Пряжа и ткань, характеризующиеся наличием обработанной поверхности с улучшенными физическими и адгезионными свойствами, и способ их изготовления

Пряжа и ткань, характеризующиеся наличием обработанной поверхности с улучшенными физическими и адгезионными свойствами, и способ их изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылка на родственную заявку

Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/531302, поданной 6 сентября 2011 года, описание которой ссылкой полностью включено в настоящее описание. Кроме того, согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/566,320, поданной 2 декабря 2011 года, описание которой ссылкой полностью включено в настоящее описание.

Область техники

Настоящее изобретение относится к способам модификации волокон с высокой удельной прочностью (прочностью на разрыв) без снижения характеристик физической прочности указанных волокон. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам модификации волокон посредством плазменной обработки и обработки коронным разрядом без снижения характеристик физической прочности указанных волокон.

Уровень техники

Известно множество различных технологий для изготовления волокон и нитей с высокой удельной прочностью, включая волокна и нити на основе высокомолекулярного полиэтилена. Дополнительно, пуленепробиваемые изделия, изготовленные из композитов, содержащих синтетические волокна с высокой удельной прочностью, являются хорошо известными. Изделия, такие как пуленепробиваемые жилеты, шлемы, панели, устанавливаемые на транспортные средства, и структурные элементы военного оборудования, как правило, изготавливают из тканей, содержащих волокна с высокой удельной прочностью, такие как полиэтиленовые волокна SPECTRA® или арамидные волокна KEVLAR®.

Для ряда практических применений, волокна с высокой удельной прочностью могут быть использованы в составе тканных или трикотажных тканей. В других практических применениях волокна могут быть заключены или погружены в полимерный матричный материал, и из указанных волокон могут быть сформированы нетканые ткани. Например, в патентах США №4,403,012, 4,457,985, 4,613,535, 4,623,574, 4,650,710, 4,737,402, 4,748,064, 5,552,208, 5,587,230, 6,642,159, 6,841,492, 6,846,758, каждый из которых ссылкой включен в настоящий документ, раскрыты пуленепробиваемые композиты, которые сформированы из волокон с высокой удельной прочностью, таких как волокна на основе сверхвысокомолекулярный полиэтилен («СВМПЭ») с продолжительной цепью. Каждому типу волокна с высокой удельной прочностью присущи его собственные уникальные характеристики и свойства, при этом пуленепробиваемые композиты, изготовленные из волокон с высокой удельной прочностью, демонстрируют различные степени сопротивления проникновению поражающих элементов, а также различные значения глубины отпечатка. Глубина отпечатка, также известная в данной области техники как изнаночная деформация (травмирующее действие бронежилета) или глубина запреградной травмы, представляет собой величину, характеризующую величину отклонения индивидуальной бронезащиты, возникающего в результате воздействия пули.

Одной определяющей характеристикой волокна является способность волокна связываться с поверхностными покрытиями, включая смоляные покрытия, или прилипать к ним. Высокая адгезия полимерных вяжущих материалов является важной при изготовлении пуленепробиваемых тканей. Неудовлетворительная адгезия полимерных вяжущих материалов на поверхностях волокон может снизить прочность сцепления между волокнами и прочность сцепления между волокнами и вяжущим и тем самым вызвать разделение объединенных волокон и/или вызвать отслоение вяжущего от поверхностей волокон. Это снижает свойства устойчивости к воздействию пуль и осколков, также известные как характеристики противопульной и противоосколочной защиты, указанных композитов, а также может вызвать катастрофическое разрушение изделия. Например, согласно материалам, раскрытым в заявках, находящихся одновременно на рассмотрении патентного ведомства, №№61/531,233; 61/531,255; 61/531,268; 61/531,302; и 61/531,323, существует прямая корреляция между глубиной опечатка и тенденцией армирующих волокон, входящих в состав пуленепробиваемого композита, отслаиваться друг от друга и/или отслаиваться от поверхностных покрытий волокон в результате ударного воздействия поражающего элемента.

Посредством улучшения связи между поверхностью волокон и поверхностным покрытием волокон снижается разделение волокон и/или отслоение волокон от покрытия, что тем самым увеличивает трение о волокна и увеличивает взаимодействие поражающего элемента с волокнами. Указанное увеличение прочности сцепления вызывает улучшение структурных свойств композита, что обеспечивает рассеивание энергии ударного воздействия поражающего элемента таким образом, чтобы снизить деформацию обратной стороны композита.

Как известно в данной области техники, способность волокна связываться с поверхностными покрытиями или прилипать к ним может быть улучшена при помощи обработки волокон коронным разрядом или плазменной обработки волокон. Обработка коронным разрядом является процессом, в котором волокно пропускают через станцию для обработки коронным разрядом, тем самым подвергая волокнистое полотно воздействию группы высоковольтных электрических разрядов, которые воздействуют на поверхность волокнистого полотна различными способами, включая образование раковин, повышение шероховатости поверхности и включение полярных функциональных групп посредством частичного окисления поверхности волокон. Плазменная обработка подобна обработке коронным разрядом, но отличие от нее главным образом в том, что плазменную обработку проводят в регулируемой, реактивной атмосфере газов, а реактивной атмосферой при обработке коронным разрядом является воздух. Эти обработки модифицируют волокна, например, посредством абляции поверхности волокна, образования раковин или придания шероховатости поверхности волокна, удаления загрязняющих веществ с поверхности волокна, окисления поверхности волокна, поляризации поверхности волокна, обеспечения разделения цепи и снижения молекулярной массы молекул полимера на поверхности волокон и/или посредством сшивания цепей полимеров вблизи поверхности волокна при помощи связывания свободных радикалов. В результате этих модификаций увеличивается способность впоследствии наносимых материалов адсорбироваться, прилипать или связываться с поверхностью волокна, что тем самым снижает тенденцию возникновения отслаивания поверхностных покрытий волокон, а также снижает изнаночную деформацию композита при ударном воздействии поражающего элемента.

Тем не менее было обнаружено, что грубые условия плазменной обработки и обработки коронным разрядом являются разрушительными для удельной прочности волокна. Данные показали, что удельная прочность волокна до обработки значительно выше удельной прочности волокна после обработки. Это является нежелательным, поскольку присущее волокнам сопротивление проникновению прямо пропорционально физической прочности волокон, формирующих композит, следовательно, снижение физической прочности волокон коррелирует со снижением значения скорости V₅₀, и желаемые улучшения глубины отпечатка достигаются за счет снижения сопротивления проникновению. Соответственно, существует необходимость в разработке способа получения пуленепробиваемых композитов, которые характеризуются уменьшенным значением глубины отпечатка без ухудшения превосходной характеристики V₅₀ устойчивости к воздействию пуль и осколков. Настоящее изобретение предоставляет решение указанных выше недостатков, присущих уровню техники.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предоставляет способ получения модифицированного волокна с высокой удельной прочностью (прочностью на разрыв), которое было модифицировано плазменной обработкой или модифицировано обработкой коронным разрядом, причем указанное модифицированное волокно с высокой удельной прочностью характеризуется значением удельной прочности, составляющим по меньшей мере приблизительно 33 г/денье при комнатной температуре окружающей среды, при этом указанный способ включает стадии:

a) обеспечение волокна с высокой удельной прочностью, характеризующегося значением удельной прочности по меньшей мере приблизительно 33 г/денье при комнатной температуре окружающей среды, при этом указанное волокно характеризуется наличием поверхностей волокна и указанные поверхности, по меньшей мере, частично покрыты защитным покрытием волокон или указанное волокно по существу не содержит защитное покрытие волокон;

b) удаление, по меньшей мере, части защитного покрытия волокон с указанных поверхностей волокон, когда указанные поверхности волокон, по меньшей мере, частично покрыты защитным покрытием волокон; и

c) осуществление плазменной обработки или обработки коронным разрядом волокна с высокой удельной прочностью внутри камеры, поддерживаемой под давлением, которое отличается от давления в условиях вакуума, при условиях, эффективных для осуществления модификации волокна с высокой удельной прочностью;

при этом в результате получают модифицированное волокно с высокой удельной прочностью, которое было модифицировано плазменной обработкой или модифицировано обработкой коронным разрядом, причем указанное модифицированное волокно с высокой удельной прочностью характеризуется значением удельной прочности, составляющим по меньшей мере приблизительно 33 г/денье при комнатной температуре окружающей среды.

Настоящее изобретение также предоставляет способ получения модифицированного полимерного волокна, которое было модифицировано плазменной обработкой или модифицировано обработкой коронным разрядом, причем указанный способ включает стадии:

a) обеспечение полимерного волокна, при этом указанное волокно характеризуется наличием поверхностей волокна и указанные поверхности, по меньшей мере, частично покрыты защитным покрытием волокон или указанное волокно по существу не содержит защитное покрытие волокон;

b) удаление, по меньшей мере, части защитного покрытия волокон с указанных поверхностей волокон, когда указанные поверхности волокон, по меньшей мере, частично покрыты защитным покрытием волокон; и

c) осуществление плазменной обработки или обработки коронным разрядом полимерного волокна внутри камеры, поддерживаемой под давлением, которое отличается от давления в условиях вакуума, при условиях, эффективных для осуществления модификации полимерного волокна;

при этом в результате получают модифицированное волокно, которое было модифицировано плазменной обработкой или обработкой коронным разрядом.

Настоящее изобретение дополнительно предоставляет способ получения модифицированного полимерного волокна, которое было модифицировано плазменной обработкой или модифицировано обработкой коронным разрядом, причем указанный способ включает стадии:

a) обеспечение полимерного волокна, характеризующегося наличием поверхностей, которые, по меньшей мере, частично не содержат защитное покрытие волокон так, что, по меньшей мере, часть поверхности волокна открыта и не покрыта защитным покрытием волокон; и

c) осуществление плазменной обработки или обработки коронным разрядом полимерного волокна внутри камеры, поддерживаемой под давлением, которое отличается от давления в условиях вакуума, при условиях, эффективных для осуществления модификации полимерного волокна;

при этом в результате получают модифицированное волокно, которое было модифицировано плазменной обработкой или обработкой коронным разрядом.

Подробное описание изобретения

Для целей настоящего изобретения под изделиями, которые характеризуются отличным сопротивлением проникновению пуль и осколков, подразумевают изделия, которые демонстрируют превосходное сопротивление воздействию деформируемых поражающих элементов, таких как пули, а также сопротивление проникновению осколков, таких как шрапнель.

В целях настоящего изобретения под термином «волокно» подразумевают удлиненное тело, длина которого намного превышает размеры ширины и толщины. Формы поперечного сечения волокон, используемых в настоящем изобретении, могут значительно варьировать, при этом волокна могут характеризоваться круглым, прямоугольным или овальным поперечным сечением. Таким образом, термин «волокно» включает в себя нити, ленты, полосы и другие структуры, характеризующиеся постоянным или переменным поперечным сечением, при этом предпочтительно, чтобы волокна характеризовались по существу круглым поперечным сечением. В контексте настоящего документа под термином «пряжа» подразумевают одиночную прядь, состоящую из нескольких волокон. Одиночное волокно может быть сформовано только из одной нити или нескольких нитей. Волокно, сформованное только из одной нити, именуют в настоящем документе либо «однонитевым» волокном, либо «мононитевым» волокном, а волокно, сформованное из нескольких мононитей, именуют в настоящем документе «многонитевым» волокном.

В контексте настоящего документа «слой на основе волокон» может содержать одиночный пласт однонаправленных волокон, несколько нескрепленных пластов однонаправленных волокон, несколько скрепленных пластов однонаправленных волокон, тканую ткань, несколько скрепленных тканых тканей, или любую другую матерчатую конструкцию, которая сформована из множества волокон, включая войлоки, маты и другие структуры, содержащие случайно направленные волокна. Под термином «слой» подразумевают по существу плоскую структуру. Каждый слой на основе волокон будет характеризоваться наличием внешней верхней поверхности и внешней нижней поверхности. В контексте настоящего документа «одиночный пласт» однонаправленных волокон характеризуется расположением неперекрывающихся волокон, которые выровнены в однонаправленном, по существу параллельном массиве. Этот тип расположения волокон также известен в данной области техники под названием «однонаправленная тканая лента», «однонаправленная лента», «ОН» или «ОНЛ». В контексте настоящего документа под термином «массив» подразумевают упорядоченное расположение волокон или пряжи (за исключением тканой ткани), а под термином «параллельный массив» подразумевают упорядоченное параллельное расположение волокон или пряжи. Под термином «ориентированный», используемом в контексте выражения «ориентированные волокна», подразумевают выравнивание волокон в отличие от растяжения волокон. Под термином «ткань» в настоящем документе подразумевают структуры, которые могут включать в себя один или несколько пластов на основе волокон, при этом пласты могут быть соединены в процессе формования или скрепления. Например, тканая ткань или войлок может содержать одиночный пласт на основе волокон. Нетканая ткань, сформированная из однонаправленных волокон, как правило, содержит несколько уложенных друг на друга и скрепленных пластов на основе волокон. В контексте настоящего документа под термином «однослойная» структура подразумевают монолитную волокнистую структуру, состоящую из одного или нескольких отдельных пластов или отдельных слоев, которые были объединены, т.е. скреплены посредством ламинирования с низким давлением или формования под высоким давлением в одну цельную структуру при помощи полимерного вяжущего материала. Под термином «скрепление» («отверждение») следует понимать, что полимерный вяжущий материал объединен с каждым пластом на основе волокон для образования одного цельного слоя. Скрепление может произойти посредством сушки, охлаждения, нагревания, прикладывания давления или их сочетания. Тепловое воздействие и/или прикладывание давления могут быть необязательными, так как волокна или слои ткани могут быть просто склеены, например, при помощи процесса влажного ламинирования. Под термином «композит» подразумевают сочетания волокон и по меньшей мере одного полимерного вяжущего материала. В контексте настоящего документа под термином «сложный композит» подразумевают скрепленную комбинацию из множества слоев на основе волокон. В контексте настоящего документа термин «нетканые» ткани включает в себя все матерчатые структуры, которые сформованы в ходе процесса, отличного от процесса ткачества. Например, нетканые ткани могут включать в себя несколько однонаправленных лент, которые, по меньшей мере, частично покрыты полимерным вяжущим материалом, сложены друг на друга/перекрывают друг друга и скреплены с образованием однослойного, монолитного элемента, а также войлок или мат, содержащий непараллельные, случайно ориентированные волокна, которые предпочтительно покрыты полимерным вяжущим составом.

Защитное покрытие волокон обычно наносят на все волокна для того, чтобы повысить их способность поддаваться обработке. С целью обеспечения прямой плазменной обработки или обработки коронным разрядом поверхностей волокон необходимо, чтобы существующие защитные покрытия волокон были, по меньшей мере, частично удалены с поверхностей волокон и предпочтительно по существу полностью удалены со всех или некоторых поверхностей некоторых или всех армирующих волокон, формирующих волокнистый композит. Кроме того, удаление защитного покрытия волокон будет способствовать увеличению трения между волокнами, а также обеспечивать непосредственное связывание смол или полимерных вяжущих материалов с поверхностями волокон, тем самым повышая прочность сцепления между волокнами и покрытием. По меньшей мере, частичное удаление защитного покрытия волокон будет предпочтительно начато после завершения всех стадий вытягивания/растяжения волокон. На стадии мойки волокон или другого удаления защитного покрытия волокон осуществляют удаление защитного покрытия в количестве, достаточном для того, чтобы открыть, по меньшей мере, некоторые из находящихся под указанным покрытием поверхностей волокон, хотя для удаления различных количеств защитного покрытия следует предусмотреть различные условия удаления. Например, определенные факторы, такие как состав моющего средства (например, воды), механические параметры технологии мойки (например, давление воды, взаимодействующей с волокном; наличие перемешивания в ванне для мойки и т.п.), будут влиять на количество удаленного защитного покрытия. Для целей настоящего изобретения минимальная обработка для обеспечения минимального удаления защитного покрытия волокон, как правило, откроет по меньшей мере 10% площади поверхности волокон. Предпочтительно защитное покрытие волокон удаляют так, чтобы волокна преимущественно не содержали защитного покрытия. В контексте настоящего документа под волокнами, которые «преимущественно не содержат» защитного покрытия волокон, подразумевают волокна, с которых удалили по меньшей мере 50 масс. % защитного покрытия, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 75 масс. % защитного покрытия. Более предпочтительно, чтобы волокна по существу не содержали защитного покрытия волокон. Волокна, которые «по существу не содержат» защитного покрытия волокон, представляют собой волокна, с которых удалили по меньшей мере приблизительно 90 масс. % защитного покрытия, и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 95 масс. % защитного покрытия, тем самым открывая по меньшей мере приблизительно 90% или по меньшей мере приблизительно 95% площади поверхности волокон, которая ранее была покрыта защитным покрытием волокон. Наиболее предпочтительно общее количество оставшегося защитного покрытия будет менее или равно приблизительно 0,5 масс. %, исходя из массы волокон плюс масса защитного покрытия, предпочтительно менее или равно приблизительно 0,4 масс. %, более предпочтительно менее или равно приблизительно 0,3 масс. %, более предпочтительно менее или равно приблизительно 0,2 масс. % и наиболее предпочтительно менее или равно приблизительно 0,1 масс. %, исходя из массы волокон плюс масса защитного покрытия.

В зависимости от поверхностного натяжения состава защитного покрытия волокон защитное покрытие может проявлять тенденцию самостоятельно распределяться по поверхности волокон, даже при удалении значительного количества защитного покрытия. Следовательно, часть площади поверхности волокна, которое преимущественно не содержит защитного покрытия волокон, может быть все еще покрыта очень тонким слоем защитного покрытия волокон. Однако, как правило, остающееся защитное покрытие волокон присутствует в качестве остаточных участков защитного покрытия, а не в качестве непрерывного покрытия. Соответственно волокно с поверхностями, которые преимущественно не содержат защитного покрытия волокон, предпочтительно характеризуются наличием поверхности, которая, по меньшей мере, частично открыта и не покрыта защитным покрытием волокон, при этом предпочтительно менее 50% площади поверхности волокна покрыто защитным покрытием волокон. Предлагаемые волокнистые композиты, содержащие поверхности волокон, которые предпочтительно не содержат защитного покрытия волокон, впоследствии покрывают полимерным вяжущим материалом. Если удаление защитного покрытия волокон привело к тому, что менее 50% площади поверхности покрыты защитным покрытием волокон, то в результате этого полимерный вяжущий материал будет находиться в непосредственном контакте с более чем 50% площади поверхности волокон.

Наиболее предпочтительно защитное покрытие волокон по существу полностью удаляют с волокон, при этом поверхности волокон являются по существу полностью открытыми. В этом отношении, по существу, полное удаление защитного покрытия волокон представляет собой по меньшей мере приблизительно 95%, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 97,5% и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 99% удаление защитного покрытия волокон, в результате чего по меньшей мере приблизительно 95%, более предпочтительно приблизительно 97,5% и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 99% поверхности волокон становятся открытыми. В идеале удаляют 100% защитного покрытия волокон, в результате чего открывают 100% площади поверхности волокон. После удаления защитного покрытия волокон и перед нанесением полимерного вяжущего материала, смолы или другого адсорбируемого вещества на открытые поверхности волокон, предпочтительно очистить волокна от каких-либо частиц удаленного защитного покрытия. Поскольку обработка волокон для обеспечения минимального удаления защитного покрытия волокон, как правило, открывает по меньшей мере приблизительно 10% площади поверхности волокон, сравнимый композит, который не был подобным образом вымыт или обработан для удаления, по меньшей мере, части защитного покрытия волокон будет характеризоваться наличием менее 10% открытой площади поверхности волокон, нулевым процентом открытой поверхности или по существу отсутствием открытой поверхности волокон.

Увеличенная прочность сцепления между волокном и покрытием также снижает количество вяжущего, необходимое для надлежащего связывания волокон. Указанное снижение количества вяжущего позволяет включить в состав ткани большее количество волокон, что позволяет потенциально получить более легкие пуленепробиваемые материалы с увеличенной прочностью. Кроме того, это вызывает повышение устойчивости к воздействию колющего оружия полученных в результате тканевых композитов.

В контексте настоящего изобретения может быть использован любой известный способ удаления защитных поверхностей волокон, включая как механический, так и химический способы воздействия. Подходящий способ, как правило, зависит от состава защитного покрытия. Например, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения волокна покрыты защитным покрытием, которое может быть смыто только водой. Как правило, защитное покрытие будет включать в себя сочетание одной или нескольких смазок, одного или нескольких неионогенных эмульгаторов (поверхностно-активных веществ), одного или нескольких агентов, снижающих статические заряды, одного или нескольких увлажняющих или связующих агентов и одного или нескольких антибактериальных соединений. Предпочтительные составы защитного покрытия могут быть смыты только с использованием воды. Кроме того, механические средства могут быть использованы совместно с химическим агентом для улучшения эффективности химического удаления. Например, эффективность удаления защитного покрытия с использованием деионизированной воды может быть улучшена посредством изменения значения давления, направления воздействия, значения расхода, которые присущи процессу подачи воды.

Наиболее предпочтительно волокна, входящие в состав волокнистого полотна, моют и/или промывают водой, предпочтительно деионизированной водой, с необязательной сушкой волокон после мойки и без использования каких-либо других химикатов. Согласно другим вариантам осуществления, в которых защитное покрытие не растворимо водой, защитное покрытие может быть удалено или смыто, например, при помощи абразивного чистящего средства, химического чистящего средства или чистящего средства на основе ферментов. Например, в патентах США №№5,573,850 и 5,601,775, которые ссылкой включены в настоящий документ, раскрывается пропускание пряжи через ванну, содержащую неионогенное поверхностно-активное вещество (серийно выпускаемое Clariant Corporation, г. Шарлотт, Северная Каролина под товарным знаком HOSTAPUR® СХ.), тринатрийфосфат и гидроксид натрия, после промывки волокон. Другие пригодные химические агенты, кроме прочего, включают в себя спирты, такие как метанол, этанол и 2-пропанол; алифатические и ароматические углеводороды, такие как циклогексан и толуол; хлорированные растворители, такие как дихлорметан и трихлорметан. Мойка волокон также удалит любые другие поверхностные загрязнения, что обеспечит более плотное взаимодействие между волокном и смолой или другим материалом покрытия.

Предполагается, что предпочтительное средство, используемое для очистки волокон водой, не имеет ограничений, за исключением способности по существу осуществлять удаление защитного покрытия волокон. В предпочтительном способе удаление защитного покрытия осуществляют с использованием процесса, который включает пропускание волокнистого полотна через струи, выходящие из водоструйных сопел высокого давления, для мойки (или промывки) и/или физического удаления защитного покрытия с поверхности волокон. Волокна могут быть предварительно замочены в водяной ванне перед пропусканием волокон через струи, выходящие из водоструйных сопел высокого давления, и/или замочены после пропускания волокон через струи, выходящие из водоструйных сопел высокого давления, при этом волокна могут быть необязательно промыты после любой из указанных необязательных стадий замачивания посредством пропускания указанных волокон через струи, выходящие из дополнительных водоструйных сопел высокого давления. Кроме того, вымытые/замоченные/промытые волокна предпочтительно сушат после завершения процессов мойки/замачивания/промывания. Предполагается, что оборудование и средства, используемые для мойки волокон, не имеют ограничений, за исключением того, что они должны быть способны осуществлять мойку отдельных многонитевых волокон/многонитевой пряжи, а не изготовленных из них тканей, т.е. мойку волокон/пряжи перед сплетением или формированием из них нетканых слоев или пластов на основе волокон.

Удаление защитного покрытия волокон перед формированием ткани специально предусмотрено для получения нетканых тканей, которые сформованы при помощи скрепления нескольких пластов на основе волокон, которые содержат множество однонаправленных волокон. Типичный процесс формирования нетканых однонаправленных пластов на основе волокон включает: подачу пучков волокон из катушечной рамки и далее через направляющие и одну или несколько планок раскладочной машины в придающий параллельность гребень и последующее покрытие волокон полимерным вяжущим материалом. Альтернативно волокна могут быть покрыты перед встречей с планками раскладочной машины, или они могут быть покрыты между воздействием двух наборов планок раскладочной машины, причем один набор воздействует перед стадией покрытия, а другой набор после стадии покрытия. Типичный пучок волокон (например, пряжа) будет характеризоваться наличием от приблизительно 30 до приблизительно 2000 отдельных нитей, причем каждое волокно обычно содержит без ограничения от приблизительно 120 до приблизительно 240 отдельных нитей. Планки раскладочной машины и придающий параллельность гребень распределяют находящиеся в пучке волокна так, чтобы расположить их параллельно в одной плоскости. В результате идеального распределения волокон отдельные волокна или даже отдельные нити будут расположены рядом друг с другом в одной плоскости, формируя по существу однонаправленный, параллельный массив волокон с минимальным взаимным перекрытием волокон. Удаление защитного покрытия волокон перед указанной стадией распределения или на указанной стадии может улучшить и ускорить распределение волокон в указанный параллельный массив ввиду физического взаимодействия очищающего агента (например, воды) с волокнами/нитями. После распределения волокон и придания им параллельности указанный параллельный массив будет, как правило, содержать от 3 до 16 концов волокон на каждый дюйм (от 1,2 до 6,3 концов волокон на каждый сантиметр), в зависимости от толщины волокон. Соответственно удаление защитного покрытия волокон обеспечивает двойное преимущество, заключающееся в улучшении распределения волокон и улучшении прочности сцепления материалов/адсорбируемых веществ, впоследствии наносимых на поверхности волокон.

После осуществления удаления защитного покрытия волокон в желаемой степени волокна подвергают плазменной обработке или обработке коронным разрядом. Как плазменная обработка, так и обработка коронным разрядом будут модифицировать волокна в области их поверхности, тем самым дополнительно увеличивая адсорбируемость/связывание впоследствии наносимого адсорбируемого вещества (например, полимера/смолы) на поверхности волокон. Удаление защитного покрытия волокон позволяет указанным дополнительным процессам воздействовать непосредственно на поверхность волокна, а не на защитное покрытие волокон или на поверхностные загрязнения. Проведение плазменной обработки или обработки коронным разрядом желательно для оптимизации взаимодействия между группой волокон и поверхностными покрытиями волокон для того, чтобы улучшить крепление покрытий к поверхностям волокон. Это модифицированное взаимодействие может быть легко замечено в улучшениях глубины отпечатка.

Обработка коронным разрядом является процессом, в котором волокно пропускают через станцию для обработки коронным разрядом, тем самым подвергая волокнистое полотно воздействию группы высоковольтных электрических разрядов, которые воздействуют на поверхность волокнистого полотна различными способами, включая образование раковин, повышение шероховатости поверхности и включение полярных функциональных групп посредством частичного окисления поверхности волокон. Обработка коронным разрядом, как правило, окисляет поверхность волокон и/или добавляет полярность поверхности волокон. Обработка коронным разрядом также действует посредством выжигания небольших ямок или выбоин в поверхности волокна. Когда волокна способны окисляться, степень окисления зависит от следующих факторов: мощность, напряжение и частота обработки коронным разрядом. Продолжительность пребывания в поле коронного разряда также является фактором, который может быть изменен в зависимости от конструкции установки для обработки коронным разрядом или линейной скорости процесса. Подходящие установки для обработки коронным разрядом серийно выпускаются, например, компанией Enercon Industries Corp., г. Меномони Фоле, Висконсин; компанией Sherman Treaters Ltd., г. Таим, Оксфордшир, Великобритания; или компанией Softal Corona & Plasma GmbH & Co, г. Гамбург, Германия.

Согласно предпочтительному варианту осуществления волокна подвергают обработке коронным зарядом с энергией от приблизительно 2 Вт/кв. фут/мин до приблизительно 100 Вт/кв. фут/мин, более предпочтительно от приблизительно 5 Вт/кв. фут/мин до приблизительно 50 Вт/кв. фут/мин и наиболее предпочтительно от приблизительно 20 Вт/кв. фут/мин до приблизительно 50 Вт/кв. фут/мин. Обработка коронным зарядом с более низкой энергией от приблизительно 1 Вт/кв. фут/мин до приблизительно 5 Вт/кв. фут/мин также пригодна, но может быть менее эффективной. Помимо воздействия заряда на поверхность волокна обработка коронным зарядом может повысить шероховатость поверхности посредством образования раковин на поверхности волокна.

При плазменной обработке волокна обычно в качестве волокнистого полотна пропускают через ионизированную атмосферу в камере, которая заполнена инертным или неинертным газом, таким как кислород, аргон, гелий, аммиак или другой подходящий инертный или неинертный газ, включая сочетания указанных выше газов, чтобы тем самым осуществить взаимодействие волокон с нейтральными молекулами, ионами, свободными радикалами, а также ультрафиолетовым светом. Происходящие на поверхностях волокон столкновения поверхностей с заряженными частицами (ионами) приведут к передаче кинетической энергии, обмену электронами и т.п. Кроме того, столкновения между поверхностями и свободными радикалами приведут к аналогичным химическим перегруппировкам. Химические изменения волокнистой подложки также могут быть вызваны бомбардировкой поверхности волокон ультрафиолетовым излучением, испускаемым возбужденными атомами и молекулами, релаксирующими до более низких энергетических состояний. В результате этих взаимодействий плазменная обработка может модифицировать химическую структуру волокон, а также рельеф поверхности волокон. Например, подобно обработке коронным разрядом плазменная обработка может также добавлять полярность поверхности волокон и/или окислять фрагменты поверхности волокон. Плазменная обработка может также служить для увеличения поверхностной энергии волокон, снижения краевого угла волокна, модификации плотности сшивания поверхности волокон, увеличивая тем самым твердость, температуру плавления и массовое крепление последующих покрытий, а также может добавить поверхности волокон химические функциональные группы и потенциально осуществить абляцию поверхности волокон. Указанные эффекты аналогично зависят от химического состава волокон, а также от используемого типа плазмы.

Выбор газа важен для осуществления необходимой обработки поверхности, поскольку химическая структура поверхности претерпевает различные модификации при использовании различных газов для плазменной обработки. Указанный выбор может быть осуществлен специалистом в данной области техники. Например, известно, что функциональные аминогруппы могут быть включены в состав поверхности волокон при помощи аммиачной плазмы, а карбоксильные и гидроксильные группы могут быть включены в состав поверхности при помощи кислородной плазмы. Соответственно реакционная атмосфера может включать в себя один или несколько из аргона, гелия, кислорода, азота, аммиака и/или других газов, пригодных для применения в процессе плазменной обработки тканей. Реакционная атмосфера может включать в себя один или несколько из указанных газов в атомной, ионной, молекулярной форме или в форме свободных радикалов. Например, в предпочтительном непрерывном процессе согласно настоящему изобретению массив волокон пропускают через регулируемую реакционную атмосферу, которая предпочтительно включает в себя атомы аргона, молекулы кислорода, ионы аргона, ионы кислорода, свободные радикалы кислорода, а также другие частицы в следовых количествах. Согласно предпочтительному варианту осуществления реакционная атмосфера включает в себя аргон и кислород при концентрациях от приблизительно 90% до приблизительно 95% аргона и от приблизительно 5% до приблизительно 10% кислорода, причем предпочтительны концентрации аргона/кислорода, составляющие 90/10 или