专利名称：圈丝复合结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于保护地板的圈丝复合结构及其制备方法。
背景技术：
圈丝型地垫现在被广泛应用在建筑物的出入口或人行通道处。它可以有效地刮除行人鞋底带来的泥土和水份，起到保持室内清洁的目的。与其他由纤维织造工艺制成的地毯型地垫相比，应用无纺技术制造的圈丝型地垫由于制造简便，价格便宜，有更强的刮除、藏匿泥沙的功能，同时便于清洁，因此成为主要的室外用刮沙除尘地垫。
圈丝型地垫通常主要由上层圈丝层和背衬底层两部份构成，传统的圈丝型地垫的背衬一般是一层发泡或非发泡的塑料。CN2614680Y提到在地垫圈丝层下面粘附一层高拉伸强度、低延伸率的格网层来起到抗拉伸和变形的作用。但由于格网层存在孔隙结构，圈丝层刮除的泥沙容易穿过网孔而掉落到地面上，起不到保洁和保护地面的作用。由于格网层和圈丝层均为孔隙结构，受结合面积的限制两层之间的结合力有限。
发明内容
除非另外指明，术语“网”、“网状”、“网状层”是指包含基材和含于基材中的孔和/或穴的多孔结构。它包括但不限于长纤维编织网或无纺布纤维网，短/中长纤维编织网或无纺布纤维网，多孔金属板，和任何其它合适的网状结构。
除非另外指明，术语“长纤维”是指长度至少为200mm的纤维，术语“短/中长纤维”是指长度约为5-200mm的纤维。
除非另外指明，术语“至少部分埋入”是指网状增强层的至少一部分，例如，以体积计，1％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，或100％，被聚合物背衬所包埋。
本发明的一个方面提供了一种圈丝复合结构，其包括 圈丝层，所述圈丝层包含圈丝；和 聚合物背衬，所述聚合物背衬包含至少部分埋入的网状增强层。
在一些实施方案中，所述的增强层选自长纤维编织网或无纺布纤维网，短/中长纤维编织网或无纺布纤维网，多孔金属板，和任何其它合适的网状材料。
在一些实施方案中，所述的圈丝包含粘合剂层。
在一些实施方案中，所述的聚合物背衬由热塑性聚合物材料和/或热固性聚合物材料制成。
在一些实施方案中，所述的聚合物材料的上表面与圈丝层共面。
在一些实施方案中，聚合物背衬的厚度约为0.5-40mm，优选约1-2mm，更优选约1-1.5mm。
本发明的另一个方面提供了制备本发明圈丝复合结构的方法，该方法包括如下步骤 提供聚合物背衬，其包含至少部分埋入的网状增强层；和 在聚合物背衬上提供圈丝层，所述圈丝层包含圈丝。
与传统圈丝型地垫相比，本发明的一些实施方案在采用较薄的背衬层的情况下仍然具有优越的性能，例如较高的拉伸强度，耐老化开裂能力，剥离强度、尺寸稳定性(经受湿度和温度变化之后)。这些实施方案的生产成本要比传统圈丝型地垫低，但使用寿命并没有实质缩短。
图1A是作为本发明的一个实施方案的剖面图。
图1B是图1所示的实施方案的圈丝的示意透视剖面图。
图2是图1中所示的实施方案的顶视图。
图3是根据本发明的另一种实施方案的聚合物背衬的剖面图。
图4是制备本发明一种实施方案的系统的简图。
图5-A到5-E是可用于本发明各种实施方案的各种增强层的结构的示意图。
具体实施例方式 下面结合附图以及具体的制备实施例来详细描述本发明的各种实施方案和制备方法。
本发明包括如下的层 圈丝层，所述圈丝层包含圈丝；和 聚合物背衬，所述聚合物背衬包含至少部分埋入的网状增强层并且具有上表面和下表面。
任选地，可以在圈丝层所包含的圈丝的至少一部分的表面上涂上粘合剂。得到的复合结构优选用作地垫。
圈丝层包含圈丝并且具有三维网状结构。因此，圈丝可以刮除表面如鞋底上的灰尘，其开放的多孔结构可以起到藏污纳垢的作用。优选地，圈丝表面的至少一部分被均匀涂覆了一层粘合剂(如聚合物粘合剂组合物)，起到纤维之间的粘结作用，并使该复合结构具有较好的耐久性能。圈丝层的上表面构成复合结构的上表面，圈丝层的下表面粘合或连接聚合物背衬。优选地，该背衬的上表面(与圈丝层相邻的那个表面)与所述圈丝层的相邻面共面。
圈丝层与聚合物背衬层的连接方式没有特别限制。例如，它们可以通过将圈丝层的至少一部分埋入背衬，或用胶水粘结，或是圈丝层采用热粘合技术(例如超声焊接等)和复合背衬层连接。
聚合物背衬的增强层可以是长纤维(纤维长度大于200mm)或短/中长纤维(纤维长度约5—200mm)组成的编织网或无纺布纤维网，或是带孔眼的金属板等任何其它合适的网状结构。增强层的孔隙率(孔隙体积与总体积之比)通常在10％～95％之间，而对增强层厚度、重量、孔径以及孔洞的形状没有特殊要求。增强层的材质的实例可以是聚酯、尼龙、聚氯乙烯等有机高分子材料，或碳纤、玻纤等无机非金属材料，或金属材料。
聚合物背衬可以由热塑性高分子材料，如聚氯乙烯等；或是热固性高分子材料，如橡胶等制成。
聚合物背衬可以采用发泡或非发泡(取决于所需的用途)的聚合物层和增强层制成。由于增强层具有开孔或网状结构，它可以采用任意适当的技术，例如加压(包括位于聚合物背衬之上的圈丝层的自重所产生的压力下)在适当的温度下埋入到发泡或非发泡的聚合物层内部。此时聚合物层优选呈软化、熔融或者流体状态。圈丝层和聚合物背衬的复合结构可以在适当条件下固化或交联以形成本发明的复合结构。
聚合物层的厚度优选约为0.5～40mm，并且聚合物背衬的上表面(即与圈丝层相邻的表面)与圈丝层共面。还优选增强层的拉伸强度高于用于制备聚合物层的材料的拉伸强度。例如，本发明中可使用浙江海宁市成如旦基布有限公司生产的200D聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)长纤维编织网，重量约80g/m2。但是，增强层本身强度不高于用于制备聚合物层的材料的拉伸强度也是可以的。例如，本发明可以使用重量约80g/m2的聚丙烯短纤维无纺布，例如宁波启发伟业织造有限公司生产的那些。
与传统的圈丝型地垫相比，本发明优选的实施方案可以具有高的拉伸强度和耐环境应力开裂性能以及更高的尺寸稳定性能(在40℃下热处理约2h以上之后)。例如，本发明的一些优选实施方案在同样条件下处理后的收缩率仅约为0.2％，该收缩率仅为传统的圈丝型地垫的十分之一。
而且由于本发明的复合结构的拉伸强度提高，可以将背衬做得较薄而不损害最终复合结构的性能(比如地垫所需的那些性能)。如在传统圈丝型地垫结构中，PVC发泡背衬层的厚度为约2.2mm，拉伸强度约为4.4N/mm；但由一层同样的PVC发泡聚合物背衬(厚度约1.2mm)与一层PET网布(200D PET纤维网，重量约80g/m2，浙江海宁市成如旦基布有限公司生产)构成的聚合物背衬，厚度约为1.3mm，拉伸强度>10N/mm。背衬成本节省约50％左右。
图1A是作为本发明一个实施方案的剖视图。圈丝复合结构1具有圈丝层2，圈丝层2部分埋入聚合物背衬3，聚合物背衬3包含增强层4和聚合物层5。增强层4完全埋入聚合物背衬3中。聚合物背衬3具有上表面6和下表面7。圈丝层2包含带涂层的圈丝8。带涂层的圈丝8包含圈丝9以及作为涂层的粘合剂层10(参见图1B)，粘合剂层10起到将圈丝9结合在一起并且防止磨损的作用。圈丝层2的纤维的至少一部分被部分植入背衬3中。增强层4完全埋入聚合物层5中。
图2是图1A所示的圈丝复合结构的俯视图。
图3是用于本发明的一种实施方案的聚合物背衬3的侧面剖面图。其中增强层4为短纤维或中长纤维无纺布，并且完全埋入聚合物层5中。在增强层4中，纤维连接在一起形成连续网状结构。
图4是作为本发明一种实施方案的生产工艺简图。如图4所示，圈丝网11从圈丝辊12上放卷。通过使圈丝网11经过上胶辊14，在圈丝网11表面的至少一部分上涂布粘合剂塑料溶胶溶液13，形成带涂层的圈丝层2。通过在高脱模表面传送带17上沉积来自聚合物材料进料源16的液体聚合物材料15并且使沉积的材料15在刀模18下通过，形成聚合物层5。在刀模18的下游，将长纤维网19从长纤维网辊20上放卷并且通过两个导向辊21之间的缝隙。然后将长纤维网19和聚合物层5以恒定速度结合以形成“生”或叫“未固化的”聚合物背衬22。最好是，导向辊21的传送速度应当与高脱模表面传送带17的传送速度保持一致。得到的生聚合物背衬22然后与带涂层的圈丝层2结合，形成生或未固化的复合结构23。由于生聚合物背衬22是未固化的，因此仅借助带涂层的圈丝层2的重力对生聚合物背衬22施加的力就可以将一部分带涂层的圈丝层2埋入其中。这种力还有助于部分、基本上或全部将长纤维网19埋入聚合物层5中。然后，生或未固化的复合结构23可以通过固化炉24，在固化炉24中固化，随后冷却并卷绕到缠绕辊25，形成一卷本发明的圈丝复合结构。
图5-A到5-E描述了可以用于本发明的各种增强层的实施方案。
图5-A和5-B是两种不同的分别由长纤维26和27编织而成的网状结构。长纤维26、27通常具有较高的拉伸强度和较低的断裂伸长率，因此由长纤维形成的编织网能起到增强聚合物背衬拉伸强度、提高尺寸稳定性的作用。可以提及的有，例如PET长纤维网(200D PET纤维，幅宽0.9～3.0m，重量约80g/m2，浙江海宁市成如旦基布有限公司)，纤维网拉伸强度达到10N/mm以上。又如纺织玻璃纤维网(厚度0.18mm，幅宽0.9m，重量约300g/m2，余姚市经纬玻纤厂)。
图5—C是由长纤维28组成的无纺布网状结构。
图5—D是由短纤维或中长纤维29组成的无纺布网状结构。如聚丙烯(PP)短纤维无纺布(重量约80g/m2，幅宽1.0～5.0m，宁波启发伟业织造有限公司)。这种网状结构的拉伸强度可以低于聚合物层5，但它埋入到聚合物层5中，可以提高得到的圈丝复合结构的拉伸强度和尺寸稳定性。
图5—E是带有孔眼31的金属板30制成的金属网状结构。
参考下面的制备实施例，可以更清楚地理解本发明的圈丝复合结构及其制备方法。
制备实施例1 由57.1％的中等分子量聚氯乙烯，42.9％增塑剂以及少量稳定剂及其他助剂通过挤出机挤出制备圈丝层。该聚合物可以商品名“Geon Plastic8813”商购自古德里奇化学公司(Goodrich Chemical Company)。聚合物的挤出压力约6.9×106Pa.挤出机喷丝模头长500mm，上有640个直径约0.5mm的圆孔，均匀分布成4行，行间距为5mm。喷丝头加热到约175℃，置于一个915mm长，660mm宽，215mm深的冷却水槽水面上方200mm处，冷却水以7.5×10-5m3/s速度流动，并保持在15—20℃。按一定比例加入磺酸二辛钠表面活性剂，以保证水槽中的浓度在0.5wt％左右。在水槽中安置一个直径为125mm，长560mm的钉筒，钉筒上均匀分布有直径为1.9mm，2.4mm高的圆柱形小钉，纵排内小钉间距为25mm，与邻排的小钉交错，距离12mm。钉筒以6×10-2m/s的表面速度绕轴旋转。聚合物以4.1×10-2kg/s的速度挤出，在喷头上单个孔洞成丝的速度是7.0×10-2m/s，形成大量排成4行的连续长丝。喷丝头放置的位置应与钉筒关联，以确保其中一行长丝在进入冷却水前接触到钉筒，从而形成一个厚14mm，具有一侧平面的，孔隙率为90％的开放的连续纤维网。该纤维网约重1.3kg/m2，丝径为0.4-0.5mm。
制得的圈丝层中纤维自身之间有一定的粘结力，足以使该层能够很容易地从冷却水槽中取出，干燥。
圈丝层由一对涂布辊涂上粘合剂，上胶量(干重)为0.4kg/m2，粘合剂为糊状聚氯乙烯混合物，该混合物的配方如下表1 表1 得到的带涂层的圈丝层再与聚合物背衬复合。其中埋入有增强层的聚合物层的配方如下表2所示 表2 混合时，首先将增塑剂、稳定剂和抗菌剂混合并在混合器中搅拌约30秒以便得到均一的混合物。然后，单独添加共聚物树脂，氯化钙，颜料和表面活性剂。将得到的混合液体转移到“Oakes”发泡机(型号MB5)进行发泡，得到发泡率为336.4kg/m3的发泡料。发泡料由一个宽约0.9m的刀模涂覆在可脱模的传送带表面上形成聚合物层，厚度约为1.2mm。在刀模后方，PET网布卷(200D PET纤维，幅宽约1.2m，重量约80g/m2，浙江海宁市成如旦基布有限公司)匀速放卷到聚合物层上，PET网布与聚合物层结合形成生聚合物背衬层，但此时PET网布仍基本处于聚合物层的上表面。其中PET网布的放卷速度与可脱模表面传送带的传送速度保持一致。必须小心放卷以避免PET网布打褶等放卷不连续的问题。然后，将一层涂覆好未固化的聚氯乙烯粘合剂的带涂层的圈丝层放置在生聚合物背衬上，放置时避免扭绞、折叠、褶皱和其他纤维网不连续的现象。包含生聚合物背衬的一部分聚合材料流过PET网布的上面并且将带涂层的圈丝层的下表面浸渍。结果，PET网布完全埋入生聚合物背衬。得到的未固化的复合结构通过150℃的烘箱加热带加热约8min，使粘合剂和聚合物背衬固化。通过缠绕辊将得到的产品收卷。
下表3给出了按实施例1中的描述得到的复合结构与采用相同的工艺但没有加入增强层的对比圈丝复合结构的对比。两种结构的厚度如表3所示。
表3
实施例1的复合结构与对比复合结构相比背衬厚度减小到原来的59％，背衬料用量节省到原来的41％。而拉伸强度提高了2.5倍以上。
制备实施例2 按照实施例1提及的方法和材料制备复合结构，不同之处在于聚合物层为厚度为1.6mm的未固化的含有填料的乙烯塑料溶胶(商业名称“GAF-tex”)，未固化的复合结构(聚合物层、PET网布和带涂层的圈丝层的复合结构)通过160℃的烘箱加热约8分钟。在固体聚合物背衬中埋入0.5mm的带涂层的圈丝层，以提供圈丝复合结构，其具有良好的耐脱落性能，可以用作地垫。
制备实施例3 按照实施例1提及的方法和材料制备复合结构，不同之处在于增强层为纺织玻璃纤维网(厚度0.18mm，幅宽0.9m，重量约300g/m2，余姚市经纬玻纤厂)。
制备实施例4 按照实施例1提及的方法和材料制备复合结构，不同之处在于增强层为PP短纤维无纺布(重量约80g/m2，幅宽1.0～5.0m，宁波启发伟业织造有限公司)。
制备实施例5 按照实施例1提及的方法和材料制备复合结构，不同之处在于由200D的聚酯纤维制备具有开放结构的无纺布纤维网，200D聚酯纤维为50mm长的短纤维，每25mm长度上有8—10个卷曲。纤维网用Rando气流成网机成型，未定型的纤维网重量约为205-220g/m2，纤维网由辊筒上胶定型，粘合剂的配方如下表4所示 表4 将上胶后的无纺纤维网、实施例1描述的聚合物层和带涂层的圈丝层复合后，将得到的复合结构通过150℃的烘箱加热带加热约8分钟，使粘合机和发泡背衬同时固化完全，收卷制得成品。
权利要求
1.一种圈丝复合结构，其包括
圈丝层，所述圈丝层包含圈丝；以及
聚合物背衬，所述聚合物背衬包含至少部分埋入的网状增强层。
2.权利要求1的圈丝复合结构，其中所述的网状增强层选自长纤维编织网、长纤维无纺布纤维网、短/中长纤维编织网、短/中长纤维无纺布纤维网、和多孔金属板。
3.权利要求1的圈丝复合结构，还包含涂布在圈丝层的圈丝表面的至少一部分上的粘合剂。
4.权利要求1的圈丝复合结构，其中所述的聚合物背衬包含聚合物层，所述增强层至少部分埋入所述聚合物层，并且其中所述聚合物层包含热塑性聚合物材料和/或热固性聚合物材料。
5.权利要求1的圈丝复合结构，其中所述的聚合物背衬具有上表面和下表面，并且所述的上表面与圈丝层相邻并且共面。
6.权利要求1的圈丝复合结构，其中所述的聚合物背衬的厚度为约0.5mm-约40mm。
7.权利要求6的圈丝复合结构，其中所述的聚合物背衬的厚度为约1mm-约2mm。
8.权利要求1-7中任一项的圈丝复合结构，其中所述的网状增强层完全埋入聚合物背衬。
9.权利要求1-7中任一项的圈丝复合结构，其中所述结构为地垫。
10.权利要求1-7中任一项的圈丝复合结构，其中所述圈丝层被热粘合到聚合物背衬中。
11.权利要求1-7中任一项的圈丝复合结构，其中所述的圈丝层被使用粘结剂粘合于聚合物背衬。
12.权利要求1-7中任一项的圈丝复合结构，其中所述的结构为成卷的形式。
13.一种制备前面所述任何一项权利要求的圈丝复合结构的方法，该方法包括如下步骤
提供聚合物背衬，其包含至少部分埋入的网状增强层；和
在聚合物背衬上提供圈丝层，所述圈丝层包含圈丝。
全文摘要
本发明提供了一种可用作地垫的圈丝复合结构，其包括圈丝层，所述圈丝层包含圈丝；以及聚合物背衬，所述聚合物背衬包含至少部分埋入的网状增强层。本发明还提供了制备该圈丝复合结构的方法。
文档编号A47G27/02GK101496712SQ20081000863
公开日2009年8月5日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者炜 肖, 袁明祥, 胥利军, 浩 李 申请人:3M创新有限公司