纤维”或“多成分纤维”是指由至少2 种聚合物或同样聚合物但具有不同性质或添加剂，从同一挤出机以共 混物形式挤出形成的纤维，且其中各种聚合物不是沿多组分纤维的整 个横断面排列在位置相对固定的彼此界限鲜明的区内。这一大类纤维 在例如授予Gessner的美国专利5,108,827中有所讨论。
本文所使用的术语“非织造纤网”或“非织造布材料”是指一种 纤网，其具有由各纤维或丝交织构成的结构，但不是以像针织或机织 物中那样可辨认方式构成的。非织造纤网可采用多种方法形成，如熔 喷法、纺粘法、气流铺网法及梳理纤网法。非织造织物的基重通常以 每平方米的克数(gsm)或每平方码材料的盎司数(osy)表示；有用的纤 维直径通常以微米表示。(注：要从osy数值换算为gsm值，可用33.91 乘上osy的数值)。
术语“纺粘”或“纺粘非织造”是指一类小直径纤维的非织造纤 维或长丝材料，其通过将熔融热塑性聚合物从纺丝板的多个毛细管中 挤出大量纤维而形成。挤出的纤维被冷却同时借助喷射或其它熟知的 牵伸机构牵伸。牵伸的纤维以大致无规的方式沉积或铺在成形表面上 形成疏松缠结的纤维纤网，随后铺好的纤维纤网进行粘合处理以赋予 其物理整体性和尺寸稳定性。纺粘织物的生产描述在授予Appel等人 的美国专利4,340,563和授予Matsuki等人的美国专利3,802,817 中。就典型而言，纺粘纤维或长丝的单位长度的重量超过2旦，至最 大约6旦或更高，虽然更细的纺粘纤维也可生产。就纤维直径而论， 纺粘纤维一般具有大于7μm的平均直径，特别是介于约10～约25μm。
本文所使用的术语“熔喷纤维”是指按如下方法成形的纤维或微 纤维：将熔融热塑性材料从多个纤细的通常为圆形的口型毛细管(die capillary)中以丝束或纤维形式挤出到逐渐汇聚的高速气流(例如空 气流)中，气流将熔融热塑性材料的纤维拉细以变小直径。然后，熔融 纤维被高速气流夹带着并沉积在收集表面上，形成由散乱分布的熔喷 纤维组成的纤网。此类方法例如公开在授予Butin的美国专利 3,849,241中。熔喷纤维可以是连续的或不连续的，平均直径一般小 于约10μm，常常小于7或甚至5μm，且当沉积到收集表面上时通常 是发粘的。
这里所使用的术语“层合材料”是指由2或更多个经过粘合而彼 此结合的层或纤网制成的复合材料。
本文所使用的术语“热点粘合”涉及让待粘合织物或纤维的纤网 或其它片材层材料从加热压花机辊与砧辊之间通过。压花机辊通常， 尽管不总是，带有某种形式的图案，以便使整个织物不是沿其整个表 面都发生粘合。结果，开发出各种各样的压花机辊以便既达到功能的 也达到美观的目的。一种花纹的例子具有许多点并且是Hansen Pennings或“H&P”图案，粘合面积为约30％，每平方英寸有约200 个粘合点，正如授予Hansen和Pennings的美国专利3,855,046中所 描述。H&P花纹具有方块形的点或针状粘合区，其中每个针的侧边尺寸 为0.038英寸(0.965mm)，针与针之间的间距是0.070英寸(1.778 mm)，粘合深度0.023英寸(0.584mm)。形成的花纹具有约29.5％的粘 合面积。另一种典型的点粘合花纹是扩展型Hansen and Pennings， 或“EHP”粘合图案，它能产生15％的粘合面积，其方块形针侧边尺寸 为0.037英寸(0.94mm)，针间距0.097英寸(2.464mm)，深度是0.039 英寸(0.991mm)。另一种有用的点粘合花纹是公开在授予Vogt.的美 国外观专利239,566中的扩展式RHT花纹。其他常见的花纹包括由重 复和略微偏置的菱形组成的菱形花纹，和顾名思义看上去类似窗纱的 金属丝编织花纹。一般粘合面积占织物压纤网面积的百分率介于约 10％~约30％。热点粘合通过将一个层和/或多层层合材料内的纤维粘合 在一起而赋予每一单个层整体性，点粘合将各层维系在一起形成粘合 层合材料。
发明详述
本发明提供一种非织造层合材料，它包含粘合形成层合材料的至 少第一和第二基本连续纤维纤网层，其中非织造层合材料沿层合材料 的x-y平面内任何方向具有基本相等的抗张强度。非织造层合材料可 理想地还包含夹在至少第一和第二连续纤维非织造纤网层之间并与之 成面对面关系的一个或多个阻挡层。这里所使用的术语沿材料平面内 任何方向“基本相等抗张强度”的意思是，就下面描述试验的180°抗 张强度来说，抗张强度偏差等于或小于约6％。在某些场合，希望抗张 强度偏差等于或小于约5％，而对另一些场合，希望等于或小于约4％。 本发明另外提供制造非织造层合材料的方法，并提供由此种强度高度 均一的非织造层合材料制造的防护织物和服装，例如消毒包布、手术 帷帘、罩衫、面罩和其它手术服，以及防护工作服。
如上所述，本发明非织造层合材料包含第一和第二连续纤维纤 网，并可理想地还包含夹在第一和第二连续纤维纤网层之间并与之成 面对面关系的一个或多个阻挡层，该纤网层粘合在一个或多个阻挡层 的每一面上，正如图1中所示的示例性三层层合材料中所体现的那样。 图1仅是示意图而已，仅用来说明所发明层合材料的一种类型。一般 而言，此种多层非织造层合材料的基重介于约0.1osy～12osy(约3～ 约400gsm)，或者更特别地介于约0.5osy～约5osy。如图1所示， 非织造层合材料的三层实施方案总地被称作10，它包含阻挡层16，该 阻挡层被夹在标为12和14的连续长丝非织造纤网层之间。连续长丝 非织造纤网层可理想地是纺粘非织造层，并可方便地称作阻挡层的“挂 面”层。阻挡层16可以是一个或多个薄膜层，例如本领域公知的。在 非织造层12和14是纺粘层并且阻挡层16是薄膜的情况下，非织造层 合材料可方便地称作纺粘-薄膜-纺粘或″SFS″层合材料。替代地，阻挡 层可包含熔纺微纤维层如熔喷层，从而制成纺粘-熔喷-纺粘或″SMS″ 层合材料，正如授予Brock等人的美国专利4,041,203中公开的，在 此将其整个内容收作参考。另外在图1中表示出示例性粘合点18，例 如可采用热点粘合方法制成。
在其它替代方案中，多层非织造层合材料可成形为一种包含多个 阻挡材料层的层合材料，例如包含多个熔纺微纤维层的“SMMS”或 “SMMMS”层合材料。另外，层合材料可包含在一个或多个阻挡层每一 面上的挂面层，其中挂面层本身又是多个连续纤维非织造纤网层组成 的层。此种多层层合材料可称作″SSFSS″或″SSMSS″。其它组合也是可 能的。然而，应当指出，为了获得本发明的益处，重要的是，在阻挡 层每一面上的挂面层具有彼此类似的抗张强度和伸长性能。因此，虽 然不要求两个挂面层彼此完全一样，但挂面层的基重、层数和所用聚 合物越相近，就越容易具有抗张强度和伸长特性相近的挂面层。
非织造纤网连续纤维层可理想地采用纺粘法生产，正如本领域公 知的，例如在授予Appel等人的美国专利4,340,563和授予Matsuki 等人的3,802,817中所公开的，在此将其全部内容收作参考，只是， 如下面提到的，具体方法有具体要求。适合生产连续长丝非织造纤网 层的聚合物可以是本领域公知的任何一种，包括聚烯烃、聚酯、聚酰 胺、聚碳酸酯及其共聚物和共混物。合适的聚烯烃包括聚丙烯，例如 全同立构聚丙烯、间同立构聚丙烯、全同立构聚丙烯与无规立构聚丙 烯的共混物；聚乙烯，例如高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙 烯和线型低密度聚乙烯；聚丁烯，例如聚1-丁烯和聚2-丁烯；聚戊烯， 例如聚1-戊烯和聚2-戊烯；聚(3-甲基-1-戊烯)；聚(4-甲基-1-戊烯)； 和它们的共聚物和共混物。合适的共聚物包括无规和嵌段共聚物，由 二或更多种不同不饱和烯烃单体制成，例如乙烯或丁烯与丙烯的共聚 物。合适的聚酰胺包括尼龙6、尼龙6/6、尼龙4/6、尼龙11、尼龙12、 尼龙6/10、尼龙6/12、尼龙12/12、己内酰胺与氧化烯二胺的共聚物 等以及它们的共混物和共聚物。合适的聚酯包括聚丙交酯和聚乳酸聚 合物，以及聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲 酸1，4-丁二酯、聚对苯二甲酸环己烷1，4-二甲醇酯及其与间苯二甲酸 的共聚物以及其共混物。用于连续纤维非织造纤网层纤维的聚合物的 选择取决于最终用途的需要、经济性和加工性。这里给出的合适聚合 物的清单并非穷尽的，本领域普通技术人员公知的其它聚合物也可使 用。
连续纤维非织造纤网层的纤维可以是单组分纤维或多组分纤维， 且可以是未卷曲的或卷曲的。卷曲的多组分纤维用于生产蓬松或膨体 非织造织物特别有用，且可理想地被用于布样美学品质如柔软、垂感 和手感很重要的应用中。多组分纤维的生产方法在本领域是公知的。 例如，授予Pike等人的美国专利5,382,400，在此收作参考，公开了 一种适合生产多组分纤维及其纤网的方法。另外，应当指出，两个连 续纤维非织造纤网层不必相同，并且可以采用不同的聚合物或不同的 聚合物类型。作为例子，在非织造层合材料是用于手术罩衫或其它接 触皮肤用途的SMS材料的情况下，非体侧纺粘层(将不接触穿戴者身体 的层)可包含聚丙烯纤维，而体侧纺粘层(离穿戴者最近的层)可以是卷 曲的多组分纺粘层，以赋予罩衫材料额外的使用舒适性。作为另一个 例子，无规烯烃共聚物如乙烯-丙烯无规共聚物(″RCP″)公知可用于生 产较柔软或感觉更像布的非织造物，因此一个或多个纺粘层，特别是 体侧纺粘层可理想地包含单组分RCP纺粘纤维。
在阻挡层16是熔纺微纤维层的情况下，它可以是例如熔喷层。熔 喷方法在本领域是公知的，因此将不再赘述。扼要地说，熔喷涉及通 过精细的口型毛细管挤出熔融热塑性聚合物成为熔融长丝或纤维。熔 融纤维被挤出到高速气体的汇聚流如加热的空气流中，从而将纤维拉 细或拉伸而使直径变小。拉细的纤维通常沉积在收集表面上，例如多 孔成形带或输送带上，形成由无规排列的纤维组成的纤网。熔喷方法， 例如公开在授予Buntin的美国专利3,849,241、授予Meitner等人的 美国专利4,307,143和授予Wisneski等人的美国专利4,707,398中， 在此一律全文收作参考。该熔纺微纤维的平均直径应小于约10μm， 理想地小于约7μm，更理想地小于约5μm。另外，熔纺微纤维层可包 含多组分微纤维，正如本领域公知的，如双组分熔喷纤维。
适合生产熔纺微纤维层的聚合物可以是本领域公知的任何一种。 更具体地说，烯烃聚合物如聚丙烯、聚乙烯和聚丁烯以及这些聚合物 的混合物，由于相对便宜和容易加工而优选使用。在要求高阻挡性能 的场合，制造熔喷层使用的希望聚合物应能生产出平均孔径小的熔喷 纤网并且该聚合物有利地具有高熔流速率或″MFR″，例如1000g/10 min或更高。聚合物的熔流速率可通过测定在2.060kg载荷下在规定 时间内，例如10min，在规定温度如177℃下通过2.0995±0.0051mm 孔径的小孔流出的熔融热塑性聚合物的质量来确定，正如根据试验 ASTM-D-1238-01，《采用挤出塑度计测定热塑性塑料的熔流速率的标 准试验方法》采用Tinius Olsen Testing Machine公司(Willow Grove， 宾夕法尼亚)销售的型号VE 4-78挤出塑度计测定的。一种示例性高熔 流聚丁烯聚合物是具有约5％乙烯的1-丁烯-乙烯共聚物，其熔流速率 为约3000g/10min，由Basell，USA，Inc.of Wilmington，特拉华以 商品名DP-8911销售。正如本领域公知的，可用于生产微纤维层的高 熔流丙烯聚合物(熔流速率超过约1000的聚合物)可通过下述方法提 供：在传统方法生产的聚合物如采用齐格勒-纳塔催化剂生产的那些中 加入促降解剂如过氧化物，以便部分降解聚合物来提高熔流速率和/或 使分子量分布变窄。在聚合物粒料中加入过氧化物的方法描述在授予 Morman等人的美国专利4,451,589中，而通过在聚合物中加入过氧化 物而使阻挡性能改进的微纤维非织造纤网则公开在授予Timmons等人 的美国专利5,213,881中。
最近，高熔流速率聚合物已可以做到生产出来就是高熔流速率的 了，就是说，不需要加入促降解剂如过氧化物使聚合物降解以降低粘 度/增加熔流速率。于是，这样的高熔流速率聚合物不需要使用促降解 剂就能生产出平均孔径小且阻挡性能好的细微纤维的纤网。合适的高 熔流速率聚合物可包含具有窄分子量分布和/或低多分散性(相对于传 统烯烃聚合物如采用齐格勒-纳塔催化剂制造的那些)的聚合物，并包 括采用“金属茂催化剂”、“单活性中心催化剂”、“控制几何构型 催化剂”和/或其它类似催化剂催化的那些。此类催化剂和/或由它们 制造的烯烃聚合物的例子描述在仅作为例子的下列文献中：美国专利 5,153,157，授予Canich；美国专利5,064,802，授予Stevens等人； 美国专利5,374,696，授予Rosen等人；美国专利5,451,450，授予 Elderly等人；美国专利5,204,429，授予Kaminsky等人；美国专利 5,539,124，授予Etherton等人；美国专利5,278,272和5,272,236， 两篇都授予Lai等人，和美国专利5,554,775，授予Krishnamurti等 人。高熔流速率、窄分子量分布和低多分散性的示例性聚合物公开在 美国专利5,736,465中，授予Stahl等人，并由Exxon化学公司以商 品名ACHIEVE供应。
对于某些用途，例如对于手术和工业防护服来说，可能重要的是 非织造层合材料具有对低表面张力液体如醇、醛、酮和含表面活性剂 液体的排斥性。对低表面张力液体的排斥性可利用局部或内部添加剂 赋予非织造层合材料的任何或所有的层。示例性液体排斥添加剂是碳 氟化合物，它们可以是局部施涂或者通过加入到制造非织造纤维层的 聚合物熔体中而在内部起作用的。在添加剂是内部使用的情况下，希 望它以约0.1wt％～约2wt％，更希望以约0.25～约1.0wt％的数量 加入到聚合物熔体中。作为例子，公开在授予Potts等人的美国专利 5,149,576和授予Perkins等人的美国专利5,178,931中的碳氧化合 物都很适合给非织造织物提供液体排斥性能，在此收作参考。在用碳 氟化合物作为内部添加剂加入到熔喷层中的情况下，熔喷纤维可理想 地含有高熔流速率聚丙烯和约5％～约20％高熔流速率聚丁烯聚合物的 混合物。
如上所述，非织造层合材料可理想地含有起阻挡层作用的薄膜 层。作为例子，一种可透蒸汽或气体但基本不透液体的例如本领域公 知的“透气性”薄膜可层合在连续纤维外非织造纤网层之间以提供具 有诸如柔软质地、强度和阻挡性能之类有用性能的理想组合的透气性 阻挡层合材料。一般而言，如果薄膜具有至少300g/m2/24h的水蒸 汽透过速率，按照ASTM标准E96-80计算，则它被认为是“透气的”。 示例性透气性薄膜-非织造层合材料描述在例如授予Mathis等人的美 国专利6,037,281中，在此全文收作参考。
热花纹粘合装置，正如本领域公知和上面所描述的，可用于将各 个组分层热点粘合在一起成为非织造层合材料。替代地，在纤维是具 有不同熔点的组分聚合物的多组分纤维的情况下，可能有利的则是采 用穿透空气粘合机，例如本领域技术人员熟知的，来粘合连续纤维外 非织造纤网层。一般而言，穿透空气粘合机喷吹加热空气流穿透连续 多组分纤维的纤网，从而理想地借助温度等于或高于较低熔点聚合物 组分的聚合物熔融温度但低于较高熔点聚合物组分的熔融温度的加热 空气形成纤维间粘合。作为又一个替换的例子，诸成分纤网和/或层合 材料可利用本领域公知的其它方法粘合，例如粘合剂粘合方法或超声 波粘合方法。
本发明非织造层合材料具有沿层合材料平面内所有方向的性质高 度均一性。例如，该非织造层合材料沿层合材料平面内所有方向具有 基本相等的抗张强度。来看图2，图中示意地画出制造具有高度性质均 一性层合材料的示例性方法的部分俯视图，它展示连续纤维源，也就 是纤维生产设备，相对于MD或材料生产方向的取向。如图2所示，纤 维生产的方向或MD用箭头MD标出。采用MD方向作为起始或0°，并通 过沿顺时针方向走来测量角度，纤维生产设备20相对于MD成小于90° 的取向，而不是沿90°角取向，因此这里如图2所示的纤维生产设备沿 大约45°的角A取向。希望的是，纤维生产设备将与MD方向成约30°～ 约60°，以避免生产出的纤网具有高度MD纤维方向性，从而避免如上 所述导致非织造纤网具有不理想的抗张强度的MD方向性而不是具有均 一强度性质。
图2所示设备可如下述用来生产本发明层合材料：生产连续纤维的 纤网，随后将纤网粘合并卷绕在本领域公知的卷绕机上。然后，制造 第二卷连续纤维纤网材料。随后，这两个连续纤维纤网可通过将卷材 安装在材料退绕机或转轴上，正如本领域公知的，并引导纤网至粘合 装置，以便将它们粘合在一起成为多层层合材料。然而，为了实现本 发明的益处，连续纤维纤网之一必须相对于其原来的45°生产取向翻 转，正如在下面的实施例中描述的那样。将纤网之一翻转可如下述方 便地完成：将一个卷材调头，以便当安装在转轴上时一个连续纤维纤网 从材料卷材的上面退绕，而另一纤网则从其相应材料卷材的下面退 绕。在希望生产一种阻挡非织造层合材料的情况下，也可让一个或多 个阻挡材料层退绕到两个连续纤维纤网之间，然后将所有的层粘合在 一起形成层合材料。
现在来看图3，其中示意地画出制造本发明非织造层合材料的阻挡 层合材料实施方案的示例性方法的俯视图。现在看图3，该方法被安排 成生产本领域中被称作纺粘-熔喷-纺粘(SMS)非织造纤网的多层非织 造纤网的在线方法。在图3中，材料生产方向或MD用箭头MD表示。 如图所示的方法包括2个连续纤维源，即第一纺粘纺丝板52和第二纺 粘纺丝板54以及4排熔喷口型72、74、76和78，配置在第一纺粘纺 丝板52与第二纺粘纺丝板54之间。不是与MD成90°地取向，第一纺 粘纺丝板52沿约300～约330°之间的角度取向，并且如图3所示，第 一纺粘纺丝板52与MD方向成大约315°取向。第二纺粘纺丝板54与 MD成大约30～约60°之间的角度取向，并且在这里如图3所示，第二 纺粘纺丝板54与MD方向成大约45°取向。注意，这些都可颠倒过来， 也就是说，第一纺丝板52可沿30～60°取向，而第二纺丝板54沿300～ 330°取向。熔喷口型72和74按图示沿与第一纺丝板52大致相同的角 度取向，即沿大约315°取向，而熔喷口型76和78如图所示沿与第二 纺丝板54大约相同的角度取向，与MD成大约45°。在第一和第二纺粘 纺丝板分别沿315°和45°取向的具体工况中，这两个纺丝板将彼此相 距大约90°地取向。
要指出，常常要求纤维生产设备取向所选择的角度为约45°和约 315°；然而，为达到最佳性质均一性可能需要根据工艺变量调节这些角 度。具体地说，线速度(非织造层合材料生产出来的速度)可能影响为 产生均一性能所需要的角度。以第二连续纤维纺丝板54为例，沿等于 或大于45°取向的纤维生产设备采用较低线速度可生产出要求的纤网 性质均一性。然而，在较高线速度的情况下，它可能需要将角度从45° 缩小到40°或甚至更小的角度。虽不拟囿于理论，但我们相信，这是由 于纤维作为纤网沉积于其上的移动成形表面所夹带的空气的效应。夹 带的空气将趋于使纤维或多或少地沿空气运动方向(MD)取向或排齐。 随着线速度的增加，成形表面所夹带的空气的速度也增加，并开始赋 予纤维较大MD排列。从45°减小纤维生产设备的角度以达到较高线速 度的生产将有助于克服这一效应。
熔喷口型72、74、76和78可以是任何本领域普通技术人员熟知 的那些，因此在这里不再赘述。大致地说，熔喷方法包括：将熔融热塑 性材料从多个纤细的、通常为圆形的口型毛细管(die capillaries) 中以熔融丝束或纤维的形式挤出到逐渐汇聚的高速气流(例如空气流) 中，气流将熔融热塑性材料的纤维拉细使直径变小而成形纤维。然后， 熔融纤维被高速气流夹带着，并沉积在收集表面上，形成由无规分布 的熔喷纤维组成的纤网。此类方法公开在例如授予Butin的美国专利 3,849,241中。熔喷纤维可以是连续的或不连续的，直径一般小于约 10μm，且当沉积到收集表面上时通常是发粘的。一种成形熔喷纤维的 示例性设备和方法描述在授予Haynes等人的美国专利6,001,303中， 在此将其全部内容收作参考。
再次来看图3，其中画出位于第一纺丝板52与熔喷口型72之间的 压实装置66，例如一种空气刀，它吹入加热空气并穿透从第一纺丝板 52中成形出来的纤维的纤网。此种空气刀描述在授予Arnold等人的 美国专利5,707,468中，在此收作参考。压实装置66起到初次或初步 压实从第一纺丝板52成形出来的非织造纤网的作用，以保护它免遭在 熔喷加工72、74、76和78处的高速气流的破坏。压实装置66也可理 想地是一种本领域公知的压实辊。然而，在压实装置66是压实辊的情 况下，它通常将沿着与MD成约90°的方向取向，而不是像图3所示沿 着平行于纺丝板52的角度。该方法还包括压实装置68以初次或初步 压实在第一纺丝板52以后加入的那些纤网部分或层。初次或初步压实 装置68可理想地是位于第二纺丝板54下游(从材料加工来看较迟)的 压实辊。
虽然图3中画出的方法具有2排纺粘纺丝板和4排熔喷口型的配 置，但本领域技术人员将看出，这些数目可以改变，却仍不偏离本发 明的精神和范围。作为例子，可采用的熔喷口型排数可多可少，或者 在第一纺丝板或第二纺丝板部位可采用大量连续纤维纺丝板，或二 者。另外，本领域技术人员可以看出，各种各样其它加工步骤和/或参 数可在许多方面变化而不偏离本发明的精神和范围。例如，非织造层 合材料的某些或全部层可单独和分开制造并卷绕成卷，随后在单独的 步骤中合并成为多层非织造层合材料。替代地，2个外侧非织造层可在 纺粘纺丝板排52和54处成形，如图3所示，同时一种预成形阻挡层 如熔喷微纤维层可退绕到它们之间，而不是采用熔喷口型排72、74、 76和78。在这方面，重要的是要注意，非织造层合材料的大多数强度 特性由连续纤维挂面层，而不是阻挡材料层提供，因此阻挡层可由传 统上与MD成90°取向，而不是如图3所示取向的设备生产。然而，如 图3所示阻挡材料生产设备的取向的确有利地提供了如下面关于连续 纤维纤网所描述的任选的高生产速率或生产较细纤维同样的益处。
作为附加工艺步骤的例子，本领域公知可在生产加工期间对纤维 充静电，以改善非织造纤网的总体均一性。静电充电对于减少较高生 产线速度下的空气夹带效应特别有用，正如上面所讨论的。大致地说， 静电充电装置由一或多排放电针组成，放电针产生电晕放电，从而赋 予纤维静电荷，而纤维一旦带电，将趋于彼此排斥而有助于防止一群 群纤维成团或“拧绳”在一起。给纤维充电以生产纤维分布改进的非 织造物的示例性方法公开在授予Haynes等人的PCT出版物WO 02/52071中，2002-07-04发表，在此将其全文收作参考。
另外，本发明方法提供以非常高的生产速率生产非织造纤网的方 法，或者以典型纤网生产速率生产更细纤维的纤网层的方法。作为提 高生产速率的具体例子，图2和图3中画出的连续纤维纺丝板如图所 示以一定角度取向，与MD交成大约45°和/或约315°。由于45-45-90 的三角形的斜边是直角边长度2倍的平方根，因此这些纺丝板的长度 是传统上与MD成90°取向的纺丝板长度的约[2]1/2或1.41倍(就制造同 一CD宽的材料而言)。在此种情况中，非织造纤网的生产速率将是传 统90°取向纺丝板方法的约1.41倍，若纺丝板毛细管间距和每个纺丝 孔的聚合物挤出速率在这两种方法中相同的话。与角度等于45°的情况 相比，更大或更小的角度将分别导致生产速率的降低或提高，但是在 相同毛细管间距和通过量的条件下，生产速率总是高于传统90°取向的 方法。
本领域公知的生产较细纤维的一种方法是减少每个毛细管的挤出 速率，但是这也将降低材料整体的生产速率。本发明方法可用于在典 型纤网生产速率下制造较细纤维。在纺丝板沿如上所述约45°和315° 取向的具体实施例中，每个毛细管的聚合物挤出速率将降低到传统90° 取向纺丝板方法的每孔挤出速率的约71％(或[2]-1/2倍)，若非织造纤网 生产速率和纺丝板毛细管间距在这两种方法中相同的话。因此，采用 本发明方法可以减少每孔挤出速率，从而能使纤维更细，而不致像与 MD成90°角取向的传统方法所要求的那样需要牺牲总体非织造纤网生 产速率。较细的纤维对于改善纤网布样属性和柔软性以及改善纤网层 均一性和总体强度都是所希望的。
虽然这里并未详细描述，但可以实施各种各样本领域公知的另外 的潜在加工和/或整理步骤，例如纤网纵切、牵伸或处理，而仍不偏离 本发明精神和范围。纤网处理的例子包括层合材料的驻极体处理以便 在层合材料中引入永久静电荷，或者替代地，抗静电处理。抗静电处 理剂可通过喷涂、浸渍等局部施加，示例性局部静电处理剂是正丁基 磷酸钾的50％溶液，由Stepan公司(Northfield，伊利诺斯)以商品名 ZELEC供应。另一种示例性局部抗静电处理剂是异丁基磷酸钾的50％ 溶液，由Manufacturer′s Chemical，LP(克里夫兰，田纳西)以商品 名QUADRASTAT供应。另一种纤网处理剂的例子包括赋予含疏水性热塑 性材料的纤网润湿或亲水性的处理剂。润湿性处理添加剂可加入到聚 合物熔体中作为内处理剂，或者可在纤维或纤网成形后的某点局部地 施加。
本发明非织造层合材料特别适合各种用途，例如包括一次性防护 制品如防护织物、医疗产品用织物如患者罩衫、消毒包布和手术帷帘、 罩衫、面罩、帽子和鞋套，以及其它防护服用织物，例如工业防护服 用的。示例性医疗产品示意地表示在图4中，穿在用虚线勾勒的人体 上。如图4所示，罩衫30是一种宽大罩衫，包括领口32、袖子34和 底摆36。罩衫30可采用本发明非织造层合材料制造。也是如在图4 勾勒的人体上，一种鞋套38具有供适配到穿戴者脚和/或鞋上的开口 40。鞋套38可采用本发明非织造材料制造。另外在图4中表示出帽子 42，例如手术帽，可采用本发明非织造布材料制造。
给出下面的实施例用于说明本发明但不拟限制它。
实施例
分别生产的聚丙烯纺粘和熔喷非织造材料卷材进行退绕并采用热 点粘合层合在一起成为SMS层合材料。纺粘纤网材料是采用纤维成形 设备(即纤维挤出和牵伸设备)按各种不同基重生产的，该设备沿着与 MD成约45°取向。每种基重各生产两卷纺粘材料，作为一对卷材将分 别层合到0.4osy(13.6gsm)熔喷材料的每一面上。为了生产本发明 非织造层合材料，每对纺粘卷材中的一卷沿朝着层合点粘合机相反的 方向退绕，或者以这样的方式退绕：即让一卷纺粘纤网相对于其原来 45°生产取向颠倒过来地退绕。这样做模拟了上面的示例性方法的描 述，其中一个连续纤维纤网层由沿约45°取向的挤出和牵伸设备生产， 而另一连续纤维纤网层则由沿约315°取向的设备生产。作为进一步解 释，当生产纺粘材料卷材时，它们在多孔成形表面或“成形丝网”上 成形，因此刚刚成形的纺粘纤网具有顶面和丝网面(原来纺粘材料的底 面，也就是材料接触成形丝网的表面)。在要将材料层合成形为SMS层 合材料但不颠倒连续纤维纤网之一的情况下，夹在中间的阻挡材料将 接触一个连续纤维纤网的顶面和另一连续纤维纤网的底面或丝网面。 然而，当将连续纤维纤网之一颠倒时，夹在中间的阻挡材料将接触两 个连续纤维纤网的每一顶面，或者接触两个纤网的丝网面。纤网之一 的颠倒可通过将一卷翻转以便当安装在材料卷材退绕或转轴上时，连 续纤维纤网之一从卷材的上面退绕，而另一纤网则从卷材下面退绕。
市售供应的对比层合材料和实验层合材料按如下所述试验并评估 层合材料沿材料平面各个方向的抗张强度均一性。对比层材料C1是 ATI Super Duty，一种SMS层合材料，由American Threshold公司 (Enka，North Carolina)供应。对比层合材料C2、C3、C4和C5分 别是KIMGUARDHeavy Duty，KIMGUARDMidweight，SPUNGUARD Super Duty和SPUNGUARDRegular，它们是由Kimberly-Clark公 司(Irving，德克萨斯)供应的。
试验方法：180°夹持抗张强度试验
抗张强度试验是按照ASTM D 5034-90的夹持抗张强度试验进行 的。从每种材料上裁取100mm×150mm矩形待测夹持抗张样品。为 了评估沿一系列方向的抗张强度均一性，采样部位按如下所述遍及 180°的弧形。选择12个采样方向，使样品的长度尺寸平行于与MD或 材料生产方向成特定要求角度的方向。选择第一样品方向，使其长度 方向平行于CD方向，也就是与MD成90°的方向。选择随后的采样方向， 使样品的长度尺寸平行于与前面样品成15°的方向，以便这12个选择 的采样方向(分别且相对于MD)成90°、75°、60°、45°、30°、15°、0°(MD)、 -15°、-30°、-45°、-60°和-75°的角度。对于所有对比层合材料和大多 数实验层合材料而言，12个指定的采样方向中每一个方向实施10次重 复抗张强度试验。由于实验层合材料E1、E2和E3可用的材料有限， 故重复次数较少(分别重复4、5和9次)。就每个采样方向的诸重复试 验结果取平均，然后计算每种层合材料的总平均抗张强度结果 (″Avg″)，作为所有12个采样方向的平均抗张强度结果。计算这12个 采样方向抗张强度结果之间的标准偏差(″SD″)。随后，将标准偏差表 示为总平均值的百分数，作为12个采样方向之间抗张强度的偏差 (“V”)，并按下式计算：V＝100％(SD/Avg)。这些结果载于表1。
                          表1   实施例   基重   (gsm)   抗张   Avg(kg)   抗张   SD(kg)   抗张   V(％)   C1   74.6   15.34   2.91   19.0   C2   73.6   14.92   1.10   7.4   C3   59.6   12.05   1.09   9.1   C4   68.4   14.07   1.68   11.9   C5   40.4   6.32   0.53   8.3   E1   80.0   19.31   0.76   3.9   E2   76.6   17.20   0.67   3.9   E3   76.6   21.22   0.81   3.8   E4   75.6   20.56   0.55   2.7   E5   74.9   21.52   0.47   2.2   E6   70.5   18.62   0.76   4.1   E7   61.4   16.62   0.47   2.8   E8   47.5   12.30   0.66   5.4   E9   37.6   9.51   0.53   5.6
从表1可以看出，对比例的市售供应层合材料表现出在定向抗张 强度试验方面显著的不均一性，偏差V从7.4％至高达19％。然而，对 于本发明的层合材料而言，与市售供应材料相比，其偏差V低得多， 一般小于或等于6％，常常小于5％或甚至小于4％。
在本说明书中引用了大量其它专利，而当作为参考收入的内容与 本说明内容之间存在任何抵触或分歧时，应以本说明为准。另外，虽 然已就本发明具体实施方案做了详细描述，但本领域技术人员清楚， 在不偏离本发明精神和范围条件下还可制定出各种变更、修改和/或其 它改变。因此，所有这些修改、变更以及其它变动都应涵盖在权利要 求内。