专利名称：挂钩纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及与挂钩和环圈扣件一起使用的挤出成形的挂钩纤维。
背景技术：
例如在U.S.专利No.4894060和4056593中公开了一种用于形成挂钩的薄膜挤塑过程，其允许通过在薄膜背衬上形成轨道而构成挂钩元件。与传统方法不同的是，并不是将作为孔腔底片的挂钩元件形成在成形表面上，而是通过成形的薄膜挤塑模形成基本的挂钩横截面。该模同时挤出薄膜背衬和棱条结构，然后优选通过横向切割棱条，接着在棱条的方向上拉伸挤出的条带，从而由棱条形成单个挂钩元件。该背衬被拉长但切割的棱条部分基本上保持不变。这导致棱条的单个切割部分在拉长的方向上相互分开，从而形成分散的挂钩元件。可选地，使用这个相同类型的挤出过程，可以打磨出棱条结构部分以形成分散的挂钩元件。利用这种成形挤出，基本的挂钩横截面或剖面仅仅由模的形状限制，并且可以形成在两个方向上延伸的挂钩，挂钩具有挂钩头部，其不需要逐渐变细以允许从陶形表面提取。
发明内容
本发明涉及一种挂钩缕。这些挂钩缕具有基层，该基层具有第一顶面、第二底面和两个侧面。缕上的挂钩元件从至少一个面延伸并且挂钩元件具有沿相对于该缕的纵向延伸方向成1至90度角、优选成30至90度角延伸的啮合臂。
用来形成本发明挂钩缕的优选方法通常包括通过模板挤出热塑树脂，其中模板成形为形成基膜层和从基层的一个表面或两个表面凸起的隔开的隆起或棱条。由模具形成的隔开的隆起或棱条是用来在缕的顶面和/或底面中的一个或两个上形成一组挂钩的前体。通过至少部分地切割棱条或隆起，并且拉伸隆起和/或基层导致切割部分分离，从而形成挂钩。进一步，缕的侧面上的挂钩组也可以通过沿长度方向、以间隔位置、与隆起或棱条成横向角度地横向切割基层，从而形成分散的切割基部。随后，纵向拉伸基层或隆起的未切割部分(沿隆起的方向或加工方向)，分开这些隆起和/或背衬的切割部分，其中这些切割部分随后形成挂钩结构。拉伸也可以使形成缕基层的材料定向(由拉伸产生的分子取向)，增加缕的强度和弹性。
在优选的方法中，模板成形为形成基膜层和从基层的两个表面凸起的隔开的隆起、棱条或挂钩形成元件，和/或基层上的挂钩形成凸缘结构。通过沿它们的长度方向以间隔位置横向切割隆起和/或基层以形成分散的基层和隆起切割部分，从而形成最初的挂钩部件。随后，纵向拉伸隆起或背衬层(沿加工方向中的隆起方向)，分开这些分散的切割部分，然后这些切割部分形成隔开的挂钩部件，其具有与隆起或切割基部的横截面形状相同的横截面形状。
结合附图进一步描述本发明，其中在几个方面相同的附图标记表示相同的部件，并且其中附图1示意表示出用于制造例如附图2-16所示的挂钩缕的方法。
附图2是用来制造附图4中的挂钩缕的前体薄膜的透视图。
附图3是依据本发明的切割前体薄膜的第一实施例的透视图。
附图4是依据本发明的挂钩缕的第一实施例的透视图。
附图5是用来制造如附图7所示的挂钩缕的前体薄膜的第二实施例的透视图。
附图6是依据本发明的切割前体薄膜的第二实施例的透视图。
附图6a是依据本发明的切割前体薄膜的第二实施例的侧视图。
附图7是依据第二实施例的进一步中间切割拉长的前体薄膜的透视图。
附图8是依据本发明的挂钩缕的第二实施例的透视图。
附图9是从附图5中的前体薄膜的第二实施例获得的挂钩缕的第三实施例的透视图。
附图10是依据本发明的切割前体薄膜的第三实施例的透视图。
附图10a是依据本发明的切割前体薄膜的第三实施例的侧视图。
附图11是一种可由依据本发明的前体薄膜的第三实施例生产出的挂钩缕，其在前体薄膜的任一面上具有交替切口。
附图12是依据本发明的前体薄膜的第四实施例。
附图13是依据本发明附图12的切割前体薄膜的透视图，其在前体薄膜的顶面和底面都具有切口。
附图14是可由附图13中的前体薄膜的第四实施例生产出的挂钩缕的实施例。
附图15是依据本发明的前体薄膜的第五实施例的透视图。
附图16是可由附图15中的前体薄膜的第五实施例按类似于附图14中的挂钩缕的切割而生产出的挂钩缕的透视图。
附图17是类似于附图16中的挂钩缕、可由未示出的前体薄膜的可选择的实施例生产出的挂钩缕的进一步的实施例。
具体实施例方式
挂钩缕优选采用挂钩扣件的已知方法的新颖变型由具有挂钩形成棱条的挤出成形薄膜制造而成，该已知方法如U.S.专利No.3266113，3557413，4001366，4056593，4189809和4894060或可选的6209177中所述。在附图1中示意表示出了一种形成薄膜的方法的第一实施例，该方法形成的薄膜可用来形成本发明所述的缕。通常，该方法包括首先从挤出机51通过模具52挤出如附图2中所示条带1这样的热塑树脂条带或缕(strand)50，该模具52具有例如通过电子放电加工形成的开放切口，该切口定形为用于形成具有基层3和从基层3的至少一个表面4或5凸起的具有预定挂钩横截面形状的伸长且间隔开的棱条2和/或8的条带50。如果需要，可以在基层3的第二表面4上提供第二组隆起或棱条8，其中第二组隆起可以具有所希望挂钩部分或元件的预定形状。该条带50围绕辊55被牵引经过充满冷却液(例如水)的淬火池56，之后隆起8和2被切割机58沿它们的长度方向在间隔位置9或9′横向切开或切割以形成棱条或隆起2和/或8的分散切割部分13。切割线11之间的距离大约对应于挂钩元件所希望形成的宽度11，如附图4中所示。切口9和9′可以是任一所希望的角度，通常与棱条或隆起2和8的纵向延伸方向成90°至30°。可选地，条带可以在切割之前被拉伸以为基层3或隆起2和8提供进一步的分子取向，并减小隆起或棱条2和8的尺寸或基层厚度6，并且还减小随后通过切开隆起而形成的挂钩元件的尺寸。切割机58可以使用任一传统的方式例如往复或旋转刀片、激光或射流进行切割，但是优选使用相对于隆起或棱条2的纵向延伸方向以大约60至90度角定向的刀片切割。
在切割隆起或棱条2、8之后，条带1、50被以至少1.5的拉伸比，优选以至少大约3.0的拉伸比纵向拉伸，优选在第一对压送辊60和61和第二对压送辊62和63之间以不同的表面速度驱动。这形成挂钩元件的部件18和12。可选地，条带50也可以被横向拉伸以在横向上对基层3提供定向。辊61优选被加热以在拉伸之前加热基层3，并且辊62优选被冷却以稳定被拉伸的基层3。拉伸导致棱条或隆起的切割部分之间形成间隔30，然后切割部分变成已完成挂钩缕19上的挂钩元件12和18。然后例如利用切割机53，沿隆起之间的切线7将基层3纵向分开，导致基层被分成缕。基层也可以在纵向定位之前被切割或切开，在这种情况下每个单一的缕被纵向定位。所形成的挂钩元件通常是具有两个相对的平面的直线形。基层也可以是直线形的。挂钩元件18和12从缕19的正面14和背面15延伸。挂钩元件基于形成在每个棱条或隆起2和8上的切口位置可以直接彼此相对或偏移。如果两个面上的切口直接彼此相对，那么由相对的隆起的切割部分形成的挂钩元件将直接彼此相对。如果切口是偏移的，那么挂钩元件将偏移。
形成的挂钩元件也可以优选通过非接触加热源64被加热处理。加热的温度和持续时间可以被选择以导致至少头部的收缩或厚度减小5％至90％。优选使用非接触加热源完成加热，所述非接触加热源可以包括辐射源、热风、火焰、UV、微波、超声波或聚焦IR加热灯。这种加热处理可以遍及包含所形成的挂钩部分的整个条带或可以仅针对条带的一部分或一区域。或者，条带的不同部分可以进行不同程度的加热处理。在这种方式下，可能在一个挂钩缕的范围上获得不同级的性能而不需要挤出不同形状的棱条剖面。这种加热处理可以连续地或在通过挂钩缕区域的梯度内改变挂钩元件。在这种方式下，挂钩元件可以在挂钩元件的规定范围内连续不同。进一步，在耦合有基本相同的薄膜背衬厚度(例如50至500微米)的不同区域中，挂钩密度可以是相同的。尽管随后加热处理会导致挂钩形状有所不同，但填隙料可以很容易地被制造得与挂钩缕相同，并且将具有相同的基重和相同的形成挂钩元件的材料相对量以及所有区域内的背衬。不同的加热处理可以沿不同的行或可以经过不同的行延伸，这样在加工方向或挂钩缕的长度方向上的一行或多行中，可以获得例如具有不同挂钩宽度这样的不同类型的挂钩。加热处理可以在形成挂钩元件之后的任意时间执行，这样可以在无需改变基本的挂钩元件制造过程的情况下产生定制的性能。在所有这些挂钩形状下，挂钩形状和尺寸可以在构成之后通过至少挂钩元件的加热处理而改变。在棱条的被挤出方向上，由于棱条挤出而造成挂钩中的任一分子取向的衰减，从而加热处理有助于缩短挂钩宽度。在这种情况下，挂钩的宽度可以小于挂钩从其凸起的缕的宽度。
挂钩元件通常将具有直线形的挂钩啮合臂和直线形杆。但是如果例如杆从隆起或基层形成而没有突起和/或凸缘元件，并且突起在杆构成之后例如通过选择性的封顶而产生，则可以仅是所述杆为直线形。可以通过使用加热钳或其它机械装置(采用选择性带压力的加热)以使杆的顶端变形以在一个或多个方向上形成突起而完成封顶。变形可以形成在多个(三个或更多)方向上或蘑菇形状上(许多或所有放射方向)。描述各种封顶技术的专利示例包括U.S.专利No.5077870(Melbye等)、6000106(Kampfer)和6132660(Kampfer)。
适合制造本发明挂钩缕的聚合材料包括含聚烯烃的热塑树脂，例如聚丙烯和聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、尼龙、聚酯例如聚对苯二甲酸乙二醇酯等以及它们的共聚物和混合物。优选地，树脂是聚丙烯、聚乙烯、其聚丙烯-聚乙烯聚合物或混合物。通常，这些树脂是无弹性的，其允许薄膜基层或隆起的未切割部分的定向。通常，缕基层具有25至150μm，优选25至100μm的厚度。
附图4中所示的形成的挂钩缕19具有连续的纵向基层10，其具有正面14、背面15和两个侧面16和17，基层10由热塑树脂组成。通常，挂钩元件也由相同的热塑树脂形成，但可以是通过使用例如本领域公知的混合挤出过程形成的不同树脂。如果想要多层，那么缕背衬部分可能包括热塑弹性材料。单一的挂钩元件18和12位于基层10的相对面(14和15)上，并具有挂钩啮合突起或臂18′和18″，它们在横向于基层的纵向延伸方向x的方向上延伸。优选地，挂钩啮合臂18′和18″将以与基层的纵向延伸方向x成20°至90°、优选30°至90°的角度延伸。挂钩啮合臂不沿与基层相同的方向延伸，使挂钩啮合臂更易于合适的环圈结构等接近，这点很重要。
附图5中示出了前体薄膜的第二实施例。前体薄膜20具有背衬23，其具有正面24和背面25。正面24具有一系列沿纵向方向延伸的隆起28，其在前体杆部分29的末端具有前体的挂钩环圈啮合臂或突起26，并且在隆起的旁边具有直接形成在背衬上的前体挂钩形成凸缘27。凸缘27可以在隆起的一侧或两侧上，并且靠近隆起以形成功能性的挂钩突起或挂钩啮合臂。如附图6所示，在相对面上切割这个前体薄膜20，沿所示的切线21部分地切入一面上的隆起，并沿所示的切线22切割相对面上的背衬23，留下杆前体29的一部分31不切割。隆起28的杆前体29的这个未切割部分最后将形成最终所形成的缕的连续背衬。杆29的未切割部分31在附图7中所示的拉伸操作之后形成挂钩缕的背层31′，其中现在对未切割部分31′进行定向，并且隆起28的突起部分26已形成挂钩元件38。然后背衬上的凸缘27形成挂钩啮合臂37，其中臂37在已定向薄膜被进一步沿纵向切线32纵向切割之后由背衬产生。这种挂钩缕的可替换实施例如附图9所示，其中薄膜背衬23和隆起28并非沿纵向纤网方向在同一相对位置处被切割，而是以偏移方式被切割，从而导致挂钩啮合元件38和37沿缕39偏移间隔。在附图8和附图9这两个实施例中，所示切割部分的切割频率沿前体薄膜的长度方向是相等的，导致切割部分间隔相等，其导致在缕39的相对面上产生相等间隔的挂钩元件38和37，但是，切割频率可以是任意的或以不同的间隔，从而导致挂钩元件沿缕背层31′的纵向长度方向具有不同的宽度或频率。在缕39的相对面上具有挂钩元件将增加缕每单位长度上的挂钩元件的数量。单个挂钩啮合部分的宽度由切割频率或切割部分的宽度决定。单个挂钩元件之间的间隔将由与切割频率耦合的拉伸比决定。同样地，缕相对面上的挂钩元件尺寸和间隔可以单独由前体薄膜相对面上的切割频率的变化决定。
附图10表示以特定的新方式切割的前体薄膜的第三可选实施例，其中棱条或隆起48和49通常以彼此相对的关系提供在薄膜背衬43的相对面上。在任一面上以相同的间隔和频率切穿单一的棱条和背衬，但以预定的距离44偏移。背衬或基层整个基本上以交替形式在两面被切穿，并且整个或部分地切入相对的隆起，但从不切到一点而使薄膜整个被切穿。挂钩条带背衬153由隆起48和49的杆区域的部分未切割交替部分形成，基本上与背衬和隆起的切割部分相连，如附图11所示。挂钩缕150在相对面上具有挂钩元件158和159，分别由隆起48和49形成。
附图12是依据本发明的前体薄膜的第四实施例，与附图5中的前体薄膜相似，但在基层的相对面上具有挂钩形成隆起161和162。与附图5-9中所示的实施例相同，挂钩缕基层由与隆起161相同的材料形成。附加的挂钩前体凸缘167和167′导致挂钩缕的构成，其具有沿四个方向延伸的挂钩。这提供挂钩元件，其在每单位长度上基本上具有更集中的挂钩啮合元件。沿两个或多个方向延伸的挂钩在用来形成无纺网的挂钩缕中是很重要的，其中缕接受任意地扭曲和/或缠绕。当纤维或缕扭曲时，给定面上的挂钩旋转出平面，这导致它们指向网而不是向外指向。如果第二个挂钩在相对面上，那么可以与那个挂钩啮合。同样地，在缕的三个或多个面上的挂钩进一步增加了给定挂钩面向外的可能性而不管纤维的扭曲程度。纤维也可以例如通过部分切割或整体切割接着通过水缠绕(hydroentangling)直接形成纤维网。每单位长度上更集中的挂钩元件增加了挂钩元件从无纺或纺织材料的表面向外延伸的可能性。当挂钩元件沿多于两个方向特别是沿附图14、16和17中实施例所示的三个或多个方向延伸时，网中挂钩元件向外延伸的可能性被增加。在这些实施例中，缕长度的每单位厘米中有大约10至50个挂钩元件或优选20至40个。通常，在本发明的缕中，每厘米挂钩元件的集中度为5或更多，优选10或更多。
挂钩缕可以包括带纺织网的合成网，其中合成网通过例如水缠绕的过程形成。挂钩缕也可以包括无纺合成网，其中挂钩缕通过已知的无纺形成过程例如梳理、熔吹(melt blowing)或纺粘法与其它纤维混合。混有挂钩缕的纤维可以是弹性的、无弹性的、热封的、起皱的、不起皱的或其它类型的纤维或混合物。这样的合成网将在例如自粘医用绑带的物品中或集束带型的应用中是有用的。挂钩缕合成网也可以形成锁合元件，用于易处理的物品例如尿布、女性卫生物品、医用外衣、外科绑带或类似物品。合成网提供另一个用途例如无纺外罩、或无纺弹性或无弹性耳机(ear portion)、尿布、女性卫生垫的啮合翼、或无纺带，其中合成网可以与自身啮合或与单独提供的无纺物啮合。合成网也可以拥有至少一个其它元件作为叠片，例如带、弹性网、挂钩薄膜、环圈织物等等。
附图15是用来形成例如附图16所示的缕元件的前体薄膜的另一个实施例，其具有沿四个方向延伸的挂钩啮合元件。通过形成在前体棱条或隆起上的附加挂钩形成凸缘，从而在挂钩元件88上提供附加的挂钩啮合臂，其中从所述前体棱条或隆起上切割出挂钩元件。也可以通过在这些附加隆起或背衬上提供附加的凸缘结构，从而在挂钩元件89和87上提供附加的挂钩啮合臂，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。挂钩啮合元件可以通过具有附加的从公共基层或基层区域延伸的隆起而沿多于四个方向延伸。例如，两个或多个隆起可以从单个的背衬面例如V型楔延伸。在上面所有讨论的实施例中，隆起拥有至少两个挂钩啮合臂，但是如果需要，可以仅在一个方向上提供挂钩啮合臂而提供方向性，例如附图17中所示，其中挂钩元件98、97、95和99具有仅沿一个方向延伸的挂钩啮合突起，这些可以都在一个相同的方向或不同的方向如附图17中所示。
测试方法抗剪强度使用动态剪切测试测量挂钩缕的性能。两个15cm长、2.5cm宽的无纺环圈材料条带(由3M Co.，St.Paul，MN出售的，名称为KN-1971)从更大的材料网上切下，准备好5.1cm长的缕式挂钩材料的样品。缕式挂钩的样品被放在环圈材料的无纺侧的顶部，并且然后通过在挂钩和无纺侧上施加4Kg的重力而啮合到无纺侧中，然后来回扭曲几次。然后将环圈材料的第二条带放在无纺侧的下面、挂钩/无纺叠片的顶部，并且然后通过在3个组成部分的顶部来回扭曲4Kg的力而与叠片啮合。然后将该3个组成部分叠片被安置在INSTRON恒速拉伸测试机中(可从Instrom Corporation，Canton，MA 02021获得的模型1122)，以交叠剪切的几何形状，环圈材料的第一条带的未啮合端在上部夹片中，环圈材料的第二条带的另一个未啮合端在测试机的下部夹片中。夹片利用以克记录的最大负荷以30.5cm/min的速率分开。重复测试10次并加以平均，并在下面的表1中给出。在缕的两侧具有挂钩元件的示例1的材料呈现大约12倍于仅在缕的一侧具有挂钩的比较示例1的材料的抗剪强度。
示例示例1利用类似于附图1所示的装置制造成形的挂钩网。聚丙烯/聚乙烯抗冲共聚物(C104，1.3MFI，Dow Chemical Co.，Midland，MI)用按重量计算1％的TiO2/聚丙烯(50∶50)浓色母料染色，并被6.35cm单螺旋挤出机(24∶1 L/D)在成形压辊温度177℃-232℃-246℃和大约235℃的模具温度下挤出，挤出的型材被垂直向下挤出，经过一模具，其具有由电子放电加工方法形成的开放开口以生产出类似于附图2所示的挤出成形网。上部棱条的交叉网间隔为每厘米7个棱条。由模具成形之后，压出的型材以6.1米/分钟的速率由水池中保持在大约10℃的水淬火，然后该网前进经过切割工位，在这里上部棱条(但不是基层或下部棱条)被以距网的横向方向测得的23度角横向切割，切口的间隔是305微米。在切割上部棱条之后，该网被翻转，然后下部棱条被向下切割到基层的上部表面。在切割上部和下部棱条之后，该网在第一对压送辊和第二对压送辊之间以大约3至1的拉伸比被纵向拉伸以进一步分开单个挂钩元件到大约8个挂钩/厘米，基层的厚度为219微米。第一对压送辊的上部辊被加热到143℃以在拉伸之前软化该网，第二对压送辊被冷却到大约10℃。然后该网前进经过切割设备，在这里基层在挂钩元件行之间被切开以生产出挂钩材料缕，其具有从缕的两侧凸出的挂钩元件，类似于附图4所示。然后该材料被用于抗剪性能测试。
比较示例C1为了作为具有仅从缕的一侧凸出的挂钩元件的比较示例，商业上可获得的挤出成形挂钩(KN-0645，3M Co.，St.Paul，MN)具有与附图4所示的网的上部表面类似的挂钩形状，被从挂钩元件行之间切开。
表1
权利要求
1.一种挂钩缕，具有基层，该基层具有至少第一面和第二面，其具有沿至少一行从至少一面延伸的挂钩元件，挂钩元件具有以距该缕的纵向方向从1至90度的角延伸的挂钩啮合臂。
2.如权利要求1所述的挂钩缕，其中该挂钩缕由热塑树脂形成，并且该挂钩啮合臂以距该缕的纵向方向从30至90度的角度延伸。
3.如权利要求1-2任一项所述的挂钩缕，其中该挂钩啮合臂从该基层的两面或更多面延伸。
4.如权利要求3所述的挂钩缕，其中该挂钩啮合臂从基层的三面或更多面延伸。
5.如权利要求1-4任一项所述的挂钩缕，其中该挂钩啮合臂从一面沿单一行方向延伸。
6.如权利要求1所述的挂钩缕，其中该挂钩元件基本上具有两个相对的平面。
7.如权利要求5所述的挂钩缕，其中每厘米有10至50个挂钩元件。
8.如权利要求1-7任一项所述的挂钩缕，其中每厘米有至少5个挂钩元件。
9.如权利要求1-8任一项所述的挂钩缕，其中该基层是定向热塑树脂。
10.如权利要求1-9任一项所述的挂钩缕，其中该基层实质上是平的。
11.如权利要求1-9任一项所述的挂钩缕，其中该基层是非平面的。
12.一种形成缕的方法，包括步骤沿加工方向经过模板挤出热塑树脂，该模板具有连续的基部空腔和一个或多个从基部空腔的至少一面延伸的隆起空腔，形成具有带隆起的基部薄膜部分的薄膜，经过至少一面上的隆起切割至少一面上的薄膜，沿至少纵向方向定向所切割薄膜部分和形成直立部件，并分开所切割和拉伸隆起的至少一些之间的薄膜以产生该缕。
13.如权利要求12所述的方法，其中该隆起仅部分地被切割。
14.如权利要求12-13任一项所述的方法，其中切口是以与该隆起的纵向延伸方向成30°至90°的角度。
15.如权利要求12-14任一项所述的方法，其中该基层以至少1.5的拉伸比被拉伸，并且该薄膜从该至少一面上的基本上所有的切口和拉伸的隆起之间被分开。
16.如权利要求12-15任一项所述的方法，其中该薄膜基部在一面上被切穿，并且该隆起在相对面上被部分地切穿，提供隆起的未切割部分，其中未切割部分形成该缕基层。
17.如权利要求12-16任一项所述的方法，其中该薄膜基层在两面上被提供有隆起，并且两面被至少部分地切穿两组隆起。
18.一种合成纤维网，其中形成网的至少一些纤维是挂钩缕，其中该挂钩缕具有基层，基层具有至少第一面和第二面，具有从至少一面沿至少一行延伸的挂钩元件，挂钩元件具有以与该缕的纵向方向成1至90度的角延伸的挂钩啮合臂。
19.如权利要求18所述的合成纤维网，其中该网是无纺网，其具有与其它纤维混合的挂钩缕。
全文摘要
本发明涉及一种挂钩缕。这些挂钩缕具有基层，该基层具有第一顶面、第二底面和两个侧面。所述缕上的挂钩元件从至少一面延伸，并且该挂钩元件具有啮合臂，该啮合臂相对于该缕的纵向延伸方向以1至90度的角度延伸。
文档编号A44B18/00GK1921780SQ200580005203
公开日2007年2月28日 申请日期2005年1月24日 优先权日2004年2月17日
发明者罗纳德·W·奥森, 杰施利·塞思 申请人:3M创新有限公司