CN104129131A - 多层复合材料及其制造装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有隆起的收集表面的多束熔喷装置,使用该装置制造多层熔喷复合材料的方法,和由其制造的多层熔喷复合材料。还提供含弹性层和至少一层隆起层的多层复合材料和制造该多层复合材料的方法。

Description

多层复合材料及其制造装置与方法
美国优先权要求
本申请是中国专利申请201180013321.X的分案申请。本申请要求2010年3月18日提交的USSN 12/726,642(2010EM091),2010年3月12日提交的USSN 12/723,336(2010EM071)和2010年3月12日提交的USSN 12/723,317(2010EM070)的优先权和权益,其中每一篇在此通过参考全文引入。
发明领域
本申请涉及多层复合材料及其制造装置与方法。更特别地,本申请涉及含弹性层和隆起层(ridged layer)的多层复合材料,以及制备该多层复合材料的方法。本申请还特别地涉及具有隆起的收集表面的多束熔喷装置,使用该装置制造多层熔喷复合材料的方法,和由其制造的多层熔喷复合材料。
相关现有技术的说明
弹性体在诸如腰带、侧板、闭锁体系(closure system)和婴儿纸尿布、成人失禁以及个人卫生服装之类的应用中可用作弹性非织造织物或者薄膜。大多数这些弹性闭锁采用含非织造材料的面层制造,所述非织造材料的性质为塑性且提供美学特性,例如触感(touch)和手感(feel)。这些的实例包括在美国公布No.2008/0045917中公开的那些。塑性面层夹在弹性(中间)层当中,所述弹性层拥有橡胶状手感,这对于皮肤接触来说典型地是非所需的。
已有的产品包括下述的复杂层压体:弹性膜,例如苯乙烯嵌段共聚物(“SBC”)或聚氨酯作为弹性膜(所述弹性膜可具有在该膜上共挤出的聚烯烃表层,以防止粘连(blocking))和非织造织物(以便提供恰当的美学(柔软度,蓬松度,缓冲垫状织构)),和在一些结构中,热熔胶合层(以粘结非织造织物到弹性膜的任何一侧上)。这类结构一旦形成,则典型地要求活化。术语“活化”是指其中弹性层压体物理拉伸的方法,以便除去因构造该层压体所使用的方法导致存在的约束力(constraint)。典型地,约束力是由于非弹性组分,例如聚烯烃表层、粘合剂和非织造面层导致的。机械拉伸或活化工艺拉伸非弹性组分或者使之断裂,以除去约束力,并产生由弹性膜控制的弹性复合材料。机械拉伸或活化典型地导致一旦拉伸,则可恢复到最多但不超过在活化工艺过程中施加的拉伸量的层压体。
此外,这些复合材料典型地要求打孔或穿孔膜,使得层压体可呼吸。这一方法牵涉控制的穿孔/撕裂膜且具有与膜故障和增加的废料率有关的担心。
在美国专利Nos.5,272,003;5,366,782;6,075,179;6,342,565;和7,026,404;美国公布Nos.2008/0199673;2008/0182116;2008/0182940;2008/0182468;2006/0172647;2005/0130544;2005/0106978;和PCT专利申请公布No.WO 2008/094337中讨论了这一领域的工作。
在美国专利Nos.4,103,058;4,177,312;4,252,590;和4,042,740中公开了构图的非织造网状物及其制造方法。
需要具有所需的美学质量且不要求机械活化的弹性非织造复合材料。还需要制造这些多层复合材料的新装置与方法。
发明概述
提供制造多层复合材料的装置与方法,和具有隆起层的多层复合材料。
在一个实施方案中,本发明包括制造多层复合材料的装置,该装置包括第一挤出机;与第一挤出机相连用以生产第一层的第一模头;第二挤出机;与第二挤出机相连用以生产第二层的第二模头;中间挤出机;与中间挤出机相连用以生产中间层且其位置使得中间层在第一和第二层之间的中间模头;为收集第一层而定位的第一收集表面;为收集第二层而定位的第二收集表面,其中第一和第二收集表面产生第一层,第二层和中间层穿过其中形成多层复合材料的辊隙,和其中第一和第二收集表面中的至少一个隆起。
在一个实施方案中,本发明包括制造多层复合材料的装置,该装置包括:第一挤出机;与第一挤出机相连用以生产第一层的第一模头;第二挤出机;与第二挤出机相连用以生产第二层的第二模头;为收集第一层而定位的隆起的第一收集表面;为收集第二层而定位的隆起的第二收集表面,其中第一和隆起的第二收集表面产生第一层和第二层穿过其中形成多层复合材料的辊隙。
在一个实施方案中,本发明概括制造多层复合材料的装置,该装置包括:第一挤出机;与第一挤出机相连用以生产第一层的第一模头;第二挤出机;与第二挤出机相连用以生产第二层的第二模头;中间挤出机;与中间挤出机相连用以生产中间层且其位置使得中间层在第一和第二层之间的中间模头;和为收集第一层、第二层和中间层形成多层复合材料而定位的隆起的收集表面。
在另一实施方案中,本发明包括形成多层复合材料的方法,该方法包括下述步骤:(a)使用第一模头生产第一层;(b)使用第二模头生产第二层;(c)使用中间模头生产中间层;(d)提供为收集第一层而定位的第一收集表面和为收集第二层而定位的第二收集表面,其中第一和第二收集表面产生辊隙,和其中第一和第二收集表面中的至少一个隆起;(e)使第一层,第二层和中间层穿过该辊隙,其中中间层在第一层和第二层之间;和(f)形成多层复合材料。
在一个实施方案中,本发明包括形成多层复合材料的方法,该方法包括下述步骤:(a)使用第一模头生产第一层;(b)使用第二模头生产第二层;(c)提供为收集第一层而定位的隆起的第一收集表面和为收集第二层而定位的隆起的第二收集表面,其中第一和隆起的第二收集表面产生辊隙;(d)使第一层和第二层穿过该辊隙;和(e)形成多层复合材料。
在一个实施方案中,本发明包括形成多层复合材料的方法,该方法包括下述步骤:(a)使用第一模头生产第一层;(b)使用第二模头生产第二层;(c)使用中间模头生产中间层;(d)提供为收集第一层、第二层和中间层,形成多层复合材料而定位的隆起的收集表面,其中中间层在第一层和第二层之间;和(e)形成多层复合材料。
在另一实施方案中,本发明包括多层复合材料,它包括:(a)具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第一层;(b)含弹性树脂的中间层;和(c)具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第二层,其中中间层在隆起的第一层和隆起的第二层之间。
在另一实施方案中,本发明包括形成多层复合材料的方法,该方法包括:(a)提供具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第一层;(b)提供含弹性树脂的中间层;(c)提供具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第二层;和(d)接触该中间层与隆起的第一层和隆起的第二层,形成多层复合材料,其中中间层在隆起的第一层和隆起的第二层之间。
附图简述
为了可详细地理解本发明的引证特征,通过参考本发明的实施方案,提供更特别的说明,其中在附图中阐述了一些实施方案。这些附图阐述仅仅本发明的一些实施方案,不被视为限制本发明的范围。
图1描绘了制造多层熔喷复合材料的例举性熔喷系统的示意图。
图2描绘了例举性模头组件的放大示意图。
图3描绘了制造多层熔喷复合材料的例举性熔喷系统的示意图。正如这一实施方案所描述的,可垂直布置模头和收集表面。
图4描绘了制造多层熔喷复合材料的另一例举性熔喷系统的示意图。正如这一实施方案所描述的,可水平布置模头和收集表面。
图5描绘了制造多层熔喷复合材料的另一例举性熔喷系统的示意图。正如这一实施方案所描述的,可垂直布置收集表面,且模头可安排在收集表面周围的任何地方。
图6描绘了制造多层熔喷复合材料的再一例举性熔喷系统的示意图。正如这一实施方案所描述的,可垂直布置收集表面,且模头可安排在收集表面周围的任何地方。也可引入一层或更多层面层到收集表面和在其上熔喷的纤维上。
图7描绘了制造多层熔喷复合材料的再一例举性熔喷系统的示意图。正如这一实施方案所描述的,可水平布置收集表面,且模头可安排在收集表面周围的任何地方。也可使用两个或更多个模头,形成中间层。
图8描绘了制造多层熔喷复合材料的再一例举性熔喷系统的示意图。正如这一实施方案所描述的,收集表面可以是水平皮带(belt)或者传输带,和模头可安排在收集表面周围的任何地方。
图9描绘了制造多层熔喷复合材料的再一例举性熔喷系统的示意图。正如所描绘的,可使用单一收集表面,和模头可安排在收集表面周围的任何地方。
图10(a)-(c)描绘了根据上述的一个或更多个实施方案,隆起的收集表面的例举性类型。图10(a)描绘了其中隆起的收集表面380A和380B是具有形成隆起的一系列叶片(vane)的棒材的实施方案。图10(b)描绘了其中隆起的收集表面380A和380B是形成隆起的一系列平行板的实施方案。图10(c)描绘了其中隆起的收集表面380A和380B是在一组反向旋转的真空鼓上的波纹表面。每一个这些例举类型的隆起收集表面可与此处例举的装置结合。
图11描绘了根据所述的一个或更多个实施方案,在收集表面上隆起的形状的例举性类型。
图12(a)-(f)描绘了根据所述的一个或更多个实施方案,成对的隆起的收集表面。图12(a)描绘了在阳端-阴端配置(male-femaleconfiguration)中的一对锯齿形隆起。图12(b)描绘了在阳端-阴端配置中的一对锯齿形隆起。图12(c)描绘了在阴端-阴端配置中的一对正弦曲线形状的隆起。图12(d)描绘了在阴端-阴端配置中的一对正弦曲线形状的隆起。图12(e)描绘了在阳端-阴端配置中的一对梯形隆起。图12(f)描绘了在阴端-阴端配置中的一对梯形隆起。
图13是根据所述的一个或更多个实施方案,例举性多层复合材料的三维透视图。
图14(a)-(c)描绘了根据所述的一个或更多个实施方案,由成对的隆起的收集表面生产的多层复合材料。图14(a)描绘了在第一和第二层与中间层之间完全接触的阳端-阴端配置中,由一对锯齿形的隆起生产的多层复合材料。图14(b)描绘了在第一或第二层与中间层之间部分接触的阴端-阴端配置中,由一对锯齿形的隆起生产的多层复合材料。图14(c)描绘了在第一和第二层与中间层仅仅在接触表面处完全接触的阴端-阴端配置中,由一对梯形的隆起生产的多层复合材料。
图15(a)确定了此处称为锯齿形隆起的面长(face length),水平的峰到谷(peak-to-valley)和垂直的峰到谷的距离。图15(b)阐述了对于具有锯齿形隆起的隆起层来说,实际距离vs投影距离之间的关系。
优选实施方案的详细说明
现提供详细说明。此处所使用的标题仅仅是为了参考,不打算限制本发明的任何方面。取决于上下文,以下提到本“发明”在一些情况下可以是指仅仅一些具体的实施方案。在其他情况下,要意识到提到本“发明”是指在一个或更多个,但并非必须所有权利要求中引证的主题。以下更加详细地描述每一发明,其中包括具体实施方案,变体和实施例。然而,本发明不限于这些实施方案,变体或实施例,其中包括所述实施方案,变体或实施例,使得本领域的技术人员能够制造和使用本发明。
多束装置
在一个实施方案中,本发明包括制造多层复合材料的装置,该装置包括:第一挤出机;与第一挤出机相连用以生产第一层的第一模头;第二挤出机;与第二挤出机相连用以生产第二层的第二模头;中间挤出机;与中间挤出机相连用以生产中间层且其位置使得中间层在第一和第二层之间的中间模头;为收集第一层而定位的第一收集表面;和为收集第二层而定位的第二收集表面,其中第一和第二收集表面产生第一层,第二层和中间层穿过其中形成多层复合材料的辊隙,和其中第一和第二收集表面中的至少一个隆起。
在一个实施方案中,本发明包括制造多层复合材料的装置,该装置包括:第一挤出机;与第一挤出机相连用以生产第一层的第一模头;第二挤出机;与第二挤出机相连用以生产第二层的第二模头;为收集第一层而定位的隆起的第一收集表面;和为收集第二层而定位的隆起的第二收集表面,其中第一和隆起的第二收集表面产生第一层和第二层穿过其中形成多层复合材料的辊隙。
在优选的实施方案中,第一和第二收集表面均隆起。优选地,隆起的第一和第二收集表面中的至少一个的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm或约2mm 约12mm。同样优选地,隆起的第一和第二收集表面彼此异相(out of phase)或者在阴端-阴端配置内。优选地,第一和第二收集表面中的至少一个在平坦的尖端外形内具有隆起。
在一个实施方案中,该装置进一步包括第三挤出机和生产第三层的第三模头,其中第三模头与第三挤出机相连且其位置使得第一层,第二层,第三层和中间层穿过辊隙,形成多层复合材料。
在一个实施方案中,该装置进一步包括第四挤出机和生产第四层的第四模头,其中第四模头与第四挤出机相连且其位置使得第一层,第二层,第三层,第四层和中间层穿过辊隙,形成多层复合材料。
在一些实施方案中,第一和第二收集表面是反向旋转鼓。在其他实施方案中,第一和第二收集表面中的至少一个是形成隆起的一系列的平行板。在一些实施方案中,第一和第二收集表面中的至少一个是具有形成隆起的一系列叶片的棒材。
本发明还包括通过本发明的装置制备的多层复合材料。
图1描绘了根据一个或更多个实施方案,制造多层熔喷复合材料的例举性熔喷系统或装置100的示意图。系统100包括至少一个挤出机110,且可包括发动机120以维持系统100以内的熔体压力。挤出机110可连接到至少一个模块或阵列模头(array die)130上,而上述模块或阵列模头130连接到喷丝头部分或喷丝头140上。模块130还连接到至少一根空气歧管135上用以传输高压空气到模块130的喷丝头部分140。喷丝头140包括熔融聚合物经其挤出和同时在高速空气下变细,形成长丝或纤维150的多个纺丝头145。纺丝头145优选为圆形的模头毛细管。优选地,喷丝头140具有范围为从约20,30,或40孔/英寸到约200,250,或320孔/英寸的喷嘴密度。在一个实施方案中,每一喷嘴145的内径范围为约0.05mm,0.10mm,或0.20mm到约0.80mm,0.90mm,或1.00mm。
在模头喷丝头(die spinneret)140中,熔融的细丝或长丝用炽热高速的气体物流(例如空气或氮气)覆盖,使熔融的热塑性材料的长丝变细,形成单独的纤维150。可使用换热器160和空气阀170,控制变细的气体物流的温度和流速。可通过气体物流降低长丝的直径到所需的尺寸。之后,熔喷纤维150被高速气体物流携带并沉积在收集表面180上,形成熔喷纤维的至少一个网状物185。收集表面180可以是例如真空鼓的外表面。
图2描绘了根据一个或更多个实施方案,例举性模头组件200的放大示意图。模头组件200包括模块130和喷丝头组件140。正如所描绘的,通过位于至少模头喷丝头140一侧上的主空气喷嘴210,提供空气(“主空气”)。可使用主空气,电阻加热元件,或其他已知的装置或技术(未示出),加热模块130,防止当熔融聚合物离开并冷却时,模块130被硬化聚合物堵塞。空气还牵引熔体或者使之变细成纤维。也可提供辅助或骤冷的空气。主空气的流速范围典型地为约1-30或5-50标准立方英尺/分钟/英寸模头宽度(SCFM/英寸)。在一些实施方案中,在喷丝头组件140内的点处,就在离开之前,在熔喷工艺中主空气的压力范围典型地为从低至约2psig(13.8kPa),3psig(20.7kPa),5psig(34.5kPa),或7psig(48.3kPa)到约10psig(68.9kPa),15psig(103.4kPa),20psig(137.9kPa),或30psig(206.8kPa)。主空气温度范围典型地为约150℃,200℃,或230℃到约300℃,320℃或350℃。
树脂的熔融温度(Tm)范围可以是约50℃-300℃。在再一实施方案中,熔融温度为至少50℃并小于150℃,200℃,220℃,230℃,250℃,260℃,270℃,280℃,290℃,300℃,310℃,或320℃。可在大于约500psi(3.4MPa)或750psi(5.2MPa)或1,000psi(6.9MPa)或2,000psi(13.8MPa),或者在约500psi(3.5MPa)或750psi(5.2MPa)至约1,000psi(6.9MPa)或2,000psi(13.8MPa)或2,500psi(17.3MPa)的范围内的熔体压力下,将树脂成形为纤维。
使用此处所述的组合物制造熔喷织物的生产量以单位时间内每一毛细孔流过的组合物量表达,典型地范围为约0.1,0.2,0.3,或0.5到约1.0,1.5,2.0,或3.0g/孔/min(ghm)。在一些情况下,聚合物的生产量可以是约0.25,0.5,或1.0到约4,8,或12lbs/英寸/小时(PIH),或约0.05,0.09,或0.2到约0.7,1,或2.1kg/cm/小时。对于具有30孔/英寸(12孔/cm)的模头来说,聚合物的生产量典型地为约0.4,0.8,1.2,或2.0到约4,6,8,或12PIH,或约0.07,0.1,0.2,或0.4到约0.7,1,1.4,或2kg/cm/小时。
由于可使用这种高温,因此为了骤冷或硬化离开喷嘴的纤维,所需地从纤维中除去实质数量的热量。尽管没有示出,但可使用冷的空气或氮气加速熔喷纤维的冷却和硬化。特别地,可使用辅助或骤冷的空气冷却熔喷纤维。此外,可使用额外比较冷的加压骤冷空气,且可导致甚至纤维的更加快速冷却和硬化。通过控制空气和阵列模头的温度,以及聚合物的喂料速度,可调节熔喷工艺过程中形成的纤维的直径。
图3-8描绘了根据上述的一个或更多个实施方案,制造多层复合材料可使用的各种例举的熔喷系统或装置的示意图。例如,图3描绘了制造多层熔喷复合材料350的例举熔喷系统300的示意图。熔喷系统300可包括三个或更多个垂直布局的模头,第一模头305A,中间模头305B和第二模头305C。每一模头305A,305B,305C可类似于以上参考图2所讨论和描述的模头200。任何树脂或树脂的结合物可被吹过任何给定的模头305A,305B,305C,其中第一模头305A提供第一层,中间模头305B提供中间层,和第二模头305C提供第二层。
熔喷系统300可进一步包括垂直排列的两个或更多个收集表面,第一收集表面380A和第二收集表面380B。每一收集表面380A,380B可类似于以上参考图1描绘并描述的收集鼓180。收集表面380A和380B可彼此相邻,以便在其间确定所需的间隙(“辊隙”)。正如所描绘的,来自每一模头305A,305B,305C的纤维朝收集表面380A,380B导引并收集在其上,形成三层织物复合材料350。模头305A,305B,305C可相对于彼此独立地移动。模头305A,305B,305C也可相对于收集表面380A,380B独立地移动,以改变模头与收集器之间的距离(“DCD”)。
图4描绘了根据一个或更多个实施方案,制造多层熔喷复合材料450的另一例举性熔喷系统400的示意图。熔喷系统400可包括三个或更多个水平布局的模头,第一模头405A,中间模头405B和第二模头405C,以及水平排列的第一收集表面480A和第二收集表面480B。每一模头405A,405B,405C可类似于以上参考图2所讨论并描述的模头200。每一收集表面480A,480B可类似于以上参考图1描绘并描述的收集鼓180。模头405A,405B,405C可相对于彼此独立地移动。模头405A,405B,405C也可相对于收集表面480A,480B独立地移动,以改变DCD。
任何树脂或树脂的结合物可垂直挤出通过任何给定的模头405A,405B,405C,提供此处所述的具有在中间层周围布置的第一和第二面层的多层复合材料。正如所描绘的,来自每一模头405A,405B,405C的纤维朝收集表面480A,480B导引并在其上收集,形成三层织物复合材料450。
此处针对层所使用的术语“中间”是指该层在任何两层给定层之间的任何地方;“中间层”不限于多层复合材料内的中心层或者任何特定位置,只要它被两层给定层夹在其间即可。仅仅为了方便的目的,使用针对模头或挤出机的术语“中间”作为与由其生产的层有关的模头或挤出机的标识符(identifier)(例如用于生产中间层的中间模头),“中间模头”不受相对于其他模头,该模头的任何特定位置的限制,例如它不需要沿着与其他模头相同的轴定位(参见例如图5-7),只要它产生所述的中间层即可。图5描绘了根据一个或更多个实施方案,制造多层熔喷复合材料550的另一例举性熔喷系统500的示意图。熔喷系统500可包括三个或更多个模头,第一模头505A,中间模头505B和第二模头505C,以提供具有在中间层周围布置的第一和第二面层的多层复合材料。每一模头505A,505B,505C可类似于以上参考图2讨论并描述的模头200。熔喷系统500可进一步包括垂直排列的两个或更多个收集表面,第一收集表面580A和第二收集表面580B。每一收集表面580A,580B可类似于以上参考图1描绘并描述的收集鼓180。
第一模头505A和第二模头505C可相对于彼此垂直排列,且位于收集表面580A,580B的相对侧上。中间模头505B可位于第一和第二模头505A,505C的中间,或者提供三层织物复合材料550。
任何树脂或树脂结合物可挤出通过任何给定的模头505A,505B,505C,以提供多层复合材料550。模头505A,505B,505C可相对于彼此独立地移动。模头505A,505B,505C也可相对于收集表面580A,580B独立地移动,以改变DCD。
图6描绘了根据一个或更多个实施方案,制造多层熔喷复合材料650的再一例举性熔喷系统600的示意图。该熔喷系统600可包括三个或更多个模头,第一模头605A,中间模头605B和第二模头605C。
每一模头605A,605B,605C可类似于以上参考图2讨论并描述的模头200。熔喷系统600可进一步包括垂直排列的两个或更多个收集表面,第一收集表面680A和第二收集表面680B。每一收集表面可类似于以上参考图1描绘并描述的收集鼓180。与图5的实施方案一样,第一模头605A和第二模头605C可相对于彼此垂直排列,并位于收集表面680A,680B的相对侧上,同时中间模头605B可位于第一和第二模头605A,605C的中间。
可借助第一收集表面680A,引入第一面层610到熔喷系统600中。也可借助第二收集表面680B,引入第二面层620到熔喷系统600中。正如所示的,收集表面680A,680B分别提供从模头605A,605B,605C吹出的纤维在其上收集的面层610,620。因此,所得多层复合材料具有至少5个层。
任何树脂或树脂的结合物可挤出通过任何给定的模头605A,605B,605C。模头605A,605B,605C可相对于彼此独立地移动。模头605A,605B,605C也可相对于收集表面180A,180B和/或相对于置于收集表面180A,180B上的面层610,620,独立地移动。
图7描绘了根据一个或更多个实施方案,再一例举性熔喷系统700的示意图。熔喷系统700可包括四个或更多个模头,第一模头705A,第一中间模头705B,第二中间模头705C,和第二模头705D。每一模头705A,705B,705C,705D可类似于以上参考图2描绘并描述的模头200。熔喷系统700可进一步包括垂直排列的两个或更多个收集表面,第一收集表面780A和第二收集表面780B。每一收集表面780A,780B可类似于以上参考图1描绘并描述的收集鼓180。
至少两个模头,例如第一模头705A和第二模头705D,可相对于彼此水平排列并位于收集表面780A,780B的相对侧上。至少两个模头,第一中间模头705B和第二中间模头705C,可位于第一模头705A和第二模头705D的中间。模头705A,705B,705C,705D可相对于彼此独立地移动。模头705A,705B,705C,705D也可相对于收集表面180A,180B独立地移动,以改变DCD。
任何树脂或树脂的结合物可挤出通过任何给定的模头705A,705B,705C,705D以提供多层复合材料750。正如所描述的,来自每一模头705A,705B,705C,705D的纤维朝收集表面780A,780B导引并在其上收集,形成三层织物复合材料750。居间或中间层,或者中间层可包括由第一中间模头705B和第二中间模头705C生产的纤维的混合物。树脂或一种或更多种添加剂或粒状物的额外层可喷洒或者要么通过位于中间模头705B和705C之间的喷嘴引入。
图8描绘了根据一个或更多个实施方案,再一例举性熔喷系统800的示意图。熔喷系统800可包括五个或更多个模头,第一模头805A,中间模头805C,第二模头805E,第三模头805B,和第四模头805D。每一模头805A,805B,805C,805D,805E可类似于以上参考图2讨论并描述的模头200。熔喷系统800可进一步包括两个或更多个水平排列的收集表面,第一收集表面820A和第二收集表面820B。正如所描述的,第一收集表面820A可以是在周围布置的传输带,且通过两个水平排列的转鼓810A和815A移动。类似地,第二收集表面820B可以是在周围布置的传输带,且通过两个水平排列的转鼓810B,815B移动。收集表面820A,820B可彼此相邻,以便在其间确定辊隙。
每一模头805A,805B,805C,805D,805E可水平排列在收集表面820A,820B之上或者在其他空间取向上排列。模头805A,805B,805C,805D,805E可相对于彼此独立地移动。模头805A,805B,805C,805D,805E也可相对于收集表面820A,820B独立地移动。
收集表面820A,820B可提供由模头805A,805B,805C,805D,805E生产的纤维用收集表面。任何树脂或树脂的结合物可挤出通过任何给定的模头805A,805B,805C,805D,805E。正如所描述的,来自每一模头805A,805B,805C,805D,805E的纤维可朝收集表面820A和820B导引并在其上收集,形成五层织物复合材料850。
在一个实施方案中,本发明包括用于制造多层复合材料的装置,该装置包括:第一挤出机;与第一挤出机相连用以生产第一层的第一模头;第二挤出机;与第二挤出机相连用以生产第二层的第二模头;中间挤出机;与中间挤出机相连用以生产中间层且其位置是的中间层在第一和第二层之间的中间模头;和为收集第一层、第二层和中间层,形成多层复合材料而定位的隆起的收集表面。
图9描绘了根据一个或更多个实施方案,制造多层熔喷复合材料的例举性熔喷系统900的示意图。正如所描绘的,可使用的那一收集表面920,且第一模头905A,中间模头905B,和第二模头905C可排列在收集表面周围的任何地方。
相对于图1-9或者本发明别的地方,参考以上所述的任何系统或装置100,200,300,400,500,600,700,800,或900,第一层,中间层和第二层可穿过至少一个未加热或加热的隆起的收集表面之间的辊隙,且在其上施加轻的压力,当添加另一结构(例如,可延伸层)形成多层复合材料时。
在一个实施方案中,至少一个收集表面“隆起”,即具有多个交替平行的隆起和沟槽。隆起的表面不限于任何特定的刚硬度。隆起和沟槽可在宽度周围圆周状分布或者在收集表面的长度周围纵向分布,所述收集表面可包括辊,转鼓或棒材。隆起和沟槽不限于任何特定的形状,且可以是例如点状,例如如图12(a)和(b)描绘的锯齿形,圆形,例如图12(c)和(d)描绘的弯曲、正弦或波浪形式,或者扁平,例如图12(e)和(f)描绘的梯形。隆起的形状也可不同于沟槽的形状,例如可存在点状隆起和波浪沟槽,梯形隆起和点状沟槽,等等。
在图10(a)所示的一些实施方案中,隆起的收集表面是具有形成隆起的一系列叶片的棒材。在图10(b)所示的其他实施方案中,隆起的收集表面是形成隆起的一系列平行板。在图10(c)所示的一些实施方案中,隆起的收集表面是在一组反向旋转的真空鼓上的波纹表面。
图11描绘了根据上述的一个或更多个实施方案,在收集表面上隆起的形状的例举类型。隆起可以是实心或者中空的。在一些实施方案中,隆起具有扁平的顶部,以提高接触点处的粘结。优选地,隆起是轻微的圆形而不是边缘处的利刃,以避免在所生产的层上的应力点,当拉伸时或者当从收集表面上取下时,所述应力点可引起织物撕裂。
与在收集表面上的投影距离(“投影距离”)相比,隆起的收集表面增加层行进的实际距离,当它在收集表面上移动(“实际距离”)时。图15(b)阐述了对于一部分锯齿形状的隆起来说,实际距离vs投影距离,其中直线代表投影距离和锯齿线代表实际距离。实际距离大于投影距离,这是因为由隆起和沟槽分别形成的一系列的峰和谷导致的。相对于投影距离,实际距离的增加允许隆起的层延伸,即隆起可变平坦,以便层从投影距离伸长到最多实际距离。在没有断裂或撕裂层的情况下,由于隆起导致的延伸(区别于由于形成层的材料的弹性导致的延伸)可表达为可允许伸长率:
可允许伸长率%=[(实际距离/投影距离)-1]×100。
在一个实施方案中,隆起的收集表面提供至少约20%,至少约20%,至少约50%,至少约100%,至少约200%,或至少约250%,优选约20%-约300%,约50%-约250%,或约100%-约200%的可允许伸长率。
此处所使用的“峰到谷的水平距离”是峰和峰之间的一半的距离,“峰到谷的垂直距离”是峰和谷之间的垂直距离,和“面长”是在隆起的表面上被从峰到谷行进的层覆盖的实际距离。图15(a)确定了在锯齿形隆起内峰到谷的水平距离,峰到谷的垂直距离和面长。“峰”是隆起的最高点,和“谷”是沟槽的最低点。在其中隆起的最高点或者沟槽的最低点不是一个点而不是平坦的部分,例如梯形或扁平形状的实施方案中,最高平坦部分的中点被视为“峰”,和最低平坦部分的中点被视为“谷”。
隆起的收集表面具有平均峰到谷的水平距离(它是每一峰的峰到谷的水平距离之和除以总峰数),平均峰到谷的垂直距离(它是每一峰的峰到谷的垂直距离之和除以总峰数),和平均面长(它是被横跨隆起的收集表面行进的层覆盖的实际距离的一半除以总峰数)。
合适的峰到谷的水平距离,峰到谷的垂直距离和面长取决于所需的多层中层的类型及其打算用途。在一个实施方案中,隆起的收集表面的平均峰到谷的垂直距离为至少约1mm,至少约2mm,至少约3mm,至少约5mm,或至少约10mm。优选地,平均峰到谷的垂直距离为约1mm-约50mm,约1mm-约25mm,或约2mm-约25mm,和更优选约2mm-约12mm。在一个实施方案中,隆起的收集表面的平均峰到谷的水平距离为至少约1mm,至少约2mm,至少约3mm,至少约5mm,或至少约10mm。优选地,平均峰到谷的水平距离为约1mm-约50mm,约1mm-约25mm,或约2mm-约25mm,和更优选约2mm-约12mm。
隆起的收集表面不限于固定或反复的图案,且可具有变化的峰到谷的水平和/或垂直距离。例如,隆起的收集表面可具有固定的峰到谷的水平距离和固定的峰到谷的垂直距离,固定的峰到谷的水平距离和变化的峰到谷的垂直距离,变化的峰到谷的水平距离和固定的峰到谷的垂直距离,或者变化的峰到谷水平和垂直距离。
隆起的收集表面可包括具有各种隆起形状,峰到谷的水平距离,和/或峰到谷的垂直距离的不同部分。例如,隆起的收集表面可具有锯齿形状的第一部分(它具有固定的峰到谷的水平距离和固定的峰到谷的垂直距离),波浪形状的第二部分(它具有固定的峰到谷的水平距离和变化的峰到谷的垂直距离),等等。本发明包括隆起形状以及峰到谷的水平和垂直距离的所有组合。
在一个实施方案中,该装置包括彼此相对定位且在其间产生辊隙的两个隆起的收集表面。这一布局阐述于成对的收集表面380A和380B,480A和480B,580A和580B,680A和680B,780A和780B,以及815A和810B中。收集表面可均具有隆起,且具有相同或不同的隆起。
在一个实施方案中,两个隆起的收集表面具有相同的隆起形状和峰到谷的水平与垂直距离,且在“阳端-阴端配置”内,即相对的收集表面相同,所不同的是其中一个收集表面具有峰,相对的收集表面在相应的位置处具有谷,和反之亦然,结果相对的峰和谷彼此啮合。在一个实施方案中,峰是反向的谷,以便相对的峰和谷在其间基本上没有间隙地啮合。在阳端-阴端配置内两个隆起的收集表面可具有锯齿形,正弦,或梯形的形状。图12(a)描绘了在阳端-阴端配置内的锯齿形隆起。图12(c)描绘了在阳端-阴端配置内的正弦隆起。图12(e)描绘了在阳端-阴端配置内的梯形隆起。
在优选的实施方案中,两个隆起的收集表面为“阴端-阴端配置”,即其中一个收集表面具有峰,相对的收集表面在相应的位置处也具有峰,从而产生相对峰的多个接触点。在一个实施方案中,两个隆起的收集表面彼此为镜像,即它们具有相同的隆起形状和峰到谷的水平与垂直距离。在阴端-阴端配置内两个隆起的收集表面可具有锯齿形,正弦或梯形形状。图12(b)描绘了在阴端-阴端配置内的锯齿形隆起。图12(d)描绘了在阴端-阴端配置内的正弦隆起。在另一实施方案中,隆起的收集表面具有梯形的形状,其布局优选使得来自一个收集表面的梯形中的平坦表面对应于来自相对收集表面的系统中的平坦表面。图12(f)描绘了在阴端-阴端配置内的梯形隆起。
在另一实施方案中,两个隆起的收集表面彼此异相,即相对的收集表面的峰和谷既不啮合也彼此不直接接触。
取决于要生产的所需多层复合材料,可调节模头和收集表面之间的距离。例如,降低模头和收集表面之间的DCD允许由其生产的层更加紧密地贴合收集表面上的隆起。另一方面,延长模头和收集表面之间的DCD将产生不那么贴合到收集表面上隆起的层。典型的模头到收集器之间的距离范围可以是约50mm-1m或约300mm-1m。
中间模头产生中间层,所述中间层穿过由相对的收集表面生成的辊隙。模头到辊隙的距离(“DND”)是中间模头和辊隙的最窄点之间的距离。短的DND允许中间层贴合到至少一个相对的收集表面上的隆起上。调节中间模头和第一和/或第二收集表面之间的距离影响所生产的中间层上的隆起。例如,降低中间模头和第一收集表面之间的距离允许中间层更加紧密地贴合到第一收集表面上的隆起上。
可取决于要生产的所需的多层复合材料,调节“辊隙距离”或在两个收集表面之间的间隙内的最短距离。辊隙距离应当是最短距离,同时仍然维持要生产的隆起的多层复合材料的三维特征。在一些实施方案中,辊隙距离是要生产的多层复合材料的所需厚度的约80%-约100%。
制造多层复合材料的方法
在一个实施方案中,本发明包括通过使用此处所述的任何一种装置,形成多层复合材料的方法。
在另一实施方案中,本发明包括形成多层复合材料的方法,该方法包括下述步骤:(a)使用第一模头生产第一层;(b)使用第二模头生产第二层;(c)使用中间模头生产中间层;(d)提供为收集第一层而定位的第一收集表面和为收集第二层而定位的第二收集表面,其中第一和第二收集表面产生辊隙,和其中第一和第二收集表面中的至少一个隆起;(e)使第一层,第二层和中间层穿过该辊隙,其中中间层在第一层和第二层之间;和(f)形成多层复合材料。
在一个实施方案中,本发明包括形成多层复合材料的方法,该方法包括下述步骤:(a)使用第一模头生产第一层;(b)使用第二模头生产第二层;(c)提供为收集第一层而定位的隆起的第一收集表面和为收集第二层而定位的隆起的第二收集表面,其中第一和隆起的第二收集表面产生辊隙;(d)使第一层和第二层穿过该辊隙;和(e)形成多层复合材料。
在一个实施方案中,本发明包括形成多层复合材料的方法,该方法包括下述步骤:(a)使用第一模头生产第一层;(b)使用第二模头生产第二层;(c)使用中间模头生产中间层;(d)提供为收集第一层、第二层和中间层,形成多层复合材料而定位的隆起的收集表面,其中中间层在第一层和第二层之间;和(e)形成多层复合材料。
在优选的实施方案中,第一和第二收集表面均隆起。优选地,对于第一层和第二层中的至少一层来说,第一和第二收集表面中的至少一个提供至少约20%的可允许伸长率。优选地,第一和第二收集表面中的至少一个的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm,或约2mm-约12mm。
优选地,第一层和第二层中的至少一层的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm,或约2mm-约12mm。在一些实施方案中,来自熔喷单元的纤维完全不与隆起的收集表面贴合,从而在层的低谷和隆起的收集表面之间留下间隙。这些实施方案的实施例阐述于图10(a)和10(b)中。在这些情况下,对于层来说,峰到谷的垂直距离小于隆起的收集表面。该差别随隆起的操作参数,间隔,高度和厚度以及熔喷的材料而变化。在一些情况下,对于收集表面来说,平均峰到谷的垂直距离可以大于所得层最多10%,20%,50%,100%,或200%或更多。在隆起上悬浮且不与收集表面接触的纤维部分典型地比贴合收集表面的那些更加蓬松和手感更加高级。
优选地,熔喷第一层,第二层和中间层中的至少一层。优选地,熔喷中间层。
在优选的实施方案中,第一层和第二层中的至少一层包括聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种。优选地,第一层包括聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种,和第二层包括倾点小于或等于-10℃且在100℃下的运动粘度(KV100℃)大于或等于3cSt的聚α烯烃。
在优选的实施方案中,中间层包括弹性树脂。优选地,中间层包括丙烯-α-烯烃共聚物,所述共聚物包括(i)丙烯-α-烯烃共聚物的至少约50wt%丙烯衍生的单元和(ii)丙烯-α-共聚物的约5wt%-约35wt%由乙烯和C4-C10α-烯烃中至少一种衍生的单元,其中聚丙烯-α-烯烃共聚物具有小于或等于约75J/g的熔融热(Hf),小于或等于约120℃的熔点,和全同立构聚丙烯的约2wt%-约65wt%的结晶度。
可通过改变第一和/或第二层内材料的刚性(除了在收集表面上的隆起以外),控制所生产的多层复合材料的柔软度和弹簧状性能。在第一和/或第二层内所使用的材料的刚性越大,则多层复合材料的行为越类似于弹簧。在优选的实施方案中,第一层包括聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)中的至少一种,以便维持多层复合材料的形状与结构,和第二层可以是与主体接触的表面,它包括聚-α-烯烃(PAO)倾点小于或等于-10℃和在100℃下的运动粘度(KV100℃)大于或等于3cSt(例如,获自ExxonMobil Chemical Company的SFT315,参见例如美国专利No.7,795,366和美国公布Nos.2008/0070994,2009/0041820),以便提供更加令人愉悦的美学或手感。
在优选的实施方案中,在中间层内的材料包括弹性树脂。优选地,在中间层内的材料包括丙烯-α-烯烃共聚物,所述共聚物包括(i)丙烯-α-烯烃共聚物的至少约50wt%丙烯衍生的单元和(ii)丙烯-α-共聚物的约5wt%-约35wt%由乙烯和C4-C10α-烯烃中至少一种衍生的单元,其中聚丙烯-α-烯烃共聚物具有小于或等于约75J/g的Hf,小于或等于约120℃的熔点,和全同立构聚丙烯的约2wt%-约65wt%的结晶度。
图14(a)阐述了由本发明的方法制备的多层复合材料,其中隆起的第一和第二收集表面为锯齿形且在阳端-阴端配置内,和其中在第一和第二模头之间的DCD以及它们各自的收集表面和DND相对短,结果第一和第二层贴合到各自收集表面的隆起上,和结果第一层,中间层和第二层基本上彼此完全接触。在一些实施方案中,第一和/或第二层包括聚丙烯或聚(对苯二甲酸乙二醇酯),和中间层包括弹性树脂。在这些实施方案中,若例如峰到谷的垂直距离为6.87mm和峰到谷的水平距离为3mm,则多层复合材料可延伸到其起始长度的2.5倍(150%可允许伸长率),在这一点下,由于比较刚性的非弹性聚丙烯层不再能延伸,因此上述复合材料将终止。一旦释放外加的力,则弹性中间层将收缩并将多层复合材料缩回到其起始长度和形状。
在优选的实施方案中,隆起的第一和第二收集表面在阴端-阴端配置内具有隆起。图14(b)阐述了由本发明的方法制备的多层复合材料,其中隆起的第一和第二收集表面为锯齿形且在阴端-阴端配置内,和其中在第一和第二模头之间的DCD及其各自的收集表面相对短,结果第一和第二层贴合到各自收集表面的隆起上,和DND相对长,结果中间层没有贴合到第一或第二收集表面任何一个上,和结果第一层,中间层和第二层彼此不完全接触。在图14(b)中,中间层与第一和第二层在由隆起的第一和第二表面的峰产生的接触点处接触且限制为在低谷内部不与第一和第二层接触。在这些实施方案中,第一和第二层的实际距离大于中间层的实际距离。在一些实施方案中,第一和/或第二层包括聚丙烯或聚(对苯二甲酸乙二醇酯),和中间层包括弹性树脂。当拉伸多层复合材料时,在第一和第二层上的隆起变平,结果可延伸各层到可允许伸长率,同时中间层可因弹性树脂而延伸。一旦释放所施加的负载,则弹性的中间层收缩并使多层复合材料缩回到其起始长度与形状。
在一些实施方案中,隆起的第一和第二收集表面在变平的尖端(例如梯形)形状内和在阴端-阴端配置内具有隆起。图14(c)阐述了由本发明的方法制备的多层复合材料,其中隆起的第一和第二收集表面在变平的尖端形状内和在阴端-阴端配置内,和其中在第一和第二模头之间的DCD及其各自的收集表面相对短,结果各层贴合到各自的收集表面的隆起上,但DND相对长,结果中间层没有贴合到第一或第二收集表面任何一个上且基本上是平坦的。在图14(c)中,中间层与第一和第二层在来自隆起的第一和第二表面的变平的峰产生的变平的接触表面处接触且限制为在低谷内不与第一和第二层接触。图13提供了例举性多层复合材料的三维透视图,其中隆起的第一和第二收集表面为正弦形状且在阴端-阴端配置内。在这些实施方案中,第一和第二层的实际距离大于中间层的实际距离,和变平的接触表面提供较大的表面积以供在各层之间更好地粘结和在低谷上悬浮中间层。在一些实施方案中,第一和/或第二层包括聚丙烯或聚(对苯二甲酸乙二醇酯),和中间层包括弹性树脂。可调节变平的接触表面的尺寸和频率,在多层复合材料内产生死区,促进钩头(hook)固定以及横跨外层(garment)的底盘(chassis)固定复合材料。
在一个优选的实施方案中,从可在大于500psi(3.45MPa)的熔体压力和范围为100℃-350℃的熔体温度下操作的熔喷单元中熔喷中间层。
在一些实施方案中,第一,第二和中间材料可熔喷成平均直径范围通常为0.5-250μm的纤维。在一些实施方案中,熔喷纤维的直径范围可以是平均直径为约5或6或8或10-约20或50或80或100或150或200或250μm,和在其他实施方案中,直径小于约80或50或40或30或20或10或5μm。
优选地,由第一和/或第二材料形成的纤维的平均直径小于约200μm,小于150μm,小于100μm,小于75μm,小于50μm,小于40μm,小于30μm,小于20μm,小于10μm,小于5μm,小于4μm,小于3μm,小于2μm,或小于1μm,更优选范围为约1-50μm,1-30μm,1-10μm,或1-5μm,和更优选约2-5μm。
优选地,由中间材料形成的纤维的平均直径小于约200μm,小于150μm,小于100μm,小于75μm,小于50μm,小于40μm,或小于30μm,更优选范围为约5-50μm,5-40μm,10-40μm,20-30μm,和更优选约25-30μm。
在一些实施方案中,多层复合材料的每一层中的纤维直径可以相同或不同。因此,相邻层的纤维直径之比可以相同或变化。例如,相邻层的纤维直径之比范围可以是从低至约0.1:1到高至约1:200。这一比值范围也可以是约1:150;1:100;1:75;1:50;1:25;1:10;1:5;或1:2。
在一些实施方案中,在多层复合材料的任何给定层内至少1%的纤维可以共连接或者紧密地结合。更优选,在多层复合材料的任何给定层内至少2%,5%,10%,15%,20%,或25%的纤维可以共连接或者紧密地结合。共连接或者紧密地结合的纤维量范围也可以是低至约1%,5%,或10%到高至约25%,35%,或45%。
在一些实施方案中,在各层之间没有尖锐的轮廓(delineated)界面的情况下,多层复合材料中任何一层或更多层中的纤维可显示出或者拥有与任何一层或更多层相邻层中的纤维一定程度的熔合,熔融,夹带或机械联锁。
在一些实施方案中,多层复合材料包括基重(basis weight)范围为约10或20或30到50或80或100或150g/m2的织物。这些织物的特征也可在于最终伸长率大于100%,200%,300%,500%,或1,000%。按照这一方式也可形成具有至少三层熔喷层(“MMM”)的多层复合材料。其他多层熔喷结构加以考虑,例如MxQ,QMxQ,Mx,QMx,QxS,MxAyMy,QMxAyMyQ,QMxQMyS,QMxQMy,MxQMyQ,QQMxQ其中x为至少3和y为0-100。例如,x可以是3-100;3-50;3-25;或3-10;x的范围也可以是低至约3,4,或5到高至约6,10,或15;x的范围也可以是低至约1,2,3,4,或5到高至约6,7,8,10,或15。“M”表示熔喷织物层(其中在结构内每一“M”可以相同或不同);“Q”表示纺粘、射流喷网法、织造织物,或者薄膜(其中在结构内的每一“S”可以相同或不同),和“A”表示一种或更多种添加剂。每一M,Q,和/或S可以隆起。当期望熔喷纤维这样粘合到另一织物上时,辅助冷却的空气流可以减少和/或加热,以维持一定的熔体质量和因此粘结所形成的弹性熔喷纤维到它们粘结到其上的织物的能力。
在一个实施方案中,中间材料,例如弹性树脂可熔喷在额外的织物,例如可延伸的织物(例如,熔喷织物)上,所述额外的织物在所形成的熔喷层之下或者之前穿过。调节熔体温度和喷丝头与穿过的可延伸织物之间的距离,以便纤维仍然在熔融或部分熔融状态下,当接触织物形成多层复合材料时。然后涂布的织物具有粘合到其上的熔融或部分熔融的弹性熔喷纤维/织物,且可与一层或更多层隆起的熔喷层结合,形成多层复合材料。
多层复合材料可缠绕成卷以供容易处理和运输。优选地,在其中第一和第二层是最外层的情况下,当收卷压缩时,第一和/或第二层包括不引起该层容易粘附到其他外层上的树脂。由于这一原因,在第一和/或第二层内的优选树脂可包括聚丙烯,聚乙烯,聚酯和/或PAO。
多层复合材料
在一个实施方案中,本发明包括使用此处公开的装置和/或方法制造的多层复合材料。在一个实施方案中,本发明包括多层复合材料,它包括第一层,第二层和中间层,其中第一和第二层中的至少一层隆起。
此处所使用的“复合材料”或“织物”是一种结构,优选可弯曲和在其他情况下可成形,其厚度使得它妨碍,但不终止空气的通过,该结构由化学粘结、熔体粘合或缠结(机械连接)而粘结在一起的纤维制造,以便它们形成该结构。此处所使用的“纤维”是其长度比其直径或宽度大得多的材料:平均直径的数量级为1-250μm,且包括天然和/或合成的物质。
在另一实施方案中,本发明包括多层复合材料,它包括:(a)可允许伸长率为至少约20%的隆起的第一层;(b)含弹性树脂的中间层;和(c)可允许伸长率为至少约20%的隆起的第二层,其中中间层在隆起的第一层和隆起的第二层之间,
在另一实施方案中,本发明包括形成多层复合材料的方法,该方法包括:(a)提供具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第一层;(b)提供含弹性树脂的中间层;(c)提供具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第二层;和(d)接触该中间层与隆起的第一层和隆起的第二层,形成多层复合材料,其中中间层在隆起的第一层和隆起的第二层之间。
优选地,熔喷隆起的第一层,隆起的第二层和中间层中的至少一层。优选地,熔喷中间层。
在优选的实施方案中,隆起的第一层和隆起的第二层中的至少一层包括聚丙烯和PET中的至少一种。优选地,隆起的第一层包括聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种,和隆起的第二层包括倾点为小于或等于-10℃和在100℃下的运动粘度(KV100℃)大于或等于3cSt的PAO。
优选地,弹性树脂包括丙烯-α-烯烃共聚物,该共聚物包括(i)丙烯-α-烯烃共聚物的至少约50wt%丙烯衍生的单元;和(ii)丙烯-α-烯烃共聚物的约5wt%-约35wt%由乙烯和C4-C10α-烯烃中的至少一种衍生的单元的,其中聚丙烯-α-烯烃共聚物具有小于或等于约75J/g的Hf,小于或等于约120℃的熔点,和全同立构聚丙烯的约2%-约65%的结晶度。
优选地,隆起的第一和第二层中的至少一层的可允许伸长率为至少约50%,至少约100%,至少约200%,或至少约250%,优选约20%-约300%,约50%-约250%,或约100%-约200%。
优选地,隆起的第一和第二层中的至少一层的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm,至少约3mm,至少约5mm,或至少约10mm。优选地,平均峰到谷的垂直距离为约1mm-约50mm,约1mm-约25mm,或约2mm-约25mm,和更优选约2mm-约12mm。
在一些实施方案中,多层复合材料中的至少一层,优选中间层在100%延伸之后,可恢复至少50%,优选至少80%其起始长度,和在200%延伸之后,恢复至少50%,优选至少70%其起始长度。在一个或更多个实施方案中,多层复合材料在100%延伸之后,可恢复至少50%,优选至少80%其起始长度,和在200%延伸之后,恢复至少50%,优选至少70%其起始长度。
在一些实施方案中,当拉伸样品到100%其起始长度,然后卸载时,多层复合材料中的至少一层在50%延伸时的力为约1.3x10-3lbf/in/gsm。
在一些实施方案中,多层复合材料的静压头(hydrohead)大于或等于约0.05mbar/gsm。优选地,静压头大于约0.1mbar/gsm,0.2mbar/gsm,0.3mbar/gsm,0.4mbar/gsm,或0.5mbar/gsm。静压头范围也可以是从低至约0.1mbar/gsm,0.2mbar/gsm或0.3mbar/gsm到高至约0.7mbar/gsm,0.8mbar/gsm,或0.9mbar/gsm。
在一些实施方案中,多层复合材料中的任何一层或更多层的透气率为大于或等于约0.02cm3/cm2/s。在一个或更多个实施方案中,多层复合材料的透气率为大于或等于约0.02cm3/cm2/s。多层复合材料中的任何一层或更多层或者多层复合材料本身的透气率范围也可以是低至约0.02cm3/cm2/s,0.05cm3/cm2/s或1cm3/cm2/s到高至约2cm3/cm2/s,3cm3/cm2/s,5cm3/cm2/s,10cm3/cm2/s,20cm3/cm2/s,50cm3/cm2/s或100cm3/cm2/s。
树脂
第一层,第二层和中间层可包括相同或不同的一种或更多种树脂。每一树脂可以是可延伸树脂,弹性树脂或非弹性树脂。用于任何给定层的合适的树脂也可包括两种或更多种树脂的共混物,其中每一树脂可延伸,非弹性或者弹性,以便取决于所选树脂,及其相对量,所得共混物可以是可延伸、非弹性或弹性的。
此处提到“弹性”所使用的材料,树脂,纤维和/或织物是在100%变形之后,可恢复至少70%的那些。此处提到“非弹性”所使用的材料,树脂,纤维和/或织物是在100%变形之后,可恢复小于20%的那些.此处提到“可延伸”所使用的材料,树脂,纤维和/或织物是在100%变形之后,可恢复20%-70%的那些,这通过ASTM D412测定。可延伸的材料与织物是本领域众所周知的,且在一种情况下是由可延伸或者通过机械扭曲或者加捻织物(天然或合成)的材料形成的那些,例如如美国专利No.5,523,141中所述。
在多层复合材料中使用的合适的树脂可包括纤维素,尼龙,聚缩醛类,聚萘二甲酸亚烷酯,聚酯,共聚酯,聚氨酯,聚酰亚胺(polyamids),聚酰胺,聚烯烃,聚烯烃均聚物,聚烯烃共聚物,丙烯酸类树脂及其共混物。除了其他情况下所述的例外,术语“共聚物”是指由两种或更多种单体衍生的聚合物(其中包括三元聚合物,四元聚合物等,它们可以以无规,嵌段或接枝分布排列),和术语“聚合物”是指具有来自一种或更多种不同单体的重复单元的任何含碳化合物。
优选的纤维素材料包括人造丝和粘胶纤维。优选的聚缩醛是聚甲醛共聚物。优选的聚酯包括聚烯烃-对苯二甲酸酯类和聚对苯二甲酸亚烷酯,例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET),聚(对苯二甲酸丁二酯)(PBT)和聚(对苯二甲酸-1,4-环己二亚甲酯)(PCT)。
可由单烯烃单体,其中包括,但不限于具有2-8个碳原子的单体,例如乙烯,丙烯,1-丁烯,异丁烯,1-戊烯,1-己烯,1-辛烯,3-甲基-1-戊烯,4-甲基-1-戊烯,5-甲基-1-己烯及其混合物,和它们与(甲基)丙烯酸酯和/或乙酸乙烯酯类的共聚物制备优选的聚烯烃。其他合适的聚烯烃可包括一种或更多种丙烯均聚物(100wt%丙烯-衍生的单元),丙烯共聚物,丙烯-α-烯烃共聚物,聚丙烯抗冲击共聚物(ICP),无规共聚物(RCP),线性低密度聚乙烯,高密度聚乙烯,低密度聚乙烯,乙烯嵌段共聚物(例如,InfuseTM烯烃嵌段共聚物),苯乙烯类嵌段共聚物(例如,KratonTM苯乙烯类共聚物),乙烯乙酸乙烯酯类,聚氨酯类,聚酯类及其共混物。一些具体的可延伸树脂可包括聚丙烯腈,聚对苯二甲酸丁二酯,聚对苯二甲酸乙二酯(PET),聚对苯二甲酸-1,4-环己二亚甲酯(PCT),聚酰胺,和/或丙烯酸类树脂。
此处所使用的“聚丙烯”是指丙烯均聚物,或丙烯的共聚物,或者丙烯均聚物和共聚物的某些混合物。在一些实施方案中,此处所述的聚丙烯主要是结晶的,因此聚丙烯的熔点(Tm)可以大于110℃或115℃或130℃。此处所使用的术语“结晶”表征拥有高的分子间和分子内有序程度的那些聚合物。在一些实施方案中,聚丙烯的Hf大于60J/g或70J/g或80J/g,这通过DSC分析测定。Hf取决于聚丙烯的组成;最高有序的聚丙烯的热能估计为189J/g,也就是说,100%结晶度相当于Hf为189J/g。聚丙烯均聚物具有比共聚物或者均聚物和共聚物的共混物高的Hf
在一些实施方案中,聚丙烯可以是全同立构的。可通过选择所需的催化剂组合物聚合,实现在聚丙烯内丙烯序列的全同立构。在一些实施方案中,通过13C NMR测量并以内消旋二单元组含量表达的聚丙烯的全同立构度大于90%(内消旋二单元组[m]>0.90)或95%或97%或98%,这根据美国专利No.4,950,720,通过13C NMR测定。在一些实施方案中,以另一方式表达,通过13C NMR测量并以五单元组含量表达的聚丙烯的全同立构度大于93%或95%或97%。
聚丙烯的组成可宽泛地变化。例如,可使用基本上全同立构的聚丙烯均聚物或含有等于或小于10wt%其他单体,也就是说至少90wt%丙烯的丙烯共聚物。此外,聚丙烯可以以接枝或嵌段共聚物形式存在,其中聚丙烯的嵌段具有与(以下所述的)丙烯-α-烯烃共聚物基本上相同的立构规整度,只要该接枝或嵌段共聚物具有高于110℃或115℃或130℃的尖锐熔点(它是立构规整的丙烯序列的特征)即可。
聚丙烯可以是此处所述的均聚丙烯,和/或无规和/或嵌段共聚物。当聚丙烯是无规共聚物时,共聚物内α-烯烃衍生的单元的百分数一般地最多为聚丙烯的5wt%,在另一实施方案中,为0.5wt%-5wt%,和在再一实施方案中,为1wt%-4wt%。优选共聚单体衍生于乙烯或含有4-12个碳原子的α-烯烃。一种,两种或更多种共聚单体可与丙烯共聚。例举的α-烯烃可选自乙烯;1-丁烯;1-戊烯-2-甲基-1-戊烯-3-甲基-1-丁烯;1-己烯-3-甲基-1-戊烯-4-甲基-1-戊烯-3,3-二甲基-1-丁烯;1-庚烯;1-己烯;1-甲基-1-己烯;二甲基-1-戊烯;三甲基-1-丁烯;乙基-1-戊烯;1-辛烯;甲基-1-戊烯;二甲基-1-己烯;三甲基-1-戊烯;乙基-1-己烯;1-甲基乙基-1-戊烯;1-二乙基-1-丁烯;丙基-1-戊烯;1-癸烯;甲基-1-壬烯;1-壬烯;二甲基-1-辛烯;三甲基-1-庚烯;乙基-1-辛烯;甲基乙基-1-丁烯;二乙基-1-己烯;1-十二碳烯;和1-十六碳烯。
聚丙烯的重均分子量(Mw)可以是约50,000g/mol-3,000,000g/mol,或在另一实施方案中,为约90,000g/mol-500,000g/mol,且分子量分布(MWD,Mw/Mn)范围为约1.5-2.5;或2.5-4.0;或4.0-20.0。聚丙烯的MFR(2.16kg/230℃)可以是最多约500dg/min,1000dg/min,200dg/min,或3,000dg/min,优选范围为约10dg/min-15dg/min;或15dg/min-30dg/min;或30dg/min-45dg/min;或40dg/min-50dg/min。
此处所使用的术语“无规聚丙烯”(“RCP”)广义地是指具有最多9wt%,优选2wt%-8wt%α烯烃共聚单体的丙烯单相共聚物。优选的α烯烃共聚单体具有2个碳原子,或者4-12个碳原子。优选地,α烯烃共聚单体是乙烯。
丙烯抗冲击共聚物(“ICP”)是非均相的且可包括约70wt%-95wt%均聚丙烯的第一相和约5wt%-30wt%乙烯-丙烯橡胶的第二相,基于抗冲击共聚物的总重量,丙烯抗冲击共聚物可包括78wt%-95wt%均聚丙烯和5wt%-22wt%乙烯-丙烯橡胶,基于抗冲击共聚物的总重量。在一些实施方案中,丙烯-基聚合物可包括约90wt%-95均聚丙烯和约5wt%-10wt%乙烯-丙烯橡胶,基于抗冲击共聚物的总重量。
在一个或更多个实施方案中,在多层复合材料中所使用的树脂包括热塑性橡胶,合成聚异戊二烯(IR),丁基橡胶(异丁烯和异戊二烯的共聚物,IIR),卤化丁基橡胶(氯丁橡胶(CIIR);溴丁橡胶(BIIR)),聚丁二烯(BR),苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR),SEBS嵌段共聚物,SIS嵌段共聚物,SBS嵌段共聚物,乙烯-辛烯嵌段共聚物,乙烯-辛烯共聚物,乙烯-己烯共聚物,乙烯-丁烯共聚物,腈类橡胶,氢化腈类橡胶,氯丁二烯橡胶(CR),聚氯丁二烯,新戊二烯,EPM(乙烯-丙烯橡胶)和EPDM橡胶(乙烯-丙烯-二烯烃橡胶),表氯醇橡胶(ECO),聚丙烯酸类橡胶(ACM,ABR),硅橡胶,氟硅橡胶,氟弹性体,全氟弹性体,聚醚嵌段酰胺(PEBA),氯磺化聚乙烯(CSM),乙烯-乙酸乙烯酯(EVA),热塑性弹性体(TPE),热塑性硫化胶(TPV),热塑性聚氨酯(TPU),热塑性聚烯烃(TPO),聚硫醚橡胶,或任何两种或更多种这些弹性体的共混物。在至少一个具体的实施方案中,弹性树脂是或者包括一种或更多种聚烯烃聚合物。术语“聚烯烃聚合物”是指结晶度小于40%,或者Hf小于75J/g的α-烯烃均聚物或共聚物。
在一个或更多个优选的实施方案中,多层复合材料中的至少一层包括至少一种丙烯-基或乙烯-基均聚物或无规嵌段或者接枝共聚物,所述均聚物或共聚物不含(即均聚物)或包括约0.1wt%或1wt%或2wt%或5wt%-10wt%或15wt%或20wt%或45wt%选自乙烯和C4-C10α-烯烃(丙烯-基聚合物)和C3-C10α-烯烃(乙烯-基聚合物)中的共聚单体衍生的单元的聚合物。优选地,至少一层多层复合材料包括范围为织物层/组合物重量的约50wt%-99wt%;或60wt%-95wt%;或50wt%-90wt%;或55wt%-85wt%的一种或更多种聚丙烯。在一个或更多个实施方案中,多层复合材料中的至少一层基本上由一种或更多种聚丙烯组成。
在一些实施方案中,在多层复合材料中所使用的树脂包括一种或更多种茂金属聚乙烯(“mPE”),其中包括一种或更多种mPE均聚物或共聚物。可使用单-或双-环戊二烯基过渡金属催化剂结合铝氧烷活化剂和/或非配位阴离子,在溶液、淤浆、高压或气相中生产mPE均聚物或共聚物。催化剂和活化剂可以被承载或者未被承载且环戊二烯基环可取代或者未取代。采用这种催化剂/活化剂结合物生产的数种商业产品以商品名EXACTTM商购于Baytown,Texas的ExxonMobil ChemicalCompany。关于生产这种mPE均聚物和共聚物的方法和催化剂/活化剂的更多信息参见PCT专利申请公布Nos.WO 94/26816,WO 92/00333,WO91/09882,WO 94/03506和WO 94/03506;EP Nos.0 277 003,0 129368,0 520 732,0 426 637,0 573 403,0 520 732,0 495 375,0500 944,0 570982和0 277004;美国专利Nos.5,153,157,5,198,401,5,240,894,5,324,800,5,264,405,5,096,867,5,507,475,5,055,438和5,017,714;以及加拿大专利No.1,268,753。
在一些实施方案中,在多层复合材料中所使用的树脂包括一种或更多种三元单体和四元单体,所述三元单体和四元单体可以是一种或更多种C3-C20烯烃,任何C4-C20直链、环状或支链二烯烃或三烯烃和任何苯乙烯类单体,例如苯乙烯,α-甲基苯乙烯或对甲基苯乙烯。优选的实例包括丁二烯,戊二烯,环戊二烯,己二烯,环己二烯,庚二烯,辛二烯,壬二烯,降冰片烯,乙烯基降冰片烯,亚乙基降冰片烯,异戊二烯和庚二烯。
C3-C20和C4-C20烯烃可以是任何可聚合的烯烃单体,且优选直链,支链或环状烯烃,甚至更优选α-烯烃。合适的烯烃的实例包括丙烯,丁烯,异丁烯,戊烯,异戊烯,环戊烯,己烯,异己烯,环己烯,庚烯,异庚烯,环庚烯,辛烯,异辛烯,环辛烯,壬烯,环壬烯,癸烯,异癸烯,十二碳烯,异癸烯,4-甲基-戊烯-1,3-甲基-戊烯-1,和3,5,5-三甲基己烯-1。合适的共聚单体还包括二烯烃,三烯烃和苯乙烯类单体。优选的实例包括苯乙烯,α-甲基苯乙烯,对烷基苯乙烯(例如对甲基苯乙烯),己二烯,降冰片烯,乙烯基降冰片烯,亚乙基降冰片烯,丁二烯,异戊二烯,庚二烯,辛二烯和环戊二烯。用于乙烯共聚物的优选共聚单体是丙烯,丁烯,己烯,和/或辛烯。
优选的中间层树脂
在优选的实施方案中,多层复合材料中的中间层包括丙烯-α-烯烃共聚物。优选地,丙烯-α-烯烃共聚物包括:(i)至少约50wt%丙烯-衍生的单元的丙烯-α-烯烃共聚物;和(ii)丙烯-α-烯烃共聚物的约5wt%-约35wt%由乙烯和C4-C10α-烯烃中至少一种衍生的单元,其中聚丙烯-α-烯烃共聚物具有小于或等于约75J/g的Hf,小于或等于约120℃的熔点,和全同立构聚丙烯的约2%-约65%的结晶度。
在一些实施方案中,丙烯-α-烯烃共聚物的密度范围为约0.840g/cm3-0.920g/cm3,和在另一实施方案中,为约0.845g/cm3-0.900g/cm3,和在再一实施方案中,为约0.850g/cm3-0.890g/cm3,这些数值根据ASTM D-1505试验方法在室温下测量。
在一些实施方案中,丙烯-α-烯烃共聚物的肖氏A硬度(ASTMD2240)范围为约10或20到80或90肖氏A。在再一实施方案中,丙烯-α-烯烃共聚物的最终伸长率(ASTM-D412)大于500%,1,000%或2,000%。丙烯-α-烯烃共聚物的最终伸长率(ASTM-D412)范围也可以是低至约300%,400%,或500%到高至约800%,1,200%,1,800%,2,000%,或3,000%。
在一些实施方案中,丙烯-α-烯烃共聚物的Mw值范围为约20,000-5,000,000g/mol,和在另一实施方案中,约50,000to1,000,000g/mol,在另一实施方案中,约70,000-400,000g/mol,和在另一实施方案中,约100,000-200,000g/mol。在另一实施方案中,丙烯-α-烯烃共聚物的数均分子量(Mn)值的范围为约4,500-2,500,000g/mol,和在再一实施方案中,约20,000-250,000g/mol,和在再一实施方案中,约50,000-200,000g/mol。在再一实施方案中,丙烯-α-烯烃共聚物的z-均分子量(Mz)值范围为约20,0007,000,000g/mol,和在另一实施方案中,约100,000-700,000g/mol,和在再一实施方案中,约140,000-500,000g/mol。
在一些实施方案中,通过减粘丙烯-α-烯烃共聚物,实现所需的分子量(和因此,所需的MFR)。“减粘丙烯-α-烯烃共聚物”(在本领域中也称为“控制的流变剂”或“CR”)是已用减粘剂处理过,以便该试剂使聚合物链断开的共聚物。减粘剂的非限定性实例包括过氧化物,羟胺酯,和其他氧化与自由基生成剂。以另一种方式来说,减粘共聚物可以是减粘剂和共聚物的反应产物。特别地,减粘的丙烯-α-烯烃共聚物是已经用减粘剂处理过,以便相对于处理之前的MFR值,其MFR在一个实施方案中,增加至少10%,和在另一实施方案中,增加至少20%的共聚物。
在一些实施方案中,丙烯-α-烯烃共聚物的MWD范围为约1.5或1.8或2.0到3.0或3.5或4.0或5.0或10.0。测定分子量(Mn,Mzand Mw)和MWD的技术如下所述,且与Verstrate等人,第21卷,Macromolecules,pp.3360-3371(1988)一样。与公布的试验条件相比,此处所述的条件处于支配地位。使用配有Chromatix KMX-6在线光散射光度计的Waters 150凝胶渗透色谱,测量分子量和分子量分布。在135℃下,采用1,2,4-三氯苯作为移动相,利用该体系。使用ShowdexTM(Showa-Denko AmericA,Inc.)聚苯乙烯凝胶柱802,803,804和805。这一技术讨论于Liquid Chromatography of Polymers andRelated Materials III,pp.207-234(J.Cazes ed.,Marcel Dekker,1981)中。没有使用用于柱扩散的校正;然而,在通常接受的标准,例如National Bureau of Standards,聚乙烯(SRM1484)和阴离子生产的氢化聚异戊二烯(交替的乙烯-丙烯共聚物)上的数据证明在Mw/Mn或Mz/Mw上的这种校正小于0.05单位。根据洗脱时间-分子量的关系,计算Mw/Mn,而使用光散射光度计,评价Mz/Mw。可使用获自LDC/MiltonRoy-Riviera Beach,Fla的可商购的计算机软件GPC2,MOLWT2,进行数值分析。
可使用已知用于生产聚丙烯的任何催化剂和/或方法,生产此处所述的丙烯-α-烯烃共聚物。在一些实施方案中,丙烯-α-烯烃可包括根据PCT专利申请公布No.WO 02/36651,美国专利No.6992158和/或PCT专利申请公布No.WO 00/01745中的工序制备的共聚物。生产丙烯-α-烯烃共聚物的优选方法发现于美国专利申请公布No.2004/0236042和美国专利No.6,881,800中。优选的丙烯-基聚烯烃聚合物以商品名VISTAMAXXTM(ExxonMobil Chemical Company,休斯敦,TX,USA)和VERSIFYTM(The Dow Chemical Company,MidlanD,密歇根,USA),一些等级的TAFMERTMXM或NOTIOTM(Mitsui Company,日本),获自Idemitsu的一些等级的LMPOTM,或一些等级的SOFTELLTM(Lyondell Basell Polyolefine GmbH,德国)商购。乙烯-基聚烯烃嵌段共聚物的商业实例是获自Dow Chemical的INFUSETM烯烃嵌段共聚物。
在一个或更多个实施方案中,中间层包括或者反应器等级或者共混物形式的至少一种丙烯-α-烯烃共聚物树脂和至少一种聚丙烯树脂。例如,优选的共混物包括50wt%一种或更多种丙烯-α-烯烃共聚物树脂和50wt%一种或更多种聚丙烯树脂。在共混物内丙烯-α-烯烃共聚物树脂的用量范围可以是低至约20wt%,30wt%,或40wt%到高至约60wt%,70wt%,90wt%,95wt%,或99wt%。在共混物内聚丙烯树脂的用量范围可以是低至约1wt%,5wt%,或10wt%到高至约20wt%,30wt%,或45wt%。
中间层内树脂或共混物的MFR(ASTM D1238,230℃,2.16kg)优选小于2,000dg/min(g/10min),更优选小于或等于1,500dg/min,小于或等于1,200dg/min,小于或等于900dg/min,小于或等于600dg/min,小于或等于300dg/min,小于或等于200dg/min,小于或等于150dg/min,小于或等于100dg/min,或小于或等于90dg/min。在一些实施方案中,树脂或共混物的MFR范围可以是低至约3dg/min或更低,10dg/min,20dg/min,50dg/min,75dg/min,或80dg/min到高至约250dg/min,500dg/min,1,000dg/min,或3000dg/min。树脂或共混物的MFR范围也可以是低至约20dg/min,30dg/min,或40dg/min到高至约90dg/min,120dg/min,或150dg/min。树脂或共混物的MFR范围也可以是低至约25dg/min,35dg/min,或45dg/min到高至约75dg/min,85dg/min,或95dg/min。树脂或共混物的MFR范围进一步可以是低至约0.1dg/min,0.5dg/min,1dg/min,或5dg/min到高至约30dg/min,40dg/min,70dg/min,或90dg/min。在至少一个具体的实施方案中,树脂或共混物的MFR范围是约2dg/min-约90dg/min;约2dg/min-约20dg/min;约3dg/min-约90dg/min;或约3dg/min-约20dg/min。
中间层内的树脂或共混物的Mw优选小于500,000;400,000;300,000;或250,000。例如,树脂或共混物的Mw范围可以是约50,000-约290,000。在一个或更多个实施方案中,树脂或共混物的Mw范围可以是低至约50,000,65,000,或80,000到高至约130,000,190,000,或290,000。在一个或更多个实施方案中,树脂或共混物的Mw范围可以是约80,000-约285,000;80,000-约240,000;或80,000-约140,000。
优选的第一和/或第二层树脂
在优选的实施方案中,第一和第二层中的至少一层包括聚丙烯和PET中的至少一种。
在一个或更多个优选的实施方案中,第一和第二层中的至少一层包括聚丙烯和小于50wt%的一种或更多种共混物组分的共混物。该共混物组分可以是一种或更多种抗冲击共聚物,一种或更多种无规共聚物(RCP),一种或更多种聚乙烯类,Mw小于20,000g/mol的一种或更多种聚乙烯类,Mw小于20,000g/mol的一种或更多种聚丙烯类,一种或更多种PAO,或其任何组合。共混物组分(非聚丙烯)的用量可以以范围为低至约0.5wt%,1wt%,或5wt%到高至约30wt%,40wt%,或50wt%的用量存在。例如,共混物组分的用量可以是约1wt%-49wt%;或约5wt%-45wt%;或约5wt%-40wt%;或约5wt%-25wt%。
在优选的实施方案中,第一和第二层中的至少一层包括PAO。优选地,第一和第二层中的至少一层包括聚丙烯和PET中的至少一种,另一层包括PAO。
PAO是具有完全烷属烃结构且高度支化的高纯烃。合适的PAO是倾点小于或等于-10℃和在100℃下的运动粘度(KV100℃)为大于或等于3cSt的液体。这种PAO可包括C3-C24(优选C5-C18,优选C6-C14,优选C8-C12)α-烯烃,优选直链α-烯烃(LAO)的C15-C1500(优选C20-C1000,优选C30-C800,优选C35-C400,最优选C40-C250)低聚物(例如,二聚体,三聚体等),条件是C3和C4α-烯烃以小于或等于30wt%存在(优选小于或等于20wt%,优选小于或等于10wt%,优选小于或等于5wt%)。合适的LAO包括丙烯;1-丁烯;1-戊烯;1-己烯;1-庚烯;1-辛烯;1-壬烯;1-癸烯;1-十一碳烯;1-十二碳烯;1-十三碳烯;1-十四碳烯;1-十五碳烯;1-十六碳烯;及其共混物。
在一个或更多个实施方案中,使用单一的LAO制备低聚物。优选的实施方案牵涉低聚1-辛烯或1-癸烯,优选1-癸烯。在一个或更多个实施方案中,PAO是或者包括两种或更多种C3-C18LAO的低聚物,以制造‘二元共聚物’或‘三元共聚物’或更高级的共聚物结合物,条件是C3和C4LAO以小于或等于30wt%存在(优选小于或等于20wt%,优选小于或等于10wt%,优选小于或等于5wt%)。优选的实施方案牵涉低聚选自具有偶数碳原子的C6-C18LAO中的LAO混合物。另一优选的实施方案牵涉低聚1-辛烯,1-癸烯和1-十二碳烯。
在一个或更多个实施方案中,PAO包括碳数为5-24(优选6-18,更优选8-12,最优选10)的单一α-烯烃物种的低聚物。在一个或更多个实施方案中,PAO包括混合α-烯烃(即,两种或更多种α-烯烃物种)的低聚物,其中每一种α-烯烃具有5-24(优选6-18,优选8-12)的碳数。在一个或更多个实施方案中,PAO包括混合α-烯烃(即两种或更多种α-烯烃物种)的低聚物,其中对于α-烯烃混合物来说,重均碳数为6-14(优选8-12,优选9-11)。
在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的Mn为约400-15,000g/mol(优选400-12,000g/mol,优选约500-10,000g/mol,优选约600-8,000g/mol,优选约800-6,000g/mol,优选约1,000-5,000g/mol)。在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的Mn大于1,000g/mol(优选大于1,500g/mol,优选大于than2,000g/mol,优选大于2,500g/mol)。
在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的KV100℃大于或等于3cSt(优选大于或等于4cSt,优选大于或等于5cSt,优选大于或等于6cSt,优选大于或等于8cSt,优选大于或等于10cSt,优选大于或等于20cSt,优选大于或等于30cSt,优选大于或等于40cSt,优选大于或等于100,优选大于或等于150cSt)。在一个或更多个实施方案中,PAO的KV100℃为3-3,000cSt(优选4-1,000cSt,优选6-300cSt,优选8-150cSt,优选8-100cSt,优选8-40cSt)。在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的KV100℃为10-1000cSt(优选10-300cSt,优选10-100cSt)。在再一实施方案中,PAO或PAO的共混物的KV100℃为4-8cSt。在再一实施方案中,PAO或PAO的共混物的KV100℃为25-300cSt(优选40-300cSt,优选40-150cSt)。在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的KV100℃为100-300cSt。
在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的粘度指数(VI)为大于或等于120(优选大于或等于130,优选大于或等于140,优选大于或等于150,优选大于或等于170,优选大于或等于190,优选大于或等于200,优选大于或等于250,优选大于或等于300)。在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的VI为120-350(优选130-250)。
在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的倾点小于或等于-10℃(优选小于或等于-20℃,优选小于或等于-25℃,优选小于或等于-30℃,优选小于或等于-35℃,优选小于或等于-40℃,优选小于或等于-50℃)。在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的倾点为-15到-70℃(优选-25到-60℃)。
在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的玻璃化转变温度(Tg)小于或等于-40℃(优选小于或等于-50℃,优选小于或等于-60℃,优选小于或等于-70℃,优选小于或等于-80℃)。在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的Tg为-50到-120℃(优选-60到-100℃,优选-70到-90℃)。
在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的闪点大于或等于200℃(优选大于或等于210℃,优选大于或等于220℃,优选大于或等于230℃),优选240℃-290℃。在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的比重(15.6℃)小于或等于0.86(优选小于或等于0.855,优选小于或等于0.85,优选小于或等于0.84)。
在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的分子量分布(Mw/Mn)大于或等于2(优选大于或等于2.5,优选大于或等于3,优选大于或等于4,优选大于或等于5,优选大于或等于6,优选大于或等于8,优选大于或等于10)。在一个或更多个实施方案中,PAO或PAO的共混物的Mw/Mn小于或等于5(优选小于或等于4,优选小于或等于3)和KV100℃大于或等于10cSt(优选大于或等于20cSt,优选大于或等于40cSt,优选大于或等于60cSt)。
所需的PAO以SpectraSynTM和SpectraSyn UltraTM形式商购于ExxonMobil Chemical(USA)。其他有用的PAO包括以SynfluidTM形式获自ChevronPhillips Chemical(USA),以DurasynTM形式获自Innovene(USA),以NexbaseTM形式获自Neste Oil(芬兰),和以SyntonTM形式获自Chemtura(USA)的那些。对于PAO来说,在碳链烷属烃结构内(CP)碳的百分数接近于100%(典型地大于98%或甚至99%)。额外的细节公开于例如美国专利Nos.3,149,178;4,827,064;4,827,073;5,171,908;和5,783,531以及Synthetic Lubricants andHigh-Performance Functional Fluids(Leslie R.Rudnick & RonaldL.Shubkin,ed.Marcel Dekker,Inc.1999),pp.3-52中。
在第一和/或第二层内树脂或共混物的MFR(ASTM D1238,230℃,2.16kg)优选小于3,000dg/min,2,000dg/min(g/10min),更优选小于或等于1,500dg/min,小于或等于1,200dg/min,小于或等于900dg/min,小于或等于600dg/min,小于或等于300dg/min,小于或等于200dg/min,小于或等于150dg/min,小于或等于100dg/min,或小于或等于90dg/min。在一些实施方案中,树脂或共混物的MFR范围可以是低至约50dg/min,75dg/min,或80dg/min到高至约250dg/min,500dg/min,或1,000dg/min。树脂或共混物的MFR范围也可以是低至约10dg/min,20dg/min,30dg/min,或40dg/min到高至约90dg/min,120dg/min,或150dg/min。树脂或共混物的MFR范围也可以是低至约10dg/min,20dg/min,35dg/min,或45dg/min到高至约65dg/min,80dg/min,95dg/min,150dg/min,一直到3,000dg/min。树脂或共混物的MFR范围进一步可以是低至约0.1dg/min,0.5dg/min,1dg/min,或5dg/min到高至约30dg/min,40dg/min,70dg/min,或90dg/min。
在第一和/或第二层内树脂或共混物的Mw优选小于约500,000;400,000;300,000;或250,000。例如,树脂或共混物的Mw范围可以是约30,000-500,000,或约50,000-200,000。在一个或更多个实施方案中,树脂或共混物的Mw范围可以是低至约50,000,80,000,或100,000到高至约155,000,170,000,或190,000。在一个或更多个实施方案中,树脂或共混物的Mw范围可以是约80,000-200,000;约100,000-175,000;或约140,000-180,000。
添加剂
任何树脂或层可进一步包括一种或更多种添加剂。合适的添加剂可包括任何一种或更多种操作油(芳烃,烷属烃和环烷烃矿物油),增容剂,煅烧粘土,高岭土,纳米粘土,滑石,硅酸盐,碳酸盐,硫酸盐,炭黑,沙子,玻璃珠,矿物聚集体,硅灰石,云母,玻璃纤维,其他填料,颜料,着色剂,染料,炭黑,填料,分散剂,阻燃剂,抗氧剂,导电颗粒,UV-抑制剂,稳定剂,光稳定剂,光吸收剂,偶联剂(其中包括硅烷类和钛酸酯类),增塑剂,润滑剂,粘连剂(blockingagent),防粘连剂,抗静电剂,蜡,发泡剂,成核剂,爽滑剂,酸清除剂,润滑剂,助剂,表面活性剂,结晶助剂,聚合物添加剂,消泡剂,防腐剂,增稠剂,流变学改性剂,保湿剂,活性助剂,硫化/交联/固化剂,硫化/交联/固化促进剂,固化延迟剂及其结合物。
在一些实施方案中,粘合剂优选基本上不存在于该结构中,这意味着不使用粘合剂固定织物和/或膜到彼此上。此处所使用的“粘合剂”是固定两层薄膜或织物到彼此上所使用的物质,这是本领域技术人员已知的。粘合剂物质的实例包括聚烯烃类,聚乙酸乙烯酯聚酰胺;烃树脂;蜡;天然沥青;苯乙烯类橡胶;及其共混物。此外,在所述的每一结构300,400,500,600,700,和800中,可相对于收集表面的辊隙,对称地吹出最内层,或者中间层,正如图3-8所描绘的,和尽管没有示出,但相对于收集表面的辊隙,不对称地吹出所述的每一结构300,400,500,600,700,和800内的中间层。
制品
由本发明的装置和方法制造的多层复合材料尤其可用于要求任何一种或更多种下述性能或特性的应用中:弹性,吸收性,液体排斥,回弹性,拉伸,柔软度,强度,阻燃性,可洗性,缓冲,过滤,细菌阻挡和无菌性。例举的应用和用途可尤其包括,但不限于,卫生巾,医药,过滤器和土工布。
例如,可使用多层复合材料制造婴儿纸尿布,妇女卫生巾,成人失禁产品,个人卫生擦拭巾,绷带,伤口敷料,空气过滤器,液体过滤器,家庭擦拭巾,商店用毛巾(shop towel),电池隔板,真空清洁器袋,化妆垫,食品包装,布料,衣服,医疗服饰,和一次性内衣裤。尤其合适的用途包括在婴儿纸尿布内的闭锁体系,pull-up,训练裤,成人失禁的贴身短内裤和纸尿布,绷带,以及其他单次使用或者一次性物品,和在这些物品内的液体传输层。
普通的过滤用途包括汽油,油和气的过滤器;水、咖啡和茶袋;液体操作盒和袋滤器;真空袋;和过敏原膜。例举性土工布及其用途包括土壤稳定剂和路面衬垫材料,地基稳定剂,腐蚀控制,导管结构,排水体系,土工膜保护,霜冻保护,农业覆盖物,池塘和运河水挡板,和用于排水瓦管的沙滤挡板。
此处提供的多层复合材料的额外制品和用途可包括例如地毯背衬,航海层压体,桌面覆盖层压体,短切原丝薄毡,用于机器装饰的背衬/稳定器,包装,绝缘,枕头,衬垫,和室内装潢衬垫,在棉被或羊毛围巾内的棉絮,消费和邮寄信封,油布,以及帐篷(tenting)和运输(木材,钢)包装材料。
可由多层复合材料形成整个制品。或者多层复合材料可形成该制品的一个或多个单独的部分。例如,在婴儿纸尿布中,认为多层结构形成背部片材,翼片和/或标签的至少一部分。
实施例
表1阐述了可如何通过增加峰到谷的垂直距离来增加可允许伸长率。例如,在峰到谷的水平距离或投影距离为3mm和峰到谷的垂直距离为5.2mm的情况下,面长或实际距离为6.0mm,这是投影距离的2倍,从而提供100%可允许伸长率。
表1:增加峰到谷的垂直距离对可允许伸长率的影响
本发明的实施方案包括:
1.制造多层复合材料的装置,包括:
第一挤出机;
与第一挤出机相连用以生产第一层的第一模头;
第二挤出机;
与第二挤出机相连用以生产第二层的第二模头;
中间挤出机;
与中间挤出机相连用以生产中间层且其位置使得中间层在第一和第二层之间的中间模头;
为收集第一层而定位的第一收集表面;
为收集第二层而定位的第二收集表面,
其中第一和第二收集表面产生第一层,第二层和中间层穿过其中形成多层复合材料的辊隙,和
其中第一和第二收集表面中的至少一个隆起。
2.实施方案1的装置,其中第一和第二收集表面隆起。
3.实施方案1或2的装置,其中第一和第二收集表面中的至少一个的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm。
4.实施方案1-3的装置,其中第一和第二收集表面中的至少一个的平均峰到谷的垂直距离为约2mm-约12mm。
5.实施方案1-4的装置,其中第一和第二收集表面彼此异相,或者在阴端-阴端配置内。
6.实施方案1-5的装置,其中第一和第二收集表面中的至少一个在变平尖端的形状内具有隆起。
7.实施方案1-6的装置,进一步包括第三挤出机和生产第三层的第三模头,其中第三模头与第三挤出机相连且其位置使得第一层,第二层,第三层和中间层穿过辊隙,形成多层复合材料。
8.实施方案1-7的装置,进一步包括第四挤出机和生产第四层的第四模头,其中第四模头与第四挤出机相连且其位置使得第一层,第二层,第三层,第四层和中间层穿过辊隙,形成多层复合材料。
9.实施方案1-8的装置,其中第一和第二收集表面是逆向旋转鼓。
10.实施方案1-9的装置,其中第一和第二收集表面中的至少一个是形成隆起的一系列平行板。
11.实施方案1-10的装置,其中第一和第二收集表面中的至少一个是具有形成隆起的一系列叶片的棒材。
12.通过实施方案1-11的装置制造的多层复合材料。
13.制造多层复合材料的装置,该装置包括:
第一挤出机;
与第一挤出机相连用以生产第一层的第一模头;
第二挤出机;
与第二挤出机相连用以生产第二层的第二模头;
为收集第一层而定位的隆起的第一收集表面;
为收集第二层而定位的隆起的第二收集表面,
其中第一和第二隆起的收集表面产生第一层和第二层穿过其中形成多层复合材料的辊隙。
14.实施方案13的装置,其中第一和隆起的第二收集表面中的至少一个的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm。
15.实施方案13或14的装置,其中第一和隆起的第二收集表面中的至少一个的平均峰到谷的垂直距离为约2mm-约12mm。
16.制造多层复合材料的装置,该装置包括:
第一挤出机;
与第一挤出机相连用以生产第一层的第一模头;
第二挤出机;
与第二挤出机相连用以生产第二层的第二模头;
中间挤出机;
与中间挤出机相连用以生产中间层且其位置使得中间层在第一和第二层之间的中间模头;和
为收集第一层、第二层和中间层形成多层复合材料而定位的隆起的收集表面。
17.实施方案16的装置,其中隆起的收集表面的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm。
18.实施方案16或17的装置,其中隆起的收集表面的平均峰到谷的垂直距离为约2mm-约12mm。
19.形成多层复合材料的方法,该方法包括下述步骤:
(a)使用第一模头生产第一层;
(b)使用第二模头生产第二层;
(c)使用中间模头生产中间层;
(d)提供为收集第一层而定位的第一收集表面和为收集第二层而定位的第二收集表面,其中第一和第二收集表面产生辊隙,和其中第一和第二收集表面中的至少一个隆起;
(e)使第一层,第二层和中间层穿过该辊隙,其中中间层在第一层和第二层之间;和
(f)形成多层复合材料。
20.实施方案19的方法,其中第一和第二收集表面隆起。
21.实施方案19或20的方法,其中对于第一层和第二层中的至少一层来说,第一和第二收集表面中的至少一个提供至少约20%的可允许伸长率。
22.实施方案19-21的方法,其中第一和第二收集表面中的至少一个的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm。
23.实施方案19-22的方法,其中第一和第二收集表面中的至少一个的平均峰到谷的垂直距离为约2mm-约12mm。
24.实施方案19-23的方法,其中第一和第二层中的至少一层的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm。
25.实施方案19-24的方法,其中第一和第二层中的至少一层的平均峰到谷的垂直距离为约2mm-约12mm。
26.实施方案19-25的方法,其中熔喷第一层,第二层和中间层中的至少一层。
27.实施方案19-26的方法,其中熔喷中间层。
28.实施方案19-27的方法,其中第一层和第二层中的至少一层包括聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种。
29.实施方案19-28的方法,其中第一层包括聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种,和第二层包括倾点小于或等于-10℃且在100℃下的运动粘度(KV100℃)为大于或等于3cSt的聚α烯烃。
30.实施方案19-29的方法,其中中间层包括弹性树脂。
31.实施方案19-30的方法,其中中间层包括丙烯-α-烯烃共聚物,所述共聚物包括:
(i)丙烯-α-烯烃共聚物的至少约50wt%丙烯衍生的单元,和
(ii)丙烯-α-共聚物的约5wt%-约35wt%由乙烯和C4-C10α-烯烃中至少一种衍生的单元,其中聚丙烯-α-烯烃共聚物具有小于或等于约75J/g的熔融热,小于或等于约120℃的熔点,和全同立构聚丙烯的约2wt%-约65wt%的结晶度。
32.形成多层复合材料的方法,该方法包括下述步骤:
(a)使用第一模头生产第一层;
(b)使用第二模头生产第二层;
(c)提供为收集第一层而定位的隆起的第一收集表面和为收集第二层而定位的隆起的第二收集表面,其中第一和第二隆起的收集表面产生辊隙;
(d)使第一层和第二层穿过该辊隙;和
(e)形成多层复合材料。
33.形成多层复合材料的方法,该方法包括下述步骤:
(a)使用第一模头生产第一层;
(b)使用第二模头生产第二层;
(c)使用中间模头生产中间层;
(d)提供为收集第一层、第二层和中间层,形成多层复合材料而定位的隆起的收集表面,其中中间层在第一层和第二层之间;和
(e)形成多层复合材料。
34.多层复合材料,它包括:
(a)具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第一层;
(b)含弹性树脂的中间层;和
(c)具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第二层,其中中间层在隆起的第一层和隆起的第二层之间。
35.实施方案32-34的多层复合材料,其中弹性树脂包括丙烯-α-烯烃共聚物,所述共聚物包括:
(i)丙烯-α-烯烃共聚物的至少约50wt%丙烯衍生的单元,和
(ii)丙烯-α-共聚物的约5wt%-约35wt%由乙烯和C4-C10α-烯烃中至少一种衍生的单元,其中聚丙烯-α-烯烃共聚物具有小于或等于约75J/g的熔融热,小于或等于约120℃的熔点,和全同立构聚丙烯的约2wt%-约65wt%的结晶度。
36.实施方案32-35的多层复合材料,其中隆起的第一层和隆起的第二层中的至少一层的平均峰到谷的垂直距离为至少约2mm。
37.实施方案32-36的多层复合材料,其中隆起的第一层和隆起的第二层中的至少一层的平均峰到谷的垂直距离为约2mm-约12mm。
38.实施方案32-37的多层复合材料,其中隆起的第一层和隆起的第二层中的至少一层的可允许伸长率为至少约50%。
39.实施方案32-38的多层复合材料,其中隆起的第一层和隆起的第二层中的至少一层的可允许伸长率为至少约100%。
40.实施方案32-39的多层复合材料,其中隆起的第一层和隆起的第二层中的至少一层的可允许伸长率为至少约200%。
41.实施方案32-40的多层复合材料,其中隆起的第一层和隆起的第二层各自的可允许伸长率为至少约200%。
42.实施方案32-41的多层复合材料,其中隆起的第一层和隆起的第二层中的至少一层包括聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种。
43.实施方案32-42的多层复合材料,其中隆起的第一层包括聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种,和隆起的第二层包括倾点小于或等于-10℃且在100℃下的运动粘度(KV100℃)为大于或等于3cSt的聚α烯烃。
44.形成多层复合材料的方法,该方法包括:
(a)提供具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第一层;
(b)提供含弹性树脂的中间层;
(c)提供具有至少约20%的可允许伸长率的隆起的第二层;和
(d)接触该中间层与隆起的第一层和隆起的第二层,形成多层复合材料,其中中间层在隆起的第一层和隆起的第二层之间。
45.实施方案44的方法,其中弹性树脂包括丙烯-α-烯烃共聚物,所述共聚物包括:(i)丙烯-α-烯烃共聚物的至少约50wt%丙烯衍生的单元,和(ii)丙烯-α-共聚物的约5wt%-约35wt%由乙烯和C4-C10α-烯烃中至少一种衍生的单元,其中聚丙烯-α-烯烃共聚物具有小于或等于约75J/g的熔融热,小于或等于约120℃的熔点,和全同立构聚丙烯的约2wt%-约65wt%的结晶度。
46.实施方案44-45的方法,其中熔喷隆起的第一层,隆起的第二层和中间层中的至少一层。
47.实施方案44-46的方法,其中熔喷中间层。

Claims (15)

1.多层非织造复合材料,包括:
(a)具有至少20%的可允许伸长率的隆起的第一非织造层;
(b)含弹性树脂的中间非织造层;和
(c)具有至少20%的可允许伸长率的隆起的第二非织造层,
其中中间非织造层在隆起的第一非织造层和隆起的第二非织造层之间。
2.权利要求1的多层非织造复合材料,其中弹性树脂包括丙烯-α-烯烃共聚物,所述共聚物包括:
(i)丙烯-α-烯烃共聚物的至少50wt%的丙烯衍生的单元,和
(ii)丙烯-α-共聚物的5wt%-35wt%的由乙烯和C4-C10α-烯烃中至少一种衍生的单元,
其中聚丙烯-α-烯烃共聚物具有由DSC测量的小于或等于75J/g的熔融热,小于或等于120℃的熔点,和全同立构聚丙烯的2%-65%的结晶度。
3.权利要求1的多层非织造复合材料,其中弹性树脂包括丙烯-α-烯烃共聚物,所述共聚物包括丙烯衍生的单元,和基于丙烯-α-共聚物的重量,5wt%-35wt%乙烯衍生的单元,以及其中聚丙烯-α-烯烃共聚物具有全同立构聚丙烯的2%-65%的结晶度。
4.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中隆起的第一非织造层和隆起的第二非织造层中的至少一层的平均峰到谷的垂直距离为至少2mm。
5.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中隆起的第一非织造层和隆起的第二非织造层中的至少一层的平均峰到谷的垂直距离为2-12mm。
6.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中隆起的第一非织造层和隆起的第二非织造层中的至少一层的可允许伸长率为至少50%。
7.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中隆起的第一非织造层和隆起的第二非织造层中的至少一层的可允许伸长率为至少100%。
8.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中隆起的第一非织造层和隆起的第二非织造层中的至少一层的可允许伸长率为至少200%。
9.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中隆起的第一非织造层和隆起的第二非织造层中每层的可允许伸长率为至少200%。
10.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中隆起的第一非织造层包括聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)中的至少一种,和隆起的第二织造层层包括倾点小于或等于-10℃且在100℃下的运动粘度大于或等于3cSt的聚α烯烃。
11.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中多层复合材料基本不含添加剂。
12.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中第一非织造层包含平均直径小于200μm的纤维。
13.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中第二非织造层包含平均直径小于200μm的纤维。
14.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中中间非织造层包含平均直径小于100μm的纤维。
15.权利要求1-3任一项的多层非织造复合材料,其中该复合材料的静压头大于或等于0.05mbar/gsm。
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