專利名稱：形成均勻材料的旋轉(zhuǎn)法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從旋轉(zhuǎn)器噴出材料并以纖維狀非織造片材或包含分立原纖或分立原纖和分立顆粒的組合的膜的形式收集一部分材料的領域。
背景技術：
閃紡是出料速度非常高的噴射法的一個例子。閃紡法包含讓成纖物質(zhì)在含本文稱之為“紡絲劑”的揮發(fā)性流體中的溶液從高溫高壓環(huán)境通過，進入較低溫度和較低壓力的環(huán)境，使紡絲劑閃蒸或揮發(fā)并產(chǎn)生諸如纖維、原纖、泡沫或叢絲狀薄膜-原纖股或纖網(wǎng)之類的材料。材料紡絲的溫度高于紡絲劑在大氣壓下的沸點，所以紡絲劑在從噴嘴噴出時揮發(fā)，使聚合物凝固成纖維、泡沫或薄膜-原纖股。使材料形成叢絲狀薄膜-原纖股纖網(wǎng)層的傳統(tǒng)閃紡法已公開在U.S.專利3,081,519(Blades等)、3,169,899(Steuber)和3,227,784(Blades等)、3,851,023(Brethauer等)中。但由這些傳統(tǒng)閃紡法形成的纖網(wǎng)層不完全均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是包含無規(guī)盤旋狀截面聚合物原纖的膜，該膜的厚度≤約50μm，以及機器方向上的均勻性指數(shù)≤約29(g/m2)1/2。
在另一個實施方案中，本發(fā)明的目標是包含下列步驟的方法(a)在高于大氣壓的壓力下，把包含紡絲劑和至少兩種熔點或軟化溫度不同的聚合物的流化混合物供至以一定轉(zhuǎn)速繞軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)，該旋轉(zhuǎn)器有至少一個出料噴嘴，噴嘴包含一個沿旋轉(zhuǎn)器周邊的開口；(b)使流化混合物從噴嘴開口噴進大氣壓環(huán)境，以便以材料噴出速度形成出料；(c)使出料中至少一個組分蒸發(fā)或膨脹，以形成射流；(d)靠流體把出料中的其余組分帶走離開旋轉(zhuǎn)器；(e)把出料中的其余組分收集在與旋轉(zhuǎn)器軸同心的收集帶的收集表面上，以形成被收集材料，收集帶以收集帶速度沿平行于旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)軸的方向移動；和(f)使被收集材料的溫度在高于聚合物最低熔點或軟化溫度的溫度下維持足夠的時間，以使熔點或軟化溫度最低的聚合物發(fā)粘。
在另一個實施方案中，本發(fā)明的目標是形成包含分立原纖的材料的方法，該方法包含下列步驟(a)在高于大氣壓的壓力下把包含聚合物在紡絲劑中濃度約0.5重量％～約5重量％的溶液的流化混合物供至以一定轉(zhuǎn)速繞軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)，該旋轉(zhuǎn)器有至少一個出料噴嘴，噴嘴包含一個沿旋轉(zhuǎn)器周邊的開口；(b)使流化混合物從噴嘴開口噴進大氣壓環(huán)境，以便以材料噴出速度形成出料；(c)使出料中至少一個組分蒸發(fā)或膨脹，以形成射流；(d)靠流體把由出料中其余組分形成的分立原纖帶走離開旋轉(zhuǎn)器；和(e)把分立原纖收集在與旋轉(zhuǎn)器軸同心的收集帶的收集表面上，以形成厚度≤50μm的膜，收集帶以收集帶速度沿平行于旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)軸的方向移動。
在另一個實施方案中，本發(fā)明的目標是包含下列步驟的方法(a)在高于大氣壓的壓力下把包含不同聚合物組分的兩種獨立的流化混合物供至以一定轉(zhuǎn)速繞軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)，該旋轉(zhuǎn)器有至少兩個獨立的出料噴嘴，每個噴嘴包含一個沿旋轉(zhuǎn)器周邊的開口；(b)使這兩種獨立的流化混合物從獨立噴嘴的開口噴進大氣壓環(huán)境，以便以來自各噴嘴的材料噴出速度形成獨立的出料；(c)使各獨立出料中的至少一個組分蒸發(fā)或膨脹，以形成射流；(d)靠流體把各獨立出料中的其余組分帶走離開旋轉(zhuǎn)器；和(e)把各獨立出料中的其余組分收集在與旋轉(zhuǎn)器軸同心的收集帶的收集表面上，以形成被收集料，收集帶以收集帶速度沿平行于旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)軸的方向移動。
定義術語“噴射”和“射流”在本文中可互換地用來指包括氣體、空氣或蒸汽的流體的空氣動力移動流。術語“載噴”和“載料射流”在本文中可互換地用來指在其流動中輸運材料的射流。
術語“機器方向”(MD)在本文中用來指移動收集表面的移動方向?！皺M向”(CD)是垂直于機器方向的方向。
術語“聚合物”，如本文所用，一般包括，但不限于，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，以及共混物和它們的改性物。此外，除非特別限制，術語“聚合物”將包括所有可能的分子構型，包括，但不限于，全同、間同和無規(guī)對稱性。
術語“聚烯烴”，如本文所用，擬指任意系列僅由碳和氫組成的高飽和度聚合烴。典型的聚烯烴包括，但不限于，聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯以及單體乙烯、丙烯和甲基戊烯的各種不同組合。
術語“聚乙烯”，如本文所用，擬不僅包括乙烯的均聚物，而且還包括至少85％重復單元是乙烯單元的共聚物，如乙烯和α-烯烴的共聚物。優(yōu)選的聚乙烯包括低密度聚乙烯、線形低密度聚乙烯和線形高密度聚乙烯。優(yōu)選的線形高密度聚乙烯的熔點上限約為130℃～140℃，密度范圍約為0.941～0.980g/cm3，以及熔體指數(shù)(如ASTM D-1238-57T條件E定義)在0.1～100之間，優(yōu)選＜4。
術語“聚丙烯”，如本文所用，擬不僅包括丙烯的均聚物，而且還包括至少85％重復單元是丙烯單元的共聚物。優(yōu)選的聚丙烯聚合物包括全同立構聚丙烯和間同立構聚丙烯。
術語“紡絲劑”，在本文中用來指能進行閃紡的聚合物溶液中的揮發(fā)性流體。
術語“膜”，在本文中用來指厚度小于50μm的均勻薄片材。
術語“原纖”和“分立原纖”，在本文中可互換地用來指具有無規(guī)盤旋狀截面的不連續(xù)聚合物線股。
附圖簡述包括進并構成本說明書一部分的附圖示意本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，與文中敘述一起用來解釋本發(fā)明的原理。


圖1是本發(fā)明方法中所用旋轉(zhuǎn)器的橫截面。
圖2是本發(fā)明方法中所用的包括旋轉(zhuǎn)器和收集表面的設備的橫截面。
圖3是示意適用于本發(fā)明的先有技術收集帶的透視圖。
圖4是包含用本發(fā)明的方法形成的分立原纖膜層和連續(xù)射流噴網(wǎng)纖維預成型基體的復合材料片材的橫截面的顯微照片(電子顯微鏡照片)。
具體實施例方式
下面將詳細參考本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，其中的實施例示意在附圖中。在所有附圖中，用相同符號表示相同元件。
傳統(tǒng)閃紡法遇到的一個難點是試圖以非常好的分散狀態(tài)并以它們的移動速度來收集纖網(wǎng)層，這樣也許會使產(chǎn)品的厚度和基礎重量具有優(yōu)良的均勻性。在傳統(tǒng)方法中，溶液從噴嘴中噴出來的速度，也是纖網(wǎng)層的形成速度，在300km/h數(shù)量級上，隨紡絲劑的分子量而變，而纖網(wǎng)層一般被收集在以8～22km/h的速度移動的帶上。該方法因纖網(wǎng)形成速度和纖網(wǎng)收集速度之差而引進的疏松要通過在橫向-機器方向上振動纖網(wǎng)層而得以消除，但這樣做并不導致均勻沉積的分立原纖。
本發(fā)明者已發(fā)展了使噴出顆粒，特別是分立原纖或分立原纖和分立聚合物顆粒的組合，更均勻沉積的方法，因而具有更均勻的分布和基礎重量。
本發(fā)明者已開發(fā)了下述一種方法在其中，靠射流自噴嘴噴出或“紡成”的分立原纖或分立原纖和分立聚合物顆粒的組合的收集速度更接近于原纖或分立原纖和分立顆粒的噴出速度，以及下述一種方法靠射流把流化混合物從旋轉(zhuǎn)器噴嘴噴出形成纖維狀片材或膜，并以接近于它們噴出速度的速度收集由此形成的固體。
在本發(fā)明的方法中，把包含至少兩個組分的流化混合物供至位于繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器的噴嘴。流化混合物要在高于大氣壓的壓力下供至噴嘴。從噴嘴的開口高速噴出或“紡”出流化混合物，以形成出料。噴嘴的精確形式將取決于出料的類型和所期望的產(chǎn)品。噴嘴有一個接收流化混合物的入口端和一個通往旋轉(zhuǎn)器外緣把混合物作為出料噴出的出口端。在從噴嘴的出口端噴進旋轉(zhuǎn)器周圍的較低壓環(huán)境中時，出料中的組分之一立即轉(zhuǎn)化為蒸汽相，或者，如果已經(jīng)是蒸氣相，就迅速膨脹，而出料中的其余組分則凝固并從噴嘴中被噴出。優(yōu)選在從噴嘴噴出時，至少有一半質(zhì)量的流化混合物蒸發(fā)，或，作為蒸氣，膨脹。
出料中的其余組分，即在被噴出時不立即揮發(fā)的凝固物質(zhì)，本文所也稱之為“凝固材料”，能呈分立原纖或分立原纖和分立聚合物顆粒的組合的形式。凝固物質(zhì)被源于旋轉(zhuǎn)器內(nèi)因流化混合物的迅速閃蒸或揮發(fā)性組分的膨脹所形成的高速射流帶走離開旋轉(zhuǎn)器。射流可包含蒸氣、空氣或其它氣體，包括閃紡劑在內(nèi)。攜帶凝固物質(zhì)的射流在從旋轉(zhuǎn)器噴出時，速度至少約100英寸/秒(30m/s)，優(yōu)選大于約200英尺/秒(61m/s)。用適合于形成材料和期望產(chǎn)品的裝置收集凝固物質(zhì)。當需要片材時，所用的收集器是離旋轉(zhuǎn)器一定距離的同心收集表面。收集表面可位于離噴嘴的距離約2倍于收集表面上被收集物質(zhì)的厚度～約15cm處。優(yōu)選收集表面位于離噴嘴約0.5cm～約8cm處。收集表面可以是移動帶或靠移動帶輸送的收集表面。收集器可以是適合收集特定物質(zhì)的移動收集帶、靜止圓柱結構、靠移動帶輸送的收集基材或收集容器。當把出料收集在收集表面上時，出料中的凝固組分就與射流或出料中的揮發(fā)性組分分離并留在收集帶的收集表面上。
材料通過噴嘴被閃紡成分立的原纖或分立原纖和分立顆粒的組合。閃紡所需的條件可從U.S.專利3,081,519(Blades等)、3,169,899(Steuber)、3,227,784(Blades等)、3,851,023(Brethauer等)中獲知，這些文獻的內(nèi)容引于此供參考。
把包含聚合物和紡絲劑的聚合物溶液的流化混合物在高于紡絲劑沸點的溫度和足以把混合物保持在液態(tài)的壓力下供至噴嘴入口。圖1是本發(fā)明方法中所用的包括噴嘴20的旋轉(zhuǎn)器10的橫截面圖。噴嘴包括流道22，聚合物溶液經(jīng)由該流道被供至減壓孔24。減壓孔24通往減壓室26，以便把聚合物溶液維持在低于其霧點的低壓下進入聚合物和紡絲劑的兩相分離區(qū)。減壓室通往與噴嘴出口或開口連通的紡絲孔28。聚合物-紡絲劑混合物從噴嘴噴出，優(yōu)選在高于紡絲劑沸點的溫度下。混合物所噴進的環(huán)境，優(yōu)選在紡絲劑沸點的約40℃內(nèi)，更優(yōu)選在紡絲劑沸點的約10℃內(nèi)，以及壓力要低于噴嘴入口處的供料壓力。
靠射流，本文也稱之為“載料射流”，自噴嘴20噴出的物質(zhì)，在噴嘴內(nèi)開始膨脹，并在從噴嘴噴出時繼續(xù)膨脹，以高速攜帶并推動出料離開噴嘴出口。射流以層流開始，然后在離噴嘴出口一定距離處變?yōu)橥牧?。出料本身的形式將取決于射流的流體流動類型。如果射流是層流，則出料的分散和分布要比射流是湍流時均勻得多，因此最好在湍流開始之前收集出料。
出料的速度可以控制，方法是改變靠射流出料的壓力和溫度以及出料通過其噴出的開口的設計。
在閃紡中，物質(zhì)受射流推動的噴出速度隨聚合物溶液中所用的防絲劑而變。已經(jīng)觀察到，紡絲劑的分子量越高，則射流的噴出速度越低。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用三氯一氟甲烷作為聚合物溶液中的紡絲劑導致約150m/s的射流噴出速度，而用分子量較低的戊烷作為紡絲劑時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)導致約200m/s的射流噴出速度。從徑向上離開旋轉(zhuǎn)器的出料速度主要取決于射流的噴出速度，而非取決于由旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力。
參考圖1，噴嘴20的出口端能任選地包含狹縫出口，本文也稱之為“扇形噴口”，如U.S專利5,788,993(Bryner等)所述，該專利的內(nèi)容引于此供參考。扇形噴口受緊挨紡絲孔28下游的兩個相對面30的限定。使用這種扇形噴口使載料射流通過紡絲孔噴出時在狹縫寬度上分散開。射流把出料分散在取決于狹縫取向的不同方向上。按照本發(fā)明的一個實施方案，狹縫主要在軸向取向，這使出料沿軸向分散。這使出料在噴出時均勻分散。所謂“主要在軸向”是指狹縫的長軸在旋轉(zhuǎn)器軸的45°以內(nèi)。如果需要，噴嘴20的狹縫出口也可以在一般非軸向上取向。所謂“非軸向”是指狹縫的長軸與旋轉(zhuǎn)體的軸之間的夾角大于45°。
噴嘴出口朝基本徑向或非徑向。當噴嘴出口朝徑向時，與噴嘴朝非徑向時相比，載料射流能把出料輸送得離旋轉(zhuǎn)體更遠。當收集器位于離旋轉(zhuǎn)器與旋轉(zhuǎn)器同心的一定距離或間隙且出料必須橫穿過間隙才能被收集時，這一點變得很重要。噴嘴出口的取向也可以朝非徑向，即在偏離旋轉(zhuǎn)的方向上。當情況確是如此且出料被收集在同心收集器上時，為了避免材料包在旋轉(zhuǎn)器周圍，旋轉(zhuǎn)器與收集器之間的間隙應盡量小。在這種情況下，射流的噴出速度應接近旋轉(zhuǎn)器周邊的切向速度且間隙應盡可能小。本發(fā)明實施方案的優(yōu)點在于材料以接近于它被噴出的速度被收集，而且在射流開始湍流之前。這樣就導致分布非常均勻的產(chǎn)品。
在本發(fā)明的一個實施方案中，可以使噴嘴出口的取向朝收集帶的移動方向。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)器有多個噴嘴的一個實施方案中，可以在軸向間隔排列噴嘴?？梢园褔娮毂舜碎g隔到使噴自一些噴嘴的材料與噴自相鄰噴嘴的材料重疊或不重疊，取決于所期望的產(chǎn)品。在本發(fā)明的一個實施方案中，已發(fā)現(xiàn)當扇形噴口的寬度保持不變以及開口之間的距離約等于各噴口寬度的整數(shù)倍時，會得到非常均勻的產(chǎn)品。
或者，噴嘴也可以沿旋轉(zhuǎn)器周邊周向間隔排布。以這種方式，無需增加旋轉(zhuǎn)器高度就能形成更多層。
當纖維材料從扇形噴口噴出時，噴口取向可使纖維總的排列影響機器方向和橫向性能的平衡。在本發(fā)明的使用多個噴嘴的一個實施方案中，一部分噴口與軸向或與旋轉(zhuǎn)器軸之間的夾角在20～40°之間，而一部分噴口相對于軸的夾角相等但方向相反。一部分噴口相對于軸以彼此相反的角度取向使產(chǎn)品具有較小的方向性且性能更加平衡。
圖2示意實施本發(fā)明方法的設備40可能的一種構型，它包括安裝在旋轉(zhuǎn)軸14上的旋轉(zhuǎn)器10，旋轉(zhuǎn)軸14被支持在剛性框13上。旋轉(zhuǎn)軸14是空心的，所以能把流化混合物供至旋轉(zhuǎn)器。沿旋轉(zhuǎn)器周邊是開口12，材料通過這些開口噴出。出料中的不揮發(fā)組分在從噴嘴噴出時被收集在通過多孔收集器17的移動帶(未示出)上。收集器周圍有一個真空箱18，用來對多孔收集器17抽真空，從而把出料鎖連到移動帶的收集表面上。沿軸14有一個旋轉(zhuǎn)密封，包含一個靜止部分15a、一個旋轉(zhuǎn)部分15b以及一根軸承16。
噴嘴的設計會影響從噴嘴噴出物質(zhì)的分布且因此而對材料鋪排的均勻性作出貢獻。射流的分散導致被噴出凝固原纖或原纖和顆粒的分散。
當出料包含聚合物時，優(yōu)選把噴嘴溫度維持在至少與聚合物的熔點或軟化溫度一樣高的溫度下。噴嘴可以用任何已知的方法加熱，包括電阻、加熱流體、蒸汽或感應加熱。
噴自噴嘴的載料射流可以在從噴嘴噴出后一定距離處一面自由或不受限制、兩面自由或兩面受限。噴射可以在一面或兩面受平行于噴嘴狹縫出口安裝的，優(yōu)選在狹縫上游或之前，始自旋轉(zhuǎn)器外相對于旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)為靜止的有利點的板的限制。它們起附壁箔的作用，使載料射流本身靠箔附近形成的低壓區(qū)附在引導射流的箔上。這樣就防止載料射流與箔所限制的一面或兩面的氣氛相混合，正如在噴射自由時發(fā)生的那樣。因此箔的應用導致更高速的射流。其作用與縮短噴嘴出口與收集器之間的距離相同物質(zhì)在射流開始出現(xiàn)湍流之前被噴到收集器上。
該箔可以是靜止的也可以使之振動。振動箔有利于產(chǎn)品形成，因為它有助于高速振動正在鋪排的物質(zhì)。這一點在較低轉(zhuǎn)速下特別有利于抵消出料的過量供料。優(yōu)選該箔至少與纖網(wǎng)離開箔時纖網(wǎng)的分散寬度一樣寬。
按照本發(fā)明的方法可以供應幾類流化混合物。所謂“流化混合物”是指液態(tài)或任何流體在高于其臨界壓力下的組合物，該混合物包含至少兩個組分。流化混合物可以是均勻流體組合物，如溶質(zhì)在溶劑中的溶液，不均勻流體組合物，如兩種流體的混合物，或一種流體的液滴在另一種流體中的分散體，或在壓縮蒸氣相中的流體混合物。適用于本發(fā)明方法的流化混合物可包含聚合物在紡絲劑中的溶液，如下文所述。流化混合物可包含固體顆粒在流體中的分散體或懸浮液，或固體物質(zhì)在流體中的混合物。在本發(fā)明的另一個實施方案中，該物質(zhì)是固體-流體流化混合物。本發(fā)明的方法能用來造紙，方法是把紙漿和水的混合物供至旋轉(zhuǎn)器，并供應足夠的壓力把混合物從噴嘴噴至位于離旋轉(zhuǎn)器一定距離的收集器。在本發(fā)明的另一個實施方案中，把固體物質(zhì)混合物，如紙漿，和流體，如水，在溫度高于流體沸點和足以把流體保持在液態(tài)的壓力下供至旋轉(zhuǎn)器。在通過噴嘴時，流體蒸發(fā)，而固體物質(zhì)被噴向并分散在收集器表面方向上。在優(yōu)選實施方案中，物質(zhì)被噴進的環(huán)境和/或收集表面要保持在接近于流體沸點的溫度下，以盡量減少流體的冷凝。優(yōu)選環(huán)境要保持在流體沸點的約40℃以內(nèi)，更優(yōu)選在流體沸點的約10℃以內(nèi)。環(huán)境也可以保持在流體沸點之上或之下。
能用于本發(fā)明實施方案的聚合物包括聚烯烴，包括聚乙烯、低密度聚乙烯、線形低密度聚乙烯、線形高密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和它們的共聚物。在適用于本發(fā)明的其它聚合物中有聚酯，包括聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯和聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲醇酯；部分氟化聚合物，包括乙烯-四氟乙烯、聚偏氟乙烯和ECTFE，即乙烯和三氟氯乙烯的共聚物；和聚酮，如乙烯和一氧化碳的共聚物E/CO以及乙烯、丙烯和一氧化碳的三元共聚物E/P/CO。在本發(fā)明的非織造片材中也可以用聚合物共混物，包括聚乙烯和聚酯的共混物及聚乙烯和部分氟化的含氟聚合物的共混物。所有這些聚合物和聚合物共混物都能溶于紡絲劑以形成溶液，然后把該溶液閃紡成叢絲狀薄膜-原纖的非織造片材。適用的紡絲劑包括氯氟碳和烴。能用于本發(fā)明的適用紡絲劑和聚合物-紡絲劑組合已描述在下列U.S.專中5,009,820、5,171,827、5,192,468、5,985,196、6,096,421、6,303,682、6,319,970、6,096,421、5,925,442、6,352,773、5,874,036、6,291,566、6,153,134、6,004,672、5,039,460、5,023,025、5,043,109、5,250,237、6,162,379、6,458,304和6,218,460，它們的內(nèi)容引于此供參考。在本發(fā)明的實施方案中，紡絲劑至少是聚合物-紡絲劑混合物的約90重量％，或至少是混合物的約95重量％，甚至至少是混合物的99.5重量％。
為了制成包含分立原纖或分立原纖和分立聚合物顆粒的組合的膜，流化混合物是聚合物或聚合物共混物溶解在紡絲劑中的溶液，該溶液的濃度低到足以從噴嘴噴出分立的原纖，濃度一般為約0.5重量％～約5重量％，取決于所用的具體聚合物和紡絲劑。雖然不希望受理論的限制，但本發(fā)明者相信，為了形成分立原纖，在溶液分離為聚合物在紡絲劑相中的噴嘴減壓室內(nèi)，聚合物相是非連續(xù)的。
顯然，本領域的技術人員將認識到，為適應以上討論的液體混合物的各種實施方案，可能需要改變噴嘴20(圖1)的設計。
在被收集到收集表面上時或在后續(xù)過程中，可能會使凝固聚合物合并成多孔或無孔膜。該材料能包含原纖或分立聚合物顆粒和分立原纖的組合。膜中的原纖具有無規(guī)盤旋狀橫截面，如圖4所示，其中本發(fā)明的盤旋狀橫截面原纖沉積在纖維具有圓形截面的傳統(tǒng)射流成網(wǎng)纖網(wǎng)上。材料也可以包含原纖或顆粒和原纖的組合以及包含空心顆粒的泡沫、纖網(wǎng)和/或叢絲狀薄膜-原纖股。按照本發(fā)明的膜，厚度≤約50μm，或≤約25μm或甚至≤約1μm，以及機器方向上的均勻性指數(shù)(MDUI)＜約5(盎司/碼2)1/2(29(g/m2)1/2)，或甚至＜約3(盎司/碼2)1/2(17(g/m2)1/2)。作為對比，以商品名Tyvek銷售的商品級閃紡聚烯烴片材的MD UI是16～22(盎司/碼2)1/2(93～128(g/m2)1/2)。
為了形成高度均勻的膜，旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)速度要大于約1000rpm，或甚至大于約2000rpm。為了防止膜中出現(xiàn)孔洞，本方法優(yōu)選在盡量低的真空下進行，以盡可能減少真空的鎖連力對膜的沖擊。
意外的是，由本發(fā)明的方法制成的膜是多孔的。如果孔隙率不提供理想的空氣滲透率，則可以用已知方法如壓延法修飾該膜。例如，如果期望無孔膜，則可以在足以使膜無孔的溫度和壓力下用熱壓延法來粘結該材料。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，凝固的出料被收集在離旋轉(zhuǎn)器周邊一定徑向距離的同心收集器的內(nèi)表面上，該表面也被稱為的“收集表面”。收集器可以是由打孔金屬片材或剛性聚合物制成的靜止圓柱狀多孔結構。收集器上可以涂布減磨涂層，如含氟聚合物樹脂，或者也可以使之振動以減少被收集材料與收集表面之間的磨擦力或拖拽力。優(yōu)選圓柱狀結構是多孔的，這樣在材料被收集時可以對材料施加真空以利于材料鎖連在收集器上。在一個實施方案中，圓柱狀結構包含蜂窩結構，它允許通過蜂窩材料對被收集材料抽真空，同時又提供足夠的剛度使之不變形。蜂窩還可以蓋有一層篩網(wǎng)以便收集出料。
收集器還可以包含移過靜止圓柱狀多孔結構的柔性收集帶。該收集帶優(yōu)選是光滑的多孔材料，這樣可以通過圓柱狀多孔結構對被收集材料施加真空而不會在被收集材料內(nèi)形成孔洞。該帶可以是沿旋轉(zhuǎn)器軸向(在旋轉(zhuǎn)器軸的方向上)移動的輸送帶，它可形變成圍繞旋轉(zhuǎn)器的同心圓柱，而在清理旋轉(zhuǎn)器時又能回復到其平坦狀態(tài)，如圖3所示。在本發(fā)明的實施方案中，圓柱帶不斷收集從旋轉(zhuǎn)器噴出的凝固材料。這種收集帶已公開在U.S.專利3,978,976(Kamp)、3,914,080(Kamp)、3,882,211(Kamp)和3,654,074(Jacquelin)中。
收集表面還可以包含在移動收集帶上移動的基材，如織造或非織造織物或薄膜，這樣出料就被收集在基材上而不是直接在帶上。這一點在被收集材料是非常薄的薄膜時尤其有用。
收集表面還可以是期望產(chǎn)品本身的一個組分。例如，預成型片材可以是收集表面，而低濃度溶液可以被噴至收集表面上，形成在預成型片材表面上的薄膜。這一點對于提高片材的表面性能，如可印刷性、粘結性、孔隙率等等特別有用。預成型片材可以是非織造或織造片材或薄膜。在該實施方案中，預成型片材甚至可以是在本發(fā)明方法中形成的非織造片材本身，然后第二次喂進，經(jīng)歷本發(fā)明的工藝，靠收集帶支持作為收集表面。在本發(fā)明的另一個實施方案中，預成型片材甚至可以在本發(fā)明的方法中用作收集帶本身。
當噴出材料包含聚合物材料時，在本發(fā)明工藝期間可以加熱被吸過收集表面的氣體，從而使一部分聚合物材料軟化并在某些點上自粘。氣體可抽自旋轉(zhuǎn)器端外和/或通過旋轉(zhuǎn)器本身。輔助氣體可供到旋轉(zhuǎn)器與收集表面之間的腔內(nèi)。當旋轉(zhuǎn)器周邊的切向速度大于噴出速度的約25％時，輔助氣體最好供自旋轉(zhuǎn)器本身。從旋轉(zhuǎn)器供應氣體的方法是靠吹氣機和管道系統(tǒng)強迫氣體通過旋轉(zhuǎn)器，或在旋轉(zhuǎn)器內(nèi)加進葉片，或兩者結合。設計葉片的尺寸、角度和形狀，以造成氣流。葉片的設計最好做到由旋轉(zhuǎn)器產(chǎn)生的氣體量約等于被真空吸過收集表面的氣體量，且可以略多于或少些，取決于工藝條件。進入旋轉(zhuǎn)器的氣體量可加以控制，方法是密閉旋轉(zhuǎn)器和收集器周圍的空間，也叫做“紡絲池”，并在池腔內(nèi)開一個通向旋轉(zhuǎn)器且能改變尺寸的開口。
被真空吸過收集表面的氣體可以用使之經(jīng)過熱交換器的方法被加熱，然后使之返回旋轉(zhuǎn)器。
在本發(fā)明的出料中包含聚合物纖維材料的一個實施方案中，把被收集在收集表面的材料加熱到足以粘結該材料。實現(xiàn)這一點的方法可以是把被收集材料周圍的氣氛保持在足以粘結被收集材料的溫度下。材料的溫度能足以使一部分聚合物纖維材料軟化或變粘，從而使它在被收集時自粘或與周圍材料粘結。能使一小部分聚合物軟化或變粘的方法是，在出料被收集之前把它加熱到足以使其部分熔化，或者先收集材料然后立即靠通過其的加熱氣體熔化一部分被收集材料。以這種方式，本發(fā)明的方法可用來制造自粘的非織造產(chǎn)品，在其中，通過被收集材料的氣體的溫度足以熔化或軟化一小部分被收集材料(分立原纖或分立原纖和分立顆粒的組合)但尚未高到熔化大部分材料。
旋轉(zhuǎn)器和收集器周圍的空間，或紡絲池，最好封閉起來，這樣就能控制溫度和壓力。紡絲池可以按多種已知方法中的任意方法加熱。例如，紡絲池的加熱方法可以是下列方法中的一種或多種方法的組合向紡絲池吹熱風、紡絲池壁內(nèi)的蒸汽管道、電阻加熱等。紡絲池的加熱是保證聚合物纖維材料良好地鎖連在收集表面的途徑之一，因為聚合物纖維在一定溫度以上變粘。
加熱紡絲池還能生產(chǎn)在整個厚度上粘結性不同的非織造產(chǎn)品。實現(xiàn)這一點的方法可以是從彼此對熱具有不同敏感性的聚合物層形成產(chǎn)品。例如，可以把至少兩種熔點和軟化溫度不同的聚合物同時從分立的噴嘴中噴出。把該工藝溫度控制在比熔點較低的聚合物變粘的溫度高而比熔點較高的聚合物變粘的溫度低的溫度下，這樣熔點較低的聚合物就是粘著的，而熔點較高的聚合物仍然不粘著或不完全粘著。這樣熔點較高的聚合物纖維和熔點較低的聚合物纖維就在它們形成時就粘結在一起了。非織造織物的粘結點在整個厚度方向上均勻分布。所得非織造織物具有高的抗分層性。
通過噴出包含至少兩種熔點或軟化點不同的聚合物的混合物，還可以形成自粘聚合物非織造產(chǎn)品。在一個實施方案中，聚合物之一，優(yōu)選占混合物中小重量比，例如占混合物中約5％～約10重量％，的聚合物，其熔點或軟化點低于其余聚合物，以及出料溫度在材料被收集在收集表面前、后一刻超過較低的熔點或軟化溫度，從而熔點較低的聚合物軟化或發(fā)粘到足以把被收集材料粘結在一起。
在本發(fā)明的一個實施方案中，供至噴嘴的材料是包含至少兩種軟化溫度不同的聚合物的混合物，以及在收集表面上被收集材料周圍的氣氛溫度要保持在介于兩種聚合物軟化溫度之間的溫度下，從而使軟化溫度較低的聚合物軟化和/或變粘，以及出料粘結成內(nèi)聚片材。例如，該實施方案中所用的聚合物可以是聚乙烯(熔點為138℃)和聚丙烯(熔點為165℃)。在該實例中，如果工藝在136℃進行，則聚乙烯將軟化并在其整個厚度上把被收集材料均勻地粘結在一起。取決于不同聚合物的選擇，可以用約60℃～約280℃的溫度。
可以用多種方法把材料固定或鎖連在收集器上。按照一種方法，要從收集表面的反面對收集器施以足夠的真空度，使材料被鎖連在收集表面。
作為靠真空鎖連材料的另一種選擇，也可以靠材料與收集器之間，即材料與收集表面、收集圓柱狀結構或收集帶之間的靜電吸引力來把材料鎖連在收集表面，視本發(fā)明具體實施方案而定。實現(xiàn)這一點的方法是在旋轉(zhuǎn)器與收集器之間的間隙內(nèi)產(chǎn)生正或負離子，同時使收集器接地，這樣剛噴出的材料就吸引荷電離子且因此變成被收集器吸引。在旋轉(zhuǎn)器和收集器之間的間隙內(nèi)產(chǎn)生正離子還是負離子，取決于哪一種能更有效地鎖連住正在噴出的材料。
為了在旋轉(zhuǎn)器和收集表面之間的間隙內(nèi)產(chǎn)生正離子或負離子，且因此而使通過該間隙的凝固出料帶正電荷或負電荷，本發(fā)明方法的一個實施方案使用了安裝在旋轉(zhuǎn)器上的電荷感應元件。電荷感應元件可包含銷釘、刷子、金屬線或其它元件，其中，元件由導電材料如金屬或滲碳合成聚合物制成。在電荷感應元件上施加電壓，使電荷感應元件內(nèi)產(chǎn)生電流，從而在電荷感應元件附近產(chǎn)生強電場，使元件附近的氣體離子化，由此產(chǎn)生電暈。在電荷感應元件內(nèi)產(chǎn)生的必要電流量將取決于被加工的具體材料，但最小值必須足以鎖連住材料，而最大值要剛好低于電荷感應元件與接地收集帶之間出現(xiàn)電弧的水平。在閃紡聚乙烯叢絲狀纖網(wǎng)的情況下，一般指南如下當每克纖網(wǎng)材料荷以約8μC電量時，材料就能鎖連得很好。在電荷感應元件上施加電壓的方法是把電荷感應元件與電源連接。出料離收集器越遠，則電壓必須更高才能達到相同的靜電鎖連力。為了把靜止電源上產(chǎn)生的電壓施加到安裝在紡絲旋轉(zhuǎn)器上的電荷感應元件上，可以在旋轉(zhuǎn)器內(nèi)包括一個滑環(huán)。
在一個優(yōu)選實施方案中，所用的電荷感應元件是指向收集器的導電銷或刷子而且可以隱藏在旋轉(zhuǎn)器周邊內(nèi)，使它們不戳進旋轉(zhuǎn)器與收集表面之間的間隙中。電荷感應元件位于噴嘴下游或噴嘴之后旋轉(zhuǎn)器外相對于旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)為靜止的有利點上，使材料從噴嘴噴出后接著就被電荷感應元件荷電。
在另一個實施方案中，電荷感應元件是安裝在旋轉(zhuǎn)器內(nèi)的銷釘或刷子，因而它們位于旋轉(zhuǎn)器表面的切向并指向從噴嘴中噴出的材料。
當電荷感應元件是銷釘時，優(yōu)選它們包含導電金屬?？梢杂靡粋€或多個銷釘。當電荷感應元件是刷子時，它們可以包含任何導電材料?；蛘撸部梢杂弥T如鋼琴線之類的金屬線作為電荷感應元件。
在本發(fā)明的另一個用靜電力來鎖連住材料的實施方案中，安裝在旋轉(zhuǎn)器上的導電元件如銷釘、刷子或金屬線等要通過一個穿過滑環(huán)的接頭接地，以及收集帶也要連接電源。收集帶包含不會產(chǎn)生逆電暈的任何導電材料，逆電暈是使氣體顆粒帶錯誤極性電荷從而干擾鎖連效果的條件。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，收集帶是非導電的并受包含導電材料的支撐結構的支持。在該實施方案中，支撐結構要與電源連接以及旋轉(zhuǎn)器要接地。
如果需要正離子使材料帶正電荷，則要在收集器上施加負電壓。如果需要負離子，則在收集器上要施加正電壓。
在本發(fā)明的一個實施方案中，用真空鎖連和靜電鎖連的組合來保證材料被有效地鎖連在收集表面。
如果材料是聚合物且已被加熱到足以自粘，如本文以上所述，則材料能在收集表面形成內(nèi)聚片材或膜，而不必施加真空或靜電力。
保證材料鎖連在收集表面的另一種方法是在旋轉(zhuǎn)器和收集表面之間的間隙內(nèi)引進成霧流體。在該實施方案中，從噴嘴中噴出包含液體的成霧流體，這種噴嘴可以與出料噴嘴具有相同類型。本文把這類噴嘴稱做“成霧噴口”。成霧噴口噴出液滴的霧，這有助于纖維鋪排在收集表面上。優(yōu)選每個出料噴嘴配一個成霧噴口。成霧噴口位于噴嘴附近，這樣就把從其中噴出的霧直接引進自噴嘴中噴出的載料射流中，而且某些液滴被載料射流夾帶并接觸出料。從成霧噴口噴出的液霧也可以起到向出料提供更多動量和減少出料在鋪排到收集表面之前所遇到的拖拽力。
旋轉(zhuǎn)器周邊的切向速度與從噴嘴中噴出的射流速度之比，本文也稱之為“鋪排/噴出比”可以是至多為1的任何值，優(yōu)選在約0.01～1之間，甚至在約0.5～1之間。這兩個速度彼此越接近，即鋪排/噴出比越接近于1，則被收集材料層的分布就越均勻。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過減少每個噴嘴的質(zhì)量產(chǎn)率可進一步提高被收集材料的均勻性。
為了使產(chǎn)品達到所期望的基礎重量，可以選擇收集帶速度和旋轉(zhuǎn)器產(chǎn)率。為了達到被收集材料所期望的層數(shù)和各層的厚度，要選擇旋轉(zhuǎn)器內(nèi)的噴嘴數(shù)和旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速。因此，對于給定的期望基礎重量，有兩條途徑來增加層數(shù)增加旋轉(zhuǎn)器內(nèi)的噴嘴數(shù)，同時按比例減少每個噴嘴的產(chǎn)率，以保持基礎重量恒定；或者也可增加旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速。
當按本發(fā)明的方法閃紡聚合物溶液時，溶液濃度會影響每個噴嘴的聚合物產(chǎn)率。聚合物濃度越低，則聚合物的質(zhì)量產(chǎn)率就越低。每個噴嘴的產(chǎn)率也可以通過改變噴嘴孔的尺寸而改變，這一點對于熟練技工來說是顯而易見的。
由本發(fā)明的方法制成的產(chǎn)品包括由分立原纖或分立原纖與分立聚合物顆粒的組合形成的多孔或連續(xù)膜。本發(fā)明的方法使產(chǎn)物具有意外均勻的基礎重量。能制成機器方向上的均勻性指數(shù)(MD UI)小于約14(盎司/碼2)1/2(82(g/m2)1/2)的產(chǎn)品，或小于約8(盎司/碼2)1/2(47(g/m2)1/2)，或甚至小于4(盎司/碼2)1/2(23(g/m2)1/2)，甚至小于約3(盎司/碼2)1/2(17(g/m2)1/2)。產(chǎn)品更加均勻，因為各層被收集材料非常薄。每層可薄至≤約50μm，或甚至≤約25μm，甚至≤約1μm。許多薄層，不管各層的非均勻性，會導致對非均勻性不敏感并產(chǎn)生比包含較少層相同均勻性的產(chǎn)品更均勻的產(chǎn)品。
試驗方法下列試驗方法用來測定本文報告的多項特性。ASTM是指美國試驗材料學會。ISO是指國際標準組織。TAPPI是指紙漿和紙工業(yè)技術協(xié)會。
基礎重量(BW)按ASTM D-3776測定并以g/m2為單位報告，該標準引于此供參考。
拉伸強度按ASTM D 1682測定，該標準引于此供參考，但作下列更改。在試驗中，夾住2.54cm×20.32cm(1英寸×8英寸)試樣的兩端。夾頭夾在試樣上12.7cm(5英寸)間距處。以5.08cm/min(2英寸/min)的速度穩(wěn)定地拉伸試樣直到試樣斷裂。記錄斷裂時的力，單位為磅/英寸。
厚度(TH)按ASTM D177-64測定，以mm為單位報告，該標準引于此供參考。
斷裂伸長率(本文也稱之為“伸長率”)片材的斷裂伸長率是片材在窄條拉伸試驗中斷裂前伸長量的量度。把寬2.54cm(1英寸)的樣品夾在恒速伸長拉伸試驗機如Instron臺式試驗機的夾頭內(nèi)，夾頭間距為12.7cm(5英寸)。以5.08cm/min(2英寸/min)的十字頭速度在樣品上施加不斷增加的載荷直到斷裂。測量值以斷裂前的伸長百分數(shù)給出。該試驗基本符合ASTM D 5035-95，該標準引于此供參考。
密度片材密度的計算方法如下把單位為g/m2的基礎重量乘以10,000得到以g/cm2為單位的值，然后除以單位為cm的厚度，得到以g/cm3為單位的密度值。
空隙分數(shù)聚合物片材的空隙分數(shù)是片材孔隙率的量度?？障斗謹?shù)的計算方法如下1減去本文計算的片材密度，然后除以聚合物的理論密度，再乘以100，以％報告。
Frazier滲透率是多孔材料空氣滲透率的量度，以英尺3/min/英尺2為單位量度，然后經(jīng)轉(zhuǎn)換，以1/s/m2單位報告。該試驗測量在0.5英寸水(1.25cm水)的壓差下透過材料的空氣體積。在真空系統(tǒng)上安裝一個小孔來限制透過樣品的空氣量達到可檢測量。小孔的尺寸取決于材料的孔隙率。Frazier滲透率，也叫做Frazier孔隙率，用ShermanW.Frazier公司的雙重測壓計測量，標定孔單位為英尺3/英尺2/min。
Gurley Hill孔隙率(GH)是片材對氣態(tài)物質(zhì)滲透率的量度。尤其量度一定體積的氣體要多長時間通過內(nèi)部存在一定壓力梯度的材料面積。Gurley-Hill孔隙率用Lorentzen & Wettre 121D型紙透氣測定儀按TAPPI-T-460 OM-88測定，該標準引于此供參考。該試驗測量在約1,21kPa(4.9英寸)水的壓差下驅(qū)動100cm3空氣通過28.7mm直徑(面積為1英寸2)的樣品所需要的時間。結果用秒表示，也稱之為Gurley秒。
Mullenburst爆破強度按TAPPI T403-85測量并以磅/英寸2為單位量度，該標準引于此供參考。
靜水壓頭(HH)是片材在靜載荷下對液態(tài)水透過的阻力的量度。把18cm×18cm(7英寸×7英寸)試樣安裝在SDL 18 Shirley靜水壓頭試驗機(Shirley Developments Limited，Stockport，England制造)上。以60±3cm/min的速率對102.6cm2試樣的一面泵水，直到試樣中有3處透水。靜水壓頭以英寸為單位量度。該試驗基本符合ASTM D 583，該標準引于此供參考，該標準已于1976年11月撤出出版物。數(shù)值越高表示產(chǎn)品對液體通過的阻力越大。
濕氣滲透率(MVTR)以g/m2/24h為單位報告并用Lyssy Instrument按TAPPI T-523試驗方法測量，該標準引于此供參考。
Elmendorf撕裂強度是使片材內(nèi)撕裂切口擴展所需力的量度。片材內(nèi)繼續(xù)舌形撕裂所需的平均力要通過測量撕裂一定距離的功來確定。試驗機由帶夾頭的扇形擺構成，當該擺抬到位能最大的起始位置時它與固定夾頭對準。把試樣夾緊在夾頭內(nèi)，由夾頭間試樣上的狹縫切口開始撕裂。松開擺，隨移動夾頭移離固定夾頭，樣品被撕裂。Elmendorf撕裂強度按下列標準方法以N為單位量度TAPPI-T-414 om-88和ASTM D 1424，這些標準引于此供參考。對下文實施例報告的撕裂強度都是對片材至少進行12次測量的平均值。
分層強度片材樣品的分層強度用恒速伸長拉伸試驗機如Instron臺式試驗機測量。使1.0英寸(2.54cm)×8英寸(20.32cm)樣品分層約1.25英寸(3.18cm)，方法是用手把一個尖銳的小工具插進試樣橫截面內(nèi)來引發(fā)分離和分層。把分層試樣面安裝在試驗機的夾頭內(nèi)，夾頭間距為1.0英寸(2.54cm)。起動試驗機并以5.0英寸/min(12.7cm/min)的十字頭速度進行試驗。在十字頭行程達到約0.5英寸并消除松動后，計算機開始采集力讀數(shù)。使樣品分層約6英寸(15.24cm)，在此期間采集3000個力讀數(shù)并進行平均。平均分層強度是平均力除以樣品寬度，并以N/cm為單位表示。該試驗基本符合ASTM D 2724-87，該標準引于此供參考。對下文實施例報告的分層強度都基于對片材至少進行12次測量的平均值。
不透明性按TAPPI T-425 om-91測定，該標準引于此供參考。不透明性是單一片材對黑背景的反射與對白背景標準反射之比，以百分數(shù)表示。對下文實施例報告的不透明性都基于對片材至少6次測量值的平均值。
Spencer抗穿刺性按ASTM D 3420測定，該標準引于此供參考，它測量穿刺樣品所需要的能量。Spencer抗穿刺性以英寸-磅/英寸2為單位量度。設備，即用Spencer沖擊附件60-64型改型的落擺式試驗機，由Thwing-Albert Instrument公司制造。
機器方向上的均勻性指數(shù)(MD UI)片材機器方向上的均勻性指數(shù)(MD UI)按下列步驟計算。用β厚度和基礎重量量規(guī)(可購自Honeywell-Measurex，Cupertino，California)掃描片材且在橫向(CD)上每隔0.2英寸就測一次基礎重量。然后讓片材沿機器方向(MD)前進0.425英寸，用量規(guī)在CD方向上讀取另一行基礎重量測量值。以這種方法，掃描整個片材，基礎重量數(shù)據(jù)以電子信號儲存在表格內(nèi)。表內(nèi)各行各列的基礎重量分別對應于CD和MD方向上各“道”的基礎重量測量值。然后，將列1內(nèi)的每個數(shù)據(jù)點與其在列2中的相鄰數(shù)據(jù)點進行平均；將列3內(nèi)的每個數(shù)據(jù)點與其在列4中的相鄰數(shù)據(jù)點進行平均；依此類推。這樣就有效地把MD的道數(shù)(列數(shù))減去一半，并模擬MD道之間0.4英寸的間距，而不是0.2英寸。為計算機器方向上的均勻性指數(shù)(“MDUI”)，要計算機器方向上各列的平均數(shù)據(jù)。各列數(shù)據(jù)的UI計算如下首先計算基礎重量與那一列平均基礎重量的標準偏差。該列的UI就等于基礎重量的標準偏差除以平均基礎重量的平方根再乘以100。最后，為計算片材在整個機器方向上的均勻性指數(shù)，要把各列的UI進行平均，以給出一個均勻性指數(shù)。本文以(g/m2)1/2為單位報告均勻性指數(shù)。
實施例1將1％Mat 8高密度聚乙烯(HDPE)(獲自Equistar Chemicals LP)在紡絲劑Freon11三氯一氟甲烷(獲自Palmer Supply Company)中的聚合物溶液閃紡成包含分立原纖的膜，方法如下在190℃溫度下和2028～2200磅/英寸2(14～15 MPa)減壓孔上游的濾壓下，使溶液通過以1000 rpm旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)的噴嘴。在實施例1～4和實施例6～7中，所用旋轉(zhuǎn)器的直徑為16英寸(41cm)，高度為3.6英寸(9.2cm)。實施例1中所用的噴嘴包含通往減壓室的直徑為0.025英寸(0.064cm)、長度為0.038英寸(0.096cm)的減壓孔。減壓室通到直徑為0.025英寸(0.064cm)、長度為0.08英寸(0.2cm)的紡絲孔。噴嘴的狹縫出口平行于旋轉(zhuǎn)器的軸。閃紡材料從噴嘴出來沿徑向離開旋轉(zhuǎn)器。原纖形式的閃紡材料被紡到位于多孔收集帶上的白色Sontara織物(可購自杜邦deNemours and Company.Inc.)引導片材上。噴嘴出口與收集帶之間的距離為3英寸(7.5cm)。旋轉(zhuǎn)器封閉在紡絲池內(nèi)以及紡絲池內(nèi)部保持在60℃的溫度下。
靜電力由均勻分布在噴嘴附近下游的一排針產(chǎn)生。各噴嘴通過旋轉(zhuǎn)器接地。因此這些針也通過旋轉(zhuǎn)器接地。收集帶是電絕緣的且接到負電壓。電源以電流控制模式操作，因此電流一直穩(wěn)定在0.3mA。
用流體中通過管道系統(tǒng)與收集帶互通的轉(zhuǎn)速為0～1000RPM的真空抽氣機對收集帶施加真空。同時使用靜電力和真空的目的是促進閃紡纖網(wǎng)鎖連在收集器上。
已觀察到膜樣品內(nèi)無針孔。測得樣品的厚度為0.001英寸(25μm)。用熱壓粘結法將被收集材料的單層樣品在142℃和18,000磅/英寸2(120MPa)下熱壓2秒鐘使之粘結。測得其基礎重量為0.44盎司/碼2(15g/m2)。測得Frazier空氣滲透率為2.7英尺3/min/英尺2(0.82m3/min/m2)。測得樣品在機器方向上的均勻性指數(shù)(MD UI)為1.08(盎司/碼2)1/2(6.3(g/m2)1/2)，以及橫向的均勻性指數(shù)(CD UI)為1.98(盎司/碼2)1/2(11(g/m2)1/2)。
實施例2將96％Mat 8 HDPE(獲自Equistar Chemicals LP)和4％藍HDPE在紡絲劑Freon11三氯一氟甲烷(獲自Palmer Supply Company)中的0.5％聚合物溶液閃紡成包含分立原纖和聚合物顆粒的膜，方法如下在170℃～180℃溫度下和2150～2200磅/英寸2(15MPa)減壓孔上游的濾壓下，使溶液通過以1000rpm旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)的噴嘴，到達位于多孔收集帶上的白色Sontara織物(可購自杜邦de Nemours and Company)引導片材上。噴嘴包含通到減壓室的直徑為0.025英寸(0.064cm)、長度為0.08英寸(0.20cm)的減壓孔。減壓室通到直徑為0.025英寸(0.064cm)的紡絲孔。噴嘴出口與收集帶之間的距離為1.5英寸(3.7cm)。旋轉(zhuǎn)器封閉在紡絲池內(nèi)以及紡絲池內(nèi)部保持在60℃的溫度下。
靜電力由均勻分布在噴嘴附近下游的一排針產(chǎn)生。各噴嘴通過旋轉(zhuǎn)器接地。因此這些針也通過旋轉(zhuǎn)器接地。收集帶是電絕緣的且被接到負電壓。電源以電流控制模式操作，因此電流一直穩(wěn)定在0.20mA。
用流體中通過管道系統(tǒng)與收集帶互通的轉(zhuǎn)速為2000RPM的真空吹氣機對收集帶施加真空。同時使用靜電力和真空的目的是促進閃紡纖網(wǎng)鎖連在收集器上。
在Sontara引導片材上沉積了非常均勻的原纖和顆粒的膜層。該樣品橫截面的顯微照片示于圖4，示意沉積在Sontara引導片材(由圓截面纖維示意)上聚合物原纖的無規(guī)盤旋狀截面。Sontara引導片材本身的基礎重量為2.08盎司/碼2(70g/m2)以及Frazier空氣滲透率為92英尺3/min/英尺2(0.63m3/min/m2)。與膜層一起，引導片材的基礎重量為2.50盎司/碼2(85g/m2)，Gurley Hill孔隙率為11.5秒以及靜水壓頭為22英寸(56cm)水。膜層厚度約為35μm。
實施例3將4％TefzelETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)(可購自杜邦deNemours and Company)在紡絲劑Freon11三氯一氟甲烷(獲自PalmerSupply Company)中的聚合物溶液閃紡成包含分立原纖和聚合物顆粒的膜，方法如下在210℃溫度下和2160～2340磅/英寸2(15～16MPa)減壓孔上游的濾壓下，使溶液通過以1000rpm旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)的兩個直徑如實施例1所述的噴嘴，到達位于多孔收集帶上的Typar織物(可購自杜邦de Nemours and Company)導引片材上。噴嘴的出口狹縫相對于旋轉(zhuǎn)器軸的取向角為+20°和-20°。閃紡材料從噴嘴出來沿徑向離開旋轉(zhuǎn)器。噴嘴出口與收集帶之間的距離為1英寸(2.5cm)。旋轉(zhuǎn)器封閉在紡絲池內(nèi)以及紡絲池內(nèi)部保持在60℃的溫度下。
靜電力由均勻分布在噴嘴附近下游的一排針產(chǎn)生。各噴嘴通過旋轉(zhuǎn)器接地。因此這些針也通過旋轉(zhuǎn)器接地。收集帶是電絕緣的且被接到負電壓。電源以手工模式操作，因此要不斷調(diào)節(jié)電流來保證被收集材料的良好鋪排。被收集材料鋪排得非常均勻直到切斷靜電力，這時樣品從Typar引導片材上脫開。
用流體中通過管道系統(tǒng)與收集帶互通的轉(zhuǎn)速為2000RPM的真空抽氣機對收集帶施加真空。同時使用靜電力和真空的目的是促進閃紡纖網(wǎng)鎖連在收集器上。
被收集材料的表面積為3.6m2/g，基礎重量為0.17盎司/碼2(5.8g/m2)以及厚度＜20μm。發(fā)現(xiàn)被收集材料樣品的Frazier空氣滲透率為53英尺3/min/英尺2(16m3/min/m2)以及靜水壓頭為5.3英寸(13cm)水。
實施例4將2％Mat 6 HDPE(獲自Equistar Chemicals LP)在紡絲劑Freon11三氯一氟甲烷(獲自Palmer Supply Company)中的聚合物溶液閃紡成包含分立原纖的膜，方法如下在180℃溫度下和1790～1960磅/英寸2(12～13MPa)減壓孔上游的濾壓下，使溶液通過以500rpm旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)直徑如實施例1所述的噴嘴，到達位于多孔收集帶上的白色Reemay紡粘聚酯織物(可購自BBA Nonwovens)上。閃紡材料從噴嘴出來沿徑向離開旋轉(zhuǎn)器。噴嘴出口與收集帶之間的距離為1英寸(2.5cm)。旋轉(zhuǎn)器封閉在紡絲池內(nèi)以及紡絲池內(nèi)部保持在80℃的溫度下。
用在流體中通過管道系統(tǒng)與收集帶互通的轉(zhuǎn)速為2000RPM的真空抽氣機對收集帶施加真空，以促進閃紡纖網(wǎng)鎖連在收集器上。
被收集材料樣品的表面積為2.0m2/g，基礎重量為0.32盎司/碼2(11g/m2)以及厚度為1.8密耳(46μm)。樣品的MD UI為3.3(盎司/碼2)1/2(19(g/m2)1/2)以及CD UI為4.2(盎司/碼2)1/2(24(g/m2)1/2)。
將被收集材料的樣品在140℃熱壓粘結2秒鐘。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它在MD方向上的拉伸強度為1.5磅/英寸(2.6N/cm)，CD方向上的拉伸強度為0.45磅/英寸(0.78N/cm)，以及MD和CD方向上的伸長率分別為21％和61％。
實施例5將1重量％BH600/20α-Cel食品級纖維素(獲自InternationalFiber Corp.)和0.5重量％Mat 8 HDPE(獲自Equistar Chemicals LLP)的組合在紡絲劑Freon11三氯一氟甲烷(獲自Palmer Supply Company)中的聚合物溶液紡成包含纖維素和聚合物分立原纖層沉積在叢絲狀薄膜-原纖HDPE材料的非粘結閃紡片材表面上的樣品，方法如下在170℃～180℃溫度下和1500磅/英寸2(10MPa)減壓孔上游的濾壓下，使溶液通過含有把溶液分配到噴嘴的通道的紡絲梁內(nèi)直徑如實施例1所述的5個噴嘴，到達位于多孔收集帶上的非粘結叢絲狀薄膜-原纖元件(獲自杜邦de Nemours and Company)片材上。噴嘴出口與收集帶之間的距離為3英寸(7.5cm)。
用流體中通過管道系統(tǒng)與收集帶互通的轉(zhuǎn)速為2000RPM的真空抽氣機對收集帶施加真空。
靜電力由均勻分布在噴嘴附近下游的一排針產(chǎn)生。各噴嘴通過旋轉(zhuǎn)器接地。因此這些針也通過旋轉(zhuǎn)器接地。收集帶是電絕緣的且被接到負電壓。電源以電流控制模式操作，因此電流一直穩(wěn)定在0.3mA。
所得沉積層的基礎重量為0.24盎司/碼2(8.1g/m2)。
對所得纖維素和分立原纖沉積在非粘結閃紡片材上的樣品按試驗方法ISO 15416“條形碼印刷質(zhì)量指南”進行試驗，該試驗測量印刷條形碼標記的質(zhì)量參數(shù)。試驗了5個樣品，每個樣品試驗10次，質(zhì)量參數(shù)的平均值為2.7，在條形碼印刷基材適用性的A～F級別上相當于等級C強。
實施例6將80％Mat 6 HDPE(獲自Equistar Chemicals LLP)和20％Engage8407聚烯烴彈性體(獲自杜邦Dow Elastomers LLC，Wilmington，Delaware)的組合在包含約6％VertrelHFC-43-10mee(可購自杜邦de Nemours and Company，Inc.)和94％二氯甲烷的紡絲劑中的4％溶液閃紡成包含原纖的樣品，方法如下在175～185℃溫度下和800～1900磅/英寸2(5～13MPa)減壓孔上游的濾壓下，把溶液喂進以500rpm旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)兩個包含通向扇形噴口的紡絲孔的噴嘴。每個噴嘴包含一個直徑為0.025英寸(0.064cm)、長度為0.032英寸(0.081cm)的通往減壓室的減壓孔。減壓室通到直徑為0.025英寸(0.064cm)、長度為0.080英寸(0.20cm)的紡絲孔。閃紡材料被紡到黑色織造尼龍帶(獲自Albany International)上。閃紡材料從噴嘴出來以徑向離開旋轉(zhuǎn)器。噴嘴出口與收集帶之間的距離為0.38英寸(1cm)。旋轉(zhuǎn)器封閉在紡絲池內(nèi)以及紡絲池內(nèi)部保持在106～107℃的溫度下。紡絲池的溫度使聚烯烴彈性體軟化并變粘，因此自粘被收集材料。
把從噴嘴面徑向延伸0.62英寸(1.6cm)的氣動不銹鋼箔安裝在噴嘴側面上游鄰近噴嘴出口狹縫的旋轉(zhuǎn)器周邊。該箔用來保證射流速度在離開噴嘴后仍是高的。箔以相對于徑向成45°角安裝。
用流體中通過管道系統(tǒng)與收集帶互通的轉(zhuǎn)速為2500RPM的真空抽氣機對收集帶施加真空，以促進閃紡材料鎖連在收集器上。
靜電力由均勻分布在噴嘴附近下游的一排針產(chǎn)生。各噴嘴通過旋轉(zhuǎn)器接地。因此這些針也通過旋轉(zhuǎn)器接地。收集帶是電絕緣的且被接到負電壓。電源以電流控制模式操作，因此電流一直穩(wěn)定在0.42mA。
所得沉積層的基礎重量為0.97盎司/碼2(33g/m2)，厚度為3.7密耳(94μm)和表面積為0.52m2/g。沉積層的MD UI為18(盎司/碼2)1/2(104(g/m2)1/2)，CD UI為4.0(盎司/碼2)1/2(23(g/m2)1/2)。已觀察到改變收集帶的速度導致較高的MD UI。
實施例7將0.5％Mat 8 HDPE(獲自Equistar Chemicals LP)在紡絲劑Freon11三氯一氟甲烷(獲自Palmer Supply Company)中的分散體閃紡成包含原纖和聚合物顆粒的膜，方法如下讓分散體通過包含通道的紡絲梁，通道把分散體分配到一組直徑如實施例1所述的4個噴嘴。
把分散體通過扇形噴口閃紡到金屬化Mylar(可購自杜邦TeijinFilm，Hopewell，Virginia)收集基材上。分散體在176℃～179℃之間的溫度和1440～1900磅/英寸2(10～13MPa)減壓孔上游的濾壓下進行閃紡。Mylar收集基材和被收集材料靠移動的多孔收集帶輸送。噴嘴出口與收集帶之間的距離為3英寸(7.6cm)，在該距離上，射流基本上是層流。
用流體中通過管道系統(tǒng)與收集帶互通的轉(zhuǎn)速為1000RPM的真空抽氣機對收集帶施加真空，把Mylar固定在收集帶上。聚合物顆粒的粘性足以粘附在Mylar上而無需任何其它明顯的鎖連力。
在金屬化Mylar基材表面上沉積了一層HDPE原纖和顆粒層，該沉積層的基礎重量是0.4盎司/碼2(14g/m2)和厚度為0.001英寸(25μm)。
權利要求
1.包含無規(guī)盤旋狀截面聚合物原纖的膜，該膜的厚度≤約50μm，以及機器方向上的均勻性指數(shù)≤約29(g/m2)1/2。
2.權利要求1的膜，其中膜的基礎重量為約2.4g/m2～約91g/m2。
3.權利要求1的膜，其中膜的厚度≤約25μm以及機器方向上的均勻性指數(shù)＜約23(g/m2)1/2。
4.權利要求1的膜，其中膜的厚度≤約1μm。
5.權利要求1的膜，其中膜在機器方向上的均勻性指數(shù)＜約17(g/m2)1/2。
6.權利要求1的膜，其中原纖由選自下列一組的聚合物形成聚烯烴、聚酯、部分氟化聚合物、聚酮、聚合物共混物，以及它們的組合。
7.權利要求1的膜，其中膜還包含至少一種選自下列一組的組分顆粒、包含空心顆粒的泡沫、纖維網(wǎng)和/或叢絲狀薄膜-原纖股。
8.權利要求1的膜，包含至少兩種熔點或軟化溫度不同的聚合物，其中熔點或軟化溫度最低的聚合物是粘結的。
9.權利要求8的膜，其中熔點或軟化溫度最低的聚合物在聚合物總重量中占小重量比例。
10.權利要求8的膜，其中膜包含聚乙烯和聚丙烯。
11.權利要求8的膜，其中膜包含聚乙烯和聚烯烴彈性體。
12.權利要求1的膜，其中膜還包含纖維素。
13.權利要求1的膜，其中膜是多孔的。
14.權利要求1的膜，其中膜是無孔的。
15.包含權利要求1的膜沉積在預成型基材上的復合材料片材，所述基材選自下列一組織造片材、非織造片材或薄膜。
16.包含下列步驟的方法(a)在高于大氣壓的壓力下，把包含紡絲劑和至少兩種熔點或軟化溫度不同的聚合物的流化混合物供至以一定轉(zhuǎn)速繞軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)，該旋轉(zhuǎn)器有至少一個出料噴嘴，噴嘴包含一個沿旋轉(zhuǎn)器周邊的開口；(b)使流化混合物從噴嘴開口噴進大氣壓環(huán)境，以便以材料噴出速度形成出料；(c)使出料中至少一個組分蒸發(fā)或膨脹以形成射流；(d)靠流體把出料中的其余組分帶走離開旋轉(zhuǎn)器；(e)把出料中的其余組分收集在與旋轉(zhuǎn)器軸同心的收集帶的收集表面上，以形成被收集材料，收集帶以收集帶速度沿平行于旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)軸的方向移動；和(f)使被收集材料的溫度在高于聚合物最低熔點或軟化溫度的溫度下維持足夠的時間，以使熔點或軟化溫度最低的聚合物發(fā)粘。
17.權利要求16的方法，其中被收集材料維持在60℃～280℃的溫度下。
18.權利要求16的方法，其中在移動收集帶上提供選自下列一組的預成型片材非織造片材、織造片材或薄膜，以及出料中的其余組分被收集在預成型片材的表面上。
19.權利要求18的方法，其中被收集材料在預成型片材表面上形成膜層，該膜層的厚度≤50μm以及機器方向上的均勻性指數(shù)＜23(g/m2)1/2。
20.權利要求19的方法，其中所述膜層的厚度≤25μm，以及機器方向上的均勻性指數(shù)＜17(g/m2)1/2。
21.權利要求19的方法，其中所述膜層的厚度≤1μm。
22.權利要求18的方法，還包含在足以使被收集材料無孔的溫度和壓力下壓延被收集材料和預成型片材。
23.權利要求22的方法，還包含從預成型片材上取下被收集材料，以形成膜。
24.形成包含分立原纖的材料的方法，該方法包含下列步驟(a)在高于大氣壓的壓力下，把包含聚合物在紡絲劑中濃度約0.5重量％～約5重量％的溶液的流化混合物供至以一定轉(zhuǎn)速繞軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)，該旋轉(zhuǎn)器有至少一個出料噴嘴，噴嘴包含一個沿旋轉(zhuǎn)器周邊的開口；(b)使流化混合物從噴嘴開口噴進大氣壓環(huán)境，以便以材料噴出速度形成出料；(c)使出料中至少一個組分蒸發(fā)或膨脹，以形成射流；(d)靠流體把出料中其余組分形成的分立原纖帶走離開旋轉(zhuǎn)器；和(e)把分立原纖收集在與旋轉(zhuǎn)器軸同心的收集帶的收集表面上，以形成厚度≤50μm的膜，收集帶以收集帶速度沿平行于旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)軸的方向移動。
25.包含下列步驟的方法(a)在高于大氣壓的壓力下，把包含不同聚合物組分的兩種獨立的流化混合物供至以一定轉(zhuǎn)速繞軸自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器內(nèi)，該旋轉(zhuǎn)器有至少兩個獨立的出料噴嘴，每個噴嘴包含一個沿旋轉(zhuǎn)器周邊的開口；(b)使兩種獨立的流化混合物從獨立噴嘴的開口噴進大氣壓環(huán)境，以便以來自各噴嘴的材料噴出速度形成獨立的出料；(c)使各獨立出料中至少一個組分蒸發(fā)或膨脹，以形成射流；(d)靠流體把各獨立出料中的其余組分帶走離開旋轉(zhuǎn)器；和(e)把各獨立出料中的其余組分收集在與旋轉(zhuǎn)器軸同心的收集帶的收集表面上，以形成被收集材料，收集帶以收集帶速度沿平行于旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)軸的方向移動。
全文摘要
本發(fā)明公開包含聚合物原纖或原纖和顆粒組合的均勻薄膜以及制造該膜的方法，其中原纖具有無規(guī)盤旋狀截面。該膜可以在基材表面作為復合材料片材的一部分或作為可獨立應用的結構。
文檔編號D04H3/07GK1938459SQ200580010134
公開日2007年3月28日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權日2004年4月1日
發(fā)明者R·A·馬林, L·R·馬沙爾, A·D·米勒 申請人:納幕爾杜邦公司