较韧、较软的非织造片材产品的制作方法

专利名称：较韧、较软的非织造片材产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及特别适用于制作覆盖片材的改进非织造织物。
背景技术：
覆盖材料是片材，它的主要用途是作为建筑物屋顶的衬里，会同屋顶本身以对建筑物提供保护，克服天气的影响。特别希望覆盖材料提供建筑物的防风及防降水的阻挡层，而同时还允许湿气从建筑物逸出。还希望覆盖材料具有良好的抗拉伸性能，该性能包括韧性或断裂功。
由于建设期间覆盖材料可能被暴露在极端天气中，因此片材的液体阻挡层性能变得极其重要。传统上，液体阻挡层是通过更多地粘结片材表面以造成高液体流透阻力的丛丝薄膜原纤维片材来获得的。一个必须注意之点是不要使片材过度粘结到形成穿孔的点，这会导致降低阻挡层的水平。粘结至高水平对片材的柔软性也有负面影响，该柔软性对于使用期间，即是在覆盖材料遇到由强风引起的拍打时，使该片材保持安静(低噪音)是重要的。
由E.I.du Pont de Nemours and Company ofWilimington，Delaware以商品名Tyvek出售的丛丝薄膜原纤维片材商品曾用于建筑中做房屋覆盖物，该房屋围护网具有防止液体水从外部渗入房屋内的良好液体阻挡层性能，而同时仍允许湿气从房屋的内部渗透至外部。这些Tyvek产品被称为是硬产品，该硬产品是在光滑的已加热粘合机辊子上压出来的。该硬产品具有光滑纸张的手感并且通常用于隔夜邮发的信封和在建筑应用中用作空气渗透阻挡层。通过这个粘结工艺，该片材的两侧面通常必须进行均匀的、全表面接触热粘结。
相反地，已经瞄准“软”结构市场的丛丝薄膜原纤维片材商品具有传统上已粘结的一个侧面，该一个侧面压有分散粘结点的“棱”图案，诸如Dempsey和Lee的美国专利NO.3,478,141中所公开的，使用具有足够热量及压力的一对辊子(罗拉)在印花辊的凸起的正压下方的织物中形成半透明的“窗口”。另一侧面基本上在全表面上压以“亚麻织物”图案，该图案是应用刻有仿亚麻织物图案的印花辊来生成的。之后该亚麻织物与棱相连的设计已被用于所有的“软结构”Tyvek商品。
使用诸如水流喷射的技术使产品软化的工作显示出该片材脱层的可能性，因为粘结的侧面的亚麻织物图案基本上仅是表面粘结。应用了诸如凸钮揉布及起绉的较轻软化条件，如Dempsey的美国专利NO.3,427,376中所公开的，它曾导致许多用途的合适软化。然而，对于许多最终用途，包括覆盖材料，还希望进一步软化。
Lee及Simpson的美国专利NO.4,910,075试图解决水流喷射中的这个脱层问题，该水流喷射通过把两个侧面粘结成点粘结的图案使片材软化，该图案在凸起的尖头处的总横截面面积约为要处理的片材面积的4-7％。在印花辊的凸起下面的4-7％面积上，由该工艺生产的片材被粘结至半透明点，并且然后进行水流喷射软化。成品具有20cm的静水压头(Hydrostatic Head)及约lsec(秒)的Gurley Hill孔隙率。这个产品足够柔软及可透气并对于抵御干颗粒污染的防护服非常有效用，但是在侵蚀性的软化作用后只能适度地防液体透入，该侵蚀性软化作用是为软化一种已被粘结至半透明的点的结构所需的。
在Miller的美国专利NO.4,091,137中公开了丛丝薄膜原纤维产品的进一步点粘接的工作，该专利要求每平方厘米有8-155个粘结点的点粘结结构，这些粘结点覆盖了3-25％的片材面积，其中这些粘结点是在足够的热量及压力下形成的，所以它们基本上是透明的，同时要求粘结的面积具有至少50％的平均光透射率。本发明的目的是利用粘结的和非粘结的面积之间的对比光透射来改进产品的视觉的均匀度。
本发明的目的是提供具有改进的性能平衡的覆盖材料，这些性能包括良好的断裂功及柔软性。

发明内容
本发明的一个实施例是单位重量为55-115g/m2之间闪纺薄膜原纤维片材，该材料在所述片材的两个侧面上已经被点粘结，其中粘结点被粘至半透明点。本发明的该片材在覆盖材料上得到了应用。
具体实施例方式
具有韧性或断裂功、伸长率、柔软性、透气性及液体阻隔性能的改进的独特平衡的一种丛丝薄膜原纤维片材产品，已通过应用印花辊粘结该片材产品的两侧面而开发出来，该印花辊具有足够尺寸的凸起，以便在每个侧面上给出约10-20％粘结的面积，同时在该每个侧面上具有50-80凸起/厘米2，同时粘结的条件是在片材与凸起的接触点处很少或没有生成半透明点。这个产品具有高的液体阻隔性及干颗粒维持能力，而保持良好的透气性以及具有超过棱与亚麻织物相连的粘结的Tyvek商品20-30％的韧性而同时更柔软30-50％。
本发明的例子的出发点是利用共同未决申请的美国专利系列NO.08/914,409的工艺制作的轻度固结的闪纺聚烯烃片材，尤其是闪纺聚乙烯片材。本发明的该片材产品的一般单位重量范围是55-115g/m2。然而，期望其它的非织造织物，包括但不局限于熔喷法非织造物、熔纺织物及复合织物，在进行本发明的粘结工艺时将获得类似的合格的结果。
这些片材是使它们通过一对已加热的辊子的辊隙而粘结的，而印花辊一般具有50-80凸起/厘米2的点分布，较好是60-70凸起/厘米2。该凸起的尺寸为粘结的面积约为该片材面积的10-20％，较好是13-17％，同时粘结点的数量范围是50-80点/厘米2，较好是60-70点/厘米2。印花辊的直径范围一般是50-60cm，并逆着在直径范围为44-55cm中包有弹性体的支持辊子运动，印花辊的硬度是肖氏A50-80，较好是肖氏A65-70。
加工的线速度可从约为100m/min变化至250m/min，而且为了最经济最好是增至最大。然而，线速度的上的变化对停留时间有影响，这样线速度应在所需停留时间的基础上进行优化。
印花辊的粘结温度范围一般是140-155℃。粘结压力应是最小的以给出保持结构完整性所需的粘结，并且粘结压力将随辊子形状及支持辊子的直径、硬度及覆盖层厚度而变化。本发明使用的粘结压力为从每平方米粘结面积约5kN至75kN，较好是约20-60kN/m2，最好是约38-约50kN/m2，但通常是每平方米粘结面积小于约50kN(每平方英寸粘结面积7.15磅)。一旦该产品在两侧面上用这个工艺压了花纹，则应用配合的针辊使该片材机械地软化。
公开于Miller的美国专利NO.4,091,137中的工艺描述了具有表面硬度大于肖氏D70(较好是肖氏D80-90)的橡胶支持辊子的应用，并且印花辊的加载范围是90-170PLI(磅/直线)，较好是120-130PLI。该支持辊子需有所述硬度，以便生产出具有平均光学透明度为50％的产品。为了达到这种光学透明度，需要在小接触面积(“脚印”)上使用高压力，该小接触面积在所压图案的每一粘结面积上保持高压力。Miller例子V公开了使用软至肖氏D60(＞肖氏A100)的支持辊子生产的产品一定程度上不能满足Miller发明的要求。
相反地，根据本发明的工艺，使用了肖氏A60-70的软得多的支持辊子，以便减小从所压图案的每个点施加的压力。(肖氏A硬度60-70相当于肖氏D硬度16-22，较高值代表较硬的橡胶化合物)。根据本发明所使用的较软支持辊子通过减小由相配的点粘结辊子的凸起施加的压力可改善粘结。
任何单个凸起与织物之间的停留时间应小于55毫秒，较好是在约3与30毫秒之间，最好是在约10与15毫秒之间。
为了计算该停留时间，需要印花辊与橡胶支持辊子之间的辊隙区域的接触长度。根据接触长度，或“脚印”，可由下式计算出停留时间距离＝速率×时间时间＝距离/速率因此，停留时间＝脚印/线速度。
工艺改进及设备改进的这种结合导致根据本发明的较好的点粘合，能使点粘结达到大多数粘结点，而较好是全部粘结点，不会被粘结至半透明点。
当以断裂功来量度时，考虑到片材的柔软性及其它性能已具有至少约150cm的静水压头，本发明的薄膜原纤维片材具有不寻常的韧性。
根据本发明的片材的点粘结似乎形成了“棱”，该“棱”的走向是片材的机器方向。陈述于下面的本发明的例子被点粘结成棱靠棱的图案，即是棱粘结在薄膜原纤维片材的两个侧面上。当根据公开于本文的工艺而加以应用时，人们相信任何数量的传统点粘结图案对于获取本发明的好处都是有效的。
已发现本发明的棱靠棱片材是柔软的，当该片材被用作覆盖材料时这是个优点，因为片材越软，当遇风时片材发出的噪音就越小。当风穿透覆盖的屋顶瓦面与屋顶隔膜之间的空间时，这是最经常发生的，在该处，屋顶隔膜不被下面的隔层所支持而因此是自由地悬挂着的。
为了提供所需的韧性及耐久性，用于屋顶的本发明的片材的单位重量最好应是55-115g/m2之间。本发明的片材在机器方向上及垂直方向上的拉伸强度至少是74(N/inch)，而在机器方向上及垂直方向上的伸长率至少是15％，在机器方向上及垂直方向上的钉子撕裂强度至少是45N，而Mullenburst破裂强度至少是600kPa。
测试方法用于表征本发明的临界参数包含以下试验断裂功(WTB)片材产品的断裂功是片材的韧性或抗撕裂及刺破能力的尺度并通过测量应力—应变曲线下方的面积来决定。断裂功依据DIN EN ISO1924-2试验方法应用Zwick2.5kN试验仪及2.54×20.32cm尺寸的样品进行测量。该试验仪在10cm/min速度下运作，使用长度12.7cm的量规及宽度11cm的夹具。该样品在产品的机器方向上及垂直方向上进行测量。较韧的产品将产生较高的断裂功值。实验结果以牛顿—米(N-m)表示。
GUREY-HILL孔隙率(GH)它是气体性物质对片材的穿透性的尺度。特别是，它是一定体积的气体在具有一定的压力梯度下在多长时间内穿过材料的一面积的尺度。Gurley-hill孔隙率依据TAPPIT-460 OM-88使用Lorentzen&Wettre Model 121D Densometer进行测量。本试验测量100mi的空气在约1.21kPa(4.9英寸的水)压力下被推压穿过28.7mm直径样品(一平方英寸)的时间。试验结果以秒表示，经常称为Gurley秒。具有Gurley-hill数为4秒的产品将具有两倍于具有Gurley-hill数为8秒的产品的孔隙率，并将具有对穿著者舒适的透气性的两倍透气性。
静水压头(HH)它是片材在静负载下对液态水穿透的阻力的尺度。HH是依据DIN EN 20811试验方法使用FX 3000静水压头试验仪进行测量的，可从Textest Instruments(Zurich，Switzerland)买到，而表面积为100cm2。HH以厘米(cm)来度量。较高的数值表示产品具有较大的液体流通阻力。
脱层强度片材样品的脱层强度是应用诸如2.5KN Zwick试验仪的伸长张力试验机的恒定速度进行测量的。1.0in(2.54cm)×8.0in(20.32cm)样品通过在样品的横截面内插入尖锐小工具以手引起分层及脱层而使样品被脱层约1.25in(3.18cm)。该脱层的样品表面安装在试验仪的夹具内，该夹具被设置成相距6cm。该试验仪被启动并在十字头速度为5.0英寸/分(12.7cm/min)下运行。在十字头行程移开约0.5英寸去除松驰之后，计算机开始采集力读数。该样品被脱层约14cm，在此期间采集了3000个力读数并进行平均。该平均脱层强度是平均力除以样品宽度并以单位1b/in(N/cm)表示。该试验通常遵循ASTM D2724-87的方法，它被结合于此处作参考。作为例子记录在下面的脱层强度值，每个数值都是基于在片材上所作的至少6次测量的平均值。
单位重量它由DIN EN ISO 536确定，它被结合于此处作参考，并以g/m2表示。作为例子记录在下面的单位重量，每个数值都是基于在片材上所做的至少6次测量的平均值。
钉子撕裂强度(MD及CD)它由试验方法G.D.§5.41确定并以N表示。使用Zwick 2.5KN试验仪，在200×50mm样品的轴线上，3mm的孔从一个端部被冲破为50mm。2.5mm的钉子被置于该孔中并利用U型卡而固定在试验机的下卡爪上。试验样品的另一个端部被固定在上卡爪上。量规长度通常是11cm；速度是10cm/min。该结果是所测得的最大力。
拉伸强度它由DIN EN ISO 1924-2确定，它被结合于此处作参考，具有下列改进。在试验中，2.54cm×20.32cm(linch×8inch)样品的相对两端部被夹持在Zwick 2.5KN试验仪中。夹具在样品上连接成彼此相距12.7cm(5in)。样品在速度10cm/min下稳定地被拉伸至断裂。断裂时刻的该力被记录为以N/cm表示的断裂拉伸强度。
致断伸长率片材的致断伸长率是在带条拉伸试验中的破坏(断裂)之前片材延伸量的尺度。2.54cm×20.32cm样品被安装于Zwick2.5KN试验仪的夹具中，该夹具被设置成相距5.0inches(12.7cm)，该试验仪是诸如Instron台式试验仪的恒速伸长拉伸试验机。在十字头速度为10cm/min时连续地增大的负载被施加至样品上直至破坏为止。该测量值以破坏之前的延伸百分比给出。该试验通常遵循DIN ENISO 1942-2。
厚度片材的厚度由DIN EN 20534确定，并以微米(um)表示。
MULLENBURST破裂强度它是压力的尺度，在该压力下片材样品将破坏，依据ISO 2758确定，并以kPa表示。
湿气传递率(MVTR)它是片材对湿气的可穿透性的尺度，依据DIN 52615确定，并以g/m2/day(克/米2/天)表示。
例子例1-6解释了用Tyvek片材作为覆盖材料的本发明产品，该片材被制成具有棱靠棱印花辊的图案。这些例子中的每一个，其材料的单位重量是60g/m2。两个印花机被覆盖以铬。本发明的样品1-6的相关性能在表1中给出。在这些例子的每一个中，顺序地通过一对预热的辊子的每张片材的直径为540mm，通过第一凸缘压花机与橡胶支持辊子之间的第一辊隙，而最后通过第二凸缘压花机与橡胶支持辊子之间的第二辊隙。辊隙宽度恒定保持在40mm。
例子1-2在线速度约182m/min(约13.16毫秒停留时间)下运作。这些例子的每个例子的表1中数据是两个试验样品的平均值，其中辊预热温度及印花辊温度是变化的。例子1的辊平均预热温度是100℃。例子2的辊平均预热温度是120℃。
例子3这个例子在表1中的数据是两个试验样品的平均值。第一样品的停留时间是11.4毫秒，而第二样品的是15毫秒。对于两个试验样品的辊预热温度控制在130℃。
例子4这个例子在表1中的数据是两个试验样品的平均值。第一样品的停留时间是12毫秒，而第二样品的是15毫秒。第一样品的辊预热温度控制在105℃，第二样品的辊预热温度控制在115℃。
例子5这个例子在表1中的数据是两个试验样品的平均值。第一样品的停留时间是12毫秒，而第二样品的是15毫秒。两个样品的辊预热温度控制在105℃。也测量了样品的Mullenburst破裂强度，当用ISO 2960试验方法测量时，其平均结果是550kPa。
例子6解释了根据本发明的用作覆盖材料的典型产品，该产品使用了棱靠棱印花辊图案。停留时间是15毫秒。辊预热温度是105℃。除了列在表1中的性能之外，例子6还测量了列在下面的下列性能。
Mullenburst破裂强度(ISO 2960)600kPaGurley-hill透气性55sec厚度 187μm脱层强度
表1-样品性能

例子7(控制)它是使用亚麻织物与棱相连的压花图案的商品。这个例子在表2中的数据是一个地区的商品生产的平均值。辊预热温度是95℃，而预热的停留时间是0.23秒。片材的亚麻织物与棱相连的侧面的粘结辊子温度分别是145℃及146℃。粘结的停留时间是10.2毫秒。
例子8解释了根据本发明的用作覆盖材料的典型产品，该产品使用了棱靠棱印花辊图案。该产品使用与例子6相同的条件进行加工。表2中的数据，对于每项性能都是23-25次单独测量的平均值。
表2-样品性能例7例8增厚度(μm) 168 190 +13％脱层强度(N) 0.27 0.5 +85％拉伸强度-机器方向 68.1 74.4 +9％(N/2.5cm)拉伸强度-垂直方向(N/2.5cm) 55.6 74.5 +34％伸长率-机器方向(％) 9.5 17+80％伸长率-垂直方向(％) 16.7 30+80％钉子撕裂强度-机器方向(N)46.7 42.6 -9％钉子撕裂强度-垂直方向(N)4841-14％Mullenburst崩裂强度(kPa)465 620 +33％MVTR(g/m2/day) 1579 1703 +8％静压高差(cm水) 160 146 -9％Gurley-hill透气性(sec) 113 51-55％单位重量(g/m2) 58.5 57.4 -1.9％断裂功-机器方向 0.6 0.9 +50％(Nm)断裂功-垂直方向(Nm) 0.8 1.4 +75％从这些结果可以清楚地看到对于诸如覆盖材料的阻挡层片材用途，本发明的产品具有优越的性能平衡，具有提高的拉伸强度、提高的拉伸强度的机器方向平衡/垂直方向平衡、较好的伸长率、提高的断裂功以及比例子7的现有商品Tyvek片材更高的Mullenburst破裂强度。人们相信与现有商品相比，改进(提高)本发明片材性能的原因是使用了该片材的双侧面的点粘结，因为现有商品的亚麻织物(图案)粘结的侧面是全表面的粘结，它限制了片材透气性及各个薄膜原纤维的运动自由度。本发明的片材的增加的运动自由度，即在两个侧面进行点粘结，导致提高了韧性也显著改善了柔软性。
权利要求
1.单位重量为55-115g/m2之间的一种闪纺薄膜原纤维片材被点粘结在所述片材的两个侧面上，其特征在于该粘结点没有被粘结至半透明点。
2.如权利要求1的片材，其特征在于粘结点拥有该片材的每一个侧面的约10-20％面积。
3.如权利要求1的片材具有至少是约150cm的静水压头。
4.如权利要求1的片材，在所述片材的每一个侧面上具有50-80粘结点/厘米2。
5.如权利要求1的片材，在所述片材的每一个侧面上具有60-70粘结点/厘米2，所述片材的每一个侧面上的所述粘结点拥有该片材的约13-17％面积。
6.如权利要求1的片材在该片材的两个侧面上具有呈棱纹的点粘结图案。
7.如权利要求1的片材具有在机器方向上及垂直方向上至少74(N/inch)的拉伸强度；在机器方向上及垂直方向上至少15％的伸长率；在机器方向上及垂直方向上至少45N的钉子撕裂强度；以及至少600kPa的Mullenburst破裂强度。
8.一种覆盖片材含有如权利要求1的片材。
全文摘要
本发明涉及薄膜原纤维丛丝片材产品，该产品显示了提高的韧性与柔软性的平衡，兼有提高的空气透气性与液体阻隔力的平衡；它们通过在两个侧面上点粘结非织造片材而制备，该制备是使所述片材在粘结温度、压力及停留时间的组合条件下穿过印花辊之间致使大多数粘结点没有被粘结至半透明点。本发明涉及这些产品在覆盖材料中的应用。
文档编号D04H13/02GK1442529SQ0310546
公开日2003年9月17日 申请日期2003年2月21日 优先权日2002年2月22日
发明者D·德克尔, J·R·古克尔特, B·P·利特勒, R·A·马林, L·R·马沙尔, S·K·纳斯, N·施密特, C·S·施瓦茨 申请人:纳慕尔杜邦公司