CN103491915A - 机械变形材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了使材料机械变形的方法。使材料机械变形的方法涉及使用以相对于彼此不同的表面速度移动的成形构件来形成变形材料纤维网。

Description

机械变形材料的方法

技术领域

本发明涉及使材料机械变形的方法。更具体地，本发明涉及使材料机械变形的方法，该方法使用成形构件，它们以不同的表面速度移动以形成变形材料纤维网。

背景技术

用于不同目的的机械变形材料的多种方法和设备在以下专利文献中公开，它们包括：美国专利3,496,259，Guenther；美国专利3,509,007，Kalwaites；美国专利6,007,468，Giacometti；美国专利6,053,232，Biagotti；美国专利7,112,257B2，Baggot等人；和美国专利7,497,926B2，Hermans等人。然而，对于用于机械变形材料的改善的和可供选择的方法的研究一直在继续进行。

因此，期望提供改善的机械变形材料方法以形成变形材料纤维网。

发明内容

本发明涉及使材料机械变形的方法，并且更具体地，涉及使用成形构件使材料机械变形的方法，所述成形构件相互啮合并以不同的表面速度移动以形成变形材料纤维网。

形成该变形材料纤维网的方法涉及使前体纤维网经受经过机械变形工艺的至少一个循环（或行程）。前体材料可呈卷材或片材的形式。前体材料可包括任何适用的可变形材料，包括但不限于：织造材料、非织造材料、膜、任何前述材料的组合或层压体。

方法涉及使前体纤维网通过一对相互啮合的成形构件，其可包括第一成形构件和第二成形构件，它们以不同的表面速度移动，其中第一成形构件和第二成形构件中的一个以比另一个慢的表面速度移动。成形构件可包括但不限于板、反转辊、具有弹力盘（或小板）的传送带、和/或在其上具有成形元件的带。例如，该方法可涉及使前体纤维网穿过以不同表面速度旋转的反转辊之间的辊隙至少一次。辊包括第一辊，其具有包括多个第一成形元件的表面；和第二辊，其具有包括多个第二成形元件的表面。当前体纤维网穿过辊隙时，第一成形构件上的成形元件或第二成形构件上的成形元件中的至少一个可将前体材料的一部分推出前体材料纤维网第一和第二表面中的至少一个上的平面，或至少部分透入到前体材料的厚度中。

第一成形元件和第二成形元件可包括离散的或非离散的公元件。在此类实施例的其它型式中，第一成形构件和第二成形构件中的一个包括离散的公成形元件，并且第一成形构件和第二成形构件中的另一个包括非离散的公元件。

任选地，方法也可涉及使前体纤维网经受经过附加的机械变形工艺多个循环（或行程）。在附加的变形方法中的各个辊的表面可设有成形元件，其包括突起或“公”元件。

本文所述的这些方法可用于多种目的。此类目的包括但不限于：在前体纤维网中形成结构体（诸如孔、突起、或凹陷）；向材料提供某些外观；在多个方向上应变纤维网；并且用于在变形纤维网的方法期间帮助从辊中移除纤维网。此类变形的纤维网可被提供为产品诸如吸收制品的组件（诸如顶片、底片、采集层、液体处理层、吸收芯）、包装（诸如流动包裹、收缩包裹、和塑料袋）、垃圾袋、食品包裹物、擦拭物、面巾纸、卫生纸、纸巾等。

附图说明

根据附图将会更充分地理解以下具体实施方式，其中：

图1是可用于机械变形材料的两个互啮辊的透视图。

图2是在可用于机械变形材料的另一个设备中的两个互啮辊的透视图。

图3是可用于本文所述方法的辊的另一个实施例的透视图。

图4为所述互啮辊的一部分的横截面。

图5是示出可用于本文所述方法的一部分辊的另一个实施例的透视图。

图6是示出可用于本文所述方法的一部分辊的另一个实施例的透视图。

图7是示出可用于本文所述方法的一部分辊的另一个实施例的透视图。

图8是示出可用于本文所述方法的辊的另一个实施例的一部分表面的放大照片。

图9是示出可用于本文所述方法的一部分辊的另一个实施例的透视图。

图10是可用于机械变形材料的两个互啮辊（可供选择的实施例）的部分的透视图。

图11为纤维网上某个区域的示意性平面图，示出了所述两个辊上的齿可如何在辊隙中对齐。

图11A为纤维网上某个区域的示意性平面图，示出了所述两个辊上的齿可如何在辊隙中对齐的一个可供选择的排列。

图12是用于机械变形材料的可供选择设备的一个实施例的示意性侧视图。

图13是由以匹配速度运行的互啮辊机械变形的对比纤维网的显微照片。

图14是在图13中示出的，由以不同速度运行的互啮辊机械变形的对比纤维网的显微照片。

图15是由以匹配速度运行的互啮辊机械变形的对比纤维网的显微照片。

图16是在图15中示出的，由以不同速度运行的互啮辊机械变形的对比纤维网的显微照片。

图17是由以匹配速度运行的互啮辊机械变形的对比纤维网的显微照片。

图18是在图17中示出的，由以不同速度运行的互啮辊机械变形的对比纤维网的显微照片。

图19是由以匹配速度运行的互啮辊机械变形的对比纤维网的显微照片。

图20是在图19中示出的，由以不同速度运行的互啮辊机械变形的对比纤维网的显微照片。

附图所示的吸收结构和制备它的方法的实施例在性质上为例证性的，并且不旨在对由权利要求所限定的本发明构成限制。此外，通过参照具体实施方式，本发明的各特征将会而变得更加显而易见，并且得到更充分的理解。

具体实施方式

定义：

术语“吸收制品”包括一次性制品，诸如卫生巾、卫生护垫、棉塞、阴唇间装置、伤口敷料、尿布、成人失禁制品、擦拭物等。此外，通过本文所公开的这些方法和设备所生产的吸收构件还可适用于其它纤维网诸如擦洗垫、干燥拖把垫（诸如

垫）等。此类吸收制品中的至少一些旨在用于吸收体液，诸如经液或血液、阴道分泌物、尿液、和粪便。擦拭物可用来吸收体液，或可用于其它目的，诸如用于清洁表面。上述各种吸收制品通常将包括液体可渗透的顶片、接合到顶片的液体不可渗透的底片、和位于顶片和底片之间的吸收芯。

如本文所用，术语“孔”是指洞。孔可清晰地冲穿纤维网使得孔周围的材料在孔形成之前位于与纤维网相同的平面中（“二维”孔），或形成洞，其中所述开口周围的材料中的至少一些被推出纤维网的平面外。在后一种情况下，孔可类似于其中具有孔的突起部或凹陷，并且在本文中可称作“三维”孔，其为孔的子集。

如本文所用，术语吸收制品的“组件”是指吸收制品的各个组分，诸如顶片、采集层、液体处理层、吸收芯或吸收芯的层、底片、和阻隔物诸如阻隔层和阻隔箍。

术语“横向”（或缩写为“CD”）是指在纤维网平面内垂直于纵向的路径。

如本文所用，术语“可变形材料”为能够响应于外加应力或应变而改变其形状或密度的材料。

如本文所用，术语“离散的”是指各别的或不连接的。当相关于成形构件上的成形构件使用术语“离散的”时，其是指成形构件的远（或径向最外）端在所有方向上（包括在纵向和横向上）均为各别的或不连接的（即使成形构件的基座可被成形为例如辊的相同的表面）。例如，环辊上的脊不被认为是离散的。

术语“一次性的”在本文中用来描述不旨在洗涤、或者复原、或作为吸收制品再使用的吸收制品（即，它们旨在使用后被丢弃，优选将其回收利用、堆肥处理或以其它与环境相容的方式处理）。

如本文所用，术语“成形构件”是指成形构件的表面上的能够使纤维网变形的任何元件。术语“成形构件”包括连续的或非离散的成形构件诸如环辊上的脊和沟槽、和离散的成形构件。“公”成形元件从成形构件表面上突出。

术语“接合到”涵括通过将元件直接粘附到其它元件上而将元件直接固定到另一个元件上的构型；通过将元件粘附到中间元件，中间元件再粘附到其它元件上而将元件间接地固定到另一个元件上的构型；和一个元件与另一个元件是一体的构型，即一个元件本来就是其它元件的一部分。术语“连接到”包括将某个元件在选定位置固定到另一个元件上的构型、以及将某个元件在这些元件中的一个的整个表面上完全地固定到另一个元件上的构型。

本文所用术语“层”是指如下制品，其主要尺度为X-Y，即，沿其长度和宽度。应当了解的是，术语“层”并不一定限于单个层或材料片。因此，层可包括必备类型材料的数个片或纤维网的层压或组合。因此，术语“层”包括术语“多层”和“分层”。

术语“纵向”（或缩写为“MD”）是指材料诸如纤维网沿整个制造过程前进的路径。

术语“机械地冲击”或“机械地变形”在本文中可互换使用，它们是指其中向材料上施加机械力的工艺。

术语“微结构化类弹性膜”为如下工艺，其在设备和方法上类似的于本文所定义的结构化类弹性膜工艺。微结构化类弹性膜齿具有不同的尺寸使得它们更有利于在前端和后端上形成具有开口的簇。一种使用微结构化类弹性膜以在纤维网基底中形成簇的工艺公开于美国专利申请公布US2006/0286343A1中。为本公开目的，微结构化类弹性膜将被认为是结构化类弹性膜技术的一个子集。

如本文结合成形构件所用，术语“图案化的”包括其上具有离散元件的成形构件、以及其上具有连续结构诸如环辊上的脊和沟槽的那些。

如本文所用，术语“永久地变形的”是指可变形材料的状态，其形状或密度已响应于外加应力或应变而被永久地改变。

术语“区域”是指横跨吸收构件的X-Y平面的部分或区段。

术语“环辊”或“环轧”是指使用变形构件的工艺，所述变形构件包括含有连续的脊和沟槽的反转辊、互啮带或互啮板，其中变形构件的互啮的脊和沟槽接合并拉伸置于它们之间的纤维网。就环轧而言，变形构件可被排列成在横向或纵向（取决于齿和凹槽的取向）拉伸纤维网。

术语“滚刀开孔”（RKA）是指使用类似于本文关于结构化类弹性膜或微结构化类弹性膜所限定的互啮变形构件的工艺和设备。滚刀开孔方法不同于结构化类弹性膜或微结构化类弹性膜之处在于结构化类弹性膜或微结构化类弹性膜变形构件的相对扁平、细长的齿已被改进为一般在远端为尖头的。齿可为尖锐的以切穿以及变形纤维网从而生产出开孔纤维网，或在一些情况下，生产出三维开孔纤维网，如美国专利申请公布US2005/0064136A1、US2006/0087053A1、和US2005/021753所公开。滚刀开孔齿可具有其它形状和轮廓，并且滚刀开孔工艺也可用来机械地变形纤维网而不对该纤维网开孔。在诸如齿高、齿距、节距、啮合深度、和其它加工参数的其它方面，滚刀开孔和滚刀开孔设备可与本文关于结构化类弹性膜或微结构化类弹性膜所述的相同。

术语“结构化类弹性膜”或“结构化类弹性膜’成膜”是指Procter &Gamble技术，其中SELF代表Structural Elastic Like Film（结构化类弹性膜）。尽管该方法最初是开发用于使聚合物膜变形以具有有益的结构特性，但已发现，结构化类弹性膜方法可用来在其它材料诸如纤维材料中产生有益的结构。经由结构化类弹性膜产生的方法、设备、和图案在美国专利5,518,801；5,691,035；5,723,087；5,891,544；5,916,663；6,027,483；和7,527,615B2中举例说明和描述。

如本文所用，术语“簇”是指一种可形成于非织造纤维网中的特定类型的突起部。簇通常具有隧道样构型，并且在一些情况下在它们的端部中的一者或两者处可为开口的。

I.前体材料。

本发明涉及使材料机械变形的方法。更具体地，本发明涉及使材料机械变形的方法，该方法使用成形构件，它们相互啮合并以不同的表面速度移动以形成变形的材料纤维网。本文所关注的方法将与涉及梳理单纤维的粗梳法不同，其仅仅推动纤维，并且不是具有完整性的结构，可如本文所述进行机械变形。

变形的材料纤维网由呈纤维网或片材形式的“前体材料”制成。前体材料纤维网具有第一表面和第二表面，它们每个一般均为平面的（即，限定一个平面）。将被变形的前体材料纤维网（或“前体纤维网”）可包括任何合适的可变形材料，诸如织造织物、非织造织物、膜、任何前述材料的组合或层压体。如本文所用，术语“非织造纤维网”是指具有夹层的单根纤维或纺线结构但不呈如织造或针织织物中的重复图案的纤维网，所述织造或针织织物通常不具有无规取向的纤维。这可包括纸坯，诸如薄纸、干浆材、衬板、滤纸、以及它们的组合。无纺纤维网或织物已通过很多种方法来形成，例如，熔喷法、纺粘法、水缠绕法、气流成网和粘合粗梳纤维网法，包括粗梳热粘结。

所述织造织物、非织造织物、膜、组合或层压体可由任何合适的可变形材料制成，包括但不限于天然材料、合成材料、以及它们的组合。合适的天然材料包括但不限于纤维素、棉绒、蔗渣、羊毛纤维、丝纤维等。合适的材料可为弹性的或者包括弹性的股线。合适的合成材料包括但不限于人造丝和聚合材料。合适的聚合材料包括但不限于：聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、和聚丙烯。上述任何材料可包括可持续的或可再生的材料和/或消费后可再循环的材料。在一些实施例中，前体材料包括至少一些纤维素材料，其可为纸材级材料。在一些情况下，前体材料可由、或者基本上由上文列出的其中一种材料组成。在一些情况下，前体材料可基本上不含纤维素、和/或不含纸材材料、和/或不含湿法成网材料如：干浆材、衬板、纸板、滤纸、以及它们的组合。

在前体材料中可包括多种聚合物。潜在的材料包括生物聚合物，该生物聚合物由非石油来源制成，例如生物衍生的聚乙烯（bio-PE）、生物衍生的聚丙烯（bio-PP）、生物衍生的聚对苯二甲酸乙二醇酯（bio-PET）、和生物衍生的聚(2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯)（bio-PEF）。这些材料可部分地或完全地衍生自至少一种可再生资源，其中可再生资源是指可在100年时间内再生的天然资源。可再生资源包括植物、动物、鱼类、细菌、真菌、和林业产品，并且可为天然存在的、杂交体、或遗传工程的生物。诸如原油、煤炭和泥炭的天然资源由于需要比100年更长的时间来形成，因此不被认为是可再生资源。来源于非石油来源的其它聚合物包括淀粉基聚合物和纤维素。另外，可使用100%或与多种树脂共混的可再循环树脂如消费后再粉碎的r-HDPE、r-LLDPE、r-LDPE、r-PET、r-PEF、或r-PP。来源于可再生来源和可再循环树脂的聚合物可独立使用，或者以不同含量混入石油基聚合物以控制成本。来源和从非石油来源制备聚合物的方法可见于美国专利8,063,064B1和美国专利申请公布US2011/0319849A1，它们以引用的方式并入本文。

II.用于变形材料的方法。

形成该变形材料纤维网的方法涉及使前体纤维网经受经过机械变形工艺的至少一个循环或行程。

所述机械变形工艺可在任何合适的设备上进行，所述设备可包括任何合适类型的成形构件。成形设备的合适类型包括但不限于：限定它们之间的辊隙的一对辊；多对板；限定它们之间的辊隙的带；限定它们之间的辊隙的具有弹力盘（或小板）的传送带；或它们的组合。可改进用于本发明方法的带和辊的例子在Curro等人的美国专利8,021,591中有所描述。就板而言，当板一起接触前体纤维网时，至少其中一个板可相对于其它板在纵向上移动，从而提供与本文所述的辊的移动相似的移动。然而，应当理解由一对板或带构成的所得结构可不同于由辊构成的吸收构件，因为在包括一对板或带的方法中存在的啮合和去啮合的角度减小。虽然本文将出于方便目的主要根据辊来描述设备，应当理解描述将适用于使用具有任何其它构型的成形构件的方法，在所述情况下其它成形构件可具有在任何下述构型中的成形构件。

本文所述的设备和方法中所用的辊通常为大致圆柱形的。如本文所用，术语“大致圆柱形的”不仅涵括完美圆柱形的辊，而且也涵括在它们的表面上可具有元件的圆柱形辊。术语“大致圆柱形的”也包括可具有逐步减小直径的辊，诸如在靠近辊端部的辊表面上，和有冠的辊。这些辊通常也是基本上不可变形的。如本文所用，术语“基本上不可变形的”是指具有如下表面（和其上的任何元件）的辊，所述表面（和其上的任何元件）当用于执行本文所述的工艺时通常不变形或压缩。这些辊可由任何合适的材料制成，包括但不限于钢或铝。所述钢可由耐腐蚀且耐磨的钢制成，诸如不锈钢。辊可或可不为加热的。如果是加热的，则根据热机工艺领域的技术人员所熟知的做法，必须考虑到适应于热膨胀效应。

如图1所示的成形设备的组件（例如一对辊中的辊）设有在其上的公成形元件，它们可彼此互啮。辊可具有在它们表面上的任何合适类型的公成形元件。根椐期望的机械变形类型，单个辊的表面可设有“连续”公元件，如在环辊上的脊，或者“离散的”公元件，本文也称为齿。

在本文所述的所有实施例中，辊为非接触式的，并且为轴向驱动的。如本文所用，术语“相互啮合的”或“啮合的”是指如下时候的排列：当成形结构的组件之一（例如，辊）上的成形构件朝另一个成形结构的表面延伸，并且这些成形构件具有在假想平面之间和在假想平面下面延伸的部分，所述假想平面是经过另一个成形结构的表面上的成形构件的末端作出的。因此，在不同成形构件上的成形构件的顶部或末端在辊隙中相对于彼此而偏移，使得它们在辊隙中不对齐或重叠。

在成对辊中的辊（或其它旋转成形构件）将通常以反方向旋转（即，辊反转）。在至少一对辊中的辊可以不同的表面速度旋转。通过以不同的轴向速度来旋转这些辊，或通过使用以相同轴向速度旋转的具有不同直径的辊，这些辊可按不同的表面速度旋转，或二者的组合。辊可以与纤维网进料通过辊之间的辊隙的速度基本上相同的速度旋转；或者它们可以比纤维网进料通过辊之间的辊隙的速度更大或更小的速度旋转。在其中辊以不同速度旋转的情况下，在辊之间的表面或周边速度中可存在任何合适的差异。辊之间的表面速度比率可为从大于约1.01至高达约3.0的任何值，或者为介于约1.02和约3.0之间的任何值。

图1示出了一个实施例，其中辊30和32在本文中称作“环辊”。如在本文所示和所述的其它设备中的辊的情形中那样，辊30和32承载在相应的可旋转轴上，这些可旋转轴的旋转轴线A是以平行关系设置的。在该实施例中，辊的表面具有多个交替的脊34和围绕辊的圆周延伸的沟槽36。在其它实施例中，脊和沟槽可平行于辊的轴线A延伸。此类辊中的一个或多个可用于本文所述设备的所述各种实施例。

图2示出另一个实施例，其中辊40之一是具有围绕它的圆周延伸的交替的脊34和沟槽36的环辊，并且另一辊42包括Procter & GambleCompany的结构化类弹性膜技术辊之一。成形设备的组件（例如一对辊中的辊），如图2所示的那些，可包括至少一个辊如辊42，其包括在其上的离散的“公”成形元件，它们能够与相对辊的表面相互啮合。如图2所示，在每个辊上的公元件可成行排列，使得它们当辊旋转时可相互啮合并且不一定固定在纵向（MD）上。

在辊上离散的公成形元件可具有任何合适的构型。给定的成形构件可具有相同的平面图长度和宽度尺寸（诸如具有圆形或正方形平面图的成形构件）。作为另外一种选择，成形构件可具有大于其宽度的长度（诸如具有矩形平面图的成形构件），在该情况下，成形构件可具有任何合适的其长度与其宽度的纵横比。成形构件的合适构型包括但不限于：具有三角形侧视图的齿；具有圆柱形的元件；具有以下平面图构型的元件：包括圆形、椭圆形、沙漏形、星形、多边形等，以及它们的组合。多边形包括但不限于矩形、三角形、五边形、六边形、或梯形。成形构件的侧壁可从基座至末端以恒定角度渐缩，或者它们可改变角度。成形构件可具有末端，它们是平坦的、圆形的、或形成尖端。成形构件的合适构型的多个例子包括但不限于：结构化类弹性膜元件、滚刀开孔元件、鱼翅、或销形元件、以及它们的变型。这些构型结合图2-10在下文中进行更详细的描述。

结构化类弹性膜辊上的成形元件可取向在纵向（MD）或横向（CD）上（根椐其它辊的构型，其必须被构造使得辊上的成形元件不彼此接触）。如图2所示，结构化类弹性膜辊如辊42可包括围绕该辊圆周的多个交替的周边脊44和沟槽46。这些脊44具有在其中形成的间隔开的槽48，它们被取向成平行于该辊的轴线。槽48形成脊44中的间断，所述间断在结构化类弹性膜辊上产生成形构件或齿50。在此类实施例中，齿50的较长尺寸取向在纵向（MD）上。这些辊构型在本文中将称作“CD结构化类弹性膜”辊，因为在通常的结构化类弹性膜工艺中，被给料到由这种辊形成的辊隙中的材料将在横向（或“CD”）上被拉伸。应当理解，本文使用的方法不同于Procter & Gamble的结构化类弹性膜方法，因为辊以不同的速度运行并且产生与用典型结构化类弹性膜方法产生的那些结构不同性能的结构。

在其它实施例中（例如如图3所示），结构化类弹性膜辊60可包括纵向的、或“纵向结构化类弹性膜”辊。这个辊将具有交替的脊和沟槽，它们的较长尺寸方向平行于辊的轴A（即，横向（CD））。这种辊中的脊具有围绕该辊的圆周取向的在其中形成的间隔开的槽68。槽68形成在脊中的间断，从而在MD结构化类弹性膜辊上形成成形构件或齿62。如图3所示的特定的MD结构化类弹性膜辊称之为“交错的”MD结构化类弹性膜辊，因为齿被布置成交错的图案。即，在邻近行中的齿相对于彼此是偏移或错列的。这种辊能够例如与相似的辊配合；或者与具有在平行于辊的轴方向上延伸的脊和沟槽环辊配合。

图4示出横截面中的一部分互啮辊40和42，例如来自如图2所示的设备的辊。图4示出在环辊上部的脊之间的脊34和沟槽36。较低的结构化类弹性膜辊的表面具有齿50和在齿50之间的沟槽46。当观察横截面时，相应的脊34和齿50可具有三角形或倒V-形。齿和齿的顶点为相对于辊表面的最外部。如图所示，成形元件具有脊高（或者，如果成形元件是齿，具有齿高）TH、末端半径TR、称作节距P的CD齿对齿间距（或脊对脊间距），以及如图5所示的前缘LE、后缘TE、齿长TL、和MD齿对齿间距TD。齿长TL在此类实施例中为环向测量值。脊或齿的最外末端具有优选地倒圆的侧面以避免切割或撕裂前体材料。如图4所示，一个辊的成形构件如脊34部分地延伸到相对辊的沟槽46中以限定“啮合深度”（DOE），其为辊40和42的互啮水平的量度。

在一个实施例中，齿50可具有在约0.5mm（0.020英寸）或更小至约10mm（0.400英寸）范围内的长度TL和约0.5mm（0.020英寸）至约20mm（0.800英寸）的MD间距TD、在约0.5mm（0.020英寸）至约10mm（0.400英寸）范围内的齿高TH、在约0.05mm（0.002英寸）至约2.0mm（0.080英寸）范围内的齿末端半径TR、和介于约0.3mm（0.012英寸）和10mm（0.400英寸）之间的节距P。啮合深度DOE可为约0.02mm（0.001英寸）至约10mm（0.400英寸）（直到最大值接近齿高TH）。当然，DOE、P、TH、TD、TL、和TR每个可独立地彼此不同，这取决于前体纤维网10的性能和吸收构件20的期望特性。此外，在第一辊上的齿的形状和几何形状可与在第二协同辊上的齿的形状和几何形状相同或不同。

图5示出辊的实施例，其本文将称为“交错的CD结构化类弹性膜”辊。如图5所示，辊的表面具有多个间隔开的齿72。齿72被布置成交错的图案。更具体地，齿72被布置成围绕该辊的多个环向延伸的轴向间隔开的行，诸如74和76。再次，但对于每个行中的齿之间的间距TD，每个辊中的齿将形成多个环向延伸的、轴向间隔开的、交替的脊和沟槽状区域。然而，在这种情况下，在邻近行中的齿相对于彼此是偏移或错列的。齿长TL和纵向（MD）间距TD可被限定成使得当从它们的端部之一观察这些辊时，邻近行74和76中的齿重叠或不显现为重叠的。在所示的实施例中，邻近行中的齿72环向偏移0.5x的距离（其中“x”等于齿长加上给定行中的齿之间的MD间距TD）。换句话讲，邻近行中的邻近齿的前缘LE将在MD上偏移0.5x。图5所示的辊可按任何合适的方式来制备，诸如通过首先将脊和沟槽切入到该辊中，然后螺旋形地将齿72切入到辊的表面中，其中每个切口均为连续的。如果需要，齿形（具体地，前缘和后缘）可通过使用横向进给刀法来修改。

图6示出了可用于该方法的具有另一种构型的公元件的辊的表面的一部分。如图6所示的辊本文称为滚刀开孔（Rotary Knife Aperturing，或“RKA”）辊。如图6所示，辊80包括周向延伸的交替排齿82和沟槽。齿82具有锥形齿的形状并且可具有多达六个侧面，每个侧面的形状一般是三角形。齿82在它们的基座处接合到底部辊。齿的基座具有大于横截面宽度尺寸的横截面长度尺寸。齿82可从它们的基座至它们的末端以恒定角度渐缩，或者渐缩角度可改变，如图6中的齿所示。图6示出在基座处截短的齿的例子，使得邻近基座的一部分齿的侧面在齿开始朝着它们的末端渐缩之前基本上是竖直的。滚刀开孔辊更详细地描述于美国专利申请公布US2006/0087053A1中。

图7示出了可用于该方法的具有另一种构型的公元件92的辊90的表面的一部分。在这个实施例中，前缘LE和后缘TE形成与辊表面不同的角度，并且类似于鱼翅的形状（其可称为“鱼翅齿”）。前缘LE与辊表面形成的角度可比后缘TE与辊表面形成的角度更大。在一些情况下，后缘TE可形成大致垂直于辊表面的角度。在如图7所示的鱼翅齿型式中，鱼翅齿92具有一般来讲尖锥的形状，其具有六个侧面94（它们中的三个在一半所示的齿上示出），其中每个侧面一般为三角形。两个侧面的顶点构成齿92的前缘LE，并且两个侧面的顶点构成后缘TE。前缘或后缘的顶点可为相对锐利的，或者在其它情况下，它们可被机加工成具有倒圆的曲率半径。如图7所示，齿可从它们的基座至它们的末端以恒定角度渐缩，或者渐缩角度可改变。齿也可具有少于六个侧面，例如，在如果LE和TE形成正方形而非形成顶点的情况下。

图8示出了可用于该方法的具有另一种构型的公元件102的辊100的表面的一部分。图8所示的辊100在本文中称作“销”辊。与所述的先前齿的几何形状不同，销辊的齿102不是小平面化的，这意味着它们不包括平坦面。销齿可具有各种横截面形状，诸如圆形或椭圆形。该齿的末端106可通向尖端，所述尖端为倒圆的或截短的因而其具有平坦表面。该齿102也可弯曲成一角度。侧壁104可从基座至末端106以恒定角度渐缩，或侧壁可改变角度。例如，该齿的顶部102可具有包括该齿的轴线和侧壁104之间的30度角度的圆锥样形状，并且该齿的基座可具有包括平行于该齿的轴线延伸的竖直侧壁的圆柱形形状。

图9示出了可用于该方法的具有另一种构型的公元件的辊110的表面的一部分。如图9所示的辊本文称为“凸脊滚刀开孔”辊。如图9所示，这个辊110包括多个在其表面上周向延伸的脊112和沟槽114，它们取向垂直于辊的轴。脊112具有顶部表面116，并且沟槽114具有底部表面。辊110还包括多个空间上隔开的齿120，它们从脊112的顶部表面116向外延伸。齿120具有基座122和末端124，并且脊112的顶部表面116设置在齿120的末端124和沟槽的底部表面之间，在方向上是相对于辊的轴线。在示出的型式中，齿120的基座122具有大于横截面宽度尺寸的横截面长度尺寸。

具有本文所述不同构型的辊可以任何合适的组合配合在一起以形成它们之间的辊隙。如图2所示，包括离散的公成形元件的辊可与环辊配合。作为另外一种选择，如图10所示，包括离散的公成形元件的辊可与包括离散的公成形元件的另一个辊配合。辊可与包括相同或不同图案的另一个辊互啮，但是互啮必须以使得齿不彼此接触的方式进行。可对齐两个协同辊，使得在第一辊上的排齿在CD上与在第二辊上的排齿偏移（或置于其间）。可对齐两个协同辊，使得在第一辊上的排齿在CD上与在第二辊上的排齿对齐，并且所述辊在MD上相互啮合，使得它们不彼此接触。

对于一些辊的组合，用于在纤维网通过辊隙后从一个或两个辊中移除纤维网的多种加工辅助手段是必需的。例如，可加入不粘处理剂，诸如硅氧烷或碳氟化合物处理剂。其它有助于从辊上移除纤维网的方法包括气刀或刷除。在一个实施例中，至少其中一个辊可具有内部室和装置以在纤维网移除点上提供正气压。在其它实施例中，设备可设有梳状或绕丝形式的纤维网移除体系，其能够透入辊的沟槽并积极地将纤维网举出沟槽。

图10示出合适辊组合的一个非限制性实施例。图10示出由CD结构化类弹性膜辊（在顶部示出）和在底部的鱼翅辊形成的协同辊组合。当然，在其它实施例中，两个辊的位置可颠倒。已经发现鱼翅辊有助于减小用于从辊中移除纤维网的力并且消除了该辊上对纤维网移除辅助手段的需要。据信对于具有前缘的任何齿形，将相同的情况是其与辊表面的角度大于90度。将提及的角度测量为在齿外的辊表面部分与前缘之间的角度。通常，一个辊的速度将接近纤维网的速度，并且协同辊的速度将慢于纤维网的速度。对于与滚刀开孔辊（或其它类型的辊）配合的结构化类弹性膜辊，鱼翅辊通常将为更快的旋转辊。两个辊的表面速度比率可为大于或等于1.01、1.05、1.1、1.5、2.0、或3.0的任何合适的量，直到其中纤维网开始含有非期望的大狭缝或连续狭缝的最大值。

多种合适的辊组合包括但不限于以下协同辊构型：环辊/环辊、结构化类弹性膜/结构化类弹性膜、结构化类弹性膜/环辊、滚刀开孔/鱼翅、滚刀开孔/环辊、结构化类弹性膜/鱼翅（图10）、鱼翅/鱼翅、结构化类弹性膜/销、销/鱼翅、销/环辊、和销/销。

对于包括两个具有离散公元件的辊或者在两个辊上均具有齿的实施例，可设计该方法使得第一辊上的辊隙中的齿可与第二辊上的辊隙中的齿配合。因此，在第一辊上的辊隙中的齿可一直与第二协同辊上的辊隙中的齿具有相同的相对位置，导致在纤维网上形成一致的、重复图案的变形（即使辊以不同速度旋转依然如此）。图11是纤维网10上的区域的示意性平面图，示出在两个协同辊（在这种情况下，两个交错的CD结构化类弹性膜辊）上的齿如何能够在辊隙中对齐以在纤维网上形成一致的、重复图案的例子。图11示出了被第一辊上130A的齿冲击的纤维网上的区域和被第二辊上的齿冲击的区域130B。来自第一辊的每个变形一直与由第二辊形成的邻近变形处于相同的相对位置。在这一上下文中使用的术语“邻近”是指由其它辊形成的最接近的变形，即使变形可位于纤维网的相对表面上依然如此。可将方法设计为多途径的以达到这种效果，包括以下方法。

在一个实施例中，两个协同辊的直径可相同，并且辊可以不同的轴向速度或每分钟转数（rpm）运行，并且在至少一个辊上的MD齿重复长度可不同，使得第一辊对第二辊的rpm比率等于第一辊对第二辊的MD齿重复长度的比率。如本文所用，术语“MD齿重复长度”是指齿长TL和齿间的MD齿对齿间距TD的总和。

在另一个实施例中，辊可以相同的轴向速度或rpm运行，并且辊直径和MD齿重复长度可不同，使得第一辊对第二辊的直径比率等于第一辊对第二辊的MD齿重复长度比率。

作为另外一种选择，可设计方法使得在第一辊上的辊隙中的齿不与第二协同辊上的辊隙中的齿配合，并且因此在第一辊上的齿相对于第二辊上的齿将不保持一致的MD位置（从一行齿到下一行齿）。图11A是纤维网10上的区域的示意性平面图，其示出在两个协同辊（两个交错的CD结构化类弹性膜辊）上的齿如何能够形成变化图案，但是仍旧以一定间隔重复的例子。图11A示出了被第一辊上130A的齿冲击的纤维网上的区域和被第二辊上的齿冲击的区域130B。“变化的”意指由第一辊形成的变形不一直位于与由第二辊形成的变形相同的相对位置（从一行齿到下一行齿）。然而，图案不重复。在如图11A所示的例子中，图案在第一辊上每隔七行齿重复，并且在第二辊上每隔五行齿重复。重复长度将取决于两个协同辊的表面速度比率、直径和MD齿重复长度。

由上文方法形成的变形材料20的一个或多个表面将具有在其中的多个变形。该变形可为任何合适的形式，包括被推出在前体纤维网的第一和第二表面中至少其中一个上的平面外的前体材料部分（其不透过纤维网）；凹陷、突起、孔、或它们的组合。术语“凹陷”是指部分延伸到纤维网厚度中的变形。孔完全穿过纤维网厚度。在纤维网一个侧面上形成的凹陷或孔可在纤维网相对侧面上可见，并且分别显现为突起或孔。变形可为连续的（例如如果使用两个环辊）、离散的、或者它们的组合。变形可被布置成任何合适的图案，包括规则图案或无规图案。变形的图案是用来变形前体材料的工艺和设备的一种产物。在一些情况下，凹陷或孔可在纵向上伸长并具有第一端部和第二端部。

在其中成形构件包括在其上具有离散成形元件（如齿）的辊的情况下，因为在形成变形或孔的辊上的齿以相对于纤维网的表面速度不同的表面速度移动，齿可“犁过”材料，使得变形或孔在MD方向上伸长或增大，并且在一些情况下，也可在CD方向上增大。此外，“犁过”材料也引起材料积聚，并且在很多情况下，在凹陷或孔的一端处堆积，如图18所示。这些积聚区域26可具有曲线的平面图构型，其类似于由船经过水面时产生的弓形波。这种犁过效应可发生在纤维网的一个侧面或两个侧面上，这取决于使用的方法和用于形成变形纤维网的设备中成形构件的构型。因此，在一些情况下，变形纤维网的每个表面可在其中具有变形的相似图案。然而，在一些实施例中，在这种变形非织造纤维网的第一表面上形成的积聚区域可邻近凹陷的第一端部部分，并且在变形纤维网的第二表面上形成的积聚区域可邻近凹陷的第二端部部分。在这一实施例中的相对表面上的弓形波将指向相反的方向。

III.可供选择的实施例。

本文所述方法有多个可供选择的实施例，它们可用于提供具有多种不同性能的材料。

在可供选择的实施例中，方法可包括给料前体纤维网10，使其通过具有多个变形辊隙的设备，如图12所示。图12所示的设备包括两对辊140和142并且可称作“成对辊”设备。每对辊分别包括在它们之间形成单一辊隙N的两个辊140A和140B、以及142A和142B。在图12所示的实施例中，示出了四个辊。然而，所述设备可包括任何合适数目的辊。当希望使前体纤维网10穿过多个辊隙时，多个辊是适用的。可构造该设备以在纤维网的相同位置或不同位置上变形纤维网。

在其它可供选择的实施例中，方法可包括在一个或多个横跨表面的选择区域中变形纤维网。

在任何本文所述的实施例中，纤维网可包括一个或多个层。在包括如图12所示的多个变形辊隙的设备中，可在任何一个不同辊隙处引入附加的纤维网如纤维网12。所述附加层可用来添加如下纤维网，它们具有不同的化学组成、配方、美观特征、传导特性、芳香特性、和机械特性。可选择此类附加纤维网使得它们可或可不跨越在此类附加纤维网的上游被引入的纤维网的整个宽度。这可用来产生层压体，其中该层压体的一些区域包含与其它区域不同的层数。在其它层压体结构中，这些区域可包含相同的层数，但一些变形的结构可在它们的整个厚度中具有不同的层数。

实例

以下实例描述了在下表中概述的多种膜和非织造材料。实例1、3、5、和7是比较例，它们不根据本发明的方法进行制备。实例2、4、6、和8根据本发明的方法进行制备。

实例1-4以约50英尺/分钟（约15m/分钟）的速度，使用包括与环辊配合的交错结构化类弹性膜辊（如图5所示的辊）的设备进行加工。在实例1和2中的膜是25克/m²（gsm）的聚乙烯膜。在实例3和4中的非织造织物是60gsm的纺粘聚酯。结构化类弹性膜辊和环辊均为5.69英寸（14.4cm）的直径，并且具有0.060英寸（1.5mm）的CD节距P。结构化类弹性膜辊上的齿被布置成交错图案并且被取向成使得长方向在MD上延伸。这些齿具有一般从前缘LE测量至后缘TE的约0.050英寸（1.3mm）的均匀的环向长度尺寸TL、约0.005英寸（0.13mm）的齿末端处的齿末端半径TR，它们被均匀地彼此环向间隔开约0.060英寸（1.5mm）的距离TD，并且具有约0.145英寸（3.7mm）的齿高TH。齿的长侧面具有约9.1度的夹角（即，每个侧壁与垂直方向成4.55度角度），并且齿的前缘和后缘具有垂直的侧壁。环辊的脊具有与结构化类弹性膜齿相似的外形，具有约0.145英寸（3.7mm）的脊高TH，约0.005英寸（0.13mm）的齿尖半径TR，和约9.1度的夹角。结构化类弹性膜辊和环辊相对于彼此在CD上偏移，使得在齿任一侧面上的间隙为大约等同的。辊以0.080英寸（2.0mm）的啮合深度（DOE）相互啮合。环辊预包角180度，并且将张力施加到辊隙的纤维网上游以确保纤维网不在环辊上滑动。对于实例1和3，结构化类弹性膜辊和环辊均以22齿齿轮运行，产生1.0的表面速度比率（即，相同的表面速度）。对于实例2和4，结构化类弹性膜辊均以16齿齿轮运行，而环辊以22齿齿轮运行，产生与比环辊旋转更快的结构化类弹性膜辊1.4的表面速度比率。

由实例1-4中的方法产生的变形纤维网分别在图13-16中示出。

图13示出通过使膜通过以相同表面速度移动的两个辊之间的辊隙制备的比较例材料。如图13所示，大多数拉伸位于由结构化类弹性膜齿形成的凹陷内或凹陷周围。具体地，大多数拉伸正交于纤维网平面。

这可与根据本发明，通过使此种膜通过以不同表面速度移动的两个辊形成的变形纤维网20对比。后一种膜如图14所示。如图14所示，在这个膜中，膜的拉伸部分更远地延伸出凹陷22之外，并且在一些情况下能够进入大多数纤维网。此种纤维网将仍旧在凹陷22的区域中，在正交于纤维网平面的方向上被拉伸，但是也在纤维网平面中的MD和CD上被拉伸。这个实例展示本发明具有增加纤维网尺寸的能力，以及被拉伸的纤维网的位置。因此该方法能够提供在单个辊隙中的多个方向上的拉伸。

图15示出通过使非织造织物通过以相同表面速度移动的两个辊之间的辊隙制备的比较例材料。如图15所示，纤维网包括在纵向上拉伸的凹陷。

这可与根据本发明，通过使此种非织造织物通过以不同表面速度移动的两个辊形成的变形纤维网20对比。后一种非织造织物20如图16所示。如图16所示，在纤维网中形成的凹陷22与如图15所示的纤维网相比显著更宽。这对于改善吸收结构的液体采集并使得凹陷对消费者来说较明显是有益的。图16中的纤维网中的凹陷22也具有比如图15所示的纤维网更低的长度对宽度的长宽比。

实例5-8以约50英尺/分钟（约15m/分钟）的速度，使用包括与凸脊滚刀开孔辊（像如图9所示的辊）配合的交错滚刀开孔辊（像如图6所示的辊）的设备进行加工。在实例5和6中的膜是25gsm的聚乙烯膜。在实例7和8中的非织造织物是60gsm的纺粘聚酯。滚刀开孔辊和凸脊滚刀开孔辊均为5.69英寸（14.4cm）的直径，并且具有0.060英寸（1.5mm）的CD节距P。在滚刀开孔辊上的齿被布置成交错的图案，并且其取向使长方向在MD上。齿具有在MD上的0.170英寸（4.3mm）的均匀末端对末端间距。滚刀开孔齿的基座形状类似六边形并且具有0.210英寸（5.3mm）的齿高TH。齿的两个侧壁具有13.6度的夹角（即，每个侧壁与竖直方向成6.8度角）。齿具有尖端并且齿的侧壁从齿基座至齿末端以恒定角度渐缩。齿的前缘LE和后缘TE具有50度的夹角（即每个边缘与竖直方向成25度角）。形成顶点（其形成齿的前缘和后缘）的壁从齿末端至齿上的一个点（该点在齿末端下方0.150英寸（3.8mm）处）以恒定角度渐缩。然后，壁改变它们与齿底部0.060"（1.5mm）所成角度，变为竖直方向（即，相对于辊基座成90度角）。凸脊滚刀开孔辊具有离散的成形构件，所述成形构件也被取向成使得长方向在MD上延伸。齿被布置成标准图案，这意味着邻近齿按行在CD上对齐。在滚刀开孔辊上的齿具有锥形，该形状具有四个侧面，它们从脊到具有0.005"（0.13mm）直径的钝末端渐缩。齿高TH为0.040英寸（1.0mm），并且脊高为0.105英寸（2.7mm）。齿的侧壁面具有约9.1度的夹角（即，每个侧壁与垂直方向成约4.55度角度），并且齿的前缘和后缘具有约27.1度的夹角。在凸脊滚刀开孔辊上的齿均匀分布在MD上，具有0.060英寸（1.5mm）的末端对末端间距。滚刀开孔辊和凸脊滚刀开孔辊相对于彼此在CD上偏置，使得在齿任一侧面上的间隙为大约等同的。在滚刀开孔辊和凸脊滚刀开孔辊上的齿的位置不以任何特定方式定位在MD上。辊以0.080英寸（2.0mm）的DOE相互啮合。对于实例5和7，滚刀开孔辊和凸脊滚刀开孔辊均以22齿齿轮运行，产生1.0的表面速度比率（即，相同的表面速度）。对于实例6和8，滚刀开孔辊以16齿齿轮运行，而凸脊滚刀开孔辊以22齿齿轮运行，产生与比凸脊滚刀开孔辊旋转更快的滚刀开孔辊1.4的表面速度比率。

由实例5-8中的方法产生的变形纤维网分别在图17-20中示出。

图17示出通过使膜通过以相同表面速度移动的两个辊之间的辊隙制备的比较例材料。如图17所示，在膜中形成的孔是狭窄的和狭缝样的。

这可与根据本发明，通过使此种膜通过以不同表面速度移动的两个辊形成的变形纤维网20对比。后一种膜20如图18所示。如图18所示，在纤维网中形成的孔24比如图15所示的纤维网显著更长和更宽，再次提供了增加吸收结构的液体采集并改善孔的可视性的有益效果。图18也示出不同速度的方法如何“犁过”材料，使其积聚并堆积，例如在孔的一端的26处。由凸脊滚刀开孔辊形成的突起也在纤维网的顶侧面上是可见的。虽然大部分“犁过”发生在第一辊上的滚刀开孔齿的周围，纤维网也被第二辊上的凸脊滚刀开孔齿“犁过”，但是犁过方向在由第一辊上的滚刀开孔齿形成的孔的相反方向上。

图19示出通过使非织造织物通过以相同表面速度移动的两个辊之间的辊隙制备的比较例材料。如图19所示，纤维网包括狭窄的、狭缝样的孔，其在纵向上伸长。

这可与如图20所示的变形非织造纤维网20对比，根据本发明，后者通过使此类非织造织物通过以不同表面速度移动的两个辊来形成。如图20所示，用具有不同表面速度的辊加工的纤维网20具有较长和较宽的孔24，使得它们更易看见并且功能更强。

本文所公开的量纲和值不应当被理解为严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲均旨在既表示所引用的值，也表示围绕此值的功能上等同的范围。例如，公开为“40克”的量纲旨在表示“约40克”。

应当理解，在本说明书全文中给出的每一最大数值限度包括每一较低数值限度，如同该较低数值限度在本文中被明确地表示。在本说明书全文中给出的每一最小数值限度将包括每一较高数值限度，如同该较高数值限度在本文中被明确地表示。在本说明书全文中给出的每一数值范围将包括包含于该较宽数值范围内的每一较窄数值范围，如同该较窄数值范围在本文中被明确地表示。

具体实施方式中引用的所有文献的相关部分以引用方式并入本文；任何文献的引用均不可解释为是对其作为本发明的现有技术的认可。如果此书面文件中术语的任何含义或定义与引入供参考的文件中所述术语的任何含义或定义相抵触，则以此书面文件中赋予所述术语的含义或定义为准。

尽管举例说明和描述了本发明的特定实施例，但是对本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下能够做出许多其它的改变和变型。因此，所附权利要求旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。

Claims (12)

1.一种用于使材料纤维网机械变形的方法，所述方法包括：

a)提供前体材料纤维网，所述前体材料纤维网具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面各自限定平面；

b)提供一对成形构件，所述一对成形构件在它们之间形成辊隙，其中所述成形构件被布置成使得所述第一成形元件和所述第二成形元件在所述辊隙中相互啮合，所述方法的特征在于所述成形构件包括：

第一成形构件，所述第一成形构件具有包括多个第一成形元件的表面，其中所述第一成形元件包括公成形元件，并且所述第一成形构件以第一表面速度移动；和

第二成形构件，所述第二成形构件具有包括多个第二成形元件的表面，其中所述第二成形元件包括公成形元件，并且所述第二成形构件以第二表面速度移动，

其中所述第一成形构件和所述第二成形构件以不同的表面速度移动，其中所述第一成形构件和第二成形构件中的一个以比另一个慢的表面速度移动，并且所述较快成形构件与所述较慢成形构件的表面速度比率大于1.01，优选地介于1.02和3.0之间；以及

c)通过使所述前体材料纤维网穿过所述成形构件之间的辊隙来使所述前体材料纤维网机械变形。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述前体材料纤维网包括下列中的至少一个：织造织物、非织造织物、膜、它们的组合或层压体。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一成形构件和第二成形构件中的一个包括离散的成形元件，并且所述第一成形构件和第二成形构件中的另一个包括非离散的元件，优选地其中所述第二成形构件包括环辊。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一成形元件和第二成形元件包括离散的元件。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述成形构件包括反转辊，其中所述第一成形构件包括第一辊，并且所述第二成形构件包括第二辊。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一成形元件和第二成形元件包括顶部，并且所述第一成形元件和第二成形元件的顶部在所述辊隙中相对于彼此是偏置的。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述成形构件被构造成按如下方式以不同的速度运行，所述方式在所述前体纤维网上引起一致的、重复的影响。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述成形构件被构造成按如下方式以不同的速度运行，所述方式在所述前体纤维网上引起变化的图案的变形。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一成形构件或所述第二成形构件中的至少一个上的成形元件按以下方式中的至少一个使所述前体材料纤维网变形：

A)将所述前体材料的一部分推出由所述前体材料纤维网的第一和第二表面中的至少一个限定的平面；

B)至少部分透入到所述前体材料纤维网的厚度中；或

C)完全透过所述前体材料纤维网的厚度。

10.一种变形材料纤维网，所述变形材料纤维网通过根据前述权利要求中任一项所述的方法制备。

11.根据权利要求10所述的变形材料纤维网，其中所述纤维网第一表面上的变形相对于所述纤维网第二表面上的邻近变形处于变化的位置。

12.根据权利要求10所述的变形材料纤维网，其中所述纤维网第一表面上的变形相对于所述纤维网第二表面上的邻近变形处于一致的位置。

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