187939

(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) 187939
RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(21 ) Numer zgłoszenia:
(22) Data zgłoszenia:
(13) B1
332549
30.09.1997
(51) IntCl7
B32B 31/26
(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
30.09.1997, PCT/US97/17692
B32B 5/02
D04H 13/00
(87) Data i numer publikacji zgłoszenia
międzynarodowego:
23.04.1998, W098/16380,
PCT Gazette nr 16/98
(
5
4
)
Sposób wytwarzania laminowanego materiału włóknistego
(30) Pierwszeństwo:
(73) Uprawniony z patentu:
KIMBERLY-CLARK W ORLDW IDE, INC.,
Neenah, US
11.10.1996,US,08/730,511
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
(72)
13.09.1999 BUP 19/99
(45)
o udzieleniu patentu ogłoszono:
30.11.2004 WUP 11/04
(74)
Pełnomocnik:
Szafruga Anna, POLSERVICE Sp. z o.o.
1. Sposób wytwarzania laminowanego
materiału włóknistego, znamienny tym,
że dostarcza się co najmniej jedną wstęgę
materiału włóknistego, którą laminuje się
z co najmniej jedną warstwą materiału
sprężystego, po czym uzyskany laminat
przewęża się i ogrzewa się.
PL
187939
B1
(57)
Twórcy wynalazku:
William Bela Haffner, Kennesaw, US
Michael Tod Morman, Alpharetta, US
Jack Draper Taylor, Roswell, US
Jon Edward Tinsley, Roswell, US
FIG.1
Sposób wytwarzania laminowanego materiału włóknistego
Zastrzeżenia patentowe
1. Sposób wytwarzania laminowanego materiału włóknistego, znamienny tym, że dostarcza się co najmniej jedną wstęgę materiału włóknistego, którą laminuje się z co najmniej
jedną warstwą materiału sprężystego, po czym uzyskany laminat przewęża się i ogrzewa się.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedną warstwę włóknistą
wybiera się z grupy złożonej z tkaninowych i włókninowych warstw włóknistych.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że włókninową warstwę włóknistą wybiera się z grupy złożonej z warstwy włókien typu „spunbond” - spajane podczas przędzenia,
warstwy włókien typu „meltblown” - formowane z surowca w stanie stopionym oraz materiału wielowarstwowego zawierającego co najmniej jedną z wymienionych warstw.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że warstwę włóknistą przewęża się i odpręża się przed laminowaniem.
5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że tkaninową warstwę włóknistą wybiera
się spośród materiału dzianego i luźno tkanego.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedną warstwę sprężystą
wybiera się z grupy złożonej ze wstęgi, układu nitek, materiału włókninowego i pianki.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że co najmniej jedną warstwę sprężystą
formuje się z termoplastycznego polimeru elastomerowego.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że co najmniej jedną warstwę sprężystą
wybiera się z grupy złożonej ze sprężystych poliestrów, sprężystych poliuretanów, sprężystych poliamidów, sprężystych poliolefin, metalocenów oraz sprężystych kopolimerów blokowych typu A-B-A', gdzie A i A' są takimi samymi lub różnymi polimerami termoplastycznymi, a B jest elastomerowym blokiem polimerowym.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedną warstwę sprężystą
formuje się z mieszanki polimeru elastomerowego i żywicy klejącej.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedną warstwę sprężystą
formuje się techniką wybraną z grupy, w której skład wchodzą wytłaczanie z dyszy płaskiej,
rozdmuchiwanie rękawa foliowego i wylewanie.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że laminowanie przeprowadza się techniką spajania wybraną z grupy, w której skład wchodzą klejenie, spajanie termiczne, spajanie
hydrotechniczne oraz spajanie ultradźwiękowe.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że laminowanie przeprowadza się doprowadzając do styczności zmiękczoną warstwę sprężystą z co najmniej jedną warstwą włóknistą pod ciśnieniem.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że ciśnienie uzyskuje się za pomocą pary walców prasujących.
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że pomiędzy walcami nie ma szczeliny.
15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otrzymuje się sprężysty laminat odzyskujący co najmniej w 55% swoją postać, w ciągu około jednej minuty, przy około 60% wydłużeniu.
16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przewężanie osiąga się rozciągając
i ogrzewając laminat.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że rozciąganie realizuje się podczas
ogrzewania laminatu.
18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że ogrzewanie uzyskuje się doprowadzając do styczności laminat ze źródłem ciepła.
19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że ogrzewanie odbywa się w temperaturze od około 93,3°C do około 132,22°C.
187 939
3
20. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że ogrzewanie odbywa się w temperaturze od około 104,44°C do około 123,89°C.
21. Sposób wytwarzania laminowanego materiału włóknistego, znamienny tym, że dostarcza się co najmniej jedną wstęgę materiału włóknistego, która laminuje się z co najmniej
jedną warstwą materiału sprężystego, po czym uzyskany laminat marszczy się, przewęża się
i ogrzewa się.
22. Sposób wytwarzania laminowanego materiału włóknistego, w którym dostarcza się
co najmniej jedną wstęgę materiału włóknistego, materiał włóknisty przewęża się i odpręża się,
po czym laminuje się go z co najmniej jedną warstwą materiału sprężystego, znamienny tym,
że uzyskany laminat przewęża się i ogrzewa się.
* * *
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania laminowanego materiału włóknistego.
Laminatowe struktury włókniste mają pewne pożądane właściwości w porównaniu ze
strukturami nielaminowanymi, w tym wysoką wytrzymałość na rozciąganie. Ogólnie, technologia wytwarzania laminatowego materiału włóknistego obejmuje dostarczenie pierwszej i drugiej wstęgi materiału włóknistego oraz spajanie obu wstęg ze sobą, często poprzez wprowadzenie trzeciej wstęgi pomiędzy obie wspomniane. Wstęgi materiału włóknistego wytwarza się
zazwyczaj jedną ze znanych technologii; takich jak technologia „spunbond” - spajanie podczas przędzenia, „meltblown” - formowanie z surowca w stanie stopionym, gręplowanie
i spajanie oraz podobne. Wstęgi te mogą być również laminatami warstw materiałów włóknistych. Dana wstęga może mieć właściwości przyczepne, umożliwiające jej spajanie z obu
wstęgami materiału włóknistego. Zazwyczaj taki trzywarstwowy materiał przepuszcza się
przez szczelinę zaciskową pomiędzy walcami, albo przez podobny zespół, prasując je ze sobą,
zazwyczaj natychmiast po uformowaniu materiału warstwowego. W szczelinie pomiędzy
walcami warstwy te są prasowane, wskutek czego wstęga środkowa przywiera do obu wstęg
sąsiednich. W razie potrzeby uzyskania określonych właściwości, gotową strukturę laminatową można poddać obróbce końcowej.
Dotychczas laminaty o poprzecznej rozciągliwości i kurczliwości wytwarzano w ten
sposób, że wstęgi materiału włóknistego przewężano przed nałożeniem wstęgi elastomerowej,
a do wytworzenia danej wstęgi używano polimeru elastomerowego. Przewężanie jest procesem polegającym na zmniejszaniu szerokości wstęgi materiału włóknistego poprzez jej rozciąganie w kierunku podłużnym. Proces przewężania obejmuje typowo odwijanie wstęgi
z bębna podającego i przepuszczanie jej przez zespół hamulcowych walców prasujących napędzany z zadaną prędkością liniową. Bęben odbiorczy, działający z większą prędkością
liniową niż zespół hamulcowych walców prasujących, rozciąga materiał włóknisty i wytwarza w nim naprężenie potrzebne do jego wydłużenia i przewężenia. Operację przewężania
przeprowadza się często w obecności źródła ciepła stykającego się z materiałem podczas
przewężania. W amerykańskim opisie patentowym nr 4,965,122 ujawniono odwracalnie
przewężony materiał włókninowy nie laminowany, który można wytwarzać przewężając materiał, następnie ogrzewając przewężony materiał, po czym chłodząc przewężony materiał.
Często przewężanie ma taki charakter, że krawędzie materiału typu „spunbond” (spajany podczas przędzenia) zwężają się w większym stopniu, a obszar środkowy w mniejszym
stopniu, co oznacza, że gotowy rozciągliwy laminat odcina się od krawędzi mających największą rozciągliwość. Takie nierównomierne przewężanie jest źródłem terminu „profil
podobny do uśmiechu”, mającego opisywać profil rozciągliwości. Zjawisko to jest źródłem
zróżnicowanych właściwości poszczególnych wąskich pasków pobranych z krawędzi w porównaniu z paskami pobranymi ze środka wstęgi. Pożądane byłoby uzyskanie przewężonego
materiału włóknistego o bardziej równomiernej rozciągliwości, bez względu na miejsce pobrania próbki w poprzek szerokości wstęgi materiału włóknistego, ponieważ rozciągliwość
materiału włóknistego silnie wpływa na sprężystość wykonanego z niej laminatu.
4
187 939
W procesie formowania laminatu, wstęgi materiału włóknistego układa się tak, żeby
ciągle przecinały się podczas podawania, w wyniku czego w miejscu ich przecięcia powstaje
strefa kontaktowa, w którą wprowadza się, nakłada się lub w której wytwarza się wstęgę materiału elastomerowego.
W znanych dotychczas rozwiązaniach, podczas wytwarzania laminatu, w zespole walców prasujących jest szczelina. Jeżeli szczelina ta jest za duża, to ciśnienie wywierane na
warstwy nie jest wystarczające i przyczepność wstęgi materiału do wstęg materiału włóknistego nie jest odpowiednia, w wyniku czego powstaje laminat o słabej odporności na rozwarstwianie. Jeżeli natomiast szczelina ta jest zbyt mała, materiał włóknisty będzie zbyt sztywny,
ponieważ elastomer wnika zbyt głęboko we wstęgi materiału włóknistego, co zmniejsza giętkość i ruchliwość włókien. Zatem, z punktu widzenia optymalnych właściwości sprężystych,
dotychczas uważano, że ściśle przywierające do siebie walce zaciskowe nie są pożądane.
Silny wpływ na przywieranie do siebie materiałów ma ponadto temperatura stopionego elastomeru wytłaczanego pomiędzy przewężonymi warstwami.
Celem wynalazku jest dostarczenie materiału włókninowego o pożądanej sprężystości
poprzecznej, zapewnienie sposobu wytwarzania materiału włókninowego o bardziej równomiernej sprężystości poprzecznej oraz sposobu wytwarzania materiału włókninowego o lepszej przepuszczalności dla par i gazów.
Sposób wytwarzania laminowanego materiału włóknistego według wynalazku charakteryzuje się tym, że dostarcza się co najmniej jedną wstęgę materiału włóknistego, którą laminuje się z co najmniej jedną warstwą materiału sprężystego, po czym uzyskany laminat przewęża się i ogrzewa się.
Korzystnie co najmniej jedną warstwę włóknistą wybiera się z grupy złożonej z tkaninowych i włókninowych warstw włóknistych.
Korzystnie włókninową warstwę włóknistą wybiera się z grupy złożonej z warstwy włókien
typu „spunbond” - spajane podczas przędzenia, warstwy włókien typu „meltblown” - formowane
z surowca w stanie stopionym oraz materiału wielowarstwowego zawierającego co najmniej jedną z wymienionych warstw.
Korzystnie warstwę włóknistą przewęża się i odpręża się przed laminowaniem.
Korzystnie tkaninową warstwę włóknistą wybiera się spośród materiału dzianego
i luźno tkanego.
Korzystnie co najmniej jedną warstwę sprężystą wybiera się z grupy złożonej ze wstęgi,
układu nitek, materiału włókninowego i pianki.
Korzystnie co najmniej jedną warstwę sprężystą formuje się z termoplastycznego polimeru elastomerowego.
Korzystnie co najmniej jedną warstwę sprężystą wybiera się z grupy złożonej ze sprężystych poliestrów, sprężystych poliuretanów, sprężystych poliamidów, sprężystych poliolefin, metalocenów oraz sprężystych kopolimerów blokowych typu A-B-A', gdzie A i A' są
takimi samymi lub różnymi polimerami termoplastycznymi, a B jest elastomerowym blokiem
polimerowym.
Korzystnie co najmniej jedną warstwę sprężystą formuje się z mieszanki polimeru elastomerowego i żywicy klejącej.
Korzystnie co najmniej jedną warstwę sprężystą formuje się techniką wybraną z grupy,
w której skład wchodzą wytłaczanie z dyszy płaskiej, rozdmuchiwanie rękawa foliowego
i wylewanie.
Korzystnie laminowanie przeprowadza się techniką spajania wybraną z grupy, w której
skład wchodzą klejenie, spajanie termiczne, spajanie hydrotechniczne oraz spajanie
ultradźwiękowe.
Korzystnie laminowanie przeprowadza się doprowadzając do styczności zmiękczoną
warstwę sprężystą z co najmniej jedną warstwą włóknistą pod ciśnieniem.
Korzystnie ciśnienie uzyskuje się za pomocą pary walców prasujących.
Korzystnie pomiędzy walcami nie ma szczeliny.
Korzystnie otrzymuje się sprężysty laminat odzyskujący co najmniej w 55% swoją
postać, w ciągu około jednej minuty, przy około 60% wydłużeniu.
187 939
5
Korzystnie przewężanie osiąga się rozciągając i ogrzewając laminat.
Korzystnie rozciąganie realizuje się podczas ogrzewania laminatu.
Korzystnie ogrzewanie uzyskuje się doprowadzając do styczności laminat ze źródłem
ciepła.
Korzystnie ogrzewanie odbywa się w temperaturze od około 93,3°C do około 132,22°C.
Korzystnie ogrzewanie odbywa się w temperaturze od około 104,44°C do około 123,89°C.
Sposób wytwarzania laminowanego materiału włóknistego według wynalazku charakteryzuje się tym, że dostarcza się co najmniej jedną wstęgę materiału włóknistego, którą laminuje się z co najmniej jedną warstwą materiału sprężystego, po czym uzyskany lam in a t
marszczy się, przewęża się i ogrzewa się.
Sposób wytwarzania laminowanego materiału włóknistego, w którym dostarcza się
co najmniej jedną wstęgę materiału włóknistego, materiał włóknisty przewęża się i odpręża się, po czym laminuje się go z co najmniej jedną warstwą materiału sprężystego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że uzyskany laminat przewęża się i ogrzewa się.
Wynalazek zapewnia materiał laminowany formowany techniką, laminowania wstęgi
elastomerowej do co najmniej jednej, a korzystnie pomiędzy dwiema wstęgami nie przewężonego materiału włóknistego, a następnie przewężanie laminatu, korzystnie w podwyższonej
temperaturze. Zapewniono również urządzenie i sposób formowania laminatu. W zalecanym
przykładzie wykonania, wytłacza się z dyszy przędzalniczej warstwę materiału elastomerowego i wprowadza ją pomiędzy dwie wstęgi nie przewężonego materiału typu „spunbond”
dostarczanego z bębnów podających. Wstęgi materiału typu „spunbond” dochodzą do strefy
kontaktowej pod kątem przecięcia i tworzą z elastomerową wstęgą materiał warstwowy. Ten
materiał wielowarstwowy przepuszcza się następnie przez zespół walców prasujących, który,
korzystnie, jest zespołem bezszczelinowym (w odróżnieniu od zespołu, w którym pomiędzy
walcami jest szczelina). W procesie tym laminat można najpierw rozciąć, a następnie
„indywidualnie” przewężać tak, że każde pasemko będzie miało w przybliżeniu te same właściwości. Korzystnie, laminat poddaje się przewężaniu przed, podczas lub po jego zetknięciu
ze źródłem ciepła, takim jak piec, wentylator i źródło ogrzanego powietrza, lub podobne
urządzenie, w celu zmiękczenia jego warstwy elastomerowej. Podczas ogrzewania laminatu
po jego przewężeniu, warstwa elastomerowa traci swój zapamiętany sprzed przewężania stan,
„kasując” go po przewężeniu w wyniku następnego chłodzenia. Podczas przewężania i ogrzewania warstwa materiału włóknistego działa jak nośnik dla zmiękczonej warstwy
elastomerowej.
Powstały wyrób ma odpowiednie właściwości sprężyste. Nieoczekiwanym rezultatem
takiego procesu jest wytwarzanie w bezszczelinowym zespole walców laminatu o lepszych
właściwościach z punktu widzenia przepuszczalności par i gazów oraz rozwarstwiania niż
w szczelinowym zespole walców.
Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym
fig. 1 przedstawia urządzenie do laminowania sposobem według wynalazku, schematycznie,
fig. 2 - urządzenie do przewężania sposobem według wynalazku, w rzucie z boku, schematycznie, fig. 3 - urządzenie do realizacji procesu przewężania sposobem według wynalazku,
w rzucie z góry, schematycznie, fig. 4 - alternatywny przykład wykonania, w którym laminat
jest marszczony przed przewężaniem, w rzucie z góry, schematycznie.
W stosowanym tu znaczeniu termin „materiał włókninowy lub wstęga włókninowa”
oznacza wstęgę złożoną z poszczególnych włókien lub nitek, które są poprzeplatane, ale nie
w sposób dający się zidentyfikować, tak jak w przypadku tkaninowego materiału włóknistego. Materiały lub wstęgi włókninowe wytwarza się wieloma technikami, na przykład
techniką typu „meitblown” - formowania z surowca w sianie stopionym, techniką typu
„spunbond” - spajania podczas przędzenia oraz techniką spajania surowca gręplowanego
(„bonded-carded-web processes). Gramaturę materiałów włókninowych wyraża się zazwyczaj w uncjach materiału na jard kwadratowy (osy) lub gramach na metr kwadratowy (gsm),
natomiast średnice włókien wyraża się zazwyczaj w mikrometrach.
(Uwaga: przeliczenie z osy na gsm wymaga pomnożenia wartości w osy przez 33,91).
6
187 939
W stosowanym tu znaczeniu, termin „kompozytowy materiał sprężysty” odnosi się
do materiału sprężystego, który może być materiałem wieloskładnikowym lub materiałem
wielowarstwowym. Przykładowo, materiał wielowarstwowy może mieć co najmniej jedną
sprężystą warstwę złączoną z co najmniej jedną warstwą dającą się marszczyć w co najmniej
dwóch miejscach tak, że warstwa dająca się marszczyć jest zmarszczona pomiędzy tymi miejscami, w których jest złączona z warstwą sprężystą. Taki wielowarstwowy kompozytowy
materiał sprężysty można rozciągać w takim stopniu, żeby niesprężysty materiał zmarszczony
pomiędzy miejscami spojenia umożliwiał rozciąganie się materiału sprężystego. Wielowarstwowy kompozytowy materiał sprężysty tego typu ujawniono, na przykład, w amerykańskim
opisie patentowym nr 4,720,415.
W stosowanym tu znaczeniu, termin włókna typu „spunbond” oznacza włókna o małej
średnicy, które wytwarza się techniką wytłaczania stopionego materiału termoplastycznego
w postaci ciągłych włókien z wielu drobnych, zazwyczaj okrągłych kapilar filiery, których
średnicę następnie gwałtownie zmniejsza się, na przykład, tak jak to ujawniono w amerykańskich
opisach patentowych nr 4,340,563, nr 3,692,618, nr 3,802,817, nr 3,338,992, nr 3,341,394,
nr 3,502,763, nr 3,502,538 oraz nr 3,542,615. Na ogół włókna typu „spunbond” nie są kleiste
podczas ich osadzania na powierzchni zbierającej. Włókna typu „spunbond” są na ogół włóknami ciągłymi i mają przeciętną średnicę większą niż około 7 mikrometrów, a zwłaszcza pomiędzy około 5 a 40 mikrometrów.
W stosowanym tu znaczeniu, termin włókna typu „meltblown” odnosi się do włókien
formowanych techniką wytłaczania stopionego materiału termoplastycznego przez wiele
drobnych, zazwyczaj okrągłych, kapilar filiery w postaci stopionych nitek lub włókien
ciągłych do przestrzeni, w której płyną z dużą prędkością strumienie gazu obkurczającego
(np. powietrza), które osłabiają włókna stopionego materiału termoplastycznego w celu
zmniejszenia ich średnicy, którą może być średnica mikrowłókienka. Następnie włókna typu
„meltblown” są niesione przez strumień płynącego z dużą prędkością gazu i osadzane na
powierzchni zbierającej, w wyniku czego powstaje wstęga złożona z chaotycznie rozrzuconych włókien formowanych podmuchowo z surowca w stanie stopionym. Technikę tę
ujawniono, na przykład, w amerykańskim opisie patentowym nr 3,849,241. Włókna typu
„meltblown” mogą być mikrowłóknami ciągłymi lub nieciągłymi, o przeciętnej średnicy na
ogół poniżej około 100 mikrometrów.
W stosowanym tu znaczeniu, termin „polimer” obejmuje ogólnie, ale nie wyłącznie,
homopolimery, kopolimery, takie jak, na przykład, kopolimery blokowe, szczepione, statystyczne oraz kopolimery przemienne, terpolimery, itp. oraz ich mieszanki i modyfikacje. Ponadto,
o ile specjalnie nie ograniczono, termin „polimer” obejmuje wszystkie możliwe geometryczne konfiguracje molekularne materiału. Do konfiguracji tych należą, ale nie wyłącznie, symetrie izotaktyczne, syndiotaktyczne i ataktyczne.
W stosowanym tu znaczeniu, termin „metalocen” oznacza poliolefiny wytwarzane podczas katalizowanych metalocenem reakcji polimeryzacyjnych. O katalizatorach tego typu
poinformowano w „Metallocene Catalysts Initiate New Era in Polymer Synthesis” (Katalizatory metalocenowe zapoczątkowują nową erę w syntezie polimerów) Ann M. Thayer, C&EN,
11 września 1995, s. 15.
W stosowanym tu znaczeniu, termin „kierunek maszynowy” lub „MD” oznacza długość materiału włóknistego w kierunku, w jakim jest wytwarzany. Termin „kierunek poprzeczny do maszynowego” lub „CD” oznacza szerokość materiału włóknistego, tj. kierunek
w przybliżeniu prostopadły do MD.
W stosowanym tu znaczeniu, termin włókno Jednoskładnikowe” odnosi się do włókna
wytworzonego na jednej lub wielu wytłaczarkach wyłącznie z jednego polimeru. Nie oznacza
to wykluczenia włókien uformowanych z jednego polimeru z dodatkiem niewielkich ilości
materiałów dodatkowych, takich jak substancje barwiące, nadające właściwości antystatyczne, substancje smarne, substancje nadające właściwości hydrofilowe, itp. Dodatki te, np. dwutlenek tytanu do barwienia, są na ogół obecne w ilościach poniżej 5 procent wagowych, a bardziej typowo około 2 procent wagowych.
187 939
7
W stosowanym tu znaczeniu, termin, „włókna sprzężone” odnosi się do włókien, które
wytworzono z co najmniej dwóch polimerów wytłaczanych z oddzielnych wytłaczarek, ale
połączonych ze sobą, w wyniku czego powstaje jedno włókno. Włókna sprzężone określa się
również czasami włóknami wieloskładnikowymi lub dwuskładnikowymi. Polimery są zazwyczaj różne od siebie, chociaż włókna sprzężone mogą być włóknami jednoskładnikowymi.
Polimery te są rozmieszczone w przybliżeniu stale usytuowanych odróżniających się strefach
w poprzek włókien sprzężonych i biegną nieprzerwanie wzdłuż ich długości. Układ takiego
włókna sprzężonego może być, na przykład, układem typu płaszcz/rdzeń, w którym jeden
polimer jest otoczony drugim, albo też układem bok w bok, lub układem „wysp na morzu”.
Włókna sprzężone ujawniono w amerykańskim opisie patentowym nr 5,108,820, nr 5,336,552,
oraz nr 5,382,400. W przypadku włókien dwuskładnikowych proporcje polimerów mogą wynosić 75/25, 50/50,25/75 lub mogą być dowolnie inne.
W stosowanym tu znaczeniu, terminy „przewężanie” lub zamiennie „rozciąganie przewężające” odnosi się do sposobu wydłużania materiału włókninowego, na ogół w kierunku
maszynowym, w celu zmniejszenia w sposób kontrolowany jego szerokości (mierzonej
wzdłuż powierzchni materiału) do odpowiedniej wartości. Rozciąganie kontrolowane może
odbywać się w temperaturze pokojowej lub w wyższych temperaturach i jest ograniczone
do zwiększenia całkowitych wymiarów w kierunku rozciągania do wydłużenia potrzebnego
do zerwania materiału włóknistego. Po puszczeniu materiału, wymiary wstęgi mają skłonność
do powracania do swoich pierwotnych wartości. Przewężanie obejmuje typowo działanie hamujących walców prasujących z prędkością liniową X, a walców odbierających z prędkością
liniową Y, gdzie Y jest większe od X, w wyniku czego powstaje pewien stosunek prędkości
(X:Y) taki, żeby rozciągany pomiędzy nimi materiał włóknisty uzyskał pewne naprężenie.
Stosunek R może wynosić około 1:1,25 albo więcej lub mniej. Sposób taki ujawniono, na
przykład, w amerykańskich opisach patentowych nr 4,443,513, nr 4,965,122, nr 4,981,747
i nr 5,114,781.
W stosowanym tu znaczeniu, termin „materiał nadający się do przewężania” oznacza
dowolny materiał, który można przewężać.
W stosowanym tu znaczeniu, termin „materiał przewężony” odnosi się do dowolnego
materiału, którego wymiary ograniczono co najmniej w jednym kierunku takimi sposobami,
jak, na przykład, rozciąganie.
W stosowanym tu znaczeniu, termin „marszczenie” odnosi się do sposobu zmniejszania
początkowej szerokości materiału włóknistego do szerokości zmarszczonej poprzez przepuszczanie go pomiędzy co najmniej jedną parą prowadnic znajdujących się na obu krawędziach
materiału włóknistego, przy czym odległość pomiędzy prowadnicami jest mniejsza niż pierwotna szerokość materiału, tj. do ograniczania drogi biegu szerokości materiału. Szerokość
początkową materiału włóknistego można stopniowo zmniejszać za pomocą wielu par prowadnic, spasowanych lub niespasowanych, w wyniku czego uzyskuje się skupienie materiału.
Wspomniane prowadnice mogą być nieruchome albo osadzone obrotowo w łożyskach. Korzystnie, prowadnice te, jeżeli są nieruchome, mają gładką powierzchnię, co minimalizuje
możliwość zaczepiania się na nich materiału. Typowo, marszczenie nie nadaje materiałowi
włóknistemu znaczącego naprężenia.
W stosowanym tu znaczeniu, termin spajanie podczas rozciągania „przy zerowym naprężeniu” odnosi się ogólnie do procesu, w którym spaja się ze sobą co najmniej dwie warstwy w stanie nienaprężonym (stąd zerowe naprężenie) i w którym jedna z warstw jest rozciągliwa i elastomerowa, a druga jest rozciągliwa, ale niekoniecznie elastomerowa. Laminat
tego typu rozciąga się stopniowo za pomocą jednej lub więcej par zazębionych ze sobą walców falistych, które zmniejszają wielkość naprężenia działającego na wstęgę. Termin
„laminat rozciągnięty przy zerowym naprężeniu” odnosi się do kompozytowego materiału
sprężystego wykonanego techniką spajania podczas rozciągania przy zerowym naprężeniu,
tj. łączenia ze sobą warstw sprężystych i niesprężystych, kiedy obie te warstwy nie są w stanie wydłużonym i są rozciągane za pomocą zazębionych walców falistych. Druga warstwa,
po rozciągnięciu laminatu, będzie co najmniej w pewnym stopniu trwale wydłużona tak,
że laminat nie powróci do swojego pierwotnego, nieodkształconego stanu po zwolnieniu
8
187 939
siły rozciągającej. Rezultatem tego jest wybrzuszenie laminatu w kierunku „z”, a w konsekwencji
sprężysta rozciągliwość w kierunku początkowego rozciągnięcia co najmniej w miejscu rozciągnięcia, w którym je zastosowano. Przykłady takich laminatów oraz sposobów ich wytwarzania można znaleźć w amerykańskich opisach patentowych nr 5,143,679, nr 5,151,092,
nr 5,167,897 oraz nr 5,196,000.
W stosowanym tu znaczeniu, terminy „sprężysty” i „elastomerowy”, stosowane
w odniesieniu do włókna, wstęgi lub materiału włóknistego, oznaczają materiał, który pod
działaniem siły obciążającej może rozciągnąć się do długości, która wynosi co najmniej około
160 procent jego długości w stanie odprężonym, nierozciągniętym, i który odzyska co najmniej 55 procent swojego wydłużenia po zwolnieniu rozciągającej siły obciążającej w ciągu
około jednej minuty.
W stosowanym tu znaczeniu, termin „odzyskuje” odnosi się do skurczu rozciągniętego
materiału po ustaniu działania siły obciążającej, która rozciągnęła materiał. Przykładowo,
jeżeli materiał o długości w stanie odprężonym i nieobciążonym wynoszącej 2,54 cm (1 cal)
został wydłużony o 50 procent przez rozciągnięcie go do długości wynoszącej 3,81 cm (1,5 cala),
to jego długość po rozciągnięciu wynosi 150 procent jego długości w stanie odprężonym.
Jeżeli ten przykładowy rozciągnięty materiał skurczy się, to jest powróci do długości 2,799 cm
(1,1 cala) po zwolnieniu siły obciążającej i rozciągającej, oznacza to, że materiał odzyskał
80 procent (1,016 cm (0,4 cala)) swojego wydłużenia.
W stosowanym tu znaczeniu, termin „odzież ochronna” oznacza wyroby, do których
można zaliczyć, ale nie wyłącznie, fartuchy chirurgiczne, fartuchy izolacyjne, kombinezony,
fartuchy laboratoryjne i podobne.
W stosowanym tu znaczeniu, termin „wyroby chłonne higieny osobistej” oznacza wyroby, do których zaliczają się, ale nie wyłącznie, pieluchy, wyroby chłonne dla osób dorosłych nie panujących nad wydalaniem, wyroby higieniczne i odzież higieniczna dla kobiet
oraz majtki ochronne dla dzieci.
Wynalazek dotyczy laminatowej struktury włóknistej o odpowiedniej sprężystości
w kierunku CD. Ogólnie, najpierw laminuje się co najmniej jedną, a korzystnie więcej, wstęg
nie przewężonego materiału włóknistego ze wstęgą materiału sprężystego, a następnie przewęża się całość, korzystnie w podwyższonej temperaturze. W wynalazku zaleca się stosowanie włóknistych materiałów włókninowych, ale można również stosować dzianiny lub luźno
tkane materiały włókniste.
Na figurze 1 przedstawiono urządzenie 10 do ciągłego formowania laminatu według
wynalazku, pierwszą wstęgę 12,5 i drugą wstęgę 14, każda zawierająca korzystnie nieprzewężany materiał włókninowy. Termin „wstęga” oznacza kawałek materiału włóknistego,
korzystnie na bębnie podającym, ale można również stosować materiał włóknisty, taki jak
w procesie laminowania wsadowego. Wstęgi 12 i 14 można wytworzyć dowolnym z wielu
sposobów dobrze znanych w technice. Do sposobów tych należą, ale nie wyłącznie, gręplowanie i spajanie („carding and bonding”), formowanie typu „spunbond”, formowanie typu
„meltblown” i podobne. Wstęgi te można wytwarzać takim samym sposobem, albo różnymi
sposobami, oraz z takich samych albo z różnych materiałów wyjściowych. Materiał włóknisty według wynalazku może być laminatem wielowarstwowym. Przykładem wykonania
laminatu wielowarstwowego według wynalazku jest taki materiał, w którym niektóre warstwy są typu „spunbond”, a niektóre są typu „meltblown”, taki jak laminat typu „spunbond”/, ,meltblown”/„spunbond” (SMS) ujawniony w amerykańskich opisach patentowych
nr 4,041,203, nr 5,169,706, oraz nr 4,374,888. Taki laminat można wytwarzać techniką
kolejnego osadzania na biegnącej taśmie formującej najpierw warstwy włókien typu
„spunbond”, następnie warstwy włókien typu „meltblown”, a na końcu następnej warstwy
włókien typu „spunbond”, a następnie spajania laminatu w sposób opisany we wspomnianych powyżej opisach patentowych. Alternatywnie, warstwy materiału włóknistego
można wytwarzać pojedynczo, nawijać na bębny i łączyć ze sobą w oddzielnym etapie
spajania. Materiały włókniste tego typu mają zazwyczaj gramaturę od około 0,1 do około
12 osy (około 3,4 do około 400 gsm), albo bardziej konkretnie od około 0,75 do około 3 osy
(około 25,4 do około 101,73 gsm). Wymienione powyżej sposoby są dobrze znane w technice,
w związku z czym nie ma potrzeby ich omawiania. Dla celów wynalazku, w zalecanym
187 939
9
potrzeby ich omawiania. Dla celów wynalazku, w zalecanym przykładzie wykonania stosuje
się materiał włóknisty typu „spunbond” (spajany podczas przędzenia), zarówno na pierwszą
jak i na drugą wstęgę 12 i 14. Rozumie się samo przez się, że wynalazek można zrealizować
stosując pojedynczą wstęgę materiału włóknistego przylaminowanego do materiału sprężystego.
Korzystnie, wstęgi 12 i/lub 14 są nieprzewężone, ale możliwe jest również, że są. one
przewężone w pewnym stopniu przed etapem laminowania. W takim przypadku wstęgi 12
i 14 poddaje się po laminowaniu drugiemu przewężaniu. Przykładowo, wstęgę można przewęzić od szerokości wyjściowej 2540 cm (100 cali) do szerokości 2032 cm (80 cali), a następnie przetworzyć na laminat według wynalazku.
Wstęgi 12 i 14 zazwyczaj zwija się wstępnie w zwoje podające 16 i 18, a następnie odwija w razie potrzeby. Alternatywnie, laminat według wynalazku można wytwarzać w taki
sposób, że formuje się odpowiednim sposobem wstęgi 12 i 14 i natychmiast przenosi na bębny
prowadzące, skąd podaje się je w sposób ciągły do opisanego dalej procesu technologicznego.
Elastomerowymi polimerami termoplastycznymi nadającymi się do stosowania w niniejszym wynalazku na warstwy sprężyste mogą być, ale nie wyłącznie, materiały wykonane
z kopolimerów blokowych, takich jak poliuretany, kopolimery estrów z eterami, kopolimery
blokowe amidów z eterami, kopolimery etylenu z octanem winylu (EVA), kopolimery
blokowe o ogólnym wzorze A-B-A' lub A-B, takie jak kopolimery styren/etylen-butylen,
polistyren-poli(etyleno-propylen)-polistyren, polistyren-poli(etylen-butylen)-polistyren, (polistyren/poli(etylen-butylen/polistyren), poli(styren/etylen-butylen/polistyren), etylen katalizowany metalocenem-(butylen lub heksylen lub oktylen) o gęstości około 0,866-0,910 g/cm3)
oraz o silnie przestrzenno regularnej strukturze, oraz podobne.
Do użytecznych żywic elastomerowych należą, ale nie wyłącznie, kopolimery blokowe
o wzorze ogólnym A-B-A' lub A-B, gdzie zarówno A jak i A' są końcowym blokiem polimeru termoplastycznego, każdy zawierający cząsteczkę o specyficznych właściwościach styrenowych, taką jak poli (winylo-aren), a B jest środkowym blokiem z polimeru elastomerowego, takim jak sprzężony polimer dienowy lub niższy polimer alkenowy. Kopolimery blokowe
typu A-B-A' mogą mieć różne albo takie same termoplastyczne polimery blokowe w blokach
A i A', a wymienionymi kopolimerami blokowymi mają być liniowe, rozgałęzione i promieniowe kopolimery blokowe. Pod tym względem, promieniowe kopolimery blokowe można
oznaczać (A-B)m-X, gdzie X jest wielofunkcyjnym atomem lub cząsteczką i gdzie każdy
(A-B)m odchodzi promieniowo od X w taki sposób, że A jest blokiem końcowym. W promieniowym kopolimerze blokowym X może być organicznym lub nieorganicznym wielofunkcyjnym atomem lub cząsteczką, a m jest liczbą całkowitą o takiej samej wartości jak grupa funkcyjna początkowo obecna w X. Zazwyczaj jest ona równa co najmniej 3, ale często 4
lub 5, ale nie stanowi to ograniczenia. Zatem, w wynalazku, wyrażenie „kopolimer blokowy”,
a zwłaszcza kopolimer typu A-B-A' i A-B obejmuje wszystkie kopolimery blokowe z takimi
blokami plastycznymi i blokami termoplastycznymi jak wspomniano powyżej, które można
wytłaczać (np. technika „meltblown” ((formowania z surowca w stanie stopionym) i wytwarzania wstęg) i bez ograniczeń co do liczby bloków. Elastomerową wstęgę włókninową można wytwarzać z, na przykład, elastomerowych kopolimerów blokowych typu (polistyren/poli(etylen-butylen)/polistyren). Handlowymi przykładami takich elastomerowych kopolimerów są, na przykład, materiały znane pod nazwą KRATON®, które można zakupić
w firmie Shell Chemical Company z Houston, Teksas. Kopolimery blokowe KRATON®
można zakupić w kilku różnych odmianach, z których większość wskazano w amerykańskich
opisach patentowych nr 4,663,220 i 5,304,599.
Na warstwę sprężystą według wynalazku można również stosować polimery złożone
z elastomerowych kopolimerów czteroblokowych typu A-B-A-B. Polimery tego typu omówiono w amerykańskim opisie patentowym nr 5,332,613. W polimerach tych A jest termoplastycznym polimerem blokowym, a B jest izoprenową jednostka monomerową uwodornioną
do w przybliżeniu do jednostki mońomerowej poli(etyleno-propylenowej). Przykładem takiego
kopolimeru czteroblokowego jest styren-poli(etyleno-propylen)styren-poli(etyleno-propylen)
10
187 939
lub elastomerowy kopolimer blokowy SEPSEP, który można zakupić w firmie Shell Chemical Company z Houston, Teksas, pod nazwą handlową KRATON®.
Innymi przykładowymi materiałami elastomerowymi, które można użyć, są poliuretanowe materiały elastomerowe, takie jak, na przykład, dostępne pod nazwą handlową
ESTANE® z firmy B. F. Goodrich & Co. lub MORTHANE® z firmy Morton Thiokol Corp.,
poliestrowe materiały elastomerowe takie jak, na przykład, materiały dostępne pod oznaczeniem handlowym HYTREL® w firmie E.I. DuPont De Nemours & Company, oraz materiały
znane jako ARNITEL®, dostępne poprzednio w firmie Akzo Plastics z Arnhem, Holandia,
a obecnie z DSM z Sittard, Holandia.
Innym, odpowiednim do tego celu materiałem jest poliestrowy kopolimer blokowy
amidu o wzorze strukturalnym:
gdzie n jest całkowitą liczbą dodatnią, PA odpowiada segmentowi polimeru poliamidowego, a PE odpowiada segmentowi polimeru polieterowego. W szczególności, kopolimer
blokowy polieterowo-amidowy ma temperaturę topnienia od około 150°C do około 170°C,
mierzoną według ASTM D-789; wskaźnik płynięcia od około 6 gramów na 10 minut do około 25 gramów na 10 minut, mierzony według ASTM D-1238, stan Q (235 C/l kg obciążenia);
moduł sprężystości na zginanie od około 20 Mpa do około 200 Mpa, mierzony według ASTM
D-790; wytrzymałość na rozciąganie do zerwania od około 29 Mpa do około 33 Mpa, mierzoną
według ASTM D-638, oraz wydłużenie przy zerwaniu od około 500 procent do około 700 procent, mierzone według normy ASTM D-638. W konkretnym przykładzie wykonania kopolimer blokowy polieterowo amidowy ma temperaturę topnienia od około 152°C, mierzoną według ASTM D-789; wskaźnik płynięcia około 7 gramów na 10 minut, mierzony według ASTM
D-1238, stan Q (235 C/l kg obciążenia); moduł sprężystości na zginanie około 29,50 Mpa,
mierzony według ASTM D-790; wytrzymałość na rozciąganie do zerwania około 29 Mpa,
mierzoną według ASTM D-639, oraz wydłużenie przy zerwaniu około 650 procent, mierzone
według normy ASTM D-638. Materiały tego typu można zakupić w różnych odmianach pod
nazwą handlową PEBAX® z firmy ELF Atochem Inc., Philadelphia, PA. Przykłady stosowania takich polimerów można znaleźć w amerykańskich opisach patentowych nr 4,724,184,
nr 4,820,572 i nr 4,923,742.
Do polimerów elastomerowych należą również kopolimery etylenu i co najmniej jednego monomeru winylowego, takiego jak, na przykład, octany winylu, nienasycone alifatyczne
kwasy karboksylowe oraz estry, takie jak kwasy monokarboksylowe. Kopolimery elastomerowe oraz wytwarzanie z nich elastomerowych wstęg włókninowych ujawniono w amerykańskim opisie patentowym nr 4,803,117.
Do termoplastycznych elastomerów kopoliestrowych należą kopolimery eterów z estrami o wzorze ogólnym:
gdzie „G” wybiera się z grupy złożonej z poli(oksyetylen)-alfa,omega-diol, poli(oksypropylen)-alfa,omega-diol, poli(oksytetrametylen)-alpha,omega-diol: a „a” i „b” są
dodatnimi liczbami całkowitymi takimi jak 2, 4 i 6, natomiast „m” i „n” są dodatnimi liczbami
całkowitymi o wartościach 1-20. Materiały tego typu mają na ogół wydłużenie do zerwania
od około 600 procent do 750 procent, mierzone według ASTM D-638, a temperaturę topnienia
od około 176°C (350°F) do około 205°C (400°F), mierzoną według normy ASTM D-2117.
Handlowymi przykładami takich materiałów kopoliestrowych są na przykład, materiały
znane pod nazwą ARNITEL®, dostępne poprzednio w firmie Akzo Plastics z Arnhem, Holandia, a obecnie z DSM z Sittard, Holandia oraz materiały znane jako HYTREL® z firmy
E.I. DuPont De Nemours z Wilmington, Delaware. Wytwarzanie elastomerowych wstęg
187 939
11
włókninowych z poliestrowych materiałów elastomerowych ujawniono, na przykład, w amerykańskich opisach patentowych nr 4,741,949 oraz nr 4,707,398.
Materiał nadający się do przewężania można wytwarzać z polimerów tworzących włókna, takich jak, na przykład, poliamidów, poliestrów i poliolefin. Przykładowymi poliolefmami
są jeden lub więcej takich polimerów jak polipropylen, polietylen, kopolimery etylenu, kopolimery propylenu oraz kopolimery butylenu. Do nadających się do tego celu polipropylenów
należą, na przykład, polipropylen firmy Montell North America Corporation, Wilmington,
DE, pod nazwą handlową PF-301, polipropylen dostępny w firmie Exxon Chemical Company
pod nazwą handlową Exxon 3445, oraz polipropylen dostępny w firmie Shell Chemical Company pod nazwą handlową DX 5A09.
Wstęga 12 może być również materiałem kompozytowym wykonanym z mieszanki
dwóch lub więcej różnych włókien, albo mieszanki włókien i drobnych cząstek stałych. Mieszanki tego typu można wytwarzać dodając włókna i/lub cząstki stałe do strumienia gazu
unoszącego włókna typu „meltblown”, dzięki czemu uzyskuje się jednorodną splątaną mieszankę włókien typu „meltblown” z innymi materiałami, np. z pulpą drzewną, włóknami staplowymi i cząstkami stałymi, takimi jak, na przykład, cząstki hydrokoloidowe (hydrożel),
które powszechnie określa się mianem materiałów superchłonnych; wymieszanie to następuje
przed zebraniem włókien typu „meltblown” na urządzeniu zbierającym, w wyniku czego
uzyskuje się spójną wstęgę z chaotycznie rozproszonych włókien typu „meltblown” i innych
materiałów, takich jak ujawnione w amerykańskim opisie patentowym nr 4,100,324.
W zalecanym przykładzie wykonania, w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej
gotowego laminatu według wynalazku, w jednej lub obu wstęgach 12 i 14 włókna mogą być
zorientowane, w przybliżeniu w jednym kierunku, a nawet w kierunkach przypadkowych.
Wstęgi tego typu można wytwarzać jednym z wielu sposobów lub wielu technik, dobrze znanych fachowcom z tej dziedziny. Rezultatem takich sposobów jest zorientowanie włókien pod
kątem lub zgodnie z wektorem względem kierunku maszynowego wstęgi. Korzystnie, wektor
orientacji włókien w materiale nieprzewężonym (względem kierunku maszynowego wstęgi)
wynosi od około 0° do około 75°, bardziej korzystnie od około 30° do około 60°. Okazuje się,
że możliwe jest stosowanie wektorów o kącie powyżej 45°, ponieważ po przewężaniu wektory te zmniejszają się, co nadal poprawia wytrzymałość mechaniczną laminatu, jak to
wyniknie z dalszego szczegółowego opisu.
Pierwszą wstęgę 12 odwija się z bębna podającego 16, a drugą wstęgę 14 odwija się
z bębna podającego 18. Następnie wstęgi 12 i 14 biegną w kierunku pokazanym towarzyszącymi im strzałkami, ponieważ bębny podające 16 i 18 obracają się w kierunku pokazanym
strzałkami na nich. Następnie wstęga 12 przechodzi przez szczelinę S-ową układu 20 walców
złożonego z walców 22 i 24. Podobnie wstęga 14 przechodzi przez szczelinę S-ową pomiędzy
walcami układu 26 utworzonego przez walce 28 i 30. Wstęgi 12 i 14 są skonfigurowane w
taki sposób, żeby biegły w układzie przecinającym się w celu utworzenia strefy kontaktowej
34 znajdującej się poniżej zespołu 40.
Wstęgę 50 materiału sprężystego, określaną tu doraźnie jako folia, formuje się albo na
miejscu albo wcześniej i odwija z bębna podającego (nie pokazanego). Korzystnie, wstęgę 50
formuje się, jak pokazano na fig. 1, wytłaczając elastomerowy polimer przez dyszę 52. Korzystnie, wstęga 50 jest z polimeru elastomerowego wybranego z grupy składającej się ze
sprężystych poliestrów, sprężystych poliuretanów, sprężystych poliamidów, sprężystych poliolefin, metalocenów i sprężystych kopolimerów blokowych A-B-A', gdzie A i A' są tymi
samymi, albo różnymi polimerami termoplastycznymi, i gdzie B jest elastomerowym polimerem blokowym. Korzystnie, polimerem jest materiał Kraton® G2755, będący mieszanką polimeru elastomerowego, poliolefiny oraz żywicy klejącej. Można stosować dowolną żywicę
klejącą zgodną z polimerem elastomerowym i odporną na wysokie temperatury przetwarzania
(np. wytłaczania). Jeżeli stosuje się materiały mieszankowe takie jak, na przykład, poliolefiny
lub wydłużone oleje, również żywica klejąca powinna być zgodna z tymi materiałami mieszankowymi. Ogólnie, korzystnie, żywicami klejącymi są uwodornione żywice węglowodorowe ze względu na ich lepszą stabilność temperaturową. Przykładami uwodornionych żywic
węglowodorowych są żywice klejące REGALREZ™ i ARKON™ serii P. Przykładem wę-
12
187 939
glowodoru terpenowego jest materiał ZONATAK™ 501. Żywice REGALREZ™ można zakupić w firmie Hercules Incorporated. Żywice ARKON™ serii P można zakupić w firmie
Arakawa Chemical (U.S.A.) Incorporated. Oczywiście wynalazek nie ogranicza się do stosowania tylko tych trzech żywic klejących, ale można w nim również stosować inne żywice
klejące zgodne z innymi składnikami substancji i odporne na wysokie temperatury procesu
przetwarzania.
Przykładowo, w skład elastomerowego kleju samoprzylepnego może wchodzić od około 20 do około 99 procent wagowych polimeru elastomerowego, od około 5 do około 40 procent poliolefiny oraz od około 5 do około 40 procent lepiszcza żywicznego. Przykładowo,
w skład szczególnie użytecznego materiału Kraton® G-2755 wchodzi, wagowo, około 61 do
około 65 procent KRATON® G-1659, około 17 do około 23 procent Polyethylene NA-601
(który można kupić z firmy Quantum Chemical Co., Cincinnati, OH) oraz około 15 do około
20 procent REGALREZ® 1126.
Przykładowo, sprężysta wstęga 50 może być wykonana z kopolimerów blokowych
o ogólnej formule A-B-A', gdzie zarówno A jak i A’ są końcowym blokiem polimeru termoplastycznego, każdy zawierający cząsteczkę o specyficznych właściwościach styrenowych,
taką jak poli (winylo-aren), a B jest środkowym blokiem z polimeru elastomerowego, takim
jak sprzężony polimer dienowy lub niższy polimer alkenowy. Sprężystą wstęgę 50 można
wytwarzać z, na przykład, kopolimerów blokowych typu (polystyren/poli(etyleno-butylen)/polystyren), które można dostać w firmie Shell Chemical Company pod nazwą handlową KRATON® G. Jednym z takich kopolimerów blokowych może być, na przykład,
KRATON® G-1659.
Innymi przykładowymi materiałami elastomerowymi, które można użyć do wytwarzania sprężystych wstęg 50 są poliuretanowe materiały elastomerowe takie jak, na przykład,
dostępne pod znakiem handlowym ESTANE® w firmie B. F. Goodrich & Co., poliamidowe
materiały elastomerowe takie jak, na przykład, dostępne pod nazwą handlową PEBAX®
w firmie ELF Atochem Company, oraz poliestrowe materiały elastomerowe takie, jak, na
przykład materiały dostępne pod nazwą handlową Hytrel® w firmie E. I. DuPont De Nemours & Company.
Wytwarzanie sprężystych wstęg z poliestrowych materiałów sprężystych ujawniono,
na przykład, w amerykańskim opisie patentowym nr 4.741,949.
Poliolefinę można również mieszać z polimerem elastomerowym w celu poprawy przetwarzalności materiału. Poliolefina ta musi być jedną z takich, które po takim zmieszaniu
i poddaniu działaniu odpowiedniej kombinacji podwyższonego ciśnienia i podwyższonej
temperatury, można wytłaczać, w formie mieszanki, z polimerem elastomerowym. Do nadających się do mieszania materiałów poliolefinowych należą, na przykład, polietylen, polipropylen i polibutylen, w tym kopolimery etylenu, kopolimery propylenu i kopolimery butylenu.
Szczególnie użyteczny polietylen można uzyskać z firmy Quantum Chemical Co., Cincinnati,
OH, pod nazwą handlową Petrothene® NA601 (nazywany dalej PE NA601 lub polietylen
NA601). Można stosować dwie lub więcej żywice poliolefinowe. Nadające się do wytłaczania mieszanki elastomerowych polimerów i poliolefin ujawniono w, na przykład, amerykańskim opisie patentowym nr 4,663,220.
Sprężysta wstęga 50 może być również materiałem wielowarstwowym, w skład którego
mogą wchodzić dwie lub więcej pojedynczych spójnych wstęg. Ponadto, sprężysta wstęga 50
może być materiałem wielowarstwowym, w którym w skład jednej lub kilku warstw wchodzi
mieszanka włókien sprężystych i niesprężystych, albo cząstek stałych. Przykład sprężystej
wstęgi tego drugiego typu przywołano w amerykańskim opisie patentowym nr 4,209,563,
w którym włókna elastomerowe i nieelastomerowe są rozproszone, w wyniku czego powstała
pojedyncza spójna wstęga z chaotycznie rozproszonymi włóknami. Innym przykładem takiej
kompozytowej wstęgi może być wstęga wykonana taką techniką, jaką ujawniono w amerykańskim opisie patentowym nr 4,100,324. W opisie tym ujawniono materiał włókninowy,
w którego skład wchodzi mieszanka termoplastycznych włókien typu „meltblown” z innymi
materiałami. Włókna te i inne materiały miesza się ze sobą w strumieniu gazu, w którym tworzą się włókna typu „meltblown”, dzięki czemu uzyskuje się jednorodną splątaną mieszankę
187 939
13
włókien typu „meltblown” z innymi materiałami, np. z pulpą drzewną, włóknami staplowymi
i cząstkami stałymi, takimi jak, na przykład, cząstki hydrokoloidowe (hydrożel), które powszechnie określa się mianem materiałów superchłonnych; wymieszanie to następuje przed
zebraniem włókien na urządzeniu zbierającym, w wyniku czego uzyskuje się spójną wstęgę
z chaotycznie rozproszonych włókien.
Alternatywnie, wstęga 50 może być układem pasemek, materiału włókninowego, pianki
lub podobnych.
Wstęgę 50 formuje się jednym z wielu powszechnie znanych sposobów, w tym, ale nie
wyłącznie, techniką wytłaczania z dyszy płaskiej, techniką rozdmuchiwania rękawa foliowego, wylewania i podobnymi. Ogólny opis rozdmuchowego formowania folii przedstawiono
w Kirk-Othmer, „Encyclopedia of Chemical Technology”, wydanie 4 Vol. 10, s. 777, do której tu odsyłamy. Folia formowana rozdmuchowo może być pożądana ze względu na w przybliżeniu poprzeczną orientację jej cząsteczek, co zwiększa wytrzymałość mechaniczną w kierunku poprzecznym. Normalne wylewanie folii orientuje cząsteczki lekko w kierunku maszynowym, co zmniejsza wytrzymałość mechaniczną w kierunku poprzecznym.
Do omówienia wynalazku wybrano opis zalecanego przykładu wykonania dla folii formowanej techniką wytłaczania z płaskiej dyszy. Ogólnie mówiąc, wstęgę 50 można wytłaczać
w temperaturze odpowiedniej dla typowego procesu wytłaczania folii dla konkretnego materiału elastomerowego. Przykładowo, z substancji o składzie wagowym około 61 to około
65 procent KRATON® G-1659, około 17 do około 23 procent Polyethylene NA-601, oraz
około 15 do około 20 procent REGALREZ® 1126 można wytłoczyć wstęgę elastomerową
(na przykład samoprzylepną, elastomerową wstęgę przylepną) w temperaturze od około
182,22°C (360°F) do około 282,22°C (540°F).
Wytłoczoną albo uformowaną w inny sposób, wstęgę 50 osadza się w strefie kontaktowej 34 w taki sposób, żeby natychmiast zacisnęły ją wstęgi 22 i 14. W zalecanym przykładzie wykonania wstęgi 12 i 14 doprowadza się do strefy kontaktowej 34 w taki sposób, żeby
wektory włókien biegły w przeciwnych kierunkach, tj. w prawo i w lewo od kierunku maszynowego tak, żeby w uformowanym materiale wielowarstwowym 54 włókna wstęgi 12 były
zorientowane w jednym kierunku, a włókna wstęgi 14 były zorientowane w kierunku w przybliżeniu poprzecznym. Ten poprzeczny układ warstwowy daje w rezultacie materiał o znacznie większej wytrzymałości mechanicznej niż laminaty z jednokierunkowym układem włókien. W jednym z doświadczeń, poprzeczne ułożenie warstwowe pierwszej wstęgi z wektorem włókien o kącie około +30° i drugiej wstęgi z wektorem włókien o kącie -30° względem
osi kierunku maszynowego dało w wyniku laminat w przybliżeniu o 10 procent większej wytrzymałości na rozciąganie w kierunku poprzecznym. Alternatywnie, każdą wstęgę można
formować w maszynie wielostanowiskowej w taki sposób, żeby niektóre włókna miały
przeważnie około +30°, a inne przeważnie -30°.
Wstęgi 12, 14, 50 wprowadza się w szczelinę 34 układu 56 walców prasujących.
W skład układu 56 walców prasujących może wchodzić co najmniej pierwszy walec prasujący 58 i drugi walec prasujący 60, które można ustawić w taki sposób, żeby powstała pomiędzy nimi kontrolowana szczelina 34. Alternatywnie, walce prasujące 58 i 60 można ustawić
w taki sposób, żeby określona pomiędzy nimi szczelina prasująca była taka, że walce 58 i 60
w zasadzie stykają się ze sobą kiedy nie ma pomiędzy nimi wstęgi (tj. przy braku materiału).
Korzystnie, jeden lub oba walce 58 i 60 mogą być chłodzone, co, jak się sądzi, pomaga
w chłodzeniu wytłoczonej wstęgi polimerowej, przyspieszając w ten sposób jej utwardzanie
po zetknięciu się i spojeniu z materiałami 12 i 14. Materiał laminatowy 62, który opuszcza
szczelirię zaciskową 34, stanowi teraz jednorodną strukturę.
Alternatywnie, można zastosować inne sposoby spajania w celu sklejenia wstęgi 50
ze wstęgami 12 i 14, takie jak, ale nie wyłącznie, klejenie, spajanie termiczne, spajanie
hydrotechniczne, ultradźwiękowe i inne sposoby laminowania, powszechnie znane w tej
dziedzinie techniki.
Materiał laminatowy 62 można nawijać na bęben podający 64 do przechowania. Alternatywnie, materiał laminatowy 62 można przesunąć bezpośrednio do zespołu przewężania 70,
jak pokazano na fig. 2 i 3. W poprzednim przypadku materiał laminatowy 62 odwija się
14
187 939
z bębna podającego 64 poprzez zespół walców prasujących 65, który doprowadza go z kontrolowaną prędkością liniową. W pewnym odstępie w kierunku szerokościowym materiału
laminatowego 62 znajduje się co najmniej jedna listwa tnąca 72, a korzystnie wiele takich
listew tnących 74, które tną materiał tworząc oddzielnie przewężane paski o odpowiedniej
szerokości przed zespołem walców prasujących 65. Można stosować dowolną liczbę listew
tnących 74. Rozumie się samo przez się, że można stosować dowolną, odpowiednią szerokość
materiału oraz można formować dowolne pożądane szerokości pasków, wybierając liczbę
listew tnących 74 i odstępy pomiędzy nimi.
Rozumie się również samo przez się, że wynalazek można zrealizować bez przecinania
laminatu 62 przed przewężaniem.
Paski 76, 78 i 80 stykają się ze źródłem ciepła, takim jak piec 82 i przechodzą przez
S-owy zespół 83, po czym są nawijane na bęben odbiorczy 84. Obwodową prędkość liniową
bębna podającego 64 reguluje się w taki sposób, żeby była mniejsza niż obwodowa prędkość
liniowa bębna odbiorczego 84, więc paski 76, 78 i 80 są przewężane i naprężane w miarę ich
nawijania na wspólny bęben odbiorczy 84. Alternatywnie, można zastosować wiele bębnów
odbiorczych 84, wskutek czego każdy bęben 84 będzie służył do nawijania jednego z pasków
76, 78 i 80. Temperatura pieca 82 wynosi, korzystnie, od około 93,33°C (200°F) do około
132,22°C (270°F), bardziej korzystnie od około 104,44°C (220°F) do około 123,88°C
(255°F). Paski 76, 78 i 80 stykają się ze źródłem ciepła na czas około 0,1 do około 1,0 minuty, ale mogą to również być inne długości czasu, w zależności od składu laminatu, warunków
przewężania i pożądanych parametrów wyrobu. Podczas tej procedury paski 76, 78 i 80 są
przewężane do mniejszej szerokości. Alternatywnie, źródło ciepła może mieć postać szeregu
ogrzewanych rolek (nie pokazanych), wokół których biegnie laminat 62, przybierający
następnie swobodną rozpiętość przed nawinięciem na bęben odbiorczy 84.
W znanych dotychczas technikach stosowano materiał przewężany, który następnie laminowano z elastomerem.
Ważną zaletą wynalazku w porównaniu ze stanem dotychczasowym jest laminowanie
materiału włóknistego ze wstęgą sprężystą, a następnie przewężanie wyrobu w podwyższonej
temperaturze. Sądzi się, że włóknista warstwa lub warstwy laminatu działają jak struktura
nośna dla sprężystej wstęgi podczas ogrzewania laminatu. Po ogrzaniu, sprężysta wstęga
mięknie i traci pamięć swojego kształtu. Laminat jest przewężany w celu zmniejszenia jego
szerokości, co, po ochłodzeniu, nadaje mu rozciągliwość w kierunku CD (poprzecznym do
maszynowego). Chłodzenie zachowuje przewężoną szerokość w pamięci kształtu elastomerowej wstęgi. Wynalazek jest laminatem o pożądanej sprężystości w kierunku CD w porównaniu z laminatami znanymi dotychczas.
Ponadto, nieoczekiwanym rezultatem wynalazku jest ulepszony wyrób wytwarzany
dzięki stosowaniu bezszczelinowego zespołu walców prasujących podczas etapu laminowania. Należałoby się zazwyczaj spodziewać, że bezszczelinowy zespół walców prasujących
spowoduje wnikanie sprężystej wstęgi w strukturę materiału włóknistego, a tym samym
zmniejszenie sprężystości w kierunku CD, natomiast okazuje się, że zastosowanie materiału
nieprzewężanego łagodzi to zjawisko, w wyniku czego powstaje materiał włóknisty o lepszej
przepuszczalności dla par i gazów w porównaniu z laminatami znanymi dotychczas. Jedną
z możliwości wytłumaczenia tego zjawiska jest to, że podczas procesu laminowania za pomocą zespołu bezszczelinowych walców prasujących włókna wstęgi włókninowej mogą wbudowywać się i przenikać przez sprężystą folię i, po przeprowadzanym następnie ogrzewaniu
i przewężaniu, włókna te mogą być wyciągane z folii, pozostawiając mikroporowatą folię,
która jest przepuszczalna dla par i gazów oraz hydrofobowa. Ponadto, laminatu wyprodukowanego za pomocą zespołu bezszczelinowych walców prasujących nie można w zasadzie
rozwarstwić bez jego zniszczenia.
W alternatywnym przykładzie wykonania pokazanym na fig. 4, laminat 100 jest odwijany z bębna podającego 102 i marszczony za pomocą rolek prowadzących 104. Zmarszczony
materiał .jest następnie przepuszczany przez zespół walców 106, który nie nadaje mu znaczniejszego naprężenia. Uważa się, że marszczenie zmniejsza profil podobny do uśmiechu poprzez zmniejszenie odległości w kierunku CD od krawędzi do środka materiału. Prowadnice 104
187 939
15
mogą być nieruchomymi prętami, wałkami, rolkami, kółkami lub podobnymi, albo mogą być
osadzone na łożyskach. Korzystnie, powierzchnia prowadnic jest gładka tak, żeby laminat 100
nie zaczepiał o rolkę. Korzystnie, prowadnice 104 leżą parami, po jednej z każdej strony
laminatu. Korzystnie, w celu poprawy kontroli prowadzenia materiału, istnieje wiele par prowadnic 104, jak pokazano na rysunkach. W etapie marszczenia laminatowi nie nadaje się
znaczniejszego naprężenia, tj liniowa prędkość X bębna podającego 102 nie jest znacznie
niniejsza niż liniowa prędkość Y zespołu walców prasujących 106.
Marszczenie można przeprowadzać przed przewężaniem, co poprawia proces przewężania. Marszczenie można również wykonać bez przewężania. Ponadto marszczenie można
przeprowadzać równocześnie z przewężaniem.
Wynalazek można stosować w wyrobach chłonnych higieny osobistej takich jak klapki
boczne lub skrzydełka w pieluchach, majtki ochronne dla dzieci i podobne, które muszą być
mocne i sprężyste, a jednocześnie wytrzymałe na rozwarstwianie. Istnieje możliwość skonstruowania całych wyrobów z materiału według wynalazku. Inną dziedziną zastosowań materiału włóknistego według wynalazku jest wytwarzanie z niego bocznych elementów w wyrobach dla osób dorosłych nie panujących nad wydalaniem oraz w damskich majtkach ochronnych, gdzie bardzo ważne są sprężystość i przepuszczalność dla par i gazów. Ponadto wynalazek można stosować do wyrobu elementów odzieży ochronnej.
Poniżej opisano wynalazek w odniesieniu do przykładów jego realizacji, które należy
potraktować tylko w kategoriach ilustracyjnych. O ile nie podano inaczej, to udziały i procenty w dalszych przykładach są podane wagowo.
Przykłady
Metody badań i definicje
Test obciążeń cyklicznych: W badaniach zastosowano maszynę wytrzymałościową
o stałej prędkości obciążania oznaczoną Sintech 2, Model 3397-139, którą można zakupić
w firmie Sintech Corporation, Cary, NC. Wycięto potrójne próbki badawcze o wymiarach
11,43 x 7,62 cm (4,5 x 3 cale), przy czym bok o długości 11,43 cm (4,5 cala) biegł w kierunku poprzecznym do maszynowego. Każdą próbkę o szerokości 7,62 cm (3 cale) zaciśnięto
w dwóch pneumatycznych szczękach tak, żeby długość uchwytu (rozstawienie szczęk) wynosiła 5,08 cm (2 cale), a kierunek rozciągania pokrywał się z kierunkiem poprzecznym do maszynowego. Prędkość rozciągania ustawiono na 50,8 cm/min (20 cali/min). Badania przeprowadzono podczas dwóch cykli rozciągania/kurczenia, polegających na tym, że próbkę najpierw rozciągano do 100% wydłużenia (rozstawienie szczęk 10,16 cm (4 cale), następnie zatrzymywano szczęki i natychmiast wracano do wyjściowej długości rozstawienia, po czym
powtarzano następny cykl rozciąganie-kurczenie, a na końcu rozciągano próbkę do wydłużenia, przy którym pękała i kiedy to się stało, badanie zatrzymywano. Za pomocą odpowiednich
ogniw obciążnikowych i innych czujników mierzono siłę i wydłużenie, uzyskane wyniki notowano i analizowano za pomocą programu komputerowego.
Badane próbki zostały scharakteryzowane obciążeniem (siłą) zmierzonym przy 30%
wydłużeniu podczas pierwszego cyklu rozciągania, obciążeniem przy 30% wydłużeniu podczas drugiego cyklu kurczenia, wydłużeniem procentowym przy obciążeniu 2000 gramów,
oraz wydłużeniem i obciążeniem przy zerwaniu (szczytowym).
Test rozwarstwiania:
Podczas badania rozwarstwiania lub delaminacji, laminat badano wyznaczając wielkość
siły rozciągającej, przy której następowało rozdzielenie warstw laminatu. Wartości wytrzymałości na odrywanie uzyskiwano używając materiału włóknistego o określonej szerokości, zazwyczaj zacisku o szerokości 102 mm (4 cale) i stałej prędkości rozciągania. Foliową
stronę próbki pokrywano taśmą maskującą lub jakimś innym, odpowiednim do tego materiałem, w celu uniemożliwienia darcia się folii podczas testu. Taśma maskująca znajdowała się
tylko na jednej stronie laminatu, a więc nie miała wpływu na wytrzymałość próbki na rozwarstwianie. Najpierw rozwarstwiano próbkę ręcznie na odcinku o długości wystarczającej do
umożliwienia jej uchwycenia w odpowiednim położeniu. Próbkę zaciskano w uchwytach
urządzenia, na przykład, Instron Model TM, które można kupić w Instron Corporation, 2500
Washington St., Canton, MA 02021, lub Thwing-Albert Model INTELLECT II, które można
16
187 939
zakupić w firmie Thwing-Albert Instrument Co., 10960 Dutton Rd., Phila, PA 19154, które
ma równoległe szczęki o długości 76 mm (3 cale). Następnie próbkę ciągnięto do rozdzielenia
pod kątem 180°, rejestrując w funtach wytrzymałość na rozciąganie.
Test przepuszczalności par i gazów:
Miernikiem przepuszczalności materiału włóknistego dla par i gazów jest współczynnik
przepuszczalności pary wodnej (WVTR), który dla materiałów próbkowych oblicza się według normy ASTM Standard E96-80. Z każdego testowanego materiału wykrawano okrągłe
próbki o średnicy 7,62 cm (3 cale) oraz brano próbkę kontrolną, którą stanowił kawałek wstęgi CELGARD® 2500 firmy Celanese Separation Products of Charlotte, NC. Wstęga
CELGARD® jest mikroporowatą wstęgą polipropylenową. Z każdego materiału sporządzono
trzy próbki. Miseczkę pomiarową stanowiła zlewka Vapometer numer 60-1 rozprowadzana
przez firmę Thwing-Albert Instrument Company of Philadelphia, PA. Do każdej zlewki Vapometer wlewano sto mililitrów wody i na otwartych górnych częściach poszczególnych zlewek kładziono pojedynczo próbki materiałów testowych i materiału kontrolnego. Następnie
nakręcano na zlewki kołnierze, uszczelniając ich krawędzie, ale pozostawiając odpowiedni
materiał testowy lub kontrolny wystawiony na działanie atmosfery otoczenia na okręgu
o średnicy 6,5 cm mającym odsłonięte pole o powierzchni około 33,17 centymetra kwadratowego. Następnie zlewki umieszczano w piecu z wymuszonym obiegiem powietrza o temperaturze 32°C (100°F) na okres 1 godziny w celu doprowadzenia do stabilizacji warunków. Piec
był piecem o stałej temperaturze z krążeniem powietrza zewnętrznego w celu uniemożliwienia gromadzenia się w nim pary wodnej. Odpowiednim do tego celu piecem z wymuszonym
obiegiem powietrza jest, na przykład, piec Blue M Power-O-Matic 60 rozprowadzany przez
firmę Blue M Electric Company z Blue Island, Iliinois. Po zakończeniu stabilizacji, wyjmowano zlewki z pieca, ważono i natychmiast wstawiano z powrotem do pieca. Po 24 godzinach
wyjmowano zlewki z pieca i ponownie ważono. Wstępne wartości testowych współczynników przepuszczalności pary wodnej obliczano w następujący sposób:
WVTR Testowe = (strata gramów wagi w ciągu 24 godzin) x 315,5 g/m2/24 godziny
Nie kontrolowano w jakiś specjalny sposób wilgotności względnej w piecu.
W ustalonych warunkach zadanych 32°C (100°F) i wilgotności względnej otoczenia
wartość WVTR dla materiału kontrolnego CELGARD® 2500 wynosi 5000 gramów na metr
kwadratowy na 24 godziny. W związku z tym podczas każdego testu badano również próbkę
kontrolną, po czym korygowano wstępne wartości testowe w celu ustalenia warunków za
pomocą następującego równania:
WVTR = (WVTR Testowe/WVTR kontrolne) x (5000 g/m2/24 godziny)
Test wytrzymałości na ciśnienie słupa wody (hydrohead test). Miernikiem właściwości
barierowych materiału włóknistego dla cieczy jest test wytrzymałości na ciśnienie słupa wody
(hydrohead test). Podczas testu wytrzymałości na ciśnienie słupa wody wyznacza się wysokość słupa wody (w centymetrach), jaki wytrzymuje materiał włóknisty zanim przejdzie przez
niego określona ilość cieczy. Materiał włóknisty, dla którego wysokość słupa wody jest większa, ma lepsze właściwości barierowe dla przenikania cieczy niż materiał o niniejszej wysokości słupa wody. Test wytrzymałości na ciśnienie słupa wody przeprowadza się według
normy Federal Test Standard nr 191A, Metoda 5514.
Przykład 1
Zespół bezszczelinowych walców prasujących
Laminowano dwie wstęgi o gramaturze 0,85 osy polipropylenowego materiału włóknistego typu „spunbond” o splocie siatkowym i o szerokości 230,1 cm (65") wytłaczając stopioną folię Kraton® G2755 o gramaturze 28-30 gsm pomiędzy warstwy materiału typu
„spunbond”, prasując następnie laminat pomiędzy bębnem chłodzonym wodą a bębnem pokrytym gumą w celu doprowadzenia do spojenia warstw i utwardzenia/ochłodzenia folii.
Warunki przetwarzania na linii do powlekania przez wytłaczanie były następujące: temperatura topnienia polimeru Kraton® wynosiła około 248,88°C (480°F), prędkość obrotowa
ślimaka wytłaczarki 32 rpm (obroty na minutę), prędkość bębna nawijającego 59,41 m/min
(65'jardów/minutę), szerokość laminowania 157,48 cm (62”).
187 939
17
Wymiary w jardach dobrano w taki sposób, żeby pomiędzy walcami zespołu prasującego laminat nie było żadnej szczeliny. W laminacie robiono trzy nacięcia w pobliżu środka
bębna, uzyskując dwa próbne paski 1A i 1B, każdy o szerokości 34,925 cm (13,75"), które
nawijano na wspólny rdzeń. Następnie laminatową wstęgę doprowadzano do pieca o długości
około 9,09 m (30 stóp). Temperaturę w piecu ustawiono na wartość 115,55°C (240°F). Laminat, który nie był sprężysty w żadnym kierunku, przeciągano następnie przez piec, pozwalając
mu swobodnie wydłużać się i przewężać. Zwiększano różnicę prędkości pomiędzy urządzeniem odwijającym a nawijającym do chwili zmniejszenia się początkowej szerokości pasków
34,925 cm (13,75") do wartości około 12,7 cm (5") (przewężenie 63,6%). Warunki przewężania dla wstęgi przeprowadzanego za pomocą bezszczelinowego zespołu walców laminujących były następujące: prędkość linii na wlocie do pieca: 21,816 m/min (72 stopy na minutę),
prędkość linii na wylocie z pieca: 31,512 m/min (104 stopy na minutę), temperatura robocza
pieca do 121,66°C (251°F), przewężenie pasków do 12,192 cm (4,8”), temperatura wstęgi
na urządzeniu nawijającym: 41,66-42,77°C (107-109°F) (mierzona za pomocą pirometru na
podczerwień).
W tabeli 1 przedstawiono wyniki testu obciążenia cyklicznego dla próbki 1A,
a w tabeli 2 dla próbki IB. Przeprowadzono pięć powtórzeń.
Tabela 1
Próbka 1A
Wartość średnia
Odchylenie
standardowe
Obciążenie 1
30%
Do góry gramy
Obciążenie 2
30%
W dół gramy
Wydłużenie @
Zatrzymanie
obciążenia %
@
Szczytowe %
Obciążenie @
Szczytowe
gramy
647,63
72,62
122,09
318,0
9501,1
15,54
5,41
3,29
20,4
469,0
Wydłużenie
Wydłużenie
Tabela 2
Próbka IB
Wartość średnia
Odchylenie
standardowe
Obciążenie 1
30%
Do góry gramy
Obciążenie 2
30%
W dół gramy
Wydłużenie @
Zatrzymanie
obciążenia %
@
Szczytowe %
Obciążenie @
Szczytowe
gramy
668,35
77,56
118,37
318,7
9821,2
9,25
3,31
1,59
10,8
283,7
Przykład 2
Szczelinowy zespół walców prasujących
Powtórzono procedurę laminowania z przykładu 1, ale odsunięto walce laminujące za
pomocą podkładek dystansowych na odległość, w wyniku której powstała pomiędzy nimi
szczelina o wielkości 0,0762 cm (0,030"). Warunki przewężania dla wstęgi przeprowadzanego za pomocą szczelinowego zespołu walców laminujących były następujące: prędkość linii
na wlocie do pieca: 23,634 m/min (78 stóp na minutę), prędkość linii na wylocie z pieca:
31,209 m/min (103 stopy na minutę), temperatura robocza pieca do 104,4-124,4°C (220-256°F),
przewężenie pasków 2A i 2B wynosiło do 12,7 cm (5"), temperatura wstęgi na urządzeniu
nawijającym: 45-46,11°C (113-115°F).
Wyniki testu obciążenia cyklicznego dla próbek 2A i 2B przedstawiono w tabeli 3
i tabeli 4. Przeprowadzono pięć powtórzeń.
18
187 939
Tabela 3
Próbka 2A
Obciążenie 1
30%
Do góry gramy
Obciążenie 2
30%
W dół gramy
Wydłużenie @
Zatrzymanie
obciążenia %
@
Szczytowe %
Obciążenie @
Szczytowe
gramy
340,74
20,75
124,95
265,3
9337,0
8,35
3,31
2,52
6,1
71,9
Wartość średnia
Odchylenie
standardowe
Wydłużenie
Tabela 4
Próbka 2B
Obciążenie 1
30%
Do góry gramy
Obciążenie 2
30%
W dół gramy
Wydłużenie @
Zatrzymanie
obciążenia %
@
Szczytowe %
Obciążenie @
Szczytowe
gramy
403,33
28,65
129,77
278,8
9092,0
17,72
3,75
2,71
15,4
509,6
Wartość średnia
Odchylenie
standardowe
Wydłużenie
Próbki materiałów 1A, IB, 2A i 2B za urządzeniem nawijającym wykazywały dobrą
sprężystość w kierunku CD.
W tabeli 5 przedstawiono wyniki badania wytrzymałości na odrywanie po przewężaniu
dla laminatów prasowanych za pomocą szczelinowego zespołu walców. Stosowano pięć powtórzeń. W przypadku próbek 1A i 1B laminowanych za pomocą bezszczelinowego zespołu
walców nie można było oderwać w sposób nie niszczący warstwy materiału typu „spunbond”
od wstęgi, co świadczy o tym, iż wytrzymałość na odrywanie laminatu przewyższyła wytrzymałość na odrywanie materiału włóknistego typu „spunbond”; z tego względu próbki 1A
i 1 B nie można było testować na wytrzymałość na odrywanie.
Tabela 5
Próbka 2A
Wartość średnia
Odchylenie standardowe
Przeciętne obciążenie
gramy
Wskaźnik rozrzutu
gramy
215,34
40,10
8,80
4,88
Tabela 6
Próbka 2B
Wartość średnia
Odchylenie standardowe
- Przeciętne obciążenie
gramy
Wskaźnik rozrzutu
gramy
333,20
33,06
25,30
10,68
187 939
19
W tabeli 7 przedstawiono wyniki badania współczynnika przepuszczalności pary wodnej
(WVTR). Przyjmuje się, że standardowa wartość współczynnika przepuszczalności pary wodnej
dla próbki kontrolnej wynosi 5000 g/m2/24 godziny. Dla każdej próbki przeprowadzono trzy testy.
Tabela 7
Próbka
WVTR
CC,
5089
CC2
5000
O
O
w
KONTROLNA CELGARD (CC)
5079
Wartość średnia
5056
Odchylenie standardowe
49
KONTROLNA NBL (NC)
NC1
114
n c
2
104
n c
3
129
Wartość średnia
Odchylenie standardowe
116
13
PRÓBKA TESTOWA 1A
1A,
2513
1a 2
3045
1a 3
3888
Wartość średnia
Odchylenie standardowe
3149
694
PRÓBKA TESTOWA IB
IB,
3077
1B2
3102
1B3
3016
Wartość średnia
Odchylenie standardowe
3065
44
PRÓBKA TESTOWA 2A
2A 1
154
2A2
167
2A3
141
Wartość średnia
Odchylenie standardowe
154
13
20
187 939
Próbka CC była próbką kontrolną wykonaną z folii CELGARD® 2500. Próbka NC była
odwracalnie przewężoną próbką kontrolną NBL wytworzoną techniką ujawnioną w amerykańskim opisie patentowym nr 5,336,545. Próbki 1A i 1B były odwracalnie przewężonymi
próbkami NBL według przykładu 1, tj. w przypadku stosowania bezszczelinowego zespołu
walców laminujących. Próbka 2A była wykonana z materiału laminowanego przez wytłaczanie za pomocą zespołu walców prasujących ze szczeliną 0,762 mm (30 milów), a następnie
próbka ta była przewężana. Jak wynika z tabeli 7, współczynnik przepuszczalności pary wodnej dla próbek 1A i 1B prasowanych za pomocą bezszczelinowego zespołu walców wynosił
około 3000, a jego średnia wartość była 26 razy większa niż wartość WVTR dla przewężanych próbek NBL kategorii NC. Praktyczna górna wartość graniczna WYTR może wynosić
około 5000. Próbka 2A, wytwarzana za pomocą szczelinowego zespołu walców prasujących
była w zasadzie nieprzepuszczalna dla par i gazów, podobnie jak standardowa próbka NBL.
W tabeli 8 przedstawiono wyniki badania odporności na wodę, albo wytrzymałości na
ciśnienie słupa wody.
Tabela 8
Numer identyfikacyjny próbki
Wysokość słupa
(cm)
1A
35,5
1B
39,0
2A
33,0
2B
36,0
Wysokość słupa jest wysokością słupa wody, przy jakiej obserwuje się drugą kroplę pojawiającą się pod badanym materiałem włóknistym.
Przepuszczalność dla par i gazów ma określony wpływ na wygodę. Wysoka wartość
WYTR umożliwia przejście większej ilości wilgoci przez materiał włóknisty, zapewniając
większą wygodę użytkownikowi. Wysoka barierowość dla cieczy (mierzona podczas testu
wytrzymałości na ciśnienie słupa wody) jest pożądana ze względu na zapobieganie przeciekom, na przykład w pieluchach lub w okryciach zewnętrznych, takich jak w przypadku chirurgicznej odzieży ochronnej, zapobieganie przenikaniu przez materiał krwi i innych płynów,
ale z równoczesnym zapewnieniem dobrej przepuszczalności dla par i gazów. Średnia wartość wyników testu przepuszczalności pary wodnej wyniosła dla próbki 1A 3149, a dla próbki
IB 3065, co wskazuje na znakomite przepuszczalności par i gazów przez laminowany materiał włóknisty. Przepuszczalność dla par i gazów laminatu formowanego za pomocą bezszczelinowego zespołu walców prasujących była lepsza niż laminatu formowanego za pomocą
szczelinowego zespołu walców prasujących.
Przykład 3
W alternatywnym sposobie wzięto uprzednio wykonaną wstęgę sprężystą, laminowano
ją ciśnieniowo (jeśli jest przylepna) lub za pomocą kleju (natryskiwanego) do warstw sąsiednich, a następnie przewężano uzyskany laminat w opisany powyżej sposób. Można rozpocząć
również od sprężystej wstęgi wykonanej techniką rękawową (rozdmuchu), następnie doprowadzenia do zapadnięcia się rękawa w płaski rękaw tak, że nie ma on pogrubionych krawędzi, jak to jest powszechne w foliach wylewanych, a następnie używa się spłaszczony
rękaw do wytworzenia niesprężystego laminatu, który następnie jest przewężany. Takie
rozwiązanie alternatywne umożliwia eliminację zmienności grubości wstęgi formowanej
techniką wylewania.
Co prawda powyżej szczegółowo opisano tylko kilka przykładów wykonania według
wynalazku, ale fachowcy z tej dziedziny z łatwością ocenią możliwość dokonania wielu modyfikacji w tych przykładach bez wychodzenia poza zakres koncepcji i zalet wynalazku.
W związku z tym, wszystkie takie modyfikacje należy traktować jako mieszczące się w za-
187 939
21
kresie wynalazku zdefiniowanym w załączonych zastrzeżeniach. W zastrzeżeniach znajdują
się zastrzeżenia urządzeń i funkcji, a ich zadaniem jest objęcie wszystkich opisanych tu struktur w aspekcie realizacji przytoczonych funkcji, oraz nie tylko równoważników strukturalnych, ale również struktur równoważnych. Zatem, pomimo, że gwóźdź i wkręt mogą nie być
równoważnikami strukturalnymi ze względu na to, że w przypadku gwoździa mocowanie ze
sobą drewnianych części odbywa się na cylindrycznej powierzchni, natomiast w przypadku
wkręta powierzchnia ta jest spiralna, to w aspekcie łączenia drewnianych części zarówno
gwóźdź jak i wkręt mogą być strukturami równoważnymi.
Należy ponadto zauważyć, że odsyłacze do wszystkich przywoływanych tu opisów patentowych, zgłoszeń patentowych lub publikacji odnoszą się do całych tych dokumentów.
187 939
187 939
FIG. 2
FIG. 3
FIG. 4
187 939
FIG.1
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.
Cena 4,00 zł.