一種複合材料、它的用途及其製備方法
2023-05-10 23:42:51
專利名稱：一種複合材料、它的用途及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種含有薄膜和纖維的複合面纖維材料，其中薄膜被互相粘結並粘結於該薄膜上的纖維覆蓋;還涉及所述材料用作可透氣膜的用途，該膜優透是(但不絕對是)不可透過液體的，特別是用於衛生製品如可處理尿布和月經帶;還涉及特別設計用於製備所述複合面纖維材料的方法。
在尿布中，通常是將吸溼性軟墊(wad)置於不透過液體的薄膜上，薄膜用於載附所述軟墊使其可以適當放置和包住使用者，同時又可阻止尿液透過。當把尿布置於使用者的適當位置並且吸溼性軟墊被尿液弄溼時，尿液經常滲透軟墊，並與使用者的皮膚接觸，因而引起皮疹、甚至過敏症。為改善上述情況，已建議使用不透過液體、但可透過空氣和水蒸汽的薄膜載附吸溼性軟墊。這樣，薄膜阻止了尿液的透過，但能使該製品的內外之間發生氣體交換，從而使吸溼性軟墊中的尿液以水蒸汽的形式逐漸消失。
這樣的一種不透過液體、可透過空氣和水蒸汽的薄膜通常由商品名為Goretex的微孔材料製備。這種材料的成本非常高。另外，本申請人認為，它的感覺不是很舒服。
對於月經帶，是用薄膜纏繞吸溼性軟墊，該膜必須能使血液流進去，但不能使其返流回來。為此，已建議使用具有火山口狀穿孔的多孔膜，火山口狀穿孔的凸起在與吸溼性軟墊接觸的面上。同樣，這種材料的感覺也不舒服。
本申請的目的是提供一種克服了上述薄膜缺點的複合面材料。這種材料的特徵在於它由多孔熱塑性薄膜和絕大多數為熱塑性纖維的纖維組成，薄膜的一個面具有許多火山口狀微孔、另一面是光滑的並被上述纖維覆蓋，這些纖維以基本連續的方式互相粘結並粘結於薄膜上。
纖維粘結於薄膜上時必須不能產生EP 0 403187中所述的破碎點，因為這樣會使火山口狀微孔變形並會使纖維層不均勻。應當注意到，在EP 0 403 187中纖維層是粘結於具有火山口狀微孔的薄膜面上，而不是象本發明這樣，粘結於光滑面上。
纖維優選互相粘結並粘結於薄膜上，甚至粘結於所述火山口壁上。
由於這些微孔的存在，使得可透過空氣和水蒸汽，這樣能在所述材料的界面發生氣體交換。適當地選擇這些微孔的尺寸、數量和形狀，以確保熱塑性薄膜不能透過液體、或者只能在一個方向透過液體。熱塑性薄膜上的纖維使本發明材料的感覺如同纖維，比較舒服。
纖維覆蓋熱塑性薄膜的光滑面、即相當於火山口狀微孔內壁的面。在下列優選實施方案中，火山口狀微孔的「內壁」和「外壁」的涵義將更清楚。
本發明的複合面材料優選的微孔密度為10-100個/cm2，微孔的大小為0.1-1.5mm。
藉助於纖維原料的熱塑性將纖維互相粘結並粘結於薄膜上。因此需要絕大多數的纖維為熱塑性纖維，使本發明複合材料在薄膜和纖維之間有充分的粘結。
多孔熱塑性薄膜還可在其另一面上、即在具有火山口狀微孔的面上覆蓋熱塑性纖維，這些纖維以基本連續的方式互相粘結並粘結於薄膜上。這樣兩個面的感覺都如同纖維一樣舒服。
製備熱塑性纖維和薄膜的原料優選是一樣的，例如用聚乙烯。但是，薄膜還可以由其它材料製成，例如聚醯胺或聚丙烯、或聚乙烯與乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)的混合物。熱塑性纖維可由聚丙烯製成。
這一變異方法中，可以在粘合劑的存在下，同時藉助於纖維和薄膜的組成原料的熱塑性，將纖維互相粘結並將其粘結於薄膜上。在這種情況下，可以使用熔點差別很大的原料。
粘合劑的用量必須較低，以避免損害複合材料的柔軟性。纖維的用量為2g/m2-20g/m2時，粘合劑用量為0.2g/m2-5g/m2本發明複合面纖維材料可很好地用作製備吸溼性衛生製品、特別是可處理尿布和月經帶的透氣薄膜。經特別可用作載附或包覆吸溼性軟墊的透氣薄膜。
本發明還提供了製備上述複合面纖維材料的第一種方法，它包括下列步驟a)在非強制性地可預塗布有粘合劑的熱塑性薄膜上分散一層絕大多數是熱塑性纖維的纖維，b)將上述得到的組合件置於具有微孔的表面上，和c)將所述組合件加熱到接近構成纖維和薄膜的熱塑性材料軟化點的溫度，同時通過微孔吸氣，使覆蓋在所述微孔上的薄膜穿孔。
加熱薄膜/纖維組合件可以使對應於微孔的區域的薄膜軟化，同時又使纖維之間以及纖維和薄膜之間在它們的接觸處以基本連續的方式粘結。特別地發現，在通過微孔吸入空氣作用下穿孔薄膜時形成的火山口狀穿孔的火山口壁是纖維和薄膜之間粘結較好的區域。
可用任意適宜方法在熱塑性薄膜表面上分散一層纖維，特別是使用短纖維技術噴灑纖維、或者使用紡粘技術，或者試用噴熔法。
在優選變異方法中，製備方法是一連續方法，放置薄膜/纖維組合件的表面是內部裝有吸氣系統的轉筒的圓筒表面。
特別可用位於轉筒表面上方的輻射板，在轉筒裝有吸氣系統區域加熱薄膜/纖維組合件。
也可以用另一種方法製備本發明複合面纖維材料，其中，在一個面上具有多個火山口狀微孔的熱塑性薄膜上、至少在其另一光滑面上分散覆蓋一層熱塑性纖維，分散過程中纖維的溫度足夠高，使其冷卻後能自然粘結於薄膜的所述表面上。
在這種情況下，薄膜上均勻地覆蓋一層纖維，纖維之間以及纖維與薄膜之間僅由於原料的熱塑性而點粘結，粘結只發生在薄膜沒有火山口的表面上。
為了保證纖維之間以及纖維與薄膜表面之間真正粘結，上述方法的一個變異方法還包括在多孔熱塑性薄膜的光滑面上塗布在所述溫度下穩定的粘合劑。粘合劑同樣地優選是熱塑性聚合物，適於用噴熔法塗布。
本發明還提供製備上述本發明複合面材料的第三種方法，它包括a)在絕大多數是熱塑性纖維的纖維層組成的無紡織物上擠塑一熱塑性薄膜;
b)將上述得到的組合件置於具有微孔的表面上;和c)將所述組合件加熱到接近構成纖維和薄膜的熱塑性材料軟化點的溫度，同時通過微孔吸氣，使覆蓋在所述微孔上的薄膜穿孔。
與上述第一種方法相比，第三種方法的第一步中使用無紡織物代替熱塑性薄膜作為載體。在這種情況下，不再需要用粘合劑塗布，因為在擠出過程中直接將薄膜塗布於非紡織物上，就可使纖維與薄膜牢固粘結。
通過描述附圖中所示的多孔聚乙烯薄膜/纖維複合材料的兩個實施方案，將更好地說明本發明，其中
圖1是一種複合材料的示意剖示圖;
圖2A、2B、2C和2D是在火山口區域不同纖維構型的示意剖示圖;
圖3和4是製備所述複合材料的兩種設備的示意圖;和圖5是另一種複合材料的示意剖示圖。
本發明複合材料1由熱塑性薄膜2和覆蓋在該薄膜一個面上的纖維3組成，纖維3的絕大部分是熱塑性纖維。複合材料1具有許多基本為火山口狀的穿孔，這可從圖1中清楚地看到。
纖維3互相粘結，並且至少在薄膜的光滑區域24與薄膜粘結，區域24痊於火山口4的背面，相當於除火山口4內壁5的平面區域。纖維3之間以及纖維3與薄膜2之間以基本連續的方式粘結，即沒有纖維被壓碎或火山口被變形的地點。
另外，纖維3也可以在火山口4的壁5上互相粘結並粘結於薄膜2上。
更具體地說，圖2A、2B、2C和2D是在火山口4上的纖維3可採取的四種構型的示意圖。
在第一種構型中(圖2A)，纖維3a位於火山口4的壁5上，使火山口具有開口6。
在第二種構型中(圖2B)，纖維3b覆蓋了火山口的壁5，並且至少一些纖維從一個壁5a貫穿到另一個壁5b，從而至少在火山口的區域7(火山口的頂部區域)遮住了開口6。
在第三種構型中(圖2C)，纖維3a如同在第一種構型中的那樣覆蓋火山口4的壁5。但是，還有其它纖維3c在與非穿孔區域的其它纖維基本上同一個平面上延伸經過火山口4。
在第四種構型中(圖2D)，只有沿光滑區域24的其它纖維的平面延伸經過火山口4的纖維3d。
本發明的一種複合材料中火山口處的纖維可採取上述四種構型中一種或多種構型，實際上，根據製備方法它們還可採取其它構型。例如，可如圖2a所示的火山口4沒有被纖維遮蓋，並且在火山口的內壁也沒有纖維。
製備複合材料的條件決定了火山口處的纖維主要為哪種構型，這將在下面更清楚地說明。
圖3是製備圖1和2所示的複合材料的第一種設備29的簡單示意圖。
設備29包括用於輸入塑料薄膜2、如聚乙烯膜的裝置。這些裝置包括由驅動裝置(未示出)驅動的轉軸8和轉軸8上的一卷薄膜2組成的輥9。
在薄膜2經過的途徑上，設備29包括用於噴灑纖維3的裝置10，所述裝置10位於傳送器11的上方，在向所述薄膜2的上表面噴灑一層纖維3的過程中，傳送器11用於支撐薄膜2。
設備29還包括一個可繞軸13轉動的轉筒12，它用傳統方法驅動(未示出)。轉筒12的圓周面上有許多微孔14。
轉筒12是一中空圓柱體，內部有吸氣室15。吸氣室15基本上為氣密性的，由靜止的內壁16和轉筒12的區段17界定。已知的吸氣裝置(未示出)、如風扇與所述吸氣室15連通。
設備29還包括一個呈圓弧狀的輻射板18，它位於覆蓋吸氣室15的轉筒12的區段17的上方。
最後，設備29包括用於捲起複合材料1的收集裝置19。
設備29按如下所述操作。熱塑性薄膜2被置於傳送器11上。噴灑裝置10在薄膜2的上平面噴灑一層連續和均勻的纖維3，這些纖維只是被放在薄膜2上，並設有與薄膜粘結。在被收集裝置19捲起之前，由薄膜2和一層纖維3組成的組合件被傳送到轉筒12上，並被壓在覆蓋吸氣室15的區段17上。當轉筒12的轉軸13轉動時，薄膜/纖維組合件轉過轉筒12，在此過程中用輻射板18將其加熱、同時藉助於吸氣室15對其吸氣。
加熱是為了將薄膜/纖維組合件的溫度升至接近於組成薄膜2和纖維3的熱塑性原料的軟化溫度。
由於轉筒12上具有微孔14，吸氣不僅能使薄膜2壓在轉筒12的表面上，而且還能對所述薄膜/纖維組合件穿孔。由於熱塑性薄膜2的溫度非常接近於它的軟化點，吸力使覆蓋在微孔14上的薄膜變形，這種變形(一種起泡)直至起泡破裂，因而呈火山口型穿孔。因此，薄膜2隻是在吸氣機械力下被穿孔。
形成火山口4的同時，位於薄膜2的表面上的纖維3同樣被軟化、並在薄膜2變形時或多或少地陷入火山口中。纖維3的陷入程度取決於各種操作條件，特別是加熱溫度、纖維3壓在薄膜2上的壓力、纖維3的長度、纖維混合物中非熱塑性纖維的量、纖維3與薄膜2的軟化溫度差等。這樣在薄膜起泡時，或多或少的纖維將粘結於每一起泡的內壁上，因此，起泡破裂時，形成了內壁5覆蓋有所述纖維的火山口4。圖2A、2B、2C和2D示出了火山口處纖維的不同構型。
可優選在噴灑纖維裝置10的上遊、在熱塑性薄膜2的路徑上設置一噴灑粘合劑裝置25，在薄膜2的上表面沉積少量、均勻的粘合劑。該裝置25可以是噴熔型裝置，注射呈熱塑性粘合劑樹脂形式的粘合劑26。
粘合劑的用量必須足以改進纖維之間以及纖維與薄膜之間的粘合力，但其用量又不能損害本發明複合材料的柔軟性。其用量也與沉積在薄膜2上的纖維3的用量有關，纖維的用量為2g/m2-20g/m2時，粘合劑的用量優選為0.2g/m2-5g/m2在另一實施例方案中，本發明複合材料可在圖4所示的另一設備上製備。為簡化起見，在設備29和30中，相同的元件使用相同的符號表示。
軸8上有一輥31，其上纏有一卷無紡織物32，無紡織物32上具有一層纖維，其中的絕大部分是熱塑性纖維。
在無紡織物32的路徑上，設備30包括用於擠出熱塑性薄膜34的裝置33。擠出機裝置33位於傳送器11的上方，在所述無紡織物32的上表面上擠出薄膜34時，傳送器11用於支撐無紡織物32。
設備30包括如在設備29中所述的裝有吸氣裝置的穿孔轉筒12和輻射板18。但是，轉筒12的裝配方式必須使熱塑性薄膜34與覆蓋吸氣室15的轉筒12的區段17接觸，因此，其裝配方式與設備29中的相反。
設備30按如下所述操作。無紡織物32被置於傳送機11上。裝置33擠出熱塑性薄膜34，並在它完全冷卻前立即粘附於無紡織物32的上表面上。這樣可保證無紡織物32的纖維與薄膜34之間有一定程度的粘結。
其它步驟與描述設備29時的相同。
在使用設備30時，由於熱塑性薄膜被擠出在一層已經固化的纖維上，該複合材料經過轉筒後，無紡織物在覆蓋火山口區域纖維一般不僅不與火山口的內壁的薄膜粘結，而且還互相分開，在火山口處形成孔。
當然也可以用除上述方法以外的方法製備本發明複合材料，例如採用針刺工藝。但是採用上述方法可以通過調節操作條件得到基於同一原理的不同產品，可選擇的範圍要比用針刺工藝的廣。
也可以在已經穿孔的薄膜上分散纖維。在這種情況下，必須將纖維分散在沒有火山口的薄膜表面上，使纖維在操作溫度下互相粘結並粘結於薄膜的光滑區域24上。這可如下操作在薄膜連續移動時將纖維直接擠出在薄膜上，在高於構成纖維的熱塑性原料的熔點的溫度下，將纖維粘附於薄膜上。所得複合材料將主要為圖2D所示構型。
在上述方法中，也優選用粘合劑預塗布待分散纖維的薄膜面。例如，粘合劑可以是熱塑性粘合劑樹脂，它在纖維與薄膜接觸的溫度下反應。
在上述示例中，只在相當於火山口4的內壁5的薄膜表面分散纖維層。本發明並不限於此。圖5示出了本發明複合材料的另一示例，其中，在相當於火山口23的外壁22的薄膜21表面21a上有第一纖維面20，在相當於火山口23的內壁23的薄膜21表面21b上有另一纖維面27。可首先用圖3所示設備、隨後將纖維直接紡粘於複合材料的另一面上，製備上述複合材料。
本發明複合材料可有利地用於製備可處理吸溼性衛生製品。對於吸溼性尿布，它被用作吸溼性軟墊的支撐層，火山口優選指向製品的內部。這樣，該支撐層不透過液體，可以阻止尿液通過，但是由於穿孔的存在，它可透過氣體，使制口的內外之間可進行空氣和水蒸汽的交換。
對於月經帶，它用作纏繞吸溼性軟墊的膜，薄膜的火山口指向吸溼性軟墊。穿孔的形狀和大小使本發明的複合材料只能使液體流向吸溼性軟墊，而不能反向流動。在兩種應用中，纖維的存在使本發明材料具有更宜人的感覺，與常規使用的塑料膜的感覺差別很大。
穿孔的尺寸和密度決定於意欲的用途。在用於衛生製品的具體示例中，在厚度約為80微米的薄膜中，穿孔的密度約為50個火山口/cm2，開口面積比率為25%(火山口的頂部與薄膜總面積的比率)。薄膜的重量優選為30g/m2-40g/m2熱塑性薄膜具有一定的天然彈性比較有利。在這種情況下，優選薄膜在拉伸態時與纖維粘結。複合材料製成後，薄膜恢復到起始的未拉伸狀態，纖維層因此變得更稠密。複合材料重新被拉伸時，纖維也不會斷裂。
構成無紡織物的纖維例如可以是如聚丙烯或聚乙烯的聚合物，它們或者是不同聚合物的混合物，或者是合成纖維與天然或人造纖維的混合物，如膠絲纖維。雙組份纖維還可包括一種溶液，用於形成纖維墊。
本發明不受上述非排它性示例的限制。特別地，熱塑性薄膜可由聚乙烯、聚丙烯、EVA、聚丙烯製成，或它們的混合物共擠出或複合層製成。
權利要求
1.一種由熱塑性薄膜(2)和薄膜(2)上覆蓋的纖維組成的複合面材料，纖維中的絕大部分是熱塑性的、並且互相粘結並與薄膜粘結，所述薄膜在其一個面上具有許多火山口狀微孔(4)，該材料的特徵在於，所述纖維以基本連續的方式在薄膜的光滑面與薄膜粘結。
2.根據權利要求1的材料，其特徵在於，纖維(3)互相粘結，並與薄膜粘結，甚至在火山口(4)的內壁(5)上與薄膜粘結。
3.根據權利要求1或2的材料，其特徵在於，它包括密度為10個/cm2-100個/cm2穿孔，所述穿孔的大小為0.1mm-1.5mm。
4.根據權利要求1的材料，其特徵在於，熱塑性薄膜(21)具有火山口微孔(23)的另一面(21a)也被纖維(20)覆蓋，所述纖維的絕大部分是熱塑性的，並且互相粘結並與薄膜粘結。
5.權利要求1-4中任一要求的複合面材料在製備吸溼性衛生製品、特別是尿布和月經帶時作為透氣薄膜的應用。
6.根據權利要求1的複合面纖維材料的製備方法，其特徵在於包括下列步驟，a)在熱塑性薄膜(2)上分散一層纖維(3)，纖維(3)中的絕大部分是熱塑性的;b)將上述得到的組合件置於具有微孔(14)的表面(12)上;和c)將所述的組合件加熱到接近構成纖維(3)和薄膜(2)的熱塑性材料的軟化點的溫度，同時通過微孔(14)吸氣，使覆蓋在所述微孔上的薄膜穿孔。
7.根據權利要求1的複合面纖維材料的製備方法，其特徵在於它包括下列步驟在一個面上具有多個火山口微孔的穿孔熱塑性薄膜上分散一層熱塑性纖維，至少在薄膜的另一光滑面上分散所述纖維，分散過程中纖維的溫度應足夠高，使其冷卻後能自然粘結於薄膜表面上。
8.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，它包括在薄膜(2)待分散纖維(3)的面上預塗布粘合劑的步驟。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於，所述粘合劑是一種熱塑性粘合劑樹脂，它在纖維與薄膜接觸的溫度下反應。
10.根據權利要求9的方法，其特徵在於，採用噴熔方法、以0.2g/m2-5g/m2粘合劑的速度進行預塗布。
11.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，它包括將纖維分散在所述薄膜上時拉伸該熱塑性薄膜。
12.根據權利要求1的複合面纖維材料的製備方法，其特徵在於包括下列步驟，a)在由一層纖維組成的無紡織物上擠出熱塑性薄膜，所述纖維的絕大部分是熱塑性的;b)將上述得到的組合件置於具有微孔(14)的表面(12)上;和c)將所述組合件加熱到接近構成纖維(3)和薄膜(2)的熱塑性材料的軟化點的溫度，同時通過微孔(14)吸氣，使覆蓋在所述微孔上的薄膜穿孔。
13.根據權利要求6或12的方法，其特徵在於，放置薄膜/纖維組合件的表面是內部裝配有吸氣系統的轉筒(12)的圓周面。
全文摘要
本發明公開了一種複合材料及其製備方法，該複合材料由熱塑性薄膜(2)和纖維(3)組成，薄膜(2)在其一個面上有多個火山口狀微孔(4)、另一光滑面被纖維覆蓋，纖維(3)絕大部分是熱塑性的。本發明的複合材料特別可用作吸溼性衛生製品如尿布、月經帶的透氣薄膜。
文檔編號D04H1/56GK1107279SQ9419021
公開日1995年8月23日 申請日期1994年4月11日 優先權日1993年4月19日
發明者B·比茲爾 申請人:古爾公司