專利名稱：改進(jìn)的多孔膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及多孔膜。特別地，本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的特性的多孔膨體聚四氟乙烯膜。
背景技術(shù)：
由膨體聚四氟乙烯(ePTFE)制成的膜是已知的。由于它們的化學(xué)惰性，此類已知的膜使用在多種應(yīng)用中。對(duì)于ePTFE膜使用的示例性應(yīng)用包括防水且可呼吸的服裝、流體過濾、醫(yī)療植入和通風(fēng)。膜典型地被制造來獲得特定的屬性，例如透氣性、抗水進(jìn)入和/或穩(wěn)定的孔尺寸。 期望的屬性?？赏ㄟ^控制膜的孔尺寸、厚度和/或單位重量來獲得。當(dāng)暴露于諸如在蒸汽滅菌期間的升高的溫度下時(shí)，一些先前已知的膜不會(huì)維持直接影響透氣性的孔尺寸。因此， 存在對(duì)當(dāng)經(jīng)受蒸汽滅菌時(shí)帶有穩(wěn)定的孔尺寸的改進(jìn)的膜的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面為一種具有諸如提高的強(qiáng)度和孔穩(wěn)定性的至少一種改進(jìn)的特性的膜。該膜包括膨體聚四氟乙烯片。該片是多孔的，并且具有根據(jù)ASTM D737測(cè)試至少 0. 2CFM的透氣性。該片還具有根據(jù)ASTM D751測(cè)試至少135psi的平均馬倫靜水進(jìn)口壓力。本發(fā)明的另一方面為一種包括膨體聚四氟乙烯片的膜。該片包括由以第一潤滑率與加工潤滑劑混合的第一 PTFE細(xì)粉樹脂制成的第一壓出物。第二壓出物由以第一潤滑率與加工潤滑劑混合的第一 PTFE細(xì)粉樹脂制成。第一和第二壓出物組合成雙軸向拉伸的一體帶結(jié)構(gòu)。片是多孔的，并且具有根據(jù)ASTM D737測(cè)試至少0.2CFM的透氣性。該片具有根據(jù)ASTM D751測(cè)試至少135psi的平均馬倫靜水進(jìn)口壓力。本發(fā)明的又另一方面為包括膨體聚四氟乙烯片的膜。片是多孔的，并且具有根據(jù) ASTM D737測(cè)試至少0. 2CFM的透氣性。當(dāng)膜暴露于180°C的溫度下一小時(shí)的時(shí)間時(shí)，膜的透氣率變化小于30%。該片還具有根據(jù)ASTM D751測(cè)試至少135psi的平均馬倫靜水進(jìn)口壓力。在膜暴露于180°C的溫度下一小時(shí)的時(shí)間之后，平均馬倫靜水進(jìn)口壓力基本不變。膜具有當(dāng)膜暴露于180°C的溫度下一小時(shí)的時(shí)間時(shí)變化小于20%的起泡點(diǎn)的值。


閱讀參考附圖的下文的描述，本發(fā)明涉及的進(jìn)一步的特征對(duì)那些本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將變得顯而易見，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一方面構(gòu)造的膜的片的一部分的透視視圖；圖2是大致沿圖1中的線2-2所取的圖1中圖示的膜的片的橫截面視圖。圖3是用于制造膜的片的方法的示意性視圖；并且圖4是在圖3中圖示的方法的壓光機(jī)部分的放大視圖。零部件清單
20 膜22 片24 上部的或第一壓出物26 較低的或第二壓出物40一體的帶結(jié)構(gòu)62節(jié)點(diǎn)64 小纖維100 混合器120 預(yù)壓機(jī)120 引入預(yù)壓機(jī)
140擠壓機(jī)142 輥160壓光機(jī)162 滾筒164 滾筒200 機(jī)器方向拉伸機(jī)202 第一滾筒204 第二滾筒220 橫跨方向XD拉伸機(jī)
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一方面制造的改進(jìn)的膜20(圖1)呈片22的形式。片22 (圖2)結(jié)合了至少兩個(gè)相同的層或部件。部件呈通過漿料擠壓工藝制成的壓出物對(duì)、26的形式。壓出物MJ6形成一體的帶結(jié)構(gòu)40 (圖3和圖4)。然后，一體的帶結(jié)構(gòu)40被雙軸向拉伸來形成膜20的片22。得到的膜20的片22是多孔的，并且優(yōu)選地為多微孔的，帶有由多條小纖維64聯(lián)的多個(gè)結(jié)點(diǎn)62的三維矩陣或格架類型的結(jié)構(gòu)。制成膜20的片22的材料由可為或可不為燒結(jié)的膨體聚四氟乙烯(ePTFE)制成。節(jié)點(diǎn)62和小纖維64的表面限定多個(gè)互連的孔，這些孔沿彎曲的路徑在膜的相對(duì)的主要側(cè)表面之間完全地延伸穿過膜20的片22。優(yōu)選的是片22中的孔的平均尺寸足夠被認(rèn)為是微孔，但在本發(fā)明中可使用任何孔尺寸。對(duì)于膜20的片22中的孔的適當(dāng)?shù)某叽缈蔀樵?. 01微米至1. 0微米的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在0. 01微米至0. 25微米的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地在0. 05微米至0. 15微米的范圍內(nèi)。此孔隙率使膜20的片22能夠?yàn)橥笟獾?。例如，?0的片22具有根據(jù)ASTM D737測(cè)試方法測(cè)量的在大約0. 10CFM至 0. 50CFM的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在大約0. 20CFM至0. 35CFM的范圍內(nèi)的透氣率。膜20的片22 還具有根據(jù)ASTM D751測(cè)試在大約135psi至200psi的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在大約150psi 至185psi的范圍內(nèi)的平均馬倫靜水進(jìn)口壓力。膜20的片22還具有根據(jù)ASTM F-316測(cè)試方法在大約25psi至50psi的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在大約30psi至40psi的范圍內(nèi)的起泡點(diǎn)壓力。
膜20的片22通過在攪拌機(jī)100 (圖3)中混合聚四氟乙烯(PTFE)細(xì)粉樹脂和潤滑劑而制成。PTFE細(xì)粉樹脂為可從杜邦作為601A或603A TEFLON 獲得的細(xì)粉樹脂。潤滑劑為可從埃克森美孚公司作為ISOPAR K獲得的潤滑劑。通過示例的方式，潤滑劑的量所用的潤滑率為在潤滑劑對(duì)PTFE細(xì)粉樹脂的比率Hwt. %至22wt. %的范圍內(nèi)，潤滑率優(yōu)選地為在潤滑劑對(duì)PTFE細(xì)粉樹脂的比率15wt. %至17wt. %的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地潤滑率為16wt. %。混合器100可為任何合適的混合設(shè)備，例如1 攪拌機(jī)。預(yù)定的合適量的潤滑劑和PTFE細(xì)粉樹脂被引入混合器100?；旌掀?00以不會(huì)“濫用”PTFE細(xì)粉樹脂的速度旋轉(zhuǎn)?；旌掀?00旋轉(zhuǎn)允許潤滑劑充分濕潤和保護(hù)PTFE細(xì)粉樹脂的合適的時(shí)間。潤滑劑和PTFE細(xì)粉樹脂的混合物被引入預(yù)壓機(jī)120。預(yù)壓機(jī)120機(jī)械地將潤滑劑和PTFE細(xì)粉樹脂的混合物壓縮成坯(未顯示)。坯具有可具有任何適當(dāng)?shù)闹睆降睦L的圓柱形形狀，例如在大約2英寸至6英寸的范圍內(nèi)。坯可存儲(chǔ)在此級(jí)處以允許潤滑劑更好地滲透進(jìn)入PTFE細(xì)粉樹脂的空隙。坯被置入擠壓機(jī)140。擠壓機(jī)140為迫使坯的潤滑劑和PTFE細(xì)粉樹脂的混合物通過擠壓機(jī)的模具來產(chǎn)生壓出物MJ6的壓力機(jī)。在擠壓工序期間，小纖維隨著PTFE細(xì)粉樹脂的原料分散顆粒移動(dòng)通過彼此而形成。壓出物2446具有取決于模具構(gòu)造的預(yù)定的厚度，在大約0. 035英寸至0. 045英寸的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地為大約0. 040英寸。通過示例的方式，根據(jù)本發(fā)明的一方面，壓出物對(duì)、26在厚度和潤滑率上是基本相同的。壓出物M、26 可卷在輥142上以臨時(shí)存儲(chǔ)。壓出物MJ6偏離它們各自的輥142并且被引入壓光機(jī)160(圖3和圖4)。將會(huì)顯而易見的是，圖示了兩個(gè)壓出物對(duì)、26，但可使用具有合適構(gòu)造的任何合適數(shù)目的壓出物制造膜20的片22。如在圖3中最佳地所見，上部的或第一壓出物M在機(jī)器方向MD上抵靠旋轉(zhuǎn)的上部滾筒162而輸入。較低的或第二壓出物沈在機(jī)器方向MD上抵靠旋轉(zhuǎn)的較低的滾筒164而輸入。如圖4中所圖示，壓光機(jī)160從壓出物MJ6形成一體的帶40。第一和第二壓出物MJ6被迫與彼此接觸，因?yàn)闈L筒162、164之間的間隙小于壓出物MJ6的組合厚度。該間隙在大約0. 010英寸至0. 030英寸的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地為大約0. 020英寸。滾筒162、 164為金屬的，并且各加熱至大約160° F至320° F范圍內(nèi)的溫度，取決于所用的壓出物 24,26的數(shù)目和厚度。一體的帶40的厚度優(yōu)選地為在大約0. 010英寸至0. 030英寸的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地為大約0. 020英寸。通過機(jī)械地互鎖組成第一和第二壓出物的節(jié)點(diǎn)62和小纖維64，第一和第二壓出物24J6被組合成一體的帶結(jié)構(gòu)40。也即，在壓光機(jī)運(yùn)行期間，第一壓出物M的一部分被擠入第二壓出物沈的一部分。這提供了使完成的膜20的片22的其它期望改進(jìn)的特性成為可能的相對(duì)強(qiáng)的一體的帶結(jié)構(gòu)40。一體的帶結(jié)構(gòu)40越過一系列熱的烘干滾筒180串接(圖3)。熱的烘干滾筒180 將留在一體的帶結(jié)構(gòu)40中的潤滑劑餾出。移除的潤滑劑被收集在收集系統(tǒng)中(未顯示)一體的帶結(jié)構(gòu)40在至少一個(gè)并且優(yōu)選地兩個(gè)(雙軸)方向上“膨脹”或伸展來形成完成的膜20的片22?！芭蛎洝币庠谝馕吨瞿げ牧系膹椥詷O限足夠地伸展，從而向纖維64引入永久設(shè)置或伸長?！w的帶結(jié)構(gòu)40被引向機(jī)器方向MD拉伸機(jī)200。機(jī)器方向拉伸機(jī)200具有以第一速度旋轉(zhuǎn)的第一滾筒202。機(jī)器方向拉伸機(jī)200具有以大于第一滾筒202的第一速度的第二速度旋轉(zhuǎn)的第二滾筒204。滾筒202、204在大約沈0° F到300° F的范圍內(nèi)加熱，并且優(yōu)選地大約觀0° F。快于第一滾筒202的表面速度旋轉(zhuǎn)的第二滾筒204的表面速度的差異決定機(jī)器方向MD的拉伸比。根據(jù)本發(fā)明的一方面，機(jī)器方向MD拉伸比在大約1. 0至 6. 0的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在大約2. 0至3. 5的范圍內(nèi)。一體的帶結(jié)構(gòu)40被引向橫貫或橫跨方向》)拉伸機(jī)220。一體的帶結(jié)構(gòu)40在其側(cè)面相對(duì)邊緣處被橫跨方向》)拉伸機(jī)220的部件夾住。一體的帶結(jié)構(gòu)40在基本正交于機(jī)器方向MD的第二方向上延伸預(yù)定的量來形成片22。一體的帶結(jié)構(gòu)40在橫跨方向》)上在其原始橫跨方向尺寸(寬度)的大約8至12倍的范圍內(nèi)延伸，并且優(yōu)選地大約10倍。當(dāng)暴露于大約500° F至600° F的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地大約550° F的升高的溫度下時(shí)，一體的帶結(jié)構(gòu)40被拉伸。片22被優(yōu)選地加熱或“燒結(jié)”來降低和最小化膜材料中的殘余應(yīng)力。通過暴露于大約700° F至750° F的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地大約730° F的升高的溫度下，片22優(yōu)選地在橫跨方向拉伸機(jī)220上加熱。然而，片22可如適合于膜20的預(yù)期的使用而不燒結(jié)或部分燒結(jié)。膜20的片22被卷在滾筒222之上。根據(jù)本發(fā)明的一方面，對(duì)比已知的膜對(duì)膜20的片22進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試的結(jié)果在下文的表格中列出。樣品1是由單個(gè)壓出物制成的已知的ePTFE膜。樣品2是根據(jù)本發(fā)明的一方面制成的膜20的片22。根據(jù)本發(fā)明的一方面，膜20的片22在模擬蒸汽滅菌之前或之后具有穩(wěn)定的孔尺寸。樣本膜起初測(cè)試平均孔直徑、厚度、透氣性、起泡點(diǎn)和馬倫靜水進(jìn)口壓力。模擬蒸汽滅菌包括將膜的樣品約束在金屬箍上。箍和樣品膜在180°C下在熱風(fēng)烤箱中放置一小時(shí)。將箍和樣品膜從烤箱取出，并且允許冷卻至室溫。將樣品膜從箍移除。然后，測(cè)量樣本膜的平均孔直徑、透氣性、起泡點(diǎn)和馬倫靜水進(jìn)口壓力。膜20的片22具有顯著提高的期望的特性，例如指示強(qiáng)度的馬倫靜水壓。膜20的片22還具有根據(jù)ASTM D751測(cè)試在大約135psi至200psi的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在大約 150psi至185psi的范圍內(nèi)的平均馬倫靜水進(jìn)口壓力。膜20的片22還具有根據(jù)ASTM F-316 測(cè)試方法在大約25psi至50psi的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在大約30psi至40psi的范圍內(nèi)的起泡點(diǎn)壓力。膜20的片22還具有顯著提高的期望的特性，例如指示強(qiáng)度的馬倫靜水壓。根據(jù) ASTM D737測(cè)試方法測(cè)量，膜20的片22具有在大約0. 10CFM至0. 50CFM的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地在大約0. 20CFM至0. 35CFM的范圍內(nèi)的透氣率。重要的是，確定對(duì)于膜20的片22的樣品2，孔尺寸在模擬蒸汽滅菌之后是穩(wěn)定的。 已發(fā)現(xiàn)在膜暴露于180°C的溫度下一小時(shí)的時(shí)間之后，孔尺寸基本不變。還發(fā)現(xiàn)當(dāng)膜暴露于180°C的溫度下一小時(shí)的時(shí)間時(shí)，膜20的片22的透氣率變化小于30%。膜具有當(dāng)膜暴露于180°C的溫度下一小時(shí)的時(shí)間時(shí)變化小于20%的起泡點(diǎn)的值。因此，提供了一種改進(jìn)的膜20的片22，即使在模擬蒸汽滅菌之后，該膜20的片22具有穩(wěn)定的孔尺寸、相對(duì)不變的
透氣性和強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種膜(20)，包括:膨體聚四氟乙烯的片02)；所述片是多孔的，并且具有根據(jù)ASTM D737至少0. 2CFM的氣體滲透性；以及所述片具有根據(jù)ASTM D751至少135psi的平均馬倫靜水進(jìn)口壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜(20)，其特征在于，所述片包括由以第一潤滑率與加工潤滑劑混合的第一 PTFE細(xì)粉樹脂制成的第一壓出物04)。由以所述第一潤滑率與加工潤滑劑混合的所述第一 PTFE細(xì)粉樹脂制成的第二壓出物 (26)；以及所述第一壓出物04)和第二壓出物06)組合成被雙軸向拉伸的一體的帶結(jié)構(gòu)(40)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜(20)，其特征在于，所述第一壓出物04)和第二壓出物 (26)通過組成所述第一壓出物和第二壓出物的節(jié)點(diǎn)(6 和小纖維(64)的機(jī)械互鎖而組合成所述一體的帶結(jié)構(gòu)GO)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜(20)，其特征在于，所述片0 具有根據(jù)ASTMD751至少 150psi的平均馬倫靜水進(jìn)口壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜(20)，其特征在于，所述孔尺寸在0.01微米至0. 25微米的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜(20)，其特征在于，在暴露于180°C的溫度下一小時(shí)的時(shí)間之后，所述孔尺寸基本不變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜(20)，其特征在于，當(dāng)所述膜暴露于180°C的溫度下一小時(shí)的時(shí)間時(shí)，所述膜的透氣率變化小于30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜(20)，其特征在于，所述膜具有當(dāng)所述膜暴露于180°C的溫度下一小時(shí)的時(shí)間時(shí)改變小于20 %的起泡點(diǎn)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進(jìn)的多孔膜，具體而言，涉及一種包括膨體聚四氟乙烯的片的膜。該片是多孔的，并且具有根據(jù)ASTM D737測(cè)試至少0.2CFM的透氣性。當(dāng)膜暴露于180℃的溫度下一小時(shí)的時(shí)間時(shí)，膜的透氣率變化小于30％。該片還具有根據(jù)ASTM D751測(cè)試至少135psi的平均馬倫靜水進(jìn)口壓力。在膜暴露于180℃的溫度下一小時(shí)的時(shí)間之后，平均馬倫靜水進(jìn)口壓力基本不改變。膜具有當(dāng)膜暴露于180℃的溫度下一小時(shí)的時(shí)間時(shí)變化小于20％的起泡點(diǎn)的值。
文檔編號(hào)B32B3/24GK102233691SQ201110116279
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者G·托圖普拉圖 申請(qǐng)人:通用電氣公司