三维无定形构型的抗嵌套片料及其制备方法与制造设备的制作方法

专利名称：三维无定形构型的抗嵌套片料及其制备方法与制造设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及能抵抗叠置层相互嵌套的三维片料。更具体地说，本发明涉及这样的三维片料，它具有从其至少一侧向外延伸的三维突起所构成的无定形构型。本发明还涉及用来制成这种三维片料的方法与设备。
背景技术：
具有三维结构表面的片料是有关技术中周知的，已获得许多不同的用途。这种片料可制成平片形式并在整个处理过程保持此形式，或者这种片料可以取连续的带状料形式，并绕成卷用于输运。在取平片形式时，片料的嵌套例如可以用来减低码垛的高度。但当卷绕到辊上时，嵌套常会造成值得注意的问题。例如，具有三维结构表面的层在辊上嵌套时，由于摩擦结合就难以从辊上退绕下。此外，要是在辊的一端比另一端嵌套得更深，就会发生辊的伸缩。
任何三维材料当重叠的带状料中或是同一带状料各部分中的突起因其尺寸、形状、位置和/或几何结构而相互联锁时，就会发生嵌套。能够出现两类嵌套或联锁面对面的嵌套和面对背的嵌套。面对面的嵌套可在同一带状料的两个类似面或许多带状料的面相互接触，而各个带状料的或带状料各部分的突起进到另一带状料或带状料部分相邻突起之间的谷或空隙中时发生。面对背的嵌套可在同一带状料的相对侧或多个带状料的不相似侧相接触，而一个带状料或带状料一部分中的突起进入另一带状料或带状料一部分的突起的空心“凹”侧之中时发生。这种面对背的嵌套与具有空心三维突起的三维片料如本发明中的这类片料有着特别的关系。要是带状料只在其一面上显示出三维表面特点，即它的背面是大致平整的时，则由于不会发生面对背的嵌套，则主要应考虑面对面的嵌套。通过将突起的间距选择成小于最小突起的宽度虽然能较容易地解决面对面的嵌套问题，但由于这样小的突起间距可能是某些应用中所不希望的，因而上述选择就严重地限制了最终所得这种结果的广泛适用性。
连续带状料的相邻层或卷绕部分在卷取时发生的嵌套，由于面对背嵌套所发生的摩擦结合，会给此带状料的端部退卷时带来困难。三维带状料叠起的各个层在嵌套时会使得在只需除掉一层等的情形下导致从贮存器中会除下许多层。虽然带状料能与其本身或与其它带状料嵌套的结果会在将三维带状料结构用作活性物质例如粘合剂的载体时给带状料本身或使带状料带来某种程度的困难，但嵌套还会造成另外的困难，包括活性物质过早的粘合和/或污染。
在采用压敏粘合剂将涂有粘合剂的表面粘合剂到目标面上的带、条和其他制品的工艺中，已认识到有过早粘合的问题。这就是说，在涂有粘合剂的表面能够适当地定位到目标表面上之前，粘合剂与目标面无意中的接触会在一或多个位置上造成过早的粘合，这样就将妨碍合适地定位。为了克服这种弊病，另有一些人尝试过设置一与粘合剂面从外部分隔开的初始接触面。此初始接触面起到挡开此粘合剂面的作用。这例如是通过在一层膜中形成锥形突起而以粘合剂填充突起间的谷至低于突起梢端高度的方法来实现的。这样一种三维片料及其制造方法与设备则较详细地示明于Pefer W.Hamilton and Kenneth S.Mc Guire于1996,1,10提出的“加压时可松释地密封于目标面上的复合材料”，共同转让，共同未决的美国专利申请系列NO.08/584,638中，其中所公开的内容已综合于此供参考。
尽管这种三维片料可适合其计划用途，但仍然需要解决此材料在制造、存储和使用前分配等之中相邻层或料卷的嵌套问题。
在先有技术中曾尝试过来解决这种三维结构，特别是在具有空心三维突起的叠置片料相互嵌套的问题，方法是在此带状料上无规地或至少是不均匀地设置尺寸与形状类似的突起。这种方法虽然对某些带状料结构可能有效，但随着总的小岛(无突起的自由空间)的减少，这样的有效程度也下降。原因在于，在给定了基本恒定的突起的尺寸与形状后，当加大突起的密度，就会把可能变化的间隙和位置在极端情形减小到使这些突起紧密地充填成趋近一种致密填充的有着均匀间隙的阵列。此外，由于突起不均匀地布置，相应带状料的最终物理性质也成为不均匀的了，要是这种布置是不能加以断定的，就难以对带状料进行剪裁。
为此，希望能提供这样的三维片料，它能阻止一层与另一层嵌套，而不论这种片料是取平片形式或卷拢的形式。
还希望能提供用来形成这种三维片料的方法，这种方法能通过适当地变动而用于所需的特定材料，并且可以迅速和经济地实践。
同时还希望能提供用来形成这种三维片料的设备，此种设备能通过适当地变动而用于所需的特定材料，并且可以迅速和经济地用于商业实践中。
发明概述本发明提供了具有第一侧和第二侧的三维抗嵌套的片料，此第一侧包括至少一个这样的区域，它具有从该第一侧朝外延伸的许多相互分开的三维突起，这些突起最好是单一地由此片料本身形成。为了提供本发明的抗嵌套优点，上述突起形成为多个不同的二维几何形状的无定形构型。此第二侧最好包括许多相分开的与上述突起相对应的三维空心凹座，使得突起为空心的。
对某些应用例如用于如粘合剂之类物质的载体中特别有关的是，这些突起是由在两相邻突起之间三维空隙的互联网络所分开。这些个空隙则最好在整个构型中具有基本相等的宽度并可以部分地由粘合剂填充。
此种三维的抗嵌套片料，依据本发明最好利用由互联的小岛(纹间表面)所分开的三维凹座的无定形构型组成的三维成形结构来制造。这些凹座形成了联锁的二维几何形状的无定形构型。
上述成形结构依据本发明可以由这样的方法制造，此方法包括下述步骤(a)产生一具有联锁二维几何形状的无定形二维构型的计算机图形，而此构型具有的线条在这些互联图形之间的宽度基本上不变；(b)将此无定形二维构型变换到一成形结构上，使形成的三维成形结构具有与该联锁形状相对应的三维凹座和与该宽度基本不变的线条相对应的互联小岛(纹间表面)。这种联锁形状的无定形构型依据本发明则最好是由受约束的Voronoi棋盘形2维空间导出，其中的棋盘形则受到控制该联锁形状所允许的中心至中心间距的范围的约束系数的控制。
为了制造本发明的三维抗嵌套片料，将一片可变形材料引到上述成形结构上，位随此成形结构作永久性变形，生成许多从该片料第一侧外延的相分开的三维突起而构成二维几何形状的无定形构型。需要时，此成形结构的互联小岛可在该可变形片料引到成形结构上之前用某种物质涂层，而此片料对此种物质所具的亲和性则大于成形结构的，使得这种物质能与该片料一起从成形结构上除去。
附图简述尽管此说明书结尾的权利要求书具体指出并明确提出了本发明的权利要求，但确信通过以下联系附图对最佳实施例所作的描述，当可更好地理解本发明，附图中以相同的标号表示相同的部件且

图1是显微照片图，示明本发明的有代表性的三维抗嵌套片料的透视图；图2是本发明的另一代表性的三维抗嵌套片料的平面图；图3是本发明的三维抗嵌套片料一实施例的平面图；图4是本发明的三维抗嵌套片料另一实施例的平面图；图5是本发明的三维抗嵌套片料最佳实施例的平面图；图6是曲线图，用来比较图3和图5中片料的多边形面积的分布；图7是曲线图，用来比较图3和图5中片料的多边形面积的分布；图8是图5中的三维抗嵌套片料的局部正视剖面图9是类似图8的局部正视剖面图，但在所示本发明的实施例中，在所述片料的三维结构内包括有一种物质；图10是适用来形成例如图5中的三维抗嵌套片料的三维成形结构的平面图；图11是显微照片图，示明了适用来形成例如图1中的三维抗嵌套片料的成形结构；图12是图10中三维成形结构的局部正视剖面图；图13概示适用来形成本发明的三维抗嵌套片料的典型设备。
发明详述图1是依据本发明的当前属特优的实施例三维片料10的照片图。本发明的这种片料显示出的三维结构组成一种带状料。例如在一紧密装填六边形阵列中大小与形状一致的空心突起的高度有序的阵列式构型中，每个突起都是任何其它突起严格地重复。这种带状料(即使事实上不是整个带状料)的区域的嵌套可以实现为，使叠置的带状料或带状料部分间的带状料准直位移在任何方向上不超过一个突起间距。较低的有序度可能表明有较少的嵌套倾向，而任何有序度据信都会提供某种程度的可嵌套性。因此，这些突起的无定形无序构型将表明可能具有最大程度的抗嵌套性。
依据本发明，虽然在目前最好是让带状料的整个表面都显示出这样的无定形构型，但在某些情形下则可以希望不用使此带状料的整个表面显示出所述的构型。例如，可让此带状料的较小一部分显示出突起的某些规则构型，或在事实上可以无突起而成为大致的平面形式。此外，当所述片料将形成为较大的片料形式和/或将形成为折叠或卷绕到自身上的细长的连续带状料时，可能对制造要加上这样的约束，即无定形构型本身应在此带状料内作周期性的重复。尽管带状料内构型的任何重复会有某种可能发生嵌套，但这种可能只存在于叠置的带状料或带状料部分精确地对准成使得这种带状料或带状料部分严格地表现为一个重复的构型(或对于连续卷绕或折叠的带状料，为整数个数的重复构型)时。这同由形状一致的突起于阵列构型中形成的带状料的嵌套特性不同，在这种构型中，各个突起乃是相邻突起的一个重复，使得此重复距离成为单个的突起间距。在这种构型中，要是带状料的准直发生的移位不超过一个突起间距，就会发生嵌套时的准直。
在具有三维突起的无定形构型的带状料中，对相邻的多个突起的任何选择在此构型的范围内都将是唯一的，尽管如此，但可以想象在某些情形下，所给定的各个突起在此构型的范围内可能并非唯一的。利用无定形构型，这种三维片料(在具有空心三维突起的情形)只有具备相同无定形构型的片料精确地叠置时才会发生嵌套。
具有三维突起的在本质上基本为无定形的由三维突起组成的无定形构型的三维片料，也可以认为显示出有“同形性”。按照这里所用，“同形性”一词及其词根“同形的”是用来指此种构型中任何给定区域内的几何和结构性质基本一致。“同形的”一词的定义一般是与此词为Websfer’s Ninth New Collegiafe Dictionary中相应定义所明确的通常意义一致。举例来说，相对于整个无定形构型包括有统计意义个数的突起的规定区域，它对于带状料的这类性质如突起区域、数量密度、总的突起壁长等会产生出统计意义上基本上等价的值。这种相关性据信当在横跨带状料表面上需要一致性时是相对于带状料的物理、结构性质上所需要有的，而相对于垂直于此带状料平面所测量的带状料性质如突起的抗轧碎性则尤其如此。
利用三维突起的无定形构型还有其它优点。例如已然观察到，由初始时为各向同性的材料所形成的三维片料在此材料的平面内相对于带状料的物理性质于此平面的各方向中一般仍为各向同性的。“各向同性”一词在此用来指带状料在其材料平面内的各个方向中的性质基本上相同。此“各向同性”一词的定义同样与Websfer’s Ninth NewCollegiafe Dictionory相应定义所表明的通常意义大致相当。不希望为理论所约束，这在当前据认为是由于所述无定形构型内三维突起的无定向布置所致。相反，显示出依带状料方向而变化的带状料性质的取向带状料材料通常则依随对此材料所引入的无定形构型而以类似的形式显示这种性质。例如，这样的片料当其初始材料在拉伸性质上为各向同性的时，就会在任何方向上表现出基本一致的拉伸性质。
在物理意义上，这种无定形构型将使得在相对于由其中任一给定点沿任何方向朝外引出的直线如射线所遇到的每个单位长测度上，变换为统计意义等价个数的突起。其它统计意义上等效的参数可以包括突起的壁数、平均突起面积、突起间的平均总空隙，等等。相对于带状料平面各方向的结构几何特征的统计等效性据信可变换为有向带状料性质的统计等效性。
返回到阵列的概念来着重地于阵列和无定形构型中作出区别，由于阵列在物理意义上定义为“有序的”，它就会在突起的尺寸、形状、间距和/或取向中表现出某种规则性。因此，从无定形构型中一定点引出的直线或射线，取决于此射线所延伸的方向，将对例如突起壁数、平均突起面积、突起间的平均总间距等产生出统计意义上不同的值，并在有向带状料的性质中引致相应的变化。
在优选出的无定形构型中，突起就其相对于带状料的尺寸、形状、取向以及相邻突起中心间的间距来说，最好是不一致的。不希望为理论所约束，相邻突起的中心至中心间距的差别据信能在面对背嵌套情形中减少其发生嵌套的可能性方面起到重要作用。无定形构型中突起的中心至中心间距差别在物理意义上会导致突起间的空隙相对于整个带状料处于不同的空间位置。因此，在一或多个带状料的叠置部分之间从突起/空隙位置方面所发生的匹配的可能性是颇低的。此外，由于这种突起构型的无定形性，在叠置的带状料或带状料部分上的多个相邻突起/空隙之间发生的“配合”更会低得多。
在一种为完全无定形的构型中，例如在当前所优选的这样的构型中，所述中心至中心的间距至少是在设计有所明确的限定范围内是无规的，使得在此带状料平面内任给的角度位置上对于一定的突起的最近邻域会以相同的可能性存在这种无规性。在此构型的边界条件内，带状料的其它实际几何特性，如突起的边数、各突起内的夹角、突起的尺寸等，也最好是无规的，至少是不一致的。但尽管能够并在某些情形下希望相邻突起间的间距是不一致的和/或无规的，但选择能够联锁到一起的多边形则可能使相邻的突起之间有一致的间距。这对本发明的三维抗嵌套材料的某些应用，如以后会讨论到的，特别有用。
可以使同一片料或同一带状料中有意识地形成多个无定形区，甚至在两或多个这类区中重复相同的无定形构型。设计者可以有目的地用规则确定的非无定形构型或阵列、甚至是无突起的“空白”区或是它们的组合来分开无定形区。在非无定形区内所包含的这些个构成可以具有任意的数目密度、高度或形状。此外，这种无定形区本身的形状与尺寸可以根据需要定做。其它的构型例子包括但不限于从一个点出发的楔形、平截头楔形、多边形、圆、曲线形或是它们的组合。
再有，单个无定形区可以完全封围或包住一或多个非无定形区。其中的一个例子是单个连续的无定形区带有完全封闭于片料或带状料中心附近的非无定形构型。这种嵌入式的构型可以用来传播品牌名称、制造厂商、说明、材料方面或外观的表征、其它信息或在本质上仅仅用于装饰。
可把多个非无定形区紧靠或搭叠成基本上是邻接的形式，以将一个无定形构型预先基本上分成多个决不会成较大的单个无定形区一部分的无定形区。
从以上讨论可知，利用三维突起的无定形构型可以制成这样的带状料，后者具有阵列构型的这样优点，例如根据区域/位置可使此带状料的性质在统计意义上具有一致性，同时不会有在采用阵列时产生可嵌套性和各向异性的这类关键缺点。
本发明的带状料可以具有如图2所示的实际上是任何三维形状形成的突起，因而不必要都是凸多边形。图2是典型的带状料10的平面图，包括各种几何形状的突起12，它们从带状料的平面上延，为谷14所分开，这些突起在整个视场内具有不一致的尺寸、形状和间距而形成无定形构型。但在当前最好是使突起的形状取基本上等高度的截头锥形，在带状料的一个表面的平面中具有凸多边形底，同时具有联锁的相平行侧壁。这种典型的构型表明于示出了突起12和谷14的图1中。但在其他一些应用中，突起则不必是多边形。
这里所用的词“多边形”(及其形容词形“多边形的”)是指具有三或更多个边的二维几何图形，因为只有一或两个边的将确定一条直线。这样，三角形、四边形、五边形、六边形等都包括在“多边形”之内，还包括可具有无限多个边的曲线形如圆、椭圆等。
在设计三维结构时，此最终结构的物理性质是指此三维构形特征中的尺寸、几何形状和间距以及材料的选择和成形技术。例如，可变形的三维突起一般将显示出不等程度的可变形性、特别是可压皱性，这同突起的横剖面形状和平均等效直径有关。整个带状料的弯曲横量和/或挠性将取决于三维突起间的二维材料的相对比例。
在描述不一致的特别是非圆形的三维结构性质、形状和不一致的间距时，应用“平均”量和/或“等效”量常常是有效的。例如，在表征二维构型中三维突起间的线性距离关系时，对于以中心至中心为基础或以各个间距为基础的间距，“平均”间距一词可用来表征此最终结构。可以用平均概念来描述的其他量包括突起所占表面积的比例、突起面积、突起周长、突起直径等。对于其他尺寸如突起周长和突起直径，当突起是非圆形时，可以如水力学中通常所作的那样，通过构制一假设的等效直径来对非圆形的突起进行近似。
各个突起的三维形状据信在测定各突起的物理性质和整个带状料性质中起作用。对某些应用特别有关的是突起的抗压皱性(即它们在轧压时和/或反转其基本垂直于此材料的方向时能反抗变形的能力)。不希望受理论之限，当前可以认为一定突起的抗压皱性取决于限定此突起周边各个小面的各板段的压皱强度。具有最低压皱强度的板段限制了突起的压皱强度，这极其类似于最弱的链环确定了一段链的强度那样。
各个板的弯曲强度可以通过在垂直于轧压方向的平面中给板引入曲率而提高，随着曲率半径的减小，弯曲强度加大，对恒定高度的板来说，也可通过减小板宽(即减小纵横比)来提高各个板的弯曲强度。在具有基本上为平面形的有限多个侧边的非曲线突起的情形，这些原理的应用指出了，由于通过使“最弱”“链环”效应减至最小而加大了所述边长和夹角的相等性，这些突起一般将显示出较大的抗压皱性。因此，有一边显著长于其他边的突起由于此最长边的弯曲行为将使弯曲强度受到限制。于是在一定周长和一定壁厚条件下，对于具有较多个数较小边部的突起来说将具有较大的抗皱性，而通过使这些边都具有基本相似的尺寸来使最弱链环效应减小到最低限度，就能使这种突起的抗皱缩能力最大化。
应该注意到，上面的讨论中假定了三维结构的几何性重复是由于几何上完整形状的成形结构所致。但相对于最终显示的物理性质而言，应该考虑到，“实际情形”会影响例如曲率、可模塑性的程度、圆角半径等。
如图1与2所示，应用平截头锥的联锁网络，能对整个带状料结构提供某种意义的一致性，这会有助于控制和设计整体的带状料性质如带状料的伸张性、抗张强度、辊型与厚度等，同时在构型中保持所需程度的无定形性。此外，当如前面所参考并综合的共同转让、共同未决的美国专利申请系列NO.08/584638中所述，在用作涂布粘合剂或其他活性物质的基础结构时，把联锁的多边形基底构型用于突起时，能对突起之间的谷提供可控制的宽度与间距，使得能用来使活性剂与目标面相接触的面积可以调整。应用截头锥侧面从其上延伸出的外多边形基底也加大了压力下突起塌缩的可断定性和一致性，同时也改进了所形成的材料从相应成形结构上脱开的可松释性。
在布置成联锁关系的无定形构型中应用具有有限个数边部的多边形，还能提供采用圆形或近似圆形的结构所没有的优点。采用紧密装填的圆形之类阵列的构型限制了这些圆能够占据的面积相对于相邻圆之间非圆面积的数量。更确切地说，即使在相邻的圆在接触它们的切点处，这一构型中仍有一定量的空隙“陷获”在相邻接点的“角隅”处。因此，即使是无定形，圆形的构型也会在能够把多么小的非圆形面积设计到这种结构中的方面受到限制。相反，具有有限个数边部的联锁多边形(即不是具有曲线边部的形状)则能够设计成可紧密地装填到一起，而在限制的意义上，能够装填成使得相邻多边形的相邻侧边能够沿它们的全长相接触而不会在角隅之间“陷获”自由空隙。于是这种构型可以使多边形面积的整个可能范围从近似0％开拓到近似100％，这特别适用于自由空隙的下端对功能性变得重要的某些应用中。
可以用任何适当的方法来设计空心截头锥的互联多边形排列，这样就能根据所需突起的尺寸、形状、锥度、间距、重复距离等来提供合适的设计能力。甚至可以采用手工设计方法，这种构型可以用任何合适的方式，包括手动的方法以及个别裁剪一成形突起的方法，传递给带状料的初始材料。
但是根据本发明，已开发出设计和形成这种突起的有效方法，允许在无定形构型内精确地制定所需突起的尺寸、形状、锥度以及无定形构型内的间距与无定形构型的重复距离等，同时还有以自动化过程来连续地形成含有这类突起的带状料。
从理论上说，如图2所示带状料中的二维空心突起，由于各个截头锥的形状与准直性是唯一的，是决不会呈现面对背的嵌套的。但是，设计这种完全无规的构型可能是非常耗时的和复杂的问题，如同在制造合适的成形结构的方法中那样。根据本发明，通过设计这样的构型或结构，其中相邻单元或结构的相互关系正如这种单元或结构的整个几何特性是确定的，就可以获得不嵌套的属性，但其中这种单元或结构的精确尺寸、形状和定向则是不一致的。这里所有的“不重复的”是用来指构型或结构中的一致结构或形状不会在确定的有关区域内出现在任两个位置处，虽然在有关的构型或区域内可能有多于一个给定尺寸和形状的突起，但在它们周围存在不一致尺寸和形状的其它突起实际上便消除了在多个位置上存在一致类别的突起的可能性。换言之，这种突起构型在整个有关区域上是不同的，使得此整个构型内不会有成组的突起与任何其它可能的突起组相同。这种三维片料的抗弯强度可以在一定突起周围的任何材料区防止发生显著的嵌套，即使是此突起本身叠置到单一的匹配凹座中时也是如此，这是因为在此给定突起周围的各个突起的尺寸与形状不同，并且相对于其它的突起/凹座周围的突起形成了不同的中心至中心间距。
曼彻斯特大学的Payies教授仍在继续研究多孔型蜂窝式陶瓷膜片，更具体地说，已提出了这种膜片的分析模型，允许用数学方法建模来模拟实际性能。这项工作已较详细地描述于J.Broughton andG.A.Dayies的“Poroas cellular ceramic membranes a sfochasfic,mode/to describle the sfructure of an anodic oxide membranes”中，该文刊出于《Journal of Membrane Science》,Vol 106(1995),pp89-101，其中的内容已综合于此供参考。其他有关的数学建模方法较详细地描述于D.F.Watson的“Computing the n-dimensionalDelaunay tessellation with application to Voronoipolytopes”,《The computer Joarnol》,Vol.24,NO.2(1981),pp167-172以及J.F.F.Lim,X Jia,R.Jafferali与G.A.Dayies的“Statistical Models to Describe the stracture of PorousCeramic Membranes”,《Separation Science and Technology》,28(1-3)(1933),pp.821～854中，这两篇论文中的内容已综合于此供参考。
作为上述工作的一部分，Payies教授根据2维空间受约束的棋盘式布置，发展了一种二维边多边形构型。在此方法中，再次参考上述刊物，将核化点置于一有界(预定)平面内的随机位置上，成核点数则与最终构型中所需的多边形数相等，按计算机程序，从各个核化点出发，同时地沿径向地以相等的速率将各点“生长成”一个圆。当相邻核化点的生长前沿遇合时，生长停止而形成边界线。各个边界线形成多边形的棱，而边界线的交点则形成顶点。
虽然上述理论背景有助于理解可以怎样地生成这种构型以及这种构型的性质，但仍然存在着重复进行这种数值计算，逐步地将核化点向外扩展到直至所希望的有关区域。因此，为了高效地实现上述过程，最好写入计算机程序，在给定的合适边界条件和输入参数下进行这种计算，然后输送出所需的输出。
在产生用来制造三维成形结构的构型中的第一部是去确立所需成形结构的尺寸。例如，要是希望构造8英寸宽和10英寸长的成形结构时，为了任意地形成鼓状或带状以及板状，然后建立X-Y坐标系，以最大的X尺寸(XMax)为8英寸同时以最大的Y尺寸为10英寸(或反之)。
在确定了坐标系与最大尺寸后，下一步便是去确定将成为与成形结构限定的边界内所需突起数相对应的多边形的“核化点”数。此数是0与无穷大之间的整数，并应相对于最终构型中所需多边形的平均尺寸和间距选择。较大的数对应于较小的多边形，反之亦然。用来确定核化点或多边形合适数目的有效方法是，去计算需用来充填所需成形结构的一种模拟的、假设的有一致尺寸和形状的多边形个数。选定共用的测量单位，由多边形直径与多边形间间距和的平和去除此成形结构面积(长乘宽)便会产生出所需的数值N(4舍5入成最接近的整数)。相应公式为
在上述的第二步骤中需有随机数发生器，可以采用本项技术中周知的适当的随机数发生器，包括那些需用到“籽晶数”或利用客观测定的初始值如序时时刻的。有许多随机数发生器能有效地用来提供零与一之间(0～1)的数，在下面的讨论中假定采用了这样一种发生器。具有不同输出的发生器也是可以使用的，只要其结果能变换成零与一之间的数或是可以利用适当的换算系数即可。
写入计算机程序来运作随机数发生器，用来产生所需个数随机数的希望迭代次数等于上面计算的“核化点”所需数目的2倍。当此种数产生出后，则交替地乘以最大的X尺寸或最大的Y尺寸来产生X与Y坐标的随机对，其中各X值在零与最大X尺寸之间，各Y值在零与最大Y尺寸之间。然后将这些值作为(X,Y)坐标对存储，其数目等于“核化点”数。
要是采用前段中所述方法来产生最终的构型时，这种构型实际上是随机的。这种实际为随机的构型在本质上将具有大分布的多边形尺寸和形状，而这在某些情形下是不希望有的。例如大分布的多边形尺寸会在带状料的各个区域中给带状料的性质带来很大的波动，且取决于所选的成形方法可能导致难以形成这种带状料。为了对与产生“核化点”位置有关的随机性程度作某种控制，选择了控制系数或“约束系数”并把它称作β。上述约束条件通过引入一表示任意两相邻核化点之间最短距离的隔绝距离E，限制了相邻核化点位置的接近程度。此隔绝距离E可按下式计算E=2βλπ]]>式中λ是点(每单位面积中的点)的数目密度而β取值范围从0到1。
为了控制上述的“随机性程度”，如上所述设置初始核化点。然后选取β并据上式计算E。注意，β因而是E在设置所有核化点的过程中将保持为常数。对于所产生的各个继后的核化点(X,Y)坐标，计算了由该点到业已设置的各其它核化点的距离。要是此距离对任何点都小于E，则除掉新产生的(X,Y)坐标，然后产生新的一组。这一过程重复到所有N个点都已成功地定位。要是β=0，则隔绝距离为零，而构型实际上为随机的。要是β=1，则此隔绝距离对六边形紧密装填的阵列来说等于最近的相邻距离。选择在0与1之间的β可将“随机性程度”控制在这两个极端之间。
一旦计算和存储了整组核化点之后，就进行作为先行步骤的Delaunay三角剖分来产生最终的多边形构型。将Delaunay三角剖分用于这一过程，构成了一个简单的但在数学上等价于在上面理论模型中所述的，由各个核化点同时地迭代地作为圆而“生长成”多边形。执行三角剖分之后的课题便是去产生多组形成三角形的三个核化点，使得构成为通过这样三个点的圆将不会在此圆内包括任何其它的核化点。为了进行Delaunay三角剖分，写入计算机程序来汇集三个核化点的各种可能组合，给各个核化点指定唯一的一个仅用于识别目的的数(整数)。然后对于通过各组三个按三角形排列的点的圆计算其半径与中心点的坐标。将并不用来确定特定三角形的各核化点的坐标位置与圆的坐标(半径和中心点)比较，以确定是否有任何其它的核化点落入所涉及的这三个点的圆内。要是某三个点所构成的圆通过此测试(即无其它核化点落入此圆内)，则这三个点的数目、它们的X与Y坐标、此圆的半径以及圆心的X与Y坐标便加以存储。要是构成圆的某三个点不合于测试所需，则得不到结果而对下一组的三个点进行计算。
一旦完成了Delaunay三角剖分，便执行2维空间的Voronoi棋盘化来产生最终的多边形。为了完成这种棋盘化，所保存的各个作为Delaunay三角形顶点的核化点则构成多边形的中心。然后顺序地按时针走向依次连接各Delaunay三角形外接圆的中心点，包括顶点，构成多边形的轮廓。将这些圆的中心点依照例如顺时针走向保持于重复性的顺序，可在整个核化点的区域内顺序地存储各个多边形顶点的坐标。在生成这种多边形时，进行了比较以在计算中除去这种构型的边界上的任何三角形的顶点，因为这些顶点不会确定出一个完全的多边形。
一旦产生出联锁多边形的二维形状的最终构型后，依据本发明，这种联锁形的网络就用来设计带状料料的一个带状料面，而所具有的构型则确定出由初始平面带状料的原料形成的三维空心突起。为了从初始平面带状料原材料来形成这种突起，确立了包括所需的最终三维结构反型的适当成形结构，通过施加足以使此原材料永久变形的适当的力而使原材料符合所需形状。
根据多边形顶点坐标的完整数据文件，可以由最终的多边形构型形成有形的输出例如线条图。这种构型可以按传统方式用作金属网腐蚀方法的输入构型，来形成适用于形成本发明的材料的三维成形结构。要是希望多边形之间有较大的间距，则可以写入计算机程序对各个多边形边增设一或多条平行线以加大其宽度(从而减小多边形大小的一个相应量)。
上述计算机程序作为其输出最好提供一种计算机图形文件(TTFF)。根据这种数据文件可以形成照相底片用于光蚀刻方法，以将穴像蚀刻到底料内同最终带状料料中所需截头多边形相对应。或者，根据用来形成最终带状料的反成形结构所需的生成方法，最好修订此计算机程序的输出，输出多边形凹座的坐标点等，例如这在用到机加工方法时已证明是有效的。此外，要是希望形成正或凸的构型，则可修订计算机的输出，给成形设备提供所需的不同于穴(凹)构型的信息。
为了进一步说明加大由β的各种值所求得的约束水平的影响，图3～5给出了分别利用β值为0.25、0.5与0.75时所构制的三维片料10的平面图。从图3～5可知，0.25的β值(即在0至1范围的最低端)在核化点的中心至中心间距中与0.75的β值(即靠近0至1范围的较高端)相比，产生了大得多的变化。中心至中心间距中的这种变化程度在几何意义上也同样是变换为最终多边形的许多边中和多边形的大小中相应的变化程度，这种效应已在上面讨论过。为了在最终的多边形构型中产生出所需水平的无定形性，β值当前最好是取0.75，但这一值自然可以根据需要订正以适应具体情况之需。图1是用β值为0.75时生成的构型所形成的三维片料的显微照片图。
图6中的图象示明了多边形面积(平方密耳)与对于图3和5(分别是β=0.25和0.75)的三维片料显示出一定面积的多边形数的关系。如图6所示，多边形面积的分布随约束系数(β)的加大而减小。换言之，较少受约束的构型要比较大受约束的构型表现出较广范围的多边形大小。利用上述方法，按照每平方英寸711个多边形而相邻多边形之间间距为0.015英寸的设计准则制备了两种材料。图3和5中所示构型各是用产生提供给图6中数据的构型的一部分。
图7是表明与图6中类似比较的曲线图，但是是对于整个构型上所给定的试样或“盒”面积大小(英寸2)，相对于图3和5中的三维片料(分别是β=0.25和0.75)，示明了多边形面积(％)的上、下限。图7中所用构型与图6中的相同。如图7所示，试验盒面积的变化影响了一定构型的多边形面积(％)的范围。随着试验盒面积的减小，多边形面积(％)的变化率加大。相反，随着试验盒面积的加大，当超过某个点时，多边形面积(％)在整个构型上保持不变。约束对这种变化率的影响示明在图7中，图5中受到较大约束的材料显示出窄得多范围的多边形面积(％)，并在盒面积达到约4英寸时，多边形面积(％)即收敛到常值，相反，图3中约束较小的材料则显示出较宽范围的多边形面积(％)，且一直到盒面积至少约8英寸2之前不收敛到常值。此外，为使整个带状料上的物理性质一致，采用约束较大的棋盘式布局会使空间密度即每单位面积的突起定位数和相应的突起壁中表现较小的变化。
从图6与7所示数据可以看出，在根据本发明这一优选出的方法所生成的构型内，即使这种构型中保持有无定形性，也能设计出预知水平的一致性。因此可以形成三维无定形构型的抗嵌套材料，而其几何与物理材料性质是统计意义下可预知的。
再次参看上述附图，尤其是图5，其中示明了本发明的典型的三维抗嵌套片料的平面图，此片料统一以10标明。图5表明的无定形二维构型是由上述方法应用约束系数0.75生成的。片料10具有多个形状和尺寸不一的最好是空心突起12，由在它们之间的空隙或谷14所环绕，谷14最好互连成无定形构型中空隙的连续网络。图5中还示明一种尺寸A，它表示空隙14的宽度，作为在突起底座上相邻的大致平行壁部间的基本上垂直的距离测度的结果。在最佳实施例中，空隙14的宽度最好在突起构型的各处都基本恒定。
本发明的突起12生成为尺寸与外形是不均一的，使得片料10可以卷绕到辊上而不会使辊上的片料层之间发生嵌套。之所以能获得这种抗嵌套的特点，是由于前述的突起的无定形构型限制了一层中的表面能与另一层中的背面对准而使一层中的突起会进入相邻层中各突起之后形成的凹坑中所致。突起之间宽度恒定的窄空隙的优点是，当片料10中的层面对面放置时，突起12同样不能进入空隙14中。
突起12最好使其中心至中心分开的平均距离约为或接近两个突起底座直径，以使突起之间的谷的容积从而使位于它们之间的物质量减至最少。对于需要使突起为可变形的应用中，突起12的高度则最好小于其直径，使之能沿一条基本上垂直于片料平面的轴线显著的反转和/或轧压而变形。这种突起的形状和变形方式免于在平行片料平面的方向折叠起，从而使得突起不会堵塞它们之间谷中的物质(如果有的话)与目标面进行接触。
再简单地回顾图1，所示明的有代表性突起12是在有代表性的初始形成的状态下；而所示明的有代表性的突起13则是处于变形状态下，这时突起上中央部分已被下推，使得此突起由于显著地反转到自身上而塌缩。这样的变形于是降低了突起的高度而不会向外延伸到突起之间毗邻的谷或空隙之上。
图8与9是片料10的取自可通过剖面看到完整的突起12和两个毗邻空间或谷14处的局部正视剖面图。图8示明了图5中三维结构本身在此基础片料上来增加粘合剂或其它物质。在此图中，片料的面向图5观察者且包括突起12突出部的上表面以数号15标明，并在以后称作为片料的正侧。与此相对应，片料10的背离图5观察者且包括突起12空心部分孔口的下表面则标以数号17，并在以后称作为片料的穴侧。
图9与图8类似示明了图5中的结构，但有物质16添加到空隙14中以及突起12的空心下侧，其中所据原理来自共同转让、共同未决同时提交的美国专利申请系列NO.[]，代理人审查案号5992R,1996,11,8提交，申请人为Peter W.Hamilton与KennethS.McGuire，题名为“Material Haying A Sabstance Protectecl ByDeformable Stondoffs and Method of Moking”，其中所公开内容已综合于此供参考。物质16部分地充填空隙14，使得突起12的外表面仍然处于物质16的表面高度之外，从而能让突起防止片料正侧上的物质16与外表面接触。对于片料的正侧，物质16部分地充填空心突起，使得相关突起之间的谷或空隙相反一侧能起到防止突起内的物质16与外表面接触的功能。在片料10不同侧内的物质和/或在片料10同侧内不同的在几何位置上有别的区域中的物质，不必要是相同的位置，事实上可以是截然不同的物质来起到截然不同的作用。
“物质”在本发明中定义为能保持于三维结构的敞露谷和/或凹座内的任何物料，此“物质”一词可指一种在输送到目标面之前基本上不流动的可流动物质。“物质”也可指根本不流动的物料，如纤维质的或其它联锁物料。可以采用例如粘合剂、静电、机械联锁、毛细吸力、表面吸附以及摩擦等将所述物质保持于谷和/或凹座内。这种物质可以永久地保持于谷和/或凹座内，或可以用来当暴露而与外表面接触或当此三维结构变形、加热或以其它方式激活时从谷和/或凹座中释出。就本发明当前所关心的情形而言，所述物质例如包括凝胶、糊状物、泡沫材料、粉末、聚集的粒料、金属球粒、微胶囊包裹的液体、蜡、悬浮物、液体以及它们各种组合。
本发明的三维结构的空隙通常是敞开的，因而希望能把物质保留于其中而不经激活步骤就不会从此机构中逸出。本发明的激活步骤最好是由压缩使三维结构变形。但是，促致物质流动的激活步骤可以是把它加热到室温以上或冷却到室温以下。或可以包括提供超过地球重力的力。也可以包括其它的变形力如张力以及所述这些激活作用的各种组合。
“可变形材料”一词用来包括箔、聚合物片料、布、带状料或非织造物、纸、纤维素纤维片料、共挤压件、层压件以及它们的各种组合形式。所选变形材料的性质包括但不限于多孔性、无孔性、微孔性、透气或透液性、不可渗透性、亲水性、疏水性、收湿性、亲脂性、疏油性、高临界表面张力性、低临界表面张力性、表面预组织性、弹性可屈伏性、塑性可屈伏性、可电导性和电不传导性以及它们的组合。典型的材料包括木材、金属、硬聚合物材料、陶瓷、玻璃、硬树脂、热固材料、交联材料、橡胶、冻结液体、混凝土、水泥、石料、人造材料，等等。这种材料可以是均相的或是复合物。
在一特佳的实施例中，突起14具有的平均底部直径约0.015英寸(0.038cm)至约0.030英寸(0.076cm)，而更好是约0.025英寸(0.064cm)。它们还可有平均的中心至中心间距为0.03英寸(0.08cm)至0.06英寸(0.15cm)，而更好是约0.05英寸(0.13cm)间距。这样便形成了高数目密度的突起。为了抵抗一定的变形力，每单位面积的突起愈多，材料片与突起壁也可以愈薄。在一最佳实施例中，每平方英寸的突起数超过200，而这些突起占据了片料突起侧的约30％至约70％。它们具有的突起高度从约0.004英寸(0.010cm)至约0.012英寸(0.030cm)，而更好是约0.006英寸(0.015cm)高，优选的材料是名义厚度为0.0003英寸(0.0076mm)的高密度聚乙烯(HDPE)。
为了制造含粘合剂的三维抗嵌套片料，优选的物质层16最好是约0.001英寸(0.025mm)厚的胶乳压敏粘合剂。尤为理想的是，物质层16可以是厚约0.0005英寸(0.013mm)至厚约0.002英寸(0.051mm)的热熔体粘合剂层，规格号Fuller HL-2115X,Vadnais Heights,MN的H.B。Fuller CO.制造。适合这种片料应用所需的任何粘合剂都是可以采用的。粘合剂可以是再紧固的、可释脱的、永久性的或是其他形式的。突起的尺英寸与间距最好选择成能围绕突起提供一条连续的粘合剂路径，而得以与目标面形成不透气密封。
可以由均一的树脂或其混和物制成膜料。在膜料结构中可以计划是单层或多层的，不论这是共挤压的、挤压-涂层的、叠层的或是由其它已知方式组合的。膜料的关键属性是能产生突起与谷的可成形性。适用的树脂包括聚乙烯、聚丙烯、PET、PVC、PVDC、胶乳结构、尼龙等。聚烯烃类是普遍优先采用的，这是因为它们的成本低和易于成形。较好的料厚从约0.0001英寸(0.0025mm)至约0.010英寸(0.25mm)，尤为较好的是从约0.000英寸(0.005mm)至约0.002英寸(0.051mm)，而更好是从约0.0003英寸(0.0076mm)至约0.001英寸(0.025mm)。
提供一种膜料，其弹性模量高到足以让此膜料在使用时的伸张最小，将会有利于使片料10密封到目标面上。伸张了的膜料会造成平行于粘合剂接触平面的残余力，这样将导致弱的粘合剂结合破裂。突起愈大和分开得愈紧密，在给定的膜料中更可能发生伸张。尽管片料10中的弹性据信用作密封到容器上的容器包皮时是不希望有的，但含有这种物质构型的弹性材料则可能具有许多其它用度，将突起间距减小到制造中所允许的最紧密间距会加大片料的伸张程度，但这可能有利于减小突起间物质的体积。本发明所形成的材料的不同应用将确定突起的理想尺英寸与密度以及为此所用物质的选择。
三维片料的材料性质“抗弯强度”已于前面述及，利用这种抗弯强度能防止给定突起周围的任何材料区发生显著的嵌套，即使当突起本身叠置到一个配合凹座或形状可匹配的较大凹座上时，这是由于围绕一有关突起的各个突起与围绕其他突起/凹座的有不同的尺英寸、形状和间距。这样，在选择材料类型与厚度以及突起的密度与构型时，抗弯强度是一个需要考虑的重要因素。业已观察到，一般，对一定的材料类型来说，较多个数的较小突起要比较少个数的较大突起能提供较大的抗弯强度。换句话说，通过采用具有一般较小、较高数目密度的突起的无定形结构，就可以利用较薄较一致的材料而仍然可以实现本发明的不嵌套的优点。
确信突起的尺英寸、形状和间距，带状料的性质如弯曲模量、材料刚度、材料厚度、硬度、挠曲温度以及成形方法，将决定突起的强度。成形方法例如在聚合物膜中是重要的，因为“冷成形”或模压加工与高温下的热成形相比，会产生残余应力和不等的壁厚分布。在某些应用中，需要提供的刚性(抗变形性)能经受至少0.1PSi(0.69KPa)的压力，而不会在物质所接触的外表面处使突起显著变形。有这样要求的例子是需将带状料卷绕到辊上供运输和/或分配时。即使是0.1PSi(0.69KPa)这样非常低的卷入压力，在辊上料卷内的残余卷入压力也可能使此带状料中的突起变形到足以使重叠的带状料层与物质接触。需要有“阈值”的突起刚度来避免发生这种卷绕损伤。类似地，当带状料是作为离散的片料存储或分配时，由于有叠置的片料层的重量或其他的力，如装运、振动、错误处置、掉落或类似过程所感生的力，也需有这种“阈值”刚度来防止产品过早的起作用。
要是本发明的三维结构例如用作带子或存储的料卷时，外部接触面则可以是柔性的或刚性的、平面的或非平面的，在用于刚性目标面时，这种三维结构最好是可变形的。假如所述物质是粘合剂，而涉及的对象是在结构变形后可松释地粘附到目标面上时，则粘合的程度是重要的。对于存储的料卷，粘合后必须有可松释性，此时粘合剂的剥离强度最好用“压敏带协会方法PSTC-1”进行测量。将12英寸(30.5cm)长乘1英寸(2.5cm)宽的膜料带，用4.5磅(2.04Kg)的辊按每分钟12英寸(30.5cm)的速率一次滚压到平滑的不锈钢表面上，然后测试其所具有的峰值粘合剥离力，看其是否是从约1至约50英两/英寸带宽(0.012～0.600Kg/cm)而更好是从约1至约2.5英两/英寸(0.012～0.027Kg/cm)带宽。
对于存储的料卷来说，希望的是能保持密封所需的最小粘合力，使得料卷易于剥离开而得以利用所存储的物品。将突起反转，特别是将HDPE制的突起反转，可使突起的反弹减至最低限度而不需用较高的粘合力来防止较弱的密封发生故障。在此实施例中，最好使突起在反转或压轧后保持为“静止的”或非弹性的；但也可应用弹性的突起，例如在用到侵蚀性粘合剂来克服反弹的情形中需使粘合成为永久性时。此外，当需要重复使用片料时，也有可能需用弹性突起。
可以通过侧壁厚度的分布来影响变形方式与力去获得更符合所需的结果。突起的侧壁使此突起最外部分连接到与此突起底部周边邻近的未成形的材料上。这里所说的侧壁还可包括基本上是在最外部分内的显著比其内部区域薄的周边区。在至少有一部分侧壁显著地薄于与底部周边相邻的未成形材料处的突起据信最符合用户的变形所需的。侧壁至少有一部分与突起最外部分的材料相比显著地薄时，也有利于主要在此侧壁结构内发生变形。
在包括有较小突起的结构中，例如在高数目密度突起构型中所见的，那种较薄的侧壁厚度可能特别有用。
突起12具有侧壁22，此侧壁22在形成突起12时变薄以有助于突起12变形。高密度聚乙烯(HDPE)之所以优于低密度聚乙烯(LDPE)，是由于对于相同的突起变形强度可使前者作的较薄且由于能在一旦变形后，HDPE突起不如LDPE突起那样常常反弹回到它的未变形的初始构型。
突起12最好具有凸多边形底部，它的形成情形将于以后说明，所谓凸多边形是指突起的这种底部具有多条(三条或三条以上)的直线边，它们与任一邻边不形成小于180°的外角。自然，其它形状的底部也同样可以采用。但是，最佳的底部形状被认为是最容易生产的。这些个多边形最好在下表面或阴表面17的平面中是联锁的，如同在棋盘形布置中，于它们之间形成恒定宽度的间距。空隙14的宽度A可以根据突起之间所需物质的体积来选择。宽度A最好总是小于任何一批突起12中的最小突起尺英寸。由成批突起12所占据的面积按平行于平面20测量，合片料10的有效面积最好从约30％至约70％而尤为最好是其约50％。
图10～13公开了用来制造片料10的合适方法与设备，此方法统一以30标明，方法30是有代表性的，可以修正或调整来适合成品片料10的具体尺英寸与组成等。方法30用到一个成形面32，它最好是具有凹座34和在凹座34之间的小岛36的三维屏网。这种成形结构可以组成一种负型成形结构，它在使用中将于所形成的材料与结构接触的一侧形成相应的正突起。或者，成形面32可以包括这种正的变形加三维成形结构，使所需多边形具有隆起的销34，而在销34之间或周围则有凹座36。使用时，这种成形结构将在成形材料与此结构接触的一侧中形成相应的负凹坑。
更具体地说，图10示明了一种成形面，可以用来形成例如图5中所示的相应三维片料10。当片料10是在成形面32上热成形时，突起12最好是在片料10加热到它的软化温度时通过在真空下将其抽入凹座34内形成，然后在保持抽拉到凹座34内的突起12的同时将片料10冷却到固化温度。在此方法中，小岛36确定了突起12间空隙14的底部。突起12最好由尽可能垂直于平面20但一般具有某种锥度的侧壁22形成。突起12的最外部可以是拱形或较为平切的形状，得以形成相应多边形的截头体。
片料10可以是真空热成形的、模压的、或液压成形的、或由本项工艺中周知的其他方法来永久性地变形成此薄的片料。
图10示明了择优形成的屏网32，它包括围绕多边形凹座34的互连小岛36。小岛36最好由不锈钢形成并以脱模剂涂层。最好将屏网32形成为图13中所示的连续带38。或者，屏网32可以用作平板状形式或形成为刚性鼓件。图12示明的成形屏网32的局部横剖图是取自能描绘出通过两个相续小岛的横剖面处。小岛36具有一表示其宽度的尺英寸B以及表示屏网厚度的尺英寸J，以宽度B按在基本上平行的相邻岛的边缘之间测量的结果最好为常数。
此成形屏网的无定形构型最好依据上述方法形成。作为例子，图11的显微照片所示的透视图是相对于一典型的三维成形结构32的，它具有凹座34和小岛36，适用来形成例如图1中所示的三维抗嵌套片料。
生产方法会影响到侧壁厚度分布，例如在使用这样的成形屏网时，这种屏网具有基本上平直的网壁来确定此成形屏网的孔。这样一种方法允许采用薄得多的侧壁厚度，这是因为突起是从底部周边自由地拉入成形屏网凹座内直到与内部支承屏相接触处。此内部支承屏是用来阻止进一步拉引此突起的。
业已发现，当把热熔体粘合剂用作所述物质来实施本发明时，热形成的形为会不同于处理其他物质时的。这种不同在于，在把热熔体粘合剂涂布到成形面上所形成的突起中常会使其侧壁变得更薄。据信热熔体粘合剂在与金属成形后接触时会冷却固化，从而防止了与粘合剂接触的带状料抽拉到凹座内，从而能形成厚度一致的谷。对于其他的物质如胶乳粘合剂，会使突起侧壁较少减薄，据认为这是由于与成形面的小岛或销端上粘合剂接触的某些带状料在热成形过程中流入凹座内所致。
图13示明了用来制造例如本发明的片料10的一类材料的合适的和当前属较优的方法与设备，此设备统一以180标明。所形成的材料最好是透明或半透明的，使得此材料在变形之前可被精确地定位。但是透明性会带来新的问题要确定前述物质是位于三维结构的哪一侧，以便知道把哪一侧相对目标面放置。为了识别此物质侧，例如可在三维结构的这一面上设置标记、可把所述物质着色成不同于三维结构的色调、或是提供不同色调的叠层材料结构。在标签情形，可不需要透明性，因为这时可利用材料的边缘进行适当的定位。
在成形过程中对这种材料进行使之具有某种微结构处理，例如在此材料的两侧作出不同的区分形式也可能是有效的。三维结构最外表面特征的微结构处理例如可以这样地实现将材料件抽拉到成形屏凹座中并贴靠一有微结构的表面如其中具有细孔的真空鼓。
成形屏网181通过惰轮182和从动真空辊184之上。成形屏网181最好是0.005英寸(0.013cm)厚、12.5英寸(31.8em)宽、6英尺(183cm)周长的不锈钢带，在带上具有腐蚀出作为凹座的所需突起构型。覆盖真空辊184外表面的是直径为8.63英寸(21.9cm)的195目无缝镍屏网，用作成形屏网181的多孔背面。
为了生产包含所述材料的压敏粘合剂带，将物质186(最好是热熔体粘合剂)在成形屏网181以约20英尺(61cm)/分的速度行进时由物质涂布器188涂布到成形屏网181上。使一种材料件190例如约0.0005英寸厚的HDPE膜带在材料输送惰轮192处与涂有所述物质的成形屏网相接触。在材料件190通过真空辊184之上，且由真空源(未图示)经固定的真空收管196通过真空辊184给成形屏网181施加真空时，将约600°F(316℃)和流速约11.25SCFM(0.32m3/min)的热空气沿径向导引到材料件190上。在此材料件为热空气源194加热时，施加约12英寸汞压(40.6KPa)的真空。在剥离辊200上从成形屏网181上剥离下已形成的涂有所述物质的材料带198。
不锈钢成形屏网181是一种装配式的有缝带。它是分几个步骤制成的。凹座的构型最好依前述方法通过计算机程序形成，且最好是印到一透明体上为进行光刻提供光掩模。此光掩模用来形成腐蚀的和不腐蚀的区域。被腐蚀的材料通常是不锈钢，但也可以是黄铜、铝、紫铜、镁和包括合金的其他材料。用光刻法制造金属屏网的方法已较详细地描述于共同所有的美国专利NO.4342314(Radel和Thompson)、NO 4508256(Radel等)和NO.4509908(Mullane,Jr.)中，其中所公开的内容已综合于此供参考。
此外，这种凹座构型也可以不用金属而蚀刻到光敏聚合物上。有关的例子以及制造聚合物成形屏网的方法已描述于共同所有的美国专利NO.4514345(Johnson等)、NO.5098522(Smurkoski等)、NO4528239(Trokhon等)以及NO.5242025(Trokhan)之中，它们所公开的内容已综合于此供参考。
然后，用激光焊或电子焊将此成形屏网通过将两端部对焊到一起而形成连续带。这样的制造方法使形成的缝几乎探测不出，而这是为使凹座均型中的中断减至最少所必须的。最后一步是给此循环带涂以低临界表面张力(非粘性)涂料，例如系列21000的享有专利权的松释性涂料，为设在Memphis，TN的Plasma Coatings of,TN,Inc.所生产并由其进行涂层。据信这种涂料主要是一种有机硅氧烷环氧树脂。在涂布到本发明的方法中所用不锈钢成形屏网上时，所述涂料层能提供约18dyne/cm的临界表面张力。可以证明能适用来提供减小的临界表面张力的其他材料包括石蜡、硅树脂、PTEF，等等。这种涂层允许使此形成的材料从上述带上除下而不会造成不适当的伸张或撕裂。
带状成形屏网据认为优于平板形的或鼓形的成形屏网，这是由于带状形式较易改变屏网构型与构型长度，同时可以采用较大的构型而不必采用大型的转动件。但是，取决于待形成的片料10的所需量值和尺英寸，这种带状形式也可同样适用来制造平板或刚性鼓形的成形结构和/或其他的成形结构，而所用方法则是本项工艺中周知的。
由于是用同一个公共成形屏网，象用来形成突起那样把所述物质转印到片料上，这种物质的构型就能方便的与突起相配应。在此最佳实施例中，成形屏网32的上表面除凹座34外是连续的，这样，在此种结构下，物质构型是完全互联的。但要是将不连续的物质构型涂层到成形屏网32上，则在突起之间就会形成不连续的物质构型。
根据所述制造三维抗嵌套片料10的最佳方法，前述三维突起是由可变形材料片本身单一地形成，并取空心结构而使凹座处于一侧，而各个凹座所具有的尺英寸和三维形状则最好与其相关的突起的尺英寸和三维形状基本上对应。但在某些应用中可能要求由所述片料单一地、整体地或分开相成的实心突起，而这些突起可以是或不是可变形的。
一般地说，本发明涉及三维的无定形构型的抗嵌套片料，它适用于保持物质使其不与外表面作偶然的接触。本发明的这种片料通过施加压缩力使其结构塌缩将所述物质释出或敞露与外表面接触而可变换为实质上的二维结构。但是，本发明的范围也适用于保持物质免于偶然接触的三维结构，而这种三维结构可以由不同于压缩的方法变换为基本上是二维的结构。例如，本发明人发现，对同一三维结构施加张力可使其沿纵向塑性变形，由此减薄其厚度而类似地释出或敞露出物质。可以相信，在足够大的张力作用下，突起间的材料会响应片料平面中的力而变形，而由此使突起在同一方向中变长。当突起变长，它们的高度便缩短。当突起变得足够长时，便使其高度降低到使突起之间或之中的物质之一或两者都敞露。
对于由0.0003英寸(0.0076mm)厚HDPE制造的，并形成有0.006英寸(0.152mm)高和0.030英寸(0.762mm)直径且分开0.045英寸(1.14mm)间距的突起的1英寸宽的带状片料10，业已发现，促使突起在其间的谷中曝露0.001英寸(0.025mm)厚粘合剂涂层所需的张力约为每英寸带宽0.80磅(0.36Kg)。
可以相结合地将压缩力与张力施加到本发明的片料上以便物质从三维结构内暴露。尽管在本发明一最佳实施例中，需用来使所述三维结构实现足够的变形来把物质暴露到外表面的张力显著地大于为取得同一结果的压缩力，但可以设计出一种结构能在沿某个特定平面方向施加的张力下容易变形。对张力敏感的结构及其有关原理公开于共同转让的美国专利NO.5518801(Chappell等)，其中公开的内容已综合于此作为参考。
在另一例子中，可以通过加热来促致由可收缩膜制的同一结构减薄其厚度来类似地释出或敞露物质。
应用这种三维片料的例子除带、标签和存储料卷外，尚包括洗剂浸渍的表面带状料、含有微胶囊封装的香料的香气带、浸渍有粘合剂的壳和墙壁纸、药膏、输送到表面上的构型化调味品、双组分粘合剂、洗涤预处理化学制剂、以及需在采用某种作业之前避免与基片中所保持物质接触的其他应用。具有可变换为二维结构以便暴露物质的三维结构的片料的其他用途，已较详细地描述于前面所说并综合于此的共同转让、共同未决、同时提交的美国专利申请系列NO.[]，代理人审查案号5922R中。
如上所述，可以在形成的片料两相对面上淀积不同的物质。可以在此片料的同一面上设置多种物质，它们或者在几何结构上相互分开或者相混合。前述的物质则可以部分地分层。例子是有一层粘合剂与此片料表面相邻，而以固体粒料粘附到此粘合剂层暴露的一侧上。此外，可以设想能把这种片料理想地供某些应用，使突起从已形成的片料两侧外延，使这两侧成为具有可变形突起的激活侧。
可以把突起的构型按相似尺英寸的尺标叠置或按不同尺英寸的尺标叠置，例如成为位于另一较大突起上的单式或复式“微突起”构型。
虽然上面的讨论已多集中于这种三维片料上，这种片料除形成其本身的材料外尚含有例如压敏粘合剂的物质，但在本发明的范围内还将考虑不含有这类物质的三维片料。例如可以形成用作装配填塞料卷的三维分隔片，并把它用来充填集装箱的空隙，以使其中封装的物品基本上是不活动的。另一个这种三维片料的例子是用在清洁和净化工具的范围内，例如擦洗件、布、海绵式擦子、垫子，等等。这种三维结构内的通道用来在清洗和净化工作中搜集、吸收或舀取粉尘、固体物、自由液体或其结合物。通道和凹座的无定形构型能借助于这种构型的有利性质提供有效的清洗。这样就能不论清扫方向和/或接触待清洗的表面或部件的这种构型的选择部分，进行有效的清洗。
可以在使用之前于三维片料中包括一种可提供有利于清洗和净化性质的物质。
上面虽然已图示和描述了本发明的特定的实施例，但显然，熟悉本项工艺的人在不脱离本发明的精神与范围内是可以作出种种变化与改型的，为此拟把在本发明范围内的所有这种变动概括于后附权利要求书内。
权利要求
1．三维片料，此片料具有第一侧和第二侧，第一侧包括至少一个区域，此区域有许多相分开的三维突起，它们最好由上述片料单一地形成并从上述第一侧向外延伸，特征在于所述突起形成二维几何形状的无定形构型，最好包括许多不同的二维几何形状，所述无定形构型中这许多突起最好包括联锁的凸多边形，每个多边形具有有限数的基本为直线的边，使相邻多边形的面对的边基本平行，上述第二侧最好包括许多相分开的与前述突起相对应的三维空心凹座，使得所述突起成为空心的，而各个凹座的尺英寸与形状最好基本上对应于各相应突起的尺英寸与形状，所述凹座可以有选择地充填一种最好是粘合剂的物质，而所述突起按在其毗邻的上述第一侧处平行于此片料的平面测量的结果，最好占此片料第一侧面积的30％～70％。
2．权利要求1所述的片料，它还具有下述特征在所述无定形构型内任何单一的突起以相等的概率具有位于所述片料平面内任何角度取向上的最邻近的突起。
3．权利要求1或2所述的片料，它还具有这样的特征，所述片料是由各向同性的料带形成，且有下述特征所述片料在其平面内任何方向显示出各向同性的结构方面的片料性质，所述片料在此整个构型中给定的受约束范围内于几何和结构性质上最好也是基本上各向同性的。
4．权利要求1至3中任一项所述的片料，它还具有下述特征，所述这许多突起是由相邻突起间三维空隙的互联网络相分开，而所述空隙最好在整个所述构型中具有基本相等的宽度，且最好充填一种物质，此种物质最好包括粘合剂。
5．制备三维片料的方法，特征在于，所述方法包括步骤(a)将可成形材料片引入到三维成形结构上，此成形结构最好包括连续的挠性带，具有三维图形的无定形构型，而所述成形结构最好包括三维凹座和互联小岛的无定形构型，各个所述凹座最好具有凸多边形；(b)按照所述成形结构形成所述片料，成形方法选自机械模压、真空热成形、液压成形以及它们的各种组合形成，以生成许多从所述片料的第一侧向外延伸出的突起，所述突起形成二维几何形状的无定形构型。
6．权利要求5所述方法，特征还在于，上述许多突起是由相邻突起间的三维空隙互联网络所分开，且具有特征所述方法还包括以一种物质部分地充填所述空隙的步骤，而此步骤最好基本上与前述形成所述片料的步骤同时进行，这两个基本上同时进行的步骤最好是在共用的成形结构上一起完成。
7．制备三维片料的方法，特征在于，此方法包括步骤(a)形成具有联锁二维几何图形的无定形二维构型的计算机图形，所述构型在所述联锁图形之间具有基本上恒定宽度的线道；(b)将所述无定形二维构型转移到成形结构上形成三维成形结构，后者具有与所述联锁图形相对应的三维凹座和与所述有基本恒定宽度的线道相对应的互联小岛；(c)有选择地用一种物质为所述互联小岛涂层；(d)将可成形材料片引到在所述物质上方的前述成形结构上，所述片料对于所述物质与对于所述成形结构相比具有更大的亲和性；(e)按照所述成形结构形成所述片料，生成许多从此片料的第一侧向外延伸且相分开的三维突起，这些突起形成了二维几何图形的无定形构型。
8．制备成形结构的方法，特征在于，所述方法包括步骤(a)形成具有联锁二维几何图形的无定形二维构型的计算机图形，所述构型具有在所述联锁图形之间的宽度基本上恒定的线道；(b)将所述无定形二维构型转移到成形结构上形成三维成形结构，后者具有与所述联锁二维图形相对应的三维图形，所述此转移步骤最好形成这样的三维成形结构，后者具有与所述联锁图形相对应的三维凹座和与所述宽度基本恒定的线道相对应的互联小岛。
9．权利要求8所述方法，特征还在于，所述联锁图形的无定形构型是由2维空间的受约束的Voronoi棋盘式布置导出，这种棋盘式布置最好由控制所述图形可允许的中心至中心间距范围的约束系数所约束。
10．三维成形结构，特征在于，此三维成形结构包括由最好显示出恒定宽度的互联小岛所分开的三维凹座组成的无定形构型，所述凹座形成联锁二维几何图形的无定形二维构型，所述成形结构则最好包括最好是由聚合物料或不锈钢形成的循环挠性带或包括刚性成形屏网。
全文摘要
本发明涉及能抵抗叠置的层相互嵌套的三维片料。更具体地说本发明提供了具有第一侧和第二侧的三维抗嵌套的片料。此第一侧包括至少一个这样的区域,它具有从该第一侧朝外延伸的许多相互分开的三维突起,这些突起最好是单一地由此片料本身形成。为了提供本发明的抗嵌套优点,上述突起形成为多个不同的二维几何形状的无定形构型。此第二侧最好包括许多相分开的与上述突起相对应的三维空心凹座,使得突起为空心的。对某些应用例如用于如粘合剂之类物质的载体中特别有关的是,这些突起是由在两相邻突起之间三维空隙的互联网络所分开。此种三维的抗嵌套片料,依据本发明最好利用由互联的小岛所分开的三维凹座的无定形构型组成的三维成形结构来制造。这些凹座形成了联锁的二维几何形状的无定形构型。这种联锁形状的无定形构型依据本发明则最好是由受约束的Voronoi棋盘形2维空间导出,其中的棋盘形则受到控制该联锁形状所允许的中心至中心间距的范围的约束系数的控制。为了制造本发明的三维抗嵌套片料,将一片可变形材料引到上述成形结构上,位随此成形结构作永久性变形,生成许多从该片料第一侧外延的相分开的三维突起而构成二维几何形状的无定形构型。需要时,此成形结构的互联小岛可在该可变形片料引到成形结构上之前用某种物质涂层。
文档编号B29C51/18GK1236411SQ97199549
公开日1999年11月24日 申请日期1997年1月8日 优先权日1996年11月8日
发明者彼得·W·汉密尔顿, 肯尼思·S·麦圭尔, 理查德·特威德尔三世 申请人:普罗克特和甘保尔公司