專利名稱：閃蒸紡制的薄片材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這個(gè)發(fā)明涉及適合用作防護(hù)服，空氣的過濾，和其他最終應(yīng)用的閃蒸紡制的叢絲薄片或織物，在這些應(yīng)用中片或織物必須顯示具有良好的阻擋層特性和高度的透氣性兩者。
背景技術(shù)：
防護(hù)服包括衣褲相連的工作服，長袍，罩衫和其他外套，它們的目的或者是保護(hù)穿著者避免暴露于在穿著者所在環(huán)境中的某些東西，或者是保護(hù)環(huán)境免受穿著者的污染。防護(hù)服的例子有在制造微電子線路的潔凈室內(nèi)穿著的套裝，醫(yī)療套裝和長袍，收集污物工作的連褲工作服，和防護(hù)液體或顆粒時(shí)穿著的套裝。保護(hù)外套適合的特殊應(yīng)用取決于用作外套的織物或薄片材料的組份和將各塊織物或薄片材料縫合成外套的方法。例如，一種類型的織物或薄片材料用作防護(hù)有害的化學(xué)物質(zhì)的外套可能是優(yōu)良的，但用作醫(yī)療外套卻太貴或不舒服。另一種材料可能是重量輕且具有足夠的透氣性用作潔凈室套裝，但對收集污物工作的應(yīng)用卻不夠耐用。
織物或薄片材料的物理特性決定了適于該材料的防護(hù)服的應(yīng)用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對范圍廣泛的保護(hù)外套的應(yīng)用要求用于制作保護(hù)外套的材料對液體如人體的體液、涂料或噴射液能提供良好的阻擋層保護(hù)。還要求用于制作防護(hù)服的材料能阻寒很細(xì)的污物、灰塵和纖維顆粒的通道。對用作防護(hù)服的織物或薄片材料另一組所需的特性是，該材料具有足夠的強(qiáng)度和抗撕裂的阻力，從而使由該薄片材料制成的工作服在預(yù)定的工作條件下不會喪失它的整體性。還有很重要的一點(diǎn)是，用作保護(hù)外套的織物和薄片材料能傳送和耗散潮氣和熱量，以便允許穿著者執(zhí)行實(shí)際的工作而同時(shí)穿著外套不會感到太熱和冒汗。最后，大多數(shù)的保護(hù)外套材料必須具備制造成本足夠低，以便能在低成本的保護(hù)外套中實(shí)際使用該材料。
已經(jīng)設(shè)計(jì)了許多標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)來鑒定用作保護(hù)外套的材料的特征，以便允許人們比較各個(gè)特性并作出決定哪種材料最適合外套所需要服務(wù)的各種預(yù)定的條件或環(huán)境。已經(jīng)用拉伸強(qiáng)度，撕裂強(qiáng)度和伸長來定量表示用作防護(hù)服的薄片材料的強(qiáng)度和耐用性。用于鑒定液體阻擋特性的主要試驗(yàn)是一種在各種壓力下對水的流通阻力的測試，稱為靜水壓頭阻力試驗(yàn)。由細(xì)菌阻擋層試驗(yàn)和顆粒穿透試驗(yàn)測量顆粒阻擋層特性。
織物或薄片材料的熱舒適性根據(jù)傳統(tǒng)假定與所測試的該材料的水蒸汽傳送率(MVTR)相同。但是MVTR是在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)室條件下確定的，它測量的只是通過分子擴(kuò)散所傳送的水蒸汽。MVTR試驗(yàn)結(jié)果還不能證明是一種完全可靠的在實(shí)際動態(tài)工作場所條件下預(yù)估工作服材料舒適性的方法。由杜邦公司在獨(dú)立的測試實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的各種工作服薄片材料的研究中，知道了材料的透氣性是穿著的保護(hù)外套中各種織物和薄片材料可提供的相對舒適性最可靠的預(yù)測值。透氣性對于外套熱舒適性的主要貢獻(xiàn)是由于所觸發(fā)的抽吸空氣和濕氣通過織物或材料的運(yùn)動。因?yàn)樗羝姆肿訑U(kuò)散(由MVTR測量的)是相對慢的過程，看起來即使通過織物或片材料含有水蒸汽的空氣小的流量也可以給通過材料輸送水蒸汽帶來顯著的影響。因此，很重要的是用作防護(hù)服的薄片材料具有高度的透氣性而不會過度地犧牲其他重要的特性如強(qiáng)度或阻擋層。
多孔的薄片材料也用在氣體的過濾，其中用過濾材料除去氣流中的污物，灰塵和顆粒。例如，設(shè)計(jì)空氣過濾器和真空吸塵器袋來捕獲污物，灰塵和細(xì)的顆粒而同時(shí)允許空氣通過該過濾器。多孔的薄片材料也用在這些應(yīng)用中即必需濾去微生物，如孢子和細(xì)菌。例如，在清毒的如外科手術(shù)器具醫(yī)療器件的包裝中使用多孔的薄片材料。在消毒的包裝中，多孔包裝材料必須對能在要消毒的器具上殺死細(xì)菌的氣體如環(huán)氧乙烷是可滲透的，但包裝材料對可能污染已消毒器具的細(xì)菌必須是不能透過的。有良好阻擋層特性的多孔薄片材料的另一個(gè)應(yīng)用是用于制作存放吸收濕氣的干燥劑物質(zhì)的袋子。吸收不需要的濕氣的包裝材料中常用這樣的干燥劑袋子。
織物或薄片材料的物理特性決定該材料所適合的過濾應(yīng)用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對使用在各種過濾應(yīng)用中的薄片材料不僅要求能提供對細(xì)微顆粒的通過有良好的阻擋功能，而且有良好的透氣性。對使用在某些過濾應(yīng)用中的織物或薄片材料所要求的另一組特性是，該材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和抗撕裂阻力，從而使用該薄片材料制成的過濾器在預(yù)定的工作條件下會喪失它們的整體性。最后，大多數(shù)過濾材料必須有足夠低的制造成本，從而使該材料可以實(shí)際應(yīng)用在低成本的過濾器中。
已經(jīng)設(shè)計(jì)了許多標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)來鑒定用作過濾和消毒包裝的材料的特征，以便允許人們比較各個(gè)特性并作出決定哪種材料最適合該材料將要服務(wù)的各種預(yù)定的條件或環(huán)境。已經(jīng)用拉伸強(qiáng)度，撕裂強(qiáng)度和伸長來定量表示薄片材料的強(qiáng)度和耐用性。用于鑒定過濾效力的主要試驗(yàn)是，測量過濾器的效率(由過濾器保留的顆粒％)；空氣過濾器的透氣性；對液體過濾器在給定的流速下通過過濾器的水流阻力(也稱為清洗滲透率)；在給定負(fù)荷和操作條件下過濾器材料的壽命(也稱為能力)。通過細(xì)菌或顆粒阻擋層試驗(yàn)可以測量阻擋層特性。
Tyvek牌號的紡粘烯烴是閃蒸紡制的紡織叢絲薄片材料，它已經(jīng)多年用作防護(hù)服的材料。E.I.du Pont de Nemours and Company(杜邦公司)制造和銷售Tyvek紡粘烯烴無紡織物。Tyvek是杜邦公司擁有的注冊商標(biāo)。Tyvek無紡織物是防護(hù)服的很好選擇，因?yàn)樗膬?yōu)秀的強(qiáng)度特性，它的良好的阻擋層特性，它的重量輕，它的合理水平的熱舒適性，和它的單層結(jié)構(gòu)使它與大多數(shù)競爭的材料相比有低的制造成本。杜邦公司已經(jīng)著手進(jìn)一步改進(jìn)Tyvek織物用作外套的舒適性。例如，杜邦公司銷售的Tyvek16型織物型，它有孔來改善透氣性。杜邦公司還生產(chǎn)水注軟化的Tyvek織物(如Simpson的美國專利5,023,130號)，它更軟且更加張開以便提高舒適性和透氣性。但是當(dāng)這些材料的這兩種特性確定令人更加舒適時(shí)，這些材料的阻擋層特性會由于它們透氣性增加而明顯降低。
在90年代早期，杜邦公司由聚乙烯纖維漿制成設(shè)計(jì)用作過濾介質(zhì)的薄片。這種薄片是以HysurfTM商標(biāo)出售，并由美國專利5,047,121和5,242,546號公開的多步方法制造。按照該方法，閃蒸紡制的聚乙烯碎薄片材料首先被切碎和提煉形成漿狀物。該漿料與水和表面活化劑混合以便產(chǎn)生一種漿料該漿料然后通過濕鋪造紙法制成薄片。這種薄片材料用作真空吸塵器的袋。
國際專利出版號WO 98/07905和WO 98/07908(兩個(gè)都轉(zhuǎn)讓給杜邦公司)公開了閃蒸紡制的叢絲薄片材料，它顯示有良好的阻擋層特性和改進(jìn)的透氣性。在國際專利出版號WO 98/07908中公開的許多點(diǎn)粘接并軟化的叢絲薄片材料顯示出薄片中的格利希爾(Gurley Hill)孔隙率約為9秒，該薄片還顯示靜水壓頭約為120cm。而在國際專利出版號WO 98/07905中公開的整個(gè)表面粘接的叢絲薄片具有格利希爾孔隙率約為3.6秒和靜水壓頭約為55cm。但是，對工作服織物要求有更大程度的透氣性，而用作空氣過濾介質(zhì)的薄片則要求更大程度的空氣滲透率。
格利希爾孔隙度是用秒數(shù)來測量，該秒數(shù)是指通過薄片維持在某個(gè)壓力下的固定量的空氣所需的時(shí)間。格利希爾孔隙率(以秒計(jì)量)越低，那么該材料的空氣滲透性越好。一般用格利希爾孔隙率刻度來定量表示有相對低的空氣滲透性的材料的孔隙率。更多孔隙的材料的空氣滲透性通常是用弗雷澤(Frazier)滲透率來測量，它測量在給定壓力下通過給定面積薄片材料的空氣體積。對小于3oz/yd2(盎司/碼2)的叢絲薄片材料，弗雷澤滲透率2ft3/min/ft2相當(dāng)于格利希爾孔隙率約3.1秒。
為了提供由叢絲薄片材料制成的更舒適的工作服織物和更透氣的過濾器，需要一種叢絲薄片材料它具有低于2秒的格利希爾孔隙率同時(shí)又能維持良好的液體阻擋層特性。需要一種薄片材料適合用作防護(hù)服，在給定的織物單位重量下，它具有的強(qiáng)度和阻擋層特性至少等價(jià)于當(dāng)前用作保護(hù)外套的Tyvek紡粘烯烴無紡織物，但它具有顯著改進(jìn)了的透氣性從而提高由該材料制成的防護(hù)服的熱舒適性。


通過詳細(xì)解釋包括附圖的發(fā)明將更容易理解本發(fā)明。因此附上特別適合解釋本發(fā)明的附圖。但是應(yīng)該理解這些附圖僅作為說明而沒必要按比例畫。
圖1是紡絲單元的示意剖面圖，說明制作閃蒸紡制的叢絲薄片的方法；圖2是用于制作閃蒸紡制的叢絲薄片的系統(tǒng)的示意剖面說明圖；圖3是表示在圖2的系統(tǒng)中的降壓室的剖面圖；圖4是用于通過空氣式粘接叢絲薄片材料的設(shè)備的示意剖面圖；圖5是在各種紡絲條件下紡制的叢絲纖維紗的纖維擠壓值對纖維表面積的曲線圖；圖6是由常規(guī)的閃蒸紡制的叢絲薄片材料的一部分叢絲纖維紗的4000倍顯微照相；
圖7是由本發(fā)明的叢絲薄片材料的一部分叢絲纖維紗的5000倍顯微照相；圖8是用于閃蒸紡制叢絲薄片材料的雙頭閃蒸紡絲設(shè)備的剖面示意表示圖；以及圖9是可以用于粘接本發(fā)明薄片材料的一個(gè)壓花輥的一部分表面的平面圖。
定義術(shù)語“聚合物”如這里所用的那樣，通常包括但不局限于，均聚物，共聚物(例如嵌段、接枝、無規(guī)和交替共聚物)，三元共聚物等，以及它們的混合物和改性物。還有，除非另外特別指出，術(shù)語“聚合物”應(yīng)該包括材料所有可能的幾何構(gòu)形。這些構(gòu)形包括，但不局限于全同立構(gòu)，間同立構(gòu)和隨機(jī)勻稱。
這里所用的術(shù)語“聚乙烯”，用于包括不僅乙烯的均聚物，而且也包括其中至少85％的重復(fù)鏈節(jié)是乙烯單元的共聚物。
這里所用的術(shù)語“無紡織物，薄片或纖維網(wǎng)”，意思是指單個(gè)纖維或紗的一種結(jié)構(gòu)，它們是認(rèn)隨機(jī)的方式定位以便形成平的材料而沒有象針織織物那樣有可識別的圖案。
如這里所用的那樣，“機(jī)器方向”是在薄片的平面內(nèi)“縱向”，即生產(chǎn)薄片的方向。“橫向”是在薄片的平面內(nèi)與機(jī)器方向垂直的方向。
術(shù)語“單一的纖維薄片”如這里所用的那樣，指的是整個(gè)結(jié)構(gòu)由相同類型的纖維或纖維混合物制成的紡織或無紡的織物或薄片，其中纖維形成基本均質(zhì)的一層，它沒有可區(qū)別的迭片結(jié)構(gòu)或其他支持結(jié)構(gòu)。
術(shù)語“叢絲”如這里所用的那樣，指的是大量隨機(jī)長度的薄的、帶狀的、薄膜—原纖維單元的三維整體網(wǎng)狀物，并具有小于約4微米平均薄膜＝厚度和中間原纖維寬度小于約25微米。在叢絲結(jié)構(gòu)中，薄膜—厚纖維單元一般都是總體上共同地與該結(jié)構(gòu)的縱軸對齊，并且它們在結(jié)構(gòu)的整個(gè)長度，寬度和厚度的各個(gè)地方以不規(guī)則的間隔間斷地結(jié)合和分離，從而形成連續(xù)的三維網(wǎng)狀物。
試驗(yàn)方法在描述，實(shí)施例和權(quán)利要求書中，應(yīng)用下面的試驗(yàn)方法確定各種被報(bào)告的特征和特性。ASTM指的是美國材料試驗(yàn)學(xué)會，AATCC指的是美國紡織業(yè)化學(xué)與染料工作者協(xié)會，和IES指的是環(huán)境保護(hù)科學(xué)學(xué)會。
叢絲紗的旦尼爾(denier)是由180cm樣品長度的纖維網(wǎng)在預(yù)定250g負(fù)荷下的重量決定。
叢絲薄膜—原纖維網(wǎng)產(chǎn)品的表面積是閃蒸紡絲產(chǎn)品纖維化作用程度和細(xì)度的另一個(gè)測量值。表面積通過S.Brunauer，P.H.Emmett和E.Teller的BET氮?dú)馕辗y量，該法記載在1938年的美國化學(xué)協(xié)會雜志第60卷309-319頁(J.Am.Chem.Soc.，V.60 P.309-319(1938))，以m2/g(米2/克)單位記錄。
閃蒸紡絲纖維網(wǎng)的強(qiáng)度和伸長用莫斯特朗(Instron)電子強(qiáng)力測試儀確定。調(diào)節(jié)該紗束在70°F(21℃)和65％相對濕度下并被試驗(yàn)。然后將紗每英寸加捻10轉(zhuǎn)并安裝到莫斯特朗試驗(yàn)機(jī)的爪上。采用2英寸的標(biāo)準(zhǔn)長度同時(shí)具有每分鐘4英寸的初始伸長率。以每旦尼爾克(gpd)記錄斷裂強(qiáng)度。斷裂時(shí)的伸長以占樣品2英寸標(biāo)準(zhǔn)長度的百分比記錄。模量相當(dāng)于應(yīng)力/應(yīng)變曲線的斜率和用gpd單位表示。
用下述的程序確定擠壓值從沒有粘接的叢絲纖維網(wǎng)手動拉出三根不同尺寸的叢絲纖維紗。三根樣品重量約為1，2和3克。記錄的擠壓值是三根樣品測量值的平均值。用最小的壓力使每根樣品叢絲紗形成球形以避免壓碎，然后將樣品稱重用克表示。采用包括丙烯酸制品的樣品保持器和擠壓器的擠壓試驗(yàn)機(jī)來測量每根樣品的擠壓值。樣品保持器包括有內(nèi)徑2.22英寸(5.64cm)和外徑2.72英寸(6.91cm)的圓筒形部分。圓筒的中心位于6英寸乘6英寸(15.24cm×15.24cm)方形基座的幾何中心。擠壓器包括圓柱形的柱塞桿(直徑0.75英寸(1.91cm))，它有位于柱塞桿一端的第一圓盤形面(盤的厚度0.25英寸(0.64cm)，直徑2.20英寸(5.59cm))和在柱塞桿上從第一圓盤向后間隔1.5英寸(3.81cm)的第二圓盤。第二圓盤也有厚度0.25英寸(0.64cm)和直徑2.2英寸(5.59cm)。圓盤的尺寸略小于圓筒形樣品保持器的內(nèi)徑，以便在擠壓時(shí)允許空氣從樣品中逸出。一次一根將叢絲樣品放到樣品保持器中并在擠壓前將一薄片直徑約2.2英寸(5.59cm)的紙放到叢絲樣品的頂部。然后將柱塞桿這樣插入到圓筒形樣品保持器中，使第一圓盤形面與紙片接觸。第二圓盤用于保持柱塞桿的軸線與圓筒形樣品保持器的軸線對齊。在柱塞桿上加上2磅(0.91kg)的重量對每根叢絲紗樣品進(jìn)行擠壓。通過測量從圓筒形樣品保持器的底部到擠壓器的底部的樣品高度獲得擠壓高度(mm)。約2分鐘之后從樣品移去柱塞和重量，留下紙片在其位置上以便有利于測量樣品的回復(fù)高度。允許每根樣品恢復(fù)近似2分鐘并通過測量從樣品保持器四側(cè)的每側(cè)中心到紙片的高度和平均測量值獲得樣品的回復(fù)高度(mm)。從平均回復(fù)高度減去平均擠壓高度再除以樣品重量的平均值計(jì)算出擠壓值(mm/g)。擠壓值是樣品在擠壓后恢復(fù)它的初始尺寸到多少的測量值，較高的值指示初始樣品高度較大地恢復(fù)。
基本重量在這里作為參考的ASTMD-3776確定，并用g/m2記錄。在下面實(shí)例中記錄的織物單位重量都是根據(jù)至少對樣品12次的測量值的平均值求得。
弗雷澤(Frazier)滲透率是多孔材料空氣滲透率的測量值并以立方英尺/分鐘/平方英尺(ft3/min每ft2)為單位記錄。它是在0.5英寸水柱壓差下測量空氣流過材料的體積。在真空系統(tǒng)中安裝一孔板以便限制流過樣品的空氣流量到一個(gè)可測量的數(shù)值。孔板的尺寸取決于材料的孔隙率。弗雷澤滲透率也稱為弗雷澤孔隙率是用Sherman W.Frazier Co.公司的雙壓力計(jì)并使用標(biāo)準(zhǔn)的孔板測量單位進(jìn)行測量，即以ft3/ft2/min為單位。
格利希爾(Gurley Hill)孔隙率是氣體材料用的薄片材料的滲透率的測量值。特別是，它是在一定的壓力梯度下一定量的氣體通過材料某個(gè)面積需要多長時(shí)間的測量值。格利希爾孔隙率是采用Lorentzen& Wettre公司型號121D的密度計(jì)按照TAPPIT-4600M-88進(jìn)行測量。這個(gè)試驗(yàn)測量在壓力近似為1.21千帕(4.9英寸水柱)下100cm3的空氣被推壓通過28.7mm直徑樣品(有一平方英寸的面積)所需的時(shí)間。其結(jié)果用秒表示，常稱為格利秒。
水蒸汽傳送速率(MVTR)由ASTM E398-83(已經(jīng)抽出作為獨(dú)立方法)確定，該方法這里作為參考。MVTR是以克/平方米/24小時(shí)(g/m2/24hr)為單位記錄，這里與“MVTR-LYSSY”數(shù)據(jù)等同。Lyssy公司總部在瑞士的蘇黎世。
ASTM E398-83(“LYSSY”法)是根據(jù)85％相對濕度(濕空間)對15％相對濕度(干空間)的壓力梯度。LYSSY法是在恒定的濕度增量下只測量幾分鐘的濕氣擴(kuò)散速率，然后用這個(gè)測量值外推到24小時(shí)。
靜水壓頭是在靜態(tài)負(fù)荷下該薄片對液態(tài)水穿透阻力的測量值。將7英寸乘7英寸(17.78cm×17.78cm)的樣品安裝在SDL 18 Shirley靜水壓頭試驗(yàn)機(jī)上(由英格蘭的Sfockport市的ShirleyDevelopments Limited公司制造)。對樣品102.6cm2截面的一側(cè)以60±3cm/min的速率泵送水，直到水穿透樣品的三個(gè)面積。以英寸測量靜水壓力，轉(zhuǎn)換到國際標(biāo)準(zhǔn)單位并給出厘米水柱。該試驗(yàn)一般按照ASTM D583(取自1976年11月的出版物)。
馬倫式織物頂破強(qiáng)力(Mullenburst)由TAPPI T403-85確定并以psi單位記錄。
空氣過濾收集效率是用ASTM F1215-89的方法測量。在8英寸乘8英寸(20.3cm×20.3cm)的薄片樣品上進(jìn)行測量。在兩種不同的速度(15和30cm/sec)下用0.3μm或0.966μm聚苯乙烯乳膠球測試所有的樣品。在實(shí)例中記錄的過濾效率是在被試驗(yàn)材料的三個(gè)樣品上連續(xù)進(jìn)行三次測量的平均值。
細(xì)孔的尺寸是按照ASTM E1294的程序采用Porous Materials，Inc.公司制造的毛細(xì)管流量孔隙計(jì)以平均流量細(xì)孔尺寸和起泡點(diǎn)測量。潤濕流體是表面張力為16達(dá)因/厘米的碳氟油。通過隨機(jī)粘接(平滑)的側(cè)面向上進(jìn)行點(diǎn)粘接薄片的測量。平均流量細(xì)孔尺寸和最大細(xì)孔尺寸(起泡點(diǎn))以微米單位(μm)記錄。
把手-O-計(jì)硬度是測量將樣品用一桿塞入到10mm寬的縫中時(shí)樣品的阻力，該桿是2mm厚并與要塞入到縫中的樣品一樣長。把手-O-硬度是樣品軟度的指標(biāo)。把手-O-硬度用型號211-5的把手-O-計(jì)測量。該測量計(jì)由美國賓夕法尼亞州費(fèi)城的Thwing Albert InstrumentCompany公司制造。從薄片材料中切下203mm×203mm的方形樣品。以這樣的方式使樣品在槽上定中心，即使在槽相反兩側(cè)上樣品的矩形部分基本相等。將要測量的樣品的方向(如機(jī)器方向或橫向)與槽的長度方向?qū)R。將桿的邊緣壓住樣品以便將樣品壓入到縫中約9mm。記錄以克表示的峰值壓力。如人們預(yù)料的那樣，隨著織物單位重量的增加樣品的硬度也趨向于增加。所以，通過將峰值壓力乘以一因子可以使硬度標(biāo)準(zhǔn)化，該因子等于1克/平方米(1g/m2)基本重量除以實(shí)際織物基本重量。硬度測量值也是以克記錄。
粘接類型百分比是在由多個(gè)粘接層構(gòu)成的片上進(jìn)行的測量，它表征在每層中薄片的哪部分被粘合。例如，在一薄片中，在一側(cè)它是點(diǎn)粘接而在另一側(cè)是整個(gè)表面粘接，可以由兩種方法說明粘接的薄片的相對量。在該薄片已經(jīng)在兩側(cè)粘接后測量該薄片的基本重量。通過用尖的工具沿著樣品的一個(gè)邊緣分離樣品的各層使該薄片分層，然后將樣品的各層互相拉開。測量每層的基本重量，接著除以樣品總的基本重量再乘100，從而得到每種方法粘接的樣品的重量百分比。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述制造閃蒸紡絲的叢絲片的方法，特別是Tyvek紡粘烯烴片材料，是在25年以前首先由杜邦公司開發(fā)并投入商業(yè)應(yīng)用的。Blades等人的美國專利3,081,519號(轉(zhuǎn)讓給杜邦)描述了一種方法，其中在液態(tài)紡絲劑中的形成纖維的聚合物溶液在高于液體正常沸點(diǎn)的溫度下和在自生的壓力或更高的壓力下被紡絲到低溫和基本低壓區(qū)中，從而形成叢絲的薄膜—原纖維的紗，該紡絲劑在低于液體的正常沸點(diǎn)時(shí)不是聚合物的溶劑。如在Anderson等人的美國專利3,227,794號(轉(zhuǎn)讓給杜邦)中公開的那樣，當(dāng)聚合物和紡絲劑溶液的壓力剛好在閃蒸紡絲之前在降壓室內(nèi)稍微降低時(shí)，用Blades等人公開的方法能最好地獲得叢絲的薄膜—原纖維紗。
采用Blades等人和Anderson等人的方法，聚合物的閃蒸紡絲要求紡絲劑是(1)在低于紡絲劑正常沸點(diǎn)時(shí)不是聚合物的溶劑；(2)在高壓下與聚合物形成溶液；(3)當(dāng)溶液壓力在降壓室中稍微降低時(shí)與聚合物形成所需的兩相分散；(4)當(dāng)從降壓室放到基本低壓區(qū)內(nèi)時(shí)閃蒸汽化。取決于所應(yīng)用的特定的聚合物，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下述的化合物作為閃蒸紡絲方法中的紡絲劑是有用的芳香烴如苯和甲苯，脂族烴如丁烷，戊烷，己烷，庚烷，辛烷，以及它們的同分異構(gòu)體和同系物；脂環(huán)烴如環(huán)己烷；不飽和烴；鹵代烴如三氯氟甲烷，二氯甲烷，四氯化碳，二氯乙烯，氯仿；氯乙烷，氯甲烷；乙醇；酯；醚；酮；腈；酰胺；碳氟化合物；二氧化硫；二氧化碳；二硫化碳；硝基甲烷；水；和上述液體的混合物。在Shin的美國專利5,032,326號；Shin等人的美國專利5,147,586號；和Shin的美國專利5,250,237號(所有專利都轉(zhuǎn)讓給杜邦公司)中公開了用于閃蒸紡絲的各種溶劑混合物。
選擇用于說明本發(fā)明的通用閃蒸紡絲設(shè)備與Brethauer等人的美國專利3,860,369號中公開的設(shè)備類似，該專利這里作為參考。用于閃蒸紡一種形成纖維的聚合物的系統(tǒng)和方法被完全描述在美國專利3,860,369號中，并表示在圖1中。閃蒸紡絲過程通常在室10內(nèi)進(jìn)行，該室有時(shí)稱為紡絲套筒，它有紡絲劑清除口11和開口12，通過該開口取出在該過程中產(chǎn)生的無紡薄片材料。通過加壓的供料導(dǎo)管13將包括聚合物和紡絲劑的混合物的紡絲流體供應(yīng)到紡絲孔板14。該紡絲流體從供料導(dǎo)管13通過室開口15流到室16。在某些紡絲應(yīng)用中，室16可以用作壓力下降室，在其中壓力的下降引起該紡絲流體的相分離，如在Anderson等人的美國專利3,227,794號中公開的那樣?？梢匝b設(shè)壓力傳感器22監(jiān)測該室16中的壓力。
在室16中的紡絲流體接著通過紡絲孔板14。加壓的聚合物和紡絲劑從室16進(jìn)入到紡絲孔板的通道產(chǎn)生了在孔板附近的延伸流動，這有助于使聚合物定向。當(dāng)聚合物和紡絲劑從孔板排出時(shí)紡絲劑迅速膨脹成為氣體，同時(shí)留下形成原纖維的叢絲薄膜—原纖維。氣體通過口11排出該室10。最好將氣態(tài)的紡絲劑冷凝再回收到紡絲流體中。
從紡絲孔板14排出的聚合物紗20常規(guī)地被引向旋轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)流板26。轉(zhuǎn)動的導(dǎo)流板26將紗20散開成更平的纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)24，該纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)24被導(dǎo)流板26交替地引向左邊和右邊。因?yàn)樯㈤_的網(wǎng)從導(dǎo)流板向下移動，使該網(wǎng)帶有靜電以便將該網(wǎng)保持在散開的構(gòu)形中直到網(wǎng)24到達(dá)移動的帶32。網(wǎng)24沉降在帶32上形成纖維條34。該帶接地以便有助于確保帶電的纖維網(wǎng)24適當(dāng)?shù)劁N鎖在帶上?？梢允估w維條34在壓輥31下通過，壓縮該纖維條使其成為取向在重疊的多個(gè)方向的構(gòu)形的叢絲薄膜—原纖維網(wǎng)狀物形成的略為壓實(shí)的薄片35。在被收集到薄片收集輥29之前，從紡絲室10的出口12排出薄片35。
接著薄片35通過成品生產(chǎn)線，在那里以適合它最終用途的方式對材料進(jìn)行處理和粘接。例如，可以在平滑的加熱輥上粘接薄片產(chǎn)品，如David的美國專利3,532,589(轉(zhuǎn)讓給杜邦公司)公開的那樣，以便生產(chǎn)硬表面的粘接薄片產(chǎn)品。按照這個(gè)粘接方法，薄片的兩側(cè)經(jīng)受大致平均的整個(gè)表面接觸的熱粘接?！坝脖砻妗碑a(chǎn)品有光滑紙的感覺，通常用作信封，結(jié)構(gòu)膜材料如TyxekdHomewrapTM，和消毒的包裝材料。由于它的紙一樣的感覺和缺少褶皺整個(gè)被粘接的“硬結(jié)構(gòu)”材料表面不太可能用于工作服的應(yīng)用。
對工作服應(yīng)用來說，薄片35一般是點(diǎn)粘接和如美國專利3,427,376；3,478,141和4,091,137號(每個(gè)都轉(zhuǎn)讓給杜邦)公開的那樣被軟化，以便生產(chǎn)有更象織物感覺的“軟結(jié)構(gòu)”產(chǎn)品。點(diǎn)粘接的意圖是以美學(xué)優(yōu)選的圖案提供緊密間隔的粘接點(diǎn)而在各點(diǎn)之間帶有不粘接的纖維。杜邦公司優(yōu)選一種點(diǎn)粘接圖案，按照該圖案用有波形表面的熱粘接輥接觸該片，這樣產(chǎn)生有很輕微熱粘接的織物部分而其他部分則是更直接地進(jìn)行粘接。在織物薄片粘接后，可以對它進(jìn)行機(jī)械軟化以便去除在粘接中造成的硬化。這樣提高織物的手感和觸覺質(zhì)量。
歷史上，用來制作Tyxek閃蒸紡絲聚乙烯的優(yōu)選紡線劑是含氯氟烴(CFC)的紡絲劑，三氯氟甲烷(FREON-11)。FREON是杜邦公司的注冊商標(biāo)。當(dāng)用FREON-11作為紡絲劑時(shí)，紡絲溶液包括約12％重量的聚合物，而其余部分是紡絲劑。歷史上剛好在閃蒸之前紡絲溶液的溫度保持在約180℃。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有可能閃蒸紡表面積更小的叢絲纖維，當(dāng)該纖維鋪開和粘接時(shí)制成的織物或薄片比用常規(guī)的聚合物濃度和紡絲溫度所生產(chǎn)的閃蒸紡絲叢絲織物或薄片有明顯增加的透氣性，并有至少相等的強(qiáng)度和阻擋層特性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種透氣性更好的材料在防護(hù)服和過濾產(chǎn)品方面有更大的用途，因?yàn)橥笟庑栽黾语@著地提高了產(chǎn)生的性能。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用烴類紡絲劑在比常規(guī)使用的閃蒸紡絲過程中更高的紡絲溫度下閃蒸紡聚乙烯時(shí)，可以提高薄片的透氣性。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用正戊烷和環(huán)戊烷的混合物作為紡絲劑在這樣較高的紡絲溫度下閃蒸紡聚憶烯時(shí)，可以制成比已知的聚乙烯叢絲纖維紗有更小的表面積和更低的粘聚性。重要的是，當(dāng)這些纖維紗鋪開和粘接成薄片時(shí)，該薄片比至今可能獲得的聚乙烯叢絲薄片有顯著更高的透氣性而沒有相伴隨的阻擋層特性的明顯降低。在紡絲溶液是在烴類紡絲劑中的12％到24％聚乙烯聚合物并處在205℃到220℃范圍內(nèi)的紡絲溫度下，可以紡制出該聚乙烯叢絲纖維紗，該紗被閃蒸紡制并被粘接以便生產(chǎn)出本發(fā)明的薄片材料。
由于用作工作服的織物要求薄片材料必需具有良好的透氣性，良好的液體阻擋層特性和優(yōu)良的強(qiáng)度的組合，叢絲纖維優(yōu)選地是在紡絲溫度205℃到214℃下由在戊烷紡絲劑中含有12％到17％重量的聚乙烯組成的紡絲流體進(jìn)行閃蒸紡絲。更優(yōu)選的是，用作工作服織物的叢絲纖維紗是在紡絲溫度208℃到212℃的范圍內(nèi)由在戊烷紡絲劑中含有14％到16％重量的聚乙烯構(gòu)成的紡絲流體進(jìn)行紡絲。因?yàn)橛米骺諝膺^濾器和真空吸塵器袋的薄片材料要求薄片材料必須具有高的透氣性，良好的顆粒阻擋層特性和中等的強(qiáng)度的組合，叢絲纖維優(yōu)選地是在紡絲溫度205℃到220℃下由在戊烷紡絲劑中含有15％到24％重量的聚乙烷組成的紡絲流體進(jìn)行閃蒸紡絲。更優(yōu)選的是，用作空氣過濾的薄片產(chǎn)品的叢絲纖維紗是在紡絲溫度208℃到218℃范圍內(nèi)由在戊烷紡絲劑中含有16％到20％重量的聚乙烯組成的紡絲流體進(jìn)行紡制。
本發(fā)明的薄片在弗雷澤范圍內(nèi)的透氣性是足夠用于空氣過濾的最終用途，如真空吸塵器袋，機(jī)艙空氣過濾，打褶的濾灰筒，面罩呼吸器。此外，本發(fā)明沒有粘接的薄片的透氣性是足夠高的，以便允許使用通過空氣粘接法來粘接。已經(jīng)用通過空氣粘接法來粘接無紡織物如雙組份的纖維網(wǎng)，但以前還沒有用來粘接閃蒸紡的叢絲薄片。常規(guī)的閃蒸紡薄片已有的透氣性對通過空氣粘接法來說是太低了。為了采用通過空氣粘接法，該薄片優(yōu)選地應(yīng)有至少2立方英尺/分鐘/平方英尺(2ft3/min/ft2)的弗雷澤滲透率，更優(yōu)選地應(yīng)大于5立方英尺/分鐘/平方英尺(5ft3/min/ft2)，和最優(yōu)選地應(yīng)有8立方英尺/分鐘/平方英尺(8ft3/min/ft2)。通過空氣粘接法包括抽吸熱空氣通過纖維網(wǎng)來粘接無紡纖維網(wǎng)，以便使網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)纖維加熱并暴露在相同的溫度下，這樣確?？椢镎辰拥木鶆蛐浴Ｕ辰影l(fā)生在纖維的各立體交叉點(diǎn)。
歷史上已經(jīng)用在工作服上的一種類型的Tyxek薄片材料是在一側(cè)用似亞麻布的圖案整個(gè)表在粘接而在相反一側(cè)用肋狀圖案點(diǎn)粘接。在這種類型的薄片中，在用似亞麻布圖案整個(gè)表面粘接的薄片的重量百分比歷史上約為60％，而點(diǎn)粘接的薄片的重量百分比約為40％?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過改變粘接溫度和粘接時(shí)間，可以制成叢絲薄片其點(diǎn)粘接部分有更大的薄片重量百分比。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用肋狀圖案點(diǎn)粘接部分的薄片的百分比大于50％時(shí)，該薄片明顯地變得更軟，如用把手-O-硬度試驗(yàn)所測量到的那樣。現(xiàn)在已經(jīng)制成的叢絲薄片，它包括小于40％的整個(gè)表面粘接的薄片部分和大于60％的點(diǎn)粘接薄片部分。甚至已經(jīng)制成更軟的薄片，其中約30％的薄片是用似亞麻布圖案在整個(gè)表面粘接的而該薄片的約70％是用肋狀圖案點(diǎn)粘接的。
當(dāng)高滲透率的閃蒸紡薄片進(jìn)行通過空氣式粘接時(shí)，獲得有明顯不同于表面粘接或點(diǎn)粘接的閃蒸紡薄片的特性的粘結(jié)薄片。通過空氣式粘接的薄片比表面粘接或點(diǎn)粘接的薄片顯著地有較高的膨松度。例如，與典型的硬粘接Tyvek薄片有相同單位重量的通過空氣式粘接的薄片有大于兩倍的厚度。與常規(guī)粘接的薄片相比，由于通過薄片的厚度更加均勻的加熱，使得通過空氣式粘接的薄片造成在其整個(gè)薄片厚度上更加均勻的粘接和通過空氣式粘接的薄片不會以如表面粘接或點(diǎn)粘接從絲薄片材料所發(fā)生的分層那樣平面方式分層。
不要希望按照理論進(jìn)行粘接，現(xiàn)在相信當(dāng)紡絲溫度增加時(shí)，生產(chǎn)的閃蒸紡的叢絲纖維的表面積將減小并且纖維變得粘聚性減小。圖5是在各種紡絲條件下閃蒸紡絲的聚乙烯叢絲纖維紗的擠壓值對表面積的曲線圖。畫在Y軸上的擠壓值是按照上述的擠壓試驗(yàn)法計(jì)算的并代表樣品在擠壓后尺寸恢復(fù)的程度。較高的擠壓值指的是纖維紗更加容易恢復(fù)它的原先形狀。粘聚性小的叢絲纖維紗在擠壓后更多地恢復(fù)到它們原先的尺寸和形狀。圖5表示當(dāng)聚乙烯叢絲纖維的表面積減小時(shí)纖維變得粘聚性更小。本發(fā)明的閃蒸紡薄片的纖維通常有表面積小于約10m2/g，更優(yōu)選取的有表面積小于8m2/g，最優(yōu)選的有表面積小于5m2/g。圖7是本發(fā)明片材料的叢絲紗的橫斷面的顯微照相而圖6是常規(guī)的叢絲片的叢絲紗的橫斷面的顯微照相。肉眼可見本發(fā)明的叢絲紗比常規(guī)叢絲片材料的叢絲紗明顯地有較小的表面積。有興趣地注意到本發(fā)明的許多叢絲紗看來比常規(guī)閃蒸紡絲的叢絲紗更細(xì)。通常，人們會認(rèn)為當(dāng)纖維變得更細(xì)時(shí)，它們的表面積將增加。而本發(fā)明的叢絲纖維，細(xì)的纖維令人驚奇地有小的表面積。相信這是由于纖維中內(nèi)部空穴的尺寸和數(shù)目減小的結(jié)果。
這些表面積減小，粘聚性較少的纖維，在鋪開和粘接成薄片結(jié)構(gòu)時(shí)，相信得到的各薄片層中其較厚部分較少并且平均細(xì)孔尺寸較大，因此更大百分比的薄片是由空穴的空間組成。該薄片看來其整個(gè)結(jié)構(gòu)是有較少的粘聚性同在該薄片的平面中各層之間有更大的空穴空間。最終結(jié)果是片允許更多的氣體和水蒸汽通過使得該材料有更大的透氣性而不會造成阻擋層特性類似的降低。很明顯，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明粘接的叢絲薄片有比常規(guī)叢絲薄片結(jié)構(gòu)更大的平均流量細(xì)孔尺寸。同時(shí)在本發(fā)明的薄片中最大的細(xì)孔是成比例地小于(與平均流量細(xì)孔尺寸比較)常規(guī)閃蒸紡的叢絲薄片的最大細(xì)孔。相信這種平均流量細(xì)孔尺寸增加，而最大細(xì)孔尺寸沒有成比例地增加的結(jié)果是使叢絲薄片結(jié)構(gòu)具有更大的透氣性而阻擋層特性損失極少。
下面的表總結(jié)了本發(fā)明的以幾種不同方法粘接的薄片材料，和幾種現(xiàn)有技術(shù)的薄片材料的細(xì)孔測量值以及最大細(xì)孔直徑與最小細(xì)孔直徑的比值。常規(guī)的具有基本重量1.2oz/yd2用于閃蒸紡叢絲纖維(Tyvek型1424A)的點(diǎn)粘結(jié)薄片；南卡羅來納州查爾斯頓市的PGI公司(PGI of Charleston，South Carolina)出售的單位重量為1.1oz/yd2的D207熔噴聚稀烴聚合物的薄片；其基本重量為2.0oz/yd2的HysurfTM聚乙烯漿的薄片提供細(xì)孔尺寸的測量值。

在常規(guī)的叢絲薄片中最大細(xì)孔直徑與平均細(xì)孔直徑之比通常大于4。從上面表中可見，當(dāng)本發(fā)明的叢絲薄片是點(diǎn)粘接時(shí)，最大/平均細(xì)孔尺寸之比達(dá)到2.8。這可與用HysurfTM漿基過濾薄片產(chǎn)品所得到的數(shù)據(jù)相比較。用本發(fā)明的通過空氣或粘接的叢絲薄片，達(dá)到最大/平均細(xì)孔尺寸比為1.3到1.5。這可與更加弱的熔噴材料所期望的數(shù)據(jù)相比較。
本發(fā)明的叢絲纖維紗具有表面積小于10m2/g和至少1mm/g的擠壓值。優(yōu)選的叢絲纖維紗具有表面積小于8m2/g，更優(yōu)選的小于5m2/g。更加優(yōu)選的是本發(fā)明的纖維紗有至少1.5mm/g的擠壓值。
本發(fā)明的無紡薄片包括大致連續(xù)的聚乙烯叢絲纖維紗，并且它具有至少2cfm/ft2的弗雷澤滲透率，該值被與1.0oz/yd2的基本重量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。優(yōu)選的是，無紡薄片有靜水壓頭至少30cm，更優(yōu)選的至少45cm，更優(yōu)選的至少75cm，和更優(yōu)選的至少85cm，甚至更優(yōu)選的至少100cm，和最優(yōu)選的至少130cm。更加優(yōu)選的是有至少30cm靜水壓頭的本發(fā)明的薄片，還有被與1.0oz/yd2基本重量標(biāo)準(zhǔn)化的弗雷澤滲透率，至少為4cfm/ft2，更優(yōu)選的至少為8cfm/ft2，和更優(yōu)選的至少10cfm/ft2，和更優(yōu)選的至少15cfm/ft2，甚至更優(yōu)選的至少20cfm/ft2，和最優(yōu)選的至少25cfm/ft2。按照本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的薄片材料有至少45英寸(114cm)的靜水壓頭和少于6秒的格利希爾孔隙率。按照本發(fā)明還要更加優(yōu)選的實(shí)施例，本發(fā)明的薄片材料有至少50英寸(127cm)的靜水壓頭同時(shí)保持少于6秒的格利希爾孔隙率。本旭有的無紡薄片優(yōu)選的是整體的纖維薄片。本發(fā)明的閃蒸紡聚乙烯叢絲無紡薄片可以是整個(gè)表面粘接，點(diǎn)粘接或通過空氣式粘接。
在圖2中表示已經(jīng)用于生產(chǎn)本發(fā)明絲絲纖維紗的設(shè)備。按照制作本發(fā)明叢絲纖維紗和薄片的方法，將聚乙烯聚合物通過進(jìn)口41送料到高壓釜40。送料之后，通過閥43從高壓釜中除去空氣抽真空。為了從高壓釜排出所有的氧氣，將氮?dú)饧尤氲礁邏焊腥缓笤俪檎婵粘?，這樣連續(xù)進(jìn)行2次或3次。接著通過閥43將紡絲劑加料到高壓釜40中并維持釜的溫度在約52℃。將高壓釜密封并在約4小時(shí)的時(shí)間內(nèi)逐漸加熱到約210°到220℃的溫度，同時(shí)用雙螺旋葉攪拌器42以約100rpm(轉(zhuǎn)/分)小速度轉(zhuǎn)動使聚合物和紡絲劑混合。在4小時(shí)的加熱和混合之后，紡絲流體的壓力達(dá)到約13,790千帕(2000psi)。
剛好在紡絲之前，通過閥43將一層氮?dú)?5引入到高壓釜中。通過打開單向閥46開始紡絲流體的紡絲，即通過一層加壓氮?dú)?5迫使紡絲流體流出高壓釜。紡絲流體流過加熱的直徑0.75英寸(1.9cm)的管道48到壓力控制閥50，該閥調(diào)節(jié)紡絲容器56中的紡絲流體壓力。紡絲流體在進(jìn)入紡絲容器56之前通過10英寸(25.4cm)燒結(jié)金屬過濾器52。通過緊挨紡絲容器上游的溫度探測器54監(jiān)測紡絲流體的實(shí)際紡絲溫度。
紡絲容器56包括與圖1中表示的降壓室16和紡絲孔板14類似的降壓室和紡絲孔板。在圖3中表示已經(jīng)用來獲得本發(fā)明的叢絲纖維紗和薄片的降壓室。紡絲流體通過具有長度0.064cm和直徑0.095cm的開口72進(jìn)入到降壓室70。降壓室的進(jìn)入角α是在10°和70°之間。降壓室具有直徑1.56cm和長度75約11.6cm。在下面描述的例子中，降壓室的進(jìn)入角分別給定在115°，23.6°和60°。降壓室朝向紡絲孔板74以約80°角逐漸變細(xì)。按照本發(fā)明制作叢絲紗和薄片的一個(gè)方法，細(xì)孔篩可以插入到降壓室70中。例如，當(dāng)紡制本發(fā)明的叢絲紗時(shí)在具有進(jìn)入角23.6°的降壓室中已經(jīng)成功地應(yīng)用7個(gè)50號的篩，每個(gè)互相之間的間隔距離約0.32cm。
在降壓室出口端的紡絲孔板最好具有長度0.064cm和直徑0.087cm(L/D＝0.74)。紡絲甬道最好位于緊挨紡絲孔板的下游。一個(gè)優(yōu)選的紡絲甬道具有長度0.84cm，進(jìn)口直徑0.46cm，出口直徑0.61cm。如圖3中表示的那樣紡絲甬道的側(cè)邊可以用硬邊緣或圓的邊緣與紡絲甬道的后部相連。在下面的例子中，把具有硬邊緣的紡絲甬道稱為“無半徑”(no-rad)并把具有曲率半徑約1.3mm的圓邊緣的紡絲甬道稱為有半徑(rad)。
如圖2中可以看到的那樣，紡絲容器包括與圖1中表示的導(dǎo)流板26類似的轉(zhuǎn)動導(dǎo)流板57。導(dǎo)流板57用于散開從紡絲孔板74排出的絲絲紗并使沉積到移動的稀松窗簾布63上的紗前后振動。優(yōu)選的是，導(dǎo)流板振動叢絲紗的頻率的90Hz以便在移動的稀松窗簾布63上形成具有寬度約50cm的薄片。使紗通過插入到氣流擴(kuò)散器58中的充電的離子槍和金屬目標(biāo)板之間對紗充上靜電。離子槍可以由彼此同心的布置成兩排的21根充電針組成(第一排有11根針位于7.6cm半徑上互相間隔10°，而第二排有10根針位于8.9cm半徑上互相間距10°)。該充電極是負(fù)極。最好充電針尖位于距目標(biāo)板表面約1.9cm處。目標(biāo)板與大地連接并具有直徑約23cm。將紗通過離子槍和目標(biāo)板之間使紗帶電后，紗和氣態(tài)紡絲劑通過具有出口間隙約6cm和半徑約20cm的擴(kuò)散器。擴(kuò)散器用于減小擾動和進(jìn)一步散開下降的叢絲紗。
從擴(kuò)散器58底部中心到移動帶收集稀松窗簾布的距離最好是約25cm。移動的收集稀松窗簾布最好是一種平幅的稀松窗簾布材料。如Reemay號No.2250紡粘聚酯織物，它具有基本重量17g/m2(0.5oz/yd2)和弗雷澤孔隙率329m3/min/m2(1080ft3/min/ft2)。從供應(yīng)輥62的收集窗簾布63，然后將其拉過電氣接地的支持金屬板上。移動收集窗簾布63的速度是變化的以便收集振動的叢絲紗和形成所需基本重量的叢絲纖維條。當(dāng)將纖維條卷到收集輥66上時(shí)第二片平幅窗簾布材料64，如Reemay型號No.2250紡粘聚酯織物，在金屬的壓實(shí)輥65下輥壓在閃蒸紡的叢絲材料纖維條的頂部。夾在兩片平幅的窗簾布材料之間略為壓實(shí)的叢絲材料的纖維條在下面的實(shí)例中被稱為沒有粘接的薄片。沒有粘接薄片的特性是將平幅窗簾布放在略為壓實(shí)的叢絲材料的兩側(cè)進(jìn)行測量。窗簾布材料是這樣的稀松所以已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對沒有粘接薄片的空氣和濕氣滲透率或靜水壓頭的特性沒有任何影響。
按照傳統(tǒng)地已經(jīng)用于熱粘接聚乙烯叢絲薄片的粘接方法可以粘接本發(fā)明的沒有粘接的叢絲薄片。例如，本發(fā)明的叢絲片可以按照非常類似于David的美國專利3,522,589號公開的粘接方法在很大、平滑、加熱的輥粘接器上進(jìn)行整個(gè)表面粘接，以便生產(chǎn)一種“硬結(jié)構(gòu)”薄片產(chǎn)品。按照David專利的這個(gè)粘接方法，該薄片的兩側(cè)進(jìn)行大致均勻的、整個(gè)表面接觸的熱粘接。“硬結(jié)構(gòu)”產(chǎn)品具有光滑紙的感覺。
對工作服應(yīng)用來說，薄片35一般是點(diǎn)粘接和可選擇地進(jìn)行如美國專利3,427,376和3,478,141號中公開的那樣軟化，以便生產(chǎn)“軟結(jié)構(gòu)”產(chǎn)品，它具有更像織物的感覺。點(diǎn)粘接的意圖是以美學(xué)優(yōu)選的圖案提供緊密布置的粘接點(diǎn)而在各點(diǎn)之間具有不粘接的纖維。當(dāng)具有波形表面的熱粘接輥接觸該薄片時(shí)產(chǎn)生優(yōu)選的點(diǎn)粘接圖案，該輥產(chǎn)生具有輕微熱粘接的織物部分而其他部分則是更直接地進(jìn)行粘接。在織物薄片粘接后，可選擇地對其進(jìn)行機(jī)械軟化以便去除在粘接過程中可能造成的硬化。這樣提高了織物的手感和觸覺質(zhì)量。重要的是，當(dāng)本發(fā)明的薄片是點(diǎn)粘接但沒有進(jìn)行軟化處理時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它具有一定程度的軟度和皺褶，而對常規(guī)的叢薄片材料來說只有點(diǎn)粘接和經(jīng)過軟化后的薄片才能獲得這種程度的軟度和皺褶。
此外本發(fā)明的沒有粘接的叢絲薄片材料還可以用通過空氣式粘接法進(jìn)行粘接，而常規(guī)的低空氣孔隙率的叢絲薄片是不可能的。在現(xiàn)有技術(shù)中已知各種通過空氣式粘接法和它們可以在穿孔的鼓形裝置和水平的傳送機(jī)類型裝置中實(shí)行。例如，采用在圖4中示意說明的設(shè)備80可以進(jìn)行通過空氣式粘接。夾在平幅窗簾布材料層之間的沒有粘接的叢絲薄片82被送料到真空輥86和85之間。真空輥86的直徑約1.4米并由開孔的金屬篩材料制成。當(dāng)叢絲薄片與真空輥86一起轉(zhuǎn)動時(shí)，通過壓力通風(fēng)系統(tǒng)84供給溫度約130°到140℃下的加熱空氣88，穿過薄片的壓力降約為200到350mm水柱。穿過薄片的空氣速度在0.5和2.0m/sec之間并且停留時(shí)間可以長到6秒?？諝獗患訜岬阶銐蚋叩臏囟纫员闶拐麄€(gè)薄片厚度內(nèi)的纖維形成粘接。一旦加熱空氣通過該薄片，它便通過真空輥86的開放的篩孔并進(jìn)入到真空鼓90中。在該薄片通過圍繞真空輥86的大部分路程后，出口輥87從真空輥86上移除叢絲薄片。
重要的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以生產(chǎn)出本發(fā)明的更加透氣的織物或薄片材料，而同時(shí)保持常規(guī)的閃蒸紡絲聚乙烯薄片的強(qiáng)度和耐用性。此外，與層壓產(chǎn)品比較本發(fā)明的單一閃蒸紡絲織物或薄片材料還具有低成本和可重復(fù)利用性，在市場上本發(fā)明的材料經(jīng)常必須與層壓產(chǎn)品競爭?，F(xiàn)在這個(gè)發(fā)明將通過下面非限定性的實(shí)例進(jìn)行說明，這些實(shí)例僅用來說明本發(fā)明，而不是以任何方式限制本發(fā)明。
實(shí)例在上面參考圖2描述的12加侖高壓釜中以批處理方式制備紡絲流體在實(shí)例1-27中使用。按照上述與圖2有關(guān)的方法制備紡絲流體并被閃蒸紡絲。在各實(shí)例中記錄的聚合物濃度是根據(jù)總的紡絲流體重量為基準(zhǔn)計(jì)算聚合物的重量百分比，其中總的紡絲流體重量包括聚合物和紡絲劑的重量。
除非另外指出紡絲單元的尺雨如下在降壓室進(jìn)口端的孔板具有長度0.064cm和直徑0.095cm；在降壓室出口端的紡絲孔板有具長度0.064cm和直徑0.087cm(L/D＝0.74)；位于緊挨著紡絲孔板下游的紡絲甬道具有長度0.8cm，進(jìn)口直徑0.64cm，和出口直徑0.61cm。在下面各實(shí)施例的表中，以“Std”代表的紡絲孔板是上述的具有L/D為0.74的紡絲孔板。在某些實(shí)例中，一組篩放置在溶液流入降壓室的入口附近。在這些實(shí)例中，采用7個(gè)50號的篩并且放置在11.6cm長的降壓室內(nèi)互相間隔距離約為0.32cm，降壓室具有1.56cm直徑和23.6°進(jìn)口角。除非另外指出在降壓室中沒有篩的實(shí)例中，降壓室具有直徑1.56cm，長度11.6cm和進(jìn)口角60°。在所有的實(shí)例中使用的紡絲容器包括相關(guān)圖2描述的特殊振動的導(dǎo)流板，充電的離子輪，金屬目標(biāo)板，和氣流擴(kuò)散器。在每個(gè)實(shí)例中使用的平幅稀松窗簾布材料是上述的Recmay型號2250紡粘聚酯織物，它具有單位重量17g/m2(0.5oz/yd2)和弗雷澤孔隙率329m3/min/m2(1080ft3/min/ft2)。
除非另外指出，在實(shí)例1-28中制備的叢絲網(wǎng)和薄片都是用60％重量正戊烷和40％重量環(huán)戊烷的紡絲劑進(jìn)行閃蒸紡絲，環(huán)戊烷的純度是81％重量，主要雜質(zhì)是15％2-2二甲基丁烷。在所有實(shí)例中使用的聚合物是高密度聚乙烯，它具有熔融指數(shù)0.7g/10min(按照ASTM D1238在190℃和2.16kg負(fù)荷下測量)，熔點(diǎn)約133℃和密度0.96g/cm3(由得克薩斯州休斯頓市的Equistar Chemicals LP公司獲得，牌號為Alathon)，聚乙烯包括1200ppm的熱穩(wěn)定劑。
實(shí)例1-5和比較的實(shí)例A(整個(gè)表面粘接薄片)在實(shí)例1-5和實(shí)例A中，高密度聚乙烯的薄片是在表1中所列的紡絲條件范圍內(nèi)和聚合物的濃度下閃蒸紡制的。在每個(gè)實(shí)例中，沒有粘接的薄片是按照非常類似于頒發(fā)給David的美國專利3,532,589號中公開的粘接方法即在蒸汽加熱的直徑約為4ft的粘接輥上進(jìn)行整個(gè)表面粘接。在整個(gè)表面粘接時(shí)，平幅的窗簾豐材料留在叢絲材料的相反的兩側(cè)上，使得窗簾布材料層總是在叢絲薄片樣品和加熱的粘接表面之間。在粘接時(shí)，對著背離粘接輥的窗簾布材料壓上受約束的一層，以便在粘接時(shí)在該樣品上提供足夠的垂直力防止收縮。該薄片的每一側(cè)在粘接輥上以300ft/min的速度通過一次。然后從粘接的薄片上除去窗簾布材料。在粗糙的窗簾布表面上進(jìn)行粘接有助于提高薄片材料的透氣率。
在表1中給出了紡絲條件，纖維網(wǎng)和薄片的特性。在表1中記錄了每個(gè)實(shí)例中，降壓室的進(jìn)口角是23.6°。該結(jié)果表示了本發(fā)明及有粘接薄片的標(biāo)準(zhǔn)化弗雷譯滲透率高于在低溫下紡絲的比較實(shí)例約為4至9倍。本發(fā)明的面積粘接薄片與比較的實(shí)例相比也具有較高的透氣率，而在本發(fā)明的粘接薄片中空氣流量保持在弗雷譯的范圍內(nèi)。
表1-整個(gè)表面粘接的薄片實(shí)例 A 1 2 3 4 5紡絲條件紡絲溫度(℃) 180 209 209 211 214 216聚合物濃度(wt％) 19.418 22 22 16 16.1降壓室壓力(psi)- 13901270128015751510篩 7×50 7×50 7×50 7×50 7×50 7×50紡絲孔板L/DStd 4/1 4/1 4/1 4/1 Std甬道 no rad rad rad rad no rad no rad聚合物流速(lb/hr) 50.256.861.661.855.954.7纖維網(wǎng)特性旦尼爾 327 316 402 394 333 269表面積(m2/g) - 3.3 2.812.091.0 4.65模量(g/旦尼爾) 22 12.18.1 7.1 5.5 23.4強(qiáng)度(g/旦爾尼) 5.4 3.682.682.862.055.37伸長(％) 46 60 56 57 60 60薄片特性(沒有粘接)單位重量(oz/yd2) 1.962.531.551.861.971.75Gurley Hill(sec) 131 0.0 0.0 0.0 0.0 0.4實(shí)際Frazier(cfm/ft2) - 16.943.532.713.217.3Frazier(標(biāo)準(zhǔn)化到1.0oz/yd2- 42.867.460.826.030.3BW)(cfm/ft2)靜水壓頭(cm) 40 62.848.346.745.972.0MVTR-LYSSY(g/m2/天) 110521962237220122602696薄片特性(面積粘接)蒸汽壓力(psi)50 56 56 60 60 56單位重量(oz/yd2)2.14 2.81 1.76 2.6 2.10 1.78Gurley Hill(sec) 90 0.9 0.5 --0.9實(shí)際Frazier(cfm/ft2)-4.3 8.5 10.8 13.2 5.0Frazier(標(biāo)準(zhǔn)化到1.0oz/yd2-12.1 15.0 28.1 27.7 8.9BW)(cfm/ft2)靜水壓頭(cm) 55 77.8 60.8 58.4 58.4 94.0實(shí)例 A12345MVTR-LYSSY(g/m2/天) 875 2072 2061 2005 --馬倫式織物頂破強(qiáng)力(psi) -105 41 ---平均細(xì)孔尺寸(μm)----15.8 -最大細(xì)孔尺寸(μm)----32.2 -最大/平均細(xì)孔尺寸比 ----2.0 -實(shí)例6-8和比較的實(shí)例B(點(diǎn)粘接的薄片)在實(shí)例6-8和比較實(shí)例B中，高密度聚乙烯薄片是在表2所列的紡絲條件范圍內(nèi)和聚合物濃度下閃蒸紡制的。沒有粘接的薄片是由上述的方法生產(chǎn)，除了比較實(shí)例B，它是在如在圖1中表示的工業(yè)閃蒸紡絲生產(chǎn)線上紡制的。
在每個(gè)實(shí)例6-8中，平幅窗簾布材料首先從樣品的一側(cè)除去而沒有基本改變閃蒸紡絲薄片的結(jié)構(gòu)。使已經(jīng)除去窗簾布的該薄片的那一側(cè)與具有隨機(jī)圖案、34英寸直徑、蒸汽加熱的壓花輥接觸，并在隨機(jī)圖案壓花輥和30英寸直徑軟橡膠支持輥之間形成的間隙中粘接，支接輥具有硬度計(jì)70。這個(gè)壓花輥是不銹鋼表面的輥，帶有凸起區(qū)域的隨機(jī)圖案，凸起區(qū)域從該輥其余部分的表面伸出約0.008到0.020英寸(0.203到0.508mm)。壓花輥表面上的隨機(jī)圖案很象在圖9中表示的那樣。該薄片以150ft/min的速度在隨機(jī)圖案壓花輥上通過而該輥被加熱到140℃和144℃之間。對壓花輥來說輥隙壓力足夠使它在軟的橡膠輥產(chǎn)生20mm長的輥隙軌跡。由于在壓花輥上的隨機(jī)圖案，壓花輥僅接觸要粘接薄片的25％至30％。
在叢絲薄片的一側(cè)用平滑的隨機(jī)圖案粘接之后，從該薄片的另一側(cè)除去窗簾布，然后該側(cè)對著有肋狀圖案的壓花輥進(jìn)行點(diǎn)粘接。使該薄片已經(jīng)除去窗簾布的第二側(cè)與帶“肋狀”圖案、34英寸直徑、蒸汽加熱的壓花輥接觸，并在肋狀圖案壓花輥和30英寸直徑的軟橡膠支持輥之間形成的輥隙中粘接，該支持輥具有硬度計(jì)70。這個(gè)壓花輥是不銹鋼表面的輥，輥上帶有一系列細(xì)長平行的肋，每個(gè)肋約0.025英寸(0.635mm)寬，從輥的其余部分表面凸出約0.015英寸(0.381mm)，和互相間隔0.063英寸(1.6mm)。該薄片以150ft/min的速度在肋狀壓花輥上通過而該輥被加熱到140℃和144℃之間。對肋狀壓花輥來說輥隙壓力足夠使它在軟的橡膠輥上產(chǎn)生20mm長的輥軌跡。
比較實(shí)例B的薄片如上述相關(guān)實(shí)例6-8進(jìn)行粘接，除了整個(gè)表面粘接輥有似亞麻布狀的表面。在比較實(shí)例B中，首先從樣品的一側(cè)除去平幅的窗簾布材料而基本沒有改變閃蒸紡絲薄片的結(jié)構(gòu)。使已經(jīng)除支窗簾布材料的該薄片那側(cè)與具有似亞麻布狀圖案、34英寸直徑、蒸汽加熱的壓花輥接觸，并在似亞麻布狀圖案壓花輥和30英寸直徑具有硬度計(jì)70的軟橡膠支持輥形成的輥隙之間粘接。這個(gè)壓花輥是不銹鋼表面的輥，帶有似亞麻布狀圖案，該圖案是互相垂直伸展的成兩組緊挨著的、細(xì)的、不連續(xù)的、大致平行的凸起線組成。細(xì)線寬約0.005到0.015英寸(0.127到0.381mm)并從該輥其余部分表面凸起約0.008英寸(0.203mm)。在壓花輥表面上平滑的似亞麻布狀圖案給要粘接的薄片材料很輕的紋理，該紋理具有紡織的亞麻布材料的外觀。該薄片以150ft/min的速度在似亞麻布狀圖案的壓花輥上通過而該輥被加熱到144℃和158℃之間。對壓花在輥來說輥隙壓力足夠使它在軟的橡膠輥上產(chǎn)生19mm長的輥隙軌跡。
點(diǎn)粘接薄片按照Dempsey等人的美國專利3,478,141號公開的方法進(jìn)行針軟化，并接著用氟化學(xué)整理劑進(jìn)行處理，整理劑包括S％FC 808氟化學(xué)防護(hù)劑(由明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司制造)，1％ Zonyl活化劑100(由特拉化州威爾明頓市的E.I.duPont Nemours andCompany公司制造)，0.75％Zelac 9012抗靜電整理劑(由伊利諾伊州Northfield市的Stepan公司制造)，和0.55％的己醇。
在表2中給出了紡絲條件，纖維網(wǎng)特性，及點(diǎn)粘接和沒有粘接薄片的特性。在隨機(jī)壓花面向上時(shí)進(jìn)行粘接薄片的細(xì)孔測量。
表2-點(diǎn)粘接的薄片實(shí)例67 8 B紡絲條件紡絲溫度(℃)209 220 208 190聚合物濃度(wt％)22 16.3 1217降壓室壓力(psi) 1270 1480 1670 960篩 7×507×50 7×50 無紡絲孔板L/D 4/1 std Std std紡絲甬道Rad no radno radrad進(jìn)口角(度) 23.6 23.6 23.6 15聚合物流速(lb/hr) 61.1 47.5 46.9 47.0纖維網(wǎng)特性旦尼爾 402 255 201 246表面積(m2/g) 2.81 4.19 7.66 15.5模量(g/旦尼爾) 8.1 9.7 17.7 26強(qiáng)度(g/旦爾尼) 2.68 2.76 4.16 5.9伸長(％)56 343945薄片特性(沒有粘接)單位重量(oz/yd2) 1.55 1.3 1.03 1.2Gurley Hill(sec)0.0 0.4 1.7 15實(shí)際Frazier(cfm/ft2) 43.5 28.3 2.1 -Frazier(標(biāo)準(zhǔn)化到1.0oz/yd267.4 36.8 2.2 -BW)(cfm/ft2)靜水壓頭(cm)48.3 58.2 89.7 76MVTR-LYSSY(g/m2/天)2237 2339 2183 -薄片特性(點(diǎn)粘接)單位重量(oz/yd2)1.26 1.39 1.18 1.2Gurley Hill(sec) - - - 8實(shí)際Frazier(cfm/ft2)23.0 18.3 2.1-Frazier(標(biāo)準(zhǔn)化到1.0oz/yd229.0 25.4 2.5-BW)(cfm/ft2)靜水壓頭(cm) 50.0 61.1 124.8 107MVTR-LYSSY(g/m2/天) 2253 2206 2164 1700平均細(xì)孔尺寸(μm)- 16.7 - 2.8最大細(xì)孔尺寸(μm)- 46.9 - 11.6最大/平均細(xì)孔尺寸比 - 2.8- 4.2實(shí)例9-15和比較實(shí)例B-E(纖維特性-擠壓/粘結(jié)性)在這些實(shí)例中，高密度聚乙烯從纖維網(wǎng)用與實(shí)例1相同的聚合物進(jìn)行閃蒸紡絲并測量擠壓值的表面積。紡絲條件和試驗(yàn)結(jié)果記錄在表3中。注意在表3中的實(shí)例B涉及與表2中實(shí)例B相同的樣品。還要注意在表3中實(shí)例1涉及與表1中實(shí)例1相同的樣品。
結(jié)果表示了，雖然本發(fā)明的閃蒸紡絲纖維網(wǎng)與比較的實(shí)例相比更容易被擠壓(較低的標(biāo)準(zhǔn)化擠壓高度)，但它們令人驚奇地并沒有發(fā)展成那樣多的固定的數(shù)值。這種“回復(fù)”的特征，一種標(biāo)識增加的非粘結(jié)性，反映在本發(fā)明樣品較高的擠壓值中。本發(fā)明的纖維網(wǎng)與比較樣品進(jìn)一步區(qū)別在有明顯低的纖維網(wǎng)表面積。
表3-擠壓試驗(yàn)實(shí)例 CBDE910紡絲條件聚合物濃度(wt％) 18 17 17.5 15.8 20 16紡絲溫度(℃) 185 190 198 200 211 207降壓室壓力(psi)700 960 1100 -1310 -篩 7×50無 無 無 7×50無紡絲孔板L/D4/1 Std Std Std 4/1 Std進(jìn)口角(度) 23.6 60 60 60 23.6 60甬道 Rad No rad No rad No rad Rad No rad擠壓特性實(shí)際擠壓高度 13.7 11.3 20.7 9.0 15.0 9.3標(biāo)準(zhǔn)化擠壓高度 7.3 6.3 7.8 5.9 5.8 5.8(mm)(標(biāo)準(zhǔn)化到1g)回復(fù)高度(mm) 14.9 12.4 22.4 10.3 23.6 11.4擠壓值(mm/g) 0.66 0.61 0.64 0.86 3.35 1.32表面積(g/m2) 19.7314.7817.1211.162.89 636表3(續(xù))實(shí)例 11 12 113 14 15紡絲條件聚合物濃度(wt％) 18 14 18 16 16 20紡絲溫度(℃) 208 209 209 210 210 218降壓室壓力 -1520 1390 1370 1350 1415篩 無 7×507×50無 7×507×50紡絲孔板L/DStd 4/1 4/1 std Std 4/1進(jìn)口角(度) 60 23.6 23.6 15° 23.6 23.6甬道 No rad No rad Rad No rad Rad Rad擠壓特性實(shí)際擠壓高度(mm) 16.7 12.0 13.3 13.3 15.3 13.7標(biāo)準(zhǔn)化擠壓高度 6.9 5.5 5.8 6.3 7.1 5.3(mm)(標(biāo)準(zhǔn)化到1g)回復(fù)高度(mm) 19.4 15.9 20.5 19.1 17.5 28.3擠壓值(mm/g) 1.13 1.78 3.13 2.75 1.02 5.71表面積(g/m2) 8.07 3.57 3.30 4.6 7.5 1.7
實(shí)例16-19(過濾特性—整個(gè)表面粘接薄片)在實(shí)例16到19中，在本發(fā)明的整個(gè)表面粘接薄片上測量過濾特性。在實(shí)例3(紡絲溫度＝211℃，聚合物濃度＝22％重量，以總的紡絲流體為基準(zhǔn))所描述的粘接薄片整個(gè)表面上在實(shí)例16中測量過濾特性。在實(shí)例17中，在測量過濾特性之前，用Tsai等人的美國專利5,401,446(該專利轉(zhuǎn)讓給田納西(Tennessee)大學(xué))號描述的方法使實(shí)例3的整個(gè)表面粘接的片帶上靜電荷。在實(shí)例4(紡絲溫度＝214℃聚合物濃度＝16％重量，以總的紡絲流體為基準(zhǔn))描述粘接薄片的整個(gè)表面上在實(shí)施例18中來測量過濾特性。在實(shí)例19中，在測量過濾特性之前采用在Tsai等人的美國專利5,401,446號中描述的方法使實(shí)例4的整個(gè)表面粘接薄片帶電。在下面的表4中給出各種過濾特性。
表4-空氣過濾收集效率實(shí)例速度 壓力降過濾 過濾效率 效率(cm/sec) (inches H2O) (0.3μm) (0.966μm)16(不帶電) 15 1.95 95.81 98.0430 3.90 96.97 98.6917(帶電)15 1.61 98.96 98.3630 3.10 99.00 98.2518(不帶電) 15 1.20 94.18 93.9530 2.25 93.21 96.2519(帶電)15 1.65 99.43 99.3030 3.25 99.71 99.67HYSURFTM15 2.09 81.80 98.0030 4.20 90.20 98.50FiltreteTM15 0.56 99.28 99.8330 1.06 98.97 99.00Micro-Lined 15 1.25 84.091.9030 2.78 85.392.6從數(shù)據(jù)中可見，即使沒有帶電，本發(fā)明的整個(gè)表面粘接的薄片具有大于HysurfTM和Micro-Lined這些產(chǎn)品的過濾效率，并有較低的壓力降。這些薄片還具有單一薄片的優(yōu)點(diǎn)，它是用比生產(chǎn)漿基的HysurfTM薄片材料所需的多步法更加簡單的方法生產(chǎn)的。例19的帶電薄片具有等價(jià)于3M公司的FilteceTM產(chǎn)品的過濾效率但有稍微較高的壓力降。
實(shí)例20-26(通過空氣式粘接薄片)在實(shí)例20到26中，本發(fā)明在不同的閃蒸紡絲溫度和聚合物濃度的范圍內(nèi)生產(chǎn)的沒有粘接的閃蒸紡絲聚乙烯薄片，如上所述，是按照上述有關(guān)圖4的方法通過空氣式粘接的。在通過空氣式粘接的過程中，平幅的窗簾布材料薄片是留在叢絲薄片樣品的兩側(cè)上。通過空氣式粘接是在如圖4中所示的穿孔的鼓形裝置上進(jìn)行，它具有1.4米的鼓直徑和穿孔段寬度(真空段寬度)為0.5米。沒有粘接薄片圍繞穿孔的鼓以線速度15m/min轉(zhuǎn)過約300°。將粘接空氣加熱到如表5中所示的溫度。在該薄片圍繞粘接的鼓移動的這段時(shí)間內(nèi)加熱的空氣以約0.5到2m/sec的速度穿過該薄片。在下面的表5中記錄各薄片的紡絲和粘接條件，和薄片的特性。
表5-通過空氣粘接的薄片的特性實(shí)例 20 21 22 23 24紡絲條件降壓室壓力(psi)12801480127015751500紡絲溫度(℃) 208 220 209 221 210聚合物濃度(wt％) 16 16.322 16 22篩 7×50 7×50 7×50 - -紡絲孔板L/D4/1 Std 4/1 4/1 Std降壓室進(jìn)口角 23.623.623.660 15deg甬道 no rad No rad no rad no rad Rad聚合物流速(lb/hr) 49.05 47.561.155.9-纖維網(wǎng)特性旦尼爾 238 255 402 370 244表面積(m2/g) 6.6 4.192.811.096.3模量(g/旦尼爾) 16.79.7 8.1 3.0 30.7強(qiáng)度(g/旦爾尼) 4.1 2.762.681.486.04伸長(％) 68.234 56 73 33.0薄片特性(沒有粘接)單位重量(oz/yd2) 1.481.3 1.262.5 1.64Gurley Hill(sec) 0.0 0.4 0.0 0.0 0.65實(shí)際Frazier(cfm/ft2) 9.6 28.343.558.510.0Frazier(標(biāo)準(zhǔn)化到1.0oz/yd214.236.854.8146.3 16.4BW)(cfm/ft2)靜水壓頭(cm) 83.058.248.334.186.4MVTR-LYSSY(g/m2/天) 20782339223722732520TAB條件空氣溫度(℃) 130 130 130 130 135-140實(shí)例20 21 22 23 24薄片特性(TAB)單位重量(oz/yd2) 1.511.641.282.271.93Gurley Hill(sec)0.5 0.0 0.0 0.4 ？實(shí)際Frazier(cfm/ft2) 17.640.543.426.98.1Frazier(標(biāo)準(zhǔn)化到1.0 26.666.455.661.115.6oz/yd2**BW)(cfm/ft2)靜水壓頭(cm)77.045.745.948.0122.9MVTR-LYSSY(g/m2/天)2767249929012547-馬倫式織物頂破強(qiáng)力(psi) 81 52 - - -平均細(xì)孔尺寸(μm) 13.3- - - 9.4最大細(xì)孔尺寸(μm) 19.5- - - 11.8最大/平均細(xì)孔尺寸 1.5 - - - 1.3對本發(fā)明的叢絲薄片可以應(yīng)用通過空氣粘接，因?yàn)楸景l(fā)明的叢絲薄片具有大大提高的透氣率。過去對閃蒸紡制的縱絲薄片不可能采用通過空氣式粘接因?yàn)闆]有粘接的叢絲薄片的透氣率太低不能應(yīng)用通過空氣式粘接。本發(fā)明的通過空氣式粘接的薄片表示出極高的弗雷譯空氣滲透率而同時(shí)保持很高程度的液體阻擋特性(靜水壓頭)。此外，通過空氣式粘接薄片的馬倫式織物頂破強(qiáng)度約高于相同的叢絲片材料整個(gè)表面粘接薄片的兩倍。
實(shí)例25-27(過濾特性—通過空氣粘接的薄片)在實(shí)例25，26和27中，在實(shí)例20、21和24的通過空氣式粘接薄片上分別測量過濾特性。在實(shí)例25-27中試驗(yàn)的本發(fā)明的薄片都不帶靜電。估計(jì)通過使該薄片帶上靜電可以提高本發(fā)明通過空氣式粘接的薄片的過濾性能。有許多大家熟知的方法可以用來使本發(fā)明的薄片帶電從而提高過濾性能。例如，這些已知的方法包括熱的、液體接解、電子束和電暈放電法。Tsai等人的美國專利5,401,446號(轉(zhuǎn)讓給田納西大學(xué))公開了給本發(fā)明的薄片充上靜電的優(yōu)選方法。這個(gè)方法包括使材料經(jīng)受一對有相反極性的電場。
為了比較，在三種工業(yè)過濾產(chǎn)品上進(jìn)行相同的過濾試驗(yàn)，這三種產(chǎn)品是閃蒸紡絲聚乙烯叢絲漿形成的HysurfTM薄片；3M公司的FiltreteTM，充靜電的紡粘-熔噴-紡粘層壓薄片；和Home CareIndustries公司出售的Micro-Lined真空袋材料，該材料是紙的外殼與已經(jīng)充電靜電的聚丙烯熔噴內(nèi)襯結(jié)合。
在下面的表6中給出過濾特性。
表6-通過空氣粘接的樣品的空氣過濾效率實(shí)例速度 壓力降 過濾 過濾效率 效率(cm/sec) (inches water) (0.3μm) (0.966μm)25 15 1.61 98.96 98.3630 3.10 99.00 98.2526 15 1.05 94.90 97.4330 2.05 95.78 98.4727 15 2.05 90.30 97.2030 3.05 96.00 99.20HYSURFTM15 2.09 81.80 98.0030 4.20 90.20 98.50FiltreteTM15 0.56 99.28 99.8330 1.06 98.97 99.00Micro-Lined 15 1.25 84.0 91.9030 2.78 85.3 92.6實(shí)例28(更軟的點(diǎn)粘接的薄片)在這個(gè)例子中，以新的方法生產(chǎn)和粘接本發(fā)明的薄片以便獲得更軟的薄片。與常規(guī)的點(diǎn)粘接閃蒸紡絲薄片相比該薄片的軟度提高而同時(shí)保持高的阻擋特性和良好的透氣性。
在這個(gè)實(shí)例中所用的設(shè)備是具有倒轉(zhuǎn)的“V形”導(dǎo)流板的閃蒸紡絲設(shè)備。在連續(xù)的混合裝置中通過混合紡絲劑和具有熔融指數(shù)0.70g/10min(按照ASTM D1238在190℃和2.16kg負(fù)荷下測量)，密度0.958g/cm3，和約132℃熔點(diǎn)(從得克薩斯州休斯頓市的EquistarChemicals LP公司獲得的，Alathon)的高密度聚乙烯制備紡絲流體。聚乙烯含有1000ppm(重量)的熱穩(wěn)定劑FiberstabTMFS210。FiberstabTM是Ciba-Geigh Corporation公司的商標(biāo)。將藍(lán)顏料母粒加到聚乙烯中。藍(lán)顏料是Ampacet 560665 Blue Masterbatch，它由酞菁藍(lán)顏料，酞菁緣顏料，和碳黑的混合物制成。母粒在高密度聚乙烯中含有約35％的顏料。使母粒和聚合物混合制成基于混合物的總重量的具有2.5％重量的母粒和97.5％重量的聚乙烯，得到以聚乙烯聚合物與顏料混合物的總重量是為基準(zhǔn)的總的顏料濃度約為0.85％重量。
將紡絲流體通過加熱的傳送管線輸送到一組三個(gè)雙頭紡絲頭裝置，每個(gè)具有兩個(gè)紡絲孔板。圖8是單個(gè)雙頭紡絲頭裝置130的示意表示，它包括在兩個(gè)降壓室每個(gè)出口端有一對紡絲孔板138的紡絲頭容器136。紡絲通道位于緊挨每個(gè)紡絲孔板的下游并有截頭錐體的形狀，甬道的直徑隨著離開紡絲孔板而增加。在紡絲甬道的進(jìn)口截面使用小的半徑。紡絲甬道將氣體和纖維材料引向內(nèi)部安裝的轉(zhuǎn)動的葉形的導(dǎo)流板140上，導(dǎo)流板由電馬達(dá)142驅(qū)動。轉(zhuǎn)動的導(dǎo)流板引導(dǎo)氣體和纖維材料如一對沉降噴嘴158那樣向下到沿方向M移動的收集帶132上。導(dǎo)流板使纖維網(wǎng)以約135Hz的頻率振動并具有約50cm寬度的薄片被收集到接地的移動的青銅帶132上。沉降噴嘴158被氣動擴(kuò)罩(擴(kuò)散器)144包圍，以便在它們從流出點(diǎn)146離開之前保護(hù)該噴嘴。
每個(gè)紡絲頭包括相應(yīng)的充電的離子槍148和金屬目標(biāo)板150。離子槍包括位于互相同心的兩行中的23根充電針(其中在第一行12根針在7.6cm的半徑上間隔10℃和在第二行11根針在8.9cm的半徑上間隔10°)。每根針連接到可變?nèi)萘?00kV的共同的直流電源上，一般設(shè)定在5和20kV之間。充電電極是負(fù)的。充電針的尖離開目標(biāo)板表面約1.91cm。目標(biāo)板連接到大地具有22.9cm的直徑。在叢絲結(jié)構(gòu)通過離子槍和目標(biāo)板之間使其充電之后，叢絲結(jié)構(gòu)和傳送的氣態(tài)紡絲劑通過擴(kuò)散器144，它具有出口間隙約0.635cm和約19.69cm的半徑。從擴(kuò)散器144底部的中心到移動帶132的表面的距離“H”約為33cm。
所使用的氣體處理系統(tǒng)是如MarshalL的美國專利5,123,983號中所描述的那樣，這里將它作為參考。如在圖8中所示氣體處理系統(tǒng)包括容器導(dǎo)流板152和定位的導(dǎo)流板154。容器導(dǎo)流板152定位在雙頭紡絲頭裝置的每個(gè)擴(kuò)散器144之間的收集板之上，并且其定位在上游和下游擴(kuò)散器之間更接近上游擴(kuò)散器，還包括倒轉(zhuǎn)的“V形”導(dǎo)板其下游的腿短于上述的腿。該定位的導(dǎo)流板154位于鄰近的雙頭紡絲頭裝置之間的一半距離處而且也包括在其每一端開口的倒轉(zhuǎn)的“V形”導(dǎo)板。紡絲條件在下面的表7中給出。
在沒有支持的窗簾布情況下將纖維網(wǎng)收集到移動的帶上，且使纖維層在從紡絲裝置出去及被收集到卷取輥之前，從帶與金屬壓實(shí)輥之間通過因而被壓實(shí)。該壓實(shí)輥是按照上述相關(guān)比較實(shí)例B的方法在一側(cè)用似亞麻布圖案進(jìn)行表面粘接和在相反側(cè)用肋狀圖案進(jìn)行點(diǎn)粘接，只是該薄片不是收集在窗簾布材料上，并使用下面的加工條件。在粘接時(shí)薄片的速度 450fpm(137m/min)似亞麻布圖案表面粘接輥溫度 390°F(199℃)輥隙壓力30psig(20.7N/cm2)輥重疊 60度(輥接觸的度)肋狀圖案點(diǎn)粘接輥溫度 330°F(166℃)輥隙壓力25psig(17.2N/cm2)輥重疊 35度(輥接觸的度)應(yīng)用這些粘接條件以便用肋狀粘接圖案生產(chǎn)似亞麻布圖案，比已經(jīng)在常規(guī)的點(diǎn)粘接閃蒸紡絲的薄片材料使用的有較低百分比的似亞麻布表面粘接圖案和較高百分比的肋狀點(diǎn)粘接圖案。然后點(diǎn)粘接薄片按照在美國專利5,966,785號中描述的方法軟化。在表7中給出了纖維網(wǎng)特性，沒有粘接和點(diǎn)粘接的薄片特性，和軟化的薄片的特性。
表7紡絲條件紡絲溫度(℃) 205聚合物濃度(wt％) 15.99降壓室壓力(psi) 1470篩無紡絲孔板L/D 杯狀的紡絲甬道 Rad進(jìn)口角(度)15聚合物流速(lb/hr) 50.3纖維網(wǎng)特性旦尼爾236表面積(m2/g) 7.07模量(g/旦尼爾)28.2強(qiáng)度(g/旦尼爾)5.66伸長(％) 41.41擠壓值(mm/g) 1.69薄片特性(沒有粘接)單位重量(oz/yd2) 1.17Gurley Hill(sec) 2.8實(shí)際Frazier(cfm/ft2) 2.24Frazier(標(biāo)準(zhǔn)化到1.0oz/yd22.62BW)(cfm/ft2)靜水壓頭 83.08MVTR-LYSSY(g/m2/day) 18.03薄片特性(點(diǎn)粘接-似亞麻布圖案x肋狀)(沒有軟化的)單位重量(oz/yd2) 1.34似亞麻布圖案粘接百分比39.2肋狀粘接百分比60.8Gurley Hill(sec) 4.77實(shí)際Frazier(cfm/ft2) 0.322Frazier(標(biāo)準(zhǔn)化到1.0oz/yd20.431BW)(cfm/ft2)靜水壓頭(cm)159.2MVTR-LYSSY(g/m2/day) 1750馬倫式織物頂破強(qiáng)力(psi) 57薄片特性(點(diǎn)粘接-似亞麻布圖案x肋狀)(軟化和后處理)單位重量(oz/yd2) 1.26似亞麻布圖案％ 33.4肋狀％ 66.6Gurley HIll(sec)4.5實(shí)際Frazier(cfm/ft2) 0.716Frazier(標(biāo)準(zhǔn)化到1.0oz/yd20.902BW)(cfm/ft2)靜水壓頭(cm)152.4MVTR(g/m2/day) 1818馬倫式織物頂破強(qiáng)力(psi) 48軟化(gm)實(shí)際 標(biāo)準(zhǔn)化(軟化和后處理) (to 1 oz/yd2)MD(亞麻布狀側(cè)) 10.5 13.2MD(肋狀側(cè)) 6.88.6CD(亞麻布狀側(cè)) 19.0 23.9CD(肋狀側(cè)) 13.7 17.3上面的描述，附圖，和實(shí)例用來解釋的說明本發(fā)明以便對公眾的知識基礎(chǔ)作出貢獻(xiàn)。應(yīng)由下面的權(quán)利要求書來量度和確定這個(gè)申請所獲得的任何專利權(quán)利的范圍。
權(quán)利要求
1.一種聚乙烯叢絲纖維紗，其具有表面積小于10m2/g和擠壓值至少1mm/g。
2.如權(quán)利要求1所述的叢絲纖維紗，其特征在于紗的表面積小于8m2/g。
3.如權(quán)利要求1所述的叢絲纖維紗，其特征在于紗的表面積小于5m2/g。
4.如權(quán)利要求1所述的叢絲纖維紗，其特征在于紗的擠壓值至少是1.5mm/g。
5.一種無紡薄片，其包括基本連續(xù)的聚乙烯叢絲纖維紗并且具有與1.0oz/yd2基本重量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的弗雷澤滲透率至少是2cfm/ft2。
6.一種無紡薄片，其包括基本連續(xù)的聚乙烯叢絲纖維紗且具有靜水壓頭至少110cm并且格利希爾孔隙率小于6秒。
7.如權(quán)利要求5所述的無紡薄片，其具有靜水壓頭至少30cm。
8.如權(quán)利要求5所述的無紡薄片，其具有靜水壓頭至少45cm。
9.如權(quán)利要求5所述的無紡薄片，其具有靜水壓頭至少75cm。
10.如權(quán)利要求5所述的無紡薄片，其具有靜水壓頭至少85cm。
11.如權(quán)利要求5所述的無紡薄片，其具有靜水壓頭至少100cm。
12.如權(quán)利要求5所述的無紡薄片，其具有靜水壓頭至少130cm。
13.如權(quán)利要求7所述的無紡薄片，其具有與1.0oz/yd2基本重量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的弗雷澤滲透率至少4cfm/ft2。
14.如權(quán)利要求7所述的無紡薄片，其具有與1.0oz/yd2基本重量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的弗雷澤滲透率至少8cfm/ft2。
15.如權(quán)利要求7所述的無紡薄片，其具有與1.0oz/yd2基本重量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的弗雷澤滲透率至少10cfm/ft2。
16.如權(quán)利要求7所述的無紡薄片，其具有與1.0oz/yd2基本重量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的弗雷澤滲透率至少15cfm/ft2。
17.如權(quán)利要求7所述的無紡薄片，其具有與1.0oz/yd2基本重量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的弗雷澤滲透率至少20cfm/ft2。
18.如權(quán)利要求7所述的無紡薄片，其具有與1.0oz/yd2基本重量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的弗雷澤滲透率至少25cfm/ft2。
19.如權(quán)利要求7所述的無紡薄片，其特征在于該薄片是單一的纖維薄片。
20.一種通過空氣式為粘接的聚乙烯叢絲無紡薄片。
21.如權(quán)利要求5所述的無紡薄片，其特征在于所述薄片在該薄片第一側(cè)有整個(gè)表面粘接部分和在該薄片第二側(cè)上有點(diǎn)粘接部分，所述該薄片點(diǎn)粘接部分包括至少50％無紡薄片的重量。
22.如權(quán)利要求21所述的無紡薄片，其特征在于該薄片點(diǎn)粘接部分包括至少60％無紡薄片的重量。
23.如權(quán)利要求22所述的無紡薄片，其特征在于該薄片點(diǎn)粘接部分是用肋狀粘接圖案粘接而該薄片整個(gè)表面粘接部分是用似亞麻布圖案粘接。
24.一種服裝，其包括如權(quán)利要求7所述的無紡薄片。
25.一種過濾介質(zhì)，其包括如權(quán)利要求7或權(quán)利要求20所述的無紡薄片。
26.一種真空袋，其包括如權(quán)利要求5或權(quán)利要求20所述的無紡薄片。
27.一種枕頭套，其包括如權(quán)利要求5所述的無紡薄片。
全文摘要
這個(gè)發(fā)明涉及用于防護(hù)服和過濾介質(zhì)的改進(jìn)的叢絲片材料,該材料包括基本連續(xù)的聚乙烯叢絲纖維紗且具有與1.0oz/yd
文檔編號D04H3/14GK1379830SQ00814511
公開日2002年11月13日 申請日期2000年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月18日
發(fā)明者R·A·馬林, L·R·馬歇爾 申請人:納幕爾杜邦公司