Ватин из волоконных шариков и изделия, содержащие такой ватин
Изобретением создан ватин, содержащий нетканое полотно, содержащее указанную смесь волокон, в котором нетканое полотно содержит: от 50 мас.% до 95 мас.% множества волоконных шариков, имеющих средний диаметр от 3,0 мм до 8,0 мм; и от 5 мас.% до 50 мас.% множества частей нетканого полотна, которые расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержат один или большее количество волоконных шариков или какой-либо их части. Ватин обладает удельной плотностью от 2 кг/м3 до 12 кг/м3. Созданы также изделия, содержащие ватин, и способы изготовления ватина. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.
Перекрестные ссылки на родственные заявки
Данная заявка притязает на приоритет предварительной заявки US номер 62/093,293, поданной 17 декабря 2014 г., полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к ватину, содержащему волоконные шарики и состоящему из синтетических волокон и связующих волокон, и этот ватин пригоден для применения в качестве, например, изоляции. Изобретение также относится к изделиям, содержащим ватин, и к способам изготовления ватина.
Уровень техники изобретения
Волоконные шарики известны на протяжении определенного времени. Хотя волоконные шарики часто рассматривались как нежелательный производственный дефект, например, в кардочесании, при изготовлении различных непрерывных нетканых материалов, в других областях применения, например, для создания «воздушных» изделий, была подтверждена пригодность использования волоконных шариков.
В патенте US 4,618,531 описано одно такое изобретение, относящееся к «воздушным» волоконным шарикам. Более конкретно: в патенте US 4,618,531 раскрыт волокнистый наполнитель из полиэфирных волокон со спиральной извитостью, хаотически расположенных и перепутанных в виде «воздушных» волоконных шариков. Сказано, что волоконные шарики можно легко транспортировать, например, воздушным потоком.
В патенте US 4,794,038 раскрыты волоконные шарики волокнистого наполнителя, сформированные из перепутанных волокон со спиральной извитостью и связующих волокон, которые также предпочтительно обладают спиральной извитостью. Сказано, что волоконные шарики можно легко транспортировать, например, воздушным потоком, и их можно впоследствии спрессовывать и скреплять вместе. В ссылках даются пояснения, в которых говорится о том, что смеси связующих волокон используют в большом масштабе в мягкой мебели, матрацах и подобной продукции, где желательна большая несущая способность. Однако их редко используют в качестве единственного наполнителя в этой продукции, например, в сидениях мягкой мебели, где согласно обычной практике используют маты из волокнистого наполнителя в качестве «оболочки» для внутреннего наполнителя из пеноматериала, вероятно, потому, что для достижения желаемой эластичности и действенности подушек из 100% единственного наполнителя, было бы необходимым обеспечение такой относительно высокой плотности, которая была бы неосуществимой или непозволительно дорогой, и которую невозможно обеспечить для достижения желаемой действенности. В патенте US 4,794,038 предложено решение, заключающееся в том, что «воздушные» волоконные шарики могут быть спрессованы/сформованы и скреплены для формирования изделий, обеспечивающих большую несущую способность, в качестве альтернативы слоеным структурам для использования, например, в мягкой мебели, матрацах и подобной продукции. Согласно этой цели, в ссылке раскрыты прочные, относительно плотные (от 20 до 50 кг/м3), скрепленные структуры, где наиболее плотные (50 кг/м3) структуры обладают наибольшими упругостью и несущей способностью.
В патенте US 4,940,502 раскрыты скрепленные структуры, изготавливаемые в виде блоков, сформованных из волоконных шариков, изготавливаемых в процессе, включающем этап прессования. Полученные в результате блоки, сформованные из волоконных шариков, являются относительно плотными (с плотностью, в общем, находящейся в диапазоне от около 20 до 80 кг/м3), обладают повышенными упругостью, долговечностью и приспособляемостью, и могут быть использованы, например, в матрацах.
Хотя предыдущие усилия, относившиеся к созданию материалов-наполнителей из волокон, были направлены, например, на формирование обычных матов, «воздушных» волоконных шариков и плотных упругих, скрепленных структур, содержавших волоконные шарики, продолжает существовать потребность в усовершенствованных материалах-наполнителях.
Хотя некоторые аспекты обычных технологий рассматривались с целью способствования раскрытию изобретения, авторы никоим образом не отвергают эти технические аспекты и считают, что заявленное изобретение может охватывать один или большее количество обычных технических аспектов, рассмотренных в настоящем документе.
В данном техническом описании, в котором сделаны ссылки на документ, акт или раздел знаний или они обсуждаются, эти ссылки или обсуждения не являются допущением того, что документ, акт или раздел знаний, или любое их сочетание были, на дату приоритета, общедоступны, известны общественности, являлись частью обычных общих знаний или иным образом представляли известный уровень техники в данной области при соответствующих законодательных нормах; или было известно, что они являлись существенными факторами в попытке решения любой проблемы, которая затрагивается данным техническим описанием.
Сущность изобретения
Короче говоря, настоящим изобретением удовлетворяется потребность в усовершенствованных материалах-наполнителях. Настоящим изобретением могут быть решены одна или большее количество проблем и преодолены недостатки существующего уровня техники в данной области, рассмотренного выше. Однако считается, что изобретение может оказаться пригодным в решении других проблем и недостатков в ряде технических областей. Таким образом, заявленное изобретение не следует обязательно истолковывать как ограниченное решением каких-либо конкретных проблем или преодолением недостатков, рассмотренных в настоящем документе.
Некоторые варианты осуществления раскрытых в настоящем документе объектов: ватина, изделий, содержащих ватин, и способов формирования ватина, обладают несколькими отличительными особенностями, ни одна из которых в отдельности не является ответственной за их желательные свойства. Наиболее важные отличительные особенности ватина, изделий и способов, определенных в прилагаемой формуле изобретения, без ограничения объема их характеристик, кратко рассмотрены ниже. После рассмотрения этого обзора, и особенно после прочтения раздела данного технического описания, озаглавленного «Подробное описание изобретения», можно понять, как отличительные особенности различных вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, обеспечивают ряд преимуществ в сравнении с текущим состоянием уровня техники в данной области.
Согласно одному аспекту изобретения создан ватин, содержащий нетканое полотно, содержащее смесь волокон, включающую:
- от 40 до 95 масс.% синтетических волокон, имеющих тонину от 0,5 денье (1 денье = 0,11 текс) до 7,0 денье и длину от 18 до 51 мм; и
- от 5 до 40 масс.% связующих волокон, имеющих тонину от 1,0 до 5,0 денье и длину от 18 до 71 мм, где упомянутые связующие волокна имеют температуру соединения, которая ниже температуры размягчения синтетических волокон.
Структурно нетканое полотно содержит:
- от 50 до 95 масс.% множества волоконных шариков, имеющих средний диаметр от 3,0 до 8,0 мм; и
- от 5 до 50 масс.% множества частей нетканого полотна, которые расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержат один или большее количество волоконных шариков, или какой-либо их части.
Ватин имеет удельную плотность от 2 до 12 кг/м3.
Согласно второму аспекту изобретения создано изделие, содержащее предложенный в изобретении ватин. Не ограничивающие примеры таких изделий включают, например: верхнюю одежду (например, предметы верхней одежды, например, куртки и т.д.), обмундирование, спальные мешки, постельные принадлежности (например, стеганые ватные одеяла) и т.д.
Согласно третьему аспекту изобретения создан способ изготовления предложенного в изобретении ватина, где упомянутый способ включает:
смешивание волокон, содержащих:
- от 40 до 95 масс.% синтетических волокон, имеющих тонину от 0,5 до 7,0 денье и длину от 18 до 51 мм; и
- от 5 до 40 масс.% связующих волокон, имеющих тонину от 1,0 до 5,0 денье и длину от 18 до 71 мм, где упомянутые связующие волокна имеют температуру соединения, которая ниже температуры размягчения синтетических волокон, и формирование, таким образом, смеси волокон;
формирование множества волоконных шариков из смеси волокон;
формирование нетканого полотна из смеси волокон, где упомянутое нетканое полотно содержит:
- от 50 до 95 масс.% множества волоконных шариков, имеющих средний диаметр от 3,0 до 8,0 мм; и
- от 5 до 50 масс.% множества частей нетканого полотна, которые расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержат один или большее количество волоконных шариков, или какую-либо их часть; и
нагревание нетканого полотна до температуры соединения или до температуры, превышающей температуру соединения связующих волокон, таким образом, формируя ватин.
Эти и другие отличительные особенности, и преимущества данного изобретения станут более очевидными после ознакомления с последующим подробным описанием различных аспектов изобретения, в сочетании с прилагаемой формулой изобретения и прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение описано ниже в сочетании со ссылками на следующие иллюстрации, на которых одинаковыми номерами позиций обозначены сходные элементы, и на которых представлены:
на фиг.1 - вид сверху (фотография) одного варианта предложенного в изобретении ватина;
на фиг.2 - вид сбоку (фотография) одного варианта предложенного в изобретении ватина.
Подробное описание изобретения
Аспекты настоящего изобретения и их некоторые отличительные особенности, преимущества и детали пояснены более полно ниже со ссылками на неограничивающие варианты осуществления, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах. Описание хорошо известных материалов, средств изготовления, технологий изготовления и т.д. опущены, так как нет необходимости загромождать описание изобретения подробностями. Однако должно быть понятно, что подробное описание и конкретный(е) пример(ы), хотя они и определяют варианты осуществления изобретения, приведены только в качестве иллюстраций, а не ограничений. Различные замены, модификации, добавления и/или расположения в пределах сущности и/или объема заложенных в изобретении концепций, станут очевидными для специалистов в данной области техники после ознакомления с данным описанием.
Согласно одному аспекту изобретения создан ватин, содержащий нетканое полотно, содержащее смесь волокон, включающую:
- от 40 до 95 масс.% синтетических волокон, имеющих тонину от 0,5 до 7,0 денье и длину от 18 до 51 мм; и
- от 5 до 40 масс.% связующих волокон, имеющих тонину от 1,0 до 5,0 денье и длину от 18 до 71 мм, где упомянутые связующие волокна имеют температуру соединения, которая ниже температуры размягчения синтетических волокон.
Структурно нетканое полотно содержит:
- от 50 до 95 масс.% множества волоконных шариков, имеющих средний диаметр от 3,0 до 8,0 мм; и
- от 5 до 50 масс.% множества частей нетканого полотна, которые расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержат один или большее количество волоконных шариков, или какую-либо их часть.
Множество волоконных шариков и множество частей нетканого полотна, которые расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержат один или большее количество волоконных шариков, или какой-либо их части, также обязательно содержат смесь волокон нетканого полотна.
Предложенный в изобретении ватин обычно подвергают тепловой обработке для расплавления всех или части связующих волокон, таким образом, формируя скрепленный ватин типа полотна. Соответственно, специалисты обычной квалификации в данной области техники могут понять, что в таких вариантах осуществления, хотя в составе смеси волокон нетканого полотна указаны «связующие волокна», упомянутые волокна являются волокнами, которые полностью или частично расплавляются, в противоположность связующим волокнам в их исходном состоянии, до тепловой обработки. Тем не менее, характеристики, употребляемые в настоящем документе: тонина (в денье) и длина (в мм), относятся к связующим волокнам до их термической обработки для скрепления.
На фиг.1 представлен вид сверху (фотография) одного варианта предложенного в изобретении ватина 100. Как показано на фиг.1, ватин содержит множество волоконных шариков 12 и множество частей 14 нетканого полотна, расположенных рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но они сами не содержат один или большее количество волоконных шариков или какую-либо их часть, которые также обязательно содержат смесь волокон нетканого полотна (для простоты описания, части нетканого полотна могут быть описаны как «пространства»). Изобретение отличается от ранее известных клееных материалов, сформированных из «воздушных» волоконных шариков (например, раскрытых в патенте US 4,794,038), так как, например, при приклеивании «воздушных» волоконных шариков друг к другу с использованием прессования и тепловой обработки, как это описано в технической документации, в результате имела место недостаточность пространств 14, которые имеются в материале согласно настоящему изобретению, посредством использования нетканого полотна, сформированного до тепловой обработки. На фиг.2 представлен вид сбоку (фотография) одного варианта осуществления предложенного в изобретении ватина 200, который также содержит волоконные шарики 12 и пространства 14.
Преимущество настоящего изобретения относительно уровня техники включает возможность изготовления ватина, предложенного в изобретении, в виде рулонных товаров. Хотя «воздушные» волоконные шарики, производившиеся ранее, скрепляли, но скрепление обычно производили только после того, как волоконные шарики доводили до их конечного назначения (например, в подушке). С другой стороны, ватин, предложенный в изобретении, изготавливают для формирования нетканого полотна (обычно в виде мягкого, пластичного листа), который может быть впоследствии подвергнут тепловой обработке для расплавления связующих волокон и формирования ватина, предложенного в изобретении, вне готового продукта. Предложенный в изобретении ватин может (не обязательно) быть затем скатан в рулон, и его можно транспортировать для использования в виде рулонного товара. Например, рулоны ватина могут быть позже разрезаны на куски требуемого размера, в зависимости от предполагаемой области применения, и затем их можно использовать в качестве наполнителя и/или изоляции в изделии.
Смесь волокон ватина содержит от 40 до 95 масс.% синтетических волокон, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах. Например, в некоторых вариантах осуществления, ватин может содержать: 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94 или 95 масс.% синтетических волокон, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах (например, от 75 до 90 масс.%).
В данной области техники известно множество видов синтетических волокон, и любые требующиеся синтетические волокна можно использовать в предмете изобретения. Действительно, различные волокна обладают различными свойствами и имеют преимущественные направления применения в различных областях. Эта информация хорошо известна специалистам обычной квалификации в данной области техники. Хотя большой массив синтетических волокон может быть использован согласно изобретению, в некоторых вариантах осуществления синтетические волокна выбирают из группы, состоящей из: полиамидных, полиэфирных, акриловых, ацетатных, полиолефиновых, нейлоновых, вискозных, лиоцелловых, арамидных волокон, волокон «спандекс», вискозных и модифицированных вискозных волокон, и их сочетаний.
В конкретных вариантах осуществления синтетические волокна содержат полиэфирные волокна. В некоторых вариантах осуществления такие полиэфирные волокна содержат один или большее количество видов волокон из полиэтилентерефталатных, полигексагидро-p-ксилентерефталатных, полибутилентерефталатных, поли-1,4-циклогекселиндиметиленовых (ПЦДТ) и терефталатных coполиэфиров, в которых по меньшей мере 85 мольных долей групп сложного эфира являются этилентерефталатными или гексагидро-p-ксилентерефталатными группами. В конкретном варианте осуществления синтетические волокна являются полиэтилен-терефталатными волокнами.
«Денье» является единицей измерения, определяемой как масса в граммах 9000 метров волокна или нити. Эта единица измерения является обычной для точного определения массы (или тонины) волокна или нити. Например, полиэфирные волокна тониной 1,0 денье обычно имеют диаметр, составляющий приблизительно 10 микрометров (мкм). Волокна тониной микроденье - это волокна, обладающие тониной 1,0 денье или менее, тогда как волокна тониной макроденье - это волокна, обладающие тониной, большей 1,0 денье.
Синтетические волокна могут иметь тонину от 0,5 до 7,0 денье, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах. Например, в некоторых вариантах осуществления тонина волокон может составлять: 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9 или 7,0 денье, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах (например, от 1,0 до 4,0 денье; от 1,0 до 2,0 денье, и т.д.).
Синтетические волокна могут иметь длину от 18 до 51 мм, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах. Например, в некоторых вариантах осуществления длина волокна может составлять: 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50 или 51 мм, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах (например, от 20 до 30 мм).
В некоторых вариантах осуществления синтетические волокна силиконизируют. Термин «силиконизировать» означает покрывать волокно составом, содержащим силикон (например, силоксан). Технологии силиконизации хорошо известны в данной области техники и описаны, например, в патенте US 3,454,422. Состав, содержащий силикон, может быть нанесен посредством использования любого способа, известного в данной области техники, например, напылением, смешиванием, окункой, набивкой и т.д. Состав, содержащий силикон (например, силоксан), который может содержать органосилоксан или полисилоксан, прикрепляется к наружной части волокна. В некоторых вариантах осуществления силиконовое покрытие является покрытием из полисилоксана, например, метилгидрогенполисилоксаном, модифицированным метилгидрогенполи-силоксаном, полидиметилсилоксаном или аминомодифицированным диметилполисилоксаном. Как известно в данной области техники, состав, содержащий силикон, может быть нанесен непосредственно на волокно или может быть разбавлен растворителем для получения раствора или эмульсии, например, водной эмульсии полисилоксана, до применения. После обработки, покрытие может быть подвергнуто сушке и/или термофиксации. Как известно в данной области техники, может быть использован катализатор для ускорения термофиксации состава, содержащего силикон (например, полисилоксана, содержащего Si-H связи) и, для удобства, может быть добавлена в состав, содержащий силикон, эмульсия, с полученным в результате сочетанием, используемым для обработки синтетического волокна. Пригодные катализаторы включают: железо, кобальт, марганец, свинец, цинк и соли олова карбоновых кислот, например, ацетаты, октаноаты, нафтенаты и олеаты. В некоторых вариантах осуществления, после силиконизации волокно может быть подвергнуто сушке для удаления остаточного растворителя, а затем (не обязательно) подвергнуто нагреву до температуры от 65°C до 200°C для термофиксации.
В некоторых вариантах осуществления синтетические волокна подвергают обработке для придания им способности скольжения, используя другое вещество для придания способности скольжения, например, сегментированные coполимеры полиалкиленоксида и других полимеров, например, сложного полиэфира или полиэтилена, или полиалкилена, как упомянуто в патенте US 6,492,020 B1.
Связующие волокна хорошо известны в данной области техники, и массив связующих волокон доступен для приобретения. Связующие волокна, используемые согласно настоящему изобретению, могут быть обычными связующими волокнами (например, полиэфирными связующими волокнами с низкой температурой плавления) или другими связующими волокнами, при использовании которых обеспечивается действие, на которое рассчитано любое связующее волокно: связующее волокно обладает температурой плавления, при которой обеспечивается склеивание волокон, ниже температуры размягчения синтетических волокон. Связующие волокна представлены, например, в патенте US 4,794,038, и общие протоколы для некоторых вариантов осуществления связующих волокон представлены в патентах US 4,281,042 и 4,304,817. В некоторых вариантах осуществления связующие волокна являются монокомпонентными волокнами. В некоторых вариантах осуществления связующие волокна являются многокомпонентными волокнами (например, бикомпонентными волокнами, например, волокнами со структурой оболочка-стержень, где стержень содержит компонент, обладающий более высокой температурой плавления, чем оболочка). В некоторых вариантах осуществления связующие волокна содержат смеси одного или большего количества различных типов связующих волокон.
Смесь волокон ватина содержит от 5 до 40 масс.% связующих волокон, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах. Например, в некоторых вариантах осуществления ватин содержит: 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 или 40 масс.% связующих волокон, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах (например, от 10 до 25 масс.%).
Связующие волокна могут иметь тонину от 1,0 денье до 5,0 денье, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах. Например, в некоторых вариантах осуществления тонина волокон может составлять: 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9; 3,0; 3,1; 3,2; 3,3; 3,4; 3,5; 3,6; 3,7; 3,8; 3,9; 4,0; 4,1; 4,2; 4,3; 4,4; 4,5; 4,6; 4,7; 4,8; 4,9 или 5,0 денье, включая любые диапазоны/поддиапазоны в указанных пределах (например, от 1,5 до 3,5 денье; от 1,9 до 2,5 денье, и т.д.).
Связующие волокна могут иметь длину от 18 до 71 мм, включая любые диапазоны/поддиапазоны в указанных пределах (например, в некоторых вариантах осуществления длина может составлять: 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62,63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70 или 71 мм, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах (например, от 18 до 51 мм; от 40 до 60 мм; и т.д.).
Как указано выше, связующие волокна имеют температуру плавления, при которой обеспечивается склеивание волокон, ниже температуры размягчения синтетических волокон. В некоторых вариантах осуществления связующие волокна имеют температуру соединения, которая ниже или равна 200°C. В некоторых вариантах осуществления связующие волокна имеют температуру соединения от 50°C до 200°C, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах. В некоторых вариантах осуществления связующие волокна имеют температуру соединения от 80 до 150°C. В некоторых вариантах осуществления связующие волокна имеют температуру соединения от 100 до 125°C.
В некоторых вариантах осуществления связующие волокна имеют температуру плавления, которая на 15 - 170°C ниже температуры плавления синтетических волокон. Например, в некоторых вариантах осуществления связующие волокна имеют температуру плавления, которая на 15 - 170°C ниже температуры плавления синтетических волокон (например, ниже на 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168, 169 или 170°C, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах. Например, в некоторых вариантах осуществления синтетические волокна являются полиэфирными волокнами, обладающими температурой плавления около 250°C, а связующие волокна имеют температуру плавления от 80 до 180°C (например, около 110°C).
В некоторых вариантах осуществления связующие волокна содержат полиэфирные волокна, обладающие низкой температурой плавления.
В некоторых вариантах осуществления связующие волокна являются бикомпонентными волокнами, содержащими оболочку и стержень, в которых оболочка содержит материал, обладающий более низкой температурой плавления, чем стержень. В некоторых вариантах осуществления связующие волокна являются бикомпонентными волокнами с составом полиэтилен/полипропилен.
В некоторых вариантах осуществления синтетические волокна и/или связующие волокна являются извитыми волокнами. В данной области техники известны различные виды извитости, включая спиральную и стандартную извитость. Волокна могут обычно обладать любой извитостью. Однако в некоторых вариантах осуществления волокна являются не спирально извитыми волокнами. В некоторых вариантах осуществления синтетические и/или связующие волокна являются не извитыми.
В некоторых вариантах осуществления смесь волокон дополнительно содержит один или большее количество видов натуральных волокон помимо синтетических волокон и связующих волокон. Например, в некоторых вариантах осуществления смесь волокон дополнительно содержит один или большее количество компонентов, выбираемых из: шерстяных, хлопковых, искусственных вискозных волокон «тенцел», льняных волокон, животного волоса, шелка и пуха.
Нетканое полотно содержит от 50 до 90 масс.% волоконных шариков, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах; и от 10 до 50 масс.% пространств, включая любые и все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах. Например, в некоторых вариантах осуществления ватин/нетканое полотно содержит: 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 или 90 масс.% волоконных шариков, включая любые и все диапазоны/поддиапазоны в указанных пределах (например, от 70 масс.% до 90 масс.%). В некоторых вариантах осуществления ватин/нетканое полотно содержит: 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 или 50 масс.% пространств, включая диапазоны/поддиапазоны в указанных пределах (например, от 10 масс.% до 30 масс.%).
Волоконные шарики имеют средний диаметр от 3,0 до 8,0 мм (например, 3,0; 3,1; 3,2; 3,3; 3,4; 3,5; 3,6; 3,7; 3,8; 3,9; 4,0; 4,1; 4,2; 4,3; 4,4; 4,5; 4,6; 4,7; 4,8; 4,9; 5,0; 5,1; 5,2; 5,3; 5,4; 5,5; 5,6; 5,7; 5,8; 5,9; 6,0; 6,1; 6,2; 6,3; 6,4; 6,5; 6,6; 6,7; 6,8; 6,9; 7,0; 7,1; 7,2; 7,3; 7,4; 7,5; 7,6; 7,7; 7,8; 7,9 или 8,0 мм), включая любые и все диапазоны/поддиапазоны в указанных пределах (например, от 4 до 6 мм; от 5 до 6 мм, и т.д.).
В некоторых вариантах осуществления ватин имеет толщину, меньшую или равную 40 мм, например, от 5 до 40 мм (например: 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 или 40 мм), включая все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах.
Ватин имеет удельную плотность от 2 кг/м3 до 12 кг/м3 (например: 2,04; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9; 3,0; 3,1; 3,2; 3,3; 3,4; 3,5; 3,6; 3,7; 3,8; 3,9; 4,0; 4,1; 4,2; 4,3; 4,4; 4,5; 4,6; 4,7; 4,8; 4,9; 5,0; 5,1; 5,2; 5,3; 5,4; 5,5; 5,6; 5,7; 5,8; 5,9; 6,0; 6,1; 6,2; 6,3; 6,4; 6,5; 6,6; 6,7; 6,8; 6,9; 7,0; 7,1; 7,2; 7,3; 7,4; 7,5; 7,6; 7,7; 7,8; 7,9; 8,0; 8,1; 8,2; 8,3; 8,4; 8,5; 8,6; 8,7; 8,8; 8,9; 9,0; 9,1; 9,2; 9,3; 9,4; 9,5; 9,6; 9,7; 9,8; 9,9; 10,0; 10,1; 10,2; 10,3; 10,4; 10,5; 10,6; 10,7; 10,8; 10,9; 11,0; 11,1; 11,2; 11,3; 11,4; 11,5; 11,6; 11,7; 11,8; 11,9 или 12,0 кг/м3), включая все диапазоны и поддиапазоны в указанных пределах. Удельная плотность ватина является, таким образом, относительно низкой в сравнении с известными материалами такого типа, в которых используются компактно собранные волоконные шарики. Действительно, в вариантах осуществления ватин, предложенный в изобретении, в отличие от известных ранее решений в данной области техники, представляет собой пушистый, мягкий и пластичный изоляционный материал. Несмотря на обычные представления, существующие в данной области, согласно которым предполагается, что ватин, предложенный в изобретении, имеющий удельную плотность, составляющую от 2 до 12 кг/м3, может не обладать достаточной структурной целостностью, чтобы он оставался неповрежденным после манипуляций с ним и после его использования (и, таким образом, не пригоден к использованию в качестве изоляции), и не обладает достаточными изоляционными свойствами, и/или не может быть легко производимым, заявителем установлено, что варианты осуществления изобретения неожиданно подтверждают возможность достижения всех этих целей. Ватин, предложенный в изобретении, содержит первую поверхность и вторую поверхность, где вторая поверхность параллельна первой поверхности. В некоторых вариантах осуществления первая поверхность и/или вторая поверхность ватина содержит поперечно сшитую смолу. Это - тот случай, когда, например, раствор, вызывающий образование поперечных связей, содержащий соединение, вызывающее образование поперечных связей, был нанесен на первую и/или вторую поверхность. Смола является поперечно сшитой (например, посредством тепловой обработки) версией раствора, вызывающего образование поперечных связей. В некоторых вариантах осуществления поперечно сшитая смола содержит соединение, вызывающее образование поперечных связей, представляющее собой поперечно сшитый (со)полимер акрилата. В некоторых вариантах осуществления посредством раствора, вызывающего образование поперечных связей, и/или соединения, вызывающего образование поперечных связей, обеспечивают мягкость и гидрофобность. В некоторых вариантах осуществления соединение, вызывающее образование поперечных связей, имеет температуру стеклования (Tg), меньшую 0°C.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна из поверхностей (первая поверхность или вторая поверхность) содержит сеточный слой. Сетка хорошо известна в данной области техники. Использование сетки может способствовать уменьшению миграции волокна в ватине, предложенном в изобретении (например, во время манипуляций с продуктом).
Как было сказано выше, ватин, предложенный в изобретении, содержит нетканое полотно, содержащее смесь волокон. В некоторых вариантах осуществления нетканое полотно состоит из смеси волокон.
В некоторых вариантах осуществления ватин содержит одно нетканое полотно. В других вариантах осуществления ватин содержит множество слоев нетканого полотна, где один или большее количество упомянутых слоев являются нетканым полотном согласно изобретению (т.е. содержит смесь волокон и указанный долевой состав волоконных шариков и пространств). В некоторых вариантах осуществления ватин содержит множество нетканых полотен, которые (все) являются неткаными полотнами согласно изобретению.
Согласно второму аспекту изобретения создано изделие, содержащее ватин, предложенный в изобретении. Неограничивающие примеры таких изделий включают, например, верхнюю одежду (например, предметы верхней одежды, например, куртки и т.д.); обмундирование; спальные мешки; постельные принадлежности (например, стеганые ватные одеяла) и т.д.
Согласно третьему аспекту изобретения создан способ изготовления ватина, предложенного в изобретении, где упомянутый способ включает:
смешивание волокон, содержащих:
- от 40 до 95 масс.% синтетических волокон, имеющих тонину от 0,5 до 7,0 денье и длину от 18 до 51 мм; и
- от 5 до 40 масс.% связующих волокон, имеющих тонину от 1,0 до 5,0 денье и длину от 18 до 71 мм, где упомянутые связующие волокна имеют температуру соединения, которая ниже температуры размягчения синтетических волокон, и формирование, таким образом, смеси волокон;
формирование множества волоконных шариков из смеси волокон;
формирование нетканого полотна из смеси волокон, где упомянутое нетканое полотно содержит:
- от 50 до 95 масс.% множества волоконных шариков, имеющих средний диаметр от 3,0 мм до 8,0 мм; и
- от 5 до 50 масс.% множества частей нетканого полотна, которые расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержат один или большее количество волоконных шариков, или какую-либо их часть; и
нагревание нетканого полотна до температуры, равной или превышающей температуру соединения связующих волокон, и формирование, таким образом, ватина.
Способы формирования волоконных шариков хорошо известны в данной области техники, и любой известный способ формирования волоконных шариков, подходящий для формирования волоконных шариков из смеси волокон (эти знания вполне доступны для специалистов в данной области техники) может быть использован. Способы формирования волоконных шариков описаны, например, в патентах US 4,794,038 и 6,613,431. Хотя любая технология формирования волоконных шариков может быть использована, в некоторых вариантах осуществления волоконные шарики формируют посредством повторяемого направления воздушным потоком коротких отрезков синтетических и связующих волокон на стенку емкости для уплотнения комков волокон и придания им более округлой формы, и формирования таким способом волоконных шариков. В других вариантах осуществления для формирования волоконных шариков используют машину для формирования волоконных шариков. В некоторых вариантах осуществления волоконные шарики формируют, используя кардочесальную машину для формирования волоконных шариков (т.е. кардочесальную машину, модифицированную для изготовления волоконных шариков).
В некоторых вариантах осуществления, до формирования волоконных шариков, синтетические волокна и/или связующие волокна рыхлят. Как хорошо известно в данной области техники, рыхление вызывает отделение волокон друг от друга в некоторой степени (например, посредством использования рыхлителя, например, агрегата для рыхления кип) до последующей обработки.
Для формирования нетканого полотна из смеси волокон можно использовать любую подходящую технологию формирования полотна (например, аэродинамическую систему или кардочесальную машину). Например, в некоторых вариантах осуществления смесь волокон (а именно: в виде волоконных шариков, которые были сформированы из смеси) подвергают воздействию потока воздуха для формирования нетканого полотна. В таких вариантах осуществления пространства могут быть сформированы, например, из «выпадающих» волокон, отделившихся от смеси волоконных шариков, образовавшихся во время действия аэродинамической системы.
В некоторых вариантах осуществления процесс формирования нетканого полотна включает осаждение смеси волокон (например, сформированных волоконных шариков и любых свободных волокон, остающихся после формирования волоконных шариков) на сеточном транспортере для формирования настила. В некоторых вариантах осуществления это можно выполнять с помощью вакуумной системы (например, вакуумной системы, расположенной под сеточным транспортером для формирования настила). В конкретных вариантах осуществления свободные волоконные шарики подают в аэродинамическую систему формирования. С помощью аэродинамической системы формирования дозированно выпускают волоконные шарики посредством воздушного потока и формируют настил заданной ширины и указанной толщины.
После формирования нетканого полотна, его нагревают до температуры, равной или превышающей температуру соединения связующими волокнами, таким образом, формируя ватин, предложенный в изобретении. Например, после формирования нетканого полотна из волоконных шариков посредством использования аэродинамической системы формирования, его можно транспортировать на конвейерной ленте в термоскрепляющую камеру, где связующие волокна активизируют посредством нагрева, и, таким образом, получают скрепленный ватин.
До термоскрепления (нагревания нетканого полотна до температуры, равной или превышающей температуру соединения связующими волокнами), промежуточное нетканое полотно может (не обязательно) быть подвергнуто механической обработке (например, прокатыванию в валах) для обеспечения определенной степени целостности полотна, если это требуется (обеспечиваемой, конечно, таким образом, чтобы такая механическая обработка не привела в результате к получению ватина, который имел бы удельную плотность, превышающую 12 кг/м3).
Нетканое полотно может служить в качестве ватина или оно может быть обеспечено одним или большим количеством дополнительных слоев (согласно изобретению или каким-либо иным образом), для формирования слоеного ватина.
Примеры
Изобретение ниже проиллюстрировано, без ограничений, посредством ссылки на конкретный вариант осуществления, описанный в следующих примерах.
Образец ватина изготавливали согласно описанному выше способу. Смесь волокон для образца состояла из: 90% полиэфирного волокна тониной 1,4 денье и длиной 28 мм, и 10% бикомпонентных полиэфирных/полиэфирных связующих волокон с низкой температурой плавления. Смесь волокон перерабатывали на кардочесальной машине для получения нетканого полотна в виде ватина - полуфабриката, который нагревали до 110°C для формирования варианта осуществления, предложенного в изобретении ватина. Структура готового ватина состояла из: 80% волоконных шариков, имевших диаметр 6 мм; и 20% множества частей нетканого полотна, которые были расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержали один или большее количество волоконных шариков или какую-либо их часть. Ватин обладал: поверхностной плотностью 175 г/м2, толщиной 17,5 мм и удельной плотностью 10 кг/м3.
Терминология, употребляемая в настоящем документе, предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения объема изобретения. При использовании в настоящем документе форм в единственном числе предполагается, что они включают также формы во множественном числе, если в контексте четко не указано иное. Кроме того, должно быть понятно, что термины: «содержать» (и любая форма слова «содержать», например, «содержит» и «содержащий»); «иметь» (и любая форма слова «иметь», например, «имеет» и «имеющий»); «включать» (и любая форма слова «включать», например, «включает» и «включающий»); «вмещать» (и любая форма слова «вмещать», например, «вмещает» и «вмещающий»); и любые другие грамматические варианты этих слов являются глаголами-связками с открытыми окончаниями. В результате этого способ или изделие, которые «содержат», «имеют», «включают» или «вмещают» один или большее количество этапов или элементов, содержат эти один или большее количество этапов или элементов, но они не ограничены только этими одним или большим количеством этапов или элементов. Аналогичным образом, этап способа или элемент изделия, который «содержит», «имеет», «включает» или «вмещает» один или большее количество отличительных особенностей, содержит эти один или большее количество отличительных особенностей, но он не ограничен только этими одним или большим количеством отличительных особенностей.
При употреблении в настоящем документе терминов: «содержащий», «имеющий», «включающий», «вмещающий» и других грамматических вариантов этих терминов, они охватывают понятия: «состоящий из» и «состоящий по существу из».
Фраза «состоящий по существу из» или грамматические варианты этой фразы, при употреблении в настоящем документе, следует понимать, как охватывающие: указанные отличительные особенности, целые объекты, этапы или компоненты, но не препятствующие добавлению одной или большего количества дополнительных отличительных особенностей, целых объектов, этапов, компонентов или их групп, но только если дополнительные отличительные особенности, целые объекты, этапы, компоненты или их группы существенно не меняют базовые и новые характеристики заявленных составов или способов.
Все публикации, процитированные в данном техническом описании, включены в настоящий документ посредством ссылок, если каждая отдельная публикация была конкретно и отдельно определена для включения посредством ссылки в настоящий документ, как если бы она была представлена в полном объеме.
Предмет обсуждения, включенный посредством ссылки, не рассматривается как альтернатива любому ограничению пункта формулы изобретения, если четко не указано иное.
Если один или большее количество диапазонов указано во всем данном техническом описании, то предполагается, что каждый диапазон является кратким форматом для представления информации, где понимается, что диапазон охватывает каждую дискретную точку внутри диапазона, как если бы он был представлен в полном объеме в настоящем документе.
Хотя несколько аспектов и вариантов осуществления настоящего изобретения описано и проиллюстрировано в настоящем документе, альтернативные аспекты и варианты осуществления могут быть предложены специалистами в данной области техники для осуществления тех же целей. Соответственно, данное описание и прилагаемая формула изобретения направлены на охват всех таких дополнительных и альтернативных аспектов и вариантов осуществления, которые подпадают под действие реальных характеристик сущности и объема изобретения.
1. Ватин, содержащий нетканое полотно, содержащее смесь волокон, состоящую из:
- от 40 до 95 мас.% синтетических волокон, имеющих тонину от 0,5 до 6,5 денье и длину от 18 до 51 мм; и
- от 5 до 40 мас.% связующих волокон, имеющих тонину от 1,0 до 5,0 денье и длину от 18 до 71 мм, где упомянутые связующие волокна имеют температуру соединения, которая ниже температуры размягчения синтетических волокон;
при этом структурно упомянутое нетканое полотно содержит:
- от 50 до 95 мас.% множества волоконных шариков, имеющих средний диаметр от 3,0 до 8,0 мм; и
- от 5 до 50 мас.% множества частей нетканого полотна, которые расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержат один или большее количество волоконных шариков или какую-либо их часть;
и при этом ватин имеет удельную плотность от 2 до 12 кг/м3.
2. Ватин по п.1, в котором синтетические волокна содержат полиэфирные волокна.
3. Ватин по п.1, в котором синтетические волокна имеют тонину от 1,0 до 2,0 денье.
4. Ватин по п.1, в котором синтетические волокна имеют длину от 20 до 30 мм.
5. Ватин по п.1, в котором волоконные шарики имеют средний диаметр от 4,0 до 6,0 мм.
6. Ватин по п.5, в котором волоконные шарики имеют средний диаметр от 5,0 до 6,0 мм.
7. Ватин по п.1, в котором связующие волокна имеют тонину от 1,5 до 3,5 денье.
8. Ватин по п.7, в котором связующие волокна имеют тонину от 1,9 до 2,5 денье.
9. Ватин по п.1, в котором связующие волокна имеют длину от 18 до 51 мм.
10. Ватин по п.1, в котором связующие волокна имеют температуру соединения, меньшую или равную 200°C.
11. Ватин по п.10, в котором связующие волокна имеют температуру соединения от 80 до 150°C.
12. Ватин по п.11, в котором связующие волокна имеют температуру соединения от 100 до 125°C.
13. Ватин по любому из предыдущих пунктов, в котором смесь волокон содержит:
- от 75 до 90 мас.% синтетических волокон и
- от 10 до 25 мас.% связующих волокон.
14. Ватин по п.13, в котором нетканое полотно содержит:
- от 70 до 90 мас.% множества волоконных шариков и
- от 10 до 30 мас.% множества частей нетканого полотна, которые расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержат один или большее количество волоконных шариков или какую-либо их часть.
15. Ватин по любому из пп.1-12, в котором синтетические волокна силиконизированы.
16. Ватин по любому из пп.1-12, в котором синтетические волокна являются извитыми волокнами.
17. Ватин по п.16, в котором извитые волокна имеют спиральную извитость или стандартную извитость.
18. Ватин по любому из пп.1-12, в котором ватин не содержит волокна со спиральной извитостью.
19. Ватин по любому из пп.1-12, в котором связующие волокна являются бикомпонентными волокнами, содержащими оболочку и стержень, где оболочка содержит материал, имеющий более низкую температуру плавления, чем стержень.
20. Изделие, содержащее ватин по любому из пп.1-12.
21. Изделие по п.20, выбираемое из группы, состоящей из: верхней одежды, обмундирования, спальных мешков, постельных принадлежностей.
22. Способ изготовления ватина по любому из пп.1-12, включающий:
смешивание волокон, включающих:
- от 40 до 95 мас.% синтетических волокон, имеющих тонину от 0,5 до 6,5 денье и длину от 18 до 51 мм; и
- от 5 до 40 мас.% связующих волокон, имеющих тонину от 1,0 до 5,0 денье и длину от 18 до 71 мм, причем упомянутые связующие волокна имеют температуру соединения, которая ниже температуры размягчения синтетических волокон, и формирование, таким образом, смеси волокон;
формирование множества волоконных шариков из смеси волокон;
формирование нетканого полотна из смеси волокон, где упомянутое нетканое полотно содержит:
- от 50 до 95 мас.% множества волоконных шариков, имеющих средний диаметр от 3,0 мм до 8,0 мм; и
- от 5 до 50 мас.% множества частей нетканого полотна, которые расположены рядом с одним или большим количеством волоконных шариков, но которые сами не содержат один или большее количество волоконных шариков, или какую-либо их часть; и
нагревание нетканого полотна до температуры, равной или превышающей температуру соединения связующих волокон, и формирование, таким образом, ватина.
23. Способ по п.22, согласно которому нетканое полотно изготавливают с использованием аэродинамической системы формирования.
