圈絲複合結構及其製備方法
2023-04-22 16:39:31 1
專利名稱：圈絲複合結構及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於保護地板的圈絲複合結構及其製備方法。
背景技術：
圈絲型地墊現在被廣泛應用在建築物的出入口或人行通道處。它可以有效地刮除行人鞋底帶來的泥土和水份，起到保持室內清潔的目的。與其他由纖維織造工藝製成的地毯型地墊相比，應用無紡技術製造的圈絲型地墊由於製造簡便，價格便宜，有更強的刮除、藏匿泥沙的功能，同時便於清潔，因此成為主要的室外用刮沙除塵地墊。
圈絲型地墊通常主要由上層圈絲層和背襯底層兩部份構成，傳統的圈絲型地墊的背襯一般是一層發泡或非發泡的塑料。CN2614680Y提到在地墊圈絲層下面粘附一層高拉伸強度、低延伸率的格網層來起到抗拉伸和變形的作用。但由于格網層存在孔隙結構，圈絲層刮除的泥沙容易穿過網孔而掉落到地面上，起不到保潔和保護地面的作用。由于格網層和圈絲層均為孔隙結構，受結合面積的限制兩層之間的結合力有限。
發明內容
除非另外指明，術語「網」、「網狀」、「網狀層」是指包含基材和含於基材中的孔和/或穴的多孔結構。它包括但不限於長纖維編織網或無紡布纖維網，短/中長纖維編織網或無紡布纖維網，多孔金屬板，和任何其它合適的網狀結構。
除非另外指明，術語「長纖維」是指長度至少為200mm的纖維，術語「短/中長纖維」是指長度約為5-200mm的纖維。
除非另外指明，術語「至少部分埋入」是指網狀增強層的至少一部分，例如，以體積計，1％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，或100％，被聚合物背襯所包埋。
本發明的一個方面提供了一種圈絲複合結構，其包括 圈絲層，所述圈絲層包含圈絲；和 聚合物背襯，所述聚合物背襯包含至少部分埋入的網狀增強層。
在一些實施方案中，所述的增強層選自長纖維編織網或無紡布纖維網，短/中長纖維編織網或無紡布纖維網，多孔金屬板，和任何其它合適的網狀材料。
在一些實施方案中，所述的圈絲包含粘合劑層。
在一些實施方案中，所述的聚合物背襯由熱塑性聚合物材料和/或熱固性聚合物材料製成。
在一些實施方案中，所述的聚合物材料的上表面與圈絲層共面。
在一些實施方案中，聚合物背襯的厚度約為0.5-40mm，優選約1-2mm，更優選約1-1.5mm。
本發明的另一個方面提供了製備本發明圈絲複合結構的方法，該方法包括如下步驟 提供聚合物背襯，其包含至少部分埋入的網狀增強層；和 在聚合物背襯上提供圈絲層，所述圈絲層包含圈絲。
與傳統圈絲型地墊相比，本發明的一些實施方案在採用較薄的背襯層的情況下仍然具有優越的性能，例如較高的拉伸強度，耐老化開裂能力，剝離強度、尺寸穩定性(經受溼度和溫度變化之後)。這些實施方案的生產成本要比傳統圈絲型地墊低，但使用壽命並沒有實質縮短。
圖1A是作為本發明的一個實施方案的剖面圖。
圖1B是圖1所示的實施方案的圈絲的示意透視剖面圖。
圖2是圖1中所示的實施方案的頂視圖。
圖3是根據本發明的另一種實施方案的聚合物背襯的剖面圖。
圖4是製備本發明一種實施方案的系統的簡圖。
圖5-A到5-E是可用於本發明各種實施方案的各種增強層的結構的示意圖。
具體實施例方式 下面結合附圖以及具體的製備實施例來詳細描述本發明的各種實施方案和製備方法。
本發明包括如下的層 圈絲層，所述圈絲層包含圈絲；和 聚合物背襯，所述聚合物背襯包含至少部分埋入的網狀增強層並且具有上表面和下表面。
任選地，可以在圈絲層所包含的圈絲的至少一部分的表面上塗上粘合劑。得到的複合結構優選用作地墊。
圈絲層包含圈絲並且具有三維網狀結構。因此，圈絲可以刮除表面如鞋底上的灰塵，其開放的多孔結構可以起到藏汙納垢的作用。優選地，圈絲表面的至少一部分被均勻塗覆了一層粘合劑(如聚合物粘合劑組合物)，起到纖維之間的粘結作用，並使該複合結構具有較好的耐久性能。圈絲層的上表面構成複合結構的上表面，圈絲層的下表面粘合或連接聚合物背襯。優選地，該背襯的上表面(與圈絲層相鄰的那個表面)與所述圈絲層的相鄰面共面。
圈絲層與聚合物背襯層的連接方式沒有特別限制。例如，它們可以通過將圈絲層的至少一部分埋入背襯，或用膠水粘結，或是圈絲層採用熱粘合技術(例如超聲焊接等)和複合背襯層連接。
聚合物背襯的增強層可以是長纖維(纖維長度大於200mm)或短/中長纖維(纖維長度約5—200mm)組成的編織網或無紡布纖維網，或是帶孔眼的金屬板等任何其它合適的網狀結構。增強層的孔隙率(孔隙體積與總體積之比)通常在10％～95％之間，而對增強層厚度、重量、孔徑以及孔洞的形狀沒有特殊要求。增強層的材質的實例可以是聚酯、尼龍、聚氯乙烯等有機高分子材料，或碳纖、玻纖等無機非金屬材料，或金屬材料。
聚合物背襯可以由熱塑性高分子材料，如聚氯乙烯等；或是熱固性高分子材料，如橡膠等製成。
聚合物背襯可以採用發泡或非發泡(取決於所需的用途)的聚合物層和增強層製成。由於增強層具有開孔或網狀結構，它可以採用任意適當的技術，例如加壓(包括位於聚合物背襯之上的圈絲層的自重所產生的壓力下)在適當的溫度下埋入到發泡或非發泡的聚合物層內部。此時聚合物層優選呈軟化、熔融或者流體狀態。圈絲層和聚合物背襯的複合結構可以在適當條件下固化或交聯以形成本發明的複合結構。
聚合物層的厚度優選約為0.5～40mm，並且聚合物背襯的上表面(即與圈絲層相鄰的表面)與圈絲層共面。還優選增強層的拉伸強度高於用於製備聚合物層的材料的拉伸強度。例如，本發明中可使用浙江海寧市成如旦基布有限公司生產的200D聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)長纖維編織網，重量約80g/m2。但是，增強層本身強度不高於用於製備聚合物層的材料的拉伸強度也是可以的。例如，本發明可以使用重量約80g/m2的聚丙烯短纖維無紡布，例如寧波啟發偉業織造有限公司生產的那些。
與傳統的圈絲型地墊相比，本發明優選的實施方案可以具有高的拉伸強度和耐環境應力開裂性能以及更高的尺寸穩定性能(在40℃下熱處理約2h以上之後)。例如，本發明的一些優選實施方案在同樣條件下處理後的收縮率僅約為0.2％，該收縮率僅為傳統的圈絲型地墊的十分之一。
而且由於本發明的複合結構的拉伸強度提高，可以將背襯做得較薄而不損害最終複合結構的性能(比如地墊所需的那些性能)。如在傳統圈絲型地墊結構中，PVC發泡背襯層的厚度為約2.2mm，拉伸強度約為4.4N/mm；但由一層同樣的PVC發泡聚合物背襯(厚度約1.2mm)與一層PET網布(200D PET纖維網，重量約80g/m2，浙江海寧市成如旦基布有限公司生產)構成的聚合物背襯，厚度約為1.3mm，拉伸強度>10N/mm。背襯成本節省約50％左右。
圖1A是作為本發明一個實施方案的剖視圖。圈絲複合結構1具有圈絲層2，圈絲層2部分埋入聚合物背襯3，聚合物背襯3包含增強層4和聚合物層5。增強層4完全埋入聚合物背襯3中。聚合物背襯3具有上表面6和下表面7。圈絲層2包含帶塗層的圈絲8。帶塗層的圈絲8包含圈絲9以及作為塗層的粘合劑層10(參見圖1B)，粘合劑層10起到將圈絲9結合在一起並且防止磨損的作用。圈絲層2的纖維的至少一部分被部分植入背襯3中。增強層4完全埋入聚合物層5中。
圖2是圖1A所示的圈絲複合結構的俯視圖。
圖3是用於本發明的一種實施方案的聚合物背襯3的側面剖面圖。其中增強層4為短纖維或中長纖維無紡布，並且完全埋入聚合物層5中。在增強層4中，纖維連接在一起形成連續網狀結構。
圖4是作為本發明一種實施方案的生產工藝簡圖。如圖4所示，圈絲網11從圈絲輥12上放卷。通過使圈絲網11經過上膠輥14，在圈絲網11表面的至少一部分上塗布粘合劑塑料溶膠溶液13，形成帶塗層的圈絲層2。通過在高脫模表面傳送帶17上沉積來自聚合物材料進料源16的液體聚合物材料15並且使沉積的材料15在刀模18下通過，形成聚合物層5。在刀模18的下遊，將長纖維網19從長纖維網輥20上放卷並且通過兩個導向輥21之間的縫隙。然後將長纖維網19和聚合物層5以恆定速度結合以形成「生」或叫「未固化的」聚合物背襯22。最好是，導向輥21的傳送速度應當與高脫模表面傳送帶17的傳送速度保持一致。得到的生聚合物背襯22然後與帶塗層的圈絲層2結合，形成生或未固化的複合結構23。由於生聚合物背襯22是未固化的，因此僅藉助帶塗層的圈絲層2的重力對生聚合物背襯22施加的力就可以將一部分帶塗層的圈絲層2埋入其中。這種力還有助於部分、基本上或全部將長纖維網19埋入聚合物層5中。然後，生或未固化的複合結構23可以通過固化爐24，在固化爐24中固化，隨後冷卻並卷繞到纏繞輥25，形成一卷本發明的圈絲複合結構。
圖5-A到5-E描述了可以用於本發明的各種增強層的實施方案。
圖5-A和5-B是兩種不同的分別由長纖維26和27編織而成的網狀結構。長纖維26、27通常具有較高的拉伸強度和較低的斷裂伸長率，因此由長纖維形成的編織網能起到增強聚合物背襯拉伸強度、提高尺寸穩定性的作用。可以提及的有，例如PET長纖維網(200D PET纖維，幅寬0.9～3.0m，重量約80g/m2，浙江海寧市成如旦基布有限公司)，纖維網拉伸強度達到10N/mm以上。又如紡織玻璃纖維網(厚度0.18mm，幅寬0.9m，重量約300g/m2，餘姚市經緯玻纖廠)。
圖5—C是由長纖維28組成的無紡布網狀結構。
圖5—D是由短纖維或中長纖維29組成的無紡布網狀結構。如聚丙烯(PP)短纖維無紡布(重量約80g/m2，幅寬1.0～5.0m，寧波啟發偉業織造有限公司)。這種網狀結構的拉伸強度可以低於聚合物層5，但它埋入到聚合物層5中，可以提高得到的圈絲複合結構的拉伸強度和尺寸穩定性。
圖5—E是帶有孔眼31的金屬板30製成的金屬網狀結構。
參考下面的製備實施例，可以更清楚地理解本發明的圈絲複合結構及其製備方法。
製備實施例1 由57.1％的中等分子量聚氯乙烯，42.9％增塑劑以及少量穩定劑及其他助劑通過擠出機擠出製備圈絲層。該聚合物可以商品名「Geon Plastic8813」商購自古德裡奇化學公司(Goodrich Chemical Company)。聚合物的擠出壓力約6.9×106Pa.擠出機噴絲模頭長500mm，上有640個直徑約0.5mm的圓孔，均勻分布成4行，行間距為5mm。噴絲頭加熱到約175℃，置於一個915mm長，660mm寬，215mm深的冷卻水槽水面上方200mm處，冷卻水以7.5×10-5m3/s速度流動，並保持在15—20℃。按一定比例加入磺酸二辛鈉表面活性劑，以保證水槽中的濃度在0.5wt％左右。在水槽中安置一個直徑為125mm，長560mm的釘筒，釘筒上均勻分布有直徑為1.9mm，2.4mm高的圓柱形小釘，縱排內小釘間距為25mm，與鄰排的小釘交錯，距離12mm。釘筒以6×10-2m/s的表面速度繞軸旋轉。聚合物以4.1×10-2kg/s的速度擠出，在噴頭上單個孔洞成絲的速度是7.0×10-2m/s，形成大量排成4行的連續長絲。噴絲頭放置的位置應與釘筒關聯，以確保其中一行長絲在進入冷卻水前接觸到釘筒，從而形成一個厚14mm，具有一側平面的，孔隙率為90％的開放的連續纖維網。該纖維網約重1.3kg/m2，絲徑為0.4-0.5mm。
製得的圈絲層中纖維自身之間有一定的粘結力，足以使該層能夠很容易地從冷卻水槽中取出，乾燥。
圈絲層由一對塗布輥塗上粘合劑，上膠量(乾重)為0.4kg/m2，粘合劑為糊狀聚氯乙烯混合物，該混合物的配方如下表1 表1 得到的帶塗層的圈絲層再與聚合物背襯複合。其中埋入有增強層的聚合物層的配方如下表2所示 表2 混合時，首先將增塑劑、穩定劑和抗菌劑混合併在混合器中攪拌約30秒以便得到均一的混合物。然後，單獨添加共聚物樹脂，氯化鈣，顏料和表面活性劑。將得到的混合液體轉移到「Oakes」發泡機(型號MB5)進行發泡，得到發泡率為336.4kg/m3的發泡料。發泡料由一個寬約0.9m的刀模塗覆在可脫模的傳送帶表面上形成聚合物層，厚度約為1.2mm。在刀模後方，PET網布卷(200D PET纖維，幅寬約1.2m，重量約80g/m2，浙江海寧市成如旦基布有限公司)勻速放卷到聚合物層上，PET網布與聚合物層結合形成生聚合物背襯層，但此時PET網布仍基本處於聚合物層的上表面。其中PET網布的放卷速度與可脫模表面傳送帶的傳送速度保持一致。必須小心放卷以避免PET網布打褶等放卷不連續的問題。然後，將一層塗覆好未固化的聚氯乙烯粘合劑的帶塗層的圈絲層放置在生聚合物背襯上，放置時避免扭絞、摺疊、褶皺和其他纖維網不連續的現象。包含生聚合物背襯的一部分聚合材料流過PET網布的上面並且將帶塗層的圈絲層的下表面浸漬。結果，PET網布完全埋入生聚合物背襯。得到的未固化的複合結構通過150℃的烘箱加熱帶加熱約8min，使粘合劑和聚合物背襯固化。通過纏繞輥將得到的產品收卷。
下表3給出了按實施例1中的描述得到的複合結構與採用相同的工藝但沒有加入增強層的對比圈絲複合結構的對比。兩種結構的厚度如表3所示。
表3
實施例1的複合結構與對比複合結構相比背襯厚度減小到原來的59％，背襯料用量節省到原來的41％。而拉伸強度提高了2.5倍以上。
製備實施例2 按照實施例1提及的方法和材料製備複合結構，不同之處在於聚合物層為厚度為1.6mm的未固化的含有填料的乙烯塑料溶膠(商業名稱「GAF-tex」)，未固化的複合結構(聚合物層、PET網布和帶塗層的圈絲層的複合結構)通過160℃的烘箱加熱約8分鐘。在固體聚合物背襯中埋入0.5mm的帶塗層的圈絲層，以提供圈絲複合結構，其具有良好的耐脫落性能，可以用作地墊。
製備實施例3 按照實施例1提及的方法和材料製備複合結構，不同之處在於增強層為紡織玻璃纖維網(厚度0.18mm，幅寬0.9m，重量約300g/m2，餘姚市經緯玻纖廠)。
製備實施例4 按照實施例1提及的方法和材料製備複合結構，不同之處在於增強層為PP短纖維無紡布(重量約80g/m2，幅寬1.0～5.0m，寧波啟發偉業織造有限公司)。
製備實施例5 按照實施例1提及的方法和材料製備複合結構，不同之處在於由200D的聚酯纖維製備具有開放結構的無紡布纖維網，200D聚酯纖維為50mm長的短纖維，每25mm長度上有8—10個捲曲。纖維網用Rando氣流成網機成型，未定型的纖維網重量約為205-220g/m2，纖維網由輥筒上膠定型，粘合劑的配方如下表4所示 表4 將上膠後的無紡纖維網、實施例1描述的聚合物層和帶塗層的圈絲層複合後，將得到的複合結構通過150℃的烘箱加熱帶加熱約8分鐘，使粘合機和發泡背襯同時固化完全，收卷製得成品。
權利要求
1.一種圈絲複合結構，其包括
圈絲層，所述圈絲層包含圈絲；以及
聚合物背襯，所述聚合物背襯包含至少部分埋入的網狀增強層。
2.權利要求1的圈絲複合結構，其中所述的網狀增強層選自長纖維編織網、長纖維無紡布纖維網、短/中長纖維編織網、短/中長纖維無紡布纖維網、和多孔金屬板。
3.權利要求1的圈絲複合結構，還包含塗布在圈絲層的圈絲表面的至少一部分上的粘合劑。
4.權利要求1的圈絲複合結構，其中所述的聚合物背襯包含聚合物層，所述增強層至少部分埋入所述聚合物層，並且其中所述聚合物層包含熱塑性聚合物材料和/或熱固性聚合物材料。
5.權利要求1的圈絲複合結構，其中所述的聚合物背襯具有上表面和下表面，並且所述的上表面與圈絲層相鄰並且共面。
6.權利要求1的圈絲複合結構，其中所述的聚合物背襯的厚度為約0.5mm-約40mm。
7.權利要求6的圈絲複合結構，其中所述的聚合物背襯的厚度為約1mm-約2mm。
8.權利要求1-7中任一項的圈絲複合結構，其中所述的網狀增強層完全埋入聚合物背襯。
9.權利要求1-7中任一項的圈絲複合結構，其中所述結構為地墊。
10.權利要求1-7中任一項的圈絲複合結構，其中所述圈絲層被熱粘合到聚合物背襯中。
11.權利要求1-7中任一項的圈絲複合結構，其中所述的圈絲層被使用粘結劑粘合於聚合物背襯。
12.權利要求1-7中任一項的圈絲複合結構，其中所述的結構為成卷的形式。
13.一種製備前面所述任何一項權利要求的圈絲複合結構的方法，該方法包括如下步驟
提供聚合物背襯，其包含至少部分埋入的網狀增強層；和
在聚合物背襯上提供圈絲層，所述圈絲層包含圈絲。
全文摘要
本發明提供了一種可用作地墊的圈絲複合結構，其包括圈絲層，所述圈絲層包含圈絲；以及聚合物背襯，所述聚合物背襯包含至少部分埋入的網狀增強層。本發明還提供了製備該圈絲複合結構的方法。
文檔編號A47G27/02GK101496712SQ20081000863
公開日2009年8月5日 申請日期2008年2月1日 優先權日2008年2月1日
發明者煒 肖, 袁明祥, 胥利軍, 浩 李 申請人:3M創新有限公司