DE60023510T2

DE60023510T2 - Kunststoffgegenstände mit eingebetteten phasen

Info

Publication number: DE60023510T2
Application number: DE60023510T
Authority: DE
Inventors: G. Scott NORQUIST; L. Dennis KRUEGER; J. Alan SIPINEN; H. Robert MENZIES; P. Thomas HANSCHEN; P. Ronald LESEMAN; N. Sharon MITCHELL; C. James Nygard; P. Victor THALACKER; Jan Ockeloen
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: WO2001008866A1; JP2003505278A; EP1204520B1; US6767492B2; EP1204520A1; DE60023510D1; AU5641900A; US20020195738A1; US6447875B1; ATE307712T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Extrusionsdüse, ein Verfahren zur Verwendung der Düse zum Produzieren coextrudierter polymerer Gegenstände und damit hergestellte coextrudierte polymere Gegenstände, die innere Diskontinuitäten aufweisen, wie Streifen.
Extrudierte polymere Bahnen werden in vielen Anwendungen verwendet, einschließlich der Produktion dünner Folien zur Verwendung als Bandunterlagen, medizinische Folien und Dampfbarrieren. Polymere Materialien, die sich für die Extrusion eignen, sind oft Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen und Polybutylen; Polyamide wie Nylon; Polyester wie Polyethylenterephthalat oder Polyvinylidenfluorid. Obwohl diese polymeren Materialien und andere zur Verwendung zur Bildung einer polymeren Bahn geeignet sind, können sie einschränkende Charakteristika aufweisen, die ihre geeigneten Anwendungen wesentlich einengen. Verstärkte Polypropylenbahnen haben beispielsweise oft eine sehr gute Zugfestigkeit, jedoch einen geringeren Reißwiderstand quer zu der Bahn als gewünscht. Wegen einer Neigung, zu leicht in Querrichtung zu reißen, stellen orientierte Polypropylenbahnen daher traditionell keine befriedigenden Produkte, die Festigkeit quer zu der Bahn erfordern, wie Paketbandprodukte. In ähnlicher Weise haben natürliche und synthetische Kautschuke hervorragende Elastizität, sind mit den meisten polymeren Materialien jedoch schwierig zu verschmelzen. Weil die Erzeugung einer guten Bindung zwischen Materialien eine Herausforderung ist, sind Kautschukbahnen daher schwierig in Produkten zu verwenden, die ihre Verbindung mit anderen polymeren Materialien erfordert.
Eine Hybrid-polymere Bahn, die zwei Polymere kombiniert, ist in Krueger et al. (US-A-5,429,856) beschrieben. Eine Vorrichtung zur Herstellung einer coextrudierten Bahn ist in Schrenk et al. (US-A-3,485,912) offenbart.
US-A-4,152,387 bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung von Mehrschichtlaminaten. Das Verfahren umfasst das Einbringen von Schmelzen von thermoplastischen Materialien in separate Zuführungskanäle und nachfolgend in Rückdruckhohlräume mit größerem Querschnitt als die Zuführungskanäle, wo unter Bedingungen von Wärme und Druck Fließen in Querrichtung erfolgt, um so Spannung in den geschmolzenen thermoplastischen Materialien zu entlasten, Verformung zu entlasten und gleiche Druckverteilung zu liefern, das Leiten der resultierenden thermoplastischen Materialien in längliche Flusseinschränkungskanäle mit kleinerem Querschnitt als die Rückdruckhohlräume, wobei das Material gleiche Drücke über die Länge des länglichen Flusseinschränkungskanals ausübt, und das Konvergieren der Materialien zu einem Schmelzlaminat an dem Ausgangsende der Flusseinschränkungskanäle. Es wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung gestellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine polymere coextrudierte Bahn wie in Anspruch 1 offenbart, die mehrere eigene Phasen (eingebettete Phasen) umfasst, die in Querrichtung zur Bahn diskontinuierlich sind. Die eingebetteten Phasen haben eine einheitliche Breite, wie durch einen Variationskoeffizienten von weniger als 8% für drei aufeinanderfolgende diskontinuierliche Phasen gezeigt wird. Die Breite dieser eingebetteten Phasen wird in einer Querrichtung der coextrudierten Bahn gemessen, die in Querrichtung (d.h. quer über die Bahn) zu der Maschinenrichtung (d.h. bahnwärts) geschnitten wird und die größte Abmessung des Querschnitts der eingebetteten Phasen in Querrichtung zu der Bahn ist. Die eingebetteten Phasen sind bahnwärts im Wesentlichen kontinuierlich und sind von einer Matrix mit zwei oder mehr eigenen Schichten aus denselben oder anderen Materialien umgeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die diskontinuierlichen Phasen der polymeren coextrudierten Bahn in im Wesentlichen gleichförmigen Intervallen quer zur Bahnrichtung beabstandet. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht die Mehrzahl der diskontinuierlichen Phasen aus einer ersten diskontinuierlichen Phase, die nahe einem ersten Rand der Bahn angeordnet ist, und einer zweiten diskontinuierlichen Phase, die nahe einem zweiten Rand der Bahn angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Extrusionsdüse zur Bildung einer polymeren coextrudierten Bahn wie in Anspruch 12 offenbart. In speziellen Ausführungsformen schließt die Düse einen Körper ein, der zwei Kammern enthält. Eine einstellbare Einrichtung (Englisch: „vane") ist zwischen den Kammern angeordnet. Die einstellbare Einrichtung ist mindestens teilweise hohl, weist einen Hohlraum in ihrem Inneren auf. Die Einrichtung hat mindestens eine Öffnung (Einlass) in dem Hohlraum, die zum Annehmen von Material, welches extrudiert wird, angeordnet ist, und mindestens zwei Öffnungen (Auslässe) in dem Hohlraum, die in einer Spitze angeordnet sind, um Material in den Körper der Düse zu extrudieren. Die Hohlraumeinlässe und -auslässe sind so bemessen, dass die Breite der eingebetteten Phasen, die aus den Einrichtungsauslässen in den Düsenkörper extrudiert werden, einheitlich sind. Diese Einheitlichkeit der eingebetteten Phasen ist ein Vorteil dieser Erfindung.
Beim Betrieb wird ein erstes Material in die Kammern des Körpers der Düse gedrückt, und ein zweites Material wird in den Hohlraum der Einrichtung gedrückt. Das erste Material wird durch die Kammern der Düse gefördert, wobei es um die Einrichtung herum und an dieser vorbei gelangt. Das zweite Material tritt in den Hohlraum der Einrichtung ein und fließt anschließend durch die Spitze der Einrichtung heraus, die in Richtung des nachgeordneten Endes der Düse orientiert ist, und in den Düsenkörper hinein, wo es zusammen mit dem ersten Material in laminarer Strömung fließt, bis die kombinierten Materialien die Düse unter Bildung einer coextrudierten Bahn verlassen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer polymeren coextrudierten Bahn wie in Anspruch 14 offenbart. Das Verfahren schließt das Bereitstellen von extrudierbarem Material und einer Extrusionsdüse ein. In einer speziellen Ausführungsform enthält die Düse zwei Kammern und eine einstellbare Einrichtung zwischen den Kammern. Die Einrichtung enthält einen Hohlraum mit mindestens einer Eingangsöffnung, die zur Annahme von extrudierbarem Material angeordnet ist, und mindestens zwei Austrittsöffnungen. Der Hohlraum ist so konstruiert, dass der Druckabfall des geschmolzenen Polymers innerhalb des Hohlraums erheblich geringer als der Druckabfall durch die Austrittsöffnungen ist, um eingebettete Phasen mit verbesserter Einheitlichkeit der Breite gegenüber jenen zu liefern, die durch bekannte Techniken extrudiert worden sind. Ein erstes Material wird durch die Kammern der Düse extrudiert, und ein zweites Material wird durch die Austrittsöffnung in der Einrichtung extrudiert, um eine coextrudierte Bahn zu produzieren, die die ersten und zweiten extrudierbaren Materialien enthält. Das zweite Material wird zwischen die beiden Schichten des ersten Materials eingebettet. Alternativ können unterschiedliche polymere Materialien jede Düsenkammer passieren, um zwei Schichten aus unterschiedlichen Materialien zu bilden, die um das Material der eingebetteten Phase herum angeordnet sind.
1 ist eine schematische Ansicht eines Systems zur Produktion einer coextrudierten Bahn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2A ist eine perspektivische Ansicht einer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruierten Extrusionsdüse.
2B ist eine perspektivische Ansicht einer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruierten Extrusionsdüseneinrichtung.
2C ist eine teilperspektivische Ansicht einer Spitze einer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruierten Düseneinrichtung.
3A ist eine Querschnittansicht der in 2A gezeigten Extrusionsdüse, genommen entlang Ebene 3A von 2A.
3B ist eine Querschnittansicht der in 2A gezeigten Extrusionsdüse, genommen entlang Schnittlinie 3B von 3A.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß hergestellten polymeren Bahn und zeigt die Bahn im Querschnitt.
5A ist eine Endansicht einer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruierten Extrusionsdüseneinrichtung.
5B ist eine Endansicht einer gemäß der in 2C gezeigten Ausführungsform der Erfindung konstruierten Extrusionsdüseneinrichtung.
5C ist eine Endansicht einer gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung konstruierten Extrusionsdüseneinrichtung.
5D ist eine Endansicht einer gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung konstruierten Extrusionsdüseneinrichtung.
6A ist eine Querschnittansicht einer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellten polymeren Bahn.
6B ist eine Querschnittansicht einer gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung hergestellten polymeren Bahn.
6C ist eine Querschnittansicht einer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hergestellten polymeren Bahn.
7A ist eine Querschnittansicht einer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruierten polymeren Bahn.
7B ist eine perspektivische Ansicht einer Schachtel, der mit einer Siegelbahn oder einem Siegelband verschlossen wurde, die bzw. das gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde.
8 ist eine mikrophotographische Aufnahme eines Querschnitts einer polymeren Bahn, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt ist, die in Beispiel 10 gezeigt ist.
9 ist eine mikrophotographische Aufnahme eines Querschnitts einer polymeren Bahn, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt ist, die in Beispiel 13 gezeigt ist.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Extrusionssystems 10 zur Herstellung einer coextrudierten polymeren Bahn 12 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In der gezeigten Ausführungsform schließt System 10 Extruder 14 und 16 sowie eine Extrusionsdüse 18 ein. Die Extruder 14 beziehungsweise 16 enthalten erste und zweite extrudierbare Materialien 15 und 17 und liefern geschmolzene Ströme der ersten und zweiten extrudierbaren Materialien 15 und 17 entlang Rohrleitungen 20 und 22 zu Extrusionsdüse 18. Wie nachfolgend detailliert erläutert wird, werden die extrudierbaren Materialien 15 und 17 aus der Düse 18 so extrudiert, dass das erste extrudierbare Material 15 das zweite extrudierbare Material 17, welches die diskontinuierlichen Phasen wird, die innerhalb der Matrix mit zwei Schichten angeordnet wird, im Wesentlichen umgibt oder eine Matrix drumherum bildet. Alternativ kann ein dritter Extruder zum Zuführen eines dritten Materials in die Düse 18 verwendet werden, um eine Matrix mit einem anderen Material für jede Matrixschicht zu bilden.
Die Weise, nach der die coextrudierte Bahn 12 gebildet wird, ist speziell in 2A bis 3B gezeigt. Überdies zeigt 4 eine Ausführungsform der coextrudierten Bahn 12, die durch Verwendung von System 10 hergestellt wird. In 2A ist nun eine perspektivische Ansicht der Extrusionsdüse 18 gezeigt, die einen Körper 24 zeigt, der mindestens erste und zweite Öffnungen 26 und 28 aufweist. Öffnung 26 sorgt für den Eintritt des ersten extrudierbaren Materials 15 aus Rohrleitung 20, während Öffnung 28 für den Eintritt des zweiten extrudierbaren Materials 17 aus Rohrleitung 22 sorgt. Gegebenenfalls kann das erste Material durch Öffnung 26A geleitet werden, und das dritte Material kann durch Öffnung 26B geleitet werden. Zudem könnte ein zweites Material für eine eingebettete Phase durch Öffnungen 28 an den Seiten von Düse 18 eingebracht werden. In diesem Fall würde in Einrichtung 44 jedoch vorzugsweise ein Trennmittel (z.B. eine Trennwand) zugefügt, um das Mischen der beiden Materialien der eingebetteten Phase innerhalb der Einrichtung 44 zu verhindern. Extrusionsdüse 18 schließt auch einen Ausgangsschlitz 30 ein. Die Breite von Schlitz 30 (auch als Düsenspalt bezeichnet) beträgt in der Regel 1000 μm oder weniger, bei elastischen Bahnen in der Regel 100 bis 250 μm.
Die extrudierbaren Materialien 15 und 17 treten an Öffnungen 26 beziehungsweise 28 in Extrusionsdüse 18 ein, fließen durch Düse 18 und verlassen Düse 18 dann an Ausgangsschlitz 30 als coextrudierte Bahn 12. Daher hat Düse 18 ein im Allgemeinen vorgeordnetes Ende 32 und ein im Allgemeinen nachgeordnetes Ende 34. Überdies schließt Düse 18 in der dargestellten Ausführungsform ein Oberteil 36, ein gegenüberliegendes Unterteil 38, eine erste Seite 40 und eine gegenüberliegende zweite Seite 42 ein.
Innerhalb der Extrusionsdüse 18 befindet sich eine einstellbare Einrichtung 44, die in 2B gezeigt ist. Die einstellbare Einrichtung 44 schließt mindestens zwei Typen von Öffnungen 46 und 50 ein. Eingangsöffnung oder -öffnungen 46 ermöglichen das Eintreten von polymerem Material 17 in das Innere von Einrichtung 44, und Auslassöffnung 50 ermöglicht das Austreten von polymerem Material 17 aus dem Inneren von Einrichtung 44. In der abgebildeten Ausführungsform sind Eingangsöffnungen 46 (eine nicht gezeigt) entlang einer Seite des rückwärtigen Abschnitts 48 von Einrichtung 44 angeordnet. In der abgebildeten Ausführungsform sind auch mehrere Auslassöffnungen 50 entlang Vorderseite 51 von Einrichtung 44 am nachgeordneten Ende 52 von Einrichtung 44 angeordnet. Die Auslassöffnungen können durch EDM (elektrochemischen Abtrag) oder andere Materialentfernungsmittel gefertigt werden, die in der Technik bekannt sind. Die Gestalt und Position von Öffnungen 50 definieren die Gestalt und Position der mehreren eigenen eingebetteten Phasen in der polymeren Bahn. Vorteilhaft kann Spitze 53 von Einrichtung 44 entfernbar und ersetzbar sein, damit unterschiedliche Spitzen mit unterschiedlichen Konfigurationen von Öffnungen 50 angeordnet werden können, um unterschiedliche Bahnkonfigurationen zu bilden.
Einrichtung 44 ist somit in mindestens einem von zwei Modi einstellbar. Die Einrichtung kann geschwenkt werden, so dass die Spitze näher zu dem einen oder dem anderen Auslass einer Düsenkammer bewegt werden kann, was zu einem Unterschied in dem Düsenspalt bei den Ausgängen von jeder der beiden Matrixschichten führt. Dies kann zu unterschiedlicher Matrixschichtdicke führen, wenn jede Schicht mit Matrixmaterial mit einer ähnlichen Schmelzviskosität hergestellt wird. Alternativ können unterschiedliche Austrittslücken zu einer ähnlichen Matrixschichtdicke führen, falls jede Schicht mit Matrixmaterial mit einer anderen Schmelzviskosität hergestellt wird. Die Einrichtung kann auch durch Ersatz von Spitze 53 durch eine mit Öffnungen mit anderen Formen oder Abständen eingestellt werden.
Der innere Aufbau von Einrichtung 44 und die Position von Einrichtung 44 innerhalb von Düse 18 sind umfassender in den 3A und 3B gezeigt, die Querschnitte von Düse 18 sind. 3A und 3B zeigen auch deutlicher die Weise, in der die extrudierbaren Materialien 15 und 17 kombiniert werden, um die coextrudierte polymere Bahn 12 herzustellen. Extrusionsdüse 18 schließt die inneren Kammern 54A und 54B ein, die teilweise durch Einrichtung 44 getrennt sind. Ein innerer Teiler 57 wird innerhalb der Düse 18 positioniert und befestigt und definiert das Ausmaß eines Bereichs von jeder der Kammern 54A und 54B. Kammern 54A und 54B haben in der Regel ein kombiniertes Volumen, das größer als das von Einrichtung 44 ist, und daher wird die obere Lücke 56 oberhalb von Einrichtung 44 gebildet und die untere Lücke 58 wird unter Einrichtung 44 gebildet. Einrichtung 44 ist so angeordnet, dass sie sich innerhalb der Kammern 54A und 54B bewegen kann. In bestimmten Ausführungsformen kann Einrichtung 44 um eine Achse gedreht werden, die der Öffnung 46 entspricht (gezeigt in 2B).
Einrichtung 44 enthält einen Hohlraum 60, der mit der Öffnung 46 verbunden ist. Hohlraum 60 nimmt Material 17 an, das nachfolgend unter Druck durch die mehreren Austrittsöffnungen 50 gedrückt wird (von denen eine im Querschnitt in 3A abgebildet ist).
Die Größen des Querschnitts von Hohlraum 60 senkrecht zu der Richtung, in der das Material der eingebetteten Phase in den Hohlraum fließt, und die Größe und Anzahl der Austrittsöffnungen 50 werden so gefertigt, dass ein ausreichender Druckabfall durch Austrittsöffnungen 50 vorhanden ist, um die oben beschriebene gute Einheitlichkeit der Breite in den eingebetteten Phasen zu ergeben. Diese Parameter werden unter Verwendung der Fließgeschwindigkeitsgleichung für ein Potenzgesetz-Fluid bestimmt, wie in R. Bird et al., Dynamics of Polymeric Liquids, Band 1, Fluid Mechanics, 2. Auflage, John Wiley & Sons, N.Y. 1987, Seiten 176, beschrieben ist,
in der
Q = volumetrische Fließgeschwindigkeit, und als gleich für alle Ausgangsöffnungen mit der gleichen Größe angenommen wird,
R = Öffnungsradius,
P₀ = Druck am Anfang von Rohr oder Öffnung
P_L = Druck am Ende von Rohr oder Öffnung
P₀ – P_L = ΔP
L = Rohr- oder Öffnungslänge,
m und n Potenzgesetzkonstanten sind. Für die Zwecke dieser Beschreibung liegt n normalerweise im Bereich von 0,2 bis 0,8 und m normalerweise im Bereich von 3000 bis 20.000. Die folgende Berechnung verwendet m = 11100 und n = 0,28, was gute Näherungen für Standard-Polypropylen von Extrusionsqualität sind.
Unter Verwendung dieser Gleichung kann der Druckabfall des fließenden Polymers der eingebetteten Phase berechnet werden:
Beispielsweise ist gegeben: Q Gesamtpolymerfluss von 15 lb/h, eine Polymerdichte von 1 g/cm³, 95 Ausgangsöffnungen 50, R = 1,9 × 10^–4 m und L = 5,13 × 10^–3 m. QT = 15 lb/h = 1,89 × 10–6 m3/s Q = QT/95 = 1,99 × 10–8 m3/s
= 6,87 MPa oder 997 psi ist der Druckabfall durch die Ausgangsöffnungen.
Unter Verwendung derselben Gleichung und Auflösung nach ΔP durch einen Hohlraum der Länge 0,4572 m (18 Zoll), Innenradius 0,0095 m ergibt sich: ΔPHohlraum = 1,64 MPa oder 238 psi.
Das Verhältnis von Druckabfall durch die Ausgangsöffnungen zu Druckabfall durch den Hohlraum beträgt etwa 4.
Unter Verwendung dieser Berechnungsart beträgt das Verhältnis von ΔP_Öffnung:ΔP_Hohlraum normalerweise mindestens 1,5.
Zudem sollten die Ausgangsöffnungen voneinander ausreichend beabstandet sein, so dass sich die extrudierten eingebetteten Phasen nicht überlappen oder miteinander mischen. Die Ausgangsöffnungen sind vorzugsweise mindestens 4 mm voneinander beabstandet.
Wenn Material 17 unter Druck aus Einrichtung 44 gedrückt wird, liefern gleichzeitig die oberen und unteren Lücken 56 und 58 einen Weg für das erste Material 15 entlang der Außenseite der Einrichtung 44. An Punkt 55 vor dem vorderen Bereich 53 der Einrichtung kontaktieren die beiden Materialien 15 und 17 einander das erste Mal. Material 15 von der oberen Lücke 56 innerhalb der Düse 18 bildet eine obere Schicht 61 der resultierenden Bahn 12, und Material 15 aus der unteren Lücke 58 der Düse 18 bildet die untere Schicht 63 der resultierenden Bahn 12 (wie in 4 gezeigt). Zwischen diesen beiden Schichten 61 und 63 befinden sich eigene diskontinuierliche Phasen 59 aus Material 17. Der kombinierte Strom aus erstem und zweitem Material 15 und 17 fließt weiter durch Düse 18, bis er die Düse an Ausgangsschlitz 30 verlässt. Die Distanz, die Material 17 vom Verlassen von Einrichtung 44 bis zum Verlassen von Düse 18 an Ausgangsschlitz 30 zurücklegt, kann entweder extrem kurz oder recht lang sein. In der Tat ist in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung der vordere Bereich 53 von Einrichtung 44 neben Ausgangsschlitz 30 von Düse 18 angeordnet. In anderen Ausführungsformen ist der vordere Bereich 53 von Einrichtung 44 weiter von Ausgangsschlitz 30 entfernt, was ein längeres gemeinsames laminares Fließen der Materialien 15 bis 17 sowie Aufweitung (z.B. Ausdünnung) der Phasen von Material 17 ermöglicht.
3B zeigt Düse 18 mit zwei Öffnungen 26 und zwei Öffnungen 28. Das erste Material 15 tritt in Düse 18 an Öffnungen 26 ein und fließt dann in Fließrichtung, bis es mit zweitem Material 17 zusammenkommt, das durch Einrichtung 44 geflossen ist, nachdem es an Öffnungen 28 in Düse 18 eingetreten ist, welche mit Öffnung 46 verbunden sind. Die beiden extrudierbaren Materialien 15 und 17 fließen zusammen in im Wesentlichen laminarer Strömung durch jegliche restlichen nachgeordneten Bereiche der Düse 18 und verlassen Düse 18 anschließend an Ausgangsschlitz 30, um die coextrudierte Bahn 12 zu bilden. Die Bahn 12 weist eine Matrix aus erstem Material 15, gebildet durch zwei Schichten, und mehrere eigene eingebettete Phasen 59 auf, gebildet aus zweitem Material 17.
Die Querschnitte der diskreten Phasen 59 haben in der Regel nicht genau die gleiche Form wie Öffnungen 50 in Spitze 53 von Einrichtung 44. Dies trifft auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung infolge der Aufweitung des fließenden Stroms aus Material 17 zu, nachdem er Einrichtungsspitze 53 verlassen hat.
Die vorliegende Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass Materialien 15, 17 in gesteuerter Weise coextrudiert werden. Die Materialien werden im Schmelzezustand zusammengebracht, wodurch verbesserte Adhäsion aneinander ermöglicht wird. Selbst wenn die Materialien normalerweise nicht kompatibel sind, können sie dennoch coextrudiert werden, um eine Bahn zu produzieren, die die Eigenschaften von jedem der Materialien beibehält. In der gezeigten Ausführungsform haben die diskreten eingebetteten Phasen 59 eine im Wesentlichen einheitliche Breite, wenn die Öffnungen in Einrichtungsspitze 53 im Wesentlichen einheitlich sind. Obwohl die Phasen 59 oft einheitlich über die Bahn 12 verteilt beabstandet sind, können die Breite und der Abstand der Phasen geändert werden, indem unterschiedliche Spitzen 53 für Einrichtung 44 zur Verfügung gestellt werden. Das große Volumen von Hohlraum 60, wo das zweite Material zuerst in Einrichtung 44 eintritt, ist verglichen mit dem kleinen Volumen der Ausgangsöffnungen 50 in dem vorderen Bereich 53 von Einrichtung 44 bevorzugt, um einen Druckabfall des zweiten Materials durch die Länge des Hohlraums zu erhalten, der wesentlich unter seinem Druckabfall durch die Ausgangsöffnungen liegt.
Die Konfigurationen der diskreten Phasen können zudem durch neues Positionieren von Einrichtung 44 innerhalb von Düse 18 variiert werden. Einrichtung 44 kann insbesondere durch leichte Rotation neu positioniert werden, um Lücken 56 und 58 nahe Einrichtung 44 innerhalb von Kammer 60 zu ändern. Durch diese Vorgehensweise ändern sich die Dicken der Schichten der Matrix in Bahn 12. Lücken 56 und 58 können verändert werden, um sich extrudierbaren Materialien mit unterschiedlichen Viskositäten anzupassen. In Ausführungsformen, wo die Matrix aus unterschiedlichen Materialien gebildet ist, um die beiden Schichten zu bilden, wird in jede der beiden Öffnungen 26A und B ein anderes Material eingespeist, und die Lücken 56 und 58 können eingestellt werden, um die Dicke jeder kontinuierlichen Matrixschicht nach Wunsch zu variieren. Lücken 56 und 58 werden durch Drehung von Einrichtung 44 eingestellt, so dass eine Lücke größer wird, während die andere Lücke kleiner wird.
Einrichtung 44 wird durch Drehung um eine Achse durch Öffnung 28 mit einer schwenkbaren Befestigung eingestellt. Falls ein Matrixmaterial weniger viskos als das andere ist, ist es möglich, die Lücke zu verengen, durch die das weniger viskose Matrixmaterial fließt, um Einheitlichkeit der Dicke von jeder der beiden Matrixschichten aufrechtzuerhalten. Die Lücken können während der Verarbeitung geändert werden, um Variationen der Verarbeitungsbedingungen zu berücksichtigen, wie Änderungen von Temperatur, Druck, Fließgeschwindigkeit oder Viskosität im Zeitverlauf. Falls Düse 18 einen wärmeren oberen Bereich als unteren Bereich hat, was zu niedrigerer Viskosität der Materialien führt, die durch die obere Lücke fließen, dann können die Lücken eingestellt werden, um diese Viskositätsänderung zu berücksichtigen. Zudem können die Lücken geändert werden, um eine unterschiedliche Dicke in jeder Matrixschicht zu ergeben. Dies ist besonders nützlich, wenn jede Matrixschicht aus einem anderen Material besteht, z.B. einem thermoplastischen Elastomer und einem Haftkleber, wo unterschiedliche Eigenschaften für jede Schicht der Matrix erwünscht sind.
In den 5A, 5B, 5C und 5D sind verschiedene Konfigurationen der Einrichtungsspitze 53 gezeigt, die unterschiedliche coextrudierte Bahnen produzieren. In 5A und 5B hat die resultierende Bahn eine Mehrzahl diskreter polymerer Phasen über ihre Breite. Jede Öffnung von Spitze 53B ist erweitert, wie in 2C gezeigt ist, um die Kontaktzeit in der Düse zwischen den diskontinuierlichen Phasen und den Schichten der kontinuierlichen Matrix zu minimieren. Spitze 53C, die in 5C gezeigt ist, ergibt eine Mehrzahl diskreter eingebetteter Phasen an jedem der beiden Ränder der extrudierten Bahn, und Spitze 53D, die in 5D gezeigt ist, ergibt eine diskrete eingebettete Phase unmittelbar an jedem Rand der Bahn. Eine unter Verwendung von Spitze 53D hergestellte Bahn kann besonders für Strecken quer zur Bahn geeignet sein, da die verdickten oder verstärkten Bereiche am Rand der Bahn eine Position liefern, an der eine Streckvorrichtung (z.B. Spannkluppen) greifen kann, wenn die Bahn in Richtung quer zur Bahn gestreckt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in den eingebetteten Phasen die relativen Abmessungen der Öffnungen in der Spitze bis zu einem Grad reproduzieren, der bislang nicht bekannt war. In einem Aspekt, bei dem die Öffnungen im Wesentlichen die gleichen Abmessungen haben, ist die Breite der diskontinuierlichen eingebetteten Phasen bemerkenswert einheitlich. Wie in den Beispielen in Tabellen 1 bis 3 zu sehen ist, beträgt der Variationskoeffizient (COV) der Breite weniger als 8%, vorzugsweise weniger als 5% und insbesondere weniger als 3% für drei aufeinanderfolgende diskontinuierliche Phasen, wenn drei oder mehr ähnlich bemessene Öffnungen verwendet werden. In Beispiel 6 wurden dieselben Materialien und Verfahrensbedingungen wie in Beispiel 1 verwendet, und nur die Abmessungen der Öffnungen in der Einrichtungsspitze wurden verändert. Ohne irgendwelche Optimierung der Prozessbedingungen lag der resultierende COV für die Breite von drei beliebigen aufeinanderfolgenden diskontinuierlichen Phasen noch unter 8. Dies ist zu vergleichen mit einem COV von mehr als 9 für die Breite von drei aufeinanderfolgenden Phasen, die mit bekannten Verfahren und Materialien gebildet wurden, wie in Vergleichsbeispiel 1 gezeigt ist. Ähnliche Breitenreproduktion zeigt sich selbst dann, wenn die Öffnungen von uneinheitlicher Größe sind, oder wenn ihre Anzahl unter drei liegt. Dann wird die Einheitlichkeit die Konsistenz von Messungen derselben diskontinuierlichen Region, wiederholt sich jedoch im Zeitverlauf an unterschiedlichen Positionen bahnwärts.
Eine weitere Art zur Modifizierung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen coextrudierten Bahnen besteht in der Verwendung spezifischer Materialien mit erwünschten Eigenschaften für die Schichten der Matrix und der eingebetteten Phasen. Geeignete polymere Materialien zur Bildung der Matrixschichten und eingebetteten Phasen der erfindungsgemäßen coextrudierten Bahn sind beliebige Materialien, die thermisch verarbeitet werden können, und schließen Haftklebstoffe, thermoplastische Materialien, Elastomermaterialien, Polymerschäume, hochviskose Flüssigkeiten, usw. ein.
"Haftklebstoff" bedeutet ein Klebstoff, der permanente und aggressive Klebrigkeit an einer weiten Vielfalt von Substraten zeigt, nachdem nur leichter Druck ausgeübt wurde. Er hat eine vierfache Ausgewogenheit von Adhäsion, Kohäsion, Streckbarkeit und Elastizität, und ist bei Verwendungstemperaturen, die in der Regel Raumtemperatur (d.h. etwa 20°C bis etwa 30°C) sind, normalerweise klebrig. Ein Haftklebstoff hat in der Regel auch eine offene Zeit der Klebrigkeit (d.h. Zeitraum, währenddessen der Klebstoff bei Raumtemperatur klebrig ist) in der Größenordnung von Tagen und oft Monaten oder Jahren. Eine anerkannte quantitative Beschreibung eines Haftklebstoffs wird durch die Dahlquist-Kriteriumlinie gegeben (beschrieben im Handbook of Pressure-Sensitive Adhesive Technology, 2. Auflage, Herausgeber D. Satas, Van Nostrand Reinhold, New York, NY, USA, 1989, Seiten 171 bis 176), wo angegeben wird, dass Materialien mit einem Lagermodul (G') von weniger als etwa 3 × 10⁵ Pascal (gemessen bei 10 Radiant/Sekunde bei einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 22°C) Haftklebeigenschaften haben, während Materialien mit einem G' oberhalb dieses Werts diese nicht haben.
"Nicht-Haftklebstoff" bedeutet nicht-klebrige polymere Materialien, polymere Materialien, die im geschmolzenen Zustand klebrig sind, jedoch keine Haftklebeigenschaften zeigen, oder andere Materialien, die Klebeeigenschaften bei Raumtemperatur haben, jedoch das Dahlquist-Kriterium wie oben beschrieben nicht erfüllen. Solche Materialien haben einen Lagermodul (G') von mindestens etwa 3 × 10⁵ Pascal (gemessen bei 10 Radiant/Sekunde bei einer Raumtemperatur von etwa 20°C bis etwa 22°C). Diese Materialien können nichtklebrige thermoplastische Materialien sein, die elastomer oder nicht-elastomer sein können. Alternativ können sie nicht-klebrige Elastomere sein.
Geeignete Materialien zur Verwendung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bahnen lassen sich in der Schmelze verarbeiten, unabhängig davon, ob sie Haftklebstoffe oder Nicht-Haftklebstoffe sind. Das bedeutet, dass sie bei den Temperaturen, die zur Schmelzverarbeitung der Bahnen (z.B. etwa 50°C bis etwa 300°C) verwendet werden, fließfähig oder pumpbar sind, und dass sie Folienbildner sind. Überdies werden geeignete Materialien nicht erheblich abgebaut, oder gelieren bei den während der Schmelzverarbeitung (z.B. Extrudieren oder Kompoundieren) verwendeten Temperaturen auch nicht. Solche Materialien haben eine Schmelzviskosität von etwa 10 poise bis etwa 1.000.000 poise, gemessen durch Kapillarschmelzrheometrie, bei den Verarbeitungstemperaturen und Schergeschwindigkeiten, die in der Extrusion verwendet werden. Geeignete Materialien besitzen in der Regel eine Schmelzviskosität innerhalb dieses Bereichs bei einer Temperatur von etwa 175°C und einer Schergeschwindigkeit von etwa 100 s^–1.
In erfindungsgemäßen Bahnen brauchbare Haftklebstoffe können beliebiges Material sein, das bei Gebrauchstemperaturen Haftklebeigenschaften wie oben beschrieben hat, welche in der Regel etwa Raumtemperatur sind (d.h. etwa 20°C bis etwa 30°C). Besonders brauchbare Haftklebstoffe sind im Allgemeinen, wenn auch nicht notwendigerweise amorph mit einer Glasübergangstemperatur (T_g) von weniger als etwa 20°C.
Das Haftklebstoffmaterial kann einen einzelnen Haftklebstoff, eine Mischung (z.B. Blend) mehrerer Haftklebstoffe oder eine Mischung (z.B. Blend) aus einem Haftklebstoff und einem Material einschließen, das ein Nicht-Haftklebstoff ist (z.B. ein nichtklebriges thermoplastisches Material, das elastomer sein kann oder nicht), solange die Schicht Haftklebeigenschaften hat. Beispiele für einige Haftklebstoffblends sind in den PCT-Veröffentlichungen Nr. WO 97/23577, WO 97/23249 und WO 96/25469 beschrieben. In ähnlicher Weise kann eine geeignete Nicht-Haftklebstoff-Matrixschicht ein Einzelmaterial, das ein Nicht-Haftklebstoff ist, eine Mischung mehrerer derartiger Materialien oder eine Mischung eines Materials, das kein Haftklebstoff ist, mit einem Haftklebstoff einschließen, solange die Schicht keine Haftklebeigenschaften hat.
Erfindungsgemäß brauchbare Haftklebstoffe können selbstklebrig sein oder die Zugabe eines Klebrigmachers erfordern. Zu solchen Materialien gehören klebrig gemachte Naturkautschuke, klebrig gemachte synthetische Kautschuke, klebrig gemachte Styrolblockcopolymere, selbstklebrige oder klebrig gemachte Acrylat- oder Methacrylatcopolymere, selbstklebrige oder klebrig gemachte Poly-α-olefine, und selbstklebrige oder klebrig gemachte Silikone. Beispiele für geeignete Haftklebstoffe sind beispielsweise in dem erneut erteilten US-Patent Re 24,906 (Ulrich), US-A-4,833,179 (Young et al.), US-A-5,209,971 (Babu et al.), US-A-2,736,721 (Dexter) und US-A-5,461,134 (Leir et al.) beschrieben. Andere sind in der Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Band 13, Wiley-Interscience Publishers, New York, 1988, und der Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Band 1, Interscience Publishers, New York, 1964 beschrieben.
Brauchbare Naturkautschuk-Haftklebstoffe enthalten im Allgemeinen mastizierten Naturkautschuk, ein oder mehrere Klebrigmacherharze und ein oder mehrere Antioxidantien. Brauchbare synthetische Kautschukklebstoffe sind im Allgemeinen kautschukartige Elastomere, die entweder inhärent klebrig oder nichtklebrig sind und Klebrigmacher benötigen. Inhärent klebrige (d.h. selbstklebrige) synthetische Kautschukhaftklebstoffe schließen beispielsweise Butylkautschuk, ein Copolymer von Isobutylen mit weniger als 3% Isopren, Polyisobutylen, ein Homopolymer von Isopren, Polybutadien oder Styrol/Butadien-Kautschuk ein.
Styrolblockcopolymer-Haftklebstoffe umfassen im Allgemeinen Elastomere vom A-B- oder A-B-A-Typ, wobei A in diesem Kontext für einen thermoplastischen Polystyrolblock steht und B für einen kautschukartigen Block aus Polyisopren, Polybutadien oder Poly(ethylen/butylen) und Klebrigmacherharze steht. Zu Beispielen für die verschiedenen Blockcopolymere, die in Blockcopolymer-Haftklebstoffen brauchbar sind, gehören lineare, radiale, Stern- und Gradientenblockcopolymere. Spezifische Beispiele schließen Copolymere wie jene ein, die unter den Handelsbezeichnungen Kraton von Shell Chemical Co., Houston, Texas, USA, und Europrene Sol von EniChem Elastomers Americas, Inc., Houston, Texas, USA, erhältlich sind. Beispiele für Klebrigmacherharze zur Verwendung mit diesen Styrolblockcopolymeren schließen von aliphatischem Olefin abgeleitete Harze, Baumharzester, hydrierte Kohlenwasserstoffe, Polyterpene, Terpen/Phenol-Harze, die von Erdöl- oder Terpentinquellen abgeleitet sind, Polyaromaten, Cumaron/Inden-Harze und andere Harze ein, die von Kohleteer oder Erdöl abgeleitet sind und Erweichungspunkte über etwa 85°C haben.
(Meth)acrylat-(d.h. Acrylat und Methacrylat oder "Acryl")-Haftklebstoffe haben im Allgemeinen eine Glasübergangstemperatur von etwa –20°C oder weniger und schließen in der Regel eine Alkylesterkomponente wie beispielsweise Isooctylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und n-Butylacrylat, und eine polare Komponente wie beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethylen/Vinylacetat und N-Vinylpyrrolidon ein. Acryl-Haftklebstoffe umfassen vorzugsweise etwa 80 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-% Isooctylacrylat und bis zu 20 Gew.-% Acrylsäure. Die Acryl-Haftklebstoffe können inhärent klebrig sein oder unter Verwendung von Klebrigmacher wie einem Baumharzester, einem aliphatischem Harz oder einem Terpenharz klebrig gemacht worden sein.
Poly-α-olefin-Haftklebstoffe, die auch als Poly(1-alken)-Haftklebstoffe bezeichnet werden, umfassen im Allgemeinen entweder ein im Wesentlichen nicht vernetztes Polymer oder ein nicht vernetztes Polymer, das strahlungsaktivierbare funktionale Gruppen aufweisen kann, die darauf gepfropft sind, wie in US-A-5,209,971 (Babu et al.) beschrieben ist. Brauchbare Poly-α-olefinpolymere schließen beispielsweise C₃- bis C₁₈-Poly(1-alken)-Polymere ein. Das Poly-α-Olefinpolymer kann inhärent klebrig sein und/oder ein oder mehrere Klebrigmachermaterialien einschließen, wie Harze, die aus der Polymerisation ungesättigter C₅- bis C₉-Kohlenwasserstoffmonomere abgeleitet sind, Polyterpene, synthetische Polyterpene und dergleichen.
Silikon-Haftklebstoffe umfassen zwei Hauptkomponenten, ein Polymer oder Gummi und ein Klebrigmacherharz. Das Polymer ist in der Regel ein hochmolekulargewichtiges Polydimethylsiloxan oder Polydimethyldiphenylsiloxan, das Rest-Silanolfunktionalität (SiOH) an den Enden der Polymerkette enthält, oder ein Blockcopolymer, das Polydiorganosiloxan-Weichsegmente und Hartsegmente mit endständigem Harnstoff umfasst. Das Klebrigmacherharz ist im Allgemeinen eine dreidimensionale Silikatstruktur, die mit Trimethylsiloxygruppen (OSiMe₃) endverkappt ist und auch etwas Restsilanolfunktionalität enthält. Silikon-Haftklebstoffe sind in US-A-2,736,721 (Dexter) beschrieben. Silikon-Harnstoff-Blockcopolymer-Haftklebstoffe sind in US-A-5,461,134 (Leir et al.), den PCT-Veröffentlichungen Nr. WO 96/34028 und 96/35458 beschrieben.
Polymere Nicht-Haftklebstoffmaterialien, die in den erfindungsgemäßen Bahnen verwendet werden, schließen ein oder mehrere Thermoplastmaterialien, die elastomere Materialien sein können oder nicht, und Elastomere ein. Diese können Klebstoff-(d.h. klebrige)Materialien sein, wenn sie im Schmelzezustand vorliegen, oder Nicht-Klebstoff-(d.h. nicht-klebrige)Materialien sein, solange die Klebstoffmaterialien keine Haftklebstoffe wie oben definiert sind.
Thermoplastmaterialien sind im Allgemeinen Materialien, die fließen, wenn sie ausreichend über ihre Glasübergangstemperatur erhitzt werden, und fest werden, wenn sie abkühlen. Sie können elastomer oder nicht-elastomer sein. Zu den erfindungsgemäß brauchbaren Thermoplastmaterialien, die im Allgemeinen als nicht-elastomer angesehen werden, gehören beispielsweise Polyolefine wie isotaktisches Polypropylen, Polyethylen mit niedriger Dichte, lineares Polyethylen mit niedriger Dichte, Polyethylen mit sehr niedriger Dichte, Polyethylen mit mittlerer Dichte, Polyethylen mit hoher Dichte, Polybutylen, nicht-elastomere Polyolefincopolymere oder -terpolymere wie Ethylen/Propylen-Copolymer und Blends davon; Ethylen/Vinylacetat-Copolymere wie jene, die unter der Handelsbezeichnung Elvax von E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, Delaware, USA, erhältlich sind; Ethylen/Acrylsäure-Copolymere; Ethylen/Methacrylsäure-Copolymere wie jene, die unter der Handelsbezeichnung Surlyn 1702 von E. I. DuPont de Nemours, Inc., erhältlich sind; Polymethylmethacrylat; Polystyrol; Ethylen/Vinylalkohol; Polyester einschließlich amorphem Polyester; Polyamide; fluorinierte Thermoplasten wie Polyvinylidenfluorid und flurinierte Ethylen/Propylen-Copolymere; halogenierte Thermoplasten wie chloriertes Polyethylen; Polyether-Block-Amide wie jene, die unter der Handelsbezeichnung Pebax 5533 von Elf-Atochem North America, Inc., Philadelphia, Pennsylvania, USA, erhältlich sind.
Thermoplastische Materialien mit elastomeren Eigenschaften werden in der Regel als thermoplastische elastomere Materialien bezeichnet. Thermoplastische elastomere Materialien sind im Allgemeinen als Materialien definiert, die hohe Rückfederung und geringes Kriechen zeigen, und sich, obwohl sie bei Umgebungstemperaturen kovalent vernetzt wurden, dennoch wie thermoplastische Nicht-Elastomere verarbeiten lassen und fließen, wenn sie auf oberhalb ihres Erweichungspunkts erhitzt werden. Zu thermoplastischen elastomeren Materialien, die in den erfindungsgemäßen Mehrschichtbahnen brauchbar sind, gehören beispielsweise lineare, radiale, Stern- und Gradientencopolymere wie diejenigen, die oben in Bezug auf Haftklebstoffe aufgeführt wurden (z.B. Styrol/Isopren-Blockcopolymere, Styrol/(Ethylen-Butylen)-Blockcopolymere, Styrol/(Ethylen-Propylen)-Blockcopolymere und Styrol/Butadien-Blockcopolymere); Polyetherester wie jene, die unter der Handelsbezeichnung Hytrel G3548 von E. I. DuPont de Nemours, Inc., erhältlich sind; Polyetherblockamide wie Pebax, erhältlich von Atochem, Philadelphia, Pennsylvania, USA; Ethylencopolymere wie Ethylen/Vinylacetate, Ethylen/Propylen-Copolymerelastomere oder Ethylen/Propylen/Dien-Terpolymerelastomere und Metallocen-Polyolefine wie Polyethylen, Poly(1-hexen), Copolymere von Ethylen und 1-Hexen und Poly(1-octen); thermoplastische elastomere Polyurethane wie jene, die unter der Handelsbezeichnung Morthane PE44-203 Polyurethan von Morton International, Inc., Chicago, Illinois, USA, und der Handelsbezeichnung Estane 58237 Polyurethan von B. F. Goodrich Company, Cleveland, Ohio, USA, erhältlich sind; Polyvinylether; thermoplastische elastomere Materialien auf Poly-α-olefinbasis wie jene, die durch die Formel -(CH₂CHR)_x wiedergegeben werden, wobei R eine Alkylgruppe mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, und Poly-α-olefine auf Basis von Metallocenkatalyse, wie Engage EG8200, Ethylen/Poly-α-olefin-Copolymer, erhältlich von Dow Plastics Co., Midland, Michigan, USA.
Elastomere wie hier verwendet unterscheiden sich von thermoplastischen elastomeren Materialien dahingehend, dass die Elastomere Vernetzung durch chemische Reaktion oder Bestrahlung erfordern, um ein vernetztes Netzwerk zu liefern, das Modul, Zugfestigkeit und elastische Erholung verleiht. Zu den erfindungsgemäß brauchbaren Elastomeren gehören beispielsweise Naturkautschuke wie CV-60, eine Kautschuksorte mit gesteuerter Viskosität, und SMR-5, ein gerippter Rauchfellkautschuk; Butylkautschuke wie Exxon Butyl 268, erhältlich von Exxon Chemical Co., Houston, Texas, USA; synthetische Polyisoprene wie Cariflex, erhältlich von Shell Oil Co., Houston, Texas, USA; synthetische Polyisoprene wie Cariflex, erhältlich von Shell Oil Co., Houston, Texas, USA, und Natsyn 2210, erhältlich von Goodyear Tire and Rubber Co., Akron, Ohio, USA; Ethylen/Propylene; Polybutadiene; Polybutylene; Polyisobutylene wie Vistanex MM L-80, erhältlich von Exxon Chemical Co. und statistische Styrol/Butadien-Copolymerkautschuke, wie Ameripol Synpol 1011A, erhältlich von American Synpol Co., Port Neches, Texas, USA.
Schäume sind jene Materialien, die durch Kombinieren der obigen polymeren Materialien mit Treibmitteln hergestellt werden. Die resultierenden Mischungen werden dann verschiedenen Änderungen unterzogen, die in der Technik bekannt sind, um das Treibmittel zu aktivieren, das zur Bildung einer Mehrzahl von Zellen innerhalb des Polymers verwendet wird. Zusätzliches Vernetzen kann erfolgen, damit resultierende Schäume stabiler werden. Ein besonders brauchbarer Schaum, wenn eine elastische Schaummatrix erwünscht ist, ist derjenige, der in der US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 09/325,963 "Breathable Polymer Foams" offenbart ist, eingereicht am 4. Juni 1999 und hier zitiert zum Zweck der Bezugnahme.
Hochviskose Flüssigkeiten sind als Materialien der eingebetteten Phase geeignet. Sie sind beliebige Flüssigkeiten, die nicht durch das Matrixmaterial diffundieren und vorzeitig aus dem erfindungsgemäßen Gegenstand entweichen. Hierzu gehören beispielsweise verschiedene Silikonöle, Mineralöle und Spezialmaterialien mit scharfen Schmelztemperaturen um oder unterhalb von Raumtemperatur.
Viskositätsvermindernde Polymere und Weichmacher können auch mit den Elastomeren gemischt werden. Diese viskositätsvermindernden Polymere schließen thermoplastische synthetische Harze wie Polystyrol, Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht und Polypropylenpolymere und -copolymere oder Klebrigmacherharze wie Wingtack^TM Harz von Goodyear Tire & Rubber Company, Akron, Ohio, USA, ein. Zu Beispielen für Klebrigmacher gehören aliphatische und aromatische flüssige Klebrigmacher, aliphatische Kohlenwasserstoffharze, Polyterpenharzklebrigmacher und hydrierte klebrigmachende Harze. Additive wie Farbstoffe, Pigmente, Antioxidantien, Antistatikmittel, Bindungsmittel, Antiblockiermittel, Gleitmittel, Wärmestabilisatoren, Photostabilisatoren, Schäumungsmittel, Glasbläschen, Stärke und Metallsalze für die Abbaubarkeit oder Mikrofasern können in der elastomeren Phase ebenfalls verwendet werden. Geeignete Antistatikhilfsmittel schließen ethoxylierte Amine oder quaternäre Amine ein, wie jene, die beispielsweise in US-A-4,386,125 (Shiraki) beschrieben sind, die auch geeignete Antiblockiermittel, Gleitmittel und Schmiermittel beschreibt. Erweichungsmittel, Klebrigmacher oder Schmiermittel sind beispielsweise in US-A-4,813,947 (Korpman) beschrieben und schließen Cumaron-Inden-Harze, Terpenharze, Kohlenwasserstoffharze und dergleichen ein. Diese Mittel können auch als Viskositätsverminderungshilfsmittel wirken. Zu den konventionellen Wärmestabilisatoren gehören organische Phosphate, Trihydroxybutyrophenon oder Zinksalze von Alkyldithiocarbonat.
In die Phase(n) und/oder die Matrix können verschiedene Additive zum Modifizieren der Eigenschaften der fertigen Bahn eingebracht werden. Additive können beispielsweise zur Verbesserung der Adhäsion der diskontinuierlichen Phasen und der Matrix aneinander eingebracht werden. Die coextrudierte Bahn kann auch an eine faserige Bahn laminiert werden. Die faserige Bahn ist vorzugsweise eine Vliesbahn, wie ein verdichtetes oder gebundenes kardiertes Vlies, ein schmelzgeblasenes Vlies, ein spinngebundenes Vlies oder dergleichen. Die faserige Bahn wird alternativ durch Klebstoffe, Wärmebindung, Extrusion, Ultraschallschweißen oder dergleichen an die coextrudierte Bahn gebunden oder laminiert. Die coextrudierte Bahn kann vorzugsweise direkt auf eine oder mehrere faserige Bahnen extrudiert werden.
Kurze Fasern oder Mikrofasern können verwendet werden, um die eingebettete(n) Phase(n) oder Matrixschichten für bestimmte Anwendungen zu verstärken. Zu diesen Fasern gehören polymere Fasern, Mineralwolle, Glasfasern, Kohlefasern, Silikatfasern und dergleichen. Zudem können bestimmte Partikel verwendet werden, einschließlich Kohlenstoff und Pigmenten. Glasbläschen oder Schäumungsmittel können zur Herabsetzung der Dichte der Matrixschicht oder eingebetteten Phasen verwendet werden und können zur Kostensenkung verwendet werden, indem der Gehalt an teurem Material oder das Gesamtgewicht eines spezifischen Gegenstands herabgesetzt wird. Geeignete Glasbläschen sind in US-A-4,767,726 und US-A-3,365,315 beschrieben. Treibmittel, die zum Erzeugen von Schäumen in schmelzverarbeitbaren Materialien verwendet werden, sind in der Technik bekannt und schließen Azodicarbonamide wie SAFOAM RIC-50 chemisches Treibmittel auf Natriumbicarbonatbasis ein. In gewissem Maße können auch Füllstoffe zur Kostensenkung verwendet werden. Zu den Füllstoffen, die auch als Antiblockiermittel wirken können, gehören Titandioxid und Calciumcarbonat.
Nach der Extrusion kann eine Reihe weiterer Schritte erfolgen. Die Bahn kann beispielsweise uniaxial oder biaxial entweder sequentiell oder simultan orientiert werden, kann gehärtet (wie durch Wärme, elektromagnetische Strahlung, usw.) oder mit verschiedenen Klebrigkeitsverminderungsmitteln eingepudert werden.
Die vorliegende Erfindung ist zur Verwendung in zahlreichen Anwendungen geeignet. Eine Anwendung ist ein elastisierter Windelbefestigungs- oder -verschlussstreifen. Windelbefestigungsstreifen sind ein Bereich einer Einwegwindel, der das Befestigen der Vorderseite und Rückseite der Windel aneinander ermöglicht, wenn einem Kind die Windel angelegt wird. Windelverschlussstreifen sind in der Regel an einer Hälfte der Windel permanent befestigt und schließen einen Klebstoff oder ein mechanisches Befestigungsmittel ein, das die Befestigung des Verschlusses an der anderen Hälfte der Windel ermöglicht, wenn sie einem Kind angelegt wird. Um die Windel enganliegend an dem Kind an Ort und Stelle zu halten, ist es bevorzugt, dass der Verschlussstreifen elastisch ist.
Eine oder mehrere diskontinuierliche elastomere Phase(n) können innerhalb einer nicht-elastomeren Matrix unter Bildung einer Bahn angeordnet werden, die zur Herstellung eines elastischen Windelverschlussstreifens geeignet ist. Die elastomere Phase ist für die meisten konventionellen Bandverschlusskonstruktionen vorzugsweise 10 mm bis 50 mm breit. In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Coextrusionsdüse der Erfindung verwendet, um den elastischen Windelverschlussstreifen zu bilden. Das Material der eingebetteten Phase ist vergleichsweise elastisch, wie synthetischer Kautschuk. Das Matrixschichtmaterial ist vergleichsweise unelastisch, wie Polypropylen. Diese beiden Materialien werden unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens coextrudiert, so dass das elastische Material von dem unelastischen Material im Wesentlichen umgeben ist.
In 6A ist ein beispielhafter elastischer Windelverschlussstreifen 70 abgebildet. Verschlussstreifen 70 weist elastische Phasen 72 auf, die in eine unelastische Polypropylenmatrix 74 eingebaut sind. Die elastischen Phasen 72 sind im Wesentlichen von dem unelastischen Matrixmaterial 74 umgeben. In der gezeigten Ausführungsform ist das unelastische Matrixmaterial über und unter den elastischen Phasen in den oberen Bereichen 76 und in den unteren Bereichen 78 wesentlich dünner als die elastischen Phasen 72, damit der Windelstreifen in den Regionen leicht gestreckt werden kann, in denen sich die elastischen Phasen befinden. In bestimmten Ausführungsformen können die oberen und unteren Regionen 76 und 78 jeweils zwischen 1 und 2% der Dicke der elastischen Phasen 72 betragen, und in anderen Ausführungsformen können sie zwischen 0,5 und 10% der Dicke der elastischen Phasen 72 betragen. In noch weiteren Ausführungsformen haben die oberen und unteren Regionen 76 und 78 im Wesentlichen dieselbe Dicke wie die elastische Phase 72.
In 6B können erfindungsgemäß hergestellte elastische Windelverschlussstreifen des Weiteren ein zusätzliches Material einschließen, wie Vliessubstrat 80, das auf einer oder mehreren Seiten des elastischen Verschlussstreifens gebildet ist. Coextrudierte Materialien 72 und 74 werden direkt auf Vliessubstrate extrudiert, die schematisch als längbare Vliessubstrate 80 gezeigt sind, wodurch eine innige Bindung an die Matrix in dem elastischen Abschnitt erreicht wird. Vliessubstrat 80 kann vor der Laminierung an die Matrixphase 76 gewellt werden, um für verbesserte Elastizität des Verschlussstreifens 70 zu sorgen, wie in 6C gezeigt ist. Das Vliessubstrat 80 ermöglicht textilähnliche Weichheit und Handhabung und ermöglicht Bahnhandhabung in der Maschinenrichtung ohne wesentliches Strecken.
Die faserige Bahn kann in ähnlichen Anwendungen wie oben erwähnt elastisch oder unelastisch und dehnbar sein. Wenn die faserige Bahn unelastisch und dehnbar ist, ist das resultierende Verbundlaminat im Allgemeinen unelastisch, wenn es zuerst in Richtung quer zur Bahn gestreckt wird. Es kann jedoch ein "Voraktivierungs"-Schritt bereitgestellt werden, um die Verbundlaminatelastizität zu verleihen oder zu erhöhen. Der Voraktivierungsschritt ist allgemein definiert als ein mit der faserigen Bahn und/oder dem Verbundlaminat durchgeführter Vorgang, um im Allgemeinen die Festigkeit der faserigen Bahn zu schwächen und/oder die faserige Bahn in dem Verbundlaminat in einer oder mehreren Richtungen unelastisch zu verformen. Dadurch kann das Verbundlaminat leichter gestreckt werden, während vernünftige Erholung des Laminats auf seine ursprüngliche Länge möglich ist, wenn der Zug wegfällt. Der Stand der Technik lehrt mehrere Techniken, durch die eine unelastische faserige Bahn, die an eine elastische Folie laminiert ist, "aktiviert" wird. US-A-5,861,074, hier zitiert zum Zweck der Bezugnahme, offenbart mehrere Weisen zum Strecken eines Laminats sowohl in Maschinen- als auch in Querrichtung zum Verleihen oder Verbessern der Elastizität. US-A-5,143,679, hier zitiert zum Zweck der Bezugnahme, beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum inkrementellen Strecken von "Nullverformungs"-Strecklaminatbahnen, um ihnen in Richtung des Anfangsstreckens Elastizität zu verleihen. Alternativ lehrt US-A-5,804,021, hier zitiert zum Zweck der Bezugnahme, dass in der faserigen Bahn Schlitze bereitgestellt werden können, um die Elastizität in einer oder mehreren Richtungen des Verbundlaminats zu verbessern, wodurch die Notwendigkeit der "Aktivierung" wegfällt.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird der elastische Verschlussstreifen perforiert, um das Material atmungsfähig zu machen. Die Perforationen werden beispielsweise durch Mittel zur Bildung von Löchern durch die Bahn hindurch erzeugt, wie Schallbehandlung, Heißnadel, Rillenbildung und Nagelwalzen.
In einer weiteren Anwendung der Erfindung werden das Verfahren und die Vorrichtung zur Erzeugung einer Bahn mit hervorragendem Reißwiderstand in der Richtung quer zu der Bahn verwendet. Wie in 7A gezeigt ist, weist die Bahn 82 eine Mehrzahl diskreter eingebetteter Phasen 84 auf, die voneinander in Querrichtung zur Bahn beabstandet sind. Die diskreten Phasen 84 sind vorzugsweise reißfest (d.h. sie verstärken die Bahn). Die diskreten Phasen 84 sind von einer kontinuierlichen Matrix 86 umgeben. Diskrete Phasen 84 sind beispielsweise Polyethylen mit ultraniedriger Dichte. Matrix 86 ist beispielsweise Polypropylen. Die kontinuierliche Beschaffenheit der Matrix ermöglicht den Einbau von Phasen, die aus einem Material hergestellt sind, das wenig Affinität zu dem Matrixmaterial aufweist. Die Phasen können nicht von der Matrix delaminieren, weil sie innerhalb der Matrix verkapselt sind. Diese verkapselten Phasen vermeiden als solche Probleme, die mit Materialien verbunden sind, die auf die Matrix extrudiert oder laminiert sind. Nylonphasen können beispielsweise in eine Polypropylenmatrix eingebaut werden, obwohl Nylon nicht leicht ohne Delaminierung auf ein Polypropylensubstrat extrudiert oder laminiert wird.
Die Bahn 82 wird gegebenenfalls (in Maschinenrichtung, Querrichtung oder beiden) gestreckt oder orientiert, um ihre Zugfestigkeit zu verbessern. Die Bahn 82 kann in Maschinenrichtung beispielsweise um das etwa 2- bis über 8-fache ihrer ursprünglichen extrudierten Länge gestreckt werden. Die resultierende Bahn ist geeignet zur Verwendung als reißfestes Band, wie als Umführungsband oder Tragegriffband oder als Reißsteuerungsband, um einen Riss entlang der Oberfläche eines Paares diskontinuierlicher Phasen zu führen.
Diskrete Phasen 84 liefern verbesserten Reißwiderstand. Wenn ein Riss entlang der Bahn in einer Richtung quer zur Bahn weiterreißt, werden die Scherkräfte über eine größere Fläche verteilt, wenn der Riss auf eine Grenzfläche trifft, die durch zwei schlecht aneinander haftende Materialien gebildet wird. Bahn 82 ist nahezu eben und hat daher Eigenschaften, die für die nachfolgende Aufbringung eines Trennmaterials und/oder von Klebstoffen geeignet ist. Zudem ist Bahn 82 relativ leicht recyclingfähig, weil sie in bestimmten Ausführungsformen vollständig aus polymeren Materialien zusammengesetzt ist. Im Unterschied dazu sind bestimmte Materialien des Standes der Technik nicht leicht recyclingfähig, weil sie inkompatible Materialien wie Glasfasern enthalten, die den Reißwiderstand quer zur Bahnrichtung liefern.
Ausführungsformen der Erfindung mit diesem verbesserten Reißwiderstand quer zur Bahnrichtung sind zur Verwendung als Verschluss für eine Aufreißschachtel geeignet. 7B zeigt eine Schachtel 90, die mit einer Bahn 92 (in Form eines Bands) gesiegelt ist, die mindestens zwei eingebettete Phasen 94 enthält. Die Phasen 94 werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als im Wesentlichen kontinuierliche diskrete eingebettete Phasen in Bahnrichtung innerhalb der Bahn 92 gebildet. Die Bahn 92 schließt ein Fingerband ein, das einen Streifen 96 zum Anheben des Endes des Mittelabschnitts der Bahn 92 liefert. Wenn der Streifen 96 gehoben wird, reißt die Bahn infolge der Schwäche der Bindung zwischen Phasen 94 und dem Matrixpolymer, und der Riss kann entlang der eingebetteten Phasen 94 weiterreißen, wodurch Schachtel 90 geöffnet wird. Die Mitte der Bahn wird von der Schachtel 90 gehoben, wodurch die beiden Ränder von Bahn 92 zurückbleiben. Die verbleibenden Ränder können eine raue Oberfläche besitzen, die das leichte Reißen des verbleibenden Bands in Richtung quer zur Bahn ermöglicht, um das Öffnen der Schachtel zu erleichtern.
In einer alternativen Bandausführungsform werden eine oder mehrere eingebettete Phasen nahe der Oberfläche der Bahn angeordnet. In dieser Ausführungsform kann die Bahn gerissen werden, indem zuerst eine eingebettete Phase herausgezogen wird, wie durch Greifen eines Phasenendes und Entfernen der Phase von der Bandbahn, wodurch ein dünnes Band der Bahn zurückbleibt, wo die Phase entfernt worden ist. Dieses dünne Band wird nachfolgend leicht gerissen, beispielsweise durch Schnippen mit einem Finger. Diese Ausführungsform der Erfindung ist zur Verwendung zur sicheren Versiegelung eines Umschlags mit einem Aufreißzusatz geeignet, der auch Verfälschung anzeigt. Alternativ können eine oder mehrere der Phasen aus einem Polymerkompound extrudiert werden, das eine viskose Flüssigkeit einschließt, wie Silikonöl, das vorzugsweise ein Pigment oder einen Farbstoff enthält. Die Phasen werden vorzugsweise in mehreren Inkrementen in Bahnrichtung versiegelt, wie durch Heißsiegelung oder Kräuseln, wodurch versehentliches Lecken der Flüssigkeit verhindert wird. Nach Schneiden oder Reißen der Bahn blutet viskose Flüssigkeit aus der gerissenen Phase aus oder wird ausgeschwitzt und liefert eine Verfälschungsanzeige.
Coextrudierte Bahnen, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet worden sind, sind auch zur Verwendung in verschiedenen medizinischen Gegenständen geeignet, wie Wundauflagen und Pflastern, chirurgischen Abdecktüchern und Wundverschlusssystemen. In bestimmten Ausführungsformen werden Phasen in der Bahnmatrix gebildet, um erhöhte Festigkeit und verbesserte Handhabung zu liefern, ohne die Gesamtanschiegbarkeit, Transparenz oder Atmungsfähigkeit des polymeren Materials zu beeinflussen. Bevorzugte Bahnmatrixmaterialien zur Verwendung zur Konstruktion dieser medizinischen Gegenstände schließen Polyethylen, Polypropylen, Styrolblockcopolymere wie beispielsweise Kraton^TM-Blockcopolymere, Polyester (z.B. hergestellt aus Hytrel^TM 4056 Harz von DuPont, Wilmington, Delaware, USA), Polyurethan und Kombinationen davon ein. Bevorzugte Materialien der eingebetteten Phase zur Verwendung zur Konstruktion dieser medizinischen Gegenstände schließen Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polyester und Polystyrol ein. In einer bevorzugten Ausführungsform werden nicht-atmungsfähige Phasen aus polymerem Material (z.B. Eastar^TM 6763 Polyester von Eastman Chemical Company, Kingsport, Tennessee, USA) in einer atmungsfähigen elastischen Bahnmatrix (z.B. Estans^TM 58237 Polyurethan von B. F. Goodrich Company, Cleveland, Ohio, USA) gebildet, um die Festigkeit zu erhöhen und die Fähigkeit zur Handhabung und Positionierung der Bahn in fertiger Lagen- oder Bandform zu unterstützen. Dies stellt gegenüber aktuellen Bahnen eine erhebliche Verbesserung dar, welche aus atmungsfähigem Polyurethan gebildet sind und schwierig zu handhaben sind, weil sie zu flexibel sind und daher nicht leicht eine Form halten. Die Zugabe von nicht-atmungsfähigen Phasen zu der atmungsfähigen Polyurethanbahn ermöglicht überraschenderweise das Beibehalten der Atmungsfähigkeit (mindestens 300 Gramm/Quadratmeter/24 Stunden und vorzugsweise mindestens 1500 Gramm/Quadratmeter/24 Stunden gemäß Wasserdampfdurchlässigkeitszahl – aufrecht stehendes Verfahren), während Kohäsionsfestigkeit und Bahnhandhabungscharakteristika verbessert werden. Die Zugfestigkeit der resultierenden Bahnen in Bahnrichtung wird außerdem um mindestens 500% gegenüber vergleichbaren Bahnen erhöht, die keine diskontinuierlichen Phasen aufweisen, und wird vorzugsweise um mindestens 100% erhöht.
Die genauen in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Extruder sind nicht entscheidend, da jede Vorrichtung befriedigend ist, die in der Lage ist, Schmelzeströme zu einer erfindungsgemäßen Düse zu fördern. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das Design der Extruderschnecke die Kapazität des Extruders beeinflusst, um gute Polymerschmelzequalität, Einheitlichkeit der Temperatur und Durchsatz zu liefern. Es sind zahlreiche brauchbare Extruder bekannt und dazu gehören Einzel- und Doppelschneckenextruder. Diese Extruder sind von verschiedenen Anbietern erhältlich, zu denen Davis-Standard Extruders, Inc. (Pawcatuck, Connecticut, USA), Black Clawson Co. (Fulton, New York, USA), Berstorff Corp. (North Carolina, USA), Farrel Corp. (Connecticut, USA) und Moriyama Mfg. Works, Ltd. (Osaka, Japan) gehören. Andere Vorrichtungen, die organische Schmelzen pumpen können, können anstelle von Extrudern zur Abgabe der geschmolzenen Ströme an die erfindungsgemäße Formungsdüse verwendet werden. Hierzu gehören Trommelentlader, Massenschmelzer und Zahnradpumpen. Diese sind von verschiedenen Anbietern erhältlich, einschließlich Graco LTI (Monterey, California, USA), Nordson (Westlake, California, USA), Industrial Machine Manufacturing (Richmond, Virginia, USA), Zenith Pumps Div. und Parker Hannifin Corp. (North Carolina, USA).
Nachdem die geschmolzenen Ströme die Pumpe verlassen haben, werden sie in der Regel durch Überführungsrohrmaterialien und/oder -schläuche zu der Düse transportiert. Die Verweilzeit in den Rohrmaterialien sollte vorzugsweise minimiert werden, um Probleme von beispielsweise Schmelzetemperaturvariation zu vermeiden. Dies kann nach verschiedenen Techniken bewirkt werden, zu denen Minimieren der Länge des Rohrmaterials gehört. Alternativ kann die Schmelzetemperaturvariation in dem Rohrmaterial minimiert werden, indem geeignete Temperatursteuerung des Rohrmaterials bereitgestellt wird oder statische Mischer in dem Rohrmaterial verwendet werden. Gemusterte Werkzeuge, die die Bahn kontaktieren, können Oberflächentextur oder -struktur verleihen, um die Fähigkeit zum Reißen der Bahn in Querrichtung oder quer verlaufender Richtung zu verbessern, ohne die Gesamtzugfestigkeit oder andere physikalische Eigenschaften des Produkts zu beeinträchtigen.
BEISPIELE
Diese Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, die den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen. In den Beispielen beziehen sich alle Teile, Verhältnisse und Prozentsätze auf das Gewicht, wenn nicht anders angegeben. Es wurden die folgenden Testverfahren zum Charakterisieren der Gegenstände in den folgenden Beispielen verwendet:
BRUCHLAST UND VERFORMUNG BEI BRUCH
Die Bahn wurde 24 Stunden bei 23°C (73°F) und 50 relativer Feuchtigkeit (RH) konditioniert. Aus der Bahn wurden in Maschinenrichtung mit Rasierklingen zehn Streifen geschnitten, jeder ungefähr 200 mm lang und 25,4 mm breit. Jeder Streifen wurde in einer Zugtestvorrichtung mit zwei Geschwindigkeiten angeordnet, erhältlich von Instron Corporation, Canton, Massachusetts, USA, oder MTS Systems Corporation, Sintech Division, Cary, North Carolina, USA. Mit einem Anfangsklemmbackenabstand von 100 mm trennten sich die Traversen auf den ersten 5 mm mit 50 mm/Min. Die Trenngeschwindigkeit wurde dann auf 250 mm/Min erhöht und auf dieser Geschwindigkeit gehalten, bis der Streifen brach. Die Zugtestvorrichtung berechnete dann die Bruchlast und die Verformung bei Bruch des Streifens. Jeder angegebene Wert ist der Mittelwert von Messungen mit zehn Streifen.
REIßWIDERSTAND IN QUERRICHTUNG
Folienstreifen wurden in Bahnrichtung auf eine Länge von etwa 150 mm (6,0 in) und eine Breite von 3,8 cm (1,5 in) geschnitten. Eine Plexiglas^TM-Lehre, die in Form eines Dreiecks geschnitten war, wurde verwendet, um zwei Linien auf einer Probe in Winkeln von 40° von der Bahnrichtung zu markieren. Die Markierungen lagen auf der ersten Seite der Probe 5,1 cm (2,0 in) auseinander und auf der zweiten Seite 11,6 cm (4,56 in) auseinander. Mit einer Rasierklinge wurde auf der ersten Seite eine etwa 6,3 mm lange Kerbe zwischen den Markierungen gemacht.
Die Probe wurde in den Klemmbacken eines Testgeräts angeordnet, einem Instron^TM-Zugtestgerät, erhältlich von Instron Company, das auf eine Traversengeschwindigkeit von 51 cm/Min (20 in/Min), eine Backentrennung von 5,1 cm (2,0 in), Blattgeschwindigkeit von 51 cm/Min (20 in/Min und ein Kraftaufnehmermaximum von 90,7 kg (200 lb) eingestellt war. Die beiden Referenzlinien fluchteten, sodass sie parallel zu jeder Klemmbacke waren, damit die Probe entlang der ersten Seite gerade war und entlang der zweiten Seite eine natürliche Biegung annahm. Die Probe wurde zum Reißen gebracht, wenn die Anfangslast ausgeübt wurde. Die Kraft wurde in lb/in gemessen und in Newton/25 mm umgerechnet.
ZUGFESTIGKEIT UND DEHNUNG
Zugfestigkeit und Dehnung in Bahnrichtung wurden in der folgenden Weise ermittelt. Eine 10,2 cm lange und 2,5 cm breite Probe wurde zwischen den Klemmbacken einer Instron^TM Zugtestmaschine angeordnet, so dass eine Messlänge von 5,1 cm freilag. Die Traversen- und Blattgeschwindigkeiten wurden auf 25,4 cm/Min eingestellt. Die Klemmbacken wurden mit 25,4 cm/Min auseinandergezogen, bis die Maschine einen Bruch feststellte. Zugfestigkeit, Dehnung, Bruchlast und Verformung bei Bruch wurden durch die Instron^TM-Software berechnet.
DAMPFDURCHLÄSSIGKEITSZAHL
Die Dampfdurchlässigkeitszahlen der Proben wurden unter Verwendung entweder des aufrecht stehenden Verfahrens (A) oder des umgedrehten Verfahrens (B) wie nachfolgend beschrieben getestet.

A – aufrecht stehendes Verfahren: Glasflaschen wurden mit ungefähr 50 ml Wasser gefüllt. Drei Testproben und drei Kontrollproben wurden mit einer Rundstanze in Proben mit 3,8 cm Durchmesser geschnitten. Die Proben wurden zwischen zwei Metallfolienringen angeordnet, in deren Mitten Löcher geschnitten waren. Zwischen dem Boden der Folie und dem Glasbehälter wurde eine Kautschukdichtung angeordnet. Eine Schraubkappe mit Loch mit 3,8 cm Durchmesser wurde an dem Glasgefäß angebracht, welche das Folien-Probe-Sandwich und die Dichtung zu dem Glas einschloss. Die Proben wurden vier Stunden bei 40°C in 20% Feuchtigkeit in einer Kontrollkammer konditioniert. Dann wurde die Kappe an dem Gefäß festgeschraubt und das Gefäß aus der Kammer entfernt und auf einer Analysewaage auf die nächsten 0,01 Gramm gewogen. Die Gefäße wurden (unter den oben aufgeführten Bedingungen) mindestens 18 Stunden in die Kammer zurückgegeben. Die Flaschen wurden dann entfernt und sofort auf die 0,01 Gramm gewogen. Dampfzahlen wurden durch die Gewichtsveränderung, multipliziert mit der freiliegenden Fläche, geteilt durch die Zeit, in der sie freilag, berechnet. Die Zahlen sind in Gramm pro Quadratmeter in 24 Stunden angegeben.
B – umgedrehtes Verfahren: Es wurde dasselbe Verfahren wie oben beschrieben nachgearbeitet. Nachdem die Proben konditioniert und gewogen worden waren, wurden sie jedoch in die Kammer zurückgegeben und die Flaschen umgedreht, so dass das Wasser die Testoberfläche kontaktierte. Die Flaschen wurden mindestens 18 Stunden in Ruhe gelassen. Dann wurden die Flaschen entfernt und gewogen, und die Dampfdurchlässigkeitszahl wurde wie oben berechnet.

SCHÄLFESTIGKEIT
Haftklebebandproben mit 1,25 cm Breite und 15 cm Länge wurden auf 180° Schälhäsion an den Oberflächen von Glasplatten und/oder glatt gegossenen, biaxial orientierten Polypropylenfolien getestet. Die Proben wurden an die Testoberflächen geklebt, indem die Bänder mit einer 2,1 kg (4,5 lb) Walze mit 4 Durchgängen gewalzt wurden. Nachdem bei Umgebungstemperaturen (etwa 22°C) ungefähr eine Stunde altern gelassen worden war, wurden die Bänder unter Verwendung eines Modell 3M90 Gleit/Schäl-Testgeräts, erhältlich von Imass, Inc., Accord, Massachusetts, USA, in 180° Geometrie mit 30,5 cm/Min (12 in/Min) Schälgeschwindigkeit getestet, wenn nicht anders angegeben.
VERWENDETE MATERIALIEN
BEISPIELE 1 BIS 2 UND VERGLEICHSBEISPIEL 1
Beispiele 1 bis 2 zeigen gewisse Auswirkungen bestimmter Prozessvariablen auf Konstruktionen mit unelastischen Matrizes und elastischen eingebetteten Phasen.
In Beispiel 1 wurde eine Extrusion unter Verwendung einer 45 cm (18 in) breiten Zweischichtdüse mit getrennten Zuführkanälen (erhältlich von Cloeren Co., Orange, Texas, USA) durchgeführt, die modifiziert worden war. Die Einrichtung war ausgehöhlt worden, wie in 3A und 3B gezeigt ist, und der vordere Rand oder die Spitze war abgeschnitten worden, um einen Einrichtungsverteilerkanal herzustellen. Eine neue Einrichtungsspitze, die fünf Öffnungen enthielt, wurde gefertigt und mit einer Anzahl kleiner Schrauben mit Innensechskant an dem Einrichtungsverteilerkanal montiert. Diese Schrauben wurden vorzugsweise mit einem Drehmomentschlüssel mit einem Drehmoment von etwa 11,3 Newtonmetern (100 in lbf) angezogen, um Lecken zu verhindern. über die Einrichtungsspitze waren fünf Öffnungen verteilt, die jeweils eine längliche Querschnittform mit einer Breite von etwa 15 mm (0,600 inch), einer Höhe von etwa 0,38 mm (0,015 inch) beziehungsweise einen Abstand zwischen den Öffnungen von etwa 760 mm (3,00 Inch) hatten. Die Länge dieser Öffnungen betrug etwa 6 mm.
Ein unelastisches Matrixmaterial, 7C50 Polypropylen/Polyethylen (PP/PE), wurde mit einem Extruder (64 mm (2,5 Inch) Davis-Standard^TM Einschneckenextruder, erhältlich von Davis-Standard Corp., Pawcatuck, Connecticut, USA) durch zwei Einlassverteilerkanäle der Coextrusionsdüse eingespeist. Der Matrixmaterialextruder wurde mit 10 UpM mit einem Kopfdruck von 9,0 MPa (1300 psi) betrieben, um Matrixmaterial mit einer Geschwindigkeit von etwa 6,0 kg/h (13,2 lb/h) einzuspeisen. Ein Material für die elastische Phase, eine Mischung aus Vector^TM 4211 SIS Blockcopolymer, G-18 Polystyrol und 1015100S Weißpigmentkonzentrat in einem Gewichtsverhältnis von 85:15:1, wurde mit einem Extruder (38 mm (1,5 Inch) Davis-Standard^TM Einschneckenextruder) durch die modifizierte Einrichtung in der Düse eingespeist. Der Extruder für das Material der eingebetteten Phase wurde mit 40 UpM mit einem Kopfdruck von 3,2 MPa (470 psi) betrieben, um elastisches Material mit einer Geschwindigkeit von etwa 11,5 kg/h (25,2 lb/h) einzuspeisen. Der Extruder wurde vorzugsweise so betrieben, dass die Fließgeschwindigkeit des Materials allmählich auf die gewünschte Geschwindigkeit gebracht wurde. Beide Extruder wurden unter Verwendung eines Temperaturprofils von Zone 1 – 163°C (325°F), Zone 2 – 218°C (425°F), Zone 3 – 232°C (450°F) und Zone 4 – 243°C (470°F) betrieben. Die Düse wurde mit 243°C (470°F) betrieben. Das Extrudat, das eine zweischichtige Polymermatrix umfasste, die bahnwärts verlaufende eingebettete Phasen enthielt, wurde von der Düse in einen Walzenspalt extrudiert, der aus. einem Chromgießrad bei 7,2°C (45°F) und einer silikonbeschichteten Quetschwalze bei 7,2°C gebildet wurde. Das Bahnabzug- oder -handhabungssystem arbeitete mit etwa 16,8 m/Min (55 fpm).
Beispiel 2 wurde wie Beispiel 1 hergestellt, außer dass der Extruder für das kontinuierliche Matrixmaterial mit 20 UpM mit einem Kopfdruck von 12,4 MPa (1800 psi) betrieben wurde, um Matrixmaterial mit einer Geschwindigkeit von etwa 11,8 kg/h (26,0 lb/h) einzuspeisen.
Vergleichsbeispiel 1 wurde wie Beispiel 1 hergestellt, außer dass eine andere Düse verwendet wurde und einige Bedingungen geändert wurden. Die Extrusion wurde unter Verwendung einer 45 cm breiten Cloeren^TM Dreischichtdüse mit getrennten Zuführkanälen durchgeführt, die wie in US-A-5,429,856 (Krueger), Beispiel 1 beschrieben modifiziert worden war. Ein "Kamm"-Einsatz wurde an die Innenseite von einer der beiden nicht-modifizierten Einrichtungen geschraubt und befand sich in engem Eingriff mit der zweiten Einrichtung, damit die Einrichtungen im Einklang rotieren konnten. In dem Metall des "Kamm"-Einsatz befanden sich fünf Löcher, wodurch Material von dem Zentralverteilerkanal in die Phasen fließen konnte. Die drei Zentralöffnungen hatten eine Breite von 19 mm (0,750'') und die beiden Außenseitenöffnungen etwa 6,4 mm (0,250'' in). Alle Schlitze waren durch einen Abstand von 102 mm (4,00 in) getrennt.
Das Matrixmaterial wurde durch beide der äußeren Verteilerkanäle extrudiert, und das Phasenmaterial wurde durch den mittleren Verteilerkanal und durch den Kammeinsatz extrudiert. Die erste äußere Schicht wurde aus einem ersten Extruder (38 mm (1,5 inch) Davis-Standard^TM Einschneckenextruder) eingespeist. Die zweite äußere Schicht wurde aus einem zweiten Extruder eingespeist (34 mm Leistritz^TM vollständig ineinandergreifender, mitdrehender Doppelschneckenextruder, erhältlich von American Leistritz Extruder Corp., Somerville, New Jersey, USA), der mit einer Zahnradpumpe ausgestattet war. Das Material der eingebetteten Phase wurde mit einem 51 mm (2,0 inch) Berlyn^TM Einschneckenextruder extrudiert, erhältlich von Berlyn Corp., Worchester, Massachusetts, USA, der mit einer Zahnradpumpe ausgestattet war, um das Material aus dem Extruder zu dosieren. Der erste Extruder wurde mit 15 UpM mit einem Kopfdruck von etwa 9,7 MPa (1740 psi) betrieben, um die erste Schicht Matrixmaterial mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,2 kg/h (7,0 lb/h) einzuspeisen. Der zweite Extruder hatte eine Schneckengeschwindigkeit von 70 UpM, eine Zahnradpumpengeschwindigkeit von 7 UpM und einen Kopfdruck von 91,1 MPa (1320 psi), um die zweite Schicht Matrixmaterial mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,2 kg/h (7,0 lb/h) einzuspeisen. Der Berlyn-Extruder hatte eine Schneckengeschwindigkeit von 19 UpM, eine Zahnradpumpengeschwindigkeit von 25 UpM und einen Kopfdruck von 9,5 MPa (1370 psi), um das Material der eingebetteten Phase mit einer Geschwindigkeit von etwa 11,4 kg/h (25,0 lg/h) einzuspeisen. Das Bahnabzugsystem lief mit einer Geschwindigkeit von etwa 9,1 m/Min (30 fpm).
Die Breite in Richtung quer zur Bahn wurde bei jedem Beispiel für jede der fünf eingebetteten Phasen gemessen, und es wurden der Mittelwert, die Standardabweichung und der Variationskoeffizient (COV) (Standardabweichung/Mittelwert) in Prozent für die drei aufeinanderfolgenden Phasen von ähnlich bemessenen Öffnungen, jedoch mit der größten Breitenvariation, für die Breitenabmessung berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1

* Schließt nur Phasen 2 bis 4 ein, weil diese Phasen aus Öffnungen mit ähnlichen Abmessungen gebildet wurden.

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, waren die Breiten der eingebetteten Phasen in Beispielen 1 und 2 im Wesentlichen einheitlich, was anzeigt, dass die Fließgeschwindigkeiten zu diesen Phasen im Wesentlichen dieselben waren. Die Breiten von Vergleichsbeispiel 1 variierten im Unterschied dazu erheblich, wenn das Material aus Öffnungen mit denselben Abmessungen kam, wie in Tabelle 1 durch die COV-Werte gezeigt wird, die anzeigen, dass die Fließgeschwindigkeiten zu diesen Regionen wesentlich größere Variation als bei den Beispielen 1 und 2 hatten. Weiß pigmentiertes Material der eingebetteten Phase hatte eine definierte Grenze und erstreckte sich bei Beispielen 1 und 2 nicht in das benachbarte Matrixmaterial. Bei Vergleichsbeispiel 1 erstreckte sich Material der weiß pigmentierten Phase in das Matrixmaterial hinein.
BEISPIELE 3 BIS 5
Beispiele 3 bis 5 zeigen sich ändernde Schmelzviskosität des Materials der eingebetteten Phase bei Konstruktionen mit unelastischen Matrizes und elastischen eingebetteten Phasen.
Beispiel 3 wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass einige Prozessbedingungen verändert wurden. Der Extruder für das Matrixmaterial wurde mit 30 UpM mit einem Kopfdruck von 15,2 MPa (2200 psi) betrieben, um Matrixmaterial zuzuführen. Der Extruder für das Material der eingebetteten Phase wurde mit 80 UpM mit einem Kopfdruck von 13,8 MPa (2000 psi) betrieben, um Material der eingebetteten Phase einzuspeisen. Das Bahnabzugsystem lief mit einer Geschwindigkeit von etwa 16,8 m/Min (40 fpm).
Beispiele 4 und 5 wurden wie Beispiel 3 durchgeführt, außer dass die Materialverhältnisse des Materials der eingebetteten Phase verändert wurden, um die Schmelzviskosität zu ändern. In Beispiel 4 und 5 waren die Gewichtsverhältnisse von Vector^TM 4211 SIS Blockcopolymer (mit einer Viskosität von 780 Pascalsekunden bei einer Schergeschwindigkeit von 100 s^–1 bei 204°C), G-18 Polystyrol (mit einer Viskosität von 420 Pascalsekunden bei einer Schergeschwindigkeit von 100 s^–1 bei 204°C) und Weißpigmentkonzentrat 90:10:1 beziehungsweise 80:20:1.
Die Dicke und Breite in der Richtung quer zur Bahn wurden in jedem Beispiel für jede der fünf eingebetteten Phasen gemessen, und es wurden der Mittelwert, die Standardabweichung und der COV für die drei aufeinanderfolgenden Phasen mit der größten Variation für die Breitenabmessung berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
Wie ersichtlich ist, wurden die Phasen enger, wenn die Viskosität des elastomeren Gemisches verringert wurde, und weiter, wenn die Viskosität erhöht wurde.
BEISPIELE 6 BIS 7
Beispiele 6 bis 7 zeigen die Auswirkung des Einrichtungsspitzendesigns und der Auswahl der extrudierbaren Materialien auf Konstruktionen mit unelastischen Matrizes und elastischen eingebetteten Phasen.
Beispiel 6 wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass das Polystyrol geändert wurde, die Einrichtungsspitzenkonfiguration anders war und einige Prozessbedingungen geändert wurden. Anstelle von G-18 Polystyrol wurde PS207 Polystyrol verwendet. Die Ausgangsöffnungen in der Einrichtung waren im Querschnitt 50% weiter (22,8 mm (0,900 in)), und anstelle von fünf wurden vier verwendet. Der Extruder für das Matrixmaterial wurde mit 15 UpM mit einem Kopfdruck von 10,4 MPa (1500 psi) betrieben, um Matrixmaterial einzuspeisen, und der Extruder für Material der eingebetteten Phase wurde mit 40 UpM mit einem Kopfdruck von 3,2 MPa (470 psi) betrieben, um Material der eingebetteten Phase in die Düse einzuspeisen. Das Bahnabzugsystem lief mit einer Geschwindigkeit von etwa 15,2 m/Min (50 fpm).
Beispiel 7 wurde wie Beispiel 6 durchgeführt, außer dass die Materialien anders waren und einige Prozessbedingungen geändert wurden. Das Matrixmaterial war 7C50 Polypropylen/Polyethylen-Copolymer, und das Material der eingebetteten Phase war Vector^TM 4111 SIS-Blockcopolymer, PS207 Polystyrol (eine vorgemischte Mischung) und Weißpigmentkonzentrat in einem Gewichtsverhältnis von 85:15:1. Der Extruder für das Matrixmaterial wurde mit 15 UpM mit einem Kopfdruck von 10,4 MPa (1500 psi) betrieben, um Matrixmaterial einzuspeisen, und der Extruder für das Material der eingebetteten Phase wurde mit 50 UpM mit einem Kopfdruck von 3,7 MPa (540 psi) betrieben, um SIS/Polystyrol/Pigment-Blend einzuspeisen. Das Bahnabzugsystem lief mit einer Geschwindigkeit von etwa 14,6 m/Min (48 fpm).
Die Breite in Richtung quer zur Bahn wurde bei jedem Beispiel für jede der vier Phasen gemessen, und es wurden der Mittelwert, die Standardabweichung und der COV für die drei aufeinanderfolgenden Phasen mit der größten Variation in Prozent für die Breitenabmessung berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 wiedergegeben.
Tabelle 3
Wie ersichtlich ist, wurden die Breite der Phasen und die COV-Werte sowohl durch die Materialien als auch durch die Einrichtungsspitzenkonfiguration beeinflusst.
BEISPIEL 8
Beispiel 8 zeigt, dass andere Bahnen auf erfindungsgemäße Konstruktionen laminiert werden können. Beispiel 8 wurde wie Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Matrixextrudergeschwindigkeit 15 UpM betrug, die Abzuggeschwindigkeit 10,7 m/Min (35 fpm) betrug und zwei Vliesbahnen an die Bahnkonstruktion laminiert wurden. Zwei Bahnen aus Vlies A wurden in den Walzenspalt eingespeist, um eine Konstruktion mit einheitlich beabstandeten elastischen Phasen in einer unelastischen Matrix zu produzieren, die durch Vliesmaterial bedeckt waren.
BEISPIELE 9 BIS 11
Beispiele 9 bis 11 zeigen einige Auswirkungen, wenn Matrixmaterialien und Materialien der eingebetteten Phase vorliegen, die unterschiedlich oder ähnlich sind, wobei die Matrixmaterialien unelastisch waren und die Phasen entweder elastisch oder unelastisch waren.
Beispiel 9 wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Einrichtungsspitzenkonfiguration und Materialien unterschiedlich waren, einige Prozessbedingungen geändert wurden und einige hinzugefügt wurden. Die Einrichtungsspitze hatte runde Ausgangsöffnungen, die jeweils einen Durchmesser von 508 μm (20 mil) hatten und durch einen Raum von 4,1 mm (0,160 in) getrennt waren und sich von der Einrichtungsspitze 2,5 mm (0,100 in) in den Matrixfluss hinein erstreckten, wie in 2C gezeigt ist. Die Länge dieser Öffnungen betrug etwa 5 mm. Das Matrixmaterial war ein unelastischer Thermoplast, Dypro^TM 3271 Polypropylen, und das Material der eingebetteten Phase war Engage^TM 8200 Polyethylen. Die Temperaturprofile in beiden Extrudern waren: Zone 1 – 191°C (375°F), Zone 2 – 232°C (450°F), Zone 3 – 271°C (520°F) und Zone 4 – 271°C (520°F). Die Düse wurde mit 271°C (520°F) betrieben. Der Extruder für das Matrixmaterial wurde mit 75 UpM mit einem Kopfdruck von 26,9 MPa (3900 psi) betrieben, um Matrixmaterial einzuspeisen. Der Extruder für das Material der eingebetteten Phase wurde mit 41 UpM mit einem Kopfdruck von 19,3 MPa (2800 psi) betrieben, um Material der eingebetteten Phase einzuspeisen. Das Bahnabzugsystem lief mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,7 m/Min (12 fpm), was zu einer Gesamtbahndicke von 533 Mikron (μm) (21 mil) führte. Die resultierende Bahn wurde dann 6:1 in Bahnrichtung gestreckt. Die Orientierungstemperatur betrug 115°C (240°F).
Beispiel 10 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 9 durchgeführt, außer dass das Material der eingebetteten Phase anders war und einige Bedingungen geändert wurden Das Material der eingebetteten Phase war ein unelastischer Thermoplast, Rilsan^TM BESNO P40 TL Nylon. Das Streckverhältnis war 5:1.
Beispiel 11 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 9 durchgeführt, außer dass das Material der eingebetteten Phase dasselbe wie das Matrixmaterial war, das Streckverhältnis 7:1 betrug und einige Geräte und Bedingungen geändert wurden. Das Matrixmaterial wurde mit einem 88 mm (3,5 Inch) Davis-Standard^TM Einschneckenextruder eingespeist, der mit einem Temperaturprofil von Zone 1 – 199°C (390°F), Zone 2 – 216°C (420°F) und Zonen 3 bis 6 – 238°C (460°F) betrieben wurde. Der 88 mm Extruder wurde mit 16,2 UpM mit einem Kopfdruck von 22,9 MPa (3320 psi) betrieben, um Matrixmaterial einzuspeisen. Das Material der eingebetteten Phase wurde mit einem 51 mm (2,0 inch) Davis-Standard^TM Einschneckenextruder eingespeist, der mit einem Temperaturprofil von Zone 1 – 182°C (360°F), Zone 2 – 191°C (375°F) und Zonen 3 bis 5 – 271°C (460°F) betrieben wurde. Der 51 mm Extruder wurde mit 17,4 UpM mit einem Kopfdruck von 19,0 MPa (2750 psi) betrieben, um Material der eingebetteten Phase einzuspeisen. Die Düse wurde mit 260°C (500°F) betrieben. Die Orientierungstemperatur betrug 127°C (260°F).
Vergleichsbeispiel 2 war verstreckte Polypropylenfolie (Streckverhältnis ungefähr 7:1, Dicke 84 μm), erhältlich als V/N 98105/06-1d von Nowofol, Siegsdorf, Deutschland.
Beispiele 9 bis 11 und Vergleichsbeispiel 2 wurden auf Bruchlast und Verformung bei Bruch und Reißwiderstand in Querrichtung getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 wiedergegeben.
Tabelle 4
Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, verringerte die Anwesenheit der eingebetteten Phase des anderen unelastischen Thermoplasten in Beispielen 9 und 10 die Bruchlast der Bahn, erhöhte den Querreißwiderstand der Bahn jedoch auch erheblich. 8 zeigt einen Querschnitt von Beispiel 10. Es wurde gezeigt, dass das Material der eingebetteten Phase 102 von dem Matrixmaterial durch den Raum 104 zwischen der eingebetteten Phase 102 und der Matrix delaminiert war. Eine Schweißlinie zwischen den beiden Matrixmaterialschichten war noch sichtbar, obwohl die Schichten aus denselben Materialien hergestellt waren.
Wenn die Phasen aus demselben Material wie die Matrix sind, ist außerdem die Bruchlast der verstreckten Bahn erheblich höher als bei der verstreckten Bahn, die ohne Phasen gefertigt ist. Die Folie aus Beispiel 11 wurde unter einem Mikroskop mit kreuzpolarisierten Filtern betrachtet, und in der Folie waren Banden zu sehen. Wenn sie aufgeschlitzt wurde, waren Stränge des Polymers der eingebetteten Phase zu sehen und trennten sich von der Folie, wodurch gezeigt wird, dass das Matrixpolymer und das die Einrichtung verlassende Polymer nicht zu einer einzigen Phase miteinander verschmolzen, obwohl dasselbe Polymer für beide Phasen verwendet worden war.
BEISPIELE 12 BIS 13 UND VERGLEICHSBEISPIEL 3
Beispiele 12 und 13 zeigen Charakteristika einer Bahn mit elastischen Matrizes und unelastischen Phasen.
Beispiel 12 wurde wie Beispiel 9 durchgeführt, außer dass das Matrixmaterial und das Material der eingebetteten Phase anders waren und einige Geräte und Bedingungen geändert wurden. Das Matrixmaterial war ein elastisches Material, Estane^TM 58237 Polyurethan. Es wurde mit einem 51 mm (2,0 inch) Berlyn^TM Einschneckenextruder eingespeist, der mit einem Temperaturprofil von Zone 1 – 149°C (300°F), Zone 2 – 171°C (340°F) und Zonen 3 bis 7 – 204°C (400°F) betrieben wurde. Der 51 mm Extruder wurde mit 25 UpM mit einem Kopfdruck von 31,1 MPa (4500 psi) betrieben, um Matrixmaterial einzuspeisen. Das Material der eingebetteten Phase war ein unelastisches thermoplastisches Polymer, Eastar^TM 6763 glykolmodifizierter Polyester. Es wurde mit einem 32 mm (1,25 Inch) Killion^TM Einschneckenextruder eingespeist (erhältlich von Davis-Standard Killion Systems, Cedar Grove, New Jersey, USA), der mit einem Temperaturprofil von Zone 1 – 188°C (370°F), Zone 2 – 227°C (440°F) und Zonen 3 und 4 – 243°C (470°F) betrieben wurde. Der 32 mm Extruder wurde mit 6 UpM mit einem Kopfdruck von 15,9 MPa (2300 psi) betrieben, um Phasenmaterial einzuspeisen. Die Düse wurde mit 218°C (425°F) betrieben. Die Bahnabzuggeschwindigkeit betrug 11,3 m/Min (37 fpm), was zu einer Gesamtmatrixdicke von ungefähr 50 Mikron (μm) (2,0 mil) führte. Die Gießbahn wurde nicht orientiert.
Beispiel 13 wurde wie Beispiel 12 durchgeführt, außer dass das Material der eingebetteten Phase anders war und einige Bedingungen geändert wurden. Das Temperaturprofil des Extruders, der das Matrixmaterial einspeiste, war Zone 1 – 149°C (300°F), Zone 2 – 166°C (330°F) und Zonen 3 bis 7 – 199°C (390°F). Der 51 mm Extruder wurde mit 10 UpM mit einem Kopfdruck von 13,8 MPa (2000 psi) betrieben, um Matrixmaterial einzuspeisen. Das Material der eingebetteten Phase war ein unelastisches thermoplastisches Polymer, Dowlex^TM 10462N Polyethylen. Das Temperaturprofil des 32 mm Extruders, der dieses Material einspeiste, war Zone 1 – 182°C (360°F), Zone 2 – 241°C (465°F) und Zonen 3 und 4 – 249°C (480°F). Der 32 mm Extruder wurde mit 12 UpM mit einem Kopfdruck von 3,5 MPa (500 psi) betrieben, um Phasenmaterial einzuspeisen. Die Temperatur der Quetschwalzen betrug ungefähr 16°C (60°F). Die Bahnabzuggeschwindigkeit betrug 5,2 m/Min (17 fpm), was zu einer Gesamtmatrixdicke von ungefähr 50 Mikron (μm) (2,0 mil) führte.
Vergleichsbeispiel 3 wurde durchgeführt, indem das Polyurethanmatrixmaterial von Beispiel 12 durch konventionelle Extrusionsverfahren zu einer Bahn extrudiert wurde.
Beispiele 12 bis 13 und Vergleichsbeispiel 3 wurden auf Zugfestigkeit und Dehnung und MVTR getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 wiedergegeben.
Tabelle 5
Es ist erkennbar, dass die Anwesenheit von eingebetteten Phasen aus unelastischem thermoplastischem Material die Zugfestigkeit der Gesamtkonstruktion signifikant erhöht, ohne ihre Dampfdurchlässigkeitszahl zu verringern. 9 zeigt Schweißlinien der Bahn von Beispiel 13. Das Material der eingebetteten Phase 112 ist zwischen der unteren Schicht 114 und der oberen Schicht 116 aus Matrixmaterial eingebettet. Die beiden Matrixschichten 114 und 116 sind so verbunden, dass noch eine Schweißlinie zwischen den beiden Matrixschichten sichtbar war, obwohl die Schichten aus denselben Materialien hergestellt waren.
BEISPIEL 14
Beispiel 14 zeigt eine Konstruktion, bei der die beiden Schichten des Matrixmaterials verschieden sind.
Beispiel 14 wurde in ähnlicher Weise wie Beispiel 12 durchgeführt, außer dass die beiden Schichten aus Matrixmaterial aus unterschiedlichen Materialien gefertigt waren und ein zusätzlicher Extruder (der mit einer Zahnradpumpe ausgestattet war, um Extrudat zu der Düse zu fördern) verwendet wurde. Die erste Schicht Matrixmaterial war aus einem klebrigen elastomeren Material, PSA B, gebildet, und die zweite Schicht war aus dem elastischen thermoplastischen Polymer, Estane^TM 58237 Polyurethan, gebildet. Das erste Matrixmaterial wurde mit einem ersten Extruder eingespeist, einem vollständig ineinandergreifenden, mitdrehenden 34 mm Leistritz^TM-Doppelschneckenextruder, der ein ansteigendes Temperaturprofil verwendete, das eine Peak-Temperatur von 193°C (380°F) erreichte. Der 34 mm Extruder wurde mit 180 UpM mit einer Zahnradpumpengeschwindigkeit von 4,7 UpM und einem Kopfdruck von 4,2 MPa (610 psi) betrieben, um ein Matrixmaterial in die erste Matrixeinspeisungsöffnung 26A der Düse einzuspeisen. Das zweite Matrixmaterial wurde mit dem 51 mm Extruder in die zweite Matrixeinspeisungsöffnung 26B der Düse eingespeist.
Die resultierende Konstruktion, die eine Bahn mit einem PSA auf einer Seite, einem Polyurethan auf der gegenüberliegenden Seite und eingebetteten Strängen aus Polyester umfasste, gibt ein Beispiel für eine Matrix, die aus zwei verschiedenen Materialien zusammengesetzt ist.
Beispiele 15 bis 16 und Vergleichsbeispiel 4
Beispiele 15 bis 16 zeigen einige Auswirkung, wenn klebrige Matrizes und elastische Phasen vorliegen.
Beispiel 15 wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 12 durchgeführt, außer dass die Materialien von Matrix und eingebetteter Phase verschieden waren und die Prozessbedingungen geändert wurden. Das Matrixmaterial bestand aus einem klebrigen PSA A, und das Material der eingebetteten Phase wurde durch das thermoplastische Polymer gebildet, Escorene^TM 3445 Polystyrol. Das Temperaturprofil für den Extruder, der das Matrixmaterial einspeiste, war Zone 1 – 121°C (250°F), Zone 2 – 149°C (300°F), Zone 3 – 182°C (360°F), Zone 4 – 204°C (400°F) und Zonen 5 bis 7 – 210°C (410°F). Der 51 mm Extruder für das Matrixpolymer wurde mit 31 UpM betrieben und war mit einer Zahnradpumpe ausgestattet, um Extrudat zu der Düse zu fördern, wobei die Pumpe mit einer Geschwindigkeit von 15 UpM und einem Kopfdruck von 10,4 MPa (1500 psi) lief, um Matrixmaterial einzuspeisen. Das Temperaturprofil für den Extruder für das Material der eingebetteten Phase war Zone 1 – 121°C (250°F), Zone 2 – 193°C (380°F) und Zonen 3 und 4 – 210°C (410°F). Der 32 mm Extruder der eingebetteten Phase wurde mit 5 UpM mit einem Kopfdruck von 3,4 MPa (490 psi) betrieben, um Material der eingebetteten Phase einzuspeisen. Die Düsentemperatur betrug 210°C (410°F), und die Walzenspalttemperatur betrug ungefähr 21°C (70°F).
Beispiel 16 wurde wie Beispiel 15 durchgeführt, außer dass einige Prozessbedingungen geändert wurden. Der 32 mm Extruder wurde mit 10 UpM mit einem Kopfdruck von 4,5 MPa (650 psi) betrieben, um Material der eingebetteten Phase einzuspeisen.
Vergleichsbeispiel 4 wurde wie Beispiel 15 durchgeführt, außer dass kein Material der eingebetteten Phase vorhanden war und der Extruder mit 32 mm Durchmesser nicht verwendet wurde.
Beispiele 15 bis 16 und Vergleichsbeispiel 4 wurden auf Zugbeanspruchung bei Bruch und Verformung bei Bruch unter Verwendung des Zugfestigkeits- und Dehnungstests und der Schäladhäsion an Glas getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 wiedergegeben.
Tabelle 6
Es ist ersichtlich, dass die Anwesenheit der eingebetteten unelastischen Phasen zu wesentlich erhöhter Zugbeanspruchung und Verformung bei Bruch ohne wesentliche Verluste an Schäladhäsion führte.
BEISPIEL 17 UND VERGLEICHSBEISPIEL 5
Beispiel 17 zeigt die Charakteristika einer Bahn mit unelastischen Phasen in geschäumten Matrizes.
Beispiel 17 wurde in ähnlicher Weise wie Beispiel 12 durchgeführt, außer dass die Materialien der Matrix und der eingebetteten Phasen anders waren und die Prozessbedingungen geändert wurden. Das Matrixmaterial wurde aus einer vorgemischten Mischung von unelastischem thermoplastischem Polymer, Tenite^TM 1550P Polyethylen, und chemischem Treibmittel, SAPOAM^TM Ric-50, in einem Gewichtsverhältnis von 100:2 hergestellt, und das Material der eingebetteten Phase war Tenite^TM Polyethylen allein. Der 51 mm Extruder wurde mit einer Zahnradpumpe ausgestattet, um Extrudat zu der Düse zu fördern. Das Temperaturprofil des Extruders, der das Matrixmaterial einspeiste, war Zone 1 – 121°C (250°F), Zone 2 – 149°C (300°F), Zone 3 – 182°C (360°F), Zone 4 – 182°C (360°F), Zone 5 – 221°C (430°F) und Zonen 6 und 7 – 188°C (370°F). Der 51 mm Extruder wurde mit 13 UpM mit einer Zahnradpumpengeschwindigkeit von 15 UpM und einem Kopfdruck von 10,4 MPa (1500 psi) betrieben, um Matrixmaterial einzuspeisen. Das Temperaturprofil des Extruders für das Material der eingebetteten Phase war Zone 1 – 149°C (300°F), Zone 2 – 204°C (400°F) und Zonen 3 und 4 – 216°C (420°F). Der 32 mm Extruder wurde mit 15 UpM mit einem Kopfdruck von 13,8 MPa (2000 psi) betrieben, um Material der eingebetteten Phase einzuspeisen. Die Düsentemperatur betrug 199°C (390°F), und die Walzenspalttemperatur betrug ungefähr 21°C (70°F).
Vergleichsbeispiel 5 steht für einen Bereich von Beispiel 17, in dem es keine Phasen gab, die in das geschäumte Matrixmaterial eingebettet waren.
Beispiel 17 und Vergleichsbeispiel 5 wurden auf Bruchlast und Verformung bei Bruch getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 wiedergegeben.
Tabelle 7
Es ist ersichtlich, dass die Anwesenheit der unelastischen eingebetteten Phasen innerhalb der Schaummatrix zu einer zäheren und dauerhafteren Bahnkonstruktion führte.

Claims

Polymere coextrudierte Bahn, die mehrere ausgeprägte Phasen umfasst, die in Bahnrichtung im Wesentlichen kontinuierlich sind, in Querrichtung zur Bahn diskontinuierlich sind und von einer Matrix mit mindestens zwei Schichten umgeben sind, wobei die mehreren ausgeprägten Phasen dadurch gekennzeichnet sind, dass sie eine einheitliche Breite haben, wie durch einen Variationskoeffizienten von weniger als 8% für drei aufeinanderfolgende Phasen gezeigt wird.
Polymere coextrudierte Bahn nach Anspruch 1, wobei die ausgeprägten Phasen ein elastomeres Material umfassen und die Matrix ein im Wesentlichen nichtelastomeres Material umfasst.
Polymere coextrudierte Bahn nach Anspruch 1, wobei die ausgeprägten Phasen Polyethylen umfassen und die Matrix Polypropylen umfasst.
Polymere coextrudierte Bahn nach Anspruch 1, wobei zwei Schichten der Matrix unterschiedliche Zusammensetzungen umfassen.
Polymere coextrudierte Bahn nach Anspruch 1, bei der die ausgeprägten Phasen ein im Wesentlichen nichtelastomeres Material umfassen und die Matrix ein elastomeres Material umfasst.
Coextrudierte Bahn nach Anspruch 1 mit einer Haftklebstoffschicht, die so angeordnet ist, dass die Bahn als Klebegegenstand brauchbar ist.
Coextrudierte Bahn nach Anspruch 6, wobei der Klebegegenstand als Verpackungsband, Umführungsband, Tragegriffband, querreißfestes Band, Aufreißband oder
Coextrudierte Bahn nach Anspruch 1, die des Weiteren mindestens eine auf die Coextrudierte Bahn laminierte faserige Bahn umfasst.
Coextrudierte Bahn nach Anspruch 1, wobei das Matrixmaterial und das Material der ausgeprägten Phasen die gleiche chemische Zusammensetzung haben, jedoch als getrennte Bereiche unterschieden werden können.
Coextrudierte Bahn nach Anspruch 1, wobei die Bahn in mindestens einer Richtung orientiert ist.
Bahn nach Anspruch 1, wobei die Matrix ein atmungsaktives, elastisches Polyurethan ist, die ausgeprägten diskontinuierlichen Phasen thermoplastisch sind und die Zugfestigkeit in Bahnrichtung mindestens 50% größer als diejenige einer vergleichbaren Bahn ohne diskontinuierliche Phasen ist.
Extrusionsdüse zur Bildung einer polymeren coextrudierten Bahn, wobei die Düse umfasst: einen Körper (24), der mindestens zwei Kammern (54A, 54B) enthält, die jeweils ein vorgeordnetes Ende (32) und ein nachgeordnetes Ende (34) aufweisen; und mindestens eine Einrichtung (44), die zwischen den Kammern des Körpers angeordnet ist, um eine Wand von jeder Kammer zu bilden, so dass die Längsabmessung der Einrichtung ungefähr quer zu der Richtung liegt, in der Polymer durch die Düsenkammern fließen soll, wobei die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie i) hohl ist, wobei der innere Hohlraum (60) der hohlen Einrichtung einen vorderen Bereich (51) aufweist, der in Richtung des nachgeordneten Endes der Düse orientiert ist; ii) mindestens eine Eingangsöffnung (46) aufweist, die so angeordnet ist, dass extrudierbares Material in den Hohlraum befördert wird; iii) mehrere Ausgangsöffnungen (50) aufweist, die in dem vorderen Bereich der Einrichtung angeordnet sind, um Material in Richtung des nachgeordneten Endes des Düsenkörpers zu extrudieren; iv) wobei die Anzahl und die Größe der Ausgangsöffnungen in der Einrichtung und der Querschnitt des Hohlraums senkrecht zu der Richtung, in der extrudierbares Material hineinfließt, ausreichen, um ein Verhältnis des Druckabfalls durch die Ausgangsöffnungen ΔP_Öffnung Zum Druckabfall durch den Hohlraum ΔP_Hohlraum von mindestens etwa 1,5 zu ergeben, wobei die folgende Gleichung zum Berechnen von ΔP verwendet wird und dieselbe Fließgeschwindigkeit durch alle Ausgangsöffnungen mit dem gleichen Querschnitt angenommen wird, wobei die Gleichung
ist, in der Q = volumetrische Fließgeschwindigkeit, und als gleich für alle Ausgangsöffnungen mit der gleichen Größe angenommen wird, R = Öffnungsradius, L = Rohr- oder Öffnungslänge, m und n Potenzgesetzkonstanten sind, wobei n normalerweise im Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt und m normalerweise im Bereich von 3000 bis 20000 liegt.
Extrusionsdüse nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung des Weiteren eine entfernbare Spitze entlang des Endes umfasst, das zu dem nachgeordneten Bereich der Düse weist, und die Einrichtung um eine Achse schwenkbar ist, die den vorgeordneten Bereich der Einrichtung durchläuft.
Verfahren zur Herstellung einer polymeren coextrudierten Bahn, wobei das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen mindestens eines extrudierbaren Matrixmaterials und eines zweiten extrudierbaren Materials; b) Bereitstellen einer Düse, enthaltend zwei Kammern, wobei jede ein vorgeordnetes und ein nachgeordnetes Ende aufweist, und eine Einrichtung, die so zwischen den beiden Kammern angeordnet ist, dass sie eine Wand von jeder Kammer bildet, so dass sich mindestens zwei Lücken zwischen der Außenseite der Einrichtung und der Innenseite der Kammern befinden, durch die Polymer fließen kann, wobei die Einrichtung einen Hohlraum mit mindestens einer Eingangsöffnung, die zum Aufnehmen von extrudierbarem Material angeordnet ist, und mehrere Ausgangsöffnungen enthält, die orientiert sind, um Polymer in Richtung des nachgeordneten Endes der Kammer zu extrudieren, und c) Extrudieren des extrudierbaren Matrixmaterials durch die beiden Kammern der Düse und des zweiten extrudierbaren Materials durch die Eingangs- und Ausgangsöffnungen in der Einrichtung, um eine coextrudierte Bahn zu produzieren, die eine kontinuierliche Matrix, die das Matrixmaterial umfasst, und das zweite extrudierbare Material umfasst, das in der Matrix als separate Phase enthalten ist, wobei die Anzahl und die Größe der Ausgangsöffnungen in der Einrichtung und der Querschnitt des Hohlraums senkrecht zu der Richtung, in die das zweite extrudierbare Material fließt, ausreichen, um ein Verhältnis des Druckabfalls durch die Ausgangsöffnungen ΔP_Öffnung zu Druckabfall durch den Hohlraum ΔP_Hohlraum von mindestens etwa 1,5 zu ergeben, wobei die Fließgeschwindigkeitsgleichung für ein Potenzgesetz-Fluid zum Berechnen verwendet wird und dieselbe Fließgeschwindigkeit durch alle Ausgangsöffnungen mit dem gleichen Querschnitt angenommen wird, wobei die Gleichung
ist, in der Q = volumetrische Fließgeschwindigkeit, und als gleich für alle Ausgangsöffnungen mit der gleichen Größe angenommen wird, R = Öffnungsradius, L = Rohr- oder Öffnungslänge, m und n Potenzgesetzkonstanten sind, wobei n normalerweise im Bereich von 0,2 bis 0,8 liegt und m normalerweise im Bereich von 3000 bis 20000 liegt.
Verfahren zur Herstellung einer polymeren coextrudierten Bahn nach Anspruch 14, wobei zwei unterschiedliche Matrixmaterialien verwendet werden, wobei ein Matrixmaterial durch eine Kammer der Düse extrudiert wird und das andere Matrixmaterial durch die andere Kammer extrudiert wird.