PL212700B1

PL212700B1 - Oddychajacy rozciagliwy elastyczny material kompozytowy i sposób jego wytwarzania

Info

Publication number: PL212700B1
Application number: PL372411A
Authority: PL
Inventors: Pai-Chaun Wu; Dale Eugene Robinson; Richard Arnold Bradford
Original assignee: Clopay Plastic Prod Co
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2012-11-30
Also published as: HUP0500179A2; AR039093A1; KR100682113B1; CO5611186A2; RU2310565C2; BR0308656B1; JP4848120B2; MXPA04009224A; EP1487639A1; DE60304031T2; PL372411A1; ES2260615T3; ATE320344T1; CN100404247C; AU2003218353A1; CN1649730A; US7674733B2; EP1487639B1; WO2003082571A1; BR0308656A

Description

Dziedzina wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest oddychający, stopniowo rozciągany elastyczny materiał kompozytowy, który składa się z wewnętrznej folii elastomerycznej laminowanej przez wytłaczanie na włókninie, korzystnie na obu powierzchniach folii. Przedmiotem wynalazku jest ponadto sposób wytwarzania takiego materiału kompozytowego.

Stan techniki

Elastyczne materiały kompozytowe są znane w dziedzinie. Np. w opisach patentowych US nr 5 422 172 i US nr 5 861 074 Wu i in. ujawnili elastyczne laminowane arkusze włókniny i folii elastomerycznej. Wu określił termin „elastyczne” jako rozciągliwe po przyłożeniu siły i powracające do swojej oryginalnej lub w istocie oryginalnej formy po zwolnieniu tej siły. Wu ujawnił, że elastyczny laminat można stopniowo rozciągać, co pozwala na uzyskanie bardzo miękkiego włóknistego wykończenia, mającego wygląd włókniny, o lepszej wytrzymałości włókien, tym samym uzyskanie materiału kompozytowego korzystnego do zastosowania w odzieży oraz do innych zastosowań, w których pożądane jest miękkie wykończenie. Ponadto Wu ujawnił, że elastyczny laminat, dzięki folii elastomerycznej, charakteryzuje się nieprzepuszczalnością dla płynów, utrzymując w dotyku miękkość włókniny na powierzchni laminatu, chociaż można w różnym stopniu osiągnąć przepuszczalności wobec pary lub powietrza dzięki mechanicznemu wykonaniu mikrootworów.

Typowe sposoby mechanicznego wykonania mikrootworów obejmują przekłuwanie gorącą igłą, kalandrowanie gorącym walcem, dziurkowanie ultradźwiękowe lub podobne sposoby. Takie sposoby mechaniczne mogą być niewygodne i/lub trudne do sterowania podczas masowego wytwarzania materiałów kompozytowych. Znana jest także możliwość osiągnięcia przepuszczalności powietrza i pary wodnej przez folie polimeryczne dzięki dodaniu do nich jednego lub więcej wypełniacza tworzącego pory, takiego jak węglan wapnia, a następnie przez rozciąganie folii, z utworzeniem mikroporów w powierzchni w miejscach sąsiadujących z wypełniaczem. Jednakże, stosując takie techniki, często trudne jest uzyskanie pożądanego stopnia przepuszczalności folii elastycznych. Zgodnie z tym, istnieje duże zapotrzebowanie na oddychające elastyczne materiały, które można łatwo produkować.

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zatem ulepszony oddychający, elastyczny materiał kompozytowy oraz ulepszony sposób wytwarzania takiego materiału.

Oddychający, rozciągliwy elastyczny materiał kompozytowy według wynalazku zawiera wewnętrzną folię elastomeryczną zawierającą warstwę włókniny zewnętrznej laminowaną na jednej lub na obu powierzchniach folii, przy czym w rozciąganej stopniowo wewnętrznej folii elastomerycznej znajdują się makrootwory o średniej średnicy od 10 μm do 100 μm losowo rozmieszczone z gęstością ₂ mieszczącą się w zakresie od 5 do 500 na 6,45 cm² i wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera mniej niż 20% wagowych wypełniacza tworzącego pory, przy czym wewnętrzna folia elastomeryczna jest wybrana spośród elastomerycznych kopolimerów blokowych, elastomerycznych polimerów i kopolimerów metalocenowych oraz ich mieszanin, zaś włóknina zewnętrzna typu spun bonded obejmuje poliolefiny.

₃

Korzystnie, materiał kompozytowy ma przepuszczalność powietrza co najmniej 10 cm³/minu₂ tę/cm², po przyłożeniu ciśnienia 413,69 kPa.

Korzystnie, materiał kompozytowy ma rozciągliwość co najmniej 200%, przy stałym odkształceniu nie większym niż 25%.

Korzystnie, wewnętrzna folia elastomeryczna obejmuje elastomeryczny kopolimer blokowy, elastomeryczny metalocenowy polimer lub kopolimer olefinowy, elastomeryczny poliuretan, elastomeryczny polisiloksan lub ich mieszaniny.

Korzystnie, wewnętrzna folia elastomeryczna obejmuje elastomeryczny kopolimer blokowy styrenu.

Korzystnie, wewnętrzna folia elastomeryczna obejmuje poli(styren-butadien-styren), poli(styren-izopren-styren), poii(styren-etylen-butylen-styren) lub ich kombinacje.

Korzystnie, wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera mieszankę elastomerycznego kopolimeru blokowego styrenu i elastomerycznego metalocenowego kopolimeru polietylenu.

Korzystnie, wewnętrzna folia elastomeryczna stanowi folię jednowarstwową lub wielowarstwową.

PL 212 700 B1

Korzystnie, wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera warstwę rdzeniową obejmującą elastomeryczny kopolimer blokowy, styrenu, współwytłaczaną na każdej powierzchni z zewnętrzną warstwą poliolefinową.

Korzystnie, włókniny typu spun bonded indywidualnie obejmują poliolefinę. 22

Korzystnie, każda włóknina ma wagę poniżej 40 g/m², szczególnie 12 g/m².

Korzystnie, wewnętrzna folia elastomeryczna obejmuje mieszankę elastomerycznego kopolimeru blokowego styrenu i elastomerycznego metalocenowego kopolimeru polietylenu, współwytłaczaną z zewnętrzną włókniną poliolefinową typu spun bonded, na obu powierzchniach folii.

Korzystnie, wewnętrzna folia elastomeryczna jest laminowana z zewnętrzną włókniną, na obu powierzchniach folii.

Korzystnie, makrootwory mają średnią średnicę od 10 μm do 50 μm, zwłaszcza od 15 μm do 35 μm.

₂

Korzystnie, makrootwory rozmieszczone są z gęstością w zakresie od 10 do 100 na 6,45 cm², ₂ zwłaszcza w zakresie od 25 do 75 na 6,45 cm².

Korzystnie, wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera mniej niż 10% wagowych wypełniacza tworzącego pory, korzystniej mniej niż 5% wagowych wypełniacza tworzącego pory, zwłaszcza mniej niż 1 % wagowych wypełniacza tworzącego pory.

Według wynalazku sposób wytwarzania oddychającego elastomerycznego materiału kompozytowego, jak określony wyżej, polega na tym, że wewnętrzną folię elastomeryczną laminuje się przez wytłaczanie z włókniną zewnętrzną, na obu powierzchniach folii, ściśle wiążąc ją z włókniną; i uzyskany laminat rozciąga się stopniowo, z wytworzeniem losowo rozmieszczonych makrootworów w wewnętrznej folii elastomerycznej.

Korzystnie, stopniowe rozciąganie prowadzi się w kierunku poprzecznym (CD).

Korzystnie, rozciąganie CD prowadzi się stosując zazębienie wałka współpracującego co najmniej 0,0305 cm.

W jednym rozwiązaniu przedmiotem wynalazku są oddychające, stopniowo rozciągane elastyczne materiały kompozytowe. Materiały kompozytowe składają się z wewnętrznej folii elastomerycznej laminowanej przez wytłaczanie na włókninie zewnętrznej, na obu powierzchniach folii. Wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera losowo rozmieszczone makrootwory, utworzone metodą stopniowego rozciągania i w zasadzie nie zawiera wypełniacza tworzącego pory.

W alternatywnym rozwiązaniu oddychające, stopniowo rozciągane elastyczne materiały kompozytowe składają się z folii elastomerycznej, laminowanej przez wytłaczanie na włókninie, na jednej lub obu powierzchniach folii. Folia elastomeryczna zawiera losowo rozmieszczone makrootwory, utworzone metodą stopniowego rozciągania i w zasadzie nie zawiera wypełniacza tworzącego pory.

Materiał kompozytowy według wynalazku znajduje zastosowanie do produkcji odzieży lub wyrobów jednorazowego użytku. Odzież, co najmniej częściowo, szyje się z oddychającego, stopniowo rozciąganego elastycznego materiału kompozytowego według wynalazku.

Zaletą materiałów kompozytowych według niniejszego wynalazku jest pożądana kombinacja zdolności do oddychania i elastyczności oraz to, że można je łatwo wytwarzać, sposobami według wynalazku. Te i dodatkowe cele i zalety staną się bardziej widoczne na podstawie poniższego szczegółowego opisu, który ilustruje różne rozwiązania wynalazku. Łatwo zauważyć, że przedmiot wynalazku można modyfikować na różne oczywiste sposoby bez odchodzenia od myśli przewodniej wynalazku. Dlatego rysunki i opis ilustrują własności według wynalazku, ale nie ograniczają jego zakresu.

Krótki opis rysunków

Wynalazek będzie bardziej zrozumiały dzięki poniższemu szczegółowemu opisowi, w połączeniu z załączonymi rysunkami, w których:

Na fig. 1A i 1B schematycznie przedstawiono przekroje poprzeczne, odpowiednio pierwszego i drugiego rozwiązania, materiałów kompozytowych według niniejszego wynalazku;

Na fig. 2 schematycznie przedstawiono sekcję laminowania przez wytłaczanie i sekcję stopniowego rozciągania urządzenia odpowiedniego do zastosowania w rozwiązaniu sposobu według wynalazku;

Na fig. 3 przedstawiono powiększony (50 x) widok folii elastomerycznej, warstwy wewnętrznej materiału kompozytowego według wynalazku, opisanego w przykładzie 1;

Na fig. 4 przedstawiono powiększony (500 x) widok przekroju poprzecznego materiału kompozytowego według wynalazku, opisanego w przykładzie 1;

PL 212 700 B1

Na fig. 5 przedstawiono powiększony (1000 x) widok folii elastomerycznej, warstwy wewnętrznej materiału kompozytowego według wynalazku, opisanego w przykładzie 1; i

Na fig. 6 przedstawiono graficznie dane przepuszczalności powietrza dla folii kompozytowej według wynalazku, opisanej w przykładzie 1, w funkcji różnicy ciśnienia.

Szczegółowy opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są oddychające, stopniowo rozciągane elastyczne materiały kompozytowe. Stosowany tu termin „oddychające” odnosi się do materiałów kompozytowych, które wykazują przepuszczalność powietrza. W dodatkowych rozwiązaniach, materiały kompozytowe są przepuszczalne dla powietrza i pary wodnej. W specyficznych rozwiązaniach, materiały kompozytowe wykazują przepuszczalność powietrza co najmniej 10 cm³/minutę/cm², po przyłożeniu ciśnienia 0,41 MPa (60 psi).

W bardziej specyficznym rozwiązaniu, materiały kompozytowe mogą wykazywać przepuszczalność 32 powietrza co najmniej 15 cm³/minutę/cm² po przyłożeniu ciśnienia 0,41 MPa (60 psi). Stosowany tu termin „elastyczne” oznacza rozciągliwe po przyłożeniu siły i powracające do oryginalnego lub w istocie oryginalnego kształtu po zwolnieniu siły rozciągającej, natomiast stosowany tu termin „elastomeryczny” odnosi się do elastycznego materiału polimerycznego. W specyficznych rozwiązaniach, materiały kompozytowe wykazują rozciągliwość co najmniej 150% i po zwolnieniu siły rozciągającej stałe odkształcenie lub wydłużenie nie większe niż 15%. W następnych rozwiązaniach, materiał kompozytowy wykazuje rozciągliwość co najmniej 200% i, po zwolnieniu siły rozciągającej, stałe odkształcenie lub wydłużenie nie większe niż 25%. Na koniec, stosowany termin „stopniowo rozciągany” oznacza, że materiał kompozytowy obejmuje na swojej długości rozłożone naprzemiennie strefy rozciągnięte i strefy nierozciągnięte. Sposób stopniowego rozciągania opisano bardziej szczegółowo poniżej.

Na fig. 1A i 1B przedstawiono schematycznie przekrój poprzeczny materiałów kompozytowych według pierwszego i drugiego rozwiązania według wynalazku. Na fig. 1A materiał kompozytowy 10 obejmuje wewnętrzną folię elastomeryczną 12 i zewnętrzną włókninę 14, na obu powierzchniach folii. Materiał kompozytowy 20 na fig. 1B obejmuje folię elastomeryczną 22 mającą włókninę 24 na jednej powierzchni folii. Podczas gdy wiele specyficznych rozwiązań opisanych poniżej obejmuje dwie włókniny wzdłuż linii materiału kompozytowego 10 na fig. 1A powinno być zrozumiałe, że zakres wynalazku obejmuje także materiał kompozytowy 20 pokazany na fig. 1B. Ponadto, w materiałach kompozytowych 10 i 20, folie elastomeryczne, odpowiednio 12 i 22, pokazano schematycznie jako pojedynczą warstwę. Zakres wynalazku obejmuje także folię elastomeryczną o wielowarstwowej strukturze, co opisano dokładniej poniżej, w odniesieniu do poszczególnych rozwiązań według wynalazku.

W materiałach kompozytowych według wynalazku folię elastomeryczną laminuje się przez wytłaczanie na włókninie, na jednej lub obu powierzchniach folii. Zgodnie z ważnym aspektem wynalazku, laminowanie przez wytłaczanie ściśle wiąże folię elastomeryczną z włókniną lub tkaniną. Stosowany tu termin „ściśle związany” oznacza, że folii elastomerycznej nie można oderwać od włókniny. Warunki przetwarzania odpowiednie do uzyskania ścisłego związania folii elastomerycznej z włókniną lub tkaniną opisano bardziej szczegółowo poniżej. W wyniku ścisłego związania tych warstw materiału kompozytowego, włókna z włókniny zostają zatopione w folii, a po stopniowym rozciąganiu, powstają losowo rozmieszczone makrootwory albo nakłucia, dzięki czemu materiały kompozytowe stają się oddychające. Losowe rozmieszczenie typowo kontroluje się uzyskując jednorodny rozkład wzdłuż długości i szerokości materiału kompozytowego. Ponadto, wymiar makrootworów jest względnie jednorodny wzdłuż i wszerz materiału kompozytowego. W jednym rozwiązaniu, uzyskuje się oddychające materiały kompozytowe w takim zakresie, że materiały te stają się przepuszczalne dla cieczy. Zatem, materiały kompozytowe według takich rozwiązań są odpowiednie do zastosowań, w których bariera dla cieczy nie jest potrzebna. Wymiar otworów nakłuwanych lub makrootworów powstających w folii elastomerycznej można kontrolować zmieniając skład i parametry fizyczne folii elastomerycznej i włókniny, stopień ścisłego związania ich ze sobą i warunki w procesie stopniowego rozciągania. W specyficznych rozwiązaniach, średnia średnica makrootworów jest w zakresie od 5 μm do 100 μm, dokładniej od 10 μm do 50 μm, dokładniej od około 15 μm do 35 μm. Te różne warunki można także wykorzystać do kontroli gęstości otworów nakłuwanych lub makrootworów na powierzchni zewnętrznej materiału kompozytowego. Chociaż gęstość makrootworów może zmieniać się zależnie od indywidualnego zastosowania materiału kompozytowego, w specyficznych rozwiązaniach gęstość mieści się

2 2 2 w zakresie od 5 do 500 na 6,45 cm² (cal²), dokładniej od 10 do 100 na 6,45 cm² (cal²), dokładniej od 25 do 75 na 6,45 cm² (cal²).

Folia elastomeryczna stosowana w materiałach kompozytowych według niniejszego wynalazku może obejmować dowolny elastomeryczny materiał, który można przekształcić w folię metodą wytłaPL 212 700 B1 czania przez tłocznik. Ponadto, folia elastomeryczna może obejmować pojedynczą folię jednowarstwową lub alternatywnie, może obejmować wielowarstwową folię, zawierającą dwie lub więcej warstw, które typowo współwytłacza się. Chociaż specyficzną pożądaną elastyczność folii i uzyskanego materiału kompozytowego określa się dopasowując ją do żądanego zastosowania materiału kompozytowego, w jednym rozwiązaniu, folia elastomeryczna wykazuje stałe odkształcenie poniżej 20%, zwłaszcza od 12 do 18%, przy 200% wydłużeniu. W jeszcze innym rozwiązaniu folia elastomeryczna wykazuje relaksację naprężeń 15-20% przy 200% wydłużeniu. Przykłady odpowiednich materiałów elastomerycznych obejmują elastomeryczne kopolimery blokowe, elastomeryczne polimery i kopolimery metalocenowe, np. elastomeryczne metalocenowe kopolimery olefin, elastomeryczne homopolimery i kopolimery poliuretanu, elastomeryczne homopolimery i/lub kopolimery polisiloksanu itp., a także mieszaniny takich materiałów elastomerycznych. Do wytwarzania folii można także stosować polimery nieelastyczne, jeśli uzyskana folia wykazuje pożądaną elastyczność.

Odpowiednie elastomeryczne kopolimery blokowe obejmują te, zawierające co najmniej jeden winylowy blok aromatyczny i co najmniej jeden blok kauczukowy. Aromatyczne monomery winylowe specyficzne do wytwarzania takich kopolimerów blokowych obejmują styren i podstawione monomery styrenu, np. alkilo-podstawione styreny i fluorowco-podstawione styreny oraz ich mieszaniny. Elastomeryczne kopolimery blokowe zawierające jeden lub więcej blokowych monomerów styrenu powszechnie określa się jako elastomeryczne kopolimery blokowe styrenu. Specyficzne monomery do utworzenia bloku kauczukowego obejmują między innymi butadien, izopren, etylen-propylen, etylen-butylen, itp. Kopolimery blokowe mogą składać się z dwóch bloków, trzech bloków lub większej ich ilości. Dostępne w handlu kopolimery blokowe obejmują polimery Kraton, dostępne z firmy Kraton Polymers, obejmujące, lecz nie ograniczające się do nich, poli(styren-butadien-styren), poli(styren-izopren-styren), poli(styren-etylen-butylen-styren), poli(styren-etylen-propylen-styren), itp.

Elastomeryczne metalocenowe polimery i kopolimery olefinowe obejmują między innymi poliolefiny wytwarzane z zastosowaniem katalizatorów jednomiejscowych metalocenowych. Typowo, jedna lub więcej olefin, takich jak etylen, propylen, styren lub podobne, polimeryzuje się z butenem, heksenem, oktenem, ich mieszaninami lub podobnymi, z wytworzeniem elastomerów odpowiednich do zastosowania według niniejszego wynalazku. Przykłady obejmują między innymi poli(etylen-buten), poli-(etylen-heksen), poli(etylen-okten), poli(etylen-propylen) i/lub ich terpolimery z poliolefinami.

Dodatkowe elastomeryczne materiały do zastosowania w warstwie folii elastomerycznej według wynalazku obejmują poli(ester-eter), poli(eter-amid), poli(etylen-octan winylu), poli(etylen-akrylan metylu), poli(etylen-kwas akrylowy), poli(etylen-akrylan butylu), poli(etylen-propylen-dien) i kauczuk typu etylen-propylen.

Folia elastomeryczna może zawierać mieszankę co najmniej jednego elastomerycznego kopolimeru blokowego styrenu i co najmniej jednego elastomerycznego metalocenowego kopolimeru olefinowego. Odpowiednie ilości kopolimerów mogą zmieniać się, zależnie od pożądanej elastyczności materiału kompozytowego. W bardziej specyficznym rozwiązaniu, takie mieszanki składają się z 10 do 90% wagowych kopolimeru blokowego styrenu i od 10 do 90% wagowych metalocenowego kopolimeru olefinowego. W kolejnym rozwiązaniu, takie mieszanki składają się z od 50 do 90% wagowych kopolimeru blokowego styrenu i od 10 do 50% wagowych metalocenowego kopolimeru olefinowego.

W innych rozwiązaniach folia elastomeryczna może obejmować jedną lub więcej warstw rdzenia A i jedną lub więcej warstw zewnętrznych lub okrywających B. Na ogół takie warstwy zewnętrzne lub okrywające stosuje się w celu izolacji chemicznej jednej warstwy od drugiej lub w celu fizycznej izolacji warstwy od środowiska zewnętrznego. Przykładowo, gdy w folii elastomerycznej stosuje się mieszankę elastomerycznych kopolimerów blokowych styrenu z firmy Kraton i metalocenowego polietylenu, uzyskuje się folię o powierzchni lepkiej w dotyku, a może być pożądane uzyskanie powierzchni folii elastomerycznej z warstwą zewnętrzną na każdej powierzchni. Zazwyczaj, jako taką zewnętrzną warstwę, po dowolnej stronie warstwy mieszanki rdzenia, można stosować cienką warstwę poliolefiny, np. polietylenu, polipropylenu lub ich mieszanin, dzięki czemu folia elastomeryczna staje się wielowarstwową folią o strukturze A/B/A. Zewnętrzne warstwy można dogodnie wytwarzać metodą współwytłaczania z warstwą rdzenia.

Ponieważ losowo rozmieszczone makrootwory powstają w folii elastomerycznej w procesie stopniowego rozciągania, nie jest konieczne dodawanie do folii elastomerycznej wypełniacza porotwórczego dowolnego typu. Zatem folia elastomeryczna w zasadzie nie zawiera wypełniacza porotwórczego. Stosowany tu termin „w zasadzie nie zawiera wypełniacza porotwórczego” oznacza, że folia elastomeryczna zawiera ilość wypełniacza tworzącego pory niewystarczającą do uzyskania mi6

PL 212 700 B1 kroporowatej folii po stopniowym rozciąganiu, w mechanizmie powstawania mikroprzestrzeni w miejscach sąsiadujących z cząstkami wypełniacza.

W korzystnym rozwiązaniu, folia elastomeryczna zawiera poniżej 20% wagowych wypełniacza porotwórczego, korzystniej, poniżej 10% wagowych wypełniacza porotwórczego, a jeszcze korzystniej, poniżej 5% wagowych wypełniacza porotwórczego. W następnych rozwiązaniach, folia elastomeryczna zawiera poniżej 1% wagowego wypełniacza porotwórczego. W kolejnym rozwiązaniu, elastomeryczna folia nie zawiera żadnego wypełniacza porotwórczego.

Masę lub grubość folii elastomerycznej można regulować zależnie od żądanych właściwości ₂ materiału kompozytowego. Typowo, folia elastomeryczna może mieć grubość od 25 do 70 gramów/m² i w bardziej specyficznych rozwiązaniach, folia elastomeryczna może mieć grubość od 30 do 40 gra₂ mów/m².

Stosowany tu termin „włóknina” odnosi się do na ogół płaskiej struktury, elastycznej i porowatej, składającej się z włókien staplowych lub włókien ciągłych. Szczegółowy opis włóknin zamieszczono w publikacji „Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler” autorstwa E. A. Vaughn, Association of the Nonwoven Fabrics Industry, wydanie 3 (1992). Włókniny można wytworzyć stosując dowolny typowy proces, można je między innymi gremplować, formować z masy, skręcać na mokro, skręcać na powietrzu lub wydmuchiwać po stopieniu albo stosować dowolną kombinację tych procesów, a takie produkty są dobrze znane w handlu. Włókniny mogą składać się z włókien poliolefinowych obejmujących, lecz nie ograniczających się do polietylenu i/lub polipropylenu i zawierać metalocenowo katalizowane poliolefiny, poliestry, sztuczny jedwab, celulozę, nylon i mieszanki takich włókien. Włókna obejmują także włókna dwuskładnikowe, utworzone z dwóch lub więcej materiałów w dowolnym układzie fizycznym.

W jednym rozwiązaniu, sama włóknina nie jest elastyczna. W bardziej specyficznym rozwiązaniu, włóknina jest rozciągliwa, tj. wydłuża się po przyłożeniu siły, nawet jeśli nie powraca do swojej oryginalnej formy po zwolnieniu siły rozciągającej. Typowo, włókniny mające luźną strukturę mogą być stopniowo rozciągane. W następnym rozwiązaniu, włóknina może być elastyczna. W jednym rozwią₂ zaniu, włóknina ma masę poniżej 40 g/m². W bardziej specyficznym rozwiązaniu, włóknina ma masę 22 poniżej 25 g/m². W jeszcze innym rozwiązaniu, włóknina ma masę 12 g/m².

W specyficznych rozwiązaniach, włóknina typu spun-bounded może być zbudowana z poliolefin (formowanych z masy), np. polietylenu lub polipropylenu. W handlu są dostępne różne włókniny typu spun-bounded z poliolefin i są one odpowiednie do zastosowania według wynalazku. Odpowiednie są także włókniny typu spun-bounded utworzone z polietylenu i polipropylenu. Odpowiednie są także np. włókniny typu spun-bounded wytworzone z włókien, które obejmują mieszanki polietylenu i polipropylenu, w dowolnej proporcji i/lub utworzone z włókien, które są zbudowane ze współwytłaczanego polietylenu i polipropylenu. Te włókniny są dostępne w handlu, np. z firmy BBA.

Materiał kompozytowy według niniejszego wynalazku można wykorzystywać w różnych zastosowaniach, w których pożądana jest zdolność do oddychania, np. przepuszczalność powietrza i pary wodnej, a także właściwości elastomeryczne. W jednym rozwiązaniu, materiał kompozytowy stosuje się do szycia artykułów odzieżowych obejmujących pieluchy, majtki, chirurgiczne ubiory operacyjne itp. Materiał kompozytowy korzystnie stosuje się także do produkcji wyrobów jednorazowego użytku, obejmujących jednorazowe artykuły odzieżowe typu opisanego powyżej. Ponadto, materiał kompozytowy można stosować do produkcji jednorazowych prześcieradeł, opatrunków, produktów higienicznych itp. W korzystnym rozwiązaniu, materiał kompozytowy według wynalazku stosuje się w pieluchach dla dzieci i dziecięcych majtkach do nauki chodzenia, na powierzchniach, na których nie jest potrzebna nieprzepuszczalność cieczy, tj. na bocznych powierzchniach zewnętrznych, nazywanych czasem „uszami pieluchy”. Materiał kompozytowy wykazuje dobrą kombinację elastyczności i wytrzymałości, razem z dobrą zdolnością do oddychania i miękkością, co jest zaletą w takich zastosowaniach.

Ważnym aspektem jest łatwość produkcji materiału kompozytowego według wynalazku. Specyficznie, folię elastomeryczną laminuje się przez wytłaczanie na włókninie zewnętrznej, na co najmniej jednej powierzchni folii, w celu jej ścisłego związania z włókniną. W bardziej specyficznym rozwiązaniu, folię elastomeryczną laminuje się przez wytłaczanie na włókninie zewnętrznej, na obu powierzchniach folii, w celu jej ścisłego związania z włókninami. Laminowanie przez wytłaczanie folii elastomerycznej i jednej lub więcej włókniny można prowadzić stosując dowolną typową technikę laminowania przez wytłaczanie. Istotne jest to, że laminowanie przez wytłaczanie prowadzi się w warunkach, które zapewniają ścisłe związanie folii elastomerycznej z włókninami. Następnie, uzyskany laminat poddaje się stopniowemu rozciąganiu, uzyskując losowo rozmieszczone makrootwory w wewnętrznej folii elaPL 212 700 B1 stomerycznej. Jak omówiono powyżej, folia elastomeryczna w zasadzie nie zawiera wypełniacza porotwórczego.

Stopniowe rozciąganie korzystnie prowadzi się w kierunku poprzecznym i określa się je w opisie jako rozciąganie CD. Urządzenie do rozciągania CD typowo zawiera parę elementów typu przekładni na wałkach równoległych. Wałki umieszcza się pomiędzy dwiema bocznymi płytami urządzenia, dolny wałek mocuje się na stałe w łożyskach, a górny wałek mocuje się w elementach umożliwiających przesuwanie go w pionie. Elementy umożliwiające przesuwanie są regulowane w pionie przez blokady w kształcie klinów, które można przesuwać stosując śruby regulacyjne. Odkręcanie lub dokręcanie klinów powoduje ich przesuwanie w pionie, odpowiednio w dół lub w górę, powodując włączenie lub rozłączenie zębów przekładni górnego wałka współpracującego z dolnym wałkiem. Urządzenia mikrometryczne zainstalowane na bokach ramy wskazują głębokość zazębienia współpracujących wałków. Typowo w celu utrzymania przesuwnych elementów w ich dolnej pozycji zazębienia, po drugiej stronie klinów regulacyjnych, stosuje się twarde sprężyny gazowe, przeciwdziałające siłom skierowanym do góry, wywieranym przez rozciągany materiał. Te sprężyny mogą także cofać się, rozłączając współpracujące wałki górny i dolny, umożliwiając przesunięcie materiału poprzez współpracujące elementy lub, w połączeniu z obwodem zabezpieczającym, umożliwiają otwarcie zacisku. Napęd urządzenia do rozciągania CD musi napędzać zarówno górny, jak i dolny wałek, z wyjątkiem przypadku rozciągania materiałów o względnie dużym współczynniku tarcia.

Współpracujące elementy CD typowo wytwarza się metodą obróbki skrawaniem ze stałego materiału, przy czym najlepiej można je opisać jako naprzemienny stos krążków o dwóch różnych średnicach. W jednym rozwiązaniu, współpracujące krążki mają średnicę około 15,23 cm (6”), około 0,79 mm (0,031”) grubości i mają regularną krawędź. Krążki dystansujące oddzielające krążki współpracujące, mają około 13,97 cm (5,5”) średnicy i około 1,76 mm (0,069”) grubości. Dwa wałki o takiej konfiguracji mogą współpracować aż do 0,59 cm (0,231”) pozostawiając 0,48 mm (0,019”) luzu dla materiału ze wszystkich stron. Taka konfiguracja elementu CD ma skok 2,5mm (0,100”).

W celu otrzymania makrootworów w folii elastomerycznej można regulować zazębienie elementów współpracujących wałków CD. W jednym rozwiązaniu, zazębienie elementów współpracujących wałków wynosi co najmniej około 0,30 cm (0,12 cala), dokładniej od około 0,30 cm (0,12 cala) do około 0,51 cm (0,20 cala).

Ponieważ współpracujące elementy CD typowo umożliwiają dużą głębokość zazębienia, istotne jest, że w urządzeniu znajdują się elementy odpowiedzialne za równoległe ustawienie dwóch wałków współpracujących podczas podnoszenia lub obniżania górnego wałka. Jest to konieczne w celu zapewnienia, aby zęby jednego współpracującego wałka zawsze trafiały pomiędzy zęby drugiego współpracującego wałka, a także w celu uniknięcia potencjalnie szkodliwego kontaktu fizycznego pomiędzy współpracującymi zębami. Ten równoległy bieg można zapewnić stosując statyw i rozwiązanie przekładni, w którym nieruchomy statyw przekładni jest przyłączony z każdej strony do ramy, w zestawieniu z elementami przesuwanymi pionowo. Wałek przechodzi przez ramę boczną i pracuje w łożysku, w każdym z elementów przesuwnych pionowo. Przekładnia znajduje się na każdym końcu tego wałka i pracuje w połączeniu zębatkowym, co daje pożądany ruch równoległy.

Jeśli to pożądane, materiał kompozytowy można także rozciągać w kierunku urządzenia (MD), chociaż typowo rozciąganie MD nie jest konieczne, ponieważ wystarczającą zdolność do oddychania zapewnia rozciąganie CD. Typowo urządzenie do rozciągania MD jest identyczne z urządzeniem do rozciągania CD, z wyjątkiem konstrukcji współpracujących wałków. Współpracujące wałki MD bardzo przypominają przekładnię o małym skoku. W jednym rozwiązaniu, wałki mają 15,07 cm (5,933”) średnicy, skok 2,5 mm (0,100”), skok średnicowy 30, kąt nacisku 141/2 stopni i posiadają główne bezpośrednie koło zębate. Można zastosować drugie przejście przez wałki, z ustawieniem przełożenia 0,25 mm (0,010”), uzyskując węższe zęby z większym luzem. Przy zazębieniu około 2,25 mm (0,090”), w tej konfiguracji będzie około 0,25 mm (0,010”) luzu po bokach na grubości materiału. Jeśli to pożądane, można przeprowadzić dodatkowe rozciąganie, z zastosowaniem rozszerzarki lub rozciągania w kierunku urządzenia, chociaż, jak wskazano powyżej, w wielu zastosowaniach, wystarczające jest rozciąganie CD.

Na fig. 2 przedstawiono schematycznie jedno rozwiązanie procesu według wynalazku. Folię elastomeryczną 6 wytłacza się na wytłaczarce 1 poprzez tłocznik 2 i przesuwa przez nóż powietrzny 3, do zacisku utworzonego pomiędzy wałkami 4 i 5. Wytłaczanie prowadzi się w temperaturze nieco wyższej od temperatury topnienia folii, typowo rzędu około 204-260°C (400-500F). Typowo, wałek 4 może być metalowy, podczas gdy wałek 5 może być gumowy. Dwie włókniny 9, dostarcza się z wał8

PL 212 700 B1 ków 13 i folię 6 i włókniny 9 przepuszcza się przez wałki zaciskające 4 i 5 laminując włókniny na powierzchni folii. Nacisk w zacisku reguluje się, w celu otrzymania pożądanego ścisłego związania włókniny z folią elastomeryczną. Typowo, stosuje się nacisk powyżej około 22,68 kg (50 funtów) na 2,54 cm (cal) długości. W bardziej specyficznym rozwiązaniu nacisk w zacisku wynosi od około 22,68 kg (50 funtów) do około 68,04 kg (150 funtów) na 2,54 cm (cal) długości, dokładniej od około 22,68 kg (50 funtów) do około 54,43 kg (120 funtów) na 2,5 cm (cal) długości. Uzyskany laminat 12 przechodzi przez wałek 7, następnie ewentualnie przez ogrzany wstępnie wałek 20 i do sekcji stopniowego rozciągania, w której laminat przepuszcza się przez rozciągające poprzecznie (CD) wałki 10 i 11 obciągarki, z wytworzeniem oddychającego, stopniowo rozciąganego elastomerycznego materiału kompozytowego 14. Materiał 14 można ewentualnie przepuszczać przez dodatkową sekcję, w której poddaje się go dodatkowemu rozciąganiu. Np. materiał 14 pokazany na fig. 2, po przepuszczeniu przez ogrzany wstępnie wałek 21 i poprzez sekcję rozciągającą (MD) wałki 10' i 11' obciągarki. Jeśli to pożądane, ogrzane wstępnie wałki 20 i 21 można pominąć.

Poniższe przykłady ilustrują specyficzne rozwiązania wielowarstwowych mikroporowatych folii według wynalazku. Jeśli nie wyspecyfikowano inaczej, w przykładach i w opisie części i procenty podano wagowo.

P r z y k ł a d 1

W tym przykładzie opisano powstawanie materiału kompozytowego według wynalazku. Mieszankę zawierającą około 70% wagowych elastomeru, kopolimeru blokowego poli(styren-butadien-styren) i około 30% wagowych plastomeru metalocenowego polietylenu wytłacza się stosując typowe techniki wytłaczania folii. Mieszankę współwytłacza się jako warstwę rdzenia B z zewnętrzną warstwą A, zawierającą mieszaninę około 80% wagowych polietylenu o bardzo małej gęstości (VLDPE) i około 20% wagowych polietylenu o małej gęstości (LDPE), uzyskując folię elastomeryczną o strukturze A/B/A.

Uzyskaną folię elastomeryczną laminuje się na obu powierzchniach folii przez wytłaczanie, sto₂ sując bardzo rozciągliwą włókninę z formowanego z masy polietylenu, o masie około 30 gramów/m². Stosuje się nacisk na zacisku około 27,22 kg (60 funtów) na 2,54 cm (cal) długości, uzyskując ścisłe związanie włókniny z folią elastomeryczną. Następnie zwiększa się rozciągliwość laminatu stosując rozciąganie CD, z głębokością zazębienia wałka około 0,30 cm (0,120 cala).

₂

Uzyskany materiał kompozytowy ma masę około 95 g/m² i wykazuje dobrą zdolność oddychania, dobrą elastyczność i jest miękki w dotyku. Po rozciągnięciu o około 100%, materiał kompozytowy wykazuje około 7% stałego odkształcenia.

Na fig. 3-5 pokazano widoki materiału kompozytowego w powiększeniu. Specyficznie, na fig. 3 pokazano powiększenie 50 x rozciągniętej folii elastomerycznej materiału kompozytowego, z makrootworami oznaczonymi kółkami. Na fig. 4 pokazano powiększenie 500 x materiału kompozytowego, z warstwą folii elastomerycznej wskazaną 32 i warstwami włókniny 34. Ten widok wskazuje ścisłe związanie folii z włókniną. Na fig. 5 pokazano powiększenie 1000 x rozciągniętej folii elastomerycznej materiału kompozytowego, z jednym makrootworem, o średnicy około 20 μm.

Materiał kompozytowy uzyskany według tego przykładu poddaje się pomiarowi przepuszcza lności powietrza w funkcji przyłożonego ciśnienia powietrza (wyniki przedstawiono na fig. 6, na której przepływ powietrza podano w cm³/min/cm², a ciśnienie podano w funtach na cal kwadratowy).

Stwierdzono, że materiały kompozytowe według niniejszego wynalazku są nie tylko rozciągliwe i elastyczne, lecz wykazują także zwiększoną przepuszczalność powietrza w ich stanie rozciągniętym (w tym przykładzie przepuszczalność powietrza materiału kompozytowego mierzy się w stopach sześciennych na minutę, jako funkcję procentu rozciągnięcia. Zastosowano urządzenie „TexTest Air permeability Tester”, Model FX 3300, dostępny z firmy ATI (Advanced Testing Instruments) Corporation z Spartansburg, South Carolina, pracujące pod ciśnieniem 125 Pa (0,018 psi). Wyniki przedstawiono w tablicy 1.

T a b l i c a 1

Pomiar	Procent rozciągnięcia	CFM
1	0	0,16
2	50	0,44
3	100	0,85
4	150	1,10

PL 212 700 B1

Wyniki w tablicy 1 wykazują zwiększoną przepuszczalność powietrza po rozciągnięciu materiału kompozytowego według tego przykładu.

P r z y k ł a d 2

W tym przykładzie powstaje materiał kompozytowy według wynalazku. Folię elastomeryczną wytwarza się metodą laminowania przez wytłaczanie mieszanki 90% wagowych elastomeru, kopolimeru blokowego poli(styren-butadien-styren) i około 10% wagowych kopolimeru etylen-octan winylu. Folię elastomeryczną laminuje się przez wytłaczanie na obu powierzchniach folii rozciągliwą włókniną typu spun-bounded z formowanego z masy polipropylenu. Stosuje się nacisk na zacisku około 27,22 kg (60 funtów) na 2,54 cm (cal) długości, uzyskując ścisłe związanie włókniny z folią elastomeryczną. Laminat ogrzewa się stosując ogrzany wstępnie wałek o temperaturze około 98,9°C (210F) i zwiększa się jej rozciągliwość stosując rozciąganie CD, przy głębokości zazębienia wałka około 3,30 mm (0,130 cala).

Uzyskany materiał kompozytowy jest rozciągliwy i elastyczny, wykazuje dobrą zdolność oddychania, dobrą elastyczność i jest miękki w dotyku. Po rozciągnięciu do około 200%, materiał kompozy₂ towy wykazuje około 20% stałego odkształcenia. Materiał kompozytowy ma masę około 88 g/m².

Przepuszczalność powietrza materiału kompozytowego według tego przykładu mierzy się sposobem i z zastosowaniem urządzenia według przykładu 1. Wyniki przedstawiono w tablicy 2.

T a b l i c a 2

Pomiar	Procent rozciągnięcia	CFM
1	0	0,08
2	50	0,78
3	100	1,09
4	150	1,15

Materiał kompozytowy według tego przykładu wykazuje zwiększoną przepuszczalność powietrza po rozciągnięciu.

Specyficzne ilustracje i rozwiązania opisane powyżej są tylko przykładowe i nie mają znaczenia ograniczającego zakres wynalazku zdefiniowany w zastrzeżeniach patentowych. Inne rozwiązania i przykłady, oczywiste dla fachowców w dziedzinie, są objęte zakresem załączonych zastrzeżeń.

Claims

1. Oddychający, rozciągliwy elastyczny materiał kompozytowy, zawierający wewnętrzną folię elastomeryczną obejmującą warstwę włókniny zewnętrznej laminowaną na jednej lub na obu powierzchniach folii, znamienny tym, że w rozciąganej stopniowo wewnętrznej folii elastomerycznej znajdują się makrootwory o średniej średnicy od 10 μm do 100 μm losowo rozmieszczone z gęstością mieszczącą ₂ się w zakresie od 5 do 500 na 6,45 cm² i wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera mniej niż 20% wagowych wypełniacza tworzącego pory, przy czym wewnętrzna folia elastomeryczna jest wybrana spośród elastomerycznych kopolimerów blokowych, elastomerycznych polimerów i kopolimerów metalocenowych oraz ich mieszanin, zaś włóknina zewnętrzna typu spun bonded obejmuje poliolefiny.

2. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że jego przepuszczalność powie32 trza wynosi co najmniej 10 cm³/minutę/cm², po przyłożeniu ciśnienia 413,69 kPa.

3. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że jego rozciągliwość wynosi co najmniej 200%, przy stałym odkształceniu nie większym niż 25%.

4. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna obejmuje elastomeryczny kopolimer blokowy, elastomeryczny metalocenowy polimer lub kopolimer olefinowy, elastomeryczny poliuretan, elastomeryczny polisiloksan lub ich mieszaniny.

5. Materiał kompozytowy według zastrz. 4, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna obejmuje elastomeryczny kopolimer blokowy styrenu.

6. Materiał kompozytowy według zastrz. 5, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna obejmuje poli(styren-butadien-styren), poli(styren-izopren-styren), poli(styren-etylen-butylen-styren) lub ich kombinacje.

PL 212 700 B1

7. Materiał kompozytowy według zastrz. 5, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera mieszankę elastomerycznego kopolimeru blokowego styrenu i elastomerycznego metalocenowego kopolimeru polietylenu.

8. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna stanowi folię jednowarstwową.

9. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna stanowi folię wielowarstwową.

10. Materiał kompozytowy według zastrz. 9, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera warstwę rdzeniową obejmującą elastomeryczny kopolimer blokowy styrenu, współwytłaczaną na każdej powierzchni z zewnętrzną warstwą poliolefinową.

11. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że włókniny typu spun bonded indywidualnie obejmują poliolefinę.

12. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że każda włóknina ma wagę po₂ niżej 40 g/m².

13. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że każda włóknina ma wagę 12 g/m².

14. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna obejmuje mieszankę elastomerycznego kopolimeru blokowego styrenu i elastomerycznego metalocenowego kopolimeru polietylenu, współwytłaczaną z zewnętrzną włókniną poliolefinową typu spun bonded na obu powierzchniach folii.

15. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera warstwę włókniny zewnętrznej laminowanej na obu powierzchniach folii.

16. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że makrootwory mają średnią średnicę od 10 μm do 50 μm.

17. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że makrootwory mają średnią średnicę od 15 μm do 35 μm.

18. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że makrootwory rozmieszczone ₂ są z gęstością mieszczącą się w zakresie od 10 do 100 na 6,45 cm².

19. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że makrootwory rozmieszczone ₂ są z gęstością mieszczącą się w zakresie od 25 do 75 na 6,45 cm².

20. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera mniej niż 10% wagowych wypełniacza tworzącego pory.

21. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera mniej niż 5% wagowych wypełniacza tworzącego pory.

22. Materiał kompozytowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna folia elastomeryczna zawiera mniej niż 1% wagowych wypełniacza tworzącego pory.

23. Sposób wytwarzania oddychającego rozciągliwego elastycznego materiału kompozytowego jak określony w zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzną folię elastomeryczną laminuje się przez wytłaczanie z włókniną zewnętrzną na obu powierzchniach folii ściśle wiążąc ją z włókniną; i uzyskany laminat rozciąga się stopniowo, z wytworzeniem losowo rozmieszczonych makrootworów w wewnętrznej folii elastomerycznej.

24. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że stopniowe rozciąganie prowadzi się w kierunku poprzecznym (CD).

25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że rozciąganie CD prowadzi się stosując zazębienie wałka współpracującego co najmniej 0,0305 cm.