專利名稱：三維膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種帶有三維圖案的織物和膜的制造方法，并且，尤其涉及一種通過把聚合體熔融物直接擠壓到三維表面上而制造帶圖案的膜的方法。
背景技術(shù)：
膜被廣泛應用在其制造品質(zhì)能夠被有利地加以利用的應用領(lǐng)域。膜產(chǎn)品構(gòu)造中所選用的熱塑性聚合體，聚合體膜(處于熔化狀態(tài)或一體化結(jié)構(gòu)中)所選擇的處理，以及膜被一體化成為有用結(jié)構(gòu)時所選用的多種機構(gòu)通常是可變的，以對合成聚合體膜產(chǎn)品的性能進行調(diào)節(jié)和改變。
由熱塑性聚合體形成有限厚度膜是眾所周知的操作。熱塑性聚合體膜能夠通過下面兩種方法得以形成，即，通過把一些熔融態(tài)聚合體散布到具有所期望的終端產(chǎn)品的尺寸的型板中，稱為熱加工成型膜或注射成型膜，或通過型板對熔融態(tài)聚合體不斷地施加壓力，稱為擠壓膜。擠壓的熱塑性聚合體膜能夠被形成為使膜作為完整的產(chǎn)品被冷卻然后晾干，或者，擠壓的熱塑性聚合體膜能夠被直接分配到襯底材料上以形成具有襯底層和膜層雙重性能的復合材料。適當?shù)囊r底材料的例子包括其它膜、聚合體薄板或金屬薄板，以及機織織物或無紡織物。
近來，人們開始希望把三維圖案加入到聚合體膜中。網(wǎng)狀膜是一種可提供某種程度三維性的膜，其中，這種膜的制造過程在申請人為Kelly的美國專利No.4,381,326中被公開。無紡織物結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀膜表面由加入到膜中造成網(wǎng)狀孔的一系列凹陷構(gòu)成。膜內(nèi)的凹陷為最終的膜提供三維藝術(shù)特性。
聚合體膜已經(jīng)被證明對于多種醫(yī)學、衛(wèi)生學和工業(yè)應用特別適合，因為這種結(jié)構(gòu)允許低成本效益、一次性使用。由于膜的物理特性和特征能夠被選擇成適于特殊醫(yī)學應用的需要，所以，這種材料在外科用帷簾、醫(yī)用擦布和類似物方面的使用已經(jīng)變得日益廣泛。此外，膜的疊層結(jié)構(gòu)能夠用于上述應用，其中，膜與無紡的或附加的膜疊層相結(jié)合。
需要一種制造具有較高產(chǎn)品藝術(shù)特性和較高產(chǎn)品性能的帶三維圖案的聚合體膜的方法。此外，也需要一種制造低成本而高速度(能夠達到的速度至少為300英尺/分鐘)的三維膜的方法。
無紡織物被廣泛應用在其制造品質(zhì)能夠被有利地加以利用的應用領(lǐng)域。在纖維織物成分的構(gòu)造中所選的熱塑性聚合體、纖維成分(處于纖維狀態(tài)或一體化結(jié)構(gòu)中)所選擇的處理、以及纖維成分被一體化成為有用的織物時所選用的多種機構(gòu)通常都是可變的，以對合成無紡織物的性能進行調(diào)節(jié)和改變。
在這些方法當中或這些方法本身，被稱為“紡粘”的連續(xù)細絲襯底材料是相對多孔的，并通常需要附加的成分，以便達到所需要的屏障性能。通常，通過靜壓頭或視野測量法(porimetry)進行測量的屏障性能可通過微米尺度細絲的屏障“熔噴”層的應用得到增強，細絲被高速氣流拉伸和分段，并且在紡粘襯底材料上沉積成自退火塊。通常，這種熔噴層顯示出非常低的多孔性，增強了由紡粘和后續(xù)熔噴層形成的復合織物的屏障性能。這種無紡結(jié)構(gòu)已經(jīng)被用作屏障織物，如申請人為Brock等的美國專利No.4,041,203中公開的那樣，所公開的內(nèi)容在此引作參考。
最近，通過對織物使用三維圖案轉(zhuǎn)印裝置，把圖像或圖案加入到無紡織物中的技術(shù)已經(jīng)得到發(fā)展。這種三維圖案轉(zhuǎn)印裝置在美國專利No.5,098,764中被公開，該專利加入在這里引作參考；使用這種圖案轉(zhuǎn)印裝置為織物提供了令人滿意的增強的物理特性以及藝術(shù)的美麗外觀。
本發(fā)明期望提出一種制造由連續(xù)形成的細絲構(gòu)成的無紡織物的方法，其中，熔融態(tài)聚合體被直接被擠壓到三維圖案轉(zhuǎn)印裝置的表面上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造具有三維圖案的膜的方法，并且，尤其是提供一種通過把聚合體融熔物直接擠壓到三維表面上而制造帶圖案的膜的方法。
根據(jù)本發(fā)明，熱塑性膜被先放到多孔表面上，并受到水力能量沖擊，從而把圖像或圖案加入到膜中。在一優(yōu)選實施例中，多孔表面是三維圖案轉(zhuǎn)印裝置。三維圖案轉(zhuǎn)印裝置(ITD)通常根據(jù)申請人為Drelich等的美國專利No.5,098,764中所教示的方法進行構(gòu)造，該專利加入在這里引作參考。
膜襯底可以是多種烯屬熱塑性聚合體，包括、但不限定于等規(guī)聚丙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、非晶聚丙烯、聚丁烯、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、聚苯乙烯、以及它們的組合。
在第一實施例中，聚合體膜被直接擠壓到ITD上，其中，所述ITD包括支承真空輥。所述支承真空輥提供必要量的吸力，從而在熔融態(tài)膜上形成孔，以及把三維表面加入到有孔的膜中。然后，所述膜可以用可增強性能的化學物質(zhì)進行處理，例如疏水或親水的添加劑，或可增強藝術(shù)性的化學物質(zhì)，例如熱敏色差添加劑。
在第二實施例中，采用了至少一個支承襯底，其中，所述聚合體膜被擠壓到所述支承襯底上。適當?shù)闹С幸r底包括各種多孔人造短纖維網(wǎng)或連續(xù)細絲網(wǎng)，其在構(gòu)成上可以是平面的或非平面的，以及，可以是有孔的或無孔的。根據(jù)本發(fā)明，所述熔融態(tài)膜被擠壓到所述支承襯底上，所述支承襯底被安置在所述ITD上，并通過所述真空輥這樣的機械裝置與纖維網(wǎng)絡或細絲網(wǎng)絡成為一體。所述膜與所述支承襯底的粘附力由于所述膜與所述支承襯底成為一體而得到極大提高。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述膜和/或所述支承襯底在加入圖案之后還要進行多種后處理。例如，膜可以被拉伸，從而通過所述真空輥ITD表面開始產(chǎn)生微孔裂縫，可以在平面或非平面的ITD表面上進行水刺法，可以進行壓花，和/或通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的多種機構(gòu)最終完成。
本發(fā)明還提供一種制造帶三維圖案的無紡織物的方法，所述織物包括至少一層連續(xù)擠壓的無紡細絲，其被直接沉積在三維圖案轉(zhuǎn)印裝置的所述多孔表面上。
根據(jù)本發(fā)明，所述無紡織物由至少一層連續(xù)細絲網(wǎng)構(gòu)成。此外，所述織物可以包含至少一層支承襯底。適當?shù)闹С幸r底包括各種多孔人造短纖維網(wǎng)或連續(xù)細絲網(wǎng)，其在構(gòu)成上可以是平面的或非平面的，以及，可以是有孔的或無孔的。
所述連續(xù)細絲網(wǎng)的熱塑性聚合體可以選自聚烯烴、聚酰胺和聚酯的組中進行選擇，其中，聚烯烴可選自聚丙烯、聚乙烯和它們的組合。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，連續(xù)細絲網(wǎng)或多個連續(xù)細絲網(wǎng)可以由相同的或不同的熱塑性聚合體構(gòu)成。此外，連續(xù)細絲可以包括單一組分的、雙組分的和/或多組分的剖面(profiles)，以及可改變性能的添加劑和它們的混合物。
本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將在下面的詳細敘述、附圖和權(quán)利要求書中進行說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理、用于生產(chǎn)膜或帶圖案的連續(xù)細絲織物的加工裝置的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理、用于生產(chǎn)帶圖案的膜的三維圖案轉(zhuǎn)印裝置的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的帶圖案的膜的顯微照片；圖4是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的圖3的帶圖案的膜的另一顯微照片；圖5是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的帶圖案的膜的顯微照片；圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的帶圖案的膜疊層的顯微照片；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的圖6的帶圖案的膜疊層的另一顯微照片。
具體實施例方式
雖然本發(fā)明可以有多種形式的實施例，在附圖中被示出并將在下文中進行描述的是本發(fā)明現(xiàn)有的優(yōu)選實施例，需要理解的是，本文所公開的內(nèi)容只作為本發(fā)明的示例，不希望把本發(fā)明限定于所示出的特定實施例。
圖1描述的是有代表性的直接擠壓膜過程?；旌虾团淞舷到y(tǒng)1包括至少兩個用于聚合體碎片的料斗式裝載器和混合料斗。兩個料斗式裝載器內(nèi)部的多速螺絲鉆把預定量的聚合體碎片和添加劑顆粒轉(zhuǎn)移到混合料斗?；旌狭隙钒ɑ旌贤七M器，以促進均勻混合。以上所述的基本容積系統(tǒng)是對混合區(qū)域系統(tǒng)的最低要求。
將聚合體碎片和添加劑顆?；旌衔镅b入由Wellex公司提供的多區(qū)域擠壓器2中。在這個特定系統(tǒng)中，采用一帶有2英寸水套孔的五區(qū)域擠壓器，其長度和直徑的比率為24∶1。
經(jīng)過多區(qū)域擠壓器2的混合和擠壓，聚合體混合物經(jīng)過篩選轉(zhuǎn)換器3被輸送通過加熱的聚合體管7，其中，使用了具有不同篩選網(wǎng)孔的多孔板，以留住固體或半熔融態(tài)聚合體碎片，以及其他肉眼可見的碎片。然后，混合的聚合體被裝入熔化泵5中。
熔化泵5的操作與多區(qū)域擠壓器2的動態(tài)反饋相關(guān)，以保持期望的壓力水平。采用齒輪型熔化泵，以便通過改變擠壓器的速度對由壓力設定窗口帶來的偏差進行補償，從而對壓力水平做出響應。
然后，被計量和混合的聚合體混合物進入組合區(qū)域6。組合區(qū)域允許擠壓出多膜層，這些膜層可以是相同成分，也可以如上所述由不同系統(tǒng)供料。組合區(qū)域6通過附加的加熱的聚合體管7直接通到型板本體9內(nèi)。
在本系統(tǒng)中使用的特定型板本體9是37英寸寬的EDI自動型板，帶有由EDI提供的模栓控制(die bolt control)。型板本體9被安置在上方，使得擠壓出的熔融態(tài)膜15被沉積在鑄造臺14內(nèi)的夾點上，在壓送輥10和鑄造輥11之間。
圖2描述了用于在生產(chǎn)過程中把三維特征加入到膜中的裝置。圖2包括圖像和圖案鼓24，其包括用于產(chǎn)生膜襯底上的圖像和圖案的三維圖案轉(zhuǎn)印裝置(ITD)。
在第一實施例中，聚合體膜被直接擠壓到ITD上，其中，ITD由支承真空輥構(gòu)成。真空輥提供必要量的力，從而在熔融態(tài)膜上形成孔，以及把三維表面加入到有孔的膜中。然后，膜可以用可增強性能的化學物質(zhì)進行處理，例如疏水或親水的添加劑，或可增強藝術(shù)性的化學物質(zhì)，例如熱敏色差添加劑。圖3-圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的原理制造的帶三維圖案的膜。
在第二實施例中，至少一個支承層被安置在ITD上，其中，聚合體膜被擠壓到支承層上。適當?shù)闹С袑影ǜ鞣N多孔人造短纖維網(wǎng)或連續(xù)細絲網(wǎng)，其在形式上可以是平面的或非平面的，以及，可以是有孔的或無孔的。根據(jù)本發(fā)明，熔融態(tài)膜被擠壓到安置在ITD上的支承層上，并通過真空輥這樣的機械裝置與纖維網(wǎng)絡或細絲網(wǎng)絡成為一體。膜與支承層的粘附力由于膜與支承層成為一體而得到極大提高。圖6和圖7示例出了根據(jù)本發(fā)明的原理制造的帶三維圖案的膜疊層。
本發(fā)明的膜襯底可以是多種烯屬熱塑性聚合體，包括、但不限定于等規(guī)聚丙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、非晶態(tài)聚丙烯、聚丁烯、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、聚苯乙烯、以及它們的組合。
帶圖案的膜或膜疊層能夠被用于多種衛(wèi)生學、醫(yī)學和工業(yè)應用。適合的最終用途包括、但不限定于外科用帷簾、外科用罩衣、醫(yī)用擦布和類似物。此外，本發(fā)明的膜適用于多種衛(wèi)生學的最終用途，其中，膜能夠被用作吸附物品的組成成分，例如女性護理產(chǎn)品、失禁裝置、尿布和類似物。
紡粘過程涉及提供熔融態(tài)聚合體，然后，熔融態(tài)聚合體在壓力下被擠壓通過被稱為噴絲板或型板(die)的板內(nèi)的大量的孔。所得到的連續(xù)細絲被淬火并通過多種方法中的任何一種方法被拉伸，例如槽拉伸系統(tǒng)、衰減器槍或?qū)Ыz輥。連續(xù)細絲在移動的多孔表面上例如線網(wǎng)傳送帶上被集中成為松散的網(wǎng)。當為了形成多層織物而使用多個噴絲板時，后續(xù)的網(wǎng)在前面形成的網(wǎng)的最上層表面上被集中。然后，所述網(wǎng)通常通過涉及熱和壓力的方法被至少短暫固定，例如通過加熱點結(jié)合法。使用這種結(jié)合方法，網(wǎng)或網(wǎng)的各層在兩個熱的金屬輥之間經(jīng)過，其中一個金屬輥具有要加入并達到點結(jié)合的期望程度的壓花圖案，通常整個表面區(qū)域的大約百分之十到百分之四十被這樣結(jié)合。
連續(xù)細絲紡粘層或多層連續(xù)細絲紡粘層的熱塑性聚合體選自帶有乙烯-碳氟共聚物，尤其是乙烯-氯三氟乙烯(ECTFE)的聚烯烴、聚酯、聚酰胺和鹵代聚合物，其中，聚烯烴選自聚丙烯、聚乙烯以及它們的組合。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，連續(xù)細絲網(wǎng)或多個連續(xù)細絲網(wǎng)可以由相同的或不同的熱塑性聚合體構(gòu)成。此外，連續(xù)細絲可以包括單一組分的、雙組分的和/或多組分的輪廓，以及可改變性能的添加劑和它們的混合物。
此外，連續(xù)細絲網(wǎng)可以通過熔噴過程由不連續(xù)的細絲網(wǎng)構(gòu)成。熔噴過程是與用于形成無紡織物層的紡粘過程相關(guān)的方法，其中，熔融態(tài)聚合體在壓力下被擠壓通過噴絲板或型板內(nèi)的孔。當其從型板中脫出時，高速空氣沖擊其上并產(chǎn)生細絲。這個步驟的能量使得所形成細絲的直徑被大大縮減，而且細絲被分段，從而產(chǎn)生限定長度的微纖維。這個過程與紡粘過程不同，在紡粘過程中連續(xù)的細絲被保存。形成單層或多層織物的過程是連續(xù)的，即，這個過程的步驟，從細絲被擠壓出以形成第一層和后續(xù)層，到通過各層的合并以形成復合織物，是不中斷的。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，還包括把熔噴屏障層與附加層并置，附加層選自無紡織物、機織織物、膜和它們的組合。
毫微但尼爾細絲也可以合并到其中。適當?shù)暮廖⒌釥柕倪B續(xù)細絲層能夠通過下面兩種方法形成，即，直接紡織出毫微但尼爾細絲，或者在沉積在襯底層上之前形成一種可被分成毫微但尼爾細絲的多成分細絲。兩個美國專利No.5,678,379和No.6,114,017都加入在這里引作參考，可實行的直接紡織過程作為示例用于支持本專利。兩個美國專利No.5,678,379和No.6,114,017都加入在這里引作參考，可實行的直接紡織過程作為示例用于支持本專利。
圖1描述了在生產(chǎn)過程中用于把三維特征加入到連續(xù)細絲網(wǎng)或疊層中的裝置。圖1包括圖像和圖案鼓24，其包括用于在連續(xù)細絲襯底上產(chǎn)生圖像和圖案的三維圖案轉(zhuǎn)印裝置(ITD)。
根據(jù)本發(fā)明，至少一層連續(xù)擠壓的無紡細絲被直接沉積在三維圖案轉(zhuǎn)印裝置的多孔表面上。ITD可以可選擇地包括支承真空輥。真空輥設置抽吸部，從而在ITD內(nèi)通過大量的孔拉出細絲。無紡織物包括至少一層連續(xù)細絲網(wǎng)。此外，織物可以包括至少一個支承襯底。適當?shù)闹С幸r底包括各種多孔人造短纖維網(wǎng)或連續(xù)細絲網(wǎng)，其可以是平面的或非平面的，以及，可以是有孔的或無孔的。
在擠壓之前，熔融態(tài)聚合體可以同例如熱穩(wěn)定劑、UV、抗靜電劑、著色劑和成核劑的各種可增強性能的熔融添加劑進行混合。尤其可以混合成核劑，以產(chǎn)生更加穩(wěn)定的紡織過程，并且，在同等的工藝條件下，能夠使強度大大增加?？椢镄纬芍螅梢允褂闷渌稍鰪娦阅艿奶砑觿椢镞M行處理。
帶有圖案的無紡織物可以應用在多種衛(wèi)生學的、醫(yī)學的和工業(yè)應用中。合適的最終用途包括、但不限定于外科用帷簾、外科用罩衣、醫(yī)用擦布，還用于多種女性護理產(chǎn)品、失禁裝置、尿布以及類似物的吸附物品的組成成分。此外，所述織物可以用在工業(yè)應用中，包括用于散熱器護柵、草坪設備和汽車的戶外保護性覆蓋物，或用作蓄電池隔板、過濾裝置或工業(yè)保護性服裝。
由前述可以看到，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以進行多種修改和變更。需要明白的是，這里示出的特殊實施例不希望或不應被推斷為受到限定。通過附加的權(quán)利要求書，本文所公開的內(nèi)容希望覆蓋在權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有這種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制造帶三維圖案的膜的方法，包括下列步驟a.提供熔融態(tài)聚合體；b.提供多孔表面；以及c.把所述熔融態(tài)聚合體擠壓到用于形成帶圖案的膜的所述多孔表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造帶三維圖案的膜的方法，其中，所述多孔表面是三維圖案轉(zhuǎn)印裝置。
3.一種用于制造帶三維圖案的膜的方法，包括下列步驟a.提供熔融態(tài)聚合體；b.提供多孔表面；c.提供保持裝置；以及d.把所述熔融態(tài)聚合體擠壓到所述多孔表面上，形成膜，其中，所述保持裝置可穿通多個用于形成多孔的小孔而拉伸并形成所述帶圖案的膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造帶三維圖案的膜的方法，其中，所述保持裝置為真空裝置。
5.一種用于制造帶三維圖案的膜的方法，包括下列步驟a.提供支承層；b.提供熔融態(tài)聚合體；c.提供多孔表面；e.提供保持裝置；f.把所述支承層安置到所述多孔表面上；以及g.把所述熔融態(tài)聚合體擠壓到所述支承層上，形成膜疊層，其中，所述保持裝置通過可造成帶圖案的膜疊層效果的多個孔拉出支承層和熔融態(tài)聚合體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造帶三維圖案的膜的方法，其中，所述支承層選自纖維的或細絲的無紡織物、機織織物、膜和它們的組合。
7.一種用于制造帶三維圖案的連續(xù)細絲無紡織物的方法，包括下列步驟a.提供熔融態(tài)聚合體；b.提供三維圖案轉(zhuǎn)印裝置；以及c.把所述熔融態(tài)聚合體擠壓到用于形成帶圖案的織物的所述三維圖案轉(zhuǎn)印裝置上。
8.一種用于制造帶三維圖案的連續(xù)細絲無紡織物的方法，包括下列步驟a.提供支承層；b.提供熔融態(tài)聚合體；c.提供三維圖案轉(zhuǎn)印裝置；b.提供保持裝置；c.把所述支承層安置到所述三維圖案轉(zhuǎn)印裝置上，以及d.把所述熔融態(tài)聚合體擠壓到所述支承層上，形成疊層，其中，所述保持裝置通過可造成帶圖案的疊層效果的所述三維圖案轉(zhuǎn)印裝置內(nèi)的多個孔，拉出所述支承層和所述熔融態(tài)聚合體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造帶三維圖案的連續(xù)細絲無紡織物的方法，其中，所述保持裝置為真空裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造帶三維圖案的連續(xù)細絲無紡織物的方法，其中，所述支承層選自纖維的或細絲的無紡織物、紡織織物、膜和它們的組合。
全文摘要
一種通過把聚合體融熔物(15)直接擠壓到三維表面上，從而制造帶三維圖案的膜的方法，其中，至少一層連續(xù)擠壓的無紡細絲被直接沉積在三維圖案轉(zhuǎn)印裝置的多孔表面上。
文檔編號B29C59/06GK1756640SQ200480005701
公開日2006年4月5日 申請日期2004年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者約翰·豪斯勒爾, 拉爾夫·Ⅲ·穆迪, 尼克·卡特, 羅伯特·戴爾, 詹姆斯·謝弗 申請人:帕里莫集團有限公司