CN1917996A - 纤维增强薄膜的加工方法及薄膜 - Google Patents

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Abstract

一种制造纤维增强薄膜的吹胀薄膜方法包括提供并熔融至少一种热塑性树脂。该至少一种热塑性树脂经加长模头挤出形成膜泡。大量纤维被引入到膜泡内部。将纤维在膜泡内部分布。在引入大量纤维之后使膜泡瘪陷从而形成纤维增强薄膜。该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层以及分散在其间的大量纤维。由该薄膜可形成袋子。

Description

纤维增强薄膜的加工方法及薄膜
                      技术领域
本发明一般地涉及热塑性薄膜的加工方法及薄膜。更具体地说，本发明涉及纤维增强热塑性薄膜的加工方法及薄膜。
                      背景技术
多年来，聚合物薄膜被用于各种不同用途。这些薄膜此类用途之一是用于形成普通家用物品垃圾袋。有几种形成垃圾袋的方法，但典型方法包括吹胀薄膜方法和流延方法。
在用于垃圾袋的薄膜中需要存在几种性能。例如，理想的是具有高撕裂强度和高拉伸强度。这使垃圾袋能装更多东西，同时它也更抗撕裂或破裂。具有这种性能将减少消费者将装满的垃圾袋撕破或弄破的可能。类似地，还希望具有高抗穿刺性以便防止或抑制从垃圾袋内刺穿。为节省与聚合物树脂相关的成本，还希望具有多种性能的组合，例如高撕裂强度、采用较少比例聚合物树脂的高撕裂强度和高抗穿刺性。
因此，需要一种改进的热塑性薄膜加工方法和薄膜来克服上述问题。
                      发明概述
按照一种方法，一种制造纤维增强薄膜的吹胀薄膜方法包括提供并熔融至少一种热塑性树脂。该至少一种热塑性树脂通过加长模头挤出形成膜泡。大量纤维被引入到膜泡内部。纤维在膜泡内部分布。在引入大量纤维之后膜泡瘪陷从而形成纤维增强薄膜。该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层以及分散在其间的大量纤维。
按照另一种方法，一种制造纤维增强袋的吹胀薄膜方法包括提供并熔融至少一种热塑性树脂。该至少一种热塑性树脂通过加长模头挤出形成膜泡。大量纤维被引入到膜泡内部。纤维在膜泡内部分布。在引入大量纤维之后膜泡瘪陷从而形成纤维增强薄膜。该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层以及分散在其间的大量纤维。由纤维增强薄膜形成第一和第二体片坯(panel)。沿两个相对的侧边和底边闭合第一和第二体片坯从而形成纤维增强袋。
按照另一种方法，制造纤维增强袋的吹胀薄膜方法包括提供至少一种热塑性树脂，该至少一种热塑性树脂选自聚烯烃、聚酯、尼龙、链烯基芳族聚合物、聚氯乙烯及其组合。将该至少一种热塑性树脂熔融。挤出该至少一种热塑性树脂通过加长模头以形成膜泡。将大量纤维引入到膜泡内。使大量纤维带电以促使大量纤维对膜泡亲和力的改进。将该纤维分布在膜泡内部以使大量纤维接触膜泡的内表面。在大量纤维引入之后，膜泡瘪陷以便形成纤维增强薄膜。该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层和分散在其间的大量纤维。第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.4密耳～约1.0密耳。由纤维增强薄膜形成第一和第二体片坯。沿两个相对的侧边和底边闭合第一和第二体片坯从而形成袋。
按照又一种方法，一种制造纤维增强薄膜的流延薄膜方法包括提供并熔融至少第一热塑性树脂。挤出该至少第一热塑性树脂通过第一加长模头以形成第一热塑性薄膜。提供并熔融至少第二热塑性树脂。挤出该至少第二热塑性树脂通过第二加长模头以形成第二热塑性薄膜。第一和第二热塑性薄膜被沿着各自的流延辊输送。将大量纤维引入到第一与第二热塑性薄膜之间从而形成纤维增强薄膜。该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层和分散在其间的大量纤维。
按照另外的方法，一种制造纤维增强薄膜的流延薄膜方法包括提供并熔融至少第一热塑性树脂。挤出该至少第一热塑性树脂通过第一加长模头以形成第一热塑性薄膜。提供并熔融至少第二热塑性树脂。挤出该至少第二热塑性树脂通过第二加长模头以形成第二热塑性薄膜。第一和第二热塑性薄膜被沿着各自的流延辊输送。将大量纤维引入到第一与第二热塑性薄膜之间从而形成纤维增强薄膜。该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层和分散在其间的大量纤维。由纤维增强薄膜形成第一和第二体片坯。沿两个相对的侧边和底边闭合第一和第二体片坯从而形成袋。
按照一种实施方案，纤维增强薄膜包含至少两个层和其间的大量纤维。第一层由至少第一热塑性树脂制成，而第二层则由至少第二热塑性树脂制成。该薄膜具有大于250g的纵向(MD)撕裂，按照ASTMD 1922测定，大于约800的纵向拉伸强度，按照ASTM D 882测定，以及大于120g的抗穿刺力，按照ASTM D 1709测定，而且大量纤维的基重小于约10g/m2 。
按照另一种实施方案，一种纤维增强袋包含第一和第二相对的体片坯，被沿着2条相对的侧边和底边闭合。第一和第二相对的体片坯每一个包含纤维增强薄膜。纤维增强薄膜包含至少两个层和其间的大量纤维。第一层由至少第一热塑性树脂制成，而第二层则由至少第二热塑性树脂制成。该薄膜具有大于250g的纵向(MD)撕裂(tear)，按照ASTM D1922测定，大于约800的纵向拉伸强度，按照ASTM D 882测定，以及大于120g的抗穿刺，按照ASTM D 1709测定，而且大量纤维的基重小于约10g/m2。
                    附图简述
本发明上述以及其它优点在阅读了下面的详细描述并参考附图之后就清楚了。
图1是一种实施方案的纤维增强薄膜的端视图；
图2a是一种实施方案的聚合物袋；
图2b是大致沿图2a的线2b-2b截取的断面视图；
图3a是另一种实施方案的聚合物袋；
图3b是大致沿图3a的线3b-3b截取的断面视图；
图4是按照一种吹胀薄膜方法制造纤维增强薄膜涉及的全部操作顺序的示意流程图；
图5是制造纤维增强薄膜涉及的图4的挤出模头和膜泡的放大视图；
图6是按照另一种吹胀薄膜方法的挤出模头和膜泡的放大视图；
图7是按照一种流延薄膜方法制造纤维增强薄膜涉及的全部操作顺序的示意流程图。
虽然本发明容易做出各种修改和采取各种替代形式，但各种具体实施方案已在附图中作为例子给出并将在下文中做详细描述。但是应该理解，本发明不拟局限于所公开的特定形式。相反，本发明拟覆盖落在如所附权利要求限定的本发明精神和范围内的所有修改、等价物和替代物。
                示例性实施方案描述
本发明涉及纤维增强薄膜的加工方法及薄膜。更具体地说，本发明纤维增强薄膜包含第一热塑性层、第二热塑性层和分散在第一和第二热塑性层之间的大量纤维。本发明纤维增强薄膜具有理想的撕裂强度、理想的拉伸强度和抗穿刺性能。纤维增强薄膜可用于诸如垃圾袋、食品袋和储物袋，包括重载袋(例如装沙子的袋子)之类的用途。考虑该纤维增强薄膜可用于各种各样其它领域，例如热绝缘(房屋包裹)和通常配合货盘使用的保护运输货物的包裹。
第一和第二热塑性层
按照一种实施方案，纤维增强薄膜10示于图1。该纤维增强薄膜10包含第一热塑性层12、第二热塑性层14和分散在第一和第二热塑性层12、14之间的大量纤维16。
第一热塑性层12和第二热塑性层14可由合适的热塑性材料形成。某些可用于形成第一热塑性层12和第二热塑性层14的热塑性材料包括但不限于聚烯烃、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙、链烯基芳族聚合物(例如，聚苯乙烯)、聚氯乙烯或其组合。因此，热塑性层12、14可由共混物形成。
某些在考虑之列的聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯、环烯烃共聚物(COC)或其组合。某些在考虑之列的聚乙烯包括线型低密度聚乙烯(LLDPE)、金属茂催化的LLDPE、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或其组合。考虑第一和第二热塑性层12、14可由独立地选择的树脂形成。
有用的环烯烃共聚物可由几家公司购得。例如Ticona，Celanese公司的商行，在Summit，新泽西，供应环烯烃共聚物。其它具有环烯烃共聚物供应的公司包括Nippon Zeon Co.，Ltd.(日本)和MitsuiChemical(日本)。Nippon Zeon Co.，Ltd.以商品名ZEONEX销售环烯烃共聚物(COC)。Ticona，Celanese公司的商行，以商品名TOPAS市售供应环烯烃共聚物(COC)。以商品名TOPAS销售的环烯烃共聚物据信是采用降冰片烯和乙烯原料并采用金属茂催化剂制备的。
术语“链烯基芳族聚合物”在这里被用来涵盖这样的芳烃分子的聚合物，它包含连接在烯烃基团上的芳基基团，其仅在线型结构中具有双键，例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-乙基苯乙烯、α-乙烯基二甲苯、α-氯苯乙烯、α-溴苯乙烯和乙烯基甲苯。链烯基芳族聚合物还可包含苯乙烯的均聚物(通常被称作聚苯乙烯)、苯乙烯与丁二烯的共聚物以及橡胶增韧的聚苯乙烯(通常称作高抗冲聚苯乙烯或HIPS)。链烯基芳族聚合物可以是取向的聚苯乙烯(OPS)。
该薄膜一般具有大于约1,000psi的纵向(机器方向)拉伸强度，按照ASTM D 882测定。该薄膜的典型纵向拉伸强度大于约1,200或1,300psi，按照ASTM D 882测定。薄膜的横向(TD)拉伸强度一般大于约1,300psi，按照ASTM D 882测定。薄膜的典型横向拉伸强度大于约1,500或1,600psi，按照ASTM D 882测定。
该薄膜的纵向屈服载荷一般大于约1.2lbf，按照ASTM D 882测定。薄膜的典型纵向屈服载荷大于约1.3或1.4lbf，按照ASTM D882测定。该薄膜的横向屈服载荷一般大于1.3lbf，按照ASTM D 882测定。该薄膜的典型横向屈服载荷大于约1.4或1.5lbf，按照ASTMD 882测定。
该薄膜的纵向极限强度一般大于约3,000psi，按照ASTM D 882测定。该薄膜的典型纵向极限强度大于约4,000或4,500psi，按照ASTM D 882测定。该薄膜的横向极限强度一般大于约2,000psi，按照ASTM D 882测定。该薄膜的典型横向极限强度大于约3,000或3,500psi，按照ASTM D 882测定。
该薄膜的纵向埃尔曼多夫(Elmendorf)撕裂一般大于约175g，按照ASTM D 1922测定。该薄膜的典型纵向埃尔曼多夫撕裂大于约200或250g，按照ASTM D 1922测定。该薄膜的横向埃尔曼多夫撕裂一般大于约750g，按照ASTM D 1922测定。该薄膜的典型横向埃尔曼多夫撕裂大于约850或950g，按照ASTM D 1922测定。
该薄膜的抗穿刺一般大于约120g，按照ASTM D 1709(F-50落镖试验)测定。薄膜的典型抗穿刺大于约140g，按照ASTM D1709(F-50落镖试验)测定。
第一和第二热塑性层12、14的总厚度一般介于约0.2密耳～约2.0密耳，更典型地介于约4.0～约1.0密耳。考虑第一和第二热塑性层可具有不同的厚度。
大量纤维
纤维增强薄膜10包括分散在第一和第二热塑性层12、14之间的大量纤维16。大量纤维16可由各种不同材料构成，例如热塑性材料、玻璃纤维、金属、天然纤维(例如棉花、纸和纤维素)及其组合。
某些可用于形成大量纤维16的热塑性材料包括但不限于聚烯烃、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙、链烯基芳族聚合物(例如聚苯乙烯)、聚氯乙烯或其组合。考虑热固性塑料可用于形成大量纤维。热固性塑料在这里被定义为包括交联的热塑性材料。
某些在考虑之列的聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯、环烯烃共聚物(COC)例如上面所描述的或其组合。某些在考虑之列的聚乙烯包括线型低密度聚乙烯(LLDPE)、金属茂催化的LLDPE、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或其组合。为改进拉伸强度、抗撕强度和抗穿刺，大量纤维16可包括环烯烃共聚物或金属茂催化的LLDPE。
考虑KEVLAR聚合物可用于形成该大量纤维。KEVLAR聚合物是一种杜邦公司制造的聚合物，构成它的单体据信包含14个碳原子、两个氮原子、两个氧原子和10个氢原子。还想到NOMEX纤维可用于本发明中。NOMEX是一类由杜邦公司生产的纤维的商品名，它含有至少5％KEVLAR的共混物。
还想到人造丝纤维可用于形成大量纤维。人造丝纤维在这里被定义为包括由再生纤维素构成的制造的纤维，其中取代基取代了少于15％的羟基基团的氢。
大量纤维16可由至少2种材料形成。例如，大量纤维16可包括旨在改进对第一和第二热塑性层12、14的粘附力的第一材料，和旨在改进一项或多项下列性能的第二材料：拉伸强度、抗撕性能和抗穿刺性。此种例子之一是用聚烯烃如LDPE或LLDPE树脂与环烯烃共聚物或金属茂催化LLDPE组合的共混物形成大量纤维。考虑大量纤维的其它共混物也可使用。
为提供大量纤维在第一和第二热塑性层之间更好的分布，理想的是让大量纤维靠近或实际接触热塑性层。还希望让大量纤维粘附在第一和第二热塑性层上。纤维对第一和第二热塑性层的粘附可发生在压力施加到薄膜层与大量纤维之间以后。
考虑可采用水平和垂直挤出方法。这两种方法可在第一和第二热塑性层之间产生不同的纤维分布。例如，在水平方法中，纤维的分布可能更多地向热塑性薄膜的中心倾斜。在垂直挤出方法中，膜泡或管可从挤出模头向上或向下延伸。在膜泡向上延伸的垂直挤出方法中，大量纤维趋于更均匀地分布。在膜泡向下延伸的垂直方法中，大量纤维趋于更均匀地分布。大量纤维从加长模头出来并靠重力下落。通常较理想的是采用膜泡从加长模头向下挤出的垂直方法。
为促使纤维接触热塑性膜泡，大量纤维与膜泡可具有不同的电荷。例如，大量纤维可具有负电荷，而热塑性膜泡可具有正电荷。替代地，大量纤维可具有正电荷，同时热塑性膜泡可具有负电荷。在纤维上感应产生的电荷一般随着纤维被分配到膜泡中去而产生。大量纤维和热塑性膜泡上的电荷可由静电充电装置感应产生。
大量纤维16的每一根可由许多层构成。例如，大量纤维的每根可包括旨在改进与第一和第二热塑性层12、14的接触或粘附的第一层，和旨在改进一项或多项下列性能的第二层：拉伸强度、抗撕性能抗穿刺性。此种例子之一是让大量纤维由聚乙烯(例如LDPE或LLDPE树脂)第一层和环烯烃共聚物或金属茂催化的LLDPE的第二层构成。另一种在考虑之列的例子包括具有由聚乙烯构成的第一层和作为聚酯的第二层。大量纤维的每一根的第一和第二层可采用挤出方法形成。
考虑大量纤维16可以能够被视为纤维增强薄膜10内的一个层的数量存在于第一和第二热塑性层12、14之间。替代地，大量纤维16可不以被视为纤维增强薄膜10内的一个层的数量存在。一般而言，大量纤维16将以使第一和第二热塑性层不彼此接触的数量存在。考虑较小的纤维增强薄膜的面积可能不带有纤维以致第一和第二热塑性层彼此接触。
用于形成纤维增强薄膜的大量纤维可以是颗粒。这些颗粒，当以显著数量存在时，其作用如同非织造纤维。非织造纤维在这里被定义为包括直接由纤维或制造纤维本身的材料制造的工程织物结构。术语非织造纤维包括采用不同于机织的方法生产的织物，或者更广义地，不同于传统纺织织物、纸片或塑料膜的织物。
大量纤维一般为小尺寸并且一般具有约0.25～约6英寸的长度。考虑大量纤维可比6英寸更长。更典型地，大量纤维的长度介于约0.5～约1.5英寸。大量纤维的长度可彼此不同。如果大量纤维一般呈圆形，则大量纤维的直径一般将介于约0.1密耳～2.0密耳，典型地介于约0.3密耳～约1密耳。大量纤维可具有几种形状，例如一般为圆形、椭圆、三叶、中空形状或者多边形。理想的是，大量纤维具有恰当尺寸以维持纤维能随气流而流化。术语“流化”按照这里的定义用来指通过运输能像流体一样动作的固体纤维颗粒所形成的固体纤维颗粒的无规运动。
一般而言，纤维数量越大，拉伸强度、抗撕强度和抗穿刺强度就越大。一般而言，纤维长度越大，拉伸强度、抗撕强度和抗穿刺强度就越大。纤维长度还能改善大量纤维与第一和第二热塑性层之间的粘附，因为较长的纤维具有较大表面面积。类似地，较短和较粗的纤维也具有改进的对第一和第二热塑性层的粘附，因为表面面积较大。
理想的是，大量纤维的模量比构成第一和第二热塑性层12、14的材料的大得多。大量纤维较高的模量可来自物理改性、化学改性或者二者。例如，物理改性可通过制造出纤维沿一个方向取向的大量纤维的方法来实现。如上面讨论的，大量纤维的化学改性可包括加入诸如聚乙烯和环烯烃共聚物之类组分的共混物。
大量纤维的密度一般介于约0.90～约1.55g/cm3。密度为约0.90g/cm3的材料的例子是聚丙烯，而密度为约1.55g/cm3的材料的例子是人造丝。
大量纤维的基重(每平方米的纤维数量)一般介于约1～约10g/m2。基重的测定方法是裁切一平方米材料并将该材料放在天平上称重。大量纤维的基重一般小于10g/m2。大量纤维的基重更典型地介于约1～约5g/m2，且基重通常小于5g/m2。
纤维的旦数一般介于约1.5～30g。旦数在这里被定义为9,000m长纤维的重量(克数)。
正如下面讨论的，根据一种方法，大量纤维可采用挤出方法形成。还想到大量纤维可从多家公司购得。例如，短纤维可从FibersInnovation Technologies Inc.购得，例如聚酯或聚乙烯纤维。短纤维如聚酯或聚乙烯纤维可从杜邦公司购得。大量纤维可以通常被称为“短纤维”，例如“非织造短纤维”的形式购得。
可使用的纤维的一个例子是非织造聚乙烯纤维。该聚乙烯纤维包括约88wt％LDPE或LLDPE，其中剩余的为环烯烃共聚物。聚乙烯纤维的直径为约0.5密耳，密度为约0.92g/cm3。该聚乙烯纤维的旦数为约4g。
纤维增强薄膜中的其它成分/层
纤维增强薄膜可包括其它层和/或附加材料。考虑滑爽剂或抗粘连剂可加入到纤维增强薄膜的热塑性薄膜中。滑爽剂的例子是芥酸酰胺而抗粘连剂的例子包括碳酸钙、滑石粉或其组合。考虑其它滑爽剂或抗粘连剂也可用于纤维增强薄膜的热塑性薄膜中。考虑抗粘连剂如碳酸钙可加入到大量纤维中以帮助提供提高的性能，例如改进拉伸屈服或拉伸模量。还考虑吸热或放热发泡剂可加入到纤维增强薄膜中。
考虑热塑性薄膜层、大量纤维或二者可包括低熔点粘合剂以帮助维持热塑性薄膜层与大量纤维之间的接触。低熔点粘合剂的例子是乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。如果低熔点粘合剂被用于热塑性薄膜层中，则它应位于离大量纤维最近的表面。类似地，低熔点粘合剂，若使用的话，应位于大量纤维的外表面。如果采用低熔点粘合剂，则该低熔点粘合剂可与热塑性薄膜层、大量纤维或二者共挤出。
其它添加剂如颜料、抗氧化剂、香料、除臭剂和/或中和剂、抗菌剂或驱除动物剂或其组合可加入到纤维增强薄膜中。抗氧化剂有助于防止或减缓氧对其它材料的破坏作用。抗氧化剂的使用优选地防止或抑制来自诸如食品之类物品的不理想香味。某些所考虑的抗氧化剂包括铁和维生素E。
某些有香味的芳香物或香料包括香茅、松树、花卉、柑桔、柠檬和取代的酯如METAZENE。可加入一种香味增强层以便随着湿度的增加加强香味的释放。香味增强层的一个例子是聚乙烯醇(PVOH)。还考虑可加入除臭和/或中和结构。
还考虑可以加入各种活性成分如抗菌剂或驱动物剂或驱虫剂。某些所考虑的抗菌剂包括二氧化氯、三氯羟基二苯醚和烯丙基异硫氰酸酯。其它抗菌剂包括天然油如肉桂、薄荷或薄荷油。动物或昆虫驱除剂的例子包括天然油如肉桂、薄荷或薄荷油。
纤维增强薄膜的性能
纤维增强薄膜的厚度一般介于约0.8密耳～约2.0密耳，更具体地，介于约1.0密耳～约1.6密耳。
纤维增强薄膜的纵向(机器方向)拉伸强度大于约1,000psi，按照ASTM D 882测定。纤维增强薄膜的典型纵向拉伸强度大于约1,100psi，按照ASTM D 882测定。纤维增强薄膜的横向拉伸强度一般大于约800psi，按照ASTM D 882测定。纤维增强薄膜的典型横向拉伸强度大于约900psi，按照ASTM D 882测定。一般而言，纤维增强薄膜的拉伸强度随着热塑性薄膜层内的纤维数量的增加而增加。
纤维增强薄膜的纵向屈服载荷一般大于约1.6lbf，按照ASTM D882测定。纤维增强薄膜的典型纵向屈服载荷大于约1.75lbf，按照ASTM D 882测定。纤维增强薄膜的横向屈服载荷一般大于约1.4lbf，按照ASTM D 882测定。纤维增强薄膜的典型横向屈服载荷大于约1.5lbf，按照ASTM D 882测定。
纤维增强薄膜的纵向极限强度一般大于约3,000lbf，按照ASTMD 882测定。纤维增强薄膜的典型纵向极限强度大于约3,500或4,000lbf，按照ASTM D 882测定。纤维增强薄膜的横向极限强度一般大于约1,500lbf，按照ASTM D 882测定。纤维增强薄膜的典型横向极限强度大于约1,750或2,000lbf，按照ASTM D 882测定。
纤维增强薄膜的纵向埃尔曼多夫撕裂一般大于约250g，按照ASTM D1922测定。纤维增强薄膜的典型纵向埃尔更多夫撕裂大于约300或350克，按照ASTM D1922测定。纤维增强薄膜一般具有理想的不撕裂的横向埃尔曼多夫撕裂，按照ASTM D1922测定。纤维增强薄膜的抗穿刺一般大于约120克，按照ASTM D1709(F-50落镖试验)测定。纤维增强薄膜的典型抗穿刺大于约130克，按照ASTMD1709(F-50落镖试验)测定。
纤维增强薄膜可用于形成聚合物袋。按照一种实施方案，纤维增强薄膜10被用于形成聚合物袋。如图2a所示，聚合物袋20是按照本发明一种实施方案说明的。聚合物袋20包含第一片坯22和第二片坯24，二者都由纤维增强薄膜10构成。大致沿着图2a的线2b-2b截取的片坯的断面视图被表示在图2b中。图2b显示该片具有第一热塑性层12、第二热塑性层14和大量纤维16。
返回来参考图2a，第一和第二片坯22、24沿着一对相对的侧边26a、26b以及连接相对的侧边26a、26b的底边28彼此结合。第一和第二片坯22、24沿着与底边28相对着形成的上端30开口。第一和第二片坯22、24各自可包括位于上端30的任选扎紧襻32、34，如图2a所示。扎紧襻32、34被用于在使用后将上端30打结封口和/或在使用后将袋子20从垃圾桶或容器中提起。
袋子的上端也可以是平直的(即大体垂直于侧边)，如图3a所示。具体地说，聚合物袋120被画成具有第一体片坯122和位于在图3a中未表示出的相反一侧的第二体片坯。图3b是大致沿着图3a中的线3b-3b截取的片坯的断面视图，展示出该片坯具有第一热塑性层12、第二热塑性层14和大量纤维16。
图3a的第一和第二体片坯彼此沿着一对相对的侧边126a、126b和连接该相对的侧边126a、126b的底边128连接。图3a的第一和第二片坯沿着与底边28相对形成的大致平直上端130开口。考虑该上端可构造成不同于图2a和3a所画的。
图2a的第一和第二片坯22、24可由纤维增强薄膜的一个聚合物片材形成，该片材折叠产生底边28、第一相对的侧边26a或第二相对的侧边26b。未折叠的底边28和/或相对的侧边26a、26b随后被密封，从而留下上端30敞开着。于是，折叠底边28或本实施方案中相对侧边之一，剩下的边则密封。结果，底边和相对的侧边闭合。于是术语闭合的包括底边和相对的侧边被折叠或者密封在一起。类似地，图3a的第一和第二片坯可通过以类似方式折叠而形成。
替代地，图2b的第一和第二片坯22、24可由两片分开的热塑性纤维增强薄膜在一对相对的两个侧边26a、26b和底边28密封在一起而形成。于是，底边和侧边闭合在一起。上端30保持敞开从而形成袋子20。类似地，图3a的第一和第二片坯可通过以类似方式密封而形成。
该袋子可用于储物或收集物品，包括废物散料储存。这当然包括普通尺寸的袋子，例如高厨房袋(13加仑大小)和大垃圾袋(33加仑大小)。
方法
吹胀薄膜方法
按照一种方法，纤维增强薄膜可通过吹胀薄膜方法采用一台或多台挤出机来形成。例如，单挤出机方法可用来形成纤维增强薄膜。单挤出机可采用单或双螺杆系统。替代地，采用单或双螺杆的串联挤出机工艺可用来形成纤维增强薄膜。单一或串联挤出机工艺可以是垂直或水平的挤出机。
按照一种吹胀薄膜方法，形成热塑性层(例如聚烯烃吹胀薄膜)用的树脂粒料可与任选的成分如上面描述的那些进行掺混。此材料被连续地喂入到挤出机的料斗中。进料和任何任选的成分被挤出机机筒内的至少一个螺杆向前输送。在此送料期间，材料被压缩、加热、混合(如果存在任选的成分)，并转变为聚合物熔体。在热塑性薄膜被挤过加长的模头以后，大量纤维通过纤维分配装置被引入到膜泡或管内。膜泡或管瘪陷形成纤维增强薄膜。
按照一种方法，图4的单挤出机方法200可用于挤出为形成纤维增强薄膜所用的热塑性吹胀薄膜。热塑性树脂(例如聚烯烃如LDPE或LLDPE)与若存在的任选成分(例如滑爽剂、抗粘连剂或其组合)进行混合，并连续喂入到挤出机214的料斗212中。随着热塑性树脂和任何任选的成分(若存在任何任选的成分)被混合、压缩、加热和转变为聚合物熔体，热塑性树脂和任何任选的成分一边被挤出机机筒内的螺旋螺杆推向前进。
一般而言，挤出机的温度应足以熔融热塑性树脂并促使有效的混合，若存在附加成分的话。随后，聚合物熔体被挤过加长模头，例如环形模头216。考虑挤出模头可具有与图4所画不同的构型，例如呈椭圆形。
参见图4和5，热塑性薄膜从挤出模头216挤出以后，热塑性薄膜呈膜泡或管218的形式，其内部充满例如空气。热塑性薄膜挤出后，大量纤维220通过例如纤维分配装置222被引入到膜泡或管218内部。
按照一种方法，大量纤维由离线制造方法提供。例如，大量纤维可以是市售供应的并且典型的此类纤维以整包的形式购进。一包在这里被定义为一大包纤维，由麻绳或金属丝绑紧并且常常是包裹起来的。考虑大量纤维可以散装形式购进，例如在大料罐里。如果用包，则通过用传统技术如像撕碎机样的机器分开纤维将包拆开。用来将线切断成为较小单根纤维的机器可称作丝束切断机。丝束切断机的一家供应商是DM&E，Shelby，North Carolina。丝束切断机被制造成不同的尺寸并且提供不同切断长度的切断刀组合件有市售供应。
一旦将纤维分开，可将它们在气流中流化。纤维分配装置可经过环形模头内形成的一个或多个开口进入环形模头216。市售供应的纤维分配装置的一个例子是立式精细开棉机，由Fiber ControlsCorporation，Gastonia，N，C.制造。一个此类例子是由FiberControls Corporation制造的型号MFO。考虑可以使用其它类型纤维分配装置。
来自纤维分配装置的大量纤维可通过各种方法分配到膜泡或管中。理想的是，让纤维分配得大致均匀，在得到的纤维增强薄膜内形成规定的覆盖率。纤维分配装置222可旋转，以促使大量纤维220的分布。
为促使获得此种分布，大量纤维可借助例如空气输送系统将大量纤维吹向膜泡或管218的内表面。此种空气输送系统可将大量纤维对着膜泡或管的内表面吹。按照另一种方法，大量纤维可靠重力降落并分布在垂直挤出机中。
考虑可实施大量纤维的机械分配。例如，纤维分配装置可包括具有旋转元件的管子，以便当大量纤维接触到旋转元件时，纤维被打散并朝着膜泡或管内表面运动。旋转元件可呈盘状并且还包括推进器。
为帮助改善大量纤维的分布，理想的是，让大量纤维位于靠近膜泡或管218附近。更理想的是，让大量纤维实际接触或粘附在膜泡或管218的内表面。
为帮助大量纤维靠近或接触膜泡或管的内表面，可采用多钟方法。例如，可在大量纤维上感应产生静电荷以促使纤维与膜泡或管内表面的暂时接触或粘附。于是，大量纤维对膜泡的亲和力得到改进。另外，在膜泡或管内表面上可放置不同的电荷，以便将大量纤维吸引到膜泡或管内表面上。
为帮助大量纤维保持与膜泡或管内表面的接触，大量纤维可具有升高的温度。替代或附加地，膜泡或管内表面的温度可具有促使大量纤维保持与之接触的升高的温度。
按照另一种方法，为促使大量纤维接触或粘附在膜泡或管内表面上，大量纤维可具有对某种条件敏感的添加剂。可在大量纤维中采用的添加剂的一个例子是对某种类型能量(例如红外、微波或辐射频率)敏感的添加剂，并且该能量仅被该添加剂吸收。此种类型添加剂在暴露于例如红外能量时升温。通过提高大量纤维的温度，大量纤维具有与膜泡或管内表面之间改进的接触。
考虑下列措施可组合起来以改进大量纤维与膜泡或管内表面之间的接触：(a)感应静电荷，和(b)提高膜泡内表面、大量纤维或二者的温度。如上面讨论的，可通过将能量暴露于膜泡内表面、大量纤维或二者内对能量敏感的添加剂来提高温度。如果膜泡或管还得结晶，则大量纤维与膜泡或管内表面之间的接触将改善。
膜泡或管的尺寸可能变化，但一般介于约10～约100英尺长，从加长模头算起。膜泡或管的直径取决于多种因素，例如空气流量和膜泡的厚度。膜泡或管的厚度取决于诸如离开模头的热塑性材料的数量、离开模头的热塑性材料的速度和形成膜泡或管的空气压力的大小。
在引入大量纤维之后膜泡瘪陷，以便形成纤维增强薄膜，例如像图1的纤维增强薄膜10那样。如图4和5所示，膜泡可通过在两个夹辊224a、224b之间夹合而瘪陷。夹辊对瘪陷的膜泡或管产生的压力促使大量纤维粘附在瘪陷的热塑性层内表面上。膜泡或管可采用其它方法瘪陷，例如在使膜泡或管瘪陷提供张力的S-形滑轨。在膜泡或管218瘪陷之后，形成产品纤维增强薄膜。如图4和5所示，获得的纤维增强薄膜可原封地用作纤维增强薄膜10。为帮助改进纤维增强薄膜的拉伸强度、抗撕性和抗穿刺性，理想的是将大量纤维的至少一部分相对于热塑性薄膜层大致扁平的位置放置。
纤维增强薄膜可接受其它加工操作，例如纵切、卷绕在一个或多个卷绕框上或二者。纤维增强薄膜可用来形成如图2a和3a所示的热塑性袋子。
替代地，形成纤维增强薄膜的方法可包括在纤维分配装置内形成大量纤维。一种此类在纤维分配装置内形成大量纤维的方法是熔融纺丝。参见图6，所示吹胀薄膜方法300的一部分包括吹胀薄膜泡或管318正在从加长模头316形成。该吹胀薄膜方法还包括形成大量纤维320的纤维分配装置322。一旦吹胀薄膜泡318被挤出后，纤维分配装置322的离心模头就旋转，同时聚合物被不断喂入到离心模头中形成纤维。聚合物、温度、模隙和离心旋转速度决定了挤出纤维的尺寸。大量纤维可按照在线方法形成并切断成规定长度。
在该吹胀薄膜方法300中，大量纤维在线地形成。大量纤维可通过挤出方法形成，例如结合图4所描述的。大量纤维可借助下述纤维分配装置在膜泡或管318内分配，所述纤维分配装置采用例如结合图4和5所描述的空气或机械方法。在在线过程中形成的大量纤维的尺寸一般比来自购买的成包大量纤维的长。还有，此种在在线系统中形成的较长纤维常常更抗撕裂。在膜泡或管318瘪陷后，所得的纤维增强薄膜，例如纤维增强薄膜10就制成了。
流延方法
按照另一种方法，纤维增强薄膜可采用流延方法形成。流延方法500的一个例子表示在图7中。按照一种实施方案，可采用图4的两台挤出机510、530的方法分别挤出用于形成纤维增强薄膜的第一和第二热塑性层。热塑性树脂(例如聚烯烃如LDPE或LLDPE)的粒料与如果存在的任选成分进行混合，并连续地喂入到各自的料斗512、532中。随着热塑性树脂与任何任选的成分被掺混(如果加入任何任选的成分)、压缩、加热和熔融，热塑性树脂以及任何任选的成分被一个或多个在挤出机514、534内的螺杆向前输送。
挤出的材料从各自的挤出模头516、536出来成为第一和第二热塑性层520、540。第一和第二热塑性层520、540被挤出到各自的流延辊518、538上去。流延辊518沿箭头A方向移动从而沿着顺时针方向输送第一热塑性薄膜层520。流延辊538沿着箭头B的方向移动，从而使第二热塑性薄膜成540沿着反时针方向移动。纤维分配装置550让大量纤维552垂直地降落在第一和第二热塑性层520与540之间。第一和第二热塑性层520、540以及大量纤维552形成纤维增强薄膜570。替代单根纤维被放置在第一和第二热塑性层516、536之间，如在图7中所示，可在第一和第二热塑性层之间提供一个纤维片材。例如，该片材可以是非织造片材。采用非织造纤维形成连续材料片材的方法被称作梳理方法。考虑其它流延薄膜方法也可用来形成纤维增强薄膜。
虽然已参考一个或多个特定实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应理解，在不偏离本发明精神和范围的条件下可对本发明做出多种变换。每一个这些实施方案及其明显的变换方案都应视为落在后面给出的权利要求规定的本发明精神和范围之内。

Claims (70)

1.一种制造纤维增强薄膜的吹胀薄膜方法，包括：
提供至少一种热塑性树脂；
熔融该至少一种热塑性树脂；
将该至少一种热塑性树脂挤过加长模头从而形成膜泡；
向膜泡内引入大量纤维；
将纤维分配到膜泡内部；以及
在引入大量纤维后使该膜泡瘪陷以便形成纤维增强薄膜，该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层和分散在其间的大量纤维。
2.权利要求1的方法，其中至少一种热塑性树脂选自聚烯烃、聚酯、尼龙、链烯基芳族聚合物、聚氯乙烯及其组合。
3.权利要求1的方法，其中至少一种热塑性树脂是热塑性树脂的共混物。
4.权利要求3的方法，其中至少一种热塑性树脂包含聚烯烃和环烯烃共聚物的共混物。
5.权利要求1的方法，其中第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.2密耳～约2.0密耳。
6.权利要求5的方法，其中第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.4密耳～约1.0密耳。
7.权利要求1的方法，其中纤维增强薄膜的厚度介于约0.8密耳～2.0密耳。
8.权利要求7的方法，其中纤维增强薄膜的厚度介于约1.0密耳～约1.6密耳。
9.权利要求1的方法，其中加长模头是环形模头。
10.权利要求1的方法，其中大量纤维被充电以帮助改进大量纤维对膜泡的亲和力。
11.权利要求1的方法，其中大量纤维接触膜泡的内表面。
12.权利要求1的方法，其中大量纤维粘附在膜泡的内表面上。
13.权利要求1的方法，其中挤出是采用至少一台水平挤出机实施的。
14.权利要求1的方法，其中挤出是采用至少一台垂直挤出机实施的。
15.权利要求1的方法，其中大量纤维是热塑性材料。
16.权利要求15的方法，其中大量纤维由至少两种热塑性材料形成。
17.权利要求16的方法，其中大量纤维由聚烯烃和环烯烃共聚物形成。
18.权利要求1的方法，其中大量纤维包含至少两层。
19.权利要求1的方法，其中大量纤维包含促使大量纤维粘附在膜泡内表面上的添加剂。
20.一种制造纤维增强袋的吹胀薄膜方法，包括：
提供至少一种热塑性树脂；
熔融该至少一种热塑性树脂；
将该至少一种热塑性树脂挤过加长模头从而形成膜泡；
向膜泡内引入大量纤维；
将纤维分配到膜泡内部；
在引入大量纤维后使该膜泡瘪陷以便形成纤维增强薄膜，该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层和分散在其间的大量纤维；
由纤维增强薄膜形成第一和第二体片坯；以及
沿着两个相对的侧边和底边闭合该第一和第二体片坯从而形成纤维增强袋。
21.权利要求20的方法，其中纤维增强薄膜经折叠而形成底边。
22.权利要求20的方法，其中纤维增强薄膜经折叠而形成袋的相对的侧边之一。
23.权利要求20的方法，其中第一和第二体片坯分别由两个截然不同的纤维增强薄膜的部分形成。
24.权利要求20的方法，其中至少一种热塑性树脂选自聚烯烃、聚酯、尼龙、链烯基芳族聚合物、聚氯乙烯及其组合。
25.权利要求20的方法，其中至少一种热塑性树脂是热塑性树脂的共混物。
26.权利要求25的方法，其中至少一种热塑性树脂包含聚烯烃和环烯烃共聚物的共混物。
27.权利要求20的方法，其中第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.2密耳～约2.0密耳。
28.权利要求27的方法，其中第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.4密耳～约1.0密耳。
29.权利要求20的方法，其中纤维增强薄膜的厚度介于约0.8密耳～约2.0密耳。
30.权利要求29的方法，其中纤维增强薄膜的厚度介于约1.0密耳～约1.6密耳。
31.权利要求20的方法，其中加长模头是环形模头。
32.权利要求20的方法，其中大量纤维被充电以帮助改进大量纤维对膜泡的亲和力。
33.权利要求20的方法，其中大量纤维接触膜泡的内表面。
34.权利要求20的方法，其中大量纤维粘附在膜泡的内表面上。
35.权利要求20的方法，其中挤出是采用至少一台水平挤出机实施的。
36.权利要求20的方法，其中挤出是采用至少一台垂直挤出机实施的。
37.权利要求20的方法，其中大量纤维是热塑性材料。
38.权利要求20的方法，其中大量纤维由至少两种热塑性材料形成。
39.权利要求38的方法，其中大量纤维由聚烯烃和环烯烃共聚物形成。
40.权利要求20的方法，其中大量纤维包含至少两层。
41.权利要求20的方法，其中大量纤维包含促使大量纤维粘附在膜泡内表面上的添加剂。
42.一种制造纤维增强袋的吹胀薄膜方法，包括：
提供至少一种热塑性树脂，该树脂选自聚烯烃、聚酯、尼龙、链烯基芳族聚合物、聚氯乙烯及其组合；
熔融该至少一种热塑性树脂；
将该至少一种热塑性树脂挤过加长模头从而形成膜泡；
向膜泡内引入大量纤维，该大量纤维被充电以帮助改进大量纤维对膜泡的亲和力；
将纤维分配到膜泡内部，使大量纤维接触膜泡的内表面；
在引入大量纤维后使该膜泡瘪陷以便形成纤维增强薄膜，该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层和分散在其间的大量纤维，第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.4密耳～约1.0密耳；
由纤维增强薄膜形成第一和第二体片坯；以及
沿着两个相对的侧边和底边闭合该第一和第二体片坯从而形成袋子。
43.一种制造纤维增强薄膜的流延薄膜方法，包括：
提供至少第一热塑性树脂；
熔融该至少第一热塑性树脂；
将该至少第一热塑性树脂挤过第一加长模头从而形成第一热塑性薄膜；
提供至少第二热塑性树脂；
熔融该至少第二热塑性树脂；
将该至少第二热塑性树脂挤过第二加长模头从而形成第二热塑性薄膜；
沿着各自的流延辊运输第一和第二热塑性薄膜；以及
在第一和第二热塑性薄膜之间引入大量纤维从而形成纤维增强薄膜，该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层和分散在其间的大量纤维。
44.权利要求43的方法，其中大量纤维以连续片材形式存在。
45.权利要求43的方法，其中第一热塑性树脂和第二热塑性树脂相同。
46.权利要求43的方法，其中至少一种热塑性树脂选自聚烯烃、聚酯、尼龙、链烯基芳族聚合物、聚氯乙烯及其组合。
47.权利要求43的方法，其中大量纤维是热塑性材料。
48.一种制造纤维增强薄膜的流延薄膜方法，包括：
提供至少第一热塑性树脂；
熔融该至少第一热塑性树脂；
将该至少第一热塑性树脂挤过第一加长模头从而形成第一热塑性薄膜；
提供至少第二热塑性树脂；
熔融该至少第二热塑性树脂；
将该至少第二热塑性树脂挤过第二加长模头从而形成第二热塑性薄膜；
沿着各自的流延辊运输第一和第二热塑性薄膜；以及
在第一和第二热塑性薄膜之间引入大量纤维从而形成纤维增强薄膜，该纤维增强薄膜具有第一热塑性层、第二热塑性层和分散在其间的大量纤维；
由纤维增强薄膜形成第一和第二体片坯；以及
沿着两个相对的侧边和底边闭合该第一和第二体片坯从而形成袋子。
49.权利要求48的方法，其中大量纤维以连续片材形式存在。
50.权利要求48的方法，其中第一热塑性树脂和第二热塑性树脂相同。
51.权利要求48的方法，其中至少一种热塑性树脂选自聚烯烃、聚酯、尼龙、链烯基芳族聚合物、聚氯乙烯及其组合。
52.权利要求48的方法，其中大量纤维是热塑性材料。
53.一种纤维增强薄膜，包含至少两层和其间的大量纤维，第一层由至少第一热塑性树脂制成，而第二层由至少第二热塑性树脂制成，其中该薄膜具有大于250g的纵向撕裂，按照ASTM D1922测定，大于约800的纵向拉伸强度，按照ASTM D882测定，以及大于120g的抗穿刺，按照ASTM D1709测定，而且大量纤维的基重小于约10g/m2。
54.权利要求53的薄膜，其中大量纤维的基重小于约5g/m2。
55.权利要求53的薄膜，其中第一和第二热塑性树脂选自聚烯烃、聚酯、尼龙、链烯基芳族聚合物、聚氯乙烯及其组合。
56.权利要求53的薄膜，其中第一和第二热塑性树脂是热塑性树脂的共混物。
57.权利要求56的薄膜，其中第一和第二热塑性树脂包含聚烯烃与环烯烃共聚物的共混物。
58.权利要求53的薄膜，其中第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.2密耳～约2.0密耳。
59.权利要求58的薄膜，其中第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.4密耳～约1.0密耳。
60.权利要求53的薄膜，其中纤维增强薄膜的厚度介于约0.8密耳～约2.0密耳。
61.权利要求60的薄膜，其中纤维增强薄膜的厚度介于约1.0密耳～约1.6密耳。
62.一种纤维增强袋，包含第一和第二相对的体片坯，该片坯被沿着两个相对的侧边和底边闭合，第一和第二相对的体片坯每一个包含纤维增强薄膜，该薄膜包含至少两层和其间的大量纤维，第一层由至少第一热塑性树脂制成，而第二层由至少第二热塑性树脂制成，其中该薄膜具有大于250g的纵向撕裂，按照ASTM D1922测定，大于约800的纵向拉伸强度，按照ASTM D882测定，以及大于120g的抗穿刺，按照ASTM D1709测定，而且大量纤维的基重小于约10g/m2。
63.权利要求62的袋子，其中大量纤维的基重小于约5g/m2。
64.权利要求62的袋子，其中第一和第二热塑性树脂选自聚烯烃、聚酯、尼龙、链烯基芳族聚合物、聚氯乙烯及其组合。
65.权利要求62的袋子，其中第一和第二热塑性树脂是热塑性树脂的共混物。
66.权利要求65的袋子，其中第一和第二热塑性树脂包含聚烯烃与环烯烃共聚物的共混物。
67.权利要求62的袋子，其中第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.2密耳～约2.0密耳。
68.权利要求67的袋子，其中第一和第二热塑性层的总厚度介于约0.4密耳～约1.0密耳。
69.权利要求62的袋子，其中纤维增强薄膜的厚度介于约0.8密耳～约2.0密耳。
70.权利要求77的袋子，其中纤维增强薄膜的厚度介于约1.0密耳～约1.6密耳。
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