CN107257734B - 形成多孔膜组件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成包括结构化或压实多孔膜(c)的组件的方法，所述方法包括：a)以拉伸状态在弹性基材(a)上施加多孔膜(d)，从而所述膜在所述拉伸的基材(a)上发生可逆粘附，b)将其上具有施加的膜的基材(a)进行驰豫以获得结构化的或压实的多孔膜，c)向所述结构化的或压实的多孔膜的一部分施加支撑材料，从而使其上未附着支撑材料的所述结构化的或压实的多孔膜是可释放的。

Description

形成多孔膜组件的方法
本发明涉及一种形成包括结构化或压实的多孔膜的组件的方法以及包括所述组件的制品，如排风口。
众所周知多孔材料具有多种特定和独特的性质。例如，膜或膜组件形式的多孔材料可透过气体但不可透过水。相应地，多孔材料应用于多种领域，不仅包括用作薄膜、电池隔板，并在燃料电池中使用，还用于处理水，如水纯化和废水处理，以及用于吸附工艺。此外，发现多孔膜或膜组件可用于排风和过滤。
具体地，对于排风和过滤应用，需要多孔膜或膜组件的特殊性质。例如，希望通过多孔膜或膜组件的空气和/或湿气流量高以增加其性能。
除了增加空气和湿气流量之外，一些应用需要多孔膜的其他特殊性质，如膜的厚度或薄度，膜中较小或较大的孔径，较高或较低的膜密度及其它们的组合。改变膜的内部多孔结构(即内膜结构)或膜结构的能力也能微调这种性质。
例如，US 5,026,513公开了一种制备快速可恢复的PTFE的方法。该多孔PTFE材料的微结构由通过原纤互相连接的节点组成，基本上所有的原纤具有弯曲或波状外观。该PTFE首先通过拉伸进行膨胀，然后在原纤方向手动压实，之后限制在压实状态并加热。
在US 2013/0183515中，提供包含具有弯曲原纤的膨胀含氟聚合物膜的制品。其中的制品通过在至少一个方向膨胀含氟聚合物条带以制备膨胀的含氟聚合物膜而形成。之后，该膨胀膜通过施加热量热回缩或通过加入溶剂来回缩。
US 2014/0172066公开了在加热室中通过加热来收缩双轴膨胀PTFE膜。
虽然已知的方法能将多孔膜的性质改进至一定程度，但仍需要提供一种能制备改进的多孔膜组件(特别是用于排风口或阀门的多孔膜组件)的方法。
此外，仍需要一种简单可靠的多孔膜的内部结构的受控结构化方法。
因此，本发明的目的是提供一种形成包括多孔膜的组件的方法，所述方法能调整或微调所述多孔膜的外部形状或内部结构。
另外，所述方法应当可靠、简单并且成本有效地进行。
此外，通过所述方法制备的组件应当能制备具有改进性质的制品，如具有改进的性质如空气流量增加的排风口和阀门。
令人惊讶的是，已经发现可以通过以下方法实现这些目的，所述方法包括将多孔膜施用在拉伸的弹性基材上，并驰豫该拉伸的基材以形成结构化或压实的膜，并向所述结构化或压实的膜上施加支撑材料，这样该结构化或压实的膜是部分可释放的。
还令人惊讶地发现通过使用所述方法可得到的组件可以提供不仅节省空间而且具有明显增加的空气流量的排风口。
因此，本发明提供一种用于形成包括结构化的或压实的多孔膜的方法，所述方法包括：
a)以拉伸状态在弹性基材上施加多孔膜，从而所述膜在所述拉伸的基材上发生可逆粘附，
b)将其上具有施加的膜的基材进行驰豫以获得结构化的或压实的多孔膜，
c)向所述结构化的或压实的多孔膜的一部分施加支撑材料，从而使其上未附着支撑材料的所述结构化的或压实的多孔膜是可释放的。
本文中，术语“压实的多孔膜”表示密度增加的多孔膜，本文中“压实”表示多孔膜的密度增加。
压实过程中，即压实多孔膜的生产过程中，多孔膜的内部结构发生改进，进而导致其内部孔体积减少并因此增加密度。
得到的压实膜的体积相对于初始的未压实膜优选增加至少10％，更优选增加至少50％，更优选增加至少100％，最优选增加至少150％。通常，压实膜的密度相对于初始的未压实膜增加最多5000％。
例如，压实可以通过测量初始未压实膜和压实后膜的横截面积来确定。与初始未压实膜相比，得到的压实膜在至少一个方向具有减少的横截面积。
所述压实膜中包含沿其进行压实的轴的任意横截面的面积减少。例如，如果在xy-平面(在具有x,y和z轴的笛卡尔坐标体系中)向弹性基材施加多孔膜并沿x-轴进行压实(即弹性基材在x-方向驰豫)，则包含x轴的压实膜的任意横截面的面积减少，如xz-平面中压实膜的横截面。
得到的压实膜相对于初始未压实膜在所述至少一个方向中横截面积的减少优选为至少10％，更优选至少25％，更优选至少50％，最优选至少60％。通常，横截面积的减少至多95％。
如上所述，压实之后多孔膜的内部结构改变。例如，多孔膜如ePTFE的内部微结构包括通过原纤互相连接的节点。压实导致在连接节点的原纤中形成微褶皱，形成起皱的原纤，这样在压实之后，所述原纤通常具有弯曲和/或波状外观。其结果是，在压实的膜中节点之间的距离变短，因此孔体积减少并且密度增加。
本文所述的压实方法得到均匀压实的多孔膜，即，压实膜表现为整体膜的密度沿着压实方向均匀增加。优选地，压实膜的密度波动小于25％，更优选小于10％，最优选小于5％。
如上所述，压实多孔膜的内部结构改变，压实多孔膜的外部形状通常保持平坦，即，压实膜通常不显示平面外几何结构，如膜的皱纹或折痕等。因此压实膜通常具有如下定义的结构密度，为0.0/mm,或最多0.2/mm。
“结构化多孔膜”表示的多孔膜表现为任意类型的平面外几何结构，如皱纹或折痕等。结构化多孔膜通常具有至少1/mm的结构密度。
相应地，本文中结构化表示赋予所述多孔膜任何类型的平面外几何结构，如皱纹或折痕等。这表示得到的结构化膜不显示图案化表面(例如通过改变其他平面膜的总厚度)，但所述膜的外部形状改变，即“完成的”膜是折叠的或起皱的，显示平面外结构。所述膜厚度通常保持与未结构化膜基本相同。
压实的多孔膜与结构化多孔膜在以下几个方面不同：
结构化改变了所述膜的外部形状，导致平面外结构。与此相反，压实改变了膜的内部结构，并导致如下现象，例如使多孔ePTFE膜中连接节点的原纤弯曲，导致密度增加。
结构化膜相对于初始未结构化膜的密度通常不增加，即，结构化膜的密度通常与未结构化膜的密度基本相同。与此相反，压实导致所述膜的密度明显增加。
本发明的方法能以简单的方向形成包括结构化膜或压实膜的组件。由于多孔膜可以“其原本的样子(as it is)”施加到拉伸的弹性基材上，即不需要任何物理或化学改性，所有该方法是简单的。
令人惊讶地，拉伸的基材/膜复合体驰豫时，所述复合体或甚至所述膜不会简单地损坏，例如膜和基材完全脱层或膜破裂而损坏，而是所述膜保持完整，使结构化或压实以受控的方式发生。
对于结构化多孔膜的情况，所述膜以再现的方式保持至少部分粘附在弹性基材上。其结果是，在基材的驰豫过程中，所述膜至少部分与所述弹性基材脱层。
对于压实多孔膜的情况，在弹性基材的驰豫时，所述膜很大程度(通常完全)保持粘附在弹性基材上，即，仅很少程度发生脱层(如果有的话)。
根据将施加到弹性基材上的多孔膜的形状和微结构，可能必须以特定的方向将多孔膜施加至弹性基材上，以获得压实或结构化的膜。
例如，多孔ePTFE的内部结构通常包括刚性节点和挠性原纤，例如所述膜中横向方向的刚性节点和纵向方向的挠性原纤。所述刚性节点促进在横向方向上驰豫时所述膜与弹性基材的脱层，从而得到结构化膜。另一方面，当膜/基材复合体在纵向方向驰豫时，所述原纤相对容易弯曲，这样不发生脱层，从而得到压实的膜。
不希望受限于理论，相信所述膜的该各向异性行为是由于膜的各向异性刚度，即膜在膜平面的两个垂直方向中的刚度不同。
优选地，为了获得压实膜，向弹性基材施加多孔膜，这样所述膜的最小刚性方向对应于基材的拉伸方向。这确保了以充分受控的方式发生单轴压实。
在任何情况下，可通过简单测试非常容易地发现，所述多孔膜必须以哪个取向向弹性基材施加以得到所述膜的结构化或压实。
由于其简易性，本发明的方法可以成本有效的方式连续或分批进行。
在本发明的方法中，所述多孔膜应施用于弹性基材，以使膜与基材的“可逆粘附”发生。这表示当基材出于拉伸状态时，所述膜与基材粘附，在基材的驰豫状态中，则可以从基材中去除得到的结构化或压实膜，而不损坏该结构化或压实膜。
本文中，术语“膜”通常表示任意类型的“薄”材料，即两个维度的伸长率与剩余维度的伸长率相比很大，例如至少10倍，或至少100倍或更大的材料。这种薄材料有时也称为“2D结构”。优选地，所述膜是薄膜。
本文所用术语“多孔”指的是如下材料，其在整个内部结构中具有空穴，可从一个表面到另一个表面形成相互连接的、连续的空气路径。
本文中术语“多孔膜”表示包括多孔材料或由多孔材料组成的膜。例如，多孔材料可以是膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)和/或任意其他糊料加工的膨胀含氟聚合物或其组合。
包括多孔材料的多孔膜可以进一步包括层叠在所述多孔材料层上的涂层或层，例如但不限于，赋予聚合性的原纤(polymeric rendered fibrils)、粉末涂层、无纺涂层、部分涂层如线、点、图案的涂层。
所述多孔膜可具有多层结构，其中至少一层包括多孔材料或由多孔材料组成。所述多孔膜因此可具有一、二、三或更多层或由一、二、三或更多层组成。
例如，所述多孔膜可包括覆有整体膜的ePTFE层或由覆有整体膜的ePTFE层组成，其可进一步包括在其相对侧的第二ePTFE层。
所述多孔膜可包括纺织物或无纺物或由纺织物或无纺物组成。例如，所述多孔膜可包括静电纺丝无纺材料或由静电纺丝无纺材料组成。
“多孔”表示其中孔是空的多孔材料，但也表示部分或全部浸润的多孔材料，即多孔结构中所述孔部分或全部被物质填充的材料，只要该多孔材料保持可控制材料性质的多孔基质即可。例如，这种浸润的多孔材料可以是其中孔部分或全部被挠性材料，如液体或未固化的挠性物质填充的多孔材料。
这种浸润的多孔膜的刚性可例如通过温度进行调节。如果填充材料是挠性的，例如未固化的液体状材料或熔融材料，多孔膜的基质在原位固定材料并仍控制所述膜性质。
从其化学组成而言，所述膜可以是均匀的或非均匀的。所述膜可以包含空穴，即膜的横向切口部分不显示任何物质，或优选地可以不包含空穴，即封闭的。
本发明方法得到的结构化或压实多孔膜可以非破坏性方式从弹性基材上移除。
在一个实施方式中，本发明的方法在室温下进行，例如在18-27℃，具体为20-25℃的温度下进行。但是，如果发现多孔膜对于本发明方法来说刚度过高，特别是步骤b)也可以在升高的温度下进行，该温度下膜的刚度与其室温刚度相比较小。
在本发明的方法中，弹性基材可以进行单轴或双轴拉伸。
施用在弹性基材上的多孔膜优选包括聚合物或由聚合物组成，更优选包括含氟聚合物(即包含氟原子的聚合物)、聚乙烯醇、聚氨酯和/或聚烯烃或由这些聚合物组成。
特别是聚乙烯醇和聚氨酯也可以是包括这些材料的纺织纤维或无纺纤维或由这些材料组成的纺织纤维或无纺纤维的多孔膜形式。
在一个实施方式中，所述多孔膜包括聚四氟乙烯(PTFE)、改性PTFE、含氟热塑性物质或含氟弹性体或这些材料的任意组合，或者由聚四氟乙烯(PTFE)、改性PTFE、含氟热塑性物质或含氟弹性体或这些材料的任意组合构成。
本文中术语“改性的PTFE”旨在表示一类存在进一步全氟化、氟化或非氟化共聚单体单元的四氟乙烯共聚物。
在一个实施方式中，所述多孔膜包括膨胀PTFE(ePTFE)或由膨胀PTFE(ePTFE)组成。PTFE可以在一个或多个方向膨胀(即拉制)以使含氟聚合物膜具有多孔。制备ePTFE的方法是本领域熟知的，例如，US 3,953,566或US5,814,405所述。
优选地，所述多孔膜的厚度为至少0.5μm，更优选至少1μm，更优选至少1.5μm，最优选至少2μm。
所述多孔膜优选具有至多250μm的厚度，更优选最多200μm，更优选最多175μm，最优选最多50μm。
所述多孔膜的面重量为大于或等于0.01g/m2，更优选大于或等于0.1g/m2，更优选大于或等于0.2g/m2。
所述多孔膜的面重量为小于或等于100g/m2，更优选小于或等于80g/m2，更优选小于或等于50g/m2，更优选小于或等于30g/m2。
本发明方法中使用的弹性基材可以是显示所需可拉伸性并显示对施加的多孔膜有足够粘附性的任何弹性材料。
优选地，所述弹性基材包括弹性体，如硅酮橡胶、含氟-和全氟弹性体腈橡胶、异戊二烯橡胶、乙烯/丙烯橡胶、聚丙烯酸类橡胶、氯丁橡胶、聚氯乙烯橡胶、硅酮橡胶、天然橡胶和/或热塑性橡胶，如热塑性聚氨酯橡胶，或由这些弹性体组成。
优选的弹性基材包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)或由聚二甲基硅氧烷(PDMS)组成。
在将多孔膜施用在弹性基材上之前，在至少一个方向对基材进行拉伸。拉伸可以单轴(例如在连续方法中在机器加工方向上)或双轴，即在两个垂直方向(例如在连续方法中在机器加工方向和横向方向)进行。
拉伸程度通过加工比p定义，这里p由如下定义：
p(％)＝100(l-L)/L+100
其中l是弹性基材在其拉伸状态的最终长度或宽度，L是弹性基材的初始长度或宽度，即非拉伸放松状态的长度或宽度。
例如，加工因子200％表示基材在拉伸状态的最终长度l是初始放松状态长度L的两倍，即l＝2·L。
优选地，步骤a)中弹性基材在至少一个方向以至少110％的加工比进行拉伸，更优选地在至少一个方向以至少150％的比例进行拉伸，最优选地在至少一个方向以至少200％的比例进行拉伸。
所述弹性基材优选以最多1100％的加工比进行拉伸，更优选最多850％的比例进行拉伸，最优选最多600％的比例进行拉伸。
在一个实施方式中，所述弹性基材是单轴拉伸的。单轴表示弹性基材仅在一个方向进行拉伸，如果所述方法连续进行的话，其可以是机器加工方向(MD)或横向方向(TD)。
在另一个实施方式中，所述弹性基材是双轴拉伸的。双轴表示弹性基材在两个方向进行拉伸，如果所述方法连续进行的话，其可以是机器加工方向(MD)或横向方向(TD)。
双轴拉伸可以同时进行或依次进行。同时表示弹性基材在两个垂直方向(例如机械加工方向和横向方法)中同一时间进行拉伸。依次表示弹性基材首先在一个方向(充分)拉伸，然后在另一个垂直方向(充分)拉伸。
所述多孔膜以拉伸状态施用在弹性基材上，这样所述膜在拉伸的弹性基材上发生可逆粘附。
通常，多孔膜直接施用在拉伸基材上，即不使用任何中间层。但是，当需要获得合适的粘附性时可以使用这种中间层。
将多孔膜施用于基材上优选通过将多孔膜机械压制到拉伸的弹性基材上进行。例如，压制可以在较小压力下用橡胶辊进行。
本文中“粘附性”表示多孔膜物理性地粘附于弹性基材。不希望受限于理论，相信所述膜是由于范德华力物理性粘附于弹性基材。
“可逆粘附”表示在基材和膜之间不表现出牢固的“结合”，这是由于如果将涂料施用在基材上，例如通过化学气相沉积施用在拉伸状态的基材上，这样所述膜不能以非破坏性方式从基材上去除。
所述膜在弹性基材上的施用和粘附在特定的工艺温度下进行。所述工艺温度可以是室温，或者为了例如调节膜的刚性，在升高的温度下进行，特别是在所述方法的步骤b)中。
在将所述膜施用于已拉伸的弹性基材之后，弹性基材在本发明方法的步骤b)中进行驰豫。本文中驰豫表示从弹性基材释放应力，基材回到其初始未拉伸且平坦的状态。
在第一个实施方式中，拉伸的弹性基材的驰豫导致粘附的多孔膜压实，即所述在至少一个方向的横截面积减少，从而获得压实的膜。拉伸基材的驰豫导致，例如，多孔膜节点之间的原纤弯曲并起皱，将多孔膜的节点移动在一起从而改变内部膜结构。在拉伸弹性基材的驰豫过程中，所述多孔膜这样进行至不与弹性基材脱层的程度(如果有的话)。
在第二个实施方式中，拉伸弹性基材的驰豫导致粘附的自支撑多孔膜例如起皱或折叠，从而获得结构化膜。不希望受限于理论，相信拉伸基材的驰豫导致施加的膜和弹性基材之间的部分粘附损失或局部粘附损失。在发生部分粘附损失的位点，可形成在施用的膜中的皱纹。
所述结构化膜的结构的高度可以是非结构化膜厚度的至少两倍。
在至少一个方向的结构密度可以至少为1/mm。
在结构化多孔膜的其他实施方式中，在至少一个方向的所述结构密度为至少2/mm，或至少3/mm，或至少5/mm。
所述多孔膜中结构的高度优选为2-2000μm，更优选20-1000μm。
在一个实施方式中所述结构化多孔膜的理论的或测量的面积增加因子为至少1.8，在另一个实施方式中面积增加因子为至少3.0，在又一个实施方式中面积增加因子为至少5.0。
“面积增加因子”表示结构化膜与非结构话膜相比总表面积的增加，这是由于结构化，即膜中存在平面外结构导致的。
它可以理论上通过考虑加工比来确定，或者可以通过例如去除结构面的支撑材料并对所述膜进行拉伸以脱离结构来确定。
例如，通过以加工比2对基材施加单轴拉伸的方法获得的结构化膜将显示(理论)面积增加因子为2。通过以加工比2在各个方向对基材施加双轴拉伸的方法获得的结构化膜将显示(理论)面积增加因子为4。
在一个实施方式中，所述方法还包括将结构化或压实的多孔膜从弹性基材上去除的步骤，所述弹性基材已提供有支撑材料。可以通过从驰豫的弹性基材上机械抬起压实的膜来进行去除。
在对弹性基材进行驰豫之后，向所述结构化的或压实的多孔膜的一部分施加支撑材料，从而使其上未附着支撑材料的所述结构化的或压实的多孔膜是可释放的。
所述支撑材料可以是连续或不连续支撑材料。连续支撑材料的例子包括整体支撑材料，如膜，层叠体等。将这种连续的支撑材料施用于结构化的或压实的膜的一个或几个部分。不连续支撑材料的例子包括纤维和纤维网，如基本上呈线性的纤维，包括条带或线，其可以是平行的，不平行的或其组合，例如网格或筛网以及纤维的纺织网络和纤维的非纺织网络。
优选地，支撑材料是稳定化支撑材料或弹性支撑材料。
所述稳定化支撑材料永久地“冻结”将在其上施加该稳定化支撑材料的膜部分的结构化或压实状态，即其稳定/固定所述膜或膜部分的结构化或压实，从而使其永久静止。该稳定化支撑材料通常仅在很小程度上是可拉伸的，如果有的话。
当稳定化支撑材料仍粘附于驰豫的弹性基材时，该稳定化支撑材料可以施用于该结构化或压实的多孔膜的“自由”侧(与弹性基材相对)。在另一个实施方式中，在所述结构化或压实的膜从弹性基材上去除之后，该稳定化支撑材料施用于所述膜的任一侧。
该稳定化支撑材料可以是筛网、网格形式或一个或多个条带或线的形式。这些条带或线可以是平行、不平行或其组合形式排列。该稳定化支撑材料可以是例如聚乙烯无纺材料、聚丙烯针织材料或热塑性网格涂层。
或者，该稳定化支撑材料可以是整体形式，如膜，特别是聚合物膜，如聚烯烃膜，例如聚乙烯或聚丙烯膜。所述整体可以例如在离散区域(即分开且不同的区域)施用于结构化或压实膜的一个或多个部分，例如侧面。优选地，这种整体可以是多孔的，提供气体从一个表面到另一个表面的互相连接的连续通路。
弹性体支撑材料表示弹性支撑材料的结构可以进行形状变化，例如可逆的形状变化。该弹性体支撑材料因此通常是可拉伸的。优选地，弹性体支撑材料包括弹性体或由弹性体组成。优选地，所述弹性体包括聚硅氧烷、氟硅酮和/或橡胶，或由聚硅氧烷、氟硅酮和/或橡胶组成。
该弹性体支撑材料可包括弹性体纤维，如聚氨酯、聚硅氧烷、氟硅酮和/或橡胶纤维。
该弹性体支撑材料可以是筛网、网格形式或一个或多个条带或线的形式。这些条带或线可以是平行、不平行或其组合形式排列。
为了将支撑材料与结构化或压实的膜结合，例如，可以在将支撑材料施加到膜上之前向该支撑材料提供粘合层。
此外，可以使用粘合剂如热熔网粘合剂将支撑材料与结构化或压实的膜结合，所述结构化或压实的膜首先施加到结构化或压实的材料上。
在步骤c)中，向所述结构化的或压实的膜施加支撑材料，从而使其上未附着支撑材料的所述结构化的或压实的膜是可释放的。
本文中术语“释放”表示由所述压实或结构化方法导致的多孔膜的变化至少部分或甚至完全相反，即“释放的”膜是至少部分解压实或去结构化的。
因此，释放压实的膜通常导致起皱的原纤至少部分“伸直”。其结果是，释放的膜中节点之间的距离与压实膜相比变大，释放部分中多孔膜的密度减少，最高可达到初始未压实膜的低密度。
释放结构化膜通常导致膜的平面外结构至至少部分不折叠或不起皱。其结果是，这些结构的高度减少和/或结构部分或全部消失。
因此释放压实的或结构化的膜导致两个维度中的一个或两个维度中膜伸长的增加，与剩余维度中膜伸长相比更大。这随着膜表面的增加而出现。
本文中术语“可释放的”表示结构化或压实的膜或其部分可进行如上所述的释放而不损坏通过本发明方法制备的组件和/或不损坏多孔膜。
例如，释放压实的或结构化的膜可通过在组件的两个侧面施加气体压差来实现，这样所述组件的膜的可释放部件实际上被释放。这种情况通常是针对在排风口中使用的组件给出的。
因此，术语“可释放的”具体表示压实或结构化膜可以在组件的侧面施加气体压差时释放而不损坏该组件和/或所述膜。所述组件的可释放部件发生释放时的压差阈值可以变化并根据组件的应用进行调节，这取决于用于形成该组件的具体多孔膜材料的性质以及形成该组件的条件等。
释放所述结构化或压实的膜也可以例如通过向所述膜或膜的部分施加机械力或通过施加热来进行。
在本发明的一些实施方式中，步骤c)可包括向所述结构化或压实的膜的一部分施加支撑材料，以使所述结构化或压实的膜是部分可释放的。在本文中，术语“部分可释放的”表示结构化或压实的膜中未附着支撑材料的一部分是可释放的，该结构化或压实的膜中附着有支撑材料的一部分是不可释放的。
在本发明的一些实施方式中，步骤c)在本发明方法的步骤a)之前进行，或者在本发明方法的步骤b)之前进行。
本发明还提供在如上所述的任意实施方式中通过所述方法可获得的组件。
本发明还提供一种组件，其包括：
a)结构化或压实的多孔膜，
b)与所述结构化或压实的多孔膜的一部分粘附的支撑材料，这样未附着支撑材料的结构化或压实膜是可释放的。
本文所述的本发明方法的所有实施方式也是本发明组件的优选实施方式(可适用时)。具体地，本文所述的结构化或压实多孔膜的所有实施方式也是本发明组件的优选实施方式，例如所述膜可包括本文所述用于压实或结构化多孔膜的任何材料(如ePTFE)或由这些材料组成，支撑材料可以是稳定化支撑材料或所述任何实施方式中的弹性体支撑材料。
优选地，在本发明的组件中，所述结构化或压实多孔膜包括释放的部分。释放的部分是所述膜中未附着支撑材料的部分并且该部分已被释放。释放如上所述进行，例如通过施加机械力如拉伸进行。这表示其它结构化膜的释放部分是至少部分不起皱或不折叠的。在其它压实膜的释放部分中，弯曲原纤是至少部分“伸直”的。
优选地，支撑材料附着于所述释放部分或附着于所述释放部分的一部分。在支撑材料是稳定化支撑材料的情况中，该稳定化支撑材料的附着应当永久地“冻结”所述膜的释放结构，即稳定化或固定该结构，使其永久静止。
本发明还涉及包括在本文所述的任意实施方式中的本发明的组件的制品。
优选地，所述制品是排风口、阀门、过滤器、透气外壳或深冲压(deep drawing)。
具体地，在排风口或过滤器应用中，结构化膜与非结构化膜相比具有明显的优点。例如，由于多孔膜的结构化，用于排风或过滤的膜的有效表面区域显著增加，而排风口或过滤器所需的空间与包括非结构化膜的排风口或过滤器相比未改变。
优选地，所述排风口或阀门包括密封部件。密封部件是所述组件以第一封闭状态覆盖排风口或阀门开口的区域。所述密封部件可以单独由组件形成，或者可包括粘附于所述组件、涂覆在所述组件上或以其它方式附着在所述组件上的其它材料。所述密封部件可具有扁平形状，例如可以是矩形或圆形，如圆盘或环。所述密封部件可用于打开或关闭阀门开口。
所述密封部件优选包括弹性体支撑材料或由弹性体支撑材料组成。在优选的实施方式中，所述密封部件是气密性的和/或防潮的(moisture-tight)。
优选地，所述阀门是止回阀。止回阀的原理是本领域熟知的。在止回阀的一个实施方式中，所述组件包括结构化或压实的多孔膜，与结构化或压实的多孔膜的一部分附着的弹性体支撑材料和密封部件。该组件以密封部件封闭开口的方式放置在所述开口上。在所述阀门的该密封状态，所述组件的弹性体支撑材料处于其驰豫状态。所述密封部件防止例如空气、水、水蒸气和油从内管中通过弹性支撑体和结构化或压实的多孔膜释放。增加气体(如空气或水蒸气)的进口压力，高于破裂压力排出开口导致组件的弹性体支撑材料拉伸以及密封部件抬离开口。现在阀门处于打开状态，弹性体支撑材料处于其拉伸状态。破裂压力取决于弹性支撑体的弹性模量。较高的弹性模量需要较高的破裂压力，反之亦然。相应地，止回阀的破裂压力可以通过对具有合适弹性模量的弹性体支撑材料进行选择来调节。如果进口压力和周围压力之间达到平衡，弹性体支撑材料返回其驰豫状态，导致密封部件下降至开口上，再次关闭阀门。
优选地，所述阀门是可转换阀。可转换阀可以在第一阀门状态和第二阀门状态之间转换。在第一阀门状态，仅第一排风区域可实现气体和/或水气的排放。在第二阀门状态，除了第一排风区域之外，第二排风区域可实现气体和/或水气的排放。因此，第二阀门状态比第一阀门状态的可及排风面积大。排风区域是结构化或压实膜未覆盖弹性体支撑材料的那些部分，即可渗透气体和/或水气的这些部分。第二阀门状态还可包括具有开口的第二排风区域。这些开口允许流体(包括气体和液体)从阀门内部通过沟道流通至阀门外部，且不需要通过结构化或压实多孔膜的气体通道。例如，弹性体支撑材料在第二阀门(或开放)状态的膨胀可导致这些开口变得不密封，或打开可接触这些开口。
因此，与第一阀门状态相比，第二阀门状态时气体和/或水气的流速或体积流速较高，通常以升/分钟(l/min)表示。
在该可转换阀的一个实施方式中，所述组件包括结构化或压实的多孔膜，与结构化或压实的多孔膜的一部分附着的弹性体支撑材料和密封部件。该实施方式中的密封部件是环的形式并且是气密性和/或防潮的。该组件以所述环与开口的边缘相配适的方式放置在圆形开口上。在第一阀门装置，仅在密封部件环中未被弹性体支撑材料覆盖并且位于所述开口上的所述结构化或压实膜的部分可渗透气体和/或水气，并且用作第一排风区域。在所述阀门的第一状态，所述组件的弹性体支撑材料处于其驰豫状态。
在所述阀门的第二状态，通过例如增加离开所述开口的气体和/或蒸气的进口压力使所述密封部件抬离所述开口，导致所述组件的弹性体支撑材料拉伸。在该第二状态，可转换阀门具有第二排风区域。该第二排风区域不仅包括如上所述的第一排风区域，而且所述密封部件外部未被弹性体支撑材料覆盖的结构化或压实膜的剩余部分也是可及的。所述弹性体支撑材料处于其拉伸状态。当进口压力降低时，弹性体支撑材料回到其驰豫状态，使得密封部件环下降至开口上。然后该阀门再次处于第一阀门状态，仅第一排风区域是可及的。
在该可转换阀的另一个实施方式中，所述组件包括结构化或压实的多孔膜，包括与结构化或压实的多孔膜的一部分附着的弹性体支撑材料和密封部件。所述密封部件可通过该组件的一个区域形成，这样不需要其它材料，或者可包括其它材料，如弹性体支撑材料。
包括其它材料的密封部件可以是圆盘或环状物形式，并且是气密性的和/或防潮的。将所述组件以密封部件(如密封环状物)与第一开口边缘相配适的方式放置到阀门基材的第一开口上。在第一阀门状态，仅未被弹性体支撑材料覆盖的结构化或压实膜的部分，例如在密封部件环状物中并放置在第一开口上的那些部分，或者如果所述密封部件不需要其它材料，放置在第一开口上的那些部分是可渗透气体和/或水气的，用作第一排风区域。在所述阀门的第一状态，所述组件的弹性体支撑材料处于其驰豫状态。
在所述阀门的第二状态，通过例如增加离开所述第一开口的气体、液体和/或蒸气的进口压力使所述密封部件抬离所述第一开口，导致所述组件的弹性体支撑材料拉伸。在该第二状态，可转换阀门具有第二排风区域。该第二排风区域不仅包括如上所述的第一排风区域，还包括所述密封部件区域外部未被弹性体支撑材料覆盖的结构化或压实膜的剩余部分以及所述阀门基材中的一个或多个第二开口。这些一个或多个第二开口将第二排风区域与阀门外部连接。因此，所述密封部件外部未被弹性体支撑材料覆盖的结构化或压实膜的剩余部分和所述阀门基材中一个或多个第二开口变为可及的。所述弹性体支撑材料处于其拉伸状态。
当进口压力降低时，弹性体支撑材料回到其驰豫状态，使得密封部件下降至第一开口上。然后该阀门再次处于第一阀门状态，仅第一排风区域是可及的。
在一些实施方式中，第一开口从阀门基材的底部突起。在其它实施方式中，第一开口是阀门基材底部中的沟道。
在一些实施方式中，所述一个或多个第二开口可以位于阀门基材中，如阀门基材的底部，位于第二排风区域中。在其它实施方式中，所述一个或多个第二开口可以在结构化和压实多孔膜和阀门基材之间形成。
在该可转换阀门的其它实施方式中，所述密封部件可具有其它形式，如矩形，这取决于其上放置密封部件的开口的形式或形状。
如本文所述在任何实施方式中包括本发明的组件的制品优选是深冲压。深冲压可以例如通过热成形所述组件获得。所述深冲压的优点不仅是由于施用的支撑材料的机械稳定性，还在于结构化或压实多孔膜同时赋予深冲压独特的固有排风性质或过滤性质。例如，深冲压可具有增加的空气和/或水气流量。
本发明还提供一种用于形成压实的多孔膜的方法，其包括：
a)在拉伸状态的弹性基材上施加多孔膜，从而所述膜在所述拉伸的基材上发生可逆粘附，
b)将其上具有施加的膜的基材进行驰豫以获得压实的多孔膜。
优选地，所述方法还包括向所述压实膜的一部分或全部施加稳定化支撑材料或弹性体支撑材料。
如上所述的关于多孔膜、弹性基材和支撑材料的所有实施方式也是本发明方法的优选实施方式。
优选地，步骤a)中的基材通过在至少一个方向中至少110％的加工比进行拉伸。
优选地，所述弹性基材通过在至少一个方向最多1100％的加工比进行拉伸。
优选地，所述基材进行单轴或双轴拉伸。
优选地，所述方法还包括将压实的膜从弹性基材上去除。
本发明还涉及在任意上述实施方式中通过用于形成压实膜的方法可获得的压实膜。
本发明还涉及包括节点和连接所述节点的原纤的压实的多孔膜、其中沿压实方向连接节点的原纤是弯曲的，所述压实的多孔膜的整个膜的密度沿压实方向均匀增加。
所述原纤沿压实方向弯曲提供了该方向中密度的均匀增加，特别是相对于相应的未压实的多孔膜来说。
本发明方法或组件的上述实施方式也适用于压实的多孔膜。具体地、这些实施方式中描述的结构化或压实的多孔膜的实施方式也是本发明的压实多孔膜的优选实施方式，例如所述膜包括本文所述的用于压实多孔膜(如ePTFE)的任意材料，或由这些材料组成。
本发明还涉及包括任意上述实施方式中所述压实膜的制品。
优选地，所述制品是排风口、阀门、过滤器、透气外壳或深冲压。
如上所述以连续方式进行结构化或压实方法的示例性设备包括：
a)可移动的弹性基材带，其设置为所述弹性基材带的至少一部分在所述带的移动过程中从拉伸状态转换至驰豫状态，以及
b)向处于拉伸状态的所述弹性基材带施加膜的装置，这样所述膜粘附在拉伸的基材上。
其中，通过其上具有施加的膜的弹性带从拉伸状态至驰豫状态的转换获得结构化的膜。
在设备的一个实施方式中，弹性基材带是封闭的带或管，在至少两个可转动辊上运行。
在这样的实施方式中，机器加工方向中的拉伸可以通过驱动其上运行所述带的第一辊来实现，与其上运行所述带的第二辊相比，第一辊也具有较高的表面速度。
在所述设备的另一个实施方式中，与所述带的移动方向垂直的方向(即横向方向)中的拉伸通过夹具对来实现，这些夹具对彼此相对设置以在各侧面固定所述带并与所述带一起移动，其中改变一对夹具的距离以使所述带的宽度随着拉伸状态至驰豫状态而改变。
可以设置夹具以使它们在沿着所述带的轨道中运行。
在所述设备的另一个实施方式中，至少一个压力辊设置在所述带进行拉伸的位置，所述压力辊将所述膜按压至拉伸的基材带上，以使所述膜粘附于所述基材。
此外，所述设备可包括装置如辊，所述结构化膜在从基材带上脱粘附(即去除)之后缠绕在辊上。
此外，所述设备可括装置如辊，支撑材料从该辊中供应至结构化或压实的膜。
所述设备可进一步包括加热器，支撑材料在与结构化或压实的膜接触之前通过加热器进行预加热。
本发明将进一步通过以下实施例并结合以下附图进行说明：
图1显示进行以非连续方式双轴拉伸结构化多孔膜的方法的示意性装置的示意图。
图2显示进行以连续方式单轴横向拉伸结构化或压实多孔膜的方法的另一个示意性装置的示意图。
图3显示进行以连续方式单轴或双轴拉伸结构化或压实多孔膜的方法的另一个示意性装置的示意图。
图4显示进行以连续方式双轴拉伸结构化或压实多孔膜的方法的另一个示意性装置的示意图。
图5显示进行以连续方式单轴拉伸结构化或压实多孔膜的方法的另一个示意性装置的示意图。
图6显示进行以连续方式单轴拉伸结构化或压实多孔膜的方法的另一个示意性装置的示意图。
图7显示实施例1A的压实膜的顶视图的SEM图像。
图8显示实施例1A中使用的初始未处理膜的SEM图像(顶视图)。
图9显示实施例1B中在聚丙烯针织物上稳定的模制膜组件的图像。
图10是图9所示的模制形状顶部上具有“伸直的”原纤的释放部分的SEM图像(顶视图)。
图11是图9的膜的压实未释放部分的SEM图像(顶视图)。
图12是显示顶部具有PE无纺物的实施例1C的压实膜的顶视图。
图13是显示采用ATEQ装置在不同压力(参比实施例和实施例1C)下测量的空气流量值的图表。
图14显示在第一次拉伸循环之后弹性体网格线之间产生的结构化膜的释放部分(实施例2B1)。
图15显示施加低空气压力时处于其平坦状态的排风口(实施例2B1)。
图16显示施加中等空气压力时图15的排风口。
图17显示施加高空气压力时图15的排风口。
图18是实施例2B2中具有网格涂层形式的弹性体支撑材料的膜组件的图像。在膜组件的中心可以看到作为密封部件的额外的圆形弹性涂层。
图19是止回阀的示意图(实施例2B3)。
图20是关闭状态的止回阀的图像(实施例2B3)。
图21是打开状态的止回阀的图像(实施例2B3)。
图22的图表显示实施例2B3的止回阀在其打开或关闭状态的压差。
图23显示实施例2D1的压实膜的SEM图像(顶视图)。
图24是显示实施例2D1在第一次拉伸循环之前具有弹性体线状涂层的表面(右侧)和第一次拉伸循环之后周期性起皱的表面(左侧)。
图25是获得的图案化膜组件(实施例3B1)的侧视图像(侧视图)。
图26显示实施例4A的参比膜的顶视图的SEM图像。
图27显示实施例4B的压实膜的SEM图像(顶视图)。
图28显示实施例4C的压实膜的SEM图像(顶视图)。
图29中，示出实施例5的结构化膜的结构密度的测定(左侧图像)。在右侧图像中，显示了所述膜的表面地形。
图30是实施例2A1的参比膜的SEM图像(顶视图)。
图31是实施例4D的结构化膜的SEM图像(顶视图)。
图32是显示压实多孔膜原理的示意图。
图33是显示结构化多孔膜原理的示意图。
图34A是可转换阀门的结合区域的示意图(实施例2B4)。图34B是处于关闭状态的可转换阀门的示意图。图34C是处于打开状态的可转换阀门的示意图。
图35A是另一个可转换阀门的结合区域的示意图(实施例2B5)。图35B是处于关闭状态的可转换阀门的示意图。图35C是处于打开状态的可转换阀门的示意图。
图36是实施例2B5的可转换阀门在其打开状态的外部视图的三维示意图。
测量方法
a)刚度测量
可根据ASTM D-2923-08，程序B测量多孔膜的刚度。虽然指出该方法适用于聚烯烃膜，但也可以用于其它材料制备的膜。
可以使用手感仪测试装置(斯温-阿尔伯特仪器公司(Thwing-Albert InstrumentCompany))测量刚度。
b)ATEQ空气流量
使用ATEQ空气流量仪在的70毫巴的压力下测量空气流量。
c)格利值
根据ASTM D 726-58使用格利密度计测量格利值。
结果报告为格利数，其是在1.215kN/m2水压降下100立方厘米空气通过6.54cm2测试样品的时间，以秒计。
d)结构高度
用面积共焦3d测试系统“微表面探测仪(μsurf explorer)”(纳米聚焦公司(Nanofocus AG))产生地形图像。这种地形图像例如在图29右侧示出。
所述结构的高度是通过图像分析评估的代表性样品的峰值高度和下降(谷)高度之间的最大距离。
e)结构密度
分析3D形貌或SEM图像来确定x(即横向)方向和y(即纵向或机器)方向的结构密度。每个轴进行多次测试，取平均值来确定垂直方向x和y的结构密度。
在图像上添加x和y方向的线。标记穿过线的所有结构边缘。进行多次测量并取平均数。图29左侧的图示出对实施例5的结构化膜进行的该过程。
使用下式评估该结构密度：(由于2个边缘限定一个结构，平均边缘数除以2)
x方向的结构密度＝(边缘平均数x/2)评估的样品宽度x
y方向的结构密度＝(边缘平均数y/2)/评估的样品宽度y
例如，该方法得到的实施例5的结构化膜示于图29，左侧，具有以下结构密度：
方向x:(18+13+13)/3/2/4.29mm＝1,5/mm
方向y:(10+12+16)/3/2/4.28mm＝1,5/mm
f)其它性质
除非另有说明，根据US 2007/0012624所述方法测试其它性质，如泡点、进水压力、孔径和孔隙率。
实施例
A)设备实施例D1:
图1示出用于非连续方式形成结构化膜的典型的简单设备，其中对弹性载体(a)进行膨胀以拉伸弹性载体(a)并在拉伸状态下施加膜(d)。通过打开阀门降低内部压力，以使基材驰豫，从而在弹性载体(a)上形成结构化膜(c)。
实施例D2:
图2示出用于形成结构化或压实膜的连续加工方法和设备的实施方式的示意图，其中可旋转弹性载体带(a)固定在两个旋转元件上，所述旋转元件随着循环移动诱导并释放硅酮基材的横向拉伸。膜(d)通过压力辊(h)施加在拉伸的弹性载体带(a)上。所述膜在拉伸的弹性载体带(a)上移动，在弹性载体带(a)的驰豫过程中形成结构化或压实的膜(c)。任选地，用例如IR加热器(g)预加热支撑材料(e)并通过压力辊(b)将支撑材料施加在结构化或压实膜(c)上以形成包括结构化或压实膜(c)和支撑材料(e)的复合体(f)。
实施例D3:
图3显示用于形成结构化或压实膜的连续加工方法和设备的另一个实施方式的示意图，其中可旋转弹性载体带(a)在具有一定表面速度比的两个辊之间旋转。
为了在弹性载体(a)中诱导拉伸，辊2的表面速度小于辊1的表面速度。该比值使弹性载体带(a)在旋转过程中将其拉伸状态从驰豫变化为拉伸状态。用沿轨道(g)运行的夹具(i)将弹性载体(a)固定在两侧，这样它们可以改变其距离，这取决于固定它们的弹性载体(a)的拉伸比，同时保持弹性载体(a)为恒定宽度。
在该方法的另一个形式中，轨道(g)形成一定角度，这样除了纵向拉伸之外，弹性载体带(a)在横向方向进行拉伸，在旋转过程中可重复地改变其宽度。
膜(d)通过压力辊(b)施加在拉伸的弹性载体上。
在弹性载体(a)上形成结构化或压实膜(c)。通过压力辊(h)向弹性载体(a)上的结构化或压实膜(c)提供并层叠支撑材料(e)以形成包括结构化或压实膜(c)的复合材料(f)。
实施例D4:
图4显示用于形成结构化或压实膜的连续加工方法和设备的另一个实施方式的示意图，其中可旋转弹性载体带(a)在具有一定表面速度比的两个辊之间旋转。
为了在弹性载体(a)中诱导拉伸，辊2的表面速度小于辊1的表面速度。该比值使弹性载体带(a)在旋转过程中将其拉伸状态从驰豫变化为拉伸状态。
膜(d)通过压力辊(b)施加在拉伸的弹性载体上。
在弹性载体(a)上形成结构化或压实膜(c)。提供支撑材料(e)并用IR加热器(f)预热以熔化粘合剂组分，并通过压力辊(h)层叠至弹性载体(a)上的结构化或压实膜(c)，以形成包括结构化或压实膜(c)的复合材料(g)。
该方法中弹性载体(a)和由此得到的膜(d)在机器加工方向收缩，而膨胀力在横向方向起作用，这取决于弹性载体材料的泊松比(Poisson′s ratio)。
实施例D5:
图5显示用于形成结构化或压实膜的连续加工方法和设备的另一个实施方式的示意图，其中提供了弹性载体材料(a)的辊。在用压力辊(b)施用膜(d)之前，所述辊至少在一个方向进行拉伸。在这种情况下，弹性载体在两侧用夹具(e)固定，夹具在机器加工方向上增加其距离，以拉伸弹性载体。在施加膜之后，释放所述拉伸。在弹性载体上形成结构化或压实膜(c)。在所述方法结束时，夹具释放所述弹性载体。
如图像所示，具有结构化或压实膜的弹性载体缠绕在辊上。然后该辊可用于其它工艺，例如涂覆步骤，之后从涂覆的结构化膜或涂覆的压实膜上去除弹性载体。另一种方法是在将弹性载体缠绕到辊上之前从弹性载体上去除结构化或压实的膜。
实施例D6:
图6显示本发明的连续加工方法和设备的另一个实施方式的示意图，其中提供了弹性载体材料(a)的辊。在施用所述膜之前在机器加工方向拉伸所述辊。辊1和辊2的表面速度之比使弹性载体(a)拉伸。膜(d)通过压力辊(b)施加在拉伸的弹性载体上。用与辊2相比表面速度较小的辊3释放所述拉伸，形成结构化或压实的膜(c)。通常，辊1的表面速度大约等于辊1的表面速度。该方法中弹性载体(a)和由此得到的膜(d)在机器加工方向收缩，而膨胀力在横向方向起作用，这取决于弹性载体材料的泊松比(Poisson′s ratio)。
B)加工/结构化和压实的多孔膜
首先描述压实或结构化膜的原理。
根据本发明压实多孔膜的原理如图32所示。将具有连接节点的直原纤的多孔膜(2a)施用于拉伸的弹性基材(1a)上，以产生所述膜在拉伸的基材上的可逆粘附，见图32上部。单轴驰豫其上具有施加的膜的基材时，所述膜的原纤弯曲并且多孔膜的密度增加。图32的下部显示这样获得的在弹性基材(1b)上处于其驰豫状态的压实膜(2b)。
根据本发明结构化多孔膜的原理如图33所示。将多孔膜(2a)施用于拉伸的弹性基材(1a)上，以产生所述膜在拉伸的基材上的可逆粘附，见图33上部。单轴驰豫其上具有施加的膜的基材时，所述膜从基材上部分脱层并产生平面外结构。图33的下部显示这样获得的在弹性基材(1b)上处于其驰豫状态的结构化膜(2b)。结构化膜(2b)表现出褶皱和折叠。
实施例1：
实施例1A
通过本领域已知的方法如US 3,953,566制备ePTFE膜。所述膜的平均ATEQ空气流量为120l/hr(70毫巴测试压力),WEP(进水压力)为1.75巴，厚度为80μm，质量/面积为25g/m2。
实施例1A中，使用PDMS(聚二甲基硅氧烷)板(Elastosil RT620,瓦克公司硅酮)作为弹性基材。用很小的压力将膜粘附到预拉伸的PDMS板上。以200％的加工比对其上具有粘附的膜的PDMS板进行双轴拉伸(2:1双轴；4:1面积变化)，从而获得压实的膜。
微结构或膜内部结构变化如图7所示。为进行比较，图8示出具有节点和“直”原纤的初始未处理的膜。
该膜具有低密度并且非常软，这样在双轴驰豫中最高驰豫至约250％时它不会从弹性基材上脱层。
实施例1B
实施例1B是膜组件的实例。使用压制面积为160mm x 160mm的SEFA迷你热压头，在温度为185℃，4巴压力的热压头中将实施例1A的膜复合体结合到用作稳定化支撑材料的聚丙烯挤出的针织材料上达10秒。压头的加热侧面朝聚丙烯针织材料侧。冷却后，从该复合材料上去除弹性基材。
为了释放部分压实膜，将复合材料夹持在10mm直径的圆形模制工具中。热空气枪设定为200℃，使用低扇速度来熔化聚丙烯支撑结构。从下侧施加真空模制该复合材料，形成球体形状。
图9显示在聚丙烯针织材料上稳定的模制膜组件。图10显示具有“伸直的”原纤的该模制形状顶部的释放部分，而图11显示未模制区域，即所述膜仍压实未释放的部分。
实施例1C
实施例1C是包括本发明膜组件的模制排风口的实例。在热压头中在130℃2巴条件下向所述膜施加聚乙烯无纺材料达2秒。
用很小的压力将具有PE无纺物的膜粘附在预拉伸的PDMS板(Elastosil RT620,瓦克公司硅酮)上，无纺物侧面向外。用设置在高于弹性基材约15cm处的IR加热器将弹性基材和粘附的膜加热至约130℃。以200％的加工比对其上具有粘附的膜的PDMS板进行双轴拉伸(2:1双轴；4:1面积变化)。获得的压实膜的微结构或膜内部结构改变。无纺材料确实在膜上流动，冷却后该无纺材料稳定该压实膜，从而可将其从弹性基材上去除。图12显示顶部具有PE无纺材料的压实膜。
以圆形切割复合材料，并将复合材料结合在具有直径2mm的圆孔的塑料圆盘上。在模制工具中夹持所述圆盘。为了释放部分压实膜，将热空气枪设定为160℃，使用低扇速度来熔化无纺材料。从下侧施加真空模制该复合材料，形成球体形状。
作为参比实施例，使用未处理的膜并结合在具有直径2mm的圆孔的塑料圆盘上
两种样品的进水压力为1.75巴，可以看出压实和模制不损坏所述膜孔结构。用ATEQ设备在不同压力下测量的空气流量如图13所示。与参比实施例(“平坦”)相比，使用本发明的膜组件(“3d”)将空气流量增加最高至5倍。
实施例2：
通过本领域已知的方法如US 5,814,405或DE 69617707制备ePTFE膜。所述膜的平均ATEQ空气流量为54l/小时(12毫巴测试压力)，WEP(进水压力)为28psi(1.93巴)，泡点为8.2psi(0.57巴)，平均格利值为2.8格利秒，质量/面积为10g/m2。所述膜的平均横向方向刚度为29.7g/m，平均机器方向刚度为9.8g/m，根据ASTM D2923–08方法B，使用手感仪测试设备(斯温-阿尔伯特仪器公司(Thwing-Albert Instrument Company))在20℃测试。
实施例2B和2C是包括结构化膜的膜组件的实例。实施例2A,2B和2C中，使用双组分共聚酯纺粘材料(Bicomponent Copolyester Spunbond)作为支撑材料。使用聚氨酯热熔网粘合剂(制品编号：D6C8F 10g/m2；公司：Protechnic(法国))将支撑材料粘附在膜样品上。在热压头中在120℃和5psi(0.34巴)面积压力下在15秒停留时间内将网粘合剂预施加至支撑材料。
实施例2B和2C中，使用所示的不同加工类型。
实施例2D和2E是包括压实膜的膜组件的实例。实施例2D和2E中，用很小的压力将膜粘附至弹性基材。在纵向方向以不同比值对弹性基材进行驰豫。没有可见的平面外结构产生，这可通过x和y方向均为0.0/mm的结构密度证明，仅原纤折叠。在纵向方向驰豫时，未产生压实膜从弹性基材上脱层。
加工条件和结果列于下表1。
表1：
Figure BDA0001386825310000231
实施例2B1
实施例2B的结构化膜用弹性支撑材料涂覆以形成膜组件。采用宽100微米且距离约1mm的狭缝激光切割100微米的纸。瓦克Elastosil RT 620硅酮组分A和B以9：1的质量比混合，压制材料通过所述纸的狭缝。材料在炉中80℃固化3分钟。
将涂覆有Elastosil RT 620的第二条类似线以与第一线涂层呈直角施用，以形成网格涂层。涂覆之后，将该结构再次在80℃固化3分钟。
图14显示在第一次拉伸循环(释放)之后弹性体网格线之间产生的结构化膜的释放部分。结构化膜的释放部分形成在其它结构化膜上的周期性释放结构。
将实施例2B1的膜组装到环形空气喷嘴上，用作排风口。图15显示施加低空气压力时处于其平坦状态的排风口。施加中等空气压力或高空气压力使所述膜组件具有球形形状，如图16和17所示。
实施例2B2
实施例2B的结构化膜用弹性支撑材料涂覆以形成膜组件。采用宽100微米且距离约1mm的狭缝激光切割100微米的纸。瓦克Elastosil RT 620硅酮组分A和B以9：1的重量比混合，压制材料通过所述纸的狭缝。材料在炉中80℃固化3分钟。
将涂覆有Elastosil RT 620的第二条类似线以与第一线涂层呈直角施用，以形成网格涂层。涂覆之后，将该结构再次在80℃固化3分钟。
将具有Elastosil RT 620的额外的圆形弹性涂层通过100微米厚纸上的激光切割圆施用在样品上。
图18显示获得的膜组件，所述膜组件包括网格涂层形式的弹性支撑材料以及作为密封部件的在膜组件中心的额外的圆形弹性涂层。
实施例2B3
圆形切割出实施例2B2的膜组件并将其与具有10mm开口和内管的塑料圆盘结合。将该膜组件以密封部件与内管开口相配适的方式放置在塑料圆盘上，从而形成止回阀。图19显示该止回阀的示意图。
图19左侧示出该阀门的关闭状态。弹性支撑材料处于其驰豫状态，密封部件封闭管的开口，同样如图20。从外到内，当排风口关闭时，阻止例如水、水蒸气和油渗透到内部区域。从内到外，排风口被在内管上形成密封部件的弹性涂层封闭，防止例如空气、水、水蒸气和油从内管中释放。这在图19的左侧图中示出，其中表示空气流动和水分运输的箭头不穿过膜组件的密封部件。增加内部空气压力导致膜组件拉伸。在内部，一旦达到所需压力，密封部件抬离管的开口，排风口打开以平衡压力，见图19右侧。从图22可以看出，如果该实施例中内部和外部之间的压力差大于20毫巴，排风口打开。排风口的打开状态也可以从图21看出。则所述弹性体支撑材料处于其拉伸状态。例如，空气和/或水气可以从阀门内部通过与密封部件相邻的排风区域并通过膜组件的未被密封部件覆盖的部分至外部。如果达到压力平衡，弹性体支撑材料回到其驰豫状态，导致密封部件下降到管的开口上，再次封闭该阀。
实施例2B4
将实施例2B1的膜组件圆形切割并与阀门基材结合以提供可转换阀门。图34A显示圆形膜组件周边与阀门基材的结合区域30，其连续围绕圆形膜组件的整个周边。图34B和C显示图34A的平面32处可转换阀门的横截面。
参照图34B，膜组件10在结合区域30与阀门基材20的底部28相附着。阀门基材可以是塑料材料，如模制的塑料。结合区域30将所述膜组件的弹性体支撑材料附着在阀门基材20的底部28。弹性体支撑材料位于膜组件10向内朝向阀门基材20并与阀门基材20相邻的面上，结构化或压实的膜位于从阀门基材朝向外的相对侧。
阀门基材20具有第一开口22和第二开口24。第一开口22可通过向阀门基材插入管来形成。或者，可以模制阀门基材20来提供作为通过突起26的通道的第一开口22，突起26从阀门基材的底部28突出，如图34B和C所示。膜组件10以一部分膜组件与围绕第一开口22的突起26(通过其显现开口22)的表面相配适的方式结合在阀门基材20的底部28上，从而形成在第一开口22上的密封部件25，以提供可转换阀门5。
可转换阀门的关闭状态如图34B所示。弹性体支撑材料处于其驰豫状态，膜组件10与关闭第一开口22的突起36相邻并其接触。从外到内，当排风口关闭时，阻止例如液态水、水蒸气和油通过膜组件10渗透到可转换阀门的内部区域29。从内到外，气体如空气或水蒸气可以以箭头所示方向从内部区域29通过膜组件10的密封部件25排出。增加第一流体压力导致膜组件10拉伸。
在替代的实施方式中，可以使用实施例2B2的其中密封部件包括额外的圆形弹性体涂层的膜组件。在该实施方式中，从外到内，当排风口关闭时，阻止例如液态水、水蒸气和油通过膜组件渗透到可转换阀门的内部区域。与实施例2B1的膜组件的实施方式相比，气体如空气或水蒸气从内到外通过密封部件的排风减少，这是由于存在形成密封部件的弹性体涂层。在其中弹性体涂层阻止气体如空气或水通过密封部件的通路的实施方式中，获得止回阀。
在可转换阀门5内部，一旦达到所需压力，膜组件10的密封部件25部分抬离第一开口22，运行第一开口22和第二开口24之间的流体连通，如图34C所示。第二开口与可转换阀门外部(即可转换阀门内部区域的外部环境)流体连通。这代表可转换阀门的打开状态。
第二开口24是通过阀门基材底部28的通道。第二开口24位于包含第一开口22的突起26和第二排风区域中结合区域30之间的底部28上。在图34B和C未示出的替代实施方式中，第二开口可位于阀门基材的他处，只要它们存在于第二排风区域并能在去除密封部件时与第一开口流体连通即可。例如，第二开口可位于阀门基材的侧壁(未示出)，膜组件周边可与其附着。在这种实施方式中，在可转换阀门的打开状态下，流体将以与通过第一开口的物流垂直的物流形式通过第二开口排出。这与图34C所示实施方式相反，图34C中通过第二开口排出的流体是通过第一开口离开内部区域的逆流物流。
回到图34C，在打开状态下，膜组件10的膨胀从第一开口22释放密封组件25，使可转换阀门内部区域29中的压力与通过箭头所示方向中第二排风区域的第二开口24的外部压力平衡。然后膜组件10的弹性体支撑材料处于其拉伸状态。气态和液态流体如一种或多种空气、水气和液态水，例如可通过第二开口24从阀门的内部区域29流动通过与密封部件相邻的第二排风区域，至阀门外部。如果可转换阀门的内部压力和外部压力之间达到平衡，弹性体支撑材料返回其驰豫状态，导致密封部件25下降至第一开口22上，再次关闭可转换阀门。
实施例2B5
将实施例2B1的膜组件圆形切割并与阀门基材结合以提供可转换阀门。图35A显示圆形膜组件周边处的结合区域30，其不连续围绕圆形膜组件的周边，如在膜组件周边存在膜组件和阀门基材之间未结合的区域34。图35B和C显示图35A的平面32处可转换阀门的横截面，而图36显示可转换阀门在打开状态的三维示意图。
参照图35B，膜组件10与阀门基材20的底部28相附着。结合区域(图35B的横截面中未示出)将膜组件10的弹性体支撑材料与阀门基材20的底部28相附着。弹性体支撑材料位于膜组件10向内朝向阀门基材20并与阀门基材20相邻的面上，结构化或压实的膜10位于从阀门基材朝向外的相对侧。
阀门基材20具有第一开口22。通过孔形成第一开口22，以提供通过阀门基材20的底部28至内部区域29的通道。膜组件10以驰豫状态的膜组件与底部28的表面(通过其显现第一开口22)相配适并接触的方式结合在阀门基材20的底部28上，从而形成在第一开口22上的密封部件25，以提供可转换阀门5。
图35B显示关闭位置的可转换排风口。从外到内，当可转换排风口关闭时，阻止例如液态水、水蒸气和油通过膜组件10渗透到可转换阀门的第一区域29。从内到外，气体如空气或水蒸气可以以箭头所示方向从第一区域29通过膜组件10排出。
在替代的实施方式中，可以使用实施例2B2的其中密封部件包括额外的圆形弹性体涂层的膜组件。在该实施方式中，从外到内，当排风口关闭时，阻止例如液态水、水蒸气和油通过膜组件渗透到可转换阀门的内部区域。与实施例2B1的膜组件的实施方式相比，气体如空气或水蒸气从内到外通过密封部件的排风减少，这是由于存在形成密封部件的弹性体涂层。在其中弹性体涂层阻止气体如空气或水通过密封部件的通路的实施方式中，获得止回阀。
增加第一流体压力导致膜组件10拉伸。在内部，一旦达到所需压力，膜组件10的密封部件25部分抬离第一开口22。第一组件10也在周边的未结合区域处抬离形成第二开口24的阀门基材20的底部28，使得内部区域29和可转换阀门的外部之间通过底部28和膜组件10之间形成的第二排风区域流体连通，如图35C所示。在打开状态，膜组件的膨胀可由第一开口22释放密封部件，使得可转换阀门5的第一区域29的压力与箭头所示方向的外部压力平衡。然后膜组件的弹性体支撑材料处于其拉伸状态。
图36显示可转换阀门5在打开状态的外部三维示意图。示出在圆形膜组件的未结合区域中形成的第二开口24。第二开口24与可转换阀门外部(即可转换阀门第一区域的外部环境)流体连通。流体如一种或多种空气、水蒸气和液态水，例如可通过第二开口24从阀门内部区域流动通过膜组件10和底部28之间的第二排风区域至外部。如果可转换阀门的内部压力和外部压力之间达到平衡，弹性体支撑材料返回其驰豫状态，导致密封部件下降至底部28上，密封第一开口和第二开口24，再次关闭阀门。
实施例2D1
实施例2D获得的压实膜(见图23)用弹性支撑材料涂覆以形成膜组件。采用宽100微米且距离约1mm的狭缝激光切割100微米的纸。瓦克Elastosil RT 620硅酮组分A和B以9：1的重量比混合，压制材料通过所述纸的狭缝。材料在炉中80℃固化3分钟。
图24右侧显示实施例2D的具有弹性体线涂层的压实膜。左侧显示第一次拉伸循环之后的膜组件。在弹性体线之间产生周期性皱纹图案。
实施例3
通过本领域已知的方法如US20140120286A1制备ePTFE膜。该膜的平均TEQ空气流量为500升/小时(70毫巴测试压力)，厚度为25μm以及质量/面积为6.5g/m2。
用很小的压力将膜粘附到预拉伸的PDMS板(Elastosil RT620,瓦克硅酮)上。从下表2可以看出，在纵向方向驰豫PDMS板。
表2：
Figure BDA0001386825310000281
实施例3B1
在热压头中100℃持续5s和3巴压力下将实施例3B的膜与12mm聚氨酯热熔网格材料(Protechnic，法国)相结合。冷却之后，将样品从该样品在其上压实的基材上去除。去除后，得到所述膜在未折叠网格和受控的3D图案化表面之间的压实部分。与网格结合的压实膜的部分仍处于压实状态。
图25显示获得的具有半球形状的释放部分的膜组件的图像。
实施例4
通过本领域已知的方法如US 2007/0012624 A1制备ePTFE膜。该膜的平均质量/面积为0.5g/m2，厚度约0.6μm。
使用PDMS(Elastosil RT 620)作为弹性基材。用很小的压力使用上述实施例D2的可旋转弹性载体带以预拉伸状态将膜粘附在弹性基材上(同样见图2)。旋转时弹性基材在横向驰豫。压实实施例4D超过其将被压实的潜力，所述膜与弹性基材产生周期性脱层。实施例4D的结构密度为125/mm。
实施例4A,4B和4C的SEM图像示于图26-28中。结果和加工条件列于下表3。
表3：
Figure BDA0001386825310000291
实施例5
实施例5是通过上述用于形成结构化多孔膜的示例性方法获得的结构化膜。通过本领域已知的方法如US 3,953,566制备ePTFE膜。所述膜的平均基质拉伸强度为10N/mm2(机器方向)和25N/mm2(横向方向)，空气流量为8格利数，泡点为1.5巴，厚度为35μm,质量/面积为17g/m2,平均流动孔径为0.18μm。
使用双组分聚酯纺粘材料作为支撑材料。使用聚氨酯热熔网粘合剂(制品编号：D6C8F 10g/m2；公司：Protechnic(法国))将支撑材料粘附在膜样品上。在热压头中在120℃和5psi(0.34巴)面积压力下在15秒停留时间内将网粘合剂预施加至支撑材料。具有预粘附的粘合剂层的支撑材料放置在膜顶部，粘合剂层面朝膜。将10mm厚、150mm直径的硅酮板(Elastosil RT620)在炉中预热达到150℃。上部硅酮板放置在支撑材料顶部。直径为80mm且质量为5kg的铝杆放置在上部硅酮板顶部10s以在膜样品和支撑材料之间产生结合。
10秒后，去除所述杆和上部硅酮板，样品冷却3分钟，之后从下部硅酮板材料上去除。
用空气膨胀将根据图1的设备的弹性基材拉伸至所需加工比。达到所述拉伸状态之后，关闭阀门以保持加工比为恒定状态。将膜样品施加在拉伸的弹性基材上，用橡胶辊施加作用力，将膜样品粘附在弹性基材上。
达到足够的粘附之后，打开空气阀门以释放拉伸弹性基材的内部压力。
通常Elastosil RT620膨胀至200％加工比的加工时间为3秒。弹性基材回缩至其原始未拉伸的平坦形状。粘附的膜与弹性基材一起回缩，但在该方法之后结构化。
加工条件和结果列于下表4。图29显示所述膜的结构密度(右侧)和膜的表面形貌(左侧)的测定。
表4:
Figure BDA0001386825310000301

Claims (26)

1.一种形成包括压实的多孔膜的组件的方法，所述方法包括：
a) 以拉伸状态在弹性基材上施加多孔膜，从而所述多孔膜在所述拉伸的基材上发生可逆粘附，
b)将其上具有施加的多孔膜的基材进行驰豫以获得压实的多孔膜，所述压实的多孔膜是平坦的，使得其不显示平面外几何结构，
c)向所述压实的多孔膜的一部分施加支撑材料，从而使所述压实的多孔膜是部分可释放的，
使得当弹性基材处于拉伸状态的时候，所述多孔膜粘附于该基材，当所述弹性基材进行弛豫的时候，所述压实的多孔膜可以从所述弹性基材移除而不损坏所述压实的多孔膜，
所述压实的多孔膜中未附着支撑材料的一部分可以从所述支撑材料释放而不损坏所述压实的多孔膜，所述压实的多孔膜在其上附着支撑材料的部分是不可释放的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑材料是稳定化支撑材料或弹性体支撑材料。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括d）释放所述压实的多孔膜。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多孔膜包括含氟聚合物，聚乙烯醇和/或聚氨酯。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基材包括聚硅氧烷和/或氟硅酮。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基材包括橡胶。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤a)中的基材在至少一个方向通过至少110％的加工比进行拉伸。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述弹性基材在至少一个方向通过最多1100％的加工比进行拉伸。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基材是单轴或双轴拉伸的。
10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述压实的多孔膜从弹性基材上去除。
11.通过权利要求1-10中任一项所述方法可获得的组件。
12.包括如权利要求11所述的组件的制品。
13.如权利要求12所述的制品，其特征在于，所述制品是排风口、阀门、透气外壳或深冲压。
14.如权利要求13所述的制品，其特征在于，所述制品是进一步包括密封部件的阀门。
15.一种用于形成压实的多孔膜的方法，所述方法包括：
a) 以拉伸状态在弹性基材上施加多孔膜，从而所述多孔膜在所述拉伸的基材上发生可逆粘附，
b)将其上具有施加的多孔膜的基材进行驰豫以获得压实的多孔膜，所述压实的多孔膜是平坦的，使得其不显示平面外几何结构；
使得当弹性基材处于拉伸状态的时候，所述多孔膜粘附于该基材，当所述弹性基材进行弛豫的时候，所述压实的多孔膜可以从所述弹性基材移除而不损坏所述压实的多孔膜。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括向所述压实的多孔膜施加稳定化支撑材料或弹性体支撑材料。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述多孔膜包括含氟聚合物，聚乙烯醇和/或聚氨酯。
18.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述基材包括聚硅氧烷和/或氟硅酮。
19.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述基材包括橡胶。
20.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，步骤a)中的基材在至少一个方向通过至少110％的加工比进行拉伸。
21.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述弹性基材在至少一个方向通过最多1100％的加工比进行拉伸。
22.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述基材是单轴或双轴拉伸的。
23.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述压实的多孔膜从弹性基材上去除。
24.通过如权利要求15至23中任一项所述的方法可得到的压实的多孔膜。
25.包括如权利要求24所述的压实的多孔膜的制品。
26.如权利要求25所述的制品，其特征在于，所述制品是排风口、阀门、透气外壳或深冲压。
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