專利名稱：開式毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，制造該結(jié)構(gòu)的改進(jìn)工藝及其擠壓模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是吸濕結(jié)構(gòu)，特別是涉及人造毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有一結(jié)構(gòu)內(nèi)的吸收和輸送流體的能力，本發(fā)明還涉及制造這種毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)的工藝方法。
很久以來，人們就知道生產(chǎn)和利用用于編織和無紡材料的人造纖維，這種纖維也用作用后易于處理的產(chǎn)品，例如尿布、月經(jīng)帶等。良好的吸濕能力和芯吸效應(yīng)在這些產(chǎn)品中通常是所需要的特性。在吸濕墊中顯然需要高的吸濕能力和芯吸效應(yīng)，因為這些墊的主要目的是吸收沉積的流體。同樣，通常需要這些墊子能夠芯吸流體離開沉積區(qū)，以便防止該沉積區(qū)域發(fā)生故障，而且以便更充分地利用墊子的吸濕性能。作為穿著的服裝，常常希望的是芯吸汗水離開皮膚，以使汗水易于揮發(fā)，并且以防止皮膚有“粘糊糊”的感覺。
按常規(guī)，吸濕墊是由天然纖維素纖維構(gòu)成，在這種墊中吸濕是借助流體滲入到纖維素纖維腔管的內(nèi)部和流體在纖維間的毛細(xì)空間的存留的共同作用來完成的。芯吸主要是通過這種纖維間的毛細(xì)空間所起的作用來完成的。近來，多種吸濕墊對于用后易于處理的產(chǎn)品，特別是尿布，加有聚合膠凝劑，它可吸收流體以形成一種不溶性凝膠。使用這種聚合凝劑便于設(shè)計成薄的、低松度的尿布。然而由于纖維吸濕能力作用的有效部分是由聚合膠凝劑來完成的，因此，使用這種聚合膠凝劑可增加纖維的芯吸特性的重要性。但是，由于通常用來獲得和分布人體流體排出物的纖維的分布特性受到限制，纖維相當(dāng)大的部分、聚合膠凝材料，或另外吸收材料常常不能有效地利用。特別是墊子的大面積不貼緊于流體排泄物，使其仍常常處于不使用狀態(tài)或者不能有效地利用，甚至當(dāng)墊子的其他區(qū)域相對于故障(如泄漏)點已經(jīng)過飽和亦便如此。因此這就非常希望所提供的纖維素材料相對于一般所使用的纖維和墊具備改善的芯吸效應(yīng)，它又是經(jīng)濟(jì)可行的，并且在低松密度吸濕產(chǎn)品的制品中它能有效地輸送流體。
一般纖維的顯著缺點是，芯吸流體的能力很大程度上取決于構(gòu)成墊的松密度。當(dāng)選擇的設(shè)計參數(shù)為形成墊的觸覺柔軟度時，除了建立有關(guān)纖維間毛細(xì)尺寸的比較評定，還必須考慮芯吸率和容積流動率以及其他因素。通常情況下，柔軟度將隨著松密度和纖維間毛細(xì)管的增加而減小。因此，在吸濕產(chǎn)品的設(shè)計中，必須常常兼顧美觀和結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，以獲得所希望的吸濕能力和芯吸效應(yīng)。這些相同的因素和缺點也適用于由一般合成纖維所構(gòu)成的墊，比如，其合成纖維包括尼龍、聚酯，聚丙烯以及化學(xué)纖維素纖維。
用親水性纖維來增加纖維墊的芯吸效應(yīng)的技術(shù)已經(jīng)被使用，顯然這種處理方法可有效增加芯吸能力，但是它們不能增加纖維的液體分布特性，來使大量的液體能夠大大有效地從流體排泄區(qū)域輸送到與此相距的吸濕物的區(qū)域。對于柔軟，低密度的墊，親水處理也不能影響考慮稀少的毛細(xì)管一般經(jīng)驗評定。
已經(jīng)試驗的另一種方法是所形成的纖維具有纖維間的毛細(xì)管通道，這種纖維各自具有芯吸流體的能力，不需要依靠緊緊貼近相鄰的纖維以形成纖維間的毛細(xì)管通道。具有溝槽或纖維間通道的各種纖維的技術(shù)方案已被提出。但是決不意味著已表示全面評述這種技術(shù)，可以認(rèn)為如下所示的參考文獻(xiàn)至少為公開的技術(shù)。
法國專利955，625，Paul Chevalier發(fā)明的“人造纖維紡絲的改善”，公開于1950年1月16日，其中公開了據(jù)稱具有改進(jìn)的毛細(xì)管的合成原纖。所說這種纖維在其軸向方向上具有連續(xù)的或不連續(xù)的溝槽部分，即平行于纖維軸。該專利還揭示了制造這種纖維的工藝方法，其中包括用來使纖維形成為所要求形狀的第1紡絲頭和與第1紡絲頭相直接聯(lián)系的第2紡絲頭，其中由一個隔板與第1紡絲頭隔開，以冷卻纖維，第2紡絲頭連接于一個冷卻裝置。
美國專利US3，121，040，Gilbert Shaw發(fā)明的“非取向聚烯烴長絲，”公開于1964年2月11日，該專利揭示了各種塑料長絲，以及制造這些長絲的工藝方法，據(jù)稱，在用于涂料刷這種的使用中，在變形和抗取向(即纏結(jié))之后，長絲顯示了良好的恢復(fù)狀態(tài)。所說的這些物品是通過制備具有多種截面的纖維而獲得的，這些纖維構(gòu)成了內(nèi)連墊，該墊具有特別指定條件的墊長，墊厚及其范圍。
美國專利US4，054，709，M，N、Belistin等人發(fā)明的“人造纖維、紗線及其紡織品，”公開于1977年10月18日，所揭示的聚己內(nèi)酰胺和聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維呈現(xiàn)的橫截面形狀至少有兩個相交輻射狀的直線所形成的組成部分構(gòu)成，該輻射狀直線確定了開式毛細(xì)管通道和該組成部分的內(nèi)連橋接的特殊線路，這線路以10°至70°相交以形成毛細(xì)管通道，所說的纖維呈現(xiàn)的外觀和導(dǎo)濕性以及吸水性近似于天然紡織品。
美國專利US4，381，325，Yutaka Masuda等人發(fā)明的“存留液體的合成纖維，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品，”公開于1983年4月26日，該專利所揭示的液體存留合成纖維具有一個結(jié)實的尖的自由端和一個錐形部分，所揭示的纖維所包括的實施例在沿纖維的軸向長度上布置著許多通道。
歐洲專利申請883069，87.4，公開號0，301，874，公開于1989年2月1日，Andrew G，Wilkes和Alan J.Bartholomew，發(fā)明的“纖維素纖維”，該專利揭示的粘膠長絲具有多支型的橫截面，如Y、X、H和T型，所說的長絲可用于吸濕產(chǎn)品和編織以及無紡織物。
美國專利US 4，286，005，Richard M.Berger，發(fā)明的“打印標(biāo)記裝置使用的油墨儲存元件，方法和生產(chǎn)裝置”，公開于1981年8月25日，該專利揭示的油墨儲存元件是由一個柔性熱塑性纖維材料的片材和發(fā)泡擠出的聚酯織物的粘結(jié)片材所構(gòu)成的。該元件均勻地塑出一系列的平行溝槽。塑出的片材被壓緊并且粘結(jié)到一個尺寸穩(wěn)定的物體上，其縱向軸延伸平行于模壓溝槽。
美國專利US 4，623，329，James.L Drobish等人發(fā)明的“排放和浸漬的導(dǎo)液管，具有一個毛細(xì)管襯套以形成一個用于液體抗菌劑的儲存器”，公開于1986年11月18日，該專利揭示的導(dǎo)液管在內(nèi)表面具有縱向的毛細(xì)管道或溝槽，溝槽最好具有一個合適的表面接觸角，用來分配這種特殊的流體，可以施以表面處理以改變表面接觸角。
日本專利申請151617-1979，公開于1979年11月29日，Teijin KK發(fā)明的“合成纖維”，它揭示的各種改進(jìn)斷面的合成纖維，特別是聚酯或聚酰胺纖維，所具有的橫截面形狀，其特征是在軸向方向上細(xì)密的細(xì)孔具有0.01至5微米的直徑，0.016的細(xì)孔的總的橫截面相對于纖維總的橫截面區(qū)域的50%，該纖維可以加添加劑以增加對水的吸收特性。
盡管有上述這些建議，但是仍然希望提供柔軟的、抗塌陷的、毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)，其顯示出纖維間的吸濕容量和芯吸能力的進(jìn)一步改善。因此本發(fā)明的目的是提供這種結(jié)構(gòu)，它可以生產(chǎn)并加以應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)性相對于前面所述的技術(shù)得到了改善。更特別的是，本發(fā)明的目的是提供這種結(jié)構(gòu)，改善了以單位重量為基礎(chǔ)的吸濕容量同時具有高的毛細(xì)管吸力(即流體克服重力上升的最大高度)，在操作和使用期間，毛細(xì)管通道也能抗塌陷。
本發(fā)明的另一目的是提供上述的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以纖維形成，并且它能用于做編織和無紡織物材料，或者以墊狀或束狀的形式使用，例如吸濕產(chǎn)品(如尿布、月經(jīng)帶等)。
本發(fā)明的另一目的是，提供毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)柔軟的片材或膜的形式。
本發(fā)明的另一目的是提供吸濕產(chǎn)品，包括使用后易于處理的吸濕產(chǎn)品，如毛細(xì)管通道纖維作為一個組件。
本發(fā)明的另一目的是提供柔軟的、抗塌陷的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)特別適于輸送和/或儲存含有水的液體。
本發(fā)明的另一目的是提供柔軟的、抗塌陷的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)特別適于輸送和/或儲存有機(jī)液體，如油。
本發(fā)明的另一目的是提供一種加工工藝，以制造所改善的毛細(xì)管道結(jié)構(gòu)，而該毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)可滿足上述的目的。
本發(fā)明的另一目的是提供加工設(shè)備，并且利用連同上述的工藝技術(shù)。該設(shè)備便于生產(chǎn)這種改善的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的這些目的和其它效益及其使用，能夠在下面的描述中獲得。
本發(fā)明提供的抗塌陷毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)一般來說包括一種聚合物成份，并且至少有一個結(jié)構(gòu)內(nèi)的毛細(xì)通道，其中毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)具有一個軸向基底和至少兩個從基底伸出的壁，典型地(但不是必須)，該壁基本上沿著基底構(gòu)件的整個長度延伸，因此基底構(gòu)件和壁限定所說的毛細(xì)管通道。盡管在此所說的毛細(xì)管道結(jié)構(gòu)可有一個毛細(xì)管通道或多個毛細(xì)管通道，為了方便起見，為此，結(jié)構(gòu)描述中使用的“通道”指單個或多個“通道”，該結(jié)構(gòu)可有一個通道或多個通道，多個通道的如具有多于一個的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步特征在于毛細(xì)管通道的橫截面在通道的軸向方向上基本沿著結(jié)構(gòu)的長度開通，以便流體能夠從其通道的外側(cè)被接收。一般典型的結(jié)構(gòu)將有至少約為2.0cc/g的毛細(xì)管容重比SCV(Specific Capillary Volume)較好的至少為2.5cc/g，更好的至少約為4.0cc/g，并且毛細(xì)管的比表面積SCSA(Specific Capillary Surface Area)至少為2000cm2/g，較好的至少為3000cm2/g，最好的至少為4000cm2/g?？梢源_信，這些值比較于一般的纖維材料和前面所揭示的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)的所相應(yīng)的綜合值要高得多，并表明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征是在單位重量的底上改善了流體容量和改善了輸送和儲存流體的能力。
通常SCV是在單位重量為基底的吸濕結(jié)構(gòu)上，流體容積的量度，由此反映了吸濕結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性能，然而，為使結(jié)構(gòu)具有高的SCV同時具有毛細(xì)管高的吸力，它是通過結(jié)構(gòu)內(nèi)的毛細(xì)管輸送，以一個實際上的容積率，(即在單位重量為基底的結(jié)構(gòu)上，使其具有極好的芯吸流體能力)，其所設(shè)計的結(jié)構(gòu)必須使毛細(xì)通道表面積在固體結(jié)構(gòu)的材料與所被輸送流體之間有較高程度的接觸。這是因為毛細(xì)管吸力(換句話說，“流體靜壓力”)是部分地取決于固體結(jié)構(gòu)與流體之間的兩表面接觸面積。SCSA是該結(jié)構(gòu)的每單位重量上，結(jié)構(gòu)上的毛細(xì)管通道與流體有效接觸的表面積的量度，由此前述要求的SCV和SCSA的綜合值通過提供具有有效的毛細(xì)管通道設(shè)計的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)，并且重要的是具有相當(dāng)薄的毛細(xì)管通道壁和/或通道基底而得以滿足。
如上所述，本發(fā)明的毛細(xì)管道結(jié)構(gòu)特征在于與毛細(xì)管通道寬度相比具有相當(dāng)薄的壁和基底，然而，為了使提供的毛細(xì)管通道有足夠的SCV，其壁必須有足夠的高度，這樣，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)還有一個特征是具有比較“細(xì)長”的壁，對于毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)的壁和底的細(xì)長度能夠根據(jù)一個“細(xì)長比”來表征，其細(xì)長比的計算在下面實驗方法部分中描述。本發(fā)明的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)較好的至少約有9的細(xì)長比，更好的是至少約有15，最好的是至少約為20，并且毛細(xì)管通道的平均寬度小于0.30mm，較好的是小于0.20mm，最好小于0.10mm。
然而，為了充分利用通道結(jié)構(gòu)的流體輸送特性，其結(jié)構(gòu)在干態(tài)，并且較好的是在濕態(tài)，也能抗塌(相對于毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)，在此使用“濕”可包括水或其它液體，包括有機(jī)液體如油，取決于欲由結(jié)構(gòu)來輸送和/或吸收的液體)。
壁和/或基底厚度以及毛細(xì)管通道的幾何形狀和彈性模量能夠影響于通道的抗塌陷性。為此，抗塌陷性由抗壓強(qiáng)度來測量(即，CS)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)至少有約0.2PSI(近似于13800dynes/cm2)的抗壓強(qiáng)度，較好的是至少約1.0PSI(約69000dynes/cm2)更好的是至少約為2.0PSI(約138，000dynes/cm2)，這種抗壓強(qiáng)度能夠借助于相對比較薄的、“細(xì)長”的壁和特別是本發(fā)明的意想不到的基底來獲得。
這些抗壓強(qiáng)度的值是結(jié)構(gòu)在干態(tài)(下文為“干抗壓強(qiáng)度”)來獲得的，并且較好是在結(jié)構(gòu)浸入到液體(如含水的流體或油)之后，該結(jié)構(gòu)輸送和/或儲存流體來獲得的其抗壓強(qiáng)度(下文為“濕抗壓強(qiáng)度)。
在下面實驗方法的題目中將要描述毛細(xì)管容重比SCV、毛細(xì)管比表面積SCSA和抗壓強(qiáng)度CS的測定方法。
本結(jié)構(gòu)特別適于用來儲存和芯吸流體，并且特別能夠適合于特殊類型的流體，如含水的流體和油，(在此使用的術(shù)語“流體”或“一些流體”指的就是液體，與氣體不同)。
對于用來輸送和/或貯有含水的溶液的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成本結(jié)構(gòu)的聚合物成份可取的特征是，至少有約20dynes/cm的具有蒸餾水的粘合張力，較好的是至少約有25dynes/cm，測量粘合張力的方法過程將在下面描述。用來輸送和/或貯有油基的流體和其它非水流體的結(jié)構(gòu)，其可取的特征是至少有約10dynes/cm的具有n-癸烷的粘合張力。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠呈纖維狀態(tài)，其中基底橫截面是一個實心的或是軸向中心為空心的毛細(xì)管，典型地該毛細(xì)管有一個小于0.1cm的輸液直徑，該結(jié)構(gòu)也可以是類似長絲的纖維條，其中基底部分在幾何形狀上是標(biāo)稱平面，并且實際具有小于0.5cm寬度，該寬度垂直于毛細(xì)管通道的縱向軸。在此所使用的“標(biāo)稱平面”具體表示其結(jié)構(gòu)基底的部分既可以是平的(即平面)也可以是曲線的，所提及的結(jié)構(gòu)的寬度是在展開的，非曲線平面狀態(tài)下測量的。為了方便起見，除了另作特別說明有相反的含意外，在這里基底部分的幾何形成的術(shù)語“平面”是指“標(biāo)稱平面”，同樣，除了另作特別說明外，術(shù)語“纖維”將指具有軸心芯的纖維以及類似長絲的纖維條的兩種結(jié)構(gòu)。
纖維能以非常廣泛的形式來利用，例如包括可以為束狀，編織與無紡織物、紗線狀的形式等等，另外纖維能以卷曲形式提供于墊中等。在其各種形式中，纖維被廣泛地應(yīng)用，包括吸濕產(chǎn)品中的吸濕芯(例如尿布、月經(jīng)帶、繃帶等)，吸濕產(chǎn)品中表面面片和液體分布層片，紡織用途中象衣服，藥布，老年人用襯里。
本發(fā)明的另一種情況為，本發(fā)明的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)是以毛細(xì)管通道片材的形式提供的，它具有一個平面基底部分(如上述定義)。毛細(xì)管通道片典型的具有至少為1.2cc/g的SCV，較好的至少有2.0cc/g，更好的至少有2.5cc/g，最好的至少有4.0cc/g，并且至少有500cm2/g的毛細(xì)管的SCSA，較好至少有2000cm2/g，更好的至少有3000cm2/g，最好的至少有4000cm2/g。毛細(xì)管通道片材較好地還須具有至少為3的細(xì)長比，更好的細(xì)長比為9，更進(jìn)一步好的至少約有15，最好至少約有20的細(xì)長比。該片材產(chǎn)品的另一些參數(shù)同結(jié)構(gòu)一起在前面作了一般的敘述。這種毛細(xì)管通道片材將典型地具有一個寬度，與毛細(xì)管通道的縱向軸垂直地測量，其寬度大于0.5cm，典型的是大于2cm，應(yīng)該清楚地知道，這些是最小極限，所設(shè)想的片材寬度不意味著受限于這么低的寬度。片材可意味著包括任何寬度，例如包括相當(dāng)于或超過于薄膜吹塑工藝制造的典型片狀的寬度。對于區(qū)別毛細(xì)管通道纖維與片材之間最小和最大數(shù)字的限定是用于澄清這樣的概念，即區(qū)別長絲型用途的結(jié)構(gòu)與用于片材型用途的結(jié)構(gòu)，并且不意味著對本發(fā)明的范圍的必要限定。毛細(xì)管通道片材在吸濕產(chǎn)品中能夠用作液體的分配片(例如尿布、月經(jīng)帶、繃帶、織物調(diào)節(jié)輸液物品，清潔物如擦布和用于清洗的物品，繃帶和毛巾等以用來弄干表面的液體)。
本發(fā)明的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)顯著的益處是通過纖維內(nèi)的毛細(xì)管芯吸將液體源或儲存處的液體輸送到較遠(yuǎn)的地方。在以前，當(dāng)加強(qiáng)液體的輸送而輸送較長距離時，主要取決于纖維間毛細(xì)作用的纖維材料的墊則會減少流體體積輸送能力，相反當(dāng)墊用來輸送較大容量液體時，對于流體所能夠輸送的距離就會縮短。在背景技術(shù)中所述現(xiàn)有的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)，由于在一定程度上所到限制，降低了這種選擇評定的性能。然而，本發(fā)明能夠提供一種具有毛細(xì)管容量，輸送高度，抗塌陷和經(jīng)濟(jì)效益的綜合性能的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，這在已知的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)是不具有的。
下面結(jié)合附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明各種實施例。本發(fā)明的范圍由后面的權(quán)利要求將特別地和清楚地給以限定。
在此提供一種制造毛細(xì)管通道的改進(jìn)工藝，經(jīng)改善的毛細(xì)管通道的定形能在毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)的擠壓與拉伸之間獲得，這種工藝包括(a)喂入一種可流動的，熔融聚合物組合物通過一個擠壓模的毛細(xì)通道小孔，其中擠壓模的毛細(xì)通道小孔的特征在于，它具有一個環(huán)形基底的小孔，許多毛細(xì)管通道壁小孔從基底環(huán)孔的徑向延伸而形成，以便聚合物組合物從擠壓模擠出時形成空心環(huán)形基底和許多從基底上徑向延伸的毛細(xì)管通道壁，所說的基底層和許多壁形成了許多毛細(xì)通道，并且所說的擠壓模具有一個氣體進(jìn)口部分，它位于所說環(huán)形基底小孔的內(nèi)部;
(b)在喂入所說的聚合物組合物通過所說的擠壓模的毛細(xì)管小孔的同時，在與所說的熔融聚合物組合物相同流動方向喂入氣流通過所說的氣體進(jìn)口部分。
(c)在聚合物組合物由擠壓模擠出之后，拉伸毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)以達(dá)到所要求的尺寸并且冷卻所說的結(jié)構(gòu);因此在所說的結(jié)構(gòu)的冷卻和拉伸期間，所說的氣流防止所說的環(huán)形毛細(xì)管通道的塌陷。
提供所述的上面的工藝的擠壓模也是本發(fā)明的一個方面。尤其是，這種模由一個擠壓模構(gòu)成，所說的模含有一個毛細(xì)管通道小孔薄層，所說的薄層有一個環(huán)形基底孔，由其縱向延伸形成了許多毛細(xì)管通道壁孔，所說的毛細(xì)管通道小孔薄層相對于所說的環(huán)形基底孔另外還有一個內(nèi)部區(qū)域和一個外部區(qū)域，氣體入口安置在所說環(huán)形基底孔的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)，以及包括相對于外部區(qū)域，可使內(nèi)部區(qū)域定位的裝置。


圖1是本發(fā)明毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的橫截面剖示圖，這個結(jié)構(gòu)表示的是一個毛細(xì)通道條并在其基底的一側(cè)上具有毛細(xì)通道，在此用共同的術(shù)語“纖維”來表示;
圖2是本發(fā)明纖維的毛細(xì)通道的橫截面剖示圖，在其基底的兩側(cè)上有毛細(xì)通道;
圖3是本發(fā)明纖維的毛細(xì)通道的橫截面剖示圖，它具有一個基底，由其毛細(xì)通道壁徑向延伸以形成毛細(xì)管通道;
圖4是本發(fā)明毛細(xì)通道片材的透視圖;
圖5是本發(fā)明毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的透視圖，描繪了壁和基底的厚度以及毛細(xì)通道的深度和寬度，還描繪了由結(jié)構(gòu)的通道所裝有流體的彎月形面;
圖6是毛細(xì)通道壁的透視圖，該壁具有毛細(xì)管之間流體互流的小孔;
圖7是擠壓模的正視圖，該擠壓模設(shè)有一個適合于制造毛細(xì)通道纖維的小孔，而該纖維具有一個平面基底和在底層的一側(cè)上有毛細(xì)通道;
圖8是擠壓模的正視圖，該擠壓模設(shè)有一個適合于制造毛細(xì)通道纖維的小孔，而纖維具有一個平面基底并且在基底的兩側(cè)上有間隔變化寬度的毛細(xì)通道;
圖9是擠壓模的正視圖，該擠壓模設(shè)有一個適合于制造毛細(xì)通道纖維的小孔，而纖維具有一個平面基底層并且在基底層的兩側(cè)上具有相同寬度的毛細(xì)通道;
圖10是另一種擠壓模的正視圖，該擠壓模設(shè)有一個適合于制造毛細(xì)通道纖維的小孔，其纖維具有一個平面基底并且在基底的一側(cè)上有毛細(xì)通道;
圖11是擠壓模局部擴(kuò)展的正視圖，該擠壓模設(shè)有一個適合于制造毛細(xì)通道纖維的小孔，而纖維具有圓形內(nèi)基底，并且在纖維的各側(cè)上有開口的毛細(xì)管通道。
圖12是擠壓模的正視圖，該擠壓模設(shè)有一小孔，其中毛細(xì)通道基底小孔是環(huán)形的，并且毛細(xì)通道壁小孔是徑向向外延伸的;
圖13是擠壓模的正視圖，它類似圖11，只是沒有設(shè)置毛細(xì)通道壁小孔，該壁提供的毛細(xì)通道間隔寬度是不相等的;
圖14是擠壓模背面的透視圖，該擠壓模具環(huán)形的毛細(xì)通道基底小孔;
圖15是擠壓模部分小孔形狀的正視圖，它表示一膨部在毛細(xì)通道壁小孔末端的端部上朝著毛細(xì)通道基底小孔;
圖16是擠壓模的正視圖，擠壓模具有環(huán)形的毛細(xì)管通道基底小孔，其中毛細(xì)通道壁小孔徑向外延伸，其改進(jìn)的壁在由這種擠壓模所制成的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)上提供瓶形的毛細(xì)管通道;
圖17是毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的橫截面剖視圖，該結(jié)構(gòu)具有一個普通的瓶形毛細(xì)管通道，并由如圖16所述的一個擠壓模制成;
圖18是一毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)橫截面的顯微照片(195×);
圖19是毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)橫截面顯微照片(325×)，其中該結(jié)構(gòu)具有一個平面基底，并且具有毛細(xì)通道壁，其壁基本上互相平行，并且基本上垂直于基底;
圖20是毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)橫截面的顯微照片(325×)，其中該結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管寬度不等;
圖21是毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)橫截面的顯微照片(325×)，其中毛細(xì)通道是瓶形的;
圖22是具有平面基底的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)電子掃描顯微鏡(SEM)的顯微照片(200×)，該圖為透視圖;
圖23是毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的橫截面剖視圖，該結(jié)構(gòu)具有錐形毛細(xì)通道壁;
圖24是毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的橫截面剖視圖，其舉例說明用來測定毛細(xì)管容重比SCV和毛細(xì)管比表面積SCSA的各種措施;
圖25是毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的橫截面剖視圖，其舉例說明用來確定長細(xì)比和普通寬度的各種措施;
圖26是毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的橫截面剖視圖，舉例說明用來確定壁的平行度和壁對閉合毛細(xì)通道的直弦的垂直度;
圖27是毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)橫截面剖視圖，舉例說明毛細(xì)通道壁垂直于毛細(xì)通道基底;
圖28是毛細(xì)通道的橫截面剖視圖，該通道具有毛細(xì)通道基底周邊對基底寬度比的增量。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可由任何聚合材料制成，該材料在流體和毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)接觸中是不可溶的。有利的是，所應(yīng)用的材料為熱塑性聚合物，它可通過擠壓工藝過程被擠壓和拉伸以形成最終產(chǎn)品。適宜的聚合材料為聚酯，聚乙烯，聚丙烯，聚酰胺，化學(xué)纖維素基的聚合物，如粘膠纖維，二醋酯或三醋酯以及聚苯乙烯。共聚物、三元共聚物等以及接枝聚合物也可使用。聚酯和二羧酸或二羧基酯與乙二醇的共聚物也應(yīng)該是本發(fā)明應(yīng)用的一種墊塑性聚合物。用于生產(chǎn)聚酯共聚物的二羧酸和酯的化合物是本專業(yè)普通技術(shù)人員所熟知的，它們包括對苯二甲酸、間苯二酸，P，P′-二苯基二羧酸，P，P′-二羧基二苯基乙烷，P，P′-二羧基二苯基己烷，P，P′-二羧基二苯基乙醚，P，P′-二羧基苯氧基乙烷和其二烴基酯以及相類似的化合物，在其烷基基團(tuán)中，含有1至5左右的碳原子。
可用于聚酯和共聚酯產(chǎn)品的酯族二元醇是具有2至10個碳原子的丙烯酸和脂環(huán)脂族二元醇，如乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，10-癸二醇另外也可考慮利用共聚物或接枝共聚物，三元共聚物，化學(xué)改性聚合物和類似物，它們具有恒定高度的表面親水性，并且不需要使用浸濕劑，而浸濕劑在與流體接觸時會從該結(jié)構(gòu)表面被沖洗掉。變性聚合物具有永久的親水性，這種改性的聚合物包括化學(xué)纖維素聚合物，纖維素乙酸酯類。此外，根據(jù)已知的工藝各種聚合物都可加入已知量的顏料(或染料)消光劑和光學(xué)增亮劑等。
通常所應(yīng)用的熱塑性聚合物較好的是不要有一個突變的熔融點(其工藝技術(shù)原因在后面論述)，寧可在玻璃化溫度上隨著增加溫度是非結(jié)晶的并逐漸軟化、另外希望其聚合物具有足夠粘合強(qiáng)度，這樣它便在擠壓過程中能夠拉伸到所希望的尺寸。通常，如果所形成的纖維的單根長絲的旦尼爾范圍是2至500，則其拉伸的聚合物其拉伸比至少為1000∶1，最好為2000∶1，以生產(chǎn)最終的產(chǎn)品。
用于本發(fā)明較好類型的聚酯是二元醇改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯(PETG)，適宜的PETG可從美國田納西肯斯頗特的伊斯特曼化學(xué)品公司(Eastman Chemical Products，Inc Kingsport，Tennessee，USA)獲得，其中商品名為KODARTM6763，玻璃化溫度約為81℃。
另外聚合物的可擠壓性，彈性模量也是重要的因素。由于本發(fā)明的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)有比較薄的毛細(xì)通道壁，該壁能會受到壓縮力或其它外部力的作用，用于制造該結(jié)構(gòu)的聚合物應(yīng)該可以抗壓應(yīng)力，在此所使用的聚合物材料在毛細(xì)結(jié)構(gòu)常使用的溫度下其彈性模量較好的至少100MPa，更好的至少為750MPa，最好的至少為1250MPa，這些溫度的典型范圍為15℃至40℃，然而它并不以此限定本發(fā)明。例如，KODARTM6763是本發(fā)明很有用的一種材料其彈性模量約為1700MPa。
另外的影響選擇聚合物的因素是其表面進(jìn)行化學(xué)改性的可處理性，其表面化學(xué)改性如，來增加其親水性。這樣，對于毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)用做吸收和/或輸送水基溶液，較好是使用聚酯為基的聚合物，而不是聚丙烯。然而這種選擇并不意味著以此來限定本發(fā)明的范圍。還有，根據(jù)其結(jié)構(gòu)所確定的用途，在欲使用該結(jié)構(gòu)的各種溫度下，希望所應(yīng)用的聚合物材料是柔軟的。由于其結(jié)構(gòu)的壁和基底都比較薄，甚至相當(dāng)高模量的聚合物也能夠用來制造柔軟的結(jié)構(gòu)，還仍可保持驚人的高抗塌陷性能。柔軟性將取決于象毛細(xì)通道壁和基底的厚度和尺寸及其彈性模量的因素。這樣，按此考慮所選擇的聚酯將非常易于使用和經(jīng)受各種溫度。選擇這樣適宜的聚酯材料完全是本專業(yè)一個普通技術(shù)人員所能做到的。
根據(jù)所想要的用途，毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)可由一些聚合物制造，該聚合物是親水性的或是親油性的，或能夠進(jìn)行親水或親油處理。用于制造本發(fā)明毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的聚合物的表面親水性是通過用表面活化劑或本專業(yè)技術(shù)人員已知的其他親水性化合物(下面總稱親水劑)進(jìn)行處理來增加的，使制造的毛細(xì)通道壁更易被水溶液潤濕。親水劑包括潤濕劑、如聚乙二醇單月桂酯(如PEGOSPERSETM200ml，聚乙二醇200單月桂酯，可由美國PA州Williamsport的Lonza公司獲得)，乙氧基化油醇(如，VOLPOTM-3，可由美國Croda，Inc，New York，獲得)。其它類型的親水劑和技術(shù)也能使用，包括在纖維和紡織工藝技術(shù)中的所已知用來增加芯吸效應(yīng)，改善易去垢特性等的技術(shù)。例如包括聚丙烯酸的表面接枝。適宜的市場上能買到的親水劑包括ZELCONTM去垢劑，一種非離子親水物，可從美國Delaware州Wilmington的杜邦公司(Dupont Co)獲得，以及Milease TTM舒適性整理劑，可由美國Delaware州Wilmington的ICI Americas Inc公司(ICI Americas Inc，Wilmington，DE，USA)獲得。
常用的親水劑以聚合物的重量為基數(shù)可達(dá)到約5%，然而這并不意味著限定于上面這個典型數(shù)量的上限的范圍。親水劑在結(jié)構(gòu)使用之前的各種階段，但是較好的是在結(jié)構(gòu)被拉伸到最終尺寸之前加入到聚合物上，例如，親水劑預(yù)先在聚合物熔融之前加入或在聚合物熔融之后時摻入進(jìn)去。添加親水劑也可在聚合物成形結(jié)構(gòu)之后，例如，在熔融紡、濕紡或干紡工藝中由擠壓模擠出之后，較好的是在拉伸到較小的有效直徑之前。在親水劑施加到已形成的結(jié)構(gòu)時，其工藝方法是制備水溶液化合物并在溶液中浸漬所述結(jié)構(gòu)或者將該溶劑噴涂在所述結(jié)構(gòu)上，這些技術(shù)可用來直接將親水溶劑溶液施于毛細(xì)通道的內(nèi)表面上。親水劑在低濃度時也能施加到結(jié)構(gòu)上。其后，結(jié)構(gòu)進(jìn)行干燥或用蒸發(fā)技術(shù)來干燥。一種有效的應(yīng)用方法是使結(jié)構(gòu)浸漬在變性酒精溶液中，例如該酒精含有近似0.3%的浸濕劑進(jìn)行約30分鐘的浸漬，然后讓結(jié)構(gòu)在金屬網(wǎng)上空氣干燥。
當(dāng)親水劑是在聚合物已形成毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)之前加入到熔融的聚合物時，親水劑能夠“浮散”，或在冷卻時轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)的表面上，這種助熔是比較理想的，因為它避免了在親水劑施加到已形成的結(jié)構(gòu)時干燥所使用的任何流體攜帶物的必要工藝過程。適合添加到聚合物熔融體的親水劑包括前面所述的VOLPOTM3，聚氧亞烷基脂肪酸酯，和烷氧基化烷基苯酚與單酸甘油酯、甘油二酸酯和/或甘油三酸酯的混合物。一種從含有親水劑熔體制備聚合纖維的工藝在US 4，378，144專利中做了更加詳細(xì)的描述，該專利發(fā)明人為Sawyer等，公開于1986年3月25日，在此可結(jié)合參考。
熱塑聚合物常常用在薄膜吹塑和紡織生產(chǎn)中，它包括聚酯，聚酰胺，聚丙烯等等，它們具有典型的親油性，并且不要求另外的處理，來使它們對非水的和有機(jī)的流體具有浸濕性。然而，如果輸送含水的流體，通常希望施加一種親水性劑到該聚合物組份上使其易于輸送含水的流體。
本發(fā)明的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)具有一個軸向基底和至少2個由基底伸出的壁，因此，基底和壁限定了至少一個毛細(xì)通道。較好的是其結(jié)構(gòu)將至少包括5個壁和至少4個毛細(xì)通道，更好的是至少有6個壁和至少有5個毛細(xì)通道。這并不是其結(jié)構(gòu)所有的毛細(xì)通道的最大理論值，毛細(xì)通道的最大數(shù)量取決于其結(jié)構(gòu)的需要以及制造他們的可行性。毛細(xì)通道基本上相互平行的，并且至少沿其長度的20%，更典型地至少沿其長度的50%，最典型地至少沿其長度的90%到100具有一開口的橫截面。
本發(fā)明提供的柔性抗塌陷毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)是由聚合物組合物構(gòu)成，并在結(jié)構(gòu)內(nèi)至少有一個毛細(xì)通道，其中結(jié)構(gòu)有一軸向基底和至少2個由基底伸出的壁，典型的(但不是必要的)是沿基底構(gòu)件的基本整個長度上伸出，因此，基底構(gòu)件和壁確定所說的毛細(xì)通道。通常由基底伸出的壁在基底的軸向方向上至少有0.2cm的間距，較好的是至少約為1.0cm。結(jié)構(gòu)的實際長度僅由實際有關(guān)的因素限定。雖然毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)可具有一個毛細(xì)通道或許多毛細(xì)通道，為了方便起見，“通道”在結(jié)構(gòu)中既指具有僅有這樣的一個通道的單“通道”或也指具有多于一個通道的多通道。結(jié)構(gòu)另一特征在于毛細(xì)管通道沿實際長度方向上是開著的，這樣由于這種開著的結(jié)構(gòu)，流體能夠從通道的外側(cè)被接收。通常該結(jié)構(gòu)典型地具有至少約2.0cc/g的SCV，較好的至少為2.5cc/g，更好的至少為4.0cc/g，并且具有至少約2000cm2/g的SCSA，較好的至少約為3000cm2/g，更好的至少約為4000cm2/g。用于測量SCV和SCSA的步驟在實驗方法部分中進(jìn)行說明。
這些數(shù)值確信比傳統(tǒng)的纖維材料和以前所描述的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)的相應(yīng)綜合數(shù)值要高得多，并表示出改善了液體容量和改善了以一結(jié)構(gòu)重量為基礎(chǔ)的輸送和儲存液體容量的能力，這表明了本發(fā)明的特征。
通常，SCV是吸濕結(jié)構(gòu)在單位重量基礎(chǔ)上的液體容積的量度，由此表示了吸濕結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性能，然而，為使結(jié)構(gòu)具有高的SCV同時具有毛細(xì)管的高吸力(即在單位重量基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)上，以實際的容積率，通過結(jié)構(gòu)內(nèi)的毛細(xì)管輸送，使其具有極好的芯吸流體能力)，其所設(shè)計的結(jié)構(gòu)必須便于在固體結(jié)構(gòu)的材料與所被輸送流體之間具有較大程度的接觸表面區(qū)域。這是因為毛細(xì)管吸力(換句話說“流體靜壓力”)是部分地取決于固體結(jié)構(gòu)與流體之間的兩表面間接觸面積。SCSA是其結(jié)構(gòu)每單位重量上，結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管通道有效接觸流體表面區(qū)域的量度。由此前述要求的SCV和SCSA的綜合值由具有有效的毛細(xì)通道裝置的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)，以及重要的是由具有比較薄的毛細(xì)管通道壁和/或通道基底的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。
如上所述，本發(fā)明的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)特征在于與毛細(xì)通道寬度相比具有比較薄的壁和基底，然而，為了毛細(xì)通道有足夠的SCV，其薄壁必須有足夠的高度。因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)另外的特征是具有比較“細(xì)長”的壁，對于毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的壁和底的細(xì)長度能夠根據(jù)一個“細(xì)長比”來表征，其細(xì)長比的計算在下面實驗方法部分中描述。本發(fā)明的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)較好的至少約有9的細(xì)長比，更好的是至少約為15，最好的是至少約為20，并且，至少約30%，較好的是至少約50%，更好的是至少75%的毛細(xì)通道具有的通道寬度小于0.30mm，較好的是小于0.20mm，最好是小于0.10mm。毛細(xì)通道寬度的測量在實驗方法部分中描述。如閉合毛細(xì)通道的直弦長度。
然而，為了充分實現(xiàn)通過通道結(jié)構(gòu)的流體輸送特性，其結(jié)構(gòu)在干態(tài)，并且較好的是在濕態(tài)也能抗塌陷(相對于毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)的情況，在此使用“濕”可包括水或其它液體，包括有機(jī)液體如油，具體所指取決于由該結(jié)構(gòu)所輸送和/或吸收的液體)。壁和/或基底厚度以及毛細(xì)通道的幾何形狀和彈性模量能夠影響于通道的抗塌陷性。為此，抗塌陷性通常由抗壓強(qiáng)度(CS)來測量。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)至少有約0.2PSI(近似于13800dynes/cm2)的干抗壓強(qiáng)度，較好的是至少約為1.0PSI(約69000dynes/cm2)，更好的是至少約為2.0PSI(約138，000dynes/cm2)。較好的是該結(jié)構(gòu)也具有濕的抗壓強(qiáng)度，其中無論輸送和/或儲存的是哪一種液體，它在這些相同的數(shù)值準(zhǔn)則的范圍內(nèi)。用于輸送和/或儲存含水溶液的結(jié)構(gòu)。較好的是具有的濕抗壓強(qiáng)度，是在以蒸餾水作為濕液這種情況下的這種數(shù)值準(zhǔn)則內(nèi)。至于輸送和/或儲存有機(jī)液體，如油，以n-癸烷作為濕液濕抗壓強(qiáng)度最好應(yīng)該滿足這種數(shù)值準(zhǔn)則。
用來確定抗壓強(qiáng)度(濕的或干的)措施將在下面實驗方法中描述。
本發(fā)明的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)是整體的，機(jī)械上獨立的產(chǎn)品，在其產(chǎn)品中不需要或利用第二種裝置構(gòu)件來提供或保持其形狀或結(jié)的機(jī)械上的整體性。例如，為了用于對流體輸送和/或儲存的實際用途，它們不需要附在或粘在一個分離硬表面上。
用來輸送和/或貯有含水溶體的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成本結(jié)構(gòu)的聚合物組合物較好的特征是至少有約為20dynes/cm的與蒸餾水的粘合張力，較好的是至少有約為25dynes/cm，測量粘合張力的方法過程將下面描述。用來輸送和/或貯有油基組分液體和另外非水液體的結(jié)構(gòu)，其較好的特征在于至少有約10dynes/cm的與n-癸烷的粘合張力。
該結(jié)構(gòu)能夠為纖維狀態(tài)，其中基底是一個實心的或具有一個小于0.1cm輸液直徑的軸向中心為空心的毛細(xì)管，或類似長絲纖維條，其中基底構(gòu)件部分在幾何形狀上是標(biāo)稱平面，并且，典型地具有小于0.5cm寬度，該寬度垂直于毛細(xì)管通道的縱向軸。在此所使用的“標(biāo)稱平面”具體表示其結(jié)構(gòu)的基底部分既可是平的(即平面)或是曲線的，所提及的結(jié)構(gòu)的寬度是展平的，非曲線平面狀態(tài)測量的。為了方便起見，除了另作特別說明有相反的意思外，在這里基底部分的幾何形狀的術(shù)語“平面”意味著“標(biāo)稱平面”，同樣，除了另作特別說明外，術(shù)語“纖維”將指具有軸向芯的纖維和類似長絲的纖維條。
纖維能以非常廣泛的形式被利用，例如包括能以束狀，編織和無紡織物、線狀形式等等被利用。另外纖維能以卷典形式用于墊子等。在其各種形式中，纖維在其各種用途中，都是很有用的，包括吸濕產(chǎn)品中的吸濕芯(例如尿布、月經(jīng)帶、繃帶等)在吸濕產(chǎn)品中的頂片和液體分布片，紡織用途中象衣服、藥布、老年人用襯里。
對于大多數(shù)用途，典型的，這些纖維至少具有每根纖維約2g的拉伸強(qiáng)力，更典型地每纖維有50到200g的拉伸強(qiáng)力。其拉伸強(qiáng)力可根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)實驗方法D2101-82來確定。
本發(fā)明的另一種情況，本發(fā)明的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)可以為毛細(xì)通道片狀的形式，它具有一個平面基底部分(如上定義的)。毛細(xì)管通道片材典型地具有至少1.2cc/g的SCV，較好的至少有2.0cc/g，更好的至少有2.5cc/g，最好的至少有4.0cc/g，并且至少有500cm2/g的SCSA，較好的至少有2000cm2/g，更好的至少有3000cm2/g，最好至少有4000cm2/g。毛細(xì)管通道片材還具有較好的至少為3的細(xì)長比，更好的至少為9，更一步好的至少約有15，最好至少約有20的細(xì)長比。該片材的另一些參數(shù)同結(jié)構(gòu)一起在前面作了一般的敘述。這樣的毛細(xì)管通道片材將典型地具有一個大于0.5cm的寬度，該寬度是與毛細(xì)管通道的縱向軸垂直地測量，更典型地是該寬度大于2cm。應(yīng)該清楚的知道，這些是最小極限，所設(shè)想的片狀寬度都不意味著受到如此低的寬度的限制。片材可意味著包括任何寬度的片材，例如，包括相當(dāng)于或超過于薄膜吹塑工藝制造的典型片材的寬度。區(qū)別毛細(xì)管通道纖維與片材之間的最小和最大數(shù)字的極限是用來在概念上區(qū)分主要用于長絲型用途的結(jié)構(gòu)和用于片材型用途的結(jié)構(gòu)，并且并不是意味著對本發(fā)明的必要的限定范圍。片材毛細(xì)管通道在吸濕產(chǎn)品中能夠用作液體的分配片(例如尿布、月經(jīng)帶、繃帶、織物調(diào)濕洗滌商品如擦布和擦洗布，用來弄干表面液體的繃帶和毛巾等等)。
用于毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)所確定和計值特性的材料參數(shù)包括結(jié)構(gòu)每單位時間，每單位結(jié)構(gòu)重量輸送和/或容納液體(以體積為基)的能力，以及輸送液體一個特殊距離和輸送液體的線速度的能力。
對結(jié)構(gòu)輸送一定體積液體和通過毛細(xì)管作用輸送流體一定距離兩者的能力的一種特殊度量是毛細(xì)管的吸附性。毛細(xì)管的吸附能力(吸附容量)是液體容量(以結(jié)構(gòu)重量為基)的一種相稱性度量，它是隨上升的垂直高度量得的毛細(xì)吸力的函數(shù)。毛細(xì)管吸附能力(吸附容量)是表示毛細(xì)管結(jié)構(gòu)容納液體克服重力或其它吸濕材料的能力，還能表示其毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu)重量為基輸送流體的效率。在本發(fā)明的具體實施例中，特別適合用于含水的液體，其毛細(xì)管結(jié)構(gòu)將較好的呈現(xiàn)為利用蒸餾水作液體，在5.0cm毛細(xì)管吸力(即流體靜壓力)時至少有1.5cc/g毛細(xì)管吸附能力(吸附容量)(根據(jù)下面所述的實驗)，更好的是在10.0cm的吸力時至少具有4.0cc/g的毛細(xì)管吸附容量。
本發(fā)明的具體實施例，特別適用于輸送/或貯存非水性的液體(例如油、乙醇等)，毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)將最好是親油的，并且有利的是在3.0cm吸力時，至少有1.5cc/g的毛細(xì)管吸附能力，最好是在5.0cm至少有3.0cc/g的毛細(xì)管吸附能力，使其流體被貯運。通常較好的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)在以n-癸烷作為流體的情況下，能夠獲得以上的水準(zhǔn)含量。用來測定含水和非水流體的毛細(xì)管吸附容量的方法在下面實驗方法部分中將作描述說明。
確定和評估毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的其它重要參數(shù)包括與流率有關(guān)的參數(shù)，比如通過毛細(xì)管作用流體被垂直芯吸的速率(測量每單位時間的流體上升高度)。
在本發(fā)明的用來輸送含水流體的實施例中，毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)更好的表示出在芯吸期間的最初10分鐘，至少具有3.0cm的垂直芯吸速率，最好是在開始的5分鐘，至少具有3.0cm垂直芯吸速率，在此利用了著色蒸餾水作為輸送流體(用0.05%FD&C Blue ＃1)。用于親水性結(jié)構(gòu)確定垂直芯吸率的方法在下面實驗方法中將作以描述說明。
由上所述，毛細(xì)管通道的橫截面沿實際軸向長度上是開口的，并且可沿通道的全部長度是開口的，以容納流體。通道的一部分也可是封閉的(即“管狀”)，特別是在主要用于輸送液體的區(qū)域，該液體先已被結(jié)構(gòu)吸收。毛細(xì)管通道能夠被封閉住，例如，用熱塑性薄膜來覆蓋住和將薄膜粘附定位，這種通道的封閉特別適用于此處的毛細(xì)管通道片材。
典型地，毛細(xì)管通道在基本長度上是開口的，以形成至少一個能接收流體的流體接納區(qū)域。所謂“開口”指的是在這種流體接納區(qū)域，毛細(xì)管通道壁由基底層伸出，但是對著基底壁、末端的端部既不直接的(如相互連接)也不間接(如連接另外的結(jié)構(gòu)元件，或元件連接壁)的封閉住通道。
毛細(xì)管通道的尺寸和形狀和壁與基底元件的尺寸可以作一定程度的改變，改變的程度按前面所描述的SCV、SCSA、CS參數(shù)進(jìn)行。
本發(fā)明毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)典型的具有小于50微米的壁厚，較好的是小于10微米，更好的是小于5微米，該結(jié)構(gòu)具有平面基底，其毛細(xì)管基底厚度較好的是小于約50微米，并且常常是壁厚度的0.75倍到3.0倍。表示基底和壁的厚度的一個綜合測量結(jié)果是平均結(jié)構(gòu)厚度(tave)。用來測定tave的方法在下面實驗方法部分中描述。較好的tave是小于約50微米，更好是小于約10微米，最好的是小于5微米。對于片材和類似長絲的絲條來說，所確信的是，通過提供較厚的毛細(xì)管通道基底(如比結(jié)構(gòu)平均厚度tave厚1.5-3倍)來獲得所增加的抗壓強(qiáng)度，而沒有過度降低毛細(xì)管的SCV和SCSA。
毛細(xì)管通道的寬度通常是約小于0.5mm，較好的是約小于0.3mm，更好的是約小于0.1mm。毛細(xì)管通道的優(yōu)化的精確寬度將根據(jù)特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計和用途來變化。所用通道寬度典型地為5微米至0.5毫米，更典型的是30微米到100微米，然而這并不是意味著一定把特別較大的或較小的寬度從本發(fā)明的范圍內(nèi)排除掉。通常毛細(xì)管通道寬度的測量可由結(jié)構(gòu)的橫截面的放大照片圖經(jīng)抵償了放大倍數(shù)來測定。這種用來測定寬度的方法在實驗方法部分中作更詳細(xì)的說明。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管通道在通道的軸線方向上通常是相互平行的。毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)也可在毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)的相鄰的毛細(xì)管通道之間含有毛細(xì)管通道內(nèi)部的流體交流小孔。這種交流小孔最好不要沿著毛細(xì)管通道壁的整個高度伸張，另外也不要到達(dá)毛細(xì)管通道的基底。最好從毛細(xì)管通道基底伸出的毛細(xì)管通道壁至少在伸到與毛細(xì)管通道寬度一樣大的距離時才開通其液體交流小孔。雖然在結(jié)構(gòu)確實含有橫切的毛細(xì)管通道時，在情況好時，仍將保持上述的毛細(xì)管的吸附容量和垂直芯吸率，但毛細(xì)管通道壁最好不含有不平行的橫切的毛細(xì)管通道。如果存在橫切的不平行壁，由毛細(xì)管通道基底伸出的毛細(xì)管通道壁至少在伸出一個等同于在基底上通道寬度的距離時才開通其液體交流小孔，該孔易于通道之間的液體輸送。另外，輸送液體的通道在流動方向上不要被所存的障板或其它阻流裝置明顯地阻礙。圖6表示了毛細(xì)管通道壁4具有2種類型的毛細(xì)管通道液體交流小孔。尤其是表示了毛細(xì)管通道壁的豁口28′和毛細(xì)管通道壁的微孔28″。
圖1、2和3是毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)2樣例的橫截面剖視圖，其中每一結(jié)構(gòu)具有一基底層，毛細(xì)管通道壁4由底層6上伸出，并且由底層6和兩個相鄰的毛細(xì)管通道壁4形成開口的通道8。圖1的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)橫截面表示一個具有平面基底的“條狀”形的纖維，并且毛細(xì)管通道壁從基底的一側(cè)伸出。在圖2中，除了毛細(xì)管通道壁4由底層6的兩側(cè)伸出外，其所表示的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)橫截面類似于圖1。在圖3中，毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)2的橫斷面是一種纖維的橫截面，其中基底6實質(zhì)上是毛細(xì)管通道壁4相交的心部，其壁4由心部徑向地向外伸出。
圖4是毛細(xì)管通道片材3的透視圖，該片材具有一平面基底6，毛細(xì)管通道壁4由基底6的一側(cè)伸出，壁(與基底6一起)形成毛細(xì)管通道8。片材3是柔性的，并且尤其在毛細(xì)管的縱向軸的橫向方向上易于制成等高的。在這種方向上的柔軟性程度接近于一般在厚度上和材料上與毛細(xì)通道基底6相等的薄膜。
圖5是一種較好的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)2的透視圖，該結(jié)構(gòu)具有毛細(xì)管通道基底6，毛細(xì)管通道壁4和毛細(xì)管通道8，同時也表示了毛細(xì)管通道壁的高度A1-A2，毛細(xì)管通道寬度F1-F2，基底厚度D1-D2，以及壁厚C1-C2。還舉例說明流體彎月液面10，雖然這個彎月液面10代表液體/氣體界線范圍而并不是結(jié)構(gòu)2的一個構(gòu)件。彎月液面10是舉例說明在毛細(xì)管通道中的液體容積(未圖示)，A1-A2，C1-C2，D2-D2和F1-F2較好的尺寸在前面已描述過。
另外，本發(fā)明的毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)具有毛細(xì)管壁高度與毛細(xì)通道寬度(毛細(xì)管通道寬度CCW其測量步驟描述在實驗方法部分中)的比率，如圖5中A1-A2/F1-F2，其比率是從0.5∶1到10∶1，較好的是由1∶1到5∶1。
毛細(xì)管通道能夠是規(guī)則形狀的(例如U形、V形、U-形)或是不規(guī)則形狀的橫斷面形狀。較好的是毛細(xì)管通是這樣一種規(guī)則的橫截面形狀，即其毛細(xì)管通道壁在橫斷面上基本上是相互平行的。再者，最好的是、毛細(xì)管通道壁基本垂直于封閉毛細(xì)管通道的直線弦，其壁用做于毛細(xì)管通道的邊界。
除了或者代之以選擇壁對于封閉毛細(xì)管通道的弦的垂直度，毛細(xì)管通道壁較好的是基本上垂直于基底。在此使用的關(guān)于壁的橫斷面平行度，其基本平行意思是相鄰的毛細(xì)管壁的直線差不大于40°，較好的是不大于30°，更好的是不大于20°。在典型的情況下，其中毛細(xì)管通道壁是直線型的，其平行度的度數(shù)的測定將是直接的。橫截面的顯微照片可用于由通常的幾何分析方法用來測定壁相對另一壁的角度。對于非直線型橫截面的毛細(xì)管通道壁的相對毛細(xì)管通道壁平行度能夠按下面描述的實驗方法中來進(jìn)行測定。在此使用的基本垂直的意思是壁相對弦和/或基底的角度為90°±30°，較好的是90°±15°。再者，在毛細(xì)管通道壁是直線型的情況下，封閉弦和基底的大致的垂直度的測定將是直接的，其測定基于結(jié)構(gòu)的橫截面的顯微照片。直封閉通道的弦是以其平行度/垂直度測試方法來作出描述。對于具有非直線型的毛細(xì)管通道壁的結(jié)構(gòu)，其所確定的測試方法提供在下面平行度/垂直度的測試方法中，盡管并不一定用來限定本發(fā)明，但是可以相信，由于基本平行的壁增加了毛細(xì)管液體容量和每單位結(jié)構(gòu)重量的毛細(xì)管的吸力，也將增加毛細(xì)管吸附容量?？梢源_信，提供基本平行的壁和基本垂直于直線封閉弦和/或基底的壁，可改善抗壓強(qiáng)度。
通常，毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)越好，其基本平行的壁和基本垂直于基底和/或封閉弦的壁所形成的毛細(xì)管通道的百分率越高。因此，毛細(xì)管中，較好地至少30%，更好地至少50%，更進(jìn)一步好的至少75%，最好90%的結(jié)構(gòu)的SCV值，由基本平行的壁，更好地，其 線向差不大于30°，最好不大于20°的壁構(gòu)成。同時，毛細(xì)管中，較好地至少30%，更好地至少50%，甚至更好地至少約90%的結(jié)構(gòu)的SCV值，由基本垂直于封閉相應(yīng)毛細(xì)管通道的直線封閉弦和/或基底的壁，較好地，相對于該弦和/或基底的夾角為90°±15°的壁構(gòu)成。
圖17所示的是毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)2的橫截面剖視圖，其結(jié)構(gòu)具有規(guī)則形的開式毛細(xì)管通道8，該通道由毛細(xì)管通道底6和毛細(xì)管通道壁4所構(gòu)成。壁4包括壁4末端處伸至基底6的末端壁伸長部分38，38′。每一末端壁伸長部分38或38′以一個角度θ向外延伸，該角度較好是由10°到80°，更好的是由25°到40°，其角度是相對于壁39的近側(cè)端的軸與具有一個相對末端壁伸出部分38或38′的相鄰壁一起所形成的，以形成毛細(xì)管通道8的一錐形頸部40由此產(chǎn)生口部，或液體接受區(qū)域42。舉例說明的圖17中的錐形毛細(xì)管通道形狀，一般是指瓶形的。為此，考慮到錐形毛細(xì)管通道形狀是由與具有錐形頸部40的，基本平行的壁4交叉的壁所形成，毛細(xì)管通道壁對封閉通道的直線型弦的垂直度可根據(jù)線性的，壁4的近側(cè)端39來計算。通常形成毛細(xì)管通道的錐形區(qū)域的那部分毛細(xì)管通道壁朝著毛細(xì)管通道口部變窄，它們最好互成一個角度，以致于如果它們延伸一直到交叉點的話其交叉角
′是從20°到160°，最好是由50°到80°。對于
′較大的角度是不太希望的，因為可以確信這種大角度的
′致使降低液體進(jìn)入到通道的能力。
如前所述，毛細(xì)管可以被制成各種不同的形狀。若在特殊的產(chǎn)品應(yīng)用中采用某些特定形狀的毛細(xì)管，則可以產(chǎn)生特別好的效果。一般來說，在給定量的聚合物的條件下，凵形毛細(xì)管可提供最大的SCV和SCSA值。U形毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)在用于極接近皮膚或與皮膚接觸的場合特別稱心，以及用于對該地方來講皮膚的干燥程度是最重要的場合。雖然我們并不想以此限定本發(fā)明，但是可以相信，U形毛細(xì)管將會更加完全地把傳遞來的液體排走，從而使任何返流的可能性降低到最小。這是U形毛細(xì)管缺乏如下橫截面幾何特性的結(jié)果，這種橫截面幾何特性將會使該種毛細(xì)管產(chǎn)生其半徑小于u形毛細(xì)管橫截面曲率半徑的彎月液面。從另一個角度來說，V形毛細(xì)管則可以提供具有不同曲率半徑的多種彎月液面(該曲率半徑可大到由該毛細(xì)管壁長度所限定的最大曲率半徑)，因此，V形毛細(xì)管可提供各種，可自調(diào)的毛細(xì)吸力。比如，出現(xiàn)在管道的較寬部分上的彎月液面，與位于通道較窄部分上的彎月液面相比，將具有較大的曲率半徑和較小的毛細(xì)吸力，該彎月液面的位置將部分地由通道中的液體量、和從液體來源處將要注入管道的液體量來決定。當(dāng)液體量增加或減少時，V形毛細(xì)管的液面便會自動調(diào)節(jié)到最佳的毛細(xì)水平(高度)。因此，V形毛細(xì)管可以適用于各種實際應(yīng)用當(dāng)中。比如，它可適用于較大范圍內(nèi)液面高度的變化的各種場合，從而使其通道的自調(diào)作用得以利用。
可以相信，如上面結(jié)合圖17所述的、帶有瓶形毛細(xì)管橫截面、或者其他帶有小于毛細(xì)通道最大寬度的開口的橫截面形狀的毛細(xì)通道，可提供增大的毛細(xì)吸力，因為位于它們這些開口處的液面具有比在較大寬度上的液面曲率半徑更小的曲率半徑，加上在這些開口處具有比在該通道的等于較大寬的恒定寬度處較低的液體阻力，因此，便可提高芯吸的速度。
還可設(shè)想，在單一的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)中改變毛細(xì)管的寬度，如上所述，毛細(xì)吸力或液體靜壓張力與通道寬度成反比，因此，通過使毛細(xì)管具有兩種或多種迴然不同的寬度，則液體擴(kuò)散特性的控制便可由一個單一的結(jié)構(gòu)來完成。例如，某些通道可以做成較小的尺寸易于通過毛細(xì)作用把液體從最初吸收點傳送到特定距離之處，而其他管道則可做成相對較大的尺寸以易于迅速地吸收液體。另一種帶有多種毛細(xì)通道寬度的結(jié)構(gòu)的好處是增強(qiáng)了相鄰結(jié)構(gòu)的通道之間液體的傳輸，這種毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)也可帶有毛細(xì)通道壁小孔，用來提高單一毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的從大通道到小通道的液體的傳遞能力。圖20表示了體現(xiàn)這一概念的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)橫截面的顯微攝影圖片，所示結(jié)構(gòu)具有兩種不種寬度的毛細(xì)通道，一種寬度的通道的毛細(xì)通道壁高度與毛細(xì)通道寬度比大約為2∶1，而另一種則為0.8∶1左右。對凵形管道來說，其壁高按圖5所示來確定。對u形、v形、錐形通道、帶錐形通道壁的通道、和不規(guī)則形通道來說，通道的壁高可被計算為通道壁及其基底的內(nèi)部周長的一半。
在本發(fā)明的另一實施例中，毛細(xì)通道壁4如圖23所示，是錐形的，這樣，壁4的底部5處便較其末梢端5′為寬，設(shè)計這種類型通道可以用來成為本發(fā)明的具有增加抗壓強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。最好這種錐形壁具有一個不大于平均寬度三倍的最大寬度，其中平均寬度可通過壁的橫截面被壁高(wh)除而得到。
另一個毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)特性的改進(jìn)方案，可通過使毛細(xì)通道具有一個增加其粗糙度的內(nèi)表面來完成，可以相信，該增加了的粗糙度可通過降低液體與固體(即基底)之間的內(nèi)表面前沿接觸角，來改善毛細(xì)作用。一般來說，通過增加壁的粗糙度來增加毛細(xì)通道實際內(nèi)周邊長與光滑內(nèi)壁周邊長之比的作法，被認(rèn)為肯定會改善其毛細(xì)通道特性。參見圖28，該圖表示了一個帶有平面形基底的優(yōu)選的毛細(xì)通道橫截面。該毛細(xì)通道8具有毛細(xì)通道壁4和毛細(xì)通道底部6，基底6的特點是從該基底上伸出有多根凸條7，這些凸條可提高表面粗糙度，并以此降低前沿接觸角。較好的方案是，使基底的表面粗糙度增加到足夠大，以使該毛細(xì)通道基底表面周邊長與基底寬度之比增加至大于1.0的水平，而大于1.5左右則更好，最好則是大于2.0左右。凸條7的高度或其他表面粗糙度平均值最好不大于在基底測出的通道寬度的20%在計算SCV、SCSA、或其他毛細(xì)通道參數(shù)時，由這些參數(shù)確定的任何毛細(xì)通道，都包含在一個較大毛細(xì)通道的橫截面之中，毛細(xì)通道有一個參數(shù)Av。該Av是由SCV和SCSA的測試方法所確定的一個參數(shù)，上述任何毛細(xì)通道都不代表某一個獨立的毛細(xì)通道。
本發(fā)明中的毛細(xì)通道纖維可采用其未改性的形式，即它們被制成時的形式，或它們可以為由合成纖維紡織領(lǐng)域里的普通技術(shù)人員所公知的變形絲的形式。
本發(fā)明中的纖維還可以采用束狀的吸收性產(chǎn)品。束狀，正如可從現(xiàn)有技術(shù)中了解的那樣，是由多根平行的纖維構(gòu)成的繩狀絲束，它未經(jīng)過確定的加捻或卷曲，比如是一種上述的無規(guī)卷曲長絲。該束中的纖維通過成束方法被捆扎在一起，一般是通過卷曲使其成束，盡管其他成束方法如點狀粘合、使纖維端頭相互熔融在一起、對加一些包纏紗固定等等，都是可以的，但都不限于此。
本發(fā)明中的纖維還可以是以紗線、紡織品(包括機(jī)織物、針織物、及無紡織物)等形式存在的纖維，本發(fā)明中使用的纖維可以采用這些由紡織領(lǐng)域普通技術(shù)人員用來生產(chǎn)普通的、非毛細(xì)管纖維的、或公知的生產(chǎn)中空纖維的普通技術(shù)生產(chǎn)出來的紗線、紡織品、或無紡織物。這些技術(shù)比如Belitsin等人發(fā)明的美國專利第US-4054709號所述。該篇專利于1977年10月18日公開，并在此引為參考。
普通的纖維制造術(shù)如紐約John Wiley and Sons的《聚合物科技大全》(Encyclopedia of Polymer Science and Engineering)1986年第6卷第802～839頁所述(這本書在此引為參考)，可用于本發(fā)明的毛細(xì)管的制造。一般來說，最好采用象熔融紡、濕法紡、干法紡這樣的擠壓法紡絲工藝。熔融紡特別適合于制造本發(fā)明的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)。一般來說，熔融紡就是把聚合物熔融，并施加壓力把熔融物擠壓通過擠壓模具，冷卻并把擠壓出的結(jié)構(gòu)牽伸到所需的尺寸。熔融紡和其它紡絲方法都要應(yīng)用一種擠壓模具(有時稱之為噴絲頭、紡絲頭)，該模具帶有一個設(shè)計有小孔的部件，該小孔的形狀大體上與剛從模具出口出來的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的橫截面形狀相同。依賴于該小孔的設(shè)計、工藝條件、聚合物組合物、和其他本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知的因素，該毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)最終橫截面形狀，可以與該小孔的設(shè)計有所不同。擠壓模具的小孔設(shè)計、聚合物的情況、及擠壓熔融溫度、和擠壓后聚合物牽伸、冷卻時的工藝條件對本發(fā)明的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的形成將是非常重要的。為了更好地保持經(jīng)擠壓但尚未冷卻的該結(jié)構(gòu)形狀，并使相應(yīng)于毛細(xì)通道尺寸的毛細(xì)壁及其底尺寸接近該擠壓模小孔的尺寸，該聚合物最好在低于通常在纖維擠壓工藝中特殊聚合物的擠壓工藝所用溫度的溫度條件下進(jìn)行加工。然后，經(jīng)擠壓的聚合物將在牽伸工藝中較快地冷卻定形。因此，該聚合物最好是具有非結(jié)晶特征的產(chǎn)品。本發(fā)明中的擠壓工序最好采用非結(jié)晶聚合物，因為它們在較大溫度變化范圍內(nèi)，特別是在溫度接近于玻璃化溫度條件下進(jìn)行牽伸時，具有較好的抗斷裂能力。因此這些聚合物通常是在較高的溫度下進(jìn)行擠壓的，這樣才能降低熔融物的粘性，因而使聚合物易于從擠壓模具中擠出，從而經(jīng)改善的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)形狀(相應(yīng)于擠壓模具上設(shè)計的小孔)的定形才可能在控制的接近玻璃化溫度的溫度下獲得。用于擠壓的最佳溫度對不同聚合物而言將有很大區(qū)別。例如，對于KODARTM6763PETG擠壓溫度介于205℃左右到230℃左右之間，將獲得特別好的效果。
如上所述，在優(yōu)選的工藝中，聚合物也可在從擠壓模被擠到出口后，以及在牽伸過程中被迅速地冷卻。冷卻過程在連續(xù)的冷卻區(qū)域中，通過空氣的輻射和對流來完成，一般可用2個到4個左右相繼的冷卻區(qū)域。用來實現(xiàn)上述冷卻過程的合適設(shè)備如冷卻通道，是擠壓和纖維成形技術(shù)中公知的設(shè)備。在優(yōu)選方案中，第1冷卻區(qū)域設(shè)置成環(huán)境溫度至少為30℃左右，而至少50℃左右則更好，最好則是至少為75℃，低于聚合物離開擠壓模具并進(jìn)入冷卻區(qū)域的溫度，從而迅速提高該聚合物的粘度，而降低在該毛細(xì)結(jié)構(gòu)整形時產(chǎn)生的表面張力。
本發(fā)明還可采用與普通的合成纖維熔融紡絲時使用的同樣型式的設(shè)備，其不同在于所用的擠壓模具帶有設(shè)計成的小孔，用來形成前面敘述過的毛細(xì)通道。這種類型的設(shè)備包括一個擠壓機(jī)，一個模板，熔融的聚合物便在該擠壓機(jī)中被擠入模板。然后穿過并離開一個擠壓模，該設(shè)備還包括對毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行牽伸、冷卻、及卷繞的裝置。假如該擠壓模具有一個環(huán)形的毛細(xì)通道基底的小孔，和一個中心氣孔(接下來還要更詳細(xì)地談到用于制造毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的改進(jìn)工藝)，這樣改進(jìn)的模板便可易于使氣流從該擠壓模具的氣孔中通過。這個方案可通過把一些空氣通路，比如導(dǎo)管或?qū)?，接入該模板，以允許隔絕的氣流(如空氣流)進(jìn)入擠壓模具的氣孔。這樣的用于熔融紡絲的設(shè)計還未為人所知?？梢詫饬饕胧蛊渫ㄟ^模具中心孔，該模具設(shè)計成帶有一個環(huán)形孔，用來擠壓普通的非毛細(xì)管薄膜和片材，這一設(shè)計是在吹塑薄膜加工領(lǐng)域中的技術(shù)人員所熟知的雖然它并不與毛細(xì)管結(jié)構(gòu)或用來生產(chǎn)毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的模具相關(guān)，引導(dǎo)空氣流通過模板的背景技術(shù)可以從紐約John Wiley and Sons《聚合物科技大全》第二版，第7卷，第107～109頁和第6卷，第767～769頁中查到。該書的這兩部分內(nèi)容在此引為參考。這種一般性的公開，雖然并沒有對本發(fā)明的工藝或產(chǎn)品作出指導(dǎo)或建議，但卻可以通過在此引用的那些文字段落，由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)用到本發(fā)明的擠壓模板中去。
當(dāng)毛細(xì)管結(jié)構(gòu)從設(shè)計有環(huán)形的基底孔的擠壓模中擠出時，便有足夠的空氣通過氣孔，以防止底座部件被塌陷。然后，將以這一形狀牽伸該結(jié)構(gòu)，然后以這一形式被應(yīng)用，或者，在拉伸后被割縫，以形成一個具有平面基底的結(jié)構(gòu)。
在對牽伸后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行切縫后，根據(jù)其尺寸大小，它們可以分別具有如上所述的纖維或片材的特征，如果是片材，則將被用作片材，或可進(jìn)一步切割成纖維，或制成具有特殊形狀和設(shè)計的片材，或者是分割開的薄膜(即高度切割薄膜網(wǎng))。
各種規(guī)格的毛細(xì)管片材(其規(guī)格與普通生產(chǎn)熔融吹塑薄膜和片材的工藝有關(guān))，以及生產(chǎn)其他吹塑薄膜的技術(shù)，可適用于本發(fā)明，只要更換普通的薄膜擠壓模，該模帶有一簡單的環(huán)形孔設(shè)計，最好換上本發(fā)明的，具有一環(huán)形基底孔和具有多個從該孔徑向伸出的毛細(xì)通道壁孔的擠壓模。
在擠壓過程中，當(dāng)被擠壓的聚合物剛剛從模具的出口擠出時，它具有與模具的孔基本相同的橫截面形狀。但是，至少部分地由于表面張力的作用，人們發(fā)現(xiàn)仍然是熔融狀聚合物的毛細(xì)壁趨于縮短其長度(即縮短其壁高度)，并且在增加厚度，因此，便迅速地降低了毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的SCV和SCSA。
擠壓模上的小孔設(shè)計將控制從該模具擠出的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的形狀。因此，擠壓模上的孔應(yīng)當(dāng)按照所需的毛細(xì)管形狀來設(shè)計。更準(zhǔn)確地說，將會在牽伸該結(jié)構(gòu)的過程中出現(xiàn)毛細(xì)管壁高與毛細(xì)管寬度之比的減小這種減小可以通過把擠壓模上的孔設(shè)計成具有相應(yīng)增大了其毛細(xì)壁高與毛細(xì)壁之間距離之比的尺寸，來得到補償。
人們發(fā)現(xiàn)通過對擠壓模孔的設(shè)計可補償上述現(xiàn)象，如使模孔的壁部孔長度與壁部孔之間寬度之比，設(shè)計成所需毛細(xì)管壁高與毛細(xì)管寬度比的2到5倍左右，當(dāng)然，聚合物收縮的確切量值，將取決于特定的工藝條件。
對毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的牽伸程度，將取決于剛從擠壓?？字袛D出時，被擠壓的聚合物的壁和基底的厚度、及所需最終產(chǎn)品的基底和壁的厚度而定。但一般來說，這里的擠壓-牽伸率一般應(yīng)達(dá)到至少100∶1左右，更好的是從1000到10，000左右，最好從1000到5000左右。在熔融狀態(tài)下具有很好粘合強(qiáng)度的聚合物的應(yīng)用通常是令人滿意的，因為它們具有上述較高的牽伸倍數(shù)。因此，一般來說，主份為滌綸的聚合物以及尼龍的聚合物勝過較低粘合性的材料，如聚烯烴為低粘合材料。
圖7、8、9和10表示了擠壓模20的幾個正視圖，在這些擠壓模上，都帶有可用來進(jìn)行本發(fā)明中毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)加工所需的擠壓模孔22。這些擠壓模孔22中包括毛細(xì)通道基底孔30和毛細(xì)壁孔28，其中基底孔30將在擠壓時產(chǎn)生一個幾何上平面的毛細(xì)通道基底，而其中壁孔28則從該基底孔30上伸出。如上所述，本發(fā)明的特征就是該毛細(xì)結(jié)構(gòu)具有把液體傳送到，當(dāng)然是傳送到狹窄的毛細(xì)通道壁和基底去的、較高的毛細(xì)管比表面積和容重比。雖然圖7、8和9所示的擠壓?？卓稍诒景l(fā)明范圍內(nèi)有效地制出毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)，但從這種擠壓?？讛D出的結(jié)構(gòu)的毛細(xì)通道壁卻會在牽伸到較高倍數(shù)時，或牽伸至細(xì)旦尼爾時，偏離其排列的行列，或者發(fā)生扭曲現(xiàn)象。盡管我們不想通過理論或解釋問題的方式來限定本發(fā)明，但仍可以相信，上述扭曲現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行牽伸時所產(chǎn)生的橫截面內(nèi)的切向應(yīng)力而造成的。這種通道壁的偏斜通常使其成為魚骨形，正如圖18的顯微攝影圖片所示。在我們已經(jīng)知道從如圖7、8、9所示的擠壓模擠出的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)常常會產(chǎn)生魚骨形變形這一道理之后，便要改進(jìn)?？?，如圖10所示，可以注意到這些被牽伸的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)通道壁已不再象以前那樣與基底垂直。通過對擠壓?？椎脑O(shè)計，使得毛細(xì)管壁孔處于一個帶傾角的狀態(tài)，該傾角反向于當(dāng)壁孔垂直于底孔時經(jīng)牽伸而會發(fā)生的偏斜狀態(tài)，可以相信，這樣的設(shè)計會獲得較好的毛細(xì)通道壁平行度。圖10中的毛細(xì)通道壁孔28是從該毛細(xì)通道基底孔30的一側(cè)伸出的，另外，也可使毛細(xì)管壁孔從底孔的兩側(cè)向外伸出。
從圖8還可以注意到，毛細(xì)通道壁孔被設(shè)計成，當(dāng)進(jìn)行不同規(guī)格的擠壓時，可形成具有不同尺寸的毛細(xì)通道寬度的形狀。圖8和圖9所表示的毛細(xì)通道孔的設(shè)計為帶有直線型的底孔30，和從該底孔30上向兩側(cè)伸出的毛細(xì)通道壁孔。
圖11表示了一種帶毛細(xì)通道孔22的擠壓模20，該孔22上帶有多個由毛細(xì)通道壁孔28連接起來的多個毛細(xì)通道底孔30，這樣一來，從這種擠壓模具20中擠出的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)了在其相反方向上交替打開的毛細(xì)通道。如圖11所示，該毛細(xì)通道壁孔和底孔28、30被設(shè)計成可制造u形毛細(xì)通道的設(shè)計?？梢岳斫猓@種u形毛細(xì)通道的設(shè)計并不局限于圖11所示的擠壓?？自O(shè)計。
圖15為一個表示了一種擠壓模孔的一個部分的視圖，該?？装ㄓ械卓?0、毛細(xì)通道壁孔28、和位于毛細(xì)管末端的膨部24。這些部件24具有大于壁孔寬度的直徑，通常其直徑大于所說壁孔寬度的50%。膨部最好與擠壓模設(shè)計結(jié)合在一起。雖然我們并不想以此限定本發(fā)明，但可以相信，結(jié)合有這種膨部的擠壓?？自O(shè)計，將使聚合物流更均均地流過該模。
擠壓模孔上的最大橫截面徑向?qū)挾瓤稍谝粋€較大的范圍內(nèi)變化。盡管如此，我們還是發(fā)現(xiàn)該寬度在1.0cm到5.0cm左右之間時比較合適。毛細(xì)通道壁孔和底孔的寬度也可以在較大范圍內(nèi)變化。通常采用的壁孔和底孔寬度為50微米到200微米左右。最好壁孔寬度為75微米到150微米左右。與聚合物流軸線相平行方向上的擠壓?？滓部捎胁煌纳疃?，但是一般可采用從0.2厘米到0.4厘米左右的深度。
在一個在此提出的用于制造毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的改進(jìn)工藝中，可以在毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的擠壓和完全牽伸之間，改善毛細(xì)通道的定形。該工藝步驟包括(a).喂入可流動的熔融聚合物組合物，使其通過擠壓模的毛細(xì)通道孔，其中擠壓模上帶有的毛細(xì)通道孔的特征是，該毛細(xì)通道孔有一環(huán)形底孔，多個毛細(xì)通道壁孔從該底孔上沿徑向伸出，從而使聚合物組份從這些?？字辛鞒觯纬梢粋€空心的環(huán)形基底和多個沿徑向從該底伸出的毛細(xì)通道壁，由所說基底和所說壁構(gòu)成了多個毛細(xì)通道，而且，其中所說擠壓模上帶有一個位于所說環(huán)形底孔的中間位置上的氣孔;
(b).在把所說聚合物組合物喂入并使其通過所說擠壓模的毛細(xì)通道孔的同時，使氣流沿所說熔融聚合物組份流動的方向通過所說氣孔;然后，(c).隨著使聚合物從該擠壓模中擠出之后，把該毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)牽伸到所需的尺寸，并冷卻所說結(jié)構(gòu);
從而所說氣流便可在冷卻和牽伸所說結(jié)構(gòu)的過程中，防止所說環(huán)形毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的塌陷。
在上述工藝中使用的擠壓模，也是本發(fā)明的一個部分。特別是這種擠壓模是這樣一種模具，所說模具包括一個毛細(xì)通道孔層，所說層包括一個環(huán)形基底孔，多個毛細(xì)通道壁孔從該底孔處沿徑向伸出，所說毛細(xì)通道孔層還包括相對于所說環(huán)形底孔的一個內(nèi)部區(qū)域和一個外部區(qū)域，還有一個位于所說環(huán)形底孔的內(nèi)部區(qū)域中的氣孔，以及把所說內(nèi)部區(qū)域相對于所說外部區(qū)域可固定地保持在一個合適位置上的裝置。
對環(huán)形底孔來說，這意味著一個設(shè)計成連續(xù)的環(huán)形的、沿其圓周不阻流的環(huán)形底孔，但它僅是標(biāo)稱幾何圓形。該底孔并不需要是一個實實在在的圓形，當(dāng)然該環(huán)形底孔最好還是設(shè)計成大致與X和Y軸對稱的形狀。
氣流通過氣孔的流量將以速度形式測定下來，因此，該環(huán)形基底本身，在聚合物從擠壓模中擠出和在牽伸過程中，和在冷卻到低于聚合物的玻璃化溫度之前，都不應(yīng)出現(xiàn)塌陷。早期的塌陷會導(dǎo)致環(huán)形底部本身被熔化，而且使其消失幾何形狀，從而導(dǎo)致壁的形狀扭曲。另外，氣流速度應(yīng)足夠慢，以便在牽伸過程中環(huán)形基底收縮。當(dāng)然，氣流速度的確切值可根據(jù)加工條件的不同而作各種變化。但是，合適的氣流速度可以容易地根據(jù)對牽伸過程中的被擠壓聚合物的觀察和根據(jù)最終產(chǎn)品的情況來決定，并可調(diào)整氣流量使其與上述要求相吻合。
盡管我們并不想以理論來限定本發(fā)明，但是可以相信，從該環(huán)形底孔中離開的該環(huán)形毛細(xì)通道基底將使其毛細(xì)通道壁受到徑向應(yīng)力，而不會受到明顯的切向應(yīng)力。這樣便可確保高度定形。這種改進(jìn)的效果可從圖19、20、21和22所示的顯微攝影圖片的例子中看出。圖18表示的是一種毛細(xì)通道纖維的顯微攝影圖片，該毛細(xì)管纖維由帶有圖9所示一般形式的非環(huán)形底孔的擠壓模制成。
帶有環(huán)形底孔31的擠壓模20舉例表示在圖12、13和16中。在這些圖中它們還具有這樣的特征，即毛細(xì)通道壁孔28都從這些底孔31上徑向向外伸出。該毛細(xì)通道壁孔之間可大致保持相同的間距，如圖12和16所示，這樣便使該毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)通道基本上具有相同的寬度?；蛘撸部梢允瓜噜徝?xì)管壁孔28之間具有不同的間距，從而形成上面已經(jīng)提到過的、并且如圖13所示的具有毛細(xì)通道的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)，其中毛細(xì)通道壁孔28之間具有交替出現(xiàn)的不同間距，正如以壁孔T1和T2之間的間距、和T2和T3之間的間距所例示的那樣。在圖12、13和16中都有支柱區(qū)域34這一特征。安裝這種支柱區(qū)域34的目的與其說是理論上或產(chǎn)品性能上的需要，不如說是滿足實際應(yīng)用上的要求。這些實際應(yīng)用上的要求清楚地表現(xiàn)在圖14上，圖14表示的是一個帶環(huán)形孔的擠壓模，該圖為從該模的靠近聚合物一側(cè)看上去的透視圖。圖12、13和16中也表示了支撐層82和擠壓模孔層80，對該擠壓?？讓?0還將結(jié)合圖14作更詳細(xì)的說明。如圖14所示，擠壓模20包括擠壓?？讓?0，該層80被可固定地與帶有內(nèi)支柱84的擠壓模支撐層82連接(如通過釬焊)。該孔層80必須在環(huán)形底孔31的內(nèi)部和外部區(qū)域上與支撐層82相連接，這在例示的擠壓模中是必須的，因為環(huán)形底孔31是沿圓周上設(shè)計的，不這樣設(shè)計的話就不可能使該底孔31保持在固定的位置上。該環(huán)形底孔和壁孔可在釬焊完上述層之后，由放電裝置(electrical discharge machine)加工而成。在上述圖中還示出了毛細(xì)管壁孔28和氣孔26。
如圖12、13和16所示的擠壓模20還都包括有氣孔26，因此，當(dāng)毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)離開該環(huán)形底孔擠壓模時，便可使氣體、或混合氣體比如空氣得以從該氣孔中通過，并被導(dǎo)入該毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的環(huán)形基底的內(nèi)部。
特別參見圖16，其中毛細(xì)通道壁孔28上帶有毛細(xì)通道壁孔的延伸部分36，這些延伸部分從壁孔28上的遠(yuǎn)離環(huán)形底孔31的那一端伸出。這些延伸孔36最好以一個向中心方向的徑向傾角
″伸出(即向著環(huán)形底孔31的方向)，該傾角
″為5°～30°左右是比較合適的，若在10°～20°左右則更好。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種小孔設(shè)計對于制造如圖17和圖21的顯微攝影圖片所示的、錐形毛細(xì)通道形狀來說，是很有用的。聚合物流通過壁的延伸部分(孔)36便形成了毛細(xì)管壁的延伸部分(見圖17中的部件38、38′)。在牽伸的時候，可以相信這些壁的延伸部分在徑向應(yīng)力的作用下，便會改變其壁的延伸角，從徑向向內(nèi)改變?yōu)檠貜较蛳蛲狻?br> 測試方法以下的方法對于定義和評估本發(fā)明的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)所需的參數(shù)的確定，是非常有用的。這些步驟將需要預(yù)先準(zhǔn)備好該各種長度的結(jié)構(gòu)，有些長度尺寸可以大于實際上欲使用該結(jié)構(gòu)的長度。將可以理解到，任何短于該方法所要求的長度的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，都將以其等效結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估，這一等效結(jié)構(gòu)具有該方法所要求的規(guī)定長度，除了可以另作專用說明外。具體單位可結(jié)合對方法中所敘述的參數(shù)的測試和/或計算來確定。在此指出的單位僅為了舉例的目的而提出。與測試方法的目的和要求相一致的其他一些單位都可以使用。
毛細(xì)管比表面積(SCSA)和容重比(SCV)的測定以下方法用來確定毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的比表面積(SCSA)和容重比(SCV)。該方法適合于表現(xiàn)了毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的一個有代表性的橫截面的一個顯微攝影圖片。該結(jié)構(gòu)的橫截面通過埋置和薄片切片技術(shù)而制備出來，用以進(jìn)行顯微攝影，上述埋置和薄片切片技術(shù)是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公知的。該方法將用到以下等式
其中，ρ＝固體密度(即聚合物的固體密度);
As＝把毛細(xì)通道限定在以下式(a)、(b)準(zhǔn)則范圍內(nèi)的、與毛細(xì)通道軸線垂直的、毛細(xì)管固體部分的橫截面積;
Px＝形成每個毛細(xì)通道x的固體的橫截面周長之和，其中每個周長Px把該毛細(xì)通道限定起來，并且在用Cx提供的理論圓邊之內(nèi);
AVX＝毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)中空白面積之和，其中每個AVX代表由形成毛細(xì)通道的固體部分的周長和Cx所限定的面積;并且，其中i是代表該結(jié)構(gòu)中毛細(xì)通道的數(shù)目，x則指的是一個毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)中的某個毛細(xì)管，Cx則相應(yīng)于朝著該毛細(xì)通道內(nèi)部的凸圓的圓邊部分，它具有一個接近于每個毛細(xì)通道x的選定的直徑，其中圓周Cx按照下列準(zhǔn)則確定尺寸和位置(a)該圓邊Cx與毛細(xì)通道x的兩壁相切，切點為與這些壁相接觸的地方;
(b)對于每個毛細(xì)通道x來說，滿足(a)準(zhǔn)則的圓Cx使每個通道x的Avx具有最大值，并且受到以下限制(i)Cx與毛細(xì)通道壁相交形成交線，該交線的正切線交叉形成120°或小于120°的夾角;
(ii)根據(jù)毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的實際尺寸，Cx可以具有不大于0.025cm左右的半徑，(圓的半徑將用于顯微照片中實際結(jié)構(gòu)的相同放大倍數(shù)進(jìn)行放大)。
就帶有毛細(xì)通道壁的液體交換孔的毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)來說，由于其在毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)上是薄壁，故一般來說，這對SCV和SCSA的影響是不顯著的，因此在計算中常可被忽略不計。
對于毛細(xì)通道來說，這些毛細(xì)通道上有多處與具有最大半徑的圓相切的切點，其中最大半徑的圓即位于該毛細(xì)通道的最大橫截面積處(Av)。毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)具有許多不同的橫截面形狀和尺寸，因此要計算出足夠的橫截面來提供一個有代表性的加權(quán)平均值SCV和/或SCSA。然而，如果把該毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的任一段的線性長度(沿該毛細(xì)管的軸向測量)選為至少0.2厘米左右、最好至少1.0厘米左右，并且具有本發(fā)明所限定范圍內(nèi)的SCV和SCSA的話，則這樣的結(jié)構(gòu)將是本發(fā)明中的一種毛細(xì)管結(jié)構(gòu)。計入SCV和SCSA的上述線性長度較好的至少約為結(jié)構(gòu)軸向長度的50%，更好的為75%最好基本上為100%。
對毛細(xì)通道片材來說，特別是對那些帶有較大寬度的毛細(xì)通道基底的毛細(xì)通道來說，一個具有該底總寬的一段的、有代表性的樣品，將取代該薄片的全部橫截面。這種分段的薄片樣品最好具有至少0.5cm左右的寬度。確定上述SCV和SCSA的目的，在于提供一種對具有開式毛細(xì)管特點的毛細(xì)結(jié)構(gòu)的定量計算方法?？梢韵胂螅@些結(jié)構(gòu)必須具有固體的部分、附件、及其他類似部分，否則就無法幫助我們以上述方法來確定其結(jié)構(gòu)。上述準(zhǔn)則將不把該結(jié)構(gòu)中四周的及中空部分的那些無效部分考慮到計算公式中去。而且這些固體部分的無效的橫截面積也沒有包含在As的計算中去，對這些外圍部分和橫截面積的排除方法將在以下舉例作更詳細(xì)的說明。
圖24表示了一個毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)局部800以及將SCV和SCSA計算方法應(yīng)用于其上的例子。圖中表示的該固體(即聚合物)局部800，包括面積As、毛細(xì)通道間空余面積Av1、Av2、Av3、Av4、以及這些面積各自的周邊長P1、P2、P3、P4、還有理論上閉合的圓邊部分C1、C2、C3和C4。圖中還表示了圓邊C5、C6、C7。半徑r′1、r″1、r′2、r″2、r′3、r″3、r′4、r″4、r5、r6、r7分別與各自圓邊C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和該局部800的固體材料相交處m′1、m″1、m′2、m″2、m′3、m″3、m′4、m″4、m5、m6、m7的切線相垂直。
這里畫出圓邊C1、C2、C3、C4以滿足上述準(zhǔn)則。正如可從圖中看到的那樣，圓邊C1、C2在半徑r1、r2上受到夾角γ1、γ2的限制，該兩夾角γ1、γ2分別代表了切線t′1、切線t″1之間、以及切線t′2和t″2之間的120°交角。Av1、Av2、Av3和Av4分別為由周邊長P1、P2、P3和P4與曲線CC1、CC2、CC3和CC4圍起來的面積。圓形C3和C4代表了毛細(xì)管中最大尺寸的圓，其中分別在點m′3、m″3和在點m′4、m″4處與該圓相切的切線間的夾角，將小于120°。因此，在圖所例舉的情況中，在減小了放大效果之后，圓形C3和C4將各具有0.025厘米的半徑。周邊長被定義為把毛細(xì)通道上每個通道上的圓與固體部分間的交點沿該通道內(nèi)側(cè)壁聯(lián)接起來的長度。C5、C6、和C7表示的是相應(yīng)于那些不符合本計算方法的準(zhǔn)則的那部分毛細(xì)通道的圓的最大半徑，因此，對這些圓形來說，P和Av值均將為零。正如可從圖中看出的那樣，介于m′4和m″4之間的固體面積，將包含在As中，因為該固體部分在SCV和SCSA的關(guān)于Av的計算準(zhǔn)則中，相當(dāng)于限定通道的毛細(xì)通道的壁。由半徑r′3、r″3的延長線所圍出的面積Ax′3和Ax″3將不包括在As之內(nèi)(所說半徑垂直于圓C3與通道壁的切線)。同樣，圓C4的半徑r′4的延長線也把由半徑r′4截出的面積Ax4排除在計算的As之外。
毛細(xì)吸附能力(容積)的測定以下的毛細(xì)吸附能力計算方法用來確定毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的平均毛細(xì)吸附能力。這一計算方法用于單一的毛細(xì)管纖維，或從毛細(xì)管片材上切下的單一條帶，該條帶被切成約0.5厘米或小于此寬度。這些條帶被沿平行于毛細(xì)管的方向從薄片上切下。假如該毛細(xì)管片材在其寬度截面上具有不同的毛細(xì)通道尺寸、形狀、或其他在其寬度的不同的參數(shù)，就必須測定足夠多的條帶，以提供具有代表性的毛細(xì)吸附能力的加權(quán)平均值。或者，也可以把完整的片材切成具有相同寬度的條帶，然后進(jìn)行測定和平均，以求得該薄片的毛細(xì)吸附能力。如果片材的任一部分具有至少0.5厘米左右、更好是至少1.0厘米左右的寬度，并且具有一個在毛細(xì)吸附能力極限之內(nèi)的平均毛細(xì)吸附能力的話，則該片材可以說是本發(fā)明的一種毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)。
取一種具有至少0.0002克左右的靈敏度的、并且可將樣品掛于其上進(jìn)行秤重的天平，比如Mettler AE200型天平(這種天平可從美國新澤西州海斯頓的邁特勒儀器公司買到(Mettler Instrument Co.，Highstown，NJ，USA))。把這種天平裝在一個秤重臺的臺面上，并且使之位于一個在該臺面上穿通的孔之上。將一根金屬絲從該天平的秤重裝置上懸掛下來，使其伸展并穿過該秤重臺上的孔。在該金屬絲上的低于秤重臺臺面的地方裝有一個不具有吸附性的夾持部件，用來把一個毛細(xì)管結(jié)構(gòu)(以下稱為“樣品”)固定在金屬絲上?？梢杂靡粚в邢鸾顜У男A子或其他等效物來作夾持部件，其中橡筋帶用來把該對小夾子鎖定在夾緊的位置上。
在樣品具有空芯結(jié)構(gòu)的情況下，應(yīng)將該樣品的兩端封閉，以防止毛細(xì)液體從該芯結(jié)構(gòu)中流出。可以采用熱熔的方法，將樣品上稍后將就要浸沒于測試液中去的一端封閉起來。取一種親水性織物，使其被液體浸濕并將其部分地浸泡在其液體容器中。該親水性織物的液體容器中含有與該密封基底上的測試液相同的液體，但這兩個液體容器是有區(qū)別的，以使親水性織物不接觸到將把測試樣品部分浸泡于其中的測試液體。在開始進(jìn)行樣品毛細(xì)吸附能力的測試之前，先應(yīng)使親水性織物放置至少60分鐘左右，正如將在下面敘述的那樣，以使其管內(nèi)的水份含量逐漸均衡。取一種可上下伸縮的玻璃套管或其等同物，垂直安裝在秤重臺下面，并且在孔的附近與該秤重臺上表面上的孔對中，以防止測試液體的蒸發(fā)。在上套管與秤重臺之間的內(nèi)表面上用一個密封圈密封，下套管的直徑稍小于上套管，因此，它可以在至少部分置于上套管之中的狀態(tài)下，作垂直滑動。上下套管之間的連接由一個密封圈密封，并可使兩者間可相對滑動。下套管的底部是一個適合于盛裝液體并且不會漏水的密封底。測定對水的毛細(xì)吸附能力時，應(yīng)該采用蒸餾水來作為測試液，而當(dāng)測定親油性結(jié)構(gòu)的吸附能力時，則可使用n-癸烷溶液進(jìn)行測試。取一塊上述親水性織物(如美國南卡羅來納州斯帕坦伯格的米里肯和公司的VISATM聚酯織物(VISATMpolyester fabric，Milliken & Co.，Spartanburg，South Carolina，USA或其等同物)，將該塊織物包好塞在所說下套管的內(nèi)表面中，并且使該織物的下底邊部分固定地浸泡在親水織物液體容器的液體中。以下所談到的套管及親水性織物的尺寸將很有用(當(dāng)然可以采用其他可具有相應(yīng)效果的套管尺寸)上套管-長度為40cm，內(nèi)直徑為5.9cm;下套筒-長度為33cm，外直徑為5.8cm;親水性織物-為30cm左右×10cm左右。在下套管之下有一個支撐部件，用來支撐下套管，使其保持所需的垂直狀態(tài)。
準(zhǔn)備一組長度分別為2.0、3.0、4.0、5.0、7.5、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0、和40.0cm長的待測毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)樣品，在每個樣品的一端，都固定接著一個小鉛球(至少重0.2克左右)，或其等同物。對各個小鉛球來說，可通過在其上開一個約占其直徑的二分之一長的橫條縫隙，來將其卷在樣品中，使其與樣品連接起來，其中將樣品一端約1毫米左右的部分卷入小鉛球(即可)。樣品的另一端的1毫米左右的部分則被固定在夾持部件(如上面所述)上，從而它便被金屬絲懸掛在天平下了。固定該上套管和下套管，使之圍繞著把懸掛著的樣品包圍在距秤重臺底表面約1到2厘米的區(qū)域。把測試液盛入該下套管的密封底中，固定該樣品，使之剛好位于管底中測試液面之上，從而使樣品既不與測試液接觸，也不會與該套管的側(cè)壁接觸。測定并記錄該樣品和小鉛球的干重(W1)。升起支撐部件，使小鉛球的上端剛好浸沒在液面之下。然后使上套管上升，直到該套管在與其O形密封圈保持接觸的狀態(tài)下接觸到秤重臺的下底面。使下套管上的第二O形密封圈向上滑動到與上套管接觸并支撐其的較低一欄的位置上。使液體浸濕每一塊樣品，直到其(水分)達(dá)到基本上平衡的程度。一般來說，對每1.0厘米長的樣品給以2分鐘的時間是足夠了的。當(dāng)然，(具體的)平衡時間會或多或少地不同于這一時間間隔。然后，降下該支撐部件，直到小鉛球完全離開測試液，然后測定并記錄該樣品和小鉛球所吸收的液體總重量(W2)。然后，對上述各種長度的樣品分別進(jìn)行該測試。
準(zhǔn)備一張把液體重量的增加(Wf＝W2-W1(g))作為樣品長度(cm)的函數(shù)的曲線圖表。準(zhǔn)備并測試其他長度的同樣的樣品、以補充基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于進(jìn)行很好的實驗室實際操作來說，是應(yīng)當(dāng)建立的。采用適當(dāng)數(shù)量的微分曲線的擬合技術(shù)，把數(shù)據(jù)點連成一條曲線，比如該擬合技術(shù)如紐約1984年由麥克格勞·海爾圖書公司出版、由D、W.格林編輯的《帕瑞化學(xué)工程師手冊》(第6版)中的第2-65頁至2-66頁所述(Perry′s Chemical Engineers′ Handbook，6 th edition，edited by D.W.Green，McGraw-Hill Book Co.，New York(1984))。該曲線在相應(yīng)于各樣品長度的點處進(jìn)行微分，這就使得液體的增量(dWf/dL)成為樣品長度(cm)的一個函數(shù)，其中樣品長度基本上相當(dāng)于液體在容器中增加的高度。用毛細(xì)通道結(jié)構(gòu)的平均線密度(g/cm)和液體密度(g/cm3)來除每個dWf/dL(g/cm)，便可得到毛細(xì)吸附能力(容量)值(即每克毛細(xì)管結(jié)構(gòu)所吸收液體的立方厘米，)也就是毛細(xì)吸力(液體的高度(cm))的函數(shù)。將吸收能力(容量)作為毛細(xì)吸力的函數(shù)作圖表把曲線擬合到該圖表上，采用了如上述《帕瑞化學(xué)工程師手冊》第6版第2-107到第2-113頁上所述的非線性回歸曲線擬合技術(shù)。從這條毛細(xì)吸附曲線上，便可在特定的毛細(xì)吸力高度上，讀出其吸附能力(容量)。
垂直芯吸率的測定以下的垂直芯吸率的計算方法用來確定毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)垂直芯吸率。一般來說，這種方法的目的在于當(dāng)液體浸濕該毛細(xì)管時，實際觀察并記錄液體的垂直位置。這一方法適用于相應(yīng)于上述毛細(xì)吸附能力測試中采用的毛細(xì)管纖維，或割裂的毛細(xì)管片材。測試液將被染色，以便于測量。準(zhǔn)備用來測定水溶液的垂直浸濕能力的液體為蒸餾水，并用0.05%的FD & C蘭1號(FD & C Blue ＃1)進(jìn)行染色(此后稱該液體為“染色蒸餾水”)。合適的FD & C蘭1號染料在市場上便可買到(比如可從美國紐約的H.卡斯塔姆公司(H.Kohnstamm & Co.，Inc.，NY，NY，USA)買到)。
除非經(jīng)特別指明，本方法一般用于單根(或獨立的)纖維或單片薄片材。但是本方法也將適用于纖維束和/或多片片材的垂直芯吸率及芯吸距離的測量。與上面毛細(xì)吸附測試過程同樣，本方法也使用小鉛球或其等同物來作毛細(xì)管結(jié)構(gòu)樣品的配重，并且空芯樣品的端部均被密封(如熱熔密封)。
取一支內(nèi)直徑約為5.0cm、高約為25cm的封底玻璃管，向該管中加入約2.5cm深的足夠量測試液。將一只帶有三條3cm左右長的支腿的圓板插入該管的底上，其三條支腿均落在管底上。該圓板在此作為一個反射擋板。在該圓板中心鉆有一個1.3cm的圓孔。一個記有毫米刻度的尺與貼附在該管的外側(cè)。一個橡膠塞用來封住該管的頂部。塞子有一個位于中心位置上的孔，用來使夾持部件得以插入該管，并將樣品懸掛在低于橡膠塞的位置上。該孔的大小尺寸應(yīng)能夠使小夾子或其他適用的夾持部件在它們位于該橡膠塞孔中的時候，能保持在鎖定位置上。小夾子可用作該夾持部件。必須把夾持部件合適地裝于橡膠塞的孔中，以利于對樣品高度的調(diào)整。
測試過程開始，取一段24cm長的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)樣品，一個小鉛球夾持在樣品一端約1毫米長的部份上，該樣品的另一端懸掛在夾持部件上，從而使小鉛球的頂部浸沒并開始計時。然后記錄液體每增加0.5厘米高度所需的時間?？墒褂靡慌_低倍顯微鏡來幫助記錄液體沿樣品上升的狀態(tài)。
垂直芯吸率的確定可通過制備一張液體高度與時間的平方根的關(guān)系曲線圖表，以獲得該液體高度的方法來完成。
這一方法也可適用于對毛細(xì)管纖維束的測試。
抗壓強(qiáng)度的測定以下為抗壓強(qiáng)度的測試方法，描述了一個用來確定單一的毛細(xì)管纖維和片材(以下均稱為“樣品”)的干、濕抗壓強(qiáng)度的過程。一般來說，該方法涉及當(dāng)該結(jié)構(gòu)上的載荷增加時，該結(jié)構(gòu)厚度減少。樣品被壓在一對水平的、自對中的剛性板之間，該板應(yīng)由不銹鋼或其他耐腐蝕的剛性金屬制成，并且應(yīng)具有精磨的拼接面。向該些板上施加荷載，并測量厚度的減少量。如果是與片材相對，測試的是纖維，則須將兩根纖維以足夠的間距平行固定在該兩板之間，以防止該板在載荷或壓力的施加下發(fā)生傾斜。如果是毛細(xì)管結(jié)構(gòu)片材，則應(yīng)根據(jù)其寬度來適當(dāng)?shù)仄叫泄潭āＴ搶ψ詫χ袆傂园逯械牡装迳暇哂腥齻€等長的剛性支腳，該些支腳在該底板上構(gòu)成一個三角形以形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。在上板上有一個直徑約1.5厘米的金屬(例如鋼的)球、該球可固著地固定在該上板上的中心處。在本測試中，可采用一個尺寸為5cm×5cm×1cm(厚度)、并帶有0.3cm長支腳的固定底板，以及一個尺寸為2.5cm×2.5cm×0.5cm(厚度)的上板。當(dāng)然還可以選用其他尺寸、材料等等，只要能獲得等同的效果即可。在測試前，先應(yīng)測出刻度盤指示器本身的壓力和上板的重量，并記錄下來。
所用的設(shè)備包括如下部分準(zhǔn)備一個Ames Model 87-025型厚度儀(可從美國馬薩諸塞州華坦姆城的B.C.Ames公司購到(B.C.Ames Co.，Waltham，Mass.，USA))或其等同物;帶有從該厚度儀上下兩端伸出的心軸的Ames Model 452型刻度盤指示器;其心軸的上部應(yīng)適于安裝施加的載荷;伸出在厚度儀之下的心軸部分的底部，為一個1.0平方英吋(即6.45cm2)的心軸板;刻度盤指示器可調(diào)整地固定在厚度儀的座臺上。所用的Model 452型刻度盤指示器或其替換儀器可讀到至少約0.0001英吋(即約0.00025cm)。待測毛細(xì)管結(jié)構(gòu)樣品的長度應(yīng)為約5cm左右，當(dāng)然，也可根據(jù)購到的產(chǎn)品情況，用短些的樣品來代替。如果在應(yīng)用產(chǎn)品情況下，毛細(xì)結(jié)構(gòu)的長度短于5厘米，還可以用其較長些的結(jié)構(gòu)段來測試，而且5厘米的測試長度將更容易和適合于固定。樣品固定在固定底板上，該樣品的固定可用透明紙帶來完成。該樣品應(yīng)沿基本上直線方向、并且無扭曲的條件下固定，而且應(yīng)平放在該固定板上。變形材料應(yīng)在其進(jìn)行變形加工之前進(jìn)行測試，該透明紙帶應(yīng)位于上板的區(qū)域之外，并且在進(jìn)行測試過程中的任何時候，該玻璃紙帶均不應(yīng)與該上板相接觸。該帶最好沒有任何部分位于距上板0.5厘米以內(nèi)的地方。在樣品平行固定的情況下，該樣品應(yīng)相距1.5厘米間距固定，即各自距固定板中心0.75厘米。在測試單片時，該片材應(yīng)以其中心覆蓋在固定板的中心位置上。樣品的固定應(yīng)是這樣的，即當(dāng)毛細(xì)管底部是平面型時，應(yīng)與固定底板的平面相平行，而當(dāng)毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的底部是圓柱形時，或是其他形狀時，則該結(jié)構(gòu)應(yīng)以其自然放置的任意幾何狀態(tài)進(jìn)行固定?？梢杂帽緶y試方法，來確定在其一側(cè)或兩側(cè)帶有毛細(xì)通道、并具有平面型底部的、以及在其圓柱形芯部的整個圓周上都具有沿徑向伸出的毛細(xì)通道壁的-這種結(jié)構(gòu)的抗壓特性。在樣品固定好以后，使固定板底部在該心軸底板下對中，然后，給上板對中并使其覆蓋在固定板上，利用面朝上的，并以其中心直接位于心軸底板之下的金屬球，使上板擱置在固定的樣品上。
利用緩慢降低刻度盤指示器心軸，使心軸板壓向金屬蓋板上的球，直至該心軸板接觸到該球，便可測出該樣品的厚度。在球和心軸板接觸了30秒鐘，以使之均衡以后，便可記錄下該樣品的厚度。然后升起心軸和心軸板，使心軸板離開金屬球。在該心軸板脫離與金屬球的接觸之后，隨著不斷向心軸上施加載荷的重量，重復(fù)進(jìn)行厚度的測量。該逐漸增加的重量值可根據(jù)試樣的抗壓強(qiáng)度不同而有所區(qū)別，但一般來說應(yīng)在每測一次厚度后增加10到100克重量，隨著逐漸增加重量而進(jìn)行的厚度測量應(yīng)重復(fù)進(jìn)行，直到被測厚度(t)等于以下所限定的t50時為止。
作為所施加壓力(Pr)的函數(shù)，厚度(t)應(yīng)計算出來以確定每一個數(shù)據(jù)點。在計算中，Pr將由施加給試樣的總重量(WT)被該試樣初始面積除而得到，其中施加給試樣的總重量WT即上板、心軸、以及加到心軸上去的重量之和。該試樣初始面積Ai為在試樣被固定但尚未受壓時，平行于固定板的水平面的試樣的最大橫截面積。
抗壓強(qiáng)度(CS)被定義為一個壓力值，在該壓力下，試樣毛細(xì)管空隙的體積降低到其試樣初始空隙體積(Vi)的50%。這時的厚度，也就是t50將以下式計算出來t50＝〔 1/(Ai) (0.5Vi+ ((M/L)Z)/(ρ) )〕
其中，M/L＝每單位長度內(nèi)的試樣重量;
Z＝試樣的長度;
ρ為前面所定義的(聚合物的固體密度);而Vi則為由直線閉合弦長所包圍的該毛細(xì)結(jié)構(gòu)的總空隙體積(見相對于閉合弦長的長細(xì)比測試方法)。
本抗壓強(qiáng)度測試方法可適用于對干或濕的試樣的測定，在測定濕狀態(tài)抗壓強(qiáng)度時，應(yīng)使試樣浸在液體中5分鐘，并緩慢地?fù)u動該試樣，然后再按上述方法固定并測試。
粘附張力的測定毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的粘附張力的測定是根據(jù)威爾梅·斯萊德方法(Wilhelmy Slide Method)，如果有的話，該法被應(yīng)用到由相同聚合物制成的、經(jīng)表面張力改性處理的光滑矩形條狀薄膜條的測定。利用威爾梅·斯萊德方法測定粘附張力是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的技術(shù)，并且被描述在由Arthur W.Adamson所著、并見于國際科學(xué)出版社(Interscience Publishers)，1967年出版的《表面物理化學(xué)》第二版一書中(“Physical Chemistry of Surfaces”，Second edition，John Wiley & Sons，New York，1967)的第26-28頁和353頁。就在此應(yīng)用該方法來說，薄膜厚度應(yīng)為50微米左右，并且薄膜寬度至少應(yīng)為2.0厘米。
就測定材料的親水性來說，應(yīng)采用蒸餾水作測試液。而測定材料的親油性時，則可選用n-癸烷。本測試方法還可用來測定對其他一些測試液的粘附張力。
一般來說，應(yīng)把一薄膜條垂直懸掛在一臺分析天平上，比如Mettler AE200型分析天平(美國新澤西洲海斯頓城的麥特勒儀器公司出品(Mettler Instrument Co.，Highstown，NJ，USA)或其等同物，從而使大約0.1cm長的薄膜浸泡在測試液中。測試液容器應(yīng)足夠大，以使吸收到薄膜上面去的液體對容器液面高度的影響不大。一般來說，約7毫升左右的測試液容器就足夠大了。因此，薄膜的初始浸濕面積將大約為0.1cm乘以薄膜條寬度的2倍。60秒鐘之后，記錄下表現(xiàn)出來的重量，然后對其他的新的同樣薄膜條和適當(dāng)?shù)男迈r測試液進(jìn)行多次同樣測試，以獲取可靠的統(tǒng)計結(jié)果。
粘附張力(TAD)將由下式計算出來
其中WTOT＝60秒鐘浸泡后，薄膜的表觀重量;
WPLATE＝薄膜的原始重量;
b＝薄膜浸沒部分的浮力(b＝薄膜浸沒部分的體積乘以該液體的密度);
p＝薄膜與測試液接觸的界面周邊長度。
長細(xì)比、毛細(xì)管寬度、平均結(jié)構(gòu)厚度的測定長細(xì)比(S)、毛細(xì)管寬度(CCW)、以及平均結(jié)構(gòu)厚度(tave)的測試將按照以下方法進(jìn)行測定。該方法的完成依賴于上述的檢鏡切片機(jī)切下的、毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的有代表性的橫截面的顯微照片進(jìn)行。由于毛細(xì)管結(jié)構(gòu)在其軸線方向上具有許多不同的長細(xì)比、毛細(xì)管寬度、以及平均結(jié)構(gòu)厚度，因此必須測定足夠多的橫截面，以提供具有代表性的加權(quán)平均長細(xì)比、毛細(xì)管寬度、和/或平均結(jié)構(gòu)厚度值。當(dāng)然，假如該結(jié)構(gòu)在沿該毛細(xì)管軸向方向上的直線長度上的任一部分至少為0.2厘米，最好至少為1.0厘米，并且具有本說明書范圍內(nèi)的長細(xì)比、毛細(xì)管寬度、和/或平均結(jié)構(gòu)厚度值，則該結(jié)構(gòu)將構(gòu)成本發(fā)明的一種毛細(xì)管結(jié)構(gòu)?？蓞⒁妶D26，該圖舉出了本方法的一個例子。
本方法使用以下等式S＝L2/4Asttave＝2Ast/L其中L＝該結(jié)構(gòu)橫截面的總固體周邊長;
Ast＝形成垂直于該毛細(xì)管軸線的固體橫截面的總面積。
CCW為一毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的直線封閉弦長，其中所說的弦封閉所說毛細(xì)管的內(nèi)結(jié)構(gòu)，并且以可使毛細(xì)管體積為最大值的方式，與所說毛細(xì)管的毛細(xì)管壁相切在與其的交點上。
為舉例說明，圖25表示了一個毛細(xì)管結(jié)構(gòu)900，該結(jié)構(gòu)上具有弦W1、W2、W3、W4、W5、和W6，它們分別相應(yīng)于毛細(xì)管C1、C2、C3、C4、C5和C6。圖25還表示了相應(yīng)于總橫截面積Ast的區(qū)域，并且表示出了連續(xù)PL，該連續(xù)線的長度就是總周邊長L。
毛細(xì)管壁平行度和垂直度的測定取一個以上述切片方法切下的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的有代表性的橫截面切片，并準(zhǔn)備一張該橫截面的顯微照片，可參見圖26，該圖舉例說明了本方法的各個方面。對一個毛細(xì)管結(jié)構(gòu)上的每一個毛細(xì)管來說，一根與該毛細(xì)管的毛細(xì)管壁相正切的直線封閉弦也就是形成了可使該封閉的毛細(xì)管達(dá)到最大面積值的封閉區(qū)域。在實際工作中，這個過程可以簡單地把一條長度略大于該毛細(xì)管最寬部分的直線段，放置在與形成該結(jié)構(gòu)的每個毛細(xì)管壁的末端部分相切的位置上即可。該弦的長度為介于該弦和每兩個相應(yīng)管壁之間的交點間的最小距離。分別具有封閉弦Wx長度的75%的長度的線段LSx1、LSx2分別位于這樣的位置上，即各線段LSx1、LSx2的端部分別與形成該毛細(xì)管邊界線的管壁CWx、CWxy的內(nèi)表面相接觸。同樣，長度為封閉弦Wy長度的75%的線段LSy1、LSy2的端部，也分別與管壁CWy、CWxy的內(nèi)表面相接觸。該線段可在其兩端之間的一些點上穿過該管壁的邊界線。假如線段可位于這樣的位置上，即線段間的張角為從0°到40°左右，則可以說這兩個毛細(xì)管壁是相互平行的。毛細(xì)管封閉弦與管壁大致垂直也是較好的。每個毛細(xì)管壁都將形成一個或兩個不同的開式毛細(xì)管邊界。例如，在圖26中，壁CWx形成一個毛細(xì)管Cx的邊界線，而壁CWxy則形成兩個毛細(xì)管Cx、Cy的邊界線。當(dāng)管壁作為一個毛細(xì)管的邊界線時，假如線段接觸到該管壁的內(nèi)表面，并且a)該線段可在該毛細(xì)管的對面管壁上有一條相似的線段，這兩條線段基本上是平行的;b)該線段與該封閉弦的夾角為90°±30°左右，最好為90°±15°左右-這樣的話，則該管壁可以說是基本上與封閉弦相垂直的。當(dāng)管壁作為兩個毛細(xì)管的邊界線時，假如與這些管的每一個管壁相接觸的線段均滿足條件a)和b)的話，則可以說該管壁是基本上與其封閉弦相垂直的，從而對每個毛細(xì)管來說，便可以作出一些基本平行的線段，這些線段對某個管壁是共同的，并且各自都與相應(yīng)的封閉弦基本垂直。與多個封閉弦的垂直度，這一概念應(yīng)被恰當(dāng)?shù)亟忉尀椋?dāng)它用在這種場合，即用在與一個或兩個獨立的封閉弦的垂直度的場合中時，應(yīng)滿足上面所述的準(zhǔn)則。當(dāng)然也可以說，假如可引出這樣一對基本平行的線段，其中某根線段與其底部的夾角為90°±30°，最好為90°±15°左右，則該相應(yīng)的管壁便可以說是基本垂直于該底部的。
如圖26所示，該示出的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)1400上的LSx1和LSx2明顯地基本上相互平行，它們與Wx相交(當(dāng)其延伸時)的夾角為γa和γb，在圖中，該兩夾角分別為約93°和約88°。線段LSy1和LSy2也基本上相互平行，并以夾角γc和γd與弦Wy相交，在圖中，該兩夾角分別為約91°和約88°。因此，管壁Cwx和Cwxy均可以說基本上垂直于它們的封閉弦。參見圖27，該圖表示了一個毛細(xì)管結(jié)構(gòu)1100，即帶有直線形管壁1110、1110′，以及底部1120的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的橫截面形狀，介于兩管壁1110、1110′和底部1120之間的夾角γe、γf分別為90°左右，并且可以認(rèn)為，它們滿足與底部基本垂直的上述準(zhǔn)則。
實施例1～4如下本發(fā)明的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)由下述熔融紡熱塑性聚合物制成。
本結(jié)構(gòu)將利用用于熱塑性聚合物熔融紡絲的化學(xué)廠紡絲生產(chǎn)線制成。合適的紡絲生產(chǎn)線可從美國佛羅里達(dá)州西坡姆畢茨城的基連壓力機(jī)械公司(Killion Extruders，Inc.，West Palm Beach，F(xiàn)la.)購得。該紡絲生產(chǎn)線包括一個加料斗/干燥器、一個1英吋(2.54厘米)擠壓機(jī)、一個帶有兩個齒輪泵傳動機(jī)構(gòu)和一個擠壓模板的計量泵組件、三個熱甬道、一個不被加熱的空氣驟冷室、一個導(dǎo)絲輥裝置、和一個纖維卷繞裝置。
先將熱塑性聚合樹脂，如Kodak PETG共聚酯(Copolyester)6763(可從伊斯特曼化學(xué)品公司(Eastman Chemical Products，Inc.)購到)，放到一個干燥型加料斗/干燥器中，在140°F(60℃)條件下，進(jìn)行四個小時的預(yù)烘燥。使聚合物，以顆粒的形式，在重力作用下直接落入擠壓機(jī)。該擠壓機(jī)為一臺Killion擠壓機(jī)，其一英吋24∶1 L/D套筒在加料區(qū)、擠壓區(qū)、和計量區(qū)都帶有冷/熱控制裝置。在這些區(qū)域中用來控制溫度的裝置是Eurotherm type 805控制器(美國佛吉尼亞州瑞斯頓城的歐羅特姆公司(Eurotherm Corp.，Reston，VA，USA))。在該擠壓機(jī)的出口處，安裝了一個固裝有篩網(wǎng)噴絲頭組件的裂碎板，用來排除降解產(chǎn)品和這些大塊聚合物帶來的顆粒污染。該篩網(wǎng)噴絲頭組件包括篩網(wǎng)的篩眼規(guī)格號數(shù)為60、80、250、300、250、80和60。從擠壓機(jī)中擠出后，該熔融聚合物被泵送至擠壓模板，該擠壓模板上帶有一燭形過濾器組件(孔徑20微米)和一個設(shè)計有小孔的、用于制造本發(fā)明的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的擠壓模。經(jīng)加熱的齒輪泵用來很好地保持輸出量的穩(wěn)定和恒量在所需水平上。聚合物被從擠壓模孔中泵出，形成未牽伸毛細(xì)管結(jié)構(gòu)。在其離開擠壓模時，該毛細(xì)管結(jié)構(gòu)逐一進(jìn)入三個獨立的甬道單元，每個單元被各自獨立的溫度控制器分區(qū)控制加熱。這些甬道單元垂直層疊安裝在該擠壓模下。在第三個甬道單元之下，為一個空氣驟冷組件單元，該空氣驟冷組件單元上帶有一個可調(diào)整氣流的空氣壓縮機(jī)，用來以不經(jīng)加熱的空氣迅速冷卻聚合物的溫度。在該空氣驟冷組件下面，為導(dǎo)絲輥裝置，用來牽伸該毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，接下來便是纖維卷繞裝置。以下擠壓工藝參數(shù)列于下面的表1中，它們對于制造毛細(xì)管結(jié)構(gòu)將非常有用。
表1例1 例2 例3 例4擠壓模小孔設(shè)計＊圖9 圖12 圖13 圖16壁孔寬度 140 140 140 140(微米)底孔寬度 140 178 178 178(微米)底孔直徑 - 3.8cm 3.8cm 2.5cm壁孔長度 0.61cm 1.27cm 0.74cm 1.18cm＊＊內(nèi)壁孔距 0.20cm 0.133cm 0.066cm 0.25cm(在底部) 0.183cm相鄰蛛網(wǎng)形 - 18° 20.5° 22.5°壁孔間夾角通過氣孔的 - 9.2 10.0 9.2空氣流速(毫升/分)泵出口處的聚合 222 220 221 221物溫度(℃)聚合物通過泵時 1.0 3.0 3.0 2.0的流速(cc/min)
表1(續(xù))例1 例2 例3 例4模板工作壓力 4.07 4.90 3.03 2.97(兆帕(MPA))模板工作溫度(℃) 223 224 224 223冷卻甬道溫度(℃)＊＊＊冷卻甬道1 99 122 127 135冷卻甬道2 69 93 93 93冷卻甬道3 環(huán)境溫度 93 93 93空氣驟冷溫度(℃) 20 19 20 20拉伸比 3040 5875 5100 5124旦尼爾數(shù) 60 199 223 200其中＊指擠壓?？椎囊话阍O(shè)計。
＊＊包括兩種孔長。
＊＊＊冷卻甬道溫度指該甬道內(nèi)表面的溫度。
權(quán)利要求
1.帶有一個或多個結(jié)構(gòu)內(nèi)毛細(xì)管的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，所說結(jié)構(gòu)含有聚合物組合物，其中所說結(jié)構(gòu)上帶有一個毛細(xì)管基底、和至少兩個從所說底上伸出，并沿該底軸向長度方向延伸至少0.2厘米左右的毛細(xì)管壁，所說管壁帶有一個底部端和一個末稍端，所說底部和管壁構(gòu)成了所說毛細(xì)管；所說結(jié)構(gòu)的特征在于，其容重比(SpecificCapillary Volume)至少為2.0cc/g左右，其比表面積(Specific Capillary Surface Area)至少為2000cm2/g左右，以及其抗壓強(qiáng)度(干態(tài))至少為13，800dynes/cm2左右。
2.如權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)的比表面積至少為3000cm2/g左右，其容重比至少為2.5cc/g左右，以及其抗壓強(qiáng)度(干態(tài))至少為69000dynes/cm2左右。
3.如權(quán)利要求2所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)的比表面積至少為4000cm2/g左右，其容重比至少為4.0cc/g左右，以及其抗壓強(qiáng)度(干態(tài))至少為138000dynes/cm2左右。
4.如權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，毛細(xì)管中至少30%左右的容重比由橫截面垂直于該毛細(xì)管軸線方向、且相互間基本平行的管壁構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求2所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，毛細(xì)管中至少50%左右的容重比由橫截面垂直于該毛細(xì)管軸線方向、且相互間的平行度偏差不大于30°左右的管壁構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，毛細(xì)管中至少30%左右的容重比由橫截面垂直于該毛細(xì)管軸線方向、且基本垂直于封閉所說毛細(xì)管的那些弦的管壁構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，毛細(xì)管中至少50%左右的容重比由橫截面垂直于該毛細(xì)管軸線方向，且與所說封閉毛細(xì)管的那些弦的夾角在90°±15°左右范圍內(nèi)的管壁構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求6所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說相互基本平行的管壁也基本上垂直于所說毛細(xì)管基底。
9.帶有一個或多個結(jié)構(gòu)內(nèi)毛細(xì)管的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，所說結(jié)構(gòu)含有聚合物組合物，其中在所說結(jié)構(gòu)上帶有一個毛細(xì)管基底，和至少兩個從所說基底上伸出，并沿該底的軸向長度方向延伸至少0.2厘米左右的毛細(xì)管壁，所說管壁具有一個底部端和一個末梢端，因此所說底部和管壁構(gòu)成了所說毛細(xì)管，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)的長細(xì)比至少為9，至少30%的毛細(xì)管其毛細(xì)管寬度小于0.30毫米左右，并且所說結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度(干態(tài))至少為13800dynes/cm2左右。
10.如權(quán)利要求9所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，長細(xì)比至少為15左右，至少50%左右的毛細(xì)管其毛細(xì)管寬度小于0.10mm左右，并且所說結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度(干態(tài))至少為69000dynes/cm2左右。
11.如權(quán)利要求9所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)的平均結(jié)構(gòu)厚度小于10微米左右。
12.如權(quán)利要求10所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)的平均結(jié)構(gòu)厚度小于5微米左右。
13.如權(quán)利要求12所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說的抗壓強(qiáng)度(干態(tài))至少為138000dynes/cm2左右。
14.如權(quán)利要求9所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，毛細(xì)管中至少30%左右的容重比由橫截面垂直于該毛細(xì)管軸線、且相互間基本平行的管壁構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求10所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，毛細(xì)管中至少50%左右的容重比由橫截面垂直于該毛細(xì)管軸線方向，且相互間的平行度偏差不大于30°左右的管壁構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求9所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，毛細(xì)管中至少30%左右的容重比由橫截面垂直于該毛細(xì)管軸線方向、且基本垂直于封閉所說毛細(xì)管的那些弦的管壁構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求16所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，毛細(xì)管中至少50%左右的容重比由橫截面垂直于該毛細(xì)管軸線方向，且與所說封閉毛細(xì)管的那些弦的夾角在90°±15°左右范圍內(nèi)的管壁構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求16所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說相互基本平行的管壁也基本上垂直于所說毛細(xì)管的基底。
19.如權(quán)利要求1、2、3、4、8、9、10、11、16、或18所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于所說聚合物對蒸餾水的粘附張力至少為25dynes/cm左右。
20.如權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說聚合物對蒸餾水的粘附張力至少為20dynes/cm，并且5.0cm吸力時的該結(jié)構(gòu)對蒸餾水的毛細(xì)吸附能力至少為1.5cc/g左右。
21.如權(quán)利要求2所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說聚合物對蒸餾水的粘附張力至少為25dynes/cm，并且在吸力為10.0cm時該結(jié)構(gòu)對蒸餾水的毛細(xì)吸附能力至少為4.0cc/g左右。
22.如權(quán)利要求9所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說聚合物組合物對蒸餾水的粘附張力至少為20dynes/cm，并且該結(jié)構(gòu)對蒸餾水的毛細(xì)吸附能力在吸力為5.0cm時至少為1.5cc/g左右。
23.如權(quán)利要求10所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說聚合物對蒸餾水的粘附張力至少為25dynes/cm，并且該結(jié)構(gòu)對蒸餾水的吸附能力在吸力為10.0cm時至少為4.0cc/g左右，并且其對染色蒸餾水的垂直芯吸率至少為在最初5分鐘浸濕時間內(nèi)浸濕3.0cm。
24.如權(quán)利要求21所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說聚合物對蒸餾水的粘附張力至少為25dynes/cm左右，并且該結(jié)構(gòu)對蒸餾水的毛細(xì)吸附能力在吸力為10.0cm時至少為4.0cc/g左右，其對染色蒸餾水的垂直浸濕率至少為在最初10分鐘的浸濕時間內(nèi)浸濕3.0cm，在浸沒于蒸餾水中后(5分鐘)的抗壓強(qiáng)度(濕態(tài))至少為138000dynes/cm2左右。
25.如權(quán)利要求2所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說毛細(xì)管對n-癸烷的毛細(xì)吸收能力在吸力為3cm時至少為1.5cc/g，并且所說聚合物對n-癸烷的粘附張力至少為10dynes/cm左右。
26.如權(quán)利要求9所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說毛細(xì)管結(jié)構(gòu)對n-癸烷的毛細(xì)吸收能力在吸力為3cm時至少為1.5cc/g，并且所說聚合物對n-癸烷的粘附張力至少為10dynes/cm左右。
27.如權(quán)利要求26所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)對n-癸烷的毛細(xì)吸附能力在吸力為5.0cm時為3.0cc/g左右。
28.如權(quán)利要求7所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說毛細(xì)管結(jié)構(gòu)對n-癸烷的毛細(xì)吸附能力在吸力為3.0cm時至少為1.5cc/g左右。且所說聚合物組合物對n-癸烷的粘附張力至少為10dynes/cm左右。
29.如權(quán)利要求18所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說毛細(xì)管結(jié)構(gòu)對n-癸烷的毛細(xì)吸附能力在吸力為3.0cm時至少為1.5cc/g左右，并且所說聚合物組合物對n-癸烷的粘附張力至少為10dynes/cm左右。
30.如權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)為纖維結(jié)構(gòu)，其中所說基底為一中央芯形部分，所說毛細(xì)管壁從該中央芯形部分沿徑向伸出，或者，所說基底為一平面形部分，其寬度小于或等于0.5cm。
31.如權(quán)利要求9所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)為纖維結(jié)構(gòu)，其中所說基底為一中央芯形部分，所說毛細(xì)管壁從該中央芯形部分沿徑向伸出，或者所說基底為一平面形部分，其寬度小于或等于0.5cm。
32.一種帶有多個結(jié)構(gòu)內(nèi)毛細(xì)管的毛細(xì)管片，所說結(jié)構(gòu)內(nèi)含有聚合物組合物組份，其中所說結(jié)構(gòu)中具有一個平面形毛細(xì)管基底，以及多個從所說基底上伸出，并沿所說底部的軸向長度方向延伸至少0.2cm左右的管壁，所說管壁具有一個基底端和一個末梢端，因此，所說底和管壁構(gòu)成了所說毛細(xì)管，其特征在于，所說毛細(xì)管片的容重比至少為1.2cc/g左右，其比表面積至少為500cm2/g左右，其抗壓強(qiáng)度(干態(tài))至少為13800dynes/cm2左右，并且所說平面形底部的寬度大于0.5cm。
33.一種帶有多個結(jié)構(gòu)內(nèi)毛細(xì)管的毛細(xì)管片，所說結(jié)構(gòu)內(nèi)含有聚合物組合物，其中所說結(jié)構(gòu)中具有一個平面形毛細(xì)管基底，以及多個從所說基底上伸出，并沿所說底的軸向長度方向延伸至少0.2厘米左右的管壁，所說管壁具有一個基底端和一個末梢端，因此，所說底部和管壁便構(gòu)成了所說毛細(xì)管，其特征在于，所說毛細(xì)管片的長細(xì)比至少為3左右，至少30%的毛細(xì)管的毛細(xì)管寬度小于0.30mm左右，所說結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度(干態(tài))至少為13800dynes/cm2左右，并且所說平面形底部的寬度大于0.5cm。
34.如權(quán)利要求32所述的毛細(xì)管片，其特征在于，該片的所說比表面積至少為2000cm2/g左右，且該片的所說容重比至少為2.0cc/g左右。
35.如權(quán)利要求33所述的毛細(xì)管片，其特征在于，其長細(xì)比至少為9。
36.如權(quán)利要求9所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)為一片狀結(jié)構(gòu)，其中所說底部為平面形，且寬度大于0.5cm。
37.如權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)包括帶有錐形橫截面的毛細(xì)管，其毛細(xì)管壁的末梢端上具有吸液嘴，這些吸液嘴的寬度小于在所說管壁底部端測得的所說毛細(xì)管的寬度。
38.如權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)具有錐形的毛細(xì)管壁，所說管壁的底端比其末梢端厚。
39.如權(quán)利要求38所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說錐形管壁的最大厚度不大于該平均結(jié)構(gòu)厚度的3.0倍左右。
40.如權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)包括帶有平面形基底的毛細(xì)管，其橫截面底面周長與基底寬之比大于1.5左右。
41.如權(quán)利要求19所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)包括帶有平面形底部的毛細(xì)管，其橫截面底面周邊長與基底寬之比大于1.5左右。
42.如權(quán)利要求9所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)包括帶有平面形底部的毛細(xì)管，其橫截面底面周邊長與基底寬之比大于1.5左右。
43.如權(quán)利要求20所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說結(jié)構(gòu)包括帶有平面形底部的毛細(xì)管，其橫截面底面周邊長與基底寬之比大于1.5左右。
44.如權(quán)利要求32所述的毛細(xì)管片，其特征在于，所說聚合物組合物對蒸餾水的粘附張力至少為20dynes/cm左右。
45.如權(quán)利要求33所述的毛細(xì)管片，其特征在于，所說聚合物組合物對蒸餾水的粘附張力至少為20dynes/cm左右。
46.如權(quán)利要求32所述的毛細(xì)管片，其特征在于，所說管壁具有內(nèi)部毛細(xì)液交流孔。
47.如權(quán)利要求33所述的毛細(xì)管片，其特征在于，所說管壁具有內(nèi)部毛細(xì)液交流孔。
48.如權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說管壁具有內(nèi)部毛細(xì)液交流孔。
49.一種包含有權(quán)利要求20或21所述毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的織物，所說結(jié)構(gòu)為毛細(xì)管纖維形式的結(jié)構(gòu)。
50.一種用于制造帶有多個基本平行的毛細(xì)管的擠壓工藝，其特征在于，所說工藝步驟為(a).喂入可流動的熔融聚合物組合物，使其通過一個擠壓模，其中擠壓模包括一個環(huán)形底孔，多個毛細(xì)管壁孔沿徑向從該底孔上伸出，這樣，當(dāng)聚合物組合物離開所說擠壓模時，便具有了一個空心的環(huán)形基底和多個沿徑向從所說底部上伸出的毛細(xì)管壁，所說底和管壁構(gòu)成了多個毛細(xì)管，并且其中所說擠壓模具有一個位于所說環(huán)形底孔中心處的氣孔;(b).在喂入所說聚合物組合物，并使其通過所說擠壓模的環(huán)形基底孔和毛細(xì)管壁孔的同時，引入氣流，使之沿所說熔融聚合物組合物流動的相同方向通過所說氣孔;(c).在聚合物組合物離開擠壓模之后，把該毛細(xì)管結(jié)構(gòu)牽伸到所需尺寸，并冷卻所說結(jié)構(gòu)。
51.如權(quán)利要求50所述的工藝，其特征在于，聚合物組合物包括熱塑性聚合物和親水性添加劑。
52.如權(quán)利要求50所述的工藝，其特征在于，在聚合物組合物離開擠壓模時，所說聚合物組合物在一個冷卻區(qū)域中被冷卻，該冷卻區(qū)域具有一個比聚合物組合物進(jìn)入冷卻區(qū)時的溫度至少低28℃的溫度。
53.一種擠壓模，其特征在于，所說模包括一個毛細(xì)管孔層，所說層包括一環(huán)形底孔和多個沿徑向從該底孔上伸出的毛細(xì)管壁孔，所說毛細(xì)管孔層還具有相對于所說環(huán)形底孔的一個內(nèi)部區(qū)域和一個外部區(qū)域，和一個位于所說環(huán)形底孔內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的氣孔，以及把所說內(nèi)部區(qū)域相對于所說外部區(qū)域可固定定位的裝置。
全文摘要
具有一個或多個結(jié)構(gòu)內(nèi)毛細(xì)管的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，所說結(jié)構(gòu)包含有聚合物組合物，其中所說結(jié)構(gòu)有一個毛細(xì)管基底，和至少兩個沿所說底部的軸向長度方向延伸至少0.2厘米左右的毛細(xì)管管壁，所說管壁帶有一個基底端和一個末稍端，所說基底和管壁構(gòu)成了所說毛細(xì)管；所說結(jié)構(gòu)的容重比至少為1.2cc/g左右，其比表面積至少為500cm
文檔編號B29L31/48GK1055399SQ9110180
公開日1991年10月16日 申請日期1991年2月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月20日
發(fā)明者休·A·湯普森, 愛德華·H·克勞特 申請人:普羅格特-甘布爾公司