нетканый материал, имеющий улучшенную мягкость и барьерные свойства

Формула изобретения

1. Нетканый материал с повышенной мягкостью, содержащий материал, полученный аэродинамическим способом из расплава, приготовленный путем вытягивания исходного нетканого материала, по меньшей мере, в одном направлении на величину приблизительно 1-35% его исходной длины с использованием расстояния вытягивания, не превышающего приблизительно 35 дюймов (88,9 см), причем этот нетканый материал с повышенной мягкостью имеет большую сопротивляемость напору водного столба, чем аналогичный во всех других отношениях нетканый материал, приготовленный с использованием расстояния вытягивания, по меньшей мере, приблизительно 55 дюймов (139,7 см).

2. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, в котором вытягивание выполняется в одном этапе.

3. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, в котором вытягивание выполняется в двух или большем количестве этапов.

4. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, в котором вытягивание выполняется в трех или большем количестве этапов.

5. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, в котором исходный нетканый материал вытягивается на величину приблизительно 3-20% его исходной длины.

6. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, в котором исходный нетканый материал вытягивается на величину приблизительно 4-15% его исходной длины.

7. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, в котором исходный нетканый материал вытягивается с использованием расстояния вытягивания, которое не превышает приблизительно 25 дюймов (63,5 см).

8. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, в котором исходный нетканый материал растягивается с использованием расстояния вытягивания, которое не превышает приблизительно 10 дюймов (25,4 см).

9. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, в котором исходный нетканый материал растягивается с использованием расстояния вытягивания, которое не превышает приблизительно 6 дюймов (15,2 см).

10. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, дополнительно содержащий один или большее количество слоев.

11. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один слой материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха.

12. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.1, дополнительно содержащий два слоя материла, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, которые нанесены с обеих сторон на материал, полученный аэродинамическим способом из расплава.

13. Некатный материал с повышенной мягкостью по п.1, содержащий, по меньшей мере, один термопластичный материал, полученный эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, причем этот материал имеет мягкость при надавливании чашечкой на уровне ниже 2000 г/мм.

14. Нетканый материал по п.13, имеющий мягкость при надавливании чашечкой, не превышающую приблизительно 1750 г/мм.

15. Нетканый материал по п.13, содержащий два материала из термопластика, сформированные эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, с обеих сторон материала, полученного аэродинамическим способом из расплава.

16. Нетканый материал по п.13, в котором материал, полученный аэродинамическим способом из расплава содержит полиолефин.

17. Нетканый материал по п.13, в котором материал, полученный эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, содержит полиолефин.

18. Нетканый материал по п.13, в котором материал, полученный аэродинамическим способом из расплава, содержит полипропилен.

19. Нетканый материал по п.13, в котором материал, полученный эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, содержит полипропилен.

20. Нетканый материал с повышенной мягкостью, содержащий материал, полученный аэродинамическим способом из расплава, приготовленный путем растягивания исходного нетканого материала, по меньшей мере, в одном направлении с использованием расстояния вытягивания, которое не превышает приблизительно 35 дюймов (88,9 см), и многочисленных этапов вытягивания, причем этот нетканый материал повышенной мягкости имеет сопротивляемость напору водного столба и меньший вес единицы площади, чем аналогичный в остальных отношениях нетканый материал, приготовленный с использованием одноэтапного вытягивания.

21. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.20, в котором вытягивание выполняется в трех или большем количестве этапов.

22. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.20, в котором расстояние вытягивания не превышает приблизительно 25 дюймов (63,5 см).

23. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.20, в котором расстояние вытягивания не превышает приблизительно 10 дюймов (25,4 см).

24. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.20, в котором расстояние вытягивания не превышает приблизительно 6 дюймов (15,2 см).

25. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.20, в котором этот материал растягивается на величину приблизительно 4-20% его исходной длины.

26. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.20, дополнительно содержащий один или большее количество дополнительных слоев нетканого материала.

27. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.20, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один слой материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха.

28. Нетканый материал с повышенной мягкостью по п.20, дополнительно содержащий, по меньшей мере, два слоя материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха.

29. Комбинированный слоистый материал, имеющий два внешних слоя из нетканого материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, скомбинированных с внутренним слоем материала, полученного аэродинамическим способом из расплава (материал типа SMS), и имеющий вес единицы площади, не превышающий приблизительно 1,5 унций/ярд² (50,87 г/м²), и сопротивляемость напору водного столба, по меньшей мере, приблизительно 73 мбар.

30. Материал типа SMS по п.29, имеющий величину сопротивляемости напору водного столба, по меньшей мере, приблизительно 77 мбар.

31. Материал типа SMS по п.29, имеющий величину сопротивляемости напору водного столба, по меньшей мере, приблизительно 82 мбар.

32. Материал типа SMS по п.29, имеющий величину сопротивляемости напору водного столба, по меньшей мере, приблизительно 90 мбар.

33. Материал типа SMS по п.29, имеющий вес единицы площади, не превышающий приблизительно 1,4 унций ярд² (47,47 г/м²).

34. Материал типа SMS по п.29, имеющий вес единицы площади, не превышающий приблизительно 1,3 унций ярд² (44,08 г/м").

35. Материал типа SMS по п.29, в котором слои материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха и аэродинамическим способом из расплава, содержат полиолефин.

36. Материал типа SMS по п.29, в котором слои материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха и аэродинамическим способом из расплава, содержат полимер пропилена.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение направлено на нетканые материалы, имеющие улучшенную мягкость и барьерные свойства в отношении проникновения жидкости. Изобретение также направлено на способ изготовления нетканых материалов.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Мягкие нетканые материалы из перепутанных волокон или нитей известны, например, из патента США 4443513, выданного авторам Мэйтнер и др. (Meitner et al.). Мягкие нетканые материалы и слоистые материалы, изготовленные с их применением, используются в тех случаях, когда мягкость и объемность являются предпочтительными свойствами, включая полотенца, предметы одежды, хирургические занавески, подгузники и т.п. Нетканые материалы могут представлять собой материалы, сформированные из термопластических волокон, полученных аэродинамическим способом из расплава, как описано в патенте США 4307143, выданном автору Мэйтнер. Эти материалы, полученные аэродинамическим способом из расплава, могут быть изготовлены путем формирования аэродинамическим способом из расплава полипропилена или других термопластиков через фильеры, имеющие ряд отверстий, и подачи нагретого воздуха к выходу фильер для подхвата нитей, с помощью чего формируются микроволокна, которые затем резко охлаждаются и собираются на движущемся проводе. Нетканый материал может также представлять собой слоистую структуру, включающую материал, полученный аэродинамическим способом из расплава, например слоистую структуру, включающую два слоя материала из термопластика, сформированного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, и слоя материала, полученного аэродинамическим способом из расплава, располагаемого между ними. Слоистые структуры типа материал, полученный эжектированием высокоскоростным потоком воздуха/материал, полученный аэродинамическим способом из расплава/материал, полученный эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, описан в патенте США 4041203, выданном авторам Брок и др. (Brock et al.). Материалы, состоящие только из материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, то есть не являющиеся слоистыми структурами, сформированными вместе с материалом, полученным аэродинамическим способом из расплава, также известны в данной области техники.

В вышеуказанном патенте США 4443513 описывается, что мягкость, объемность и податливость нетканых материалов может быть улучшена при соответствующем выборе взаимного узора волокон в нетканом материале и/или управляемым растяжением материала. Управляемое растяжение происходит при пониженной или комнатной температуре. Растяжение ограничено удлинением, требуемым для разрыва материала. Описанные термопластичные неэластичные материалы могут быть вытянуты приблизительно в 1,2-1,4 раза по отношению к их исходной длине.

Материалы, полученные эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, имеют лучшую прочность, а материалы, полученные аэродинамическим способом из расплава, известны как материалы, обеспечивающие барьерные свойства для проникновения жидкости, включая жидкости под давлением. Таким образом, материалы, полученные аэродинамическим способом из расплава, или слоистые материалы из материалов, полученных эжектированием высокоскоростным потоком воздуха и аэродинамическим способом из расплава, в общем применяются тогда, когда требуется обеспечение одновременно мягкости и барьерных свойств для жидкости. Всегда существует потребность или желание получить материалы, имеющие улучшенные барьерные свойства для жидкости, в частности при применении в медицинских целях, включая больничную и хирургическую одежду и т.п.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термин "нетканый материал" означает материал, имеющий структуру из отдельных волокон или нитей, которые являются взаимно переплетенными, но без использования определенного, повторяющегося узора. Нетканые материалы в прошлом формировались с помощью ряда способов, таких как, например, способы формирования с использованием аэродинамического способа из расплава, способы эжектирования высокоскоростным потоком воздуха и способы формирования кордового материала со связями.

Термин "самостоятельное формирование связей" означает связывание, обеспечиваемое при расплавлении, и/или самосклеивание волокон и/или нитей без использования наносимого внешне клеящего или связывающего вещества. Самостоятельное формирование связей может быть выполнено путем контакта между волокнами и/или нитями, в то время как, по меньшей мере, часть волокон и/или нитей находятся в полурасплавленном или липком состоянии. Самостоятельное формирование связей также может быть выполнено с помощью добавления липкой смолы в термопластические полимеры, используемые для формирования волокон и/или нитей. Волокна и/или нити, сформированные из такой смеси, могут быть приспособлены для самостоятельного формирования связей с приложением давления и/или тепла или без этого. Для формирования соединений волокон и нитей также могут использоваться растворители, которые сохраняются после удаления растворителей.

Термин "волокна, сформированные аэродинамическим способом из расплава" означает волокна, сформированные путем выдавливания расплавленного термопластического материала через множество тонких, обычно круглых, формующих капилляров в виде расплавленных нитей или волокон в высокоскоростной поток газа (например, воздух), который растягивает нити из расплавленного термопластического материала так, что уменьшается их диаметр, который может быть уменьшен до диаметра микроволокон. После этого волокна, сформированные аэродинамическим способом из расплава, переносятся высокоскоростным потоком газа и осаждаются на собирающую поверхность для формирования полотна из случайным образом расположенных волокон, сформированных аэродинамическим способом из расплава. Такие способы описаны, например, в патенте США 3849241 автора Бутин (Butin), описание которого включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Термин "волокна, сформированные эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, " относится к волокнам с малым диаметром, которые формируются путем выдавливания расплавленного термопластического материал в виде нитей из множества тонких, обычно круглых, капилляров или фильер, причем диаметр этих выдавленных нитей затем быстро уменьшатся с использованием, например, выпускного вытягивания или других, хорошо известных механизмов эжектирования высокоскоростным потоком воздуха. Производство нетканых материалов, полученных эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, описано в таких патентах, как, например, в патенте США 3802817 авторов Матсуки и др. (Matsuki et al. ) и в патенте США 5382400 авторов Пайк и др.(Pike et al.). Описания этих патентов включены в настоящее описание в качестве ссылки.

Термин "полимер" обычно включает, но не ограничивается, гомополимеры, сополимеры, такие как, например, блоксополимеры, привитые сополимеры, статистические сополимеры и чередующиеся сополимеры, тримеры и т.д., а также их смеси и модификации. Кроме того, если только определенно не будет ограничено другим образом, термин "полимер" должен включать все возможные геометрические конфигурации материала. Эти конфигурации включают изотактические, синдиотактические и статистические симметрии, но не ограничиваются ими.

Термин "бикомпонентные волокна" относится к волокнам, которые были сформированы, по меньшей мере, из двух полимеров, выдавленных из отдельных экструдеров, но которые были спутаны вместе для формирования одного волокна. При этом полимеры укладываются, в основном, в постоянно расположенные конкретные зоны вдоль поперечного сечения бикомпонентных волокон и проходят непрерывно вдоль длины бикомпонентных волокон. Конфигурация такого бикомпонентного волокна может представлять собой, например, компановку типа оболочка/сердцевина, в которой один полимер окружен другим полимером, или может представлять собой компановку типа рядом друг с другом или компановку типа "острова-в-море". Бикомпонентные волокна описаны в патенте США 5108820 авторов Канеко и др. (Kaneko et al.), патенте США 5336552 авторов Страк и др. (Strack et al. ) и в европейском патенте 0586924. Для волокон из двух компонентов полимеры могут быть представлены в соотношениях 75/25, 50/50, 25/75 или в любых других требуемых соотношениях.

Термин "двухсоставные волокна" относится к волокнам, которые были сформированы, по меньшей мере, из двух полимеров, выдавленных из одного экструдера в виде смеси. Термин "смесь" определен ниже. Двухсоставные волокна не содержат различные полимерные компоненты, расположенные в относительно постоянно определенных зонах по поперечному сечению волокна, и эти различные полимеры обычно не являются непрерывно расположенными вдоль всей длины волокна, а вместо этого обычно формируются тонкие волокна, которые имеют случайное начало и окончание. Двухсоставные волокна иногда также упоминаются как многосоставные волокна. Волокна такого общего типа описаны, например, в патенте США 5108827 автора Гесснер (Gessner). Бикомпонентные и двухсоставные волокна также описаны в учебнике "Смеси полимеров и композитные материалы" авторов Джон А. Мэнсон и Лесли X. Сперлинг, авторское право 1976 года, издательство Пленум Пресс, отделение Пленум Паблишин Корпорэйшн, город Нью-Йорк, ISBN 0-306-30831-2, страницы 273-277 (John A.Manson and Leslie H. Sperling, copyright 1976 by Plenum Press, a division of Plenum Publishing Corporation of New York, ISBN 0-306-30831-2, at pages 273 through 277).

Термин "смесь" означает смесь двух или большего количества полимеров, в то время как термин "сплав" означает подкласс смесей, в котором компоненты являются не смешиваемыми, но им были приданы свойства совместимости. "Смешиваемость" и "несмешиваемость" определяются, как смеси, имеющие отрицательные и положительные величины, соответственно свободной энергии смешивания. Далее, "придание совместимости" определяется как способ модифицирования межфазных свойств не смешиваемых полимерных смесей с целью формирования сплава.

Термин "микроволокна" означает волокна малого диаметра, имеющие средний диаметр, не превышающий приблизительно 100 микрон, например, имеющие средний диаметр от приблизительно 0,5 микрон до приблизительно 50 микрон, или более предпочтительно средний диаметр от приблизительно 4 микрона до приблизительно 40 микрон.

Термин "узор соединений нетканого материала" представляет собой узор соединений отдельных волокон в нетканом материале, который накладывается при производстве нетканого материала.

Термин "межволоконное соединение" означает связи, получаемые путем запутывания между отдельными волокнами для формирования связанной структуры материала без использования тепловых связей. Такое запутывание волокон является неотъемлемой характеристикой способов изготовления материала путем аэродинамического способа из расплава, но может вырабатываться или усиливаться с помощью способов, таких как, например, гидравлическое запутывание или прошивка иглами. В качестве альтернативы и/или дополнительно может использоваться связующее вещество для увеличения требуемых связей и для поддержания структурного сцепления волоконного материала. Например, могут использоваться порошкообразное связующее вещество и связывание химическим растворителем.

Термин "сопротивления давлению жидкости" (также известный как "напор водяного столба") относится к способности состава или пленки, изготовленной из него, противостоять приложению нагрузки жидкости без протечки. Сопротивление давлению жидкости пленки зависит от толщины пленки, состава материала пленки, от того, как была изготовлена и обработана эта пленка, от условий окружающей среды и способа испытаний. Способы испытаний на сопротивление давлению жидкости пленки или материала включают без ограничений Тест Гидростатического давления, описанный в Способе 5514 Федерального стандарта способов испытаний 191А, который является эквивалентным Способу испытаний по стандарту ААТСС 127-89 и Способу испытаний по стандарту INDA 80.4-92.

Термин "состоящий, по существу, из" не исключает наличия дополнительных материалов, которые не оказывают существенного влияния на требуемые характеристики данного состава или продукта. Примеры материалов такого сорта могут включать без ограничений пигменты, антиоксиданты, стабилизаторы, поверхностно-активные вещества, воскообразные вещества, активаторы течения, макрочастицы и материалы, добавляемые для улучшения обрабатываемости состава.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к нетканому материалу, имеющему превосходную мягкость и улучшенные барьерные свойства для жидкости (сопротивление напору водного столба), и к слоистым материалам, включающим данный нетканый материал. Настоящее изобретение также включает способ изготовления нетканого материала.

Нетканый материал в соответствии с настоящим изобретением включает материал, полученный аэродинамическим способом из расплава. Этот нетканый материал может представлять собой один слой нетканого материала (полученного аэродинамическим способом из расплава) или может представлять собой слоистый материал полученного аэродинамическим способом из расплава материала, соединенного с одним или большим количеством дополнительных нетканых материалов. Дополнительные нетканые материалы могут представлять собой дополнительные материалы, полученные аэродинамическим способом из расплава, полученные эжектированием высокоскоростным потоком воздуха кордовые материалы со связями или любой материал или материалы, которые могут использоваться предпочтительно в комбинации с данным нетканым материалом. Материал, полученный аэродинамическим способом из расплава, с использованием другого нетканого материала или без него, также может комбинироваться с термопластическими пленками, вспененными материалами или другими объектами.

Нетканый материал нагревается и вытягивается между двумя или большим количеством пар тянущих валков. Было обнаружено, что эти тянущие валки могут быть сконфигурированы таким образом, что вытягивание будет придавать нетканому материалу улучшенную сопротивляемость напору водного столба, а также мягкость. В частности, расстояние вытягивания (то есть расстояние, на которое нетканый материал вытягивается между двумя расположенными рядом друг с другом парами тянущих валков), поддерживается, по меньшей мере, на величине приблизительно 35 дюймов (89 см) для одноэтапного способа вытягивания, включающего только две пары расположенных рядом друг с другом тянущих валков, и при этом нагретый нетканый материал вытягивается на величину приблизительно от 1% до приблизительно 35% от его исходной длины. В идеале, расстояние вытягивания поддерживается на уровне менее 10 дюймов (25,4 см), и при этом нагретый нетканый материал вытягивается на величину приблизительно от 1% до приблизительно 35% от его исходной длины.

В другом варианте воплощения нетканый материал вытягивается в течение ряда этапов с использованием трех или большего количества пар тянущих валков. При использовании многоэтапного вытягивания общее расстояние вытягивания (то есть, сумма расстояний между парами расположенных рядом друг с другом валков) поддерживается меньше, чем приблизительно 35 дюймов (89 см), по мере того, как нетканый материал вытягивается на величину приблизительно от 1% до приблизительно 35% его исходной длины. Другое основное преимущество использования способа многоэтапного вытягивания (в отличие от одноэтапного вытягивания) состоит в том, что продукт после вытягивания имеет меньший вес единицы площади, что позволяет получить сопоставимый продукт, имеющий большую площадь при адекватных барьерных свойствах для жидкости и мягкости.

Другие преимущества вытягивания на коротком расстоянии при использовании одного этапа или ряда этапов состоит в уменьшенном сужении нетканого материала во время растягивания, повышенной прочности при надавливании чашечкой и повышенной прочности на разрыв.

Вышеприведенные и другие свойства и преимущества настоящего изобретения будут более очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных в настоящее время вариантов воплощения, которые следует читать совместно с прилагаемыми примерами и чертежами. Подробное описание, примеры и чертежи предназначены для иллюстрации настоящего изобретения, а не для ограничения объема настоящего изобретения, который определяется в соответствии с прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает устройство, которое может работать как блок одноэтапного или многоэтапного вытягивания, предназначенное для приготовления нетканого материала в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 изображает величину мягкости раздавливания чашечки для образцов из нетканого материала, приготовленных с использованием одноэтапного и многоэтапного вытягивания.

Фиг. 3 изображает величину напора водяного столба для образцов нетканых материалов, приготовленных с использованием одноэтапного и многоэтапного вытягивания.

Фиг. 4 изображает вес единицы площади для образцов нетканых материалов, приготовленных с использованием одноэтапного и многоэтапного вытягивания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАИЛУЧШЕГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1 изображено устройство 100, которое может использоваться для одноэтапного или многоэтапного растягивания нетканого материала. Нетканый материал 110 проходит вдоль пути, указанного стрелкой А, вокруг направляющего валка 112, направляющего валка 116 и через соединение 119 между первой парой зажимных валков 118 и 120. Затем материал 110 проходит через соединение 123 между второй парой зажимных валков 122 и 124, через соединение 127 между третьей парой зажимных валков 126 и 128, через соединение 131 между четвертой парой зажимных валков 130 и 132, через соединение 135 между пятой парой зажимных валков 134 и 136 и вокруг направляющего валка 138.

Устройство 100 может работать в различных режимах, и ниже приведена просто иллюстрация одного из вариантов воплощения на практике. Различные валки могут изготовляться из металла, такого, как алюминий или сталь, из эбонита или из различных жестких или слегка эластичных материалов. В тех местах, где два валка (например, валки 122 и 124) расположены в непосредственной близости друг к другу для формирования зажима, один из валков (например, большой валок 122) может быть изготовлен из металла, в то время как другой валок (например, малый валок 124), может быть изготовлен из жесткого, но слегка эластичного материала. Это позволяет прикладывать некоторую небольшую величину давления в месте соединения 123 зажима без возникновения необратимой деформации нетканого материала. Другие пары зажимных валков могут быть сконфигурированы аналогично. Кроме того, расстояние между прилегающими друг к другу зажимными валками может регулироваться. Например, расстояние между зажимными соединениями 119 и 123 может регулироваться с помощью расположения зажимных валков 122 и 124 ближе или дальше от зажимных валков 118 и 120.

Для одноэтапного вытягивания материал 110 может предварительно нагреваться путем нагрева валков 116 и 118. В качестве альтернативы материал может вытягиваться без приложения дополнительного тепла. Для вытягивания с нагревом валки 116 и 118 могут нагреваться до температуры, которая выше комнатной температуры и ниже температуры, при которой полимер материала размягчается и прилипает к валкам. Для материала на основе полипропилена предпочтительной является температура валков приблизительно 150-250^oF (65,6-121,1^oС). Преимущество нагрева состоит в том, что он позволяет выполнить быстрее и несколько большее растягивание материала без его разрыва.

Вторая пара зажимных валков 122 и 124 и третья пара зажимных валков 126 и 128 могут использоваться для одноэтапного вытягивания материала 110. Для вытягивания с нагревом большие валки 122 и 126 должны также подогреваться до требуемой температуры вытягивания, например до температуры 150-225^oF (65,6-107,2^oC) для полипропиленового материала. Вытягивание выполняется просто путем вращения третьей пары зажимных валков 126 и 128 с более высокой поверхностной скоростью, чем у второй пары зажимных валков 122 и 124. Например, вытягивание на 20% может достигаться путем пропускания материала через третье зажимное соединение 127 со скоростью на 20% выше, чем скорость, с которой он проходит через второе зажимное соединение 123. Как пояснялось выше, расстояние вытягивания может изменяться путем изменения расстояния прохождения нетканого материала 110 между двумя зажимными соединениями 123 и 127.

Термин "расстояние вытягивания" для одноэтапного вытягивания относится к расстоянию, которое нетканый материал проходит между двумя расположенными рядом друг с другом парами зажимных валков, которые используются для вытягивания, не включая расстояние, на котором материал находится в прямом контакте с любым из валков. Это расстояние представляет собой расстояние, на котором материал может быть вытянут. Одноэтапное вытягивание может выполняться между любыми двумя расположенными рядом друг с другом зажимными соединениями в устройстве 100 путем создания повышенной скорости прохождения материала через расположенное далее по потоку зажимное соединение, по сравнению с расположенным выше по потоку зажимным соединением. Для одноэтапного вытягивания скорости зажимных валков, не используемых для вытягивания, регулируются так, что они не влияют на длину материала.

Многоэтапное вытягивание отличается от одноэтапного вытягивания тем, что для вытягивания используются более чем две пары зажимных валков и более чем два зажимных соединения. Например, трехэтапное вытягивание материала 110 может выполняться с использованием второй пары зажимных валков 122 и 124, третьей пары зажимных валков 126 и 128, четвертой пары зажимных валков 130 и 132 и пятой пары зажимных валков 134 и 136. Для выполнения трехэтапного вытягивания зажимные валки 126 и 128 вращаются при более высокой скорости поверхности, чем зажимные валки 122 и 124. Зажимные валки 130 и 132 вращаются при более высокой скорости поверхности, чем зажимные валки 126 и 128. Зажимные валки 134 и 136 вращаются при более высокой скорости поверхности, чем зажимные валки 130 и 132.

Термин "расстояние вытягивания" при многоэтапном вытягивании относится к сумме расстояний, на которые нетканый материал вытягивается на различных этапах. Например, материал, который вытягивается на длину шесть дюймов (15,2 см) в каждом из трех этапов, подвергается общему расстоянию вытягивания восемнадцать дюймов (45,7 см).

Настоящее изобретение направлено на вытянутый нетканый материал, приготовленный с использованием общего расстояния вытягивания, не превышающего приблизительно 35 дюймов (89 см), предпочтительно меньше, чем приблизительно 25 дюймов (63,5 см), еще более предпочтительно, не более, чем приблизительно 10 дюймов (25,4 см), и наиболее предпочтительно, не более, чем приблизительно 6 дюймов (15,2 см). Нетканый материал вытягивается на величину приблизительно от 1-35% от его исходной длины, предпочтительно приблизительно на 3-20% его исходной длины, наиболее предпочтительно, примерно, на 4-15% его исходной длины. Вытягивание с использованием вытягивания на короткой дистанции придает материалу улучшенную мягкость, сохраняя высокое сопротивление напору водного столба, и прочность, уменьшенную величину сужения и другие требуемые свойства по сравнению с аналогичными неткаными материалами, приготовленными с использованием более длинного расстояния вытягивания.

Нетканый материал должен включать материал, приготовленный аэродинамическим способом из расплава. Материалы, приготовленные аэродинамическим способом из расплава, в которых отдельные волокна находятся в тесном контакте, являются полезными в областях применения, в которых требуется сопротивление напору водного столба и другие барьерные свойства. Материал, полученный аэродинамическим способом из расплава, не ограничивается величиной веса единицы площади. Величина веса единицы площади материала, приготовленного аэродинамическим способом из расплава, в общем, должна быть между приблизительно 0,1-3,5 унций/ярд² (3,39-118,7 г/м²), чаще между приблизительно 0,3-2,0 унций/ярд² (10,2-67,8 г/м²). Более низкое значение веса единицы площади материалов, полученных аэродинамическим способом из расплава, является предпочтительным из-за их меньшей стоимости и, в общем, в связи с тем, что они являются более практичными для применения материала, полученного аэродинамическим способом из расплава, как части слоистого материала.

Нетканый материал может включать дополнительные слои нетканого материала. Примеры дополнительных слоев нетканых материалов включают материалы, полученные эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, материалы из штапельных волокон, кордовые материалы со связями и т.п. В предпочтительном варианте воплощения два внешних слоя из материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, комбинируются с внутренним слоем материала, полученного аэродинамическим способом из расплава, для создания материала типа комбинации материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха/аэродинамическим способом из расплава/эжектированием высокоскоростным потоком воздуха (SMS). Слоистые материалы типа SMS имеют широкое разнообразие преимуществ, которые описаны в вышеупомянутом патенте США 4041203, выданном авторам Брок и др. (Brock et al.). Нетканый материал также может быть нанесен в виде слоя на полиолефиновую пленку, или вспененный материал, или другую подложку.

Материал, полученный аэродинамическим способом из расплава, и другие слои нетканых материалов могут быть выполнены из одного и того же или из различных материалов. Широкое разнообразие термопластических материалов используется для формирования нетканых слоев материала, включая без ограничения полиэтилен, полипропилен, полиамиды, полиэфиры, сополимеры, состоящие, главным образом, из этилена и С₃-С₁₂алфаолефинов (которые общеизвестны как линейный полиэтилен низкой плотности), сополимеры, в основном, состоящие из пропилена с этиленом и/или C₄-C₁₂алфаолефинов, и гибкие полиолефины, включающие полимеры на основе пропилена, имеющие как атактические, так и изотактические пропиленовые группы в главной полипропиленовой цепочке. Другие подходящие полимеры включают без ограничения эластомеры, например полиуретаны, эфиры сополиэфиров, блоксополимеры полиамидных полиэфиров, этиленвинилацетатные сополимеры, полиакрилаты, этиленалкилакрилаты, полиизобутилен, полибутадиен, изобутилен-изопреновые сополимеры, блоксополимеры, имеющие общую формулу А-В-А" или А-В, такие как сополи(стирол/этилен-бутилен), стирол-поли(этилен-пропилен), стирол-поли(этилен-бутилен)-стирол, полиситрен/поли-(этилен-бутилен), полистирол, поли(стирол/этилен-бутилен/стирол) и т.п. Также используются полиолефины с ограниченной геометрией и/или полиолефины, полученные на металлоценовых катализаторах, включая описанные в патентах США 5571619, 5322728 и 5272236, описания которых включены в настоящее описание в качестве ссылок.

Полимеры, приготовленные с использованием ограниченной геометрии и/или металлоценовых катализаторов, имеют очень узкий диапазон молекулярного веса. Номера полидисперсности (Mw/Mn) меньше 4 и даже меньше 3 являются возможными для полимеров, полученных с использованием катализаторов с ограниченной геометрией и/или металлоценовых катализаторов. Эти полимеры также имеют контролируемое распределение разветвления короткой цепочки по сравнению с аналогичными в остальном полимерами, полученными с использованием катализаторов Циглера-Натта. Возможно также использовать системы катализаторов с ограниченной геометрией и/или металлоценовые каталитические системы для достаточно близкого управления изотактичностью полимера.

В предпочтительном варианте воплощения нетканый материал вытягивается с использованием многоэтапного способа. Было обнаружено, что, когда нетканый материал вытягивается на короткую суммарную дистанцию вытягивания, как описано здесь, достигаются некоторые преимущества в результате выполнения общего вытягивания с использованием ряда последовательных этапов вытягивания на меньшее расстояние. Одно преимущество состоит в том, что получается продукт с меньшим весом единицы площади, когда материал вытягивается с использованием ряда последовательных этапов с меньшим расстоянием. Это приводит к снижению затрат из-за меньшего сужения материала при меньшем весе единицы площади и большей площади получаемого продукта.

Важно, чтобы одни и те же предпочтительные свойства мягкости и барьера для жидкости могли быть достигнуты с использованием исходного материала с меньшим весом единицы площади, когда нетканый материал вытягивается с использованием многократных этапов. Предпочтительно материал вытягивается в двух или большем количестве этапов. Более предпочтительно материал вытягивается в трех или большем количестве этапов.

Процент общего вытягивания и общее расстояние вытягивания могут быть приблизительно одинаковыми, независимо от того используется ли одноэтапное или многоэтапное вытягивание. Таким образом, предпочтительные диапазоны, приведенные выше для процентного вытягивания и общего расстояния вытягивания применимы для одноэтапных и многоэтапных способов. Когда применяется многоэтапный способ, предпочтительно, хотя и не обязательно, чтобы все этапы были равными. Например, общее расстояние вытягивания в 7,5 дюймов (19,1 см) может быть выполнено в трех одинаковых этапах по 2,5 дюйма (6,35 см) для достижения оптимального улучшения физических свойств.

ПРОЦЕДУРЫ ИСПЫТАНИЙ

Следующие процедуры испытаний применялись совместно с Примерами, приведенными ниже.

Тест на гидростатическое давление (напор водного столба).

Сопротивление напора водного столба измерялось в соответствии со Способом 5514 Федерального Стандарта испытательных методик Номер 191А, который является эквивалентом способа испытаний ААТСС 127-89 и способа испытаний INDA 80.4-92. Эти способы испытаний включены в настоящее описание в качестве ссылки.

Тест на надавливание чашечкой (на мягкость).

Этот тест используется для определения различимой величины мягкости нетканого материала с использованием пиковой нагрузки и единиц энергии на Испытательной машине Sintech Tensile Machine при постоянной скорости удлинения (ПСУ) (CRE). Машина с ПСУ представляет собой испытательную машину, в которой скорость увеличения длины образца поддерживается равномерной по времени. Образец нетканого материала формируется внутри чашечки. Ножка опускается в чашечку, "раздавливая" образец, и ПСУ измеряет пиковую нагрузку и энергию, необходимую для раздавливания материала. Полученные результаты представляют собой выражение жесткости материала. Чем жестче материал, тем выше величина пиковой нагрузки.

Для проведения этого теста из нетканого материала вырезаются, как минимум, три случайных образца. Каждый образец имеет 225 мм в ширину и 225 мм в длину. Машина ПСУ затем подготавливается следующим образом.

1. Машину подготавливают в соответствии с инструкциями изготовителя и с использованием условий в следующих этапах данной секции:

1.1 Установить НАПРАВЛЕНИЕ НАГРУЗКИ в положение ВНИЗ.

1.2 Установить НАПРАВЛЕНИЕ РАСТЯЖЕНИЯ в положение ВНИЗ.

1.3 Установить ДЛИНУ ИЗМЕРИТЕЛЯ на 3,820,1 дюйма (972,5 мм). Эта величина измеряется от вершины плиты основания до плоской вершины ножки.

1.4 Установить СКОРОСТЬ ПОЛЗУНА на значение 16,00,5 дюймов/минуту (40010мм).

1.5 Установить ОГРАНИЧЕНИЕ НАТЯЖЕНИЯ на ВОЗВРАТ при 62,9%.

1.6 Установить ВЕРХНИЙ ПРЕДЕЛ РАСТЯЖЕНИЯ на 2,6 дюйма (63 мм).

1.7 Установить ЭНЕРГИЮ на начало считывания при 15 мм (0,61 дюйма).

1.8 Установить ЭНЕРГИЮ на остановку считывания при 60 мм (2,46 дюйма).

2. Выбрать и установить элемент нагрузки на диапазон, соответствующий для испытуемого материала.

Примечание 1. Эти установки могут быть установлены вручную на оборудовании Sintech или, если оборудование Sintech установлено в режим Testworks, с использованием версии DOS. Все параметры настройки могут быть установлены с использованием компьютерного диска, который может быть получен от Roswell Test Standardization.

Примечание 2. Для установки вашего оборудования в соответствии с вышеприведенными инструкциями установки системы (с 9.1.3 по 9.1.8) используйте цифры, обозначенные жирным шрифтом с наклоном.

Испытательные образцы кондиционируют в стандартной лабораторной атмосфере 232^oС и относительной влажности 505%. Затем образцы подвергают испытаниям в соответствии со следующей процедурой:

1. Установить стальное кольцо поверх формующего цилиндра.

2. Отцентрировать образец поверх формующего цилиндра.

3. Сдвинуть формующую чашечку поверх цилиндра до тех пор, пока материал не будет зажат между цилиндром и стальным кольцом.

4. Осторожно приподнять формующую чашечку и проверить, что образец зажат между стальным кольцом и формующим цилиндром.

Примечание 3. Если образец не зажат между формующим кольцом и цилиндром со всех сторон, этот образец должен быть отброшен.

5. Поместить формующую чашечку поверх пластины основания.

Примечание 4. Убедитесь, что формующая чашечка плотно установлена поверх края пластины основания.

6. Запустить ползун.

7. После окончания испытания снять образец с пластины основания.

8. Для следующих образцов повторить этапы 1-7.

Значение пиковой нагрузки затем записывается в граммах для каждого образца. Энергия записывается в граммах/мм для каждого образца, и определяется среднее значение ряда результатов для ряда образцов.

Вес единицы площади

Вес единицы площади определяется путем измерения массы образца нетканого материала и деления ее на площадь, покрываемую образцом.

ПРИМЕРЫ

Следующие примеры выполнялись с использованием материала SMS, производства компании Кимберли-Кларк Корпорейшн (Kimberly-Clark Corporation). Материал SMS представлял собой слоистый материал из слоев материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха из полипропиленового сополимера (3% этилена), полипропиленового материала (включающего 10% полибутилена), полученного аэродинамическим способом из расплава, и другого идентичного материала, полученного эжектированием высокоскоростным потоком воздуха из полипропиленового сополимера. Материал SMS имел исходный вес единицы площади (до растягивания) приблизительно 1,4-1,5 унции/ярд² (47,5-50,9 г/м²). Образцы этого материала растягивались с использованием одноэтапного или трехэтапного растягивания с использованием устройства, аналогичного изображенному на Фиг.1, и описанному выше. Температура вытягивания находилась в диапазоне от приблизительно 210 до 220^oF (98,9-104,4^oС). Материал SMS имел исходную ширину приблизительно 20 дюймов (50,8 см), и вытягивание выполнялось с использованием (без намотки) линейных скоростей приблизительно 200 футов/мин (61 м/мин).

Сравнение расстояния вытягивания и процента сужения (Примеры 1-3)

Используя одноэтапное вытягивание, измеряли процент сужения для трех образцов, растянутых на 7% вдоль длины с использованием различных расстояний вытягивания. Были получены результаты, приведенные в табл.1.

Из табл. 1 видно, что при постоянной величине линейного вытягивания сужение улучшается (уменьшается) при малых расстояниях вытягивания. Использование расстояния вытягивания 20 дюймов показало существенное улучшение сужения по сравнению с расстоянием вытягивания 55 дюймов. Использование расстояния вытягивания 4 дюйма привело к существенному дополнительному улучшению.

Сравнение раздавливания чашечки (мягкости) и расстояния вытягивания (Примеры 4-6).

Используя одноэтапное вытягивание, надавливание чашечкой (мягкость) измеряли для трех образцов, которые вытягивались на 7% с использованием различного расстояния вытягивания, при этом были получены результаты, приведенные в табл. 2, мягкость продукта улучшалась в случае применения очень малого расстояния вытягивания по сравнению с двумя большими расстояниями вытягивания.

Сравнение величины напора водного столба (барьера для жидкости) с расстоянием вытягивания и процентом вытягивания (Примеры 7-16, табл.3).

Используя одноэтапное вытягивание, готовили образцы, полученные при различном расстоянии вытягивания и различном проценте вытягивания, которые испытывались на напор водного столба.

После представления в виде матрицы взаимозависимость между расстоянием вытягивания, процентом вытягивания и напором водного столба показана в табл. 4.

Для каждого испытанного отношения растягивания сопротивление напора водного столба становилось выше при уменьшении расстояния вытягивания. При постоянном расстоянии вытягивания отношение вытягивания ниже 7% и выше 10% показало лучшую сопротивляемость напору водного столба, чем отношение вытягивания 7-10%.

Сравнение веса единицы площади с расстоянием вытягивания и процентом вытягивания (Примеры 17-27, табл.5).

Используя одноэтапное вытягиванием, образцы готовили при различных расстояниях вытягивания и различном проценте вытягивания и испытывали на вес единицы площади продукта.

Как показано в табл. 5, вес единицы площади несколько понижался при снижении расстояния вытягивания для всех значений процента вытягивания. Это соответствует Примерам 1-3, которые показывают, что большее расстояние вытягивания приводит к большему сужению, то есть большему сжатию в поперечном направлении. Образцы с большей величиной сужения, предположительно, должны иметь большую единицу площади для данной величины процента вытягивания.

Однако оказалось удивительным и непредвиденным, что образцы с наименьшим весом единицы площади (которые были получены при самых коротких расстояниях вытягивания) также имели тенденцию иметь наибольшую сопротивляемость напору водного столба, как показано в Примерах 7-16, наряду с некоторым улучшением мягкости, как показано в Примерах 4-6. Таким образом, для отдельных процентных величин растягивания использование более коротких расстояний вытягивания приводило к получению исключительных продуктов из нетканых материалов, имеющих отличные барьерные свойства для жидкости и мягкость.

Было отмечено, что многие из вышеприведенных образцов испытывались на прочность на разрыв. Не наблюдалось какого-либо значимого изменения в пределе прочности на разрыв продукта при различных расстояниях вытягивания.

Сравнение одноэтапного вытягивания и трехэтапного вытягивания (Примеры 28-35).

Были подготовлены образцы с использованием одноэтапного и трехэтапного вытягивания при четырех различных значениях процента растягивания, причем расстояние одноэтапного вытягивания составляло 6 дюймов (15,2 см). Для многоэтапного вытягивания расстояние вытягивания 6 дюймов (15,2 см) было разделено на три одинаковых этапа по 2 дюйма (5,1 см) каждый.

В табл.6 приведены суммарные данные использовавшихся условий.

Эти образцы испытывались на мягкость, сопротивляемость напору водного столба и вес единицы площади, и по результатам был составлен график.

На Фиг. 2 изображена зависимость мягкости от процента вытягивания. Для каждого уровня вытягивания образцы, приготовленные с использованием трехэтапного вытягивания, имели несколько лучшую мягкость, что можно видеть по меньшим величинам раздавливания чашечки, по сравнению с образцами, подготовленными с использованием одноэтапного вытягивания.

На Фиг.3 изображена зависимость напора водного столба от процента вытягивания. При коротких отношениях вытягивания 6% и 12% образцы, которые были подготовлены с использованием трехэтапного вытягивания, имели несколько меньшие, но адекватные значения величины напора водного столба (лучшая сопротивляемость давлению жидкости), чем образцы, подготовленные с использованием одноэтапного вытягивания. Эта тенденция обратилась на противоположную при 19% растягивания.

На Фиг.4 изображена зависимость веса единицы площади от процента растягивания. При коротких отношениях растягивания 6% и 12% образцы, подготовленные с использованием трехэтапного вытягивания, имели существенно меньший вес единицы площади, чем образцы, подготовленные с использованием одноэтапного вытягивания. Это преимущество исчезало при 19% вытягивания.

В итоге, при отношении вытягивания от 6% до 12% многоэтапное вытягивание позволяло получить намного лучшие продукты, имеющие неожиданную комбинацию меньшего веса единицы площади и адекватного сопротивления напору водного столба, а также улучшенную мягкость по сравнению с продуктами, изготовленными с использованием одноэтапного вытягивания.

В то время как варианты воплощения настоящего изобретения, описанные здесь, в настоящее время рассматриваются как предпочтительные, различные модификации и усовершенствования могут быть сделаны без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения обозначен в прилагаемой формуле изобретения, и все изменения, которые попадают в диапазон эквивалентов, предназначены для охвата этим объемом.