CN1675050A - 通过啮合成形表面间的拉伸处理柔性纤网的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

由啮合沟槽(22、24、26、28)形成的一系列钳口(200、202、204、412、414)，通过在多个沟槽钳口中分阶段拉伸提供较高程度拉伸，特别是对于轻薄纤网(100)。其调节每一个钳口的拉伸度的能力可以提供，与单步骤施加同样拉伸相比，高度和可变的拉伸以及减少的纤网损伤。获得个人护理制品轻薄成分如尿布背衬成分制造的改进。

Description

通过啮合成形表面间的拉伸处理柔性纤网的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于对柔性纤网施加可变和递增拉伸力的方法和设备，所述施加是通过与一种利用互配咬合装置迫使纤网进入支撑表面沟槽的机构多次接触实现的。本发明例如可应用于制造非织造布，包括纺粘非织造布，以及与其它非织造布和/或薄膜的层压材料。优点包括能施加递增的拉伸力，特别是对于轻薄纤网，而不造成对纤网的损伤并且凭借一台装置能在宽范围内改变施加的拉伸度。更具体地说，本发明涉及以递增方式控制地施加拉伸力，从而改进纤网性能和制造的经济性。拉伸装置的式样可方便地包括沟槽辊和/或皮带，取决于被处理的材料和要求的结果。本发明还包括利用多次冲击产生控制地施加递增拉伸力的方法以及所制成的处理纤网，该纤网被专门制成具有范围广泛的不同物理和其它性能，适应个人护理、健康护理、防护服和工业产品等多种领域的需要。
背景技术
非织造布或纤网，单独或者以与其它非织造布或薄膜的层压材料的形式，构成许多市售产品的全部或一部分，例如，成人失禁用品、卫生巾、一次性尿布、泳装和医院被单和罩衫，仅举数例而已。非织造布或纤网具有由单根纤维、单纱或线交叉铺置，而不是像在针织或机织织物中那样以规则的、可辨认方式所构成的物理结构。纤维可以是连续或不连续的，并且经常由选自聚烯烃、聚酯和聚酰胺等几大类的热塑性聚合物或共聚物树脂，以及许多其它聚合物制成。由聚合物共混物制成的纤维或共轭多组分纤维也可使用。成形纤维和由合成纤维生产非织造纤网的方法和设备是熟知的；常用技术包括熔喷、纺粘和梳理。非织造布可单独或者制成诸如纺粘/熔喷(SM)层压材料或三层纺粘/熔喷/纺粘(SMS)布的形式使用。它们也可与薄膜配合使用，并且可以粘合、压花、处理或着色。颜色可通过加入适当颜料到聚合物树脂中来取得。除了颜料之外，其它添加剂也可用来赋予布料特殊性能，例如，加入阻燃剂以赋予阻燃，或者采用无机粒状材料以改善多孔性。由于它们由聚合物树脂如聚烯烃制成，非织造布通常都极端疏水。为了使这些材料可润湿，可在例如熔体中从内部加入表面活性剂，或者通过各种各样涂布或施加步骤从外部施加表面活性剂。另外，添加剂，如木浆或短绒也可结合到纤网中以提供较高的吸收性和较低纤网密度。此类添加剂乃是技术上熟知的。非织造布的粘合可通过各种各样的方法实现，一般都基于热和/或压力，例如，穿透空气粘合和热点粘合。超声波粘合、水刺和缝编也可采用。现有多种多样粘合和压花图案可选择用于达到某种纹理、物理性质和外观。质量如强度、柔软、弹性、吸水性、挠曲性(柔性)和透气性在制造非织造布的过程中可方便地加以控制。然而，某些性能通常必须彼此均衡。一个例子是，在维持合理强度的同时通过减少布料的基重来降低成本的尝试。非织造布可根据要求制成具有布样手感或塑料样手感的。大多数用途的非织造布的平均基重通常介于5g/m2～300g/m2，具体取决于材料所要求的最终用途。非织造布被用于制造个人护理制品，例如，一次性婴儿尿布、儿童训练裤、女性垫和失禁服装。非织造布尤其可用于诸如一次性吸收制品的领域，因为它们能期望地以低成本制成具有布样的美学品质。非织造布个人护理产品已得到消费者的普遍接受。某些非织造布的弹性性质已允许将它们用于健美服，它们的柔性使穿戴者活动自如、不受限制。SM和SMS层压材料综合了强度、透气性和阻隔性等品质；此种布料已证明是用于防护服的理想材料。用此种材料制成的消毒包布和手术罩衫由于在医学上有效、舒适并且其布样外观使患者对潜在的异样环境感到亲切。此种非织造布的其它工业用途包括抹布、油吸收剂等，过滤以及汽车和船只的篷盖布，仅举数例而已。
如上所述，薄膜在许多情况下作为增加舒适性的透气阻挡层是另一种常用成分。透气性微孔薄膜可采用各种技术上公知的方法当中任何一种成形。例如，此种薄膜可包含含有热塑性聚合物和填料的充填薄膜。这些以及其它要求的添加剂可混合在一起，加热，然后挤出成为单层或多层薄膜。例子描述在WO 96/19346，授予McCormack等人，在此全文收作参考。薄膜可采用技术上公知的各种各样薄膜成形方法当中任何一种制造，例如，采用流延或吹胀薄膜设备。热塑性薄膜随后可按照本发明进行拉伸，或者单独或者作为层压材料的一部分，以赋予所要求的透气性或其它要求的性质。
普遍公认，涉及非织造布和薄膜的强度、柔软和阻隔性的性能是许多用途所希望的，并且有时却在一定程度上互相抵触。例如，阻隔性可通过非织造布与另一层如薄膜的组合来提高，但此种组合却具有较高的挺度或噪音(格格作响)。正因为如此，也出于经济的考虑，期望的是使用尽可能薄同时又仍然赋予所要求的阻隔性或其它性能的薄膜和非织造布。柔软性可通过各种各样的机械步骤改进，包括对非织造布实行控制拉伸以破坏趋于使材料变硬的次要键。特别是为获得薄非织造布和层压材料，曾公开采用沟槽辊沿多条直线递增拉伸来处理纤网的方法以达到这些性能并，视纤网的性质而定，提供松紧或可伸长性。另外，薄膜拉伸使薄膜变薄，从而扩展了其覆盖能力，提高了经济性。这些拉伸尝试包括采用多台设备在纤网生产线中不同的站对纤网进行拉伸。然而，此类方法，特别是处理轻薄纤网或层压材料，往往损伤一层或两层或者在处理纤网的过程中仅提供有限程度的灵活性，特别是对于，例如基重介于约10gsm～约150gsm的。本发明涉及上述以及其它改进的机遇。
发明概述
本发明包括一种单台装置的应用，在一种安排中它提供对柔性纤网的多次冲击递增拉伸，提供就拉伸度而言的高度灵活性并允许分阶段拉伸，特别适合处理基重为约10gsm～150gsm的轻薄纤网，对纤网损伤极小。广义地说，本发明可用于处理纤网，包括单层片材和/或层压材料，其基重为约5～400gsm，尤其约10～约100gsm。例如，尤其是对于包括非常薄的薄膜层的层压材料，本发明提供在长期连续操作时间内高速操作和在宽范围内改变拉伸度的能力，而不需要做重大下游设备改造。尤其当用于处理层压材料，如用作一次性尿布包覆层、包括基重为约10gsm～约50gsm，或者在某些情况下10gsm～30gsm的纤网、含有薄膜和纺粘非织造布成分的那些时，本发明方法和设备允许加工非常薄的薄膜和非织造布层，且薄膜或非织造布撕裂或缺陷的程度很低。在一种实施方案中，该设备由一个大沟槽砧辊组成，它与多个围绕该砧辊圆周的卫星沟槽配合辊处于运动啮合之中。在第二种实施方案中，采用一个沟槽支撑皮带，它与多个相继排成一线的沟槽配合辊处于运动咬合中。在所有情况下，可以改变沟槽的咬合程度以便在各个阶段产生所要求的拉伸度，从而避免在单拉伸段中所必须的纤网应力。咬合的数目也可通过增加或减少接触点加以改变，沟槽的插入深度也可通过调节配合辊与砧辊表面之间的间隙轻易地改变。在一种实施方案中，纤网可在冲击之间与砧辊表面分离，从而提供对纤网的冲击线的随机程度的变化。本发明适合处理多种多样的纤网并可采用许多不同的接触构型。
本发明提供一种成形非织造纤网的方法，包括下列步骤：
a.提供一种纤网材料；
b.提供一种具有在其中形成的沟槽的成形表面；
c.提供多个配合表面，表面上具有凸起区域或翅片，其分布恰好能配合到所述成形表面的沟槽中；
d.在成形表面和配合表面之间形成前后相继的钳口，其中配合表面的凸起区域进入成形表面分开位置的成形表面沟槽内；
e.将所述片材喂入到前后相继的钳口中，其间就位在成形表面上；以及
f.通过趁所述片材在前后相继的钳口内让凸起区域进入成形表面沟槽内，沿片材上多部位多次拉伸所述片材。
在一种替代的实施方案中，所述前后衔接配合表面的凸起区域以不同程度进入相应前后相继钳口的沟槽内，从而在不同钳口处给所述片材提供不同程度拉伸。
在一种实施方案中，成形表面是一个鼓，并且多个配合表面是相对于所述鼓位于不同部位的卫星辊。替代地，成形表面可以是沟槽皮带，并在沿带的不同部位具有前后排列的沟槽或翅片辊。
在每种实施方案中，各个沟槽和配合表面的间距和深度可在宽范围内变化以便在处理的纤网中产生要求的性质。各个沟槽和配合表面的形状也可变化，以便控制，如果恰当的话，所要求的纤网压缩。在适合，例如，处理轻薄薄膜/非织造布层压材料的特定实施方案中，每英寸的沟槽以及对应翅片数目可以是约3～约15个，沟槽的形状可以是具有圆角的三角形或矩形、配合表面凸起区域或翅片也可以是三角形或矩形，而插入沟槽内的深度将取决于诸如冲击次数和所要求的拉伸度，通常对于上面描述的领域来说，例如，最高约4倍。形状的选择主要考虑它应维持纤网各边之间的距离不变，以及要求的话，避免纤网的压缩。还有，在一个方面，凸起区域的插入深度可依次变化，以便增加或减少纤网在不同钳口接触点的拉伸。在本发明另一个方面，可控制纤网上相继接触的位置以造成，每个接触出现在沿着以前的拉伸线上或者可变化，例如，通过将纤网与接触点之间的支撑表面分离从而使接触发生在变化的和总体呈前后无规分布的线上。本发明还包括处理纤网的设备和制成的处理纤网。
附图简述
图1是本发明砧辊和卫星辊构型的多次冲击递增纵向拉伸装置示意图。
图2是图1的砧辊与2个卫星辊之间的2个钳口的放大视图，其中纤网穿过相邻钳口时表现出不同的插入砧辊沟槽中的深度。
图3是类似于图2的视图，表示这样一种实施方案的示意图，其中纤网在相邻钳口之间被从砧辊上分离，从而产生无规的拉伸线。
图4画出一种替代实施方案，它采用支撑皮带以替代砧辊。
图5是一种替代安排的视图，具有圆周走向的沟槽和翅片，用于沿横向(CD)拉伸纤网。
图6是咬合钳口构型的局部放大详图。
图7是包括本发明的整个层压材料工艺布置示意图。
发明详述
定义
本文以及权利要求中所使用的术语“包含”是包容的或内涵开放的，不排除额外未列出的要素、组成成分或方法步骤。
这里所使用的术语“非织造布或纤网”是指其结构系由单根纤维或丝交叉铺置构成的纤网，但它们不是像针织物中那样按照可辨认方式排列的。非织造布或纤网一向采用多种方法成形，如熔喷法、纺粘法以及粘合-梳理纤网法。非织造布的基重通常以每平方码材料的盎司数(osy)或每平方米的克数(gsm)表示；有用的纤维直径通常表示为微米数。(注：要从osy数值换算为gsm值，可用33.91乘上osy的数值)。
这里所使用的术语“微纤维”是指一类小直径纤网，其平均直径不大于约75μm，例如，平均直径为约0.5μm～约50μm，特别是，微纤维的平均直径为约2μm～约25μm。另一种纤维直径的表示方法是旦，其定义为每9000米纤维的克数，可根据以微米表示的纤维直径取平方，乘上以g/cc为单位的密度，再乘上0.00707计算出来。旦数越低，表明纤维越细；旦数越高，表明纤维越粗或越重。例如，已知聚丙烯纤维直径为15μm，要换算为旦数，可取平方，乘上0.89g/cc，再乘上0.00707。于是，15μm的聚丙烯纤维的旦数为约1.42，计算过程是(152×0.89×0.00707＝1.415)。在美国以外，较常用的度量单位是“特(tex)”，其定义是每千米纤维的克数。特数可按旦数/9来计算。
这里所使用的术语“纺粘纤维”是指一类小直径纤维，其成形方法包括将熔融热塑性材料从纺丝板的多个纤细，通常为圆形的纺丝孔中挤出为丝束，随后，挤出丝束的直径，借助例如以下文献中的方法迅速拉细：授予Appel等人的美国专利4,340,563及授予Dorschner等人的美国专利3,692,618、授予Matsuki等人的美国专利3,802,817、授予Kinney的美国专利3,338,992及3,341,394、授予Hartman的美国专利3,502,763、授予Dobo等人的美国专利3,542,615。当沉积到收集表面上时纺粘纤维通常是不发粘的并且纤网一般要接受粘合步骤处理，例如，热点粘合、超声波粘合、粘合剂粘合等。纺粘纤维通常为连续状并具有大于7μm，特别是为约10～20μm的平均直径(来自至少10个样品)。纤维还可具有例如描述非常规形状的纤维的美国专利5,277,976，授予Hogle等人；美国专利5,466,410，授予Hills；和5,069,970以及5,057,368，授予Largman等人中所描述的那些形状。纺粘纤维可以是单组分、共轭和/或双组分的，正如本领域技术人员公知的。
这里所使用的术语“熔喷纤维”是指按如下方法成形的纤维：将熔融热塑性材料从多个纤细，通常为圆形的纺丝孔中以熔融丝束形式挤出到逐渐汇聚的高速加热气流(例如空气流)中，气流将熔融热塑性材料丝束拉细，直径变小，可能小到微纤维的直径范围。然后，熔融纤维被高速气流夹带着，最后沉积在收集表面上，形成由散乱分布的熔喷纤维组成的纤网。此类方法，例如公开在授予Butin的美国专利3,849,241中。熔喷纤维属于微纤维，可以是连续的或不连续的，通常小于10μm，且当沉积到收集表面上时通常发粘。
这里所使用的术语“多层层压材料”是指一种层压材料，其中一个或多个层可以是纺粘和/或熔喷的，例如，纺粘/熔喷/纺粘(SMS)层压材料，其它则公开在授予Brock等人的美国专利4,041,203、授予Collier等人的美国专利5,169,706及授予Potts等人的美国专利5,145,727、授予Perkins等人的美国专利5,178,931和授予Timmons等人的美国专利5,188,885。此种层压材料可通过在移动的成形带上顺序地沉积以下的各层制成：首先沉积上纺粘纤维层，然后沉积上熔喷纤维层，最后再沉积上一个纺粘纤维层，随后按如下所述的方式粘合层压材料。替代地，各布料层可以单独地制造，收集成卷，并在单独进行的粘合步骤中合为一体。这些布料的基重为约0.1～约12osy(约6～约400gsm)，或更具体地说约0.75～约3osy。许多领域用的多层层压材料还具有一个或多个可采取许多不同构型的薄膜层，并且可包括其它材料像泡沫塑料、纸巾、机织或针织纤网以及诸如此类。
这里所使用的术语“聚合物”包括但不限于：均聚物；共聚物，如嵌段、接枝、无规及交替共聚物、三元共聚物等；以及上述的共混物及各种改性形式。而且，除非另行具体限定，术语“聚合物”应涵盖该材料所有可能的分子几何构型。这些构型包括但不限于，全同立构、间同立构及无规立构的对称构型。
这里所使用的术语“纵向”或MD是指沿纤网被生产出来的方向的长度。术语“横向”或CD是指布料的幅宽，即，一般垂直于MD的方向。
本文所使用的术语“单组分”纤维是指仅使用一种聚合物由一台或多台挤出机制成的纤维。这意思并不排除由一种聚合物制成，但其中加入了少量添加剂以便达到着色、抗静电性能、润滑、亲水等效果的纤维。这些添加剂，如用于着色的二氧化钛，用量通常小于5wt％，更典型地约2wt％。
本文所使用的术语“共轭纤维”是指由至少2种聚合物经各自的挤出机挤出，但在一起纺丝形成同一根的纤维。共轭纤维有时也叫做多组分或双组分纤维。聚合物通常彼此不同，虽然共轭纤维也可以是单组分纤维。这些聚合物在共轭纤维断面上排列在各自位置基本固定、彼此界限鲜明的区内，并沿共轭纤维的全长连续地延伸。此类共轭纤维的构型(断面排列)可以是，例如皮/芯排列，其中一种聚合物被另一种聚合物包围着，或者可以是并列排列的，或者是“海-岛”排列的。共轭纤维公开在授予Kaneko等人的美国专利5,108,820、授予Krugeger等人的美国专利4,795,668、授予Marcher等人的美国专利5,540,992和授予Strack等人的美国专利5,336,552中。共轭纤维还公开在授予Pike等人的美国专利5,382,400中，并可用来在纤维中产生卷曲，这是利用2(或更多种)聚合物的膨胀和收缩率不同达到的。卷曲纤维也可领域机械手段并采用德国专利DT 25 13 251 A1的方法来生产。就双组分纤维而言，聚合物存在的比例可以是75/25、50/50、25/75或任何其他希望的比例。纤维还可具有例如描述非常规形状的纤维的美国专利5,277,976，授予Hogle等人；美国专利5,466,410，授予Hills；和5,069,970以及5,057,368，授予Largman等人中所描述的那些形状。
本文所使用的术语“双成分纤维”是指由至少2种聚合物从同一挤出机以共混物形式挤出形成的纤维。术语“共混物”的定义可见诸于下文。双成分纤维所包含的各种聚合物成分不是沿纤维的整个横断面面积排列在位置相对固定、彼此界限鲜明的区内，而且，各种聚合物通常也不是沿着纤维的整个长度呈连续状，而是，往往形成随机开始并随机结束的微丝(原纤)或原生原纤。双成分纤维有时也被称之为多成分纤维。这一大类纤维在例如授予Gessner的美国专利5,108,827和5,294,482中有所讨论。双组分及双成分纤维还在教科书《聚合物共混物及复合物》，John A.Manson及Leslie H.Sperling主编，版权1976归Plenum Press所有，Plenum出版公司(纽约)的一个分部，IBSN 0-306-30831-2，PP.273～277。
本文所使用的术语“共混物”，当指聚合物时，是指2种或更多种聚合物的混合物，而术语“合金”是指共混物的一个子类，其中各成分不溶混但经过了相容化处理。“可溶混性”及“不可溶混性”被分别定义为具有负值和正值的混合自由能。再有，“相容化”的定义是改变不可溶混聚合物共混物的界面性能以便制成一种合金的过程。
“粘合梳理纤网”是指一种由短纤维制成的纤网，在制造中，将短纤维送过精梳机或梳理机装置，该装置将短纤维分开并沿着纵向排齐，从而形成大致沿纵向取向的纤维组成的非织造纤网。此种纤维可成包地购进，并放在清棉机上将纤维分开，然后再送入梳理装置。纤网一旦形成，随后用几种已知粘合方法当中的一种或多种将其粘合。此类粘合方法之一是粉末粘合，其中粉末状粘合剂被分布到纤网的整个体积中，然后进行活化，一般利用热空气对纤网和粘合剂加热的办法实现。另一种适宜的粘合方法是花纹粘合，其中用加热的压花机辊或超声粘合设备将纤维粘合在一起，粘合一般仅限于局域粘合花纹内，虽然希望的话，纤网也可沿其整个表面进行粘合。另一种合适并熟知的粘合方法，特别是当采用双组分短纤维时，就是穿透空气粘合。
本文所使用的术语“超声粘合”是指，例如按照授予Bornslaeger的美国专利4,374,888所举出的方法，让非织造布从超声波焊头与砧辊之间通过来完成的方法。
本文所使用的术语“热点粘合”涉及让待粘合纤维的非织造布或纤网从一对或多对诸如加热压花机辊之类加热辊与砧辊之间通过，以实现粘合。压花机辊一般，尽管不总是，带有某种形式的图案，以便使非织造布不是沿其整个表面都发生粘合，而砧辊则通常是光面的。结果，开发出各种各样的压花机辊以便既达到功能的也达到美观的目的。一种花纹的例子具有许多点并且是Hansen and Pennings或“H&P”图案，粘合面积为30％，每平方英寸有约200个粘合点，正如授予Hansen和Pennings的美国专利3,855,046中所描述的。H&P花纹具有方块形的点或针状粘合区，其中每个针的侧边尺寸为0.038英寸(0.965mm)，针与针之间的间距是0.070英寸(1.778mm)，粘合深度0.023英寸(0.584mm)。形成的花纹具有约29.5％的粘合面积。另一种典型的点粘合花纹是扩展型Hansen and Pennings，或“EHP”粘合图案，它能产生15％的粘合面积，其方块形针侧边尺寸为0.037英寸(0.94mm)，针间距0.097英寸(2.464mm)，深度是0.039英寸(0.991mm)。另一种叫做“714”的典型点粘合花纹具有方块针粘合区，其中每个针的侧边尺寸是0.023英寸，针与针的间距为0.062英寸(1.575mm)，粘合深度是0.033英寸(0.838mm)。产生的花纹具有约15％的粘合面积。又一种常用花纹是C-Star花纹，其粘合面积为约16.9％。C-Star花纹带有横向条纹或“灯芯绒”花纹，间或被闪发的星形隔断。其他常见的花纹包括菱形花纹，由重复和略微偏置的菱形组成，粘合面积为约16％，以及波浪线花纹，如该名称所暗示的，看上去类似窗纱，粘合面积为约19％。一般地，粘合面积百分率从布料层压纤网面积的大约10％变化到约30％。正如技术上熟知的，点粘合将层压材料各层维系在一起，同时也通过将每一层内的长丝和/或纤维粘合在一起而赋予每一单个层整体性。
这里所使用的术语“粘合”及其衍生词并不排除作为粘合结构一部分的粘合要素之间的插入层，除非上下文要求不同的含义。
这里所使用的术语“个人护理制品”一般指用于吸收和/或处置体液的吸收制品，包括但不限于，尿布、训练裤、泳装、吸收性内裤、成人失禁用品和女性卫生制品。它也包括兽医、医疗和丧葬用吸收制品。
这里所使用的术语“防护盖布”是指车辆，如汽车、卡车、船只、飞机摩托车、自行车、高尔夫小车等的盖布，设备，通常被放在露天的，盖布，例如，烧烤炉、庭园和园艺设备(割草机、旋转碎土机等)以及草坪家具的盖布，乃至地板覆盖物、桌布和野餐区域覆盖物。它也包括医疗用覆盖物，例如，手术被单和罩衫等。
发明详述
现在来看图1，其中画出本发明一种实施方案的示意图，它采用一个砧辊和4个卫星辊，其中为清楚起见，沟槽被大大地放大了。如图所示，砧辊10包括围绕其圆周的一系列沟槽12，它们可从辊的一端延伸到另一端或者它们可仅延伸在一部分辊长上，取决于预定的用途。处于与砧辊10的沟槽表面呈工作咬合的是一系列卫星辊14、16、18和20，各具有围绕圆周的沟槽22、24、26和28，它们的壁或翅片的形状和位置恰好可啮合或配合到砧辊10的沟槽12内。这些沟槽也沿着任何一个或全部卫星辊的全长连续延伸或者沿任何一个或全部卫星辊的长度部分地延伸。还有，要求的话，为沿纤网幅宽提供可变松紧性能，翅片或沟槽壁的高度可从一个或全部卫星辊的一端变化到另一端。可采用的卫星辊数目并不严格要求，但卫星辊优选应适应移动进入和脱开咬合，以便使数目和咬合程度轻易地根据要求变化。卫星辊旋转的方向与砧辊的相反，且期望地以与要求的有效咬合相匹配的速度由一个或多个马达(未画出)驱动。
现在看图2，图中表示出图1设备的放大视图，表明卫星辊啮合翅片伸入到砧辊沟槽中的程度从一个卫星辊到另一个变化的能力。如图所示，翅片砧辊沟槽12通过与卫星辊14和16的22和24啮合而咬合，从而在操作中随着纤网穿过钳口202和204而对纤网100施加拉伸力。在此种情况下，卫星辊14的翅片22伸入到砧辊12的配合沟槽内的程度比卫星辊16的翅片24伸入得少。这样一来，沿纵向施加在纤网100上的力便可逐渐增加，从而减少纤网撕破或损伤的倾向，同时仍拉伸到很高的程度。显然，以此种方式改变配合的咬合深度可在任何一个或全部卫星辊上实现，并且根据要求可以任何增加或减少咬合程度的顺序实施。
转向图3，其中表示一种替代布置的示意图。图1和2的安排趋于沿横跨纤网幅宽排列的许多固定线对纤网施加多次冲击，因为纤网在砧辊上的位置基本上维持不变。虽然这对于许多用途来说是期望的，但在某些情况下期望的是，前后相继的冲击线不断改变位置或者总地呈随机分布。图3表示一种达到此种效果的实施方案。在此种情况下，纤网100由于穿过位于卫星辊14和16之间的惰辊300而与砧辊10分离。结果，当纤网100返回到钳口204时，它在砧辊10上的位置发生改变，在钳口204处施加的第二冲击线将从在钳口200处施加的原冲击线发生位移。这样一来，虽然纤网总体上可拉伸到同一程度，但纤网100具有更多的表面面积受到拉伸并且拉伸力在纤网中分布得更宽。显而易见，惰辊或其它分离纤网的装置可出现在围绕砧辊10的各种不同的要求部位。
图4画出一种获得此种按照本发明的多冲击线的不同装置。在此种情况下，沟槽皮带替代了砧辊，多个冲击辊排成一列对皮带沟槽施加工作冲击。如图所示，无端皮带400沿围绕一个或多个辊402的环运动，这些辊中任何一个或全部由已知手段(未画出)驱动。沟槽辊404的啮合翅片406不断转动，与皮带400的沟槽408啮合而提供施加在纤网710上的拉伸力，同时纤网从惰辊416一侧通过并穿过钳口412和414。拉伸后的纤网410随后可越过惰辊418以便卷绕和/或进一步加工。正如图1的实施方案一样，可改变啮合辊数目和咬合深度以达到要求的效果。仍如同将看到的，纤网可与皮带分离，以达到如同在图3的实施方案中所讨论的随机冲击线。
图5画出一种本发明的实施方案，其中砧辊和卫星辊中的沟槽同心地围绕着各辊，因此纤网受到沿幅宽或横向的拉伸。如图所示，砧辊500包括沟槽502并处于分别与卫星辊504、506，以及还有508和510之间工作咬合的状态。如同前面的实施方案一样，将清楚地看出，压花辊数目和各个辊的咬合深度可以变化，并且各辊还可部分或完全地带有沟槽，以便按要求从一端到另一端在不同程度上提供沿辊长分区的或者完全的拉伸。
图6是例如图5实施方案的咬合钳口的局部放大断面视图，显示纤网经过的路线。虽然为了将钳口表示得更清楚，纤网620的路径仅表示出其跨过钳口时的一部分，但显然，纤网将可以并且在正常情况下将沿整个钳口宽度延伸，正如，例如，图2和3所示。如图所示，砧辊500的沟槽502啮合并容纳卫星辊504的沟槽508之间的翅片610。在此种情况下的啮合将在各个沟槽壁610、612之间维持间隙W，该间隙比纤网620的厚度宽，结果，纤网在不受压缩的情况下接受拉伸。如图所示，H表示壁高，而E代表咬合深度。每英寸的沟槽数目，N，通过数出沿辊筒每英寸从峰顶到峰顶的壁数，有时亦称作“节距”来测定。
图7是包括本发明拉伸加工和设备的整个薄膜/非织造布层压工艺的示意图。如图所示，纺粘非织造布710的成形过程包括：从聚合物料斗714向挤出机喂料，并从长丝成形机718纺出连续长丝716到纤网成形机720上。获得的纤网710在由花纹辊724和砧辊726构成的压花机辊隙722被粘合，其中一个或两个辊可加热到热粘合温度。粘合后，纤网710按照本发明利用具有沟槽砧辊742和卫星辊744的卫星沟槽辊拉伸装置711进行拉伸，并在粘合剂站734处在纤网上施加粘合剂。薄膜728通过从聚合物料斗732向挤出机730喂料并流延到骤冷辊733上而成形。薄膜728随后由纵向取向机(MDO)731拉伸，然后薄膜与纺粘非织造布在维持要求粘合剂粘合温度的辊738、740之间的辊隙736处合并。随后，层压材料被导入纵切机760，如果要求分切的话，然后到温度控制段770，按要求接受骤冷、回缩和/或退火。最后，层压材料被导入到卷绕机746或者，任选地，送至进一步加工。为拉伸层压材料，卫星沟槽辊系统可移至成分层粘合以后的位置，要求的话。而且，一个或多个成分层可如同层压材料那样单独拉伸并作为层压材料按照本发明拉伸。
节距和沟槽数目可在宽范围内变化来达到所要求的效果。例如，在薄膜和非织造布的轻薄层压材料经拉伸制造个人护理制品，如背衬成分的情况下，使用的沟槽数目可介于约3～约15个每英寸，尽管更多或更少也可以想象，例如，少至1个每10英寸。对于此种用途重要的是，应避免材料的压缩，啮合沟槽的形状应根据上述目的来选择。另外，沟槽啮合时的咬合深度也可按照上面讨论的那样变化，以达到所要求的拉伸度。本发明的特征是，可分步咬合在局部区域达到高拉伸度，从而避免一次、猛烈的冲击可能导致娇嫩材料的损伤。
诸辊可由满足预定使用条件的钢或其它材料制造，正如本领域技术人员所了解的。还有，所有辊筒不一定要使用一样的材料，例如，砧辊可由硬橡胶或其它富于回弹的材料制造以便在较柔和的条件下冲击柔性纤网。在皮带砧辊实施方案中，皮带也可由各种材料制成，例如，模塑天然或合成化合物，由高拉伸强度纤维或长丝像玻璃纤维，来增强。其挂面可浸渍尼龙或包以耐用机织织物以增加耐磨和延长皮带寿命。一个或多个辊或砧辊表面的温度可通过加热或冷却来控制，也可改变拉伸条件。在层压材料成形的情况下，一个或多个成分层可引入到前后相继的冲击辊之间以产生施加在一个或多个成分层上的不同程度的拉伸。
在很大程度上，被处理的材料将决定所要求的设备构型。例如，厚重材料的处理可能要求比轻薄材料的那些参数大的沟槽间距和高度。弹性材料可能也意味着可增加尺寸而不会损伤纤网；然而，在层压材料的情况下，弹性较小的成分将也是一个考虑因素。
本领域技术人员也清楚，双轴拉伸可由顺序采用纵向拉伸装置和横向拉伸装置或者，希望的话，反过来，来实现。
实例
下面将通过实施例来说明本发明，然而，它们仅仅是例子，不拟限制本发明，本发明由所附权利要求及其等同物规定。修改和替代方案在本领域技术人员看来是显然的，都应包括在本发明要求保护的范围之内。
诸实例由设备在下列条件下实施，除非在实例中另行指出。
条件
制造了钢制、尺寸为66cm(26英寸)长的啮合辊。4个直径27cm(10.6英寸)的卫星沟槽辊安装在直径45cm(17.85英寸)的中心沟槽辊周围。凹槽和对应的壁或翅片大致如图5所示沿径向成形在围绕辊筒圆柱形表面的一周。沟槽之间的间距为约0.31cm(0.1250英寸)，深度为约0.51cm(0.20英寸)。凹槽半径为约0.10cm(0.040英寸)，凹槽之间的峰顶或翅片半径为约0.04cm(0.015英寸)。所有辊都是双层壳构造的，以便让加热流体如乙二醇和水的混合物压过辊筒并提供加热表面。诸辊筒沿轴线对准(也就是所有辊筒的纵轴平行对齐)地安装，从而使卫星辊翅片的峰顶对齐砧辊凹槽。诸辊筒被安装在轴承上并固定在机架内，卫星辊大致按照图7所示位置安装在机架内。下表1中的钳口1由辊743和砧辊742构成；钳口2由辊744和砧辊742；钳口3由辊747和砧辊742；以及钳口4由辊745和砧辊742构成。卫星辊和轴承安装在沿离开中心辊、横向移开的滑板上。每个卫星辊滑板由2个机械制动器和一个空气马达驱动，从而让卫星辊从中心辊移开约6英寸以便穿入纤网(生头)并使它们能精确地调节到中心辊中以控制沟槽咬合深度。
实例1
在实例1中，制造了一种薄膜/非织造布层压材料。薄膜层包含分散在载体树脂中的碳酸钙，以及弹性体稀释树脂。采用一种碳酸钙，例如，由OMYA公司(North America of Proctor，Vermont)以商品名OMYACARB2 SST供应，其平均粒度为2μm，(粒度)截顶线8～10μm，以及约1％硬脂酸涂层。碳酸钙(75％)和载体树脂(25％)，Dowlex2517 LLDPE(线型低密度聚乙烯)(ASTM 1238，条件E熔体指数25，密度0.917g/cc)的配混料，随后在单螺杆传统挤塑机中与33％Septon 2004SEPS三嵌段热塑性弹性体稀释树脂进行混炼，从而提供一种50.25wt％的最终碳酸钙浓度。Dowlex聚合物由道化学(美国)公司(Midland，密歇根)供应。Septon聚合物由Septon公司(美国)(Pasadena，Texas)供应。
此种制剂通过以63 gsm的未拉伸基重被流延到设定在38℃(100°F)的骤冷辊上而成形为薄膜。薄膜利用纵向取向机(MDO)拉伸其原长的3.6倍，随后回缩35％至33.9gsm的拉伸基重。这里在提到将薄膜拉伸3.6倍时指的是，薄膜具有，例如，1米的初始长度，如果拉伸3.6倍，将具有3.6m的最终长度。薄膜被加热到52℃(125°F)的温度并以141.4m/min(464英尺/分钟)的线速度送过MDO以拉伸该薄膜。随后，薄膜在71℃(160°F)以103.6m/min(340英尺/分钟)的线速度跨越多个辊筒接受退火。
该纤维非织造纤网是一种0.45osy纺粘纤网，由Exxon 3155聚丙烯制成(ExxonMobil公司生产)，其制备方法大致如授予Haynes等人的美国发表的专利申请US 2002-0117770，在此全文收作参考，中所述，并采用金属丝波纹图案，顾名思义像窗纱似的花纹，进行粘合，粘合面积为约15％～约20％，每平方英寸有约302个粘合点。
该纤维非织造纤网被引入到所有4个布置成大致如图1所示的由卫星构型的啮合沟槽钢辊构成的钳口中，只是该卫星和砧辊的沟槽按照如图5所示方式呈同心排列。每个辊的长度约66cm(26英寸)，卫星沟槽辊的直径约27cm(10.6英寸)，而主中心沟槽辊的直径为约45cm(17.85英寸)。成形的每个沟槽的深度为0.51cm(0.200英寸)，峰顶到峰顶的距离0.31cm(0.125英寸)从而造成3.4倍的最大牵伸比。在该实例中，纺粘纤网以103.6m/min(340英尺/分钟)的速度沿横向(CD)拉伸至2.24倍最大牵伸比或124％。将纤维非织造纤网加热至110℃(230°F)的温度，同时它随后被送过4个介于沟槽辊之间的温度控制的钳口，钳口设定的啮合咬合深度分别为：#1钳口1.27mm(0.050英寸)；#2钳口1.905mm(0.075英寸)；#3钳口2.54mm(0.100英寸)和#4钳口3.175mm(0.125英寸)。纺粘纤网在卫星沟槽辊装置和层压装置之间沿纵向拉伸8％，导致其CD宽度维持在53.34cm(21英寸)的其原来幅宽。
这2层的层压是采用熔体喷洒粘合剂口型按照粘合剂层压方法实现的。以Rextac 2730 APAO为主要成分的粘合剂，由Huntsman聚合物公司(Odessa，Texas)生产，被熔融至177℃(350°F)的温度并按照1.5gsm施涂量施涂到纺粘片材上。随后，拉伸的纺粘纤网和薄膜片材一起穿过惰辊而合并在一起，惰辊提供足以保证充分接触的压力并由沟槽辊装置提供约110.6m/min(363英尺/分钟)的速度和8％牵伸比。
随后，该层压材料在层压装置与退火装置的第一辊之间沿纵向极小地回缩2％，结果维持了其53.34cm(21英寸)的幅宽。随后，层压材料利用4个温控辊进行退火。这里，以纺粘侧接触辊筒的层压材料在2个辊筒上被加热到82℃(180°F)，随后在下2个辊筒上冷却至16℃(60°F)，从而使最终CD松紧材料的性能固定下来。最后，该材料以极小的回缩送到卷绕机，达到48gsm的最终基重。
对比例1
在对比例1中，制造了一种薄膜/非织造布层压材料。薄膜层和纤维非织造纤网与实例1中使用的相同，只是纺粘纤网仅利用1个钳口而不是4个钳口拉伸。纺粘纤网以3.175mm(0.125英寸)的咬合深度设定值穿过钳口#1。
2层的层压按照与实例1相同的方式和在相同的条件下实施。
层压材料的加工也是按照与实例1相同的方式和在相同的条件下实施。结果发现，在拉伸步骤期间造成纺粘纤网的分裂，粘合点破裂，导致纤网严重受损。
对比例2
在对比例2中，制造了一种薄膜/非织造布层压材料。薄膜层和纤维非织造纤网与实例1中使用的相同，只是纺粘纤网仅利用1个钳口而不是4个钳口拉伸。这次，纺粘纤网以3.175mm(0.125英寸)的咬合深度设定值穿过钳口#4，从而造成在沟槽拉伸前纺粘纤网与砧辊接触而被加热。
2层的层压按照与实例1相同的方式和在相同的条件下实施。
层压材料的加工也是按照与实例1相同的方式和在相同的条件下实施。
在对比例2中，纺粘纤网在沟槽辊装置的钳口#4处破坏。这是由于在卫星沟槽辊装置与层压装置之间8％纵向拉伸造成的较高纤网张力所致。
如下表所示，采用卫星沟槽辊设计，纺粘纤网按照本发明进行拉伸，产生的应变速率比单个拉伸步骤材料低。
循环试验：
材料采用循环试验程序进行试验以确定载荷损失和永久变形百分数。具体地说，采用2循环试验至70％的规定伸长。在本试验中，样品尺寸，沿MD为3英寸，乘上沿CD，6英寸。夹具尺寸是3英寸宽。夹具距离是4英寸。样品加载后，使样品的横向处于竖直方向。加上大约10～15g预载荷。该试验以20英寸/分钟(500mm/min)将样品拉伸至70％伸长(2.8英寸加上4英寸间距)，然后立即(不停)令其返回零点(4英寸的隔距)。试验重复该循环直至5次，并取50％的值。试验的结果全部取自第一和第二循环。试验是在Sintech公司的恒速拉伸试验机2/S上进行的，带有Renew MTS mongoose box(控制器)，采用TESTWORKS4.07b软件(Sintech公司，Cary，NC)。试验在环境条件下进行。这里所使用的术语“永久变形百分数”是材料在经过循环以后从其原来长度被拉长的程度的度量(循环试验后立即测定的变形)。永久变形百分数是循环回缩曲线与伸长轴线的交点和应变为0的位置(在循环试验终点)。
“载荷损失”值这样测定：首先将样品沿特定方向(例如，CD)拉伸至给定百分数(例如，70，或100％，如表中指出)规定伸长，然后让样品回缩至反抗力为零的程度。该循环重复第二次，并算出在给定伸长，例如，在50％伸长的载荷损失。读出在50％伸长水平的数值，并将其用于计算。为本申请的目的，载荷损失按下式计算：
100X循环1伸长张力(在50％伸长)-循环2回缩张力(在50％伸长)，将它们整个除以循环1伸长张力(在50％伸长)
就本申请所反映的试验结果而言，规定伸长是70％，除非另行指出。上行值是在拉伸期间采集的，而下行值是在回缩期间取的。下面描述确定载荷损失的实际试验方法。
上面描述的实例和对比例的样品接受2-循环滞后试验，收集应变和强度数据，并从沟槽辊装置收集加工电流数据。结果载于下表：
                        表
工艺数据
实例   沟槽啮合深度(英寸)     辊#1安培     沟槽啮合深度(英寸)     辊#2安培    沟槽啮合深度(英寸)     辊#3安培     沟槽啮合深度(英寸)     辊#4安培     主辊安培
    1C1C2     0.0500.1250.000     75％131％-     0.0750.0000.000     75％--     0.1000.0000.000     94％--     0.1250.0000.125     94％131％     97％94％86％
材料性能
    1st载荷@50％上行/gf   1st载荷@50％下行/gf 2nd载荷@50％上行/gf  2nd载荷@50％下行/gf 载荷损失 ％永久变形
实例1     287     140     199     133   53   11.8
对比例1，2     ****     ****     ****     ****   ****   ****
****由于加工期间严重损伤而无法试验。
上表表明，本发明提供，与传统沟槽拉伸相比，获得期望拉伸性能但不造成破坏性瑕疵的能力。
虽然已结合本发明具体实施方案详细描述了本发明，但要知道，可在其基础上做出许多修改、增加和删除却仍不偏离下面权利要求中规定的本发明的精神和范围。

Claims (22)

1、递增拉伸片材的方法，包括下列步骤：
a.提供一种柔性片材；
b.提供一种具有在其中形成的沟槽的成形表面；
c.提供多个配合表面，表面上具有翅片，其分布恰好配合到所述成形表面的沟槽中；
d.在成形表面和配合表面之间形成前后相继的钳口，其中配合表面的翅片进入成形表面分开位置上的成形表面沟槽内；
e.将所述片材喂入到前后相继的钳口中，同时维持所述片材相对于所述成形表面的位置；以及
f.通过趁所述片材在前后相继的钳口内时让翅片进入成形表面沟槽内，沿片材上多条线多次拉伸所述片材。
2、权利要求1的方法，其中所述前后相继配合表面的翅片在不同程度上进入各个前后相继的钳口的沟槽内，从而给不同钳口处的所述片材提供不同拉伸度。
3、权利要求1的方法，其中所述成形表面是鼓，而所述多个配合表面是卫星辊，位于相对于所述鼓的不同部位。
4、权利要求1的方法，其中所述成形表面是皮带，而所述翅片包含位于相对于所述皮带的不同部位的辊。
5、权利要求1的方法，其中所述片材包含非织造纤网。
6、权利要求1的方法，其中所述片材包含薄膜。
7、权利要求5的方法，其中所述片材包含层压材料，该层压材料包含薄膜和非织造纤网。
8、权利要求1的方法，其中所述片材沿纵向被拉伸。
9、权利要求1的方法，其中所述片材沿横向被拉伸。
10、权利要求1的方法，其中所述拉伸沿着每英寸约3～每英寸约15的频率的线进行。
11、权利要求1的方法，其中所述片材的基重为约10gsm～约150gsm。
12、权利要求1的方法，它还包括，在至少一对所述钳口之间至少一次地，将所述片材与所述支撑表面分离并将它返回到所述支撑表面上的步骤。
13、一种借助多次冲击递增拉伸纤网的设备，包括：
a.提供柔性纤网的装置；
b.具有在其中形成的沟槽的成形表面；
c.将所述柔性片材沉积在所述成形表面的装置；
d.多个钳口形成装置，该装置具有适于运动地配合到所述成形表面沟槽内的翅片，从而造成多个钳口；
e.将所述成形表面上的所述片材喂入到所述多个钳口中的装置；
f.使所述钳口形成装置与所述成形表面上的所述片材咬合从而导致所述翅片进入成形表面沟槽内并拉伸所述片材的装置。
14、权利要求13的设备，其中所述支撑表面包含砧辊，而所述钳口形成装置包含多个卫星辊。
15、权利要求13的设备，还包括调节所述钳口形成装置的翅片进入所述沟槽的距离的装置。
16、权利要求13的设备，其中所述支撑表面包含皮带。
17、权利要求13的设备，其中所述成形表面沟槽和所述钳口形成装置翅片相配，以便沿纵向拉伸所述纤网。
18、权利要求13的设备，其中所述成形表面沟槽和所述钳口形成装置翅片相配，以便沿横向拉伸所述纤网。
19、权利要求13的设备，其中至少一个所述钳口成形装置的翅片适于沿所述片材横向从所述钳口形成装置一端到另一端不同程度地进入所述成形表面沟槽内。
20、权利要求13的设备，其中所述翅片的间距为每英寸约3～每英寸约15。
21、权利要求13的设备，还包括在所述多个钳口的至少一对之间将所述片材与所述成形表面分离并将它返回到所述成形表面上的装置。
22、按照权利要求1的方法拉伸的片材。
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