ВСПЕНЕННЫЕ СИСТЕМЫ КРЕПЛЕНИЯ, КОТОРЫЕ ВКЛЮЧАЮТ МОДИФИКАТОРЫ ПОВЕРХНОСТИ
FOAMED MOUNTING SYSTEMS, WHICH INCLUDE SURFACE MODIFIERS

Данная заявка является частичным продолжением заявки с №11/260356, озаглавленной «Нетканое полотно и система крепления, которые включают автоадгезивный материал», поданной в Агентство по патентам и товарным знакам США 27 октября 2006. Полное содержание заявки №11/260356 включено сюда посредством ссылки.
Уровень техники
Традиционные механические крепления крючок-петля широко применяются во множестве продуктов и изделий, таких как подгузники, обувь, одноразовые халаты и т.д. Несмотря на их распространенность они имеют некоторые недостатки. Материал, содержащий крючки, обычно жесткий и непроницаемый, и когда его применяют в изделиях, носимых на или около тела человека, он может раздражать кожу или вызывать чувство дискомфорта. Материал, содержащий крючки, обычно не может быть растянут или значительно деформирован. Далее, в некоторых областях применения, сцепление крючков с петлями часто может вызвать затруднение при разъединении, или крючки могут прилипать к не предназначенным для этого поверхностям. Высокоабразивная природа материала, содержащего крючки, также может стать причиной повреждения некоторых поверхностей. Разъединение крючков и петель также может вызвать громкий и неприятный звук, что затрудняет осторожное расстегивание крепления. Далее, в некоторых областях применения, желательна низкая прочность на отрыв, но высокая прочность на сдвиг на плоскости, где традиционные крепления крючок-петля дают избыточно высокую прочность на разрыв для достижения заданного уровня прочности сдвига на плоскости.
Были предложены варианты креплений крючок-петля, в которых для сцепления с крючками применяют вспененный слой, но не похоже, что замена недорогого гибкого материала, содержащего петли, более толстыми, обычно более дорогими пенами дает значительные преимущества и не затрагивает известные ограничения слоев с крючками.
Существует необходимость в улучшенном механическом креплении, которое решает одну или более из указанных выше проблем, а также в облегчении производства застегивающей системы.
Сущность изобретения
Для удовлетворения указанной выше необходимости, авторы данного изобретения провели интенсивные исследования и опыты, в результате которых появилось открытие улучшенного механического крепления. Один из вариантов данного изобретения включает систему крепления, содержащую нетканое полотно, которое содержит полотно, образованное из множества экструдированных нитей, и вспененный слой, имеющий поверхность из множества свободно располагающихся выступов, которые адаптированы для сцепления с, по меньшей мере, частью множества нитей, где, по меньшей мере, некоторые из свободно располагающихся выступов включают модификатор поверхности.
В другом варианте данного изобретения представлено впитывающее изделие, включающее систему крепления для закрепления впитывающего изделия на талии носящего. Система крепления содержит нетканое полотно, которое содержит полотно, образованное из множества экструдированных нитей, и вспененный слой, имеющий поверхность из множества свободно располагающихся выступов, которые адаптированы для сцепления с, по меньшей мере, частью множества нитей. Кроме того, по меньшей мере, некоторые из свободно располагающихся выступов включают модификатор поверхности.
В еще одном варианте данного изобретения представлено впитывающее изделие, имеющее систему крепления для закрепления впитывающего изделия на талии носящего. Система крепления содержит нетканое полотно, которое содержит полотно, образованное из множества экструдированных нитей, и вспененный слой, имеющий поверхность из множества свободно располагающихся выступов, которые адаптированы для сцепления с, по меньшей мере, частью множества нитей. Кроме того, по меньшей мере, некоторые из свободно располагающихся выступов включают модификатор поверхности. Модификатор поверхности представляет собой связующий или полимерный воск, и прочность соединения между нетканым полотном и частью вспененного слоя, содержащего модификатор поверхности, в 1,5 раза больше, чем прочность соединения между нетканым полотном и частью вспененного слоя, не содержащего модификатор поверхности.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий пример нетканого полотна.
На фиг.2А-2С показаны виды в сечении, иллюстрирующие пример двухкомпонентных нитей, которые могут применяться в нетканом полотне, показанном на фиг.1.
На фиг.3 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий другой пример нетканого полотна.
На фиг.4 показан вид сбоку примерной технологической линии, которая может применяться для получения нетканого полотна.
На фиг.5 представлен увеличенный вид, иллюстрирующий часть примерного полотна, которое может быть получено на примерной технологической линии, показанной на фиг.4.
На фиг.6 показан вид в перспективе, иллюстрирующий пример системы крепления.
На фиг.7 показан увеличенный вид сбоку примера системы крепления, показанной на фиг.6.
На фиг.8 показан пример впитывающего изделия, которое включает систему крепления, показанную на фиг.6.
На фиг.9 показана микрофотография СЭМ с увеличением 50Х поперечного разреза поверхности пенного слоя, взаимодействующего с нетканым полотном.
На фиг.10 показана микрофотография СЭМ с увеличением 50Х поверхности пенного слоя.
На фиг.11 показана микрофотография СЭМ с увеличением 50Х поверхности пенного слоя, включающего модификатор поверхности.
На фиг.12 показана микрофотография СЭМ с увеличением 50Х поперечного разреза пенного слоя, включающего модификатор поверхности.
На фиг.13 показано устройство, применяемое для испытания прочности на сдвиг соединения при сгибании.
На фиг.14 показана геометрия бокового вида изогнутой части аппарата на фиг.13.
На фиг.15 показан другой вид устройства, применяемого для испытания прочности на сдвиг соединения при сгибании.
На фиг.16 изображена конфигурация испытательной полоски, применяемой для измерения прочности на отслаивание.
Определения.
В данном описании вспененный материал представляет собой «материал с открытыми ячейками» если, по меньшей мере, 60% ячеек во вспененной структуре, которые имеют размер, по меньшей мере, 1 микрометр (1 мкм), находятся в жидкостном сообщении с, по меньшей мере, одной соседней ячейкой. В одном варианте, по меньшей мере, 80% ячеек во вспененной структуре, которые имеют размер, по меньшей мере, 1 мкм, находятся в жидкостном сообщении с, по меньшей мере, одной соседней ячейкой.
В данном описании термин «нить» относится к удлиненному экструдату, полученному пропусканием полимера через формующее отверстие (например, головку). Прядь может включать волокно, которое представляет собой прерывистую нить, имеющую определенную длину, или филаментную нить, которая представляет собой непрерывную нить материала.
В данном описании термин «сетчатая пена», как это принято среди специалистов в данной области техники, означает твердые вспененные материалы, в которых практически все промежуточные «стенки с проемами» или мембраны ячеек удалены из ячеек, в результате чего сеть состоит преимущественно из взаимосвязанных выступов вдоль контуров ячеек, образованных во время вспенивания.
Сетчатые пены, таким образом, отличаются от пен, в которых стенки с проемами просто разрушены, или пен, в которых только наиболее удаленные от центра стенки с проемами или поверхностный слой были удалены физическими средствами. Сетчатые пены, вследствие общего отсутствия мембран ячеек, одинаково высокопроницаемы для газа и жидкости, что обеспечивает незначительную сопротивляемость потоку жидкости, несомненно гораздо меньше, чем у пен, в которых мембраны ячеек были сохранены.
Сетчатость обычно достигается известными методами обработки пены, применяемыми к пене после формирования ячеек. Эти методы могут включать применение щелочной обработки (например, см. патент США №3266927, выдан Fritz et al. 16 августа 1966), воздействие другими реакционноспособными соединениями, такими как озон, или тепловая обработка пены, удаляющая все или практически все «стенки с проемами», разделяющие ячейки по всей площади пены. В некоторых случаях, другие виды обработки, такие как управляемые взрывы, применяют для удаления мембран вокруг части ячеек (например, пена может быть помещена во взрывную камеру, содержащую гремучую газообразную среду, которую потом взрывают). Пример обработки пены взрывом представлен в патенте США №4906263, выданном von Blucher et al. 6 марта 1990.
Прокалывание иглой также может применяться для раскрытия вспененного материала с закрытыми ячейками, как описано в патенте США №4183984, выданном Browers et al. 15 января 1980. Другие способы получения вспененного материала с открытыми ячейками описаны в патенте США №6720362, выданном Park et al. 13 апреля 2004.
В одном варианте выполнения, сетчатость присутствует только во внешних частях пенного слоя на и рядом с поверхностью, с которой он сцеплен.
Альтернативно, ячеистый вспененный материал может быть по своей природе сетчатым при получении. Согласно патенту США №3661674, выданному Higgs et al. 9 мая 1972, природно сетчатая полиэфирная полиуретановая пена может быть получена, например, взаимодействием пенообразующих ингредиентов в присутствии вещества, замедляющего вязкость, такого как другой полиэфир, содержащий кислотный компонент, который является таким же, как кислотный компонент полиэфира, применяемого для получения вспененного материала, но который имеет гидроксильное число от 10 до 100 и вязкость менее чем 200 пуаз.
В данном описании термин «растягивающийся» относится к материалам, которые, при приложении к ним растягивающего усилия, могут быть увеличены до растянутого размера, который составляет, по меньшей мере, 150% от исходного размера (т.е. на, по меньшей мере, 50% больше, чем исходный, нерастянутый размер) в одном или более направлении без разрыва. Термин «эластичный» относится к материалам, которые растягиваются и которые, при снятии растягивающего усилия, сокращается (восстанавливается) на, по меньшей мере, 50% от разницы между растянутым размером и исходным размером. Например, материал, имеющий исходный размер 20 см, может называться растягивающимся, если он может быть увеличен до размера, по меньшей мере, 30 см без разрыва. Тот же материал является эластичным, если после растяжения до 30 см он сжимается до размера 25 см или менее при снятии растягивающего усилия.
В данном описании термин «Денье» относится к мере вес-на единицу длины линейного материала, определенной как количество граммов на 9000 метров. Термин может относиться как к отдельному волокну, так и к совокупности волокон (пряже).
В данном описании термин «Децитекс» (аббревиатура «дтекс») является термином, сходным с денье, за исключением того, что он обозначает вес в граммах 10000 метров пряжи или волокна.
В данном описании термин «гидроперепутывание» относится к методике обработки полотна с применением высокоскоростных струй воды, получаемых из отверстий под высоким давлением, где волокна или нити в полотне перераспределяются под влиянием водного удара. В качестве примера, в патенте США №3485706, выданном Evans 23 декабря 1969, описание которого включено сюда посредством ссылки до той степени, которая не противоречит сказанному здесь, описан процесс гидроперепутывания для производства нетканых полотен. Во время гидроперепутывания нетканое полотно обычно располагают на перфорированной формующей поверхности, там оно подвергается ударам водных струй, в процессе чего волокна или нити нетканого полотна становятся перепутанными, тем самым создавая нетканое полотно с когерентностью и целостностью, в то время как определенные характеристики формующей поверхности помогают создавать желаемую форму нетканого полотна. Перед выпуском из отверстий вода может иметь давление вплоть до 60 МПа (600 бар). Сопла могут иметь диаметр от 0,05 до 0,25 мм и могут быть расположены на расстоянии 20-160 меш. Струи ударяют о поверхность нетканого полотна, проникают в него, и вытекают в отверстия в перфорированной поверхности (подложка полотна) и через щели всасывания. В этом способе волокна перепутаны, что может вызвать уплотнение и связывание нетканого полотна. См. также патент США №5389202, выданный Everhart et al. 14 февраля 1995, описание которого приведено здесь посредством ссылки до той степени, которая не противоречит сказанному здесь.
Сетчатая поверхность может быть практически плоской или трехмерной и может быть перфорированной металлической поверхностью, металлической сеткой, полимерной сеткой или полотном, таким как полотно, полученное сквозной сушкой, известное в области производства бумаги, или другая поверхность. Родственные примеры методики гидроперепутывания найдены, например, в патенте США №4805275, выданном Suzuki et al. 21 февраля 1989, где описаны трехмерные пористые поверхности. См. также заявку на патент США №2002/0025753, опубликованную Putnam et al. 28 февраля 2002.
В данном описании термин «группа свободно располагающихся элементов» относится к одной или более взаимосвязанным группам, которые продолжаются на некоторое расстояние от целой ячейки вспененного материала, где элементы в группе связаны с той же целой ячейкой. Если первый и второй элементы из первой и второй ячеек, соответственно, соединены на стыке и имеют третий элемент (свободно располагающийся элемент), продолжающийся от стыка, первый и второй элементы считаются частью закрытой ячейки, и группа свободно располагающихся элементов будет состоять из третьего элемента. Если третий элемент разветвляется на два других свободно располагающихся элемента на конце, противоположном месту стыка, третий элемент и два других свободно располагающихся элемента являются частью группы свободно располагающихся элементов.
В данном описании термин «свободная длина», относящийся к свободно располагающемуся элементу или группе свободно располагающихся элементов, означает линейное расстояние свободно располагающегося элемента или группы свободно располагающихся элементов, соответственно, от ближайшей части первых целых ячеек во вспененном материале, присоединенной к свободно располагающемуся элементу или группе свободно располагающихся элементов.
Вспененный слой
В одном варианте данного изобретения, вспененный слой содержит открытоячеистую пену, такую как меламиновая пена, полиуретановая пена, или другие известные открытоячеистые пены. Такие вспененные материалы обычно содержит стержневидные элементы, образующие сетчатое переплетение, которое образует ячейки во вспененных материалах.
3
Пены на основе меламина могут включать пены, производимые в настоящее время компанией BASF, расположенной в Ludwigshafen, Germany, под торговым наименованием BASOTECT. Например, может применяться BASOTECT 2011 с плотностью около 0,01 г/см. Блоки из пены на основе меламина продаются компанией Procter & Gamble, расположенной в Cincinnati, Ohio, под торговым наименованием MR, CLEAN. Подобные материалы продаются под наименованием CLEENPRO™ от LEC, Inc., расположенной в Tokyo, Japan (действенность некоторых продуктов показана в http://www.users.bigpond.com/jmc.au/CLEENPRO/CLEENPRO-E.htm и http://www.users.bigpond.com/jmc.au/CLEENPRO/CLEENPRO%20Family-E.htm, обе которые распечатаны 13 ноября 2003). Пена на основе меламина также продается для акустической и тепловой изоляции многими компаниями, такими как American Micro Industries, расположенная в Chambersburg, Pennsylvania.
Примеры потенциально полезных сетчатых пен включают полиуретановые сетчатые пены от компании Foamex, Inc., расположенной в Linwood, Pennsylvania, такие как пена SIF-60z; и сетчатые пены следующих фирм: Crest Foam Industries, Inc., расположенной в Moonachie, New Jersey, включая сетчатые пены FilterCrest; Scottfoam Corporation, расположенной в Eddystone, Pennsylvania; Swisstex, Inc., расположенной в Greenville, South Caroline; Recticell, расположенной в Chicago, Illinois; и пены, производимые Caligen Europe BV, расположенной в Breda, the Netherlands, дочерней компанией British Vita PLC, расположенной в Manchester, England.
Примеры сетчатых пен также описаны в патентной литературе, включая патент США №3171820, выданный Volz et al. 2 марта 1965; патент США №4631077, выданный Spicer et al. 23 декабря 1986; патент США №4656196, выданный Kelly et al. 7 апреля 1987; и патенте США №4540717, выданный Mahnke et al. 10 сентября 1085. Также потенциально можно использовать открытоячеистые пены, продаваемые Sydney Health & Son, расположенной в Burslem, Stoke on Trent, United Kingdom, включая сетчатые пены, описанные как имеющие 75 пор на дюйм. Сетчатые пены могут включать полиуретановые, полиэфирные и простые полиэфирные типы, а также другие известные сетчатые пены. Другие пены, которые могут рассматриваться, включают описанные в патенте США №4062915, выданном Stricharczuk et al. 13 декабря 1977.
Размер пор в промышленных открытоячеистых пенах обычно выражают в количестве пор на дюйм (п/д), основываясь на измерении пор вдоль прямой линии известной длины, а также может быть выражен в порах на сантиметр (п/с). В соответствии с данным изобретением вспененный материал во вспененном слое может иметь один из следующих типовых размеров пор: от около 1 п/с до около 200 п/с; от около 3 п/с до около 180 п/с; от около 10 п/с до около 150 п/с; от около 15 п/с до около 130 п/с; от около 15 п/с до около 100 п/с; или от около 20 п/с до около 65 п/с.
Свободно располагающиеся элементы вспененного материала, только в качестве примера, могут иметь эффективный диаметр около 0,3 микрона или более, такой как около 1 микрона или более, около 3 микронов или более, или около 10 микронов или более, например, следующие: от около 0,3 микрона до около 30 микронов; от около 1 микрона до около 30 микронов; от около 3 микронов до около 30 микронов; от около 1 микрона до около 20 микронов; и от около 1 микрона до около 10 микронов. Свободная длина свободно располагающихся элементов, свободная длина множества, или группы, свободно располагающихся элементов, эффективной для присоединения принимающего слоя, свободная длина типовых свободно располагающихся элементов, средняя свободная длина свободно располагающихся элементов на поверхности вспененного материала, или средняя свободная длина свободно располагающихся элементов на поверхности вспененного материала, может быть любой из: более чем около 3 микронов; более чем около 10 микронов; более чем около 20 микронов; более чем около 50 микронов; более чем около 100 микронов; более чем около 500 микронов; более чем около 1000 микронов; и более чем около 2000 микронов, например от около 10 микронов до около 2000 микронов, или от около 50 микронов до около 1000 микронов, или от около 100 микронов до около 500 микронов. Соотношение свободной длины свободно располагающегося элемента (или его похожие измерения, описанные выше) к эффективному диаметру свободно располагающегося элемента может быть около 5 микронов или более, 10 микронов или более, 20 микронов или более, 50 микронов или более, и 100 микронов или более, например, от около 5 микронов до около 100 микронов, или от около 10 микронов до около 200 микронов.
Другие открытоячеистые вспененные материалы также могут рассматриваться, такие как слой аминопластовой пены (например, пены, полученные из карбамидоформальдегидных смол или меламинформальдегидных смол), фенольной пены, такой как пена, полученная из фенолформальдегидных смол. Любая аминопластовая пена или другая открытоячеистая пена, описанная в патенте США №4125664, выданном Giesemann 14 ноября 1978, описание которого приведено здесь посредством ссылки до той степени, которая не противоречит сказанному здесь, могут применяться для производства изделий в соответствии с данным изобретением. Другие пены, которые могут применяться в соответствии с данным изобретением, включают пены, описанные в патенте США №4666948, выданном Woerner et al. 19 мая 1987; патенте США №5234969, выданном Clark et al. 10 августа 1993; патенте США №6133332, выданном Shibanuma 17 октября 2000; и заявке на мировой патент № WO 91/14731, опубликованной Mäder et al. 3 октября 1991, описание которых включено сюда посредством ссылок до той степени, которая не противоречит сказанному здесь.
В одном варианте, вспененный слой содержит термореактивную пену, и термореактивные компоненты вспененного слоя могут составлять свыше 50%, свыше 60%, свыше 80% или свыше 90% массовых вспененного слоя. Альтернативно, твердые полимерные компоненты вспененного слоя могут состоять практически из одного или более термореактивных материалов. В другом варианте данного изобретения вспененный слой может практически не содержать термопластичных материалов. В другом варианте данного изобретения вспененный слой может не содержать более 50% любого из компонентов, выбранных из полиолефиновых материалов, полиуретанов, силиконов и полиэфиров.
Вспененный слой может содержать более одного типа пены. Например, неоднородные вспененные слои могут состоять из структур или композиций, подобных тем, которые описаны в патенте США №5817704, выданном Shiveley et al. 6 октября 1998, описание которого дано здесь посредством ссылки до той степени, которая не противоречит сказанному здесь. Два или более типа вспененного материала могут быть смешаны или объединены вместе во время производства пены, или существующие пены могут быть наслоены или соединены вместе другим методом.
Вспененный слой может быть отрезан или разрезан до любой желаемой толщины, и может быть разрезан таким образом, чтобы принять плоскую, синусоидную или другую геометрическую форму. Принципы отрезания и разрезания вспененного слоя описаны в европейском патенте № ЕР 191475, опубликованном Gotoh et al. 20 августа 1986; патенте США №5670101, выданном Nathoo et al. 23 сентября 1997, в котором показан нож (объект №32 на фигуре 3), который разрезает вспененный материал единовременно на множество слоев, предположительно, с помощью множества режущих кромок; и в патенте США №6245697, выданном Conrad et al. 12 июня 2001, в котором описано применение острого возвратно-поступательного режущего диска для разрезания вспененного материала на тонкие слои толщиной, например, от около 0,5 мм до около 5 мм.
Другой способ разрезания вспененного материала на тонкие небольшие слои (например, около 1 мм толщиной или более) найден в заявке на патент Японии № JP 2001-179684 A, опубликованном Toshiro 3 июля 2001, в котором описано присоединение укрепляющего слоя к вспененному материалу перед разрезанием для более легкой обработки тонкого слоя. Вспененный материал с усиливающим слоем прессовали в зажиме и затем приближали к лезвию, которое отрезало тонкий слой от основного вспененного материала. Более широко в настоящем изобретении усиливающий слой, такой как нетканое полотно или бумажное полотенце, может быть адгезивно прикреплен к толстому блоку вспененного материала, и затем материал проходит зажим и наталкивается на лезвие ножа, расположенного так, чтобы отрезать тонкую часть вспененного материала, присоединенного к усиливающему слою. Оставшийся более толстый слой вспененного материала затем снова адгезивно прикрепляют ко второму усиливающему слою одной стороной, и вспененный материал со стороны усиливающего слоя может быть отрезан как описано выше, и процесс может повторяться до тех пор, пока вспененный материал не будет практически полностью разрезан на множество тонких слоев, присоединенных к усиливающему слою. Обе стороны исходного блока вспененного материала могут быть присоединены к усиливающему слою, при желании, что необязательно позволяет разделять вспененный материал на два тонких слоя, оба которых присоединены к усиливающим слоям.
В дополнение к отрезанию от больших блоков вспененного материала, вспененный материал может быть получен непосредственно в виде тонкого слоя с применением таких способов, которые описаны в международной заявке № WO 98/28118, опубликованной Peterson et al. 2 июля 1998.
Вспененный материал также может быть перфорирован, как и усиливающий слой. Один из способов перфорирования вспененных материалов описан в международной заявке WO 00/15697, опубликованной Park et a. 23 марта 2000. Вспененный материал также может иметь множество коротких разрезов или продольных перфораций, наносимых под прямым углом к плоскости вспененного материала, например, как материалы с разрезами в патенте США №5397316, выданном LaVon et al. 14 марта 1995.
Усиливающий слой:
Вспененный слой может быть усилен лежащим под ним усиливающим слоем, таким как нетканое полотно, папиросная бумага, тканое полотно, мешковина и подобные. В одном варианте данного изобретения усиливающий слой обычно может содержать целлюлозные волокна, и может содержать бумажный материал, такой как усиленная латексом крепированная бумага, не крепированная сквозная бумага, усиленная влагостойкими смолами или другими связующими агентами, другие однослойные или многослойные тканевые структуры (многослойные ткани обычно могут потребовать прослойки связующими средствами, такими как клеевое соединения для хорошей механической целости), слой совместного формования, содержащий волокна древесной пульпы, перемешанные с термопластичным материалом, которые связаны термически (например, с применением нагретого воздуха, нагретых каландров и т.д.), и материал, уложенный воздухом, содержащий двухкомпонентные связующие волокна, связанный гидравлическим способом материал, содержащий гидравлически перепутанные бумажные волокна на нетканом субстрате, и подобные. Усиливающий слой, такой как полотно, может содержать множество слоев, соединенных вместе.
Вспененные слои, присоединенные к усиливающим слоям, описаны в заявке на патент США №10/744238, поданной Chen et al. 22 декабря 2003, описание которого включено сюда посредством ссылки до той степени, которая не противоречит сказанному здесь. Хотя продукты, описанные Chen et al. преимущественно предназначены для получения очищающих устройств, сочетания вспененных слоев и усиливающих слоев, описанное ими, может быть приспособлено для данного изобретения.
Усиливающий слой может быть равнообъемным с вспененным слоем, или может быть присоединен только вдоль части вспененного слоя, или может быть присоединен снаружи всех или любой из боковых сторон вспененного слоя.
2
2
2
Прикрепление усиливающего полотна к вспененному материалу может быть осуществлено адгезивными средствами, подходящими для сохранения хорошей гибкости изделия. Кроме того, адгезивные средства также могут придать хорошую прочность во влажных или мокрых условиях и при деформациях, обычно возникающих во время применения изделия. В одном варианте данного изобретения адгезивные средства содержат нерастворимый в воде термоплавкий клей, имеющий твердость по Шору А около 95 или менее, предпочтительно около 75 или менее, более предпочтительно, около 55 или менее, еще более предпочтительно, около 40 или менее, и наиболее предпочтительно, около 30 или менее, например от около 10 до около 95, или от около 20 до около 55. Применяемые адгезивные материалы могут включать, но не ограничены ими, те, которые описаны в патенте США №6541679, выданном Betrabet et al. 1 апреля 2003, и патенте США №5827393, выданном Kinzelmann et al. 27 октября 1998, а также коммерческие термоплавкие клеи HYSOL от Henkel Loctite Corporation, расположенной в Rocky Hill, Connecticut, а также полиолефиновые, уретановые и полиамидные термоплавкие клеи. Адгезивный материал может иметь температуру стеклования от около -10°С до около +30°С, или от около 10°С до около 25°С. Предел прочности адгезивного материала может быть, по меньшей мере, около 100 ф/д, по меньшей мере, около 300 ф/д, или, по меньшей мере, около 500 ф/д.
В одном варианте данного изобретения, адгезивные средства могут содержать адгезивный материал с множеством гидрофильных групп, подходящих для поддержания хорошего прилипания к целлюлозному материалу даже когда целлюлозный материал влажный. Такие адгезивные материалы могут содержать ЭВА (этиленвинилацетат) и могут включать, например, EVA HYSOL термоплавкие клеи, коммерчески доступные от Henkel Loctite Corporation, расположенной в Rocky Hill, Connecticut, включая 232 EVA HYSOL, 236 EVA HYSOL, 1942 EVA HYSOL, 0420 EVA HYSOL SPRAYPAC, 0437 EVA HYSOL SPRAYPAC, CoolMelt EVA HYSOL, QuikPac EVA HYSOL, SuperPac EVA HYSOL и WaxPac EVA HYSOL. Адгезивные материалы на основе ЭВА могут быть модафицированы добавлением агентов, придающих клейкость, и других кондиционеров, таких как придающая клейкость смола Wingtack 86 производства Goodyear Corporation, расположенной в Akron, Ohio.
В другом варианте данного изобретения адгезивные средства включают эластомерный адгезивный материал, такой как адгезивный материал на основе каучука или силикона, включая силиконовые клеи и латексные адгезивные материалы, такие как акриловый латекс. В одном варианте данного изобретения, однако, адгезивный материал практически не содержит натуральный латекс или белки, связанные с натуральным латексом. В другом варианте данного изобретения, адгезивные средства практически не содержат любой вид латекса.
Адгезивные средства также могут содержать волокна или частицы, которые либо липкие, либо могут быть нагреты до частичного расплавления для объединения волокнистого полотна с вспененными слоями. Например, могут применяться двухкомпонентые связующие волокна, где волокна включают оболочку, имеющую более низкую температуру плавления, чем у волокна сердцевины (например, полипропиленовая или полиэтиленовая оболочка вокруг полиэфирной сердцевины). Связующие волокна могут быть нанесены в отдельной свободной форме, или могут быть в виде предварительно связанной легкоплавкой форме. В одном варианте данного изобретения адгезивные средства включают сочетание адгезивных частиц или волокон, таких как двухкомпонентные связующие волокна, и термоплавкого или реакционноспособного адгезивного материала. Например, двухкомпонентные связующие волокна могут присутствовать на или в усиливающем слое до нанесения термоплавкого клея или другого текучего или жидкого адгезива (например, распылением, экструзией или печатью) либо на усиливающий слой, либо на пену, с последующим соединением усиливающего слоя и вспененного слоя и необязательным применением тепла или других отверждающих средств. Частицы адгезивного компонента уже могут быть активными (например, частично расплавленными) в момент, когда пену присоединяют к усиливающему слою.
В общем, адгезивные средства могут быть нанесены из распылительных насадок, пистолета для склеивания, шариковых аппликаторов, экструдеров, глубокой печатью, флексографической печатью, струйной печатью, нанесением покрытия и т.д. Адгезивные средства могут быть, но не обязательно, однородно нанесены либо на поверхность вспененного слоя, либо на поверхность усиливающего слоя, либо обоих, и могут быть селективно нанесены в области, в которых необходима повышенная прочность, например, по периметру поверхности контактирования усиливающего слоя и вспененного слоя. Адгезивные средства также могут быть нанесены узорно или по существу в произвольном порядке.
Вспененный слой может иметь толщину от около 1 мм до около 15 мм, от около 2 мм до около 12 мм, от около 3 мм до около 10 мм и от около 4 мм до около 8 мм. Соотношение толщины усиливающего слоя к толщине вспененного слоя может быть любым из: от около 1 до около 200; от около 3 до около 10; от около 4 до около 10; от около 0,2 до около 2: от около 0,3 до около 2; от около 0,3 до около 1; менее 1; менее около 1; более около 1; и от около 0,5 до около 1,5.
Усиливающий слой, присоединенный к вспененному слою, может быль нетканым полотном, бумажным полотном, пленкой, перфорированным полотном, слоистым полотном и подобными. Подходящие нетканые полотна могут включать полотна, полученные выдуванием из расплава, нетканые полотна, полотна, полученный скручиванием и подобные. Усиливающий слой может быть эластомерным, таким как полотна, описанные в патенте США №4707398, выданном Boggs 17 ноября 1987; патенте США №4741949, выданном Morman et al. 3 мая 1988; и патенте США №5520980, выданном Morgan et al 28 мая 1996. Усиливающий слой может быть многослойным материалом, соединенным с сужением или другим растягивающимся многослойным материалом.
Альтернативно, вспененный слой может быть получен таким образом, что усиливающий слой является единым с самим вспененным материалом. Например, одинарный слой вспененного материала может быть получен с покрытием на одной стороне, которое может усилить вспененный материал. Также вспененный слой может иметь практически закрытые ячейки на одной стороне и практически открытые ячейки на другой стороне. Такой вспененный слой может быть примером «градиентного вспененного материала», имеющего градиент в направлении толщины в соответствии с такими свойствами материала, как размер пор, открытость пор, плотность и т.д. Градиентные вспененные материалы, имеющие одну усиленную сторону, могут быть получены из пен, имеющих покрытие на одной стороне, или из закрытоячеистых вспениваемых материалов, в которых одна поверхность превращена в открытоячеистый вспениваемый материал с применением химических или механических средств для удаления окошек из вспененного материала и освобождающий свободно располагающиеся элементы на одной поверхности.
Далее, вспененный слой также может содержать адгезивный материал для дальнейшего улучшения связывания вспененного материала с местом сцепления. Адгезивный материал может быть обеспечен на выступах или по всей площади усиливающего слоя таким образом, чтобы обработанная адгезивом зона не приходилась на сам вспененный материал, но на присоединенную часть другого материала, или адгезивный материал может присутствовать на поверхности или внутри вспененного материала. В одном варианте данного изобретения вязкий адгезивный материал присутствует во вспененном материале, но необязательно на поверхности вспененного материала, таким образом, чтобы адгезивное соединение не возникало, когда вспененный материал касается другого материала, если только вспененный материал не нагружен до такой степени, что внутренний адгезив контактирует с другим материалом (например, с местом сцепления). Чувствительный к сжатию адгезивный материал может быть распылен на поверхности вспененного материала, или впрыснут во вспененный материал или материал может быть пропитан им, с получением раздельных точек во вспененном материале. Адгезивная часть, присоединенная к вспененному слою, может быть защищена высвобождаемой бумагой или другими средствами для предотвращения преждевременного присоединения.
В другом варианте данного изобретения добавление адгезивных средств в систему крепления вспененного слоя может помочь повысить прочность на отслаивание системы крепления вспененного слоя, если желательна более высокая прочность на отслаивание.
Принимающий материал
Принимающий материал для применения в принимающем слое в соответствии с данным изобретением может быть петельным материалом, известных в прошлом систем «крючок-петля», хотя, для получения оптимальных результатов, размер петель или отверстий в сцепляющем материале должен быть приспособлен для эффективного соединения с применяемым вспененным слоем. Петельный материал может представлять собой полотно, содержащее доступные для крючков расположенные отдельно петли, находящиеся, по меньшей мере, на одной поверхности материала с петлями.
Принимающий материал может представлять собой нетканое полотно, такое как сформованное из расплава (полотно, полученное выдуваемое из расплава или фильерным способом), проколотое волокнистое полотно или гидроперепутанное полотно (например, полотно, полученное креплением волокон водяными струями под давлением, особенно где микроволокна гидравлически перепутаны на ткани основы). Принимающий слой может содержать волокнистые петли, которые поднимаются от плоскости полотна или лежат в плоскости полотна, что делает возможным соединение петель с подходящей противоположной поверхностью, содержащей свободно располагающиеся элементы вспененного слоя.
Было обнаружено, что хорошие результаты могу быть получены, если принимающий слой имеет множественные петельные сегменты, поднимающиеся от поверхности полотна, с характеристической высотой петли более 30 микронов, например около 50 микронов или более, около 80 микронов или более, около 100 микронов или более, или около 150 микронов или более, которые могут иметь характеристические расстояния, например, около от 30 микронов до около 1000 микронов, от около 50 микронов до около 700 микронов, от около 80 микронов до около 600 микронов, от около 100 микронов до около 500 микронов. Линейное расстояние на поверхности полотна между двумя концами поднятого петельного сегмента (или расстояние между точками, в которых петельные сегменты возвращаются на плоскость полотна) может быть около 80 микронов или более, например, около 150 микронов или более, около 300 микронов или более или около 500 микронов или более, где характерные диапазоны составляют от около 80 микронов до около 1000 микронов, или от около 100 микронов до около 800 микронов, или от около 100 микронов до около 600 микронов. Однако другие диапазоны также входят в объем данного изобретения и могут считаться, при условии, что свободно располагающиеся элементы прикрепляющейся поверхности вспененного слоя способны к достаточному креплению с петельными сегментами или отверстия ми прикрепляющейся поверхности принимающего слоя.
В одном варианте данного изобретения принимающий слой содержит петельные сегменты, содержащие микроволокна, имеющие средний диаметр волокна около 30 микронов или менее, около 20 микронов или менее, около 10 микронов или менее, около 5 микронов или менее, около 2 микронов или менее, или около 1 микрона или менее. Диаметр волокон микроволокон может варьироваться от около 0,1 микрона до около 30 микронов, от около 1 микрона до около 30 микронов, или от около 1 микрона до около 20 микронов, или от около 2 микронов до около 20 микронов. Такие микроволокна могут быть получены известными способами выдуванием из расплава, например. Двухкомпонентные выдуваемые из расплава волокна, в данном описании, включающие другие многокомпонентные соединенные волокна, могут применяться для получения очень тонких волокон расслаиванием волокон или удалением одного из компонентов. Расслаивание может осуществляться механическими или химическими средствами. Например, двухкомпонентные волокна с расположением компонентов бок о бок или сегментами могут быть расслоены с применением гидроперепутывания с применением высокоскоростных струй воды для разделения многокомпонентных волокон. Химическая обработка, вызывающая набухание компонента (например, при нанесении каустического или другого вызывающего набухание агента) или растворение компонента, также может привести к расслаиванию. Обработка паром, микроволнами, механическим растягиванием и другие методики также могут применяться к подходящим многокомпонентным волокнам для получения расслаивания. Двухкомпонентные волокна могут быть круглыми в поперечном сечении или не круглыми, например, дольчатыми волокнами, и могут быть скрученными, гофрированными, спиральными или практически прямыми. Двухкомпонентные сочетания, например, могут включать следующие: полипропилен, полиэтилен, полиэфиры, ПБТ (полибутилентерефталат), полимолочные кислоты, полиамиды, РНА и подобные. Дополнительные подробности получения микроволокон описаны, например, в публикации заявки на патент США №2004/0161994 А1, опубликованные Arora et al. 19 августа 2004; микроволокна из Arora et al. также могут применяться в соответствии с данным изобретением.
Принимающие слои, содержащие микроволокна, могут быть ткаными полотнами или неткаными полотнами и могут содержать один тип микроволокон или множество типов микроволокон, и могут содержать волокна, сетки или другие структурные элементы, отличные от микроволокон. Типовые материалы, содержащие микроволокна, которые могут рассматриваться как применяемые в принимающем слое в соответствии с данным изобретением, включают следующие:
- полотна, полученные гидравлическим креплением, особенно такие, которые содержат микроволокна, производства компании Polymer Group, Inc (расположена в North Charleston, South Carolina). Патенты и заявки, принадлежащие Polymer Group, Inc. (PGI), которые включают гидроперепутывание, включают публикацию заявки на патент США №2002/0025753, опубликованную Putnam et al. 28 февраля 2002; патент США №6306234, выданный Barker et al. 23 октября 2001; патенте США №6314327, выданный Ngai et al. 13 ноября 2001; публикацию заявки на патент США №2002/0146957, опубликованной Fuller et al. 10 октября 2002; патенте США №6675429, выданный Carter et al. 13 января 2004; патенте США №6606771, выданный Curtis et al 19 августа 2003; патент США №6564436, выданный Black et al. 20 мая 2003; патенте США №6516502, выданный Moody et al. 11 февраля 2003; патенте США №6725512, выданный Carter et al. 27 апреля 2004; патент США №6735833, выданный Putnam et al. 18 мая 2004; и патент США №6343410, выданный Greenway et al. 5 февраля 2002, описание которых включено сюда посредством ссылки до той степени, пока они не противоречат данному описанию. Промышленные продукты PGI, которые могут применяться в различных вариантах данного изобретения, включают полотна PGI MediSoft™, полотна Comfortlace™ для предметов женской гигиены, сделанные PGI методом Laminar Air Controlled Embossing (LACE), который добавляет трехмерное изображение или объемный поверхностный слой на сеткообразную пленку, и полотна Miratec™ или другие полотна, полученные с применением PGI методики гадроперепутывания Apex, в которой на полотно может быть добавлено трехмерное изображение.
- Петельный материал, в котором петли образованы на принимающим слое согласно публикации заявки на патент США №2004/0157036 А1, опубликованной Provost et al. 12 августа 2004. Петельный материал получают иглопрокалыванием пучка волокон через подложку, такую как пластиковая пленка, с получением петель на противоположной стороне подложки. Связующее вещество, такое как порошковая смола или пластиковая пленка, помещают на волокнистый слой продукта и сплавляют с подложкой для связывания волокон на месте. В некоторых случаях продукт прошивают только в отдельных областях, оставляя остальную площадь свободной от петель.
- Нетканые полотна с отверстиями получают согласно патенту США №5369858, выданному Gilmore et al. 6 декабря 1994. В этом патентном документе описано нетканое полотно, содержащее, по меньшей мере, один слой текстильных волокон или сеть их полимерных нитей, и, по меньшей мере, одно полотно из выдуваемых из расплава микроволокон, связанных вместе гидроперепутыванием. Отверстия в нетканых полотнах могут быть получены гидроперепутыванием, или могут иметь области более высокой плотности и области более низкой плотности. Методика принадлежит Fiberweb North America, расположенной в Simpsonville, South Carolina.
- Ткани из микроволокна, продаваемые на рынке как ткани для чистки, такие как Modern Magic MicroFiber Cleaning Cloths от Modern Plastics, Inc., расположенной в Bridgeport, Commecticut; MicroFiber Cleaning Cloths от TAP Plastics, Inc., расположенной в Stockton, California; или Scoth-Brite MicroFiber Cleaning Cloths от 3М, Inc., расположенной в St.Paul, Minnesota.
- OFO-3 Micro Fiber производства Oimo Industrial Co., Ltd., расположенной в Taipei, Taiwan, ткань, полученная из механически расслоенного микроволокна, полученного из ПЭТ/нейлонового двухкомпонентного волокна, которое гидравлически прошито, где волокна расщепляют на 166 частей, согласно информации поставщика на http://www.allproducts.com/household/oimo/22-ofo-3.html (рассмотренной 17 мая 2004).
Микроволокна могут быть выполнены из множества полимеров, таких как целлюлоза (например, полученные в растворителе волокна лиоцелл), полиолефины, полиамиды, полиэфиры, РНА, полимолочная кислота, акриловые полимеры и подобные. Микроволокна также могут включать электроформованные волокна, которые также называют нановолокна.
Известные петельные материалы, которые могут быть адаптированы для применения в принимающем слое в соответствии с данным изобретением, включают петельные материалы, описанные в патенте США №5622578, выданном Thomas 22 апреля 1997. Петли, описанные в патентном документе, производят с применением способа экструдирования жидкого материала через отверстия наносимого материала на движущийся субстрат для получения основы для петель, растягиванием жидкого материала в направлении, параллельном плоскости субстрата, разрезанием растянутого материала с получением удаленного конца, который сплавляют со смежным количеством растянутого материала с образованием петли.
Петельные материалы, которые могут быть адаптированы для применения в принимающем слое в соответствии с данным изобретением, могут включать слоистые материалы из нетканых материалов, таких как нетканые полотна, соединенные с пленками, или множественные слои волокнистых нетканых полотен. Такие слоистые материалы могут включать материалы, описанные в публикации заявки на патент №2003/0077430, опубликованной Grimm et al. 24 апреля 2003, описание которой включено сюда посредством ссылки до той степени, которая не противоречит данному описанию. Слоистые материалы, описанные у Grimm et al. включают, по меньшей мере, один слой нетканого полотна из полиолефиновых бесконечных волокон, такого как нетканое полотно из полипропиленовых бесконечных волокон, имеющий максимальную прочность на разрыв в машинном направлении, которая, по меньшей мере, такая же по величине, как в поперечном машинном направлении (например, в соотношении около от 1:1 до около 2,5:1), и полученный в основном из волокон, имеющих линейную плотность менее 4,5 дтекс, например, в интервале от около 0,8 дтекс до около 4.4 дтекс, более конкретно, от около 1,5 дтекс до около 2,8 дтекс, а также второй слой нетканого полотна, который связан с первым слоем, который включает полотно из гофрированных волокон, таких как двухмерно или спирально гофрированные штапельные волокна, полученные из полиолефинов, где такие гофрированные волокна более грубые, чем волокна нетканого полотна первого слоя, и могут иметь линейную плотность от около 3,3 дтекс до около 20 дтекс, более конкретно от около 5,0 дтекс до около 12,0 дтекс, где, по меньшей мере, два слоя нетканых полотен могут быть связаны друг с другом на общей границе с применением связывания в виде заданной формы. Второй слой может применяться в качестве петельного слоя в материале из документа Grimm et al.
Альтернативно, принимающий слой в соответствии с данным изобретением может содержать отверстия (дырки), с которыми могут зацепляться свободно располагающиеся элементы вспененного слоя. Отверстиями могут быть поры на поверхности принимающего слоя, образованные окружающими волокнами. Такие отверстия могут иметь характеристический диаметр более около 0,5 микронов (мкм), например от около 0.5 мкм до около 3 миллиметров (мм), или от около 1 мкм до около 2 мм, или от около 2 мкм до около 1,2 мм, или от около 4 мкм до около 1 мм, или менее 1 мм. Отверстия могут иметь средний диаметр около 0.5 микронов или более, около 1 микрона или более, около 2 микронов или более, или около 4 микронов или более, непрерывно от плоскости поверхности принимающего слоя, окружающего отверстие, до «глубины отверстия» в принимающем слое, равной одному из следующих значений или более: 2 микрона, 5 микронов, 10 микронов, 50 микронов, 100 микронов, 300 микронов, 600 микронов, 1 мм, 2 мм и 3 мм. Если отверстием является сплошное вертикальное отверстие, адаптированное для вхождения вертикальных цилиндрических свободно располагающихся элементов диаметра D, имеющих максимальное расстояние L проникновения в принимающий слой, отверстие может иметь глубину цилиндрического отверстия L соответствующую диаметру свободно располагающегося элемента D. Таким образом, например, свободно располагающийся элемент, имеющий максимальный диаметр около 50 микронов и высоту около 500 микронов по отношению к его основанию (области, где он связана с двумя или более другими элементами) должен быть способен проникать на около 300 микронов в практически плоский принимающий слой с отверстиями, имеющими глубину цилиндрического отверстия около 300 микронов по отношению к свободно располагающемуся элементу диаметром 50 микронов.
В одном варианте данного изобретения принимающий слой содержит тонкие микроволокна, которые могут обеспечивать петли для удержания свободно располагающихся элементов вспененного слоя. В другом варианте данного изобретения микроволокна представлены в виде гидравлически скрепленного полотна, в котором микроволокна гидроперепутаны на нетканой или тканой подложке.
В одном альтернативном варианте данного изобретения принимающий слой также может содержать открытоячеистый вспененный материал, такой как вспененный слой на основе меламина. Было обнаружено, что один вспененный слой из меламинового вспененного материала может эффективно соединяться, при определенных условиях, с другим вспененным слоем меламинового вспененного материала, где открытые ячейки и окошки ячеек меламинового вспененного материала могут служить в качестве петель, подходящих для удержания свободно располагающихся элементов из другого вспененного слоя. В таком варианте, вспененный слой или принимающий слой, содержащий вспененный слой, также включает усиливающий слой.
Производство меламиновой пены
Принципы производства пены на основе меламина хорошо известны. Пены на основе меламина в настоящее время производятся компанией BASF, расположенной в Ludwigshafen, Germany, под торговым наименованием BASOTECT. Принципы производства пены на основе меламина описаны в ЕР-В 071671, опубликованной Mahnke et al. 17 декабря 1979. Согласно Mahnke et al. их производят вспениванием водного раствора или дисперсии продукта конденсации меламина-формальдегида, который включает эмульгатор (например, алкилсульфонаты металла и алкиларилсульфонаты металла, такие как додецилбензолсульфонат натрия), кислотный отверждающий агент и порообразующее вещество, такое как С5-С7 углеводород, и отверждением меламин-формальдегидного конденсата при повышенной температуре. Описано, что пены имеют следующие свойства:
3
3
3
3
- плотность по DIN 53 420 от 4 до 80 граммов на литр (г/л), соответствующую от 0,004 г/смдо 0,08 г/см (хотя для целей данного изобретения плотность также может варьироваться от около 0,006 г/см до около 0,1 г/см, или в других применяемых интервалах);
- удельная теплопроводность согласно DIN 52 612 менее чем 0,06 Вт/м°К;
2
2
- сопротивляемость сжатию по DIN 53 577 при 60% проникновении, деленная на плотность с получением коэффициента менее 0,3 (Н/см)/(г/л), предпочтительно менее 0,2 (Н/см)/(г/л), где после измерения сопротивляемости сжатию толщина пены восстанавливается до, по меньшей мере, 70% и, предпочтительно, 90% от ее исходной толщины;
2
2
- модуль упругости по DIN 53 423, деленный на плотность пены, ниже 0,25 (Н/мм)/(г/л) и, предпочтительно, ниже 0,15 (Н/мм)/(г/л);
- сгибание до разрыва по DIN 53423 более 6 мм, и предпочтительно более 12 мм;
2
2
- прочность на разрыв по DIN 53 571, по меньшей мере, 0,07 Н/мм или, предпочтительно, по меньшей мере, 0,1 Н/мм; и
- по German Standard Specification DIN 4102 они показывают, по меньшей мере, стандартную устойчивость к возгораемости и, предпочтительно, показывают низкую горючесть.
3
3
2
2
В патенте США №6503615, выданном Horii et al. 7 января 2003 описано полотно для протирания, полученное из открытоячеистой пены, такой как пена на основе меламина, где полотно для протирания имеет плотность от 5 кг/м до 50 кг/м согласно JIS К 6401, прочность на разрыв от 0,6 кг/см до 1,6 кг/см согласно JIS К 6301, удлинение при разрыве от 8% до 20% согласно JIS К 6301, и количество ячеек от 80 ячеек/25 мм до 300 ячеек/25 мм, измеренное согласно JIS К 6402. Вспененные материалы на основе меламина, имеющие такие механические свойства, могут применяться в соответствии с данным изобретением.
Похожие вспененные материалы описаны в патенте США №3093600, выданном Spencer et al 11 июня 1963. В них присутствуют агенты для улучшения эластичности и прочности на разрыв вспененного материала. Вспененные материалы на основе меламина также описаны в патенте Великобритании № GB 1443024, выданном Russo et al. 21 июля 1976.
Вспененный материал для применения в соответствии с данным изобретением может быть подвергнут тепловому сжатию для модификации его механических свойств, как описано в патенте США №6608118, выданном Kosaka et al. 19 августа 2003, описание которого включено сюда посредством ссылки до той степени, пока оно не противоречит данному описанию.
Хрупкие вспененные материалы могут быть получены как описано в публикации Германии DE-AS 1297331 из фенольных компонентов, компонентов на основе мочевины или компонентов на основе меламина, в водном растворе с пенообразователем и катализатором отверждения.
Хрупкий вспененный материал может содержать частицы органического или неорганического наполнителя, например, от около 5% до около 30 мас.% частиц. Примеры частиц могут включать глины, такие как каолин, тальк, оксид кальция, карбонат кальция, двуокись кремния, окись алюминия, цеолиты, карбиды, кварц и подобные. Наполнителями также могут быть волокнистые материалы, такие как древесные волокна, бумажные волокна, кокосовые волокна, волокна ваточника, лен, яванский джут, сизаль, выжатый сахарный тростник и подобные. Частицы наполнителя или волокна, добавленные во вспененный материал, могут быть гетерогенно распределены или могут быть распределены гомогенно.
Во вспененный материал или его часть также может быть введен материал для усиления или придания твердости вспененному материалу, при желании, например, введена стекловата или другие силикатные соединения, как описано в патенте США №4125664, выданном Giesemann 14 ноября 1978, описание которого включено сюда посредством ссылки до той степени, пока оно не противоречит данному описанию. Адгезивные материалы, расплавы, очистители, отбеливатели (например, перекиси), антимикробные средства и другие добавки могут быть введены во вспененный материал.
Вспененный слой может иметь прямоугольную форму, но также он может иметь любую другую форму, такую как полукруг, круг, овал, ромб, синусоидная форма, в форме кости и так далее. Вспененный слой не обязательно является плоским, а может быть формован или профилирован в трехмерных формах в эстетических или функциональных целях. Например, вспененный материал на основе меламина может быть получен тепловым литьем согласно способу, описанному в патенте США №6608118, выданном Kosaka et al. 19 августа 2003; ранее включенном посредством ссылки. В Kosaka et al., описанном выше, описано формование пены при температуре от 210 до 350°С (или, более конкретно, от 230°С до 280°С или от 240°С до 270°С) в течение 3 минут или более, что вызывает неупругую деформацию при нагрузке, где пену спрессовывают до толщины от около 1/1,2 до около 1/12 от исходной толщины, или от около 1/1,5 до около 1/7 от исходной толщины. Формованные меламиновые пены могут быть соединены с уретановым пористым слоем с получением композитного материала, согласно Kosaka et al.
Как описано у Kosaka et al. пена на основе меламина может быть получена смешиванием основных исходных материалов меламина и формальдегида, или их предшественников, со вспенивающим агентом, катализатором и эмульгатором, вливанием полученной смеси в пресс-форму и применением или созданием тепла (например, облучением или энергией электромагнитного поля) для вспенивания и отверждения. Молярное соотношение меламина к формальдегиду (т.е. меламин: формальдегид) для получения предшественника составляет, согласно Kosaka et al., предпочтительно от 1:1,5 до 1:4, или более конкретно, от 1:2 до 1:3,5. Среднечисленная молекулярная масса предшественника может составлять от около 200 до около 1000, или от около 200 до около 400. Формалин, водный раствор формальдегида, может применяться в качестве источника формальдегида.
Меламин также известен под химическим наименованием 2,4,6-триамино-1,3,5-триазин. В качестве других мономеров, соответствующих меламину, могут применяться С1-5 алкилзамещенные меламины, такие как метилолмеламин, метилметилолмеламин и метилбуталолмеламин, мочевина, уретан, амиды карбоновой кислоты, дициандиамид, гуанидин, сульфуриламиды, амиды сульфоновой кислоты, алифатические амины, фенолы и их производные. В качестве альдегидов могут применяться ацетальдегид, триметилолацетальдегид, акролеин, бензальдегид, фурфурол, глиоксал, фталальдегид, терефталальдегид и подобные.
В качестве вспенивателя может применяться пентан, трихлорфторметан, трихлортрифторэтан и подобные. В качестве катализатора, например, может применяться муравьиная кислота, и, в качестве эмульгатора, могут применяться анионные поверхностно-активные вещества, такие как сульфонат натрия.
Другие полезные способы получения вспененных материалов на основе меламина описаны в патенте США №5413853, выданном Imashiro et al. 9 мая 1995, описание которого включено сюда посредством ссылки до той степени, пока оно не противоречит данному описанию. Согласно Imashiro et al. пена на основе меламиновой смолы в соответствии с данным изобретением может быть получена нанесением покрытия из гидрофобного компонента на известную пену на основе меламин-формальдегида, полученную вспениванием смоляной композиции, состоящей в основном из меламин-формальдегидного конденсата и вспенивающего агента. Компоненты, применяемые в указанной пене на основе меламиновой смолы, поэтому могут быть такими же, какие обычно применяют для получения меламин-формальдегидных смол или пен из них, за исключением гидрофобного компонента.
В качестве примера у Imashiro et al. описан меламин-формальдегидный конденсат, полученный смешиванием меламина, формалина и параформальдегида и взаимодействием этих компонентов в присутствии щелочного катализатора при нагревании. Соотношение смешения меламина и формальдегида может быть, например, 1:3 для молярного соотношения.
Меламин-формальдегидный конденсат может иметь вязкость от около 1000 до 100000 сП, более конкретно, от 5000 до 15000 сП, и может иметь рН 8-9.
В качестве вспенивателя описан алкиловый углеводород с прямой цепью, такой как пентан или гексан.
Для получения гомогенного вспененного материала, смоляная композиция, состоящая в основном из меламин-формальдегидного конденсата и вспенивателя, может содержать эмульгатор. Такие эмульгаторы могут включать, например, алкилсульфонаты металла и алкиларилсульфонаты металла.
Смоляная композиция может также содержать отверждающий агент для отверждения вспененной смоляной композиции. Такой отверждающий агент может включать, например, кислые отверждающие агенты, такие как муравьиная кислота, хлористоводородная кислота, серная кислота и щавелевая кислота.
Вспененный материал, описанный Imashiro et al., может быть получен добавлением, при необходимости, эмульгатора, отверждающего агента и другого наполнителя, и т.д. к смоляной композиции, состоящей в основном из меламин-формальдегидного конденсата и вспенивателя, тепловой обработкой полученной смеси при температуре, равной или превышающей температуру кипения вспенивателя, с получением пен, и отверждением вспененного материала.
3
3
2
3
3
В другом варианте данного изобретения вспененный материал может содержать вспененный материал на основе меламина, имеющий содержание изоцианата (полимеры на основе изоцианата обычно включают полиуретаны, полимочевины, полиизоцианураты и их смеси). Такие вспененные материалы могут быть получены согласно патенту США №5436278, выданному Imashiro et al. 25 июля 1995, описание которого включено сюда посредством ссылки до той степени, пока оно не противоречит данному описанию, в котором описан способ получения пены на основе меламиновой смолы, содержащей меламин-формальдегидный конденсат, вспениватель и изоцианат. Один вариант данного изобретения включает получение вспененного материала на основе меламиновой смолы взаимодействием меламина и формальдегида в присутствии силанового связующего вещества. Изоцианатный компонент, применяемый в патенте США №5436278, может быть представлен CR 200 (торговое наименование полимерного 4,4'-дифенилметандиизоцианата, производимого Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.) и Sumidur E211, E212 и L (торговое наименование форполимеров типа MDI, производства Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd.). Один из примеров содержит 100 массовых частей меламин-формальдегидного конденсата (концетрация 76%), 6,3 части додецилбензолсульфоната натрия (концентрация 30%), 7,6 части пентана, 9,5 частихлорида аммония, 2,7 части муравьиной кислоты и 7,6 части CR 200. Смесь этих компонентов помещают в пресс-форму и вспенивают при температуре 100°С с получением материала плотностью 26,8 кг/м (0,0268 г/см), напряжением при сжатии 0,23 кгс/см и относительным сжатием 2,7%. В общем, вспененные материалы на основе меламина, описанные в патенте США №5436278, обычно имеют плотность 25 кг/м - 100 кг/м, относительное сжатие по JIS К 7220 2,7%-4,2% (этот показатель улучшен на около 40%-130% по сравнению со значением 1,9% для обычных хрупких вспененных материалов на основе меламина), и теплопроводность, измеренную при температуре от 10°С до 55°С, 0,005 ккал/м-ч-°С или менее (это намного меньше, чем 0,01 ккал/м-ч-°С, которое является значением для обычных хрупких вспененных материалов). Другие вспененные материалы, содержащие меламин и изоцианаты, описаны в заявке на мировой патент № WO 99/23160, опубликованной Sufi 14 мая 1999, эквивалентом которой в США является заявка на патент США №98/23864, описание которой включено сюда посредством ссылки до той степени, пока оно не противоречит данному описанию.
2
В другом варианте данного изобретения может применяться вспененный материал на основе меламина, который получают согласно международной заявке № WO 0/226872, опубликованной Baumgarti et al. 4 апреля 2002. Такие вспененные материалы закаливают при повышенной температуре для улучшения их применимости в качестве впитывающих изделий, носимых вблизи человеческого тела. Во время или после закаливания описана дальнейшая обработка, по меньшей мере, одним полимером, где полимер содержит первичные и/или вторичные аминогруппы и имеет молярную массу, по меньшей мере, 300, хотя такая полимерная обработка может быть пропущена, при желании, если вспененные материалы, описанные в WO 0/226872, применяют в соответствии с данным изобретением. Такие вспененные материалы могут иметь удельную площадь поверхности, определенную по БЭТ, по меньшей мере, 0,5 м/г. Примеры фенольных вспененных материалов включают сухие растительные вспененные материалы, производимые Oasis Floral Products, расположенной в Kent Ohio, а также впитывающие воду открытоячеистые хрупкие фенольные вспененные материалы, производимые Aspac Floral Foam Company Ltd., расположенной в Kowloon, HongKong, частично описанные в http://www.aspachk.com/v9/aspac/why_aspac.html. Открытоячеистые фенольные вспененные материалы могут быть получены из фенольных смол от PA Resins, расположенной в Malmö, Sweden, объединенных с подходящими отвердителями (например, органической сульфоновой кислотой) и эмульгаторами со вспенивателем, таким как пентан. Фенольные смолы могут включать резольные смолы или новолачные смолы, например, такие как Bakelite Resin 1743 PS от Bakelite AG, расположенной в Iserlohn-Letmathe, Germany, которые применяют для растительных вспененных материалов.
Самокрепление
В некоторых полезных вариантах данного изобретения представлен самокрепящийся материал, который содержит вспененный слой и принимающую зону, расположенные на противоположных сторонах самокрепящегося материала (например, первой поверхности и второй поверхности, которые целиком соединены перед соединением двух поверхностей со вспененной системой крепления в соответствии с данным изобретением). В одном варианте данного изобретения самокрепящийся материал представляет собой слоистый материал из вспененного слоя и принимающего слоя, такого как волокнистый петельный слой. Вспененный слой может обеспечиваться свободно располагающимися элементами, продолжающимися от обработанной первой внешней поверхности вспененного слоя. Принимающий слой служит для получения второй внешней поверхности напротив первой верхней поверхности. Когда вспененный слой (первая внешняя поверхность) самокрепящегося материала контактирует с принимающим слоем (вторая внешняя поверхность) самокрепящегося материала, возможно эффективное соединение.
Слоистый материал из вспененного слоя и принимающего слоя может быть получен любыми известными методами, такими как клеевое соединение, ультразвуковое соединение, тепловое соединение, гидроперепутывание, прошивание, лазерное соединение и крепление с применением механических крепежей, таких как традиционные материалы с крючками и петлями. Хотя вспененный слой может быть соединен с принимающим слоем благодаря вхождению свободно располагающихся элементов в петли или отверстия только принимающего слоя, в других вариантах данного изобретения могут применяться другие средства соединения для получения большей прочности соединения в направлении z или такого сопротивления отслаиванию, при котором слоистый материал не будет легко разделяться при применении отслаивающего усилия или других подъемных сил (например, сил, прилагаемых в направлении z).
Описание изобретения
На фиг.1 показано нетканое полотно 10, которое включает первое полотно 12. Первое полотно 12 получено из экструдированных нитей 14, которые могут включать автоадгезивный материал.
В данном описании нетканые полотна относятся к полотнам, которые были получены без применения процессов плетения, которые обычно дают структуру из отдельных нитей, которые переплетены повторяющимся образом. Нетканое полотно может быть получено множеством способов (например, выдуванием из расплава, фильерным способом, перфорацией пленки и прочесыванием штапельного волокна).
Хотя только часть первого полотна 12 показана на фиг.1, необходимо отметить, что первое полотно 12 может иметь любой размер или форму. Кроме того, первое полотно 12 может иметь множество различных толщин в зависимости от области, в которой применяется нетканое полотно 10. Экструдированные нити 14 могут быть получены любым экструзионным способом, который известен в настоящее время или будет изобретен в будущем (например, выдувание из расплава).
В данном описании термин «автоадгезивный» относится к свойствам самоприлипания материала. Автоадгезивный материал является по существу не адгезивным в отношении множества других материалов. Некоторые автоадгезивные материалы могут быть повторно склеены вместе и разделены при рабочей (например, комнатной) температуре.
В некоторых вариантах автоадгезивный материал может быть полимерным материалом, который включает термопластичные эластомеры. В качестве примера, термопластичные эластомеры могут иметь молекулы, которые включают последовательные расположения индивидуальных сочетаний мономерных единиц. Термопластичные эластомеры должны иметь относительно стабильные автоадгезивные свойства и быть практически не адгезивным по отношению к другим материалам.
Кроме того, автоадгезивный материал может включать термопластичный эластомер, который имеет физические поперечные связи, которые ограничивают подвижность эластомера (т.е. текучесть). Ограничение подвижности эластомера может поддерживать автоадгезивные свойства термопластичного эластомера.
Некоторые примерные термопластичные эластомеры, которые могут применяться в автоадгезивном материале, включают мультиблочные сополимеры радиальных, трехблочных и двухблочных структур, включая не высокоэластичные сегменты моно- и полициклических ароматических углеводородов, и более конкретно, моно- и полициклических аренов. В качестве примеров, моно- и полициклические арены могут включать замещенные и незамещенные поли(винил)арены моноциклической и бициклической структуры.
В некоторых вариантах термопластичные эластомеры могут включать не высокоэластичные сегменты замещенных или незамещенных моноциклических аренов с молекулярной массой сегментов, достаточной для обеспечения разделения фаз при комнатной температуре. В качестве примеров, моноциклические арены могут включать полистирол и замещенные полистиролы, которые имеют мономерные единицы, такие как стирол и алкилзамещенный стирол (например, альфа-метилстирол и 4-метилстирол). Другие примеры включают замещенные или незамещенные полициклические арены, которые имеют мономерные единицы (например, 2-винилнафталин и 6-этил-2-винилнафталин).
Необходимо отметить, что термопластичные эластомеры также могут включать высокоэластичные сегменты, которые представляют собой полимерные блоки, которые могут состоять из гомополимеров мономера, или сополимера, который включает два или более мономера, выбранных из алифатических конъюгированных соединений диена (например, 1,3-бутадиена и изопрена). Некоторые типовые высокоэластичные материалы включают полиизопрен, полибутадиен и стиролбутадиеновые каучуки. Другие типовые высокоэластичные материалы включают насыщенный олефиновый каучук из этилен/бутиленовых или этилен/пропиленовых сополимеров, который может быть получен из соответствующих ненасыщенных полиалкиленовых групп (например, гидрированного полибутадиена и полиизопрена).
Кроме того, термопластичный эластомер может быть частью системы стирольных блоксополимеров, которая включает высокоэластичные сегменты, которые могут быть насыщены гидрирующими ненасыщенными предшественниками (например, стирол-бутадиен-стирол (СБС) блоксополимер, который имеет центральные или серединные сегменты, содержащие смесь 1.4 и 1.2 изомеров). В качестве примера, а-бутадиен-стирольный (СБС) блоксополимер, который включает центральные или серединные сегменты, содержащие смесь 1.4 и 1.2 изомеров, могут быть гидрированы с получением (i) стирол-этилен-бутилен-стирольного (СЭБС) блоксополимера, или (ii) стирол-этилен-пропилен-стирольного (СЭПС) блоксополимера.
В некоторых вариантах автоадгезивный материал может включать смесь полиэтилена и блоксополимера. В качестве примера, автоадгезивный материал может включать смесь одного или более блоксополимеров, выбранных из группы, включающей поли(стирол)-сополи(этилен-бутилен)-сополи(стирольный) сополимер, поли(стирол)-сополи(этилен-бутиленовый) сополимер и полиэтиленовый полимер. В некоторых вариантах один или более блоксополимеров могут составлять от около 30 мас.% до около 95 мас.% автоадгезивного материала, и полиэтиленовый полимер может составлять от около 5 мас.% до около 70 мас.% автоадгезивного материала (все массовые проценты даны по отношению к общей массе блоксополимера и полиэтиленового полимера, которые присутствуют в автоадгезивном слое).
В данном описании пиковая нагрузка автоадгезивной прочности представляет собой силу, которая требуется для разделения нетканого полотна 10, когда оно присоединено само к себе. Если нетканое полотно 10 применяют в качестве адгезивного компонента, пиковая нагрузка автоадгезивной прочности должна соответствовать требованиям к адгезивной прочности для конкретной области применения. Если нетканое полотно 10 применяют в системе крепления, пиковая нагрузка автоадгезивной прочности для нетканого полотна 10 должна быть достаточно высокой для предотвращения расстегивания системы крепления во время применения. Нетканое полотно 10, которое имеет слишком низкую пиковую нагрузку автоадгезивной прочности, может не подходить для некоторых областей применения систем крепления.
Нетканое полотно 10 легко соединяется с другими изделиями, которые включают похожий автоадгезивный материал, с силой, которая превосходит силу, которая возникает при соединении нетканого полотна 10 с другими типами материалов (например, прочность соединения, по меньшей мере, вдвое больше). В качестве примера, нетканое полотно 10 может иметь пиковую нагрузку автоадгезивной прочности, которая больше чем около 100 граммов на дюйм ширины нетканого полотна 10 (около 118 граммов на сантиметр ширины слоя), и вплоть до около 2000 граммов на дюйм ширины нетканого полотна 10 (около 787 граммов на сантиметр ширины слоя). Способ, которым определяют значение пиковой нагрузки автоадгезивной прочности, описан в патенте США №6261278, который включен сюда посредством ссылки.
Тип автоадгезивного материала, который может применяться для образования множества нитей 14, выбирают исходя из (i) параметров обработки; (ii) физических свойств; (iii) способов упаковки; и (iv) затрат (среди прочих факторов). Первое полотно 12 должно обладать свойствами, которые необходимы для конкретного продукта и/или процесса. Физическими свойствами автоадгезивного материала можно управлять для определения свойств нетканого полотна 10, таких как температура плавления, прочность на сдвиг, кристалличность, эластичность, твердость, прочность на разрыв, липкость и теплостойкость (среди прочих свойств).
В некоторых вариантах нетканое полотно 10 может быть получено прядением из расплава термопластичных материалов. Такой тип нетканого полотна 10 может быть назван материалом фильерного производства.
Типовые способы получения полимерных материалов фильерного производства представлены в патенте США №4692618 Dorschner e al. и патенте США №4340563 Appel et al., где описаны способы получения нетканых полотен фильерного производства из термопластичных материалов экструдированием термопластичного материала через фильеру и вытягиванием экструдированного материала в нити с применением высокоскоростного потока воздуха с получением случайного расположения волокон на собирающей поверхности. В патенте США №3692618 Dorschner e al. описан способ, в котором пучки полимерных волокон вытягивают с применением множества выводящих пушек с помощью воздуха с очень высокой скоростью, а в патенте США №4340563 Appel et al. описан способ, в котором термопластичные волокна вытягивают через единственную широкую форсунку потоком высокоскоростного воздуха. Некоторые другие примеры способов прядения из расплава описаны в патенте США №3338992 Kinney; патенте США №3341394 Kinney; патенте США №3502538 Levy; патенте США №3502763 Hartmann; патенте США №3909009 Hartmann; патенте США №3542615 Dobo et al. и патенте Канады №803714 Harmon.
В некоторых вариантах желаемые физические свойства могут быть приданы нетканому полотну 10 образованием нитей 14 из многокомпонентного или двухкомпонентного материала, в котором, по меньшей мере, один из материалов в двухкомпонентном материале является автоадгезивным материалом. Автоадгезивный материал может быть похож на любой из описанных выше автоадгезивных материалов.
В данном описании термин нити относится к вытянутому экструдату, полученному пропусканием полимера через формующее выпускное отверстие (например, головку). Нить может включать волокно, которое представляет собой прерывистые нити, имеющие определенную длину, или волокно, которое представляет собой непрерывную нить материала.
Некоторые типовые способы получения нетканого полотна из многокомпонентных или двухкомпонентных материалов описаны в патенте США №4068036 Stanistreet, патенте США №3423266 Davies et al. и патенте США №3595731 Davies et al. описаны способы прядения из расплава двухкомпонентных волокон с получением нетканого полотна. Нетканое полотно 10 может быть получено разрезанием сформованных из расплава на штапельные волокна с последующим формованием соединенного прочесанного полотна, или наложением непрерывных двухкомпонентных волокон на формующую поверхность и, тем самым, соединением полотна.
На фиг.2А-2С иллюстрируют некоторые типовые формы двухкомпонентных нитей 14, которые могут применяться для получения полотна 12. Нити 14 включают первый компонент 15 и второй компонент 16, которые расположены в практически различных зонах поперек поперечного сечения двухкомпонентных нитей 14 и располагаются по всей длине двухкомпонентных волокон 14. Первый компонент 15 двухкомпонентной нити включает самоприлипающий материал и составляет, по меньшей мере, часть периферийной поверхности 17 двухкомпонентных нитей 14. Так как первый компонент 15 демонстрирует свойства, отличающиеся от свойств второго компонента 16, нити 14 могут обладать свойствами первого и второго компонентов 15, 16.
Первый и второй компоненты 15, 16 могут быть расположены бок о бок, как показано на фиг.2А. На фиг.2В показано расположение смещенная от центра оболочка/сердцевина, где второй компонент 16 является сердцевиной 16 нити 14, и первый компонент 15 является оболочкой нити 14. Необходимо отметить, что полученные волокна или нити могут обладать высокой природной спиральной извитостью в расположении оболочка/сердцевина, показанном на фиг.2В. Кроме того, первый и второй компоненты 15, 16 могут быть получены с концентрическим расположением оболочки/сердцевины, как показано на фиг.2С.
Хотя нити 14 описаны как двухкомпонентные нити или волокна, необходимо понимать, что нетканое полотно 10 может включать нити 14, которые содержат один, два или более компонентов. Кроме того, нетканое полотно 10 может быть получено из однокомпонентных нитей, которые объединены с многокомпонентными нитями. Тип материалов, которые выбирают для первого и второго компонентов 15, 16, выбирают на основе параметров обработки и физических свойств материала (среди прочих факторов).
Необходимо отметить, что автоадгезивный материал может включать добавки. Кроме того, когда нити 14 получены из двухкомпонентных (или многокомпонентных) нитей 14, некоторые (или все) компоненты, которые образуют нити 14, могут включать добавки. В качестве примера, нити 14 могут включать красители, антиокислители, стабилизаторы, поверхностно-активные вещества, парафины, активаторы течения, пластификаторы, зародыши кристаллизации и микрочастицы (среди прочих добавок). В некоторых вариантах могут быть включены добавки для способствования обработке нитей 14 и/или полотна 12.
Как показано на фиг.3, нетканое полотно 10 может быть получено из множества полотен 12, 22, 32. Первое полотно 12 из экструдированных нитей 14 может быть похоже на первое полотно 12, описанное выше. Первое полотно 12 может быть связано со вторым полотном 22 из экструдированных нитей 14 таким образом, что первое и второе полотна 12, 22 расположены слоями поверхность к поверхности. Кроме того, второе полотно 22 может быть связано с третьим полотном 32 таким образом, что второе и третье полотна 22, 32 расположены слоями поверхность к поверхности.
В некоторых вариантах второе и/или третье полотна 22, 32 могут быть материалом фильерного производства, хотя в других вариантах второе и/или третье волокна 22, 32 могут быть получены методами выдувания из расплава. Некоторые примеры методов выдувания из расплава описаны в патенте США №4041203, описание которого включено сюда посредством ссылки. В патенте США №4041203 даны ссылки на следующие публикации с описанием методов выдувания из расплава, которые также включены сюда в качестве ссылок: статья, озаглавленная «Superfine thermoplastic Fibers» напечатанная в INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY, том 48, №8, стр.1342-1346, в которой описана работа, проведенная в Naval Research Laboratories в Washington, D.C.; отчет Naval Research Laboratory, датированный 15 апреля 1954; патенты США №№3715251; 3704198; 3676242; и 3595245; и описании изобретения Великобритании №1217892.
Каждое из второго и третьего полотен 22, 32 могут иметь практически ту же композицию, как первое полотно 12, или имеют композиции, отличные от первого полотна 12. Кроме того, второе и третье полотна 22, 32 могут быть получены из одного однокомпонентных, двухкомпонентных или многокомпонентных нитей 14.
В некоторых вариантах первое, второе и/или третье полотна 12, 22 32, могут быть получены отдельно и затем соединены вместе (например, тепловым точечным соединением). Необходимо отметить, что когда первое, второе и, возможно, третье полотна соединены вместе, и общий эластомерный полимер присутствует в нитях 12, которые образуют первое, второе и третье полотна 12, 22, 32, соединение между первым, вторым и третьим полотнами 12, 22, 32 может быть более прочным.
В других вариантах первое, второе и третье полотна 12, 22, 32, могут быть получены непрерывным способом, в котором каждое из первого, второго и третьего полотен 12, 22, 32 получают поверх другого. Оба способа описаны в патенте США №4041203, который включен сюда посредством ссылки.
Типы материалов, которые выбирают для экструдированных нитей 14, которые составляют первое, второе и третье полотна 12, 22, 32, основаны на параметрах обработки и желаемых физических свойствах нетканого полотна 10 (среди прочих факторов). Первое, второе и третье полотна 12, 22, 32 могут быть соединены друг с другом любым методом, известным в настоящее время или изобретенным в будущем. Хотя первое, второе и третье полотна 12, 22, 32 показаны как полотна одинакового размера, необходимо отметить, что первое, второе и третье полотна 12, 22, 32 могут иметь различные размеры и/или формы. Кроме того, первое, второе и третье полотна 12, 22, 32 могут иметь одинаковую (или разную) толщину.
Способ получения нетканого полотна 10 описан далее со ссылкой на фиг.4. Способ включает экструдирование множества нитей 14, где, по меньшей мере, некоторые из нитей 14 могут быть получены из автоадгезивного материала. Способ также включает направление множества нитей 14 в сторону движущейся подложки 66 и размещение множества нитей 14 на движущейся подложке 66. Способ также включает стабилизацию множества нитей 14 с получением полотна 12.
На фиг.4 показана примерная поточная линия 40, которая предназначена для получения полотна 12, которое включает множество двухкомпонентных непрерывных нитей 14 (например, нитей или волокон). Должно быть понятно, что поточная линия 40 может быть адаптирована для получения нетканого полотна 10, которое включает один, два или множество компонентов в каждой нити 14. Кроме того, поточная линия 40 может быть адаптирована для получения нетканого полотна 10, которое включает однокомпонентные нити 14 в сочетании с многокомпонентными нитями 14.
В типовом варианте, который показан на фиг.4, первый и второй компоненты 15, 16 могут быть отдельно совместно экструдированы в двух различных экструдерах 41, 42. Необходимо отметить, что первый и второй экструдеры 41, 42 могут быть любыми экструдерами, которые известны в настоящее время или будут изобретены в будущем.
В некоторых вариантах, первый и второй компоненты 15, 16 имеют форму твердых полимерных гранул (или частиц), которые нагревают до температуры выше их температуры плавления и направляют вдоль пути (например, с помощью вращающегося транспортера). Первый компонент 15 направляют через один канал 46, а второй компонент 16 одновременно направляют через другой канал 48.
Оба потока направляют в фильерный комплект 50, который сначала формирует нити 14. В качестве примера, фильерный комплект 50 может включать пластину, которая имеет множество прорезей или отверстий, через которые проходит экструдированный материал. Количество отверстий на квадратный дюйм фильерного комплекта 50 может варьироваться от около 5 до около 500 отверстий на квадратный дюйм. Размер каждого отверстия в фильерном комплекте может варьироваться от около 0.1 миллиметра (мм) до около 2,0 мм в диаметре. Необходимо отметить, что отверстия в фильерном комплекте 50 могут иметь круглую форму поперечного сечения, или могут иметь двухлепестковую, трехлепестковую, квадратную, треугольную, прямоугольную или овальную форму поперечного сечения в зависимости от свойств, которые желательны для нетканого полотна 10.
В типовом примере, который показан на фиг.4, первый и второй компоненты 15, 16 могут быть направлены в фильерный комплект 50 и затем проведены через фильерный комплект 50 таким образом, что второй компонент 16 образует сердцевину, а первый компонент 15 образует оболочку, которая окружает сердцевину. Как описано выше для фиг.2А-2С, двухкомпонентные нити 14 могут иметь конфигурацию бок о бок или сердцевина/оболочка (среди других возможных конфигураций).
Одна двухкомпонентная нить 14 формируется из каждого отверстия, имеющегося в пластине фильерного комплекта 50. Каждая из множества нитей 14 одновременно выходит из фильерного комплекта 50 на первой скорости. Исходный диаметр каждой двухкомпонентной нити 14 определяется размером отверстий, находящихся в пластине фильерного комплекта 50.
В некоторых вариантах множество нитей 14 направляют вниз через закалочную камеру 58 с получением множества охлажденных нитей 14. Необходимо отметить, что направление нитей 14 вниз позволяет использовать силу тяжести для способствования движению нитей 14. Кроме того, движение вниз может помочь в сохранении нитей 14 отделенными друг от друга.
Нити 14 контактируют с одним или более потоками воздуха, пока нити движутся в закалочную камеру 58. Скорость входящего воздуха может поддерживаться или регулироваться таким образом, чтобы нити 14 эффективно охлаждались.
Множества нитей затем направляют в вытяжной узел 60, который может быть расположен ниже закалочной камеры 50 таким образом, чтобы снова использовать преимущества силы тяжести. В данном описании вытягивание включает обработку охлажденных нитей 14 сжатым воздухом, который вытягивает (например, протаскивает) плавленые нити 14, которые выходят из фильерного комплекта 50 в направлении вниз.
Направленная вниз сила, которая создается сжатым воздухом в вытяжном узле 60, удлиняет и растягивает расплавленные нити 14. Степень, на которую снижается диаметр нитей 14, зависит от нескольких факторов, включая (i) количество плавленых нитей 14, которые вытягивают; (ii) расстояние, на которое вытягивают нити 14; (iii) давление и температура воздуха, который применяют для вытягивания нитей 14; и (iv) натяжение вытягивающей линии (среди прочих факторов).
Охлажденные нити 14 протягивают через вытяжной узел 60 со скоростью, большей чем скорость, при которой непрерывные расплавленные нити 14 выходят из фильерного комплекта 50. Изменение скорости позволяет вытянуть расплавленные нити и уменьшить их площадь поперечного сечения. Охлажденные нити 14 могут быть полностью твердыми при выходе из вытяжного узла 60.
Твердые нити 14 накладывают на движущуюся подложку 66 после выхода из вытяжного узла 60. В качестве примера, движущаяся подложка 66 может быть непрерывной формовочной проволокой или лентой, которая движется приводным роликом 60 и вращается вокруг направляющего валка 70.
Движущаяся подложка 66 может быть сконструирована в виде мелкой, средней или грубой сетки, которая не имеет отверстий или имеет множество отверстий. В качестве примеров, движущаяся подложка 66 может иметь конфигурацию, схожую со стандартной противомоскитной сеткой, или движущаяся подложка 66 может быть плотно сплетена для того, чтобы быть похожей на проволочную сетку, которую обычно применяют в бумажной промышленности при получении бумаги. Вакуумная камера 72 может быть расположена ниже движущейся подложки 66 для способствования аккумуляции нитей 14 на движущейся подложке 66.
В некоторых вариантах нити 14 аккумулируются на движущейся подложке 66 в произвольном направлении таким образом, что аккумуляция нитей 14 в этом месте не включает какие-либо места или связи сплавления, которые будут стабилизировать нити 14 в полотно. Толщина и основная масса нитей 14 определяется, частично, (i) скоростью движущейся подложки 66; (ii) количеством и диаметром нитей 14, которые наложены на движущуюся подложку 66; и (iii) скоростью, при которой нити 14 накладывают на движущуюся подложку 66.
В зависимости от типа поточной линии 40 движущаяся подложка 66 может направлять множество нитей 14 под обогреваемый нагретым воздухом гребень 76, который направляет один или более потоки горячего воздуха на множество нитей 14. Горячий воздух должен иметь температуру, достаточную для плавления некоторых нитей 14 в местах, где нити 14 контактируют, пересекаются или накладываются на другие нити 14.
Как показано на фиг.5, нити 14 прилипают к соседним нитям 14 в местах сплавления 78 с получением стабилизированного полотна 12. Количество мест сплавления 78, которые образуют полотно 12, определяется несколькими факторами, включающими: (i) скорость движущейся подложки 66; (ii) температуру горячего воздуха; (iii) типы материала, составляющего нити 14; и (iv) степень, до которой переплетены нити 14 (среди прочих факторов).
В некоторых вариантах полотно 12 может быть направлено через зажим, образованный прокатывающим валком (не показан) и упорным валком (не показан), которые нагревают до повышенной температуры. В качестве примера, прокатывающий валок может иметь одну или более выпуклостей, которые расположены в сторону от внешней окружности прокатывающего валка. Выпуклости могут иметь такой размер и форму, чтобы образовывать множество соединений в полотне 12 при прохождении полотна 12 через прокатывающий валок и упорный валок. Как только на полотне 12 сформированы соединения, полотно 12 становится соединенным полотном. Точное количество и расположение соединений на соединенном полотне 12 определяется расположением и конфигурацией выпуклостей на внешней окружности прокатывающего валка. В качестве примера, по меньшей мере, одно соединение на квадратный дюйм может быть выполнено на соединенном полотне 12, хотя рассматриваются варианты, в которых процент соединенной области варьируется. В качестве примера, процент соединенной площади может варьироваться от около 10% до около 30% от общей площади полотна 12.
На фиг.6 и 7 изображена система крепления 90. Система крепления 90 включает нетканое полотно 10, которое содержит полотно 12, полученное из множества экструдированных нитей 14, где, по меньшей мере, некоторые из нитей 14 могут включать автоадгезивный материал. Система крепления 90 включает вспененный слой 91, который имеет поверхность 92 (см. фиг.7), которая состоит из множества свободно располагающихся элементов 93. По меньшей мере, часть поверхности вспененного слоя 91 включает модификатор (не показан). Свободно располагающиеся элементы 93 адаптированы таким образом, чтобы зацепить, по меньшей мере, часть множества нитей 14.
Необходимо отметить, что нетканое полотно 10 может быть похоже на любое из нетканых полотен 10, описанных выше. В дополнение, вспененный слой 91 может быть похож на любой из вспененных слоев, которые описаны в заявке на патент США №10/956613, поданной 30 сентября 2004, и в европейском патенте 0235949 А1, которые включены сюда в качестве ссыпок. В качестве примера, вспененный слой 91 может быть открытоячеистой пеной.
Модификатор поверхности, который применяют на поверхности 92 вспененного слоя 91, может быть аналогичен любому из автоадгезивных материалов, описанных выше. Далее, модификатор поверхности, который применяют на поверхности 92 вспененного слоя 91, может быть адгезивом с низкой клейкостью или полимерным воском. Типы модификатора поверхности, который выбирают для вспененного слоя, который составляет систему крепления 90, основаны на параметрах обработки и желаемых физических свойствах системы крепления 90 (среди прочих факторов).
Модификатор поверхности, применяемый на поверхности 92 вспененного слоя 91, может наноситься с применением множества методов, например разбрызгивающего сопла, пистолетов для склеивания, шарикового аппликатора, экструдеров, глубокой печати, флексографической печати, струйной печати, нанесения покрытия и т.д. Модификатор поверхности может быть, но не обязательно, однородно нанесен на поверхность 92 вспененного слоя 91 и может наноситься селективно на отдельные области. Модификатор поверхности также может наноситься узором или по существу произвольно.
2
2
2
2
2
2
2
2
Модификатор поверхности применяют на поверхности 92 вспененного слоя 91 как любое дополнение, которое может потребоваться, однако для обеспечения приемлемой стоимости дополнения могут составлять менее 100 г/м, альтернативно, менее 50 г/м, альтернативно, менее 30 г/м или, альтернативно, менее 25 г/м. Для получения желаемой пользы модификатор поверхности может применяться на поверхности 92 вспененного слоя 91 в качестве дополнения в количестве более 1 г/м, альтернативно, более 5 г/м, альтернативно, более 10 г/м или, альтернативно, более 15 г/м.
Модификатор поверхности может улучшить сцепление вспененного слоя 91 с нитями 14 полотна 12, по сравнению со вспененным слоем 91, который не содержит модификатор поверхности на поверхности 92. Сила сцепления между плотном 12 и частью вспененного слоя 91, включающей модификатор поверхности, может быть больше, чем в 1,5 раза, альтернативно, больше чем в 2,5 раза или, альтернативно, больше чем в 2,0 раза по сравнению с силой сцепления между полотном 12 и частью вспененного слоя 91, не содержащего модификатор поверхности. Сила сцепления может быть измерена с применением максимальной поперечной нагрузки, максимального отслаивания или других подходящих способов тестирования.
Модификатор поверхности может улучшить сцепление вспененного слоя 91 благодаря множеству механизмов. Например, модификатор поверхности может улучшить сцепление путем повышения жесткости поверхности 92 вспененного слоя 91, тем самым улучшая механическое взаимное сцепление между поверхностью 92 и нетканым полотном 10. Когда первичный механизм улучшения улучшает механическое сцепление, может возникнуть минимальное снижение прочности на отслаивание и прочности на сдвиг при загрязнении модификатора поверхности/поверхности 92 вспененного слоя 91. Например, если поверхность 92 вспененного слоя 91 загрязняется водой, например, при тестировании «влажным» методом как описано ниже, «влажное» сцепление вспененного слоя 91, содержащего модификатор поверхности, и нетканого полотна 10 может составлять более 90%, альтернативно, более 80% или, альтернативно, более 60% от «сухого» сцепления вспененного слоя 91, содержащего модификатор поверхности, и нетканого полотна 10, по результатам тестирования на «влажный» сдвиг или «влажное» расслаивание, как описано ниже.
В некоторых вариантах модификатор поверхности, который применяют на поверхности 92 вспененного слоя 91, может быть одинаковым или идентичным автоадгезивному материалу, который может быть включен в некоторые из множества нитей 14.
В некоторых вариантах, по меньшей мере, некоторые из множества нитей 14 могут включать автоадгезивный материал, который может образовывать автоадгезивные петли, которые сцепляются с автоадгезивными свободно располагающимися элементами 93 вспененного слоя 91. Кроме того, по меньшей мере, часть автоадгезивных свободно располагающихся элементов 93 может образовывать автоадгезивные крючки, такие, чтобы автоадгезивные крючки могли зацеплять автоадгезивные петли полотна 12.
Необходимо отметить, что размер, до которого нити 14 образуют петли и свободно располагающиеся элементы 93 образуют крючки, частично зависит от того, как изготовлены нетканое полотно 10 и вспененный слой 91. В качестве примера, свободно располагающиеся элементы 93 могут иметь диаметр около 500 микронов или менее.
В некоторых вариантах вспененный слой 91 может быть усилен присоединением подложки 94 к вспененному слою 91. Подложка 94 может быть присоединена к вспененному слою 91 любыми средствами (например, адгезивное ламинирование подложки 94 на вспененный слой 91, или образование вспененного слоя 91 на подложке 94). В качестве примера, подложка 94 может быть погружена в жидкость, которая отверждается с образованием вспененного слоя 91. В патенте США №6613113, выданном Minick et al. 2 сентября 2003 описан такой способ.
Добавление подложки 94 к вспененному слою 91 может улучшить прочность и/или гибкость вспененного слоя 91. Улучшение прочности и гибкости вспененного слоя 91 может увеличивать количество областей применения системы крепления 90.
В некоторых вариантах свободно располагающиеся элементы 93 вспененного слоя 91 могут быть обработаны для увеличения шероховатости поверхности, что может способствовать присоединению свободно располагающихся элементов 93 к нетканому полотну 10. В качестве примера, свободно располагающиеся элементы 93 могут быть сделаны шероховатыми с помощью присоединения к ним частиц (например, микросфер, минерального наполнителя и т.д.).
В других вариантах свободно располагающиеся элементы 93 могут быть протравлены или другим образом обработаны (например, химическим воздействием, лазерным выжиганием, обработкой электронным лучом и т.д.) для удаления части поверхностного материала в отдельных свободно располагающихся элементах 93. В патенте США №3922455, выданном Brumlik et al. 25 ноября 1975, описаны некоторые примеры шероховатых элементов, которые могут соответствовать модифицированным свободно расположенным элементам 93.
На фиг.8 показан пример одноразового впитывающего изделия 95 (показано как обучающие трусики), которое может включать любую из описанных здесь систем крепления 90. Иллюстрированный пример впитывающего изделия 95 похож на обучающие трусики, описанные в патенте США №6562167, выданном Coenen et al. 13 мая 2003 (который включен сюда посредством ссылки).
Примерное впитывающее изделие 95 показано в частично застегнутом виде на фиг.8. В показанном примерном варианте вспененный слой 91 системы крепления 90 нанесен на передние боковые панели 96 обучающих трусиков 95, и часть нетканого полотна 10 присоединена к задним панелям 97 обучающих трусиков 95. Система крепления 90 фиксирует обучающие трусики 95 вокруг талии носящего путем соединения нетканого полотна 10 со вспененным слоем 91.
Система крепления 90 в соответствии с данным изобретением может применяться во множестве других областей. В качестве примеров, система крепления 90 может применяться в других продуктах, таких как предметы гигиены для лиц, страдающих недержанием мочи, влажные салфетки, наматрасники, другие устройства, применяемые при менструации, гигиенические прокладки, тампоны, нагрудники, перевязочный материал для ран, хирургические головные уборы или халаты, мешки для хранения грязной одежды, мешки для мусора, мешки для хранения и упаковки продуктов. Система крепления 90 может особенно хорошо подходить для применения в областях, связанных с производством подгузников, так как модификатор поверхности или автоадгезивный материал в нетканом полотне 10 практически не загрязняется многими материалами, которые обычно присутствуют в местах смены подгузников (например, детскими лосьонами, маслами и присыпками).
Система крепления 90 может быть прикреплена к подгузникам (или другим продуктам) с применением термокрепления и/или адгезивов (среди прочих методик). В качестве примера, одна часть системы крепления 90 может быть прикреплена к одной части подгузника таким образом, что эта часть сможет зацеплять другую часть системы крепления 90 на другой части подгузника.
Система крепления 90 также может иметь декоративный цвет и/или форму в зависимости от пожеланий потребителя. Также существуют рассматриваемые варианты, в которых система крепления 90 имеет незаметную форму, такую, чтобы система крепления 90 не влияла на внешний вид продукта, в котором применяется система крепления 90.
Далее рассматриваются физические образцы, которые были созданы для демонстрации данного изобретения.
Пример 1
Получают микрофотографию СЭМ, на которой показана типовая сетчатая пена, сцепленная с типовым нетканым полотном, фиг.9. Конкретно, Z65CLY, полностью сетчатая пена производства Foamex International, расположенной Eddystone, PA, имеющая полностью сетчатую структуру, в которой все мембраны между ячейками удалены и толщина которой составляет 3 мм, а плотность 65 пор на дюйм, сцеплена с эластичным нетканым полотном как описано в публикации заявки на патент США 20040110442, поданной 30 августа 2002, и заявке на патент США 11/017984, поданной 20 декабря 2004.
Исследование при малом увеличении с применением микроскопии в отраженном свете и микроскопии в проходящем свете обеих наружных поверхностей и поперечного сечения разрезанного наполовину вспененного материала показало, что вспененный материал представляет собой однородный блочный или полужесткий вспененный материал с открытоячеистой структурой. Например, на фиг.9, полученной при 50Х увеличении в проходящем свете, показана поверхность поперечного сечения среза пены Z65CLY, которая сцеплена с эластичным нетканым полотном. Вспененный материал разрезают наполовину через его центр сцепления с нетканым полотном. Все поверхности вспененного материала, внутренние и внешние, являются практически такими, как показано на фиг.10, где показана сеть из взаимосвязанных волокон, служащих в качестве опорных элементов в открытоячеистой пене, которая является практически однородной. Далее, как показано на фиг.9, свободно располагающиеся элементы на поверхности пены могут обратимо присоединяться к нетканому полотну через улавливание волокон под элементы, или элементы пены удерживают лежащие под ними волокна или блоки волокон.
Образцы вспененного материала получают для анализа СЭМ отрезанием куба стороной 1/2'' бритвенным лезвием. Более тонкие сегменты вспененного материала отрезают от куба и прикрепляют на плоский дисковый держатель диаметром 1'' с помощью двусторонней клейкой ленты. Прикрепленные образцы вспененного материала металлизируют золотом с применением вакуумного устройства для ионного напыления до толщины приблизительно 250 Å. Анализ СЭМ проводят на электронном микроскопе JSM-840 от JEOL USA Inc., расположенной в Peabody, Maine, с применением ускоряющего напряжения 5 кВ, тока луча 300 пА, рабочего расстояния от 36 до 12 миллиметров и увеличения от 30Х до 15000Х.
Примеры 2А, 2В, 2С, 2D и 2Е
Пену Z65CLY покрывают модификатором поверхности, конкретно, Н9078-01 от Bostic, Inc. расположенной в Wauwatosa. Н9078-01 имеет интервал температуры прилипания от ~250°F до ~300°F. Н9078-01 является липким при повышенных температурах, но становится практически не липким при охлаждении до комнатной температуры. Пену Z65CLY покрывают Н9078-01 с применением устройства для нанесения выдутого из расплава клея в следующих условиях: температура бака для расплавления 300°F; температура головки 290°F, температура воздуха 365°F; давление между валками 25 pli, давление воздуха 17 psig; скорость линии 30 фт/мин; высота формования 1,75 дюйма; и время работы 0,2 сек. Образцы пены с покрытием покрывают прокладочной бумагой после нанесения покрытия для профилактики блокирования валков и защиты покрытия. Получают пять различных образцов, которые отличаются слоем накладывания покрытия.
2
Образец 2А - накладывание 0 г/м
2
Образец 2В - накладывание 5 г/м
2
Образец 2С - накладывание 10 г/м
2
Образец 2D - накладывание 15 г/м
2
Образец 2Е - накладывание 20 г/м
Микрофотография СЭМ
2
2
2
На фиг.10 показана микрофотография СЭМ с увеличением 50Х поверхности образца 2А (накладывание 0 г/м). На ФИГ.11 показана микрофотография СЭМ с увеличением 50Х поверхности образца 2С (накладывание 10 г/м). На ФИГ.12 показана микрофотография СЭМ с увеличением 75Х поверхности поперечного сечения среза образца 2С (накладывание 10 г/м). Изображения СЭМ показывают, что покрытие Н9078-01 выглядит либо как тонкие полосы, либо как неравномерные выступы на ячейках пены. Покрытие Н9078-01 часто выгладит как свисающее с концов элементов или обернутое вокруг элементов. Покрытие Н9078-01 удерживается, по-видимому, в основном на поверхности или радом с поверхностью на глубину около одной или двух ячеек. Эта наиболее наглядно показано на поперечном срезе, фиг.11.
Необходимо отметить, что покрытие Н9078-01 не заполняет открытые ячейки или полностью закрывает или блокирует поверхность. Поэтому количество свободно располагающихся элементов, способных к сцеплению, остается практически неизменным. Далее, остается значительное количество открытого пространства (отверстия ячеек пены), которые обеспечивают воздухопроницаемость вспененного материала с покрытием. Это выгодно отличает этот материал от обычного материала с крючками, который обычно воздухонепроницаем.
Прочность на сдвиг соединения при сгибании
2
2
Прочность на сдвиг при сгибании соединения образцов 2А, 2В, 2С, 2D и 2Е с моделью нетканого полотна измеряют для оценки того, как нанесение покрытия влияет на способность вспененного слоя присоединяться к волокнистым сцепляющим слоям. Моделью нетканого полотна является материал SBL, более конкретно, поясной материал, применяемый в подгузниках Huggies Convertibles Diapers (SBL) и описанный в патенте США №4720415, выданном 19 января 1988 Taylor et al., который включен сюда посредством ссылки. Более конкретно, материал SBL получают с двумя 0,4 y/я полипропиленовыми скрученными оболочками и 1,298 у/я Kraton G2760 сердцевиной. Более того, SBL имеет не описанное ранее 232% предельное растягивание. Результаты показаны в таблице 1.
Способ испытания прочности на сдвиг соединения при сгибании
Прочность на сдвиг соединения вспененных слоев к сцепляющим слоям в соответствии с данным изобретением тестируют с применением универсальной испытательной машины, испытательной машины MTS Alliance RT/1 (коммерчески доступна от MTS Systems Corp., расположенной в Eden Prairie, Minnesota), управляемой программой TestWorks, версия 4.04 с, с динамометрическим датчиком 100 Н. Для тестирования применяют верхний фиксатор с покрытыми резиной зажимами, к которому применяют пневматическую нагрузку для хорошего захвата тестируемых образцов. В нижний держатель тестирующего устройства помещают специальное устройство, такое как показано на фиг.13, которое обеспечивает изгиб поверхности, на которой область наложения вспененного слоя на сцепляющий слой к которой может быть применена сила натяжения. На фиг.13 тестовое устройство 600 включает цилиндрическое основание 602, адаптированное для закрепления в нижнем держателе универсальной испытательной машины (не показан), соединенное с областью присоединения 604, включающей горизонтальную перекладину 606 и вертикальную перекладину 608, которые закреплены болтами в изогнутой области 610.
Другие детали, касающиеся геометрии изогнутой области 610, показаны на поперечном сечении на фиг.14, где показано, что изогнутая область 610 представляет собой дуговой сегмент, противолежащий углу ϕ 100 градусов, имеет толщину Т 0,5 дюйма и ширину W 4,5 дюйма. Длина изогнутой области 610, расстояние, на которое она растягивается на плоскости бумаги на фиг.14 (расстояние слева направо, перекрытое изогнутой областью 610 на фиг.13), составляет 8 дюймов. Изогнутую область 610 получают из жесткого нилитрона и она имеет низкое качество поверхности (шероховатую обточенную поверхность) с неровностями 32 микродюйма («поверхность 32»), измеренными на Microfinish Comparator (Gar Electroforming, Danbury, Connecticut).
Как показано на фиг.13, а также на виде сбоку на фиг.15, изогнутую область 610 применяют для удержания отрезка вспененного слоя шириной два дюйма 614 и отрезка принимающего слоя шириной три дюйма 616, которые наложены друг на друга и соединены в зоне присоединения 618, в то время как удаленные концы отрезка вспененного слоя 614 и отрезка принимающего слоя 616 также зажаты в верхнем фиксаторе 620, связанном с передвижной головкой (не показана) универсальной испытательной машины (не показана). Соединение отрезков вспененного слоя и принимающего слоя 614 и 616, соответственно, в зоне присоединения 618 осуществляют совмещением выровненных по боковой линии, выпрямленных вспененного слоя и принимающего слоя 614 и 616, соответственно, с получением области наложения 612 длиной 1 дюйм с последующим применением нагрузки для обеспечения хорошего контакта. Если не указано иначе, нагрузка обеспечивается латунным лабораторным роликом, имеющим массу 7,0 килограммов, который дважды медленно прокатывают над зоной присоединения 618 (вперед и назад). После присоединения отрезков вспененного слоя и сцепляющего слоя 614 и 616, соответственно, зону присоединения 618 располагают по центру нижней части изогнутой области 610, и концы отрезков вспененного слоя и принимающего слоя 614 и 616, соответственно, удаленные от зоны присоединения 618, помещают в зажим верхнего фиксатора 620. Нижняя поверхность верхнего фиксатора 620 расположена на 3 дюйма выше верхней поверхности изогнутой области 610 перед началом процедуры тестирования. Имеется незначительное натяжение при отсутствии значительного зазора в отрезках вспененного слоя и принимающего слоя 614 и 616, соответственно, перед процедурой тестирования.
Измерение прочности присоединения в области наложения 612 может осуществляться с применением универсальной испытательной машины как при проведении испытания на растяжение путем измерения максимальной нагрузки при разрыве. Методика тестирования включает движение верхнего фиксатора вверх со скоростью крейцкопфа 10 дюймов в минуту до разрыва, который может быть разрывом области присоединения 618 или, в некоторых случаях, разрушением одного из отрезков вспененного слоя и принимающего слоя 614 и 616, соответственно, где-либо. Максимальная нагрузка до разрыва является прочностью соединения.
Таблица 1
Прочность на сдвиг соединения при сгибании
Образец
Пиковая нагрузка, гс
n*
Энергия до пика, г*см
Ср.
С.Откл.
% покр
Ср.
С.Откл.
% покр
2A-SBL
470
87
18
5
839
281
33
2B-SBL
1654
179
11
5
11381
3224
28
2C-SBL
1554
412
27
10
11797
2664
23
2D-SBL
1939
200
10
5
10584
3043
29
2E-SBL
2036
213
10
5
19557
4875
25
n* - количество образцов, тестируемых для каждого образца материала
Тестирование показывает, что покрытие дает значительное повышение прочности присоединения, измеренной при пиковой сдвигающей нагрузке: от 3,5 до 4 раз в зависимости от исходного веса покрытия. Далее, прочности присоединения обычно увеличивается при увеличении основного веса покрытия.
Другие тесты прочности на сдвиг соединения при сгибании проводили для двух дополнительных нетканых полотен. Снова, первым нетканым полотном является материал SBL, который образует заднюю поясную область подгузников Huggies Convertibles (SBL). Вторым нетканым полотном является материал SBL с волокнами, модифицированными тереблением/ворсованием для придания большей объемности (модифицированный-SBL). Конкретно, исходный SBL подвергают механической модификации, которая повышает доступность для зацепления волокон на сцепляющей поверхности сетчатыми пенами. Сцепляющую поверхность SBL механически модифицируют с применением 15 фт ручным валиком, который имеет пластинку материала с крючками Velcro 85-1065 (коммерчески доступна от Velcro USA Inc. из Manchester, NH) вокруг внешней поверхности таким образом, что крючки материала с крючками расположены от валика. Сцепляющую поверхность каждого волокнистого нетканого полотна обрабатывают таким валиком, обернутым крючками, путем прокатывания обернутого валика по сцепляющей поверхности два раза, туда и обратно, в одном направлении, и два раза, туда и обратно, в направлении 90 градусов по отношению к первому направлении.
2
Третьим нетканым полотном является эластичное нетканое полотно, такое как описано в публикации патента США 2005/0101206, поданной 13 августа 2004, и заявке на патент США 11/017984, поданной 20 декабря 2004 (эластичное нетканое). Более конкретно, эластичный нетканый материал имеет оболочку из 0,8 у/я двухкомпонентное скрученное волокно оболочка/середина, содержащее 80% масс. сердцевину из Dow EG8185 металлоценового полиэтилена, и 20% оболочку из Dow Aspun 6811А полиэтилена. Эластичное нетканое полотно представляет собой дышащую эластичную пленку, которая описана в примере 5 (страница 15, параграфы 149 и 150 из US 2005/0101206). Эластичный нетканый материал наслаивают на пленку с применением клея Bostic H9375. (клей описан в примере 7, страница 16, из US 2005/0101206).
2
2
Каждое из трех нетканых полотен (SBL, модифицированное SBL и эластичное нетканое полотно) покрывают 2А (накладывание 0 г/м) и 2С (накладывание 10 г/м) и тестируют по методике описанного выше теста. Результаты даны в таблице 2.
Таблица 2
Прочность на сдвиг соединения при сгибании
Образец
Пиковая нагрузка, гс
n*
Энергия до пика, г*см
Ср.
С.Откл.
% покр
Ср.
С.Откл.
% покр
2A-SBL
470
87
18
5
839
281
33
2C-SBL
1554
412
27
10
11797
2664
23
2А - модифицированное SBL
1223
185
15
3
5181
1589
31
2С - модифицированное SBL
2626
804
31
4
32212
13052
41
2А - эластичное нетканое
939
95
10
4
2436
631
26
2С - эластичное нетканое
2571
454
18
4
22312
7946
36
n* - количество образцов, тестируемых для каждого образца материала
Способность к повторному креплению
2
1
2
Далее проводят тестирование для определения способности к повторному соединению пены с покрытием Z65CLY. Способность к повторному креплению требуется во многих областях применения одноразовой одежды для обеспечения большего комфорта и лучшего прилегания продукта к телу носящего. Способность к повторному креплению пены с покрытием (образец 2С - накладывание 10 г/м) и двух различных нетканых полотен (модифицированное SBL и эластичное нетканое) тестируют, и результаты представлены в таблицах 3 и 4. Для каждой программы тестируют два образца (x, x). После измерения первого присоединения, аппарат для тестирования перезагружают. Затем тестируемый материал объединяют как описано выше, и измеряют второе присоединение. Это повторяют для третьего, четвертого и пятого присоединений.
Таблица 3
Способность к повторному креплению для 2С и модифицированного SBL
прочность присоединения при сгибании
Образец
Пиковая нагрузка, гс
Энергия до пика, г*см
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
Ср.
С.Откл.
% покр
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
Ср.
С.Откл.
% покр
1 присоединение
2588
1992
2290
421,8
18,4
28569
17985
23277
7484,0
32,2
2 присоединение
3414
2260
2837
816,5
28,8
35774
20797
28286
10590,7
37,4
3 присоединение
3027
2112
2569
646,5
25,2
27390
16214
21802
7902,3
36,2
4 присоединение
2614
2011
2312
426,5
18,4
22135
14595
18365
5331,6
29,0
5 присоединение
2003
1776
1890
160,2
8,5
14631
12030
13330
1838,8
13,8
Таблица 4
Способность к повторному креплению для 2С и эластичного нетканого полотна
прочность присоединения при сгибании
Образец
Пиковая нагрузка, гс
Энергия до пика, г*см
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
Ср.
С.Откл.
% покр.
x<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
Ср.
С.Откл.
% покр.
1 присоединение
2872
2956
2914
59,0
2,0
28203
29291
28747
769,3
2,7
2 присоединение
3419
3417
3418
1,8
0,1
32390
30166
31278
1572,6
5,0
3 присоединение
3201
3328
3265
89,6
2,7
24488
24874
24681
273,2
1,1
4 присоединение
2402
2837
2620
307,7
11,7
16124
23203
19663
5005,8
25,5
5 присоединение
При 5 присоединении для x<sub>1</sub> и x<sub>2</sub> эластическое нетканое полотно разрушалось перед разрушением соединения
Результаты тестирования показывают хорошую способность к повторному креплению для обоих нетканых полотен (модифицированное SBL, эластичное нетканое). Прочность присоединения для 2 присоединения больше, чем прочность при первом присоединении для обоих нетканых полотен. 3, 4 и 5 присоединения показывают незначительное уменьшение значений максимальной нагрузки.
Оценка модифицированной пены в сухом и влажном состоянии
Как показано в предыдущем примере, применение вспененного слоя с модифицированной поверхностью удваивает прочность присоединения пены к множеству нетканых полотен. Не претендуя на теорию, полагают, что в основе такого улучшения лежат два потенциальных механизма. Во-первых, модификатор поверхности может сделать поверхность пены и свободно расположенные элементы жесткими, и потенциально повышает коэффициент трения поверхности пены и поэтому увеличивает прочность на сдвиг соединения вспененного слоя/нетканого полотна. В основе второго потенциального механизма лежит то, что модификатор поверхности может действовать как контактный клей, обеспечивая прямую адгезивную связь с волокнами нетканого полотна.
Даже хотя поверхность пены с покрытием не является липкой, проводят эксперимент для оценки механизма улучшения прочности на сдвиг. Эксперимент включает незначительное увлажнение поверхности вспененного слоя с покрытием с последующим измерением прочность присоединения влажного вспененного слоя с покрытием. Прочность присоединения влажного вспененного слоя с покрытием сравнивают с прочностью присоединения сухого вспененного слоя с покрытием. В данном эксперименте полагают, что влага действует как ингибитор адгезионного взаимодействия таким образом, что если адгезионный механизм является причиной повышения прочности присоединения, увеличение должно быть обратимым и возвращаться к значению для пены без покрытия.
Способ тестирования влажного сдвига/прочности на отрыв
2
В эксперименте сухого и влажного состояния, образцы пены Z65CLY с покрытием 10 г/мнакладыванием Н9076 (образец 2С) погружают в воду, избыток воды удаляют промоканием бумажными полотенцами до тех пор, пока образцы не станут слегка влажными. Тестирование прочности на сдвиг при сгибании проводят с применением методики тестирования, описанной выше, с применением двух нетканых полотен (SBL, модифицированное SBL). Результаты показаны в таблице 5.
Таблица 5
Прочность на сдвиг соединения при сгибании - влажное и сухое состояние
Образец
Пиковая нагрузка, гс
n*
Энергия до пика, г*см
Ср.
С.Откл.
% покр
Ср.
С.Откл.
% покр
2А - SBL - сухое
310
40
13
5
2С - SBL - сухое
1677
124
7
4
11797
2664
23
2С - SBL - влажное
1687
186
11
4
10584
3043
29
2А - модифицированное
1233
185
14
4
SBL - сухое
2С - модифицированное SBL - сухое
2531
559
22
4
32737
11790
36
2С - модифицированное SBL - влажное
2266
261
12
5
24335
3081
13
n* - количество образцов, тестируемых для каждого образца материала
В дополнение проводят тестирование прочности материалов на сдвиг. Результаты показаны в таблице 6 с последующим описанием способа тестирования.
Таблица 6
Прочность на отрыв соединения - влажное и сухое состояние
Образец
Пиковая нагрузка, гс
n*
Средняя нагрузка, гс
Ср.
С.Откл.
% покр
Ср.
С.Откл.
% покр
2А - SBL - сухое
0
2С - SBL - сухое
53
12
22
3
43
18
42
2С - SBL - влажное
66
12
18
4
19
7
34
2А - модифицированное SBL - сухое
0
2С - модифицированное SBL - сухое
92
11
12
4
45
3
7
2С - модифицированное SBL - влажное
71
19
27
2
38
16
43
n* - количество образцов, тестируемых для каждого образца материала
Результаты тестирования на сдвиг показали незначительное направленное снижение для увлажненного вспененного слоя по сравнению с сухим вспененным слоем для модифицированного SBL. С другой стороны, увлажненный вспененный слой показал незначительное направленное увеличение увлажненного вспененного слоя по сравнению с сухим вспененным слоем для SBL.
Способ тестирования прочности на отслаивание
Тестирование на отслаивание проводят с применением универсальной испытательной машины (не показана) с применением 180° конфигурации отслаивания, показано на фиг.16, где вспененный слой и нетканое полотно 614 и 616, соответственно, соединяют в зоне присоединения 618 так, чтобы их можно было разъединить, одновременно удаленные концы отрезков 614 и 616, соответственно, раздвигают в направлении друг от друга, держа их в зажимах верхнего фиксатора 620 и нижнего фиксатора 621, как показано. При применении универсальной испытательной машины (не показана), как описано в способе тестирования сдвига присоединения при сгибе, может быть измерена сила, требуемая для отслаивания соединенных вспененного слоя и нетканого полотна 614 и 616, соответственно. Скорость крейцкопфа для тестирования на отслаивание составляет 20 дюймов в минуту. Зона присоединения 618 имеет длину (расстояние наслаивания) два дюйма и ширину 3 дюйма (общая площадь наслаивания 6 квадратных дюймов). Длина базы измерения (расстояние между верхним и нижним фиксаторами 620 и 621, соответственно) для тестирования составляет 1,5 дюйма. Применяемое программное обеспечение Testworks не может сгенерировать статистические результаты для значений отслаивания менее 10 граммов силы. Во всех случаях значение отслаивания для пены без покрытия составляло 0.
Результаты тестирования на отслаивание показали, что средняя отслаивающая нагрузка имеет направленную тенденцию к снижению для образцов влажной пены. Разница между влажными и сухими образцами не является статистически значимой. Для максимальных отслаивающих нагрузок наблюдается смешанная тенденция, отслаивание снижается для влажных пен с модифицированным SBL и увеличивается для пен с SBL.
Результаты тестирования на сдвиг и на отслаивание показывают отсутствие статистического различия присоединения при увлажнении. Поэтому полагают, что улучшение присоединения вспененного слоя с модифицированной поверхностью к нетканому полотну возникает в первую очередь за счет механического переплетения и повышения жесткости поверхности пены. Адгезионное взаимодействие может играть вторичную, если не менее значимую, роль в механизме присоединения.
Хотя изобретение подробно описано с применением конкретных вариантов, должно быть понятно, что существуют вариации и эквиваленты этих вариантов. Следовательно, объем данного изобретения должен определяться прилагаемой формулой изобретения и любыми ее эквивалентами.