ОБЪЕМНЫЙ НЕТКАНЫЙ МАТЕРИАЛ
BULK NONWOVEN MATERIAL

Изобретение относится к способу получения объемного нетканого материала, к получаемым способом получения объемным нетканым материалам и их применению.
Известно множество наполнителей для применения в текстильной промышленности. Например, мелкие перья, пух и волосяной покров животных, такой как шерсть, давно применяют для наполнения одеял и предметов одежды. Наполнители из пуха очень приятны при использовании, так как они имеют очень хорошую теплоизоляцию в комбинации с небольшим весом. Однако недостатком данных материалов является то, что они имеют небольшую когезию друг к другу.
Альтернативой применению пуха и шерсти является применение волокнистых нетканых полотен или нетканых материалов в качестве наполнителя. Нетканые материалы представляют собой структуры из волокон ограниченной длины (штапельные волокна), филаментов (бесконечные волокна) или нарезанных нитей любого вида и любого происхождения, которые каким-либо образом собирают в нетканый материал (прочес) и каким-либо образом соединяют друг с другом. Недостатком традиционных волокнистых нетканых полотен или нетканых материалов является то, что они имеют меньшую пушистость, чем объемные наполнители, такие как пух. Кроме того, толщина обычных нетканых материалов при продолжительном использовании постоянно уменьшается.
Альтернативой применению таких наполнителей является применение волокнистых шариков. Волокнистые шарики содержат более или менее сферически спутанные друг с другом волокна, которые обычно имеют форму близкую к шарикам. Например, в EP 0203469 A описаны волокнистые шарики, которые можно применять в качестве наполнителя или набивочного материала. Эти волокнистые шарики состоят из закрученных в спирали спутанных друг с другом полиэфирных волокон с длиной примерно от 10 до 60 мм и диаметром от 1 до 15 мм. Волокнистые шарики являются эластичными и теплоизолирующими. Недостатком данных волокнистых шариков является то, что они также как пух, перья, шерсть животных или подобные, имеют небольшую когезию друг к другу. Такие волокнистые шарики плохо пригодны в качестве наполнителей для плоских текстильных материалов, в которых волокнистые шарики должны лежать неплотно, так как по причине их низкой адгезии они могут сползать. Для того чтобы предотвратить сползание в плоских текстильных материалах, их часто простегивают.
Для того чтобы улучшить соединение волокнистых шариков, в EP 0257658 B1 предлагается применять волокнистые шарики с выступающими концами волокон, которые также могут иметь крючки. Однако получение таких материалов является относительно дорогостоящим и концы волокон при транспортировке, хранении и обработке могут ломаться или искривляться.
В WO 91/14035 предлагается термически закреплять слоями исходный материал для нетканого материала для волокнистых шариков и связующие волокна и затем прокалывать. При этом исходный материал для нетканого материала направляется в потоке воздуха на единственный игольчатый валик и этим валиком укладывается на ленту. У этих продуктов есть недостаток, заключающийся в том, что стабильность без прокалывания низкая, так как связующие волокна лишь слабо могут стабилизировать объемные свободные волокнистые шарики. Для того, чтобы получить достаточную стабильность, проводят прокалывание, что усложняет способ и нежелательным образом повышает плотность продукта.
В EP 0268099 раскрывается способ получения волокнистых шариков с модифицированной поверхностью. При этом поверхность волокнистых шариков снабжают связующими волокнами. Из волокнистых шариков с помощью нагревания получают комбинированный материал. Получение волокнистых шариков относительно дорогостоящее. Поскольку волокнистые шарики соединяются связующими волокнами только на поверхности, стабильность комбинированного материала ограничена. Из-за плоских мест переплетения также другие свойства продуктов, такие как пушистость и эластичность, требуют улучшения.
В WO2012/006300 раскрывают нетканые материалы, которые имеют связующие волокна и в области соединения термически упрочнены. Нетканые материалы могут содержать твердые добавки в форме частиц (страницы 20 - 28). Добавки представляют собой относительно жесткие твердые вещества, такие как абразивные материалы или пористые вспененные материалы. Согласно варианту осуществления добавляют твердые частицы, которые предварительно получают, размалывая губчатый материал в молотковой дробилке. Данные документ не относится к получению текстильных наполнителей или других объемных материалов с высокой пушистостью.
В WO 2005/044529 A1 описано устройство, с помощью которого аэродинамическим способом можно гомогенизировать различные материалы. При этом исходные материалы проходят по вращающимся игольчатым валикам. Данный способ можно применять, например, для обработки целлюлозных волокон, синтетических волокон, изделий из металла, элементов из пластика или гранулята. Такой достаточно грубый способ кроме прочего применяют также в области переработки и утилизации отходов.
В основе данного изобретения лежит задача предоставить объемный нетканый материал и способ его получения, которые сочетают различные предпочтительные свойства. Нетканый материал в частности должен быть объемным и иметь низкую плотность, и одновременно иметь высокую стабильность, в частности хорошую прочность при растяжении. Нетканый материал должен сочетать хорошую способность к теплоизоляции с высокой мягкостью, высокой способностью восстанавливать форму после сжатия, низким весом и хорошей адаптацией к оборачиваемому телу. Одновременно нетканый материал должен иметь достаточную стабильность к стирке и механическую стабильность, например, для того, чтобы он был удобен для применения в качестве полотен ткани. В частности, нетканый материал должен быть способен к нарезанию и сматыванию в рулоны. Нетканый материал должен быть пригоден для текстильных областей применения.
Данную задачу решают с помощью способа, объемного нетканого материала и применения согласно формуле изобретения. Кроме того, предпочтительные варианты осуществления представлены в описании.
Объектом данного изобретения является способ получения объемного нетканого материала, включающий стадии:
(a) подготовка нетканого материала, содержащего волокнистые шарики и связующие волокна,
(b) подготовка устройства для воздушной укладки, которое имеет по меньшей мере два игольчатых валика, между которыми образован по меньшей мере один зазор,
(c) обработка исходного материала для нетканого материала в устройстве способом воздушной укладки (Airlaid-способом), при этом исходный материал для нетканого материала проходит через зазор между игольчатыми валиками, при этом волокна или пучки волокон иглами вытягиваются из волокнистых шариков,
(d) укладывание на устройство для укладки, и
(e) термическое закрепление с образованием объемного нетканого материала.
Стадии проводят в последовательности от (a) до (e).
Объемным нетканым материалом в общем обозначают вид нетканого материала, который имеет относительно низкую плотность. На стадии (a) применяют исходный материал для нетканого материала. Понятием "исходный материал" обозначают смесь компонентов, которые вместе перерабатывают в объемный нетканый материал. Исходный материал представляет собой незакрепленную смесь, что означает, что компоненты не соединены друг с другом, в частности не соединены термически, не подвергнуты прокалыванию, склеиванию или подобному способу соединения, при котором целенаправленно получают химическое или физическое соединение.
Исходный материал для нетканого материала на стадии (a) содержит волокнистые шарики. Волокнистые шарики в технической области известны давно и применяются в качестве наполнителей. Речь идет об относительно маленьких и легких агломератах волокон, которые без затруднений отделяются друг от друга. Структура и форма может варьировать в зависимости от применяемых материалов и желаемых свойств объемного нетканого материала. В частности, под выражением «волокнистые шарики» понимают как шарообразные, так и приблизительно шарообразные формы, например, неправильные и/или деформированные, например, сплющенные или удлиненные шарообразные формы. Было обнаружено, что шарообразные и приблизительно шарообразные формы показывают особенно хорошие свойства относительно пушистости и теплоизоляции. Способы получения волокнистых шариков известны в уровне техники и описаны, например, в EP 0203469 A.
Волокна относительно равномерно распределены в волокнистых шариках, при этом плотность снижается по направлению наружу. При этом возможно равномерное распределение волокон внутри волокнистых шариков и/или может иметься градиент волокон. Альтернативно волокна могут по существу располагаться в оболочке шариков, в то время как в центре волокнистых шариков располагается относительно немного волокон. Также возможно, чтобы в волокнистых шариках содержались сферически спутанные и/или подобные пуху волокна, чтобы обеспечить хорошую прочность агрегата, предпочтительно, чтобы волокна были завиты. При этом волокна могут быть неупорядочены или также иметь определенный порядок.
Согласно одному варианту осуществления волокна внутри отдельных волокнистых шариков спутаны и расположены во внешнем слое волокнистых шариков, образуя сферическую форму. В данном варианте осуществления внешний слой, по отношению к диаметру волокнистых шариков, относительно небольшой. Вследствие этого можно еще больше повысить мягкость волокнистых шариков.
Вид находящихся в волокнистых шариках волокон принципиально некритичен, если они пригодны для того, чтобы образовывать волокнистые шарики, например, с помощью пригодной структуры поверхности и длины волокон. Предпочтительно волокна для волокнистых шариков выбирают из группы, состоящей из штапельных волокон, нитей и/или пряжи. При этом под штапельными волокнами в отличие от филаментов, которые теоретически имеют неограниченную длину, понимают волокна с ограниченной длиной, предпочтительно с длиной от 20 мм до 200 мм. Также нити и/или пряжа имеют предпочтительно ограниченную длину, в частности от 20 мм до 200 мм. Волокна могут находиться в виде монокомпонентных филаментов и/или комбинированных филаментов. Титр волокон также может варьироваться. Предпочтительно средний титр волокон находится в диапазоне от 0,1 до 10 дтекс, предпочтительно 0,5-7,5 дтекс.
Особенно предпочтительно, чтобы применяемые волокнистые шарики не были термически предварительно упрочнены. Вследствие этого можно получить особенно мягкий и рыхлый объемный нетканый материал.
Неожиданно оказалось, что предпочтительный объемный нетканый материал получается, если придающий объем исходный материал для нетканого материала, содержащий волокнистые шарики и связующие волокна, перерабатывают способом воздушной укладки на игольчатых валиках. Так, было обнаружено, что при обработке смеси между игольчатыми валиками способом воздушной укладки достигают эффективного разрыхления, перемешивания и ориентирования исходного материала для нетканого материала без того, чтобы при этом материал полностью разрушался. Это было неожиданно, так как, например, применяемые в качестве исходного материала волокнистые шарики крайне непрочные, из чего следует, что они могли разрушаться в таком устройстве, что привело бы к потере стабильности и функциональности конечного продукта. Нельзя было предвидеть, возможно ли будет перерабатывать волокнистые шарики с помощью устройства с игольчатыми валиками, которые, в сущности, служат для разрушения структуры.
Предпочтительно игольчатые валики в устройстве расположены парами так, чтобы металлические спицы могли сцепляться друг с другом. С помощью сцепления металлических спиц образуется динамическое сито, вследствие чего исходный материал для нетканого материала может сшиваться и одновременно распределяться. Кроме того, обработка попарно расположенными игольчатыми валиками в случае волокнистых шариков может приводить к разрыхлению волокнистой структуры без того, чтобы форма шариков полностью разрушилась. При этом волокна или пучки волокон могут вытягиваться из шариков так, что они еще остаются связанными с волокнистыми шариками, однако вытянуты из поверхности. Это является преимуществом, так как вытянутые волокна сцепляют отдельные шарики друг с другом и, таким образом, повышается прочность при растяжении объемного нетканого материала. Кроме того, может образовываться матрица из отдельных волокон, в которую встроены шарики, вследствие чего повышается мягкость объемного нетканого материала.
Также данный способ имеет преимущество, которое заключается в том, что связующие волокна очень тесно связаны с шариками нетканого материала. Это, предположительно, происходит потому, что иглы вводят часть связующих волокон в волокнистые шарики. Таким образом взаимно проникают оба материала. Таким образом, значительно повышается при термическом укреплении доля мест склеивания между волокнистыми шариками и связующими волокнами. Также по этой причине нетканые материалы имеют чрезвычайно высокую стабильность. Таким образом, нетканый материал по изобретению существенно стабильнее, чем продукты, полученные обычными способами, в которых только разрыхляют волокнистые шарики или прочесывают и затем смешивают со связующими волокнами.
Кроме того, особенные свойства продуктов получаются, если способ проводят как способ воздушной укладки. Понятием "способ воздушной укладки" (аэродинамический способ) обозначают процесс, при котором исходный материал для нетканого материала, содержащий волокнистые шарики и связующие волокна обрабатывают и укладывают в потоке воздуха с помощью игольчатых валиков. Таким образом, исходный материал для нетканого материала в потоке воздуха направляется к игольчатым валикам и на них обрабатывается. Преимущество этого состоит в том, что исходный материал для нетканого материала при обработке игольчатыми валиками хотя и остается в разъединенной, рыхлой форме, интенсивно перемешивается, при этом иглы пронизывают шарики нетканого материала. Данный способ значительно отличается от обычных способов, при которых полотна исходного материала для нетканого материала прочесывают. При таких способах прочесывания исходный материал для нетканого материала по существу ориентируют. Из-за неподвижности полотна не достигается перемешивания, разрыхления и взаимного проникновения компонентов, как в способе воздушной укладки по изобретению, где исходный материал для нетканого материала проходит через игольчатые валики в разъединенной форме в потоке воздуха. Согласно данному изобретению можно получать продукт, плотность которого даже ниже, чем плотность применяемых волокнистых шариков.
Было установлено, что данный способ позволяет получить очень равномерное распределение исходного материала по ленте для укладки, и получается очень однородный объемный нетканый материал, в котором придающий объем материал распределен равномерно. Однородное распределение придающего объем материала особенно в отношении способности к теплоизоляции и мягкости, а также для восстановления первоначальных свойств объемного нетканого материала является большим преимуществом.
Согласно данному изобретению можно получить очень однородный объемный нетканый материал. Волокнистые шарики и связующие волокна можно однородно перемешивать, и они ложатся и распределяются очень однородно. Это оказалось неожиданным, так как из исходных данных можно было предположить, что нежные волокнистые шарики, а также другие нежные компоненты, такие как пух, при обработке игольчатыми валиками будут разрушаться.
Однако структура отдельных волокнистых шариков в объемном нетканом материале неоднородная. Волокнистые шарики в нетканом материале утрачивают свою первоначальную форму по меньшей мере частично. Структуру волокнистых шариков в объемном нетканом материале можно описать как рыхлую, частично дезинтегрированную или частично разрушенную. Игольчатые валики действуют на каждый отдельный волокнистый шарик случайным образом и поэтому по-разному. Поэтому также число, величина и структура областей, в которых волокна или пучки волокон выступают из волокнистых шариков, или в которых связующие волокна проникают в волокнистые шарики, распределяются случайным образом. Таким образом, круглые волокнистые шарики, которые применяют в качестве исходного материала, образуют в структуре нетканого материала форму, которую можно описать приблизительно как форму звезды с неравномерно расположенными зубцами. Предполагается, что однородное перемешивание дезинтегрированных волокнистых шариков со связующими волокнами приводит к широкому распределению мест переплетения связующих волокон в продукте, что придает нетканому материалу неожиданно высокую механическую стабильность. Одновременно волокнистые шарики придают продукту низкую плотность, высокую мягкость и пушистость. Данная структура значительно отличается от известных нетканых материалов из волокнистых шариков и волокон, которые получают простым смешиванием без дезинтегрирования волокнистых шариков. Такие нетканые материалы имеют разные укрепленные области, что из-за сильно укрепленных областей приводит к низкой мягкости и из-за не укрепленных областей к низкой стабильности.
Практические исследования показали, что с помощью способа по изобретению получают особенно хорошие результаты, если способ включает одну или несколько из следующих стадий.
Исходный материал для нетканого материала по возможности равномерно укладывают в устройство для воздушной укладки, включающее по меньшей мере одну пару игольчатых валиков, в котором компоненты разрыхляются и перемешиваются друг с другом. Затем из укладки волокон можно получать нетканый материал традиционным способом, например, на сетчатой ленте, барабанном сите и/или транспортировочной ленте. Образовавшийся нетканый материал затем можно традиционным способом упрочнить. Согласно данному изобретению особенно пригодно термическое упрочнение, например, с помощью конвейерной печи. Таким образом, используется то, что связующие волокна тесно связаны с волокнистыми шариками. Также можно избежать нежелательного уплотнения объемного нетканого материала, как, например, происходит при укреплении водяными струями или при прокалывании. Особенно пригодным оказалось применение двухленточной конвекционной печи. Преимуществом применения такой конвекционной печи является то, что происходит особенно эффективное активирование связующих волокон при одновременном выравнивании поверхности и образование объема.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения игольчатые валики расположены в ряд. Таким образом, игольчатые валики предпочтительно расположены по меньшей мере в один ряд. Преимуществом расположения игольчатых валиков по меньшей мере в один ряд является то, что металлические спицы соседних игольчатых валиков могут сцепляться. Таким образом, каждый валик одновременно образует пару с каждым соседним валиком что действует как динамическое сито. При этом ряды также могут располагаться парами (двойные ряды) для того, чтобы получать особенно хорошее разрыхление и перемешивание волокон и волокнистых шариков. Таким образом, игольчатые валики располагаются предпочтительно по меньшей мере в одном двойном ряду. Также возможно направлять по меньшей мере часть волокнистого материала с помощью системы рециркуляции несколько раз через одни и те же игольчатые валики. Для рециркуляции можно, например, применять вращающуюся бесконечную ленту или аэродинамические устройства, такие как трубы, через которые материал может выдуваться наверх. Лента может предпочтительно располагаться между двумя рядами игольчатых валиков. Кроме того, можно бесконечную ленту пропустить через несколько идущих друг за другом или расположенных друг над другом двойных рядов игольчатых валиков.
Устройство имеет игольчатые валики. При вращении двух противолежащих валиков, которые образуют зазор для прохождения исходного материала для нетканого материала, иглы сцепляются предпочтительно со смещением по отношению друг к другу. Иглы (спицы) имеют предпочтительно тонкую, удлиненную форму. Иглы достаточно длинны для того, чтобы достигалось хорошее пронизывание материала и волокнистых шариков. Длина игл предпочтительно составляет от 1 до 30 см, в частности от 2 до 20 см или от 5 до 15 см. При этом длина игл может быть по меньшей мере в 5 или по меньшей мере в 10 раз больше, чем самый большой диаметр иглы.
Зазор между игольчатыми валиками, через который проходит исходный материал для нетканого материала, предпочтительно настолько широк, что исходный материал для нетканого материала при прохождении не уплотняется. Благодаря разрыхлению шариков нетканого материала материал еще более рыхлый. Предпочтительно иглы с обеих сторон имеют длину, которая соответствует более чем 50%, предпочтительно по меньшей мере 60%, по меньшей мере 70% или по меньшей мере 80% (самой узкой) ширины зазора.
Предпочтительно устройство имеет по меньшей мере две пары, предпочтительно по меньшей мере 5 пар или по меньшей мере 10 пар игольчатых валиков, и/или устройство имеет предпочтительно по меньшей мере 2, по меньшей мере 5 или по меньшей мере 10 зазоров между игольчатыми валиками. С помощью такого устройства происходит особенно эффективная обработка исходного материала для нетканого материала.
Устройство предпочтительно выполнено таким образом, что контактная поверхность игольчатых валиков с исходным материалом для нетканого материала как можно больше. Предпочтительно имеется большое количество игольчатых валиков, например, по меньшей мере 5, по меньшей мере 10 или по меньшей мере 20 игольчатых валиков. Предпочтительно имеется по меньшей мере 5, по меньшей мере 10 или по меньшей мере 20 зазоров между парами прилегающих валиков, через которые может проходить исходный материал для нетканого материала. Валики могут быть, например, цилиндрическими. Обычно цилиндрические валики прочно соединены с иглами. Также возможно оснащать стержни валиков вращающимися лентами с иглами. Предпочтительно имеется несколько уровней так, что материал перерабатывается несколько раз.
Устройство для разрыхления волокнистого исходного материала имеет от 2 до 10 расположенных парами рядов с 2 - 10 игольчатыми валиками в каждом. Оно может иметь четыре расположенных двумя парами рядов с пятью игольчатыми валиками в каждом. Такие устройства для воздушной укладки, например, коммерчески доступны под торговым обозначением "SPIKE" - устройство для воздушной укладки от фирмы Formfiber Denmark APS. Способ представляет собой способ воздушной укладки, то есть аэродинамический процесс образования нетканого материала, то есть образование нетканого материала происходит с помощью воздуха. Основной принцип данного способа состоит в передаче исходного материала для нетканого материала в потоке воздуха, который способствует механическому распределению исходного материала для нетканого материала в устройстве в продольном и/или поперечном направлении и затем равномерному укладыванию исходного материала для нетканого материала на всасывающую конвейерную ленту.
При этом воздух можно применять на различных стадиях способа. Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения вся транспортировка исходного материала для нетканого материала во время образования нетканого материала происходит аэродинамическим способом, например, с помощью встроенной воздушной системы. Однако также возможно, чтобы только специальные стадии способа, например, удаление волокон с игольчатых валиков поддерживалось дополнительным воздухом.
Практические исследования показали, что способ воздушной укладки в частности проводят с одной или несколькими следующими стадиями.
Целесообразно процессы подготовки исходного материала для нетканого материала или разрыхления исходного материала для нетканого материала проводить непосредственно перед процессом образования нетканого материала. Необязательное смешивание с не волокнистыми материалами, например, пухом и/или частицами вспененного материала, предпочтительно происходит непосредственно во время распределения волокнистого материала в системе для образования нетканого материала.
С помощью воздуха в качестве транспортирующего средства материал (исходный материал для нетканого материала или его компоненты) транспортируют через подводящую и распределяющую систему в устройство для формирования нетканого материала, где происходит целенаправленное разрыхление, завивание и одновременно однородное перемешивание и распределение. Для того, чтобы можно было просто управлять подачей материала, предпочтительно подача каждого компонента материала происходит отдельно.
Затеем исходный материал для нетканого материала обрабатывается предпочтительно по меньшей мере двумя игольчатыми валиками, с помощью которых происходит первичная обработка или разрыхление волокнистого материала. Особенно хороших результатов достигают, когда исходный материал для нетканого материала проходит через ряд вращающихся, оборудованных металлическими иглами (так называемыми спицами) валиков в качестве игольчатых валиков. В одном предпочтительном варианте осуществления соседние игольчатые валики вращаются в противоположном друг другу направлении. Таким образом, особенно большие силы могут действовать на исходный материал для нетканого материала. При сцеплении металлических спиц образуется динамическое сито, что повышает количество сырья, обрабатываемое в единицу времени. Таким образом, данный способ существенно отличается от способа, описанного в WO 91/14035, в котором исходный материал для нетканого материала проходит только через один игольчатый валик и укладывается. При этом на материал не могут действовать силы, вызывающие изменение структуры, как в способе по изобретению.
Предпочтительно формирование нетканого материала происходит на всасывающем ленточном сите. На ленточном сите может образовываться структура спутанного нетканого материала без выраженного ориентирования волокон, плотность которого зависит от интенсивности всасывания. С помощью расположения нескольких устройств для формирования нетканого материала в линию можно получить слоистое строение.
Преимуществом аэродинамического образования нетканого материала является то, что волокна и необязательно имеющиеся другие компоненты в исходном материале для нетканого материала находятся в спутанном состоянии, что позволяет получить очень высокую изотропию свойств. Наряду с относящимися к структуре аспектами, данный вариант осуществления предлагает экономические преимущества, которые возникают из объема капиталовложений и издержек производства, связанных с производственным оборудованием.
Согласно одному варианту осуществления данного изобретения образование нетканого материала происходит в нескольких, расположенных друг за другом устройствах для формирования нетканого материала. Таким образом, возможно, чтобы лента для укладки, например, всасывающее ленточное сито, последовательно направлялась через несколько устройств для формирования нетканого материала, в каждом из которых происходит укладка одного слоя нетканого материала. Вследствие этого получается многослойный нетканый материал.
На другой стадии (e) нетканый материал термически упрочняют. При этом предпочтительно не применяют давление на нетканый материал. Например, термическое упрочнение без применения давления может происходить в печи. Это имеет преимущество, состоящее в том, что нетканый материал получается очень объемный, несмотря на то, что он имеет высокую прочность. Упрочнению нетканого материала можно способствовать традиционными способами, например, химически - распылением связующего, термически - расплавлением предварительно добавленного клеевого порошка, или механически, например, прокалыванием и/или упрочнением водяными струями.
Практические исследования показали, что образование нетканого материала предпочтительно с помощью устройства для получения волокнистого нетканого полотна, описанного в документе WO 2005/044529, можно проводить с очень хорошими результатами. На описанные в этом документе предпочтительные варианты осуществлений устройства настоящее является явной ссылкой: страница 2, строка 25 - страница 4, строка 9, страница 4, строка 15 - страница 5, строка 9, и страница 6, строка 22 - страница 7, строка 19.
В предпочтительном варианте осуществления доля волокнистых шариков составляет от 50 до 95 масс.%, предпочтительно от 60 до 95%, в частности от 70 до 90%, и/или доля связующих волокон объемном нетканом материале составляет от 5 до 40 масс.%, предпочтительно от 7 до 30 масс.% и особенно предпочтительно от 10 до 25 масс.%, по отношению ко всему весу исходного материала для нетканого материала.
Предпочтительно волокнистые шарики содержат волокна или состоят из волокон, которые выбирают из искусственных полимеров, в частности волокон из сложных полиэфиров, в частности полиэтилентерефталата, полиэтиленнафталата и полибутилентерефталата; и натуральных волокон, в частности волокон из шерсти, хлопка или шелка, и/или их смесей и/или смесей с другими волокнами.
Принципиально волокнистые шарики могут состоять из различных волокон. Так волокнистые шарики могут содержать натуральные волокна, например, шерстяные волокна и/или синтетические волокна, например, волокна из полиакрила, полиакрилнитрила, приоксидированного PAN, PPS, углерода, стекла, поливинилового спирта, вискозы, целлюлозы, хлопка, полиарамида, полиамидимида, полиамида, в частности полиамида 6 и полиамида 6.6, PULP, предпочтительно полиолефинов и особенно предпочтительно сложных полиэфиров, в частности полиэтилентерефталата, полиэтиленнафталата и полибутилентерефталата, и/или смесей из упомянутых веществ и/или волокнистые шарики могут состоять из указанных волокон. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления применяют волокнистые шарики из шерстяных волокон. При этом получают особенно объемные нетканые материалы со стабильной формой и хорошо изолирующие. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления применяют волокнистые шарики из сложного полиэфира для того, чтобы достичь особенно хорошей совместимости с другими обычными компонентами внутри объемного нетканого материала или в комбинированном нетканом материале. В предпочтительном варианте осуществления сами волокнистые шарики дополнительно содержит связующие волокна, которые предпочтительно имеют длину от 0,5 мм до 100 мм.
Исходный материал для нетканого материала на стадии (a) содержит дополнительно к волокнистым шарикам связующие волокна. Эти связующие волокна являются свободными волокнами, а не компонентами волокнистых шариков. В одном предпочтительном варианте осуществления данные связующие волокна выполнены виде волокна типа ядро-оболочка, при этом оболочка содержит полибутилентерефталат, полиамид, сополиамид, сложный сополиэфир или полиолефины, такие полиэтилен или полипропилен, и/или ядро содержит полиэтилентерефталат, полиэтиленнафталат, полиолефины, такие как полиэтилен или полипропилен, полифениленсульфид, ароматический полиамид и/или сложный полиэфир. Температура плавления полимера оболочки обычно выше, чем полимера ядра, например, больше, чем на 10°C.
В качестве связующих волокон можно использовать обычно применяемые для этой цели волокна. Связующие волокна могут представлять собой стандартные волокна или также многокомпонентные волокна. Согласно данному изобретению особенно пригодными связующими волокнами являются волокна из следующей группы:
- волокна с температурой плавления, которая ниже температуры плавления связываемого придающего объем материала, предпочтительно ниже 250°C, в частности от 070 до 230°C, особенно предпочтительно от 125 до 200°C. Пригодными волокнами являются в частности термопластичные сложные полиэфиры и сложные сополиэфиры, в частности PBT, полиолефины, в частности полипропилен, полиамид, поливиниловый спирт, или также сополимеры, а также их сополимеры и смеси,
- склеивающие волокна, такие как невытянутые сложно-полиэфирные волокна.
Согласно данному изобретению особенно пригодными связующими волокнами являются многокомпонентные волокна, предпочтительно двухкомпонентные волокна, в частности волокна типа ядро-оболочка. Волокна типа ядро-оболочка содержат по меньшей мере два волокнистых материала с различными температурами размягчения и/или плавления. Предпочтительно волокна типа ядро-оболочка состоят из этих двух волокнистых материалов. При этом те компоненты, которые имеют более низкую температуру размягчения и/или плавления, находятся на поверхности волокон (оболочка), а те компоненты, которые имеют более высокую температуру размягчения и/или плавления, находятся в ядре.
В случае волокон типа ядро-оболочка связующую функцию исполняют материалы, которые расположены на поверхности волокон. Для оболочки можно применять различные материалы. Согласно данному изобретению предпочтительными материалами для оболочки являются PBT, PA, полиэтилен, сополиамид или также сложные сополиэфиры. Особенно предпочтительным является полиэтилен. Для ядра также можно применять различные материалы. Согласно данному изобретению предпочтительными материалами для ядра являются PET, PEN, PO, PPS или ароматические PA и PES.
Преимуществом наличия связующих волокон является то, что придающий объем материал для объемного нетканого материала удерживается вместе связующими волокнами так, что текстильные изделия, которые наполнены объемным нетканым материалом, могут использоваться без того, чтобы придающий объем материал сильно смещался и из-за отсутствующего наполнителя образовались мостики холода.
Предпочтительно связующие волокна имеют длину от 0,5 мм до 100 мм, еще предпочтительнее от 1 мм до 75 мм, и/или титр от 0,5 до 10 дтекс. Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения связующие волокна имеют титр от 0,9 до 7 дтекс, еще предпочтительнее от 1,0 до 6,7 дтекс, и в частности от 1,3 до 3,3 дтекс.
Долю связующих волокон в объемном нетканом материале устанавливают в зависимости от вида и количества дополнительных компонентов объемного нетканого материала и желаемой стабильности объемного нетканого материала. Если доля связующих волокон очень маленькая, то ухудшается стабильность объемного нетканого материала. Если доля связующих волокон очень велика, то объемный нетканый материал в целом слишком прочный, что снижает его мягкость. Практические исследования показали, что хороший компромисс между стабильностью и мягкостью получают, если доля связующих волокон находится в диапазоне от 5 до 40 масс.%, предпочтительно от 7 до 30 масс.% и особенно предпочтительно от 10 до 25 масс.%. При этом можно получать объемный нетканый материал, стабильности которого достаточно, чтобы его сворачивать в рулон и/или складывать. Это улучшает удобство в использовании и облегчает последующую обработку объемного нетканого материала. Кроме того, такой объемный нетканый материал можно стирать. Например, он достаточно стабилен для того, чтобы выдерживать три бытовых стирки при 40°C без дезинтеграции.
Связующие волокна могут с помощью термосоединения соединяться друг с другом и/или с другими компонентами объемного нетканого материала. Особенно пригодным оказалось горячее каландрирование с нагретыми, гладкими или гравированными валиками, с протягиванием через туннельную печь, обогреваемую горячим воздухом, двухконвейерную печь, обогреваемую горячим воздухом и/или с протягиванием по обдуваемому горячим воздухом барабану. Преимуществом применения двухконвейерной печи, обогреваемой горячим воздухом, является то, что происходит особенно эффективное активирование связующих волокон при одновременном сглаживании поверхности с одновременным сохранением объема.
Дополнительно объемный нетканый материал можно упрочнять таким образом, что при необходимости предварительно укрепленный прочес по меньшей мере один раз с каждой стороны обрабатывают струями жидкости, предпочтительно струями воды.
В предпочтительном варианте осуществления смесь содержит по меньшей мере один дополнительный компонент, который не является волокнистым шариком или связующими волокнами. Общее содержание таких дополнительных компонентов предпочтительно составляет до 45 масс.%, до 30 масс.%, до 20 масс.% или до 10 масс.%.
Предпочтительно такие дополнительные компоненты выбирают из других волокон, других придающих объем материалов и других функциональных добавок.
Согласно одному варианту осуществления в качестве дополнительных компонентов содержатся дополнительные волокна, которые не являются связующими волокнами. Такие волокна могут придавать нетканым материалам особые свойства, такие как мягкость, оптические свойства, пожаростойкость, стойкость к разрыву, проводящая способность, управление влагой или подобные. Так как данные волокна находятся не в форме волокнистых шариков, они могут иметь различные свойства поверхности и в частности также представлять собой гладкие волокна. Так можно, например, волокна шелка применять в качестве дополнительных волокон для того, чтобы снабдить объемный нетканый материал особым глянцем. Также возможно применение полиакрила, полиакрилнитрила, преоксидированного PAN, PPS, углеродных волокон, стекловолокон, полиарамида, полиамидимида, меламиновой смолы, фенольной смолы, поливинилового спирта, полиамида, в частности полиамида 6 и полиамида 6.6, полиолефинов, вискозы, целлюлозы, и предпочтительно сложных полиэфиров, в частности полиэтилентерефталата, полиэтиленнафталата, и полибутилентерефталата, и/или их смесей. Предпочтительно доля дополнительных волокон в объемном нетканом материале составляет от 2 до 40 масс.%, в частности от 5 до 30 масс.%. Предпочтительно дополнительные волокна имеют длину от 1 до 200 мм, предпочтительно от 5 мм до 100, и/или титр от 0,5 до 20 дтекс.
Согласно одному варианту осуществления в качестве дополнительных компонентов применяют дополнительные придающие объем материалы, которые не являются волокнистыми шариками, в частности пух, мелкие перья или частицы вспененного материала. Дополнительные материалы могут оказывать влияние на плотность и снабжать материал другими заданными свойствами. Особенно предпочтительно применение пуха или мелких перьев, которые могут улучшить термические свойства при текстильном применении, в частности в изготовлении одежды. Если согласно данному изобретению пух и/или мелкие перья применяют в качестве придающего объем материала, то их доля в объемном нетканом материале составляет, например, от 10 до 45 масс.%, предпочтительно от 15 до 45% или по меньшей мере 15 масс.%. Понятие пух и/или мелкие перья согласно данному изобретению понимают традиционным образом. В частности, под пухом и/или мелкими перьями понимают перья с коротким стержнем и очень мягкими и длинными, лучевидными бородками пера по существу без крючков.
Согласно одному варианту осуществления в качестве дополнительных компонентов содержатся другие функциональные материалы, которые не являются волокнами или придающими объем материалами. В технической области известны многочисленные подобные добавки, такие как красящие вещества, антибактериальные вещества или ароматизаторы. В одном предпочтительном варианте осуществления объемный нетканый материал содержит меняющие агрегатное состояние материалы. Меняющие агрегатное состояние материалы (phase change materials, PCM) представляют собой материалы, у которых латентная теплота плавления, теплота растворения или теплота абсорбции по существу больше, чем тепло, которое они по причине их специфической нормальной теплоемкости (без эффекта фазового перехода) могут аккумулировать. Меняющие агрегатное состояние материалы в форме частиц и/или в волокнистой форме содержатся в композиции материала и, например, через связующие волокна связаны с остальными компонентами объемного нетканого материала. Присутствие меняющих агрегатное состояние материалов может способствовать изолирующему действию объемного нетканого материала.
Применяемые для получения волокон объемного нетканого материала полимеры могут содержать по меньшей мере одну добавку, которую выбирают из группы, состоящей из красящих пигментов, антистатиков, антимикробных материалов, таких как медь, серебро, золото, или гидрофилизирующих или гидрофобизирующих добавок, в количестве от 150 частей на миллион до 10 масс.%. Применение упомянутых добавок в применяемых полимерах позволяет адаптировать материал к требованиям заказчика.
В одном предпочтительном варианте осуществления плотность объемного нетканого материала по меньшей мере на 5%, предпочтительно по меньшей мере на 10%, еще более предпочтительно по меньшей мере на 25% ниже, чем плотность на стадии (a) применяемых шариков нетканого материала. Это является преимуществом, так как получают особенно рыхлый нетканый материал, который, несмотря на это, имеет очень высокую стабильность.
В предпочтительном варианте осуществления способ проводят таким образом, что на стадии (e) полученный объемный нетканый материал не упрочнен механически.
Это является преимуществом, так как получается продукт с очень маленькой плотностью. В частности, в способе на стадиях с (a) по (e) не происходит никакого прокалывания, упрочнения водяными струями и/или каландрирования. Неожиданно оказалось, что данные очень объемные нетканые материалы по изобретению даже без таких дополнительных стадий способа и, несмотря на низкую плотность, достаточно высоко стабильны. Предпочтительно также не происходит прочесывания исходного материала для нетканого материала.
Объемный нетканый материал после термического упрочнения на стадии (e) может подвергаться связыванию или улучшению химическим способом, такому как, например, обработка против пилинга, гидрофилизирование или гидрофобизирование, антистатическая обработка, обработка для улучшения огнестойкости и/или обработка для изменения тактильных свойств или блеска, обработке механическим способом, такой как придание шероховатости, санфоризация, шлифование или обработка в электросушилке и/или обработке для изменения внешнего вида, такой как окрашивание или печать.
Объемный нетканый материал по изобретению может содержать дополнительные слои, вследствие чего образуется комбинированный нетканый материал. При этом возможно, чтобы дополнительные слои были образованы как усиливающие слои, например, в форме сетчатого холста и/или чтобы усиливающие слои содержали усиливающие филаменты, нетканые материалы, ткань, трикотажное полотно и/или однонаправленную ткань. Предпочтительными материалами для образования дополнительных слоев являются полимерные материалы, например, сложные полиэфиры и/или металлы. При этом предпочтительно дополнительные слои могут располагаться на поверхности объемного нетканого материала. Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения дополнительные слои располагаются с обеих сторон поверхности (верхняя и нижняя стороны) объемного нетканого материала.
Объемный нетканый материал по изобретению очень хорошо пригоден для получения различных текстильных продуктов, в частности таких продуктов, которые должны быть легкими, стабильными, и, кроме того, термофизиологически комфортными. Поэтому объектом данного изобретения является также способ получения текстильных материалов, включающий получение объемного нетканого материала способом по изобретению и дальнейшая переработка в текстильный материал.
Текстильный материал в частности выбирают из предметов одежды, формованных материалов, обивочных материалов, наполнителей, постельных принадлежностей, фильтровальных холстов, впитывающих матов, текстиля для очистки, распорных элементов, заменителей вспененных материалов, раневых покрытий и огнезащитных материалов.
Поэтому объемный нетканый материал в частности можно применять в качестве формованных, обивочных материалов и/или наполнителей, в частности для одежды. Формованные, обивочные материалы и/или наполнители также пригодны для других областей применения, например, для мебели для сидения и спальной мебели, подушек, чехлов для подушек, покрывал, одеял, спальных мешков, матрасов, наматрасников.
Понятие предметы одежды согласно данному изобретению применяется в традиционном смысле и включает предпочтительно модельную одежду, одежду для отдыха, спортивную одежду, одежду для улицы и функциональную одежду, в частности верхнюю одежду, такую как, например, куртки, пальто, жилеты, брюки, комбинезоны, перчатки, шапки и/или обувь. По причине хороших теплоизолирующих свойств содержащегося в предметах одежды объемного нетканого материала согласно данному изобретению особенно предпочтительными предметами одежды являются теплоизоляционные предметы одежды, например, куртки и пальто для всех времен года, в частности зимние куртки и пальто, жилеты, горнолыжные и сноубордические куртки, брюки и комбинезоны, термокуртки, пальто и жилеты, горнолыжные и сноубордические перчатки, зимние шапки, термоперчатки и домашняя обувь.
Кроме того, по причине хороших амортизирующих и воздухопропускающих свойств содержащегося в предметах одежды объемного нетканого материала согласно данному изобретению особенно предпочтительными предметами одежды являются предметы одежды с амортизирующими свойствами на особенно нагружаемых местах, например, вратарские шорты, брюки для велосипедистов и наездников.
Объектом данного изобретения также является объемный нетканый материал, получаемый способом по изобретению. Объемные нетканые материалы по изобретению отличаются особой структурой и особыми свойствами, которые получаются благодаря особому способу получения. В частности, можно получить очень легкие нетканые материалы, которые имеют необыкновенную стабильность. Кроме того, нетканые материалы могут иметь очень хорошие теплоизолирующие свойства и высокую мягкость, высокую способность восстанавливать форму после сжатия, хорошую способность возврата деформации, хорошую способность к стирке, низкий вес, высокую изолирующую способность и хорошую приспосабливаемость к защищаемому телу.
Также объектом данного изобретения является объемный нетканый материал из волокнистых шариков и связующих волокон, при этом волокна или пучки волокон вытянуты из волокнистых шариков, при этом объемный нетканый материал термически упрочнен и имеет плотность в диапазоне от 1 до 20 г/л. Волокна и пучки волокон при этом неоднородны и/или вытянуты случайным образом из волокнистых шариков. Также данный объемный нетканый материал может иметь другие отличительные признаки, которые описаны далее.
Толщина объемного нетканого материала может находиться, например, в диапазоне от 0,5 до 500 мм, в частности от 1 до 200 мм или от 2 до 100 мм. Толщину объемного нетканого материала предпочтительно выбирают в зависимости от желаемого изолирующего действия и применяемых материалов. Обычно с толщиной (измеренной согласно методике испытаний EN 29073 - T2:1992) в диапазоне от 2 мм до 100 мм достигают хороших результатов.
2
2
2
2
2
Вес единицы поверхности объемного нетканого материала по изобретению устанавливают в зависимости от желаемой цели применения. Как целесообразный для многих целей применения оказался вес единицы поверхности, измеренный согласно DIN EN 29073:1992, в диапазоне от 15 до 1500 г/м, предпочтительно от 20 до 1200 г/м и/или от 30 до 1000 г/м,и/или от 40 до 800 г/м, и/или от 50 до 500 г/м.
В предпочтительном варианте осуществления плотность объемного нетканого материала низкая. Она предпочтительно составляет менее 20 г/л, менее 15 г/л, менее 10 г/л или менее 7,5 г/л. Плотность может, например, находиться в диапазоне от 1 до 20 г/л, в частности от 2 до 15 г/л или от 3 до 10 г/л. Для многих областей применения объемного нетканого материала предпочтительно, чтобы плотность была не больше 10 г/л, в частности не больше 8 г/л. Плотность обычно вычисляют из веса единицы поверхности и толщины. Согласно данному изобретению также может быть выгодным получать особенно стабильные объемные нетканые материалы с высокой плотностью.
В отличие от известных продуктов, которые содержат придающие объем материалы, объемный нетканый материал по изобретению отличается высоким максимальным растягивающим усилием. Например, прочность при растяжении можно устанавливать таким образом, чтобы объемный нетканый материал можно было просто получать в виде полотнищ, перерабатывать и применять. При этом объемный нетканый материал можно нарезать и сматывать в рулоны. Кроме того, нетканый материал можно стирать без потери функциональности.
Объемный нетканый материал отличается неожиданно хорошей регулируемой стабильностью. Для многих областей применения оказалось предпочтительным, чтобы объемный нетканый материал имел высокое максимальное растягивающее усилие, в рамках данной заявки измеренное согласно DIN EN 29 073-3:1992. При этом максимальное растягивающее усилие в продольном и поперечном направлении в основном идентично. Предпочтительно указанные ниже данные относятся как к продольному, так и к поперечному направлению.
В другом варианте осуществления предпочтительно, чтобы объемный нетканый материал имел высокую стабильность. При этом он имеет предпочтительно максимальное растягивающее усилие по меньшей мере 2 Н/5см, в частности по меньшей мере 4Н/5см или по меньшей мере 5Н/5см.
2
Объемный нетканый материал предпочтительно при весе единицы поверхности от 50 г/м имеет максимальное растягивающее усилие по меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 0,3 Н/5см, в частности от 0,3 Н/5см до 100 Н/5см.
2
2
2
2
2
Согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения объемный нетканый материал имеет максимальное растягивающее усилие при весе единицы поверхности от 15 до 1500 г/м, предпочтительно от 20 до 1200 г/м и/или от 30 до 1000 г/м, и/или от 40 до 800 г/м, и/или от 50 до 500 г/м, по меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 0,3 Н/5см, в частности от 0,3 Н/5см до 100 Н/5см.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления данного изобретения объемный нетканый материал имеет максимальное растягивающее усилие
2
(i) при весе единицы поверхности 15-50 г/м по меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 0,3 Н/5см, в частности от 0,3 Н/5см до 100 Н/5см,
2
(ii) при весе единицы поверхности от 50 до 100 г/м по меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 0,4 Н/5см, в частности от 0,4 Н/5см до 100 Н/5см,
2
(iii) при весе единицы поверхности 100-150 г/м по меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 0,8 Н/5см, в частности от 0,8 Н/5см до 100 Н/5см,
2
(iv) при весе единицы поверхности от 150 до 200 г/мпо меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 1,2 Н/5см, в частности от 1,2 Н/5см до 100 Н/5см,
2
(v) при весе единицы поверхности от 200 до 300 г/м по меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 1,6 Н/5см, в частности от 1,6 Н/5см до 100 Н/5см,
2
(vi) при весе единицы поверхности от 300 до 500 г/м по меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 2,5 Н/5см, в частности от 2,5 Н/5см до 100 Н/5см,
2
(vii) при весе единицы поверхности от 500 до 800 г/м по меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 4 Н/5см, в частности от 4 Н/5см до 100 Н/5см, и
2
(viii) при весе единицы поверхности от 800 до 1500 г/м по меньшей мере в одном направлении по меньшей мере 6,5 Н/5см, в частности от 6,5 Н/5см до 100 Н/5см.
Объектом данного изобретения также является объемный нетканый материал согласно каждому случаю из группы с (i) по (viii).
*
*
*
Объемный нетканый материал предпочтительно имеет отношение максимального растягивающего усилия [Н/5см] к толщине [мм] по меньшей мере 0,10 [Н/(5сммм)], предпочтительно по меньшей мере 0,15 [Н/(5сммм)] или по меньшей мере 0,18 [Н/(5сммм)]. При этом плотность предпочтительно не больше 10 г/л, в частности не больше 8 г/л. Оказалось необычным, что с объемным нетканым материалом с низкой плотностью достигается такое высокое значение HZK (максимальное растягивающее усилие) (по отношению к толщине).
*
2
*
*
2
*
*
2
*
Объемный нетканый материал предпочтительно имеет отношение максимального растягивающего усилия [Н/5см] к весу единицы поверхности [г/м2] по меньшей мере 0,020 [Нм/(5смг)], предпочтительно по меньшей мере 0,025 [Нм/(5смг)] или по меньшей мере 0,030 [Нм/(5смг)]. При этом плотность предпочтительно не больше 10 г/л, в частности не больше 8 г/л. Оказалось необычным, что с объемным нетканым материалом достигают такой высокой HZK по отношению к весу единицы поверхности.
Объемный нетканый материал предпочтительно имеет удлинение при максимальном растягивающем усилии по меньшей мере 20%, предпочтительно по меньшей мере 25% и в частности более 30%, измеренное согласно DIN EN 29073-3. При этом плотность предпочтительно не больше 10 г/л, в частности не больше 8 г/л.
CT
a
a
*
2
*
2
*
2
Объемный нетканый материал по изобретению отличается хорошими теплоизолирующими свойствами. Предпочтительно он имеет термическое сопротивление (R-значение) больше 0,10 (Kм)/Вт, больше 0,20 (Kм)/Вт или больше 0,30 (Kм)/Вт. При этом плотность предпочтительно не больше 10 г/л, в частности не больше 8 г/л. В рамках данной заявки термическое сопротивление определяют либо согласно DIN 11092:2014-12, либо опираясь на DIN 52612:1979 согласно описанному ниже способу. Было обнаружено, что результаты при обоих способах сопоставимые. Способ согласно DIN 11092:2014-12 проводят с моделью терморегуляции человеческой кожи при T=20°C, ϕ=65% относительная влажность.
CT
CT
2
2
*
2
*
Объемный нетканый материал предпочтительно имеет отношение термического сопротивления R [К*м/Вт] к толщине [мм] по меньшей мере 0,010 [К*м/(Втмм)], предпочтительно по меньшей мере 0,015 [К*м/(Втмм)]. При этом плотность предпочтительно не больше чем 10 г/л, в частности не больше 8 г/л. Оказалось необычным, что с объемным нетканым материалом с небольшой плотностью достигают таких высоких R-значений (по отношению к толщине).
CT
CT
2
2
4
*
4
*
4
*
Объемный нетканый материал предпочтительно имеет отношение термического сопротивления R [К*м/Вт] к весу единицы поверхности [г/м] по меньшей мере 0,0015 [К*м/(Втг)], предпочтительно по меньшей мере 0,0020 [К*м/(Втг)] или по меньшей мере 0,0024 [К*м/(Втг)]. При этом плотность предпочтительно не больше 10 г/л, в частности не больше 8 г/л. Оказалось необычным, что с объемным нетканым материалом достигают таких высоких R-значений по отношению к весу единицы поверхности.
2
2
2
2
2
*
2
*
2
Под теплоизолирующим предметом одежды согласно данному изобретению понимают предмет одежды, содержащий объемный нетканый материал с термическим сопротивлением при весе единицы поверхности от 15 до 1500 г/м, предпочтительно от 20 до 1200 г/ми/или от 30 до 1000 г/м, и/или от 40 до 800 г/м, и/или от 50 до 500 г/м, по меньшей мере 0,030 (Км)/Вт, в частности от 0,030 до 7,000 (Kм)/Вт.
2
2
2
2
2
*
2
*
2
Также объемный нетканый материал имеет термическое сопротивление при весе единицы поверхности от 15 до 1500 г/м, предпочтительно от 20 до 1200 г/ми/или от 30 до 1000 г/м, и/или от 40 до 800 г/m, и/или от 50 до 500 г/m, по меньшей мере 0,030 (Kм)/Вт, в частности от 0,030 до 7,000 (Kм)/Вт.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления данного изобретения объемный нетканый материал имеет термическое сопротивление
2
2
a. при весе единицы поверхности от 15-50 г/м от по меньшей мере 0,030 (K*м)/Вт, в частности от 0,030 (K*м)/Вт до 0,235 (K*м)/Вт.
2
b. при весе единицы поверхности от 50 до 100 г/м от по меньшей мере 0,100 (K*м)/Вт, в частности от 0,100 до 0,470 (K*м)/Вт.
2
2
2
c. при весе единицы поверхности 100-150 г/м по меньшей мере 0,200 (K*м)/Вт, в частности от 0,200 до 0,705 (K*м)/Вт.
2
d. при весе единицы поверхности от 150 до 200 г/м по меньшей мере 0,300 (K*м)/Вт, в частности от 0,300 до 0,940 (K*м)/Вт.
2
2
2
e. при весе единицы поверхности 200-300 г/м по меньшей мере 0,400 (K*м)/Вт, в частности от 0,400 до 1,410 (K*м)/Вт.
2
2
2
f. при весе единицы поверхности от 300 до 500 г/м по меньшей мере 0,600 (K*м)/Вт, в частности от 0,600 до 2,350 (K*м)/Вт.
2
2
2
g. при весе единицы поверхности 500-800 г/мпо меньшей мере 1000 (K*м)/Вт, в частности von от 1000 до 3760 (K*м)/Вт, и
2
h. при весе единицы поверхности от 800 до 1500 г/мпо меньшей мере 1,600 (K*м)/Вт, в частности от 1,600 до 7,000 (K*м)/Вт.
Объектом данного изобретения также является объемный нетканый материал согласно каждому случаю из группы с (a.) по (h.).
CT
außen
Термическое сопротивление (R) согласно примерам осуществления данной заявки определяют на основе DIN 52612:1979 с помощью двухпластинчатого измерительного устройства для образцов с размерами 250 мм x 250 мм: в центре измерительной области находится фольга, нагреваемая с помощью постоянного электрического тока с мощностью P. Фольгу как сверху, так и снизу покрывают образцами из одинакового материала. Сверху и снизу от образцов находятся пластины меди, которые с помощью внешнего термостата поддерживаются при постоянной температуре (T). С помощью температурного датчика определяют разницу температур между нагреваемой и не нагреваемой сторонами образца. Вся измерительная область с помощью пенополистирола изолирована от внутренних и внешних потерь температуры.
Термическое сопротивление в описанной измерительной области определяют следующим образом.
1. Вырезают два образца размером 250 мм x 250 мм.
2. У каждого из двух вырезанных образцов измерителем толщины с прижимным усилием 0,4 г измеряют толщину и определяют среднее значение (d).
außen
3. Собирают описанную выше измерительную область и устанавливают термостат на значение T=25°C. При этом расстояние между обеими металлическими пластинами устанавливают таким образом, чтобы образцы были на 10% сжаты, чтобы обеспечить достаточный контакт образцов с пластинами и нагреваемой пленкой.
außen
4. Генерируют разность температур ΔΤ тем, что нагревают нагреваемую фольгу электрическим током с напряжением P (P=10В или 30В), а T с помощью термостата удерживают постоянной.
5. После достижения термического равновесия получают разницу температур ΔΤ.
*
*
*
6. Теплопроводность материала определяют по следующей формуле: λ=Pd/(AΔΤ)[Вт/(мK)]
CT
*
2
7. Термическое сопротивление (R) определяют по следующей формуле: RCT=d/λ=ΔΤA/P [(K*м)/Вт].
Кроме того, объемный нетканый материал по изобретению предпочтительно имеет высокую восстанавливающую силу. Так, объемный нетканый материал предпочтительно имеет повторное восстановление формы более чем на 50, 60, 70, 80 или более чем 90%, при этом повторное восстановление формы определяют следующим образом:
(1) 6 образцов складывают друг над другом (10×10cm)
(2) высоту стопки измеряют складной линейкой
(3) образцы нагружают железным диском (1300 г)
(4) после одной минуты воздействия нагрузки измеряют высоту стопки складной линейкой
(5) вес удаляют
(6) после 10 секунд измеряют высоту стопки образцов складной линейкой
(7) после одной минуты высоту образцов измеряют складной линейкой
(8) повторное восстановление формы вычисляют как соотношение значений, полученных на стадиях 7 и 2.
Проводят 5, 20 или 100 измерений на различных образцах и усредняют измеренные значения.
По причине высокой стабильности объемный нетканый материал, например, в виде полотен, можно без проблем сматывать в рулоны и перерабатывать.
Предпочтительно объемный нетканый материал имеет следующие свойства:
- плотность не выше 10 г/л, в частности не выше 8 г/л и
- максимальное растягивающее усилие по меньшей мере 2 Н/5 см, и
CT
2
- термическое сопротивление R по меньшей мере 0,20 K*м/Вт, и
CT
2
2
*
-необязательно отношение термического сопротивления R [K*м/Вт] к толщине [мм] по меньшей мере 0,010 [K*м/(Втмм)].
Особенно предпочтительно объемный нетканый материал имеет следующие свойства:
- максимальное растягивающее усилие по меньшей мере 4 Н/5см, измеренное согласно DIN EN 29073-3,
- плотность не больше 10 г/л, и
*
*
- отношение максимального растягивающего усилия [Н/5 см] к толщине [мм] по меньшей мере 0,10 [Н/(5 сммм)], предпочтительно по меньшей мере 0,15 [Н/(5 сммм)].
Примеры вариантов осуществления подтверждают, что способом по изобретению можно получить объемный нетканый материал с предпочтительной комбинацией низкой плотности и высокой прочности.
В особом варианте осуществления данного изобретения можно получить объемный нетканый материал следующим образом.
2
Силиконизируют материал 120 г/м из 35 масс.% волокнистых шариков из 7 дтекс/32мм PES (Dacron Polyester Fiberfill Type 287), который обрабатывают 40% PCM 28°C-PC-температура-энтальпия, 30 масс.% волокнистых шариков из CoPES связующих волокон и 35 масс.% пуха и/или мелких перьев и перьев фирмы Minardi в "SPIKE" устройстве для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, укладывают на несущую ленту и упрочняют в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 10 мм при 155°C. Продолжительность обработки составляет 36 секунд. Получают сматываемое в рулоны полотно.
2
Материал 150 г/м из 50 масс.% волокнистых шариков из шерсти, 50 масс.% волокнистых шариков из CoPES связующих волокон укладывают в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняют в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 12 мм при 155°C. Продолжительность обработки составляет 36 секунд. Получают сматываемое в рулоны полотно.
2
Материал 150 г/м из 50 масс.% волокнистых шариков из шелка, 50 масс.% волокнистых шариков из CoPES связующих волокон укладывают в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами рядов по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняют в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 12 мм при 155°C. Продолжительность обработки составляет 36 секунд. Получают сматываемое в рулоны полотно.
Примеры вариантов осуществления
CT
Получали различные объемные нетканые материалы и исследовали их свойства. Толщину, плотность, вес единицы поверхности, максимальное растягивающее усилие, удлинение при максимальном растягивающем усилии, повторное восстановление формы и термическое сопротивление (R) определяли согласно описанным выше методам.
Пример варианта осуществления 1
2
Материал 125 г/м из 35 масс.% волокнистых шариков из 7 дтекс/32мм PES силиконизированного (Dacron Polyester Fiberfill Type 287), 30 масс.% волокнистых шариков из CoPES связующих волокон и 35 масс.% смеси пух-перо в соотношении 90:10 фирмы Minardi Piume S.r.l. укладывали в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняли в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 14 мм при 178°C. Продолжительность обработки составляла 43 секунды. Получали сматываемое в рулоны полотно с толщиной 8 мм и плотностью 15,2 г/л.
Пример варианта осуществления 2
2
Материал 56 г/м из 80 масс.% волокнистых шариков из 7 дтекс/32мм PES силиконизированного (Dacron Polyester Fiberfill Type 287) и 20 масс.% CoPES связующих волокон укладывали в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняли в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 1 мм при 170°C. Получали сматываемое в рулоны полотно с толщиной 6,1 мм. Плотность материала составила 9,18 г/л.
Пример варианта осуществления 3
2
Материал 128 г/м из 80 масс.% волокнистых шариков из 7 дтекс/32мм PES силиконизированного (Dacron Polyester Fiberfill Type 287) и 20 масс.% из CoPES связующих волокон укладывали в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняли в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 4 мм при 170°C. Получали сматываемое в рулоны полотно с толщиной 7,5 мм. Плотность материала составила 17,07 г/л.
Пример варианта осуществления 4
2
Материал 128 г/м из 80 масс.% волокнистых шариков из 7 дтекс/32мм PES силиконизированного (Dacron Polyester Fiberfill Type 287) и 20 масс.% CoPES связующих волокон укладывали в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняли в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 30 мм, то есть без нагрузки прочеса, при 170°C. Получали мягкое, сматываемое в рулоны полотно с толщиной 25 мм. Плотность материала составила 5,12 г/л.
Пример варианта осуществления 5
2
Материал 723 г/м из 80 масс.% волокнистых шариков из 7 дтекс/32мм PES силиконизированного (Dacron Polyester Fiberfill Type 287) и 20 масс.% CoPES связующих волокон укладывали в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняли в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 50 мм при 170°C. Получали сматываемое в рулоны стабильное полотно с толщиной 50 мм. Плотность материала составила 14,5 г/л.
Пример варианта осуществления 6
2
2
CT
Материал 112 г/м из 85 масс.% волокнистых шариков (MICROROLLO 222 SM фирмы A. Molina & C.) и 15 масс.% PET/PE связующих волокон укладывали в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняли в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 40 мм при 180°C. Получали сматываемое в рулоны стабильное полотно с толщиной 17 мм. Плотность материала составила 6,5 г/л, максимальное растягивающее усилие составило 3,84 Н/5см, а удлинение при максимальном растягивающем усилии составило 29%, а также R-значение составило 0,323 К*м/Вт (при P=10В).
Пример варианта осуществления 7
2
2
2
CT
Материал 151 г/м из 85 масс.% волокнистых шариков (MICROROLLO 222 SM фирмы A. Molina & C.) и 15 масс.% PET/PE связующих волокон укладывали в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняли в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 40 мм при 180°C. Получали сматываемое в рулоны стабильное полотно с толщиной 19 мм. Плотность материала составила 6,1 г/л. С другого места отобранный образец с 167 г/м имел максимальное растягивающее усилие 5,14 Н/5см и удлинение при максимальном растягивающем усилии 33%, а также R-значение 0,398 К*м/Вт (при P=10V).
Пример варианта осуществления 8
2
2
2
CT
Материал 218 г/м из 85 масс.% волокнистых шариков (MICROROLLO 222 SM фирмы A. Molina & C), 15 масс.% PET/PE связующих волокон укладывали в "SPIKE"-устройство для воздушной укладки фирмы Formfiber Denmark APS, которое для разрыхления исходного волокнистого материала имеет четыре, расположенных двумя парами, ряда по пять игольчатых валиков в каждом, на несущую ленту и упрочняли в двухленточной печи фирмы Bombi Meccania с расстоянием между лентами 50 мм при 180°C. Получали сматываемое в рулоны стабильное полотно с толщиной 31 мм. Плотность материала составила 7,0 г/л. С другого места отобранный образец с 259 г/м имел максимальное растягивающее усилие 5,45 Н/5см и удлинение при максимальном растягивающем усилии 34%, а также R-значение 0,534 Км/Вт (при P=10V).
Пример варианта осуществления 9
Исследовали свойства полученных согласно примерам нетканых материалов. Результаты собраны в таблице 1. Для сравнения в таблице 2 указаны плотность шариков из нетканого материала. Сравнение показало, что согласно данному изобретению можно получать продукты с существенно более низкой плотностью, чем у применяемых шариков нетканого материала, несмотря на то, что плотность связующих волокон много больше. Поэтому можно получать особенно легкие объемные нетканые материалы, которые, несмотря на это, имеют чрезвычайно высокие значения веса единицы поверхности. Также объемный нетканый материал имеет очень хорошие значения повторного восстановления формы, что имеет большое значение для текстильных областей применения.
CT
Таблица 1: Плотность объемного нетканого материала (Прим.=Пример, FG=вес единицы поверхности, HZK=максимальное растягивающее усилие, HZKD=удлинение при максимальном растягивающем усилии, WE=повторное восстановление формы, R=термическое сопротивление, измеренное при P=10В):
Прим.
Толщина
FG
Плотность
HZK
HZKD
WE
R<sub>CT</sub>
HZK/толщина
HZK/FG
R<sub>CT</sub>/толщина
R<sub>CT</sub>/FG
[мм]
[г/м<sup>2</sup>]
[г/л]
[Н/5см]
[%]
[%]
[К*м<sup>2</sup>/Вт]
[Н/5см*мм]
[Н*м<sup>2</sup>/5см*г]
[К*м<sup>2</sup>/Вт*мм]
[К*м<sup>2</sup>/Вт*г]
1
8
125
15,2
89,5
2
6,1
56
9,2
3
7,5
128
17,1
4
25
128
5,1
8
50
723
14,5
6
17
112
6,5
3,84
29
82
0,323
0,22
0,034
0,019
0,029
7
19
151
6,1
5,14
33
84
0,398
0,27
0,034
0,021
0,026
8
31
218
7,0
5,45
34
76
0,534
0,18
0,025
0,017
0,024
Таблица 2. Свойства применяемых шариков из нетканого материала:
Исходный материал
Объем
Вес
Плотность
[мл]
[г]
[г/л]
Dacron Polyester Fiberfill Type 287
500
5,795
11,59
MICROROLLO 222 SM
500
6,518
13,04