АБСОРБИРУЮЩИЙ КОМПОНЕНТ, СОДЕРЖАЩИЙ ПРОФИЛЬ ПЛОТНОСТИ
ABSORBENT COMPONENT HAVING DENSITY PROFILE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к абсорбирующим компонентам и способам их изготовления, а конкретнее к абсорбирующим компонентам и способам их изготовления, обеспечивающим получение абсорбирующих компонентов с контролируемым профилем плотности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время известны некоторые одноразовые абсорбирующие изделия, такие как подгузники, гигиенические прокладки и ежедневные прокладки с абсорбирующей сердцевиной из пневмоуложенного войлока низкой плотности. Пневмоуложенный войлок или измельченная древесная масса в типичном случае производится в процессе, который требует нескольких шагов. Первый шаг - тот, на котором волокна волокнистой массы преобразуются в водную суспензию и подаются на движущийся экран из формующего ящика в процессе влажного формования бумажного полотна. Вода удаляется сочетанием тяготения и вакуума перед подачей на сушку для формирования материала с относительно высокой основной массой, называемого целлюлозная вата. Целлюлозная вата может быть в виде листа или рулона. После этого целлюлозная вата поставляется производителю абсорбирующих изделий. Производитель абсорбирующих изделий подвергает целлюлозную вату процессу распыления или измельчения для получения пневмоуложенного войлока, произведенного с помощью процесса пневматического формования. В типичном случае это делается на линии непрерывного производства абсорбирующих изделий.
Пневмоуложенный войлок имеет несколько ограничений при использовании в качестве материала абсорбирующей сердцевины в одноразовых абсорбирующих изделиях. Пневмоуложенный войлок в типичном случае имеет низкую целостность и подвержен образованию складок и морщин во влажном состоянии. Пневмоуложенный войлок в типичном случае имеет низкую плотность и не может обеспечить такой потенциал капиллярной работы, как материалы высокой плотности. Кроме того, пневмоуложенный войлок имеет одну и ту же плотность по всей толщине и не может быть легко трансформирован в структуры, имеющие градиент плотности в случае необходимости обеспечить структуру сердцевины с зонами, имеющими различные свойства.
Произведенные путем аэродинамического формования структуры представляют собой другой тип абсорбирующего материала, обычно используемый в абсорбирующих изделиях. Процесс аэродинамического формования требует распыления или измельчения целлюлозной ваты для получения пневмоуложенного войлока. Для обеспечения прочности и целостности материалов в него могут добавляться связующие, такие как латексные связующие. При аэродинамическом формовании также добавляются суперабсорбентные полимеры. Произведенные путем аэродинамического формования структуры могут быть сформированы способом, который обеспечивает градиент плотности, в частности использованный в 2003/0204178 А1, но это требует более дорогих процессов и материалов. Аэродинамического формование часто производится промежуточным поставщиком, что увеличивает себестоимость на отгрузку материалов для операции преобразования. Сочетание более дорогих материалов, обработки и отгрузки приводит к получению значительно более дорогих материалов и более сложной цепочке поставок.
Различные другие абсорбирующие структуры и другие структуры, используемые в абсорбирующих изделиях, и способы их изготовления раскрываются в патентной литературе, включающей: патент США 3,017,304, Burgeni; патент США 4,189,344, Busker; патент США 4,992,324, Dube; патент США 5,143,679, Weber; патент США 5,242,435, Murji; патент США 5,518,801, Chappell et al.; патент США 5,562,645, Tanzer et al.; патент США 5,743,999, Kamps; опубликованная патентная заявка США номер 2003/0204178 А1, Febo et al.; опубликованная патентная заявка США №2006/0151914, Gerndt; опубликованная патентная заявка США №2008/0217809 A1, Zhao et al.; опубликованная патентная заявка США №2008/0221538 A1, Zhao et al.; опубликованная патентная заявка США №2008/0221539 A1, Zhao et al.; опубликованная патентная заявка США №2008/0221541 A1, Lavash et al.; опубликованная патентная заявка США №2008/0221542 A1, Zhao et al. и опубликованная патентная заявка США №2010/0318047 A1, Ducker et al. Однако поиск улучшенных абсорбирующих структур и способов их изготовления продолжился.
Желательно обеспечить улучшенные абсорбирующие компоненты и способы их изготовления. В частности, желательно обеспечить абсорбирующие компоненты с улучшенными параметрами поглощения жидкости, гибкости, прочности на растяжение и удерживания жидкости. В идеале желательно производить такие улучшенные абсорбирующие компоненты по низкой себестоимости.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к абсорбирующим компонентам и способам их изготовления. Имеются многочисленные неограничивающие варианты осуществления этих компонентов и способов, а конкретнее абсорбирующих компонентов и способов их изготовления, которые могут использоваться для получения абсорбирующих компонентов с контролируемым профилем распределения плотности.
В одном неограничивающем варианте осуществления изобретения абсорбирующие структуры содержат по меньшей мере один единый абсорбирующий волокнистый слой или полотно, содержащий по меньшей мере некоторое количество целлюлозных волокон. Волокнистый слой имеет первую поверхность, вторую поверхность, длину, ширину, толщину и профиль плотности по всей толщине. Профиль плотности может быть приблизительно непрерывным по всей толщине волокнистого слоя. Волокнистый слой может дополнительно содержать различные области по всей X-Y плоскости с профилем плотности по всей их толщине. Толщина волокнистого слоя может быть разделена на ряд расстояний, измеренных по его толщине от 0% на его первой поверхности до 100% расстояния по толщине на его второй поверхности. В определенных вариантах осуществления изобретения абсорбирующий слой содержит местоположение, которое имеет максимальную плотность и часть или части, имеющие минимальную плотность. Средняя максимальная плотность, измеренная по толщине слоя, может превышать по меньшей мере примерно в 1,2 раза среднюю плотность части или частей с минимальной плотностью. В одном неограничивающем варианте осуществления изобретения волокнистый слой имеет профили плотности с относительно центральным положением максимума, в которых: (а) максимальная плотность слоя расположена в диапазоне от приблизительно 35% и до приблизительно 65%, альтернативно в диапазоне от приблизительно 40% и до приблизительно 60%, расстояния по толщине слоя; и (b) средняя максимальная плотность, измеренная по толщине слоя, превышает по меньшей мере в 1,2 раза среднюю плотность слоя, измеренную во внешних зонах слоя, где внешние зоны слоя представляют собой: (1) между 5% и 15%; или (2) между 85% и 95% толщины слоя.
В других вариантах осуществления изобретения профиль распределения плотности волокнистого слоя смещен к одной из поверхностей волокнистого слоя. В таких вариантах осуществления изобретения (а) максимальная плотность слоя располагается вне зоны слоя, которая находится в диапазоне от приблизительно 35% и до приблизительно 65%, альтернативно в диапазоне от приблизительно 40% и до приблизительно 60% расстояния по толщине слоя; и (b) средняя максимальная плотность, измеренная по толщине слоя, превышает по меньшей мере в 1,2 раза среднюю плотность полотна, измеренную во внешних зонах слоя, которые представляют собой: (i) между 5% и 15%; или (ii) между 85% и 95% толщины слоя.
Возможные другие варианты осуществления изобретения. Например, абсорбирующие компоненты, описанные выше, могут быть дополнительно уплотнены в некоторых областях или по всей их поверхности. В других вариантах осуществления изобретения полотно может иметь различные области с различными профилями плотности. В других вариантах осуществления изобретения абсорбирующие компоненты могут быть снабжены трехмерной топографией. В других вариантах осуществления изобретения абсорбирующие компоненты могут быть снабжены апертурами.
Способы формирования абсорбирующих компонентов содержат по меньшей мере один цикл (или проход) процесса механической деформации, которой подвергается исходное полотно. Исходный материал может быть в форме рулонов или листов (например, листовая волокнистая масса). Исходный материал может содержать любые применимые произведенные путем влажного формования целлюлозосодержащие материалы, включая наряду с прочими следующие: целлюлозная вата, облицовочный картон, полиграфический картон, переработанные вторичные материалы, фильтровальная бумага и их сочетания. Способы могут требовать прохождения исходного полотна через зазор между парой вращающихся в противоположных направлениях цилиндров. Поверхность отдельных цилиндров может, в зависимости от желаемого типа деформации, быть: гладкой (т.е. опорный цилиндр) или снабженной формующими элементами, содержащими выступающие элементы. В типичном случае способы требуют множественных циклов (или проходов) процесса механической деформации исходного полотна. Процесс механической деформации может применяться с помощью такой компоновки цилиндров, в которой имеются по меньшей мере четыре цилиндра и по меньшей мере два из цилиндров определяют два или более зазоров с другими цилиндрами.
Способы, описанные в настоящем документе, могут использоваться для различных целей. Они могут как служить в качестве шага предварительной обработки перед подачей исходного материала в молотковую мельницу для снижения энергии, требуемой для разделения материала на волокна в молотковой мельнице, так и в качестве отдельной операции линии по производству абсорбирующих изделий для подготовки законченных абсорбирующих компонентов, готовых для применения в абсорбирующих изделиях, производимых на линии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Нижеследующее полное описание поясняется чертежами, на которых:
Фиг.1 представляет собой полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) изображение разреза полотна целлюлозной ваты.
Фиг.1А представляет собой график полученного путем компьютерной микротомографии профиля плотности по всей толщине полотна целлюлозной ваты.
Фиг.2 представляет собой микрофотоснимок разреза полотна целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего способа для формирования абсорбирующего компонента с двусторонним понижением плотности.
Фиг.3 представляет собой полученное путем компьютерной микротомографии перспективное изображение абсорбирующего компонента типа, показанного на Фиг.2.
Фиг.4 представляет собой график полученного путем компьютерной микротомографии профиля плотности нескольких абсорбирующих компонентов, такие как показанные на Фиг.2 и 3.
Фиг.5 представляет собой микрофотоснимок разреза полотна целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего способа для формирования абсорбирующего компонента с односторонним понижением плотности.
Фиг.6 представляет собой график полученного путем компьютерной микротомографии профиля плотности по всей толщине четырех абсорбирующих компонентов, подобных абсорбирующим компонентам, показанным на Фиг.5.
Фиг.7 представляет собой микрофотоснимок разреза абсорбирующего компонента, часть которого, слева на изображении, подвергнута повышению плотности или уплотнению.
Фиг.8 представляет собой фотоснимок полотна целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления способов, описанных в настоящем документе, для формирования трехмерных абсорбирующих компонентов.
Фиг.9 представляет собой фотоснимок полотна целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления способов, описанных в настоящем документе, для формирования снабженного апертурами абсорбирующего компонента.
Фиг.10 представляет собой микрофотоснимок в перспективном виде абсорбирующего компонента, часть которого, в центре изображения, подвергнута повышению плотности или уплотнению, для формирования абсорбирующего компонента, имеющего X-Y-области с различными плотностями.
На Фиг.11 показано полотно целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления способов, описанных в настоящем документе, для формирования абсорбирующего компонента с понижением плотности в некоторых областях.
Фиг.12 представляет собой схематический вид сбоку, показывающий различные варианты осуществления абсорбирующей структуры, содержащей первый абсорбирующий компонент, имеющий профиль плотности по всей толщине, содержащей зону относительно высокой плотности, расположенную в направлении Z между двумя внешними частями слоя относительно более низкой плотности, и содержащей второй абсорбирующий компонент, примыкающий к одной поверхности первого абсорбирующего компонента.
Фиг.13 представляет собой схематический вид сбоку, показывающий различные варианты осуществления абсорбирующей структуры, содержащей первый абсорбирующий компонент, имеющий профиль плотности по всей толщине и содержащий внешнюю часть слоя, имеющую относительно более низкую плотность, расположенную в направлении Z с примыканием к зоне относительно высокой плотности, и содержащей второй абсорбирующий компонент, примыкающий к одной поверхности первого абсорбирующего компонента.
Фиг.14 представляет собой в разрезе вид сбоку двух тиснящих элементов в ранее известном процессе рельефного тиснения.
Фиг.15 представляет собой схематический вид сбоку одного варианта осуществления устройства для изготовления абсорбирующего компонента, в частности абсорбирующего компонента с односторонним понижением плотности, показанного на Фиг.2.
Фиг.15А представляет собой схематический вид сбоку другого варианта осуществления устройства для изготовления абсорбирующего компонента.
Фиг.15В представляет собой схематический вид сбоку другого варианта осуществления устройства для изготовления абсорбирующего компонента.
Фиг.15С представляет собой схематический вид сбоку другого варианта осуществления устройства для изготовления абсорбирующего компонента.
Фиг.15D представляет собой схематический вид сбоку другого варианта осуществления устройства для изготовления абсорбирующего компонента.
Фиг.16 представляет собой увеличенный перспективный вид одного неограничивающего варианта осуществления поверхностей двух из цилиндров устройства.
Фиг.17 представляет собой далее увеличенный перспективный вид поверхностей цилиндров, показанных на Фиг.16.
Фиг.18 представляет собой схематический вид в плане области полотна, показывающий как зубья на обоих цилиндрах могут взаимно располагаться в зазоре.
Фиг.19 представляет собой разрез части сцепленных цилиндров.
Фиг.20 представляет собой фотоснимок полотна между частью сцепленных цилиндров.
Фиг.21 представляет собой схематический вид сбоку другого варианта осуществления устройства для изготовления абсорбирующего компонента.
Фиг.22 представляет собой схематический вид сбоку одного варианта осуществления устройства для изготовления абсорбирующего компонента, такого как абсорбирующий компонент с односторонним понижением плотности, показанный на Фиг.5.
Фиг.23 представляет собой схематический вид сбоку одного неограничивающего варианта осуществления устройства для изготовления абсорбирующего компонента с повышенной плотностью либо уплотненного, в частности такого, как показан на Фиг.7, или трехмерного, или снабженного апертурами абсорбирующего компонента, в частности показанного на Фиг.8 и 9, соответственно.
Фиг.24 представляет собой схематический вид сбоку одного неограничивающего варианта осуществления устройства для изготовления трехмерного или снабженного апертурами абсорбирующего компонента, в частности показанного на Фиг.8 и 9, соответственно.
Фиг.25 представляет собой схематический вид сбоку одного неограничивающего примера формующего компонента для шага формования исходного полотна в трехмерный абсорбирующий компонент.
Фиг.26 представляет собой перспективный вид другого примера формующего компонента для шага формования исходного полотна в трехмерный абсорбирующий компонент.
Фиг.27 представляет собой схематический вид сбоку одного неограничивающего примера формующего компонента для шага формования исходного полотна в снабженный апертурами абсорбирующий компонент.
На Фиг.28 показан один неограничивающий пример формующего компонента для шага формования исходного полотна в абсорбирующий компонент, причем часть абсорбирующего компонента подвергнута повышению плотности или уплотнена.
На Фиг.29 показан один неограничивающий пример формующего компонента для шага формования исходного полотна в абсорбирующий компонент с понижением плотности в некоторых областях.
Фиг.30 представляет собой схематический вид сверху, показывающий образец для испытаний методом компьютерной микротомографии.
Фиг.31 представляет собой схематический вид сбоку области интереса (ROI) образца, анализируемого путем испытаний методом компьютерной микротомографии.
На Фиг.32 показан перспективный вид поверхности другого варианта осуществления цилиндра, который может использоваться в способах, описанных в настоящем документе.
Варианты осуществления изобретения абсорбирующей структуры и способы ее изготовления, показанные на чертежах, являются иллюстративными по своей природе и не предназначены для ограничения изобретения, определяемого пунктами формулы. Кроме того, особенности изобретения будут полнее и понятнее с учетом полного описания.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Определения:
Термин "абсорбирующие изделия"включает одноразовые изделия, такие как санитарные салфетки, гигиенические прокладки, тампоны, межгубные устройства, повязки на раны, подгузники, изделия, применяемые при недержании у взрослых, протирочные салфетки и т.п. Кроме этого, абсорбирующие компоненты, производимые способами и устройствами, раскрываемыми в настоящем документе, могут оказаться полезными в других полотнах, таких как губки для промывки, подушечки (такие как подушечки SWIFFER) и т.п. По меньшей мере некоторые из таких абсорбирующих изделий предназначены для поглощения биологических жидкостей, таких как менструальные выделения или кровь, вагинальные выделения, моча и кал. Салфетки могут использоваться для поглощения биологических жидкостей или могут использоваться для других целей, в частности для очистки поверхностей. Различные абсорбирующие изделия, описанные выше, в типичном случае содержат проницаемый для жидкостей верхний слой, непроницаемую для жидкостей подложку, присоединенную к верхнему слою, и абсорбирующую сердцевину между верхним слоем и подложкой.
Термин "абсорбирующая сердцевина" при использовании в настоящем документе относится к компоненту абсорбирующего изделия, которое первично ответственно за хранение жидкости. Абсорбирующая сердцевина в типичном случае не включает в себя верхний слой или подложку абсорбирующего изделия.
Термин "абсорбирующий компонент" при использовании в настоящем документе относится к компонентам абсорбирующего изделия, которые в типичном случае обеспечивают одну или более функциональность обращения с жидкостями, например сбор жидкости, распределение жидкости, перенос жидкости, хранение жидкости и т.д. Если абсорбирующий компонент содержит компонент, представляющий собой абсорбирующую сердцевину, абсорбирующий компонент может содержать всю абсорбирующую сердцевину полностью или только часть абсорбирующей сердцевины.
Термин "абсорбирующие структуры" при использовании в настоящем документе относится к компоновке из более чем одного абсорбирующего компонента абсорбирующего изделия.
Термины "уплотнение" и "повышение плотности"при использовании в настоящем документе относятся к шагу процесса, в котором плотность полотна увеличивается.
Термин "направление, поперечное направлению движения в машине" означает путь, который перпендикулярен направлению движения в машине в плоскости полотна.
Термины "снижение плотности" при использовании в настоящем документе относится к воздействию на плотность, в результате которого плотность полотна снижается.
Термины "профиль плотности" при использовании в настоящем документе относится к изменению в плотности по толщине абсорбирующего компонента и отличен от обычных изменений в плотности абсорбирующего компонента, имеющего приблизительно однородную плотность по всей толщине. Профиль плотности может быть в любой из конфигураций, описанных в настоящем документе. Профили плотности могут быть проиллюстрированы микрофотоснимками, SEM и полученными путем компьютерной микротомографии изображениями.
Термин "дискретный" при использовании в настоящем документе означает "различные" или "не связанные между собой". Когда термин "дискретный"используется применительно к формующим элементам на формующем компоненте, подразумевается, что дистальные (или радиально наружные) концы формующих элементов являются различными или не связанными между собой как в направлении движения в машине, так и в направлении, поперечном направлению движения в машине (даже если основания формующих элементов могут быть сформированы на одной и той же поверхности цилиндра, например). Например, гребни на кольцевом цилиндре не считаются дискретными.
Термин "одноразовые" используется в настоящем документе для описания абсорбирующих изделий, которые не предназначены подвергаться стирке или иному восстановлению или повторному использованию в качестве абсорбирующих изделий (т.е. они предназначены для утилизации после использования и, предпочтительно, для переработки, компостирования или иной утилизации экологически приемлемым способом).
Термин "целлюлозная вата" при использовании в настоящем документе относится к высушенному, произведенному путем влажного формования целлюлозосодержащему волокнистому материалу, который может быть выполнен в форме рулонов или листов. Целлюлозная вата также известна как распушенная целлюлоза или измельченная волокнистая масса. Для некоторых приложений целлюлозная вата содержит волокнистую массу SBSK (крафт из отбеленной древесины южных мягких пород) или NBSK (крафт из отбеленной древесины северных мягких пород) и производится в форме листов относительно большой толщины с высокой основной массой. Листовая продукция сматывается в непрерывные рулоны или собирается в стопы листов для отгрузки производителю одноразовых изделий. На заводе производителя рулоны непрерывно подаются в устройство, такое как молотковая мельница, для превращения, насколько это возможно, в отдельные волокна с созданием тем самым целлюлозной "пыли". Альтернативно, материалы с сортностью целлюлозной ваты могут быть подвергнуты понижению плотности с помощью процесса, описанного в настоящем документе. Кроме того, в дополнение к целлюлозным волокнам целлюлозная вата может включать волокна вискозы, полиэфира, хлопка, переработанные вторичные материалы, другие волокнистые материалы или даже добавки в виде частиц, содержащие элементы такие как минеральные наполнители, каолиновые глины или порошок целлюлозы. Материалы типа целлюлозной ваты, полезные в настоящем изобретении, включают в себя описанные в патентах США 6,074,524 и 6,296,737.
Термины "внешние"и "наружные" при использовании в настоящем документе применительно к зонам абсорбирующего компонента, относятся тем зонам, которые удалены в направлении Z от плоскости, проходящей через центр абсорбирующего компонента.
Термин "присоединенный к" описывает конфигурации, в которых элемент непосредственно зафиксирован относительно другого элемента путем прикрепления элемента непосредственно к другому элементу; конфигурации, в которых элемент косвенно зафиксирован относительно другого элемента путем прикрепления элемента к промежуточному компоненту, который, в свою очередь, прикреплен к другому элементу; и конфигурации, в которых один элемент составляет единое целое с другим элементом, т.е. один элемент практически представляет собой часть другого элемента.
Термин "присоединять" описывает конфигурации, в которых элемент зафиксирован относительно другого элемента в отдельных местах, а также конфигурации, в которых элементы полностью зафиксированы к другому элементу по всей поверхности одного из элементов.
Термин "слой" используется в настоящем документе для обозначения абсорбирующего компонента, основным измерением которого является X-Y, т.е. длина и ширина. Следует отметить, что термин "слой" не обязательно ограничен одиночным слоем или листом материала. Следовательно, слой может содержать ламинаты или сочетания нескольких листов или полотен требуемого типа материалов. Соответственно, термин "слой" включает в себя термины "слои" и "слоистый".
Термин "направление движения в машине" означает путь, которым материал, в частности полотно, следует на протяжении производственного процесса.
Термины "механическое воздействие" или "механическая деформация" могут использоваться взаимозаменяемо в настоящем документе и относятся к процессам, в которых к материалам прикладывается механическое усилие.
Термин "Micro-SELF" описывает процесс, подобный по применяемым устройствам и методу процессу SELF, определяемому в настоящем документе. Зубья Micro-SELF имеют различные размеры, так чтобы они лучше способствовали формированию выпуклостей с отверстиями на переднем и заднем концах. Процесс с использованием micro-SELF для формирования выпуклостей в субстрате полотна раскрывается в опубликованной патентной заявке США номер US 2006/0286343 А1.
Термин "картон" при использовании в настоящем документе относится к классу тяжеловесных бумаг и других древесно-волокнистых материалов с толщиной более 0,15 миллиметра, включая коробочный картон, полиграфический картон, древесно-стружечную плиту, тарный картон, гофрированный картон и облицовочный картон.
Термин "структурированный" при использовании в настоящем документе применительно к формующим компонентам подразумевает формующие компоненты, на которых имеются дискретные элементы, а также такие, на которых имеются непрерывные элементы рельефа, такие как гребни и канавки на кольцевом цилиндре.
Термин "переработанные вторичные материалы” при использовании в настоящем документе в общем относится к материалам, которые могут происходить из вторичных источников, таких как бытовые, оптовые, розничные, промышленные и образующиеся при сносе зданий. Термин "вторичные волокна"означает волокна, получаемые из потребительских продуктов, которые были утилизированы или сданы на переработку после их полного использования по назначению, и подразумевается как подмножество переработанных вторичных материалов. Вторичные материалы могут быть получены путем сортировки материалов из потока бытовых или производственных отходов перед утилизацией. Это определение сформулировано таким образом, чтобы включить в него материалы, которые используются для транспортировки продуктов к потребителю, включая, например, гофрированную картонную тару.
Термин "область" или "области"относится к частям или разделам абсорбирующего компонента в плоскости X-Y.
Термины "цилиндр для барабанного тиснения" или "барабанное тиснение" относятся к процессу, использующему деформирующие элементы, содержащие вращающиеся в противоположных направлениях цилиндры, входящие в зацепление ленты или входящие в зацепление пластины, содержащие непрерывные гребни и канавки, причем гребни и канавки деформирующих элементов входят в зацепление и растягивают полотно, находящееся между ними. Для барабанного тиснения деформирующие элементы могут располагаться таким образом, чтобы растягивать полотно в поперечном или продольном направлении в зависимости от ориентации зубьев и канавок.
Термин "создание апертур с помощью ротационного ножа" (RKA) относится к процессу и устройству, использующим входящие в зацепление деформирующие элементы, подобные определенному в настоящем документе в отношении SELF или micro-SELF. Процесс RKA отличается от SELF или micro-SELF тем, что относительно плоские удлиненные зубья деформирующего элемента SELF или micro-SELF изменены так, чтобы они были обычно заостренными на дистальном конце. Зубья могут быть заточены так, чтобы как прорезать насквозь, так и деформировать полотно, чтобы производить снабженное апертурами полотно или в некоторых случаях снабженное трехмерными апертурами полотно, как раскрыто в опубликованных патентных заявках США № US 2005/0064136 А1, US 2006/0087053 А1 и US 2005/021753. Зубья RKA могут иметь другие формы и профили, и процесс RKA может также использоваться для механической деформации волокнистого полотна без создания апертур. По остальным параметрам, таким в частности как высота зубьев, расстояние между зубьями, шаг, глубина зацепления и другие параметры обработки, RKA и устройство RKA может быть идентично описанному в настоящем документе в отношении SELF или micro-SELF.
Термин "SELF" относится к технологии компании Procter & Gamble, в которой SELF является сокращением от Structural Elastic Like Film (структурная эластикообразная пленка). Хотя процесс был первоначально разработан для деформования полимерной пленки с целью придания ей благоприятных структурных характеристик, было обнаружено, что процесс SELF может использоваться, чтобы производить благоприятные структуры в других материалах, в частности волокнистых материалах. Процессы, устройства и расположение элементов, произведенные с помощью SELF, иллюстрируются и описываются в патентах США №. 5,518,801; 5,691,035; 5,723,087; 5,891,544; 5,916,663; 6,027,483 и 7,527,615 В2.
Термин "единая структура" при использовании в настоящем документе относится к структуре, которая содержит: один слой или содержит полностью интегрированные множественные слои, которые удерживаются вместе водородными связями и механическим переплетением и не формируются путем сборки множественных слоев, которые сформированы отдельно и соединены вместе с помощью средствами крепления, такими, в частности, как клей. Пример единой структуры представляет собой структура, содержащая различные типы волокон (такие как эвкалиптовые волокна, которые могут быть уложены в процессе изготовления материала на другие целлюлозные волокна, образуя наружные слои для мягкости).
Термины "верхние" относятся к абсорбирующим компонентам, таким в частности как слои, которые расположены ближе к пользователю абсорбирующего изделия во время применения, т.е. по направлению к верхнему слою абсорбирующего изделия; напротив, термин "нижние" относится к абсорбирующим компонентам, которые расположены дальше от пользователя абсорбирующего изделия по направлению к подложке. Термины "в боковом направлении" соответствует направлению более короткого размера изделия, который обычно во время применения соответствует ориентации слева направо относительно пользователя. Термин "продольно" в этом случае относится к направлению, перпендикулярному боковому, но не соответствующему направлению толщины.
Термин "Z-измерение” относится к измерению, ортогональному длине и ширине компонента, сердцевины или изделия. Z-измерение обычно соответствует толщине компонента, сердцевины или изделия. При использовании в настоящем документе термин "X-Y измерения" относится к плоскости, ортогональной толщине компонента, сердцевины или изделия. X-Y измерение обычно соответствует длине и ширине, соответственно, компонента, сердцевины или изделия.
Термин "зона" или "зон” относится к части или разделу по направлению Z (толщине) абсорбирующего компонента.
I. Абсорбирующие компоненты.
Настоящее изобретение относится к абсорбирующим компонентам и способам их изготовления, а конкретнее к абсорбирующим компонентам и способам их изготовления, обеспечивающим получение абсорбирующих компонентов с контролируемым профилем плотности. Способы, описанные в настоящем документе, позволяют контролировать или модулировать некоторое число свойств профиля плотности. Местоположение зоны максимальной плотности по толщине абсорбирующего компонента может контролироваться. Величина максимальной плотности может контролироваться. Толщина зон с более высокой и более низкой плотностью может контролироваться. Соотношение средней максимальной плотности к средней плотности области или областей с более низкой плотностью может контролироваться. Кроме того, любые из этих свойств могут быть изменены на протяжении длины и/или ширины абсорбирующего компонента.
Способы, описанные в настоящем документе, могут обеспечивать профили плотности без сложностей и расходов на производство полотна путем аэродинамического формования. Профиль плотности, в отличие от структур со множественными слоями, произведенных путем аэродинамического формования, может быть практически непрерывным по всей толщине волокнистого полотна. Конкретнее, считается, что произведенные путем аэродинамического формования структуры со множественными слоями имеют ступенчатый градиент плотности. Профиль плотности абсорбирующего компонента, описанного в настоящем документе, с другой стороны, может быть приблизительно непрерывным по толщине волокнистого полотна (так что будучи представленным в виде графика, профиль плотности может образовывать приблизительно непрерывную кривую, свободную от крупных скачкообразных изменений и/или разрывов). Абсорбирующие компоненты, описанные в настоящем документе, могут, следовательно, не быть произведенными путем аэродинамического формования. Таким образом, абсорбирующие компоненты могут быть практически свободными или полностью свободными от связующих, таких как латексные связующие, иногда используемые в изготовлении произведенных путем аэродинамического формования материалов. Абсорбирующие компоненты, описанные в настоящем документе, могут при необходимости также быть по существу свободными или полностью свободными от абсорбирующих гелеобразующих материалов, являющихся еще одним общим компонентом в производимых путем аэродинамического формования материалах. Способы, описанные в настоящем документе, могут обеспечивать профили плотности без дополнительных сложностей и расходов на добавление воды и/или нагрев исходного материала.
Абсорбирующие компоненты изготавливаются из исходного материала, имеющего форму полотна или листов, содержащих по меньшей мере некоторые целлюлозные материалы, которые могут быть бумажными материалами. Исходный материал может содержать любые применимые произведенные путем влажного формования материалы, включая, наряду с прочими, следующие: целлюлозная вата, облицовочный картон, полиграфический картон, переработанные вторичные материалы, фильтровальная бумага и их сочетания. В некоторых случаях абсорбирующие компоненты могут полностью состоять или состоять практически из одного из этих произведенных путем влажного формования материалов.
Исходный материал в типичном случае содержат множество отдельных волокон. Большая доля целлюлозных волокон может обеспечивать различные преимущества, такие как снижение себестоимости полотна. В отдельных аспектах изобретения исходный материал имеет содержание волокон, в которых по меньшей мере около 90 вес.% волокон представляют собой целлюлозу, или волокна имеют длину не более около 0,4 дюйма (около 1 см). Альтернативно, по меньшей мере около 95 вес.%, и опционально по меньшей мере около 98 вес.% волокон представляют собой целлюлозу, или волокна имеют длину не более около 0,4 дюйма (около 1 см). В других желаемых компоновках исходное полотно может иметь состав волокон, в котором приблизительно около 100 вес.% волокон составляет целлюлоза или волокна имеют длину не более около 0,4 дюйма (около 1 см).
Волокна, содержащие исходный материал, включают целлюлозные волокна, обычно известные как волокна древесной массы. Применимые древесные массы включают в себя химические волокнистые массы, такие как крафт, сульфитные и сульфатные волокнистые массы, а также механические волокнистые массы, включая, например, измельченную древесную массу, термомеханические волокнистые массы и химически модифицированные термомеханические волокнистые массы. Химические волокнистые массы, однако, могут быть предпочтительными в определенных вариантах осуществления изобретения, поскольку они могут придавать более высокие характеристики получаемому из них исходному материалу. Могут применяться массы, получаемые как из лиственных деревьев (далее также упоминается как "древесина твердых пород"), так и хвойных деревьев (далее также упоминается как "древесина мягких пород"). Волокна древесины твердых пород и древесины мягких пород могут быть смешаны, или альтернативно, могут быть нанесены в виде слоев, что дает стратифицированное полотно. Патенты США 3,994,771 и 4,300,981 описывают послойное нанесение волокон древесины твердых пород и древесины мягких пород. Также применимы для настоящего изобретения волокна, получаемые из переработанной бумаги, которые могут содержать любые или все из вышеуказанных категорий, а также другие неволокнистые материалы, такие как наполнители и адгезивы, используемые для облегчения изготовления исходного полотна. Кроме того, в дополнение к вышесказанному, в настоящем изобретении могут использоваться волокна и/или филаменты, полученные из полимеров, в частности гидроксилполимеров. Неограничивающие примеры применимых гидроксилполимеров включают поливинил спирт, крахмал, производные крахмала, хитозан, производные хитозана, производные целлюлозы, камеди, арабинаны, галактаны и их смеси.
Волокна, содержащие исходный материал, в нормальном случае содержат волокна, получаемые из древесной массы. Другие естественные волокна, такие как хлопковые очесы, жмых, волокна шерсти, волокна шелка и т.д., могут применяться и включаются в объем настоящего изобретения. Синтетические волокна, такие как волокна вискозы, полиэтилена и полипропилена, могут также применяться в сочетании с естественными целлюлозными волокнами. Одно приводимое в качестве примера полиэтиленовое волокно, которое может быть применено, это PULPEX, поставляемое компанией Hercules, Inc. (Уилмингтон, Делавэр).
Волокна в типичном случае удерживаются вместе межволоконным переплетением и водородными связями. Волокна могут иметь любую применимую ориентацию. В определенных исходных материалах волокна выравнены преимущественно в направлении процесса, в котором они были сформированы (или "продольном").
Фиг.1 представляет собой полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение одного варианта осуществления изобретения с применением исходного материала, содержащего целлюлозную вату. Как показано на Фиг.1, исходные материалы представляет собой однослойную структуру, которая, в общем случае, относительно плотна по всей ее толщине. Этот исходный материал неприменим для использования в качестве компонента абсорбирующего изделия вследствие отсутствия пустого пространства и высокой жесткости. Таблица 1 в разделе примеров показывает свойства двух таких исходных материалов. График, показывающий плотность таких исходных материалов с расстоянием по толщине Т исходных материалов, показанным по оси x и соответствующей плотностью исходных материалов в этих местоположениях по оси y, показан на Фиг.1А. Такие графики можно получать из результатов компьютерной микротомографии, проведенной в соответствии с процедурой компьютерной микротомографии, установленной в разделе "Методика испытаний". Как показано на Фиг.1 и 1А, имеются некоторые менее плотные части на поверхности исходных материалов, но они не содержат существенной части общей толщины исходных материалов. Способы, описанные в настоящем документе, снижают общие (то есть средние) плотность и жесткость целлюлозной ваты (или другого исходного материала) и увеличивают его пустые пространства в по меньшей мере некоторых ее зонах, так что она становится применимой в качестве абсорбирующего компонента в абсорбирующем изделии. Способы могут также увеличивать средний калибр исходных материалов.
Исходные материалы могут иметь любые применимые свойства. Прочность на разрыв исходных материалов может быть до 1500 кПа или более, при измерении в соответствии с методикой испытаний TAPPI Т 403 om-91 для прочности на разрыв. Обычно исходные материалы с меньшей прочностью на разрыв легче механически модифицировать для снижения их плотности (т.е. получения материала с пониженной плотностью путем процесса снижения плотности). Это показано в таблице 2 в разделе примеров в конце данного описания. Таблица 2 показывает, что калибр увеличивается более значительно в образцах целлюлозной ваты с меньшей прочностью на разрыв. Следовательно, может быть желательным, чтобы исходный материал имел прочность на разрыв менее 1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 1000, 900, 800, 750, 700, 600, 500, 400, 300, 200 или 100 кПа, или менее. Прочность на разрыв может также находиться в пределах любого диапазона между любыми из этих значений прочности на разрыв.
2
2
2
2
3
3
3
3
Исходный материал может иметь любой применимый калибр, основную массу и плотность. Целлюлозная вата обычно имеет калибр по меньшей мере около 0,04 дюйма или более, например, от приблизительно 0,04 до приблизительно 0,06 дюйма (около 1-1,5 мм). Однако, заявители получали изготовленную по специальному заказу целлюлозную вату с калибром всего лишь 0,02 дюйма (около 0,5 мм). Следовательно, в некоторых вариантах осуществления изобретения калибры исходных материалов могут находиться в диапазоне от приблизительно 0,02 до приблизительно 0,06 дюйма (около 0,5-1,5 мм). Целлюлозная вата, которая коммерчески доступна, в типичном случае имеет основную массу приблизительно в диапазоне 100 и около 200 фунтов / 1 тыс. кв. футов (490-980 г/м). Однако заявители получали изготовленную по специальному заказу целлюлозную вату с основной массой всего 20 фунтов / 1 тыс. кв. футов (98 г/м) или менее. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления изобретения основная масса исходного материала может находиться в диапазоне от приблизительно 20 фунтов / 1 тыс. кв. футов (98 г/м) до приблизительно 200 фунтов / 1 тыс. кв. футов (980 г/м). В некоторых вариантах осуществления изобретения плотность исходного материала может находиться в диапазоне от приблизительно 0,25 г/см до приблизительно 0,6 г/см или выше, альтернативно от приблизительно 0,3 г/см до приблизительно 0,6 г/см. В типичном случае такие исходные материалы имеют относительно однородную плотность по всей своей толщине. Например, средняя максимальная плотность, измеренная по толщине исходного материала, в типичном случае превышает в приблизительно 1,1 раза или менее значение средней плотности части или частей с минимальной плотностью.
Исходные материалы могут иметь любое применимое содержание влаги. Целлюлозная вата обычно имеет содержание влаги менее около 10 процентов, например, около 7 процентов, хотя более низкие и более высокие содержания влаги также могут использоваться. Обычно исходные материалы с более низким содержанием влаги легче механически модифицировать для снижения их плотности (получения материала с пониженной плотностью). Например, может быть желательным, чтобы материал исходного полотна имел содержание влаги меньше либо равное 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% или в любом диапазоне между любыми из этих процентных долей.
Исходный материал может в определенных вариантах осуществления изобретения быть обработанным, частично обработанным (то есть содержать обработанную часть и необработанные часть) или необработанным. Если исходный материал является обработанным, это может быть обеспечено с помощью любой применимой обработки, включая наряду с прочими применение разрыхлителей, таких как химические разрыхлители. Примеры применимых процессов обработки описаны в патентах США 6,074,524, 6,296,737, 6,344,109 В1 и 6,533,898 В2. В типичном случае необработанные исходные материалы имеют более высокую прочность на разрыв, чем обработанные или частично обработанные исходные материалы. Обеспечение исходных материалов с по меньшей мере некоторой обработкой в форме разрыхлителя может позволить легче механически модифицировать исходные материалы для снижения их плотности.
3
3
Абсорбирующие компоненты, сформированные способами, описанными в настоящем документе, могут иметь любые применимые общие свойства. Абсорбирующие компоненты могут иметь среднюю прочность на изгиб меньше либо равную приблизительно 25 Н или любые меньшие значения прочности на изгиб наряду с прочими, меньше либо равные приблизительно 10 Н. Абсорбирующие компоненты могут иметь среднюю плотность в диапазоне около 0,05-0,5 г/см. Следует отметить, что диапазоны средней плотности различных возможных исходных материалов и абсорбирующих компонентов, описанных в настоящем документе, могут перекрываться. Это происходит вследствие широкого разнообразия возможных исходных материалов. Для определенного исходного материала средняя плотность абсорбирующего компонента, сформированного в соответствии с настоящим документом, будет ниже, чем у исходного материала. Способы, описанные в настоящем документе, могут формировать абсорбирующие компоненты с любой применимой средней плотностью, включая наряду с прочими среднюю плотность, меньшую, равную или большую, чем 0,25 г/см с высокой гибкостью. Способы могут также формировать абсорбирующие компоненты с любой применимой толщиной, включая наряду с прочими меньшую либо равную 4 мм или более 4 мм.
3
3
3
3
Местоположения части абсорбирующего компонента с максимальной (или пиковой) плотностью может быть приближенно в центре абсорбирующего компонента (то есть, приблизительно 50% расстояния по толщине абсорбирующего компонента). Альтернативно, местоположения максимальной плотности могут варьировать до 30% или более расстояния по толщине абсорбирующего компонента, так что они могут находиться где угодно в диапазоне от приблизительно 20% до приблизительно 95% по толщине абсорбирующего компонента. Нижний край этого диапазона (например, точка 20%) может быть сформирована на любой из сторон абсорбирующего компонента при его изготовлении; однако, часть абсорбирующего компонента с более низкой плотностью в типичном случае содержит верхнюю поверхность, когда абсорбирующий компонент включен в абсорбирующее изделие. Абсорбирующий компонент может иметь диапазон средней максимальной плотности, измеренный на пике и в местоположениях +/- 5% от толщины абсорбирующего компонента вокруг пика в диапазоне приблизительно 0,1-0,65 г/см. Средняя максимальная плотность может, следовательно, быть менее или равной примерно 0,25 г/см или более примерно 0,25 г/см. Абсорбирующие компоненты могут иметь диапазон средней минимальной плотности, измеренной в местоположениях с минимальной плотностью и в местоположениях +/- 5% толщины абсорбирующего компонента вокруг местоположений с минимальной плотностью между примерно 0,02 и одним из следующих приблизительных значений: 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,35, 0,4, 0,45, 0,5 и 0,55 г/см.
Абсорбирующие компоненты могут иметь любые применимые соотношения средней максимальной плотности к средней минимальной плотности (в зонах низкой плотности вне зоны максимума, с исключением крайних наружных зон между 0-4% и 96-100% от всей толщины абсорбирующего компонента). Эти наружные зоны не учитываются для снижения вариативности измерений, описанных в настоящем документе. Термин "средняя внешняя плотность"при использовании в настоящем документе относится к средней или усредненной плотности, измеренной на внешних частях абсорбирующего компонента, которые находятся: (1) между 5% и 15%; и (2) между 85% и 95% толщины слоя. Когда в настоящем документе указывается соотношение средней максимальной плотности к средней внешней плотности, оно относится к соотношению средней максимальной плотности к внешней части, имеющей низкую среднюю плотность. Средняя максимальная плотность, измеренная по всей толщине слоя, может превышать по меньшей мере примерно в 1,2 раза среднюю плотность части или частей с минимальной плотностью. Это соотношение может, например, находиться в диапазоне от приблизительно 1,2 до приблизительно 6,5 раз или более.
Исходный материал модифицируется, как описано в настоящем документе, чтобы обеспечить единый абсорбирующий компонент с профилем плотности по всему направлению Z (толщине) абсорбирующего компонента. Профиль плотности может использоваться для получения абсорбирующего компонента с по меньшей мере одной зоной или частью относительно высокой плотности и по меньшей мере одной зоной или частью относительно более низкой плотности в направлении Z. Термин "относительно"при использовании в этом контексте означает, что эти зоны имеют различие в плотности относительно друг друга. То есть зоны высокой плотности имеют высокую плотность относительно зоны более низкой плотности. Может быть две или более зон с различными плотностями. Эти зоны могут быть обозначены как первая, вторая, третья и т.д. зоны.
Процессы, описанные в настоящем документе, могут быть разработаны таким образом, чтобы превращать исходный материал в абсорбирующий компонент, имеющий много возможных структур. Эти структуры включают, среди прочих, без ограничения: А) абсорбирующий компонент с центральной зоной высокой плотности и внешние части более низкой плотности (упоминаемый в настоящем документе как абсорбирующий компонент "с двусторонним понижением плотности"); (В) абсорбирующий компонент с частью высокой плотности, которая смещена к одной из поверхностей абсорбирующего компонента и частью более низкой плотности, примыкающей к другой стороне абсорбирующего компонента (упоминаемый в настоящем документе как абсорбирующий компонент с односторонним понижением плотности); (С) версия с повышенной плотностью или уплотненная версия абсорбирующих компонентов (А) или (В); (D) абсорбирующий компонент, содержащий профиль распределения плотности и трехмерную топографию (3D); (Е) снабженная апертурами версия абсорбирующих компонентов от (А) до (D), описанных выше; (F) абсорбирующие компоненты с X-Y-областями с различными плотностями и профилями плотности; и (G) альтернативные варианты осуществления изобретения и сочетания любых из вышеперечисленных типов абсорбирующих компонентов. Каждый из этих типов абсорбирующих компонентов и способы их изготовления описаны подробнее ниже.
А. Абсорбирующие компоненты с центральной зоной высокой плотности ("абсорбирующие компоненты с двусторонним понижением плотности").
На Фиг.2 и 3 показан один неограничивающий вариант осуществления абсорбирующего компонента 20 с центральной зоной высокой плотности (или абсорбирующий компонент с двусторонним понижением плотности). Абсорбирующий компонент 20 содержит единый абсорбирующий волокнистый слой, имеющий первую поверхность 20А, вторую поверхность 20В, длину L в направлении X, ширину W в направлении Y и в направлении Z толщину Т. Как показано на Фиг.2, толщина Т абсорбирующего волокнистого слоя может быть разделена на диапазоны расстояния, измеренные по всей толщине от 0% на первой поверхности 20А до 100% расстояния по толщине на второй поверхности 20В. Абсорбирующий волокнистый слой имеет профиль плотности по всей толщине Т, содержащий зону относительно высокой плотности 22, расположенную в направлении Z между двумя внешними зонами относительно более низкой плотности 24 и 26 слоя. Единый абсорбирующий волокнистый слой может обозначаться в настоящем документе как "абсорбирующий слой", "волокнистый слой"или просто слой.
На Фиг.2 и 3 показано, что абсорбирующий компонент увеличивается в объеме. Под "расширением" подразумевается, что волокна, часто таковые в частях низкой плотности, разделены увеличенными пустыми пространствами между ними в сравнении с другими частями абсорбирующего компонента (такие как части высокой плотности) и также в сравнении с исходным материалом, показанным на Фиг.1. Другой способ описания абсорбирующего компонента состоит в том, что абсорбирующий компонент состоит из целлюлозных волокон, которые имеют поверхности, и имеются межволоконные водородные связи между целлюлозными волокнами, которые практически прерываются пустотами между поверхностями волокон. Следовательно, абсорбирующий компонент 20 в типичном случае имеет часть низкой плотности, простирающуюся в плоскости X-Y, имеющую толщину, которая кажется вспушенной или поднятой. Часть более низкой плотности в типичном случае мягче, чем поверхность исходного полотна.
Поверхности 20А абсорбирующего компонента 20 могут иметь или не иметь на себе множество деформаций или следов воздействия. Противоположные поверхности 20В подобным же образом могут иметь или не иметь на себе подобные элементы деформаций. Следует отметить, что в различных вариантах осуществления процесса, описанного в настоящем документе, следы воздействия процесса могут быть более или менее видимы (или невидимы) в зависимости от используемого процесса и конфигурации формующей структуры в устройстве, используемом для формирования абсорбирующего компонента. Деформации присутствуют в результате воздействия на исходный материал процесса механической деформации, который придает материалу локализованный изгиб, напряжение и срез для снижения плотности исходного материала. Деформации могут присутствовать в любой применимой форме, включая создание углублений, выступов или их сочетаний. Деформации могут располагаться в любом применимом расположении элементов, включая регулярные расположения элементов или случайные расположения элементов. Расположение элементов деформаций зависит от процесса и устройства, используемых для снижения плотности исходного материала.
Часть высокой плотности 22 и часть более низкой плотности 24 и 26 могут содержать любую применимую часть толщины абсорбирующего компонента 20, Часть высокой плотности 22 может, например, содержать в диапазоне приблизительно 10%-80%, альтернативные в диапазоне приблизительно 10%-50%, альтернативно в диапазоне приблизительно 10%-25% толщины абсорбирующего компонента 20, Части более низкой плотности 24 и 26 могут содержать существенную часть общей толщины абсорбирующего компонента. Например, каждая из частей более низкой плотности 24 и 26 (или часть более низкой плотности, если в других вариантах осуществления изобретения имеется только одна часть низкой плотности) может содержать количество более, или более, или равное приблизительно 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, до приблизительно 80% толщины абсорбирующего компонента. Толщина части или частей более низкой плотности может также находиться в пределах любых диапазонов между любыми двумя из вышеуказанных процентных долей.
В структуре с двусторонним понижением плотности абсорбирующий компонент 20 может иметь максимальную плотность в местоположении в диапазоне между приблизительно 35% и приблизительно 65%, альтернативно в диапазоне между приблизительно 40% и приблизительно 60% расстояния по толщине Т абсорбирующего компонента 20. Абсорбирующие компоненты могут иметь соотношение средней максимальной плотности к средней минимальной плотности больше или равное приблизительно 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5 или более или любые числа или диапазоны чисел между этими числами. Это соотношение может, например, находиться в диапазоне от приблизительно 1,2 до приблизительно 6,5 или более. Несколько неограничивающих примеров таких структур представлены в таблице 3 в примерах ниже. График, полученный по данным компьютерной микротомографии и показывающий профили плотности этих компонентов по всей толщине Т абсорбирующего компонента по оси x и соответствующие плотности абсорбирующего компонента в этих местоположениях по оси y, показан на Фиг.4.
Получение абсорбирующего компонента с профилем плотности может обеспечивать получение абсорбирующего компонента, дающего некоторые преимущества. Однако, следует отметить, что абсорбирующие компоненты не обязательно должны обеспечивать такие преимущества, за исключением случаев, когда такие преимущества явным образом включены в пункты формулы изобретения.
Части более низкой плотности 24 и 26 по меньшей мере на одной стороне абсорбирующего компонента 20 могут обеспечивать абсорбирующие компоненты с пустыми пространствами для более быстрого сбора жидкости. Они также обеспечивают абсорбирующие компоненты 20 с высокими калибрами и большей гибкостью, чем исходный материал.
Часть высокой плотности 22 может обеспечивать абсорбирующие компоненты с капиллярным всасыванием для отвода жидкости и предотвращения утечки жидкости из абсорбирующего изделия. Это в особенности полезно в снижении тенденции движения биологических жидкостей назад по направлению к телу и его повторному намоканию (т.е. снижает повторное намокание). Более высокое капиллярное всасывание может также давать возможность использования верхних слоев с высоким капиллярным всасыванием, которые могут быть более эффективными в удалении биологических жидкостей от тела, что ведет к более чистому телу.
Часть высокой плотности 22 может также обеспечивать абсорбирующие компоненты с улучшенной целостностью относительно ранее известных типов материалов для абсорбирующих сердцевин, такие как пневмоуложенный войлок. Хотя часть более низкой плотности имеет более низкую целостность в сравнении с частью высокой плотности, она также имеет более высокую целостность, чем пневмоуложенный войлок, вследствие избирательного разрыва и сохранения водородных связей. Улучшенная целостность характеризуется улучшенной прочностью на растяжение, которая делает абсорбирующие материалы более легкими в обработке и при манипуляциях во время производства абсорбирующих изделий. Улучшенная целостность может также снижать образование складок, образование морщин и вероятность разрыва абсорбирующего материала при износе абсорбирующего изделия. В абсорбирующих изделиях, таких как санитарные салфетки и ежедневные прокладки, это может приводить к снижению образования пятен, видимых на обращенной к телу стороне абсорбирующего изделия.
Профили плотности могут быть обеспечены в единой структуре, которая устраняет потребность в получении отдельных слоев, имеющих различные свойства, и склеивании таких слоев вместе. Это может устранять шаг склеивания во время обработки и устранять потребность в адгезивах или других материалах для удерживания отдельных слоев вместе (адгезивы могут влиять на перенос жидкостей между слоями).
Абсорбирующие компоненты, содержащие профиль плотности с двусторонним понижением плотности, обеспечивают наибольший калибр или толщину в наименьшем числе проходов через процесс механической деформации. Калибр или толщина может представлять интерес для тех женщин, которые предпочитают гигиенические прокладки большой толщины.
В. Асимметричный профиль распределения плотности или абсорбирующий компонент с односторонним понижением плотности.
На Фиг.5 показано полотно целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления способов, описанных в настоящем документе, для формирования абсорбирующего компонента 20 со смещенным или односторонним понижением плотности. Как показано на Фиг.5, исходные материалы формуются в абсорбирующий компонент 20, который содержит единый абсорбирующий волокнистый слой, имеющий зоны высокой плотности 22, примыкающие к одной стороне 20В абсорбирующего слоя, и зоны более низкой плотности 24, примыкающие к другой стороне 20А абсорбирующего слоя. Зоны более высокой и более низкой плотности могут содержать существенную часть общей толщины абсорбирующего компонента. Фиг.6 представляет собой график полученного путем компьютерной микротомографии профиля распределения плотности по всей толщине четырех абсорбирующих компонентов, таких как показанный на Фиг.5.
В такой структуре абсорбирующий компонент 20 может иметь максимальную плотность, фиксируемую в местоположении, более или равном до приблизительно 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 90% или 95% расстояния по толщине Т абсорбирующего компонента, измеренной с каждой из сторон абсорбирующего компонента. В определенных вариантах осуществления изобретения абсорбирующий компонент со смещенным профилем плотности 20 может иметь максимальную плотность, которая фиксируется вне зоны, которая представляет центральные 20% (расстояния между 40-60% по толщине), 25% (расстояния между 38-63% по толщине), 30% (расстояния между 35-65% по толщине), до центральных 50% (расстояния между 25-75% по толщине) или 60% (расстояния между 20-80% по толщине) толщины абсорбирующего слоя. Абсорбирующий компонент может иметь соотношение средней максимальной плотности к средней минимальной плотности, более или равное от приблизительно 1,2 до приблизительно 6,5 или более. Соотношение может, например, находиться в диапазоне от приблизительно 1,2, 1,3, 1,4, 1,5 или любое другое значение с шагом 0,1 до приблизительно 6,5 или более. Несколько неограничивающих примеров такой структуры приведено в таблице 4 в разделе примеров ниже.
При помещении абсорбирующего компонента 20 со смещенной плотностью в абсорбирующее изделие, содержащее проницаемую для жидкостей обращенную к телу сторону, непроницаемая для жидкостей сторона с относительно более низкой плотностью внешней частью 24 абсорбирующего компонента должна быть направлена к обращенной к телу стороне абсорбирующего изделия.
Абсорбирующие компоненты, содержащие асимметричный профиль распределения плотности, могут быть полезны тем, что для данного калибра на обращенной к телу стороне абсорбирующего компонента может быть расположен материал с более низкой плотностью, который благоприятен для поглощения жидкостей. Положение части с высокой плотностью на нижней стороне дополнительно отводит жидкость от тела.
С. Абсорбирующие компоненты с повышенной плотностью или уплотненные.
На Фиг.7 показано полотно целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления способов, описанных в настоящем документе, для формирования абсорбирующего компонента 20 с повышенной плотностью или уплотненного. В этом процессе исходный материал подвергается понижению плотности, как как описано в разделах IA или В выше, и по меньшей мере одна область поверхности материала затем подвергается уплотнению. Как показано на Фиг.7, абсорбирующий компонент 20 имеет область 30 в левой части изображения, подвергнутую повышению плотности или уплотненную. Область 32 абсорбирующего компонента 20 в правой части Фиг.7 не уплотнена и остается с пониженной плотностью вместе с центральной зоной высокой плотности 22 и двумя внешними зонами более низкой плотности 24 и 26. В других вариантах осуществления изобретения абсорбирующий компонент 20 может быть полностью подвергнут повышению плотности или уплотнению.
3
3
Структура абсорбирующего компонента с повышенной плотностью или уплотненного 20 может быть подобна структуре абсорбирующего компонента с двусторонним понижением плотности или структуре абсорбирующего компонента с односторонним понижением плотности в зависимости от типа абсорбирующего компонента, который был сформирован перед тем, как подвергнуться уплотнению. В случае абсорбирующего компонента с повышенной плотностью или уплотненного, однако, средняя плотность уплотненных областей абсорбирующего компонента будет более высокой (а калибр меньшим), чем у абсорбирующего компонента, сформированного до уплотнения. Уплотненные области абсорбирующего компонента 20 могут иметь плотность между примерно 0,1 г/см и примерно 0,55 г/см с сохранением профиля плотности.
В абсорбирующем компоненте с повышенной плотностью или уплотненном большая часть улучшения гибкости абсорбирующего компонента с пониженной плотностью часто сохраняется. Таблица 5 в разделе примеров показывает различие в калибре и гибкости уплотненной структуры с двусторонним понижением плотности относительно неуплотненной структуры с двусторонним понижением плотности. Образец примера 15 подвергнут повышению плотности или уплотнению по всей площади поверхности. Свойства различных областей вариантов осуществления изобретения, в которых только области абсорбирующего компонента 20 уплотнены (в противоположность полностью уплотненным абсорбирующим компонентам 20), описаны подробнее в настоящем документе в разделе IF.
Абсорбирующие компоненты, имеющие профили плотности повышенной плотности или уплотненные, могут быть полезны тем, что малая толщина может обеспечивать незаметность, которая важна для некоторых потребителей. Менее предпочтительный альтернативный подход к процессу повышения плотности/уплотнения, описание которого содержится в настоящем документе, состоит в попытке сформировать более тонкий абсорбирующий компонент путем меньшей механической обработки исходного материала, в частности меньшим числом проходов процесса механической деформации. Это приводит к меньшему снижению плотности и получению меньшего калибра. Однако такой абсорбирующий компонент остается относительно жестким по причине того, что в исходном материале по-прежнему присутствует большое число водородных связей. Уплотнение позволяет добиться значительно большей гибкости при формировании тонких абсорбирующих компонентов по сравнению с альтернативным подходом подвергания исходного материала меньшему числу проходов процесса механической деформации. В Таблице 6 показан пример, где уплотненный абсорбирующий компонент с пониженной плотностью (пример 17) имеет меньшую толщину и более высокую гибкость, чем абсорбирующий компонент (пример 16), обработанный с меньшим числом проходов.
D. Трехмерные абсорбирующие компоненты.
На Фиг.8 показано полотно целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления способов, описанных в настоящем документе, для формирования трехмерного абсорбирующего компонента 20. В этом процессе исходный материал может быть подвергнут процессу формирования в нем трехмерной структуры до и/или после того, как он подвергается понижению плотности, как описано в разделах IA или В выше.
Микроструктура трехмерного абсорбирующего компонента 20 может быть подобна таковой абсорбирующего компонента с двусторонним понижением плотности или абсорбирующего компонента с односторонним понижением плотности в зависимости от того, какой тип абсорбирующего компонента был сформирован перед или после того, как он был подвергнут шагу формирования в нем трехмерной топографии. В данном варианте осуществления изобретения абсорбирующий компонент 20 содержит профиль плотности и дополнительно содержит трехмерную топографию поверхности. Конкретнее, по меньшей мере одна из первой поверхности и второй поверхности содержит выступы 34 и/или углубления. Углубления в одной поверхности абсорбирующего компонента 20 в типичном случае соответствуют выступам 34 на другой поверхности. По меньшей мере некоторые из выступов 34 могут иметь профили плотности по всей их толщине, причем средняя максимальная плотность находится в диапазоне значений, превышающих в число раз от примерно 1,2 до примерно 6,5 или более среднюю плотность этих частей по всей толщине выступов с минимальной плотностью. Если исходные материалы содержат множественные слои, выступы могут быть сформированы в таких множественных слоях.
Трехмерные абсорбирующие компоненты 20 могут иметь любое применимое число выступов 34 и/или углублений, от одного выступа 34 или углубления до множества выступов 34 и/или углублений. Выступы 34 и/или углубления могут покрывать любые желаемые части площади абсорбирующего компонента. В некоторых вариантах осуществления изобретения выступы 34 и/или углубления могут быть расположены в области, содержащей только часть площади абсорбирующего компонента. В других вариантах осуществления изобретения выступы 34 и/или углубления могут быть распределены приблизительно по всему абсорбирующему компоненту.
Абсорбирующие компоненты, содержащие профиль плотности и трехмерную структуру, могут быть полезны тем, что выступы обеспечивают увеличение общего калибра (который может быть важен для тех потребителей, которые предпочитают абсорбирующие изделия большой толщины).
E. Снабженные апертурами абсорбирующие компоненты
На Фиг.9 показано полотно целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления способов, описанных в настоящем документе, для формирования снабженного апертурами абсорбирующего компонента 20. В этом процессе исходный материал снабжается апертурами до и/или после того, как он подвергается понижению плотности, как описано в разделах IA или В выше.
2
2
Структура снабженного апертурами абсорбирующего компонента 20 может быть подобна структуре абсорбирующего компонента с двусторонним понижением плотности или таковой абсорбирующего компонента с односторонним понижением плотности в зависимости от того, какой тип абсорбирующего компонента был сформирован перед созданием в нем апертур, или типа абсорбирующего компонента, сформированного после создания в нем апертур. В данном варианте осуществления изобретения имеется по меньшей мере одна апертура 36, простирающаяся между упомянутыми первой и второй поверхностями абсорбирующего компонента 20. Если исходный материал содержит множественные слои, апертура может простираться сквозь такие множественные слои. Апертура 36 может быть любых применимых форм и размеров. Применимые формы включают, в том числе, без ограничения, круговые, овальные, прямоугольные и т.д. Размер апертуры 36 может в некоторых вариантах осуществления изобретения находиться в диапазоне от приблизительно 0,25 мм до приблизительно 20 мм по площади. Снабженный апертурами абсорбирующий компонент может содержать область 38, по меньшей мере частично окружающую по меньшей мере одну апертуру 36, которая уплотнена.
Снабженный апертурами абсорбирующий компонент может иметь любое применимое число апертур 36, от одной апертуры до множества апертур. Апертуры 36 могут покрывать любую желаемую часть площади абсорбирующего компонента. В некоторых вариантах осуществления изобретения апертуры 36 могут быть расположены в области, содержащей только часть площади абсорбирующего компонента. В других вариантах осуществления изобретения апертуры 36 могут быть распределены практически по всему абсорбирующему компоненту.
F. Абсорбирующие компоненты с X-Y-областями с различными плотностями.
Имеются многочисленные возможные варианты осуществления абсорбирующих компонентов, имеющих X-Y-области с различными плотностями и/или различные профили плотности. В некоторых вариантах осуществления изобретения абсорбирующие компоненты полностью могут иметь профили плотности, и абсорбирующие компоненты могут иметь различные области в плоскости X-Y с различными плотностями и/или различными профилями плотности. В других вариантах осуществления изобретения по меньшей мере часть абсорбирующего компонента может быть с пониженной плотностью, а часть не подвергается понижению плотности. В этих последних вариантах осуществления изобретения часть абсорбирующего компонента, которая не подвергается понижению плотности, может иметь плотность, подобную плотности исходных материалов. Эти последние варианты осуществления изобретения упоминаются в настоящем документе как абсорбирующие компоненты "с понижением плотности в некоторых областях".
1. Абсорбирующий компонент в целом содержит профиль плотности.
На Фиг.10 показано полотно целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления способов, описанных в настоящем документе, для формирования абсорбирующего компонента 20, имеющего X-Y-области 40 и 42 с различными плотностями и/или профилями плотности. В одном варианте осуществления такого процесса исходный материал подвергается снижению плотности, как описано в разделах IA или В выше, и затем подвергается уплотнению в по меньшей мере одной области 42.
3
Структура областей абсорбирующего компонента 20 с профилем плотности может быть подобной структуре абсорбирующего компонента с двусторонним понижением плотности или структуре абсорбирующего компонента с односторонним понижением плотности, в зависимости от того, какой процесс или сочетание процессов было использовано для механической деформации каждой области. Области могут иметь один и тот же или различные типы профиля распределения плотности. Например, в случае, когда типы профилей плотности различны, первая область может иметь профиль с односторонним понижением плотности, а вторая область может иметь профиль с двусторонним понижением плотности. В таких вариантах осуществления изобретения длина и ширина абсорбирующего компонента определяет область, и абсорбирующий компонент содержит по меньшей мере две области, простирающиеся в направлениях X и Y, которые содержат: а) первую область, содержащую часть площади абсорбирующего компонента, и b) вторую область, содержащую другую часть площади абсорбирующего компонента. Первая область 40 может быть охарактеризована как имеющая первую среднюю плотность, первую минимальную плотность и первую максимальную плотность. Вторая область 42 имеет вторую среднюю плотность, вторую минимальную плотность и вторую максимальную плотность. В таких вариантах осуществления изобретения вторая средняя плотность второй области 42 превышает по меньшей мере на примерно 0,05 г/см первую среднюю плотность первой области.
Первая и вторая области могут быть любых применимых размеров и форм при условии, что они достаточно велики, чтобы взять из них образцы или образец для цели испытаний методом компьютерной микротомографии, описанных в настоящем документе. Следовательно, первая и вторая области должны каждая покрывать область, которая превышает или равна по размерам квадрату 7,2 мм × 7,2 мм (площадь более или равная приблизительно 52 мм). Форма первой и второй областей может быть выбрана из группы, включающей следующее: квадратная, прямоугольная, круглые, полосы (которые могут быть линейными, криволинейными или их сочетаниями), нерегулярные, сочетания и множественные области. Размер и/или форма первой области 40 может быть совпадать или отличаться от размера и/или формы второй области 42.
Первая и вторая области 40 и 42 могут покрывать любые применимые части площади абсорбирующего компонента 20 от 1 до 99, при условии, что суммарная площадь обеих областей не превышает 100% площади абсорбирующего компонента.
3
Возможны многочисленные вариации такого варианта осуществления изобретения. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения средние максимальные плотности первой и второй областей 40 и 42 могут быть практически равными. При использовании в настоящем документе по отношению к различиям в плотности выражение "практически равная" означает, что имеется менее чем 0,05 г/см различия между плотностями. В других вариантах осуществления изобретения вторая область 42 может иметь более высокую среднюю максимальную плотность, чем первая область 40. В некоторых вариантах осуществления изобретения вторая область 42 может иметь меньшее отношение средней максимальной плотности к средней минимальной плотности, чем первая область. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая и вторая области 40 и 42 имеют практически равную гибкость. При использовании в настоящем документе по отношению к различиям в гибкости выражение "практически равная"означает, что имеется менее чем 2 Н различия в гибкости (т.е. в сопротивлении изгибу). В других вариантах осуществления изобретения вторая область 42 может иметь более высокое сопротивление изгибу, чем первая область 40. В этих или других вариантах осуществления изобретения абсорбирующий компонент 20 может содержать одну или более дополнительных областей, имеющих различные средние плотности относительно первой и второй области 40 и 42. Они могут содержать третью, четвертую, пятую и т.д. области.
2. Абсорбирующие компоненты с понижением плотности в некоторых областях.
На Фиг.11 показано полотно целлюлозной ваты после его обработки в соответствии с другим вариантом осуществления способов, описанных в настоящем документе, для формирования абсорбирующего компонента 20 с понижением плотности в некоторых областях.
В вариантах осуществления абсорбирующих компонентов с "понижением плотности в отдельных областях" часть 46 абсорбирующего компонента 20, которая не была подвергнута снижению плотности, может иметь плотность, подобную плотности исходных материалов 10. Следовательно, в таких вариантах осуществления изобретения абсорбирующий компонент 20 содержит по меньшей мере две области, простирающиеся в направлениях X и Y. Эти области содержат: а) первую область, которая имеет профиль плотности по толщине и содержит часть площади абсорбирующего компонента и b) вторую область, содержащую другую часть площади абсорбирующего компонента. Первая область 44 имеет максимальную плотность, причем измеренное значение средней максимальной плотности по всей толщине абсорбирующего компонента 20 превышает среднюю минимальную плотность в число раз по меньшей мере от примерно 1,2 до приблизительно 6,5 или более. Вторая область 46 абсорбирующего компонента имеет измеренное значение средней максимальной плотности по толщине, менее чем в 1,2 раза превышающее среднюю минимальную плотность, и может иметь плотность, подобную плотности исходного материала.
G. Альтернативные варианты осуществления изобретения и сочетания.
Возможны многочисленные неограничивающие примеры альтернативных вариантов осуществления абсорбирующих компонентов, описанных в настоящем документе. Варианты осуществления абсорбирующего компонента могут быть сформированы в многочисленные различные типы или сочетания абсорбирующих структур. Например, как показано на Фиг.12, в одном варианте осуществления изобретения может быть изготовлена абсорбирующая структура 50, которая содержит второй абсорбирующий компонент 50В, примыкающий к одной поверхности первого абсорбирующего компонента 50А, в котором первый абсорбирующий компонент 50А содержит абсорбирующий слой, имеющий профиль плотности по всей толщине, содержащий зону относительно высокой плотности (отмеченную "High" или Н), расположенную в направлении Z между двумя относительно внешними частями слоя с более низкой плотностью (отмеченными "Low" или Lo). Как показано на Фиг.13, в другом варианте осуществления изобретения может быть изготовлена абсорбирующая структура 50, которая содержит второй абсорбирующий компонент 50В, примыкающий к одной поверхности первого абсорбирующего компонента 50А, и в которой первый абсорбирующий компонент 50А содержит абсорбирующий слой, имеющий профиль плотности по всей толщине, содержащий зону относительно высокой плотности, расположенную в направлении Z примыкающей к внешней части слоя относительно более низкой плотности. Возможны многочисленные другие абсорбирующие структуры. Несколько возможных вариаций компоновки таких зон высокой плотности, Н, и более низкой плотности, Lo, показаны на Фиг.12 и 13. Эти структуры могут также содержать области с апертурами, выступами, углублениями или области с различными средними плотностями, которые могут простираться насквозь одного или более абсорбирующих компонентов 50А и 50В.
II. Способы изготовления абсорбирующих компонентов.
Способы формирования абсорбирующих компонентов требуют подвергания исходного полотна по меньшей мере одному циклу или проходу процесса механической деформации.
Процесс механической деформации может быть выполнен на любом применимом устройстве, которое может содержать любые применимые типы формующих структур. Применимые типы формующих структур включают, в том числе, без ограничения: пары цилиндров, которые определяют зазор между ними; пары пластин; ленты и т.д. Применение устройства с цилиндрами может давать преимущество в случае непрерывного процесса, в особенности те, в которых скорость процесса представляет интерес. Хотя устройства описываются в настоящем документе для удобства в основном в терминах цилиндров, следует отметить, что описание применимо к формующим структурам, имеющим любые другие конфигурации.
Цилиндры, используемые в устройстве, и способы, описанные в настоящем документе, в типичном случае имеют в общем цилиндрическую форму. Термин "в общем цилиндрическую форму" при использовании в настоящем документе описывает не только цилиндры, которые совершенно цилиндрические, но также цилиндрические компоненты, которые могут иметь элементы на своей поверхности. Термины "в общем цилиндрические" также включают в себя цилиндры, которые могут иметь участки уменьшенного диаметра, в частности на поверхности цилиндров вблизи концов цилиндров, и цилиндры с выпуклой рабочей поверхностью. Цилиндры также в типичном случае являются практически недеформируемыми. Термины "практически недеформируемые" при использовании в настоящем документе относятся к цилиндрам, имеющим поверхность (и любые элементы на ней), которые в типичном случае не деформируются и не сжимаются при использовании в проведении процесса, описанного в настоящем документе. Цилиндры могут быть получены из любого применимого материала, включая, наряду с прочими, сталь или алюминий. Сталь может состоять из нержавеющей и износостойкой стали, такой как нержавеющая сталь.
Компоненты формующей структуры (например, цилиндры в паре цилиндров) такие как цилиндры, показанные на Фиг.15, могут иметь любые применимые типы поверхности. Поверхность отдельных цилиндров может, в зависимости от желаемого типа механической деформации, быть: практически гладкой (т.е. опорный цилиндр) или снабжена формующими элементами, содержащими выступы или выпуклости. Для цилиндров, содержащих гребни и канавки, гребни считаются выступающими формующими элементами. Выпуклые элементы могут быть дискретными (такие в частности зубья SELF, зубья RKA или штифты) или непрерывными (такие как гребни на кольцевом цилиндре). В некоторых вариантах осуществления изобретения компоненты формующей структуры могут быть практически свободными или полностью свободными от сочетания дискретных выступающих 60 и соответствующих дискретных гнездовых 62 элементов, таких как показанные на Фиг.14, которые используются для рельефного тиснения. Поверхности с формующими элементами могут иметь любые применимые конфигурации. Применимые конфигурации для формующих элементов включают, в том числе, без ограничения: цилиндры барабанного тиснения; цилиндры SELF; цилиндры Micro-SELF; цилиндры RKA и цилиндры с зубьями округлого сечения.
Формующие элементы на цилиндрах SELF могут быть ориентированы либо в направлении движения в машине (MD), либо в направлении, поперечном направлению движения в машине (CD). В определенных вариантах осуществления изобретения цилиндры SELF содержат множество перемежающихся круговых гребней и канавок по окружности цилиндров. Гребни имеют сформированные в них разделенные в пространстве каналы, которые ориентированы параллельно оси А цилиндров. Каналы формируют разрывы в гребнях, которые создают формующие элементы или зубья на цилиндрах SELF. В таких вариантах осуществления изобретения зубья имеют большее измерение, ориентированное в направлении движения в машине (MD). Эти конфигурации цилиндров упоминаются в настоящем документе как стандартные цилиндры "CD SELF", поскольку зубья располагаются не в шахматном порядке, и в обычном процессе SELF материал, подаваемый в зазор, формируемый таким валом, растягивается в направлении, поперечном направлению движения в машине (или CD).
В других вариантах осуществления изобретения, которые описаны в патентах SELF, которые включены по ссылке в настоящий документ, цилиндры SELF могут содержать цилиндр в направлении движения в машине, или MD, цилиндр SELF. Такой цилиндр имеет перемежающиеся гребни и канавки, ориентированные параллельно оси А цилиндра. Гребни на таком цилиндре имеют сформированные в них разделенные в пространстве каналы, которые ориентированы по окружности цилиндров. Каналы формируют разрывы в гребнях, образуя формующие элементы или зубья на MD-цилиндрах SELF. В случае MD-цилиндров SELF зубья имеют большее измерение, ориентированное поперек машинного направления (CD).
На Фиг.32 показана часть поверхности цилиндра, имеющего выпуклые элементы другой конфигурации, которая может использоваться в данном способе. Цилиндр, показанный на Фиг.32, упоминается в настоящем документе как цилиндр с зубьями округлого сечения. В отличие от предыдущих описанных геометрий зубьев, зубья цилиндра с зубьями округлого сечения не имеют граней, то есть они не содержат плоских поверхностей. Такой зуб может иметь различные формы в сечении, такие как круглые или овальные. Кончик зуба может сходиться в точку, быть округлым или быть усеченным и иметь плоскую поверхность. Зубья могут также быть загнуты под углом. Боковая стенка может быть конической от основания до вершины под постоянным углом, либо боковая стенка может изменять угол. Например, вершина зуба может иметь конусообразную форму с углом 30 градусов между осью зуба и боковой стенкой, и основание зуба может иметь цилиндрическую форму с вертикальной боковой стенкой, идущей параллельно оси зуба.
Чтобы сформировать абсорбирующую структуру, которая имеет часть высокой плотности на одной стороне, по меньшей мере один компонент формующей структуры (такой в частности, как один из цилиндров) может иметь поверхность, которая является: гладкой (такой, в частности, как гладкий опорный цилиндр), практически гладкой или относительно гладкой. Выражение "относительно гладкая поверхность"при использовании в настоящем документе означает, что поверхность формующей структуры не обязательно является гладкой, но она является более гладкой, чем поверхности других компонентов формующей структуры. Следовательно, выражение "относительно гладкая поверхность"может, например, включать кольцевой цилиндр, который не гладок, но относительно более гладок, чем цилиндр SELF, используемый в качестве другого компонента формующей структуры. Следует отметить, что выражение "относительно гладкие поверхности"может включать как гладкие, так и практически гладкие поверхности. Гладкость поверхностей означает площадь поверхности формующих элементов, которая способна контактировать с полотном. Следовательно, чем больше суммарная площадь формующих элементов, способных контактировать с полотном, тем глаже поверхность. Для формирования абсорбирующего компонента, который имеет часть более низкой плотности на обеих сторонах, и области высокой плотности между ними, оба компонента формующей структуры (такие в частности, как оба цилиндра) должны иметь формующие элементы на своей поверхности. Если имеется необходимость сместить профиль распределения плотности абсорбирующего компонента, по меньшей мере один компонент формующей структуры (такой как один из цилиндров) должен иметь относительно гладкие поверхности. Если имеется необходимость уплотнить абсорбирующие компоненты, формующие структуры могут содержать относительно гладкие цилиндры, если сравнивать их с используемыми для понижения плотности полотна.
Цилиндры не контактируют между собой и имеют осевой привод. В случае, когда цилиндры в паре являются структурированными, цилиндры могут быть входящими в зацепление, не входящими в зацепление или по меньшей мере частично входящими в зацепление. Термин "входящие в зацепление" при использовании в настоящем документе относится к компоновкам, при которых формующие элементы на одном компоненте формующей структуры (например, цилиндре) простираются в направлении к поверхности другой формующей структуры, и формующие элементы имеют часть, которая пересекает и проникает под воображаемую плоскость, проходящую через вершины формующих элементов на поверхности другой формующей структуры. Термин "не входящие в зацепление" при использовании в настоящем документе относится к компоновкам, при которых формующие элементы на одном компоненте формующей структуры (например, цилиндре) простираются в направлении к поверхности другой формующей структуры, но не имеют части, простирающейся далее воображаемой плоскости, проходящей через вершины формующих элементов на поверхности другой формующей структуры. Термин "частично входящие в зацепление" при использовании в настоящем документе относится к компоновкам, при которых формующие элементы на одном компоненте формующей структуры (например, цилиндре) простираются в направлении к поверхности другой формующей структуры и некоторые формующие элементы на поверхности первого цилиндра имеют часть, которая пересекает воображаемую плоскость, проходящую через вершины формующих элементов на поверхности другой формующей структуры, и простирается ниже ее, и некоторые из элементов на поверхности первого цилиндра не простираются далее воображаемой плоскости, проходящей через вершины формующих элементов на поверхности другой формующей структуры.
Цилиндры в паре цилиндров в типичном случае вращаются в противоположных направлениях (то есть направление вращения цилиндров является различным). Цилиндры могут вращаться с практически равной скоростью или с различной скоростью. Выражение "практически равная скорость" при использовании в настоящем документе означает, что имеется менее чем 0,3% различия скорости. Скорость цилиндров измеряется в терминах поверхностной или периферийной скорости. Цилиндры могут вращаться с различными поверхностными скоростями за счет вращения цилиндров с различными осевыми скоростями или за счет применения цилиндров, имеющих различные диаметры и вращающихся с одной и той же осевой скоростью. Цилиндры могут вращаться со скоростью, практически равной той скорости, с которой полотно подается через зазор между цилиндрами; или они могут вращаться с большей или меньшей скоростью, чем скорость, с которой полотно подается через зазор между цилиндрами. Более быстро вращающийся цилиндр может иметь поверхностную скорость, превышающую скорость более медленно вращающегося цилиндра в число раз от 1,02 до приблизительно 3. Применимые диапазоны соотношения поверхностной скорости включают в себя от приблизительно 1,05 до 2,0, в зависимости от геометрии выпуклых элементов. Чем больше разница или отношение поверхностной скорости между цилиндрами, тем значительнее снижение плотности материала.
Исходное полотно может подаваться для процесса механической деформации в любой применимой ориентации, если исходное полотно находится в форме листов. Если исходный материал находится в форме листов, отдельные листы могут быть соединены концами в конфигурацию с наложением путем прохождения листов через зазор процесса RKA или SELF. Если оно находится в форме рулона, в типичном случае оно подается для процесса механической деформации в направлении движения в машине.
Исходное полотно может пропускаться через любое применимое число процессов механической деформации. Число зазоров механической деформации, через которые проходит исходное полотно, может находиться диапазонах от одного до между 2 и 100 или более.
А. Способы изготовления абсорбирующих компонентов с двусторонним понижением плотности.
На Фиг.15 показан один вариант осуществления устройства для изготовления абсорбирующего компонента с двусторонним понижением плотности, такого как показан на Фиг.2. Устройство, показанное на Фиг.15, имеет две пары цилиндров 64 и 66 и может быть названо устройством с парными цилиндрами. Каждая пара цилиндров содержит два цилиндра, 64А и 64В, 66А и 66В, соответственно, и она формирует один зазор N между цилиндрами каждой пары.
В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.15, показано четыре цилиндра; однако, устройство может содержать любое применимое число цилиндров. Устройство может, например, иметь до пятидесяти или более пар цилиндров. Множественные цилиндры полезны, когда желательно пропустить исходное полотно 10 через множественные зазоры. Для изготовления абсорбирующего компонента 20, показанного на Фиг.2, может быть желательным пропустить исходное полотно 10 через тридцать или более зазоров. Для пропуска исходного полотна 10 через тридцать зазоров, если цилиндры располагаются в парной конфигурации, необходимо тридцать пар цилиндров. Однако такие компоновки цилиндров неоптимальны, поскольку требуется большое число цилиндров, и оно занимает избыточное количество пространства в производственном помещении. Следовательно, заявители разработали улучшенные конфигурации для компоновки цилиндров. Цилиндры могут, в зависимости от варианта осуществления изобретения, располагаться в любых применимых конфигурациях с видом сбоку, включая следующие: парные (Фиг.15); планетарные конфигурации (Фиг.15А) с центральным цилиндром 68 и сателлитными цилиндрами 70, 72 и 74; гнездообразные конфигурации (Фиг.15В); конфигурации замкнутого контура (Фиг.15С); конфигурации, где цилиндры работают совместно с двумя или более другими цилиндрами (которые могут быть названы "совместно используемым массивом" (Фиг.15D); и сочетания таких конфигураций (гибридные) (Фиг.21). Эти конфигурации цилиндров описаны подробнее в патентной заявке США №13/094,206, поданной в ту же дату, что и настоящая заявка, и раскрытия которой настоящим включаются по ссылке в настоящем документе.
Устройство, показанное на Фиг.15В, далее именуется компоновкой "с гнездообразно расположенными цилиндрами". В устройстве с гнездообразно расположенными цилиндрами цилиндры располагаются в смещенной конфигурации в виде сбоку (то есть с концов), в которой один цилиндр, такой как 78, 82 и 84, позиционирован в зазоре между двумя примыкающими цилиндрами, так что по меньшей мере два из цилиндров определяют два или более зазоров N с другими цилиндрами. В типичном случае при гнездообразном расположении цилиндров имеется по меньшей мере четыре в общем цилиндрических цилиндра. Конкретнее, в гнездообразной конфигурации каждый цилиндр имеет ось А, и цилиндры располагаются так, что если смотреть на цилиндры с одной из их круговых сторон и провести линии, такие как В и С, через оси А по меньшей мере двух различных пар указанных цилиндров (каковые пары могут содержать по меньшей мере один общий для них цилиндр), эти линии будут отличны от прямых. Как показано на Фиг.15В, по меньшей мере некоторые из линий В и С, проведенные через оси примыкающих пар цилиндров, образуют между собой углы.
Гнездообразное расположение цилиндров может обеспечивать несколько преимуществ. Гнездообразное расположение цилиндров может обеспечивать больше зазоров на суммарное число цилиндров, чем расположение цилиндров, отличное от гнездообразного. Это приводит к существенному уменьшению потребности в механической обработке цилиндров, чем в устройстве с парными цилиндрами. Гнездообразное расположение цилиндров поддерживает контроль полотна для регистрации деформаций полотна, поскольку все части полотна остаются в контакте с по меньшей мере одним цилиндром от точки, где полотно входит в первый зазор до местоположения, где полотно выходит из последнего зазора. Гнездообразное расположение цилиндров также требует меньших производственных площадей. Полное гнездообразное расположение цилиндров, показанное на Фиг.15В, может также быть повернуто на 90° так, что цилиндры расположены в виде вертикального ряда, и устройство в этом случае будет занимать еще меньше места в производственном помещении.
Фиг.16 представляет собой крупный план одного неограничивающего варианта осуществления поверхностей двух из валов 90 и 92 в устройстве. Цилиндры 90 и 92 находятся на соответствующих поворотных валах (не показаны), имеющих оси вращения, расположенные параллельно. В данном варианте осуществления изобретения каждый из цилиндров 90 и 92 содержит вариации одного цилиндров технологии SELF компании Procter & Gamble. В данном варианте осуществления изобретения формующие элементы (или зубья) 100 на цилиндрах SELF имеют большее измерение, ориентированное в направлении движения в машине (MD).
Как показано на Фиг.16, поверхности каждого из цилиндров имеют множество разделенных в пространстве зубьев 100. Зубья 100 располагаются в порядке со смещением, который показан в значительных деталях на Фиг.17. Конкретнее, зубья 100 располагаются в виде множества вытянутых по окружности, разделенных расстоянием в осевом направлении рядов, таких как 102А и 102В, идущих вокруг цилиндра. Однако что касается расстояния TD между зубьями в каждом ряду, зубья на каждом цилиндре образуют множество вытянутых по окружности, разделенных расстоянием в осевом направлении перемежающихся гребней и канавок. Длина зубьев TL и расстояние TD в направлении движения в машине (MD) могут быть заданы так, что зубья в примыкающих рядах 102А и 102В либо перекрываются, либо не перекрываются, если смотреть на цилиндры со стороны их концов. В показанном варианте осуществления изобретения зубья 100 в примыкающих рядах смещены по окружности на расстояние 0,5x (где x равен длине зубьев плюс продольное расстояние TD между зубьями в данном ряду). Другими словами, передние кромки LE примыкающих зубьев в примыкающих рядах смещены в продольном направлении на 0,5x. Цилиндры 90 и 92 выравнены так, что ряды зубьев одного цилиндра находятся напротив канавок между зубьями другого цилиндра. Смещенное расположение зубьев позволяет подвергать исходное полотно 10 механическому воздействию относительно равномерно, в то же время избегая потребности синхронизировать цилиндры по времени или фазе в продольном направлении. Цилиндры, показанные на Фиг.16, могут быть изготовлены любым применимым способом, в частности путем нарезки гребней и канавок на поверхности цилиндров, и затем спиральной нарезки зубьев 100 на поверхности цилиндров с непрерывным выполнением каждого реза. При необходимости профиль зубьев (в частности, передние и задние кромки) может быть изменен посредством врезного прохода.
Конфигурации цилиндров, показанные на Фиг.16 и 17, далее именуются в настоящем документе "цилиндры SELF со смещением поперек направления движения в машине", или "CD SELF", поскольку в обычном процессе SELF материал, подаваемый в зазор N между такими цилиндрами, растягивается поперек направления движения в машине (обозначаемом CD). Преимущества применения цилиндров CD SELF в способах, описанных в настоящем документе, состоят в том, что выравнивание множественных цилиндров для обеспечения множественных воздействий в пределах зазоров существенно облегчается, потому что необходимо выравнивать только области с зубьями (то есть устанавливать области с зубьями напротив канавок на противоположном цилиндре) в поперечном направлении, и нет необходимости синхронизировать по фазе или выравнивать области с зубьями в продольном направлении). Фиг.18 представляет собой схематический вид в плане области полотна, показывающий пример того, как зубья на обоих цилиндрах могут выравниваться в зазоре. Фиг.18 показывает области 100А полотна, испытывающие воздействия зубьев на цилиндре 90, и области 100В, испытывающие воздействия зубьев на цилиндре 92.
На Фиг.19 показана в поперечном сечении часть входящих в зацепление цилиндров 90 и 92, включая зубья 100, которые выглядят как гребни 106 и канавки 108 между зубьями 100, Зубья могут иметь треугольную или трапециевидную форму в разрезе. Вершины зубьев являются наиболее удаленными точками поверхности цилиндров. Как показано, зубья 100 имеют высоту зубьев ТН, длину зубьев TL (Фиг.17) и расстояние между зубьями (или расстояние между гребнями), упоминаемое как шаг Р. Длина зубьев TL в таких вариантах осуществления изобретения представляет собой круговое измерение. Наружные вершины зубьев имеют стороны, которые предпочтительно закруглены во избежание порезов или разрывов в исходном материале. Передние и задние кромки LE и ТЕ (Фиг.17), соответственно, зубьев 100 предпочтительно квадратные или в форме, которая создает относительно острую кромку для получения максимального понижения плотности полотна в процессе. Как показано, гребни 106 одного цилиндра простираются частично в канавки 108 противоположного цилиндра для определения глубины зацепления (DOE) Е, которая представляет собой меру степени взаимодействия цилиндров 90 и 92. Глубина зацепления может быть нулевой, положительной для входящих в зацепление цилиндров или отрицательной для не входящих в зацепление цилиндров. Глубина зацепления Е, высота зубьев ТН, длина зубьев TL, расстояние между зубьями TD и шаг Р можно изменять по желанию в зависимости от свойств исходного полотна 10 и желаемых характеристик абсорбирующего компонента 20, Например, в общем, чтобы получить значительное снижение плотности за малое число воздействий, при сохранении части целостности полотна, предпочтительнее иметь небольшую длину зубьев TL и небольшой радиус TR вершин для максимального изгиба вокруг зубьев и сведения к минимуму сжатия материала. Следовательно, может быть желательным, чтобы радиус TR вершин зубьев был менее 0,020 дюйма (около 0,5 мм). Однако это должно быть сбалансировано с потребностью иметь зубья, которые не будут с легкостью обламываться, когда к ним будет приложена сила вследствие деформации. Расстояние между зубьями TD должно быть достаточно большим, чтобы материал подвергался изгибу вокруг передних и задних кромок зубьев, LE и ТЕ, соответственно. Если TD слишком мало, материал заполнит зазор между зубьями и величина снижения плотности будет ниже. Оптимальный шаг зубьев 100 зависит от толщины исходного материала 10, и в типичном случае превышает примерно вдвое толщину полотна 10. Если шаг Р слишком мал, материал 10 остается достаточно плотным после множественных проходов. Если шаг Р слишком велик, поперечное расстояние между зубьями 100 после совмещения цилиндров составляет более толщины полотна 10 и зубья 100 не создают достаточного усилия смещения между слоями полотна, которое требуется для избирательного разрыва водородных связей.
Фиг.20 представляет собой дополнительно увеличенный вид нескольких входящих во взаимозацепление зубьев 100 и канавок 108 с полотном 10 материала между ними. Как показано, часть полотна 10, которое может быть исходным полотном, таким как показано на Фиг.1, проходит между входящими в зацепление зубьями 100 и канавками 108 соответствующих цилиндров. Взаимозацепление зубьев 100 и канавок 108 цилиндров заставляет боковые части 12 полотна 10 испытывать давление зубьев 100 в направлении соответствующих им канавок 108. Во время прохождения между формующими цилиндрами полотно изгибается вокруг зубьев 100, что вызывает усилие на срез в полотне, которое приводит к избирательному разрыву и сохранению водородных связей и уменьшению сцепления волокон. Как показано на Фиг.20, зубья 100 не проникают на всю толщину исходного полотна 10 (однако, в других вариантах осуществления изобретения, таких в частности когда цилиндры вращаются с различными скоростями, зубья могут проникать по всей толщине исходного полотна 10). Зубья, описываемые здесь, имеют меньшие радиусы TR вершин, чем выпуклые элементы в типичных процессах рельефного тиснения, что обеспечивает сведение к минимуму степени уплотнения материала 10 при изгибе материала на зубьях 100. Также, в отличие от рельефного тиснения, зазор между зубьями, или кратчайшее расстояние D между вершинами зубьев 100 оснастки, описываемой здесь, может быть меньшим, чем толщина полотна 10, чтобы вызвать дополнительное усилие на срез в полотне. Это приводит к значительному снижению плотности материала по причине того, что водородные связи разрываются не только на внешних поверхностях полотна, но также могут разрываться внутри полотна. Кроме того, усилие давления, оказываемое зубьями 100 на полотно 10 в направлении канавок 108, создает в пределах полотна 10 растягивающие напряжения, которые действуют в поперечном направлении. Растягивающие напряжения могут вызывать растягивание промежуточных участков полотна 12, находящихся между вершинами соседних зубьев 100 в направлении, поперечном направлению движения в машине, что может также приводить к разрыву водородных связей между волокнами и уменьшению сцепления между волокнами. Растягивающие напряжения нежелательны по причине того, что они не избирательно разрывают водородные связи, а водородные связи могут быть неконтролируемо разорваны по всей толщине полотна. Следовательно, в отличие от предыдущих заявок по технологии SELF, глубина зацепления Е цилиндров выдерживается низкой для сведения к минимуму растягивающих напряжений на полотне 10. Если растягивающие напряжения становятся слишком большими, полотно становится слишком непрочным, в нем образуются изломы, и оно становится трудным для обработки. Оно также не будет иметь столь высоких характеристик при использовании по причине нарушения непрерывности матрицы волокон.
По причине имевших место локализованных поперечных растяжений полотна 10 с последующим увеличением ширины полотна, материал полотна, выходящий из формующих цилиндров, может иметь более низкую основную массу, чем материал полотна на входе, если материал на выходе остается практически плоским, растянутым в боковом направлении. Получаемое в результате модифицированное полотно может иметь ширину полотна, которая может находиться в диапазоне от приблизительно 100% до приблизительно 150% начальной ширины полотна, и основную массу, которая меньше либо равна исходной основной массе.
2
Для изготовления абсорбирующего компонента 20, такого как показан на Фиг.2, из исходного полотна, имеющего основную массу в диапазоне приблизительно от 200 до 700 г/м, зубья 100 могут иметь длину TL в диапазоне от примерно 0,5 мм (0,020 дюйма) или менее до приблизительно 10 мм (0,400 дюйма) и расстояние TD от приблизительно 0,5 мм (0,020 дюйма) до приблизительно 10 мм (0,400 дюйма), высоту зубьев ТН в диапазоне от примерно 0,5 мм (0,020 дюйма) до приблизительно 10 мм (0,400 дюйма), радиус TR вершин зубьев в диапазоне от примерно 0,05 мм (0,002 дюйма) до приблизительно 0,5 мм (0,020 дюйма) и шаг Р приблизительно в диапазоне от 1 мм (0,040 дюйма) до 10 мм (0,400 дюйма). Глубина зацепления Е может быть от приблизительно - 1 мм (-0,040 дюйма) до приблизительно 5 мм (0,200 дюйма) (до максимума, приближающегося к высоте зубьев ТН). Естественно, каждая из величин Е, Р, ТН, TD, TL и TR может быть изменена независимо от всех остальных для достижения желаемых свойств абсорбирующего компонента. В одном варианте осуществления цилиндров, полезных для изготовления абсорбирующего компонента, такого, как показан на Фиг.2, зубья 100 имеют единообразную круговую длину TL около 0,080 дюйма (2 мм), измеренные обычно от передней кромки LE до задней кромки ТЕ, радиус TR вершин зубьев на вершинах зубьев около 0,005 дюйма (0,13 мм), равномерные интервалы по окружности на расстоянии TD около 0,080 дюйма (2 мм), высоту зубьев ТН 0,138 дюйма (3,5 мм), углы боковых стенок зубьев около 8,5 градуса (измеренные от основания зуба до приблизительно вершины зуба, до образования радиуса) и шаг около 0,080 дюйма (2 мм). Зазор между зубьями взаимодействующих цилиндров линейно изменяется с глубиной зацепления. Для данного варианта осуществления изобретения зазор зубьев для не входящих в зацепление цилиндров при -0,010 дюйма (0,25 мм) глубины зацепления составляет 0,034 дюйма (0,86 мм), а зазор для входящих в зацепление цилиндров при 0,015 дюйма (0,38 мм) глубины зацепления составляет 0,029 дюйма (0,74 мм).
Процесс, используемый в настоящем документе, отличается от процесса SELF компании Procter & Gamble по некоторым параметрам. Одно отличие состоит в том, что материалы полотна, описанные в настоящем документе, в типичном случае не сформированы в структуры, снабженные ребровидными элементами и имеющие резиноподобные свойства. Напротив, процесс SELF используется в данном контексте, чтобы механически деформировать материал исходного полотна 10 и вызывать усилие на срез в локализованной области 12 между зубьями 100 формующей структуры для изгибания полотна 10 и избирательного разрыва водородных связей для снижения плотности и увеличения гибкости материала исходного полотна. Другое отличие в том, что в случае некоторых конфигураций цилиндров, используемых в настоящем документе, в настоящем процессе толщина полотна может быть существенно больше DOE.
Ранее считалось, что DOE менее толщины полотна 10 неэффективна. Однако, в процессе, описанном в настоящем документе, DOE может быть отрицательной или меньшей толщины полотна. (Хотя в случае некоторых конфигураций цилиндров, таких как цилиндры с зубьями округлого сечения, глубина зацепления может быть больше толщины полотна по причине того, что такие формующие элементы обеспечивают больший зазор между примыкающими элементами, а высокие DOE необходимы для желаемого среза и изгиба исходного полотна такими элементами). Первые два примера в таблице ниже представляют типичные настройки для предшествующих приложений SELF, показывая отношение толщины DOE в типичном случае намного менее 1. Третий и четвертый примеры в таблице ниже представляют примеры настроек для текущих процессов, показывая отношение толщины к DOE в типичном случае равное или более 1. Для отрицательных значений DOE отношение толщины к DOE получается путем деления толщины на абсолютное значение DOE.
Возможны многочисленные модификации процесса, описанного в настоящем документе. Процесс, описанный в настоящем документе, может быть сконфигурирован и управляться так, чтобы добиться локального изгиба исходного материала 10 в противоположных направлениях в одном и том же местоположении через поверхность полотна, когда полотно проходит из одного зазора в другой. Устройство может также быть сконфигурировано и управляться так, чтобы добиться локального изгиба исходного материала 10 в различных местоположениях через поверхности полотна, когда полотно проходит из одного зазора в другой. Желательно, чтобы цилиндры имели такое расположение элементов, чтобы исходный материал деформировался в значительном числе различных местоположений на поверхности до выхода из процесса, и чтобы это выполнялось за наименьшее число воздействий и/или на наименьшей производственной площади. Цилиндры могут иметь смещенное или стандартное расположение элементов. Цилиндры могут быть выровнены или не выровнены относительно друг друга в продольном направлении и/или поперечном направлении. Цилиндры могут все иметь одно и то же расположение элементов SELF или расположение элементов на цилиндрах и/или DOE могут различаться между цилиндрами (то есть, для каждого прохода через зазор). Желаемая DOE для каждого прохода зависит от калибра исходного материала при каждом проходе. Пример устройства, которое позволяет добиться максимального снижения плотности материала 10 на небольшой производственной площади, показан на Фиг.21. Как показано на Фиг.21, устройство содержит цилиндры 100 со смещенным расположением элементов в виде гибридной компоновки так, что имеются множественные (от трех до четырех) кластеры гнездообразно расположенных цилиндров 112, которые затем смещены относительно друг друга в направлении, поперечном направлению движения в машине.
Устройство для понижения плотности исходного материала может быть обеспечено в любом применимом местоположении, или этапе, в процессе производства абсорбирующего изделия. В некоторых вариантах осуществления изобретения способ может служить шагом предварительной обработки перед подачей исходного материала в молотковую мельницу для снижения энергии, требуемой для разделения материала на волокна в молотковой мельнице. В других вариантах осуществления изобретения могут быть обеспечены способ и устройство вместо молотковой мельницы в местоположении, отдельном от линии по производству абсорбирующих изделий, такие как в местоположении, ранее занимаемом молотковой мельницей. В других вариантах осуществления изобретения вместо нахождения в отдельном местоположении от линии по производству абсорбирующих изделий устройство для понижения плотности целлюлозной ваты может располагаться как отдельная операция в начале или вблизи начала (или в некотором другом удобном местоположении) линии по производству абсорбирующих изделий для подготовки законченного абсорбирующего компонента, готового для применения в абсорбирующем изделии, производимом на линии.
Может быть желательным сделать ширину рулона исходного материала равной ширине или длине абсорбирующей сердцевины или другой структуры, которую необходимо сформировать, чтобы рулон материала абсорбирующих компонентов было удобнее нарезать на отдельные сердцевины.
Вышеописанный процесс, следовательно, может использовать устройство, имеющее выпуклые элементы на противоположных поверхностях, в отличие от устройства для рельефного тиснения, которое использует выпуклые элементы на одной поверхности и гнездовые элементы, в которые выпуклые элементы вмещаются, на противоположной поверхности. Кроме того, в настоящем процессе зазор между элементами может быть менее толщины полотна. Это может использоваться для приложения увеличенного усилия на срез к полотну (в отличие от устройств, которые требуют, чтобы зазор между элементами был больше или равным толщине обрабатываемого полотна). Процесс, описанный в настоящем документе, может быть способным не только к разрыву слабых водородных связей на поверхности исходных материалов для размягчения их поверхностей, он может также избирательно разрывать более прочные водородные связи и связи, направленные внутрь материала, и значительно понижать плотность и снижать прочность полотна. Он может также использоваться для значительного увеличения калибра (измеряемого под нагрузкой) исходного полотна. Структура исходного полотна может быть сохранена в определенных зонах для прочности, в то время как водородные связи могут быть разрушены в других зонах для сбора жидкости.
В. Способы изготовления абсорбирующих компонентов с односторонним понижением плотности.
В способах изготовления абсорбирующих компонентов с односторонним понижением плотности исходное полотно 10 подвергается множественным проходам через зазор, образуемый между цилиндрами, имеющими на себе дискретные формующие элементы, и расположенными напротив цилиндрами, имеющими формы поверхности.
На Фиг.22 показан вариант осуществления изобретения устройства для изготовления абсорбирующего компонента с односторонним понижением плотности 20 такой, как показан на Фиг.5. В данном варианте осуществления изобретения устройства обеспечивается множество зазоров N между цилиндрами, на которых имеются формующие элементы, и расположенными напротив цилиндров, которые имеют относительно более гладкие формы поверхности. На Фиг.22 показано устройство с гнездообразно расположенными цилиндрами, из которых цилиндры 114 первый стороны 10А исходного полотна 10 несут на себе формующие элементы, а цилиндры 116 второй стороны 10В исходного полотна 10 имеют относительно более гладкую поверхность. В показанном варианте осуществления изобретения каждый цилиндр 116, имеющий относительно более гладкую форму поверхности, образует зазор N с двумя цилиндрами 114, имеющими на себе формующие элементы.
В таких вариантах осуществления изобретения цилиндры 114, имеющие на себе формующие элементы, могут содержать любые применимые типы цилиндров, имеющие на себе дискретные формующие элементы, включая, наряду с прочими, любые из конфигураций цилиндров SELF и цилиндров RKA, описанных выше в связи со способами изготовления абсорбирующих компонентов с двусторонним понижением плотности.
Цилиндры 116 с относительно гладкой поверхностью могут содержать любые применимые типы цилиндров, имеющие более гладкие поверхности, чем тот цилиндр, который имеет на себе формующие элементы. Цилиндры 116 с относительно гладкой поверхностью включают в себя, среди прочих, без ограничения: плоский опорный цилиндр, цилиндры для барабанного тиснения (в которых гребни и канавки ориентированы в продольном или поперечном направлении); или другой цилиндр SELF с тем же или другим расположением элементов, нежели цилиндр, имеющий на себе формующие элементы. В случаях, когда цилиндры 116 с относительно гладкой поверхностью содержат либо цилиндр для барабанного тиснения, либо цилиндр SELF, такой цилиндр может иметь на своей поверхности элементы с меньшим шагом или с большим радиусом вершин, чем цилиндр, имеющий на себе формующие элементы. В случаях, когда цилиндры 116 с относительно гладкой поверхностью содержат цилиндр SELF, такой цилиндр может иметь на своей поверхности элементы с более длинными зубьями и/или меньшим продольным расстоянием между зубьями, что делает его более похожим на цилиндры для барабанного тиснения.
В двух неограничивающих примерах зазор N может быть образован либо цилиндром SELF и гладким опорным цилиндром, либо цилиндром SELF и цилиндром для барабанного тиснения. Сочетание цилиндра SELF с гладким опорным цилиндром приводит к меньшему общему снижению плотности, более высокой внутренней максимальной плотности и более высокой внешней плотности поверхностей исходного полотна, которое проходит через зазор N против опорного цилиндра. Сочетание цилиндра SELF и цилиндра для барабанного тиснения с меньшим шагом приводит к сдвигу местоположения с максимальной внутренней плотностью в абсорбирующем компоненте 20, но достигается более низкая максимальная внутренняя плотность и более сильное снижение плотности обеих внешних поверхностей абсорбирующего компонента 20 (в сравнении с сочетанием цилиндра SELF и опорного цилиндра).
В этом способе формующие элементы на упомянутом первом формующем компоненте, цилиндре 114, имеющем на себе формующие элементы, проникают в первую поверхность 10А упомянутого материала исходного полотна 10 только на часть толщины материала исходного полотна, а вторая поверхность 10В упомянутого материала исходного полотна находится в контакте с поверхностью второго цилиндра, цилиндра 116 с относительно гладкой поверхностью.
С. Способ изготовления абсорбирующих компонентов с повышенной плотностью/уплотненных.
Способ изготовления абсорбирующего компонента с повышенной плотностью/уплотненного абсорбирующего компонента требует сначала снижения плотности материала исходного полотна 10 с помощью одного из подходов, описанных выше для формирования абсорбирующего компонента с двусторонним или односторонним понижением плотности. Абсорбирующий материал с пониженной плотностью затем подвергается уплотнению. Абсорбирующий материал с пониженной плотностью может быть уплотнен любым применимым способом. Абсорбирующий материал с пониженной плотностью может быть уплотнен по всей своей поверхности или в выбранной области/областях в плоскости X-Y.
На Фиг.23 показан один неограничивающий вариант осуществления изобретения устройства для изготовления абсорбирующего компонента повышенной плотности/уплотненного абсорбирующего компонента 20, такого как показан на Фиг.7. Как показано на Фиг.23, устройство может содержать гнездообразное расположение цилиндров 120, подобное показанному на Фиг.15В или Фиг.22. После того, как исходное полотно 10 проходит через гнездообразное расположение цилиндров 120, оно затем подается на дополнительную уплотняющую станцию 122, которая может содержать пару цилиндров, которые образуют зазор между ними. Варианты формующей структуры этой уплотняющей станции 122 включают в себя следующие сочетания: гладкий опорный цилиндр на гладком опорном цилиндре (для сплошного уплотнения); цилиндр с расположением элементов на гладком опорном цилиндре (для уплотнения выбранных областей); или цилиндр с расположением элементов на цилиндре с расположением элементов (для уплотнения выбранных областей). При обработке повышения плотности (уплотнении) структурированный цилиндр (такой как цилиндр для барабанного тиснения) должен иметь области, относительно более гладкие, чем поверхности формующих компонентов, использованных в шагах понижения плотности.
D. Способы изготовления трехмерных абсорбирующих компонентов.
Способы изготовления трехмерного абсорбирующего компонента требуют подвергнуть исходное полотно процессу формовки трехмерной структуры в исходном полотне до и/или после того, как оно подвергается снижению плотности, как в частности описано в разделах IIA или В выше. Способы изготовления трехмерного абсорбирующего компонента, следовательно, могут требовать, во-первых, понижения плотности материала исходного полотна, в частности посредством одного из устройств, описанных выше для формовки структур с двусторонним и односторонним с понижением плотности. Абсорбирующий материал с пониженной плотностью затем подвергается дальнейшим шагам механической деформации с применением формующих компонентов, имеющих на себе формующие элементы, которые имеют более значительные расстояния в направлении движения в машине и/или в направлении, поперечном направлению движения в машине, между ними, чем формующие элементы, использованные в предыдущих шагах, и более значительную глубину зацепления. Абсорбирующий материал с пониженной плотностью может быть подвергнут дальнейшим шагам механической деформации любым применимым способом. Альтернативно материал исходного полотна может в начале быть подвергнут шагам механической деформации с применением формующих компонентов, имеющих на себе формующие элементы, которые имеют более значительные расстояния в направлении движения в машине и/или в направлении, поперечном направлению движения в машине, между ними и более значительную глубину зацепления, и затем снижению плотности с применением одного из вышеописанных подходов.
На Фиг.24 показан один неограничивающий вариант осуществления изобретения устройства для изготовления трехмерного абсорбирующего компонента, как показано на Фиг.8. Как показано на Фиг.24, устройство может содержать гнездообразное расположение цилиндров 120, подобное показанному на Фиг.15В или Фиг.22. До того, как исходное полотно 10 проходит через гнездообразное расположение цилиндров 120, оно подается через начальную станцию трехмерной формовки 124, которая может содержать пару цилиндров, которая образует зазор между ними. В альтернативном варианте осуществления изобретения исходное полотно 10 может пропускаться через гнездообразное расположение цилиндров 120 и затем подаваться на станцию трехмерной формовки 124. Устройство для проведения этого позднейшего процесса может быть подобным устройству, показанному на Фиг.23, где уплотняющая станция 122 заменена на станцию трехмерной формовки 124.
Станция трехмерной формовки 124 может содержать любые применимые сочетания формующих элементов, которые способны придавать трехмерную текстуру исходному полотну 10. По меньшей мере на одном из формующих компонентов, который далее именуется компонентом трехмерной формовки, должны быть выпуклые элементы, имеющие шаг, превышающий шаг элементов, использованных для снижения плотности. Несколько примеров цилиндров трехмерной формовки описаны ниже. Направления гребней или зубьев на противоположном цилиндре должно быть то же, что и на цилиндре трехмерной формовки. Глубина зацепления элементов на цилиндре трехмерной формовки с формующими элементами на противоположном цилиндре составляет в типичном случае по меньшей мере 0,04 дюйма (1 мм). Любые цилиндры, удовлетворяющие вышеуказанным требованиям, могут использоваться как расположенные напротив цилиндры. Расположенный напротив цилиндр может, например, быть либо цилиндром для барабанного тиснения, либо цилиндром SELF.
На Фиг.25 показан один неограничивающий пример трехмерного формующего цилиндра 126 для шага формовки исходного полотна 10 в трехмерный абсорбирующий компонент. Как показано на Фиг.25, формующий цилиндр 126 содержит цилиндр CD SELF с большей величиной шага, на котором зубья 128 ориентированы поперек направления движения в машине и имеют смещенное расположение. В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.25, вершины 130 зубьев 128 являются вогнутыми. На Фиг.26 показан другой пример формующего компонента 132 для шага формовки исходного полотна 10 в трехмерный абсорбирующий компонент. Как показано на Фиг.26, формующий компонент 132 содержит цилиндр MD SELF, ориентированный в направлении движения в машине, на котором зубья 134 ориентированы поперек направления движения в машине и имеют смещенное расположение. Цилиндр 132 имеет сформированные в нем разделенные в пространстве каналы 136, ориентированные по окружности цилиндров. Примеры размеров применимых формующих элементов (или зубьев) и значений DOE для цилиндров, показанные на Фиг.25 и 26, приводятся ниже. Формующие элементы на расположенном напротив цилиндре для барабанного тиснения или цилиндре SELF могут иметь тот же шаг, что и цилиндры, описанные ниже.
Е. Способы изготовления снабженных апертурами абсорбирующих компонентов.
Способы изготовления снабженного апертурами абсорбирующего компонента требуют создания апертур в материале исходного полотна до и/или после понижения плотности материала исходного полотна, в частности посредством одного из подходов, вышеописанных для формирования структур с двусторонним и односторонним понижением плотности. В устройстве для изготовления снабженного апертурами абсорбирующего компонента может, следовательно, применяться компоновка цилиндров, подобная показанной, например, на Фиг.23 или 24. Однако дополнительная станция или зазор должны содержать компоненты формирования апертур.
Исходное полотно 10 может быть снабжено апертурами любым применимым способом. Любые процессы создания апертур, известные в предшествующих технологиях, могут использоваться, в том числе, наряду с прочими: цилиндры RKA или цилиндры SELF (с высокими DOE), в которых DOE больше толщины полотна для создания апертур. Исходное полотно 10 может быть снабжено апертурами по всей своей поверхности или в отдельных областях.
На Фиг.27 показан один неограничивающий пример станции создания апертур 140 для шага формирования из исходного полотна 10, снабженного апертурами абсорбирующего компонента. Как показано на Фиг.27, станция создания апертур 140 содержит пару вращающихся в противоположных направлениях, входящих в зацепление цилиндров, причем верхний цилиндр 142 представляет собой цилиндр для барабанного тиснения, а нижний цилиндр 144 представляет собой цилиндр с поворотным ножом для создания апертур (или RKA). Как показано на Фиг.27, верхний цилиндр для барабанного тиснения 142 содержит вытянутые по окружности гребни 146 и канавки 148. Нижний цилиндр 144 содержит вытянутые по окружности перемежающиеся ряды зубьев 150 и канавки 152. Зубья 150 соединяются с нижним цилиндром в своих основаниях. Зубья 150 имеют скошенную поверхность от оснований до вершин, и основания зубьев имеют в разрезе длину большую, чем их ширина в разрезе. В типичном случае апертуры формируются в материале полотна 10 по мере того, как зубья на цилиндрах RKA входят в зацепление с канавками на цилиндре для барабанного тиснения 142. Цилиндры RKA описаны подробнее в опубликованной патентной заявке США №US 2006/0087053 А1.
F. Способы изготовления абсорбирующих компонентов, имеющих X-Y-области с различными плотностями.
1. Абсорбирующий компонент в целом содержит профиль распределения плотности.
В некоторых вариантах осуществления изобретения абсорбирующие компоненты полностью могут иметь профили плотности, и абсорбирующие компоненты могут иметь различные области в плоскости X-Y с различными плотностями и/или различными профилями плотности. Один способ изготовления абсорбирующего компонента, имеющего X-Y-области с различными плотностями и/или профили плотности, подобен способу изготовления абсорбирующего компонента с повышенной плотностью/уплотненного абсорбирующего компонента. Для изготовления абсорбирующего компонента, имеющего X-Y-области с различными плотностями, после понижения плотности абсорбирующего материала, абсорбирующий материал с пониженной плотностью подвергается уплотнению только в выбранных областях/области в плоскости X-Y.
На Фиг.28 показан один неограничивающий пример формующего компонента 160 для шага формирования из исходного полотна 10 абсорбирующего компонента с профилем распределения плотности и различными областями в плоскости X-Y с различными плотностями и/или различными профилями плотности. Как показано на Фиг.28, формующий компонент 160 содержит цилиндр, имеющий область 162 для уплотнения абсорбирующего материала с пониженной плотностью только в выбранных областях в плоскости X-Y. Область 162 на цилиндре 160 может быть снабжена любыми из свойств, описанных выше в связи с подготовкой абсорбирующего компонента с повышенной плотностью/уплотненного абсорбирующего компонента.
Для производства абсорбирующего компонента, имеющего X-Y-области с различными плотностями и/или профили плотности, могут использоваться различные альтернативные способы. Другие альтернативные процессы для производства таких структур включают изменяющуюся глубину зацепления (DOE), геометрию зубьев (TL, TD, TR), шаг или число воздействий для конкретной области, в результате чего область подвергается большему или меньшему снижению плотности, чем другие области абсорбирующего компонента. Другие альтернативные способы для производства абсорбирующего компонента, имеющего X-Y-области с различными плотностями и/или профили плотности, могут подразумевать снижение плотности исходного материала с применением сочетания подходов, такие как шаги снижения плотности, описываемые в разделах IА или В выше, плюс процесс снижения плотности в отдельных областях, описываемый в разделе F2 ниже.
2. Абсорбирующие компоненты с понижением плотности в отдельных областях.
Способы изготовления абсорбирующего компонента с понижением плотности в отдельных областях могут быть подобны способам понижения плотности исходного полотна, таким как описано в разделах IIА и В выше. Для изготовления абсорбирующего компонента с понижением плотности в отдельных областях исходное полотно подвергается снижению плотности только в выбранных областях в плоскости X-Y. Этого можно достичь, обеспечивая выбранные части формующей структуры, которая была бы свободна от формующих элементов, так что они оставляют части материала исходного полотна в их первоначальном состоянии. Части формующей структуры, которые свободны от формующих элементов, могут быть практически гладкими. Эти части формующих структур могут располагаться так, что они выравниваются с одной или более частью исходного полотна.
На Фиг.29 показан один неограничивающий пример формующей структуры для шага формирования из исходного полотна абсорбирующего компонента с понижением плотности в некоторых областях. Как показано на Фиг.29, формующая структура 170 содержит две разделенные в пространстве пары 172 и 174 вращающихся в противоположных направлениях цилиндров, которые вращаются на одной и той же оси. Цилиндры могут содержать любые типы цилиндров, описанные в настоящем документе, для снижения плотности исходного полотна. Когда исходное полотно подается в зазор N между парой цилиндров 172 и 174, часть исходного полотна (например, продольные боковые области полотна), контактирующая с цилиндрами 172 и 174, будет подвергнута снижению плотности, в то время как центральные области полотна в зазоре 176 между цилиндрами не подвергаются снижению плотности. В других вариантах осуществления изобретения, компоновки формующей структуры, показанные на Фиг.29, могут варьировать для снижения плотности любых применимых областей исходного полотна.
G. Альтернативные варианты осуществления изобретения и сочетания.
Способы, описанные в настоящем документе, могут использоваться для различных целей. Такие цели могут как служить в качестве шага предварительной обработки перед подачей исходного материала в молотковую мельницу для снижения энергии, требуемой для разделения материала на волокна в молотковой мельнице, в качестве единичной операции линии по производству абсорбирующих изделий для подготовки законченных абсорбирующих компонентов, готовых для применения в абсорбирующих изделиях, производимых на линии.
Возможны многочисленные альтернативные варианты осуществления изобретения и сочетания из вышеперечисленных способов. Например, исходное полотно может пропускаться через устройства, описанные в настоящем документе, любое число раз, и полотно может после этого пропускаться через любое другое из устройств любое число раз. Кроме того, как показано на Фиг.12 и 13, более одного абсорбирующего компонента могут сочетаться для формирования других абсорбирующих структур, и эти абсорбирующие структуры могут подаваться вместе через любые из устройств, описанных в настоящем документе. В одном неограничивающем примере исходное полотно может пропускаться через 20 проходов снижения плотности в отдельных областях, за которыми следуют пять проходов сплошного снижения плотности. Затем полотно может сочетаться со вторым слоем с пониженной плотностью и апертуры могут быть сформированы в одной из областей сквозь все слои.
III. Примеры.
Таблица 1 - Исходный материал в виде целлюлозной ваты
Таблица 2 ниже показывает увеличение калибра различных образцов целлюлозной ваты после 30 проходов между зазорами, образуемыми между цилиндром SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80 и другим цилиндром SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80 типа, показанного на Фиг.16 и 17 с глубиной зацепления 0,000 дюйма (0 мм) и линейной скоростью 50 футов в минуту (15 м/мин). Когда шаг описывается числом, таким как 80, оно относится к числу в тысячных дюйма. Цилиндры SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80 имеют диаметр 5,7 дюйма (14,5 см), единообразные измерения длины по окружности TL около 0,080 дюйма (2 мм), измеренные обычно от передней кромки LE до задней кромки ТЕ, радиус TR вершин зубьев у вершины зубьев около 0,005 дюйма (0,13 мм), распределение с равномерными интервалами один от другого по окружности на расстоянии TD около 0,080 дюйма (2 мм), высоту зубьев ТН около 0,138 дюйма (3,5 мм), угол боковых стенок зубьев около 8,5 градусов и шаг около 0,080 дюйма (2 мм). Цилиндры SELF выравниваются в направлении, поперечном направлению движения в машине, так, что зазоры на каждой из сторон зубьев приблизительно равны. Зазоры между зубьями взаимодействующих цилиндров линейно зависят от глубины зацепления и находятся в диапазонах от зазора 0,034 дюйма (0,86 мм) при -0,010 дюйма (0,25 мм) глубины зацепления до зазора 0,029 дюйма (0,74 мм) при 0,015 дюйма (0,38 мм) глубины зацепления. Цилиндры имеют смещенное расположение зубьев и имеют квадратную (в отличие от округлой) форму на передней и задней кромках зубьев, подобно показанным на Фиг.18.
Таблица 2 - Увеличение в калибре образцов целлюлозной ваты различной прочности на разрыв
В Таблице 3 ниже показаны свойства различных образцов целлюлозной ваты после 30 проходов через зазоры, образованные между цилиндром SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80 и другим цилиндром SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80 типа, показанного на Фиг.16 и 17 при указанной глубине зацепления (DOE) и линейной скорости 50 футов в минуту. Для производства примеров в Таблице 2 (описанных выше) используется тот же цилиндр SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80.
Таблица 3 - Абсорбирующие компоненты с двусторонним понижением плотности
В Таблице 4 ниже показаны свойства различных образцов целлюлозной ваты после указанного числа проходов через зазоры, образованные цилиндрами, имеющими указанные конфигурации и при указанной глубине зацепления (DOE) и линейной скорости 50 футов в минуту. Все цилиндры, использованные для производства материалов, имеют подобные диаметры около 5,7 дюйма. Для производства примеров в Таблице 2 (описанные выше) используется тот же цилиндр SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80. Опорный цилиндр имеет гладкую поверхность. Цилиндр для барабанного тиснения с шагом 40 имеет непрерывные гребни и канавки, подобные верхнему цилиндру (цилиндр 142), показанному на Фиг.27. Цилиндр для барабанного тиснения с шагом 40 имеет высоту зубьев ТН около 0,080 дюйма и радиус TR вершин зубьев при вершинах зубьев около 0,004 дюйма. Цилиндр SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80 выравнен с цилиндром для барабанного тиснения с шагом 40 так, что имеются два зуба цилиндра для барабанного тиснения между каждыми двумя рядами зубьев SELF. Цилиндр SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80 и цилиндр для барабанного тиснения с шагом 40 выравнены в направлении, поперечном направлению движения в машине, так, что зазоры на каждой из сторон зубьев SELF на цилиндре с шагом 80 приблизительно равны.
Таблица 4 - Абсорбирующие компоненты с односторонним понижением плотности
2
В Таблице 5 показаны различия в калибре и гибкости уплотненной структуры с двусторонним понижением плотности относительно неуплотненной структуры с двусторонним понижением плотности. Уплотненная структура имеет меньшую толщину, чем неуплотненная структура, в то же время поддерживая близкий уровень гибкости. Пример 14 произведен прохождением образцов целлюлозной ваты 500 г/м через зазор, образованный между цилиндром SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80 и другим цилиндром SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80 типа, показанного на Фиг.16 и 17, 30 раз, при глубине зацепления 0,005 дюймов и линейной скорости 50 футов в минуту. Для производства примеров в Таблице 2 (описанные выше) используется тот же цилиндр SELF со смещенным расположением элементов с шагом 80. Пример 15 подвергся снижению плотности те же способом, что и пример 14, затем уплотнению по всей площади с помощью плоской металлической пластины и высечного ножа.
Таблица 5 - Уплотненные абсорбирующие структуры
В Таблице 6 показан пример, в котором уплотненный абсорбирующий компонент с пониженной плотностью имеет меньшую толщину и большую гибкость, чем абсорбирующий компонент, обработанный с меньшим числом проходов. Пример 16 произведен с применением той же оснастки и настроек, что и примеры 14 выше, но с всего 17 проходами через зазор. Пример 17 произведен точно тем же способом, что и пример 15 выше.
Таблица 6 - Сравнение уплотнения и эффекта меньшего числа проходов
IV. Способы испытаний.
А. Исследование абсорбирующих компонентов методом компьютерной микротомографии для определения плотности
Компьютерная микротомография используется для неинвазивных количественных измерений профиля распределения плотности по всей толщине абсорбирующего компонента.
ПРОТОКОЛ СКАНИРОВАНИЯ
Одноразовое абсорбирующее изделие извлекается из упаковки и укладывается горизонтально с осторожностью, чтобы не повредить материал абсорбирующего компонента. Диски образцов 13,3 мм в диаметре вырезаются из центра исследуемой области одноразового абсорбирующего изделия по всей толщине с помощью ножниц с изогнутыми концами. Образец предпочтительно выбирается в области, свободной от тиснения и апертур. Анализируемая часть образца должна включать в себя только единый абсорбирующий компонент, как определено спецификацией. Анализируемая часть образца может быть физически удалена из образца перед сканированием, если это может быть осуществлено таким образом, чтобы не внести искажений в толщину или плотность анализируемой части образца. В ином случае весь образец сканируется, и любые дополнительные материалы, которые не принадлежат к анализируемой части образца, должны быть цифровым способом удалены из срезов посредством кадрирования на шаге 2 ниже.
Образец или часть образца, в настоящем документе далее упоминаемая как образец, обрабатывается в виде изображения с помощью системы компьютерной микротомографии (µСТ 40, ID#4286, Scanco Medical AG) или эквивалентного прибора. Для позиционирования образца для сканирования применяется специальная короткая измерительная трубка длиной 30 мм и внутренним диаметром 13,3 мм. Разделитель толщиной 2 мм из применимого материала с низким ослаблением рентгеновского излучения (например, пенополистирол) используется для отделения образца от дна измерительной трубки во избежание любых помех, связанных с ослаблением излучения пластиковым дном трубки. Образец монтируется горизонтально так, что верхняя сторона образца контактирует с воздухом и не контактирует с другими материалами. Параметры сбора данных изображения при трехмерном изотропном сканировании следующие: высокое разрешение (1000 проекций) с рентгеновской трубкой, установленной на ток 180 мкА и пиковое анодное напряжение 35 кВ, время интеграции 300 миллисекунд и усреднение кадра 10. Горизонтальные срезы сканируются с шагом среза 8 мкм по всей толщине образца.
Каждый срез, состоящий из 2000 проекций (1000 проекций/180 градусов), используется для реконструкции изображения в матрице 2048×2048 пикселов с разрешением пиксела 8 мкм.
Для устранения любых краевых эффектов только центральная квадратная область 7,2 мм × 7,2 мм каждого среза используется для последующего анализа.
АНАЛИЗ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Если часть единого абсорбирующего компонента физически удалена из образца перед помещением в измерительную трубку, то центральная квадратная часть 7,2×7,2 мм единого абсорбирующего компонента в измерительной трубке подвергается анализу изображения, как описано ниже. Если образец целиком помещается в измерительную трубку, то только центральная квадратная часть 7,2×7,2 мм единой абсорбирующей части образца подвергается анализу изображения, описанному ниже. В любом случае, центральная квадратная часть 7,2×7,2 мм далее именуется в настоящем документе частью интереса или POI.
Цель анализа изображения состоит в том, чтобы количественно измерить распределение плотности по всей толщине POI и проверить однородность POI с применением следующих выходных данных:
- Распределение плотности по всей толщине POI (используется, чтобы количественно описывать профили распределения плотности POI)
- Средняя толщина для всего POI целиком и 4 квадрантов POI (используется в критерии приемки для проверки однородности образцов, описанной ниже).
Критерии приемки: чтобы POI была приемлемой, она должна иметь единообразную толщину (т.е. средняя толщина каждого квадранта в пределах POI должна быть в пределах 50% от средней толщина всего POI), как определен в шаге 12 ниже.
Процедура анализа изображения: после сбора данных трехмерной микротомографии в файл ISQ (частный формат сканера микротомографии Scanco Medical) данные переносятся на рабочую станцию Mac Pro под управлением RedHat 4 Linux или эквивалентную компьютерную систему. Анализ данных осуществляется с помощью Matlab 7.6.0.324 и Avizo 6.1 или эквивалентного программного обеспечения. Следующие шаги применяются к набору трехмерных данных:
1. Файл ISQ преобразовывается из 16-разрядного в 8-разрядный стек изображений TIFF с использованием масштабного коэффициента 0,05 и смещения 0. Каждое изображение в пределах стека кадрируется так, что остается только центральная квадратная часть изображения 7,2 мм × 7,2 мм.
2. Каждый стек изображений TIFF из шага 1 затем рассматривается с помощью высокоточного программного приложения трехмерной визуализации AVIZO (VSG, Берлингтон, Массачусетс). Любые шумы или артефакты, нежелательные в наборе данных измерения, удаляются с помощью функции VolumeEdit в AVIZO.
Примечание: шаг правки гарантирует, что данные, связанные с POI, будут точными и посторонние данные будут удалены. Этот шаг правки должен выполняться с осторожностью, в противном случае это может вызвать неправильную идентификацию POI. Любые дополнительные материалы, использованные для фиксации образца или не входящие в POI, должны быть цифровым способом удалены из срезов посредством кадрирования посторонних областей, так чтобы они не были включены в анализ.
3. Очищенные данные затем сохраняются в AVIZO как трехмерный avw-файл.
4. Трехмерный образец, созданный на шаге 3, разделяется на четыре квадранта. Каждый квадрант имеет тот же размер Z, что и первоначальные образцы, но их размеры X/Y разделены на 2. Например, образец, который был исходно размера 1000×1000×500 (X×Y×Z) пикселей, будет разбит на четыре квадранта, каждый с размерами 500×500×500 пикселей. Каждый квадрант, как и оригинальный набор данных, анализируется идентичным способом, как описано в шагах ниже.
5. Выбирается порог для отделения волокон от фона. Он выбирается с применением автоматизированного метода в Matlab (метод Оцу). Тот же порог должен затем использоваться для всех последующих сканирований абсорбирующих компонентов подобного материала. Примечание: правильный порог представляет собой важную переменную для определения правильной POI. В качестве проверки для определения того, что этот порог представляется оптимальным для волокон данного типа, должен осуществляться визуальный осмотр.
6. Затем создаются карты глубины верхней и нижней поверхностей. Карта глубины представляет собой двумерное изображение, где значения уровня серого представляют расстояния от верха POI до поверхности слоя.
7. Эти глубинные изображения затем обрабатываются путем медианной фильтрации с 5 итерациями медианного фильтра 11×11 для удаления паразитных волокон. Глубинные изображения затем преобразуются обратно в координаты в трехмерном пространстве и служат верхними и нижними поверхностями абсорбирующего компонента.
Примечание: увеличение/уменьшение медианной фильтрации позволяет включать в изображение больше волокон и увеличивает POI. Степень медианной фильтрации не должна изменяться в пределах исследования, и результаты POI должны подвергаться визуальному осмотру после анализа.
8. Толщина POI рассчитывается вычитанием верхней и нижней карт глубин. Среднее ненулевых значений этого вычитания дает среднюю толщину POI.
9. Начиная с верхней поверхности, плотность нормализуется к интервалу 0-100, где процентные доли представляют местоположение в направлении Z по толщине полотна (0% - верхняя поверхность, 100% - нижняя поверхность). Для каждого процентного пункта в этом промежутке регистрируется значение уровня серого. Это повторяется для всех точек POI.
10. Данные об абсорбирующем компоненте преобразуются в трехмерный объем, имеющий те же X/Y-измерения, что и оригинальные данные, но Z-измерение теперь равно 100, что отражает процентную долю положения по толщине образца.
11. Создается гистограмма среднего всех уровней серого для 1%, 2%, 3%, … 100%. Создается .csv файл и передается в Excel.
12. Для определения единообразия толщины POI средняя толщина каждого из 4 квадрантов, которая определяется в шаге 8, должна быть проверена на то, что она находится в пределах 50% средней толщины, определяемой для всего POI. Если один или более квадрантов отличается более чем на 50%, выбирается и анализируется новый образец.
КАЛИБРОВКА ПЛОТНОСТИ
Для калибровки соотношения между выходными данными уровней серого, получаемыми в шаге 11, и соответствующими значениями плотности осуществляется небольшое калибровочное исследование с использованием стандартных пеноматериалов с известной плотностью. Плотность калибровочных образцов определяется путем вырубки куба и измерения длины (L), ширины (W) и высоты (Н) образца с помощью способа калибровки, определяемого ниже, измерения веса образца до ближайших 0,01 г с помощью калиброванных весов, затем деления веса образца на объем (L×W×Н). Затем устанавливается корреляция известных значений плотности калибровочных образцов со средними значениями уровней серого после измерения калибровочных образцов при помощи компьютерной микротомографии с теми же параметрами сканирования, что и использованные при исследовании.
2
2
3
Шесть калибровочных образцов гомогенных, коммерчески доступных, неметаллических пеноматериалов, имеющих каждый различную плотность и изготовленных из полимерных материалов, исследуются по тому же протоколу, как описано выше. Калибровочные образцы и образцы для испытания состоят практически из атомов элементов из следующего списка: углерод, водород, кислород и азот; и их сочетаний. Образцы пеноматериалов выбираются так, что средние плотности POI, анализируемые выше, находятся между плотностями наименее плотных и наиболее плотных калибровочных образцов пеноматериалов. Для каждого образца пеноматериала среднее значение серого определяется по центру образца пеноматериала, т.е. в интервале от 45% до 55%. Это значение затем отображается на графике в сравнении с известными плотностями каждого из образцов пеноматериалов. Это дает набор точек, которые используются для регрессионного анализа по методу наименьших квадратов (линейного или нелинейного). Однако коэффициент корреляции r должен быть по меньшей мере >0,90 для линейной регрессии. Для значений r менее 0,90 калибровка должна производиться повторно с другими образцами пеноматериалов, если это необходимо. Уравнение, описывающее регрессию, затем используется для преобразования значений уровней серого данных компьютерной микротомографии в значения плотности в г/см.
РАСЧЕТЫ
1. Средние уровни серого, созданные в шаге 11, преобразуются в значения плотности для каждого местоположения в направлении Z (т.е. 5%, 6%, 7%, … 95%) с применением калибровочной кривой, генерируемой при вышеописанной регрессии.
2. Для расчета средней плотности усредняются значения плотности для 5-95%.
3. Для расчета средней внешней плотности 5-15% усредняются значения плотности для 5-15%.
4. Для расчета средней внешней плотности 85-95% усредняются значения плотности для 85-95%.
5. Для расчета средней максимальной плотности определяется местоположение максимальной плотности для 5-95% и рассчитывается средняя плотность с использованием точек данных в диапазоне от (максимум -5%) до (максимум +5%). Например, если максимум располагается на 45%, средняя пиковая плотность рассчитывается с использованием значения плотности для 40-50%. Если максимальная плотность соответствует местоположению <10% по толщине образца, используется расчет средней внешней плотности для 5-15%. Если максимальная плотность соответствует местоположению >90% по толщине образца, используется расчет средней внешней плотности для 85-95%.
6. Для расчета средней минимальной плотности определяется местоположение максимальной плотности для 5-95% и рассчитывается средняя плотность с использованием точек данных в диапазоне от (минимум -5%) до (минимум +5%). Например, если минимум располагается на 15%, средняя пиковая плотность рассчитывается с использованием значения плотности для 10-20%. Если максимальная плотность соответствует местоположению <10% по толщине образца, используется расчет средней внешней плотности для 5-15%. Если максимальная плотность соответствует местоположению >90% по толщине образца, используется расчет средней внешней плотности для 85-95%.
7. Для расчета отношения средней максимальной плотности к средней минимальной плотности средняя максимальная плотность делится на среднюю минимальную плотность.
8. Для расчета отношения средней максимальной плотности к средней внешней плотности 5-15% средняя максимальная плотность делится на среднюю внешнюю плотность 5-15%.
9. Для расчета отношения средней максимальной плотности к средней внешней плотности 85-95% средняя максимальная плотность делится на среднюю внешнюю плотность 85-95%.
В. Способ определения гибкости
Гибкость абсорбирующего компонента описывается количественно путем измерения пиковой жесткости на изгиб или прочности на изгиб в соответствии с процедурой кругового изгиба. Чем ниже значение, тем ниже прочность на изгиб и выше гибкость образца.
УСТРОЙСТВО
Устройство, необходимое для процедуры кругового изгиба, представляет собой измененное устройство для испытаний на жесткость при круговом изгибе, имеющее следующие части:
1. Гладко отполированная платформа из стальной пластины 102,0×102,0×6,35 миллиметра, имеющая отверстие диаметром 18,75 миллиметра в центре пластины. Край отверстия должен быть под углом 45 градусов до глубины 4,75 миллиметра.
2. Пуансон, имеющий общую длину 72,2 миллиметра, диаметр 6,25 миллиметра, шаровый выступ, имеющий радиус 2,97 миллиметра, и игольчатый наконечник, выступающий из него на 0,88 миллиметра, имеющий диаметр в основании 0,33 миллиметра и точку, имеющую радиус менее 0,5 миллиметра, причем пуансон смонтирован концентрически с отверстием и имеет равные зазоры со всех сторон. Нижняя поверхность пуансона должна быть установлена выше верхнего среза отверстия пластины. Из этого положения ход вниз шарового выступа достигает точно нижнего среза отверстия пластины.
3. Динамометр 100 Н (модель # SMT1-100N) или эквивалентный.
4. Привод, а более конкретно, привод MTS Synergie 400 (модель # SYN400) или эквивалентный.
ЧИСЛО И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ
Для осуществления процедуры этого испытания, как описано ниже, необходимы минимум четыре представительных образца исследуемого изделия. Из каждого изделия с помощью высечного ножа вырезается тестовый образец в виде квадрата 37,5×37,5 миллиметра. Тестовые образцы вырезаются из центра исследуемого изделия (например, на пересечении продольной и поперечной осевых линий). Часть исследуемого образца должна включать в себя только единый абсорбирующий компонент, как определено спецификацией. Следовательно, другие материалы, которые не составляют части абсорбирующего компонента, должны быть осторожно удалены, и образцы для испытания не должны быть сложены или согнуты исследователем во избежание изменения характеристик по прочности на изгиб.
ПРОЦЕДУРА
Процедура для процедуры кругового изгиба следующая. Тестовая пластина устанавливается в горизонтальное положение. Скорость пуансона устанавливается на 50,0 сантиметров в минуту на всю величину хода. Исследуемый образец помещается в центр на платформу с отверстием под пуансон так, что поверхность образца, предназначенная для контакта с телом, обращена к пуансону, а поверхность образца, предназначенная для контакта с одеждой, обращена к платформе. Нуль индикатора проверяется и регулируется, если это необходимо. Пуансон приводится в действие. Прикосновение к образцу во время испытания должно быть исключено. Максимальное считанное значение с точностью до 0,1 Н регистрируется. Вышеуказанные шаги проделываются многократно до тех пор, пока все четыре образца не пройдут испытание.
РАСЧЕТЫ
Пиковая жесткость на сгиб или прочность на изгиб для каждого образца составляет максимальное значение силы, считанное для этого образца. Каждый образец измеряется индивидуально, и среднее всех образцов помещается в отчет с точностью до 0,1 Н.
С. Способ определения калибра
УСТРОЙСТВО
Калибр материала описывается количественно с помощью толщиномера Thwing-Albert ProGage или эквивалентного с круглой пятой диаметром 56,4 миллиметра.
ЧИСЛО И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ
Для проведения испытания необходимы минимум 3 представительных образца изделия. Из каждого из 3 образцов изделий вырезается один тестовый образец, всего 3 образца для испытания. Тестовые образцы вырезаются из центра исследуемого изделия (например, на пересечении продольной и поперечной осевых линий). Часть исследуемого образца должна включать в себя только единый абсорбирующий компонент, как определено спецификацией. Следовательно, другие материалы, не составляющие часть абсорбирующего компонента, должны быть осторожно удалены так, чтобы не допустить воздействия на калибра материала. Тестовые образцы для измерения должны быть >65 миллиметров в диаметре, чтобы обеспечить контакт всей площади поверхности пяты с исследуемым образцом. Выделенный текст очевидно неприменим к калибровочным пеноматериалам, для которых этот способ используется.
ПРОЦЕДУРА
Испытательное устройство всегда устанавливается на нуль до того, как приступать к каким-либо измерениям. Пята в начале находится на 0,5 дюйма выше поверхности, на которую образцы для испытания помещены, и опускается со скоростью 0,125 дюйма в секунду. Когда пята достигает целевого давления в 0,51 килопаскаля, она остается в контакте с образцом на 9 секунд с поддержанием этого давления. Показания считываются по истечении 9 секунд.
РАСЧЕТЫ
Для каждого из образцов производятся индивидуальные измерения и среднее всех образцов помещается в отчет с точностью до 0,01 миллиметра.
D. Метод определения прочности на растяжение
Пиковые значения прочности на растяжение в направлении движения в машине (MD) и направлении, поперечном направлению движения в машине (CD), измеряются методом на основе стандартных испытаний WSP 110,4 (05) - опции В, стандартная методика испытаний прочности на растяжение и удлинения нетканых материалов (метод полос), но с более короткой шкалой для измерения готовых изделий.
УСТРОЙСТВО
Устройство, необходимое для применения Метода определения прочности на растяжение, состоит из следующих частей: 1) MTS Synergie 400 (модель # SYN400) или эквивалентное с постоянным коэффициентом растяжения 100 мм/мин; 2) динамометр 100 Н (модель # SYN100) или эквивалентный или динамометр 500 Н (модель # SYN 500). или эквивалентный для жестких материалов, таких как недеформированная целлюлозная вата.
ЧИСЛО И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ
Необходимы минимум восемь представительных образцов изделия, четыре для испытание на растяжение в направлении движения в машине (MD) и четыре для испытаний на растяжение в направлении поперек движения в машине (CD). Тестовые образцы вырезаются из центра исследуемого изделия (например, на пересечении продольной и поперечной осевых линий). Часть исследуемого образца должна включать в себя только единый абсорбирующий компонент, как определено спецификацией. Следовательно, другие материалы, которые не составляют части абсорбирующего компонента, должны быть осторожно удалены так, чтобы прочность материала на растяжение не была изменена. Для подготовки образцов для испытания на растяжение в направлении MD тестовые образцы вырезаются из каждого образца изделия с шириной в направлении CD 50 мм и длиной в направлении MD 70 мм. Для образцов, взятых из таких продуктов, как в частности гигиеническая прокладка, направление MD предполагается направлением вдоль прокладки, а направление CD - направлением, перпендикулярным продольному. Для подготовки образцов для испытаний на растяжение в направлении CD тестовые образцы нарезаются из каждого образца изделия с длиной в направлении MD 50 мм и шириной в направлении CD 50 мм.
ПРОЦЕДУРА
Стандартное испытание WSP 110.4 (05) - опция В со следующими изменениями длины прибора:
1. пиковая прочность на растяжение в направлении MD: 50 мм
2. пиковая прочность на растяжение в направлении CD: 30 мм
РАСЧЕТЫ
Пиковая прочность на растяжение представляет собой максимальное значение силы, считанное для данного тестового образца. Каждый тестовый образец испытывается индивидуально и средние пиковые усилия на растяжение в направлении MD и средние пиковые усилия на растяжение образца в направлении CD вносятся в отчет с точностью до 0,1 Н.
Размеры и значения, описанные в данной заявке, не должны толковаться как строго ограниченные приведенными точными размерами и численными значениями. Вместо этого, если не указано иное, каждый размер и/или значение предназначено для обозначения как приведенного значения, так и функционально эквивалентного диапазона, окружающего этот размер или значение. Например, измерение, раскрываемое как "40 граммов", означает "в среднем около 40 граммов".
Следует отметить, что каждое максимальное числовое ограничение, приводимое где-либо в данном описании, включает любое более низкое числовое ограничение, как если бы такие более низкие числовые ограничения были явным образом упомянуты письменно в настоящем документе. Каждое минимальное числовое ограничение, приводимое где-либо в данном описании, включает любое более высокое числовое ограничение, как если бы такие более высокие числовые ограничения были явным образом упомянуты письменно в настоящем документе. Каждый числовой диапазон, приводимый где-либо в данном описании, включает любой более узкий числовой диапазон, как если бы такой более узкий числовой диапазон был явным образом упомянут письменно в настоящем документе.
Все документы, цитируемые в подробном описании изобретения, в существенной их части введены в состав настоящего документа путем ссылки; цитата из любого документа не должна пониматься как допущение, что он является предшествующим по отношению к настоящему изобретению. В той степени, в которой любые значения или определения термина в настоящем письменном документе конфликтуют с любыми значениями или определениями термина в документе, включаемом по ссылке, значение или определение, назначенное термину в настоящем письменном документе, имеет преимущественную силу.
Хотя проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, могут быть сделаны различные другие изменения и модификации без отклонения от духа и выхода за пределы объема защиты изобретения. Следовательно, нижеследующие пункты следует понимать как покрывающие все такие изменения и модификации, которые находятся в пределах объема настоящего изобретения.