Высокоскоростной способ изготовления изделий из микропористой пленки

 

Изобретение относится к технологии получения изделий из микропористой пленки, проницаемых для влажного пара и действующих как барьер по отношению к жидкости. Изготовление указанных изделий проводят высокоскоростным способом при скоростях порядка от 2,8 до 6,1 м/с, экструдируя смешанные в расплаве термопластичные полимеры с содержанием приблизительно 35-45% по весу линейного полиэтилена низкой плотности, приблизительно 3-10% по весу полиэтилена низкой плотности, приблизительно 40-55% по весу частиц карбоната кальция в виде наполнителя и приблизительно 2-6% по весу трехблочного стиролового сополимера. 2 с. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Уровень техники Способы изготовления изделий из микропористой пленки известны довольно давно. Например, в патенте США 3832267 описывается предшествующее вытягиванию или ориентации тиснение при плавлении полиолефиновой пленки, содержащей дисперсную аморфную полимерную фазу, имеющее целью улучшение пропускания пленкой газов или влажных паров. Согласно этому патенту пленку из кристаллического полипропилена, включающую в себя дисперсную аморфную полипропиленовую фазу, сначала, перед биаксиальной вытяжкой (вытягиванием), подвергают тиснению с целью получения ориентированной неперфорированной пленки, обладающей повышенной проницаемостью. Дисперсная аморфная фаза служит для создания микрополостей, увеличивающих проницаемость неперфорированной пленки, полученной другими способами, с целью улучшения пропускания влажных паров (ПВП). Для пленки с тиснением предпочтительно тиснение и вытяжку проводить последовательно.

В 1976 г. была опубликована статья (Eckhard С. A. Schwartz (Biax-Fiberfilm), "New Fibrillated Film Structures", Pap. Synth. Conf. (TAPPI), 1976, pp. 33-39). Согласно этой статье в пленке из двух или нескольких несовместимых друг с другом полимеров, из которых первый и второй полимеры формируют соответственно непрерывную и дискретную фазы, под воздействием вытягивания будет индуцироваться разделение фаз, приводящее к образованию полостей в полимерной матрице и увеличивающее пористость пленки. Для создания микропористости в вытянутой полимерной подложке можно также наполнить непрерывную матрицу пленки способного к кристаллизации полимера неорганическим наполнителем, таким как глина, диоксид титана, карбонат кальция и т.п.

Изготовление изделий из микропористых термопластичных пленок описывается также и во многих других патентах и публикациях. Например, в европейском патенте 141592 описывается применение полиолефина, в частности этиленвинилацетата (ЭВА), содержащего дисперсную полистироловую фазу, который в процессе вытягивания образует пленку с полостями, имеющую улучшенную проницаемость для влажных паров. Кроме того, указанный патент описывает последовательные стадии тиснения ЭВА пленки в виде толстых и тонких зон с последующим вытягиванием, чтобы сначала обеспечить получение пленки с полостями, которая при последующем вытягивании образует продукт в виде сетки. В патентах США 4452845 и 4596738 также описываются вытянутые термопластичные пленки, в которых дисперсной фазой для создания микрополостей под воздействием вытягивания может быть полиэтилен с карбонатом кальция в качестве наполнителя. Более поздние патенты США 4777073, 4814124 и 4921653 описывают такие же процессы, что и в вышеуказанных публикациях, включая стадии первого тиснения полиолефиновой пленки, содержащей наполнитель, и последующего вытягивания указанной пленки для создания микропористого продукта.

Согласно патентам США 4705812 и 4705813 микропористые пленки получали из смеси линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) и полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) с сульфатом бария в качестве неорганического наполнителя со средним размером частиц 0,1-7 мкм. Известна также модификация смесей ЛПЭНП и ПЭНП с использованием термопластичной резины типа Kraton. Другие патенты США, например 4582871, описывают применение термопластичных стироловых блочных трисополимеров с другими несовместимыми друг с другом полимерами, такими как стирол. В производстве микропористых пленок существуют и другие общие методики, известные специалистам в этой области и приведенные, в частности, в патентах США 4472328 и 4921652.

Перечень относящихся к рассматриваемому вопросу патентов, касающихся экструзионного ламинирования невытянутых нетканых материалов, включает патенты США 2714571, 3058868, 4522203, 4614679, 4692368, 4753840 и 503594. Вышеуказанные патенты '863 и '368 описывают вытянутые экструдированные полимерные пленки, предварительно ламинированные с невытянутыми неткаными волокнистыми материалами в зонах захвата валиков под давлением. Предметом патентов '203 и '941 является совместное экструдирование составных полимерных пленок с невытянутыми неткаными материалами в зонах захвата валиков под давлением. Патент '840 описывает предварительную обработку нетканых полимерных волокнистых материалов перед экструзионным ламинированием с пленками, предназначенную для улучшения связывания между неткаными волокнами и пленками. Говоря более конкретно, этот патент описывает обычные методы тиснения для формирования плотных и неплотных зон в слоях на нетканой основе перед экструзионным ламинированием, предназначенным для улучшения связывания между неткаными волокнистыми материалами и пленками посредством уплотненных волокнистых зон. При этом в патенте '941 развивается тезис о том, что невытянутые нетканые материалы, экструзионно ламинированные к однослойным полимерным пленкам, чувствительны к точечным отверстиям, индуцированным волокнами, проходящими, в общем, вертикально от плоскости волокнистой подложки. Таким образом, указанный патент описывает применение составных, совместно экструдированных пленочных слоев для предотвращения проблем, связанных с наличием точечных отверстий. Кроме того, способы связывания свободных нетканых волокон с полимерной пленкой описаны в патентах США 3622422, 4379197 и 4725473.

Для вытянутых нетканых волокнистых материалов известно также применение сопряженных валиков с целью уменьшения исходного веса. Примерами патентов в этой области являются патенты США 4153664 и 4517714. Первый из них описывает способ инкрементального вытягивания нетканых волокнистых материалов в поперечном направлении (ПН) или в направлении протягивания пленки через валики (НП), применяющий пару встречно-гребенчатых валиков для упрочнения и размягчения нетканых материалов. В этом же патенте описывается также альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором нетканый волокнистый материал до вытягивания с сопряжением ламинируют к термопластичной пленке.

Кроме того, делались попытки изготовить нетканые композитные материи, пропускающие воздух и обладающие барьерными свойствами, которые были бы непроницаемыми для жидкостей, но проницаемыми для паров воды. Примером известного процесса изготовления является способ по патенту США 5409761. Согласно этому патенту нетканую композитную материю изготавливают путем ультразвукового связывания микропористой термопластичной пленки со слоем нетканого волокнистого термопластичного материала. Указанные способы, а также другие способы изготовления способных к пропусканию воздуха ламинатов нетканых и термопластичных материалов имеют тенденцию к включению в процесс дорогих производственных методов и/или дорогих сырьевых материалов.

Несмотря на экстенсивное развитие способов изготовления способных к пропусканию воздуха микропористых пленок и ламинатов, обеспечивающих проницаемость по отношению к воздуху и влажным парам совместно с барьерными свойствами по отношению к жидкости, необходимы дальнейшие усовершенствования. В частности, это касается производства ламинатов и изделий из микропористых пленок на базе высокоскоростной производственной аппаратуры. Было бы весьма желательно производить изделия из микропористой пленки без нежелательных точечных отверстий и без вытяжного резонанса. До сих пор попытки увеличить производственные скорости приводили к повреждению пленки или к получению изделия из пленки с нарушенными свойствами.

Сущность изобретения Настоящее изобретение направлено на решение задачи разработки высокоскоростного способа изготовления микропористой термопластичной пленки. Микропористая пленка является проницаемой для воздуха и паров воды, но обладает барьерными свойствами по отношению к жидкостям. Согласно способу по данному изобретению при высоких скоростях производятся также ламинаты из микропористой пленки с неткаными подложками, способные пропускать воздух.

Высокоскоростной способ согласно настоящему изобретению включает в себя смешивание в расплаве состава, содержащего (а) приблизительно 35-45% по весу линейного полиэтилена низкой плотности, (б) приблизительно 3-10% по весу полиэтилена низкой плотности, (в) приблизительно 40-55% по весу частиц карбоната кальция в виде наполнителя и (г) приблизительно 2-6% по весу трехблочного стиролового сополимера, выбранного из группы, состоящей из стирол-бутадиен-стирола, стирол-изопрен-стирола, стирол-этилен-бутилен-стирола и их смесей.

Для формирования пленки композицию в виде расплавленной смеси экструдируют (предпочтительно через щелевую фильеру) в зону захвата валиков с воздушным шабером при скорости порядка по меньшей мере приблизительно 2,8-6,1 м/с без вытяжного резонанса. Без этого эффекта была достигнута скорость, равная или превышающая по меньшей мере приблизительно 3,8-6,1 м/с. Применение воздушного шабера для участия в устранении вытяжного резонанса известно, например, по патенту США 4626574. После этого для создания микропористой структуры к пленке при высокой скорости прикладывают инкрементальное вытягивающее усилие вдоль линий, проходящих по существу однородным образом поперек пленки и по всей ее глубине. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает высокоскоростной способ изготовления микропористых пленок и ламинатов с неткаными подложками однородного размера. При этом проблема вытяжного резонанса, которая до сих пор приводила к нерегулярному размеру (толщине) в изделиях из пленки, снимается даже при достижении линейных скоростей приблизительно 3,8-6,1 м/с.

В случае соблюдения баланса с предписанным количеством карбоната кальция смесь ЛПЭНП и ПЭНП в пределах указанного интервала содержаний компонентов позволяет производить пленку без повреждений и точечных отверстий. В частности, для обеспечения количества матрицы, достаточного для размещения частиц карбоната кальция, играющих роль наполнителя, ЛПЭНП присутствует в количестве приблизительно 35-45% по весу, тем самым придавая пленке возможность обрабатываться и вытягиваться без образования точечных отверстий и повреждений. ПЭНП в количестве приблизительно 3-10% по весу также способствует производству пленки без образования точечных отверстий и обеспечивает возможность высокоскоростного производства без вытяжного резонанса. Для достижения достаточного ПВП в интервале приблизительно 1000-4000 г/м² в день полимерную матрицу балансируют частицами карбоната кальция со средним диаметром предпочтительно приблизительно 1 мкм в количестве приблизительно 40-55% по весу. Далее, для композиции в виде расплавленной смеси требуется трехблочный сополимер в количестве приблизительно 2-6% по весу, содействующий вытягиванию без повреждений в процессе высокоскоростного производства. Чтобы придать пленке микропористые свойства, к сформированной пленке в условиях окружающей среды или при повышенной температуре при скоростях по меньшей мере приблизительно 2,8-6,1 м/с или выше соответствующим образом прикладывают инкрементальное вытягивающее усилие вдоль линий, проходящих по существу однородным образом поперек пленки и по всей ее глубине.

Способ согласно настоящему изобретению включает в себя также ламинирование термопластичной пленки, способной к формированию микропор, к нетканому волокнистому материалу во время экструзии. Экструзионное ламинирование проводят при таких же высоких скоростях вводом нетканого волокнистого материала в зону захвата валиков вместе с термопластичным экструдатом, способным к формированию микропор. Сжимающее усилие между волокнистым материалом и экструдатом регулируют, чтобы связать одну поверхность материала с пленкой и сформировать ламинат. Затем, чтобы создать микропоры в пленке, ламинат инкрементально вытягивают вдоль линий, проходящих в одном направлении по существу однородным образом поперек ламината и по всей его глубине. Для создания способных к пропусканию воздуха барьеров для жидкости, позволяющих, наподобие ткани, пропускать влажный пар и воздух, ламинат можно вытягивать как в поперечном направлении, так и в направлении протягивания.

Другие преимущества, достоинства и задачи, на решение которых направлено настоящее изобретение, будут понятны из рассмотрения следующего далее детального описания.

Первостепенной задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение микропористой пленки и ее ламинатов с неткаными волокнистыми материалами на высокоскоростной производственной аппаратуре. Следующая задача, решаемая способом по изобретению, сводится к получению изделий из такой микропористой пленки, обладающих правильной формой, однородной пористостью и не имеющих повреждений.

А. Материалы для способа.

Как указывалось выше, перечисленные, а также другие задачи, на решение которых направлено изобретение, в его предпочтительном варианте решаются первичным смешиванием в расплаве состава, содержащего (а) приблизительно 35-45% по весу линейного полиэтилена низкой плотности, (б) приблизительно 3-10% по весу полиэтилена низкой плотности, (в) приблизительно 40-55% по весу частиц карбоната кальция в виде наполнителя,
(г) приблизительно 2-6% по весу трехблочного стиролового сополимера, выбранного из группы, состоящей из стирол-бутадиен-стирола, стирол-изопрен-стирола, стирол-этилен-бутилен-стирола и их смесей,
экструдированием указанного состава, перемешанного в расплаве, в зону захвата валиков при скорости порядка по меньшей мере приблизительно 2,8-6,1 м/с без вытяжного резонанса для формирования пленки и
приложением инкрементального вытягивающего усилия к указанной пленке при указанной скорости вдоль линий, проходящих по существу однородным образом поперек указанной пленки и по всей ее глубине, чтобы обеспечить образование микропористой пленки.

В более конкретном предпочтительном варианте состав, перемешанный в расплаве, состоит по существу из приблизительно 42% по весу ЛПЭНП, приблизительно 4% по весу ПЭНП, приблизительно 44% по весу частиц карбоната кальция в виде наполнителя, имеющих средний размер частиц приблизительно 1 мкм, и приблизительно 3% по весу трехблочного сополимера, предпочтительно стирол-бутадиен-стирола. Если в этом есть потребность, свойства жесткости изделий из микропористой пленки можно регулировать включением в перемешанный в расплаве состав полиэтилена высокой плотности в количестве приблизительно до 5%, а также до 4% по весу диоксида титана. Обычно добавляют вспомогательное вещество, такое как фторуглеводородный полимер, в количестве приблизительно 0,1-0,2%, в частности 1-пропен-1,1,2,3,3,3-гексафторсополимер с 1,1-дифторэтиленом.

В предпочтительном варианте перемешанный в расплаве состав содержит приблизительно 4% по весу полиэтилена высокой плотности, приблизительно 3% по весу диоксида титана и приблизительно 0,1% по весу фторуглеводородного полимерного вспомогательного вещества.

Трехблочный сополимер можно также смешать с маслом, углеводородом, антиокислителем и стабилизатором. Набор антиокислителей включает в себя тетракис(метилен(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксигидроциннамат))метан (торговое наименование Igranox 1010) и трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит (торговое наименование Igrafos 168) с суммарным содержанием 500-4000 м.д.

Согласно принципам данного изобретения можно получать как пленки с тиснением, так и плоские пленки. В первом случае зона захвата валиков содержит металлический валик, осуществляющий тиснение и имеющий гравировку линий, соответствующих вытягиванию в поперечном направлении и направлении протягивания с 65-118 линиями на 1 см, и резиновый валик. Сжимающее усилие между валиками регулируют для формирования пленки с тиснением желаемой толщины порядка приблизительно 12,7-254 мкм. Было обнаружено также, что валики с полированной хромированной поверхностью формируют плоскую пленку. Независимо от того, является ли пленка плоской или имеет тиснение, под воздействием инкрементального вытягивания при высоких скоростях получаются изделия из микропористой пленки, имеющие высокий коэффициент пропускания влажных паров (КПВП) в приемлемом интервале приблизительно 1000-4000 г/м² в день. Было показано, что по сравнению с пленкой, подвергнутой тиснению, плоскую пленку можно инкрементально вытянуть более однородным образом. Процесс можно проводить при температуре окружающей среды, при этом в предпочтительном варианте перемешанный в расплаве состав экструдируют через щелевую фильеру в зону захвата валиков, а перед инкрементальным вытягиванием пленку охлаждают до температуры окружающей среды. Процесс также можно проводить при комнатной температуре или при повышенных температурах. Как указывалось выше, ламинаты микропористой пленки можно получить с неткаными волокнистыми материалами.

В одном из предпочтительных вариантов способа нетканый волокнистый материал содержит полиолефиновые волокна, которыми предпочтительно являются полиэтиленовые и полипропиленовые волокна.

Нетканый волокнистый материал может также содержать волокна, выбранные из группы: полиэфиров, целлюлозы, вискозы, нейлона и их смесей или совместных экструдантов друг с другом или с полиолефиновыми волокнами. Волокна обычно представляют собой штапельные волокна или непрерывные нити. К нетканым материалам относятся, как правило, материалы, связанные путем прядения, кардные материалы, материалы, полученные продувкой расплавов и т. п. Для способствования связыванию волокна или нити могут быть двухкомпонентными. Например, можно применять волокно, имеющее оболочку и сердцевину из отличающихся друг от друга полимеров, таких как полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП), или использовать смеси волокон ПЭ и ПП. В данном случае термин "нетканый волокнистый материал" используется в широком смысле для определения общей плоской структуры, которая имеет относительно плоский, гибкий и пористый характер и состоит из штапельных волокон или непрерывных нитей. Детальное описание нетканых материалов см. в публикации "Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler", E.A.Vaughn, Association of the Nonwoven Fabrics Industry, 3d Edition (1992).

В предпочтительной форме для микропористого ламината используют пленку, имеющую размер (толщину) приблизительно между 6,35 и 254 мкм, и в зависимости от применения толщина пленки будет меняться. В обычных приложениях наиболее предпочтительна толщина приблизительно порядка 6-60 мкм. Нетканые волокнистые материалы ламинированных листов обычно имеют вес приблизительно 6-90 г/м², предпочтительно приблизительно 24-48 г/м². Композит или ламинат можно инкрементально вытянуть в поперечном направлении (ПН) для формирования ПН-вытянутого композита. Затем после ПН-вытягивания инкрементальное вытягивающее усилие может быть дополнительно приложено в направлении протягивания (НП), по которому перемещается пленка, для формирования композита, который вытянут как в ПН-, так и в НП-направлениях. Как указывалось выше, микропористую пленку или ламинат можно применять во многих различных приложениях, таких как детские подгузники, детские тренировочные рейтузы, менструальные прокладки и одежда и т.п. применения, в которых необходимы пропускающие свойства для влажных паров и воздуха, а также барьерные свойства для жидкостей.

Б. Вытягивающие устройства для микропористой пленки и ламинатов.

Для вытягивания пленки или ламинатов нетканого волокнистого материала, а также пленки, способной к формированию микропор, может быть использовано несколько различных вытягивающих устройств и методов. Такие ламинаты нетканых кардных волокнистых материалов из штапельных волокон или нетканые волокнистые материалы, связанные путем прядения, можно вытягивать с помощью следующих вытягивающих устройств и методов.

1. Вытягивающее устройство с диагональным сопряжением.

Вытягивающее устройство с диагональным сопряжением состоит из расположенной на параллельных осях пары геликоидальных право- и левосторонних элементов типа шестерен. Оси размещены между двумя боковыми платами машины, при этом нижняя ось локализована в фиксированных направляющих, а верхняя - в направляющих, вмонтированных в компоненты, для которых предусмотрена возможность скольжения. Эти компоненты можно регулировать в вертикальном направлении с помощью элементов клинообразной формы, управляемых юстировочными винтами. Вывинчивание или ввинчивание клина будет вертикально перемещать скользящий компонент соответственно вниз или вверх до сопряжения или разделения шестереноподобных зубьев верхнего сопряженного валика с нижним сопряженным валиком. Для указания глубины сопряжения зубьев сопряженного валика используются микрометры, установленные на боковых рамах.

С целью противостояния направленному вверх усилию, прикладываемому растягиваемым материалом, применяют воздушные цилиндры, предназначенные для удерживания скользящих компонентов в их нижнем задействованном положении жестко против юстировочных клиньев. Они также могут втягиваться для отделения верхнего и нижнего сопряженных валиков друг от друга, чтобы можно было свободно пропустить материал через сопряженные детали или в связи с работой обеспечивающего безопасность контура, который при его активации должен раскрывать все зоны сопряжения деталей.

Для приведение во вращение сопряженного валика обычно используют приводные средства. Если верхний сопряженный валик нужно расцепить для свободного пропускания материала через машину или согласно технике безопасности, предпочтительно применять между верхним и нижним валиками безлюфтовое шестереночное устройство, чтобы при повторном сопряжении всегда было обеспечено попадание зубьев одного сопряженного валика между зубьями другого сопряженного валика и устранение потенциально возможного разрушительного физического контакта между головками сопряженных зубьев. Если сопряженные валики должны оставаться в постоянном зацеплении, для верхнего сопряженного валика обычно привод не нужен. Он может приводиться в движение от второго, приводимого сопряженного валика через материал, подлежащий растягиванию.

Сопряженные валики очень похожи на мелкомодульные геликоидальные шестерни. В предпочтительном варианте осуществления изобретения они имеют диаметр 15,1 см, угол подъема винтовой линии 45^o, нормальный шаг 0,254 см, диаметральный шаг 30, угол давления 14,5^o и в основе своей являются шестернями с зубьями, имеющими удлиненную головку с усеченной вершиной. Таким образом, образуется узкий глубокий профиль зуба, который позволяет получить сопряжение на глубину приблизительно до 0,229 см и зазор 0,0127 см на сторонах зуба по толщине материала. Зубья не предназначены для передачи вращательного момента и во время нормальной операции вытягивания с сопряжением не имеют контакта метал - метал.

2. Вытягивающее устройство с сопряжением в поперечном направлении.

Вытягивающее оборудование с ПН-сопряжением идентично вытягивающему устройству с диагональным сопряжением, отличаясь только конструкцией сопряженных валиков и другими незначительными зонами, отмеченными ниже. Так как ПН-сопряженные элементы способны обеспечивать большие глубины сопряжения, важно, чтобы оборудование включало в себя средства, гарантирующие сохранение параллельности осей двух сопряженных валиков во время подъема или опускания верхней оси. Это необходимо для того, чтобы всегда было обеспечено попадание зубьев одного сопряженного валика между зубьями другого сопряженного валика и устранение потенциально возможного разрушительного физического контакта между сопряженными зубьями. Такое параллельное движение обеспечивается узлом, состоящим из рейки и шестерни, в котором стационарная зубчатая рейка крепится к каждой боковой раме рядом с вертикально скользящими компонентами. Боковые рамы пересекает вал, установленный в подшипниках, находящихся в каждом вертикально скользящем компоненте. На каждом конце этого вала расположена шестерня, работающая в зацеплении с рейками для осуществления требуемого параллельного движения.

Привод для ПН-вытягивающего устройства должен запускать как верхний, так и нижний сопряженные валики, за исключением случая вытягивания материала с относительно высоким коэффициентом трения. Тем не менее привод не нуждается в устранении люфта, так как небольшая разориентация направления механизма или некоторое проскальзывание привода не вызовут проблем. Причина этого явления станет очевидной из описания ПН-сопряженных элементов.

Указанные элементы изготавливают из твердого материала, причем наилучшим образом их можно представить в виде чередующегося набора дисков двух различных диаметров. В предпочтительном варианте осуществления изобретения сопряженные диски могут иметь диаметр около 15,2 см, толщину около 0,08 см и полный радиус на их краях. Прокладочные диски, разделяющие сопряженные диски, могут иметь диаметр около 14 см и толщину 0,175 см. Два валика такой конфигурации могут осуществить сопряжение на глубину до 0,59 см, обеспечивая зазор 0,048 см со всех сторон по отношению к материалу. Как и в случае вытягивающего устройства с диагональным сопряжением, такая конфигурация ПН-сопряженного элемента может иметь шаг 0,254 см.

3. Вытягивающее устройство с сопряжением в направлении протягивания.

Вытягивающее оборудование с НП-сопряжением идентично вытягивающему устройству с диагональным сопряжением, отличаясь только конструкцией сопряженных валиков. Валики с НП-сопряжением очень похожи на мелкомодульные прямозубые шестерни. В предпочтительном варианте осуществления изобретения валики имеют диаметр около 15 см, шаг 0,254 см, диаметральный шаг 30, угол давления 14,5^o и в основе своей являются шестернями с зубьями, имеющими удлиненную головку с усеченной вершиной. Для обеспечения суженного зуба с увеличенным зазором на этих валиках был сделан второй проход со смещением зубонарезной фрезы на 0,0254 см. При сопряжении приблизительно на глубину 0,23 см эта конфигурация будет обеспечивать боковые зазоры приблизительно 0,0254 см по толщине материала.

4. Метод инкрементального вытягивания.

Для формирования изделий из микропористой пленки согласно данному изобретению можно использовать описанные выше вытягивающие устройства с диагональным, ПН- или НП-сопряжением для получения инкрементально вытянутых пленки или ламината нетканого волокнистого материала, а также пленки, способной к формированию микропор. Например, операция вытягивания может быть приложена к экструзированному ламинату нетканого волокнистого материала из штапельных волокон или нитей, связанных путем прядения, и к термопластичной пленке, способной к формированию микропор. В одном из уникальных аспектов настоящего изобретения ламинат нетканого волокнистого материала из нитей, связанных путем прядения, можно инкрементально вытянуть для обеспечения очень мягкой волокнистой отделки ламината, который при этом выглядит, как ткань. Ламинат нетканого волокнистого материала и пленки, способной к формированию микропор, инкрементально вытягивают, применяя, например, вытягивающее устройство с ПН- и/или НП-сопряжением и используя один проход через это устройство с глубиной сопряжения валиков приблизительно 0,15-0,30 см при скоростях в интервале приблизительно 2,8-6,1 м/с или еще быстрее. В результате такого инкрементального вытягивания или вытягивания с сопряжением получают ламинаты, обладающие отличными свойствами с точки зрения пропускания воздуха и образования барьера для жидкостей, обеспечивая к тому же превосходные прочности связей и мягкую тканеподобную текстуру.

Нижеследующие примеры иллюстрируют способ изготовления микропористой пленки и ламинатов согласно данному изобретению. В свете этих примеров и их более детального описания специалистам в этой области должно быть понятно, что возможны варианты, не выходящие за границы объема данного изобретения.

Перечень чертежей
Дальнейшее описание изобретения проводится со ссылкой на чертежи, из которых
фиг.1 представляет собой производственную линию поточного экструзионного ламинирования и инкрементального вытягивания, предназначенную для изготовления микропористого ламината согласно данному изобретению;
фиг. 2 представляет собой поперечное сечение по линии 2-2 фиг.1 в схематичной форме, иллюстрирующее сопряженные валики;
фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий линейные скорости для примеров 1-5;
фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий свойства пропускания влажных паров для микропористой пленки с тиснением и плоской микропористой пленки;
фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий возможность регулирования коэффициента пропускания влажных паров нагревом исходной пленки.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Примеры 1-5.

Смеси ЛПЭНП и ПЭНП, составы которых приведены в таблице, экструдировали с целью формирования пленок, а затем эти пленки были подвергнуты инкрементальному вытягиванию для получения микропористых пленок.

Каждое соединение с рецептурами 1-5 экструдировали с получением пленок, используя соответствующую аппаратуру, схематично показанную на фиг.1. Из фиг. 1 видно, что указанная аппаратура может быть использована для экструдирования пленки как с ламинированием, так и без него. В случае экструзии с получением пленки составы с рецептурами из примеров 1-5 выводились из экструдера 1 через щелевую фильеру 2 для введения экструдата 6 в зону захвата резинового валика 5 и металлического валика 4 с использованием воздушного шабера 3. В случае реализации экструзионной ламинации с валика 13 в аппаратуру поступает ткань 9 из волокнистого материала, которая также вводится в зону захвата резинового валика 5 и металлического валика 4. В примерах 1-5 для формирования микропористой пленки получали термопластичную пленку, предназначенную для последующего инкрементального вытягивания. Как показано в таблице, при скоростях, превышающих приблизительно 2,8-6,1 м/с, была получена полиэтиленовая пленка 6 с толщиной порядка 50,8 мкм, которую снимали с валика 7. Воздушный шабер 3 имеет длину приблизительно 304,8 см и отверстие приблизительно 0,09-0,15 см, а воздух продувается через отверстие и подается на экструдат 6 в режиме приблизительно 930-4645 см²/с. Сжимающее усилие в зоне захвата и воздушный шабер регулируют таким образом, чтобы в модификациях примеров 2-5 пленка изготавливалась без точечных отверстий и вытяжного резонанса. В случае включения в состав ПЭНП на уровне 1,5% по весу вытяжной резонанс возникал при линейной скорости 2,8 м/с. Однако, когда этот уровень составлял 3,7% по весу при содержании ЛПЭНП 44,1-44,9% по весу, появлялась возможность получать пленку при высоких скоростях, превышающих 2,8-6,1 м/с, без вытяжного резонанса. Для экструдирования исходной пленки толщиной около 50,8 мкм (45 г/м²) температуры плавления на участке от зоны подачи до оконечности винта экструдеров А и Б устанавливали на уровне 204-221^oС при температурах фильеры приблизительно 232^oС.

Фиг. 3 представляет собой график, демонстрирующий линейные скорости для примеров 1-5. В примере 1, где содержание ПЭНП составляет только 1,5% по весу, результат выражается в плохом регулировании размера пленки с вытяжным резонансом даже при наличии воздушного шабера 3. Однако, когда количество ПЭНП увеличивалось до приблизительно 3,7% по весу, достигалась отличная стабильность материала без вытяжного резонанса, даже когда линейные скорости увеличивались до приблизительно 6,1 м/с. Этот результат схематично показан на фиг.3.

Фиг. 4 представляет собой график, демонстрирующий свойства пропускания влажных паров для пленки с тиснением и плоской пленки, являющихся результатом инкрементального вытягивания исходных пленок примеров 2-5 при различных температурах и различных условиях сопряжения вытягивающих валиков. Температуры и глубину сопряжения можно регулировать, как это схематично показано на фиг. 1, где поступающая пленка 12 при температуре окружающей среды проходила через валики 20 и 21 с регулируемой температурой, находящиеся соответственно перед валиками для ПН- и НП-инкрементального вытягивания (10, 11 и 10', 11').

Примечательно, что, как показано на фиг.4, коэффициент ПВП плоской пленки превышал такой же коэффициент пленки с тиснением. Более конкретно, значения коэффициентов ПВП пленки с тиснением и плоской пленки достигали соответственно величин порядка приблизительно 1200-2400 г/м² в день и 1900-3200 г/м² в день. Неожиданным оказался тот факт, что, как показано на фиг.5, коэффициент ПВП микропористой пленки можно регулировать также температурой материала во время вытягивания. На фиг.5 показано, что пленка, нагретая перед ПН-вытягиванием до различных температур, может приобретать различные значения коэффициента ПВП. Данные, приведенные на фиг.5, отвечали глубине сопряжения ПН-валиков и НП-валиков соответственно 0,165 и 0,102 см для случая, когда температуру валика 21 устанавливали равной температуре окружающей среды. Пленку с тиснением изготавливали с помощью металлического валика, осуществляющего тиснение, причем этот валик имел прямоугольную гравировку линий, соответствующих вытягиванию в поперечном направлении (ПН) и направлении протягивания (НП) с 65-118 линиями на 1 см в количестве приблизительно 65-118 линий на 1 см. Такой трафарет описан, например, в патенте США 4376147, включенном в данное описание посредством ссылки на него. Этот микротрафарет обеспечивает матированную отделку пленки, но неразличим невооруженным глазом.

Формула изобретения

1. Высокоскоростной способ изготовления микропористой термопластичной пленки, включающий смешивание в расплаве состава, содержащего

(а) приблизительно 35-45% по весу линейного полиэтилена низкой плотности,

(б) приблизительно 3-10% по весу полиэтилена низкой плотности,

(в) приблизительно 40-55% по весу частиц карбоната кальция в виде наполнителя и

(г) приблизительно 2-6% по весу трехблочного стиролового сополимера, выбранного из группы, состоящей из стирол-бутадиен-стирола, стирол-изопрен-стирола, стирол-этилен-бутилен-стирола и их смесей, экструдирование указанного состава, перемешанного в расплаве, в зону захвата валиков с воздушным шабером для формирования пленки при скорости порядка по меньшей мере 2,8-6,1 м/с без вытяжного резонанса и приложение инкрементального вытягивающего усилия, полученного применением сопряженных валиков, к указанной пленке при указанной скорости вдоль линий по существу однородным образом поперек указанной пленки и по ее глубине, чтобы обеспечить образование микропористой пленки.

2. Высокоскоростной способ по п.1, отличающийся тем, что указанный перемешанный в расплаве состав состоит, по существу, из приблизительно 42% по весу линейного полиэтилена низкой плотности, приблизительно 4% по весу полиэтилена низкой плотности, приблизительно 44% по весу частиц карбоната кальция в виде наполнителя и приблизительно 3% по весу трехблочного сополимера.

3. Высокоскоростной способ по п.1, отличающийся тем, что перемешанный в расплаве состав дополнительно содержит приблизительно до 5% по весу полиэтилена высокой плотности, приблизительно до 4% по весу диоксида титана и приблизительно 0,1-0,2% по весу фторуглеводородного полимерного вспомогательного вещества.

4. Высокоскоростной способ по п.3, отличающийся тем, что указанный перемешанный в расплаве состав содержит приблизительно 4% по весу полиэтилена высокой плотности, приблизительно 3% по весу диоксида титана и приблизительно 0,1% по весу фторуглеводородного полимерного вспомогательного вещества.

5. Высокоскоростной способ по п.4, отличающийся тем, что указанное фторуглеводородное полимерное вспомогательное вещество представляет собой 1-пропен,1,1,2,3,3,3-гексафтор-сополимер с 1,1-дифторэтиленом.

6. Высокоскоростной способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанный трехблочный сополимер предварительно смешивают с маслом, углеводородом, антиокислителем и стабилизатором.

7. Высокоскоростной способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанная зона захвата содержит металлический валик, осуществляющий тиснение и имеющий гравировку линий, соответствующих вытягиванию в поперечном направлении и направлении протягивания с 65-118 линиями/см, и резиновый валик, причем сжимающее усилие между указанными валиками регулируют для формирования пленки с тиснением.

8. Высокоскоростной способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что указанные валики придают полированную хромированную поверхность для формирования плоской пленки.

9. Высокоскоростной способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что включает введение нетканого волокнистого материала в указанную зону захвата валиков и регулирование сжимающего усилия между материалом и пленкой в зоне захвата, чтобы связать поверхность материала с пленкой для формирования ламинированного микропористого листа.

10. Высокоскоростной способ по п.9, отличающийся тем, что указанный волокнистый материал содержит полиолефиновые волокна.

11. Высокоскоростной способ по п.10, отличающийся тем, что полиолефиновыми волокнами являются полиэтиленовые и полипропиленовые волокна.

12. Высокоскоростной способ по п.9, отличающийся тем, что указанный волокнистый материал содержит волокна, выбранные из группы: полиэфиров, целлюлозы, вискозы, нейлона и их смесей или совместных экструдантов друг с другом или с полиолефиновыми волокнами.

13. Высокоскоростной способ по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что волокнистый материал имеет вес от 6 до 90 г/м², а микропористая пленка имеет толщину порядка 6,35-254 мкм.

14. Высокоскоростной способ по любому из пп.9-13, отличающийся тем, что указанный материал формируют из штапельных волокон или нитей.

15. Высокоскоростной способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанную стадию инкрементального вытягивания проводят при температуре окружающей среды.

16. Высокоскоростной способ по п.15, отличающийся тем, что перемешанный в расплаве состав экструдируют через щелевую фильеру в указанную зону захвата валиков, причем перед инкрементальным вытягиванием пленку охлаждают до температуры окружающей среды.

17. Высокоскоростной способ по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что указанную стадию инкрементального вытягивания проводят при повышенной температуре.

18. Высокоскоростной способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что инкрементальное вытягивающее усилие дополнительно прикладывают в направлении протягивания, по которому перемещается пленка.

19. Изделие, изготовленное способом по любому из предыдущих пунктов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6