[发明专利]用于形成三维无纺结构的方法

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明总体涉及一种用于形成三维无纺结构的方法，且更具体地涉及一种用于形成三维过滤器元件的方法。

2.背景技术

许多涉及过滤的方法使用纸作为过滤介质。纸提供了许多优点。造纸方法具有悠久的历史，并且确定纸的机械性能的参数是众所周知的。纸过滤器广泛用在诸如空气过滤过程和食品制备过程(尤其是冲泡饮料诸如咖啡或茶)中。

纸作为过滤介质的使用具有许多缺点。纸不适于通过拉伸纤维来模塑成三维形状。如果需要三维形状，则必须凭借折叠或打褶，例如，有时结合创造一个或多个胶层(glueline)来保留期望的形状。

纸过滤器的另一个缺点是当水润湿纸纤维时纸网状物(web)的强度显著变弱。对于许多应用，这创造了用刚性结构(诸如，漏斗)支撑纸过滤器的需求。这些刚性结构不利地影响了液体流经过滤器，并且增加了成本。

小的纸过滤器可与水性液体一起使用而不需要提供刚性支撑结构，例如，在某些单份供应(single-serve)咖啡胶囊和茶胶囊中。然而，当湿润时这些过滤器易于下垂抵靠胶囊的侧壁，这限制了水性液体流经过滤器。已经提出在这样的过滤器的侧壁中提供褶状物，以便限制与胶囊的侧壁的接触面积。打褶步骤为制造过程添加了复杂度。此外，已经发现在使用中活褶不足够三维稳定，尤其是当采用较大量的烘磨咖啡和/或延长冲泡次数时。

本发明人最近已经发现纸过滤器的另一个显著缺点在于，纸纤维从冲泡的饮料吸收有价值的香料组分。此外，当纸纤维变得湿润时，它们膨胀，这在冲泡期间减小了纸过滤器的气孔尺寸并且减少了香料组分到顾客的饮料的递送。无纺网状物通常以扁平片材的形式用作多种应用中的过滤元件。这样的片材缺少足够的结构完整性，并且需要框架支撑。玻璃纤维通常用在过滤器元件中；还使用合成聚合物纤维。这样的过滤器元件通常通过如下技术制造：其中纤维被随机地沉积到有小孔的支架上，例如，湿法成网或气流成网。过滤器材料的气孔尺寸分布很大程度上由纤维直径且由过滤器元件的基本质量确定。

现有技术的无纺过滤器不适用于形成具有充足过滤和形状保持性能的三维结构。一般而言，这样的过滤器缺乏允许深拉(deepdraw)的伸长性能和保持期望的三维形状的机械强度。此外，这样的无纺过滤器缺乏允许在成形过程期间控制气孔尺寸分布的机械完整性。

因此，特别需要一种用于由无纺网状物形成三维过滤器结构的方法，该方法导致保持期望的形状的结构，且该方法允许控制作为结果的结构的气孔尺寸分布。

发明内容

本发明通过提供一种用于由无纺合成聚合物细丝网状物形成三维结构的方法解决了这些问题，所述合成聚合物具有玻璃化温度T_g和熔融温度T_m，所述方法包括步骤：

提供合成聚合物细丝的无纺网状物，其具有网状物面积和粘合面积，使得粘合面积是网状物面积的2％到50％，并且网状物抗拉强度在5N/cm到120N/cm的范围内；

使得T_g<T_d<T_m，在温度T_d下使该无纺网状物受到模塑力，以形成三维结构；

将所述三维结构冷却到环境温度。

本发明的另一方面包括用于在本发明的方法中使用的无纺网状物。

本发明的另一方面包括通过本发明的方法形成的三维结构。

附图说明

参照下面的附图将理解本发明的特征和优点，其中：

图1A-图1D是模塑过程的示意性例示；以及

图2A-图2F示出粘合图案的一些实施例。

具体实施方式

下面是本发明的详细描述。

定义

本文所使用的术语“熔融指数”指的是用于表征热塑性聚合物的常见度量。它本质上是聚合物熔融时对聚合物的粘度的间接、反比测量。测量在限定的温度条件、压力条件和几何结构条件下在给定量的时间内将流经一个孔口的聚合物熔体的质量。熔融指数值越大，其粘度越低，并且因此，聚合物的平均分子量越低(尽管其它因素诸如处理和添加剂也起作用)。较高分子量的聚合物一般是更粘性的并且在相同条件下较少会流动，因此熔融指数将是较小数量。通常以10分钟期间内流出的聚合物的克数(因此g/10分钟或dg/分钟)表达熔融指数。