PL179692B1

PL179692B1 - Wlóknina na odziez i materialy ochronne PL PL PL PL

Info

Publication number: PL179692B1
Application number: PL96322306A
Authority: PL
Inventors: Ty Jackson Stokes
Original assignee: Kimberly Clark Co; Kimberly Clark Worldwideinc
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 2000-10-31
Also published as: DE69617924D1; EP0815305B1; DE69617924T2; WO1996029456A1; BR9607943A; MX9706860A; PL322306A1; AU4924796A; US5545464A; CN1184512A; CN1211518C; AR001270A1; KR19980703159A; KR100384663B1; EP0815305A1; AU690432B2; CA2213718A1; ZA961687B

Abstract

1. Wlóknina na odziez i materialy ochronne, majaca wzór z obszarów spojenia i zawie- rajaca wieloskladnikowe wlókna, posia- dajace skladnik polimerowy o wyzszej tem- peraturze topnienia i skladnik polimerowy o nizszej temperaturze topnienia, znamienna tym, ze skladnik polimerowy o wyzszej tem- peraturze topnienia otacza skladnik polime- rowy o nizszej temperaturze topnienia i tworzy zewnetrzna powierzchnie wzdluz dlugosci wlókien. FIG. 5 PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy włókniny na odzież i materiały ochronne. Chodzi tu zwłaszcza o włókniny z włókien wieloskładnikowych, zawierających co najmniej dwa polimery olefinowe o różnych temperaturach topnienia, które są spajane z utworzeniem wzoru.

179 692

Znane są włókniny spajane z utworzeniem wzoru wytwarzane z włókien termoplastycznych; znalazły one różnorodne zastosowania w wielu dziedzinach, zwłaszcza w produkcji wyrobów jednorazowego użytku. Włókniny spajane z utworzeniem wzoru mają wzór utworzony z punktów lub obszarów spojenia, w którym włókna w spajanych obszarach zagęszcza się pod wpływem ciepła i ciśnienia do stanu, w którym znajdujący się na powierzchni włókien polimer samoczynnie stapia się i powstają spojenia międzywłóknowe. Włókniny mają różnorodne zastosowania w wielu dziedzinach, ale wykazują skłonność do sztywnienia i upodabniają się do papieru w porównaniu z tkaninami tekstylnymi o podobnej gramaturze. Sztywność włóknin uważa się za wadę, zwłaszcza w tych zastosowaniach, w których włókno styka się ze skórą człowieka, na przykład w prześcieradłach chirurgicznych, pieluchach, podpaskach higienicznych, wyrobach dla osób nie panujących nad wydalaniem i bieliźnie jednorazowego użytku. Czyniono liczne próby mające na celu uzyskanie miękkich włóknin, np. zmieniając wzór spojeń, wprowadzając środek zmiękczający do składu włóknin i stosując na włókninach środki do zmiękczania miejscowego. Przykładowo, w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 3,855,046 mówi się o spajanej punktowo i dającej się układać włókninie z odłączalnymi obszarami spajania. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 3,973,068, mówi się o miękkiej wstędze włókninowej wytwarzanej z polimeru termoplastycznego, zawierającego ukrytą substancję smarną. Substancja smarna zmniejsza skłonność do powstawania dodatkowych wiązań poza obszarami spajania podczas procesu spajania, co poprawia miękkość i skłonność układania się bez niekorzystnego wpływania na właściwości wytrzymałościowe wstęgi.

Innym, znanym w dziedzinie wytwarzania miękkich włóknin podejściem jest produkcja włókniny z karbikowanych włókien wieloskładnikowych. W skład takich karbikowanych włókien wieloskładnikowych wchodzą co najmniej dwa polimery składowe zajmujące różne przekroje poprzeczne włókien, zazwyczaj w układzie jeden przy drugim obok siebie, tzw. „bok do boku”, w przybliżeniu, polimery składowe na karbikowane włókna wieloskładnikowe wybiera się spośród polimerów, mających zróżnicowane właściwości skurczowe, w wyniku czego różnica skurczu pomiędzy polimerami składowymi wywołuje karbikowatość włókien podczas procesu przędzenia lub zaraz po nim. Typowo, polimery składowe dobiera się ponadto w taki sposób, żeby miały różne temperatury topnienia, przy czym polimer o najniższej temperaturze topnienia znajduje się na powierzchni zewnętrznej i leży na całej długości włókien. Odsłonięty polimer o niskiej temperaturze topnienia służy do polepszania spajalności wstęg włókninowych wytwarzanych z takich włókien wieloskładnikowych. Po osadzeniu lub gręplowaniu włókien wieloskładnikowych w celu uzyskania wstęgi włókninowej, zadaniem odsłoniętego polimeru o niższej temperaturze topnienia jest utworzenie spojeń międzywłóknowych, zwłaszcza w miejscach krzyżowania się i stykania włókien ze sobą. Po obróbce termicznej włókniny do temperatury powyżej temperatury topnienia polimeru o najniższej temperaturze topnienia, ale poniżej temperatury topnienia innego składnika polimerowego włókien, polimer o najniższej temperaturze topnienia staje się kleisty lub przylepny i tworzy spojenia międzywłóknowe, natomiast drugi ze składników polimerowych zachowuje swoją spójność fizyczną. Jednakże spajalność takiego materiału z włókien wieloskładnikowych ulega poprawie kosztem innych właściwości, takich jak wytrzymałość na ścieranie, ponieważ punkty spojenia utworzone ze składnika polimerowego o najniższej temperaturze topnienia wykazują skłonność do mniejszej wytrzymałości na ścieranie niż utworzone z polimerów o wyższych temperaturach topnienia.

Pomimo, że wymienione powyżej podejścia do wytwarzania miękkich i dających się układać włóknin są bardzo użyteczne, to jednak nadal istnieje potrzeba wytwarzania spajanych włóknin o ulepszonych pożądanych właściwościach, takich jak miękkość, podatność do układania się, odporność na ścieranie i podobne, przy czym nie są potrzebne dodatkowe etapy produkcji do uzyskania takich pożądanych właściwości.

Włóknina na odzież i materiały ochronne, mająca wzór z obszarów spojenia i zawierająca wieloskładnikowe włókna, posiadające składnik polimerowy o wyższej temperaturze

179 692 topnienia i składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia otacza składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia i tworzy zewnętrzną powierzchnię wzdłuż długości włókien.

Korzystnie, włókna wieloskładnikowe mają konfigurację wybraną spośród konfiguracji płaszczowo-rdzeniowej i wyspowej.

Korzystnie, włókna wieloskładnikowe mają konfigurację płaszczowo-rdzeniową.

Korzystnie, polimer o wyższej temperaturze topnienia jest wybrany spośród polimerów olefinowych, poliamidów, poliestrów i ich mieszanek, a polimer o niższej temperaturze topnienia jest wybrany spośród polimerów olefinowych.

Korzystnie, włókna wieloskładnikowe są włóknami wytworzonymi techniką spajania podczas przędzenia.

Włóknina na odzież i materiały ochronne, mająca wzór z obszarów spojenia i zawierająca wieloskładnikowe włókna, posiadające składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia i składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia jest wybrany spośród polimerów olefinowych, polimerów, poliestrów i ich mieszanek, a składnik o niższej temperaturze topnienia jest wybrany spośród polimerów olefinowych, oraz składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia otacza składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia i tworzy powierzchnię zewnętrzną wzdłuż długości włókien.

Korzystnie, włókna wieloskładnikowe mają konfigurację włókien wybraną spośród konfiguracji płaszczowo-rdzeniowej i wyspowej.

Korzystnie, włókna wieloskładnikowe są włóknami wytwarzanymi techniką spajania podczas przędzenia.

Korzystnie, polimery olefinowe są wybrane spośród takich tworzyw jak polietylen, polipropylen, polibutylen oraz ich mieszanki i kopolimery.

Korzystnie, polimer o wyższej temperaturze topnienia i polimer o niższej temperaturze topnienia są wybrane spośród polimerów' olefinowych.

Korzystnie, polimer o wyższej temperaturze topnienia jest polipropylenem, a polimer o niższej temperaturze topnienia jest polietylenem.

Korzystnie, włókna wieloskładnikowe zawierają do około 85% polimeru o niższej temperaturze topnienia w odniesieniu do łącznej wagi włókien.

Wynalazek zapewnia włókninę spajaną z utworzeniem wzoru, zawierającą włókna wieloskładnikowe. W skład włókien wieloskładnikowych wchodzi składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia oraz składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia, przy czym składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia otacza składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia i tworzy powierzchnię zewnętrzną wzdłuż długości włókien. Korzystnie, składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia wybiera się spośród polimerów olefinowych, poliamidów, poliestrów i ich mieszanek; natomiast składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia wybiera się spośród polimerów olefinowych. Gramatura włókniny wynosi od około 5 g/m² do około 170 g/m², korzystnie, od około 10 g/m² do około 100 g/m2.

Stosowany tu termin „włókna” odnosi się zarówno do włókien staplowych jak i ciągłych, chyba że podano inaczej. Termin „włóknina z włókien spajanych podczas przędzenia” odnosi się do włókniny z włókien ciągłych o małej średnicy wytwarzanych techniką wytłaczania stopionego polimeru termoplastycznego w postaci ciągłych włókien z dużej liczby kapilar w dyszy przędzalniczej. Wytłoczone włókna chłodzi się z równoczesnym wyciąganiem za pomocą wyciągu wydechowego lub innego, dobrze znanego mechanizmu. Wyciągnięte włókna osadza się lub układa na powierzchni formującej w sposób chaotyczny, izotropowy, w wyniku czego powstaje wstęga luźno splątanych włóknin, po czym uformowana wstęga z włókien jest poddawana procesowi spajania i uzyskuje spójność fizyczną oraz

179 692 stabilność wymiarową. Produkcję włóknin techniką spajania podczas przędzenia ujawniono, na przykład, w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 4,340,563, oraz Nr 3,692,618. Typowo, przeciętna średnica włókien spajanych podczas przędzenia wynosi od ponad 10 mikrometrów do ponad około 55 mikrometrów, chociaż istnieje również możliwość wytwarzania włókien spajanych podczas przędzenia o mniejszych średnicach. Termin „włókna staplowe” odnosi się do włókien nieciągłych, których przeciętna średnica jest podobna lub nawet nieco mniejsza od średnicy włókien spajanych podczas przędzenia. Włókna staplowe wytwarza się podczas typowego procesu przędzenia, a następnie tnie się je na odcinki o długości od około 25,4 mm do około 203,2 mm. Następnie takie włókna staplowe grępluje się lub osadza za pomocą powietrza i spaja termicznie lub za pomocą kleju, wytwarzając włókninę.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykładowy wyrób wykonany ze znanej włókniny z włókien wieloskładnikowych, fig. 2 - mikrofotografię punktu spojenia włókniny z włókien spojonych według wynalazku, fig. 3 - mikrofotografię punktu spojenia włókniny z włókien polipropylenowych, fig. 4 - mikrofotografię silnie powiększonego punktu spojenia włókniny według wynalazku z włókien wieloskładnikowych, fig. 5 - mikrofotografię przykładowej włókniny z włókien wieloskładnikowych według wynalazku poddanych obróbce termicznej w temperaturze wyższej od temperatury topnienia składnika włókien wieloskładnikowych, mającego niższą temperaturę topnienia i fig. 6 przedstawia mikrofotografię obrobionej cieplnie typowej włókniny z włókien wieloskładnikowych, zawierającej włókna wieloskładnikowe o składzie rdzeń z polimeru o wysokiej temperaturze topnienia i płaszcz osłaniający z polimeru o niskiej temperaturze topnienia. Włóknina ta została poddana obróbce cieplnej w temperaturze wyższej niż temperatura topnienia polimeru, z jakiego jest osłonka.

Wynalazek zapewnia miękką, dającą się układać włókninę z włókien wieloskładnikowych spajaną z utworzeniem wzoru. Włókna wieloskładnikowe według wynalazku mogą zawierać więcej niż dwa polimery składowe, ale w celu zilustrowania wynalazek opisano na przykładach wykonania z włóknami dwuskładnikowymi. W skład włókien wieloskładnikowych wchodzi polimer składowy o wyższej temperaturze topnienia i polimer składowy o niższej temperaturze topnienia. Włókna wieloskładnikowe, z których jest wykonana włóknina, można określić jako mające układ włókien wieloskładnikowych, w którym polimer o wyższej temperaturze topnienia całkowicie otacza polimer składowy o niższej temperaturze topnienia i tworzy zewnętrzną powierzchnię na całej długości włókien. Spajana z utworzeniem wzoru włóknina według wynalazku cechuje się większą miękkością, jest przyjemniejsza w dotyku i lepiej się układa, bez dającego się zmierzyć wpływania na wytrzymałość na ścieranie w porównaniu ze spajanymi we wzór włókninami wytwarzanymi z włókien jednoskładnikowych, zawierających polimer składowy włókien wieloskładnikowych o wyższej temperaturze topnienia. Ponadto, w porównaniu ze spajanymi z utworzeniem wzoru włókninami z włókien wieloskładnikowych, zawierających typowe włókna wieloskładnikowe z płaszczem z polimeru o niższej temperaturze topnienia i rdzeniem polimerowym o wyższej temperaturze topnienia, włóknina z włókien wieloskładnikowych według wynalazku ma dużo lepszą odporność na ścieranie i odporność na zacieranie oraz ma znacznie rozszerzony zakres temperatur stosowania.

Włóknina z włókien wieloskładnikowych według wynalazku, która ma płaszcz z polimeru o wyższej temperaturze topnienia, ma wyższy zakres temperatur stosowania, który jest podobny jak we włókninach z włókien jednoskładnikowych wytwarzanych z polimeru osłonkowego o wyższej temperaturze topnienia, a równocześnie ma lepsze takie właściwości jak miękkość i wrażenie w dotyku ręką. Uważa się, że osłonka z polimeru o wyższej temperaturze topnienia z włókien wieloskładnikowych według wynalazku zawiera rdzeń o niższej temperaturze topnienia nawet po poddaniu materiału działaniu temperatury wyższej niż temperatura topnienia polimeru o niższej temperaturze topnienia, w wyniku czego zachowuje się spójność fizyczna i rozszerza się zakres temperatur stosowania materiału. Alternatywnie, w odróżnieniu od jednostkowej włókniny wytwarzanej z polimeru o niższej temperaturze topnienia z włókien wieloskładnikowych, które stapiają się i tracą spójność wymiarową, włóknina z

179 692 włókien wieloskładnikowych według wynalazku zachowuje w większości swoje właściwości wymiarowe i odczuwalne w dotyku po poddaniu jej działaniu temperatur wyższych niż temperatura topnienia składnika polimerowego włókien wieloskładnikowych, mającego niższą temperaturę topnienia. Ponadto niespodziewanie stwierdzono, że włóknina z włókien wieloskładnikowych nie zmniejsza swojej miękkości i wrażenia w dotyku dopóki włókniny z włókien wieloskładnikowych wytwarzane z włókien, mających płaszcz polimerowy o niższej temperaturze topnienia i rdzeń z polimeru o wyższej temperaturze topnienia są wyżarzane lub poddawane działaniu temperatury, która stapia i/lub intensyfikuje dalszą krystalizację polimeru o niższej temperaturze topnienia.

Stwierdzono ponadto, że włókniny wytwarzane z włókien wieloskładnikowych według wynalazku cechują się szerszym zakresem spajania pod względem odporności na ścieranie materiału, tj. szerszym zakresem temperatur, w których włókninę można spajać dla uzyskania odpowiedniego poziomu odporności na ścieranie, w porównaniu z włókninami spajanymi z utworzeniem wzoru wytwarzanymi z włókien jednoskładnikowych, zawierających pojedynczy polimer składowy z włókien wieloskładnikowych. Rozszerzony zakres spajania jest zupełnie niespodziewany ze względu na to, że spodziewano się, że włókna wieloskładnikowe, których powierzchnia zewnętrzna jest całkowicie otoczona składnikiem polimerowym o wyższej temperaturze topnienia, powinny mieć zakres spajania podobny do wstęgi z włókien jednoskładnikowych wytwarzanych z polimeru składowego o wysokiej temperaturze topnienia, ponieważ, jak wspomniano wcześniej, punkty spojenia powstają w wyniku stapiania polimeru składowego włókien, zwłaszcza na powierzchni włókien.

Polimery składowe włókien wieloskładnikowych o wyższej temperaturze topnienia wybiera się spośród polimerów olefinowych, poliamidów, poliestrów oraz ich mieszanek i kopolimerów Korzystnie, temperatura topnienia polimeru składowego o wyższej temperaturze topnienia jest wyższa o co najmniej około 5°C, bardziej korzystnie o około co najmniej 10°C od temperatury topnienia innych składników polimerowych włókien. Do polimerów olefinowych nadających się na włókna wieloskładnikowe należą polietylen, np. polietylen dużej gęstości, polietylen średniej gęstości, polietylen małej gęstości i liniowy polietylen małej gęstości; polipropylen, np. polipropylen izotaktyczny, polipropylen syndiotaktyczny, ich mieszanki oraz mieszanki polipropylenu izotaktycznego z polipropylenem ataktycznym; polibutylen, np. poli(l-buten) i poli(2-buten); polipenten, np. poli(l-penten) i poli(2-penten); poli(3-metyl—1-penten); poli(4-metyl-1-penten); oraz kopolimery i ich mieszanki. Do odpowiednich kopolimerów należą kopolimery bezładne i blokowe sporządzone z dwóch lub więcej różnych nienasyconych monomerów olefinowych, takich jak kopolimery etylenu z propylenem. Do poliamidów nadających się na włókna sprzężone należą poliamid 6, poliamid 6/6, poliamid 4/6, poliamid 11, poliamid 12, poliamid 6/10, poliamid 6/12, poliamid 12,/12, kopolimery kaprolaktamu i poliestru dwuaminy oraz podobne, a także ich mieszanki i kopolimery. Do odpowiednich do tego celu poliestrów należą politerefalan etylenu, politerefalan butylenu, politereftalan tetrametylenu, politerefalan cykloheksyleno-1,4-dimetylenu), oraz ich kopolimery izoftalanowe, a także ich mieszanki. Spośród tych nadających się do tego celu polimerów, do najbardziej pożądanych na składnik o wyższej temperaturze topnienia należą poliolefiny, a zwłaszcza polietylen i polipropylen, ze względu na ich dostępność na rynku i znaczenie, a także ze względu na ich właściwości chemiczne i mechaniczne.

Polimerowy składnik włókien wieloskładnikowych o niższej temperaturze topnienia wybiera się spośród homopolimerów olefinowych, kopolimerów olefinowych i ich mieszanek. Odpowiednie polimery olefinowe na składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia wybiera się spośród polimerów olefinowych wymienionych powyżej na składnik polimerowy włókien wieloskładnikowych o wyższej temperaturze topnienia pod warunkiem, że wybrany polimer olefinowy ma niższą temperaturę topnienia niż polimerowy składnik o wyższej temperaturze topnienia, korzystnie, różnica ta powinna mieścić się we wspomnianym powyżej pożądanym zakresie różnic temperatur topnienia. Do najbardziej pożądanych tworzyw poliolefinowych należą polietylen, polipropylen oraz ich mieszanki i kopolimery, ze względu na

179 692 ich znaczenie przemysłowe i ich odpowiednie właściwości chemiczne i mechaniczne. Włókna wieloskładnikowe według wynalazku mogą mieć składniki polimerowe o wyższej i niższej temperaturze topnienia o dowolnej kombinacji wagowej pod warunkiem, że włókna zawierają polimer o wyższej temperaturze topnienia w ilości wystarczającej do otoczenia polimeru o niższej temperaturze topnienia. Korzystnie, w przypadku stosowania włókien dwuskładnikowych, włókna te zawierają, w odniesieniu do całkowitej wagi włókna, do około 85%, bardziej konkretnie pomiędzy około 10% a około 85%, jeszcze bardziej konkretnie pomiędzy około 20% a około 75%, a najbardziej konkretnie pomiędzy około 30% a około 65% polimeru o niższej temperaturze topnienia.

Włókna wieloskładnikowe według wynalazku mogą mieć dowolną konfigurację pod warunkiem, że składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia stanowi i otacza powierzchnię zewnętrzną włókien wzdłuż w zasadzie całej długości włókien. Odpowiednimi do tych celów konfiguracjami włókien wieloskładnikowych są koncentryczne i mimośrodowe konfiguracje płaszczowo-rdzeniowe oraz konfiguracje typu wyspowego, przy czym włókna wieloskładnikowe mogą być karbikowane lub niekarbikowane.

Generalnie, włókna wieloskładnikowe wytwarza się w procesie stapiania polimerów składowych, polimery składowe obrabia się termicznie w oddzielnych wytłaczarkach, w których polimery te topi się i zapewnia każdemu z nich jednorodne właściwości pod względem płynięcia. Stopione polimery składowe doprowadza się z wytłaczarek i przepuszcza przez otworki przędzalnicze w dyszy przędzalniczej do wyrobu włókien wieloskładnikowych. Odpowiednią do wyrobu włókien wieloskładnikowych dyszę przędzalniczą ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 4,717,325. W procesach produkcji włókien staplowych chłodzi się włókna przędzone ze stopu i utrwala, zazwyczaj za pomocą strumienia powietrza, po czym rozciąga lub wyciąga za pomocą szeregu gorących rolek po albo podczas ogrzewania włókien ciągłych do odpowiedniej temperatury. Następnie wyciągnięte włókna ciągłe teksturuje się i tnie na odcinki o odpowiedniej długości. Następnie włókna staplowe osadza się, np. techniką wyczeskową albo za pomocą powietrza lub na mokro, na powierzchni formującej w celu utworzenia wstęgi włókninowej, a następnie spaja się ze sobą. W procesach ciągłego wytwarzania włókien, np. w procesie spajania podczas przędzenia, przędzione ze stopu włókna ciągłe są wyciągane z równoczesnym studzeniem, zazwyczaj za pomocą strumienia powietrza pod ciśnieniem, a następnie utrwalane do stanu ciągłych włókien wyciągniętych. Wyciągnięte włókna osadza się bezpośrednio na powierzchni formującej, a następnie spaja, uzyskując włókninę.

Przykładową technikę wytwarzania odpowiednich włókien wieloskładnikowych dla celów wynalazku ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 5,382,400. W opisie tym ujawniono technologię wytwarzania wstęgi z włókien wieloskładnikowych wytwarzanych techniką spajania podczas przędzenia, w której skład wchodzi przędzenie ze stopu ciągłych wieloskładnikowych włókien polimerowych, co najmniej częściowe studzenie włókien wieloskładnikowych tak, że uzyskują one utajoną karbikowatość, uaktywnianie utajonej karbikowatości i wyciąganie włókien za pomocą ogrzanego powietrza wyciągowego, a następnie osadzanie karbikowanych, wyciągniętych włókien na powierzchni formującej w celu utworzenia wstęgi włókninowej. Generalnie, skutkiem wyższej temperatury powietrza wyciągowego jest większa liczba fałd. Opcjonalnie, podczas etapu wyciągania można wykorzystać nie ogrzane powietrze z otoczenia do eliminacji uaktywniania karbikowatości utajonej i wytwarzania nie karbikowanych włókien wieloskładnikowych.

Wstęgi włókninowe wykonane z włókien wieloskładnikowych spaja się za pomocą odpowiedniej technologii wytwarzania spojeń z utworzeniem wzoru. Generalnie, w pożądanej technologii spajania z utworzeniem wzoru stosuje się pary rolek do spajania we wzór, które wytwarzają punkty spojenia w ograniczonych obszarach wstęgi poprzez przepuszczanie wstęgi przez szczelinę utworzoną przez rolki spajające. Na jednej lub obu parach rolek znajduje się wzór złożony z wybrzuszeń i zagłębień na powierzchni, który wytwarza punkty spojenia, i są ogrzewane do odpowiedniej temperatury, jak wspomniano dalej. Alternatywnie, wzór

179 692 spajania można nanosić przepuszczając wstęgę przez szczelinę utworzoną pomiędzy ultradźwiękowym rożkiem a kowadłem.

Temperaturę rolek spajających i nacisk rolek powinno się dobierać w taki sposób, żeby uzyskać spojenia bez niepożądanych towarzyszących efektów ubocznych, takich jak nadmierny skurcz i degradacja wstęgi. Ponadto temperatura rolki spajającej nie powinna być na tyle wysoka, żeby materiał przywierał do rolek spajających. Alternatywnie, nie jest pożądane poddawanie wstęgi działaniu temperatury, przy której występuje ekstensywne stapianie włókien, a w konsekwencji termiczna degradacja materiału umożliwiająca jego przywieranie do rolek spajających. Chociaż na odpowiednie temperatury rolek i ciśnienia w szczelinie pomiędzy rolkami wpływają takie parametry jak prędkość wstęgi, gramatura wstęgi, charakterystyki włókien, polimery składowe i podobne, to, korzystnie, temperatura rolki jest w zakresie pomiędzy temperaturą mięknienia a temperaturą topnienia kryształów polimeru składowego, stanowiącego powierzchnię zewnętrzną włókien wieloskładnikowych. Przykładowo, odpowiednimi parametrami spajania wstęg włókninowych, zawierających włókna wieloskładnikowe, w których składnikiem polimerowym o wyższej temperaturze topnienia jest polipropylen, są temperatura rolek w zakresie od około 125°C do około 160°C, a nacisk na materiał w szczelinie między rolkami w zakresie od około 350 g/cm² do około 3500 g/cm².

Znane są materiały nadające się do wytwarzania rolek spajających, przykładowo, na rolki ze wzorem nadaje się stal, a na rolki gładkie guma odporna na wysokie temperatury. W technice grawerskiej znane są odpowiednie procedury wytwarzania rolek ze wzorem. Według wynalazku, całkowite pole powierzchni pokryte przez punkty spajania stanowi od około 3% do około 50%, korzystnie od około 4% do około 45%, a najbardziej korzystnie od około 5% do około 35%, planarnej powierzchni spajanej włókniny, oraz, korzystnie, spajana włóknina zawiera od około 8 do około 120 punktów spojenia na centymetr kwadratowy (cm2), bardziej korzystnie od około 12 do około 100 punktów spojenia na cm¹

Włóknina według wynalazku, wykonana z włókien wieloskładnikowych, jest miękka, daje się układać i zawiera mało szarpi oraz wykazuje dobre właściwości w dotyku ręką, zachowując w zasadzie odpowiednią wytrzymałość na ścieranie i wytrzymałość na zacieranie charakterystyczne dla podobnie sporządzonych włóknin z włókien jednoskładnikowych wytwarzanych z polimeru składowego włókien wieloskładnikowych cechującego się wyższą temperaturą topnienia. Ponadto włókniny wytwarzane z włókien wieloskładnikowych według wynalazku mają szerszy przedział spajania i rozszerzony zakres temperatur użytkowania w porównaniu z włókniną sporządzoną z włókien jednoskładnikowych, zawierających każdy z polimerów składowych włókien wieloskładnikowych. Miękka, dająca się układać włóknina jest bardzo odpowiednia do stosowania w różnorodnych dziedzinach, w których istotne znaczenie mają miękkość, podatność do układania i odporność na ścieranie. Przykładowo, włóknina z włókien wieloskładnikowych bardzo nadaje się do wytwarzania wyrobów jednorazowego użytku, takich jak prześcieradła chirurgiczne, wkładki do pieluch, podpasek higienicznych i wyrobów dla osób nie panujących nad wydalaniem, odzieży jednorazowego użytku, np.odzieży ochronnej, fartuchów chirurgicznych i fartuchów diagnostycznych oraz podobnych. Miękką, dającą się układać włókninę można stosować jako materiał jednowarstwowy lub w laminacie, zawierającym co najmniej jedną warstwę włókniny i co najmniej jedną, dodatkową warstwę włókniny lub folii. Dodatkową warstwę laminatu dobiera się w taki sposób, żeby nadać materiałowi dodatkowe i/lub komplementarne właściwości, takie jak właściwości barierowe dla płynów i/lub mikroorganizmów. Przykładowo, bardzo użyteczną strukturę laminatu ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,041,203. Opisano w nim laminat włókniny z włókien ciągłych, np, wstęgę spajaną podczas przędzenia, z mikrowłókienkową. wstęgą włókninową, np. wstęgę formowaną rozdmuchowo ze stopu.

Odzież jednorazowego użytku, którą można wytwarzać z włóknin według wynalazku, ujawniono, na przykład, w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,824,625 i nr 3,911,499. Przykładowo, jak widać na fig. 1, fartuch 10 ma część główną 12,

179 692 parę rękawów 14, ewentualnie z mankietami 16, oraz otwór 18 na szyję. Część główna 12, która jest wykonana, korzystnie, z włóniny z włókien wieloskładnikowych według wynalazku, ma ciągłą część przednią 20 i część tylną złożoną z dwóch kawałków materiału, prawego i lewego, 22 i 25. Do prawego kawałka 24 materiału jest przymocowana klapka zakładkowa 26 biegnąca w zasadzie na całej długości fartucha, którą widać na fig. 1 w położeniu złożonym. Lewy kawałek 22 materiału i klapkę 26 można przymocować do siebie za pomocą taśm mocujących 28 i 38, które są przymocowane, odpowiednio, do kawałka materiału i klapki. Taśmy mocujące mogą być podłużnymi paskami, które można ręcznie wiązać, lub mogą to być taśmy samomocujące. Odpowiednimi do tych celów taśmami mocującymi mogą być taśmy przylepne i mechaniczne elementy mocujące, na przykład łączniki haczykowo-pętelkowe, takie jak łączniki systemu Velcro(R). Mankiety 16 można wytwarzać z szerokiego asortymentu rozciągliwych materiaów tkaninowych i włókninowych. Mankiety te można wytwarzać z rozciągliwych dzianin lub z uelastycznionych lub elakstycznych włóknin. Przykładowo, odpowiedni do tych celów mankiet ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,727,239. Mankiety 16 można mocować do rękawów 14 za pomocą klejów, termicznie lub mechanicznie. Tego typu fartuch jednorazowego użytku jest bardzo poręczny, miękki i daje się układać, a jednocześnie ma znakomitą odporność na ścieranie, dzięki czemu jest bardzo przydatny jako fartuch diagnostyczny, fartuch chirurgiczny i podobne.

Poniżej podano przykłady wykonania ilustrujące cele wynalazku, ale nie ograniczające jego zastosowań.

Przykłady: Do wyznaczania różnych właściwości fizycznych włóknin w dalszych przykładach stosowano następujące procedury badawcze.

Obciążenie rozciągające

Wytrzymałość na rozciąganie badano zgodnie ze Znormalizowanymi Metodami Federalnymi 191 A, Metoda 5100 (1978), Grab Tensile Test. Test ten służy do pomiaru obciążenia w punkcie zerwania badanego włókna.

Miseczkowa próba zginania

Test miseczkowej próby zginania służy do oceny sztywności włókna i przeprowadza się go na kwadratowych kawałkach materiału o wymiarach 22,9 cm x 22,9 cm (9x9) umieszczonych na górze cylindra z otworem o średnicy około 5,7 cm i długości 6,7 cm, przy czym materiałowi nadaje się kształt odwróconej miseczki wsuwając wydrążony cylinder o średnicy wewnętrznej około 6,4 cm na materiał pokrywający cylinder. Następnie zdejmuje się cylinder wewnętrzny i górną płaską część niepodpartego, mającego kształt odwróconej miseczki kawałka materiału, znajdującego się w wydrążonym cylindrze umieszcza się pod mającą kształt półkuli stopką o średnicy 4,5 cm. Stopkę i mający kształt odwróconej miseczki kawałek materiału centruje się w taki sposób, żeby stopka nie stykała się ze ścianką wydrążonego cylindra, co mogłoby wpłynąć na obciążenie. Obciążenie maksymalne, które jest maksymalnym obciążeniem potrzebnym do zgniecenia próbki testowej materiału w kształcie miseczki, mierzy się podczas opuszczania stopki z prędkością około 6,35 mm na sekundę (381 mm na minutę) za pomocą ogniwa obciążnikowego Model FTD-G-500 (zakres do 500 gramów), które można nabyć w firmie Schaevitz Company, Tennsauken, New Jersey. Mniejsza wartość uzyskana podczas miseczkowej próby zginania oznacza materiał bardziej miękki.

Ścieranie metodą Martindale

Badania odporności na ścieranie prowadzono na maszynie Martindale Wear and Abrasion Tester Model No. 103 firmy Ahiba-Mathis, Charlotte, N.C., zgodnie z procedura badawczą ASTM D4966-89 przy obciążeniu roboczym 9 kPa. Przeprowadzano 120 cykli obciążenia, po czym powierzchnię próbki badano na obecność pyłu, drobnych okruchów, występowania struktur linowych i otworów Próbki porównywano z wzorcem wzrokowym i przyznawano im stopień zużycia w skali od 1 do 5, przy czym 5 oznaczało niewielkie lub niewidoczne zużycie, a 1 otworki wytarte w próbce.

179 692

Przykłady 1-12 (Przykł. 1 - Przykł. 12)

Z dwuskładnikowych włókien z liniowego polietylenu małej gęstości (LPEmg) i polipropylenu (PP) o strukturze płaszczowo-rdzeniowej wykonano wstęgi włókninowe formowane techniką stapiania podczas przędzenia o gramaturze około 34 g/m² (1 uncja na jard kwadratowy); zastosowano proces produkcji włókien dwuskładnikowych ujawniony we wspomnianym powyżej opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 5,382,400, przy czym jako powietrze wyciągowe zastosowano nie ogrzewane powietrze z otoczenia. Zmieszano LPEmg, Aspun 6811A firmy Dow Chemical, z 2% wagowymi koncentratu TiO2, zawierającego 50% wagowych TiO2 i 50% PP, po czym uzyskaną mieszankę doprowadzono do pierwszej wytłaczarki jednoślimakowej. Zmieszano PP, PD3443 firmy Exxon, z 2% wagowymi opisanego powyżej koncentratu TiO2 i mieszankę doprowadzono do drugiej wytłaczarki jednoślimakowej. Z wytłoczonych polimerów wykonano techniką przędzenia włókna dwuskładnikowe za pomocą dyszy przędzalniczej do wytwarzania koncentrycznych włókien dwuskładnikowych typu płaszczowo-rdzeniowego, której średnica otworów przędzalniczych wynosiła 0,6 mm, a stosunek L/D wynosił 6:1. Temperaturę stopionych polimerów doprowadzanych do dyszy przędzalniczej utrzymywano na poziomie 229°C, a przepustowość otworu przędzalniczego wynosiła 0,7 grama/otwór/minuta. Wytłoczony PP. doprowadzano przez dyszę tak, żeby powstawał płaszcz z włókien, natomiast wytłoczony LPEmg doprowadzano przez dyszę tak, żeby powstawał z niego rdzeń. Regulowano stosunek dwóch wytłoczonych polimerów doprowadzanych do dyszy przędzalniczej o różnych stosunkach wagowych składników polimerowych. Procentową zawartość wagową polimerów składowych dla przykładowych materiałów podano w tabeli 1. Dwuskładnikowe włókna wychodzące z dyszy przędzalniczej chłodzono za pomocą strumienia powietrza o natężeniu przepływu około 3,2 m³/min/cm (45 stóp3/min/cal) szerokości dyszy przędzalniczej i temperaturze 18°C. Powietrze chłodzące doprowadzano w miejscu znajdującym się około 13 cm poniżej dyszy przędzalniczej, a ostudzone włókna wciągano do urządzenia zasysającego takiego typu jaki opisano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 3,802,817. Waga wyciągniętych włókien na jednostkę długości wynosiła około 2 denier na włókno. Wyciągnięte włókna osadzano następnie na perforowanej powierzchni formującej za pomocą strumienia podciśnieniowego, tworząc niespojoną wstęgę włókien.

Niespojoną wstęgę włókien spajano przepuszczając ją przez szczelinę pomiędzy walcem kalandrującym a walcem oporowym. Walec kalandrujący był walcem stalowym z układem regularnie rozmieszczonych we wzór uniesionych punktów (punktów spajania) na powierzchni i był wyposażony w elementy ogrzewające. Walec oporowy był gładkim walcem ze stali nierdzewnej, również wyposażonym w elementy ogrzewające. Średnice obu walców spajających wynosiły około 61 cm. walce spajające działały na wstęgi z naciskiem około 560 kg/cm2 i były ogrzane do temperatury podane w tabeli 1.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Włóknina na odzież i materiały ochronne, mająca wzór z obszarów spojenia i zawierająca wieloskładnikowe włókna, posiadające składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia i składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia, znamienna tym, że składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia otacza składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia i tworzy zewnętrzną powierzchnię wzdłuż długości włókien.
2. Włóknina według zastrz. 1, znamienna tym, że włókna wieloskładnikowe mają konfigurację wybraną spośród konfiguracji płaszczowo-rdzeniowej i wyspowej.
3. Włóknina według zastrz. 2, znamienna tym, że włókna wieloskładnikowe mają konfigurację płaszczowo-rdzeniową.
4. Włóknina według zastrz. 1, znamienna tym, że polimer o wyższej temperaturze topnienia jest wybrany spośród polimerów olefinowych, poliamidów, poliestrów i ich mieszanek, a polimer o niższej temperaturze topnienia jest wybrany spośród polimerów olefinowych.
5. Włóknina według zastrz. 2, znamienna tym, że włókna wieloskładnikowe są włóknami spod filiery.
6. Włóknina na odzież i materiały ochronne, mająca wzór z obszarów spojenia i zawierająca wieloskładnikowe włókna, posiadające składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia i składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia, znamienna tym, że składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia jest wybrany spośród polimerów olefinowych, polimerów, poliestrów i ich mieszanek, a składnik o niższej temperaturze topnienia jest wybrany spośród polimerów olefinowych, oraz składnik polimerowy o wyższej temperaturze topnienia otacza składnik polimerowy o niższej temperaturze topnienia i tworzy powierzchnię zewnętrzną wzdłuż długości włókien.
7. Włóknina według zastrz. 6, znamienna tym, że włókna wieloskładnikowe mają konfigurację włókien wybraną spośród konfiguracji płaszczowo-rdzeniowej i wyspowej.
8. Włóknina według zastrz. 7, znamienna tym, że włókna wieloskładnikowe mają konfiguracj ę płaszczowo-rdzeniową.
9. Włóknina według zastrz. 6, znamienna tym, że włókna wieloskładnikowe są włóknami spod filiery.
10. Włóknina według zastrz. 6, znamienna tym, że polimery olefinowe są wybrane spośród takich tworzyw jak polietylen, polipropylen, polibutylen oraz ich mieszanki i kopolimery.
11. Włóknina według zastrz. 6, znamienna tym, że polimer o wyższej temperaturze topnienia i polimer o niższej temperaturze topnienia są wybrane spośród polimerów olefinowych.
12. Włóknina według zastrz. 11, znamienna tym, że polimer o wyższej temperaturze topnienia jest polipropylenem, a polimer o niższej temperaturze topnienia jest polietylenem.
13. Włóknina według zastrz. 11, znamienna tym, że włókna wieloskładnikowe zawierają do około 85% polimeru o niższej temperaturze topnienia w odniesieniu do łącznej wagi włókien.