具有改善的功能性表面的三维宏观膨胀纤网的制造方法

专利名称：具有改善的功能性表面的三维宏观膨胀纤网的制造方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及一种三维、宏观膨胀(macroscopically-expanded)透液纤网(web)的制造方法，这类纤网尤其适用于如尿布、卫生巾、短裤内衬、失禁病人用垫等一次性吸湿用品。更具体地说，本发明涉及包括一个适用作上述一次性吸湿用品中顶片的改善的功能性织构表面(functional textured surface)的纤网的制造方法。
本发明的背景技术众所周知，在一次性吸湿用品领域中长期以来人们非常希望制造如一次性尿布、月经垫、卫生巾、绷带、失禁病人用针织三角裤等吸湿用品，这类用品具有改善穿用者穿戴舒适感的干燥表面，并希望因用品长期处于用品内的水分下而出现的对皮肤不利的状况最小。
当前为了提供具有理想的流体处理特性而且视觉和触觉特性不象塑料的成形薄膜料片，已开发出一些具有改善表面特性的成形薄膜料片。在以Ahr和Thomas的名义于1995年6月23日申请的名称为“具有改善的功能性表面的吸湿用品(Absorbent Device With Improved Functional Surface)”，流水号为08/490273的美国专利申请中非常详细地描述了这类料片，上述申请已作普通转让，但尚未批准，该申请所公开的内容作为本申请的参考。
虽然具有如该申请所述的表面织构特点的成形薄膜纤网能够提供理想的视觉和触觉特征，但该申请中所列举的方法需采用预成形的成形膜料片作为衬底，纤丝在衬底上印花(printed)和固化(cured)。由于此处所描述的印花过程实质上按固有的形状进行，也就是说通过使纤网的一个表面与印花网或印花辊接触而完成沉积，而纤丝只沉积在成形网膜(the formed film web)的最上面的表面上。此外，沉积在成形膜上的纤丝的尺寸、图案密度和取向受成形膜较小的上表面积以及三维宏观膨胀结构的柔顺性和可压缩性的限制。
据此，人们希望能提供一种改进的制造具有改善功能的表面的成形膜料片的方法，借助于使料片具有而且必定具有较大范围的视觉和触觉特点的表面特征，这种成形膜料片具有较好的柔顺性。
同时，人们还希望提供一种改进的制造具有改善功能的表面的成形膜料片的方法，这种成形膜料片应具有使用方便、牢固可靠且物美价廉的优点。
对本发明的概括说明本发明提供一种制造三维宏观膨胀的透液纤网的方法，上述纤网具有由带第一表面和第二表面的聚合物料片层构成的改善的功能性表面。料片层的第一表面上沉积有若干具有预定的开口时间(open time)的防水树脂材料的离散沉积物。为了在开口时间内形成相应的纤丝，从料片层的第一表面朝上拉伸上述树脂材料沉积物。树脂材料固化后，将上述料片层装在具有相对表面(opposed surfaces)的成形构件(forming structure)上，使料片层与成形构件接触。成形构件上有若干孔使成形构件的相对表面彼此流体连通。施加在上述料片层厚度方向的流体压力差应足够大，致使料片层在与成形构件中孔对应处破裂，并在基本上保持原纤取向的同时使料片层与成形构件形状一致。
最好通过丝网印花辊筒同时完成印花和拉伸步骤，流体压差最好由高压喷射流体而形成。
本发明的


虽然在本发明书结尾部分将通过权利要求书具体指出和清楚地描述本发明请求保护的范围，但可以相信，通过下面结合附图的描述将使对本发明理解更透，附图中相同的部件用相同标号代表，其中图1为局部剖切的顶视图，该图示出的是以卫生巾形式表示的装有本发明的透液纤网的优选的吸湿用品结构；图2为沿图1中2-2线剖切的吸湿用品的放大的横剖面图；图3为具有本发明功能性表面的织构膜片料的放大横截面图；图4为如图3所示的织构膜片料的优选实施例的放大的局部片断透视图，上述膜已按照本发明的方法加工成三维宏观膨胀纤网；图5为图4中所示的单根纤丝54放大倍数大的透视图；图6为适用于根据本发明方法形成透液纤网表面特征的装置的示意图。
对本发明的详细描述虽然本发明所描述的是生产适用于一次性吸湿用品的料片的情况，更具体地说是适用于卫生巾的情况，但本发明并不只限于这类应用。恰巧相反，本发明对于用现有纤网加工工艺事先不能获得三维宏观膨胀纤网的场合也是非常适用的。
这里所说的“吸湿用品”指的吸收并存留人体排泄物的用品，更具体地说，指的是紧贴或靠近穿用者身体以吸收和存留从身体排泄出的各种排泄物的用品。术语“一次性的”在本文中是指不再洗涤或用其它方式回收或作为吸湿用品再使用的吸湿用品(即，使用一次后就废弃，并且最好回收、用于混合肥料或适合环保的方式处置)。“一体的”吸湿用品指的是将各独立部件组合在一起构成彼此相配的整体而不需要如单独的固定件和衬垫之类的独立的操作件。本发明的一体的一次性吸湿用品的优选实施方案是如图1所示的月经护垫，卫生巾20。此处所用的术语“卫生巾”指的是妇女穿戴在靠近阴部，通常穿戴在靠近尿生殖区外部的吸湿用品，这种用品用于吸收和存留从穿戴者体内排出的月经和其它阴道排泄物(如血、月经和尿)。部分置于穿戴者前庭内、部分置于前庭外的唇间用品也包括在本发明的范围内。此处所用的术语“阴部”指的是从外部可见的女性外生殖器。显然，应当想到，本发明还适用于其它妇女用卫生垫或月经垫(如内裤衬里)或其它如失禁病人用垫之类的吸湿用品。
图1为有代表性的吸湿用品，卫生巾20的平面图，为了更清楚地示出卫生巾20的结构，卫生巾呈向外展平状态，并切去了构件的某些部分，而朝向观察者的是卫生巾20的朝向或与穿戴者接触的部分。如图1所示，卫生巾20优选包括透液顶片24，与顶片24相连的不透液底片26，置于顶片24和底片26之间的吸湿芯28以及可除去的使卫生巾20与穿戴者内裤连接的连接件30。
卫生巾20有两面，与身体接触的面或“身体面”20A和衣物面20B。同样，构成卫生巾20的各部件有一个身体面(用该部件的标号再加上A表示)和一个衣物面(用该部件的标号加B表示)。图1所示的卫生巾20是从身体面观察到的。穿用卫生巾20时，将身体面20A紧贴穿戴者身体穿戴，而衣物面20B处于相反的一侧，靠近穿戴者内裤放置。卫生巾20有两条中心线，一条纵向中心线L和一条横向中心线T。此处术语“纵向”是指通常位于与将穿戴了卫生巾20的穿用者站立时的身体平分为左右两半部的垂直面一致(即几乎平行)的卫生巾20的平面上的一条线、轴线或方向。而术语“横向”或“侧向”此处可以互换，指的是处于卫生巾20的平面内通常垂直于纵向的线、轴线或方向。
图1示出的卫生巾20具有周边21，该周边由表示为23的纵边缘和表示为25的端边缘构成的卫生巾20的外边缘限定。在两端区33之间有中部区31。端区33从占卫生巾长度约12％至约33％的中部区31的两端缘向外沿纵向延伸。在1987年9月1日授权于Higgins的美国专利4,690,680中详细地描述了具有中心区31和两端区33的卫生巾。
虽然可将顶片、底片和吸湿芯组装成各种公知的形状(包括所谓“管型”产品或侧护翼型产品)，但通常最好组装成具有如1990年8月21日授权于Osbom的美国专利4,950,264；1984年1月10日授权于Desmarais的美国专利4,425,130；1982年3月30日授权于Ahr的美国专利4,321,924和1987年8月18日授权于Van Tilburg的美国专利4,589,876中所描述的卫生巾形状。上面所述的每篇专利文献中所披露的内容引入本文作为参考。在图1所示的卫生巾20的优选实施方案中，顶片24和底片26的长和宽尺寸一般都大于吸湿芯28的长、宽尺寸。顶片24和底片26伸出吸湿芯28的边缘，从而至少构成周边21的一部分。图2从横截面的角度非常详细地揭示了卫生巾各部件之间的关系。
在以Christon和Ahr的名义于1995年11月22日申请的名称为“水冲洗和分散的吸湿用品(Water Dispersible and Flushable Absorbent Article)”流水号[当可确定时插入流水号]，律师的案号为5877(Attorney＇s Docket No.5877)的美国专利申请中非常详细地披露了这种具有代表性的吸湿用品即卫生巾20，上述申请已作普通转让，但尚未批准，该申请所公开的内容作为本中请的参考。该申请还描述了检测这类吸湿用品的各种功能和特性的合适的试验和分析方法。顶片根据本发明，卫生巾20的顶片24是柔顺的，感觉柔软、对穿戴者皮肤无刺激作用。此外，顶片24是透液的，可使流体(如月经和/或尿液)迅速透过它的厚度。优选的顶片24是一种三维、宏观膨胀透液的成形网膜，这种网膜具有如上面所提到的已作普通转让但尚未批准的、以Ahr和Thomas的名义于1995年6月23日申请的名称为“Absorbent Device With ImprovedFunctional Surface”、流水号为08/494273的美国专利申请中一般所描述的那种织构的穿戴者接触表面，该申请所公开的内容作为本文的参考。
图4非常详细地描绘出按本发明的方法制得的顶片40，这种顶片尤其非常适合在卫生巾或其它吸湿用品中用作顶片或接收层，如图1和2中示出的顶片24。
优选可进行机械加工并能形成为片层状(如片42)的材料选作顶片的材料。由于顶片40被用在与人体接触的消费品中，最好采用使人体表皮或其它接触部位感觉柔软而安全的材料。上述优选材料为聚合材料，包括(但不限于)聚烯烃类，尤其是聚乙烯、聚丙烯和至少含一种烯烃成分的共聚物。其它聚合材料如聚酯、尼龙、它们的共聚物及上述材料的任意组合也都是适用的。虽然所示的片层42为一种薄膜，但若需要，该片层也可以是无纺布、微孔膜、泡沫材料等型式。现有的优选薄膜材料是可从Tredegar Film Productsof Terre Haute，Indiana买到的商标名为X-10038的聚乙烯膜。
如果需要，还可在片层42的聚合物基质中加入常规量的添加剂。在该片层中常需要加入一些增大该片层不透明度的添加剂。可以用增白剂如二氧化钛和碳酸钙使片层42不透明。还需要加入其它添加剂如表面活性剂使片层42具有亲水性。片层42可以是多层聚合物膜，如在1991年4月9日授权于Baird的美国专利5,006,394和1993年11月16日授权于Visscher等人的美国专利5,261,899中所披露的聚合物膜，上述专利均已作普通转让，它们是本文的参考文献。
图4详细地描述出按照本发明的方法制得的顶片40，这种顶片非常适合在卫生巾或其它吸湿用品中用作顶片或接收层，如图1和图2中示出的顶片24。通常按照1982年8月3日授权于Radel等人的已作普通转让的美国专利4,342,314号的描述制成一般形式/形状的宏观膨胀的纤网70，此专利引入本文作为本文的参考文献。业已发现，纤网70适合用作卫生巾的顶片。当用于描述本发明的三维纤网时，“宏观膨胀”一词是指使得与三维成形构件的表面一致的纤网、纤维条和薄膜，从而使二者的表面都呈现对应于所述成形构件宏观横截面的表面变形(surface aberration)的三维图纹。当观察者的眼睛与纤网平面之间的垂直距离约为12英寸时，包括上述图纹的表面变形是靠正常裸视(即视力为20/20、不需任何可改变目标物的外观尺寸或距离或以其它方式改变眼睛的视力的器具的帮助的正常裸视)可单个分辨清楚的。术语“纤维状”此处用来描述本发明的纤网外观，一般指孔眼的任何细微图纹，即无序或有序，网状或非网状的，人们用肉眼观察时，为一种织造或非织造纤维网的总体外观及视觉感。
如图4所示，这种纤网的纤维状外观是由纤维状单元连续体构成，每一纤维状单元的相对两端都至少与其它纤维状单元的一端相连。在图4所示的实施方案中，上述相互连接的纤维状单元构成了一种五边形毛细管72的图纹网络(pattem network)。具有纤维状外观的纤网70呈现出一种从平面76中纤网的最上部或穿戴者接触面75延伸到平面79中纤网的最下部或吸湿垫接触面78的三维微结构，以促进流体从纤网的最上层面75快速传送到最下层面78，而在相邻毛细管72间流体没有横向传送。此处所用的术语“微结构”是指这样一种细微结构，用显微镜或其它公知的放大手段人们可很容易用肉眼观察到它的细微之处。
孔眼85是由许多相交的纤维状单元如单元86,87,88,89和90在纤网的第一表面上彼此相连构成。每一纤维状单元具有一个基部，如平面76上的基部92。每一基部都有一个侧壁如与各边缘相连的侧壁93。侧壁93一般朝纤网的第二表面78的方向延伸。纤维状单元的相交的侧壁在纤网的第一表面和第二表面的中间彼此相连，而基本上彼此同时终止在第二表面的平面79上。
在一个特别推荐的实施方案中，相连的侧壁部分基本上同时相互终止在第二表面的平面上，从而形成了纤网第二表面78中的一些孔眼。由相连的侧壁部分形成的毛细管72的网络可将流体从纤网的第一表面直接无阻地传送到纤网的第二表面，而在相邻的毛细管之间没有流体的侧向传送。
在这种优选的成形网膜的身体面的无孔部分上还有许多纤丝(fibrils)54或者为“发丝”。这些纤丝54可通过将穿戴者身体与保持在顶片24A身体一侧表面上的体液隔开而改进顶片24的表面湿润特性。同样，这种将穿戴者身体隔离的结果可提高对体液的接收率。纤丝54还可使身体面24A具有令人舒服的丝绒般触感。
纤丝54优选是一种防水树脂材料，如可从Century International ofColumbus,Ohio购买的CA-105。该纤丝的密度可以在每平方英寸约500根纤丝(每平方厘米77根纤丝)至每平方英寸约11,000根纤丝(每平方厘米1700根纤丝)之间变化。优选纤丝密度在每平方英寸约3000根纤丝(每平方厘米450根纤丝)至每平方英寸约5000根纤丝(每平方厘米775根纤丝)之间。纤丝长度可在约0.003英寸(0.07毫米)到约0.04英寸(1.0毫米)之间变化。优选纤丝长度在约0.004英寸(0.1毫米)和约0.01英寸(0.3毫米)之间。本申请人已发现选择不同的纤丝长度和纤丝密度可使再湿润性、接收性能和触感发生变化，从而达到这些特性的理想平衡。
为了能将纤丝充分粘合到薄膜衬底材料上，由于被沉积的树指材料是液态，最好分别对树脂材料和薄膜材料的表面能和表面张力特性进行选择，致使树脂材料充分湿润固化前的薄膜表面。在这种方式中，在上述两种材料之间可获得用于粘合的足够的接触面积，因此可将纤丝牢固而可靠地固定在薄膜上，并能经受住制造条件和预见到的使用条件的变化。据此，业已发现具有大于约34达因/厘米的临界表面张力的聚乙烯膜料片[采用上述已普通转让、尚未批准的美国专利申请流水号(流水号在可确定时写入)、律师的案号为5877的专利申请中描述的改进的TAPPI试验方法进行测量，该申请由Christon和Ahr于1995年11月22日提出，其名称为“水分散和冲洗的吸湿用品(Water Dispersible and Flushable Absorbent Article)”，此申请中所公开的内容作为本文的参考]适合于与上面所描述的CA-105防水树脂材料一起使用。
最好上述纤维由通常为疏水性的材料或用公知方法进行了疏水处理的材料加工而成。这样可以提供能排斥流体的接触穿戴者的表面(纤丝的端部)，该表面具有“干燥”的触感，而纤网的其余部分仍保持亲水性以便提高接收性能。在以Ahr和Thomas的名义于1995年6月23日提交的名称为“具有改善的功能性表面的吸湿用品(Absorbent Device With ImprovedFunctional Surface)”的流水号为08/494273的美国专利申请中非常详细地描述了这类纤丝，上述申请已作普通转让但尚未批准，该申请所公开的内容为本发明的参考。
最好对成形网膜进行处理，以便形成一种纤网，并且该纤网的身体面具有表面能小于中间部分的表面能的结构。在一个优选实施方案中，处理过的纤网具有若干较低表面能区域，这些区域在与具有较高表面能的纤网表面交界处形成表面能梯度。例如，可将具有低表面能的硅氧烷树脂涂敷到具有这种较低表面能区域的身体面24A的一些部分上。在以Ouellette等人名义于1995年5月31日申请的流水号为08/442,935的美国专利申请中全面地描述了具有这种表面能梯度的纤网，上述专利申请所披露的内容为本文的参考。
在本发明的一个优选实施方案中，顶片24的至少部分的身体面24A是亲水性的，与身体面为非亲水性的情况相比，这种性能有利于流体更快地透过顶片。这种亲水表面有助于减小体液溢出顶片而不流入吸湿芯、不被吸湿芯吸收的可能性。在一个优选实施方案中，在将纤丝印制在顶片上之前将表面活性剂涂敷在顶片24的身体面24A上(例如通过挤压涂敷或喷涂)。此外，也可象上面的参考文献美国专利4,950,254中所描述的那样，用表面活性剂对顶片的身体面进行处理，使其具有亲水性，上述文献公开的内容作为本文的参考。
此外，如果需要，具有纤丝54的区域可以呈任意所需的形状和图案，或者为任意的覆盖面积，并且具有均匀的或者不均匀的密度。
图5更详细地描绘了如图3和图4中示出的常用纤丝54的物理结构。纤丝54优选包括一个从底部57延伸到顶部56的轴(shaft)部分55。成形时，树脂材料被沉积为底部57并被朝上拉伸形成轴55。上述树脂材料突然与丝网辊110上的其余树脂断开，形成顶部56，最好使顶部略成圆形。最好将纤丝铺设和排列成使它们各自的底部57至少略微分开一小段距离，使处于底部之间的下层衬底至少稍微露出，以用于接收。此外，纤丝的数量不要太多，尺寸也不要太大，以免妨碍顶片本身的毛细管。
用于形成纤丝的树脂材料最好在将纤丝加工到需要的高度和/或形状后能迅速固化或硬化。用这种方式可在树脂朝底部57向下塌缩而使纤丝丧失其形状之前将纤丝锁定(locked in)。这种较短的固化时间或“开口时间”对较高的纤网速度也有利，因为在对后一个网进行处理操作之前应确保上述纤丝固化(即经过了“开口时间”)。如下所述，对于给定的树脂材料，可以采用缩短开口时间的加工工艺。
如果需要，还可通过在用于制造纤丝54的树脂材料中加入染料或填料提高顶片24的遮蔽性能。合适的遮蔽剂包括二氧化钛和碳酸钙。纤丝54本身以及填料均有助于遮蔽被顶片和下面的吸湿芯吸收的体液。通过增加整个顶片尤其是增加顶片的上表面的不透明度可使遮蔽剂具有清洁干燥的外观。
最好通过选择材料的性能、长度和厚度使纤丝54具有足够的弹性，使得在穿戴者使用中接触时至少具有一定的阻止纤丝朝网表面弯折的能力。若纤丝太易塌缩，则穿用者和纤维亲水衬底之间分离的效果降低，而“湿润”的感觉增强。塌缩的纤丝数量如果太多，则已证实由于堵塞了衬底中的孔眼或孔隙从而降低了对流体的接收能力。
如图3和4所示，纤丝54一般从顶片24的朝向穿戴者的表面向外伸展。在一种优选结构中，虽然至少有部分纤丝以各种不同角度向外伸展，但大多数纤丝一般都从纤网表面垂直向外伸展。
如图4所示，一些纤丝54处于形成成形网膜70的毛细管72的膜表面上。更具体地说，这些纤维从侧壁朝外和朝毛细管的中心伸展。这些纤丝具有遮蔽特点，即将它们用于使人的视线模糊不清、不能朝下通过毛细管看到吸湿用品的下层部件，又不致于不合适地过分阻塞流过毛细管的流体的通道。如下所述，按照本发明的方法可获得这种取向的纤丝。方法施用树脂材料以形成纤丝54的优选方法是通过旋转丝网印刷方法。但应懂得，本发明还可考虑印刷或喷射这类树脂突出物的其它方法。这些方法包括螺旋喷射、喷雾、或线状喷射、凹版印刷和苯胺印刷。旋转丝网印刷是最好的，因为这种方法能使纤丝的尺寸和密度符合要求，并且能在高纤网线速下进行。
参见图6，该图示出了一种合适的树脂施用装置100，用于生产具有改善的功能性表面的三维宏观膨胀纤网的方法包括下述步骤。具有彼此相对的第一侧和第二侧的衬底102从母辊104上脱卷。将衬底102送到印刷站105，该印刷站包括支撑辊(backing roll)108，印花辊110和送料辊106。支撑辊108与印花辊110并置，以便在两辊之间形成压区。印花辊110的周边周围有若干着墨孔(cell)。在一个优选实施方案中，支撑辊108是一个可绕其纵轴旋转的支撑辊。由本领域普通专业人员熟知的输送机械(未示出)将树脂材料送到印花辊110的内侧。
如果需要张力控制装置和导轨装置(tracking devices)确保树脂材料均匀涂覆在衬底102的整个横向宽度上，则在本发明的方法中可采用本领域普通专业人员所公知的这些装置(图中未示出)。
将呈液态的树脂材料送至印花辊110。若树脂材料在室温下为固态，则可对其加热到高于材料的熔点温度。当然也可采用室温下为液态的树脂材料，例如可采用包括化学活性端基的预聚物。在这种情况中，树脂材料沉积在衬底102上和衬底102中之后，紧接着需要进行固化步骤，将液态预聚物转变成固态。
在本方法的优选实施方案中，将树脂材料至少加热到其熔点温度使树脂材料可流动。
相对于印花辊110和支撑辊108以一定的传送速度传送衬底102，使其穿过由印花辊110和支撑辊108限定的压区。可流动的树脂材料沉积在印花辊110的着墨孔中。衬底102穿过压区时与印花辊110的着墨孔接触。印花辊110以一定的圆周速度绕其纵轴转动，从而将印花辊110着墨孔中的可流动树脂材料涂覆到衬底102上。涂覆在衬底102上的树脂材料200的涂层重量最好在约0.005克/英寸2和约0.075克/英寸2之间。
再参见图6，纤网速度和丝网辊110的切向速度基本相同，这意味着可将CA-105树脂印制在纤网102上而不致于横擦过纤网表面。当CA-105处于熔融状态时，通过控制丝网辊110上的丝网图纹和CA-105的流变性，可将CA-105印制成如上所述的纤丝54。丝网孔很小，而且树脂材料也具有足够的粘性，因此树脂材料不能流过丝网辊上的网眼。刮墨刀将树脂材料填满丝网眼，使树脂材料从丝网朝支撑辊呈下垂的弯月状。当丝网辊和支撑辊转动时，在支撑辊的压区处丝网接触衬底，树脂材料的弯月面从筛网眼传递到衬底。当丝网和纤网分开时，树脂材料本身和用于丝网表面的树脂材料的吸引力或粘附力将树脂的一部分朝上拉离衬底，直到离开的距离超过树脂材料的弹性极限为止，致使材料断裂形成纤丝的上端。如众所周知的那样，通过在离印花辊110和支撑辊108适当距离处放置热金属丝/热带111可控制断裂点。以这种方式控制断裂点可形成具有理想直径和形状的纤丝。
继续参见图6，在本发明的方法中可采用各种类型的印花辊110，它们包括(但不限于)丝网印花辊和凹版印花辊。在本发明要求保护的一个优选实施方案中，采用了丝网印花辊。丝网印花辊是公知技术，正如在1986年12月16日授权于A.Robert Coningsby的美国专利4,628,857号中所描述的那样，该专利公开的内容作为本文参考。正如在1988年2月17日授权于Sheath等人的美国专利4,634,130号中所描述的那样，凹版印花辊也是公知技术，本文中将该文献作为一般的现有技术引用。目前所推荐的印花辊包括一个具有平均孔径为0.035英寸的六边形交错网状物图纹的丝网。
如果需要，上述印花辊110还可以具有一些不印花的区域，下文称之为非印花区。当推荐的印花辊110是丝网印花辊时，该丝网还可以有一些不透水的挡板(bar)，这些挡板可阻止树脂材料在挡板部位穿过丝网。将树脂涂覆到衬底102上的印花辊的区域称之为印花区。
通常非印花区可沿纵向取向，平行于印花辊的轴线。这种结构往往在衬底102上形成与机器方向垂直的没有纤丝的区域。如果需要，可采用这种结构将所得到的纤网修整成用于一次性吸湿用品的独立顶片，并且在该吸湿用品边缘处具有非印花区等。
另一可供选择的方案是使非印花区沿圆周方向取向，因此，衬底102上沿机器方向的区域不印制树脂材料。如果需要，可将一些包含有树脂材料的区域和无树脂材料的区域的纤网重复单元并置在一起，从而形成在与机器方向垂直的方向上具有较宽宽度的纤网。然后将所得到的纤网沿机器方向在与所需要的区段相应的部位进行切割，形成成卷的原材料，以备后面工序之用。这种结构在制造一次性吸湿用品中对满足经济指标有好处。
刮墨刀112用于确保对均匀施用于印花辊110整个涂覆面的树脂材料进行计量。当印花辊110转动时，刮墨刀112静止不动，因此刮墨刀112可擦过印花辊110的内表面，并将树脂材料压入印花辊110的各着墨孔中。印花辊110的丝网厚度优选约为4毫米至7毫米。
支撑辊108是光滑的，它可以是一个转动的支撑辊(或者被带动或者自由转动)，或者是一个不动的表面。对本文所描述的实施方案而言，印花辊110和支撑辊108彼此略有间隔，以防止过分地挤压衬底材料。
最好对印花辊110加热，以防止熔融的树脂材料过早固化。业已发现，若使印花辊的温度达250°F左右，则对树脂材料和本文中所描述的工艺条件都能起很好的作用。
合适的树脂材料是从Century International ofColumbus,Ohio购买的名称为CA-105的热熔体树脂混合物。
为使树脂材料保持液态并维持适当的温度和粘度，可用公知的方法(未示出)从外部对材料加热。通常将树脂材料持在略高于熔点的温度下。若树脂材料部分或全部为液态，则认为此时的温度为熔点温度或高于熔点温度。若温度太低，则树脂材料不能从印花辊110传递到衬底102，或者接下来可能不适宜于印花。反之，若温度太高，材料的粘性不足，不适于印花工艺。当然温度也不能高到损坏衬底102的程度。对于本说明书中所描述的实施方案，在涂覆到衬底102处的树脂材料的优选温度是从约190°F至约250°F。上述温度高于前面所提到的CA-105树脂材料的熔点，但低于使粘弹性显著损失的温度。
也可选择由空气冷却系统114提供冷却空气。为了确保纤网移出印花辊110之前涂覆在衬底102上的树脂材料已固化(即减少树脂材料的有效“开口时间”)并确保在下一步制造步骤完成之前已经过了上述开口时间，有必要使用冷却空气。此外，也可冷却支撑辊108，以便将树脂材料冻结成所要求的纤丝形状。为了保持所要求的纤网张力，可以采用导辊128和张紧辊129。
将纤丝54施用到材料层上后，使上述织构纤网201经导纸辊205送至成形转鼓(forming drum)210的表面上，围绕上述转鼓的成形构件211以基本上与送入的纤网速度相同的速度连续转动。上述成形转鼓210驱动网膜。选择纤网201的取向使纤丝朝向离开成形构件211的方向，如上面结合图3所讨论的那样，纤网具有片层52的一般形状。因此，图3示出的片层52是已施用有纤丝的过渡形状，但上述片层在宏观膨胀和成孔工艺之前，仍为普通平面形状。应当注意的是本方法的两部分(纤丝施用部分和宏观膨胀及成孔部分)可以基本连续的多步法依次进行，或者可以顺序地按贮存/处理周期交错进行。在本方法的后一种形式中，完成纤丝固化步骤后可将呈图3所示的一般形状的片层52缠绕成卷并贮存，以便以后送至成形构件上进行成形步骤。
成形构件211包括一个有大孔眼的表面(例如具有五边形毛细管的图纹网络)，其结构优选按1982年8月3日授权于Radel和Thompson的美国专利4,324,314号中描述的构造，此文献作为本发明的参考文献。成形构件211由若干独立的光刻层构成。若用上面所提到的专利文献中所公开的一般成层结构技术制造上述成形构件，上述成形构件211上的孔可以具有任何所需要的形状或者横截面。
成形转鼓210最好包括一个位于内部的真空腔220，该真空腔优选相对于运动的成形构件211静止不动。几乎与真空腔220的始末部分一致的一对静止隔板(未显示)靠近成形构件的外表面。静止隔板的中部最好设置有当层状纤网201通过真空腔时向该层状纤网201施加流体压差的部件。在图中所示的实施方案中，上述提供流体压差的部件是一个高压液体喷嘴215，该喷嘴在纤网201的全部宽度上能基本均匀地喷射液流(如喷射水)。在1987年9月22日授权于Curro等人的美国专利4,695,422号、1988年10月18日授权于Curro等人的美国专利4,778,644号和1989年6月13日授权于Curro等人的美国专利4,839,216文献中都披露了用高压液流加工成形材料的生产方法的实例，所有这些文献公开的内容均作为本发明的参考。
上述水流喷射使纤网201与成形构件211形状一致，并在与成形构件211上的毛细管相应的纤网230的区域上成孔。最好对液流的压力、纤网经受液压差时的切向速度以及液流温度进行选择，使纤网与成形构件完全一致，而不致于引起纤丝脱离或者纤丝取向过度变形，或者损害片层本身的完整性。现已证明生产上述优选材料的纤网的理想工艺条件是水温约130°F，水压约500磅/英寸2，成形构件的切向速度约340英尺/分钟。特别重要的是选择的水温度应足以使膜材料变软以便于成形，但又不能使构成纤丝的树脂材料太软，在纤丝受到流体压差(高压液流)时，不使纤丝过度弯曲或损失。
如上所述，最好对膜材料和树脂材料的表面能和表面张力特性进行选择，使相应的材料之间具有合适的粘合程度，从而使纤丝能在基本上保持它们原来的走向的情况下经受成形过程(承受流体的压差)。
如图4所示，在膜材料通过成形构件受到流体压差时，材料拉伸到一定程度。因此，即使以目前所优选的普遍均匀的方式(考虑图纹密度/间隔)将纤丝涂覆在中间层或起始层52上，上述膜的张紧将导致靠近纤网的第二表面78的纤丝沿毛细管方向的间隔距离比位于穿戴者接触表面75上或该表面附近的纤丝的间隔距离更远。成形工艺的这种附加特征可使所选择的基本均匀的图纹密度对应(vis-a-vis)印花辊的设计，同时可减小毛细管中的纤丝不恰当地堵塞毛细管本身的可能性。
使流体压力差作用到纤网上后，可使上述三维、宏观膨胀的有孔纤网230从成形构件211的表面沿导辊225送出。上述有孔纤网230不必经进一步处理就可用作吸湿用品的顶片。此外，也可根据需要对有孔纤网230进行进一步处理，例如进行环形辊压、起皱或表面处理。也可进行其它成形后处理，例如对纤网进行干燥或振动处理，以便脱去成形工艺中剩余的流体/水。
业已发现，采用流体压差形成已涂覆纤丝之后的膜可进一步提高成品纤网的视觉和触觉特性。更具体地说，利用流体压差可使纤丝在一定程度上弯曲和弯折，也就是说，流体压差对纤丝进行“加工”，使得纤丝在外力作用下抗弯曲的能力至少有些降低，至少部分纤丝会略有永久变形，因而增加了纤丝外观的随意性，同时至少略微降低了树脂材料断裂的角部或端部的锐度。因此，印制纤丝和形成所得薄膜的树脂材料通过使用流体压差而得到的结合体可提供比单独使用任何工艺所得到的其它纤网更柔软、具有更令人愉快的视觉和触感的纤网，并且在使用条件下更安静。这种综合方法还可作为一个连续的整体过程进行，它有助于以适当的运行速度和生产能力以更经济的方式大量生产这类成形膜。
虽然上面对本发明的一些具体实施方案进行了描述，显然，本领域的普通专业人员在不超出本发明的构思和范围的前提下还可作出其它一些改变和变形。因而可以认为所有这些在本发明范围内的改变和变形都包括在后附的权利要求书中。
权利要求
1．一种制造具有改善的功能性表面的三维宏观膨胀透液纤网的方法，上述纤网是聚合物料片层，优选聚乙烯薄膜，上述片层有一个第一表面和一个第二表面，其特征在于上述方法包括下述步骤(a)在上述片层的上述第一表面上优选通过丝网印花辊印制许多离散的防水树脂材料，优选硅氧烷树脂沉积物，并且所述树脂材料具有预定开口时间；(b)从上述片层的第一表面优选通过丝网印花辊朝上拉伸上述树脂材料沉积物以在开口时间过程中形成相应的纤丝；(c)优选通过空气冷却系统固化上述树脂材料；(d)将上述片层送到具有相对表面的成形构件上，使所述片层的第二表面与成形构件接触，所述成形构件有许多使其相对表面彼此流体连通的孔眼；以及(e)穿过所述片层厚度方向施加流体压力差，优选为高压液体射流，更优选为高压水流，所施加的压力差大到足以使上述片层上与成形构件上孔眼相应的区域裂开，并与上述成形构件形状一致同时基本保持纤丝的取向。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于上述纤丝的密度在3000根纤丝/英寸2至5000根纤丝/英寸2之间。
3．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于上述树脂材料是疏水性的。
4．如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于上述片层是亲水性的。
5．如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于上述树脂材料的熔点高于上述高压液体射流的温度。
6．如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于上述固化步骤是通过延缓将上述片层送到成形构件上，直到经过上述开口时间后而完成。
7．如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于上述纤丝从所述片层的第一表面至少朝外伸展0.004英寸。
8．如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于上述聚合物材料具有至少34达因/厘米的临界表面张力。
9．如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于上述离散的树脂材料沉积物具有基本均匀的图纹密度。
10．如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于上述流体压差将上述片层朝下拉入孔眼中，从而在所述片层中形成毛细管，上述毛细管包含若干在其中伸展的纤丝。
全文摘要
本发明涉及一种制造具有改善的功能性表面的三维宏观膨胀透液纤网(70)的方法,上述纤网是一个具有第一表面和第二表面的聚合物料片层。片层的第一表面上沉积有一些离散的具有预定开口时间的防水树脂材料。从片层的第一表面朝上拉伸上述树脂材料沉积物以在开口时间内形成相应的纤丝(54)。树脂材料固化后,将上述片层送到具有相对表面的成型构件上,使片层与成形构件接触。成形构件有许多使其相对面上彼此流体连通的孔眼。在片层厚度方向施加流体压差,所施压差大到足以使片层上与成形构件上的孔眼相应的区域裂开,并与上述成形构件形状一致,同时基本保持纤丝(54)的取向。优选用丝网印花辊进行印花和拉伸步骤,上述流体压差优选是高压流体射流。
文档编号D03D13/00GK1209049SQ9618000
公开日1999年2月24日 申请日期1996年12月13日 优先权日1995年12月21日
发明者雷蒙德·J·德克, 尼古拉斯·A·阿尔 申请人:普罗克特和甘保尔公司