增强的柔性材料以及由其制成的制品的制作方法

专利名称：增强的柔性材料以及由其制成的制品的制作方法
增强的柔性材料以及由其制成的制品发明领域
本发明涉及以物理方式增强的柔性聚合物膜以及包含此类膜的制品。本发明尤其涉及具有增强的物理结构和性能的柔性聚合物膜以及由其制成的制品。
发明背景
聚合物膜在本领域中作为由此类膜制成的制品例如用于贮藏和废弃处理的袋而为人们所熟知。已知在保持平膜的基重的同时改变该膜的几何形状有可能向该膜以及由改变过的膜所制成的制品赋予类弹性性能。与此类膜和制品相关联的成本常常直接与最终制品中所存在的材料量和/或所用膜的基重相关。膜可被拉伸以减小膜规格并且因此减小用于给定单位面积的材料量。此类拉伸或规格减小术可有利地影响与成品相关联的成本，但通常这样做的代价是，由于膜规格及相关联的基重减小而造成膜和制品的性能降低。
期望一种降低对膜及对应制品的材料要求而不等效地降低膜和制品的性能的方法。
发明概沭
在一个方面，一种柔性膜包括交织的多个第一带和邻近第一带设置的第二带中的每种。第一带和第二带均具有长度和宽度，第一带包括第一膜基重以及第一区域和第二区域。第一区域和第二区域包含相同的材料组成。当所述片材料沿至少一条轴线经受受力伸长时，第一区域经历基本上分子水平变形并且第二区域初始地经历基本上几何变形。第一区域和第二区域为彼此视觉上不同的。第二区域包括多个凸起的肋状元件并且第一区域基本上不含肋状元件。第二带包括第二膜基重和沿该带的长度设置的多个波纹。在该方面， 所述材料可被描述为具有交替的结构类弹性膜带和环轧膜带。
在一个方面，一种柔性袋包括至少一块柔性片材料片，所述柔性片材料片被装配以形成具有由周边限定的开口的半封闭容器。柔性材料片包括交织的多个第一带和邻近第一带设置的第二带中的每种。第一带和第二带均具有长度和宽度，第一带包括第一膜基重以及第一区域和第二区域。第一区域和第二区域包含相同的材料组成。当所述片材料沿至少一条轴线经受受力伸长时，第一区域经历基本上分子水平变形并且第二区域初始地经历基本上几何变形。第一区域和第二区域为彼此视觉上不同的。第二区域包括多个凸起的肋状元件并且第一区域基本上不含肋状元件。第二带包括第二膜基重和沿该带的长度设置的多个波纹。在该方面，所述材料和袋可被描述为具有交替的结构类弹性膜带和环轧膜带。
附图
简沭
图I为本发明的袋的材料的一部分的示意性平面视图，示出了对称图案；
图2为本发明的袋的材料的一部分的示意性平面视图，示出了不对称图案；
图3A为处于基本上未拉紧状态的本发明的柔性袋的聚合物膜材料的嵌段式透视图3B为处于部分地拉紧状态的根据本发明的柔性袋的聚合物膜材料的嵌段式透视图3C为处于进一步拉紧状态的根据本发明的柔性袋的聚合物膜材料的嵌段式透视图4为本发明的袋的材料的一部分的示意性平面视图，示出了对称图案；
图5为本发明的袋的材料的一部分的示意性平面视图，示出了不对称图案；
图6为本发明的袋的材料的一部分的示意性平面视图，示出了对称图案；
图7为根据本发明的一个实施方案的袋的示意透视图。
发明详沭
如本文所用，基重是指每单位面积的重量。基重可用单位lbs/ft2或g/m2表示。
如本文所用，术语“柔性”用以指如下材料，它们能够被挠曲或弯曲，尤其是重复地挠曲或弯曲，使得它们响应于外加力而易于弯曲并可屈服。因此，“柔韧的”在意思上基本上与术语不可挠曲的、刚性的或不屈服的相对。因此，柔性的材料和结构可在形状和结构上作改变以适应外力并且适形于与它们接触的物体的形状而不损失其完整性。这种通常有效类型的柔性袋通常由在整个袋结构中均具有一致的物理性能的材料形成，所述物理性能为例如拉伸、拉紧和/或伸长性能以及材料基重。
现在参见图3A，第一带52包括不同区域的“可应变网络”。如本文所用，术语“可应变网络”是指互连且相关的一组区域，所述区域能够在预定方向上延伸至某种有用的程度， 从而响应于外加的且随后释放的伸长而向第一带提供类弹性行为。可应变网络包括至少第一区域64和第二区域66。第一带52包括位于第一区域64和第二区域66之间的接触面处的过渡区域65。过渡区域65将表现出第一区域和第二区域两者的行为的复杂组合。已经认识到，此类根据本发明的适用的第一带的每一实施方案均将具有过渡区域；然而，此类带由第一区域64和第二区域66的行为限定。因此，随后的说明将关注第一区域和第二区域中的第一带的行为，仅因为所述行为不依赖于过渡区域65中的第一带的复杂行为。
第一带52具有第一表面52a和相对的第二表面52b。在图3A所不的实施方案中， 可应变网络包括多个第一区域64和多个第二区域66。在一个实施方案中，第一区域64具有第一轴线68和第二轴线69，其中第一轴线68比第二轴线69更长。第一区域64的第一轴线68基本上平行于第一带52的纵向轴线“L”，而第二轴线69基本上平行于第一带52的横向轴线“T”。在一个实施方案中，第一区域的第二轴线(第一区域的宽度)为约O. 01英寸至约O. 5英寸。在一个实施方案中，为约O. 03英寸至约O. 25英寸。第二区域66具有第一轴线70和第二轴线71。第一轴线70基本上平行于第一带52的纵向轴线，而第二轴线 71基本上平行于第一带52的横向轴线。在一个实施方案中，第二区域的第二轴线(第二区域的宽度)为约O. 01英寸至约2. O英寸。在一个实施方案中，为约O. 125英寸至约I. O英寸。在图3A的实施方案中，第一区域64和第二区域66为基本上线性的，其在基本上平行于第一带52的纵向轴线的方向上连续延伸。
第一区域64具有弹性模量El和横截面积Al。第二区域66具有模量E2和横截面积A2。
在所示的实施方案中，当在基本上平行于纵向轴线的方向上经受受力轴向伸长时，第一带52已被“成型”使得第一带52表现出沿轴线的抗力，所述抗力在所示实施方案的情形中基本上平行于该纤维网的纵向轴线。如本文所用，术语“成型”是指在第一带上形成期望的结构或几何形状，所述第一带当其不经受任何外加力伸长或外加力时将基本上保持期望的结构或几何形状。本发明的第一带包括至少第一区域和第二区域，其中第一区域在视觉上不同于第二区域。如本文所用，术语“视觉上不同的”是指第一带的特征，当第一带或体现第一带的物体经受正常使用时，所述特征易于被正常肉眼辨别。如本文所用，术语 “表面路径长度”是指在基本上平行于轴线的方向上，沿所考虑的区域的地形表面进行的测量。用于测定相应区域的表面路径长度的方法可见于1994年2月28日授予Chappell等人的美国专利5，518，801的“测试方法”部分。
用于形成可用于本发明的此类第一带的方法包括但不限于通过配合板或辊压花、 热成型、高压液压成型或浇铸。尽管纤维网52的整个部分均已经受成型操作，但本发明也可被实施为经受仅其一部分的成型，例如该材料的包括袋主体20的一部分，如下文将详述。
在图3A所示的实施方案中，第一区域64为基本上平面的。S卩，第一区域64内的材料在纤维网52经历成型步骤之前和之后处于基本上相同的状态。第二区域66包括多个凸起的肋状元件74。肋状元件可为压花的、凹陷的或它们的组合。肋状元件74具有基本上平行于纤维网52的横向轴线的第一轴线或长轴线76以及基本上平行于纤维网52的纵向轴线的第二轴线或短轴线77。平行于肋状元件74的第一轴线76的长度至少等于平行于第二轴线77的长度，并且在一个实施方案中比平行于第二轴线77的长度更长。在一个实施方案中，第一轴线76与第二轴线77的比率为至少约I : I或更大，并且在另一个实施方案中为至少约2 I或更大。
第二区域66中的肋状元件74可被未成型区域彼此隔开。在一个实施方案中，肋状元件74彼此邻近并且被未成型区域隔开小于O. 10英寸，如垂直于肋状元件74的长轴线 76所测量的那样。在一个实施方案中，肋状元件74为连续的，在它们之间基本上不具有未成型区域。
第一区域64和第二区域66各自具有“投影路径长度”。如本文所用，术语“投影路径长度”是指由平行光所投射的某个区域的阴影的长度。第一区域64的投影路径长度和第二区域66的投影路径长度彼此相等。
第一区域64具有表面路径长度LI，其小于第二区域66的表面路径长度L2，所述表面路径长度是在该纤维网处于未拉紧状态时在平行于纤维网52的纵向轴线的方向上沿地形测量的。在一个实施方案中，第二区域66的表面路径长度比第一区域64的表面路径长度大至少约15%。在一个实施方案中，比第一区域的表面路径长度大至少约30%。在一个实施方案中，比第一区域的表面路径长度大至少约70 %。一般来讲，第二区域的表面路径长度越大，则该纤维网在遇到力墙之前的伸长就将越大。用于测量此类材料的表面路径长度的合适的技术描述于上文所参考且并入上文的Chappell等人的专利中。
第一带52表现出改进的“泊松侧向收缩效应”，其基本上小于换句话讲由类似的材料组成构成的相同基座纤维网的泊松侧向收缩效应。用于测定材料的泊松侧向收缩效应的方法可见于上文所参考且并入上文的Chappell等人的专利的“测试方法”部分。在一个实施方案中，当适用于本发明的纤维网经受约20%的伸长时，该纤维网的泊松侧向收缩效应小于约O. 4。在一个实施方案中，当该纤维网经受约40，50或甚至60%的伸长时，该纤维网表现出小于约O. 4的泊松侧向收缩效应。在一个实施方案中，当该纤维网经受20，40，50 或60%的伸长时，泊松侧向收缩效应小于约O. 3。此类纤维网的泊松侧向收缩效应取决于分别被第一区域和第二区域所占据的材料纤维网的量。当被第一区域占据的第一带的面积CN 102985250 A书明说4/10 页
增加时，泊松侧向收缩效应也增强。相反，当被第二区域占据的第一带的面积增加时，泊松侧向收缩效应则减弱。在一个实施方案中，被第一区域占据的第一带的面积百分比为约2% 至约90%。在一个实施方案中，为约5%至约50%。
对于第一带52，受力轴向伸长的方向D(在图3A中由前头80指示)基本上垂直于肋状元件74的第一轴线76。肋状元件74能够在基本上垂直于它们的第一轴线76的方向上伸直或几何地变形以允许发生纤维网52中的延伸。
现在参见图3B，当第一带52的纤维网经受受力轴向伸长D(在图3B中由前头80 指示)时，具有较短表面路径长度LI的第一区域64由于分子水平变形而对受力伸长提供大部分的初始抗力Pl。在该阶段，第二区域66中的肋状元件74正经历几何变形或伸直，并且对受力伸长提供极小阻抗。在向下一阶段过渡的过程中，肋状元件74变得与受力伸长对齐(即，与其共面)。即，第二区域表现出从几何变形到分子水平变形的变化。这是力墙的开始。在图3C所示的阶段中，第二区域66中的肋状元件74已变得基本上与受力伸长的平面对齐(即，与其共面)(即，第二区域已达到其几何变形的极限)并开始经由分子水平变形阻抗进一步的伸长。第二区域66现在由于分子水平变形对进一步的受力伸长提供第二抗力P2。由第一区域64的分子水平变形和第二区域66的分子水平变形对伸长提供的抗力形成总抗力PT，所述总抗力大于由第一区域64的分子水平变形和第二区域66的几何变形提供的抗力。
当(L1+D)小于L2时，抗力Pl基本上大于抗力P2。当(L1+D)小于L2时，第一区域提供初始抗力P1，一般满足如下公式Pl = (Al XEl XD)/Ll0当(L1+D)大于L2 时，第一区域和第二区域对受力伸长D提供合并的总抗力PT，一般满足以下公式PT = ((Al XEl XD)/LI) + ((A2XE2X | L1+D-L2 |)/L2)。
在达到图3C所示的阶段之前，在对应于图3A和3B的阶段中所发生的最大伸长为成型材料纤维网的“可用拉伸”。可用拉伸对应于第二区域经历几何变形所涉及的距离。可用拉伸的变化范围可为约10%至100%或更大，并且可大体上由第二区域中的表面路径长度L2超出第一区域中的表面路径长度LI的程度和基膜的组成来控制。术语可用拉伸不旨在隐含本发明的纤维网可经受的伸长极限，因为存在如下的应用，其中超过可用拉伸的伸长是期望的。
当第一带经受受力伸长时，第一带在受力伸长的方向上延伸并且一旦除去受力伸长就回复至其基本上未拉紧状态(除非第一带被延伸超过了屈服点)，这时表现出类弹性行为。第一带能够经历多次受力伸长循环而不损失它们的基本上复原的能力。因此，一旦除去受力伸长，该纤维网就能够回复至其基本上未拉紧状态。
尽管第一带可容易地且可逆地在受力轴向伸长的方向上、在基本上垂直于肋状元件的第一轴线的方向上延伸，但该材料纤维网不能够同样容易地在基本上平行于肋状元件的第一轴线的方向上延伸。肋状元件的成型允许肋状元件在基本上垂直于肋状元件的第一轴线或长轴线的方向上几何地变形，同时要求基本上分子水平变形在基本上平行于肋状元件的第一轴线的方向上延伸。
用以延伸该纤维网所需的受力的量取决于第一带的组成和横截面积以及第一区域的宽度和间距，其中对于给定的组成和横截面积，更窄和更宽地间隔的第一区域要求更低的外加延伸力以获得期望的伸长。第一区域的第一轴线(即，长度)在一个实施方案中大6于第一区域在一个实施方案中的第二轴线(即，宽度)，其中长度与宽度的比率为约5 I 或更大。
也可改变肋状元件的深度和频率以控制根据本发明的适用的第一带的纤维网的可用拉伸。如果对于肋状元件的给定频率增加可用拉伸，则增加赋予肋状元件的高度或成型度。类似地，如果对于给定高度或成型度增加可用拉伸，则增加肋状元件的频率。选择肋状元件深度或频率对带2拉伸(基重减小)以平衡总体膜和制品的机械性能。通过用于测试的足够尺寸的所述带各自的机械性能来获得用以精密地逼近带I对带2中所需成型的方法。对于使用固态成型方法的成型，这能够通过改变用于每个带的DOE并使该DOE相关于总体膜性能来获得。优选的是一组准匹配的性能。所得加工工具可使用带I对带2中的不同的图案和加工工具高度来设计。不旨在受到限制，据信如果第二带的宽度被限制成小于 O. 75英寸且优选地小于O. 5英寸的宽度，则所述性能将匹配最佳且美观的设计。不受限制地，据信最佳性能将产生如下设计，其中第二带的宽度小于O. 75英寸且优选地小于O. 5英寸，并且第二带的宽度不超过第一带和第二带的宽度总和的60%。如果在该设计中包括多于两个带，则据信第二带应当不超过所有带区域的宽度总和的60~。
存在多种功能性能，通过将此类材料应用于本发明的柔性袋，能够控制所述多种功能性能。这些功能性能为第一带在遇到力墙之前抵抗受力伸长而施加的抗力和第一带的可用拉伸。由第一带抵抗受力伸长而施加的抗力取决于该材料(例如，组成、分子结构和取向等)以及横截面积和被第一区域占据的第一带的投影表面积的百分比。对于给定的材料组成和横截面积来讲，第一区域对第一带的面积覆盖百分率越高，则该纤维网抵抗受力伸长而施加的抗力就越高。第一区域对第一带的覆盖百分率部分地(如果不是全部)取决于第一区域的宽度和相邻第一区域之间的间距。
该材料纤维网的可用拉伸取决于第二区域的表面路径长度。第二区域的表面路径长度至少部分地取决于肋状元件间距、肋状元件频率和肋状元件的成型深度，如垂直于该材料纤维网的平面所测量的。一般来讲，第二区域的表面路径长度越大，则该材料纤维网的可用拉伸就越大。
如上文参照图3A-3C所述，第一带52初始地表现出对由第一区域64提供的伸长的某种阻抗，同时第二区域66的肋状元件74经历几何运动。当肋状元件过渡到该材料的第一区域的平面中时，表现出对伸长的增加的阻抗，因为整个第一带随后经历分子水平变形。因此，当被成型为封闭容器例如本发明的柔性袋时，图3A-3C所述的以及上文所参考且并入上文的Chappell等人的专利所述的这种类型的第一带提供本发明的性能优点。
通过将前述第一带用于构造根据本发明的柔性袋而实现的一种附加有益效果为此类材料的视觉和触觉吸引力的增强。通常用来形成此类柔性聚合物袋的聚合物膜通常在性质上是比较薄的并且在许多情况下具有光滑的、有光泽的表面光洁度。尽管一些制造商至少在成品袋的外侧上对膜表面进行了低程度的压花或其它织构化，但由此类材料制成的袋仍然趋于表现出滑溜且薄脆的触觉印象。薄材料连同基本上二维的表面几何形状也趋于使此类柔性聚合物袋给消费者留下夸张的薄度印象，因而觉得其缺乏耐久性。
相比之下，根据本发明的有用的第一带例如图3A-3C所述的那些表现出了三维的剖视面，其中第一带(在未拉紧状态)被变形成在第一带的主平面之外。这提供了用于抓持的附加表面积并且驱散了通常与基本上平面的光滑表面相关联的眩光。当袋被抓持在手中时，所述三维的肋状元件也提供“垫似的”触觉印象，从而也提供了不同于常规袋材料的所期望的触觉印象，并且提供了增强的厚度感和耐久性。所述附加质构也减小了与某些类型的膜材料相关联的噪声，从而导致增强的听觉印象。
第二带沿该带的长度，即基本上平行于该带的主方向被成型为基本上连续的波纹图案。波纹是与第一带的肋同时形成的。波纹通过环轧该膜的相关部分形成。对膜的该部分进行分段环轧将膜拉伸并屈服成波形结构，同时减小膜的环轧部分的基重并拉伸或延伸该部分的宽度。对第二带的拉伸一般导致膜按20至60%塑性定形。该拉伸按原料的62至 83%降低了第二带中膜的基重。
成型膜的交织的第一带和第二带的组合提供如下相同基膜的大部分的物理性能， 所述相同基膜已被成型为仅具有第一带的结构。当拉伸或延展环轧的第二带时，交织图案产生如下附加有益效果提供具有基本上相同性能的最终膜，同时利用的是显著更少的材料。
第一带和第二带的成型优选地同时进行。如果第一带的成型深度不同于第二带的拉伸长度，则必须设计加工工具以同时获得这些结果。不受以下实施例的限制，一个用以获得同时的但有差别的成型应变的选项是对于这些带中的每个使用不同的成型齿高度。也可实施其它选项例如在第一带对第二带中使用不同的齿距。也有可能依次首先或其次成型第一带并且其次或首先成型第二带。
在本发明的材料的成型过程中，可在图案化的板之间加工膜片，或可在图案辊之间加工膜的连续纤维网。在一个实施方案中，成型第一带的图案部件的啮合深度不同于成型第二带的图案部件的啮合深度。在该实施方案中，用于第二带的啮合深度小于用于第一带的啮合深度。在一个实施方案中，第一带被成型为具有约0.038" (O. 965mm) 的啮合深度，并且第二带被同时成型为具有约O. 024" (O. 610mm)的啮合深度或具有约 0.014" (O. 356mm)的DOE差值。所述两个带之间的这种啮合深度的变化通过使用如下与配合元件相互作用的成型元件来获得，所述成型元件具有包括不同高度的单个成型部件， 并且所述配合元件具有均匀高度的部件。作为一个实例，与第一带相关联的这些部件可具有约O. 080" (2. 03mm)的高度，而与第二带相关联的这些部件具有约O. 066" (I. 68mm)的高度。
实施例
实施例#1 :一种 LLDPE 膜，其由 89% Tuflin XHS 7091,8% Fleximer ETSE 9068 和3%白色颜料母料制成。所述Tuf Iin和Fleximer来自Dow Chemical (Midland, MI)，并且所述白色颜料母料来自Ampecet (Tarrytown, New York)。该膜被吹塑成O. 0009英寸厚的30英寸度的膜。在固态成型之前，将该膜切割成10英寸的宽度。使用如USD518648S1 中所示的O. 040英寸节距的环辊或O. 040英寸节距的七齿菱形SELF图案来加工该膜。如下来测量膜的机械性能按照ASTM D882测量拉伸性能，按照ASTM D1922测量撕裂性能，并且按照ASTM D1709(D4272, )测量落镖。来自SELF和环辊膜的机械性能示出于表SRR 中。经由SELF图案以O. 038英寸的深度成型的膜的性能可匹配于环辊膜，落镖除外。不包括落镖的最佳性能匹配为被变形至O. 024英寸深度的环辊膜。
表SRR
8
权利要求
1.一种柔性膜，所述柔性膜包括多个第一带和第二带中的每种，所述多个带彼此相邻地交织，所述第一带和第二带均具有长度和宽度，其中所述第一带包括第一膜基重以及第一区域和第二区域，当片材料沿所述带的宽度经受受力伸长时，所述第一区域经历基本上分子水平变形并且所述第二区域初始地经历基本上几何变形，所述第二带包括第二膜基重和沿所述带的长度设置的多个波纹。
2.如权利要求I所述的柔性膜，所述柔性膜包括多个所述第一带和第二带中的每种，所述多个第一带与所述多个第二带交织，其中合并的多个带提供交替的第一带和第二带的图案。
3.如权利要求I所述的柔性膜，所述柔性膜包括多个所述第一带和第二带中的每种，所述多个第一带与所述多个第二带交织，其中所述第一带的机械性能基本上等于所述第二带的机械性能。
4.如前述权利要求中任一项所述的柔性膜，其中所述第一带的第一区域围绕所述第二带不对称地排列。
5.如权利要求I所述的柔性膜，其中所述第二区域的宽度小于0.75英寸。
6.如权利要求I所述的柔性膜，其中所述第一带的基重为约23gsm，并且所述第二带的基重为约16gsm。
7.—种柔性袋，所述柔性袋包括至少一块柔性片材料片，所述柔性片材料片被装配以形成具有由周边限定的开口的半封闭容器，所述柔性材料片包括前述权利要求中任一项所述的柔性膜。
8.如权利要求7所述的柔性袋，所述柔性袋还包括具有与所述第一带基本上相同的基重的第三带，所述第三带为基本上平面的。
9.如权利要求7所述的柔性袋，所述柔性袋还包括袋闭合件。
10.如权利要求7所述的柔性袋，所述柔性袋还包括第二柔性膜材料层，所述第二柔性膜材料层沿远离所述袋的开口的边缘设置在所述袋内。
全文摘要
本发明公开了一种柔性膜和包含所述膜的制品，所述膜包括交织的多个第一带和邻近第一带设置的第二带中的每种。第一带和第二带均具有长度和宽度；第一带包括第一膜基重以及第一区域和第二区域。第一区域和第二区域包含相同的材料组成。当所述片材料沿至少一条轴线经受受力伸长时，第一区域经历基本上分子水平变形并且第二区域初始地经历基本上几何变形。第二带包括第二膜基重和沿所述带的长度设置的多个波纹。在该方面，所述材料可被描述为具有交替的结构类弹性膜带和环轧膜带。
文档编号B31F1/07GK102985250SQ201180033898
公开日2013年3月20日 申请日期2011年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者肖恩·T·布勒林, 卡伦·D·迈克弗莱 申请人:宝洁公司