具有多模态的孔径分布的聚合物材料的制作方法_5

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W显示出约5至约65MPa,在一些实施方案中为约lOMPa至 约60MPa,W及在一些实施方案中为约20MPa至约55M化的MD和/或CD峰值应力。膜也可 W显示出约5MPa至约60MPa,在一些实施方案中为约lOMPa至约50MPa,W及在一些实施方 案中为约20MPa至约45MPa的MD和/或CD断裂应力。峰值应力和断裂应力可W根据ASTM D638-10在23°C下测定。
[0110] 除了膜之外,聚合物材料也可W是纤维材料或纤维材料的层或组件的形式,其可 W包括单独的短纤维或丝(连续纤维),W及由运样的纤维形成的纱线、织物等。纱线可W包括,例如,缠绕在一起的多个短纤维纺纱"),放在一起而没有缠绕的丝无抢纱")或 具有一定程度的缠绕的放在一起的丝,具有缠绕或不具有缠绕的单根丝("单丝")等。纱 线可W是或可W不是有纹理的。适合的织物可W同样地包括,例如,机织物、针织物、非织造 织物(例如,纺粘纤网、烙喷纤网、粘合梳理纤网、湿法纤网、气流法纤网、共成型纤网、水刺 缠绕纤网等)等。 阳111] 由热塑性组合物形成的纤维一般可W具有任意期望的结构,包括单组分和多组分 (例如,銷-忍结构、并行结构、分块饼式结构(segmentedpieconfiguration)、海中岛结 构等)。在一些实施方案中,纤维可化含有一种或多种另外的聚合物作为组分(例如,双组 分)或成分(例如,双成分)W进一步增强强度和其它机械性质。例如,热塑性组合物可W 形成銷/忍双组分纤维的銷组分,而另外的聚合物可W形成忍组分,反之亦然。另外的聚合 物可W为热塑性聚合物,例如,聚醋,例如聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇醋、聚对苯二甲酸下 二醇醋等;聚締控,例如,聚乙締、聚丙締、聚下締等;聚四氣乙締;聚醋酸乙締醋;聚氯乙締 醋酸醋;聚乙締缩下醒;丙締酸树脂,例如,聚丙締酸醋、聚丙締酸甲醋、聚甲基丙締酸甲醋 等;聚酷胺,例如,尼龙;聚氯乙締;聚偏二氯乙締;聚苯乙締;聚乙締醇;和聚氨醋。
[0112] 使用时,纤维可W在施加应变时变形,而不是断裂。纤维可W由此继续起到受力元 件的作用,甚至是在纤维已经显示出可观的伸长之后。就运一点而言,本发明的纤维能够显 示出改进的"峰值伸长率"性质,即纤维在其峰值负载时的伸长百分数。例如,如根据ASTM D638-10于23°C下测定的,本发明的纤维可W显示出的峰值伸长率为约50%或更大,在一 些实施方案中为约100%至更大,在一些实施方案中为约200%至约1500%,W及在一些实 施方案中为约400%至约800%。对于具有多种平均直径的纤维,例如,平均直径为约0. 1 至约50微米,在一些实施方案中为约1至约40微米,在一些实施方案中为约2至约25微 米,W及在一些实施方案中为约5至约15微米的纤维,运样的伸长率是可W实现的。
[0113] 尽管具有在应变下延伸的能力,但是本发明的纤维还可W保持相对强健。例如,如 根据ASTMD638-10于23°C下测定的,纤维可W显示约25至约500兆帕("MPa")的峰值拉伸 应力,在一些实施方案中为约50至约300MPa,W及在一些实施方案中为约60至约200MPa。 显示本发明的纤维的相对强度的另一参数为"初度",其显示为W每单位线密度的力来表示 的纤维的拉伸强度。例如,本发明的纤维的初度可W为约0.75至约6.0克力("gf")每旦, 在一些实施方案中为约1. 0至约4. 5?每旦,W及在一些实施方案中为约1. 5至约4.Ogf每 旦。纤维的但尼尔可W依据期望的应用而变化。通常地,形成的纤维具有小于约6的旦每 根丝(即,线密度单位,其等于W克计的每9000米纤维的质量),在一些实施方案中为小于 约3,W及在一些实施方案中为约0. 5至约3。
[0114] 由于其独特且有益的性质,产生的本发明的聚合物材料很好地适用于各种不同类 型的制品,例如,吸收性制品、包装膜、阻挡膜、医用产品(例如,长外衣、手术帘、口罩、头 罩、手术帽、鞋套、灭菌包、保暖毯、加热垫等)等。例如,聚合物材料可W被并入能够吸收 水或其它流体的"吸收性制品"。一些吸收性制品的实例包括但不限于:个人护理吸收性制 品,例如,尿布、训练裤、吸收性内裤、失禁制品、女性卫生产品(例如,卫生巾等)、泳装、婴 儿措巾、手套擦等;医用吸收性制品,例如,服装、开窗术材料(fenestration materials)、 衬垫(unde巧ads)、床衬垫(be化ads)、細带、吸收性挂帘W及医用措巾;餐饮服务措巾;月良 装制品;袋等等。适合形成运样的制品的材料和方法对于本领域技术人员是熟知的。例如, 吸收性制品通常包括基本上液体不可渗透层(如外罩)、液体可渗透层(如体侧衬里、涌流 层等)W及吸收忍。在一个实施方案中,例如,聚合物材料可W是纤维材料形式(例如,非 织造纤网)并可W用于形成吸收性制品的外罩。如果期望,可W将非织造纤网层压到可透 气或不可透气的不可渗透液体的膜。聚合物材料同样地可W是在吸收性制品中使用的膜的 形式,例如,外罩的不可渗透液体的膜,该膜是可透气或不可透气的。
[0115] 聚合物材料也可W用于多种其它类型的制品。非限制的实例包括,例如,用于制 冷装置(例如,制冷机、冰箱、自动售货机等)的隔绝材料;汽车部件(例如,前方和后方座 位、头枕、扶手、Π板、后置物架/后窗台板、方向盘及内饰、仪表盘等);建筑板和截面(例 如,屋顶、墙身空腔、地板等);服装(例如,外套、衬衫、裤子、手套、围裙、连身装、鞋、靴子、 头饰、鞋垫等);家具和寝具(例如,睡袋、被子等);流体储存/转移系统(例如,用于液体 /气体控、液氮、氧、氨或原油的管或罐车(tanker));极端环境(例如,水下或太空);食品 和饮料产品(例如,杯子、杯托、盘等);容器和瓶子;等等。聚合物材料也可W用于"服装" 中,服装一般意指包括成形W贴合身体部分上的任意制品。运样的制品的实例非限制地包 括:衣服(例如,衬衫,裤子,牛仔裤,便裤,裙子,外套,运动服,有氧运动和锻炼服装、泳装、 骑行服或短裤、游泳衣/浴衣、赛车服、潜水服、紧身衣等),鞋袜(例如,鞋子、袜子、靴子 等),防护服(例如,消防员外套),衣服配饰(例如,腰带、胸罩带、侧幅、手套、针织物、打底 裤(leggings)、整形背带等),内衣(例如,内裤、T恤衫等),压缩衣,權皱的服装(例如,苏 格兰短裙缠腰带、宽外袍、斗篷、披风、披肩等)等等。
[0116] 聚合物材料可W用于任意具体应用内的多种制品中。例如,当考虑汽车应用时,聚 合物材料可W用于纤维制品中或用作固体模制品。例如,聚合物材料的纤维可W有益地用 于可W提高车辆舒适和/或美感的制品中(例如,用于遮阳板的外罩和/或填料、扬声器壳 和外罩、座套、密封光滑剂和用于座套的背衬、包括地毯衬背的地毯和地毯增强材料、汽车 脚垫和用于汽车脚垫的背衬、用于安全带的外罩和安全带拴扣、后备箱底板外罩和衬里、后 行李架隔板、车顶衬里饰面和背衬、内饰背衬、一般装饰物织物等),用于可W提供普通溫度 和/或隔音的材料(例如,柱垫料(columnpadding)、口饰板垫、罩衬里、一般声音防护和隔 离材料、消音器包裹物、车体部件、窗、轿车顶和天窗、轮胎增强材料等),W及过滤/发动机 材料(例如,汽油过滤器、油过滤器、电池隔板、气滤网、传输通道材料、燃料罐等)。
[0117] 包括聚合物材料的固体模制品可W用于增强汽车安全构件。例如,聚合物材料 可W被包含于被动安全构件中,例如,车辆后部、前部和/或侧面的撞击缓冲区;被包含于 汽车的安全气囊内,作为安全气袋或方向盘的构件(例如,折叠式转向柱);作为货物栅栏 (cargobarrier);或作为行人安全系统的构件(例如,作为缓冲器的构件、发动机盖、窗框 等)。
[0118] 聚合物材料的低密度可W在汽车应用中提供节约重量的益处。例如,聚合物材料 可W是汽车结构的构件,非限制地包括:引擎盖、保险杠和/或保险杠支撑件、行李箱盖和/ 或元件,w及车辆的底板。
[0119] 聚合物材料的运样的广泛的应用可用于多种领域,并不意在W任何方式限制于汽 车工业。例如,聚合物材料可任何合适的应用来用于运输业,所述应用非限制地包括航 空航天(例如,飞机、直升机、空间运输、军事航天设备等),海洋应用(船艇、舰船、休闲运输 工具),火车等。聚合物材料可任何期望的形式用于运输业,例如,W纤维制品或固体模 制品的形式,W美学应用的形式,用于溫度和/或噪音隔离,W过滤和/或发动机构件的形 式,W安全构件的形式等。 阳120] 参考W下实施例,可W更好地理解本发明。
[0121] 测试方法
[0122] 烙体流动速率: 阳123] 烙体流动速率("MFR")为通常在190°C、21(rC或230°C下、在10分钟内承受2160 克的负载时,迫使通过挤出流变仪孔(0. 0825-英寸直径)的聚合物的重量(W克计)。除 非另外说明,烙体流动速率是根据ASTM测试方法D1239,利用Tinius Olsen挤出塑性计测 量的。 阳124] 热性质: 阳1巧]可W根据ASTME1640-09,通过动态力学分析(DMA)测定玻璃化转变溫度灯g)。可W使用来自TA Instruments的Q800仪器。可W在3°C/min的加热速率下,在-120°C至 150°C的溫度扫描模式下,W拉力/拉力几何图形来实施实验运转。应变幅度频率在测试过 程中可W保持恒定(2化)。可W测试Ξ (3)个独立的样品,W获得用tan δ曲线的峰值来定 义的平均玻璃化转变溫度,其中tan δ被定义为损耗模量与储能模量的比值(tan δ=Ε7 Ε')。
[01%] 使用差示扫描量热法值SC)测定烙融溫度。差示扫描量热仪可W为DSCQlOO差示 扫描量热仪,其配备有液氮冷却配件并具有UNIVERSALANALYSIS2000 (4. 6. 6版)分析软 件程序,二者均可购自特拉华州纽卡斯尔(NewCastle)的T.A.Instrumentsinc.。为了避 免直接触摸样品,使用綴子或其它工具。将样品放置于侣盘中,并在分析天平上称重至0. 01 毫克的精确度。将盖子在材料样品上卷到盘上。通常地,树脂颗粒直接放置于称重盘上。
[0127] 如差示扫描量热仪的操作手册中所描述的,利用铜金属标准来校准差示扫描量热 仪并且进行基线校正。将材料样品放置在差示扫描量热计的测试室中用于测试,并且使用 空盘作为参比物。所有测试在每分钟55立方厘米的氮气(工业级)吹扫测试室下进行。对 于树脂颗粒样品,加热和冷却程序是2-循环测试,该测试W将室平衡至-30°C开始,随后为 W每分钟10°C的加热速率加热到200°C的溫度的第一加热周期,随后将样品在200°C下平 衡3分钟,随后为W每分钟10°C的冷却速率冷却到-30°C的溫度的第一冷却期,随后将样品 在-30°C下平衡3分钟,并随后为W每分钟10°C的加热速率加热到200°C的溫度的第二加热 期。对于纤维样品,加热和冷却程序是1-循环测试,该试验W将室平衡至-25°C开始,随后 在加热周期中W每分钟l〇°C的加热速率加热至200°C的溫度,随后将样品在200°C下平衡3 分钟,随后是在冷却周期中W每分钟l〇°C的冷却速率冷却至-30°C的溫度。所有测试在每 分钟55立方厘米的氮气(工业级)吹扫测试室下进行。
[0128] 利用UNIVERSALANALYSIS2000分析软件程序来评价结果,该软件程序识别并量 化拐点(inflection)的玻璃化转变溫度(Tg)、吸热峰和放热峰,W及DSC图上的峰下面积。 玻璃化转变溫度被确定为图线上斜率发生明显变化的区域,使用自动拐点计算来确定烙融 溫度。
[0129] 膜拉伸性质
[0130] 在MTSSynergie200拉伸架上测试膜的拉伸性质(峰值应力、模量、断裂应变、和 断裂时单位体积能)。所述测试根据ASTM0638-10(在约23°C下)进行。在测试前,将膜样 品切割成中间宽度为3. 0mm的狗骨形状。采用夹具将狗骨形状的膜样品适当地固定在标距 长度为18. 0mm的MTSSynergie200装置上。W5. 0英寸/min的十字头速度拉伸所述膜 样品,直到发生断裂。对每种膜,在机器方向(MD)和机器横向(CD)上均测试5个样品。在 测试期间,可W使用计算机程序(例如,称为TestWorks4)来收集数据并且生成应力-应 变曲线,由该曲线可W确定多种性质,包括模量、峰值应力、伸长率和断裂能。 阳131] 纤维拉伸性质 阳13引可W根据ASTM638-10于23°C下测定纤维拉伸性质。例如,最初将单个的纤维样 本变短(例如,使用剪刀剪)到38毫米的长度,并分开放置在黑色的丝绒布上。可运 种方式收集10-15个纤维样本。然后,将纤维样本W基本上直的状态固定在矩形纸框上,所 述矩形纸框外部尺寸为51毫米X51毫米并且内部尺寸为25毫米X25毫米。通过使用胶 带将纤维末端小屯、地固定到框边上来将各个纤维样本的末端操作地结合到框上。然后使用 常规的实验室显微镜来测量各个纤维样本的外部的、相对较短的横向纤维尺寸,所述常规 的实验室显微镜已经适当地校准并设置为40倍放大率。所述横向纤维尺寸记录为单个纤 维样本的直径。框有助于W避免过度损坏纤维样本的方式将试样纤维样本的末端固定在恒 速延伸型拉力测试仪的上夹具和下夹具中。
[0133] 可W使用恒速延伸型拉力测试仪和合适的负载元件来进行测试。选择负载元 件(例如10脚使得测试值落入满量程负载的10-90%之内。所述拉力测试仪(即,MTS SY肥RGY200)和负载元件得自密歇根州的EdenPrairie的MTSSystemsCo;rpotation。然 后,将框组件中的纤维样本固定在拉力测试仪的夹具之间,使得纤维的末端可W操作地被 拉力测试仪的夹具夹住。然后,将平行于纤维长度延伸的纸框边切断或W其它的方式分开, 使得拉力测试仪仅将测试力施加至纤维。然后,可W对纤维W每分钟12英寸的牵拉速度和 夹具速度进行牵拉测试。使用购自MTSCo巧oration的TESTW0服S4软件程序来分析产生 的数据,测试设定如下: 阳134]
[0135] 初度值W每旦克力来表示。还测量了峰值伸长率(断裂时的%应变)和峰值应力。 阳136] 膨胀率、密度和孔体积百分比
[0137] 为测定膨胀率(expansionratio)、密度和孔体积百分比,在拉伸前,可W首先测 量样品的宽度(Wi)和厚度灯1)。拉伸前的长度化1)也可W通过测量样品表面上的两个标 记之间的距离来测定。然后,可W将样品拉伸,W引发空桐形成。然后,可W利用Digimatic Caliper(MitutoyoColoration)测量样品的宽度(Wf)、厚度(Tf)和长度(Xf)至精确到 0.01mm。拉伸前的体积(Vi)可W通过WiXTiXLi=Vi来计算。拉伸后的体积(Vf)也可W通过WfXTfXLf=Vf来计算。膨胀率(Φ)可W通过Φ=Vf/Vl来计算;密度(Pf)可W通 过如下来计算:Pf=Pi/〇,其中Pi为前体材料的密度;W及孔体积百分比(%Vy)可W计 算如下:%Vv= (1-1/巫)xi〇〇。
[0138] 静水压力测试("水压头")
[0139] 静水压力测试是在静压力下材料的液体水渗透阻力的量度,并且是根据AATCC试 验方法127-2008进行的。取每个样品的结果的平均值,并W厘米(cm)记录。更高的值表 示更大的水渗透阻力。 阳14〇] 水蒸气透过率("WVTR") 阳用来测定材料的WVTR的测试可W基于材料的性质来变化。一种测量WVTR值的 技术是ASTME96/96M-12,方法B。另一方法设及使用INDA测试方法IST-70. 4(01)。INDA 测试方法概括如下。用永久防护膜和待测试样品材料将干燥室与已知溫度和湿度的潮湿室 隔开。防护膜的用途是限定一个有限的空气隙,并在表征该空气隙的同时使该空气隙中的 空气不动或静止。干燥室、防护膜和潮湿室形成了该供试膜密封在其中的扩散腔。样品夹 持器是明尼苏达州明尼阿波里斯市(Minneapolis)的Mocon/ModemControls,Inc.制造的 化^11曰付曰11-胖1〇(1611001(。第一个测试是由在产生100%相对湿度的蒸发器组件之间的防 护膜和空气隙的WVTR组成的。水蒸气扩散通过空气隙和防护膜,然后与正比于水蒸气浓度 的干燥气流相混合。将电信号传输至用于处理的计算机,计算机计算出空气隙和防护膜的 透过率,并存储该值W备进一步使用。 阳142] 防护膜和空气隙的透过率作为化1C存储于计算机中。然后将样品材料密封于测 试腔中。水蒸气再次地扩散通过空气隙至防护膜和测试材料,然后与吹扫测试材料的干燥 气流相混
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