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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft flächige Materialien, die eine
Substanz zum Auftragen auf eine Zieloberfläche enthalten. Spezieller betrifft
die vorliegende Erfindung solche Materialien, bei denen die Substanz
von dem flächigen
Material freigesetzt und auf der Zieloberfläche verteilt werden kann.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Auf
dem Fachgebiet der Abgabetechnik sind Artikel entwickelt worden,
die mit nützlichen
Substanzen beschichtet oder imprägniert
sind, die zur Verwendung vorgesehen sind, wenn der Artikel in Kontakt
mit einer Zieloberfläche
kommt. Während
es Vorteile bietet, wenn sich die Substanz auf oder in der Nähe der Oberfläche solcher
Artikel befindet, ist es häufig
ein Nachteil, dass die nützliche
Substanz ungeschützt
ist und vor der beabsichtigten Verwendung unbeabsichtigtem Kontakt
ausgesetzt ist. Unbeabsichtigter Kontakt kann zur Kontamination
der Substanz, Verlust an andere Oberflächen als die gewünschte Zieloberfläche und/oder
Kontamination solch anderer Oberflächen mit der Substanz führen.
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Ein
Ansatz zum Umgang mit solchen Problemen schließt die Verwendung von Schutzverpackungen
für den
Artikel ein, wie einer Hülle,
einem Umschlag oder einer anderen Umhüllung. Zum Beispiel beschreibt
US-Patent Nr. 3,396,894 (Raychem)
einen Applikator zum gleichzeitigen Auftragen einer Vielzahl von
Lotkörpern
oder von anderem wärmeschmelzbaren
Material, wobei die Körper
des Materials in durch Wärme
rückstellbaren
Bechern angeordnet sind, die aus einem flächigen Material gebildet oder
darauf positioniert sind; wenn Wärme
an die Becher angelegt wird, werden diese zurückgestellt, das wärmeschmelzbare
Material schmilzt, und das sich zurückstellende Bechermaterial
zwingt das wärmeschmelzbare
Material hinaus in den Kontakt mit den zu verlötenden oder anderweitig zu
verbindenden Gegenständen.
Obwohl sich eine solche Schutzverpackung zum Erhalten der Integrität und des
Zustands der Substanz als wirksam erwiesen hat, ist es abhängig von
der Natur der Substanz häufig
der Fall, dass variierende Mengen der Substanz auf den zum Artikel
weisenden Oberflächen
der Verpackung verbleiben, wenn diese vom Artikel entfernt wird,
was eine ineffiziente Verwendung der Substanz bewirkt. Außerdem trägt eine
solche Verpackung zusätzliche Kosten
zum Gesamtpreis des Artikels bei, die dessen Wert nicht steigern.
Dieser Ansatz stellt auch kein Verfahren zur Steuerung der Gleichmäßigkeit
der Dicke der Substanz bereit, da das Produkt (die Substanz) bei
Transport, Lagerung oder beim Öffnen
der Hülle,
des Umschlags oder einer anderen Umhüllung ungleichmäßig auf
der Trägeroberfläche verschmiert werden
kann.
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Auf
dem Fachgebiet der Klebebänder,
Etiketten und anderer Artikel, die Haftkleber verwenden, um eine
mit Klebstoff beschichtete Oberfläche an eine Zieloberfläche zu befestigen,
wurde das Problem eines vorzeitigen Kleben an der Zieloberfläche festgestellt.
Das heißt,
bevor die mit Klebstoffbeschichtete Oberfläche korrekt über einer
Zieloberfläche
positioniert werden kann, verursacht ein unbeabsichtigter Kontakt
des Klebstoffs mit der Zieloberfläche ein vorzeitiges Kleben
an einer oder mehreren Stellen, wodurch die richtige Positionierung
behindert wird. Ein vorzeitiges Kleben kann auch eine Verunreinigung
oder Funktionsminderung des Klebstoffs vor der letztendlichen Positionierung
auf der Zieloberfläche
verursachen.
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Ein
Ansatz, um diesem Problem zu begegnen, schließt die Verwendung von Abstandshaltern auf
einer Materialoberfläche
ein, zwischen denen sich Klebstoff oder klebrige Elemente befinden.
Zu Abstandshaltern gehören
jegliche Mittel, die sich von einer Klebeoberfläche nach außen erstrecken, die zuerst
berührt
wird, bevor die Klebeoberfläche
freigelegt wird, so dass sie von einer anderen Oberfläche berührt werden
kann. Solche Abstandshalter können entweder
verformbar sein oder können
auf der Verformung der Zieloberfläche basieren, um einen Kontakt
zwischen dem Klebstoff und der Zieloberfläche zu ermöglichen.
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Die
japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer
JP-A-03002292 (Masaya) beschreibt
eine Klebstoffvorrichtung, die mehrere parallele lineare Vorsprünge und
Vertiefungen auf einem Papiersubstrat umfasst. Eine klebrige Klebstoffschicht
wird innerhalb der Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen oder
von diesen umgeben gebildet. Außerdem
haben die Vorsprünge
einen nicht klebenden Scheitelpunkt, und die freiliegende Oberfläche der klebrigen
Klebstoffschicht befindet sich unter dem Niveau des Scheitelpunkts.
Wenn eine solche Vorrichtung schwach gegen eine Oberfläche gehalten
wird, haftet sich nicht daran; wenn die Vorrichtung jedoch stark
gegen eine Oberfläche
gepresst wird, kommt die klebrige Klebstoffschicht mit der Oberfläche in Kontakt
und befestigt die Vorrichtung daran.
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Die
japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer
JP-A-0 7246216 (Masaki et
al.) beschreibt ein Klebstreifen-Befestigungsmittel, das aus einem
Band-Teil und einem
Haftklebstoffteil besteht. Der Haftklebstoffteil umfasst wiederum
eine Oberfläche,
die mehrere darüber
verteilte Vorsprünge
und Vertiefungen aufweist und bei der die Vertiefungen Flächen aufweisen,
die mit Haftklebstoffen beschichtet sind. Die Vorsprünge werden
zusammengedrückt
und verflacht, und die Haftklebstoffflächen werden zur vorderen Oberfläche hin
ausgedrückt,
wenn das Klebeband gegen das andere Teil gedrückt wird, wodurch das Klebeband
abziehbar angeklebt wird. In einem solchen Fall ist das Band so geformt,
dass die Summe der elastischen Erholungskraft der Vielzahl von zusammengedrückten hervorstehenden
Teilen die Summe der klebrigen Haftkraft der Haftklebstoffflächen nicht übersteigt.
Da die hervorstehenden Teile vorderhalb der Haftklebstoffflächen vorhanden
sind, wird das unnötige
Haften des Fremdmaterials an den Haftmittelflächen reduziert.
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Obwohl
sich Ansätze
dieser Art bei Klebstoffen bewährt
haben, sind solche Materialien in der Regel so ausgelegt, dass der
Klebstoff an der Materialoberfläche
haften bleibt, statt mindestens teilweise an die Zieloberfläche übertragen
zu wer den. Außerdem
bleibt der Klebstoff in der Regel im Wesentlichen in seiner ursprünglichen
Position relativ zur Zieloberfläche,
so dass es einer diskontinuierlichen oder unterbrochenen Klebstoffschicht
nicht gelingt, die Zieloberfläche
gleichmäßig zu berühren oder
zu beschichten.
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Dementsprechend
wäre es
wünschenswert, ein
flächiges
Material bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Substanz an
eine Zieloberfläche
zu übertragen
und abzugeben, um die Zieloberfläche
zu behandeln, während
das Material in Kontakt mit der Zieloberfläche ist, und/oder die Substanz
sogar nach der Entfernung des flächigen
Materials auf der Zieloberfläche
zu hinterlassen.
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Es
wäre auch
wünschenswert,
solch ein Material bereitzustellen, das die Substanz vor der Platzierung
auf der gewünschten
Zieloberfläche
vor unbeabsichtigtem Kontakt schützt.
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Es
wäre ferner
wünschenswert,
solche ein Material bereitzustellen, das die Verteilung der Substanz
auf der Zieloberfläche über die
Fläche
der ursprünglichen
Platzierung hinaus erleichtert.
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Es
wäre ferner
wünschenswert,
solche ein Material bereitzustellen, das die Verteilung der Substanz
auf der Zieloberfläche
ohne Kontakt des Benutzers mit der Substanz erleichtert.
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Es
wäre außerdem wünschenswert,
solche ein Material bereitzustellen, das problemlos und wirtschaftlich
mit einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein selektiv aktivierbares flächiges Material
zur Abgabe und Verteilung einer Substanz auf einer Zieloberfläche bereit.
Das flächige
Material umfasst eine dreidimensionale Materiallage mit einer ersten
Seite und einer zweiten Seite. Die erste Seite weist eine Vielzahl
von hohlen Vorsprüngen
auf, die sich von dieser nach außen erstrecken und voneinander durch
Vertiefungen getrennt sind, während
die zweite Seite eine Vielzahl von Eintiefungen aufweist, die den
hohlen Vorsprüngen
entsprechen. Eine Substanz haftet an einer Stelle und füllt diese
teilweise, wobei die Stelle vor externem Kontakt geschützt ist,
da sie die Vertiefungen und/oder die Eintiefungen umfasst. Das flächige Material
kann selektiv aktiviert werden, indem die hohlen Vorsprünge umgeformt
werden, um die Substanz an eine Zieloberfläche abzugeben, wobei die Substanz bei
Aktivierung eine effektive Viskosität hat, die es erlaubt, dass
die Substanz von der geschützten
Stelle freigesetzt und an die Zieloberfläche abgegeben wird. Zu geeigneten
Substanzen gehören
Reinigungsmittel, medizinische Mittel, Weichmacher, Schmiermittel,
Farbstoffe, Konservierungsstoffe, Schutzstoffe, Gewürze, Klebstoffe,
Duftstoffe, schweißhemmende
Mittel, Deodorants und Kombinationen davon.
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Die
vorliegende Erfindung schließt
auch solche Materialien mit zwei oder mehr Substanzen diverser Zusammensetzung
ein, und Substanzen, die bei Aktivierung eine Abnahme der effektiven
Viskosität
durchlaufen (wie strukturviskose Substanzen) sind besonders bevorzugt.
Zusätzliche
Schichten von porösem
Material können
auch auf der dem flächigen
Material gegenüberliegenden
Seite der Substanz verwendet werden, so dass die Substanz durch das
poröse
Material hindurch abgegeben werden kann. Poröse Materialien können eine
zusätzliche nutzbringende
Wechselwirkung mit der Substanz, einschließlich verbesserter Verteilung
und Dispergierung, bereitstellen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Obwohl
der Anmeldetext mit Ansprüchen schließt, die
die vorliegende Erfindung genau darstellen und ausdrücklich beanspruchen,
wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung anhand der folgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden
wird, wobei gleiche Bezugszahlen identische Elemente bezeichnen
und wobei:
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1 ist
eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die ein Materialstück
offenbart, das stumpfe kegelförmige Vorsprünge aufweist,
die von einem vernetzten Substanzmuster umgeben sind;
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2 ist
eine vergrößerte Teildraufsicht
auf das Material von 1, die eine Anordnung von Vorsprüngen zeigt;
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3 ist
eine Aufrissschnittansicht des Materials von 2, vorgenommen
entlang der Schnittlinie 3-3, die die Vorsprünge zeigt, die als Abstandshalter
für eine
Substanzschicht zwischen Vorsprüngen
wirken, so dass eine Zieloberfläche,
die die äußersten
Enden der Vorsprünge
berührt,
nicht die Substanzschicht berührt;
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4 ist
eine Aufrissschnittansicht, die 3 ähnlich ist
und die die Wirkung des Drückens des
Materials gegen die Zieloberfläche
zeigt, so dass sich Vorsprünge
durch in Wesentlichen Umkehren und/oder Zerdrücken verformen, um zu erlauben, dass
die Substanzschicht zwischen Vorsprüngen die Zieloberfläche berührt;
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5 ist
eine schematische Ansicht eines geeigneten Verfahrens zum Herstellen
eines Materials der vorliegenden Erfindung, die ein Formsieb als Band,
das um eine Vakuumtrommel und eine Antriebsriemenscheibe gewickelt
ist, zeigt;
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6 ist
eine schematische Ansicht eines anderen geeigneten Verfahrens zum
Herstellen des Materials der vorliegenden Erfindung, ähnlich dem Verfahren,
das in 5 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass eine Folie
direkt auf die Formtrommel extrudiert wird und eine Tintenstrahlvorrichtung
(mehrere Druckdüsen)
von außerhalb
der Trommel gesonderte Portionen der Substanz in Eintiefungen der
hohlen Vorsprünge
spritzt;
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7 ist
eine Aufrissschnittansicht des Materials gemäß der vorliegenden Erfindung,
das aus dem Verfahren von 6 resultiert,
wobei 7 die Substanzportionen, die an beiden Seiten
des geformten Materials angebracht sind, zeigt, wobei beide Substanzen
durch dieselben Abstandshalter-Vorsprünge geschützt werden;
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8 ist
eine Aufrissschnittansicht eines anderen Materials gemäß der vorliegenden
Erfindung, das mit dem Verfahren von 6 hergestellt
werden kann;
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9 ist
eine Aufrissschnittansicht des Materials, das mit dem Verfahren
von 5 oder mit dem Verfahren von 6 gebildet
wird, wobei 9 die bevorzugten Dimensionsbeziehungen
von Vorsprüngen
zeigt; und
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10 ist
eine andere Ausführungsform
eines Materials gemäß der vorliegenden
Erfindung, einschließlich
eines porösen
Materials, das die geschützte
Substanz überspannt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie
hier verwendet, wird der Begriff „selektiv aktivierbar" verwendet, um Materialien
zu bezeichnen, die im Wesentlichen nichtaktive Eigenschaften aufweisen,
wenn sie in Kontakt mit Zieloberflächen gebracht werden, bis durch
einen Benutzer Maßnahmen
ergriffen werden, um das Material zu „aktivieren", um eine Substanz
freizusetzen und abzugeben. Dementsprechend unterscheiden sich selektiv
aktivierbare Eigenschaften von permanent aktiven Materialstreifen,
die entweder die Substanz in einer ständig bereiten Ausrichtung halten
oder auf der Entfernung von Abziehmaterialien (in der Regel mit
Silikon beschichtete Papierstreifen) oder Umhüllungen beruhen, um die Substanz
für den
Gebrauch freizusetzen.
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Die
selektive Aktivierung solcher Materialien ermöglicht es dem Benutzer, einander
gegenüberliegende
Oberflächen
vor dem Durchführen
der Aktivierung entsprechend zu positionieren sowie die Wahrscheinlichkeit
einer Verunreinigung der Substanz zu minimieren. Diese Eigenschaft
erlaubt, dass das Material auf jede gewünschte Weise gehandhabt werden
kann, ohne auf die Schwierigkeiten eines vorzeitigen Kontakts der
Substanz mit sich selbst oder anderen Teilen des flächigen Materials
oder der Zieloberfläche
zu stoßen,
und ohne die Notwendigkeit an separaten Freisetzungsfolien, Abziehpapieren,
Abstandsmaterialien oder Ähnlichem.
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Obwohl
Materialien erfindungsgemäß mit zwei
aktiven Seiten oder Oberflächen
versehen werden können,
falls es für
spezielle Anwendungen gewünscht
wird, ist es erfindungsgemäß gegenwärtig bevorzugt,
solches Material mit nur einer aktiven Seite und einer inaktiven
oder inerten Seite bereitzustellen. Unter einigen Umständen kann
es akzeptabel oder wünschenswert
sein, das flächige
Material so zu gestalten, dass eine intermittierende oder diskontinuierliche
Schicht der Substanz auf seiner aktiven Oberfläche gebildet wird, während unter
anderen Umständen
das flächige
Material so gestaltet ist, dass es eine kontinuierliche Schicht
der Substanz auf seiner aktiven Seite aufweist. Für einige
Anwendungen kann es auch wünschenswert
sein, auf einer einzigen Seite des Materials mehrere Produkte bereitzustellen,
die in gesonderten diskontinuierlichen Zellen oder Bereichen angelagert
sind (z. B. zusammen abgegebene Expoxidharze, katalysierte Reaktionen usw.).
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Verschiedene
Aktivierungsmittel werden als innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung liegend in Betracht gezogen, wie: mechanische Aktivierung
durch Kompression, mechanische Aktivierung durch Zugkräfte und
thermische Aktivierung. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass
andere Aktivierungsmittel vorhanden sein oder entwickelt werden
können,
die eine Aktivierung des Materials auslösen würden, die in der Lage wäre, wie
hierin beschrieben zu wirken. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die aktive Seite durch eine extern angewendete Kraft, die auf
das flächige
Material ausgeübt wird,
aktivierbar. Die Kraft kann eine extern angewendete Druckkraft sein,
die in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu dem flächigen Material
ausgeübt
wird, eine extern angewendete Zugkraft, die in einer Richtung im
Wesentlichen parallel zu dem flächigen
Material ausgeübt
wird, oder eine Kombination davon sein.
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Ein
solches Material von gegenwärtigem
Interesse zum Gebrauch gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine dreidimensionale, in der Form anpassbare
Bahn, die auf mindestens einer Oberfläche einen Wirkstoff umfasst,
der durch die dreidimensionale Oberflächentopographie des Grundmaterials vor
externem Kontakt geschützt
wird. Nach der Aktivierung bilden solche Materialien ein Substanzabgabesystem,
das die Substanz an die Zieloberfläche abgibt. Solche Materialien
umfassen ein polymeres oder anderes flächiges Material, das geprägt/tiefgeprägt ist,
um auf mindestens einer Oberfläche
ein Muster erhabener „Noppen" zu bilden, die als
Abstandshalter dienen, um zu verhindern, dass eine Substanz dazwischen
externe Oberflächen
berührt, bis
die Abstandshalter verformt werden, um die Struktur zweidimensionaler
zu machen. Zu beispielhaften Strukturen gehören jene, die in den gemeinschaftlich übertragenen,
gleichzeitig anhängigen
(gewährten)
US-Patentanmeldungen Eingangsar. 08/584,638, eingereicht am 10.
Januar 1996 im Namen von Hamilton und McGuire, mit dem Titel „Composite
Material Releasably Sealable to a Target Surface When Pressed Thereagainst
and Method of Making",
08/744,850, eingereicht am 8. November 1996 im Namen von Hamilton
und McGuire, mit dem Titel „Material
Having A Substance Protected by Deformable Standoffs and Method
of Making", 08/745,339,
eingereicht am 8. November 1996 im Namen von McGuire, Tweddell und
Hamilton, mit dem Titel „Three-Dimensional,
Nesting-Resistant Sheet Materials and Method and Apparatus for Making
Same", 08/745,340,
eingereicht am 8. November 1996 im Namen von Hamilton und McGuire,
mit dem Titel „Improved
Storage Wrap Materials" offenbart
sind.
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Die
dreidimensionale Struktur umfasst ein Stück verformbaren Materials,
das eine erste Seite aufweist, die so geformt ist, dass sie mehrere
hohle Vorsprünge,
die durch Vertiefungen voneinander getrennt sind, aufweist. Die
mehreren hohlen Vorsprünge
haben äußerste Enden.
Das Materialstück
hat eine zweite Seite. In der zweiten Seite befinden sich mehrere
Eintiefungen, die den mehreren hohlen Vorsprüngen auf der ersten Seite entsprechen.
Die Substanz haftet an den Vertiefungen zwischen den mehreren hohlen
Vorsprüngen
und füllt
diese teilweise. Unter begrenzenden Bedingungen füllt die
Substanz die Vertiefungen bis zu einem Punkt an oder geringfügig unter
dem höchsten
Punkt der Vorsprünge,
besonders wenn ein Meniskus gebildet wird, in dem die Substanz bei
zunehmendem Abstand von der Oberfläche der Vorsprünge in der
Dicke abnimmt. Die Substanz hat eine Oberfläche unter den äußersten Enden
der mehreren hohlen Vorsprünge,
so dass, wenn ein Abschnitt der ersten Seite des Stücks verformbarer
Folie an einer Zieloberfläche
positioniert wird, die mehreren hohlen Vorsprünge den Kontakt zwischen der
Substanz und der Zieloberfläche
verhindern, bis der Abschnitt an der Zieloberfläche verformt ist. Vorzugsweise
verformen sich die mehreren Vorsprünge auf eine Weise, die ausgewählt ist
aus der Gruppe, bestehend aus Umkehren, Zerdrücken und Langziehen.
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1–4 veranschaulichen
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Materials gemäß der vorliegenden
Erfindung, das eine dreidimensionale flächenartige Struktur, die generell
als 10 angegeben ist, umfasst. Das Material 10 beinhaltet
ein verformtes Material 12 mit hohlen Vorsprüngen 14 und
einer Schicht von Substanz 16, die sich zwischen Vorsprüngen 14 befindet.
Die Vorsprünge 14 weisen
vorzugsweise eine konische Form mit kegelstumpfartigen oder gewölbten äußersten
Enden 18 auf. In der Ausführungsform von 1–4 sind
die Vorsprünge 14 gleichmäßig in einem
gleichschenkligen Dreiecksmuster beabstandet und gehen alle von
derselben Seite des Materials aus. Die Vorsprünge 14 weisen vorzugsweise
eine Höhe
auf, die geringer als ihr Durchmesser ist, so dass sich die Vorsprünge bei einer
Verformung im Wesentlichen dadurch verformen, dass sie entlang einer
Achse, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene des Materials
verläuft,
umgekehrt und/oder zusammengedrückt
werden. Durch diese Vorsprungsform und diese Art der Verformung
wird verhindert, dass sich die Vorsprünge 14 in einer Richtung
parallel zu einer Ebene des Materials umlegen, sodass die Vorsprünge den
Kontakt der Substanz zwischen ihnen mit einer Zieloberfläche nicht
blockieren.
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3 zeigt
eine Zieloberfläche 20,
die glatt ist, aber jede Oberflächentopographie
aufweisen kann, wobei sie von der Schicht der Substanz 16 durch
die äußersten
Enden 18 der Vorsprünge 14 beabstandet
ist. Zieloberflächen
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfassen jede Oberfläche,
auf die die abzugebende Substanz aufgetragen werden soll. 4 zeigt
eine Zieloberfläche 20,
welche die Schicht der Substanz 16 berührt, nachdem die Vorsprünge 14 unter
Druck, der auf die keine Substanz enthaltende Seite des Materials 12 ausgeübt wurde, wie
durch Kraft F angegeben, teilweise verformt wurden. Die externe
Ziel- oder Kontaktoberfläche
kann entweder übereinstimmend
oder steif und eben oder uneben sein. Die Verformung der dreidimensionalen Struktur,
wie hierin beschrieben, ist zum Gebrauch mit einer steifen Zieloberfläche bevorzugt.
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Je
mehr Vorsprünge
pro Flächeneinheit, umso
dünner
können
das Materialstück
und die Vorsprungswände
sein, um einer gegebenen Verformungskraft standzuhalten. Die Größe und der
Abstand von Vorsprüngen
kann so ausgewählt
werden, dass ein kontinuierlicher Weg der Substanz um die Vorsprünge herum
(wie in der Ausführungsform
von 1–4 dargestellt)
bereitgestellt wird, so dass ein kontinuierliches Muster der Substanz
auf einer Zieloberfläche
bereitgestellt werden kann, während auch
das optimale Muster von Abstandshaltern für selektive Aktivierung bereitgestellt
wird.
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Flächige Materialien,
die als Trägermaterial verwendet
werden, können
aus Folien hergestellt werden, die homogene Harze oder Mischungen
davon umfassen. Es werden einzelne oder mehrere Schichten innerhalb
der Folienstruktur in Betracht gezogen, ob nun koextrudiert, extrusionsbeschichtet, laminiert
oder durch andere Mittel miteinander kombiniert. Die wichtigste
Eigenschaft des flächigen
Materials besteht darin, dass es so formbar ist, dass Vorsprünge und
Vertiefungen gebildet werden können. Zu
nützlichen
Harzen gehören
Polyethylen, Polypropylen, PET, PVC, PVDC, Latexstrukturen, Nylon
usw. Polyolefine sind aufgrund ihrer geringeren Kosten und leichten
Formbarkeit generell bevorzugt. Zu anderen geeigneten Materialien
gehören
Aluminiumfolie, beschichtetes (mit Wachs usw.) und unbeschichtetes
Papier, beschichtete und unbeschichtete Vliesstoffe, Gitterstoffe,
Maschengewebe, Gewebe, Vliesstoffe und perforierte oder poröse Folien
und Kombinationen davon.
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Unterschiedliche
Verwendungszwecke für das
selektiv aktivierbare flächige
Material bestimmen die ideale Größe und Dichte
von Vorsprüngen
sowie die Auswahl der damit verwendeten Substanzen. Es wird angenommen,
dass die Größe, Form
und Beabstandung der Vorsprünge,
die Bahnenmaterialeigenschaften wie Biegemodul, Materialsteifigkeit,
Materialdicke, Härte,
Formbeständigkeitstemperatur
sowie das Formverfahren die Festigkeit der Vorsprung bestimmen.
Ein „Schwellenwert" der Steifigkeit
der Vorsprünge
ist erforderlich, um eine vorzeitige Aktivierung des Verschlussmittels
durch das Gewicht darüber
liegender Schichten flächigen
Materials oder andere Kräfte,
wie Kräfte,
die durch Vibrationen beim Transport, falsche Behandlung, Fallenlassen
und dergleichen erzeugt werden, zu verhindern.
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Die
Umkehrung von Vorsprüngen
minimiert das Zurückspringen
von Vorsprüngen,
so dass die Aktivierung des flächigen
Materials mit wenig oder ohne kontinuierlich zugeführte Kräfte formbeständig ist.
Ein federelastischer Vorsprung könnte
zum Beispiel verwendet werden, wenn die Aktivierung permanent sein
soll, wenn aggressiver Klebstoff das Zurückfedern überwindet oder wenn die Aktivierung
vorübergehend
sein soll. Außerdem
kann ein federelastischer Vorsprung wünschenswert sein, wenn eine wiederholte
Verwendung des Materials beabsichtigt wird.
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In
der vorliegenden Erfindung kann der Ausdruck „Substanz" eine fließfähige Substanz bezeichnen, die
vor der Abgabe an eine Zieloberfläche im Wesentlichen nichtfließend ist. „Substanz" kann auch ein Material
bezeichnen, das überhaupt
nicht fließt, wie
ein faseriges oder ein anderes ineinander greifendes Material. „Substanz" kann ein Fluid oder
einen Feststoff bezeichnen. „Substanz" ist in dieser Erfindung
als irgendein Material definiert, das in der Lage ist, in offenen
Vertiefungen und/oder Eintiefungen einer dreidimensionalen Struktur
gehalten zu werden. Klebstoffe, Elektrostatik, mechanisches Ineinandergreifen,
Kapillarwirkung, Oberflächenadsorption,
van-der-Waals'sche
Kräfte
und Reibung können
zum Beispiel verwendet werden, um die Substanzen in den Vertiefungen
und/oder Eintiefungen zu halten. Die Substanzen sollen mindestens
teilweise daraus freigesetzt werden, wenn sie für den Kontakt mit externen
Oberflächen
freigelegt werden oder wenn die dreidimensionale Struktur verformt,
erwärmt
oder anderweitig aktiviert wird. Aktuell von Interesse ist, dass
die vorliegende Erfindung Substanzen wie Gele, Pasten, Schäume, Pulver,
agglomerierte Teilchen, Prills, mikroverkapselte Flüssigkeiten, Wachse,
Suspensionen, Flüssigkeiten
und Kombinationen davon einschließt.
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Die
Freiräume
in der dreidimensionalen Struktur der vorliegenden Erfindung sind
normalerweise offen; deshalb ist es wünschenswert, dass die Substanzen
an Ort und Stelle bleiben und nicht ohne Aktivierungsschritt aus
der Struktur auslaufen. Der Aktivierungsschritt der vorliegenden
Erfindung ist vorzugsweise Verformung der dreidimensionalen Struktur
durch Druck. Jedoch könnte
ein Aktivierungsschritt zum Veranlassen, dass die Substanz fließt, das
Erwärmen
des Materials über
Raumtemperatur oder dessen Abkühlen
unter Raumtemperatur sein. Oder er könnte das Bereitstellen von
Kräften über der
Erdanziehungskraft einschließen.
Er könnte auch
andere Verformungskräfte,
wie Zugkräfte,
und Kombinationen dieser Aktivierungsereignisse einschließen.
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Der
Ausdruck „verformbares
Material" soll Metallfolien,
Polymerfolien, Tuch, Gewebe oder Vliesstoffe, Papier, Cellulosefasertücher, Coextrusionen,
Schichtstoffe und Kombinationen davon einschließen. Die Eigenschaften eines
ausgewählten verformbaren
Materials können,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Kombinationen oder Grade der folgenden einschließen: porös, nichtporös, mikroporös, gas-
oder flüssigkeitsdurchlässig, undurchlässig, hydrophil,
hydrophob, hygroskop, oleophil, oleophob, von hoher kritischer Oberflächenspannung,
von niedriger kritischer Oberflächenspannung,
von vorstrukturierter Oberfläche,
elastisch verformbar, plastisch verformbar, elektrisch leitfähig und
elektrisch nicht leitfähig.
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Je
größer und
näher zusammen
die Vorsprünge
sind, umso größer ist
die Wahrscheinlichkeit, dass Dehnung in einem gegebenen Material
auftritt. Das Redu zieren des Vorsprungsabstands auf den kleinstmöglichen
produzierbaren Abstand kann die Materialdehnung erhöhen, es
kann jedoch beim Reduzieren des Volumens an Substanz zwischen Vorsprüngen vorteilhaft
sein. Unterschiedliche Anwendungen für das geformte Material der
vorliegenden Erfindung geben die ideale Größe und Dichte von Vorsprüngen sowie
die Auswahl der damit verwendeten Substanzen vor.
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Erfindungsgemäß weist
die in Kombination mit dem verformbaren Material verwendete Substanz eine
Auswahl physikalischer Eigenschaften auf, die sie befähigen, aus
ihrer geschützten
Ausrichtung innerhalb der dreidimensionalen Struktur abgegeben zu
werden und auf die Zieloberfläche
aufgetragen zu werden. Eine solche Abgabe kann teilweise oder im Wesentlichen
oder ganz vollständig
sein.
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Zur
Erleichterung einer solchen Abgabe gehören zu Substanzeigenschaften,
die für
wichtig gehalten werden, die relative Affinität der Substanz für die Zieloberfläche im Vergleich
zu der für
das verformbare Material und die scheinbare Viskosität oder Fließfähigkeit
der Substanz nach Aktivierung der dreidimensionalen Struktur. Es
wird gegenwärtig
angenommen, dass die Substanz vorzugsweise zu einem größeren Ausmaß an der
Zieloberfläche
haften soll als an dem verformbaren Material und/oder zu einem größeren Ausmaß als an
anderen Teilen der Substanz selbst. Anders ausgedrückt hat
die Substanz eine größere Affinität für die Zieloberfläche als für sich selbst
und/oder für
das verformbare flächige Material.
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Substanzen
können
naturgemäß Viskositäts- und
Fließeigenschaften
besitzen, die ihre Freisetzung von der geschützten Stelle innerhalb des
flächigen
Materials ermöglichen,
oder können
Viskositätsmodifikation
erfordern, um Freisetzung und Verteilung zu ermöglichen. Viskositätsmodifikation
kann durch die Auswahl von Substanzen erfolgen, die infolge der
ausgewählten
Aktivierungsart eine Viskositätsänderung
durchlaufen. Zum Beispiel kann es für eine mechanische Aktivierung,
wie eine Druckkraft, wünschenswert
und bevorzugt sein, Substanzen einzusetzen, die allgemein als „strukturviskose" (pseudoplas tische)
Substanzen bezeichnet werden. Zu Beispielen solcher Substanzen gehören Polymerlösungen,
viele Gele und Pasten, wie Zahnpasta und Körpercremes, Farben, gelierte
Holzbeizen usw. Andere Materialien verhalten sich nur wie strukturviskose
Materialien, wenn eine bestimmte Schwellenwert-Scherung (Fließspannung)
erreicht oder überschritten
wird. Solche Materialien werden allgemein als viskoplastische Materialien
bezeichnet, und ein gebräuchliches
Beispiel einer Substanz, die solches Verhalten aufweist, ist die
Gewürzart,
die als Ketchup bekannt ist.
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Zu
einigen der Faktoren, von denen angenommen wird, dass sie die Adhäsion oder
Affinität der
Substanz für
die Zieloberfläche
beeinflussen, gehören:
elektrostatische oder elektrische Ladungen; chemische Bindungen über Wasserstoffbrückenbindung,
kovalente Bindung, Ionenbindung, partielle Ionenbindungen (partielle
dipolare Anziehung), van-der-Waals'sche Kräfte, osmotische Kräfte usw.; Kapillardruck
(Sog); Adsorption; Absorption; Vakuum/Sog usw. Zu anderen wichtigen
Faktoren gehören
die Benetzungsfähigkeit
der Substanz auf der Zieloberfläche,
wie sie durch den Kontaktwinkel der Substanz auf der Zieloberfläche widergespiegelt wird.
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Um
das Ausbreiten oder Verteilen der Substanz auf der Zieloberfläche zu erleichtern,
insbesondere, um der Tendenz der Substanz, aufgrund der örtlich begrenzten
Ausrichtung auf der verformbaren Substanz in einem örtlich begrenzten
Ausbreitungsmuster zu verbleiben, entgegenzuwirken, wird gegenwärtig bevorzugt,
Substanzen zu verwenden, die dahingehend maßgeschneidert sind, dass sie
die Zieloberfläche
benetzen können.
Andere Faktoren, welche die Dispersion oder Verteilung der Substanz auf
der Zieloberfläche
unterstützen,
schließen
die Verwendung von Substanzen ein, die ein strukturviskoses Verhalten
zeigen, sowie mechanische Verteilungsmaßnahmen durch den Anwender
des zusammengesetzten Sheet, um nach der Aktivierung, jedoch vor
dem Entfernen des verformbaren Materials von der Zieloberfläche, eine
laterale mechanische Bewegung auszuüben. Solch eine laterale mechanische
Aktion kann auch eine zusätzliche
Wechselwirkung mit der Substanz, wie bei strukturvisko sen Substanzen,
bieten, und zusätzliche
Vorteile wie Einschäumen,
Schaumbildung, Scheuer-/Schleifwirkung usw. haben.
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Eine
erfolgreiche Verteilung tritt ein, wenn ein Teil der aufgebrachten
oder verteilten Substanz anschließend einen Teil der Zieloberfläche bedeckt,
auf den die Substanz ursprünglich
nicht aufgebracht wurde. Beim Entfernen des flächigen Materials von der Zieloberfläche verbleibt
zumindest etwas Substanz auf der Zieloberfläche, vorzugsweise in einer
im Wesentlichen gleichförmigen
Weise.
-
Wie
vorstehend erläutert,
kann eine große Vielfalt
an Substanzen zum Gebrauch gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden. Zu beispielhaften
Substanzen für
Veranschaulichungszwecke gehören
Reinigungsmittel, wie Seifen und Waschmittel, Weichmacher, wie Lotionen, medizinische
Mittel, wie Salben, entzündungshemmende
Cremes usw., Gesundheits- und Schönheitspflegeprodukte, einschließlich von
schweißhemmenden
Mitteln, Deodorants, Kosmetikas, Parfüms und dergleichen. Zu anderen
breiter gefächerten
Anwendungen für
solch ein flächiges
Material gehören
Applikatoren für
Automobil- und Haushaltsprodukte, wie Schmiermittel, Farbstoffe,
Schutzmittel, wie Öle
und Wachse, Klebstoffe, Konservierungsstoffe und dergleichen, sowie
lebensmittelorientierte Anwendungen, wie Gewürze (Senf, Ketchup usw.).
-
Es
können
auch mehrere Substanzen eingesetzt werden, die nicht nur vor unbeabsichtigtem Kontakt
geschützt
sind, sondern anfangs voneinander getrennt sind (auf derselben Seite
oder auf gegenüberliegenden
Seiten des flächigen
Materials) und die während
des Aktivierungsverfahrens oder während nachfolgender Abgabe-
und/oder Dispersionsvorgänge
vermischt werden. Solch eine Anordnung kann besonders nützlich für Substanzen
sein, die nutzbringend miteinander interagieren (z. B. gemeinsam
abzugebende Expoxidharze, katalysierte Reaktionen usw.), um zusätzliche
Funktionalität
miteinander und/oder mit der Zieloberfläche bereitzustellen.
-
5 zeigt
ein geeignetes Verfahren zum Herstellen eines Materials, wie des
Materials 30, das gemäß der vorliegenden
Erfindung nützlich
ist und das in 5 generell als 180 angegeben
ist.
-
Der
erste Schritt umfasst das Beschichten eines Formsiebs mit einer
ersten Substanz. Das Formsieb hat eine obere Oberfläche und
mehrere Vertiefungen darin. Der Beschichtungsschritt trägt die erste Substanz
auf die obere Oberfläche
auf, ohne die Vertiefungen zu überbrücken. Ein
zweiter Schritt beinhaltet das Einführen eines Materialstücks, das
eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, auf das Formsieb,
so dass die erste Seite in Kontakt mit der ersten Substanz auf der
oberen Oberfläche
des Formsiebs ist. Die erste Substanz haftet vorzugsweise an der
ersten Seite des Materialstücks.
Ein dritter Schritt beinhaltet das Formen des Materialstücks, um mehrere
hohle Vorsprünge
zu erzeugen, die sich von der ersten Seite in die Vertiefungen des
Formsiebs erstrecken. Die mehreren hohlen Vorsprünge sind mittels Vertiefungen
voneinander beabstandet, in die aus dem Formsieb die erste Substanz übertragen wird.
Die mehreren hohlen Vorsprünge
werden mithilfe einer üblichen Übertragungs-
und Formoberfläche genau
auf die Substanz ausgerichtet. Die erste Substanz bildet eine in
sich verbundene Schicht in den Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen.
-
Das
Formgebungssieb 181 wird über die Spannrolle 182 und
eine angetriebene Vakuumrolle 184 gewickelt. Das Formsieb 181 ist
vorzugsweise ein Edelstahlband, bei dem das gewünschte Vorsprungsmuster als
Vertiefungen in dem Band eingeätzt
ist. Die Abdeckung der Außenoberfläche einer Vakuumwalze 184 ist
ein nahtloses Nickelsieb, das als poröse Trägeroberfläche für das Formsieb 181 dient.
-
Zum
Herstellen eines Substanz enthaltenden Materials wird eine Substanz 186 mit
einem Substanzapplikator 188 auf das Formsieb 181 aufgetragen,
während
sich das Formsieb 181 an dem Applikator vorbei dreht. Eine
Materialbahn 190 wird bei der freilaufenden Materialzufuhrwalze 192 mit
dem substanzbeschichteten Formsieb in Kontakt gebracht. Heiße Luft
wird von einer Heißluftquelle 194 radial zum
Material 190 geleitet, wenn das Material über die Vakuumwalze 184 läuft und
wenn Vakuum durch die Vakuumwalze 184 mittels des befestigten
Vakuumverteilers 196 von einer Vakuumquelle (nicht dargestellt)
an das Formsieb 181 angelegt wird. Ein Vakuum wird angelegt,
wenn das Material durch die Heißluftquelle 194 erwärmt wird.
Polymerfolien werden am leichtesten warmgeformt, wohingegen anderen Materialien,
wie Metallfolien oder Papier, am besten geprägt oder hydraulisch geformt
werden, wobei Erwärmen
des Materials vor der Formung möglicherweise
nicht vorteilhaft ist. Ein geformtes, substanzbeschichtetes Material 198 wird
an der Abzugsrolle 200 vom Formgebungssieb 181 abgezogen.
Da dasselbe gemeinsame Formgebungssieb verwendet wird, um die Substanz
an das Material zu übertragen,
das verwendet wird, um die Vorsprünge zu bilden, wird das Substanzmuster
bequem an den Vorsprüngen
ausgerichtet.
-
Das
Edelstahlformgebungssieb 181 ist ein gefertigtes, mit einer
Naht versehenes Band. Es wird in mehreren Schritten gefertigt. Das
Vertiefungsmuster wird mittels Computerprogramm entwickelt und auf
ein transparentes Material gedruckt, um eine Photomaske für Photoätzung bereitzustellen.
Die Photomaske wird verwendet, um geätzte und nichtgeätzte Bereiche
zu erzeugen. Das geätzte
Material ist in der Regel Edelstahl, es können jedoch auch Messing, Aluminium,
Kupfer, Magnesium und andere Materialien, einschließlich Legierungen,
sein. Außerdem
können
die Vertiefungsmuster in lichtempfindliche Polymere statt in Metalle
eingeätzt
werden. Geeignete Formstrukturen sind in den vorstehend genannten
und vorstehend eingeschlossenen Patentanmeldungen von Hamilton et
al. und McGuire et al. ausführlicher
beschrieben.
-
Die
Außenoberfläche der
Formstruktur ist so behandelt, dass sie eine geringe kritische Oberflächenspannung
aufweist, so dass die Substanz 186 beim Abkühlen oder
Trocknen nicht stark daran haftet. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Außenoberfläche mit
einer patentrechtlich geschützten Trennmittelbeschichtung
der Serie 21000, die von Plasma Coatings of TN, Inc., ansässig in
Memphis, TN, USA, hergestellt wird und erhältlich ist, beschichtet. Es
wird angenommen, dass diese Beschichtung ein Organosilikonepoxid
ist. Wie auf ein Edelstahlformsieb, das in dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, aufgetragen, bietet diese Beschichtung
eine kritische Oberflächenspannung von
0,0002 N/cm (18 Dyn/cm). Zu anderen Materialien, die sich zum Bereitstellen
verringerter kritischer Oberflächenspannung
als geeignet erweisen können,
gehören
Paraffine, Silikone, PTFE und dergleichen.
-
Die
Materialbahn 190 wird vorzugsweise von der Substanzschicht 186 angezogen,
mindestens genug, so dass die Substanz eine größere Affinität für die Materialbahn 190 als
für das
Formsieb 181 hat. Wenn die Materialbahn 190 zum
Beispiel eine Polyolefinfolie ist, verbessert eine Coronabehandlung
die Haftung, indem die Folie leichter benetzbar gemacht wird. Alternativ,
wie in 6 dargestellt, kann das Material direkt auf die
Außenoberfläche des
Siebs auf die Substanzschicht 108 extrudiert werden.
-
Alternativen
für Wärme und
Vakuum zum Ausbilden von Vorsprüngen
in einer Materialbahn sind in der Technik gut bekannt. Zum Beispiel
können durch
Anlegen von erwärmtem
komprimierten Gas an die keine Substanz enthaltende Seite der Bahn aus
verformbarer Folie, während
die Materialbahn auf dem Formsieb ruht, Vorsprünge erzeugt werden. Außerdem stellt
mechanisches Prägen
der Materialbahn gegen das Formsieb noch ein anderes Formverfahren
zum Gebrauch mit negativen Formstrukturen bereit.
-
Beim
Drehen des Formsiebs 181 werden Vakuumwarmformung, hydraulische
Formung, Prägen oder
Kombinationen davon vollendet, und eine geformte Materialbahn 198 wird
danach um eine freilaufende Aufnahmewalze 200 herum ausgegeben.
Das automatisierte Verfahren 180 kann auch einen Zerstäuber (nicht
dargestellt), der dem Substanzauftragungssystem 188 vorgeschaltet
angeordnet ist, aufweisen. Solch ein Zerstäuber kann zum Auftragen eines
erneuerbaren Trennmittels auf die Außenoberfläche der Formstruktur verwendet
werden, so dass die Substanz 186 vorzugsweise von der Materialbahn 190 angezogen
wird.
-
Alternativ
kann ein permanentes Trennmittel auf die Außenoberfläche aufgetragen werden, um
die Notwendigkeit eines solchen Zerstäubers zu verringern.
-
Kegelförmige Vertiefungen
in dem Formsieb können
Seitenwände
aufweisen, die Kegelwinkel haben, die von 0° bis 60° variieren. Das heißt, die
Vertiefungen können
gerade Seitenwände
oder verjüngte
Seitenwände
haben. Gerade Seitenwände
könnten
zum Beispiel in Sieben zu finden sein, in die Löcher eingestanzt sind. Verfahren
zum Herstellen von Metallsieben durch Photoätzung sind ausführlicher
in den gemeinschaftlichen
US-Patenten
Nr. 4,342,314 , an Radel und Thompson, Nr.
4,508,256 , an Radel et al., und Nr.
4,509,908 , an Mullane, Jr.,
beschrieben.
-
Trocknung
wird zum Beispiel durch Anlegen von warmer Luft oder Wärmestrahlung
erreicht. Einige Substanzen erfordern möglicherweise keine Trocknung,
wie Pulver oder mikroverkapselte Flüssigkeiten. Die Substanz 186 überbrückt die
Vertiefungen vorzugsweise nicht, sondern bleibt stattdessen nur
auf der oberen Oberfläche
des Formsiebs zwischen Vertiefungen. Das Anlegen eines geringen
Unterdrucks durch die Vertiefungen während des Sprühens der
Substanz auf die obere Oberfläche
hilft, Verbrückung
der Vertiefungen durch Substanz zu vermeiden.
-
Aufgrund
präferenzieller
Haftung bleibt die Substanz an dem geformten Material 198 haften.
Andere Vorsprungsformen als kegelförmige können durch unterschiedlich
geformte Siebvertiefungen erzeugt werden. Die Vertiefungen können zum
Beispiel pyramidenförmig,
halbkugelförmig,
zylindrisch, vieleckig und länglich
sein; jedoch wird angenommen, dass der kegelförmige Vorsprung im Wesentlichen konsistente
Umkehr- und/oder Zerdrückungsbeständigkeit
bereitstellt. Die Vertiefungen können
so ausgebildet sein, dass sie unterschiedliche Formen und Größen und
Höhen von
Vorsprüngen
innerhalb eines gegebenen Musters ergeben, jedoch wird wiederum generell
gewünscht,
dass die Vorsprünge
gleichmäßig sind,
so dass die Verformungskraft vorhersehbar und konsistent ist.
-
Es
hat sich auch gezeigt, dass die Vorsprungsform das Stapeln von Materiallagen
oder das Ausrollen von Materialbahnen zu Rollen beeinflusst. Wenn
sich zum Beispiel dieselbe Vorsprungsform mit demselben Abstand
ständig
wiederholt, neigen benachbarte Materiallagen in einem Stapel und
benachbarte Schichten in einer Rolle dazu, sich zu verschachteln,
wodurch der Vorteil von Abstandshaltern beim Schützen der Substanz, die sich
in den Abstandshaltern befindet, beseitigt wird. Für Situationen,
in denen eine Verschachtelung ein Problem darstellt, können ungleichmäßig geformte
oder bemessene oder beabstandete Vorsprünge gegenüber einem regelmäßigen Muster
kegelförmiger
Vorsprünge vorteilhaft
sein. Ungleichmäßig geformte
oder bemessene oder beabstandete Vorsprünge sind in der vorstehend
genannten und hierin aufgenommenen Anmeldung von McGuire et al.
offenbart.
-
Da
dasselbe gemeinsame Formgebungssieb verwendet wird, um die Substanz
an das Material zu übertragen,
das verwendet wird, um die Vorsprünge zu bilden, wird das Substanzmuster
bequem an den Vorsprüngen
ausgerichtet. In der bevorzugten Ausführungsform ist die obere Oberfläche des
Formsiebs kontinuierlich, mit der Ausnahme der Vertiefungen; somit
ist das Substanzmuster in dieser Konfiguration vollständig in
sich verbunden. Wenn jedoch ein diskontinuierliches Substanzmuster
als Schicht auf das Formsieb aufgetragen werden würde, würde sich
ein diskontinuierliches Substanzmuster zwischen Vorsprüngen ergeben.
-
Es
wird angenommen, dass die Größe, Form und
Beabstandung der Vorsprünge,
die Bahnenmaterialeigenschaften wie Biegemodul, Materialsteifigkeit,
Materialdicke, Härte,
Formbeständigkeitstemperatur
sowie das Formverfahren die Festigkeit der Vorsprung bestimmen.
Das Formverfahren ist bei Polymerfolien wichtig, zum Beispiel weil „Kaltformen" oder Prägen Restspannungen
und andere Wanddickenverteilungen erzeugt als die beim Warmformen bei
erhöhten
Temperaturen produzierten. Für
einige Anwendungen ist es wünschenswert,
eine Steifigkeit (Verformungsbeständigkeit) bereitzustellen,
die ausreicht, um einem Druck von mindestens 0,69 kPa (0,1 Pound
pro Quadratinch) standzuhalten, ohne Vorsprünge we sentlich bis dahin zu
verformen, wo die Substanz eine externe Oberfläche berührt. Ein Beispiel dieser Anforderung
wäre die
Notwendigkeit des Aufwickelns der Bahn zu einer Rolle für Transport und/oder
Abgabe. Sogar mit sehr geringen Wickeldrücken von 0,69 kPa (0,1 Pound
pro Quadratinch) kann ein restlicher Wickeldruck im Inneren der
Rolle Vorsprünge
in der Bahn genug verformen, um die darüber liegenden Bahnschichten
mit der Substanz in Berührung
zu bringen. Es wird ein „Schwellenwert" für die Vorsprungssteifigkeit
benötigt,
um das Auftreten dieses Wickelschadens zu verhindern. Ähnlich ist,
wenn die Bahn als einzelne Lagen gelagert oder abgegeben wird, dieser „Schwellenwert" der Steifigkeit
erforderlich, um vorzeitige Aktivierung des Produkts durch das Gewicht
darüber
liegender Schichten oder Lagen oder andere Kräfte, wie Kräfte, die durch Vibrationen
beim Transport, falsche Behandlung, Fallenlassen und dergleichen
erzeugt werden, zu verhindern.
-
6 bildet
ein anderes Verfahren der Formung eines Materials, generell als
80 angegeben, ab.
Bei dem Verfahren
80 wird ein verformbares Material
82 auf
einem Formsieb
84 angeordnet. Das Formsieb
84 hat
eine obere Oberfläche
86 und
Vertiefungen
88 darin. Die obere Oberfläche
86 ist so mit einer
Substanz
90 beschichtet, dass die Substanz
90 die
Vertiefungen
88 nicht überbrückt. Das
Material
82 wird wie in der in
5 dargestellten
Ausführungsform
auf die Substanz
90 gegeben. Jedoch zeigt
6 eine
Formungskraft H mit positivem Druck, der von oberhalb des Siebs
an das Material
82 angelegt wird, statt einer Vakuumkraft,
die von unterhalb des Siebs angelegt wird. Die Formungskraft H kann
aus einer Flüssigkeit
stammen, die unter Druck an das Material
82 angelegt wird,
wie es bei hydraulischer Formung geschieht. Die Formungskraft H
kann auch durch Anlegen eines Druckgases, dass vielleicht erwärmt ist,
erzeugt werden. Ein bevorzugtes Fluid zum Gebrauch bei einer Formungsanwendung
mit positivem Druck ist erwärmtes
Wasser, dessen Verwendung in den gemeinschaftlich übertragenen
US-Patenten Nr. 4,695,422 ,
an Curro et al., Nr.
4,778,644 ,
an Curro et al., und Nr.
4,839,216 ,
an Curro et al., ausführlicher
beschrieben ist.
6 offen bart ein alternatives
Verfahren, generell als
100 angegeben. Das Verfahren
100 verfügt über ein
Formsieb
102, das gekrümmt
ist, um eine Trommel zu bilden. Eine Substanzquelle und ein Auftragungssystem
104 sind
einem Extruder
106 vorgeschaltet positioniert. Das Substanzauftragungsssystem
104 lagert eine
dünne Beschichtung
einer Substanz
108 auf eine Außenoberfläche
110 des Formsiebs
102 an. Die
Außenoberfläche
110 wird
so behandelt, dass sie eine geringe kritische Oberflächenspannung
hat, so dass die Substanz
108 vorzugsweise an einem Material
haftet, das auf die Substanz
108 aufgebracht wird, statt
an der Außenoberfläche
110,
wenn die Substanz
108 getrocknet oder abgekühlt wird.
Das Verfahren
100 unterscheidet sich insofern von dem Verfahren
30,
als ein Material
112 durch direktes Extrudieren des Materials
112 auf
das Formsieb
102 erzeugt wird, statt eine vorgefertigte
Bahn abgemessen daraufzugeben. Das Material
112 wird auf
die Substanzschicht
108 gelegt, und das Material
112 hat eine
größere Affinität für die Substanz
108 als
die Außenoberfläche
110,
so dass die Substanz
108 effektiv an das Material
112 übertragen
wird, wenn Kontakt zwischen ihnen auftritt.
-
Beim
Drehen des Formsiebs 102 am Extruder 106 vorbei
wird das Material 112 geformt, wie in 5 dargestellt.
Es ist ein Vakuumverteiler 116 mit dem Formsieb 102 dargestellt,
um das Material 112 um die Substanzschicht 108 und
in die Vertiefungen im Formsieb 102 zu ziehen, um hohle
Vorsprünge
zu bilden. Sobald sie geformt sind, werden die hohlen Vorsprünge vorzugsweise
unter einem „tintenstrahlähnlichen" Abgabesystem 120 zur
Substanzeinspritzung (Druckdüsenanordnung,
die mehrere Druckdüsen
umfasst) entlang geführt,
das von außerhalb
des Formsiebs 102 einen Substanzklecks 122 in
die Eintiefung jedes hohlen Vorsprungs abgibt, was ein geformtes
Material 121 ergibt. Obwohl eine Ausrichtung zwischen dem
Substanzeinspritzsystem 120 und den hohlen Vorsprüngen erforderlich
ist, kann das System 120 direkt von den Vertiefungen im Formsieb 102 aus,
das die Stellung der Vorsprünge festlegt,
ausgerichtet werden. Dies ist viel weniger schwierig als es die
Ausrichtung mit einer vorbeilaufenden Materialbahn, besonders bei
sehr dünnen Bahnen,
wäre. Das
geformte Material 121 wird danach um eine freilaufende
Aufnahmewalze 118 herum ausgegeben.
-
7 zeigt
das geformte Material 121 nach dem Verlassen des Verfahrens 100.
Das geformte Material 121 hat Vorsprünge 124 und Vertiefungen 126,
die die Vorsprünge 124 umgeben.
In den Vertiefungen 126 befindet sich vorzugsweise eine
in sich verbundene, kontinuierliche Substanzschicht 108.
Allerdings führt,
wie bereits beschrieben, ein diskontinuierliches Auftragen von Substanz
auf das Formsieb zu einem diskontinuierlichen Substanzmuster auf
dem Material 121. Innerhalb der Eintiefungen der hohlen
Vorsprünge 124 befinden
sich separate Substanzkleckse 122. Substanz 108 und
Substanz 122 können
gleich sein, wie ein Haftkleber. Bei einem Haftkleber befinden sich
die Substanzen 108 und 122 auf gegenüberliegenden
Seiten des geformten Materials 121, geschützt vor
Kontakt mit externen Oberflächen,
die an das Material 121 angrenzen, indem sie an zwei unterschiedlichen
Arten geschützter
Stellen, nämlich
sowohl den Vertiefungen als auch den hohlen Vorsprüngen, angeordnet
sind. In dieser Situation kann das geformte Material zusammen mit
dem Klebstoff 108 und 122 als doppelseitiges Klebeband
wirken. Die Substanzen 108 und 122 könnten sich
jedoch deutlich voneinander unterscheiden und unterschiedlichen
Zwecken dienen. Alternativ, wie in 8 dargestellt,
könnte
ein ähnliches
Material 155 erzeugt werden, bei dem sich die Substanz 152 nur innerhalb
der kegelförmigen
Vorsprünge 158 befindet.
-
Es
könnten
andere Herstellungsverfahren verwendet werden, einschließlich jener,
bei denen eine Art positiver Formstruktur die Formstrukturen negativer
Art, die in 5 und 6 abgebildet
sind, mit ihren begleitenden Vertiefungen ersetzt. Solche alternativen
Verfahren schließen
jene ein, die in der vorstehend genannten US-Patentanmeldung Eingangsnr.
08/744,850, eingereicht am 8. November 1996 im Namen von Hamilton
und McGuire, mit dem Titel „Material
Having A Substance Protected by Deformable Standoffs and Method
of Making" ausführlicher
beschrieben sind.
-
Jedes
andere geeignete Herstellungsverfahren, das zufrieden stellende
Ergebnisse für
die gegebene Substanz und das verwendete flächige Material liefert, kann
eingesetzt werden, einschließlich
von, jedoch nicht beschränkt
auf manuelle Verfahren des Zusammenführens der Substanz und des
flächigen Materials.
Eine solche Alternative wäre
ein Verfahren, das dem von 6 ähnlich ist,
wobei jedoch die eintretende Materiallage bereits als eine Materialbahn
existiert, statt auf das Formsieb 84 extrudiert zu werden.
Eine andere Ausführung
des Verfahrens von 6 würde ein Rakel- oder Quetschwalzensystem einsetzen,
welches das Druckdüsenabgabesystem 120 zum
Dosieren der Substanz in die Eintiefungen, die den hohlen Vorsprüngen entsprechen,
ersetzen und gewährleisten
würden,
dass sich die Substanz in dem fertigen flächigen Material an der geschützten Stelle
unter den äußersten
Oberflächen
des flächigen
Materials befindet.
-
9 zeigt
eine bevorzugte Form der Vorsprünge
und Vertiefungen der vorliegenden Erfindung, die es ermöglicht,
dass Vorsprünge
als Verformungsart im Wesentlichen umgekehrt und/oder zerdrückt werden.
Die bevorzugte Form minimiert das Umfalten von Vorsprüngen und
die Überlagerung
mit Substanz, die sich in Vertiefungen zwischen Vorsprüngen oder
innerhalb hohler Vorsprünge
oder in beidem befindet. Außerdem
hilft die bevorzugte Form, eine wiederholbare, vorhersehbare Beständigkeit
gegen Vorsprungsverformung zu gewährleisten. 9 zeigt,
dass jeder Vorsprung durch eine Höhenabmessung A und eine Grundflächendurchmesserabmessung
B definiert ist. Ein bevorzugtes Verhältnis von Grundflächendurchmesser
B zu Höhe
A, das es ermöglicht,
dass Vorsprünge
ohne Umfaltung im Wesentlichen umgekehrt und/oder zerdrückt werden,
ist mindestens 2:1.
-
Verformungmodus
und -kraft können
durch das Seitenwanddickenprofil beeinflusst werden, um erwünschtere
Ergebnisse bereitzustellen. Eine Seitenwand eines Vorsprung verbindet
den äußersten Abschnitt
des Vorsprungs mit dem ungeformten Material, das an den Grundflächenumfang
des Vorsprungs angrenzt. Die Seitenwand wie definiert kann auch
im Wesentlichen innerhalb des äußersten Abschnitts
einen Randbereich enthalten, der wesentlich dünner als der Innenbereich des äußersten
Abschnitts ist. Vorsprünge,
bei denen mindestens ein Teil der Seitenwände wesentlich dünner als
das ungeformte Material angrenzend an den Grundflächenumfang
ist, gelten als bevorzugt zur Verformung durch den Benutzer. Es
ist von Vorteil, wenn die Seitenwände, die in mindestens einem
Teil der Seitenwand wesentlich dünner
sind als das Material am äußersten
Abschnitt des Vorsprungs, auch so vorwirken, dass die Verformung
primär
innerhalb der Seitenwandstruktur auftritt.
-
In
Strukturen, die relativ kleine Vorsprünge enthalten, wie sie in Vorsprungsmustern
mit hoher Zahlendichte zu finden sind, können solche dünneren Seitenwandabmessungen
besonders nützlich sein.
-
Herstellungsverfahren
können
das Seitenwanddickenprofil beeinflussen, wie beim Gebrauch eines
Formgebungssiebs mit im Wesentlichen geraden Siebwänden, die
das Formgebungssiebloch definieren. Solch ein Verfahren ermöglicht wesentlich dünnere Seitenwanddicken,
da der Vorsprung vom Grundflächenumfang
frei in die Vertiefung des Formgebungssiebs bis zum Berührungspunkt
mit dem inneren Hintergrundsieb gezogen wird. Der Zweck des inneren
Stützsiebs
besteht darin, weiteres Ziehen des Vorsprungs zu vermeiden. Dieser
Ansatz ergibt ein stärker
variiertes Dickenprofil innerhalb der Seitenwände.
-
Eine
Mikrostrukturierung des Materials während der Formgebung kann auch
geeignet sein, wie bei der Erzeugung einer Unterscheidung zwischen einer
Seite des Materials und der anderen Seite. Eine Mikrostrukturierung
der äußersten
Oberflächenmerkmale
der dreidimensionalen Struktur kann in der vorliegenden Erfindung
zum Beispiel durch Ziehen des Materialstücks in Formgebungssiebvertiefungen
und gegen eine mikrostrukturierte Oberfläche, wie eine Vakuumtrommel
mit winzigen Öffnungen
darin, erreicht werden.
-
10 stellt
eine andere Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Materials
dar, das dem in 8 dargestellten strukturell ähnlich ist.
Zusätzlich zu
den Strukturele menten von 8 beinhaltet
das Material von 10 jedoch ein zusätzliches
Strukturelement in der Form einer oder mehrerer Schichten eines
porösen
Materials 165, das auf der Seite gegenüber der, die durch das flächige Material
geschützt
wird, über
der geschützten
Substanz 152 liegt. Das poröse Material 165 kann
jedes Material sein, das ausreichend porös ist, um die Fähigkeit
der Substanz 152, von dem flächigen Material an die Zieloberfläche, an
der das poröse
Material positioniert würde,
abgeben zu werden, nicht zu blockieren oder erheblich zu beeinträchtigen.
Poröse
Materialien können,
wie in 10 dargestellt, ein Fasermaterial,
wie einen Gewebe- oder
Vliesmaterial, einen Gitterstoff oder ein maschenartiges Material,
eine poröse
Folie oder Lochfolie oder Ähnliches, ähnlicher oder
anderer Zusammensetzung wie der des flächigen Materials selbst umfassen.
Jede der vorstehend genannten Arten von flächigen Materialien kann verwendet
werden. Die Einbeziehung eines porösen Materials stellt zusätzlichen
Schutz für
die Substanz vor der Aktivierung des flächigen Materials bereit und kann
einen zusätzlichen
Verteilungsvorteil bereitstellen, um die Substanz gleichmäßiger auf
der Zieloberfläche
zu verteilen, besonders wenn auch Übersetzungsbewegung des flächigen Materials
verwendet wird. Das poröse
Material kann auch eine zusätzliche Wechselwirkung
mit der Substanz, wie bei strukturviskosen Substanzen, bieten, und
zusätzliche
Vorteile wie Einschäumen
oder Schaumbildung usw. bereitstellen. Eine Anwendung, die für solche
eine Struktur vorgesehen ist, wäre
ein Reinigungstuch, das seine eigene Reinigungsmittelquelle bereitstellt.
-
Im
Allgemeinen ist die vorliegende Erfindung eine dreidimensionale
Struktur, die zum Halten einer Substanz, die von unbeabsichtigtem
Kontakt mit externen Oberflächen
geschützt
wird, geeignet ist. Die Struktur ist in eine im Wesentlichen zweidimensionale
Struktur umwandelbar, indem eine Druckkraft angelegt wird, so dass
die Struktur zusammenfällt,
um die Substanz, die mit einer externen Oberfläche bzw. externen Oberflächen in
Kontakt ist, freizusetzen oder freizulegen. Jedoch gilt der Umfang
der Erfindung auch für
dreidimensionale Strukturen, die Substanzen von unbeabsichtigtem
Kontakt bewahren und die durch andere Mittel als Druck in im Wesentlichen
zweidimensionale Strukturen umgewandelt werden. Die Erfinder haben
zum Beispiel herausgefunden, dass eine Zugkraft, die an die gleiche
dreidimensionale Struktur angelegt wird, bewirken kann, dass sich
diese in Längsrichtung
plastisch verformt und in der Dicke zusammenzieht, um auf ähnliche Weise
Substanz freizusetzen oder freizulegen. Es wird angenommen, dass
sich unter ausreichender Spannung das Material zwischen Vorsprüngen als Reaktion
auf Kräfte
in der Ebene des Materials verformt und dass Vorsprünge dadurch
in derselben Richtung verlängert
werden. Wenn die Vorsprünge verlängert werden,
wird ihre Höhe
verringert. Mit genügend
Verlängerung
wird die Höhe
der Vorsprünge so
weit verringert, dass die Substanzen zwischen ihnen, in ihnen oder
an beiden Stellen freigelegt werden.
-
Eine
Kombination von Druck- und Zugkräften kann
an das Material der vorliegenden Erfindung angelegt werden, um eine
Substanz von innerhalb der dreidimensionalen Struktur freizulegen.
Obwohl in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Zugkraft, die erforderlich ist, um
eine ausreichende Verformung der dreidimensionalen Struktur zu erreichen,
um Substanz an eine externe Oberfläche freizusetzen, erheblich
größer ist
als eine Druckkraft zum Erreichen desselben Ergebnisses, kann eine
Struktur gestaltet werden, die leichter durch eine Zugkraft, die
in einer spezifischen ebenen Richtung angelegt wird, verformt wird.
Zum Beispiel kann eine Struktur parallele Wellen statt Vorsprüngen aufweisen,
und die Wellen können
durch Dehnen der Struktur senkrecht zu den Wellen, jedoch in der
Ebene der Wellen problemlos flach gemacht werden. Andere geeignete
Zugwirkungsstrukturen sind in
US-Patent
Nr. 5,518,801 , an Chappell et al., offenbart.
-
In
einem anderen Beispiel könnte
Wärme angelegt
werden, um zu veranlassen, dass die gleiche Struktur, die aus schrumpffähiger Folie
hergestellt ist, ihre Dicke verringert, um die Substanz auf ähnliche Weise
freizusetzen oder freizulegen.
-
Zu
Beispielen für
Verwendungen der dreidimensionalen Struktur der vorliegenden Erfindung
gehören
neben Bändern,
Etiketten und Lagerverpackungen: mit Lotion imprägnierte Gesichtstücher, parfümierte Streifen,
die mikroverkapselte Duftstoffe enthalten, mit Klebstoff imprägnierte
Regal- und Wandtapeten, medizinische Pflaster, die gemusterte Zutatenabgabe
an eine Oberfläche,
Bikomponentenklebstoffe, Chemikalien zur Wäschevorbehandlung, Schleifmittelabgabesysteme
und andere Anwendungen, wo Vermeidung des Kontakts mit einer Substanz,
die in einem Substrat festgehalten wird, gewünscht ist, bis eine bestimmte
Handlung vorgenommen wird.
-
Wie
nachstehend beschrieben können
unterschiedliche Substanzen auf den gegenüberliegenden Seiten des geformten
Materials angelagert werden. Mehrere Substanzen können sich
entweder geometrisch voneinander entfernt oder vermischt auf derselben
Seite des Materials befinden. Die Substanzen können teilweise geschichtet
sein. Ein Beispiel ist eine Klebstoffschicht angrenzend an die Materialoberfläche, wobei
ein teilchenförmiger
Feststoff an der freiliegenden Seite der Klebstoffschicht haftet.
Wie bereits erörtert,
können
mehrere Substanzen, die anfangs voneinander getrennt sind (auf derselben
Seite oder auf gegenüberliegenden
Seiten des flächigen Materials)
während
des Aktivierungsverfahrens oder während nachfolgender Abgabe-
und/oder Dispersionsvorgänge
vermischt werden.
-
Ein
Muster von Vorsprüngen
kann entweder auf einer ähnlich
dimensionierten Ebene oder auf einer anders dimensionierten Ebene
angeordnet sein, wie ein einfaches oder mehrfaches „Mikrovorsprungsmuster", das sich auf den
Oberseiten anderer, größerer Vorsprünge befindet.