CN1200626C - 具有两个表面的卷材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种在其至少一个表面上有许多突出的杆的卷材。它包括带第一表面和第二表面的第一连续弹性材料层和第二材料层。第二材料层的第一表面朝第一材料层的第一表面，其第二表面有许多突出的杆。将第一和第二材料层复合在一起。第二材料层可由热塑性材料或可熔融加工的聚合物材料制成。第一和第二材料层是熔融成形的。它们通过共挤出或层压而复合在一起，形成多层片材。通过加工(例如用带图案的辊或模具在热卷材上压印杆)而至少在第二层上形成许多杆。

Description

具有两个表面的卷材及其制造方法
发明的领域
本发明涉及在一个表面上具有许多用于紧固或连接的啮合元件的卷材及其制造方法，如聚合物卷材。所述啮合元件可以是杆、圈或其它能与对置表面上的啮合元件(如纤维或突起)机械互锁的其它表面啮合元件。
发明的背景
圈-钩紧固件(如目前美国3M公司在市场上出售的商标为ScotchmateTM的紧固件)是已知类型的机械紧固件。钩扣的一种变化是蘑菇状突起或杆，它也可通过与其它非圈突起或表面元件啮合而用作单一型紧固件。
美国专利4.056,593和4,959,265公开了一种挤出含竖杆的聚合物卷材的方法。美国专利5,077,870的钩扣结构是将单组分热塑性树脂挤出至具有空腔阵列的模具中，再从该模具中分离树脂，从而形成杆阵列。随后对这些杆进行压延，在杆的顶部形成较阔的头部(顶盖或蘑菇头)。美国专利5,393,475公开了一种使用两种不同的材料制备在两个表面上均具有杆的含杆卷材的方法。
尽管本领域目前取得了进步，但是仍需要含杆卷材(如机械紧固件)具有各种性能以满足不同的用途。
发明的概述
出于描述的目的，术语“杆”是指表面(如卷材)上的突起，与其外形、长度、长-宽比、或其它特征无关，只要该杆能与其配合的具有其它啮合元件(如杆、钩扣或纤维)的表面机械互锁或啮合即可。含杆卷材是指在其至少一个表面上具有细小结构或啮合元件(如钩扣和杆)的卷材。
本发明提供了一种具有两个表面的卷材，在其至少一个表面上有许多突出的杆(12)，所述卷材的特征在于它至少具有两层：
(a)具有第一表面和第二表面的弹性材料第一层(16)；和
(b)由第二材料形成的连续的第二层(14)，它具有朝第一层(16)的第一表面的第一表面和有许多突出的杆(12)的第二表面；
当受到拉伸应力后，所述卷材(10)至少可沿一个方向由其初始状态伸长，除去该应力后它可基本回复至所述初始状态，
所述第二材料包括热塑性材料，
所述第二层的厚度小于500微米。
本发明还提供了一种至少一个表面上有许多突出的杆的卷材的制造方法，它包括熔融成形两层并在至少一个表面上形成许多杆的步骤，该方法的特征在于：
(a)由弹性材料熔融成形具有第一表面和第二表面的第一层(16)；
(b)由第二材料熔融成形具有第一表面和第二表面的连续的第二层(14)；
(c)将所述第一层和第二层的第一表面复合在一起，形成片材，其中所述第一层是连续的；
(d)至少在所述第二层(14)的第二表面上形成许多杆(12)，
所述第二材料包括热塑性材料，
所述第二层的厚度小于500微米。
本发明涉及在其至少一个表面上有许多突出的杆的卷材。所述卷材包括至少一层具有第一表面和第二表面的第一材料层和第二材料层。该第二材料层的第一表面朝第一材料层的第一表面，其第二表面有许多突出的杆。在第一材料层和第二材料层中的一层或两层均处于熔融状态时并且在熔融的一层材料或两层材料冷却前，可以(但不是必需的)将这两层材料复合在一起。
第一层材料由弹性材料制成，第二层材料由热塑性材料或可熔融加工的聚合物材料制成。第一层材料与第二层材料不同，在一个实例中，形成第一层的材料突入并构成在第二层上形成的杆的至少一部分。
在另一个实例中，卷材的两个表面均具有杆，这些杆中的一个或多个可具有顶盖。还可以形成附加的材料层并将其与第一和第二材料层复合在一起。
在本发明的另一个实例中，卷材还包括至少一层放置在所述两层的至少一层的外表面上的附加层，其中所述附加层的一个表面上具有许多啮合元件，它与第二层上的杆机械互锁，起紧固或锁合作用。
本发明还包括具有许多杆的卷材的制造方法。该方法包括选择第一弹性材料作为第一材料层，选择第二材料作为第二材料层。第一材料层和第二材料层是熔融成形的。第一材料层和第二材料层复合在一起形成两层片材。随后，至少在第二层材料上形成许多杆。
所述杆可如下形成：用至少一个含有孔阵列的温度受控表面压制所述多层片材，形成杆阵列。随后所述顶盖可通过用加热表面压制杆的顶端，在杆的顶端上形成顶盖而得到。
或者，可如下形成杆：用定型模头挤出多层热塑性或可熔融加工的材料，在至少一个表面上形成具有许多隆起的多层片材，使许多锐利刀刃垂直地通过该隆起，拉伸所述多层片材，将各条隆起分开，形成许多杆。形成的这些杆可具有钩扣状，或者随后用加热表面压制，形成钩扣或带顶盖的杆。
熔融成形步骤可包括同时熔融成形第一材料层和第二材料层。复合步骤可包括：(a)在任何一层材料层冷却前将第一层和第二层复合在一起：(b)将第一层和第二层层压在一起；和/或(c)在第一层和第二层中间加入一层或多层反应粘结层。可通过共挤出第一材料层和第二材料层来进行熔融成形。
在本发明的一个实例中，所述方法还包括向多层片材的外表面施加至少一层附加层，其中所述附加层的外表面带有许多圈。
可拉伸本发明卷材使之围绕要紧固、保护或包裹的物体或人体，松开后形成恒定的张力使之贴合该人体或物体。在该卷材的整个长度方向上它还表现出基本上连续的紧固能力。用这种连续的紧固结构代替仅在弹性卷材末端具有紧固手段的弹性材料形成的结构，可以使卷材沿弹性卷材的整个长度和宽度方向具有紧固手段。这种结构至少在两方面具有优点：(1)可将这种功能连续的卷材切割成各种有用的大小和形状来显示其功能，尤其适用于带状包装；和(2)这种功能连续的卷材的单位面积的紧固能力更强。
附图简述
所有的附图均是本发明卷材的部分剖面图，表示杆和第一和第二材料层复合方式的各种实例。
图1是第一弹性材料层通过第二层而突出形成杆的结构图；
图2是一个与图1相似的实例，但是杆具有由第二层材料制成的冠或顶层；
图3表示一个实例，其中的杆包括第一弹性材料层内芯和第二材料层外层或表面；
图4表示一个实例，其中的杆包括大部分上层即第二层材料，仅有少量第一层弹性材料突入杆的底部；
图5表示一个实例，其中的杆全部由第二层材料制成；
图6表示一个与图5相似的实例，不同之处在于第二层包括许多层；
图7表示拉伸活化前带有许多杆的本发明卷材的一个实例；
图8表示拉伸并且各个杆相互脱开后处于伸长状态的与图7相同的结构。
发明的详细描述
机械紧固件的钩扣结构是含杆卷材的一种形式。这些机械紧固件在形成于卷材上的杆上带有能与圈材料啮合的某些类型的钩扣。在某些用途中，钩扣结构和其底部支承物由多种材料组成。在本发明中，将多种材料一起成形(如通过熔融成形(例如挤出))以提高机械紧固件的使用性能。这些性能(包括钩扣强度、钩扣和杆的挠性、耐久性、耐磨性、圈保持性、圈啮合性、柔软性、外观、剥离性和剪切强度)的提高取决于材料的选择。可选择材料和结构以改变机械紧固件的性能，从而用于不同用途。
另一种类型的含杆卷材具有无顶盖的杆结构。当杆表面自粘附时(如通过在含杆卷材的一个或多个表面上施涂粘合剂)，该杆表面可自啮合。
影响性能的某些因素包括材料层的厚度，杆结构(杆是否由一种或多种材料组成，当杆由多于一种材料构成时材料的相对位置)、是使用单层材料还是使用多层材料、杆的密度(单位面积杆的数量)、杆的几何形状(杆基本是直的、倾斜的还是具有形状的钩扣)以及结构的第二表面的特性。
多层紧固件至少具有两层，在至少一个表面上形成杆阵列。这种紧固件的第一层包括一种弹性材料，使总体结构具有弹性性能，即受到应力(如拉伸应力)时它可在至少一个方向由其初始状态伸长(至少伸长5％，较好伸长10％，更好伸长20％)，该应力消除后它能基本回复至所述初始状态。当存在拉伸残余形变或应力松弛(它可高达50％，较好小于30％，更好小于25％)时，认为本发明卷材基本回复至其初始状态或条件。第一层可包括各种已知的弹性材料，包括例如弹性体，如天然或合成橡胶、含异戊二烯、丁二烯或乙烯(丁烯)嵌段的苯乙烯嵌段共聚物、茂金属催化的聚烯烃、聚氨酯或聚二有机硅氧烷。还可使用下列弹性体：聚酯类、聚酰胺类、聚烯烃类、嵌段和星型聚合物。
含杆卷材结构的第二层可以起初(initially)是连续的。它和其它附加层(如果有的话)可相同或不同，并与构成第一弹性层的材料不同。例如，这种第二层或附加层可具有与第一层相同或不同的弹性材料，或者这些层可以是非弹性的。还可以一层这种层是可塑的，而另一层是硬的。适用于第二层和/或任选的附加层的材料种类的一些例子有聚烯烃，如聚丙烯或聚乙烯；其它热塑性塑料，如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯改性的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和乙烯-丙烯酸共聚物；压敏粘合剂，如丙烯酸类、天然或合成橡胶、增粘的苯乙烯嵌段共聚物、增粘的聚二有机硅氧烷脲共聚物和无定形聚(1-烯烃)；热熔粘合剂，如乙烯-乙酸乙烯酯；可塑的热塑性塑料，如尼龙或聚氯乙烯；非粘性粘合剂；或它们的共混物。
多层材料(如多于三层，并通常高达一百层)还可使带杆表面卷材结构的新复合物的性能不同于单层材料的性能。第一层、第二层和任何附加层中的一层或两层也可由至少两种不同材料的两层或多层组成，形成具有各种复合特性的多层结构。
还可利用各种材料使卷材的一个表面或两个表面具有所需的性能。这些材料的一些例子包括粘合剂表面、具有研磨性或高摩擦力的表面、能提供低摩擦力表面的剥离表面和能接受材料(如粘合剂、涂料或用于形成耐久图象的着色剂)的活性表面。着色剂包括各种材料，如溶解在水中的墨水、溶解在有机溶剂中的油墨、或由100％活性材料组成的印墨。这些墨水、油墨、印墨可通过例如紫外光照射或静电成象进行固化。涂料可包括各种材料，可以是100％的固体材料或者是溶解或分散在任何水和有机溶剂混合物中的涂料。涂料的一个例子是一种能使材料层可用喷墨打印机进行打印的涂料。
通过将一种或多种活性物质加入各层，在界面上形成反应粘结层，或者加入对两层主要层均具有亲和力的结构独立的层，可增强第一层和第二层(主要层)之间或者任何附加层(如有的话)之间的层间粘合。这种活性物质通过在各层的界面上进行反应而增强层间的粘合。此时，大多数活性物质可在材料层中而非在表面上，从而可提高粘性。一些从市场上购得的聚合物含有少量接枝活性部分。当适当匹配时，这种材料能有效地提高层间的粘合。适用的材料对包括，例如羧酸/胺、马来酸酐/胺、羧酸和马来酸酐/羟基、马来酸酯和马来酸酐/双键、碳二亚胺/羧酸、异氰酸酯/羟基、胺/羟基卤化物、酯/胺、酯/酯、酯/羟基酚、酰胺/酯、环氧化物/羟基或胺或羧酸或马来酸酐、噁唑啉/羧酸或酚或马来酸酐和内酰胺/胺或酸离聚物。
反应粘结层可以是连续的或不连续的，可以是弹性的或非弹性的。合适的粘结层的选择取决于粘结层所需的官能度，这种选择在本领域普通技术人员的常识范围内。一般来说，反应粘结层包括多链段的接枝聚合物或嵌段共聚物，其分子链段优先亲和第一层材料或第二层材料。合适的粘结层材料包括，例如乙烯-丙烯酸嵌段共聚物，用于增强聚乙烯层与聚丙烯酸层之间的粘合；乙烯-乙烯醇嵌段共聚物，用于增强聚乙烯层与聚乙烯醇层之间的粘合；乙烯-乙酸乙烯酯嵌段共聚物，用于增强聚乙烯层与聚乙酸乙烯酯层的粘合；乙烯-丙烯酸甲酯嵌段共聚物，用于增强聚乙烯层与聚丙烯酸甲酯层之间的粘合；以及带有接枝的环氧基或马来酸酐基团的聚丙烯，用于增强聚丙烯层与聚氨酯层之间的粘合。材料层的相对厚度会影响本发明弹性紧固件结构的性能。由薄的粘合剂层构成的杆外层和由硬性聚合物形成的粗杆内芯的杆阵列比厚的粘合剂层包裹细的硬性内芯上形成的杆阵列更硬。但是，重要的是弹性层的总厚度(即连续的弹性第一层和其它弹性层)要使总结构具有弹性性能。
通过控制厚度、粘度和加工条件，可制成各种不同的结构。这些结构与选择的材料一起决定最终机械紧固件钩扣的性能。图1是含杆12的第一种片材或卷材10的结构。这种结构使用两层(上层(第二层)14和连续的弹性下层(第一层)16)共挤出的材料。在这种结构中，使用较厚的下层材料。连续的弹性下层材料16构成片材的基底、内芯和杆12的上部。上层材料14构成在片材基底上和围绕杆下部的表面层。在另一个实例中，可使用多种材料和多层次层分别构成上层14和下层16。
图2所示的结构中，上层14所具有的材料多于图1结构的上层所具有的材料。连续的弹性下层16同样构成片材10的基底和杆12的内芯。此时，在由下层16构成的杆上上层14形成冠。上层14还在片材的基底上形成表面层，包括围绕杆底部的材料包层。
在图3中，连续的弹性下层16构成片材10的基底和杆12的内芯材料圆柱。上层14构成基底上和杆上的表面层。
在图4中，弹性下层16同样构成片材10的连续基底并构成一小部分杆12。上层14构成弹性基底的表面层并构成大部分杆材料。下层在杆中的比例可达到这样的程度，即上层构成杆基底和杆而下层是连续光滑的片材，不形成任何杆部分。
图5显示一个与图4相似的实例。在图5中，连续的弹性下层16构成片材10的基底，而上层14构成在基底上的表面层并构成整个杆材料。
图6显示使用许多上材料层18和一层连续的弹性下层19形成的含杆片材结构。上层18可少至二层或多至数十层不同的材料层。这些材料层可包括两种或多种不同的材料(这材料可在不同的层中任意地重复)，一层或多层材料层可包括连续或不连续的反应粘结层，以增强任何两层相邻层之间的层间粘合。片材的弹性基底和杆均是由多层材料层形成的。这种结构可使得到的产物仅用一种材料(最外层材料)构成在基底上的表面层并构成杆的外表面。或者，如图所示，沿杆的底部至顶部的长度方向杆可露出许多层。
在形成杆以前，含杆片材的各层可同时形成或依次形成，可在一层或多层熔融层冷却前，在其处于熔融状态时将其复合在一起。还可以将各层层压在一起，并使各层同时冷却来将它们复合在一起。根据卷材预定的用途，有时也可向卷材施加其它材料(如粘合剂)和进行打印。
可通过例如先挤出一层，随后挤出另一层的依次挤出来进行依次成形。这可采用一个或多个模头来实现。或者，可在模具中或用其它已知的方法(如流延或压延)形成材料层。可通过例如共挤出进行同时成形。可使用一个多料道式模头，或使用一个分成多个模腔以形成多层的供料头。
可将来自不同挤出机的不同熔体料流导入(1)一个多狭缝的供料头，接着导入一个单层薄膜模头，或者(2)多料道式模头中进行共挤出。在多狭缝供料头技术中，至少有两种来自不同挤出机的不同材料被导入供料头中的不同狭缝(通常是2个狭缝至超过200个狭缝)。各股料流在供料头中合并，并以层状堆叠物的形式进入模头，在材料离开模头时它流出成层状片材。多料道式模头在模唇将来自不同挤出机的不同熔融料流合并在一起。这种方法通常限于2-3层薄膜，因为当层数增加时，复杂程度随之增加。在这两种情况下，离开模头的层状片材通过两个压辊形成的辊隙。所述两个压辊中至少有一个具有模具加工过(tooled)的表面以形成杆。
还可使用本领域已知的技术，在足以得到所需的粘结强度的温度和压力条件下，将紧固件结构的各层相互层压在一起。一般来说，将各层加热至软化状态并在压力下将其压制在一起。可使用接近各聚合物熔点的温度和高达20KPa或更高的压力，以得到令人满意的层间粘合。或者，可使用反应粘结层、热熔粘合剂和压敏粘合剂，此时不再需要高温和压力。
杆的密度取决于产品的用途。最适用的密度范围为12-465个杆/cm2(81-3000个杆/英寸2)。可使用各种不同形状的杆。杆可以是直的、倾斜的或带头部(顶盖)的。带顶盖的杆可具有蘑菇状、高尔夫球座状、锚状或钉尾状的形状。它们可具有挤出的外形。直的杆可自啮合、可具有压敏粘合剂(PSA)外层或者可随后涂覆PSA。杆可具有各种形状，包括柱状、棱柱、球状、平行六面体、不规则角度的形状和不规则曲线的形状。
带杆卷材还可具有一个光滑的表面(与含杆表面相反的表面)，共挤出层在卷材光滑表面上，从而在含杆表面的机械紧固功能上再复合其它功能。
在本发明一个实例中，将紧固件结构设计成其中的第二层上的杆由稍脆性的热塑性材料制成。在该实例中，热塑性材料可构成连续的弹性基底上的薄表层并可构成杆的主要部分。这种结构形成较硬的杆，同时保持总体结构的弹性性能，该结构在厚的弹性层上具有带杆的薄的连续表层。可通过拉伸活化该弹性结构。向该结构施加足够的初始拉伸力，以便使相邻杆之间的表层断裂或破裂，从而使硬性杆之间的卷材伸长，并在释放拉伸力后它可基本回复至其初始状态。每次伸长所需的应力取决于弹性内芯的性能，例如模量、厚度和伸长率。拉伸残余形变还取决于弹性体的化学结构，它可由接近零至50％，在大多数情况下为3-10％。共挤出的含杆卷材的拉伸性能取决于各层的厚度比。适合作为带杆的第二层的相对非弹性的硬性聚合物包括，例如聚碳酸酯和聚苯乙烯。
在另一个实例中，带杆的第二层是由可熔融加工的聚合物材料的不溶混的共混物制成。当该不溶混的共混物通过成形装置(如模头和压延机)拉成材料层时，一种聚合物在另一种聚合物连续相中形成不连续相。所述不连续相聚合物应可以熔融加工并与连续相聚合物充分混合，使得挤出产物中的不溶混区位于第二层的层体中间。该不连续区构成(例如通过挤出加工)显微级或分子级的沿第二层方向(即纵向或卷材纵向)伸展的细长区(微区、线条或链条)。一般来说，在成形层中聚合物不连续区或微区的剖面直径应小于250微米，较好小于100微米，更好小于50微米。这种结构对伸长是各向异性的。
在分离区中热塑性层以多条线条形式分开(利用卷材横向拉伸形成许多啮合元件)。也就是说，当沿卷材的横向或与纵向垂直的方向拉伸结构时，热塑性(第二)层的不连续区被分开。结果，在完整的表面层的区域之间，表面或杆层断裂成许多窄的平行(断裂)线条。相反，当沿卷材纵向拉伸这种类型的结构时，热塑性(第二)层会以更大(gross)的方式分开。表面(热塑性)层会断裂成较大较无规的间隔区。当表面层断裂成线条时，可将该结构拉伸至较大的程度，而不会在断裂处附近观察到表面层的脱层。但是，当表面层沿卷材纵向的断裂被限制在被大得多距离隔开的较少裂缝时，该结构不能再进一步拉伸，并脱层较为明显。
在本发明另一个实例中，热塑性(第二)层是稍许可塑的。因此，在“拉伸活化”过程中薄的表层永久拉长，并在松开过程中在显微级上折叠或褶皱。合适的稍许可塑的聚合物包括，例如聚乙烯和聚丙烯。
杆之间的表层(第二层)的最大厚度是重要的。表层不应太厚以免阻碍拉伸活化该结构。表层的实际厚度取决于所需的杆尺寸和活化该结构所施加的力。一般来说，较薄的表层较好。通常，杆形成前卷材表层的厚度应小于500微米，较好小于250微米，更好小于125微米。
通常，杆形成前表层的最小厚度是重要的。杆形成前表层应的厚度应足以能形成所需大小和硬度的杆，以用于给定的用途。如果弹性层的材料提供足够的支承，并且表层的材料具有足够的硬度，则杆形成前表层可十分薄，因为杆无需完全由表层材料制成。相反，如果杆必须完全由表层材料制成，则必须使用较厚的表层。杆形成前表层的实际最小厚度取决于两层主要层所使用的材料类型和用途。
这些实例示于图7和图8。图7是活化前带有主要由第二层材料制成的杆部分12的弹性卷材紧固件10。除了形成杆以外，第二层12作为杆之间的薄涂层位于连续的弹性第一层16的上面。图8说明经拉伸活化后处于伸长状态的同样结构。此时卷材10受到拉伸，使薄的第二层14破裂，在杆之间脱开，使弹性层16能自由地伸长。松开拉力后，这种结构会基本回复至其原来的取向，但是会保持脱开，使得该结构能再次被拉伸至如图8所示的状态。
还可将各种添加剂加入一层或多层结构层中，如加入填料(以改变材料的牢度和流动性)或抗微生物剂或抗氧剂(用于改变老化性能)。还可使用微球、阻燃剂、内脱模剂、着色剂、导热颗粒和导电颗粒。
如美国专利5,077,870所述，可将杆的顶盖制成蘑菇头来制成钩扣。也可通过型材挤出在卷材上形成长的隆起，随后横向切割该隆起并拉伸形成许多杆，从而制得钩扣。可在切割前或在切割后在杆上形成顶盖。这可参见美国专利4,894,060。
还可对杆成形，以具有方向性钩扣能力。通过在一个挑选的方向上具有紧固性，而在相反方向上具有分离性，这种方向性钩扣可使圈-钩紧固结构具有方向稳定性。可将熔融的表层压制在具有许多同向倾斜的孔的模具上而制得方向性的杆。模具中的所述孔可用激光制得，并且可钻成与带表面呈不同的夹角，如45°和60°。热固性模具的激光钻孔法公开在美国专利5,792,411中。这些杆不具有与圈表面啮合的顶盖。形成的紧固件表面允许本发明的圈-钩结构紧固件为较牢的松紧带式，即通过拉伸使机械啮合脱开，松开形成机械啮合。
一方面，如果圈层带有沿一个方向排列的弹性纤维，则其具有弹性。当结构受到拉伸活化，带杆的硬层(或非弹性的第二层)出现裂缝或隙缝，从而可渗透空气和水汽。由于弹性层已经可渗透空气和水汽，因此活化后整个结构是透气性的(即能渗透空气和水汽)。
事实上本发明含杆卷材能如任何其它含杆卷材那样用于任何用途，发现其尤其适用于矫形外科用的紧绷包扎制品或绷带。例如，弹性紧固件可作为弹性包扎物用于固定电缆、矫形外科制品或运动保护手段。可制得具有具体应用所需的强度、弹性和紧固性能，而无与粘性和粘合剂医用包扎物和绷带有关的缺点的医用包扎物或绷带。
下面通过实施例进一步说明本发明，这些实施例不对本发明范围构成限制。在这些实施例中，除非另有说明，否则所有的份、比例和百分数均是以重量计的。下列试验方法用于表征实施例中的制品。
试验方法
层间粘合性
在用平板式压机制杆以前，在试样上测定热塑性材料层和弹性材料层之间的层间粘合性。对于每个试样，采用购自Instron Corporation，Canton，MA的1122型Instron设备施加拉力进行T-剥离试验。试样的宽度为25mm，十字头速度为100mm/min。
层厚度
使用装有ST-022型测量架的EG-233型Ono Sokki Digital Linear Gauge(购自Ono Sokki Company，Ltd.，Japan)测量试样中各层的厚度。使用购自LeedsPrecision Instruments，Minneapolis，MN的带照相功能的光学显微镜拍摄表面上带有杆的薄膜试样的剖面光学显微照片。
                                           使用的材料
  材料 说明
  DOWLEXTM3445 聚丙烯，熔体指数35g/10min，购自Dow Chemical Co.，Midland，MI
  VECTORTM4111 苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，购自Exxon Chemical Co.，Houston，TX
  STYRONTM615 聚苯乙烯，购自Dow Chemical Co.，Midland，MI
  BYNELTMXB602 接枝1重量％环氧官能团的聚丙烯，购自杜邦公司
  KRATONTMFG-1901X 含1重量％琥珀酸酐的苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，购自Shell Chemical Co.，Houston，TX
  LOTADERTMAX8840 聚乙烯和8重量％甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物，购自ElfAtochem Co.，Philadephia，PA
  KRATONTMG1657 苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，购自Shell Chemical Co.，Houston，TX
  CD1010 六氟锑酸三芳基锍，购自Sartomer，Exton，Pennsylvania
  ESTANETM58661 聚氨酯，拉伸200％时拉伸残余形变为3％，肖氏硬度为85A，购自B.F.Goodrich，Cleveland，OH
  TECOFLEXTMCLC-60D 聚氨酯，肖氏硬度为70D，购自Thermedics CO.，Spartanburg，SC
  DYPROTM7825MZ 熔体流动指数为35的聚丙烯，购自Fina Oil & Chemical Co.，Dallas，Texas
  G18 熔体流动指数为18的聚苯乙烯，购自Huntsman Chemical Corp.Chesapeake，Virginia
  圈材料A 聚丙烯纺粘和卷曲的圈材料的非织造片材，它附着在KRATONTMG1657聚合物层上，该聚合物层附着在聚丙烯薄层上，根据美国专利5,256,231制得。
  圈材料B 聚酯Style 695738织造片材，购自Milliken and Company，Spartanburg，SC
  圈材料C 由SPANDEX纤维的平行线组成的非织造片材，它夹在两层聚丙烯纺粘的圈材料之间，制造时在施加外层聚丙烯纺粘材料时将SPANDEX纤维绷紧。
实施例1
将DOWLEXTM3445聚丙烯加入直径约32mm、L/D为24/1、螺杆速度为15rpm、温度分布升至约215℃的单螺杆挤出机中。使热塑性材料通过挤出机，并通过一个加热的颈管在至少0.7MPa的压力下连续地出料，并使之进入安装在一个25.4cm宽的薄膜模头(CloerenTM EBR III 96-151，购自Cloeren Co.)上的三层可调式叶片供料头(CloerenTM 86-120-398型，也购自Cloeren Co.，并设定用于两层)的一个入口。将弹性材料(Vector 4111)加入直径约64mm，L/D为24/1，螺杆速度为5rpm并且温度分布稳定地增至约215℃的第二个单螺杆挤出机中。随后通过一个加热颈管在至少约1.4MPa的压力下使弹性材料连续地出料并进入所述三层供料头的第二个入口。供料头和模头设定在约215℃。模头间隙设定在约0.5mm。将两层熔融结构从模头中出料并以约1.5m/min的下落速率加入由辊隙压力约0.2KPa的两个压辊形成的辊隙中。第一个辊具有保持在55℃的模具加工过的表面，它所含的空腔直径约为280微米，深度超过约2.5mm，间距约为813微米，使形成的杆阵列的杆密度约为140个杆/cm2。第二个辊具有光滑的镀铬表面，也保持在55℃。使聚丙烯层朝模具加工过的的表面，弹性层朝铬表面。从模具加工过的表面取出形成的平挤薄膜，形成具有柱状杆突起的带杆表面的薄膜，各杆的直径约为300微米，高度约为700微米，从薄膜表面上伸出。将带杆表面置于加热至138℃的辊上，在部分薄膜的杆上形成顶盖。在具有带顶盖的杆表面的薄膜的弹性一面施涂购自3M的LSE 300丙烯酸基转移压敏粘合剂，并层压在圈材料A的片材上。
对膜和用相同材料压制的层压物进行测量。将膜拉伸至不同的长度并观察之。在用相同材料压制的层压物上测定层间粘合性来模拟硬性层和弹性层之间的粘合性，该层压物是用加热至204℃的WabashaTM压机压制而成的。这些材料层压物的层间粘合性为270N/m。用光学显微镜观察到弹性材料构成杆的中心部分。硬性层厚度和弹性层厚度分别约为20和100微米。将三个薄膜试样分别(1)一次性拉伸超过试样原来长度达400％，(2)每次拉伸100％，直至400％，或者(3)每次拉伸50％，直至400％。拉伸高达400％后，在三种情况下杆之间的热塑性层均永久变形。松开薄膜后，带杆表面的薄膜回缩其伸长的约80％，约20％的伸长成为永久伸长，并观察到杆之间形成许多褶皱或波纹。随后数次拉伸和松开循环仅使永久伸长稍有增加。当将膜拉伸并将其缠卷在一起时，带顶盖的杆表面和圈表面之间接触而形成机械粘合。材料层间未观察到脱层。
实施例2和比较例1
这些实施例说明增加热塑性(第二)层的厚度对本发明卷材性能的影响。
在实施例2和比较例1中，用与实施例1相同的方法制得表面上具有许多无顶盖的杆并且不带圈材料的薄膜，但是提高硬性(热塑性)材料的流量，使第二层的厚度分别增至50微米和80微米。实施例2的卷材如图3所示，比较例1的卷材如图5所示。
对于各个实施例，在拉伸过程中观察具有含杆表面的薄膜的情况。在热塑性薄膜断裂前实施例2可拉伸高达约20％。在伸长过程中，硬性层发生变形直至在20％伸长处发生断裂。硬性层未显示出与弹性层脱层。在比较例1，稍许拉伸薄膜就发生断裂。硬性层和弹性层出现某些脱层，用这种材料制成的硬性层的厚度太厚，难以使弹性材料流入杆并形成粘合。
实施例3
这些实施例说明提高不同硬性层的厚度对含杆表面的薄膜性能的影响。
在实施例3，用与实施例1相同的方法制得表面上具有无顶盖的杆并且另一个表面上不带圈材料的薄膜，但是第二层材料是Styron 615聚苯乙烯，提高硬性材料的流量，将第二层的厚度增至20微米。挤出温度保持在与实施例1相同的温度。
对于各个实施例，在拉伸过程中观察含杆表面薄膜的情况。在聚苯乙烯薄膜断裂前实施例3伸长高达约50％。在伸长过程中，杆之间的聚苯乙烯层形成微裂缝，这些裂缝随伸长的增加而分开。
实施例4和5
这些实施例说明使用反应粘结层和增加单位面积的杆数目对含杆表面的薄膜性能的影响。
在实施例4和实施例5中，用与实施例1相同的方法制得表面上具有无顶盖的杆并且不带圈材料的薄膜，但是有反应粘结层，并且使用不同的材料和不同的模具加工过的表面中的孔数量密度。在实施例4和实施例5中，硬性材料和弹性材料分别是BynelTM XB602聚丙烯和KratonTM FG-1901X共聚物。粘结层是硬性层中的环氧官能团和弹性层中的琥珀酸酐的反应产物。在实施例4和实施例5中，改变模具加工过的表面，以产生约208和480个杆/cm2的杆密度。
对于各个实施例，测定这些材料层之间的粘合性并在拉伸过程中观察本发明卷材的情况。层间粘合性为1090N/m。即使硬性层的厚度为20微米，也观察到杆仅由硬性材料组成，因为弹性材料的熔体粘度远高于热塑性材料的熔体粘度，因此不会流入模具加工过的表面的孔中。但是，即使硬性层和弹性层之间无机械啮合，当将实施例4和实施例5的含杆表面的薄膜如实施例1那样进行拉伸时，也未观察到硬性层和弹性层的脱层。增加杆的数量密度(预计会产生更强的机械粘合)不会对拉伸性能产生不利影响。
实施例6-10
这些实施例说明使用反应粘结层和辐照交联对带杆表面的薄膜性能的影响。
在实施例6-10中，用装有购自Wabash MPI，Wabash，IN的平板的030H-15-LP型Wabash热压机制得双层热塑性和弹性层薄膜。在实施例6，热塑性层和弹性层分别由热塑性材料LotaderTM AX8840和弹性材料KratonTM G1657制成。LotaderAX8840聚合物层是将物料在包覆有聚四氟乙烯涂层片的压板之间在204℃和276KPa的压力下放置1.5分钟后制得的。KratonTM G1657层是将物料放置在包覆有聚酰亚胺基衬里的压板之间在204℃和827KPa的压力下放置1.5分钟后制得的。随后将这两层在180℃的温度下，在轻微的接触压力下压制30秒而压制在一起。加热后，立即用2磅的压辊对该双层结构碾压两次。如实施例6那样制得实施例7的试样，但是弹性材料是KratonTM G1901。如实施例7那样制得实施例8的试样，但是双层薄膜(1)在烘箱中放置30秒，预热至180℃，(2)在输送的卷材生产线上受到紫外光照射。紫外光固化系统包括F600V型固化系统和EPIQ6000辐照源，两者均购自Fusion UV Curing Systems，Gaithersburg，MD。薄膜表面照射2J/cm2的能量(用购自EIT，Sterling，VA的UV Power PuckTM测得)。如实施例8那样制得实施例9的试样，但是弹性层含有0.5重量％Ph3SSbF6催化剂。如实施例9那样制得实施例10的试样，但是催化剂的量为1.0重量％，并且在UV辐照前将两层薄膜预热3分钟。
对于各个实施例，测得这些材料层之间的粘合性，结果列于下表。
            表1
    实施例     层间粘合性(N/m)
    6     270
    7     305
    8     1090
    9     1140
    10     2040
由表1可见，加入光敏催化剂对层间粘合性有很大的影响。提高层间粘合性可降低通过两个主要层机械缠结的层间粘合的要求，从而能制成不含弹性材料的硬性杆。
实施例11和12
这些实施例说明使用两种主要是硬度不同的材料对含杆表面的薄膜的性能的影响。
在实施例11和12中，用与实施例1相同的方法制得表面上具有杆并且不带圈材料的薄膜，但是使用不同的材料和部分不同的加工条件。在两个实施例中的第二层材料和弹性材料均分别为TECOFLEXTMCLC-60D聚氨酯和ESTANETM58661聚氨酯。其流量使实施例11和12的硬性层和弹性层的厚度分别为20和100微米及10和100微米。
在第二层薄膜断裂前实施例11的样品可伸长20％。首次松开后其永久伸长为10％。实施例12可伸长30％，Tecoflex CLC-60D聚氨酯不出现断裂或两层间发生脱层。
实施例13和14
制造本发明弹性含杆表面的紧固件的另一种方法是：
用与实施例1相似的方法制得实施例13和14的试样，但是用不同的方法施加含圈的材料层。在实施例13中，使圈材料B与熔融的双层薄膜一起通过模具加工过的表面和光滑表面之间的辊隙，两种物料的速度均约为1.5m/min。由于熔融的薄膜充分嵌入圈材料B结构的一个织造纤维表面，因此不需要粘合剂粘结层。如实施例13那样制得实施例14的试样，但是在加工中不使用Vector 4111弹性共聚物，并且使用圈材料C代替材料B。
在三个不同的方向((1)卷材纵向、(2)与卷材纵向成30°夹角和(3)卷材横向)拉伸该卷材对这两个实施例的紧固件结构进行拉伸活化。由于使用各向异性的圈材料，在第一种情况该结构可伸长150％，在第二种情况为40％，在第三种情况仅为10％。两种试样可在绷紧状态下缠绕在一个物体上，并且机械紧固。
实施例15
本实施例说明在两个表面上自啮合的杆的效果。
用与实施例1相似的方法制得实施例15的卷材，但是将热塑性第二层材料加入供料头的第一和第三个狭缝，辊隙的两个表面均带有孔，在180℃形成顶盖并且不使用圈材料。
在薄膜至少拉伸20％后，形成的薄膜的每一面均能与另一面啮合，而无需使用圈纤维。
实施例16
本实施例说明杆式钩扣的方向对性能的影响。用与实施例1相同的方法制得表面上具有杆的卷材，但是使用具有不同图案的模具加工过的表面并且杆不带顶盖。模具加工过的表面中的孔与该模具表面具有一个夹角而非垂直于该表面。制备两个试样：试样A，在模具加工过的表面的辊中的孔使得杆形成于移动卷材的垂直平面中并向模头倾斜45°；试样B的杆倾斜60°。将形成的含杆表面的卷材层压在圈材料A上。形成的弹性结构可以是松紧带式，即在拉力下拉伸时能使机械紧固元件脱离啮合，当松开薄膜时用高的粘附压力可使之重新啮合。
实施例17
本实施例说明各向异性的弹性对性能的影响。
使用三个挤出机在共挤出薄膜生产线上制备三层的薄膜。A层和C层(第一和第二表层或外层)是用3.8cm的单螺杆挤出机(L/D为24/1，Davis-StandardCorp.Cedar Grove，NJ制造，机筒温度分布为177℃-204℃-218℃-246℃，螺杆速度为23rpm)挤出的。A层和C层的组成相同，含有重量比为25∶75的DYPROTM7825MZ聚丙烯和G18聚苯乙烯的共混物。B层(弹性内芯)是用6.35cm直径的单螺杆挤出机(L/D为24/1，Davis-Standard Corp.Cedar Grove，NJ制造，机筒温度分布为177℃-204℃-218℃-246℃，螺杆速度为30rpm)挤出的。B层使用KRATONTMG1657共聚物。将A、B和C聚合物料流在CloerenTMABC供料头(CloerenCo.，Orange，Texas)中合并在一起，随后用一个常规的衣架式模头挤出之。供料头和模头保持在260℃的温度。将该三层的薄膜挤入一个铬辊和一个温度受控的具有模具加工过的表面辊形成的辊隙中，使C层与所述模具加工过的表面接触。模具加工过的表面的形成杆的空腔密度为388/cm2。铬辊保持在7℃的温度，模具加工过的表面保持在66℃的温度。从模具加工过的表面上取下三层薄膜并缠绕在一个辊上。形成的薄膜的基体厚度为163微米，从基体薄膜上突出的形成于C层上的杆高约550微米，直径约226微米(距基体薄膜表面约150微米处测得)。随后将该薄膜加入由上压延辊(133℃)和下托膜辊(43℃)形成的406微米的辊隙中，使上辊与杆的顶端接触，将其加热至在机械压力下容易变形的温度，形成总体上同样的直径为330微米的圆盘顶盖。
将形成的薄膜切割成约3cm长，2.5cm宽的试样。试样A的长度方向与卷材纵向相同，试样B的长度方向与卷材横向相同。沿两者的长度方向进行拉伸活化。试样A的含杆表面沿试样横向断裂成单根锯齿状线条。进一步拉伸，第二和第三根裂缝在1-3cm长的未断裂表面区之间沿试样横向断裂。在热塑性杆表面层和弹性层之间观察到脱层。试样B的表面沿试样的横向断裂成数个线条区。未观察到脱层。

Claims (21)

1一种具有两个表面的卷材，在其至少一个表面上有许多突出的杆(12)，所述卷材的特征在于它至少具有两层：
(a)具有第一表面和第二表面的弹性材料第一层(16)；和
(b)由第二材料形成的连续的第二层(14)，它具有朝第一层(16)的第一表面的第一表面和有许多突出的杆(12)的第二表面；
当受到拉伸应力后，所述卷材(10)至少可沿一个方向由其初始状态伸长，除去该应力后它可基本回复至所述初始状态，
所述第二材料包括热塑性材料，
所述第二层的厚度小于500微米。
2.如权利要求1所述的卷材，其特征在于所述弹性材料选自天然和合成橡胶、含异戊二烯、丁二烯或乙烯和丁烯嵌段的苯乙烯嵌段共聚物、茂金属催化的聚烯烃、聚氨酯或聚二有机硅氧烷。
3.如权利要求2所述的卷材，其特征在于所述热塑性材料选自聚烯烃、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯改性的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和乙烯-丙烯酸共聚物。
4.如权利要求1所述的卷材，其特征在于所述第一层和第二层通过一层反应粘结层粘合在一起，所述反应粘结层选自(1)在第一层和第二层中的活性官能团的反应产物，该反应是在第一层的第一表面和第二层的第一表面的接触处进行的；和(2)聚合物材料，它所含的链段对第一层材料或第二层材料具有优先亲和力。
5.如权利要求1所述的卷材，其特征在于一个或多个杆具有顶盖。
6.如权利要求1所述的卷材，其特征在于一个或多个所述杆涂覆有粘合剂材料。
7.如权利要求6所述的卷材，其特征在于所述粘合剂材料包括压敏粘合剂。
8.如权利要求1所述的卷材，其特征在于所述杆是无顶盖的，并具有一个能自粘附的外表面。
9.如权利要求1所述的卷材，其特征在于所述一个或多个杆的形状使之具有方向性钩扣能力。
10.如权利要求1所述的卷材，其特征在于所述第二层包括至少两种不溶混的可熔融加工的聚合物材料的共混物。
11.如权利要求1所述的卷材，其特征在于至少有一层是由至少两层制成的，其中至少两层的任何一层是由两种或多种材料组成的。
12.一种至少一个表面上有许多突出的杆的卷材的制造方法，它包括熔融成形两层并在至少一个表面上形成许多杆的步骤，该方法的特征在于：
(a)由弹性材料熔融成形具有第一表面和第二表面的第一层(16)；
(b)由第二材料熔融成形具有第一表面和第二表面的连续的第二层(14)；
(c)将所述第一层和第二层的第一表面复合在一起，形成片材，其中所述第一层是连续的；
(d)至少在所述第二层(14)的第二表面上形成许多杆(12)，
所述第二材料包括热塑性材料，
所述第二层的厚度小于500微米。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述第一层包括的所述弹性材料选自天然和合成橡胶、含异戊二烯、丁二烯或乙烯和丁烯嵌段的苯乙烯嵌段共聚物、茂金属催化的聚烯烃、聚氨酯或聚二有机硅氧烷。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述热塑性材料选自聚烯烃、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯改性的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和乙烯-丙烯酸共聚物。
15.如权利要求12所述的方法，它还包括在所述第一层和第二层之间添加一层反应粘结层，所述反应粘结层选自(1)在第一层和第二层中的活性官能团的反应产物，该反应是在第一层的第一表面和第二层的第一表面的接触处进行的；和(2)聚合物材料，它所含的链段对第一层材料或第二层材料具有优先亲和力。
16.如权利要求12所述的方法，它还包括在至少一部分所述杆上施涂粘合剂材料。
17.如权利要求12所述的方法，它还包括向多层片材的外表面施加至少一层附加层，其中所述附加层的外表面带有圈材料。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述形成杆的步骤包括用至少一个含有孔阵列的温度受控表面压制步骤(C)得到的片材，形成杆阵列。
19.如权利要求18所述的方法，它还包括用加热的表面压制所述杆，在杆的顶端形成顶盖，从而在一个或多个杆上形成顶盖的步骤。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于步骤(d)包括至少在第二材料层上形成许多杆，该方法还包括选择第一材料和第二材料的相对量，使构成第一层的第一材料突入并构成在第二材料层的第二表面上形成的杆的一部分。
21.如权利要求1所述的卷材，其特征在于所述构成第一层(16)的材料突入杆并构成杆(12)的至少一部分。
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