專利名稱：使用形狀記憶聚合物的制品和方法
使用形狀記憶聚合物的制品和方法
背景技術(shù)：
形狀記憶材料在最初形成時(shí)采用固有的形狀。如果隨后在轉(zhuǎn)變溫度(Tfa)或更高的溫度下對(duì)形狀記憶材料加熱，則該材料會(huì)軟化，并將響應(yīng)于外加應(yīng)カ而變形。如果在該狀態(tài)下冷卻形狀記憶材料，該材料將無(wú)限期地保持其應(yīng)變臨時(shí)形狀。如果將應(yīng)變形狀記憶材料再加熱到足夠高的溫度(高于轉(zhuǎn)變溫度)，則應(yīng)變形狀記憶材料將回復(fù)到其固有形狀。一些聚合物材料是形狀記憶材料。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，下文將此類聚合物形狀記憶材料稱為形狀記憶聚合物(SMP)。SMP的秘密隱藏在其分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)通常包含物理或化學(xué)交聯(lián)。在一些情況下，物理交聯(lián)由至少兩個(gè)単獨(dú)相形成。ー個(gè)是具有最高熱轉(zhuǎn)變T±R的相，其確定了在重建物理交聯(lián)時(shí)必須超過(guò)的溫度，該物理交聯(lián)是固有形狀形成的原因。第二個(gè)相包括能夠在特定轉(zhuǎn)變溫度(Tfa)以上發(fā)生軟化的轉(zhuǎn)換鏈段，并且是臨時(shí)形狀形成的原因。在一些情況下，接近SMP的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，在其他情況下，其接近SMP的熔融溫度CU。超過(guò)(同時(shí)保持低于T±R)會(huì)使轉(zhuǎn)換鏈段軟化，使得SMP恢復(fù)其固有形狀。在Tfa以下，鏈段的柔性為至少部分受限的。在其他情況下，聚合物為化學(xué)交聯(lián)的。這些化學(xué)交聯(lián)通常為共價(jià)鍵。這些化學(xué)交聯(lián)可在聚合物初始固化時(shí)形成，通常通過(guò)在聚合混合物中加入多官能単體實(shí)現(xiàn)。或者，化學(xué)交聯(lián)可在初始聚合后形成，例如通過(guò)輻射，如UV光或電子束來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)交聯(lián)形成時(shí)，化學(xué)交聯(lián)的形狀記憶聚合物的固有形狀被固定，并且這些化學(xué)交聯(lián)聚合物的這種固有形狀即使在極端溫度下通常也不可改變。

發(fā)明內(nèi)容
在ー個(gè)方面，本發(fā)明提供了ー種制品，其包含非織造纖維網(wǎng)；粘合到該非織造纖維網(wǎng)的帶材，其中所述帶材包含形狀記憶聚合物，其中所述帶材具有應(yīng)變臨時(shí)形狀和固有形狀，并且其中如果在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱，則所述帶材會(huì)從應(yīng)變臨時(shí)形狀至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)楣逃行螤睿瑥亩鸱强椩炖w維網(wǎng)發(fā)生折疊、翹彎、起皺中的至少ー種。在另一方面，本發(fā)明提供了一種制備制品的方法，該方法包括將帶材粘合到非織造纖維網(wǎng)，其中所述帶材包含形狀記憶聚合物，其中所述帶材具有應(yīng)變臨時(shí)形狀和固有形狀，并且其中如果在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱，則所述帶材會(huì)從應(yīng)變臨時(shí)形狀至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的固有形狀，從而引起非織造纖維網(wǎng)發(fā)生折疊或起皺中的至少ー種。在一些實(shí)施例中，帶材在沿帶材不連續(xù)的點(diǎn)處粘合到非織造纖維網(wǎng)。在一些實(shí)施例中，帶材沿帶材連續(xù)地粘合到非織造纖維網(wǎng)。在一些實(shí)施例中，帶材和非織造纖維網(wǎng)是平的。在一些實(shí)施例中，帶材是彎曲的。在另一方面，本發(fā)明提供了ー種制品，其包含非織造纖維網(wǎng)；粘合到該非織造纖維網(wǎng)的帶材，其中所述帶材包含形狀記憶聚合物，其中每個(gè)帶材分別具有應(yīng)變臨時(shí)形狀和固有形狀，并且其中如果在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱，則所述帶材會(huì)從其相應(yīng)的應(yīng)變 臨時(shí)形狀至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)槠湎鄳?yīng)的固有形狀，從而引起非織造纖維網(wǎng)發(fā)生折疊或起皺中的至少ー種。在另一方面，本發(fā)明提供了一種制備制品的方法，該方法包括將帶材粘合到非織造纖維網(wǎng)，其中所述帶材包含形狀記憶聚合物，其中每個(gè)帶材分別具有應(yīng)變臨時(shí)形狀和固有形狀，并且其中如果在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱，則所述帶材會(huì)從其相應(yīng)的應(yīng)變臨時(shí)形狀至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)槠湎鄳?yīng)的固有形狀，從而引起非織造纖維網(wǎng)發(fā)生折疊或起皺中的至少ー種。在一些實(shí)施例中，帶材具有各自的長(zhǎng)度，并且其中至少一條帶材在不連續(xù)點(diǎn)處粘合到非織造纖維網(wǎng)。在一些實(shí)施例中，帶材具有各自的長(zhǎng)度，并且其中至少一條帶材連續(xù)地粘合到非織造纖維網(wǎng)。在一些實(shí)施例中，帶材和非織造纖維網(wǎng)是平的。在一些實(shí)施例中，帶材是線性的。在一些實(shí)施例中，帶材完全設(shè)置在非織造纖維網(wǎng)的ー個(gè)主表面上。在ー些實(shí) 物。 在一些實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下對(duì)一條或多條帶材進(jìn)行加熱。在另一方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)本發(fā)明的方法制備的制品。在一些實(shí)施例中，制品包括呼吸器面罩或褶皺型過(guò)濾器。有利的是，根據(jù)本發(fā)明的制品和方法可用于制備各種三維非織造制品，但其現(xiàn)有形式基本上為平的，因此可有效地包裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸；例如，作為疊堆片材或作為卷材。如本文所用術(shù)語(yǔ)“粘合的”是指例如通過(guò)粘合劑或機(jī)械緊固件、焊接等牢固地固定，并且不一定意味著直接接觸，雖然直接接觸是可允許的；術(shù)語(yǔ)“翹彎”是指形成一個(gè)或多個(gè)杯形；術(shù)語(yǔ)“褶皺”是指聚集或收縮和起皺；以及術(shù)語(yǔ)“帶材”是指可包括直的和/或彎曲的部分的細(xì)長(zhǎng)線段，其可以具有或可以不具有均勻的寬度和/或厚度，并且其可獨(dú)立于其他帶材，或與其他帶材互連(如就網(wǎng)狀物而言)。本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)應(yīng)通過(guò)閱讀詳細(xì)說(shuō)明以及所附權(quán)利要求書而進(jìn)行理解?？梢越Y(jié)合本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施例來(lái)如下說(shuō)明本發(fā)明的這些和其他特征及優(yōu)點(diǎn)。上述發(fā)明內(nèi)容并非意圖描述本公開的每個(gè)公開實(shí)施例或每種實(shí)施方案。以下附圖和詳細(xì)說(shuō)明更具體地舉例說(shuō)明了示例性實(shí)施例。


圖I為示出制備根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施例的示例性制品的方法的エ藝流程圖。圖2A-2C分別為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度前的示意性俯視圖、示意性仰視圖、和示意性側(cè)視圖。圖3A-3C分別為根據(jù)圖2A-2C所示實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度后的示意性俯視圖、示意性仰視圖、和示意性側(cè)視圖。圖4A-4C分別為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度前的示意性俯視圖、示意性仰視圖、和示意性側(cè)視圖。圖5A-5C分別為根據(jù)圖4A-4C所示實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度后的示意性俯視圖、示意性仰視圖、和示意性側(cè)視圖。圖6為示出制備根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施例的示例性制品的方法的エ藝流程圖。圖7A-7B分別為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度前的橫截面后視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。
圖8A-8B分別為根據(jù)圖7A-7B所示實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度后的剖面后視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。圖9A-9B分別為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度前的后視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。圖10A-10B分別為根據(jù)圖9A-9B所示實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度后的后視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。圖11A-11B分別為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度前的后視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。圖12A-12B分別為根據(jù)圖IIA-IIB所示實(shí)施例的示例性制品在加熱到其轉(zhuǎn)變溫度后的后視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。盡管上述各圖示出了本發(fā)明的若干個(gè)實(shí)施例，但是如討論所述，還可以想到其他的實(shí)施例。在所有情況下，本發(fā)明僅僅示例性而非限制性地示出本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出大量其他修改形式和實(shí)施例，這些修改形式和實(shí)施例也在本發(fā)明的原理的精神和范圍內(nèi)。附圖可能未按比例繪制。在所有附圖中，相同參考標(biāo)號(hào)可表示相同部件。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的非織造纖維網(wǎng)可以是任何類型例如，梳理成網(wǎng)和交叉錯(cuò)疊的纖維網(wǎng)、熔噴纖維網(wǎng)、熔紡纖維網(wǎng)、氣紡纖維網(wǎng)、濕法成網(wǎng)纖維網(wǎng)、以及它們的組合。形成此類非織造纖維網(wǎng)的方法是本領(lǐng)域眾所周知且廣泛實(shí)施的方法。非織造網(wǎng)可具有任何厚度、密度、或基重，但通常為膨松有彈性的開放式非織造纖維網(wǎng)形式。非織造纖維網(wǎng)可以包括連續(xù)纖維和/或短纖維。非織造纖維網(wǎng)可以包括單纖維類型，或者其可以包括兩種或更多種纖維類型的共混物。例如，非織造纖維網(wǎng)可以是具有不同長(zhǎng)度和/或組成的兩種或更多種纖維的共混物。単獨(dú)的纖維可以包括單組分纖維和多組分(通常為雙組分)纖維；例如，皮芯型纖維或可分裂纖維。纖維的至少一部分可以是卷曲的。非織造纖維網(wǎng)可以是致密的，并可以其他方式加強(qiáng)；例如通過(guò)針粗縫、縫編法、和/或可將纖維粘合到一起的熱罐或加熱壓延輥。合成纖維材料的例子包括聚酯(如聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酯(PET))和共聚酯；聚烯烴(如聚こ烯、聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯))；聚酰胺(如六亞甲基己ニ酰胺、聚己內(nèi)酰胺、和芳族聚酰胺)；丙烯酸樹脂(由丙烯腈的均聚物或共聚物形成)；人造絲；聚偏ニ氯こ烯-氯こ烯共聚物；纖維素酯(如醋酸纖維素)；聚碳酸酯；聚氨酯；嵌段共聚物，例如苯こ烯-丁ニ烯-苯こ烯和苯こ烯-異戊ニ烯-苯こ烯嵌段共聚物；以及它們的組合。合適的天然纖維的例子包括棉花、羊毛、黃麻、椰纖維、劍麻、亞麻、和大麻。纖維可以包括無(wú)機(jī)纖維，例如玻璃纖維、碳纖維、和陶瓷纖維(如，以商品名NEXTEL得自3M公司(Saint Paul, MN)的那些)。使用的纖維可以是天然的新的纖維或是從衣物裁減、地毯制造、纖維制造或紡織加エ等中回收的廢纖維。根據(jù)所需結(jié)果，所用纖維的細(xì)度或線性密度可以具有廣泛的差別?？扇芜x地，非織造纖維網(wǎng)可以包含額外的組分，例如填料(如活性炭或蛭石)、顏料、和香料。在一些實(shí)施例中，加固帶材粘合到非織造纖維網(wǎng)。在高達(dá)且通常基本上高于Tfa的溫度下，此類加固帶材通 常為柔性的但基本上在尺寸上穩(wěn)定。適用于加固帶材的材料的例子包括金屬(如鋁)、塑料、木材、以及它們的組合?？捎玫腟MP可以是物理和/或化學(xué)交聯(lián)的。合適的物理交聯(lián)的SMP包括線性嵌段共聚物，例如具有硬鏈段和軟轉(zhuǎn)換鏈段的熱塑性聚氨酯弾性體。多嵌段共聚物也可用作SMP，例如具有聚苯こ烯和聚(1，4-丁ニ烯)嵌段的聚氨酷；聚(四氫呋喃)和聚(2-甲基-2-噁唑啉)的ABA三嵌段共聚物；多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)改性的聚降冰片烯；和聚こ烯/尼龍_6接枝共聚物。形狀記憶聚合物的其他例子包括聚氨酯、聚降冰片烯、聚醚、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚硅氧烷、聚醚酰胺、聚醚酷、反式-聚異戊ニ烯、聚甲基丙烯酸甲酷、交聯(lián)反式-聚辛烯、交聯(lián)聚こ烯、交聯(lián)聚環(huán)辛烯、無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化聚合物、聚こ烯和苯こ烯-丁ニ烯共聚物的共聚物共混物、氨基甲酸酷-丁ニ烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酷、聚己內(nèi)酷、和低聚己內(nèi)酯共聚物。合適的化學(xué)交聯(lián)形狀記憶聚合物的例子包括(但不限干)交聯(lián)高密度聚こ烯、交聯(lián)低密度聚こ烯、以及こ烯和醋酸こ烯酯的交聯(lián)共聚物。合適的形狀記憶聚合物也包括美國(guó)專利No. 5，506, 300 (Ward等人)、5，145，935 (Hayashi)、5，665，822(Bitler 等人)、6，160，084 (Langer)、6，388，043 (Langer)、5，155，199 (Hayashi)、7，173，096 (Mather 等人)、4，436，858 (K1 osiewicz)、6，423，421 (Banaszak)、和美國(guó)專利申請(qǐng)公開 No. 2005/244353 (Lendlein 等人)、U. S. 2007/009465 (Lendlein 等人)、和 2006/041089 (Mather 等人)中描述的那些。市售熱塑性SMP的例子包括以商品名DIARY得自SMPTechnologies, Inc.(Tokyo, Japan)的聚氨酯，包括匪、MP、MS、和MB (微珠粉末)型號(hào)系列；以商品名EMC得自Composite TechnologyDevelopment, Inc. (Lafayette, CO)的彈性記憶復(fù)合材料；以及以商品名 VERIFLEX 得自 Cornerstone Research Group, Inc. (Dayton, OH)的聚合物。丙烯臆-丁ニ烯-苯こ烯(ABS)共聚物、聚碳酸酷、和聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酯的形狀記憶性質(zhì)還由 Hussein等人在“New Tecnnologies for Active Disassembly:Using the Snape MemoryEffect in Engineering Polymers, ^Int. J. Product Development, 6:431_449 (2OO8)(主動(dòng)拆卸的新技術(shù)利用工程聚合物的形狀記憶效果，《國(guó)際產(chǎn)品開發(fā)雜志》，第6卷第431-449頁(yè)，2008年)中公開?？赊D(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N形狀如帶材和/或網(wǎng)狀物的市售形狀記憶聚合物膜的其他例子包括以商品名 C0RTUFF、CRY0VAC、和 OPTI 得自 Sealed Air Inc. (Elmwood Park, NJ)的那些熱收縮膜?？苫ミB或不互連的一條帶材或多條帶材以應(yīng)變(變形的)臨時(shí)形狀粘合到纖維網(wǎng)。通過(guò)以下方式獲得該臨時(shí)形狀首先由可固化材料或熔化材料形成所需固有形狀的帶材，然后在無(wú)外加應(yīng)カ的情況下使材料硬化。接下來(lái)，對(duì)帶材進(jìn)行張拉(通常在長(zhǎng)度和/或?qū)挾壬侠?，同時(shí)在其Tfa或更高、但低于其T±R的溫度下加熱。一旦應(yīng)變到所需程度，即將應(yīng)變帶材冷卻到Tfa以下(通常冷卻到環(huán)境溫度)。此時(shí)帶材具有臨時(shí)形狀。在一些實(shí)施例中，可對(duì)形狀記憶聚合物膜進(jìn)行張拉(通常在長(zhǎng)度和/或?qū)挾壬侠?，同時(shí)在其Tfa溫度或更高、但低于其T±R的溫度下加熱。一旦應(yīng)變到所需程度，即將應(yīng)變膜冷卻到Tfa以下(通常冷卻到環(huán)境溫度)并切割為具有所需尺寸的帶材。在某些情況下，如果施加足夠的力，可在低于其溫度的溫度下對(duì)形狀記憶聚合物膜或帶材進(jìn)行張拉(通常在長(zhǎng)度和/或?qū)挾壬侠?。然后將具有臨時(shí)形狀的帶材粘合到非織造纖維網(wǎng)。它們可通過(guò)任何合適的方法粘合到非織造纖維網(wǎng)，所述方法包括使用粘著性部件，例如熱固性粘合劑和/或膠水；和/或機(jī)械緊固裝置，例如縫合、縫釘、鉤和/或鉚釘進(jìn)行熱點(diǎn)粘合、超聲點(diǎn)粘合、粘合劑粘結(jié)。帶材可沿其長(zhǎng)度連續(xù)地或在不連續(xù)的獨(dú)立點(diǎn)粘合到非織造纖維網(wǎng)。 此時(shí)，非織造纖維網(wǎng)仍然為基本上平的，并且可疊放或卷繞到芯上，可為所有便于儲(chǔ)存、加工和運(yùn)送的形式。粘合到帶材的非織造纖維網(wǎng)可在這ー階段或在熱加工后轉(zhuǎn)變，以使帶材恢復(fù)其固有形狀，這導(dǎo)致非織造纖維網(wǎng)折疊、翹彎和/或起皺。通過(guò)將它們加熱到至少其溫度，來(lái)完成熱加工以恢復(fù)帶材的固有形狀(可能不完全恢復(fù)固有形狀)。通常，針對(duì)具體應(yīng)用選擇SMP，使其低于任何這樣的溫度在該溫度下SMP或包含它們的制品發(fā)生顯著降解。只要T上限大于T轉(zhuǎn)變，T轉(zhuǎn)變和T上限的選擇通常不是非常重要。通常，T轉(zhuǎn)變?yōu)橹辽?0°C，并且T 和Tfa之間的差值通常為至少約20°C，但這不是必要條件?？赏ㄟ^(guò)任何合適的裝置，例如熱風(fēng)槍、烘箱、感應(yīng)加熱、紅外加熱、熱輥、微波加熱、熱板、蒸汽、以及它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱以恢復(fù)帶材的固有形狀?，F(xiàn)在將通過(guò)附圖進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。圖I為示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備制品的示例性方法的エ藝流程圖。在高于其Tfa但低于其T±R的溫度下，對(duì)形成為其固有形狀的包含形狀記憶聚合物的帶材IOOp進(jìn)行張拉110并冷卻，使其形成細(xì)長(zhǎng)帶材100t。將帶材IOOt以基本上平行的布置方式粘合120 (如通過(guò)層合)到非織造纖維網(wǎng)130，以形成復(fù)合纖維網(wǎng)140。然后在高于Tfa的溫度下對(duì)復(fù)合纖維網(wǎng)140加熱170，帶材IOOt至少部分地恢復(fù)到其固有形狀，從而在網(wǎng)150中形成折疊并得到適用于例如過(guò)濾器中的起褶纖維網(wǎng)160。圖2A-2C示出了復(fù)合纖維網(wǎng)140a的一個(gè)示例性實(shí)施例。將帶材IOOt在粘結(jié)點(diǎn)135處粘合到非織造纖維網(wǎng)130。圖2A為復(fù)合纖維網(wǎng)140a的俯視圖，圖2B為復(fù)合纖維網(wǎng)140a的仰視圖，圖2C為復(fù)合纖維網(wǎng)140a的側(cè)視圖。在高于Tfa的溫度下加熱復(fù)合纖維網(wǎng)140a時(shí)，帶材IOOt收縮并恢復(fù)到圖3A-3C所示的帶材IOOp。圖3A為所得起褶纖維網(wǎng)160a的示意性俯視圖，圖3B為起褶纖維網(wǎng)160a的示意性仰視圖，圖3C為起褶纖維網(wǎng)160a的示意性側(cè)視圖。圖4A-4C示出了復(fù)合纖維網(wǎng)140的另ー個(gè)示例性實(shí)施例，圖4A為復(fù)合纖維網(wǎng)140b的示意性俯視圖，圖4B為復(fù)合纖維網(wǎng)140b的示意性仰視圖，圖4C為復(fù)合纖維網(wǎng)140b的示意性側(cè)視圖。在高于的溫度下加熱復(fù)合纖維網(wǎng)140b時(shí)，帶材IOOt收縮并恢復(fù)到圖5A-5C所示的帶材100p。圖5A為翹彎和/或起皺的纖維網(wǎng)160b的示意性俯視圖，圖5B為翹彎和/或起皺的纖維網(wǎng)160b的示意性仰視圖，圖5C為翹彎和/或起皺的纖維網(wǎng)160b的示意性側(cè)視圖。圖6為示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備制品的另ー個(gè)示例性方法的エ藝流程圖。在高于其、但低于其T±R的溫度下，對(duì)形成為其固有形狀的包含形狀記憶聚合物的基本上圓形的帶材600p進(jìn)行向外張拉110并冷卻，使其尺寸放大，形成帶材600t。將帶材600t粘合120 (如通過(guò)層合)到非織造纖維網(wǎng)130，以形成復(fù)合纖維網(wǎng)640。然后在高于T轉(zhuǎn)$的溫度下對(duì)復(fù)合纖維網(wǎng)640加熱170，帶材600t至少部分地恢復(fù)到其固有形狀，從而形成適用于例如制備呼吸器面罩的翹彎和/或起皺的纖維網(wǎng)660。圖7A-7B示出了復(fù)合纖維網(wǎng)740的另ー個(gè)示例性實(shí)施例，圖7A為復(fù)合纖維網(wǎng)740的橫截面后視圖，圖7B為復(fù)合纖維網(wǎng)740的橫截面?zhèn)纫晥D。在該實(shí)施例中，加固帶材780和帶材700t在非織造纖維網(wǎng)730、732之間粘合。在高于Tfa的溫度下加熱復(fù)合纖維網(wǎng)740時(shí)，帶材700t收縮并恢復(fù)到如圖8A-8B所示的帶材700p，從而在非織造纖維網(wǎng)730、732中形成褶皺，并得到適用于例如制備呼吸器面罩的翹彎和/或起皺的纖維網(wǎng)760。圖8A為起皺纖維網(wǎng)760的剖面后視圖，圖8B為起皺纖維網(wǎng)760的橫截面?zhèn)纫晥D。圖9A-9B示出了復(fù)合纖維網(wǎng)940的另ー個(gè)示例性實(shí)施例，圖9A為復(fù)合纖維網(wǎng)940的后視圖，圖9B為復(fù)合纖維網(wǎng)940的橫截面?zhèn)纫晥D。在該實(shí)施例中，加固帶材980和臨時(shí)成形的帶材900t粘合到非織造纖維網(wǎng)930。在高于的溫度下加熱復(fù)合纖維網(wǎng)940時(shí)，帶材900t在厚度上收縮并在長(zhǎng)度和寬度上擴(kuò)展，恢復(fù)到如圖10A-10B所示固有成形的帶材900p。這形成了翹彎和/或起皺的纖維網(wǎng)960，其適用于例如制備呼吸器面罩。圖IOA為纖維網(wǎng)960的后視圖，圖IOB為纖維網(wǎng)960的橫截面?zhèn)纫晥D。圖11A-11B示出了復(fù)合纖維網(wǎng)1140的另ー個(gè)示例性實(shí)施例，圖IlA為復(fù)合纖維網(wǎng)1140的后視圖，圖IlB為復(fù)合纖維網(wǎng)1140的橫截面?zhèn)纫晥D。在該實(shí)施例中，應(yīng)變臨時(shí)帶材IlOOt粘合到非織造纖維網(wǎng)1130。在高于Tfa的溫度下加熱復(fù)合纖維網(wǎng)1140時(shí)，臨時(shí)帶材IlOOt在寬度上收縮并在長(zhǎng)度上延長(zhǎng)，恢復(fù)到如圖12A-12B所示固有成形的帶材llOOp，從而在非織造纖維網(wǎng)1130中形成翹彎和/或褶皺，并得到翹彎和/或起皺的纖維網(wǎng)1160，其適用于例如制備呼吸器面罩。圖12A為纖維網(wǎng)1160的后視圖，圖12B為纖維網(wǎng)1160的橫截面?zhèn)纫晥D。通過(guò)以下非限制性實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本公開的目的和優(yōu)點(diǎn)，但這些實(shí)例中所述的具體材料及其用量，以及其他條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)視為對(duì)本公開進(jìn)行不當(dāng)限定。除非另外指明，在實(shí)例和說(shuō)明書的其余部分中的所有份數(shù)、百分比、比率等都是以重量計(jì)。除非另外指明，所用溶劑和其他試劑均得自S igma-Aldrich Chemical公司(Milwaukee, WI)。實(shí)例I將得自Sealed Air Corp. (Elmwood, NJ)的厚度為 0. 003 英寸(0. 08mm) 的 C0RTUFF熱收縮膜切割成0.5英寸(13mm)寬和12英寸(300mm)長(zhǎng)的帶材。將這些帶材中的ー者設(shè)置在10英寸(250mm) X12英寸(300mm)的非織造過(guò)濾介質(zhì)片的一面的較長(zhǎng)中心線上,該過(guò)濾介質(zhì)通過(guò)從得自3M公司(Saint Paul, MN)的3M FILTRETE 9800過(guò)濾器移除金屬網(wǎng)狀物而獲得，然后將額外兩條帶材平行于第一帶材設(shè)置，并與第一帶材的任一側(cè)相距3英寸(76mm)。在姆條帶材的末端并沿帶材長(zhǎng)度以2英寸(50mm)的間隔,用縫釘將三條帶材附接到介質(zhì)。然后將額外四條帶材設(shè)置在過(guò)濾介質(zhì)的相對(duì)面上，并且平行于第一帶材。將這些帶材中的兩條設(shè)置為距中心線的每ー側(cè)I. 5英寸(38mm)，并將另外兩條帶材設(shè)置為距介質(zhì)的每條較長(zhǎng)的邊0.5英寸(13_)。在距帶材的每個(gè)末端I英寸的位置并從該位點(diǎn)起沿帶材長(zhǎng)度以2英寸(50mm)的間隔，用縫釘將這些帶材附接到介質(zhì)上。然后將組件放入140°C烘箱中2分鐘(min)，在這段時(shí)間中，帶材縮短并導(dǎo)致介質(zhì)打褶。實(shí)例 2將得自Sealed Air Corp.的厚度為0.003英寸(0.08mm)的C0RTUFF熱收縮膜置于125°C烘箱中15分鐘，在這段時(shí)間中，該熱收縮膜收縮至其初始長(zhǎng)度和寬度的30%。然后使用得自Bruckner Inc. (Greenville, SC)的KARO IV實(shí)驗(yàn)室用拉伸機(jī)(KARO IVLaboratory Stretching Machine)在120°C下將膜拉伸至其初始長(zhǎng)度的兩倍，同時(shí)保持寬度不變。將該取向膜切割為兩個(gè)9英寸X9英寸(230mmX230mm)片。將膜沖切為具有0. 5英寸X2.5英寸(13mmX64mm)矩形開ロ，并且各開ロ之間保留0.25英寸(6mm)材料。將開ロ設(shè)置為3X14陣列，矩形開ロ的較長(zhǎng)維度平行于膜被拉伸的方向。將所得膜中的一者設(shè)置在9英寸X10. 5英寸(23cmX26. 7cm)的非織造過(guò)濾介質(zhì)片上方,使矩形開ロ的較長(zhǎng)維度與介質(zhì)的較長(zhǎng)維度對(duì)齊，該過(guò)濾介質(zhì)通過(guò)從3M FILTRETE9800過(guò)濾器移除金屬網(wǎng)狀物而獲得。膜和介質(zhì)在四條邊中的三條上對(duì)齊。將膜以2. 75英寸￠9. 9mm)間隔釘?shù)椒强椩爝^(guò)濾介質(zhì)，使得縫釘僅在矩形開ロ的末端穿過(guò)膜。將第二片相同的膜設(shè)置在過(guò)濾介質(zhì)的相對(duì)面上，并在四條邊(包括未附連到第一膜的邊)中的三條上對(duì)齊。相似地，該膜僅在矩形開ロ的末端與縫釘相連。將所得平坦組件置于130°C烘箱中10分鐘，在這段時(shí)間中，所述膜收縮至4. 5-5. 5英寸X8. 0英寸-8. 5英寸(ll-14cmX 20cmX 22cm),并且過(guò)濾介質(zhì)打裙。實(shí)例 3在環(huán)辛烯(40毫升(mL))和ニ環(huán)戊ニ烯(120mL)中由IRGAN0X1010抗氧化劑(I. 6克(g)，得自 Ciba Specialty Chemicals Corp. (Tarrytown, NY))制備單體溶液。向該單體溶液中加入(1，3_雙(2，4，6-三甲基苯基)-2-咪唑啉烯)ニ氯(苯基亞甲基)(三環(huán)己膦)釕(Grubbs第二代催化劑，96mg)的甲苯(I. 6mL)溶液。將催化后的溶液立即轉(zhuǎn)移到由兩個(gè)鋁板構(gòu)成的模具，這兩個(gè)鋁板由0.015英寸(0. 38mm)厚的隔離物分開，所述隔離物具有6英寸Xll英寸(150mmX280mm)矩形開ロ。I小時(shí)后，將該模具置于60°C烘箱中30分鐘。從該模具移除所得聚合物膜并放回烘箱中處理另外15分鐘。然后在80°C下使用得自Bruckner Inc 的 KARO IV 實(shí)驗(yàn)用拉伸機(jī)(KARO IV laboratory stretching machine)將該膜拉伸至其初始長(zhǎng)度和寬度的I. 5倍。將該拉伸膜切割為兩個(gè)0.25英寸(6_)寬的彎曲帶材，使得所述帶材可被設(shè)置為形成310°弧，該弧取自具有6. 8英寸(170mm)的大直徑和5. 4英寸(140mm)的小直徑的橢圓形。未被該弧覆蓋的橢圓形部分居中于小直徑上。然后將這些帶材粘附到橢圓形的非織造過(guò)濾介質(zhì)片上，該橢圓形具有7. 8英寸(200mm)的大直徑和6. 4英寸(160mm)的小直徑。非織造過(guò)濾介質(zhì)是三層層合物構(gòu)造，頂層由50克/平方米(gsm)得自BBANonwovens Simpsonville, Inc. (Simpsonville, SC)的聚丙烯紡粘覆蓋幅材構(gòu)成；中間層由吹塑微纖維網(wǎng)構(gòu)成，該吹塑微纖維網(wǎng)由得自TotalPetrochemicals (Houston, TX)的聚丙 烯TOTAL 3960制成，并經(jīng)過(guò)電暈處理和水充電，如美國(guó)專利No. 5，496，507 (Angadjivand等人)中所述，不同的是有效纖維直徑(efd)為8微米，基重為50gsm;底層由17gsm得自BBA Nonwovens的聚丙烯紡粘覆蓋幅材構(gòu)成。將得自Plastics International (EdenPrairie, MN)的兩條0.03英寸XO. 2英寸X4英寸(0. 8_X5_X 100mm)的聚丙烯帶材以十字形粘附到過(guò)濾介質(zhì)相對(duì)面的中心。然后將平坦組件置于80°C烘箱中5分鐘，在這段時(shí)間中，聚合物弧收縮并迫使介質(zhì)成為穹頂形。實(shí)例 4將頂層從實(shí)例3中所用非織造過(guò)濾介質(zhì)片(三層層合物構(gòu)造)移除，該非織造過(guò)濾介質(zhì)片具有橢圓形狀，橢圓形的大直徑為8. 5英寸(22cm)，小直徑為7. 0英寸(18cm)。將得自 Plastics International 的 0. 03 英寸 X 0.25 英寸 X 6. 3 英寸(0. 76_X 6. 4_X 16cm)和0. 03英寸X0. 25英寸X5. 2英寸(0. 76mmX6. 4mmX 13cm)的聚丙烯帶材以十字形設(shè)置在暴露的中間層的中心。將厚度為0. 003英寸(0. 08mm)的C0RTUFF牌熱收縮膜切割為0. 25英寸(6.4mm)寬的310°弧形帶材,所述弧取自具有7. 5英寸(19cm)的大直徑和6. 0英寸(15cm)的小直徑的橢圓形。未被該弧覆蓋的橢圓形部分居中于小直徑上。將該帶材置于 大致如圖7A所示的中間層上。將以商品名SCOTCH MAXIMUM STRENGTH ADHESIVE 6047得自3M公司的粘合劑施用到C0RTUFF牌熱收縮膜帶材、聚丙烯帶材和介質(zhì)，然后將過(guò)濾介質(zhì)頂層再放回該組件上方。I小時(shí)后，將所得平坦組件在110°C烘箱中加熱2分鐘，在這段時(shí)間中，C0RTUFF熱收縮膜帶材收縮并迫使介質(zhì)成為穹頂形。實(shí)例5通過(guò)以下方式由1/2英寸(13mm)厚的鋁板制備模具磨削1/8英寸(3. 2mm)寬的槽，所述槽在整個(gè)鋁板中具有I. 06英寸(2.69cm)周期的大致如圖I中IOOp所示形狀。將磨削板的一面螺栓連接到1/8英寸(3. 2mm)厚的鋁板以形成面開放的模具。在環(huán)辛烯(12. 8mL)和ニ環(huán)戊ニ烯(44. 2mL)中由IRGAN0X 1010抗氧化劑(I. 7g)制備單體溶液。向該單體溶液中加入10%的三環(huán)己膦的甲苯(0.7mL)溶液。在冰浴中冷卻所得溶液并在真空下脫氣。然后加入(1，3_雙(2，4，6-三甲基苯基)-2-咪唑啉烯)ニ氯(苯基亞甲基)(三環(huán)己膦)釕(Grubbs第二代催化劑，30mg)的甲苯(0. 6mL)溶液，并將催化后的溶液立即轉(zhuǎn)移到模具中。一旦溶液膠凝化，便將模具置于110°C烘箱中后固化10分鐘。得到成形聚合物，然后將其從模具中壓出來(lái)。將成形聚合物在得自Carver, Inc. (Wabash, IN)的 Carver 壓機(jī)中在 100 °F (38°C )下壓制10分鐘，得到1/8英寸X 1/2英寸X 24英寸(3. 2mm X 13mm X 61cm)的平坦帶材。然后切割帶材，得到四條1/8英寸X1/4英寸X 12英寸(3. 2mmX6. 4mmX30cm)的帶材。使用SCOTCHMAXMUM STRENGTH ADHESIVE 6047將這些帶材粘貼到12英寸X 11英寸(30cmX28cm)的非織造材料片上(與實(shí)例I中所用相同)，并使其固化過(guò)夜。然后將所得平坦組件在65°C烘箱中加熱15分鐘，該組件變?yōu)轳薨櫺瓦^(guò)濾器。將其在110°C烘箱中再后固化15分鐘，褶皺變得幾乎與初始模具中的圖案ー樣窄。本文所提及的所有專利和出版物據(jù)此全文以引用方式并入。除非另外指明，否則本文給出的所有實(shí)例均被認(rèn)為是非限制性的。在不脫離本公開的范圍和精神實(shí)質(zhì)的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對(duì)本公開進(jìn)行各種修改和變更，并且應(yīng)當(dāng)理解，本公開不應(yīng)當(dāng)不當(dāng)?shù)厥芟抻诒疚闹兴龅氖纠詫?shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種制品，所述制品包括 非織造纖維網(wǎng)；和 粘合到所述非織造纖維網(wǎng)的帶材，其中所述帶材包含形狀記憶聚合物，其中所述帶材具有應(yīng)變臨時(shí)形狀和固有形狀，并且其中如果在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱，所述帶材會(huì)從所述應(yīng)變臨時(shí)形狀至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)樗龉逃行螤睿瑥亩鹚龇强椩炖w維網(wǎng)發(fā)生折疊、翹彎、起皺中的至少ー種。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制品，其中所述帶材在沿所述帶材不連續(xù)的點(diǎn)處粘合到所述非織造纖維網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制品，其中所述帶材沿所述帶材連續(xù)地粘合到所述非織造纖維網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制品，其中所述帶材和所述非織造纖維網(wǎng)為平坦的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制品，其中所述帶材為彎曲的。
6.—種制品，所述制品包括 非織造纖維網(wǎng)；和 粘合到所述非織造纖維網(wǎng)的帶材，其中所述帶材包含形狀記憶聚合物，其中每個(gè)帶材分別具有應(yīng)變臨時(shí)形狀和固有形狀，并且其中如果在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱，所述帶材會(huì)從其相應(yīng)的應(yīng)變臨時(shí)形狀至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)槠湎鄳?yīng)的固有形狀，從而引起所述非織造纖維網(wǎng)發(fā)生折疊或起皺中的至少ー種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其中所述帶材的至少一部分為互連的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制品，其中所述帶材包括網(wǎng)狀物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其中所述帶材具有各自的長(zhǎng)度，并且其中至少一條所述帶材在不連續(xù)點(diǎn)處粘合到所述非織造纖維網(wǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其中所述帶材具有各自的長(zhǎng)度，并且其中至少一條所述帶材連續(xù)地粘合到所述非織造纖維網(wǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其中所述帶材和所述非織造纖維網(wǎng)為平坦的。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其中所述帶材為線性的。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其中所述帶材完全設(shè)置在所述非織造纖維網(wǎng)的ー個(gè)主表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其中所述帶材設(shè)置在所述非織造纖維網(wǎng)的相背主表面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其中所述帶材的至少ー些以平行布置方式設(shè)置。
16.一種制備制品的方法，所述方法包括將帶材粘合到非織造纖維網(wǎng)，其中所述帶材包含形狀記憶聚合物，其中所述帶材具有應(yīng)變臨時(shí)形狀和固有形狀，并且其中如果在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱，所述帶材會(huì)從所述應(yīng)變臨時(shí)形狀至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的固有形狀，從而引起所述非織造纖維網(wǎng)發(fā)生折疊、翹彎、或起皺中的至少ー種。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在所述轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱所述帶材。
18.ー種根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法制備的制品。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制品，其中所述制品包括呼吸器面罩。
20.一種制備制品的方法，所述方法包括將帶材粘合到非織造纖維網(wǎng)，其中所述帶材包含形狀記憶聚合物，其中每個(gè)帶材分別具有應(yīng)變臨時(shí)形狀和固有形狀，并且其中如果在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱，所述帶材會(huì)從其相應(yīng)的應(yīng)變臨時(shí)形狀至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)槠湎鄳?yīng)的固有形狀，從而引起所述非織造纖維網(wǎng)發(fā)生折疊、翹彎、或起皺中的至少ー種。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在所述轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱所述帶材。
22.ー種根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法制備的制品。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的制品，其中所述制品包括褶皺型過(guò)濾器。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述帶材具有各自的長(zhǎng)度，并且其中至少一條所述帶材在不連續(xù)點(diǎn)處粘合到所述非織造纖維網(wǎng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述帶材具有各自的長(zhǎng)度，并且其中至少一條所述帶材連續(xù)地粘合到所述非織造纖維網(wǎng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述帶材和所述非織造纖維網(wǎng)為平坦的。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述帶材為線性的。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述帶材完全設(shè)置在所述非織造纖維網(wǎng)的ー個(gè)主表面上。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述帶材設(shè)置在所述非織造纖維網(wǎng)的相背主表面 上。
30.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述帶材的至少ー些以平行布置方式設(shè)置。
31.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述帶材的至少ー些為互連的。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述帶材包括網(wǎng)狀物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制品，所述制品包括非織造纖維網(wǎng)和一條或多條粘合到所述非織造纖維網(wǎng)的帶材。所述帶材包含形狀記憶聚合物，所述形狀記憶聚合物具有應(yīng)變臨時(shí)形狀和固有形狀。如果在轉(zhuǎn)變溫度或更高的溫度下加熱，所述帶材從所述應(yīng)變臨時(shí)形狀至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)樗龉逃行螤?，從而引起所述非織造纖維網(wǎng)發(fā)生折疊、翹彎、或起皺中的至少一種。本發(fā)明還公開了加熱所述制品以提供折疊的、翹彎的、和/或起皺的制品的方法。
文檔編號(hào)D04H13/00GK102656306SQ201080053299
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者凱文·M·萊萬(wàn)多夫斯基, 約瑟夫·D·魯萊, 約翰·M·塞巴斯蒂安, 菲利普·G·馬丁, 賽義德·A·安哥德吉旺德, 馬文·E·瓊斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司