KR101446367B1

KR101446367B1 - 균일한 특성을 위한 권취 방법

Info

Publication number: KR101446367B1
Application number: KR1020097016210A
Authority: KR
Inventors: 3세 닐 제이 마이클; 발라자 코빌-칸다다이; 로버트 제임스 콕스
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2014-10-02
Also published as: KR20090104851A; EP2107997B1; BRPI0807973B1; US20080185473A1; BRPI0807973A2; WO2008093251A1; US20120037742A1; EP2107997A1; MX2009008218A; AU2008211637A1; AU2008211637B2; US8032246B2; CN101616857A; CN101616857B

Abstract

외부 직경으로부터 수직 필름 적층(VFL) 또는 연신 결합 적층(SBL)에 의해 생성되거나 또는 등록된 필름으로서의 엘라스토머 웹의 권취된 롤(20)의 코어까지의 실질적으로 균일한 재료 특성을 제공하는 권취 절차가 개발되었다. 웹 재료는 권취된 롤 응력에 대한 하키엘 비선형 모델의 변형된 형태에 기초하는 WOT 전위를 사용하여 계산되는 방식으로 권취된 웹의 직경에 따라 변화되는 권취시 장력(WOT) 프로파일에 따라 롤 상에 권취된다. 일정한 WOT 권취 프로파일은 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 특성 (웹의 MD 응력 포함)을 나타내는 롤에 재료를 권취하는데 사용될 수 있는 보상된 WOT 권취 프로파일을 얻도록 보정된다. 이렇게 생성된 제어된 권취 기술은 아동 위생 제품, 성인 위생 제품 및 유아 위생 제품을 위해 전환되는 웹에 즉시 적용된다.

하키엘 비선형 모델, 권취 방법, 웹 재료, 권취시 장력

Description

균일한 특성을 위한 권취 방법{WINDING METHOD FOR UNIFORM PROPERTIES}

<관련 출원의 상호 참조>

본 출원은 2007년 2월 2일자로 출원된, 계류중인 미국 가출원 제60/899,315호의 우선권을 주장한다.

권취는 평평한 웹을 권취된 롤로 바꾸는 공정이다. 권취된 롤은 재료의 취급 및 선적에 편리한 포장으로 다량의 연속 웹 물질을 저장하는 가장 효율적인 방법이다. 권취된 롤은 롤 취급, 저장 조건, 클램프 트럭 압력 및 자동화된 재료 취급 시스템을 견디기에 충분히 단단하게 권취되어야 한다. 권취된 롤은 재료가 롤로부터 풀릴 때 배송장치가 되고, 변환 공정에서와 같은 제조 라인에서 추가로 처리된다.

각 권취된 롤은 고유한 존재이지만, 롤을 "경질" 롤 또는 "연질" 롤로 평가하는 것은 필름 및 신문 산업에서 통상적인 관례이다. 이는 권취된 롤의 "촉감" 또는 "경도"를 기준으로 하여 이루어진다. 경질 롤은 또한 "완전히 압축된 롤"로 통상적으로 부른다. 전형적으로, 티슈, 신문용지, 스펀본드-멜트블로운-스펀본드 적층체(SMS)의 권취된 롤은 연질 롤의 범주 하에 있다. 폴리에스테르의 권취된 롤 및 필름 적층체는 소위 "경질 롤"로 불리는 완전히 압축된 롤의 범주 하에 있다. 또한, 저 모듈러스 필름, 필름 적층체, 수직 필름/필라멘트 적층체(VFL) 및 연신 결합 적층체(SBL)의 권취된 롤은 "경질 롤"의 범위 하에 있다. "경질 롤"은 재료의 기계 방향(MD) 모듈러스가 재료의 방사상 모듈러스 (ZD 모듈러스)에 유사한 경우(E_t

E_r) 생성된다. "연질 롤"은 재료의 MD 모듈러스가 재료의 방사상 모듈러스보다 훨씬 더 큰 경우(E_t>>E_r) 생성된다.

연속 웹 물질을 권취된 롤로 권취하는 것은 롤 내에 저장된 응력을 발생시키고, 따라서 권취는 증가하는 응력 문제를 나타낸다. 상품 등급의 스펀본드에 대해서, 재료가 롤 주변에 얼마나 단단하게 권취되는지에 대해 거의 우려가 없다. 그러나, 엘라스토머, 약한 적층체 또는 높은 로프트(loft) 웹 재료가 권취되는 경우, 롤 구조 (경도)는 권취된 롤 내에 재료 특성의 영구적 변화를 발생시킨다. 이 변화는 권취 공정 동안, 권취 공정 직후 또는 일정 기간에 걸쳐 발생할 수 있다.

롤 상에 권취되는 재료의 연속 웹의 최외각 층의 장력은 "권취시 장력(wound on tention)" 또는 "WOT"로서 공지되어 있다. 이 WOT 파라미터는 권취기의 유형에 따르는, 웹 장력, 및 닙 하중 (닙 유도 장력)에 기인할 것일 수 있는 임의의 추가 장력을 포함한다. 권취 공정 동안 권취 롤 상에 추가된 새로운 층 각각은 권취된 롤 내의 응력을 변화시킨다.

쯔비그뉴 하키엘(Zbigniew Hakiel)의 논문 ("Nonlinear model for wound roll stresses", TAPPI Journal, Vol. 70(5), pp 113-117, 1987)은 롤에 권취된 연 속 웹 내 임의의 직경 위치에서의 권취된 롤 응력은 롤 및 재료의 특성 ("요구된 입력값" 하에 열거됨)이 주어진다면 어떻게 계산될 수 있는지를 기술하고 있다. 하키엘의 논문은 임의의 컴퓨터 프로그래밍 언어로 컴퓨터 프로그램을 작성하기 위한 계산법 및 흐름도 둘다를 논의하고 있어서, 하키엘 논문에 기술된 것에 기초하여 권취된 롤 응력을 예측하도록 간단한 프로그램을 작성할 수 있다. 연속 재료의 롤의 직경의 함수로서 이 응력의 그래프는 층간 압력 (방사상 응력/압력) 및 기계 방향(MD)의 응력 둘다를 위한 특징적인 형상을 나타내는 곡선을 생성한다. MD 응력은 웹이 롤 상에 권취되거나 또는 롤로부터 제거되는 방향으로의 응력이며, 또한 접선 응력 또는 원주 응력으로서 알려져 있다.

권취된 롤 구조 관점으로부터, "연질" 롤은 고원(plateau)형 방사상 응력 프로파일을 갖는다. 롤 상에 권취된 보다 많은 웹 재료의 첨가는 이러한 유형의 롤 내에 방사상 응력을 증가시키지 않는다. 롤의 크기에 대한 유일한 한계는 권취기의 제한 및 웹 취급 및 이송 장치의 제한으로부터 생긴다. 한편, "경질" 롤은 테이퍼링된(tapered) 방사상 응력 프로파일을 갖는다. 롤에 대한 웹 재료의 첨가는 롤 내부의 응력을 증가시킴으로써 방사상 응력 프로파일에 직접 영향을 준다. 따라서, 경질 롤의 경우, "롤 블록킹" 및 "코어 분쇄"와 같은 문제가 검토될 필요가 있다. 이러한 문제에 대한 우려는 권취 "경질" 롤의 크기를 제한하는 경향이 있다.

연질 롤의 경우에서, 롤 내 장력 ("MD 응력" 또는 "접선 응력" 또는 "원주 응력"으로도 불림)은 코어에 매우 인접한 부분 및 외부 직경을 제외하면 롤 전체에 걸쳐 균일하다. 많은 경우에서, 롤 내 장력은 0에 가깝고, 때때로 음의 값일 수도 있다. 대조적으로 경질 롤에서, 롤 전체에 걸친 MD 응력 및 변형은 '나이키(Nike)^®-스우시(Swoosh)^® 프로파일과 닮은 곡선을 생성한다. 권취된 롤이 고 모듈러스 필름으로 이루어진 경우, MD 변형시 스우시 프로파일은 우선 변형이 적으므로 큰 걱정거리는 아니다. 재료가 풀리면서, 이 변형은 전형적으로 빠르게 회복된다. 따라서 권취 공정은 이러한 저장된 롤 내 변형에 순응하도록 하는 임의의 변경을 수행할 필요가 없다.

그러나, 저 모듈러스 필름, 필름 적층체, VFL 및 SBL에서는 위와는 다르다. 예를 들어, VFL 재료의 MD 모듈러스는 약 5 psi 내지 약 25 psi의 범위이고, 매우 낮다. VFL 재료의 권취된 롤의 외부 직경은 대략 62 인치일 수 있다. VFL 재료 중 엘라스토머성 필라멘트는 고무 밴드와 같이 거동하게 한다. 고무 밴드를 손가락 주변에 권취한 누구나 입증할 수 있듯이, 재료가 낮은 권취시 장력(WOT)으로 롤 상에 권취되는 경우일지라도 VFL 재료의 권취된 롤 중 압력은 매우 높다.

재료의 이러한 웹의 롤 중 MD 응력은 롤 상의 웹 재료의 속성 (예를 들어 탄성)을 "롤 전체에 걸쳐" 변화시킬 것이다. 즉, 롤의 코어 주변에 권취된 재료의 속성은 통상적으로 롤의 외부 직경 주변에 권취된 재료의 동일한 속성과는 달라질 것이고, 이 두 극단 직경 사이의 중간 직경에서 변할 것이다. 변형이 매우 크며 많은 재료가 매우 점탄성이기 때문에, 롤 내에 저장된 변형은 영구적으로 된다. 이는 롤의 반경의 함수로서 (반복가능하게) 변하는 숙성된 재료 특성을 야기한다. 이러한 경질 롤로부터 배출된 웹을 가공시 상기 특성에 대처하기 위해, 가공 장비의 특별한 변경 (예를 들어, 풀림 제어)이 예를 들어 전환 동안 적소에 있을 필요가 있다. 전환 동안 웹 상에서 인쇄되는 경우 이러한 특성을 처리하는 문제는 복잡해진다. 웹에 가해지는 상이한 롤 내 장력으로 인해 변형 회복 속도가 상이하기 때문에, 웹 재료가 롤로부터 풀리면서 인쇄된 표시의 반복 길이는 동일하지 않을 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 롤에 권취된 탄성 재료로 이루어진 웹은 재료의 특성의 일부 영구적인 변화를 겪을 것이다. 통상적으로 롤의 코어 주위에 권취된 재료의 탄성 특성은 롤의 외부 직경 주위에 권취된 재료의 탄성 특성과 20％ 초과의 편차로 상이할 것이다. 다르게 말하자면, "롤 전체에 걸친" 탄성 특성은 통상적으로 20％ 초과까지 변한다. 그럼에도 불구하고 기계 방향(MD)의 탄성 특성은 종종 최종 전환 공정에 중요하다. 재료가 장비의 가공 라인에서 사용을 위해 롤로부터 풀릴 때의 탄성 특성의 변화는 종종 증가된 폐기물 및/또는 라인의 정지 시간의 원인이 될 것이다.

"롤 전체에 걸친", 즉 외부 직경으로부터 권취된 롤의 코어까지의, 균일한 재료 특성을 제공하는 권취 절차를 개발하기 위해 실험적 연구가 수행되었다. 그러나, 상이하게 구성된 재료의 각각 상이한 크기의 새로운 롤에 대해 이러한 연구를 수행하는 것은 장황하고, 시간 소모적이며, 많은 경우에서 비용이 매우 비싸다.

본 개시물의 간략한 개요

수직 필름 적층(VFL) 또는 연신 결합 적층 (SBL)에 의해 생성되거나 또는 등 록된 필름으로서 엘라스토머성 웹의 권취된 롤의 외부 직경으로부터 코어까지 실질적으로 균일한 재료 특성을 제공하는 권취 절차가 개발되었다. 쯔비그뉴 하키엘(Zbigniew Hakiel)의 논문 ("Nonlinear model for wound roll stresses", TAPPI Journal, Vol. 70(5), pp 113-117, 1987)에 기초한 컴퓨터 모델은 VFL, SBL에 의해 생성되거나 또는 등록된 필름으로서의 엘라스토머성 웹에 대한 롤 전체에 걸친 프로파일을 예측하는데 사용될 수 있다. "WOT 전위(Transposition)"로 불리는 개념에 기초하여, 하키엘 모델의 변형된 형태는 실질적으로 롤 전체에 걸쳐 균일한 특성 (웹에서의 MD 응력 포함)을 나타내는 롤에 재료를 권취하는데 사용될 수 있는 제어된 (보상된) WOT 권취 프로파일을 얻도록 일정한 WOT 권취 프로파일을 수정하는데 사용될 수 있다. 이 전위를 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 컴퓨터 프로그램의 실시양태는 부록 A로서 본원에 첨부되고 권취기 컴퓨터 프로그램으로서 본원에서 지칭된다. 이렇게 생성된 권취 제어 기술은 아동 위생 제품, 성인 위생 제품 및 유아 위생 제품을 위해 전환되는 웹에 대한 즉시 적용된다.

변형된 하키엘 계산 모델은 웹의 각 직경 영역이 롤 상에 권취되는 WOT, 웹의 재료 특성 및 권취된 롤의 치수 값들의 입력을 요구한다. 웹을 권취하여 롤을 형성하기 위한 안정 상태의 권취 조건을 위해, WOT는 일정하다. 그러나, 롤의 직경의 함수로서 플롯팅될 경우, 롤 상으로 권취되는 재료의 롤 전체에 걸친 특성은 균일하지 않은 고유의 표시를 가질 수 있다. 특히, 상당한 불균일성은 엘라스토머 및 필름의 권취된 롤에 있어서 공통적인 특성이다.

VFL, SBL에 의해 생성되거나 또는 등록된 필름으로서의 웹의 권취된 롤이 일정한 WOT에서 생성되는 경우, 롤의 코어에 인접하고 롤의 외부 직경에서의 웹 중 장력은 충분하게 경질인 코어 상에 권취된 경우 통상적으로 WOT와 동일하다. 권취된 롤 내의 다른 곳에서, 웹의 장력은 WOT보다 낮고, 따라서 롤 전체에 걸친 장력이 부족하다고 말할 수 있다. 이러한 부족분은 롤의 외부 층이 그 밑의 층을 압축하기 때문에 발생한다. 롤의 어디에서 장력이 측정되는가와 관계 없이 권취된 롤 내의 웹 중 장력을 균일하게 하기 위해, 즉 롤 전체에 걸친 장력을 균일하게 하기 위해, WOT는 롤이 일정한 WOT에서 권취되는 경우 생성되었을 롤 전체에 걸친 장력의 부족분을 보상하도록 제어될 필요가 있다. 이러한 보상 기술은 "WOT 전위"로 부른다. 웹 재료가 WOT 전위를 사용하여 계산되는 방식으로 웹의 직경에 따라 변하는 보상된 WOT 프로파일을 사용하여 롤 상에 권취되는 경우, 권취된 롤 내의 생성 웹 재료의 롤 전체에 걸친 MD 장력은 실질적으로 균일해진다.

본 개시물의 추가 목적 및 이점은 하기 상세한 설명에 일부 기술될 것이고, 일부는 상세한 설명으로부터 명백해지거나, 또는 본 개시물의 실시에 의해 알게 될 수 있다.

본 명세서에 삽입되어 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 개시물의 하나 이상의 현재 바람직한 실시양태 뿐만 아니라 몇몇 다른 실시양태를 예시한다. 상세한 설명과 함께 이 도면들은 본 개시물의 원리를 설명하는 역할을 하지만, 본 개시물의 가능한 모든 명시를 총망라하도록 의도된 것은 아니다.

당업자에게 최상의 방식을 포함하는, 본 개시물의 모든 및 가능한 개시물은 첨부된 도면의 참조를 비롯하여, 명세서의 나머지 부분에 보다 자세히 기술된다:

도 1은 탄성, 점탄성 또는 점소성 연속 웹 및 롤 내의 웹의 영역 상에서 3개의 주 응력의 방향을 개략적으로 나타낸다.

도 2는 실시예 1의 롤을 생성하기 위해 실시예 1에 열거된 특성을 갖는 웹을 권취하는 동안 사용된 10 Psi의 일정한 권취시 장력 (WOT)을 개략적으로 나타낸다.

도 3은 10 Psi의 일정한 권취시 장력 (WOT)에서 권취된 실시예 1에 따른 권취된 롤에 대한 방사상 응력의 롤 전체에 걸친 고유한 응력 프로파일을 개략적으로 나타낸다.

도 4는 10 Psi의 일정한 권취시 장력 (WOT)에서 권취된 실시예 1에 따른 권취된 롤에 대한 MD 응력의 롤 전체에 걸친 고유한 응력 프로파일을 개략적으로 나타낸다.

도 5는 본 개시물의 실시양태에 따른 "WOT 전위" 개념을 개략적으로 설명한다.

도 6은 본 개시물의 실시양태에 따라 생성되는 바람직한 웹의 실시양태의 권취 동안 사용되는 본 개시물의 실시양태에 따라 계산된 제어된 권취시 장력 (WOT)을 개략적으로 나타낸다.

도 7은 도 6의 실시양태에 따라 제어된 WOT를 사용하여 권취된, 실시예 1에서와 같이 배치된 롤 내의 방사상 응력에 대한 효과를 개략적으로 나타낸다.

도 8은 도 6의 실시양태에 따라 제어된 WOT를 사용하여 권취된, 실시예 1에 서와 같이 배치된 롤 내의 MD 응력에 대한 효과를 개략적으로 나타낸다.

도 9는 롤 내의 균일한 MD 응력을 생성하도록 설계된 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같이 롤 상에 권취된 직경에 따름)을 사용하여 권취된 롤에 대한 권취기 연신 (아래 곡선)과 롤 상에 권취된 직경에 관계 없이 일정한 WOT (도 2에서와 같음)를 사용하여 권취된 롤에 대한 권취기 연신 (위 곡선) 사이의 비교를 도식적으로 나타낸다.

도 10a는 롤 중 직경 위치의 함수로서 제1 VFL 재료, 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같이 롤 상에 권취된 직경에 따름)을 사용하여 권취된 롤에 대한 롤 내의 측정된 MD 변형 (사각형 데이타 점의 곡선) 및 롤 상에 권취된 직경에 관계 없이 일정한 WOT (도 2에서와 같음)를 사용하여 권취된 롤 내의 측정된 MD 변형 (다이아몬드 데이터 점의 곡선) 사이의 비교를 도식적으로 나타낸다.

도 10b는 도 10a에서와 동일한 제1 VFL 재료 및 조건에 대해 롤의 직경 위치의 함수로서, 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같이 롤 상에 권취된 직경에 따름)을 사용하여 권취된 롤에 대한 롤 내의 항복시 측정된 MD 변형 (사각형 데이터 점의 곡선) 및 롤 상의 권취된 직경에 관계 없이 일정한 WOT (도 2에서와 같음)를 사용하여 권취된 롤 내의 측정된 MD 변형 (다이아몬드 데이터 점의 곡선) 사이의 비교를 도식적으로 나타낸다.

도 10c는 도 10a에서와 동일한 제1 VFL 재료 및 조건에 대한 것이지만 코어로부터 자유 말단까지의 롤 길이의 함수로서, 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같음)을 사용하여 권취된 롤에 대한 롤 내의 측정된 MD 변형 (사각형 데이 터 점의 곡선) 및 롤 상의 권취된 직경과 관계 없이 일정한 WOT (도 2에서와 같음)를 사용하여 권취된 롤 내의 측정된 MD 변형 (다이아몬드 데이터 점의 곡선) 사이의 비교를 도식적으로 나타낸다.

도 10d는 도 10a에서와 동일한 제1 VFL 재료 및 조건에 대한 것이지만, 코어로부터 자유 말단까지의 롤 길이의 함수로서, 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같이, 롤에 권취된 직경에 따름)을 사용하여 권취된 롤에 대한 롤 내의 항복시 측정된 MD 변형 (사각형 데이터 점의 곡선) 및 롤 상의 권취된 직경과 관계 없이 일정한 WOT (도 2에서와 같음)를 사용하여 권취된 롤 내의 측정된 MD 변형 (다이아몬드 데이터 점의 곡선) 사이의 비교를 도식적으로 나타낸다.

도 10e는 도 10a 내지 10d에 나타낸 다이아몬드 데이터 점 및 사각형 데이터 점의 곡선에서 사용된 데이터를 나타내는 표이다.

도 11a는 제2 VFL 재료에 대해 롤 중 직경 위치의 함수로서, 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같이, 롤에 권취된 직경에 따름)을 사용하여 권취된 롤에 대한 롤 내의 측정된 MD 변형 (사각형 데이터 점의 곡선) 및 롤 상의 권취된 직경과 관계 없이 일정한 WOT (도 2에서와 같음)를 사용하여 권취된 롤 내의 측정된 MD 변형 (다이아몬드 데이터 점의 곡선) 사이의 비교를 도식적으로 나타낸다.

도 11b는 도 11a에서와 동일한 제2 VFL 재료 및 조건에 대해, 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같이 롤에 권취된 직경에 따름)을 사용하여 권취된 롤에 대한 롤 내의 웹에 대한 항복시 측정된 MD 변형 (사각형 데이터 점의 곡선) 및 롤 상의 권취된 직경과 관계 없이 일정한 WOT (도 2에서와 같음)를 사용하여 권 취된 롤 내의 항복시 측정된 MD 변형 (다이아몬드 데이터 점의 곡선) 사이의 비교를 도식적으로 나타낸다.

도 11c는 도 11a에서와 동일한 제2 VFL 재료 및 조건에 대한 것이지만, 코어로부터 자유 말단까지의 롤 길이의 함수로서, 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같음)을 사용하여 권취된 롤에 대한 롤 내의 측정된 MD 변형 (사각형 데이터 점의 곡선) 및 롤 상의 권취된 직경과 관계 없이 일정한 WOT (도 2에서와 같음)를 사용하여 권취된 롤 내의 측정된 MD 변형 (다이아몬드 데이터 점의 곡선) 사이의 비교를 도식적으로 나타낸다.

도 11d는 도 11a에서와 동일한 제2 VFL 재료 및 조건에 대한 것이지만, 코어로부터 자유 말단까지의 롤 길이의 함수로서, 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같이, 롤에 권취된 직경에 따름)을 사용하여 권취된 롤에 대한 롤 내의 항복시 측정된 MD 변형 (사각형 데이터 점의 곡선) 및 롤 상의 권취된 직경과 관계 없이 일정한 WOT (도 2에서와 같음)를 사용하여 권취된 롤 내의 측정된 MD 변형 (다이아몬드 데이터 점의 곡선) 사이의 비교를 도식적으로 나타낸다.

도 11e는 도 11a 내지 11d에 나타낸 다이아몬드 데이터 점 및 사각형 데이터 점의 곡선에서 사용된 데이터를 나타내는 표이다.

도 12는 롤에 권취된 직경에 따라 WOT를 변하게 하는 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같음)을 사용하여 권취된 후 일정한 MD 응력의 롤을 생성하는 본 개시물의 방법의 실시양태를 실시하도록 취해질 수 있는 단계를 흐름도의 형태로 개략적으로 나타낸다.

본 명세서와 도면에서의 참조 문자의 반복적인 사용은 본 개시물의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내도록 의도된다.

이제, 하나 이상의 예가 첨부된 도면 및 부록에 예시된, 본 개시물의 현재 바람직한 실시양태를 상세하게 참조할 것이다. 각 예는 본 개시물의 설명을 위해 제공되지만, 특정 예로 제한되는 것은 아니다. 사실, 본 개시물의 범위 및 취지를 벗어나지 않으면서 본 개시물에서 다양한 변형 및 변경을 가할 수 있는 것은 당업자에게 명백해질 것이다. 예를 들어, 한 실시양태의 일부로서 예시되거나 기술된 특징은 다른 실시양태에서 또 다른 실시양태를 만드는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시물은 이러한 변형 및 변경을 첨부된 청구항 및 이들의 등가물의 범위 내에 포함하는 것으로 의도된다.

도 1은 연속 VFL 엘라스토머성 웹의 권취된 롤 (20) 및 롤 내부의 웹 영역에 3개 주 응력의 방향을 개략적으로 나타낸다. 따라서, 도 1에 나타낸 바와 같이, MD로 표기된 화살표는 권취시 장력(WOT)의 방향을 나타내고, ZD로 표기된 화살표는 롤에 대해 방사상 방향으로 작용하는 층간 압력을 나타낸다. 전형적으로, 대부분의 웹 가공 기계에서, 웹의 권취된 롤은 일정한 권취시 장력 "WOT" (권취된 롤의 현재의 권취 층, 즉 최외각 층에서의 장력)에서 권취된다. 하나의 예외는 롤 블록킹을 감소시키기 위해 테이퍼 장력 또는 필름 롤용 닙의 사용이다. 웹 재료의 MD 모듈러스 및 ZD 모듈러스가 서로에 매우 가깝고, 롤이 일정한 권취시 장력에서 권취되는 경우, 상기 재료의 권취된 롤은 롤 전체에 걸쳐 그 안에 저장된 MD 응력의 고유의 표시를 나타낸다. 전환 공정에서, 롤을 푸는 동안 웹의 임의의 소정의 영역의 상태는 그 영역이 롤 상에 저장되는 직경 위치에 따라 상이하다.

권취된 롤로부터 풀리는 연속 웹을 사용하는 여러 방법에서, 웹이 롤의 최외각 직경, 롤의 최심부 직경 또는 롤의 두 극단 직경 사이의 어딘가로부터 오든지 웹의 상태가 본질적으로 균일하도록 웹이 풀리면서 가능한 한 작은 웹 상태의 변동을 갖는 것이 바람직하다. 웹의 상태에서 이러한 바람직한 균일성을 달성하기 위해, 권취된 롤의 물리작용은 롤에 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 그 안에 저장된 MD 응력을 제공하도록 본 발명에 따라 조작될 수 있다. 소정의 재료, 코어 및 권취된 롤 형태에 대해, 권취된 롤 내의 응력 상태는 WOT에 의해 결정된다. 따라서, 본 개시물에 따라, 웹 재료가 웹 상에 권취되면서 WOT가 보상된 WOT 프로파일을 따르도록 조작함으로써, 생성된 권취된 롤 내 실질적으로 균일한 MD 응력을 달성하는 것이 가능함이 발견되었다. 상기 언급된 바와 같이, 본 공정의 제1 단계로서, 웹 재료 중 일정한 WOT를 웹 재료가 롤 상에 권취되는 것으로 가정하여, 권취된 롤 직경의 함수로서 연속 웹 재료의 권취된 롤 내의 초기 MD 장력 조건을 결정하는데 권취기 컴퓨터 모델이 사용된다. 상기 언급된 바와 같이, 이러한 권취기 컴퓨터 모델은 상기 인용된 권취된 롤 응력을 위한 하키엘의 비선형 모델에 기초하지만, 본 개시물에 기술된 새로운 절차를 포함하도록 변형되고, 적합한 권취기 컴퓨터 프로그램을 부록 A로서 본원에 나타내었다.

요구되는 입력값:

권취된 롤의 특성:

■ MD 모듈러스, ZD 모듈러스 및 웹 재료의 푸아송 비

■ 웹 두께

■ 권취된 롤 외부 직경

■ 권취시 장력 (WOT)

코어 특성:

■ 코어의 내부 및 외부 직경

■ 영률(Young's modulus), 푸아송 비

실시예 1:

예를 들어, 특성이 하기에 열거된 재료를 고려한다.

웹, 권취된 롤 특성:

MD 모듈러스=25 Psi

ZD 모듈러스-> K₁=O.1, K₂=1O Psi (파이퍼(Pfeiffer) 형태 - 하키엘 논문에서 주어짐)

푸아송 비=0.03

권취된 롤 직경=50 in

권취된 롤 폭=6 in

권취시 장력=10 Psi

코어 특성:

코어 내부 직경=9 in

코어 외부 직경=10 in

코어 모듈러스=100000 Psi

코어 푸아송 비=0.3

도 2에 나타낸 바와 같이 상기 기술된 특성을 갖는 웹의 10 Psi의 일정한 권취시 장력 (WOT)에서 권취되는 롤을 고려한다. 방사상 응력에 대한 상기 웹 재료의 이러한 권취된 롤의 롤 전체에 걸친 고유한 응력 프로파일은 도 3에 나타내고, MD 응력에 대한 상기 웹 재료의 이러한 권취된 롤의 롤 전체에 걸친 고유한 응력 프로파일은 도 4에 나타낸다. 하키엘 모델의 변형된 형태는 도 3 및 4에 도식적으로 나타낸 응력 및 결과를 계산하는 권취기 컴퓨터 프로그램을 생성하는데 사용될 수 있다. 부록 A에 나타낸 컴퓨터 프로그램은 도 3 및 4에 나타낸 데이터를 생성하는데 사용되는 이러한 권취기 컴퓨터 프로그램의 실시양태이다. 부록 B는 부록 A에 나타낸 권취기 컴퓨터 프로그램에 대한 입력값 및 출력값 (수치 및 그래프)를 갖는 엑셀 스크린샷(screen shot)의 예이다. 선택된 데이터 포인트 각각에 대해, 권취기 컴퓨터 프로그램은 10인치 외부 직경을 갖는 코어 상에 권취된 외부 직경이 50인치인 권취된 롤 중 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 MD 장력을 달성하기 위한 보상된 예측 WOT 값을 생성한다. 이 데이터 점은 웹 재료의 권취된 롤의 직경의 함수로서 보상된 WOT 프로파일을 제공한다. 보상된 WOT 프로파일은 권취기가 상기와 같이 제어되어 롤 상에 권취될 웹 재료 중 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 MD 장력을 달성하도록 권취기에 대한 원활한 연신 제어 프로그램으로 데이터 점을 전환하는 소프트웨어에 입력될 수 있다.

원하는 특성이 롤 전체에 걸친 MD 응력이기 때문에, WOT는 이 MD 응력 특성이 실질적으로 균일하도록 제어되는 것이 필요하다. 이는 본 개시물에 따라 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 특성 (웹 중 MD 응력 포함)을 나타내는 경질 롤에 재료를 권취하는데 사용될 수 있는 제어된 (아카 보상된) WOT 권취 프로파일을 얻도록 본 개시물에 따라 "WOT 전위"를 사용하여 일정한 WOT 권취 프로파일을 수정함으로써 수행될 수 있다.

"WOT 전위" 개념은 도 5에서 개념적으로 설명된다. 완전히 압축된 롤에 대한 직경이 증가하면서 MD 응력이 감소되기 때문에, 각 직경 위치에서 롤 내 장력의 부족분을 보상하는 WOT 프로파일은 일정한 권취시 장력 "WOT"에서 권취되는 이러한 롤을 갖고, 권취된 롤 중 롤 전체에 걸쳐 균일한 장력을 생성해야 한다. 이는 권취된 롤에 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 MD 장력 및 다른 웹 특성을 제공하도록 웹이 롤 상에 권취된 바와 같이 웹에 필요한, 소위 보상된 WOT 프로파일이다.

도 5(a)에 나타낸 바와 같이 일정한 WOT에서 웹 재료의 롤의 권취는 완전히 압축된 롤에 대한 도 5(b)에 나타낸 방사상 응력 프로파일을 제공할 것이다. WOT는 웹이 롤에 들어가는 장력이기 때문에, 롤 내 장력이 이 일정한 WOT 값보다 더 높을 수 없다는 것에 기인한다. 도 5(c)에 나타낸 바와 같이 일정한 WOT에서 권취된 경우, 웹 재료의 권취된 롤 내의 MD 응력은 WOT의 일정한 값 미만으로 내려갈 것이고, 롤 내의 직경 위치의 함수로서 권취된 롤 내의 이러한 MD 응력의 플롯은 '나이키®-스우시®' 프로파일을 닮은 형태를 나타낼 것이다. 따라서, 롤 내의 중간 직경 위치 각각에서, 권취된 롤 내 MD 응력 및 웹 재료가 롤 상에 권취되는 일정한 WOT 사이의 부족분이 있다.

도 5(d)에 나타낸 바와 같은 이러한 부족분 (도 5(a)에 나타낸 일정한 WOT와 도 5(c)에 나타낸 권취된 롤의 MD 장력 사이)이 상응하는 직경 위치에서 도 5(e)에서 나타낸 바와 같이 일정한 값의 WOT에 첨가되는 경우, 도 5(f)에 나타낸 바와 같은 생성된 방사상 압력은 일정한 WOT 값에서 생성된 방사상 압력보다 클 것이다. 생성된 방사상 압력 값이 보다 크지만, 롤 전체에 걸친 MD 응력은 이제 도 5(g)에 나타낸 바와 같이 실질적으로 균일하다. MD 응력은 코어 바로 옆에서는 불균일하지만, 이들은 다른 곳에서는 실질적으로 균일하다. 또한, 롤 내의 길이에 관하여, 코어 바로 옆의 불균일한 MD 응력 대역에서의 길이는 전체 롤 내의 길이의 약 2％ 미만의 비율을 점한다. 따라서, 본 개시물의 기술을 사용하는 경우, 롤 전체에 걸친 MD 응력은 이제 권취된 롤의 외부 직경으로부터 권취된 롤의 코어 안쪽으로 측정된 전체 웹 길이의 약 98％ 초과에 걸쳐 실질적으로 균일할 수 있다. 이러한 작업을 위해, 롤은 "경질" 롤, 즉 완전히 압축된 롤이어야 한다는 것을 명심해야 한다.

실시예 1을 참조하여 경질 롤의 외부 직경에서 MD 응력이 WOT 값과 동일함 (이 경우 10 Psi임)을 관찰하였다. 경질 롤 중 어디든, 권취된 경질 롤 내의 MD 응력은 WOT 값을 초과하지 않는다. 이 경우, 이 값은 10 Psi이다.

직경 위치가 주어진 경우, MD 응력은 'Xd' 양에 의한 WOT보다 적고, 여기서 'X'는 WOT와 MD 응력 사이의 차이에 상응하고, 'd'는 직경 위치에 상응한다. 이러한 롤의 상응하는 직경이 권취되는 경우 부족분 'Xd'가 WOT에 첨가되는 경우, 직경의 함수로서 변하는 새로운 보상된 WOT 프로파일 (도 2에서와 같이 일정한 대신에)이 수득될 수 있다. 이 새로운 보상된 WOT 프로파일은 도 6에 나타내었다.

이어서, 권취기 컴퓨터 모델을 수행하는 동일한 컴퓨터 프로그램은 도 6에 나타낸 보상된 WOT 프로파일을 사용하여 권취된 롤 내 응력을 계산하는데 사용된다. 도 7은 도 6에 나타낸 보상된 WOT 프로파일을 사용하여 생성될 권취된 롤 내의 웹에 대해 동일한 권취기 컴퓨터 프로그램에 의해 계산된 이러한 방사상 응력을 도식적으로 나타낸다. 도 6에 나타낸 보상된 WOT 프로파일을 사용하여 생성될 권취된 롤 내의 MD 응력은 동일한 권취기 컴퓨터 프로그램에 의해 계산되고, 이 계산은 도 8에 나타낸다. 각 직경 위치에서, 도 7에 나타낸 방사상 응력은 도 3에 나타낸 것보다 약간 더 크고, 이는 전체적으로 보다 큰 WOT로 인한 것임을 관찰하였다. 그러나, 도 8에 나타낸 MD 응력은 공칭적으로 일정하고, 제어된 WOT를 사용한 결과로서 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하다 (이 특정 실시양태에 대해 도 6에 나타냄).

본 개시물에 따른 이 방법은 서로에 대해 보다 가까운 MD 모듈러스 및 ZD 모듈러스를 갖는 웹에 대해 작업할 것이다.

예를 들어, 부록 B의 차트의 왼쪽으로부터 4번째 컬럼에 따르면, 10 psi의 일정한 WOT에서 권취된 롤의 30 인치 직경에서 웹은 7.848 psi의 MD 장력(응력)을 갖는 권취기 컴퓨터 프로그램 (부록 B에 나타냄)에 의해 예측된다. 이는 재료의 권취된 롤 내 이 30 인치 직경 위치에서 롤 상에서 웹을 권취하는데 적용되는 일정한 10 psi WOT로 인해 웹에 부여될 수 있는 최대 10 psi MD 장력으로부터 2.152 psi (10 - 7.848)의 부족분이 예측된다는 것을 의미한다. 30 인치 직경의 롤에서 이 2.152 psi 부족분을 보상하기 위해, 보상된 WOT 프로파일은 12.152 psi (10 + 2.152)의 WOT를 요구하며, 이는 "제어된 WOT"라는 항목 하에 부록 B의 차트의 왼쪽으로부터 5번째 컬럼에 나타낸 것이다. 동일한 권취기 컴퓨터 모델 (부록 A에 나타냄)을 사용하여, 12.152 psi의 보상된 WOT에서 30인치 직경의 권취된 롤에서 웹 중 MD 장력 (응력)은 부록 B의 차트의 왼쪽으로부터 7번째 컬럼에서 10.061 psi인 것으로 계산된다. 부록 B의 차트의 왼쪽으로부터 7번째 컬럼의 다른 기재의 조사로부터 나타날 수 있는 바와 같이, 보상된 WOT 프로파일에 따라 권취된 재료의 롤 중 MD 장력은 약 10 psi에서 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 것으로 예측된다.

권취 공정 제어

낮은 모듈러스 연신성 재료는 롤 상에서 권취되는 경우, "연신 제어"에서 권취기를 작동하는 것이 일반적이며, 여기서 보상된 WOT 프로파일은 권취기의 속도와 웹 상의 MD 장력 사이의 공지된 관계에 기초하여 속도 제어로 전환된다. 연신 제어 (속도 제어 또는 속력 제어로도 알려짐)는 권취기의 속력을 제어하고 이로써 권취된 롤로 들어가는 웹의 MD 장력을 제어함으로써 작동한다. 전형적으로 프로그래밍 가능한 논리 제어기(PLC)를 포함할 수 있는 제어 시스템은 연신 제어 방식으로 권취기를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 그러나, 속도 (분 당 피트로 표현됨) 및 연신 (％로 표시됨) 둘다는 웹 응력 또는 WOT의 직접적인 측정이 아니다. WOT를 측정하기 위해서는 권취기 속도 및 WOT 사이의 관계를 표현하는 정확한 방식을 찾아야 한다.

연신 (또는 속도) 및 WOT 사이의 관계를 구축하는데 사용될 수 있는 다양한 방법이 있다. 한 방법은 웹을 롤에 권취하는 방법에서 웹 장력을 직접 측정하는 로드 셀(load cell)을 사용한다. 연신을 바꾸고, 로드 셀로 측정된 장력의 변화를 관찰하고, 둘 사이의 관계를 구축할 수 있다. 다른 방법은 웹 변형 및 웹의 MD 모듈러스를 곱함으로써 웹의 응력을 계산한다. 웹 변형은 권취기와 이전 구동 롤러 사이의 속도 차이 ([Vw - V1] / V1, 식 중에서 Vw는 권취기 속도이고 V1은 권취기 전에 롤러의 속도임)를 기준으로 계산될 수 있다.

연신 제어 및 속도 제어를 사용하는 방법은 지금 보다 바람직해 보이지만, 또한 장력 제어, 회전력 제어 또는 닙 제어를 사용하는 방법을 사용하는 것도 가능하다. 권취 방법이 "장력 제어"에서 수행하는 경우, 장력을 나타내는 로드 셀은 이미 공정 장비에 존재하기 때문에 웹 중 장력은 공지된 양이다. 이 경우, 관계가 다양한 브레이크 수준에 대한 풀림 모터 전류 및 웹 장력 사이에서 구축될 수 있다. 동일한 절차가 또한 회전력 제어 권취기에 이어질 수 있다. PLC 제어 시스템 소프트웨어는 보상된 WOT 프로파일로부터의 개별 점의 조합을 사용하고, 이들 점 사이에 내삽함으로써 롤 직경의 함수로서 연신시 원하는 변화를 달성하도록 권취된 롤 직경의 함수로서 풀림 모터 전류를 제어하는데 사용될 수 있다.

일단 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 MD 응력을 생성할 WOT에 대해 바람직한 출력이 웹이 롤에 권취될 경우 롤의 직경의 함수로서 수득되는 경우, 전형적으로 프로그램 가능한 논리 제어기(PLC)를 포함할 수 있는 제어 시스템은 권취기 (연신 제어시) 및 풀림 브레이크 (장력 제어시)를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 이 목적을 위해 공통적인 제어 시스템 소프트웨어는 록크웰(Rockwell), 지멘스(Siemens) 및 이러한 공정 라인 장비를 위한 다른 회사로부터 입수가능하다. 이들 프로그램은 이들 자신의 프로그램 언어를 사용하여 권취 공정에서 다양한 장비를 제어한다.

연신 제어의 경우, WOT에 대한 권취 모델 출력은 연신/속력 및 웹 중 WOT 사이에 구축된 관계에 기초하여 연신 (또는 속력)으로 전환된다. 이어서 단순한 프로그램이 권취 모델 출력으로부터 개별 점의 조합을 사용함으로써 및 이들 점 사이에 선형적으로 내삽됨으로써 롤이 권취될 경우 롤의 직경의 함수로서 연신의 변화를 달성하도록 권취된 롤 직경의 함수로서 권취기 속력을 제어하는 제어 시스템 소프트웨어를 사용하여 기록될 수 있다. 전환 절차는 장력 제어와 매우 유사하지만, 장력 제어의 경우, 롤이 권취될 경우 제어되는 풀림 모터 전류이다. 따라서, PLC를 사용하여 장력 제어 방식으로 보상된 WOT 프로파일의 함수로서 권취기를 제어할 될 수 있다. 예를 들어, PLC 제어 시스템 소프트웨어를 사용하여 보상된 WOT 프로파일로부터 개별 점의 조합을 사용하고 이들 점 사이에 내삽함으로써 권취된 롤 직경의 함수로서 풀림 모터 전류를 제어하여 롤 직경의 함수로서 연신시 원하는 변화를 달성할 수 있다.

닙 제어의 경우, WOT에 대한 권취 모델 출력값은 소정의 일정한 웹 장력에 대해 목표 WOT를 얻는데 필요한 분별적(discreet) 닙 하중으로 전환될 수 있다. 닙 유도 장력의 실험적 측정이 없을 경우 사용될 수 있는 WOT에 대한 일반식은 하기와 같이 표현될 수 있다. WOT = Tw + μN, 식 중에서 WOT = 권취시 장력, Tw = 웹 장력, μ= 마찰력의 웹 상수에 대한 동적 웹, 및 N = 닙 하중.

MD 응력 균일성 측정

일단 두 롤이 권취되고 - 하나는 상기 측정된 바와 같이 제어된 WOT (도 6)를 사용하여 권취되고, 다른 것은 일정한 WOT (도 2)를 사용하여 권취된 경우, 롤의 직경의 함수로서 웹의 MD 응력을 측정하기 위한 프로토콜을 개발하는 것이 필요해진다. 방법의 재료 및 요건에 따라, 롤 중 MD 응력 균일성은 보다 쉽게, 즉 직접 실제 측정에 의해 얻어진 다양한 다른 파라미터의 측정치에 대한 특정 및 예측가능한 관계를 갖는 바와 같이 측정될 수 있다. 일부 방식은 하기를 포함한다. MD 응력은 풀림 방법 동안 웹에서 생성된 각 개별 절단물의 길이 변화로서 측정될 수 있다. MD 응력은 또한 풀림 방법 동안 인쇄된 그래픽의 반복된 길이를 기록함으로써 측정될 수 있다. MD 응력은 또한 풀림 방법 동안 상이한 직경 위치에서 웹의 항복점에서 변형의 변화로서 측정될 수 있다. MD 응력은 또한 변형 게이지를 다양한 직경 위치에서 웹에 부착하고 이렇게 얻어진 응력 측정치의 균일성에 기초한 균일성을 기록함으로써 측정될 수 있다.

예를 들어, 롤 전체에 걸친 "항복시 변형"은 실제로 측정된다. 간략하게, 동일한 길이의 영역 (쿠폰으로 공지됨)은 상이한 롤 전체에 걸친 직경로부터 절단되고, 인장 시험기 상에 올려지고 고정된 하중으로 연신된다. 매우 낮은 모듈러스 연신성 적층체 웹의 롤의 롤 전체에 걸친 변형의 실질적인 균일성은 풀림 방법 동안 "항복시 변형"으로부터 추론될 수 있다.

항복시 변형

본원의 도면에 나타낸 "항복시 변형" 파라미터를 측정하기 위한 단계별 절차는 하기와 같이 요약될 수 있다: 외부 직경에서 롤의 원주를 따라 6인치 떨어진 2개의 선을 표시한다 (즉, 표시는 기계방향으로 6인치 떨어짐). 이어서, 2개의 표시된 선이 쿠폰 내에 나타나도록 8인치 길이 3인치 폭 (교차 기계 방향으로)인 쿠폰을 재료로부터 절단한다. 이어서, 시험기의 그립이 6인치 떨어진 것을 보장하도록 2개의 표시된 선을 사용하여 쿠폰을 인장 시험기에 올린다. 따라서, 두 선이 그립 사이에 6인치 떨어져 끝나도록 그립에 유지된다. 이어서 쿠폰은 응력 및 변형이 상이한 지점 수에 대해 동시에 기록되는 동안 일정한 변형 속도로 연신되고, 하기에 나타낸 곡선을 플롯팅한다. 이어서, 항복시 변형은 하기 그림에 나타낸 바와 같이 곡선에 굴곡 점에 기록된다. 이 절차는 권취된 롤 내의 상이한 직경에서 동일한 시험을 수행함으로써 롤 전체에 걸쳐 반복된다.

또한, 롤 전체에 걸쳐 저장된 MD 변형을 실제적으로 측정하였다. "MD 변형"은 MD 변형의 경우 쿠폰이 수축량에 대해 관찰된 것을 제외하고는 상기 기술된 것과 유사한 방식으로 결정되었다. 동일한 길이의 쿠폰을 롤 전체에 걸쳐 상이한 직경에서 웹으로부터 절단하고, 수축량에 대해 관찰하였다. 수축을 기준으로, 저장된 MD 변형은 길이의 변화 차이의 비율 대 원 쿠폰 길이의 비율로서 계산될 수 있다.

MD 변형

본원에서 도면에 나타낸 "MD 변형" 파라미터를 측정하기 위한 단계별 절차는 하기와 같이 요약될 수 있다: 외부 직경에서 롤의 원주를 따라 6인치 떨어진 2개의 선을 표시한다. 이어서, 표시된 선이 쿠폰 내에 표시되도록 8인치 길이 3인치 폭인 쿠폰을 절단한다. 평평한 표면 상에 쿠폰을 놓고, 즉시 수축된 길이(2개의 표시 선 사이의 길이)를 측정한다. 이어서, 롤에 저장된 MD 변형은 초기 길이와 수축된 길이 사이의 차이 대 초기 길이의 비로서 계산되고 초기 길이의 백분율(％)로서 표시된다. 이 절차는 권취된 롤 내에 상이한 직경에서 동일한 시험을 수행함으로써 롤 전체에 걸쳐 반복된다.

연신 프로파일은 도 9에 나타내고, 웹의 각각의 MD 변형에 대한 결과는 도 10a에 나타내었다. 도 10a - e 및 11a - e 각각의 각 데이터 점은 3개의 개별 측정의 평균을 나타내고, 데이터의 변화는 변화 계수로 불리는 파라미터를 사용하여 표현될 수 있고, 하기와 같이 이해된다.

여기서, ％Cv는 변화의 계수이고 SD는 표준 편차이다. 따라서, ％Cv 값이 보다 커지면 데이터의 변화가 더 커진다.

도 9에 나타낸 연신 프로파일은 이전 영역에서 기술된 바와 같이 연신 및 장력 사이에 구축된 관계에 기초하여 응력을 연신값으로 전환함으로써 얻어졌다. 따라서, 제1 VFL 재료의 롤에 대한 도 9에 나타낸 바와 같이, 권취기 연신은 권취된 롤의 중앙 주변에 웹을 권취하는 경우 약 43％ 이하의 롤의 코어 주변에 웹을 권취하는 경우 약 39％로부터 변하고, 이어서, 권취기 컴퓨터 프로그램으로부터 생성된 데이터 포인트로부터 지시된 비교적 원활하게 제어된 방식으로 권취된 롤의 외부 직경에서 웹을 권취하는 경우 약 38％로 되감긴다. 균일성은 변형의 관점에서 측정되는 것을 관찰한다.

예측되고, 도 10a의 사각형 데이터 점의 플롯에 의해 나타낸 바와 같이, 제어된 WOT를 사용하여 권취된 롤은 롤 내에 각 직경에서 비교적 일정한 MD 변형을 갖는다. 도 10a의 다이아몬드 데이터 점을 선 플롯팅하여 나타낸 바와 같이, 동일한 제1 VFL 재료에 대해 일정한 WOT를 사용하여 권취되는 롤은 측정값이 롤 상에 권취된 웹에 대해 취해진 것에 따라 폭넓게 다양한 MD 변형을 갖는다. 동일한 제1 VFL 재료에 대해 일정한 WOT를 사용하여 권취된 롤의 이보다 넓은 변형은 도 10b에 나타낸 롤의 직경의 함수로서 항복시 변형의 교대의 측정에 대해 확인된다. 또한, 도 10c 및 10d에 나타낸 바와 같이, 개별 MD 변형 측정치 및 항복시 변형 측정치의 폭 넓은 변화(다이아몬드 데이터 점)는 측정치를 코어에서의 롤의 말단으로부터 재료의 자유 말단으로의 길이를 따른 길이의 함수로서 플롯팅하는 경우 보다 더 명백해진다.

도 10a에 나타낸 바와 같이, 일정한 WOT에서 권취된 롤에 대한 MD 변형 측정은 대략 평균의 15.5％ 편차를 나타내고, 제어된 WOT에서 권취된 롤에 대한 MD 변형 측정은 대략 평균의 단지 5.6％ 편차를 나타내고, 본 개시물에 따라 제어된 WOT에서 권취되는 경우 동일한 웹 재료에 대해 약 64％ (1 - 5.6/15.5) 보다 큰 균일성이다. 이는 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일성의 동일한 결과가 또한 이 동일한 제1 VFL 재료에 대해 롤에서 직경 위치의 함수로서 플롯팅된 항복시 변형 데이터 (사각형 데이터 점)에 대해 도 10b에 나타낸 바와 같이 얻어진다. 또한, 도 10c 및 10d에 나타낸 바와 같이, 개별 MD 변형 측정치 및 항복시 변형 측정치 (사각형 데이터 점)의 실질적인 균일성은 측정치를 코어에서 롤의 말단으로부터 재료의 자유 말단까지의 길이를 따른 거리의 함수로서 플롯팅하는 경우 보다 명백해질 것이다. 도 10a (64％), 10b (49％), 10c (64％) 및 10d (49％)에서 나타낸 바와 같이, 각 경우 균일성이 약 50％ 이상 개선된다.

도 11a, 11b, 11c 및 11d는 본 개시물에 의해 규정된 일정한 WOT 및 제어된 WOT에서 제2 VFL 재료의 웹에 대한 측정된 특성 사이의 다양한 변화를 도식적으로 나타낸다. 도 11b의 수율 데이터에서의 비교적 낮은 변형를 도 10b의 데이터에 대해 비교함으로써 나타낼 수 있는 바와 같이, 제2 VFL 재료는 제1 VFL 재료보다 적게 주어진다. 그리고 균일성 정도는 본 개시물에 따라 제어된 WOT에서 권취된 롤에 대해 보다 항상 더 크다.

도 11b는 예를 들어 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어 도 6에서와 같이, 롤 상의 권취된 직경에 따라)을 따라 권취된 롤에 대해 항복시 측정된 MD 변형(사각형 데이터 점) 및 롤 상에 권취된 직경에 상관없이 일정한 WOT(도 2에 나타낸 바와 같음)를 사용하여 롤 내의 웹에 대해 항복시 측정된 MD 변형 (다이아몬드 데이터 점) (위쪽 곡선)의 비교를 가능케 한다. 예측되고, 도 11에서 사각형 데이터 점으로 나타낸 바와 같이, 제어된 WOT를 사용하여 권취된 롤은 제2 VFL 재료의 롤 내의 각 직경에서 수율 측정시 비교적 일정한 MD 변형을 갖는다. 도 11b에 플롯팅된 사각형 데이터 점에 의해 나타낸 바와 같이, 일정한 WOT를 사용하여 권취된 롤은 롤에서 롤 상에 권취된 제2 VFL 재료의 웹에 대해 측정되는 것에 따라 폭넓게 변하는 MD 항복시 변형 측정치를 갖는다. 동일한 제1 VFL 재료에 대해 일정한 WOT를 사용하여 권취된 롤에서 이러한 보다 넓은 변화는 도 11a에 나타낸 롤의 직경의 함수로서 MD 변형의 교대 측정에 대해 확인된다. 또한, 도 11c 및 11d에 나타낸 바와 같이, 개별 MD 변형 측정치 및 항복시 변형 측정치의 폭넓은 변화 (다이아몬드 데이터 점)는 코어에서의 롤의 말단으로부터 재료의 자유 말단으로의 롤의 길이를 따라 거리의 함수로서 플롯팅되는 경우 보다 더 명백해질 것이다.

도 11a에 언급된 바와 같이, 일정한 WOT에서 권취된 제2 VFL 재료의 롤에 대한 MD 변형 측정치는 대략 평균의 13.9％ 편차를 나타내며, 제어된 WOT에서 권취된 롤에 대한 MD 변형 측정치는 단지 대략 평균의 4％의 편차를 나타내고, 본 개시물에 따른 제어된 WOT에서 권취될 경우 동일한 웹 재료에 대해 약 71％ (1 - 4/13.9) 보다 큰 균일성이다. 롤 전체에 걸쳐 실질적인 균일성의 이러한 동일한 결과는 또한 도 11b에 나타낸 바와 같이 이 동일한 제2 VFL 재료에 대한 롤의 직경 위치의 함수로서 플롯팅된 항복시 변형 데이터 (사각형 데이터 점)에 대해 얻는다. 또한, 도 11c 및 11d에 나타낸 바와 같이, 각 MD 변형 측정치 및 항복시 변형 측정치의 실질적인 균일성 (사각형 데이터 점)을 코어에서의 롤의 말단으로부터 재료의 자유 말단까지의 롤의 길이를 따라 거리의 함수로서 플롯팅하는 경우 보다 더 명백해질 것이다. 도 11a (71％), 11b (59％), 11c (71％) 및 11d (59％)에 나타낸 바와 같이, 각 경우 균일성이 약 50％ 이상이 개선된다.

도 10a, 10b, 10c, 10d, 11a, 11b, 11c 및 11d에 나타낸 데이터로부터 명백한 바와 같이, 보상된 WOT 프로파일에 따라 권취된 웹 재료의 롤의 MD 장력의 롤 전체에 걸친 가변성은 일정한 WOT에서 권취된 동일한 웹 재료 및 동일한 직경의 롤의 MD 장력의 롤 전체에 걸친 가변성에 대해 약 40％ 내지 약 70％로 감소된다.

도 12는 흐름도의 형태로 롤 상에 권취된 직경에 따른 WOT를 변하게 하는 제어된 WOT 프로파일 (예를 들어, 도 6에서와 같이)을 사용하여 권취된 후 실질적으로 일정한 MD 응력의 롤을 생성하는 본 개시물의 방법의 실시양태를 실시하도록 취해질 수 있는 단계를 나타낸다. 본 방법은 각각 모든 목적을 위해 그 전문을 본원에 참고로 인용하는, 라이트(Wright)의 미국 특허 제5,385,775호, 웰치(Welch) 등의 미국 특허 출원 공개 제2002/0104608호, 및 스타델맨(Stadelman) 등의 미국 특허 출원 공개 제2005/0170729호에 개시된, MD 엘라스토머 적층체와 같은 연장성 및/또는 탄성 웹 (예를 들어, 필름, 실, 부직 재료 및 임의의 상기한 것의 하나 이상의 적층체)에 대해 특히 유용하다.

하기 거동을 나타내는 재료는 본 개시물의 권취 기술로부터 도움이 될 것이다:

■ 방사성 모듈러스에 근접한 기계 방향 모듈러스를 갖는 임의의 웹 재료, 또는

■ MD 응력 또는 변형 또는 일부 다른 병행 측정에 의해 측정된 바와 같은 롤 전체에 걸친 "나이키^® - 스우시^®" 프로파일을 갖는 임의의 재료.

전형적으로, 부직, 부직 적층체, 기계 방향 (MD) 배향된 엘라스토머 (MD로 연신), MD 엘라스토머 적층체, 필름, 필름 적층체 및 매우 높은 로프트 티슈와 같은 재료(여기서, MD 및 ZD 모듈러스는 동일한 값에 인접함)는 상기 범주 내에 있는 것들이다.

본 개시물의 하나 이상의 바람직한 실시양태는 특정 용어를 사용하여 기술되는 경우, 이러한 기술이 오직 예시적인 목적을 위한 것이고, 하기 청구항의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 변형될 수 있다.

부록 A

이 컴퓨터 프로그램은 엑셀 문서 내 비주얼 베이직 어플리케이션 코드(VBA)로 작성되었다.

Claims

웹의 기계 방향(MD) 장력이 웹 재료의 권취된 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하도록, 권취된 웹 재료의 실질적으로 완전히 압축된 롤을 형성하는, 웹 재료의 방사상 모듈러스에 동등한 기계 방향(MD) 모듈러스를 갖는, 연속 웹 재료의 권취 방법이며,

WOT 전위(transposition)를 사용하여 계산되는 방식으로 권취된 웹의 직경에 따라 변화되는, 미리 정해진 권취시 장력 (wound on tension; WOT) 프로파일에 따라, 롤 상에서 웹 재료의 최외각 층이 권취되도록, 권취기를 사용하여 롤 상에 웹 재료를 권취하는 단계를 포함하는 연속 웹 재료의 권취 방법.
제1항에 있어서, WOT 전위를 사용하여 권취된 웹의 직경에 따라 변하는 WOT 프로파일을 계산하는 것이,

컴퓨터 모델을 사용하여 웹 재료 중 일정한 WOT를 그 웹 재료가 롤 상에 권취되는 것으로 가정하여 권취된 롤 직경의 함수로서 연속 웹 재료의 권취된 롤 내의 초기 MD 장력 조건을 결정하는 것, 및

컴퓨터 모델로부터 생성된 조건에 기초하여 컴퓨터 모델을 사용하여 보상된 WOT 프로파일을 생성하는 것을 포함하며, 여기서 보상된 WOT 프로파일은 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 MD 장력을 권취된 롤에 제공하도록 웹이 롤 상에 권취되면서 웹에 필요한 WOT인 방법.
제2항에 있어서, 컴퓨터 모델이 권취된 롤 응력에 대한 하키엘(Hakiel) 비선 형 모델에 기초한 것인 방법.
제2항에 있어서, 권취기의 제어가능한 파라미터 및 웹 재료의 롤 상에 권취기에 의해서 권취되는 웹의 생성된 WOT 사이의 상관관계를 제공하는 것을 추가로 포함하는 방법.
제4항에 있어서, 소정의 수의 선택된 데이터 점의 각각에 대해, 컴퓨터 모델이 권취된 롤에서 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 MD 장력을 달성하도록 보상된 예측 WOT값을 생성하고, 보상된 WOT 값 및 상관관계가 프로그램 가능한 논리 조절기 (PLC) 소프트웨어에 의해 사용되어 권취기를 제어하여 권취된 롤 중 롤 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 MD 장력을 달성하는 방법.
제5항에 있어서, 제어 시스템 소프트웨어가 보상된 WOT 프로파일의 함수로서 연신 제어 방식으로 권취기를 제어하는 방법.
제6항에 있어서, 보상된 WOT 프로파일이, 권취기 연신 및 권취되는 웹의 WOT 사이의 알려진 관계에 기초하여 연신 제어 프로파일로 전환되는 방법.
제7항에 있어서, VFL 재료의 롤에 대해, 권취기 연신은 권취된 롤의 코어를 권취할 때 약 39％로부터 권취기 롤의 중간 부근에 권취될 때 약 43％ 이하까지 변하고, 이어서 비교적 원활하게 제어되는 방식으로 권취된 롤의 외부 직경에서 권취될 때 약 38％까지 다시 떨어지는 방법.
제8항에 있어서, PLC를 사용하여 장력 제어 방식에서 보상된 WOT 프로파일의 함수로서 권취기를 제어하는 것을 추가로 포함하는 방법.
제9항에 있어서, WOT 장력을 직접 모니터링하는데 로드 셀이 사용되고, 로드 셀에 의해 모니터링된 정보가 롤 상으로 웹 재료를 권취하는 동안 PLC에 제공되는 방법.
제8항에 있어서, 권취기 속도와 웹에 대한 WOT 사이의 소정의 관계에 기초하여 보상된 WOT 프로파일을 속도 제어로 전환하는 방법.
제11항에 있어서, 제어 시스템이 권취된 롤 직경의 함수로서 권취기 속도를 제어하는 방법.
제12항에 있어서, 제어 시스템 소프트웨어를 사용하여, 보상된 WOT 프로파일로부터의 분리된 점의 조합을 사용하고 이들 점 사이를 내삽함으로써 권취된 롤 직경의 함수로서 권취기 속도를 제어하여 롤 직경의 함수로서 권취기 연신의 원하는 변화를 달성하는 방법.
제12항에 있어서, 제어 시스템 소프트웨어를 사용하여, 보상된 WOT 프로파일로부터의 분리된 점의 조합을 사용하고 이들 점 사이를 내삽함으로써 권취된 롤 직경의 함수로서 풀림 모터 전류를 제어하여 롤 직경의 함수로서 연신의 원하는 변화를 달성하는 방법.
제8항에 있어서, 제어 시스템 소프트웨어가 보상된 WOT 프로파일의 함수로서 닙 제어 방식에서 권취기를 제어하는 방법.
제1항에 있어서, 웹 재료가 웹 재료의 방사상 모듈러스에 근접한 기계 방향 모듈러스를 갖는 것인 방법.
제1항에 있어서, 웹 재료가 부직물, 부직 적층체, 기계 방향 배향 엘라스토머, 기계 방향 엘라스토머 적층체, 필름, 필름 적층체 및 매우 높은 로프트(loft) 티슈 중 하나 이상으로 구성되는 것인 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 방법에 따라 권취된 웹 재료의 롤.
제18항에 있어서, 권취된 롤의 MD 장력의 롤 전체에 걸친 가변성이 동일한 재료 및 일정한 WOT에서 권취된 동일한 직경의 롤의 MD 장력의 롤 전체에 걸친 가변성에 대해 약 40％ 내지 약 70％ 감소된 웹 재료의 롤.
제18항에 있어서, 롤 전체에 걸친 MD 응력이, 권취된 롤의 외부 직경으로부터 권취된 롤의 코어로 내부를 향해 측정한 전체 웹 길이의 약 98％에 걸쳐 실질적으로 일정한 웹 재료의 롤.