DE60116897T2

DE60116897T2 - Thermisch verbundene faservliesstoffe und zugehörige herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60116897T2
Application number: DE60116897T
Authority: DE
Inventors: A. Rexford Lake Jackson MAUGANS
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2021-12-12
Also published as: AU2002228966A1; US20020144384A1; EP1354091B1; CN100441766C; JP2004515664A; DE60116897D1; EP1354091A2; TWI244520B; ATE316591T1; BR0116061A; WO2002048440A2; PL361854A1; HUP0400649A2; WO2002048440A8; CN1479819A; KR20030060114A; WO2002048440A3

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft nichtgewobene Stoffe aus Polyolefinpolymeren und Verfahren zum Herstellen der Stoffe.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Stoffe, die aus Fasern hergestellt sind, umfassen sowohl gewobene als auch nichtgewobene Stoffe. Nichtgewobene Stoffe werden für Hygiene und Medizinanwendungen verwendet, einschließlich Krankenhausbekleidungen, Windelfutter und Hygienewischtücher. Viele Verfahren zum Herstellen gebundener nichtgewobener Stoffe liegen vor. Zum Beispiel kann man Wärme und Druck anwenden zum Binden in begrenzten Bereichen eines nichtgewobenen Gewebes, indem es durch den Spalt zwischen erhitzten Kalandierwalzen geführt wird, von welchen eine oder beide Muster aufweisen können aus Erhöhungen und Vertiefungen auf ihren Oberflächen. Während eines solchen Bindungsverfahrens können in Abhängigkeit von den Fasertypen, die das nichtgewobene Gewebe bilden, die gebundenen Bereiche an sich erzeugt, d.h. die Fasern des Gewebes werden zumindest in den Musterbereichen schmelzverbunden oder durch die Zugabe eines Klebemittels verbunden. Die Vorteile des thermischen Bindes nichtgewobener Gewebe umfasst niedere Energiekosten und die Herstellungsgeschwindigkeit.
Nichtgewobene Stoffe können durch eine Vielzahl anderer Verfahren auch hergestellt werden, z.B. Spinnverbinden (Spunlacing) oder hydrodynamisches Verstricken (wie in U.S. Patent Nr. 3,485,706 und U.S. Patent Nr. 4,939,016 offenbart); durch Kardieren und thermisches Binden von Stapelfasern; durch Spinnbinden kontinuierlicher Fasern in einem kontinuierlichen Schritt; oder durch Schmelzblasen von Fasern zu einem Gewebe und nachfolgendes Kalandieren oder thermisches Binden des resultierenden Gewebes.
WO 99 65352 A offenbart ein nichtgewobenes Gewebe aus kontinuierlich gebundenen Bereichen, die mehrere diskrete, nichtgebundene Bereiche definieren. Die nichtgebundenen Bereiche werden gebildet durch eine Musterwalze, die mehrere Öffnungen aufweist. US-A-4,035,219 offenbart eine nichtgewobene Struktur, ein Verfahren und eine Vorrichtung. Der Bindungsbereich, der offenbart wird, ist von etwa 1% bis 20%.
Verschiedene Eigenschaften nichtgewobener Stoffe bestimmen die Eignung von nichtgewobenen Stoffen für verschiedene Anwendungen. Nichtgewobene Stoffe können so entwickelt werden, dass sie verschiedene Kombinationen von Eigenschaften aufweisen, um verschiedenen Anforderungen zu entsprechen. Variable Eigenschaften nichtgewobener Stoffe umfassen Flüssigkeitshandhabungseigenschaften, wie etwa Benetzbarkeit, Verteilung und Absorption, Festigkeitseigenschaften, wie etwa Zugfestigkeit und Reißfestigkeit, Weichheitseigenschaften, Haltbarkeitseigenschaften, wie etwa Abriebfestigkeit und ästhetische Eigenschaften.
Polypropylen ist aufgrund seiner Kosten, hohen Festigkeit und Verarbeitbarkeit das primäre Polymer für nichtgewobene Stoffe gewesen. Jedoch weisen nichtgewobene Stoffe aus Polypropylen im Allgemeinen keinen weichen, baumwollartigen Griff auf. Als solche haben nichtgewobene Stoffe aus Polyethylen an Interesse gewonnen. Polyethylene erzeugen weichere Stoffe, können jedoch relativ geringe Zugfestigkeit und Abriebsfestigkeit aufweisen.
Wenngleich die Eigenschaften von einem nichtgewobenen Gewebe, wie etwa Flüssigkeithandhabungseigenschaften, Festigkeitseigenschaften, Weichheitseigenschaften und Haltbarkeitseigenschaften normalerweise von primärer Wichtigkeit bei der Entwicklung von nichtgewobenen Stoffen sind, sind das Erscheinungsbild und der Griff von nichtgewobenen Stoffen häufig kritisch für den Erfolg eines Produkts aus nichtgewobenem Stoff. Das Erscheinungsbild und der Griff von nichtgewobenen Stoffen ist besonders wichtig für nichtgewobene Stoffe, die einen exponierten Teil von Produkten bilden. Zum Beispiel ist es häufig wünschenswert, dass die äußeren Schichten von Produkten aus nichtgewobenen Stoffen einen tuchartigen Griff und eine gefällige dekorative Ausgestaltung aufweisen.
Trotz der Vorteile, die in der Technik oben beschrieben sind, besteht weiterhin ein Bedarf für verbesserte nichtgewobene Stoffe und Verfahren für ihre Herstellung. Im Besonderen besteht ein Bedarf für nichtgewobene Stoffe mit Verbesserungen der Zugfestigkeit, Dehnung, der Abriebsfestigkeit und der Weichheit, wie durch einen die Biegesteifheit des Stoffs definiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung erfüllen die obige Anforderung durch ein oder mehrere der folgenden Aspekte der Erfindung. In einer Hinsicht betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines nichtgewobenen Stoffs mit erhöhter Zugfestigkeit, Dehnung, Abriebsfestigkeit, Biegesteifheit und/oder Weichheit. Das Verfahren umfasst das Durchführen eines Fasergewebes durch ein Walzenpaar, um einen thermisch gebundenen Stoff mit einem hohen Prozentanteil gebundener Bereiche zu erhalten. Der hohe Prozentanteil gebundener Bereiche wird gebildet durch ein eingraviertes Muster auf mindestens einer der Walzen. Das eingravierte Muster weist einen hohen Prozentanteil von Bindungspunktbereichen und/oder weite Bindungspunktwinkel auf.
In einigen Ausführungsformen ist der Prozentanteil von Bindungsbereichen des Stoffs mindestens etwa 16 Prozent, mindestens etwa 20 Prozent oder mindestens etwa 24 Prozent. Der Bindungspunktwinkel ist etwa 20° oder höher, etwa etwa 35° oder höher, etwa 37° oder höher, etwa 42° oder höher oder etwa 46° oder höher.
Das eingravierte Muster weist mindestens etwa 1,55 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter auf, mindestens etwa 2,31 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter, mindestens etwa 3,1 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter, mindestens etwa 3,44 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter, mindestens etwa 4,6 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter oder mindestens etwa 4,65 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter. Das Fasergewebe kann Polyethylen umfassen, welches ein Homopolymer von Ethylen oder ein Copolymer von Ethylen und einem Comonomer sein kann. Das Polyethylen kann erhalten werden in der Gegenwart eines Einstellenkatalysators, wie etwa einem Metallocenkatalysator oder einem Katalysator mit gespannter Geometrie.
In einer andere Hinsicht betrifft die Erfindung einen nichtgewobenen bzw. nichtgewebten Stoff, der durch das hier beschriebene Verfahren hergestellt wird. Der nichtgewobene Stoff umfasst ein Polymer und ist gekennzeichnet durch einen hohen Bindungsbereichprozentanteil und eine hohe Abriebsfestigkeit. In einigen Ausführungsformen ist das Polymer Polyethylen, das ein Homopolymer von Ethylen oder ein Copolymer von Ethylen und einem Comonomer sein kann. Das Polyethylen kann erhalten werden in der Gegenwart eines Einstellenkatalysators, wie etwa einem Metallocenkatalysator oder einem Katalysator mit gespannter Geometrie. In anderen Ausführungsformen ist der Bindungsbereichsprozentanteil des Stoffs mindestens etwa 16 Prozent, mindestens etwa 20 Prozent oder mindestens etwa 24 Prozent.
Verschiedene Aspekte der Erfindung und Vorteile, die durch die Ausführungsformen der Erfindung bereitgestellt werden, werden durch die folgende Beschreibung ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Verfahrens zum Herstellen von Stoffen zur Verwendung in Ausführungsformen der Erfindung.
2A ist eine Teilschnittansicht der Prägewalze, die eine Anordnung der Bindungspunkte zeigt.
2B ist eine vereinfachte Ansicht eines nichtgewobenen Stoffs, hergestellt durch das Verfahren von 1 und die Prägewalze von 2A.
3A–3I sind schematische Darstellungen von Bindungsmustern zur Verwendung in Ausführungsformen der Erfindung in einem willkürlichen Maßstab.
4A–4I sind Mikrofotografien von nichtgewobenen Stoffen, die aus den Bindungsmustern der 3A–3I für PE1-Harz, das in Beispiel 1 verwendet wird, hergestellt werden.
5 ist ein Graph normalisierter Spitzenbelastungen gegenüber der Temperatur für Stoffe, die mit den Bindungsmustern in den 3A–3I für PE1-Harz hergestellt werden.
6 ist ein Graph der prozentualen Dehnung gegenüber der Temperatur für Stoffe, die mit den Bindungsmustern in den 3A–3I für PE2-Harz, das in Beispiel 1 verwendet wird, hergestellt werden.
7 ist ein Graph typischer Spannungsdehnungskurven für drei Stoffe, die in Beispiel 1 hergestellt werden.
8 ist ein Graph der Abriebsfestigkeit gegenüber der Temperatur für Stoffe, die aus Bindemustern in den 3A–3I für PE1-Harz hergestellt werden.
9 ist ein Graph der Biegesteifheit gegenüber der Temperatur für Stoffe, die mit den Bindemustern in den 3A–3I für PE1-Harz hergestellt werden.
10A–10I sind Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen mit einer 80-fachen Vergrößerung von Bindungspunkten von nichtgewobenen Stoffen, die aus Bindemustern in den 3A–3I für PE1-Harz hergestellt werden.
11A–11C sind Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Zugtestbruchstellen von nichtgewobenen Stoffen, die aus Bindungsmustern in den 3A–3I für verschiedene Harze hergestellt werden.
12A–12B sind Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von abgeriebenen Bindungsstellen von nichtgewobenen Stoffen, die aus den Bindungsmustern in den 3A–3I für verschiedene Harze hergestellt werden.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung liefern ein Verfahren zum Herstellen eines nichtgewobenen Stoffs durch thermisches Binden. Der Stoff weist einen hohen Prozentanteil von Bindungsbereichen auf, die erzeugt werden durch Durchführen eines Fasergewebes durch ein Walzenpaar, wobei mindestens eine der Walzen ein eingraviertes Muster aufweist, mit einem hohen Prozentanteil von Bindungspunktbereichen zusammen mit weiten Bindungspunktwinkeln.
Der Ausdruck "nichtgewoben" bedeutet, wie er hier verwendet wird, ein Gewebe oder einen Stoff mit einer Struktur aus einzelnen Fasern oder Fäden, die statistisch verschlungen sind, jedoch nicht auf eine identifizierbare Art wie im Falle eines gestrickten Stoffs. Der Ausdruck "Binden" bzw. "Bonden" bedeutet, wie er hier verwendet wird, die Anwendung von Kraft oder Druck (getrennt von oder zusätzlich zu der, die erforderlich ist oder verwendet wird, um Fasern auf weniger oder gleich 50 Denier zu ziehen), um geschmolzene oder weichgewordene Fasern zusammen zu schmelzen. In einigen Ausführungsformen ist die Bindungsfestigkeit größer als oder gleich etwa 1500 Gramm. Der Ausdruck "thermisches Binden", betrifft, wie er hier verwendet wird, das Wiedererhitzen von Fasern und die Anwendung von Kraft oder Druck (getrennt von oder zusätzlich zu der, die erforderllich ist oder verwendet wird, um Fasern auf weniger oder gleich 50 Denier zu ziehen), um das Schmelzen (oder Weichwerden) und das Verschmelzen von Fasern zu bewirken. In manchen Ausführungsformen ist die Bindungsfestigkeit im Ergebnis größer als oder gleich etwa 2000 Gramm. Schritte, die Fasern ziehen und aneinander schmelzen in einem einzelnen oder simultanen Schritt oder vor einer Aufnahmewalze (zum Beispiel eine Galette), zum Beispiel Spinnbinden bzw. Spunbonden, werden nicht als thermischer Bindungsschritt erachtet.
Ein thermisches Bindungsverfahren zum Herstellen von nichtgewobenem Stoff ist beispielhaft dargestellt in 1. Ein solches Verfahren oder Variationen davon sind zum Beispiel beschrieben in den folgenden U.S. Patenten: 5,888,438; 5,851,935; 5,733,646; 5,654,088; 5,629,080; 5,494,736; 4,770,925; 4,635,073; 4,631,933; 4,564,553; 4,315,965. Alle derartigen offenbarten Verfahren können verwendet werden in Ausführungsformen der Erfindung mit oder ohne Modifikationen.
Bezugnehmend auf 1 wird ein Gewebebildungssystem 10, wie etwa ein Kardiersystem verwendet, um Anfangs ein faserförmiges Gewebe 12 zu bilden. Die Fasern werden vorherrschend in Maschinenrichtung der Gewebebildung ausgerichtet, wie durch Pfeil 13 gezeigt. Alternativ könnte ein spinngebundenes System verwendet werden, um mehr als eine statistische Orientierung der Fasern zu erzeugen. Das Gewebe 12 kann durch eine Vorerhitzungsstelle 14 geführt werden. Das Gewebe wird dann durch den Druckquetschspalt einer Bindungsstelle, die mit gegenüberliegenden Walzen 20 und 22 ausgestattet ist, geführt. Die Walze 20 ist eine gravierte Metallwalze und ist auf eine Temperatur erhitzt, die nahe dem Schmelzpunkt der Fasern ist. Die Gegendruckwalze (d.h. die glatte Walze) 22 wird kontrolliert auf eine Temperatur nahe des Schmelzpunkts der Fasern erhitzt, vorzugsweise unter den Klebrigkeitspunkt solcher Fasern. In einigen Ausführungsformen umfasst das eingravierte Muster Kreise, wenngleich andere Formen, wie etwa oval, quadratisch und rechteckig, verwendet werden können.
Die gravierte Walze, wie in 2A dargestellt, enthält Bereiche, Bindungspunkte, die in engem, Kompressionskontakt mit einer Flachwalze sind. Diese Bereiche induzieren ein Schmelzen und bilden Bindungsbereiche. Die Größe dieser Bereiche bestimmt die Anzahl von Fasern, die an einem einzelnen Punkt gebunden werden und ebenfalls den Gesamtbereich des Stoffs, der eine nichtfaserige Integrität enthält. Die Anzahl von Fasern, die an einem Bindungspunkt verbunden sind, können seine Gesamtfestigkeit beeinflussen, jedoch können sie auch zu seiner Gesamtsteifheit beitragen. Es gibt drei Faktoren eines eingravierten Musters, die die Gesamteigenschaften eines nichtgewobenen Stoffs beeinflussen. Sie umfassen den Bindungsbereich, den Bindungspunkt oder den Seitenwandwinkel und die Konzentration der Bindungspunkte, die üblicherweise als Punkte pro Quadrat-Einheitsfläche angegeben wird.
Das eingravierte Muster auf der Walze wird über Bindungspunkte erzeugt. Diese Punkte erstrecken sich von der eingravierten Walze und, bei Kontakt mit einer Flachwalze, erzeugen sie einen gebundenen Bereich. Im Allgemeinen erzeugen die Bindungspunkte ein Muster auf dem nichtgewobenen Stoff, wie etwa in 2B ersichtlich ist. Die Bindungspunkte eines eingravierten Musters werden im Allgemeinen ausgedrückt in Bindungspunkte pro Quadrat-Fläche. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das eingravierte Muster etwa 1,55 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter (100 Bindungspunkte pro Quadratzoll) auf, vorzugsweise etwa 2,31 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter (149 Bindungspunkte pro Quadratzoll), bevorzugter etwa 3,10 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter (200 Bindungspunkte pro Quadratzoll) oder etwa 3,44 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter (222 Bindungspunkte pro Quadratzoll) oder etwa 4,60 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter (297 Bindungspunkte pro Quadratzoll) oder etwa 4,65 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter (300 Bindungspunkte pro Quadratzoll). Mehr gebundene Punkte pro Quadratmeter, wie etwa 5,42 × 10⁵, 6,20 × 10⁵, 7,75 × 10⁵, 9,30 × 10⁵ oder mehr (pro Quadratzoll, wie etwa 350, 400, 500, 600 oder mehr) können ebenfalls möglich sein.
Der Bindungspunkt wird aufgebaut von einem Bindungspunktwinkel und einem Bindungsbereich. Bezugnehmend auf 3A–I sind verschiedene Bindungspunktmuster, verschiedener Bindungspunktwinkel und verschiedene Bindungsbereiche gezeigt. Bindungspunktwinkel betrifft den Winkel, mit welchem sich der Bindungspunkt von der gravierten Walze erstreckt. Der Bindungspunktwinkel ist etwa 20 Grad oder höher, vorzugsweise etwa 35 Grad oder höher, bevorzugter etwa 37 Grad oder höher, am bevorzugtesten etwa 42 Grad oder höher und noch bevorzugter etwa 46 Grad oder höher. 3A ist für ein Bindungsmuster 1 mit einem 46°-Bindungsstrichwinkel, 20 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 7,62 × 10^–4 m (0,03 Zoll). 3B ist für ein Bindungsmuster 2 mit einem 20°-Winkel, 16 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 6,86 × 10^–4 m (0,027 Zoll). 3C ist für Bindungsmuster 3 mit einem 20°-Winkel, 24 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 8,38 × 10^–4 m (0,033 Zoll). 3D ist für Bindungsmuster 4 mit einem 20°-Winkel, 20 Prozent Bindungsbereich, 2,31 × 10⁵ Punkte/m² (149 Punkte/in²), Grundhöhe 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 9,30 × 10^–4 m (0,0366 Zoll). 3E ist für ein Bindungsmuster 5 mit einem 20°-Winkel, 20 Prozent Bindungsbereich, 4,60 × 10⁵ Punkte/m² (297 Punkte/in²), Grundhöhe 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll), und einer Punktbreite von 6,60 × 10^–4 m (0,026 Zoll). 3F ist für Bindungsmuster 6 mit einem 42°-Winkel, 16 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 6,86 × 10^–4 m (0,027 Zoll). 3G ist für Bindungsmuster 7 mit einem 37°-Winkel, 24 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 8,38 × 10^–4 m (0,033 Zoll). 3H ist für Bindungsmuster 8 mit einem 46°-Winkel, 20 Prozent Bindungsbereich, 2,31 × 10⁵ Punkte/m² (149 Punkte/in²), Grundhöhe 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 9,3 × 10^–4 m (0,0366 Zoll). 3I ist für Bindungsmuster 9 mit einem 35°-Winkel, 20 Prozent Bindunsbereich, 4,60 × 10⁵ Punkte/m² (297 Punkte/in²), Grundhöhe 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 6,60 × 10^–4 m (0,026 Zoll).
Gebundene Bereiche und nichtgebundene Bereiche bilden den nichtgewobenen Stoff. Gebundene Bereiche können definiert werden als der Prozentanteil der Oberfläche eines nichtgewobenen Stoffs, der belegt ist durch eine Bindung, die durch den Bindungspunkt erzeugt wird. Der Bindungsbereich in Ausführungsformen der Erfindung ist vorzugsweise mindestens 16 Prozent, bevorzugter mindestens 20 Prozent und am bevorzugtesten mindestens 24 Prozent, 30 Prozent, 35 Prozent, 40 Prozent, 45 Prozent, 50 Prozent oder mehr.
Herstellung von Faser und nichtgewobenen Stoff
Ein Gewebebildungssystem umfasst im Allgemeinen Verfahren zum Herstellen von Fasern, die thermisch gebunden werden können, um Stoffe zu bilden, einschließlich Trockenauflegeverfahren (dry laid), Feuchtauflegeverfahren (wet laid) und Polymerauflegeverfahren (polymer laid) oder jedes andere Verfahren. In einigen Ausführungsformen werden die Fasern erzeugt durch Spinnbindungs-, Schmelzblas- oder Kardierstapelverfahren. Die Verfahren sind weiterhin beschrieben in den folgenden Vereinigte Staaten Patenten: 3,338,992; 3,341,394; 3,276,944; 3,502,538; 3,978,185 und 4,644,045. Im Allgemeinen verwendet das Spinnbindungsverfahren eine Hochleistungsvakuumkammer, um die Geschwindigkeit der Fasern zu erhöhen, um die Durchmesser der Faser zu verringern, um eine kontinuierliche Faser zu bilden. Das Schmelzblasverfahren bläst Luft von oben nach unten und verwendet Oberflächenkräfte um die Fasern bei höheren Geschwindigkeiten zu ziehen, um nichtkontinuierliche Fasern mit geringem Denier zu erzeugen.
Herkömmliche Spunbondverfahren bzw. Spinnvliesverfahren sind beschrieben in den U.S. Patenten Nr. 3,825,379; 4,813,864; 4,405,297; 4,208,366 und 4,334,340. Das Spinnbindungsverfahren ist ein in der Technik der Stoffherstellung allgemein bekanntes. Im Allgemeinen werden kontinuierlich Fasern extrudiert, auf ein Endlosband aufgebracht und dann aneinander gebunden und häufig an eine zweite Schicht gebunden, wie etwa eine Schmelzblasschicht, häufig durch eine erhitzte Kalandierwalze oder die Zugabe eines Bindemittels. Eine Übersicht über das Spinnbinden kann erhalten werden von L. C. Wadsworth und B. C. Goswami, Nonwoven Fabrics: "Spunbonded and Melt Blown Processes", Berichte des Eight Annual Nonwovens Workshop, 30. Juli bis 03. August 1990, gefördert durch The Textiles and Nonwovens Development Center (hier nachfolgend "TANDEC"), University of Tennessee, Knoxville, Tennessee.
Der Ausdruck "schmelzgeblasen" wird hier verwendet, um Fasern zu betreffen, die gebildet werden durch Extrudieren einer geschmolzenen thermoplastischen Polymerzusammensetzung durch mehrere feine, üblicherweise kreisförmige Düsenkapillaren als geschmolzene Fäden oder Filamente in konvergierende Hochgeschwindigkeitsgasströme (z.B. Luft), welche dazu dienen, die Fäden oder Filamente zu strecken, um die Durchmesser zu verringern. Nachfolgend werden die Filamente oder Fäden durch die Hochgeschwindigkeitsgasströme getragen und auf einer Aufnahmeoberfläche abgelagert, um ein Gewebe mit statistisch verteilten schmelzgeblasenen Fasern zu bilden, mit mittleren Durchmessern, die im Allgemeinen kleiner als 10 Mikrometer sind.
Der Ausdruck "spinngebunden" wird hier verwendet, um Fasern zu betreffen, die gebildet werden durch Extrudieren einer geschmolzenen thermoplastischen Polymerzusammensetzung als Filamente durch mehrere feine, üblicherweise kreisförmige, Düsenkapillaren einer Spinndüse, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente dann rasch verringert wird und hiernach das Abscheiden der Filamente auf einer Aufnahmeoberfläche, um ein Gewebe aus statistisch verteilten spinngebundenen Fasern zu bilden, mit mittleren Durchmessern, die im Allgemeinen zwischen etwa 7 und etwa 30 Mikrometer liegen.
Nicht-gewobene Stoffe können hergestellt werden durch zahlreiche Verfahren. Die meisten Verfahren umfassen im Wesentlichen die gleichen Grundvorgehensweisen: (1) Materialauswahl; (2) Gewebebildung; (3) Gewebeverfestigung; und (4) Gewebeausrüstung. Die Materialauswahl sorgt für die Eigenschaften, die geeignet sind für die Anwendung. Das Gewebe wird gebildet aus Fasern der ausgewählten Materialien. Das Gewebe wird dann gebunden, um einen Stoff zu bilden und der Stoff wird ausgrüstet bzw. fertiggestellt, um das fertige Produkt zum Schneiden und Falten herzustellen.
Der Durchmesser der Faser beeinflusst die Eigenschaften des Stoffs, einschließlich Festigkeit und Biegesteifheit. Der Faserdurchmesser kann auf viele Arten gemessen und angegeben werden. Im Allgemeinen wird der Faserdurchmesser in Denier pro Filament gemessen. Denier ist ein Ausdruck im Textilbereich, der definiert ist als die Gramm Faser pro 9000 Meter Länge dieser Faser. Monofilament betrifft im Allgemeinen einen extrudierten Strang mit einem Denier pro Filament von größer als 15, üblicherweise größer als 30. Fein-Denier-Faser betrifft im Allgemeinen eine Faser mit einem Denier von etwa 15 oder weniger. Mikro-Denier-Faser (d.h. Mikrofaser) betrifft im Allgemeinen eine Faser mit einem Durchmesser von nicht größer als etwa 100 Mikrometer. Für die Fasern, die hier offenbart sind, kann der Durchmesser stark variiert werden, mit geringer Einbuße der Faserelastizität. Jedoch kann das Faser-Denier eingestellt werden, um die Brauchbarkeit des ausgerüsteten bzw. fertigen Gegenstands geeignet einzustellen und würde als solches geeigneterweise sein: von etwa 0,5 bis etwa 30 Denier/Filament für Schmelzblasen; von etwa 1 bis etwa 30 Denier/Filament für Spinnbinden; und von etwa 1 bis etwa 20.000 Denier/Filament für kontinuierlichs Wickelfilament. Man kann den Faserdurchmesser von Denier in Meter umrechnen entsprechend der Gleichung:
Andere Fasereigenschaften, die die Endeigenschaften des Stoffs beeinflussen, umfassen die Faserorientierung, Kristallinität, Durchmesser und Kühlraten. Die Festigkeit der Bindung ist ein limitierender Faktor der Festigkeit von nicht-gewobenem Stoff. Geringere Faserorientierung erlaubt größere Ausmaße des Schmelzens während des Bindens, wodurch stärkere Bindungsbereiche bewirkt werden. Zusätzlich bewirken hohe Ausmaße Orientierung, die induziert werden durch Ziehen eines Polymers, hohe Ausmaße Schrumpfung während des thermischen Bindens, wodurch die Bearbeitbarkeit schwierig wird.
Kristalline Teile einer Faser sind von besonderem Interesse für das thermische Bindungsverfahren aufgrund des auftretenden Schmelzens. Das Schmelzausmaß und der Fluss beeinträchtigen wesentlich die Bindungsfestigkeit. Weniger stabile Kristalle schmelzen zuerst; gefolgt von den stabileren oder orientierten Kristallen, falls genug Wärme dem Polymer zugeführt wird. Aufgrund der kurzen Dauer der Wärmeübertragung in den gebundenen Bereich schmilzt nur ein Teil der Kristalle.
Nachdem das Gewebe locker gebildet worden ist, müssen die einzelnen Fasern aneinander gebunden werden. Gewebeverfestigung verleiht dem Stoff Festigkeit und Steifheit. Wege zum Verfestigen des Gewebes umfassen mechanisches, chemisches und thermisches Binden. Mechanische Verfestigung bzw. Konsolidierung wird realisiert durch Verstricken von Fasern an verschiedenen Punkten im Gewebe, einschließlich Vernadelung, Heftbinden, Spinnbinden oder einem beliebigen anderen mechanischen Verfestigungsverfahren. Chemisches Binden umfasst Besprühen oder Sättigen des Gewebes mit einem Klebemittel, wie etwa Latex. Thermisches Binden des Gewebes ist eine übliche Bindungstechnik und umfasst Punktkalandieren, Ultraschall und Strahlungswärmebinden. In manchen Ausführungsformen wird Punktkalandierbindung verwendet und umfasst das Durchführen des Gewebes durch zwei erhitzte Walzen, die in engem Kontakt miteinander sind. Eine Walze ist durch Eingravierung mit Erhebungen gemustert und die andere ist ein flache Walze. Die Fasern schmelzen und fließen übereinander. Beim Kühlen wird der Stoff gebildet.
Wenn ein Gewebe aus Fasern in einen Kalandierer gezogen wird, gibt es viele mit verschiedenem Ausmaß auftretende thermomechanische Prozesse. Diese Prozesse umfassen: konduktive Wärmeübertragung; Verformungswärme; Fluss von geschmolzenem Polymer; Diffusion; und den Clapeyron-Effekt.
Konduktive Wärmeübertragung erfolgt über die Stahlwalze-Gewebe-Grenzfläche. Die durch Konduktion übertragene Wärmemenge ist proportional zur Temperatur der Stahlwalzen und der Zeit, die das Gewebe unter der Bindungsnadel (Walzengeschwindigkeit) verbringt. Eine zusätzliche Erwärmung des Systems ist die Verformungswärme. Aufgrund der hohen Drücke zwischen den Stahlwalzen wird das Gewebe sehr schnell in eine verschiedene Form geformt und mechanische Arbeit wird auf dem System ausgeführt. Die mechanische Arbeit wird in Wärme übergeführt. Diese beide Wärmeformen erhöhen die Temperatur des Gewebes zwischen den Walzen und sie ist am höchsten unter der Bindungsnadel. Eine Gleichung, die alle Übertragungen von mechanischer Arbeit in Wärme angibt, wird gegeben durch: [F(s)ds]α = VρCpΔT + fΔHfχρVworin F(s)ds die Kraft ist, die auf das Gewebe über einen Abstand ds ausgeübt wird, α der Anteil der mechanischen Arbeit ist, der in Wärme übergeführt wird, V das Volumen des Gewebes ist, χ die Kristallinität ist und f der Anteil an Kristallen ist, die schmelzen. Der erste Ausdruck auf der rechten Seite ist die Wärmemenge, die verwendet wird, um die Temperatur zu erhöhen und der zweite Ausdruck beschreibt die Wärmemenge, die die Polymerkristalle schmilzt.
Wenn die Temperatur den Schmelzpunkt erreicht, bewirkt der hohe Druck unter den Nadeln, dass die Schmelze nach außen fließt, in einen Bereich mit geringerem Druck. Ebenfalls diffundiert das Polymer selbst während es im geschmolzenen Zustand ist. Beim Austreten aus der Kalandiervorrichtung verfestigt sich die Schmelze und hält die Fasern mechanisch am Bindungspunkt. Diese beiden Phänomene schmelzen mehrere Fasern an einem Bindungspunkt zusammen und führen das Gewebe in einen Stoff über. Der Difussionspenetrationsabstand für die Polymere während des Bindungsverfahrens ist nahezu unbedeutend. Der Penetrationsabstand ist gegeben durch: R = [t(2 × D)]1/2 worin R der Penetrationsabstand ist, t die Zeit ist und D der Selbstdiffusionskoeffizient ist. Im Allgemeinen weisen die meisten Polymere einen Diffusionskoeffizienten in der Größenordnung von 10^–15 auf und verbringen 10 bis 40 Millisekunden unter den Bindungsnadeln. Unter Verwendung dieser groben Zahlen wird berechnet, dass der Penetrationsabstand nur zwischen 45 Å und 100 Å ist. Unter Beachtung dessen, dass die meisten Fasern, die beim thermischen Binden verwendet werden, etwa 20 Mikrometer im Durchmesser aufweisen, diffundieren die Fasern nur 0,00000225 Prozent ihres gesamten Durchmessers. Daher ist wahrscheinlich das mechanische Verbinden der Polymerschmelze um die Fasern im Bindungsbereich die dominierende Kraft, die die Fasern an diesem Punkt zusammenhält.
Der erhöhte Druck unter den Bindungsnadeln führt zu einer Erhöhung der Schmelztemperatur, die auch bekannt ist als der Clapeyron-Effekt. Die Wirkung des Drucks erhöht den Schmelzpunkt von Polypropylen um 38 K/kbar oder 0,38°C/MPa. Unter Verwendung eines typischen Drucks unter der Bindungsnadel wird der Schmelzpunkt von Polypropylen um etwa 10°C erhöht. Die Polypropylenschmelztemperatur erhöht sich um nur etwa 5°C unter typischen Bindungsdrücken.
Mehrere Faktoren des Punktbindungsheißkalandierverfahrens beeinflussen die letztendlichen Fasereigenschaften, einschließlich Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, Walzendurchmesser und eingraviertes Muster. Die Auswahl der Temperatur ist hauptsächlich eine Funktion des Materials, jedoch sollte festgehalten werden, dass die Gesamtenergieübertragung auf das Gewebe eine Funktion von Temperatur, Druck, Walzendurchmesser und Anlagengeschwindigkeit ist. Wenn die Temperatur zu gering ausgewählt wird, wird das Gewebe zu wenig gebunden und die Stofffestigkeit neigt dazu, schwach zu sein. Wenn die Walzentemperatur zu hoch ist, ist das Gewebe zu stark gebunden und der resultierende Stoff ist zu steif oder das Gewebe schmilzt vollständig und klebt an die Walze.
Die Wirkung von Druck, der auf den Stoff ausgeübt wird, ist gering, jedoch nicht vernachlässigbar. Bei geringen Drücken ist das Binden des Gewebes schlecht und die Festigkeit ist daher schlecht. Wenn der Druck ansteigt ist die Stofffestigkeit eine Funktion von sowohl der Bindungstemperatur als auch dem Druck. Bei sehr hohem Druck erreicht so die Gewebefestigkeit ein Maximum und beginnt dann mit zunehmenden Druck abzunehmen. Unterhalb dieses Drucks nimmt die Festigkeit kontinuierlich bis zum Schmelzpunkt des Polymers zu.
Die Geschwindigkeit und der Durchmesser der Bindungswalze beeinflussen die Gesamtzeit der Wärmeübertragung auf das Gewebe. Größere Bindungswalzendurchmesser erlauben einen innigeren Kontakt mit den erhitzten Walzen als dies für kleinere Walzen der Fall ist. Daher wird hier mehr Wärme auf das Gewebe übertragen. In einer ähnlichen Art haben langsame Spinnwalzen eine höhere Kontaktzeit als schnelle Spinnwalzen.
Die Zeit, die ein Stoff in dem Quetschspalt (inniger Kontaktbereich) verweilt, kann ausgedrückt werden als: t = AC0 1/2R1/2V–1

t: = Zeit
R: = Radius der Bindungswalze
V: = Geschwindigkeit der Bindungswalze

_N

_R

Die Form der Faser ist nicht begrenzt und kann jede geeignete Form sein. Zum Beispiel weisen typische Fasern einen kreisförmigen Querschnitt auf, jedoch haben Fasern manchmal verschiedene Formen, wie etwa eine trilobale Form oder eine flache (d.h. bandartig) Form.
Nachdem sich ein thermisch gebundener Stoff von den Bindungsnadeln getrennt hat, tritt ein Kühlen und Verfestigen der Bindungsbereiche auf. Die Quenchrate des Stoffs und im Spezielleren des Bindungsbereichs kann einen Einfluss auf die letztendlichen Stoffeigenschaften haben.
Wichtige Stoffeigenschaften umfassen Festigkeit, Dehnung, Spitzenbelastung, Abriebfestigkeit und Biegesteifheit. Die Festigkeit oder Reißfestigkeit und Dehnung eines nicht-gewobenen Stoffs ist sowohl wichtig für die Verfahren nach der Herstellung als auch den Verbraucher. Umso mehr Festigkeit und Elastizität ein Stoff aufweist, umso schneller kann er mit anderen Materialien zu einem fertigen Verbrauchsprodukt kombiniert werden. Eine andere Eigenschaft eines nicht-gewobenen Stoffs ist seine Fähigkeit Abrieb zu widerstehen. Wenn eine abreibende Oberfläche auf einen nicht-gewobenen Stoff einwirkt, werden Fasern aus der Oberfläche herausgezogen und bewirken, dass sich Fusseln oder Pilling auf der Oberfläche bilden. Daher ist hohe Abriebsfestigkeit wünschenswert für nicht-gewobene Stoffe. Eine noch weitere wichtige Eigenschaft eines Materials, das von Menschen getragen wird und in Kontakt mit der Haut kommt, ist seine Steifheit. Diese Eigenschaft kann gemessen werden durch Biegesteifheit oder durch Beurteilungen, die auf dem Gefühl beim Anfassen resultieren.
Faser-bildende Polymere
Alle Faser-bildenden Polymere, im Besonderen diejenigen, die thermisch gebunden werden können, können in Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel umfassen geeignete Polymere, ohne darauf begrenzt zu sein, α-Olefin-Homopolymere und Interpolymere, umfassend Polypropylen, Propylen/C₄-C₂₀-α-Olefin-Copolymere, Polyethylen und Ethylen/C₃-C₂₀-α-Olefin-Copolymere, wobei die Interpolymere entweder heterogene Ethylen/α-Olefin-Interpolymere oder homogene Ethylen/α-Olefin-Interpolymere sein können, einschließlich die im Wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere. Ebenfalls umfasst sind aliphatische α-Olefine mit von 2 bis 20 Kohlenstoffatomen und mit polaren Gruppen. Geeignete aliphatische α-Olefin-Monomere, die polare Gruppen in das Polymer einführen können, umfassen z.B. ethylenisch ungesättigte Nitrile, wie etwa Acrylnitril, Methacrylnitril, Ethacyrlnitril, usw.; ethylenisch ungesättigte Anhydride, wie etwa Maleinsäureanhydrid; ethylenisch ungesättigte Amide, wie etwa Acrylamid, Methacrylamid usw; ethylenisch ungesättigte Carbonsäuren (sowohl mono- als auch difunktionell), wie etwa Acrylsäure und Methacrylsäure, usw; Ester (insbesondere niedere, z.B. C₁-C₆-Alkylester) ethylenisch ungesättigter Carbonsäuren, wie etwa Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Hydroxyethylacrylat, n-Butylacrylat oder Methacrylat, 2-Ethylhexylacrylat oder Ethylenvinylacetatcopolymere usw.; ethylenisch ungesättigte Dicarbonsäureimide, wie etwa N-Alkyl- oder N-Arylmaleimide, wie etwa N-Phenylmaleimid, usw. Vorzugsweise sind solche polare Gruppen-enthaltende Monomere Acrylsäure, Vinylacetat, Maleinsäureanhydrid und Acrylnitril. Halogengruppen, die in den Polymeren von aliphatischen α-Olefin-Monomeren enthalten sein können, umfassen Fluor, Chlor und Brom; Vorzugsweise sind solche Polymere chlorierte Polyethylene (CPEs). Polymere, wie etwa Polyester und Nylon, können ebenfalls verwendet werden.
Heterogene Interpolymere werden von den homogenen Interpolymeren dahingehend unterschieden, dass in den letzteren im Wesentlichen die gesamten Interpolymermoleküle das gleiche Ethylen/Comonomerverhältnis innerhalb dieses Interpolymers aufweisen, während heterogene Interpolymere diejenigen sind, worin die Interpolymermoleküle nicht das gleiche Ethylen/Comonomer-Verhältnis aufweisen.
Der Ausdruck „breite Zusammensetzungsverteilung", wie er hier verwendet wird, beschreibt die Comonomerverteilung für heterogene Interpolymere und bedeutet, dass die heterogenen Interpolymere einen „linearen" Anteil aufweisen, und dass die heterogenen Interpolymere mehrere Schmelzsignale gemäß DSC aufweisen (d.h. sie zeigen mindestens zwei verschiedene Schmelzsignale). Die heterogenen Interpolymere haben einen Verzweigungsgrad von kleiner oder gleich 2 Methyl/1000 Kohlenstoffe in etwa 10 Prozent (bezüglich des Gewichts) oder mehr, vorzugsweise mehr als etwa 15 Prozent (bezüglich des Gewichts) und im Besonderen mehr als etwa 20 Prozent (bezüglich des Gewichts). Die heterogenen Interpolymere weisen zudem einen Verzweigungsgrad auf, der gleich oder größer als 25 Methyl/1000 Kohlenstoffe ist, in etwa 25 Prozent oder weniger (bezüglich des Gewichts), vorzugsweise weniger als etwa 15 Prozent (bezüglich des Gewichts) und im Besonderen weniger als etwa 10 Prozent (bezüglich des Gewichts).
Die heterogene Polymerkomponente kann ein α-Olefinhomopolymer, vorzugsweise Polyethylen oder Polypropylen oder vorzugsweise ein Interpolymer von Ethylen mit mindestens einem C₃-C₂₀-α-Olefin und/oder C₄-C₁₈-Dienen sein. Heterogene Copolymere von Ethylen und Propylen, 1-Buten, 1-Hexen, 4-Methyl-1-penten und 1-Octen sind besonders bevorzugt.
Lineares Polyethylen mit geringer Dichte (LLDPE) wird entweder in einem Lösungs- oder einem Fließbettverfahren hergestellt. Die Polymerisation ist katalytisch. Ziegler-Natta- und Einstellen-Metallocenkatalysatorsysteme sind verwendet wurden, um LLDPE herzustellen. Die resultierenden Polymere sind gekennzeichnet durch ein im Wesentlichen lineares Grundgerüst. Die Dichte wird gesteuert durch den Grad des Comonomereinbaus in das ansonsten lineare Polymergrundgerüst. Verschiedene alpha-Olefine werden typischerweise copolymerisiert mit Ethylen beim Herstellen von LLDPE. Die alpha-Olefine, die vorzugsweise vier bis acht Kohlenstoffatome aufweisen, liegen in dem Polymer in einer Menge von bis zu 10 Prozent bezüglich des Gewichts vor. Die typischsten Comonomere sind Buten, Hexen, 4-Methyl-1-penten und Octen. Das Comonomer beeinflusst die Dichte des Polymers. Dichtebereiche für LLDPE sind relativ breit, typischerweise von 0,87–0,95 g/cm³ (ASTM D-792).
Der Schmelzindex von linearem Polyethylen mit geringer Dichte wird ebenfalls gesteuert durch die Einführung eines Kettenterminators, wie etwa Wasserstoff oder ein Wasserstoffdonor. Der Schmelzindex, gemessen gemäß ASTM D-1238 Bedingung 190°C/2,16 kg (früher bekannt als „Bedingung E" und ebenfalls bekannt als „I₂") kann für ein lineares Polyethylen mit geringer Dichte stark variieren, von etwa 0,1 bis etwa 150 g/10 min. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sollte das LLDPE einen Schmelzindex von größer als 10 und vorzugsweise 15 oder größer für spinngebundene Filamente aufweisen. Besonders bevorzugt sind LLDPE-Polymere mit einer Dichte von 0,90 bis 0,945 g/cm³ und einem Schmelzindex von größer als 25.
Beispiele geeigneter kommerziell erhältlicher linearer Polyethylenpolymere mit geringer Dichte umfassen die linearen Polyethylenpolymere mit geringer Dichte, die von der Dow Chemical Company erhältlich sind, wie etwa die ASPUN^TM-Reihe von Harzen mit Faserqualität, Dow LLDPE 2500 (55 MI, 0,923 Dichte), Dow LLDPE Typ 6808A (36 MI, 0,940 Dichte) und die EXACT^TM-Reihe linearer Polyethylenpolymere mit geringer Dichte von der Exxon Chemical Company, wie etwa EXACT^TM 2003 (31 MI, Dichte 0,921).
Die homogene Polymerkomponente kann ein α-Olefin-Homopolymer, vorzugsweise Polyethylen oder Polypropylen oder vorzugsweise ein Interpolymer von Ethylen mit mindestens einem C₃-C₂₀-α-Olefin und/oder C₄-C₁₈-Dienen sein. Homogene Copolymere von Ethylen und Propylen, 1-Buten, 1-Hexen, 4-Methyl-1-penten und 1-Octen sind besonders bevorzugt.
Die vor relativ kurzer Zeit erfolgte Einführung von Katalysatoren auf Metallocenbasis für Ethylen/α-Olefin-Polymerisation führte zur Herstellung von neuen Ethyleninterpolymeren, die als homogene Interpolymere bekannt sind.
Die homogenen Interpolymere, die geeignet sind zum Bilden von Fasern, die hier beschrieben sind, weisen homogene Verzweigungsverteilungen auf. Das heißt, die Polymere sind dienjenigen, worin das Comonomer statistisch innerhalb eines gegebenen Interpolymermoleküls verteilt ist, und worin im Wesentlichen alle Interpolymermoleküle das gleiche Ethylen/Comonomerverhältnis innerhalb dieses Interpolymers aufweisen. Die Homogenität der Polymere wird typischerweise beschrieben durch den SCBDI (Kurzkettenverzweigungsindex) oder den CDBI (Zusammensetzungsverteilungsverzweigungsindex) und ist definiert als die Gewichtsprozente der Polymermoleküle, die einen Comonomergehalt innerhalb von 50 Prozent des mittleren gesamten molaren Comonomergehalts aufweisen. Der CDBI eines Polymers wird leicht berechnet aus Daten, die erhalten werden mit im Stand der Technik bekannten Verfahren, wie etwa z.B. Temperaturerhöhungselutionsfraktionierung (hier abgekürzt als „TREF"), wie z.B. beschrieben in Wild et al., Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Band 20, S. 441 (1982), im U.S. Patent 4,798,081 oder wie in USP 5,008,204 beschrieben. Die Technik zum Berechnen des CDBI ist in USP 5,322,728 und in USP 5,246,783 oder im U.S. Patent 5,089,321 beschrieben. Der SCBDI oder CDBI für homogene Interpolymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist vorzugsweise größer als etwa 30 Prozent, insbesondere größer als etwa 50 Prozent, 70 Prozent oder 90 Prozent.
Den homogenen Interpolymeren, die in dieser Erfindung verwendet werden, fehlt ein wesentlicher messbarer „hochdichter" Anteil, gemäß Messung durch die TREF-Technik (d.h. die homogenen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere enthalten keinen Polymeranteil mit einem Verzweigungsgrad von weniger als oder gleich 2 Methyl/1000 Kohlenstoffe. Die homogenen Interpolymere enthalten ebenfalls keinen hohen Kurzkettenverzweigungsanteil (d.h. sie enthalten keinen Polymeranteil mit einem Verzweigungsgrad von gleich oder größer als 30 Methyl/1000 Kohlenstoffe).
Die im Wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefinpolymere und Interpolymere sind ebenfalls homogene Interpolymere, sind jedoch weiter hier definiert wie in dem U.S. Patent Nr. 5,272,236 und in dem U.S. Patent Nr. 5,272,872. Solche Polymere sind jedoch einzigartig aufgrund ihrer ausgezeichneten Verarbeitbarkeit und einzigartigen Rheologieeigenschaften und hohen Schmelzelastizität und ihrer Schmelzbruchfestigkeit. Diese Polymere können erfolgreich in einem kontinuierlichen Polymerisationsverfahren hergestellt werden unter Verwendung von Metallocenkatalysatorsystemen mit gespannter Geometrie.
Der Ausdruck „im Wesentlichen lineares" Ethylen/α-Olefin-Interpolymer bedeutet, dass das Polymergrundgerüst substituiert ist mit etwa 0,01 Langkettenverzweigungen/1000 Kohlenstoffe bis etwa 3 Langkettenverzweigungen/1000 Kohlenstoffe, bevorzugter von etwa 0,01 Langkettenverzweigungen/1000 Kohlenstoffe bis etwa 1 Langkettenverzweigungen/1000 Kohlenstoffe und im Besonderen von 0,05 Langkettenverzweigungen/1000 Kohlenstoffe bis etwa 1 Langkettenverzweigungen/1000 Kohlenstoffe.
Langkettenverzweigung ist hier definiert als eine Kettenlänge von mindestens einem Kohlenstoff mehr als zwei Kohlenstoffe weniger als die Gesamtzahl der Kohlenstoffe in dem Comonomer, z.B. ist die Langkettenverzweigung eines im Wesentlichen linearen Ethylen/Octen-Ethyleninterpolymers mindestens sieben (7) Kohlenstoffe Länge (d.h. 8 Kohlenstoffe weniger 2 gleich 6 Kohlenstoffe plus eins, entspricht einer Langkettenverzweigungslänge von sieben Kohlenstoffen). Die Langkettenverzweigung kann bis zu etwa der gleichen Länge sein wie die Länge des Polymergrundgerüsts. Die Langkettenverzweigung wird bestimmt unter Verwendung von ¹³C-kernmagnetischer Resonanz(NMR)-Spektroskopie und wird quantifiziert unter Verwendung des Verfahrens von Randall (Rev. Macromol. Chem. Phys.,C29 (2&3), S. 285–297). Langkettenverzweigung muß natürlich unterschieden werden von Kurzkettenverzweigungen, die lediglich aus dem Einbau des Comonomers resultieren, so ist z.B. die Kurzkettenverzweigung eines im Wesentlichen linearen Ethylen/Octen-Polymers sechs Kohlenstoffe in der Länge, während die Langkettenverzweigung für das gleiche Polymer mindestens sieben Kohlenstoffe in der Länge ist.
Zusätzliche geeignete Polymere sind in den folgenden U.S. Patenten offenbart:
6,316,549; 6,281,289; 6,248,851; 6,194,532; 6,190,768; 6,140,442; 6,037,048; 5,603,888; 5,185,199 und 5,133,917.
Beispiele von kommerziellem Faser-bildenden Polyethylen umfassen ASPUN^TM 6806A (Schmelzindex: 105,0 g/10 min; Dichte: 0,930 g/cm³), ASPUN^TM 6842A (Schmelzindex: 30,0 g/10 min; Dichte: 0,955 g/cm³), ASPUN^TM 6811A (Schmelzindex: 27,0 g/10 min; Dichte: 0,941 g/cm³), ASPUN^TM 6830A (Schmelzindex: 18,0 g/10 min; Dichte: 0,930 g/cm³), ASPUN^TM 6831A (Schmelzindex: 150,0 g/10 min; Dichte: 0,930 g/cm³) und ASPUN^TM 8635A (Schmelzindex: 17,0 g/10 min; Dichte: 0,950 g/cm³), wobei alle von The Dow Chemical Company, Midland, MI, erhältlich sind. Dieses Polyethylen mit geringer Dichte kann mit einem homogenen, im Wesentlichen linearen Ethylenpolymer gemischt werden, wie etwa AFFINITY^TM-Harz von The Dow Chemical Company.
Beispiele von kommerziellenmFaser-bildenden Polypropylen umfassen Homopropylen, bezeichnet als 5A10 (Schmelzflussrate: 1,4 g/10 min; Biegemodul: 1585 MPa (230.000 psi)); 5A28 (Schmelzflussrate: 3,0 g/10 min; Biegemodul: 1585 MPa (230.000 psi)); 5A66V (Schmelzflussrate: 4,6 g/10 min; Biegemodul: 1654 MPa (240.000 psi)); 5E17V (Schmelzflussrate: 20,0 g/10 min; Biegemodul: 1344 MPa (195.000 psi)); 5E40 (Schmelzflussrate: 9,6 g/10 min; Biegemodul: 1378 MPa (200.000 psi)); NRD5-1258 (Schmelzflussrate: 100,0 g/10 min; Biegemodul: 1318 MPa (191.300 psi)); NRD5-1465 (Schmelzflussrate: 20,0 g/10 min; Biegemodul: 1344 MPa (195.000 psi)); NRD5-1502 (Schmelzflussrate: 1,6 g/10 min; Biegemodul: 1347 MPa (195.500 psi)); NRD5-1569 (Schmelzflussrate: 4,2 g/10 min; Biegemodul: 1378 MPa (200.000 psi)); NRD5-1602 (Schmelzflussrate: 40,0 g/10 min; Biegemodul: 1172 MPa (170.000 psi)); SRD5-1572 (Schmelzflussrate: 38,0 g/10 min; Biegemodul: 1298 MPa (188.400 psi)); SRD5-1258 (Schmelzflussrate: 25,0 g/10 min) und INSPIRE^TM-Harz (Schmelzflussraten im Bereich von 1,8 bis etwa 25 g/10 min), wobei alle von The Dow Chemical Company erhältlich sind. Die Schmelzflussrate wird gemäß ASTM D 1238 (230°C/2,16 kg) und das Biegemodul gemäß ASTM D 790A gemessen. Es versteht sich, dass Harze von anderen Firmen, wie etwa Exxon, Bassel, Mitsui usw. ebenfalls verwendet werden können.
Additive, wie etwa Antioxidationsmittel (z.B. gehinderte Phenole, wie etwa IRGANOX^TM 1010 oder IRGANOX^TM 1076, bezogen von Ciba Geigy), Phosphite (z.B. IRGAFOS^TM 168 ebenfalls von Ciba Geigy bezogen), Haftadditive (z.B. PIB), Pigmente, Färbemittel, Füllstoffe und dgl. können ebenfalls in den hier offenbarten Fasermaterialien verwendet werden.
Ähnlich können die Polymere, die hier offenbart sind, mit anderen Polymeren gemischt werden, um Charakteristika, wie etwa Elastizität, Verarbeitbarkeit, Festigkeit, thermisches Binden oder Adhäsion zu einem Ausmaß zu modifizieren, dass eine solche Modifizierung nicht nachteilig die gewünschten Eigenschaften beeinflusst.
Einige geeignete Materialien zum Modifizieren der Polymere umfassen andere im Wesentlichen lineare Ethylenpolymere, als auch andere Polyolefine, wie etwa Hochdruckethylenhomopolymer mit geringer Dichte (LDPE), Ethylenvinylacetatcopolymer (EVA), Ethylencarbonsäurecopolymere, Ethylenacrylatcopolymere, Polybutylen (PB), Ethylen/alpha-Olefinpolymere, umfassend hochdichtes Polyethylen (HDPE), mitteldichtes Polyethylen, Polypropylen, Ethylenpropyleninterpolymere, Polyethylen mit ultrageringer Dichte (ULDPE), als auch pfropf-modifizierte Polymere, die z.B. Anhydride und/oder Diene umfassen, oder Gemische davon.
Noch weitere Polymere, die geeignet sind zum Modifizieren der Polymere, umfassen synthetische und natürliche Elastomere und Gummis, die dafür bekannt sind, dass sie variierende Elastizitätsgrade zeigen. AB- und ABA-Block- oder -Pfropfcopolymere (worin A ein thermoplastischer Endblock ist, wie etwa z.B. ein Styrolrest, und B ein elastomerer Mittelblock ist, der z.B. abgeleitet ist von konjugierten Dienen oder niederen Alkenen), chlorierte Elastomere und Gummis, Ethylenpropylendienmonomer(EDPM)-Gummis, Ethylenpropylengummis und dgl. und Gemische davon sind Beispiele bekannter elastischer Materialien nach dem Stand der Technik, von denen erwartet wird, dass sie geeignet sind zum Modifizieren der elastischen Materialien, die hier offenbart sind.
Polypropylen kann gemischt werden mit einem niederschmelzenden Polymer, wie etwa Polyethylen, um die Festigkeit in der Bindungsregion zu erhöhen. Auf dem selben Weg kann LLDPE gemischt werden mit einem niederschmelzenden/niedere Dichte-Polyethylen, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen.
Die ursprüngliche chemische Struktur des Polymers, das verwendet wird, um nicht-gewobene Materialien herzustellen, hat einen Einfluss auf die Stoffeigenschaften. Die chemische Struktur eines Polymers beeinflusst die Dichte/Kristallinität, Viskosität und die Molekulargewichtsverteilung des Polymers. Ebenfalls kann die Zugabe von zwei oder mehr Polymeren zum Herstellen eines Gemischs wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften von nicht-gewobenen Materialien haben. Stofffestigkeit erhöht sich mit Erhöhung der Molekulargewichtsverteilung. Die Erhöhung der MWD verringert die Orientierung der Fasern im Spinnverfahren, wodurch ein stärkeres Schmelzen während dem Kalandieren bewirkt wird.
Die nicht-gewobenen Stoffe gemäß den Ausführungsformen der Erfindung haben Anwendbarkeit in einer Vielzahl von Anwendungen. Geeignete Anwendungen umfassen, ohne darauf begrenzt zu sein, Einweg-Körperhygieneprodukte (z.B. Traininghosen, Windeln, Inkontinenzprodukte, Hygieneprodukte für Frauen und dgl.), Einwegbekleidungen (z.B. Industriekleidung, Overalls, Kopfbedeckungen, Unterhosen, Hosen, Hemden, Handschuhe, Socken und dgl.) und Infektionsbekämpfungs/Reinraumprodukte (z.B. Operationsbekleidung und Tücher, Gesichtsmasken, Kopfbedeckungen, Operationskappen und Abdeckungen, Schuhüberzüge, Schlupfstiefel, Wundabdeckungen, Bandagen, Sterilisationseinhüllungen, Wischtücher, Labormäntel, Overalsl, Hosen, Schürzen, Jacken, Bettwäsche und Laken). Die nicht-gewobenen Stoffe können auch auf die Arten verwendet werden, die in den folgenden U.S. Patenten gelehrt werden:
6,316,687; 6,314,959; 6,309,736; 6,286,145; 6,281,289; 6,280,573; 6,248,851; 6,238,767; 6,197,322; 6,194,532; 6,194,532; 6,194,517; 6,176,952; 6,146,568; 6,140,442; 6,093,665; 6,028,016; 5,919,177; 5,912,194; 5,900,306; 5,830,810 und 5,798,167.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele zeigen einige Ausführungsformen der Erfindung. Sie begrenzen die hier beschriebene und beanspruchte Erfindung nicht. Alle Zahlen in den Beispielen sind ungefähre Werte. In den folgenden Beispielen wurden verschiedene nicht-gewobene Stoffe durch mehrere Verfahren charakterisiert. Leistungsfähigkeitsdaten dieser Stoffe wurden ebenfalls erhalten. Die meisten der Verfahren oder Tests wurden gemäß einem ASTM-Standard, falls anwendbar, oder bekannten Verfahren durchgeführt.
HERSTELLUNG VON POLYMERGEMISCHEN
Ein HAAKE-Doppelschneckenextruder wurde verwendet, um Polymergemische herzustellen. Der Extruder hatte die folgenden Charakteristika:

• 6 Heizzonen mit Temperaturen von 110°C, 120°C, 130°C, 135°C, 135°C bzw. 135°C.
• Zwei Schnecken mit 18 mm Durchmesser.
• L/D = 30
• Schmelztemperatur = 146°C
• Düsendruck = 2,64 × 10⁶ Pa (383 psi)
• Torsion = 3,44 × 10⁷ Pa (5000 psi)
• Geschwindigkeit = 200 UpM

HERSTELLUNG VON POLYMERFASERN
Fasern wurden hergestellt durch Extrudieren des Polymers unter Verwendung eines Extruders mit einem Zoll Durchmesser, der eine Zahnradpumpe speist. Die Zahnradpumpe drückt das Material durch eine Spinnpackung, die gesinterte flache Metallfilter mit 40 Mikrometer (mittlere Porengröße) und eine Spinndüse mit 108 Löchern aufweist. Die Spinndüsenlöcher haben einen Durchmesser von 400 Mikrometer und eine Führungskanallänge (d.h. Länge/Durchmesser oder L/D) von 4/1. Die Zahnradpumpe wird so betrieben, dass etwa 0,3 Gramm Polymer durch jedes Loch der Spinndüse pro Minute extrudiert werden. Die Schmelztemperatur des Polymers variiert in Abhängigkeit von dem Molekulargewicht des zu spinnenden Polymers. Im Allgemeinen ist die Schmelztemperatur umso höher je höher das Molekulargewicht ist. Quenchluft (leicht über Raumtemperatur (etwa 24°C)) wird verwendet, um dabei zu helfen, die schmelzgesponnenen Fasern zu kühlen. Die Quenchluft ist direkt unter der Spinndüse angeordnet und bläst Luft über die Faserstrecke wenn sie extrudiert wird. Die Quenchluftflussrate ist nieder genug, sodass sie kaum mit der Hand in dem Faserbereich unter der Spinndüse gefühlt werden kann. Die Fasern werden auf Aufwickelrollen bzw. Galetten mit einem Durchmesser von etwa 0,152 m (6 Zoll) gesammelt. Die Galettengeschwindigkeit ist einstellbar, jedoch für die hier gezeigten Versuche ist die Galettengeschwindigkeit etwa 1500 Umdrehungen/Minute. Die Galetten sind etwa 3 Meter unter der Spinndüse angeordnet. Unmittelbar nachfolgend auf das Spinnverfahren werden alle Fasern in Fasern mit 0,0381 m (1,5 Zoll) Länge geschnitten.
HERSTELLUNG VON NICHT-GEWOBENEN STOFFEN
Proben aus nicht-gewobenem Stoff wurden auf einer Laborkalandierausstattung hergestellt, die ausgestattet war mit einer gehärteten verchromten gravierten Stahlwalze, gemäß den hier beschriebenen Verfahren. Ein graviertes Muster enthält insgesamt 20 Prozent Bindungsbereich und 3,44 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter (222 Bindungspunkte pro Quadratzoll). Die 3A–3I zeigen schematisch verschiedene Bindungsmuster zusammen mit ihren Abmessungen, die in Ausführungsformen der Erfindung verwendet wurden.
Für die Entwicklung von jedem Muster wurde das folgende Verfahren befolgt. Alle Fasern wiesen 3 Denier auf. Die Fasern wurden dann in eine Kardiervorrichtung eingespeist. Die Fasern wurden in den Rotorring durch Vakuum gezogen und durch eine Reihe von Nadeln geführt. Die Fasern wurden dann geeignet für weiteres kardieren durch eine Hochgeschwindigkeitszentrifuge angeordnet. Dieses Verfahren wurde für jede Probe wiederholt. Als nächstes wurden die Fasern gleichmäßig auf einer Stahlplatte mit Abmessungen von 10 cm mal 40 cm verteilt, wobei eine Papierzuführkarte (paper feed card) das vordere Ende des Fasergewebes umschließt. Dies erzeugt ein Gewebe mit einem Grundgewicht von 33 g/m² oder 1 oz/yd². Das Fasergewebe wurde zwischen den sich bewegenden, erhitzten Kalandierwalzen angeordnet, wo das Gewebe thermisch zu einem nicht-gewobenen Stoff gebunden wurde. Die Ausgangsbindungswalzenbedingungen waren wie folgt:

• Temperatur der oberen Walze (graviert) – von etwa 110°C (230°F) bis etwa 121,1°C (250°F), wobei dies die Temperatur ist, die in den Figuren und Tabellen beschrieben ist.
• Temperatur der unteren Walze (glatt) – von etwa 110°C (230°F) bis etwa 121,1°C (250°F), was etwa 4°C höher ist als die obere Walze, um ein Kleben an die obere Walze zu vermeiden.
• Hydraulischer Druck – von etwa 4,82 × 10⁶ Pa (700 psi) bis etwa 1,03 × 10⁷ Pa (1500 psi)
• Walzengeschwindigkeit/Skaleneinstellung = von etwa 3 bis etwa 5 m/min.

TESTVERFAHREN
Die hergestellten Stoffe enthalten zumeist Maschinenrichtungsorientierung. Es gibt sehr wenig Querrichtungsorientierung der Fasern. Die Charakterisierung von Stoffen und der Faserorientierung wurden unter Verwendung der folgenden Technik durchgeführt:

1. Lichtmikrospaufnahmen wurden erhalten von statistisch ausgewählten Stoffen aus diesem Versuch. Sowohl die Oberseite des Stoffes als auch die Unterseite des Stoffes wurde mit 40-facher Vergrößerung photographiert. Lichtmikrospaufnahmen wurden ebenfalls von kommerziellem Spunbond PP-Stoff erhalten, der bei TANDEC auf dieselbe Art hergestellt wurde.
2. Die Lichtmikrospaufnahmen wurden auf Scion Imaging-Software übertragen und in vier Viertel aufgeteilt.
3. Die Winkel der Fasern in jedem Viertel der Lichtmikrospaufnahmen wurden gemessen, wobei die Maschinenrichtung vertikal (0°) ist und die Querrichtung horizontal (90°) ist.

Als alle Fasern gemessen waren, wurde folgende Gleichung verwendet, um die Orientierung zu quantifizieren: Fp = 2·mittl.(cosθ)2 – 1θ ist der Winkel der Faser und Fp ist der Orientierungsparameter, worin ein Wert von 0 einer statistischen Orientierung entspricht und ein Wert von 1 einer perfekten Orientierung in einer Richtung entspricht.
Die Zugfestigkeit von jeder Stoffprobe wurde untersucht unter Verwendung eines Instron 4501-Zugtesters. Anlagenklemmbacken wurden verwendet, um den Stoff im Instron zu befestigen. Das „Standardtestverfahren für die Reisskraft und Dehnung von Textilstoffen" („Standard Test Method for Breaking Force and Elongation of Textile Fabrics") (ASTM D 5035-90) wurde mit einer Ausnahme verwendet. Die Streifen wurden nicht in 0,152 m (6 Zoll) Streifen, sondern in 0,101 m (4 Zoll) Streifen geschnitten.
Ein Standardabriebsverfahren wurde entwickelt, umfassend die folgenden Schritte, unter Verwendung eines Taber Abraser Modell 503 (Rotationsplattformdoppelkopfverfahren (Rotary Platform-Double-Head Method)), mit einem Probenhalter mit 8 Teilräumen:

1. Der Stoff wurde in 0,0762 × 0,0762 m (3 × 3 Zoll) Teile geschnitten und markiert.
2. Eine klebrige Rückseite wurde auf die Kanten der abgeriebenen Oberfläche aufgebracht, um ein Reißen an den Kanten zu verhindern.
3. Proben wurden einzeln auf 4 Dezimalstellen gewogen.
4. Die Proben wurden in der Probenhalterung angeordnet, wobei sichergestellt wurde, dass keine Falten oder lose Bereiche vorlagen. Die Proben wurden angeordnet, wobei die Maschinenrichtung zum Zentrum der Probenhalterung zeigte und die Seite mit dem eingravierten Muster nach oben wies.
5. Die Stoffproben wurden für eine vorbestimmte Zyklenzahl (100) unter Verwendung von CO₂-Gummiabriebsrädern abgerieben. Abdeckband, hergestellt von American Tape, wurde auf die abgeriebene Oberfläche aufgebracht und dann auf eine gleichmäßige aber schnelle Art entfernt.
6. Der Stoff wurde erneut gewogen und aufgezeichnet.

Alle Proben, die rissen oder vollständig zerstört wurden während des Abreibens, wurden herausgenommen und vom weiteren Testen ausgeschlossen.
Biegesteifheit wurde gemessen gemäß der Ausführungsspezifikation von ASTM Verfahren D 1388-64. Eine Niveauflasche wurde auf der horizontalen Plattform angeordnet bevor Messungen aufgenommen wurden, um die Konsistenz sicherzustellen. Die Länge des Überhangs und das Grundgewicht des Stoffes wurde dann verwendet, um die Biegesteifheit zu berechnen. Wenngleich der Test mit frei tragendem Träger (cantilever test) eine Art ist, um leicht die Steifheit aller Stoffe zu messen, ist es wichtig in der Lage zu sein, die Ergebnisse mit dem Verbraucherwunsch zu korrelieren. Der Griff eines Stoffes kann in der Hand einer Person verschiedene Eigenschaften zeigen, als die, die bei einem mechanischen Test gefunden werden. Zusätzlich sollte die Oberfläche des Stoffes ebenfalls beim Berühren einen weichen Griff vermitteln.
Alle Beurteilungen durch Befühlen mit der Hand wurden durchgeführt von einer repräsentativen Personengruppe von 12 Personen, die ausgewählt wurden, um Beurteilungen der Körnelung und Steifheit der Stoffe durchzuführen. Alle Mitglieder der Personengruppe befolgten das folgende Verfahren:

1. Jedes Mitglied der Personengruppe erhielt vier Bezugsproben und ihre entsprechende Nummer lag im Bereich von 1 für die schlechteste Körnelung oder die schlechteste Steifheit, bis 15 für die stärkste Steifheit oder stärkste Körnelung. Die Bezugsproben und ihre entsprechenden Zahlen sind in Tabelle 10 gegeben.
2. Das Mitglied der Personengruppe legte die Probe flach auf den Tisch, mit der geprägten Seite des Stoffes nach oben. Ihr Handgelenk lag auf der Tischoberseite und ihre Zeige- und Mittelfinger bewegten sich über die gesamte Oberfläche der Probe. Dieses Verfahren wurde in allen vier Richtungen der Probe wiederholt. Die Beurteilung der Körnelung wurde aufgezeichnet.
3. Das Mitglied der Personengruppe legte die Probe flach auf den Tisch, mit seiner dominanten Hand auf der Oberseite der Probe. Seine Finger wurden so positioniert, dass die Finger in Richtung der Oberseite der Probe zeigten. Die Probe wurde aufgenommen indem sich die Finger in Richtung der inneren Handfläche bewegten, während die andere Hand die Probe in der hohle Hand hielt. Die Probe wird wiederholt gedrückt und wieder losgelassen.
4. Die Beurteilung wurde für die Steifheit aufgezeichnet.

Alle Proben wurden beurteilt, bevor für jede eine numerische Beurteilung gemacht wurde. Aufgrund der Verfügbarkeit von Mitgliedern der Personengruppe wurde nur ein ausgewählter Probensatz getestet.
BEISPIEL 1
Polyethylen(PE)-Polymere wurden von The Dow Chemical Company erhalten. Die Polyethylenpolymere weisen variierende Dichte und Schmelzindizes auf. Ein Polypropylen(PP)-Polymer wurde ebenfalls von The Dow Chemical Company erhalten. Die Eigenschaften der Polymere sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1: In Versuchen verwendete Polymere
Polyethylen, das repräsentativ für PE1 ist, umfasst ASPUN^TM 6842A, erhältlich von The Dow Chemical Company, Midland, MI. Polyethylen, das repräsentativ für PE2 ist, umfasst ASPUN^TM 6811, erhältlich von The Dow Chemical Company, Midland, MI. Polyethylen, das repräsentativ für PE3 ist, umfasst ASPUN^TM 6835A, erhältlich von The Dow Chemical Company, Midland, MI. Polyethylen, das repräsentativ für PE4 ist, umfasst AFFINITY^TM EG8100, erhältlich von The Dow Chemical Company, Midland, MI. Polypropylen, das repräsentativ für PP1 ist, umfasst H500-35, erhältlich von The Dow Chemical Company, Midland, MI. Vier Proben wurden aus den Polyethylenpolymeren formuliert. Drei Homopolymere und ein 95 Prozent/5 Prozent-Gemisch von PE1 und PE4 wurden getestet. Das Mischen des Gemischs erfolgte wie oben beschrieben. 4,75 kg PE1-Pellets wurden vereinigt mit 0,25 kg PE4 und in einem Aufgabetrichter eines Doppelschneckenextruders angeordnet. Nach Austreten aus dem Extruder wird das Polymer durch ein Kühlbad gezogen, das bei 5°C gehalten wird. Das feste Polymer wird dann in einen Berlyn Clay Group-Zerhacker eingebracht, worin es in Pellets geschnitten wird. Das Polymer wurde für 15 Minuten gespült und die Pellets wurden für 100 Minuten gesammelt.
Fasern wurden unter Verwendung der in Tabelle 2 angegeben Spinnbedingungen und des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt.
Tabelle 2: Spinnbedingungen für verschiedene Fasern
Stoffe wurden über die oben beschriebenen Verfahren hergestellt, unter Verwendung der in Tabelle 1 erzeugten Fasern und wurden auf die folgende Art codiert. Eine Reihe von drei Zahlen wurde jeder Probe zugewiesen. Die erste Zahl gab das verwendete Polymer an. Die zweite Zahl gab die Bindungsmusternummer an und die dritte Zahl gab die Bindungstemperatur an. In Bezug auf die Polymerzahl und die 3A–3I für die Bindungsmusterzahlen wird auf Tabelle 2 verwiesen. Zur Vereinfachung wird dieses Kennzeichnungssystem verwendet, um die Proben zu identifizieren.
3 ist für Bindungsmuster 1 mit einem 46° Winkel, 20 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe von 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 7,62 × 10^–4 m (0,03 Zoll). 3B ist für Bindungsmuster 2 mit einem 20° Winkel, 16 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe von 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 6,86 × 10^–4 m (0,027 Zoll). 3C ist für Bindungsmuster 3 mit einem 20° Winkel, 24 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe von 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 8,38 × 10^–4 m (0,033 Zoll). 3D ist für Bindungsmuster 4 mit einem 20° Winkel, 20 Prozent Bindungsbereich, 2,31 × 10⁵ Punkte/m² (149 Punkte/in²), Grundhöhe von 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 9,30 × 10^–4 m (0,0366 Zoll). 3E ist für Bindungsmuster 5 mit einem 20° Winkel, 20 Prozent Bindungsbereich, 4,60 × 10⁵ Punkte/m² (297 Punkte/in²), Grundhöhe von 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 6,60 × 10^–4 m (0,026 Zoll). 3F ist für Bindungsmuster 6 mit einem 42° Winkel, 16 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe von 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 6,86 × 10^–4 m (0,027 Zoll). 3G ist für Bindungsmuster 7 mit einem 37° Winkel, 24 Prozent Bindungsbereich, 3,44 × 10⁵ Punkte/m² (222 Punkte/in²), Grundhöhe von 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 8,38 × 10^–4 m (0,033 Zoll). 3H ist für Bindungsmuster 8 mit einem 46° Winkel, 20 Prozent Bindungsbereich, 2,31 × 10⁵ Punkte/m² (149 Punkte/in²), Grundhöhe von 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 9,3 × 10^–4 m (0,0366 Zoll). 3I ist für Bindungsmuster 9 mit einem 35° Winkel, 20 Prozent Bindungsbereich, 4,60 × 10⁵ Punkte/m² (297 Punkte/in²), Grundhöhe von 4,32 × 10^–4 m (0,017 Zoll) und einer Punktbreite von 6,60 × 10^–4 m (0,026 Zoll).
Als nächstes wurden Stoffstücke zum Zugtesten, Abriebstesten und für einen Freitrage-Test bzw. Cantilever-Test geschnitten. Alle Proben wurden aus dem Zentrum herausgeschnitten, aufgrund einer Inkonsistenz im Fasergewebe und der Verarbeitungstemperatur an den Kanten.
Die Stoffe wurden visuell beurteilt. Temperatur, Druck und Harzwahl hatten keinen Einfluss auf die visuelle Erscheinung des Stoffes. Bindungswalzenmuster hatten einen bemerkbaren Einfluss auf die visuelle Eigenschaft des Stoffes. Die 4A–4I sind Mikroskopische Aufnahmen mit 20-facher Vergrößerung von nicht-gewobenen Materialien, die aus Harz 6824A bei 119,4°C (247°F) hergestellt wurden, welche die visuellen Unterschiede der Stoffe zeigen. Die dunklen rautierten Bereiche sind die Bindungsbereiche der Stoffe, während die helleren Bereiche bzw. Flächen die ungebundenen Fasern sind.
Ein Vergleich der 4A, 4F, 4G, 4H und 4I mit den 4B, 4C, 4D und 4E zeigt, dass ein Seitenwandwinkel von 20° einen kleineren Bindungsbereich erzeugt als der von Mustern, die einen größeren Seitenwandwinkel aufweisen. Messungen der Bindungsseitenbereiche des Stoffes sind in Tabelle 3 angegeben. Die Daten zeigen einen größeren Prozentanteil Bindungsbereich als die Walzenmuster, die der Stoff erzeugte in den Bindungsmustern 1, 6, 7 und 8. Dies ist aufgrund des Schmelzflusses von Polymer unter der Bindungsnadel und ebenfalls der erhöhten Wärmeübertragung aufgrund des Kompaktierens von Fasern in Leerstellenbereichen zwischen den Bindungsnadeln. Die Fasern erhalten weniger freien Raum und Wärmeübertragung durch Konduktion ist höher. Alle Muster, die 20°-Seitenwandwinkel enthalten, zeigen einen prozentualen Stoffbindungsbereich, der kleiner ist als der der Walzenmuster. Schrumpfung der Polymerfasern ist eine mögliche Ursache. Während des Spinnverfahrens der Fasern werden die Fasern unter Spannung in einem orientierten Zustand verfestigt. Wenn die Fasern höheren Temperaturen unter den Bindungsnadeln ausgesetzt werden, entspannen sich die Polymermoleküle zurück oder schrumpfen in einen stabileren Zustand.
Tabelle 3: Gemessene Bindungsbereiche nicht-gewobener Proben
Die 20°-Seitenwandwinkelmuster scheinen ebenfalls Fasern aufweisen, die weniger kompaktiert sind oder eine höhere Porosität aufweisen. Die Bindungsmuster 4, 5, 7 und 8 haben den gleichen prozentualen Bindungsbereich, jedoch verschiedene Konzentrationen von Punkten pro Quadratmeter. Der Abstand zwischen jedem Bindungspunkt ist größer für die Muster mit der geringeren Konzentration von Punkten pro Quadratmeter.
Eine Analyse des Stoffgewichts ist in Tabelle 4 gezeigt. Aufgrund der Variation des Kardierverfahrens und der Handhabung von Fasergeweben treten dünne Punkte auf dem Stoff auf. Dickeschwankung kann einen starken Einfluss auf mechanische Eigenschaften haben. Das Gewicht von Proben mit einem Quadratzoll hat innerhalb eines Stoffes eine sehr geringe Schwankung.
Tabelle 4: Analyse von Stoffgewicht zwischen und innerhalb von Proben
Die 4A–4I sind Mikrophotographien von variierenden Bindungsmustern von PE1-Har. bei 119,4°C (247°F), die ebenfalls verwendet wurden, um die Faserorientierung zu beurteilen. Eine Untersuchung der Figuren zeigt, dass die meisten der Fasern in einer Richtung (nach oben und unten) angeordnet sind. Dies ist die Maschinenrichtung (MD) der Fasern. Die meisten spinngebundenen und geschmolzenen Stoffe enthalten mehr statistische Anordnung von Fasern, sodass der Stoff eine Querrichtung(CD)-Festigkeit als auch eine Maschinenrichtung-Festigkeit aufweist. Eine Beurteilung statistisch ausgewählter Stoffe zeigte, dass Stofforientierungs-(f_p)-Werte für einen kommerziellen spinngebundenen Stoff viel niedriger waren als die der Proben, die in diesen Beispielen hergestellt und getestet wurden. Der kommerzielle spinngebundene Stoff war herrgestellt aus Polypropylen von TANDEC. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Die f_p-Werte auf der unteren Seite des Stoffes sind höher als die der Oberseite, was bedeutet, dass die Fasern stärker orientiert sind in Maschinenrichtung auf der unteren Seite. Die Bindungsnadeln auf der Oberseite drücken die Fasern in einen statistischeren Zustand, während die unteren gebundenen Fasern, gegen eine flache Walze, die Orientierung des Gewebes beibehalten.
Tabelle 5: Daten, die durch Messung der Faserorientierung gesammelt wurden
Die Tabellen 6 bis 9 zeigen verschiedene Eigenschaften der nicht-gewobenen Stoffe für jede Polymerfaser, die getestet wurde, unter Verwendung verschiedener Bindungsmuster bei verschiedenen Temperaturen. Eine Reihe von drei Nummern wurde jeder Probe zugeteilt. Die erste Nummer gibt das verwendete Polymer an. Die zweite Nummer gibt die Bindungsmusternummer an und die dritte Nummer gibt die Bindungstemperatur in °F an. Man muss sich auf Tabelle 2 bezüglich der Polymernummer beziehen und auf die 3A–3I, um sich auf die Bindungsmusternummern zu beziehen. Zur Vereinfachung wird dieses Markierungssystem verwendet, um Proben zu identifizieren. Zum Beispiel steht 1-1-116.1 für einen Stoff, der hergestellt ist aus PE1-Harz, unter Verwendung von Bindungsmuster 1 (3A), bei einer Bindungstemperatur von 116,1°C (241 °F). Zugeigenschaften für alle Proben wurden bezüglich Spitzenbelastung und Bruchdehnung gemessen und durch Verwendung eines Instron 4501 und Verfahren ASTM D 5035-90, wie zuvor beschrieben. Aufgrund der Variabilität zwischen Stoffen, die unter den gleichen Bedingungen hergestellt werden, wurden sechs Zugproben getestet. Der mittlere Abrieb (ABR), der unter jeder der Verarbeitungsbedingungen beobachtet wurde, ist aufgeführt. Die Biegesteifheit (FR) jedes Stoffes wurde gemessen für die Länge des Überhangs und zusammen mit dem Grundgewicht, um FR gemäß ASTM D 1388-64 zu bestimmen, wie oben beschrieben. Der für jedes Harz unter jeder Verarbeitungsbedingung gemessene mittlere FR ist angegeben.
Tabelle 6: Daten für Harz PE1
Tabelle 7: Daten für Harz PE2
Tabelle 8: Daten für Harz PE3
Tabelle 9: Daten für Harz, das 95 Prozent PE1 und 5 Prozent PE4 enthält
Höchsbelastungswerte lagen im Bereich von 800 g bis 2400 g. Diese Werte sind viel geringer als für eine typische PP-Probe. Unter Verwendung von Muster 2 bei 136,6°C (278°F) ergibt PP1 eine Spitzenbelastung von 4875 g. Im Allgemeinen erhöht sich die normalisierte Spitzenbelastung mit einer Erhöhung der Temperatur, der Bindungsbereich und des Bindungswinkels. Für Harz PE2 und für das Gemisch aus 95 Prozent PE1 und 5 Prozent PE4 nahm die Spitzenbelastung ab beim Erhöhen der Temperatur von 114,4°C (238°F) auf 116,1°C (241°F) für PE2 und von 117,7°C (244°F) auf 119,4°C (247°F) für das Gemisch. Dies kann einer Veränderung des Bruchmechanismus zugeschrieben werden. Der paarweise Vergleich von Proben zeigt, dass eine 24 Prozent-Bindungsbereich eine höhere Spitzenbelastung aufweist als ein 16 Prozent Bindungsbereich. Wie früher gezeigt, hat der Bindungswinkel einen dramatischen Einfluss auf den tatsächlichen Bindungsbereich auf den Proben. 5 ist eine graphische Darstellung der normalisierten Spitzenbelastung gegenüber der Temperatur von PE2-Harz bei verschiedenen Temperaturen und durch Verwendung verschiedener Bindungsmuster. Die Spitzenbelastung wurde linear normalisiert auf ein Grundgewicht von 33 g/m² (1 oz/yd²), aufgrund dessen, dass die Spitzenbelastung eine starke Funktion des Grundgewichts ist.
6 ist eine graphische Darstellung der prozentualen Dehnung gegenüber der Temperatur für Harz PE2 bei verschiedenen Temperaturen, unter Verwendung von verschiedenen Bindungsmustern. Die Dehnung von nicht-gewobenen PE-Materialien lag im Bereich von 10 Prozent bis zu 95 Prozent. Unter Verwendung von Muster 2 bei 136,6°C (278°F) erreichte die Dehnung von PP nur 31 Prozent und 37 Prozent war der höchste Wert, der unter jeglicher Verfahrensbedingung erreicht wurde. Eine Abnahme der Konzentration von Bindungspunkten erhöhte die Dehnung wesentlich. Tatsächlich verdoppelte Harz PE2 nahezu seine Dehnung bei 114,4°C (238°F) bei einer Abnahme der Konzentration von Bindungspunkten von 4,60 × 10⁵ Punkte/m² auf 2,31 × 10⁵ Punkte/m² (297 Punkte/in² auf 149 Punkte/in²). Die Ausnahme diesbezüglich ist das Harz aus 95 Prozent PE1 und 5 Prozent PE4, welches keinen großen Unterschied der Dehnung bei Abnahme der Konzentration von Bindungspunkten zeigt. Dies kann erklärt werden durch die hochelastische Eigenschaft von PE4, die signifikanter sein könnte als die Wirkung des Bindungsmusters. Die Temperatursteuerung ist wichtig. Ein Unterschied von 1,6°C (3°F) der Temperatur kann bis zu 100 Prozent Abnahme der Dehnung mit sich bringen.
Drei Beispiele typischer Belastungsspannungskurven für Harz PE1 sind in 7 gegeben. Die Beispiele wurden hergestellt unter Verwendung von PE1-Harz, unter Verwendung von Bindungsmuster 3, bei Temperaturen von 116,1°C (241°F), 117,7°C (244°F) und 119,4°C (247°F). Wenn die Temperatur zunimmt, erhöht sich die Spitzenbelastung. Bei der höchsten Temperatur von 119,4°C (247°F) nimmt die Dehnung des Stoffes ab. Ebenfalls ist das Anfangsmodul des bei 119,4°C (247°F) hergestellten Stoffes höher als diejenige, das bei geringeren Temperaturen gebildet wird. Dies ist typisch für alle Stoffproben.
8 ist eine typische graphische Darstellung des Abriebs gegenüber der Temperatur für Harz PE1. Im Allgemeinen zeigen die Daten, dass die Dehnung eine Funktion aller Verarbeitungsvariablen ist. Eine Erhöhung des Bindungsbereichs und des Bindungswinkels, die in gegenseitiger Beziehung stehen, erhöht die Dehnung des Stoffes. Im Allgemeinen ist die Abriebsfestigkeit weitestgehend eine Funktion der Temperatur, wenngleich wesentliche Unterschiede zwischen Bindungsmustern gesehen werden können. Dies kann erklärt werden durch seinen Bruchmechanismus. Wenn die Oberfläche gerieben wird, werden die Fasern von den Bindungspunkten abgezogen. Aufgrund des Bruchmechanismus beim Abrieb hängt die Fusselmenge auf der Oberfläche mehr von der Bindungsfestigkeit als der Größe der Bindung ab. Die Werte für Abrieb lagen im Bereich von 0,48 mg/cm² bis zu größer als 1 mg/cm². Eine PP-Probe hat unter Verwendung von Muster 2 bei 136,6°C (278°F) einen Abriebswert von 0,15 mg/cm². Mehr als 3-mal weniger als der von PE.
Eine Auftragung der Biegesteifheit („FR") gegenüber der Temperatur ist in 9 für Harz PE2 gezeigt. Dies ist eine typische Auftragung und zeigt die Trends, die in den anderen Harzen gefunden werden. Eine hohe Überhanglänge zeigt einen steifen Stoff. Ebenfalls trägt ein hohes Grundgewicht zu einer Erhöhung der Steifheit bei, da der Stoff ein größeres Gewicht trägt wenn es über die Kante hängt. Ein Überhang des Stoffs, wobei die Seite der eingravierten Walze nach oben und unten vorliegt, wurde als der Gesamtüberhang für ein einzelnes Stoffstück betrachtet. Es wurde jeweils ein Mittelwert davon genommen. Es wird angenommen, dass dies besser die Gesamtsteifheit des Stoffes repräsentiert, da der Stoff sich beim Tragen in beide Richtungen biegt. Vier Messungen wurden für jede Probe auf diese Art durchgeführt.
Es wird beobachtet, dass die Bindungsmuster 6–9 mit größeren Bindungswinkeln höhere Werte aufweisen als die Muster 2–5 mit 20°-Bindungswinkeln. Die Biegesteifheit aller PE-Proben lag im Bereich von den unteren 20-igern bis 125 mg·cm für Probe 3-7-119,4. Diese Werte sind relativ gering, unter Berücksichtigung, dass ein typischer PP-Stoff einen FR-Wert von über 200 mg·cm aufweist. Harz PE2 zeigte die geringste Steifheit im Vergleich mit anderen Harzen bei gleichen Verarbeitungsbedingungen. Dies ist wahrscheinlich zurückzuführen auf die geringe Dichte des Polymers. Die höchsten FR-Werte wurden durch PE3 erhalten und können einer höheren Polymerdichte zugeschrieben werden. Die Zugabe von PE4 zu PE1 erzeugte höhere FR-Werte. Es ist wahrscheinlich zurückzuführen auf eine Erhöhung des Schmelzens im Bindungsbereich und/oder Schrumpfens der Fasern und des Stoffes. Bezüglich des Bindungsmusters wird gezeigt, dass geringe Bindungsbereiche, geringe Seitenwandwinkel und geringe Bindungspunktkonzentrationen die geringsten Werte für FR erzeugen. Es sollte festgehalten werden, dass geringe Bindungsbereiche, Seitenwandwinkel und Bindungspunktkonzentrationen andere Eigenschaften beeinträchtigen können, d.h. Abrieb. Daher kann aufgrund des geringen Moduls von PE der FR-Wert nicht so wichtig sein wie andere Eigenschaften.
Der Einfluss, den das Bindungswalzenmuster auf die Steifheit (ST) des Stoffes und die Körnelung (GR) der Oberfläche haben, wurde durch den Handgriffigkeitstest beurteilt. 12 Mitglieder einer Personengruppe beurteilten die beiden Eigenschaften in einer Skala von 1 bis 15. Bezugspunkte (verwendet als Grundlinie) wurden bereitgestellt wie in Tabelle 10 aufgeführt. Harz PE1-Proben, verarbeitet bei 119.4°C (247°F) auf jedem Bindungsmuster, wurden als Proben verwendet. Tabelle 11 fasst das Mittel aus zwei Beurteilungen, die von Hand durchgeführt wurden, für jedes Bindungsmuster zusammen.
Tabelle 10: Bezugsmaterialien und ihr entsprechender Wert
Tabelle 11: Daten, die durch Handuntersuchung gesammelt wurden
Scanningelektronenmikroskopie (SEM) wurde verwendet, um die Effekte von Verarbeitungsbedingungen auf der nicht-gewobenen Oberfläche, Bindungsperimeter, Querschnitt und Fehlermechanismus zu analysieren. Es ist gezeigt worden, dass die Verarbeitungsbedingungen den Gefühlseindruck und die Festigkeit des Stoffes beeinflussen. Dieser Abschnitt diskutiert die Beziehung zwischen der Stoffoberfläche und seinen Eigenschaften und identfiziert auch den Bruchmechanismus als eine Funktion der Verarbeitungsbedingungen.
Bereichsansichten und Querschnittsansichten wurden unter Verwendung des folgenden Verfahrens erhalten:

1. Der Querschnitt des Stoffes wurde geschnitten, indem er zwischen zwei Blätter Papier angeordnet wurde und die Probe in flüssigem Stickstoff für etwa 1 min angeordnet wurde, gefolgt durch Schneiden mit einer Rasierklinge senkrecht zur Maschinenrichtung.
2. Die Probe wurde auf einem Objektträger mit leitfähigem Band angeordnet und die Kanten wurden mit leitfähiger Graphitfarbe eingefasst.
3. Ein Denton Vakuum Hi-Res 100-hochauflösendes Chrom-Sputtersystem wurde verwendet, um den Stoff mit einem 100–120 Å dicken Film zu beschichten.
4. Die Probe wurde in dem Probenteilraum bzw. Probenkompartiment angeordnet und der Teilraum wurde auf 1,3 × 10^–5 Pa (10^–7 Torr) evakuiert.
5. 5 kEV wurden aus 20 verfügbaren kEV verwendet, aufgrund von Problemen mit einem Ladungsaufbau auf der Stoffoberseite.
6. Mikroskopische Aufnahmen wurden bei verschiedenen Verstärkungen erhalten.
7. Scion-Bilddarstellungssoftware wurde verwendet, um die Mikrophotographiebilder anzuschauen und zu messen.

Alle getesteten Proben wurden mikrophotographiert bei einer geringen Verstärkung von zwischen 60 × und 100 × Fokussieren auf den Bindungspunkt. Da es keinen bemerkbaren Oberflächenunterschied zwischen Temperaturen gab, wurden alle Bilder der Proben bei 1,6°C (3°F) unter ihrem Klebepunkt aufgenommen. Diese Temperatur ist 119,4°C (247°F) für alle Proben, ausgenommen für Harz PE2, das bei 119,4°C (247°F) gehalten wurde. Alle neun Bindungsmuster, die von Harz PE1 gemacht wurden, sind in den 10A–10J gezeigt. Alle Bindungspunkte enthalten eine große flache Oberfläche in der Mitte, die sich in Richtung der Kante erhebt. Die Muster 1, 6, 7 und 8 enthalten alle einen großen Seitenwandwinkel. Der Effekt davon ist mit dem PE1-Harz weniger bemerkbar als für die anderen Harzen, möglicherweise aufgrund seines hohen Schmelzindex. Die Muster mit dem kleinen Seitenwandwinkel erzeugen eine Bindung, die einen kleineren flachen Bereich und, geometrisch, einen stärker abgerundeten Bindungspunkt zeigt. Aufgrund dessen, dass die Form des Bindungspunkts, der mit einem Seitenwandwinkel von 20° erzeugt wird, abgerundet ist und weniger Oberflächenbereich abdeckt, wie früher gezeigt, ist dann der Abstand zwischen jedem Bindungspunkt größer. Dieser größere Abstand führt dazu, dass der Stoff einen weicheren Eindruck vermittelt, aufgrund der Erhöhung des exponierten Bereichs der Fasern. Dies korreliert gut mit den Handbeurteilungsdaten. Umgekehrt erzeugt die kleine Bindungspunktoberflächenabdeckung weniger verschlungene Fasern und verringerte die Festigkeit des Stoffs. Dies war früher aus Zugfestigkeitsdaten ersichtlich.
Ein Effekt der Verarbeitungsbedingungen des nicht-gewobenen Stoffs ist sein Versagensmechanismus während dem destruktiven Testen, wie etwa dem Zug- und Abriebstesten. Drei Versagens-Typen können auftreten. Die Fasern können aus der Bindungsstelle herausgezogen werden, brechen am Bindungsumfang oder von der Bindung wegberechen. SEM-Mikrophotographien wurden ebenfalls verwendet, um den Versagensmechanismus für ausgewählte Proben von nicht-gewobenen Materialien zu identifizieren. Die 11A–C zeigen Beispiele des Versagensmechanismus während eines Zugfestigkeitsversagens. Es ist festzuhalten, dass die meisten Verarbeitungsbedingungen dazu führen, dass der Polyethylenstoff dadurch versagt, dass die Fasern von einem schwachen Bindungspunkt weggezogen werden. In manchen Fällen war es bei höheren Temperaturen ersichtlich, dass die Bindungen stark genug waren, um Faserbruch am Bindungsumfang zu bewirken. Die Zugabe von 5% des PE4-Harzes zum PE1-Harz erhöhte die Bindungsfestigkeit bei 119,4°C (247°F) genug, um zu bewirken, dass einige Fasern am Bindungsumfang brechen. Dies war der Beweis für zwei Bruchmechanismen an diesem Punkt, einschließlich des Wegziehens von Fasern von der Bindung und des Brechens von Fasern am Umfang.
Eine Analyse des Versagensmechanismus, der durch Abrieb hervorgerufen wird, zeigte kein Anzeichen des Versagens durch Brechen am Bindungsumfang. Die 12A–B zeigen zwei Beispiele eines gebrochenen Bindungspunktes, bewirkt durch Abrieb. Die dünnen bandartigen Streifen sind Überreste des zuvor thermisch gebundenen Punktes. Selbst diejenigen Proben, die in Zugfestigkeitstests durch brüchiges Faserversagen am Bindungsumfang versagten, zeigten nicht den gleichen Bruchmechanismus. Nach Abrieb versagte der Stoff durch Zerstörung des Bindungspunktes. Dieses Phänomen kann erklären, warum der Abriebswiderstand keinen Spitzenwert erreicht und dann abnimmt, wenn die Verarbeitungstemperatur erhöht wird, wie auch die Zugfestigkeit und Dehnung. Die Abriebsfestigkeit ist nur Abhängigkeit von der Bindungsfestigkeit.
Wie oben gezeigt, liefern Ausführungsformen der Erfindung einen nicht-gewobenen Stoff, der relativ erhöhte Zugfestigkeit, Dehnung, Abriebsfestigkeit, Biegesteifheit und/oder Weichheit aufweist. Zusätzliche Charakteristika und Vorteile, die durch Ausführungsformen der Erfindung bereitgestellt werden, sind für den Fachmann in der Technik ersichtlich.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, gibt es Variationen und Modifikationen davon. Zum Beispiel muss die Stoffzusammensetzung kein Gemisch innerhalb der oben angegebenen Zusammensetzungen sein. Sie kann jede beliebige Menge von Komponenten umfassen, solange die Eigenschaften, die in der Stoffzusammensetzung gewünscht sind, erfüllt werden. Es sollte festgehalten werden, dass die Anwendung der Faserzusammensetzung nicht auf Sanitärartikel begrenzt ist; sie kann in jeder beliebigen Umgebung verwendet werden, die einen thermisch gebundenen nicht-gewobenen Stoff erfordert. Die anhängigen Ansprüche sehen vor alle solche Variationen und Modifikationen, die innerhalb des Bereichs der Erfindung fallen, zu umfassen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines nichtgewobenen Stoffs, umfassend: Führen eines Fasergewebes (12) durch ein Walzenpaar (20, 22), um einen thermisch gebundenen Stoff mit einem Prozentanteil gebundener Bereiche von größer als 20 Prozent zu erhalten, worin der Bindungsbereich durch ein erhöhtes eingraviertes Muster auf einer der Walzen (20) gebildet wird und das eingravierte Muster mehrere Bindungspunkte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Prozentanteil der gebundenen Bereiche mindestens 24 Prozent ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 20° oder höher umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 35° oder höher umfassen.
Verfahren nach Anspruch 4, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 37° oder höher umfassen.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 42° oder höher umfassen.
Verfahren nach Anspruch 6, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 46° oder höher umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das erhöhte eingravierte Muster mindestens 1,55 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, worin das erhöhte eingravierte Muster mindestens 2,31 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das erhöhte eingravierte Muster mindestens 3,1 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, worin das erhöhte eingravierte Muster mindestens 3,44 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, worin das erhöhte eingravierte Muster mindestens 4,6 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, worin das erhöhte eingravierte Muster mindestens 4,65 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fasergewebe Polyethylen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, worin das Polyethylen ein Homopolymer von Ethylen ist.
Verfahren nach Anspruch 14, worin das Polyethylen ein Copolymer von Ethylen und einem Comonomer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, worin das Polyethylen in der Gegenwart eines Metallocenkatalysators erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, worin das Polyethylen in der Gegenwart eines Katalysators mit gespannter Geometrie erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, worin das Polyethylen in der Gegenwart eines Einstellenkatalysators erhalten wird.
Nichtgewobener Stoff, erhältlich durch ein in einem der vorhergehenden Ansprüche definiertes Verfahren.
Nichtgewobener Stoff, umfassend ein Polymer, worin der Stoff eine geprägte Seite aufweist und einen Prozentanteil von Bindungsbereichen von größer als 20 Prozent aufweist, worin die Bindungsbereiche ein gebundenes Muster mit mehreren Bindungspunkten umfassen.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 21, worin der Prozentanteil der Bindungsbereiche mindestens 24 Prozent ist.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 21 oder 22, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 20° oder höher umfassen.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 23, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 35° oder höher umfassen.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 24, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 37° oder höher umfassen.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 25, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 42° oder höher umfassen.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 26, worin die Bindungspunkte weiterhin einen Bindungspunktwinkel von 46° oder höher umfassen.
Nichtgewobener Stoff nach einem der Ansprüche 21 bis 27, worin das gebundene Muster mindestens 1,55 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 28, worin das gebundene Muster mindestens 2,31 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 29, worin das gebundene Muster mindestens 3,1 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 30, worin das gebundene Muster mindestens 3,44 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 31, worin das gebundene Muster mindestens 4,6 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 32, worin das gebundene Muster mindestens 4,65 × 10⁵ Bindungspunkte pro Quadratmeter aufweist.
Nichtgebundener Stoff nach einem der Ansprüche 21 bis 33, worin das Polymer Polyethylen umfasst.
Nichtgewobener Stoff nach Anspruch 34, worin das Polethylen in der Gegenwart eines Metallocenkatalysators erhalten wird.