专利名称：制备拉胀网片的方法
制备拉胀网片的方法本发明涉及ー种制备拉胀网片的方法，其包括将聚合物材料挤出到开放的铸轧表面。
背景技术：
已采用多种方法制备拉胀材料，包括蚀刻法、印刷法、模切法和激光切割法。描述拉胀制品和其制备方法的各种专利出版物的例子包括授予Alderson等人的 U. S. 6，878，320B1,授予 Alderson 等人的 U. S. 2005/0142331A1,授予 Alderson等人的 U. S. 2005/0159066A1，授予 Chaudhari 等人的 U. S. 2005/0287371A1，授予Hengelmolen 的 U. S. 2006/0129227A1,授予 Alderson 等人的 U. S. 2006/0180505A1,授予Barvosa-Carter 等人的 U. S. 2006/0202492A1,授予 Hook 等人的 U. S. 2007/0031667A1,授予 Alderson 的 EPl, 165, 865B1,授予 Evans 等人的 W091/01210,授予 Ernest 等人 的 TO91/01186，授予 Alderson 等人的 W099/22838，授予 Lakes 等人的 W099/25530，授予 Alderson 等人的 W000/53830,授予 Hengelmolen 的 W02004/012785A1,授予 Hook 等人的 W02004/088015A1,授予 Alderson 等人的 W02005/065929A1,授予 Hengelmolen 的W02005/072649A 1，授予 Hook 的 W02006/021763A 1，授予 Wittner 的 W02006/099975AI, M. A. Nkansah et al, Modelling the Effects of Negative Poisson; s Ratios inContinuous-Fibre Composites, Journal of Materials Science,Vol.28,1998, pages2687-2692 (M. A. Nkansah等人，连续纤维复合物中的负泊松比效应的建模，《材料科学杂志》，第 28 卷，1998 年，第 2678-2692 页)，A. P. Pickles et al.，The Effects ofPowderMorphology on the Processing of Auxetic Polypropylene(PP of Negative Poisson' sRatio), Polymer Engineering and Science, Mid-March 1996, Vo. 36, No. 5, pages 636-642(粉末形态对拉胀聚丙烯(负泊松比PP)加工的影响，《聚合物工程和科学》，1996年3月中旬，第36卷第5期，第636到642页，A. P. Pickles等人)。尽管拉胀制品在多种文档中已有描述，但是还未有文献描述在连续操作中制备拉胀网片的足够令人满意的方法。
发明内容
本发明提供一种制备拉胀网片的新方法，该方法是连续的且包括以下步骤(a)将聚合物材料挤出到其内设有预期图案的开放铸轧表面上，该预期图案被构造成用于产生具有拉胀性能的网片；(b)从该开放的铸轧表面擦去多余的被挤出的聚合物材料；(c)从开放的铸轧表面分离铸轧网片；以及⑷清除不属于用于产生拉胀网片的预期图案的任何残余聚合物材料。在本发明中，通过将聚合物材料挤出到开放的铸轧表面，并从铸轧表面擦去多余的聚合物材料，来制备拉胀网片。清除不是预期图案部分的任何残余材料。本发明的方法有益于使拉胀网片以相对一致和连续的方式成形。术语表下文陈述的术语定义如下
“拉胀”和/或“拉胀特性”意指具有负泊松比；“铸轧表面”意指具有凹陷的表面，该凹陷能够接纳挤出的聚合物材料；“多余”意指超过制备所需拉胀网片必需的用量；“挤压或挤出”意指通过模具挤出；“预期图案”意指所需的三维图像；“网片”意指具有开放间隔的网络的结构，其第一和第二维度基本上大于第三维度；“开放”意指能接纳垂直于表面的聚合物材料；“聚合物”是指含有规则或不规则排列的重复化学単元的物质；“聚合物材料”意指包括一种或多种聚合物以及任选的其他成份的材料；“残余”意指在试图通过擦拭来清除多余聚合物材料后仍残留的任何多余材料；“股线”意指细长结构体；以及“擦拭”意指通过对材料施加外力以移除ー些材料。
图I示出了过滤式面罩呼吸器10的前透视图，该过滤式面罩呼吸器由根据本发明的方法而制得的拉胀网片制成；图2为在图I中画圈区域的放大视图；图3为面罩主体12沿图I中的线3-3截取的剖面图；图4为装置50的示意图，该装置用于根据本发明制备拉胀网片20 ；图5为根据本发明将挤出的聚合物材料60铸轧到铸轧辊58上的放大视图；图6为可根据本发明的方法使用的铸轧辊58的透视图；图6a为在图6中画圈区域的放大透视图；图7为可以结合本发明使用的拉胀模具的平面图；以及图8为通过本发明的方法制备的拉胀网片20的前视图。
具体实施例方式在本发明的实施中，拉胀网片可以连续的方式制备。可通过铸轧网片将拉胀网片成型为所需的网片图案，使得最少的残余聚合物材料留在铸轧表面上。可利用清除所述残余材料的装置来制备所需的多孔织物型网片。图I示出了模制产品，即过滤式面罩呼吸器10的例子，其使用根据本发明的方法制成的拉胀网片。根据本发明的方法制成的拉胀网片可随后被模制成诸如呼吸器面罩支撑结构的三维产品。过滤式面罩呼吸器10包括面罩主体12和带具14。面罩主体12具有支撑结构16，其为面罩主体12提供结构完整性并且为位于所述支撑结构16后面的过滤结构18提供支撑。当呼吸器10的佩戴者吸气时，过滤结构18清除掉环境空气中的污染物。支撑结构16包括模制成三维构型的拉胀网片20，此三维构型限定了面罩主体12的形状。在模制构型时，拉胀网片20可为面罩主体12提供足够的结构完整性以保持其预期的构型。过滤结构18可以在面罩主体的周边22处固定干支撑结构16上。当呼气阀(未示出)固定于支撑结构16上时，过滤结构18也可以在面罩主体顶点23处固定于其上。带具14可包括一根或多根带子24以便于将面罩主体12支撑在人的鼻子和嘴上。带具上设有可调节的带扣以便调节带子24的长度。带子上也可附有系牢或扣紧机构，以便于在将呼吸器10从人脸部摘下的时候拆卸带具14，以及在将呼吸器10戴上人脸部的时候便于重装。图2示出了多孔织物型拉胀网片20的放大视图。拉胀网片20包括大量可由聚合物股线28所限定的开放间隔26。限定各开放间隔26的股线28可包括第一面30、第二面32、第三面34和第四面36。第一面30和第二面32可以是直线的，而第三面和第四面可以是非直线的并且包括不垂直于第一面30和第二面32的偏置段。所述偏置段与第一面30和第二面32不构成直角。相反地，它们形成具有角度α的V形端，其度数可为约20到80度，更通常地约40到70度。每个开ロ的尺寸通常为约5到50平方毫米(mm2)，更通常地约10到35mm2。网片的泊松比通常小于-O. 2，更通常地小于-O. 4，还要更通常地小于-O. 7，但一般不小于-2. 2。泊松比的上限不大于零。网片中的大量开ロ在模制后趋于保持相似尺寸。当根据下述“网格単元尺寸測定”方法进行测试时，网格单元尺寸的标准偏差小于O. 04、O. 03，甚至小于O. 025。 图3示出了面罩主体12的剖面图，其包括支撑结构16和过滤结构18。支撑结构16的厚度通常为约O. 60到O. 85毫米(mm)，并且各股线28的平均截面积为约O. I到3. 5mm2,更通常地约I. 5到2. 6mm2。过滤结构18可包括ー个或多个覆盖幅材40a和40b以及过滤层42。覆盖幅材40a和40b可位于过滤层42的相对面以捕集任何从中松掉的纤维。覆盖幅材40a和40b通常由精选的能提供舒适感的纤维制成，尤其是在接触佩戴者面部的过滤结构18的侧面上。该覆盖幅材通常包含聚丙烯纤维。该面罩主体可通过例如使用在授予Kronzer等人的美国专利7，131，442B1中提及和描述的方法而模制成形。根据本发明的方法而制得的拉胀网片可由多种聚合物材料制成。适用于拉胀网片成形的聚合物一般而言既可以是热塑性材料也可以是热固性材料。热塑性材料被加热时会熔化和/或流动，遇冷时重新固化，再被加热时又会熔化和/或流动。该热塑性材料在加热和冷却时仅会经历物理变化不会发生可察觉的化学变化。然而热固性材料为可固化材料，其固化是不可逆的，如当加热或固化时，其会变为交联的。一旦固化，该热固性材料在被加热时不会发生明显的熔化或流动。可用于形成拉胀网片的热塑性聚合物的例子包括聚烯烃，如聚こ烯、聚丙烯、聚丁烯、两种或更多种此类聚烯烃的共混物、以及こ烯和/或丙烯与彼此和/或与少量可共聚、更高级的α烯烃的共聚物，例如戊烯、甲基戊烯、己烯或辛烯；卤代聚烯烃，例如氯化聚乙烯、聚(偏ニ氟こ烯)、聚(偏ニ氯こ烯)和增塑聚(氯こ烯)；环己烷ニ甲醇、1，4-丁ニ醇和对苯ニ甲酸的共聚酯-醚弾性体；共聚酯弾性体，例如聚对苯ニ甲酸丁ニ醇酯和长链聚酯ニ醇的嵌段共聚物；聚醚，例如聚苯醚；聚酰胺，例如聚己ニ酰己ニ胺，如尼龙6和尼龙6，6，尼龙弾性体，如尼龙11、尼龙12、尼龙6，10和聚醚嵌段聚酰胺；聚氨酯；こ烯共聚物或こ烯和丙烯，与(甲基)丙烯酸、或与低级链烷醇和烯键式不饱和羧酸的酯的共聚物，例如こ烯与(甲基)丙烯酸、こ酸こ烯酯、丙烯酸甲酯或丙烯酸こ酯的共聚物；离聚物，例如用锌、锂或钠抗衡离子稳定的こ烯-甲基丙烯酸共聚物；丙烯腈聚合物，例如丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯共聚物；丙烯酸系共聚物；化学改性的聚烯烃，例如烯烃的马来酸酐-或丙烯酸-接枝的均聚物或共聚物、以及两种或更多种此类聚合物的共混物，例如聚こ烯和聚丙烯酸甲酯的共混物、こ烯-醋酸こ烯共聚物和こ烯-丙烯酸甲酯的共混物；聚こ烯和/或聚丙烯与聚醋酸こ烯酯的共混物；以及A-B或A-B-A型苯こ烯的热塑性弾性体嵌段共聚物，其中A表示热塑性聚苯こ烯嵌段，B表示聚异戊ニ烯、聚丁ニ烯或聚(こ烯/丁烯)的橡胶态嵌段，例子包括直链、辐射状、星形以及锥形苯こ烯-异戊ニ烯嵌段共聚物、直链苯こ烯_(こ烯-丁烯)嵌段共聚物、以及直链、辐射状和星形苯こ烯-丁ニ烯嵌段共聚物。上述的聚合物通常为固体，一般具有高分子量而且是可熔融挤出的，因而能被加热形成熔融黏滞液体，其作为流体被抽吸到挤出模组件，容易在压カ下从挤出模组件挤出。根据本发明适用于制备拉胀网片的市售聚合物的例子包括作为“ELVAX”乙烯-醋酸こ烯共聚物销售的，例如ELVAX 40ff.4320.250和350 ;作为“EMAC”こ烯-丙烯酸甲酯共聚物销售的，例如 EMAC DS-1274、DS-1176、DS-1278-70、SP 2220 和 SP-2260 ;作为VISTA FLEX塑性弾性体销售的，例如VISTA FLEX 641和671 ;作为PRIMAC0Rこ烯-丙烯酸共聚物销售的，例如PRIMAC0R 3330,3440,3460和5980 ;作为“FUSAB0N”马来酸酐-聚烯烃共聚物销售的，例如FUSABOND MB-110D和MZ-203D ;作为“ΗΜ0ΝΤ”こ烯-丙烯共聚物销售的，例如 HMONT KS-057、KS-075 和 KS-051P ;作为“FINA”聚丙烯销售的，例如 FINA 3860X ；作为“ESC0RENE ”聚丙烯销售的，例如ESC0RENE3445 ;作为“ VEST0PLAST 750 ”こ烯-丙烯-丁烯共聚物销售的聚合物；作为“SURLYN”离聚物销售的，例如SURLYN 9970和1702 ； 作为“ULTRAMID”聚酰胺销售的，例如ULTRAMID B3尼龙6和ULTRAMID A3尼龙6，6 ;作为“ZYTEL”聚酰胺销售的，例如ZYTELFE3677尼龙6，6 ;作为“RILSAN”聚酰胺弾性体销售的，例如BMN0P40、BESNO P40和BESNO P20尼龙11 ;作为“PEBAX”聚醚嵌段聚酰胺弹性体销售的，例如PEBAX 2533、3533、4033、5562和7033 ;作为“HYTREL”聚酯弾性体销售的，例如HYTREL 3078、4056 和 5526 ;作为“KRAT0N”和“EUROPRENE SOL TE”苯こ烯嵌段共聚物销售的，例如 KRATON D1107P、G1657、G1750X 和 D1118X 以及 EUROPRENE SOL TE9110 和 6205。如上所述，两种或多种材料的共混物也可用于拉胀网片的制备。此类共混物的例子包括85至15重量％的聚(こ烯-醋酸こ烯酯)(例如，“ELVAX”共聚物)与15至85重量％的聚(こ烯-丙烯酸)(例如，“PRIMAC0R”聚合物)的共混物，共混物的聚(乙烯-醋酸こ烯酯)组分通常可能具有50，000至220，000的重均分子量Mw，并且可能有其5至45摩尔％的共聚单元衍生自醋酸こ烯酯共聚单体，剩余部分的单元来自こ烯，共混物的聚(乙烯-丙烯酸)组分通常可能具有50，000至400，000的Mw，并且有其I至10摩尔％的共聚单元衍生自丙烯酸，剰余部分来自こ烯；20至70重量％的聚(こ烯-丙烯-丁烯)三元聚合物(Mw为40，000至150，000，衍生自同等大量的丁烯和丙烯以及少量的こ烯，例如“VEST0PLAST 750”聚合物)与80至30重量％的全同立构聚丙烯的共混物；包含15至85重量％的聚(こ烯-醋酸こ烯酯)和85至15重量％的聚(こ烯-丙烯酸甲酯)(例如“EMAC”聚合物)的共混物，该共混物的聚(こ烯-醋酸こ烯酷)组分可具有与上述相同的分子量和组成，聚(丙烯酸甲酯)组分可具有50，000至200，000的Mw，并且其4至40摩尔％的共聚单元衍生自丙烯酸甲酯共聚単体。当拉胀网片结合过滤式面罩呼吸器使用时，聚丙烯可优选用于拉胀网片使支撑结构恰当焊接于过滤结构上(过滤层也通常含有聚丙烯)。制备拉胀网片所用的聚合物材料的杨氏模量通常为约O. 3到1900兆帕斯卡(MPa)，更通常地2到250MPa。SM网格单元尺寸测定
使用安装在夹具中的限定直径的量棒来测定拉胀网片网格单元尺寸以便于对开放间隔或网格单元的測量。探測棒的直径范围从O. 0254cm (厘米)到O. 5334cm，增量为O. 0254cm。在放置探測棒之前，通过挑选最大尺寸的适合该网格单元的探測棒在不会造成网格单元形状变形的情况下来測量网格单元尺寸。记录下该尺寸，并测量和记录下ー个网格単元尺寸直到模制网片内的所有网格单元測量完毕并且记下各探測棒尺寸下的网格单元数。拉胀网片成形装置和方法可使用类似于图4中所示的装置的系统50制备拉胀幅材。挤出机(例如本发明实例中使用的具有40毫米(mm)直径的双螺杆挤出机)可装配有泵(例如齿轮泵)以将熔融聚合物传送到开放的铸轧表面。该传送温度可依据聚合物材料组成而变化。在本发明实例中，在约246°C的熔融温度下以I. 43kg/h/cm (千克/小时/以厘米计的模具长度)的挤出速率将熔融聚合物递送到槽模54。此共混聚合物包含三部分的聚合物混料，该聚合物混料包括顔料和防结块剂。该共混聚合物配方在下面的表I中给出。在槽模54的末端，该共混聚合物被传送到铸轧辊58，在该处形成拉胀网片。所得的网片20从铸轧辊58移走，在该处被传送到牵引辊74。支撑辊76与牵引辊74接触以将拉胀网片保持在牵引辊上直至从辊脱离的位置。图5更详细地显示了槽模54、刮料刀56和铸轧辊58的取向。槽模54保持在足以递送液态聚合物的温度下并相对于铸轧辊58设置使得熔融聚合物堆积部60沿水平面而形成。通过相对于刮料刀56旋转铸轧辊58，迫使熔融聚合物60进入铸轧辊腔体62中。刮料刀56迫使熔融聚合物60进入铸轧辊腔体62中同时擦拭铸轧辊58的外表面64使得熔融聚合物60只留存在该腔体内。经过铸轧辊58从聚合物堆积部60中移走的聚合物通过槽模54的树脂通道66得到补充。该拉胀网片通过这种方法得以持续铸轧。表I-共混聚合物的组成
权利要求
1.ー种制备拉胀网片的方法，所述方法包括 (a)将聚合物材料挤出到其内设有预期图案的开放铸轧表面上，所述预期图案被构造成用于产生拉胀网片； (b)从所述开放铸轧表面擦去多余的被挤出的聚合物材料； (C)在擦去所述多余的聚合物材料之后，从所述开放铸轧表面分离铸轧网片；以及 (d)清除不属于所述用于产生拉胀网片的预期图案的任何残余聚合物材料。
2.根据权利要求I所述的方法，其中在所述铸轧网片从所述开放铸轧表面移走之前允许冷却所述聚合物材料。
3.根据权利要求I所述的方法，其中通过包括燃烧所述残余聚合物材料的步骤来清除所述残余聚合物材料。
4.根据权利要求I所述的方法，其中在步骤(d)之前，执行所述步骤(c)。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述铸轧表面设于圆柱形辊上。
6.根据权利要求I所述的方法，其中根据权利要求I所述的方法制得的所述拉胀网片具有小于-O. 2的泊松比。
7.根据权利要求I所述的方法，其中根据权利要求I所述的方法制得的所述拉胀网片具有小于-O. 4的泊松比。
8.根据权利要求I所述的方法，其中根据权利要求I所述的方法制得的所述拉胀网片具有小于-O. 7的泊松比。
9.根据权利要求8所述的制备拉胀网片的方法，其中所述泊松比不进ー步小于-2.2。
10.根据权利要求I所述的方法，其中所述拉胀网片包含热塑性或热固性聚合物材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述聚合物材料包括选自下列的热塑性聚合物聚烯烃、南代聚烯烃、共聚酯醚弾性体、共聚酯弾性体、聚酰胺、こ烯共聚物、丙烯腈聚合物、丙烯酸共聚物、聚こ烯和聚丙烯的共混物、以及弾性体嵌段共聚物。
12.根据权利要求I所述的方法，其中所述聚合物材料包含聚丙烯。
13.根据权利要求I所述的方法，其中所述聚合物材料的杨氏模量为O.3到1900兆帕斯卡。
14.根据权利要求I所述的方法，其中所述聚合物材料的杨氏模量为2到250兆帕斯卡。
15.根据权利要求I所述的方法，其中所述从所述开放铸轧表面擦去多余的被挤出的聚合物材料的步骤包括将刀片压靠在旋转铸轧辊上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述刀片还将熔融聚合物送进所述铸轧辊的腔体中。
17.根据权利要求I所述的方法，其中通过燃烧、加热、擦拭、冲切及其组合来清除所述残余聚合物材料。
全文摘要
本发明公开了一种制备拉胀网片的方法，所述方法包括(a)将聚合物材料(60)挤出到其内设有预期图案(62)的开放铸轧表面(58)，所述图案(62)被构造成可形成拉胀网片(20)；(b)从所述开放铸轧表面(64)擦去多余的被挤出的聚合物材料(60)；(c)在擦去所述多余的聚合物材料(60)之后，从所述开放铸轧表面(64)分离所述铸轧网片(20)；以及(d)清除不属于用于产生拉胀网片的预期图案(20)的任何残余聚合物材料。所述方法允许拉胀网片的连续生产。
文档编号B29C47/00GK102686380SQ201080059205
公开日2012年9月19日 申请日期2010年12月10日 优先权日2009年12月30日
发明者兰德尔·L·阿尔贝里, 菲利普·G·马丁 申请人:3M创新有限公司