способ и аппаратура для однородного растяжения термопластичной пленки и полученные таким образом продукты

Формула изобретения

1. Способ получения термопластичной пленки, включающий

экструдирование термопластичного экструдата в виде полотна в его расплавленном состоянии,

размещение охлаждающего валка, работающего при окружной скорости (V₁ ) и при температуре (T₁), для приема и охлаждения упомянутого полотна с получением таким образом пленки,

размещение второго валка, работающего при окружной скорости (V₂), превышающей упомянутую V ₁, для приема упомянутой пленки при температуре (Т ₂),

дистанцирование упомянутого второго валка от упомянутого охлаждающего валка с получением интервала между валками, не превышающего одного дюйма между упомянутым охлаждающим валком и упомянутым вторым валком, для растяжения упомянутой пленки,

однородное растяжение упомянутой пленки в упомянутом интервале между валками при температуре растяжения в диапазоне между упомянутыми T₁ и Т₂ при скорости в диапазоне между упомянутыми V₁ и V ₂ с получением подвергнутой растяжению термопластичной пленки, характеризующейся, по существу, однородной толщиной.

2. Способ по п.1, где интервал между валками находится в диапазоне от приблизительно 0,005 до приблизительно 0,05 дюйма.

3. Способ по п.1, где интервал между валками составляет приблизительно 0,01 дюйма.

4. Способ по п.1, где соотношение между упомянутыми V₂ и V₁ обеспечивает получение степени растяжения в диапазоне от приблизительно 1,25:1 до приблизительно 4:1.

5. Способ по п.1, где упомянутый охлаждающий валок является металлическим валком, который взаимодействует с опорным валком с получением первого зазора для приема упомянутого полотна.

6. Способ по п.5, где упомянутый охлаждающий валок выбирают из группы, состоящей из металлического валка для тиснения и гладкого хромированного валка.

7. Способ по п.5, где упомянутый опорный валок выбирают из группы, состоящей из резинового валка и металлического валка.

8. Способ по п.5, где упомянутый второй валок взаимодействует с еще одним опорным валком с получением второго зазора для приема упомянутой пленки из упомянутого первого зазора.

9. Способ по п.8, где упомянутый второй валок является металлическим валком.

10. Способ по п.8, где упомянутый опорный валок является резиновым валком.

11. Способ по п.1, где рядом с упомянутым охлаждающим валком размещают вакуумную камеру.

12. Способ по п.11, где упомянутый охлаждающий валок выбирают из группы, состоящей из металлического валка для тиснения и гладкого хромированного валка.

13. Способ по п.11, где упомянутый второй валок взаимодействует с опорным валком с получением первого зазора для приема упомянутой пленки от упомянутого охлаждающего валка.

14. Способ по п.13, где упомянутый второй валок является металлическим валком, а упомянутый опорный валок является резиновым валком.

15. Способ по п.1, где упомянутая V₁ составляет величину, несколько меньшую той, при которой для экструдированного полотна наступает начало резонанса при вытяжке экструдата, а кратность V ₂ по отношению к V₁ находится в диапазоне вплоть до приблизительно 4 или более.

16. Способ по п.15, где кратность V₂ по отношению к V ₁ находится в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 4.

17. Способ по п.1, где экструдированная пленка на охлаждающем валке характеризуется первоначальной толщиной, а подвергнутая растяжению пленка характеризуется толщиной, вплоть до приблизительно в 4 и более раз меньшей первоначальной толщины.

18. Способ по п.1, где упомянутую пленку подвергают однородному растяжению при скоростях вплоть до 4000 или более линейных футов в минуту.

19. Способ по п.1, где упомянутый термопластичный экструдат представляет собой термопластичный полимер, включающий диспергированную фазу порообразующих частиц, выбираемых из группы, состоящей из неорганического наполнителя и органического материала, а упомянутая подвергнутая растяжению термопластичная пленка является микропористой, характеризующейся определенной величиной скорости прохождения водяного пара (СПВП) и являющейся непроницаемой для прохождения жидкости.

20. Способ по п.19, где величина упомянутой СПВП превышает приблизительно 1000 г/м²/день в соответствии с документом ASTM Е96 (Е).

21. Способ по п.19, где величина упомянутой СПВП находится в диапазоне от приблизительно 1000 до приблизительно 4000 г/м²/день в соответствии с документом ASTM Е96 (Е).

22. Способ по п.1, где упомянутый термопластичный экструдат содержит полимер, где упомянутый полимер выбирают из группы, состоящей из полиолефина, сложного полиэфира, найлона и смесей или продуктов совместного экструдирования двух или более таких полимеров.

23. Способ по п.22, где упомянутый полиолефин выбирают из группы, состоящей из полиэтилена, полипропилена, их сополимеров и их смесей.

24. Способ по п.23, где упомянутый полиолефин включает дисперсную фазу порообразующих частиц, выбираемых из группы, состоящей из неорганического наполнителя и органического материала, а упомянутая подвергнутая растяжению термопластичная пленка является микропористой.

25. Способ по п.24, где упомянутые частицы порообразующего наполнителя выбирают из группы, состоящей из карбоната кальция, сульфата бария, диоксида кремния, талька и слюды.

26. Способ по п.23, где температура пленки в упомянутом интервале между валками находится в диапазоне приблизительно от 20 до 100°С (от 68 до приблизительно 212°F).

27. Способ по п.26, где температура пленки в упомянутом интервале между валками находится в диапазоне приблизительно от 30 до 80°С (от 86 до 176°F).

28. Способ по п.26, где температура упомянутого второго валка находится в диапазоне приблизительно от 21 до 82°С (от 70 до 180°F).

29. Способ по п.1, где температуру растяжения контролируют при помощи охлаждающего валка.

30. Способ по п.29, где упомянутый второй валок контролируемо выдерживает Т₂ на уровне температуры окружающей среды или более высокой температуры.

31. Способ по п.1, где упомянутую Т₂ выдерживают равной или меньшей T ₁.

32. Способ по п.1, где упомянутая пленка характеризуется соотношением между прочностью при растяжении ПрН при относительном удлинении 25% и прочностью при растяжении ПпН при относительном удлинении 25%, превышающим 2, что обеспечивает получение упомянутой пленки, характеризующейся модулем упругости, позволяющим работать с полотном, и пределом прочности при растяжении ПпН, соответствующим получению мягкости.

33. Способ по п.1, где упомянутым термопластичным полимером является эластомерный полимер.

34. Способ по п.33, где упомянутый эластомерный полимер выбирают из группы, состоящей из поли(этилена-бутена), поли(этилена-гексена), поли(этилена-октена), поли(этилена-пропилена), поли(стирола-бутадиена-стирола), поли(стирола-изопрена-стирола), поли(стирола-этилена-бутилена-стирола), поли(сложного эфира-простого эфира), поли(простого эфира-амида), поли(этилена-винилацетата), поли(этилена-метилакрилата), поли(этилена-акриловой кислоты), поли(этилена-бутилакрилата), полиуретана, поли(этилена-пропилена-диена) и этиленпропиленового каучука.

35. Способ по п.34, где упомянутый полимер содержит порообразующие частицы неорганического наполнителя, которые при растяжении придают упомянутой пленке микропористость.

36. Способ по п.1, где упомянутая подвергнутая растяжению термопластичная пленка характеризуется толщиной порядка величины в диапазоне от приблизительно 0,25 (приблизительно 6 г/м²) до приблизительно 10 (приблизительно 250 г/м²) милов.

37. Способ по п.1, где упомянутый термопластичный экструдат содержит

от приблизительно 30% до приблизительно 45 мас.% линейного полиэтилена низкой плотности или полипропилена,

от приблизительно 1% до приблизительно 10 мас.% полиэтилена низкой плотности и

от приблизительно 40% до приблизительно 60 мас.% частиц наполнителя карбоната кальция.

38. Способ по п.37, где состав дополнительно содержит компонент, выбираемый из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности, диоксида титана и их смесей.

39. Способ по п.1, где упомянутый термопластичный экструдат представляет собой полученную в результате совместного экструдирования структуру, состоящую из одного или нескольких слоев различных полимерных составов, образующую термопластичную пленку, выбираемую из группы, состоящей из

(a) проницаемой по газу микропористой пленки,

(b) непроницаемой по газу микропористой пленки и

(c) немикропористой пленки.

40. Способ по п.39, где полученная в результате совместного экструдирования структура включает один или несколько слоев из полимера, выбираемого из группы, состоящей из полипропилена, линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП), полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и их смесей.

41. Способ по п.1, включающий дополнительную стадию введения упомянутой термопластичной пленки в валки пошагового растяжения для проведения пошагового растяжения упомянутой пленки.

42. Способ по п.41, где упомянутые валки пошагового растяжения включают первую секцию и вторую секцию, и упомянутую пленку подвергают пошаговому растяжению в первом направлении с использованием упомянутой первой секции с последующим пошаговым растяжением во втором направлении с использованием упомянутой второй секции.

43. Способ по п.42, где упомянутые первое и второе направления растяжения являются, по существу, перпендикулярными друг другу.

44. Способ по п.37, где упомянутая подвергнутая растяжению термопластичная пленка характеризуется толщиной пленки в диапазоне приблизительно от 0,25 до 2 милов.

45. Способ получения проницаемой по газу и непроницаемой по жидкости микропористой термопластичной пленки, включающий

экструдирование термопластичного расплавленного экструдата, формуемого с приданием микропористости, выбираемого из группы, состоящей из полипропилена, полиэтилена, их сополимеров и их смесей, при этом упомянутый экструдат содержит порообразующий наполнитель,

размещение охлаждающего валка, работающего при окружной скорости (V₁) и при температуре (T₁), для охлаждения упомянутого полотна с получением таким образом пленки, формуемой с приданием микропористости,

размещение второго валка, работающего при окружной скорости (V₂), превышающей упомянутую V ₁, для приема упомянутой пленки при температуре (Т ₂),

дистанцирование упомянутого второго валка от упомянутого охлаждающего валка с получением интервала между валками, не превышающего одного дюйма между упомянутым охлаждающим валком и упомянутым вторым валком, для растяжения упомянутой пленки,

однородное растяжение упомянутой пленки в упомянутом интервале между валками при температуре растяжения в диапазоне между упомянутыми T₁ и Т₂ при скорости в диапазоне между упомянутыми V₁ и V ₂ с получением микропористой термопластичной пленки, характеризующейся толщиной пленки в диапазоне от приблизительно 0,25 до приблизительно 10 милов.

46. Способ по п.45, где микропористая пленка характеризуется величиной скорости прохождения водяного пара (СПВП), превышающей приблизительно 1000 г/м² /день в соответствии с документом ASTM Е96 (Е).

47. Способ по п.45, где величина упомянутой СПВП находится в диапазоне от приблизительно 1000 до приблизительно 4000 г/м ²/день в соответствии с документом ASTM Е96 (Е).

48. Способ по п.45, где упомянутая микропористая пленка характеризуется соотношением между прочностью при растяжении ПрН при относительном удлинении 25% и прочностью при растяжении ПпН при относительном удлинении 25%, превышающим 2, что обеспечивает получение упомянутой микропористой пленки, характеризующейся модулем упругости, позволяющим работать с полотном, и пределом прочности при растяжении ПпН, соответствующим получению мягкости.

49. Способ по п.1, где пленку подвергают отжигу.

50. Способ по п.1, включающий дополнительную стадию ламинирования упомянутого экструдата на растяжимый нетканый волокнистый лист во время упомянутого экструдирования с получением ламината, образованного из упомянутых полотна и листа, перед упомянутым однородным растяжением.

51. Способ по п.1, включающий дополнительную стадию ламинирования упомянутой подвергнутой растяжению термопластичной пленки на нетканый волокнистый лист с получением ламината, образованного из упомянутой пленки и упомянутого листа, после упомянутого однородного растяжения.

52. Продукт, полученный способом по любому из пп.1-51.

53. Устройство для получения подвергнутой растяжению термопластичной пленки, включающее

экструдер для экструдирования термопластичного расплавленного экструдата в виде полотна,

охлаждающий валок для работы при окружной скорости (V₁) и при температуре (T₁) для приема и охлаждения упомянутого полотна с получением таким образом пленки,

второй валок для работы при окружной скорости (V ₂), превышающей упомянутую V₁, для приема упомянутой пленки при температуре (Т₂ ),

при этом упомянутый второй валок дистанцирован от упомянутого охлаждающего валка с получением интервала между валками, не превышающего одного дюйма между упомянутым охлаждающим валком и упомянутым вторым валком, для растяжения упомянутой пленки с получением пленки, характеризующейся однородной толщиной.

54. Устройство по п.53, где упомянутый охлаждающий валок дистанцирован от упомянутого второго валка с получением интервала между валками в диапазоне от приблизительно 0,005 до приблизительно 0,05 дюйма.

55. Устройство по п.53, где упомянутые валки сконструированы для работы при соотношении между скоростями V₂ и V₁ в диапазоне от приблизительно 1,25:1 до приблизительно 4:1.

56. Устройство по п.53, где упомянутый охлаждающий валок является металлическим валком, который взаимодействует с опорным валком с получением первого зазора для приема упомянутого полотна.

57. Устройство по п.56, где упомянутый охлаждающий валок выбирают из группы, состоящей из металлического валка для тиснения и гладкого хромированного валка.

58. Устройство по п.56, где опорный валок выбирают из группы, состоящей из резинового валка и металлического валка.

59. Устройство по п.53, где упомянутый второй валок взаимодействует с еще одним опорным валком с получением второго зазора для приема упомянутой пленки из упомянутого первого зазора.

60. Устройство по п.59, где упомянутый второй валок выбирают из группы, состоящей из металлического валка и резинового валка.

61. Устройство по п.53, где рядом с упомянутым охлаждающим валком размещена вакуумная камера.

62. Устройство по п.61, где упомянутый охлаждающий валок выбирают из группы, состоящей из металлического валка для тиснения и гладкого хромированного валка.

63. Устройство по п.61, где упомянутый второй валок взаимодействует с опорным валком с получением первого зазора для приема пленки от упомянутого охлаждающего валка.

64. Устройство по п.53, дополнительно включающее валки пошагового растяжения для пошагового растяжения упомянутой пленки.

65. Устройство по п.64, где упомянутые валки пошагового растяжения включают первую секцию и вторую секцию для пошагового растяжения пленки в первом направлении с последующим пошаговым растяжением во втором направлении.

66. Устройство по п.65, где упомянутые первое и второе направления растяжения являются, по существу, перпендикулярными друг другу.

67. Устройство по п.53, где упомянутый экструдер работает при скорости экструдирования, доходящей вплоть до максимальной, а упомянутые охлаждающий и второй валки работают при V₁ и V₂ , соответственно, кратность которых по отношению к упомянутой скорости экструдирования доходит вплоть до приблизительно 4 или более.

68. Устройство по п.67, где упомянутые валки работают при скоростях вплоть до приблизительно 4000 или более линейных футов в минуту.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к способу однородного растяжения термопластичной пленки, с регулированием таким образом толщины пленки, подвергнутой растяжению, и приданием ей желательных механических свойств.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существуют три широко известных способа растяжения термопластичных пленок. Один называется ориентацией в продольном направлении (ОПрН), и он включает растяжение пленки между двумя парами валков. Пленку зажимают в зазорах первой пары валков, которые движутся при относительно малой скорости, и второй пары валков, расположенной на технологической схеме после первой пары, которые двигаются при более высокой скорости в сопоставлении с первой парой. Вследствие различия в скоростях движения пленка между парами валков должна либо растягиваться, либо разрываться, чтобы обеспечить соответствие и различия скоростей. Соотношение скоростей валков в грубом приближении будет определять величину, на которую пленка будет растягиваться. Например, если первая пара движется со скоростью 100 футов в минуту (фут/мин), а вторая пара движется со скоростью 300 фут/мин, то тогда в грубом приближении пленка будет растягиваться до величины, в три раза превышающей ее первоначальную длину. В способе ОПрН пленку подвергают растяжению только в продольном направлении (ПрН). Способ растяжения ОПрН используют для создания ориентированной пленки или микропористой пленки, например, если пленка содержит диспергированный неорганический наполнитель, который при растяжении создает микропористость. Микропоры, образованные в микропористой пленке, подвергнутой растяжению по способу ОПрН, имеют тенденцию к приобретению овальной формы и являются относительно крупными, например, имея размеры вплоть до 1,5 мкм по длинной оси. Ранним примером растяжения или ориентации микропористой пленки для улучшения прохождения газа и паров влаги при использовании валков с различными скоростями является патент США 3832267, который был выдан в 1974 году. Данный патент '267 также описывает и второй способ растяжения, который называется растяжением в раме. В наиболее простом представлении способ растяжения в раме включает захват сторон пленки и растяжение ее в боковом направлении. В течение многих лет это был единственный способ растяжения пленки в боковом направлении или в поперечном направлении (ПпН). Для способа растяжения в раме имелась тенденция к его замедленному осуществлению, и поскольку усилия концентрировались на краях пленки, зачастую пленка однородному растяжению не подвергалась. В патенте США 4704238 описывают аппаратуру для растяжения в раме, включающую зону предварительного нагревания и зону растяжения с последующей зоной термической усадки для облегчения растяжения предварительно сформованной пленки, полученной по способам экструдирования с раздувом или полива из раствора. В данном патенте '238 термопластичная пленка содержит неорганические наполнители, такие как карбонат кальция, который в случае растяжения по способу растяжения в раме и/или термического отпуска приводит к получению микропористой пленки. Еще одним примером растяжения ОПрН для полимерной пленки и многослойной пленки является документ ЕР 848663, где экструдированный пленочный продукт сначала можно охладить, а затем после этого нагреть и подвергнуть растяжению до получения проницаемого по газу пленочного продукта. В дополнение к этому, экструдированную пленку можно подвергнуть растяжению непосредственно после экструдирования до того, как ее охладят.

Третий способ растяжения включает пошаговое растяжение термопластичной пленки. Данный способ описывается в ранней патентной литературе, например, патентах США 4153751, 4116892, 4289832 и 4438167. В практике данного способа пленка движется между желобчатыми и зубчатыми валками. Тогда, когда валки будут сведены вместе, желобки или зубья на валках будут формировать взаимозацепление без соприкосновения, и тогда, когда пленку будут пропускать между валками, она будет подвергаться растяжению. Пошаговому растяжению свойственно преимущество, заключающееся в обеспечении растяжения пленки в результате множества мелких приращений, которые однородно распределены по всей поверхности пленки. В результате это приводит к получению пленки, подвергнутой растяжению более однородно, что не всегда наблюдается в случае растяжения ОПрН и почти никогда не встречается в случае растяжения в раме. Пошаговое растяжение делает возможным растяжение пленки в вариантах ПрН, ПпН и под углом или любой комбинации данных трех направлений. Глубина, до которой входят в зацепление формирующие взаимозацепление зубья, определяет степень растяжения. Зачастую данный пошаговый способ растяжения просто обозначают как ПпН, ПрН или ПпН/ПрН. Что касается пошагового растяжения термопластичных пленок и ламинатов, то в этой связи было выдано несколько патентов США. Ранним примером современного уровня патентной литературы, в котором описывают способ пошагового растяжения пленки, является патент США 5296184. Другие близкие патенты, относящиеся к пошаговому растяжению термопластичных пленок и ламинатов, включают патенты США №№ 6265045, 6214147, 6013151, 5865926, 5861074, 5851937, 5422172 и 5382461.

Приведенное выше краткое описание методик растяжения и аппаратуры для получения полимерной пленки, подвергнутой ориентированию или растяжению, иллюстрирует усилия, которые были приложены для получения пленочных продуктов, обладающих желательными эстетическими и механическими свойствами. Несмотря на данные усилия, работа по улучшению известных способов получения термопластичных пленок и их ламинатов в целях изготовления качественных продуктов, обладающих улучшенными свойствами, не прекращается. Кроме того, продолжаются работы по улучшению аппаратуры для получения термопластичной пленки, подвергнутой ориентированию или растяжению, без значительных затрат капиталовложений. Исключительно желательной целью было бы достижение улучшений при экономии затрат капиталовложений и эксплуатационных расходов, но тем не менее при получении качественных продуктов.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к способу получения подвергнутой растяжению термопластичной пленки, демонстрирующей по существу однородную толщину при улучшенных механических свойствах. Способ включает экструдирование термопластичного экструдата в виде полотна в его расплавленном состоянии и размещение валков с различными скоростями для охлаждения пленки до ее твердого состояния и растяжение пленки между валками с получением подвергнутой растяжению пленки, демонстрирующей по существу однородную толщину.

Для того чтобы добиться достижения целей и преимуществ данного изобретения, в соответствии с его принципами было признано критичным расположение второго валка на технологической схеме после первого охлаждающего валка, обеспечивая получение интервала растяжения или зазора между валками, не превышающего 1 дюйма между валками (здесь и далее в настоящем документе называемого просто «коротким зазором (интервалом)»), для растяжения пленки. Было обнаружено, что, если короткий зазор выдержан не будет, то тогда термопластичные пленочные продукты, обладающие желательными механическими свойствами и эстетикой, получаться не будут. Например, соответствующие данному изобретению аппаратура и способ, характеризующиеся наличием короткого зазора, делают возможным получение пленочных продуктов, у которых толщина или калибр выдерживаются по существу однородными. Данное регулирование толщины пленки устраняет возникновение того, что в промышленности называют «тигровыми полосами», которые представляют собой визуальное свидетельство неоднородности по толщине, что делает пленку несколько неприглядной и нежелательной с точки зрения эстетики, в особенности потому, что пленочные продукты используют при изготовлении одежды, где неприглядность является нежелательной. В дополнение к этому, желательными являются пленочные продукты, у которых для того, чтобы получать продукты, пригодные для использования, требуется выдерживать величины модуля упругости и предела прочности при растяжении.

Желательные цели данного изобретения достигаются в результате использования остаточного тепла экструдирования в ходе пленкообразования для облегчения упрочнения непосредственно после экструдирования пленки. Однако, данная желательная экономия тепловой энергии необязательно будет в результате приводить к получению удовлетворительного продукта, если только для растяжения пленки не будет использоваться короткий зазор. Экспериментальные данные в подробных рабочих примерах данного изобретения, описанного здесь и далее в настоящем документе, иллюстрируют практику данного изобретения и получение желательных результатов.

Данное изобретение делает возможным превращение обычно используемой линии экструдирования отлитого изделия в линию переработки по способу ОПрН без затрат капиталовложений для обычно используемого оборудования ОПрН. В дополнение к этому, настоящее изобретение уменьшает затраты энергии, поскольку исключается дополнительная стадия нагревания охлажденного полотна в обычном способе растяжения ОПрН.

Данное изобретение также делает возможным получение полимерной пленки при использовании обычной линии экструдирования отлитого изделия при уровне скорости, превышающем ограничения для экструдера. Например, одно ограничение для скорости, при которой можно проводить экструдирование термопластичных полимеров, заключается в начале резонанса при вытяжке экструдата в тот момент, когда экструдат будет покидать экструзионную головку. Если конкретный экструдер может обеспечить получение экструдата при максимальной скорости 1000 линейных футов в минуту без резонанса, то тогда данное изобретение делает возможным растяжение получаемого в результате продукта без возникновения резонанса при вытяжке экструдата для того, чтобы получить на намоточном устройстве 2000, 3000, 4000 или даже более линейных футов в минуту (фут/мин). Таким образом, в данном варианте реализации изобретения скорость (V ₁) экструдата является несколько меньшей той, при которой наступает начало резонанса при вытяжке экструдата в экструдированном полотне. Пленку, экструдированную при V₁ , характеризующуюся определенной первоначальной толщиной, после этого подвергают растяжению при коротком интервале растяжения со скоростью (V₂), кратность которой скорости V₁ находится в диапазоне вплоть до приблизительно 4, то есть приблизительно от 2 до 4, или более. Получающийся в результате пленочный продукт характеризуется толщиной, которая составляет величину, меньшую толщины первоначальной экструдированной пленки в число раз, определяемое соответствующими соотношениями, например, в диапазоне приблизительно от 2 до 4 или более. В соответствии с этим, при использовании способа и аппаратуры данного изобретения при высоких скоростях в диапазоне от 2000 до 4000 фут/мин или более можно получать коммерчески приемлемые тонкие пленки, характеризующиеся однородной толщиной, по существу меньшей 1 мила, например, находящейся в диапазоне от 0,4 до 0,6 мила.

Говоря вкратце, с точки зрения состава термопластичные пленочные продукты содержат полимер, состоящий из полиолефина, сложного полиэфира, найлона и смесей или продуктов совместного экструдирования двух или более таких полимеров. Если желательным будет являться микропористый пленочный продукт или ламинат, то тогда термопластичный экструдат будет содержать диспергированную фазу порообразующих частиц, которые могут представлять собой неорганический наполнитель или органические частицы. В зависимости от полимера и степени микропористости, желательной для получения проницаемости по газу, температура пленки в коротком интервале между валками находится в диапазоне от 20 до 100°С.

Одна из целей изобретения заключается в получении пленочного продукта, характеризующегося высоким модулем упругости, позволяющим работать с ним, и пределом прочности при растяжении, подходящим для получения мягкости. В качестве термопластичного экструдата также возможно использование и эластомерных полимеров, в том числе металлоценовых полимеров, включая продукты сополимеризации этилена и альфа-олефинового сомономера, такого как бутен, гексен или октен.

Изобретение также относится к аппаратуре для получения подвергнутой растяжению термопластичной пленки, включающей экструдер для экструдирования термопластичного экструдата и валки с различными скоростями, охлаждающие пленку и формирующие зазор между валками, не больший 1 дюйма, для растяжения пленки с получением пленки, характеризующейся однородной толщиной по калибру. Охлаждающий валок может включать металлический валок для тиснения или гладкий хромированный валок, обычно в комбинации с опорой в виде резинового валка или металлического валка, что позволяет добиться получения желательных свойств и эстетики пленки, таких как тканеподобная поверхность с нанесенным тиснением, матированная поверхность или другие текстуры. Опорный валок взаимодействует с охлаждающим валком с получением зазора для приема расплавленного полотна и облегчения растяжения. Подобным же образом второй валок, который движется при окружной скорости, превышающей соответствующую характеристику для охлаждающего валка, для облегчения растяжения в коротком интервале может взаимодействовать с другим опорным валком, формируя второй зазор для приема пленки из первого зазора. Обычно второй валок является металлическим валком, а опорный валок является резиновым валком.

Аппаратуру для получения короткого зазора можно объединять с валками для пошагового растяжения, которые для подвергнутой растяжению пленки обеспечивают проведение дополнительной обработки в виде ее пошагового растяжения. Пошаговое растяжение пленки приводит к модифицированию механических свойств пленки, которые были получены в результате растяжения пленки в коротком интервале. Например, модифицирования различных текстур и эстетики можно добиться в результате проведения дополнительного пошагового растяжения, которое оказывает воздействие на скорость прохождения водяного пара (СПВП) и проницаемость по воздуху для пленки. Валки для пошагового растяжения обычно состоят из первой секции и второй секции для пошагового растяжения пленки в первом направлении (ПрН) с последующим пошаговым растяжением во втором направлении (ПпН), предпочтительно по существу перпендикулярном по отношению к ПрН.

Следующие далее подробное описание и примеры иллюстрируют способ получения термопластичных пленочных продуктов данного изобретения и аппаратуру. В свете данных примеров и данного подробного описания специалисту в соответствующей области техники станет очевидным то, что без отклонения от объема изобретения возможно получение его вариаций. Кроме того, при обращении к подробному описанию дополнительно будут поняты и другие выгоды, преимущества и цели данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Данное изобретение дополнительно будет понято при обращении к чертежам, в числе которых:

фиг.1 представляет собой схематическое изображение встроенного в единую технологическую линию способа экструдирования с растяжением ОПрН и пошаговым растяжением, обеспечивающего получение пленки или пленочного ламината данного изобретения при использовании короткого интервала растяжения «х»;

фиг.2 представляет собой вид в поперечном сечении, полученный в плоскости 2-2 фиг.1, иллюстрирующий в схематической форме формирующие взаимозацепление валки;

фиг.3 представляет собой схематическое изображение альтернативной формы аппаратуры для растяжения ОПрН при наличии короткого интервала «х»;

фиг.4 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для неподвергнутой растяжению пленки из примера I-O;

фиг.5 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для подвергнутой растяжению пленки из примера I-А;

фиг.6 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для подвергнутой растяжению пленки из примера I-В;

фиг.7 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для подвергнутой растяжению пленки из примера I-С;

фиг.8 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для подвергнутой растяжению пленки из примера I-D;

фиг.9 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для подвергнутой растяжению пленки из примера II-А;

фиг.10 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для подвергнутой растяжению пленки из примера II-В;

фиг.11 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для подвергнутой растяжению пленки из примера II-С;

фиг.12 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для подвергнутой растяжению пленки из примера III-А;

фиг.13 представляет собой полученную по методу СЭМ микрофотографию для подвергнутой растяжению пленки из примера III-В;

фиг.14 представляет собой схематическое иллюстративное сравнительное изображение для примеров V-A - V-D.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одна цель данного изобретения заключается в превращении обычно используемой линии экструдирования литьевого изделия с получением подвергнутого растяжению ОПрН термопластичного пленочного продукта без затрат капиталовложений для оборудования ОПрН, которое обычно используют для проведения переработки по способу ОПрН. В дополнение к этому, цель настоящего изобретения заключается в экономии денежных средств и энергии при получении термопластичных пленочных и ламинатных продуктов. Цель данного изобретения также заключается в упрощении переработки и растяжения термопластичной пленки в результате исключения дополнительных стадий, таких как нагревание холодного полотна в обычном способе ОПрН. Цель данного изобретения также заключается в получении термопластичной пленки при уровне скорости, превышающем ограничения для экструдера. Одна из выгод данного изобретения заключается в получении подвергнутой растяжению термопластичной пленки, демонстрирующей по существу однородную толщину и желательные механические свойства, такие как предел прочности при растяжении, ударная вязкость и модуль упругости. В соответствии с изобретением получают термопластичные пленки и ламинаты, которые являются желательными с точки зрения эстетики, то есть характеризуются внешним видом и восприятием на ощупь, подобными тем, что и у ткани. Также получают и микропористые пленочные продукты, характеризующиеся значительными скоростями прохождения водяного пара.

Вышеупомянутые цели и выгоды данного изобретения достигаются в случае варианта фиг.1, которая демонстрирует встроенную в единую технологическую линию систему ламинирования при экструдировании пленки с растяжением ОПрН и необязательно секцией валков со встречно-гребенчатой структурой ПпН + ПрН. Обычно используемая система экструдирования пленки включает экструдер 21 и экструзионную головку 22. Термопластичное полотно 26 экструдируют в его расплавленном состоянии из экструзионной головки 22 после воздушного шабера 23 в зазор, который образуют резиновый валок 25 и металлический валок 24. Если желательным будет являться ламинат, образованный из нетканого материала и пленки, то тогда на полотно 26 будут подавать нетканый материал 20. Поверхность резинового валка 25 обычно охлаждают в результате его частичного погружения в водный резервуар, который не показан. Пленку 26 охлаждают при помощи воздушного шабера 23 фиг.1 или при помощи воздушного шабера 33 и вакуумной камеры 34, которая действует в соединении с экструзионной головкой 35 и металлическими валками 36, 37, как это продемонстрировано в альтернативном варианте реализации фиг.3. Металлическим валком 24 могут являться валок с выгравированным узором или гладкий хромированный валок, предназначенные для получения либо пленки с нанесенным тиснением, либо гладкой пленки, и ее охлаждают до специфической температуры после прохождения через зазор между металлическим валком 24 и резиновым валком 25. Металлический валок выступает в роли охлаждающего валка, который обычно контролируемо выдерживают при температуре (Т ₁) для приема и охлаждения полотна до его молекулярно ориентируемого и растяжимого состояния. Второй валок 27 также обычно выдерживают при температуре (Т₂), которая равна или меньше Т₁. Температуры Т ₁ и Т₂ выдерживают на уровнях, зависящих от требуемых свойств пленки, и обычно они находятся в диапазоне от приблизительно температуры стеклования (Tg) до температуры плавления (Tm) полимера, присутствующего с наибольшей концентрацией в пленке. Пленку подвергают однородному растяжению в интервале между валками х при температуре растяжения в диапазоне от Т ₁ до Т₂, при скорости в диапазоне от V₁ до V₂ с получением подвергнутой растяжению термопластичной пленки, демонстрирующей по существу однородную толщину.

Термопластичное полотно 26 получают гладким или с нанесенным тиснением и охлаждают до определенной конкретной температуры после прохождения через металлический валок 24, который обычно контролируемо выдерживают при температуре Т₁ в диапазоне от Tg до Tm основного полимера (например, в диапазоне 70-160°F для полиолефиновых составов из ПЭ, ЛПЭНП, ПЭВП или ПП), и отслаивают в результате пропускания через еще один металлический валок 27, который обычно контролируемо выдерживают при температуре Т₂, равной или меньшей Т₁ в зависимости от требуемого свойства пленки. В данный момент пленку 29 формуют и охлаждают и ее будут перепускать далее по технологической схеме, где ее можно будет сматывать в форму рулона для различных сфер применения. Если желательным будет являться пошаговое растяжение, то тогда пленку 26, подвергнутую растяжению ОПрН, будут пропускать через формирующие взаимозацепление валки 40, 41 и 42, 43 для растяжения ПрН и ПпН, соответственно. Можно добавить резиновый валок 28 для получения еще одного зазора с металлическим валком 27. Данный зазор, формируемый резиновым валком 28 и металлическим валком 27, можно регулировать в горизонтальном или вертикальном направлениях с получением интервала х по отношению к зазору металлического валка 24. Интервал между металлическими валками 24 и 27 находится в диапазоне от 0,005" до 1", и металлический валок 27 обычно движется быстрее, чем металлический валок 24, приблизительно в 1,5-5 раз. Соотношение между выраженными в футах в минуту скоростями металлического валка 27 и металлического валка 24 определяют как степень растяжения. Короткий интервал «х» между валками определяют как наименьшее расстояние между окружностями охлаждающего валка 24 и второго валка 27. Данное расстояние измеряют непосредственно при использовании калиберного щупа, который является легкодоступным.

Интервал между валками составляет величину, не большую 1 дюйма, более предпочтительно находящуюся в диапазоне от приблизительно 0,005 до приблизительно 0,05 дюйма, обычно равную приблизительно 0,01 дюйма. Соотношение между V₂ и V ₁ составляет степень растяжения в диапазоне от приблизительно 1,25:1 до приблизительно 4:1. Предпочтительно охлаждающий валок является металлическим валком, таким как валок для тиснения, который взаимодействует с опорным валком с получением первого зазора для приема полотна экструдата. Если желательными будут являться пленки без нанесенного тиснения или гладкие пленки, то тогда охлаждающим валком будет являться гладкий хромированный валок. Второй металлический валок взаимодействует с еще одним опорным валком (обычно резиновым) с получением второго зазора для приема упомянутой пленки из упомянутого первого зазора. Вместе с упомянутым охлаждающим валком могут быть использованы вакуумная камера или воздушный шабер.

А. Термопластичные полимеры для пленки или ламинатов

Если желательным будет являться микропористый пленочный продукт, то тогда термопластичным экструдатом будет являться термопластичный полимер, включающий диспергированную фазу порообразующих частиц, выбираемых из группы, состоящей из неорганического наполнителя и органического материала, а подвергнутая растяжению термопластичная пленка будет являться микропористой, характеризующейся определенной величиной скорости прохождения водяного пара (СПВП) и являющейся непроницаемой для прохождения жидкости. Достигается величина СПВП, превышающая приблизительно 1000 г/м²/день в соответствии с документом ASTM E96(E), предпочтительно превышающая величину, находящуюся в диапазоне приблизительно от 1000 до 4000 г/м ²/день в соответствии с документом ASTM E96(E). В более широком плане термопластичный экструдат содержит полимер, где упомянутый полимер выбирают из группы, состоящей из полиолефина, сложного полиэфира, найлона и смесей или продуктов совместного экструдирования двух или более таких полимеров. Предпочтительно полиолефин выбирают из группы, состоящей из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), их сополимеров и их смесей, где полиолефин включает диспергированную фазу порообразующих частиц, выбираемых из группы, состоящей из неорганического наполнителя и органического материала, и упомянутая подвергнутая растяжению термопластичная пленка является микропористой. Частицы порообразующего наполнителя выбирают из группы, состоящей из карбоната кальция, сульфата бария, диоксида кремния, талька и слюды.

В случае использования для получения пленочного или микропористого продукта вышеупомянутого типа полиолефинов, то есть ПЭ, ПП, ЛПЭНП, ПЭНП или ПЭВП, температура пленки в упомянутом интервале между валками будет находиться в диапазоне приблизительно от 20 до 100°С (от 68 до приблизительно 212°F), обычно в диапазоне приблизительно от 30 до 80°С (от 86 до 176°F). Температура упомянутого второго валка находится в диапазоне от приблизительно 21 до 82°С (от 70 до 180°F). Температуру растяжения регулируют при помощи охлаждающего валка, а второй валок контролируемо поддерживает Т₂ на уровне температуры окружающей среды или более высокой температуры, что позволяет выдерживать пленку в ее молекулярно ориентируемом и растяжимом состоянии. Другими словами, Т₂ выдерживают равной или меньшей Т₁. Можно получить пленку, характеризующуюся соотношением между прочностью при растяжении ПрН при относительном удлинении 25% и прочностью при растяжении ПпН при относительном удлинении 25%, большим 2, что придает ей модуль упругости, позволяющий работать с полотном, и предел прочности при растяжении ПпН, соответствующий получению мягкости.

Возможно использование и других термопластичных полимеров, которые являются эластомерными. Эластомерные полимеры выбирают из группы, состоящей из сополимеров поли(этилен-бутен), поли(этилен-гексен), поли(этилен-октен), поли(этилен-пропилен), поли(стирол-бутадиен-стирол), поли(стирол-изопрен-стирол), поли(стирол-этилен-бутилен-стирол), поли(сложный эфир-простой эфир), поли(простой эфир-амид), поли(этилен-винилацетат), поли(этилен-метилакрилат), поли(этилен-акриловая кислота), поли(этилен-бутилакрилат), полиуретана, поли(этилен-пропилен-диен) и этиленпропиленового каучука. Данный класс каучукоподобных полимеров в настоящем документе в общем случае называют полиолефинами, полученными с использованием катализаторов с одним активным центром. Наиболее предпочтительные катализаторы на современном уровне техники известны под наименованием металлоценовых катализаторов, при использовании которых этилен, пропилен, стирол и другие олефины можно полимеризовать с бутеном, гексеном, октеном и тому подобным с получением эластомеров, подходящих для использования в соответствии с принципами данного изобретения. Эластомерный полимер также может содержать частицы порообразующего неорганического наполнителя, которые при растяжении придают упомянутой пленке микропористость. Можно получить подвергнутую растяжению термопластичную пленку, характеризующуюся толщиной порядка величины в диапазоне от приблизительно 0,25 до приблизительно 10 милов (приблизительно от 6 до 250 г/м²), предпочтительно приблизительно от 0,25 до 2 милов (приблизительно от 6 до 50 г/м²).

Предпочтительный термопластичный экструдат содержит от приблизительно 30% до приблизительно 45% (мас.) линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) или полипропилена (ПП), от приблизительно 1% до приблизительно 10% (мас.) полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и от приблизительно 40% до приблизительно 60% (мас.) частиц наполнителя - карбоната кальция. Состав дополнительно может включать компонент, выбираемый из группы, состоящей из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), диоксида титана и их смесей. Термопластичный экструдат может представлять собой полученную в результате совместного экструдирования структуру, состоящую из одного или нескольких слоев различных составов, таких как один или несколько слоев полимера, выбираемого из группы, состоящей из полипропилена, ЛПЭНП, ПЭНП и их смесей.

Как утверждалось выше, в соответствии с принципами данного изобретения можно получить как пленки с нанесенным тиснением, так и гладкие пленки. В случае пленки с нанесенным тиснением зазор между валками образуют металлический валок для тиснения и резиновый валок. Усилие сжатия между валками приводит к получению пленки с нанесенным тиснением, характеризующейся желательной толщиной порядка величины в диапазоне от приблизительно 0,25 до приблизительно 10 милов. Валки, которые имеют полированную хромированную поверхность, приводят к получению гладкой пленки. Вне зависимости от того, будет ли пленка являться пленкой с нанесенным тиснением или гладкой пленкой, при пошаговом растяжении с высокими скоростями будут получать микропористые пленочные продукты, характеризующиеся высокой скоростью прохождения водяного пара (СПВП) в пределах приемлемого диапазона приблизительно от 1000 до 4000 г/м ²/день. При использовании нетканых волокнистых полотен можно получить ламинаты, включающие микропористую пленку. Нетканое волокнистое полотно может включать волокна полиэтилена, полипропилена, сложных полиэфиров, вискозы, целлюлозы, найлона и смеси таких волокон. Для нетканых волокнистых полотен был предложен ряд определений. Волокна обычно представляют собой штапельное волокно или непрерывное волокно. Нетканые материалы обычно называют материалами, полученными по способу с эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, способу кардного прочеса, способу выдувания из расплава и тому подобному. Волокна или элементарные нити могут быть двухкомпонентными для облегчения сцепления. Например, возможно использование волокна, включающего оболочку и сердцевину из различных полимеров, таких как полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП); или могут быть использованы смеси волокон ПЭ и ПП. В соответствии с использованием в настоящем документе выражение «нетканое волокнистое полотно» используют в его общем смысле для определения в общем случае плоскостной структуры, которая является относительно плоской, гибкой и пористой и состоит из штапельного волокна или непрерывного волокна. Для ознакомления с подробным описанием нетканых материалов обратитесь к работе Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler, E. A. Vaughn, Association of the Nonwoven Fabrics Industry, 3d Edition (1992).

В предпочтительной форме микропористый ламинат использует пленку, характеризующуюся толщиной или калибром в диапазоне приблизительно от 0,25 до 10 милов (массой в диапазоне от 6 до 250 г/м²), и в зависимости от варианта использования толщина пленки будет варьироваться и наиболее предпочтительно в полезных сферах применения будет иметь порядок величины в диапазоне приблизительно от 0,25 до 2 милов. Нетканые волокнистые плотна ламинированного листа обычно характеризуются массой в диапазоне приблизительно от 5 г/ярд² до 75 г/ярд ², предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 40 г/ярд². Композит или ламинат можно подвергать пошаговому растяжению в поперечном направлении (ПпН) с получением композита, подвергнутого растяжению ПпН. Кроме того, за растяжением ПпН может следовать растяжение в продольном направлении (ПрН) с получением композита, который будет подвергнут растяжению в направлениях как ПпН, так и ПрН. В соответствии с вышеизложенным микропористую пленку или ламинат можно использовать во многих различных сферах применения, таких как детские подгузники, детские тренировочные брюки, менструальные прокладки и одежда и тому подобное, когда необходимыми являются возможность прохождения водяного пара и воздуха, а также характеристики непроницаемости по жидкости.

В. Растяжные машины для микропористых пленки и ламинатов

Для растяжения пленки или ламината, образованного из нетканого волокнистого полотна и пленки, формуемой с приданием микропористости, могут быть использованы несколько различных растяжных машин и методик. Данные ламинаты, образованные из нетканых кардных волокнистых полотен из штапельного волокна или нетканых волокнистых полотен, полученных по способу с эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, можно подвергнуть растяжению при использовании растяжных машин и методик, описываемых следующим образом:

1. Растяжная машина с диагональным взаимозацеплением

Растяжная машина с диагональным взаимозацеплением состоит из пары элементов, подобных зубчатым колесам с левыми и правыми косыми зубьями, на параллельных валах. Валы располагаются между двумя боковыми пластинами машины, при этом нижний вал располагается в неподвижных подшипниках, а верхний вал располагается в подшипниках деталей, подвижных в вертикальном направлении. Подвижные детали можно регулировать в вертикальном направлении при использовании клиновидных элементов, приводимых в действие регулировочными винтами. Выдвигание или вдвигание клиньев при помощи винтов будут соответствующим образом перемещать деталь, подвижную в вертикальном направлении, вверх или вниз для дополнительного зацепления или расцепления зубьев верхнего формирующего взаимозацепление валка и нижнего формирующего взаимозацепление валка, подобных зубьям зубчатого колеса. Микрометры, установленные на боковых рамах, выполняют функцию указания глубины зацепления зубьев у формирующего взаимозацепление валка.

Для надежного удерживания подвижных деталей в их нижнем положении зацепления по отношению к регулировочным клиньям используют пневматические цилиндры, позволяющие противодействовать направленной вверх силе, возникающей в материале, подвергаемом растяжению. Данные цилиндры также можно отвести назад для расцепления верхнего и нижнего валков, формирующих взаимозацепление друг с другом, в целях заправки формирующего взаимозацепление оборудования материалом или в связи со срабатыванием контура цепи безопасности, которая будет размыкать все точки зазоров в машине в случае ее активирования.

Для приведения в движение стационарного валка, формирующего взаимозацепление, обычно используют средства привода. Если для верхнего валка, формирующего взаимозацепление, должна будет иметься возможность расцепления для целей заправки машины материалом или по причинам, связанным с техникой безопасности, то тогда предпочтительным будет использование устройства с беззазорной зубчатой передачей между верхним и нижним валками, формирующими взаимозацепление, что обеспечит при повторном зацеплении попадание зубьев одного формирующего взаимозацепление валка всегда между зубьями другого формирующего взаимозацепление валка, и возникновение потенциально приводящего к повреждению физического контакта между головками зубьев, формирующих взаимозацепление, будет предотвращено. Если формирующие взаимозацепление валки должны будут оставаться в постоянном зацеплении, то тогда верхний формирующий взаимозацепление валок обычно не должен будет иметь привода. Приведение в движение можно будет осуществить через материал, подвергаемый растяжению, от формирующего взаимозацепление валка, имеющего привод.

Валки, формирующие взаимозацепление, очень сильно напоминают косозубые зубчатые колеса с мелким шагом. В предпочтительном варианте реализации валки характеризуются диаметром 5,935", углом наклона линии зуба 45°, нормальным шагом 0,100", диаметральным шагом 30, углом давления 14 1/2°, и в целом они представляют собой зубчатую передачу с длинными головками зубьев. Это приводит к получению узкого глубокого профиля зуба, что делает возможными зацепление при взаимозацеплении вплоть до приблизительно 0,090" и просвет, приблизительно равный 0,005", по бокам зуба для толщины материала. Конструкция зубьев не предусматривает передачи крутящего момента, и при обычной операции растяжения при взаимозацеплении контакт металл-металл между ними не возникает.

2. Растяжная машина со взаимозацеплением в поперечном направлении

Оборудование для растяжения со взаимозацеплением ПпН идентично растяжной машине с диагональным взаимозацеплением при наличии различий в конструкции формирующих взаимозацепление валков и других второстепенных фрагментов, указанных далее. Поскольку элементы со взаимозацеплением ПпН способны обеспечить получение больших глубин зацепления, важно, чтобы оборудование включало бы средства, позволяющие валам двух формирующих взаимозацепление валков оставаться параллельными друг другу тогда, когда верхний вал будет подниматься или опускаться. Это необходимо для обеспечения попадания зубьев одного формирующего взаимозацепление валка всегда между зубьями другого формирующего взаимозацепление валка, и возникновение потенциально приводящего к повреждению физического контакта между зубьями, формирующими взаимозацепление, будет предотвращено. Данное параллельное перемещение обеспечивается благодаря наличию конструкции с реечной передачей, где к каждой боковой раме в непосредственном соседстве с деталями, подвижными в вертикальном направлении, прикрепляют неподвижную зубчатую рейку. Вал проходит по боковым рамам и движется в подшипнике каждой из деталей, подвижных в вертикальном направлении. На каждом конце данного вала располагается зубчатое колесо, и оно работает в зацеплении с зубчатыми рейками, формируя желательное параллельное перемещение.

Привод для растяжной машины со взаимозацеплением ПпН должен приводить в действие как верхний, так и нижний валки, формирующие взаимозацепление, за исключением случая растяжения со взаимозацеплением для материалов, характеризующихся относительно высоким коэффициентом трения. Однако привод не должен быть беззазорным, поскольку небольшая величина рассогласования в продольном направлении или проскальзывания в приводе не будет составлять проблемы. Причина этого станет очевидной после ознакомления с описанием элементов, формирующих взаимозацепление ПпН.

Элементы, формирующие взаимозацепление ПпН, изготавливают в результате проведения машинной обработки твердого материала, но лучше всего их можно описать как стопку чередующихся дисков с двумя различными диаметрами. В предпочтительном варианте реализации диски, формирующие взаимозацепление, будут иметь диаметр 6", толщину 0,031" и полностью закругленные кромки. Распорные диски, разделяющие диски, формирующие взаимозацепление, будут иметь диаметр 5 1/2" и толщину 0,069". Два валка данной конфигурации смогут формировать взаимозацепление вплоть до 0,231", оставляя по всем сторонам просвет для материала 0,019". Как и в случае растяжной машины с диагональным взаимозацеплением, данная конфигурация элемента со взаимозацеплением ПпН будет характеризоваться шагом 0,100".

3. Растяжная машина со взаимозацеплением в продольном направлении

Оборудование для растяжения с взаимозацеплением ПрН идентично растяжной машине с диагональным взаимозацеплением, за исключением конструкции валков, формирующих взаимозацепление. Валки, формирующие взаимозацепление ПрН, очень сильно напоминают прямозубые зубчатые колеса с мелким шагом. В предпочтительном варианте реализации валки характеризуются диаметром 5,933", шагом 0,100", диаметральным шагом 30, углом давления 14 1/2°, и в целом они представляют собой зубчатую передачу с длинными головками зубьев. Для данных валков осуществляли второй проход со смещением зуборезной фрезы на 0,010" для получения суженного зуба при большем просвете. При наличии зацепления, приблизительно равного 0,090", данная конфигурация будет обеспечивать получение по бокам просвета для толщины материала, равного приблизительно 0,010".

4. Методика пошагового растяжения

Описанные выше растяжные машины с диагональным взаимозацеплением, взаимозацеплением ПпН или ПрН можно использовать для получения подвергнутых пошаговому растяжению пленки или ламината, образованного из нетканого волокнистого полотна и пленки, формуемой с приданием микропористости, что позволит получить микропористые пленочные продукты данного изобретения. Например, операцию растяжения можно использовать для экструдированного ламината, образованного из нетканого волокнистого полотна из штапельного волокна или элементарных нитей, сформованных по способу с эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, и термопластичной пленки, формуемой с приданием микропористости. Ламинат, образованный из нетканого волокнистого полотна и пленки, формуемой с приданием микропористости, подвергают пошаговому растяжению при использовании, например, растяжной машины со взаимозацеплением ПпН и/или ПрН при одном проходе через растяжную машину с глубиной зацепления валков в диапазоне приблизительно от 0,060 дюйма до 0,120 дюйма при скоростях в диапазоне от приблизительно 550 фут/мин до 1200 фут/мин или более. Результаты такого пошагового растяжения или растяжения со взаимозацеплением представляют собой ламинаты, которые характеризуются превосходными характеристиками проницаемости по газу и непроницаемости по жидкости, тем не менее, при одновременном обеспечении превосходных прочностей сцепления и получении мягких тканеподобных текстур.

Следующие далее примеры иллюстрируют способ получения микропористых пленки и ламинатов данного изобретения. В свете данных примеров и данного дополнительного подробного описания изобретения специалисту в соответствующей области техники будет очевидно то, что вариации данного изобретения могут быть получены и без отклонения от его объема.

ПРИМЕРЫ I - Композицию, формуемую с приданием микропористости, содержащую 55% карбоната кальция, 36% гомополимерного полипропилена (ПП), 5% полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), 3% маточной смеси диоксида титана и 1% объединенной технологической маточной смеси и антиоксидантных добавок, обычно используемых при переработке пленок, экструдировали при использовании обычного одношнекового экструдера 21 и шлицевой экструзионной головки 22 с получением полотна 26, которое имеет температуру, приблизительно равную 450-500°F. Полотно 26 подавали в зазор приложения давления, образованный резиновым валком 25 и металлическим валком 24. Резиновый валок частично погружали в водный резервуар (не показан) таким образом, чтобы его поверхность охлаждалась водой, где воду обычно контролируемо выдерживали при температуре в диапазоне 60-140°F. Полотно 26 после прохождения через первый зазор приложения давления, образованный резиновым валком 25 и металлическим валком 24, непосредственно подвергалось растяжению в продольном направлении между первым зазором приложения давления и вторым зазором приложения давления, образованным резиновым валком 28 и металлическим валком 27. Степень растяжения (R) определяли через скорость (V₁) первого металлического валка 24 и скорость (V₂) второго металлического валка 27. Интервал растяжения или интервал между валками (х) определяли как наименьшее расстояние между окружностями первого металлического охлаждающего валка 24 и второго металлического валка 27, которое можно непосредственно измерить при использовании какого-либо легкодоступного калиберного щупа. Таблица 1 демонстрирует экспериментальные условия и результаты для примеров I-O - I-D. I-O представляет собой сравнительный пример, в котором скорости первого валка 24 и второго валка 27 одинаковы (90 фут/мин), что приводит к получению неподвергнутой растяжению пленки, которая не является микропористой. В противоположность этому, в примерах I-A - I-D проводили растяжение. Топология поверхности для случаев в отсутствие растяжения (пример I-O) и при наличии растяжения (примеры I-A - I-D) продемонстрирована на фиг.4-8 с идентификаторами от 1-О до 1-D.

Таблица 1 также демонстрирует выгоды данного изобретения, где пленку экструдируют без резонанса при вытяжке экструдата при первоначальной толщине 85 г/м² и подвергают растяжению до 50 г/м² (сопоставление примеров I-O и I-D). Скорость составляет 90 фут/мин на первом валке (V₁) и 180 на втором валке (V ₂) при степени растяжения 2:1. В более широком плане данное изобретение может позволить получить тонкие пленки, которые будут вплоть до 4 или более раз более тонкими в сопоставлении с первоначальной экструдированной пленкой без резонанса при вытяжке экструдата.

ТАБЛИЦА 1
Пример	Первый металлический валок		Второй металлический валок		Интервал между валками	Степень растяжения	Толщина пленки	СПВП
	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	(х) (дюйм)	(R) (v2/v 1)		Е-96Е	Mocon
							(г/м2)	г/м2/день	г/м2/день
I-O	90	90	70	90	0,05	1:1	85	0	0
I-A	90	90	70	135	0,05	1,5:1	75	2794	4395
I-B	136	90	70	158	0,05	1,75:1	58	2840	4305
I-C	139	90	70	167	0,05	1,85:1	52	2848	4765
I-D	139	90	70	180	0,05	2,0:1	50	2908	5237

Примечание 1: В случае ASTM E-96E измерения проводили при 100°F и относительной влажности 90%.

Примечание 2: В случае Mocon СПВП измеряли при 37,8°С.

ПРИМЕРЫ II - Композицию, формуемую с приданием микропористости, содержащую 52,8% карбоната кальция, 38,8% ЛПЭНП, 3% ПЭНП, 4,4% TiO₂ и 1% маточной смеси технологических добавок и антиоксидантных добавок, обычно используемых при экструдировании пленок, экструдировали по способу, очень сильно напоминающему способ, описанный в примерах I-O - I-D. Экспериментальные условия и результаты продемонстрированы в таблице 2. Топологии поверхностей для данных примеров продемонстрированы на фиг.9-11 с идентификаторами II-A, II-B и II-C.

Таблица 3 демонстрирует механические свойства для примера II-B с растяжением ОПрН и последующим пошаговым растяжением ПрН и ПпН при помощи аппаратуры фиг.1 с использованием формирующих взаимозацепление валков 40, 41 и 42, 43 для растяжения ПпН и ПрН, соответственно. Взаимозацепление валков растяжения проводили при температуре окружающей среды, и зацепления валков в случаях ПпН и ПрН составляли 0,050" и 0,040", соответственно.

ТАБЛИЦА 2
Пример	Первый металлический валок		Второй металлический валок		Интервал между валками	Степень растяжения	Толщина пленки	СПВП
	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	(х) (дюйм)	(R) (v2/v 1)		Е-96Е	Mocon
							(г/м2)	г/м2/день	г/м2/день
II-A	125	100	70	200	0,050	2:1	54	4373	14246
II-B	140	100	70	400	0,05	4:1	33	4540	15219
II-C	140	100	70	400	1	4:1	35	4578	18403

ТАБЛИЦА 3
Пример	Основная масса (г/м 2)	СПВП Е-96Е	Предел прочности при растяжении (г/см)		Относительное удлинение при разрыве (%)
			ПрН	ПпН	ПрН	ПпН
II-B в том виде, как есть	32,9	4373	2038	144	51	489
II-B при взаимозацеплении	30,6	4259	1922	140	50	421

ПРИМЕР III

Таблица 4 иллюстрирует примеры I-D и III-A и III-B, где пленку, подвергнутую растяжению ОПрН, из I-D после этого подвергали пошаговому растяжению ПпН и ПрН в условиях, продемонстрированных в таблице 4 для описанных выше растяжных машин ПпН и ПрН.

Таблица 5 демонстрирует механические свойства продуктов из таблицы 4. Растяжение ОПрН и растяжение с использованием встречно-гребенчатой структуры приводили к получению микропористой пленки, обладающей отрегулированными и сбалансированными свойствами, такими как размеры пор у микропор, СПВП, модуль упругости ПрН и ПпН и предел прочности при растяжении ПрН и ПпН, продемонстрированными в таблице 5. Микропористые пленки ОПрН непрерывно подвергали воздействию встречно-гребенчатой структуры ПпН и воздействию встречно-гребенчатой структуры ПпН и встречно-гребенчатой структуры ПрН, соответственно. Топологии поверхностей данных примеров продемонстрированы на фиг.12-13 с идентификаторами III-A и III-B.

ТАБЛИЦА 4
Пример	Первый металлический валок		Второй металлический валок		Интервал между валками	Степень растяжения	Глубина взаимозацепления		СПВП Е-96Е	Масса пленки
	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	(х) (дюйм)	(R) (v2/v1)	ПпН (дюйм)	ПрН (дюйм)
									г/м2/день	(г/м2)
I-D	139	90	70	180	0,05	2:1	0	0	2908	50
III-A	139	90	70	180	0,05	2:1	0,05	0	3362	45
III-B	139	90	70	180	0,05	2:1	0,05	0,04	3837	37

ТАБЛИЦА 5
Пример	Предел прочности при растяжении (г/см)		Относительное удлинение при разрыве (%)		Прочность при растяжении при относительном удлинении 2% (г/см)
	ПрН	ПпН	ПрН	ПпН	ПрН	ПпН
I-D	1418	464	253	413	365	177
III-A	1027	593	296	322	282	47
III-B	1106	421	218	294	279	63

ПРИМЕР IV - Композицию, формуемую с приданием микропористости, обладающую формируемой при соэкструдировании структурой АВА, экструдировали с получением пленки при использовании способа ОПрН, где (А) содержал 55,6% СаСО₃ , 36,90% гомополимерного полипропилена, 5,4% ПЭНП, 2% TiO ₂ и 0,1% антиоксидантной добавки, а (В) содержал 52,8% СаСО₃, 39,2% ПЭНП, 3,5% ПЭНП, 4,4% TiO ₂ и 0,1% антиоксидантной добавки. Интервал между валками составлял 0,01 дюйма, а степень растяжения была равна 1,0. За способом ОПрН следовал способ со взаимозацеплением ПпН при 0,055 дюйма, а далее следовал способ со взаимозацеплением ПрН при 0,045 дюйма при использовании описанной выше растяжной машины ПпН/ПрН (смотрите пример IV-A из таблицы 6). Получали микропористую пленку, характеризующуюся величиной СПВП 1300 (ASTM E96E) грамм/м ²/день и массой пленки 21 грамм на квадратный метр (г/м ²) при прочности при растяжении ПрН при 25%, равной 218 г/см. После этого проводили то же самое соэкструдирование с получением структуры АВА, но степень растяжения увеличивали от 1,0 до 1,25, 1,5, 1,75 и 2,0 в то время, как все другие технологические условия сохраняли неизменными (смотрите примеры IV-B, C, D и Е из таблицы 6). Толщина пленки уменьшалась от 21 г/м² до 19,3, 16,5, 15 и 13,95, соответственно. Несмотря на то, что толщина пленки уменьшалась, прочность при растяжении ПрН при 25% увеличивалась от 218 г/м² до 240, 265, 311 и 327 г/м², соответственно. Это было очень выгодно для работы с полотном, образованным из пленки с малой толщиной. В то время, как прочность при растяжении ПрН при 25% увеличивалась, прочность при растяжении ПпН при 25% уменьшалась от 142 г/м² до 118, 82, 58 и 54 г/м ². Это также приводило к получению пленки, демонстрирующей на ощупь мягкий гриф. Данные типы микропористых пленок являются подходящими для изготовления подгузника и наружного покрытия женской гигиенической прокладки, обеспечивая высокую прочность в направлении ПрН для высокой скорости преобразования продукта и в то же время обеспечивая получение мягкого продукта для конечного использования. Таблица 7 приводится для демонстрации механических свойств, приведенных к 21 г/м² для сопоставления идентичных толщин. В соответствии с этим, за получением микропористых пленочных продуктов при использовании способа ОПрН данного изобретения может следовать способ со взаимозацеплением ПпН и ПрН с получением пленки, характеризующейся соотношением величин прочности при растяжении при относительном удлинении 25% для ПрН и ПпН, превышающим 2.

Примеры из таблицы 6 также демонстрируют уменьшение первоначальной толщины экструдированной пленки без резонанса при вытяжке экструдата от 21 г/м² (IV-A) для V₁ до 13,9 г/м² (IV-E) для V₂, то есть уменьшение приблизительно в два раза. Скорость для V₁ составляла 325 фут/мин, а для V₂ - 650 фут/мин при степени растяжения 2.

ТАБЛИЦА 6
Пример	Первый металлический валок		Второй металлический валок		Интервал между валками	Степень растяжения	Пошаговое растяжение		Масса пленки	СПВП	Прочность при растяжении ПрН при 25%	Прочность при растяжении ПпН при 25%
	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	(х) (дюйм)	(R) (v2/v 1)	ПпН (дюйм)	ПрН (дюйм)	(г/м 2)	Е-96Е
											(г/см)	(г/см)
IV-A	148	325	70	325	0,01	1	0,055	0,045	21	1300	218	142
IV-B	148	325	70	406	0,01	1,25	0,055	0,045	19,3	1400	240	118
IV-C	148	325	70	488	0,01	1,5	0,055	0,045	16,5	1400	265	82
IV-D	148	325	70	569	0,01	1,75	0,055	0,045	15	1400	311	58
IV-E	148	325	70	650	0,01	2	0,055	0,045	13,9	1450	327	54

Примечание 1: Масса пленки в г/м ² представлена в граммах на квадратный метр.

Примечание 2: СПВП получают в соответствии с документом ASTM E96E в грамм/м ²/день.

Примечание 3: прочность при растяжении ПрН при 25% представляет собой прочность при растяжении ПрН при относительном удлинении 25%.

Примечание 4: Прочность при растяжении ПпН при 25% представляет собой прочность при растяжении ПпН при относительном удлинении 25%.

ТАБЛИЦА 7
Образец	Масса пленки (г/м2)	Прочность при растяжении в направлении ПрН, измеренная при различных относительных удлинениях					Прочность при растяжении в направлении ПпН, измеренная при различных относительных удлинениях
		10% (г/см)		25% (г/см)		Разрушающее напряжение (г/см)/ относительное удлинение при разрыве (%)	10% (г/см)		25% (г/см)		Разрушающее напряжение (г/см)/ относительное удлинение при разрыве (%)
		В том виде, как есть	При 21 г/м 2	В том виде, как есть	При 21 г/м2	В том виде, как есть	В том виде, как есть	При 21 г/м2	В том виде, как есть	При 21 г/м 2	В том виде, как есть
IV-A	21	172	172	218	218	407/207	106	106	142	142	196/340
IV-B	19,3	171	186	240	261	457/339	79	86	118	128	166/313
IV-C	16,5	179	228	265	337	422/210	55	70	82	104	130/326
IV-D	15	187	262	311	435	452/118	39	55	58	81	87/316
IV-E	13,9	185	280	327	494	516/142	36	54	54	82	96/345

Примечание 1: «В том виде, как есть» соответствует механическим свойствам для массы пленки такой, какова она есть.

Примечание 2: «При 21 г/м²» соответствует механическим свойствам пленки, приведенным к 21 г/м ² для сопоставления идентичных толщин.

Примечание 3: «Разрушающее напряжение (г/см)/относительное удлинение при разрыве (%)» представляет собой разрушающее напряжение (в г/см) при относительном удлинении при разрыве (в %).

ПРИМЕР V - Композицию, формуемую с приданием микропористости, содержащую 52,8% СаСО₃, 39,2% ЛПЭНП, 3,5% ПЭНП, 4,4% TiO₂ и 0,1% антиоксидантных добавок, экструдировали с получением пленки и подвергали растяжению при интервале, превышающем 1. При любой степени растяжения микропористую пленку, подвергнутую однородному растяжению, получить было нельзя. Большие участки зон, не подвергнутых растяжению, устранить было нельзя (смотрите фотографии фиг.14 для примеров V-A и V-B). Однако, при интервале между валками 1" получали микропористые пленки, выглядящие как подвергнутые однородному растяжению, при степени растяжения 4:1 (смотрите фотографии фиг.14 для примеров V-C и V-D). При уменьшении интервала между валками до 0,05 дюйма однородные микропористые пленки можно получить всего лишь при 1,25-1,50, что продемонстрировано на фотографиях фиг.14 V-C и V-D. В соответствии с данным примером V короткий интервал растяжения или интервал между валками, равный 1" или менее, представляет собой критичный параметр при успешной реализации данного изобретения на практике.

Фиг.14 иллюстрирует фактические продукты по примеру V, которые получали для демонстрации наличия критичности в способе и аппаратуре с коротким зазором данного изобретения при получении приемлемых микропористых пленочных продуктов, характеризующихся по существу однородной толщиной. В соответствии с этим, «по существу однородная толщина» подразумевает определение тех микропористых пленочных продуктов, у которых степень однородности такова, что невооруженным глазом каких-либо «тигровых полос» визуально не обнаруживается, и достигается по существу полностью однородное растяжение продукта согласно рисункам С и D из примера V на фиг.14. Рисунки А и В фактических продуктов из примера V демонстрируют неприемлемые продукты, у которых тигровые полосы очень хорошо видны невооруженным глазом, что делает продукт неприглядным или отталкивающим. В случае продукта рисунков А и В не подвергшиеся растяжению ширины тигровых полос превышают 1/8 дюйма и очень хорошо видны невооруженным глазом, преимущественно на значительной части продукта, что делает продукт неприглядным или отталкивающим. Однако тогда, когда тигровые полосы уменьшали или полностью устраняли, как в случае рисунков С и D, получали приемлемый продукт в результате проведения однородного растяжения, приводящего к получению по существу однородной ширины. Тонкие линии, демонстрируемые на рисунке С, являются настолько тонкими, характеризуясь порядком величины, меньшим 1/32 дюйма, что они не уменьшают визуальной привлекательности продукта, или такие линии не существуют вовсе, как в случае рисунка D. В соответствии с этим, специалист в соответствующей области техники должен понимать, что цели данного изобретения достигаются при использовании короткого зазора, позволяющего получить по существу однородную толщину, что является представительным примером устранения тигровых полос, которые делают продукт неприемлемым, что демонстрируют сравнительные примеры из примера V.

ПРИМЕР VI - Композицию, формуемую с приданием микропористости, характеризующуюся получаемой соэкструдированием структурой АВА, экструдировали с получением пленки при использовании способа ОПрН, где (А) содержал 52,8% СаСО₃ , 39,2% ЛПЭНП, 3,5% ПЭНП, 4,4% TiO₂ и 0,1% антиоксиданта, а (В) содержал 90% полипропиленового полимера и 10% полиэтиленового полимера. Интервалы между валками составляли 0,02 дюйма и 0,035 дюйма при степенях растяжения 3,0, 4,0 и 5,0. Пленки получали при наличии микропористых слоев по обеим сторонам и немикропористого слоя в середине. Получающиеся в результате пленки характеризовались очень низкими скоростями прохождения водяного пара, эквивалентными значениям для типичных тонких пленок из полиолефинов, но демонстрировали наличие подходящей для проведения печати микропористой поверхности пленки, приятного ощущения на ощупь и тому подобного, что делало их пригодными для многих сфер применения при упаковке. Следующая далее таблица 8 демонстрирует результаты.

ТАБЛИЦА 8
Пример	Первый металлический валок		Второй металлический валок		Интервал между валками	Степень растяжения	Масса пленки	СПВП
	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	(х) (дюйм)	(R) (v2/v 1)	(г/м2)	Е-96Е
VI-A	120	120	70	360	0,02	3,0	32,2	0-45
VI-B	140	120	70	480	0,02	4,0	34,5	30-90
VI-C	110	120	70	480	0,035	5,0	33,5	15-75

Примечание 1: Масса пленки в г/м² представлена в граммах на квадратный метр.

Примечание 2: СПВП получают в соответствии с документом ASTM E96E в г/м²/день.

ПРИМЕР VII - 100%-ную полиэтиленовую смолу экструдировали с получением однослойной пленки при использовании способа ОПрН данного изобретения при интервале между валками 0,045 дюйма. Пленку получали при использовании данной методики со скоростью более 1000 фут/мин. Продукт данного примера характеризовался по существу однородной толщиной 27 г/м² и являлся немикропористым. В соответствии с этим, термины «по существу однородная толщина» также соответствуют определению данных немикропористых пленок высокого качества, характеризующихся однородными толщиной или калибром. Таблица 9 описывает результаты.

ТАБЛИЦА 9
Пример	Первый металлический валок		Второй металлический валок		Интервал между валками	Степень растяжения	Масса пленки	СПВП
	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	Температура (°F)	Скорость (фут/мин)	(х) (дюйм)	(R) (v2/v 1)	(г/м2)	Е-96Е
VII	120	499	70	1025	0,045	2,05	27	0-30

Примечание 1: Масса пленки в г/м ² представлена в граммах на квадратный метр.

Примечание 2: СПВП получают в соответствии с документом ASTM E96E в г/м ²/день.

Соответственно, приведенные выше примеры I-VII демонстрируют то, что способ данного изобретения приводит к получению термопластичных пленок с высокими скоростями при коротком интервале между валками, где пленки характеризуются по существу однородной толщиной и являются либо немикропористыми, либо проницаемыми по газу и микропористыми, либо непроницаемыми по газу и микропористыми.

Приведенные выше данные и экспериментальные результаты демонстрируют уникальные термопластичные пленки и способ и аппаратуру данного изобретения для растяжения упомянутых термопластичных пленок. Специалисту в соответствующей области техники без отклонения от данного изобретения будут очевидны и другие вариации.