KR102636469B1 - 웹 구조의 레이저 절단 방법 - Google Patents
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Abstract
흡수 용품의 제조에 사용되는 웹 구조를 절단하는 방법. 웹 구조를 절단하는 방법은 펄스 작동 모드를 갖는 레이저를 사용할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 레이저로부터 펄스화된 방사선 빔의 주파수는 웹 구조의 물질에 대응하도록 패터닝될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 레이저로부터 펄스화된 방사선 빔의 주파수는, 웹 구조가 이동하는 속도와 대응하도록 패터닝될 수 있고 웹 구조 이동 속도의 임의의 변화에 따라 변할 수 있다.
Description
본 발명은 웹 구조의 레이저 절단 방법에 관한 것이다.
개인 위생 흡수 용품은 흡수 용품의 착용자에게 다양한 이점을 제공할 수 있는 웹 구조를 포함하는 다양한 구성요소들을 사용하여 제조된다. 웹 구조의 예는, 흡수 용품의 상면시트 층과 같은, 신체 접촉 층으로서 사용될 수 있는 액체 투과성 부직포 웹 또는 필름일 수 있다. 웹 구조의 다른 예는, 흡수 용품의 배면시트 층과 같은, 의복 접촉 층으로서 사용될 수 있는 액체 불투과성 부직포 웹 또는 필름일 수 있다.
개인 위생 흡수 용품은 예를 들어 직사각형 또는 모래 시계와 같은 다양한 형태 및 다양한 크기로 제조될 수 있고 그 크기는 영아부터 성인까지의 다양한 착용자에게 적합하도록 될 수 있다. 흡수 용품의 일부 구성요소들을 형성하는 웹 구조는 더 큰 웹 구조의 시트로부터 더 작은, 알맞은 크기의 웹 구조로 절단되어서 결과로 생긴 흡수 용품에 통합된다.
더 큰 웹 구조 시트를 더 작은, 알맞은 크기의 웹 구조로 절단하는 것은 웹 구조에서 방사선 빔을 방출할 수 있는 레이저를 사용할 수 있다. 방사선 빔으로부터 출력된 에너지는 방사선 빔의 초점인 영역의 웹 구조에 의해 흡수될 수 있다. 방사선 빔으로부터 에너지의 흡수는 초점 영역에서 웹 구조의 기화를 유발할 수 있다. 웹 구조의 기화는, 기화가 발생한 영역에 접하는 웹 구조의 물질의 용융으로 인해 잔류 웹 구조에 거친 에지를 유발할 수 있다.
이러한 웹 구조는 개인 위생 흡수 용품에서 이용되고 잠재적으로 착용자의 피부와 접촉할 수 있으므로, 절단된 웹 구조에 보다 부드러운 에지를 유발할 웹 구조를 절단하는 방법이 필요하다.
다양한 실시예들에서, 웹 구조를 절단하는 방법은: 방사선 빔을 방출할 수 있는 레이저를 제공하는 단계; 웹 구조를 제공하는 단계로서, 상기 웹 구조는 물질의 제1 부분과 물질의 제2 부분을 포함하는, 상기 웹 구조를 제공하는 단계; 방사선 빔을 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일로 레이저로부터 웹 구조의 제1 부분으로 향하게 하는 단계; 방사선 빔을 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일로 레이저로부터 웹 구조의 제2 부분으로 향하게 하는 단계를 가질 수 있고; 여기서 웹 구조의 제1 부분은 웹 구조의 제2 부분과 상이하고 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일과 상이하다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 제1 부분은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 중 적어도 하나로 이루어진 물질을 포함하고 웹 구조의 제2 부분은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 중 적어도 하나로 이루어진 물질을 포함한다.
다양한 실시예들에서, 웹 구조의 제1 부분은 물질의 단일층이고 웹 구조의 제2 부분은 서로 중첩된 적어도 2가지 물질의 적층 구조이다. 다양한 실시예들에서, 적층 구조의 적어도 2가지 물질이 적어도 부분적으로 서로 접합된다.
다양한 실시예들에서, 웹 구조의 제1 부분은 서로 중첩된 적어도 2개의 물질층의 적층 구조이고 웹 구조의 제2 부분은 서로 중첩된 적어도 3개의 물질층의 적층 구조이다. 다양한 실시예들에서, 웹의 제1 부분의 적층 구조의 적어도 2개의 층은 적어도 부분적으로 서로 접합되고 웹 구조의 제2 부분의 적층 구조의 적어도 3개의 물질층은 부분적으로 서로 접합된다.
다양한 실시예들에서, 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 0.25 내지 32이고 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일은 0.25 내지 32이다. 다양한 실시예들에서, 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 0.25 내지 8이고 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일은 0.25 내지 8이다.
다양한 실시예들에서, 레이저는 펄스 작동 모드를 갖는다. 다양한 실시예들에서, 레이저 방사선 빔은 단일 모드 구조이다. 다양한 실시예들에서, 레이저 방사선 빔은 150㎛ 내지 350㎛ 범위의 스폿 직경을 갖는다.
다양한 실시예들에서, 웹 구조를 절단하는 방법은: 레이저를 제공하는 단계; 웹 구조를 제공하는 단계; 웹 구조를 제1 속도로 이동하는 단계; 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일을 유발하는 제1 주파수에서 레이저로부터 웹 구조로 방사선 빔을 향하게 하는 단계; 웹 구조의 이동 속도를 제2 속도로 가변하는 단계; 및 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일을 유발하는 제2 주파수에서 레이저로부터 웹 구조로 방사선 빔을 향하게 하는 단계를 가지고, 제1 주파수와 제2 주파수는 상이하다.
다양한 실시예들에서, 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일과 동일하다. 다양한 실시예들에서, 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일과 상이하다.
다양한 실시예들에서, 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 0.25 내지 32이고 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일은 0.25 내지 32이다. 다양한 실시예들에서, 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 0.25 내지 8이고 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일은 0.25 내지 8이다.
다양한 실시예들에서, 레이저는 펄스 작동 모드를 갖는다. 다양한 실시예들에서, 레이저 방사선 빔은 단일 모드 구조이다. 다양한 실시예들에서, 레이저 방사선 빔은 150㎛ 내지 350㎛ 범위의 스폿 직경을 갖는다.
다양한 실시예들에서, 웹 구조는 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 포함한다.
본 발명은 흡수 용품의 제조에 사용되는 웹 구조를 절단하는 방법에 관한 것이다. 웹 구조를 절단하는 방법은 펄스 작동 모드를 갖는 레이저를 사용할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 레이저로부터 펄스화된 방사선 빔의 주파수는 웹 구조의 물질에 대응하도록 패터닝될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 레이저로부터 펄스화된 방사선 빔의 주파수는, 웹 구조가 이동하는 속도와 대응하도록 패터닝될 수 있고 웹 구조 이동 속도의 임의의 변화에 따라 변할 수 있다.
정의:
"흡수 용품(absorbent article)"이라는 용어는, 본원에서 착용자 신체에 맞대거나 또는 근접하게(즉, 신체에 인접하게) 놓여서 신체로부터 배출되는 다양한 액체, 고체, 반고체 삼출물들을 흡수하여 함유할 수 있는 용품을 의미한다. 이러한 흡수 용품은 재사용을 위해 세탁되거나 또는 다른 방식으로 복원되는 것이 아니라 제한된 사용 기간 후 폐기되도록 의도된다. 본 발명은, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 기저귀, 배변연습용 팬티, 유소년용 팬티, 수영 팬티를 포함한 여성 위생 제품, 실금 제품, 의료용 의복, 수술 패드 및 붕대, 기타 개인 위생 또는 건강 관리 의복 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 일회용 흡수 용품들에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
"접합된"(bonded)이라는 용어는 본원에서 두 요소의 결합, 접착, 연결, 부착 등을 의미한다. 두 요소는, 그들이 서로 직접적으로 또는 각각이 중간 요소들에 직접적으로 접합될 때처럼 서로 간접적으로 결합, 접착, 연결, 부착 등이 될 때에 함께 접합된 것으로 간주될 것이다. 한가지 요소의 다른 것에 대한 접합은 연속적이거나 단속적 접합을 통해 일어날 수 있다. 다른 요소에 대한 하나의 요소의 접합은, 이에 제한되지 않지만 접착제, 초음파 접합, 열 접합, 압력 접합, 또는 기타 통상적인 기술과 같은 임의의 적합한 수단에 의해 발생할 수 있다. 접착제는, 비드, 분무, 평행 소용돌이 등으로서 연속적으로 또는 간헐적으로 적용될 수 있다. 적합한 접착제는 미국, 위스콘신 소재, 워와토사의 Bostik Findlay Adhesives, Inc.로부터 얻을 수 있다.
"카디드 웹"(carded web)은, 본원에서, 통상적으로 섬유 길이가 약 100mm 미만인 천연 또는 합성 주요 길이 섬유를 포함하는 웹을 가리킨다. 단섬유들의 더미는, 섬유들을 분리하도록 개방 공정을 거칠 수 있고, 이어서 이러한 섬유들은, 분리 및 코빙(comb)하여 기계 방향으로 정렬한 후 섬유들을 추가 처리를 위해 이동 와이어 상에 적층되는 카딩(carding) 공정을 거치게 된다. 이러한 웹은, 일반적으로, 열 및/또는 압력을 이용하는 열적 접합 등의 일부 유형의 접합 공정을 거친다. 또한 또는 대신, 섬유는, 분말 접착제 등을 사용하여 섬유들을 함께 접합하는 접착 공정을 거칠 수도 있다. 카디드 웹은, 섬유들을 더욱 뒤엉키게 하여 카디드 웹의 무결성을 개선하도록 수력엉킴(hydroentangling) 등의 유체 엉킴을 거칠 수도 있다. 카디드 웹은, 기계 방향으로의 섬유 정렬 때문에, 일단 접합되면, 통상적으로 교차 기계 방향 세기보다 큰 기계 방향 세기를 갖는다.
"필름"이라는 용어는, 본원에서, 주조 필름 또는 블로운 필름 압출 공정 등의 압출 및/또는 형성 공정을 이용하여 제조된 열가소성 필름을 가리킨다. 이 용어는, 배리어 필름, 충전된 필름, 통기성 필름, 배향 필름을 포함한 유체를 전달하지 않는 필름뿐만 아니라, 액체 전달 필름을 구성하는, 개구화된 필름, 슬릿 필름, 및 기타 다공성 필름을 포함하지만, 이러한 예들로 한정되지는 않는다.
"유체 엉킴"(fluid entangling) 및 "유체 엉킴된(fluid entangled)"이라는 용어는, 본원에서, 소정의 섬유성 부직포 웹 내에서 또는 섬유성 부직포 웹들과 기타 물질들 간의 섬유 엉킴의 정도를 더욱 증가시켜서 엉킴의 결과로 개별적인 섬유들 및/또는 층들의 분리가 더욱 어려워지게 하는 형성 공정을 가리킨다. 이는, 일반적으로, 영향을 가하는 가압된 유체에 대하여 적어도 소정의 정도의 투과성을 갖는 소정의 유형의 형성 또는 캐리어 표면 상의 섬유성 부직포 웹을 지지함으로써 달성된다. 이어서, 가압된 유체 스트림(일반적으로 다수의 스트림)이 부직포 웹의 지지면의 반대측인 부직포 웹의 표면을 향할 수 있다. 가압된 유체는 섬유들과 접촉하게 되어 섬유들 중 일부를 유체 흐름 방향으로 향하게 하며, 이에 따라 복수의 섬유 중 일부 또는 전부를 부직포 웹의 지지면을 향하도록 변위시킨다. 그 결과, 웹의 평면 차원인 X-Y 면에 대하여 웹(웹의 두께)의 소위 Z 방향으로 섬유들이 더욱 엉키게 된다. 두 개 이상의 개별적인 웹 또는 기타 층이 형성/캐리어 면 상에 서로 인접하게 배치되어 가압 유체를 겪게 되는 경우, 일반적으로, 바람직한 결과는, 웹들 중 적어도 하나의 섬유들 중 일부가 인접하는 웹이나 층으로 향하게 되어 두 개의 표면의 계면 간의 섬유 엉킴을 야기하여 섬유들의 엉킴 증가에 의해 웹들/층들의 접합 또는 결합을 발생시키는 것이다. 접합 또는 엉킴의 정도는, 사용되는 섬유의 유형, 섬유 길이, 유체 엉킴 공정 전의 웹 또는 웹들의 예비 접합(pre-bonding) 또는 엉킴, 사용되는 유체의 유형(물 등의 액체, 공기 등의 스팀이나 기체), 유체의 압력, 유체 스트림의 개수, 공정 속도, 유체의 체류 시간과 웹 또는 웹들/기타 층들 및 형성/캐리어 표면의 다공성을 포함하는 인자들의 개수에 의존하지만, 이러한 예들로 한정되지는 않는다. 가장 흔한 유체 엉킴 공정들 중 하나는, 부직포 웹의 통상의 기술자에게 공지되어 있는 공정인 수력엉킴(hydroentangling)이라 칭한다. 유체 엉킴 공정의 예는, Radwanski 등의 미국 특허번호 제4,939,016호, Evans 등의 미국특허번호 제3,485,706호, 및 Radwanski 등의 미국특허번호 제4,970,104호 제4,959,531호에서 알 수 있으며, 이들 문헌의 각각은 모든 면에서 그 전문이 본원에 참고로 원용된다.
"gsm"이라는 용어는 본원에서 제곱 미터당 그램을 가리킨다.
"친수성"이라는 용어는, 본원에서 섬유와 접촉하고 있는 수성 액체에 의해 습윤되는 섬유 또는 섬유의 표면을 칭한다. 이에 따라, 물질의 습윤 정도는 연관된 액체 및 물질의 접촉각 및 표면 장력 측면에서 설명될 수 있다. 특정한 섬유 물질들 또는 섬유 물질들의 혼합물의 습윤성을 측정하기 위한 적합한 장비 및 기술은, Cahn SFA-222 표면력 분석기 시스템(Surface Force Analyzer System) 또는 실질적으로 등가의 시스템에 의해 제공될 수 있다. 이 시스템으로 측정될 때, 90 미만의 접촉각을 갖는 섬유는 "습윤성" 또는 친수성인 것으로 지정되고, 90 초과의 접촉각을 갖는 섬유는 "비습윤성" 또는 소수성인 것으로 지정된다.
"액체 불투과성"이라는 용어는, 본원에서 소변 등의 신체의 액체 삼출물이 정상 사용 조건 하에서, 액체 접촉점에서 층 또는 적층체의 평면에 일반적으로 수직인 방향으로 그 층 또는 적층체를 통과하지 않는 층 또는 다중층 적층체를 칭한다.
"액체 투과성"이라는 용어는 본원에서 액체 불투과성이 아닌 임의의 물질을 칭한다.
"멜트블로운"(meltblown)이라는 용어는, 본원에서 용융된 실(thread) 또는 필라멘트로서 복수의 미세한 일반적으로 원형인 다이 모세관을 통해 용융된 열가소성 물질을, 마이크로섬유 직경일 수 있는 그 직경을 감소시키기 위해 용융된 열가소성 물질의 필라멘트를 가늘게 하는 수렴 고속 가열 가스(예를 들어, 공기) 스트림으로 압출함으로써 형성된 섬유를 칭한다. 그런 다음 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 수집 표면 위에 쌓여서 무작위 분산된 멜트블로운 섬유 웹이 형성된다. 이러한 공정은, 예를 들어, 본 명세서에 참조로 원용되는 Butin 등에 의한 미국특허 제3,849,241호에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는, 연속적이거나 불연속적일 수 있는 마이크로섬유이고, 일반적으로 약 0.6 데니어(denier) 미만이고, 수집면 상에 적층될 때 끈적이면서 자체 접합형일 수 있다.
"부직포"(nonwoven)라는 용어는, 본원에서 직물 직조(weaving) 또는 편직(knitting) 공정의 도움 없이 형성된 물질을 칭한다. 상기 물질은, 편직물에서와 같이 식별 가능한 방식은 아니지만 짜일(interlay) 수 있는 개별적인 섬유, 필라멘트, 또는 실(총칭하여 "섬유"라 칭함)의 구조를 가질 수 있다. 부직포 물질은, 멜트블로운 공정, 스펀본딩 공정, 카디드 웹 공정 등의 많은 공정들로부터 형성될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
용어 "스펀본드"(spunbond)는 본원에서, 원형 또는 기타 구성을 갖는 스피너레트(spinnerette)의 복수의 미세 모세관으로부터 용융된 열가소성 물질을 필라멘트로서 압출함으로써 형성되는 소 직경의 섬유들을 가리키며, 이어서, 압출된 필라멘트들의 직경은 이덕티브 드로잉(eductive drawing)과 같은 종래의 공정에 의해 급속하게 감소되며, 그 예는, Appel 등의 미국특허 제4,340,563호, Dorschner 등의 미국특허 제3,692,618호, Matsuki 등의 미국특허 제3,802,817호, Kinney의 미국특허 제3,338,992호와 제3,341,394호, Hartman의 미국특허 제3,502,763호, Peterson의 미국특허 제3,502,538호, Dobo 등의 미국특허 제3,542,615호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 그 전문이 본 명세서에 참고문헌으로 원용된다. 스펀본드 섬유는, 일반적으로 연속적이며, 약 0.3보다 큰 평균 데니어를 종종 가지고, 일 실시예에서는, 약 0.6, 5, 10 내지 약 15, 20, 40의 데니어를 갖는다. 스펀본드 섬유는, 수집면 상에 피착되는 경우 일반적으로 끈적거리지 않는다.
"열가소성"이라는 용어는, 본원에서 열에 노출시 성형될 수 있으며 냉각시 비연성화 상태로 실질적으로 복귀하는 연성화되는 물질을 가리킨다.
본원에서 "착용자(wearer)"라는 용어는, 이에 제한되지 않지만, 기저귀, 배변연습용 팬티, 유소년용 팬티, 실금 제품, 여성 생리대 또는 다른 흡수 용품과 같은 흡수 용품을 사용하는 사람을 칭하며, 흡수 용품은 신체 삼출물을 포착하기 위해 신체에 근접하여 배치된다.
웹 구조:
본원에 설명한 실시예들은 일반적으로 기계 방향으로도 알려진 웹 구조의 길이 방향으로 가공된 웹 구조에 적용할 수 있지만, 본원에서 통상의 기술을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 교차 방향으로도 알려진 웹 구조의 횡 방향으로 가공된 웹 구조에 정보를 적용할 수 있음에 주목해야 한다.
다양한 실시예들에서, 웹 구조는 물질의 단일층일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는, 적어도 2개의 물질층들이 서로 중첩된 적층 구조를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는, 적어도 3개의 물질층들이 서로 중첩된 적층 구조를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는, 적어도 4개의 물질층들이 서로 중첩된 적층 구조를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 일부분은 물질의 단일층일 수 있고 동일한 웹 구조의 다른 부분은 적어도 2개의 물질층들이 서로 중첩되는 적층 구조일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 일부분은 적어도 2개의 물질층들이 서로 중첩되는 적층 구조일 수 있고 동일한 웹 구조의 다른 부분은 적어도 3개의 물질층들이 서로 중첩되는 적층 구조일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 적층 구조의 층들은 적어도 부분적으로 서로 접합될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 적층 구조의 층들은 완전히 서로 접합될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 적층 구조의 층들은 서로 접합되지 않는다.
웹 구조의 층은 합성 섬유(예를 들면, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌 섬유), 천연 섬유(예를 들면, 목재 또는 면 섬유), 천연 및 합성 섬유의 조합, 다공성 폼, 망형(reticulated) 폼, 필름, 개구형 플라스틱 필름 등과 같은 광범위한 종류의 물질들로 제조될 수 있다. 적합한 물질의 예들은 레이온, 목재, 면, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론, 또는 다른 열 접합 가능한 섬유, 이성분 단섬유, 한정되지는 않지만 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 공중합체와 같은 폴리올레핀, 선형의 저밀도 폴리에틸렌, 및 폴리락틱산, 미세 천공 필름 웹, 그물 물질과 같은 지방족 에스테르 등, 또한 그들의 조합도 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 이성분 단섬유의 예는 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분 섬유를 포함한다. 이러한 특정 이성분 섬유에서, 폴리프로필렌은 코어를 형성하고, 폴리에틸렌은 섬유의 시스(sheath)를 형성한다. 다엽(multi-lobe), 사이드-바이-사이드(side-by-side), 또는 말단-대-말단(end-to-end)과 같은, 다른 배향을 갖는 이성분 섬유가 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
층을 형성하는 물질은 부직포 웹 또는 필름으로 가공될 수 있다. 따라서, 부직포 웹 또는 필름은 웹 구조의 층을 형성한다. 부직포 웹의 예들은 스펀본드 웹, 멜트블로운 웹, 코폼 웹, 카디드 웹, 본디드 카디드 웹, 이성분 스펀본드 웹, 스펀레이스 등, 또한 그들의 조합을 포함할 수 있다.
웹 구조의 층은 실질적으로 소수성 물질로 구성될 수 있고, 소수성 물질은 선택적으로 계면 활성제로 처리될 수 있거나, 달리 원하는 수준의 습윤성 및 친수성을 부여하도록 가공될 수 있다. 계면활성제는 분무, 인쇄, 브러쉬 코팅 등과 같은 임의의 통상적인 수단에 의해 적용될 수 있다. 계면활성제는 웹 구조의 전체 층에 적용될 수 있고 또는 그것은 웹 구조의 층의 특정 섹션에 선택적으로 적용될 수 있다.
웹 구조는 탄성 또는 비탄성, 신축성 또는 비신축성일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는 적어도 횡 방향으로 적절하게 신축가능할 수 있고, 더욱 적절하게는 탄성적일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는, 횡 방향과 길이 방향 모두에 있어서 신축가능하며 더욱 적절하게는 탄성적일 수 있다.
웹 구조는 통기성, 액체 투과성 및/또는 액체 불투과성일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는 단일 액체 투과층일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는 단일 액체 불투과층일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는 적어도 2개의 물질층이 서로 중첩되는 적층 구조를 가질 수 있고 층들 중 적어도 하나는 액체 불투과성이다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는 적어도 2개의 물질층이 서로 중첩되는 적층 구조를 가질 수 있고 웹 구조는 통기성이 있고 액체 불투과성이다.
다양한 실시예들에서, 웹 구조의 층은 약 10, 12 또는 15 gsm 내지 약 20, 22, 25 또는 30 gsm의 평량을 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 층은 폴리올레핀 섬유의 멜트블로운 웹일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 층은 폴리올레핀 섬유의 스펀본드 웹일 수 있다. 이러한 웹 구조의 층의 예는 20 gsm의 스펀본드 폴리프로필렌 부직포 웹일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 층은 천연 및/또는 합성 섬유의 본디드-카디드 웹일 수 있다. 이러한 웹 구조의 층의 예는, 30gsm Sawabond 4185® 또는 균등물 등의 독일 Sandler A.G.에서 시판되고 있는 다이아몬드 접합 패턴을 갖는 100% 폴리프로필렌 본디드-카디드 웹일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 층은 부직포 이성분 웹일 수 있다. 부직포 이성분 웹은 스펀본드 이성분 웹 또는 본디드 카디드 이성분 웹일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 층은 필름일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 미소공성 중합체 필름일 수 있다. 필름 층의 일례는 미국, 인디애나주, 에번즈빌 소재, Berry Plastics Corporation으로부터 상업적으로 입수가능한 19 gsm의 Berry Plastics XP-8695H 또는 균등물일 수 있다. 이러한 웹 구조의 층의 다른 예는 22 gsm의 폴리에틸렌 필름일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는, 3개의 물질층들이 서로 중첩된 적층 구조를 가질 수 있다. 이러한 실시예의 예로는, 적층 구조의 3개의 물질층들이 2개의 스펀본드 층들 사이에 적용된 10% 멜트블로운 함량을 가지는 스펀본드-멜트블로운-스펀본드 적층 구조일 수 있는 적층 구조일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조는, 4개의 물질층들이 서로 중첩된 적층 구조를 가질 수 있다. 이러한 실시예의 예로는, 적층 구조의 4개의 물질층들이 스펀본드-스펀본드-필름-스펀본드일 수 있는 적층 구조일 수 있다.
흡수 용품의 성분으로서 이용되는 웹 구조는 절단되어 더 큰 웹 구조로부터 분리된다. 제조 공정의 절단 단계는 본원에 기술된 바와 같은 레이저를 사용할 수 있다. 웹 구조는 2개의 주 표면들, 레이저를 대면하는 하나의 표면과 레이저를 대면하지 않는 대향한 표면을 갖는다. 흡수 용품 구성요소 웹 구조가 주요 웹 구조로부터 깨끗이 분리될 수 있는 적절한 절단 선을 가져오기 위해서, 레이저 빔은 웹 구조의 대면한 주 표면으로부터 웹 구조의 대향하는 주 표면까지 웹 구조를 절단한다. 절단 선은 레이저의 초점인 영역에서 웹 구조를 형성하는 분자 파괴의 결과이다. 레이저로부터 방출되는 에너지를 수용하기 위해서 웹 구조는 흡수 스펙트럼을 가질 것이다. 다양한 실시예들에서, 물질의 단일층을 갖는 웹 구조의 흡수 스펙트럼은 물질의 단일층의 흡수 스펙트럼과 동일하다. 다양한 실시예들에서, 적어도 2개의 물질층들이 서로 중첩되는 적층 구조를 갖는 웹 구조의 흡수 스펙트럼은 웹 구조의 적층 구조의 개별 층들 각각의 흡수 스펙트럼의 컴필레이션(compilation)일 것이다. 다양한 실시예들에서, 물질의 단일층인 부분 및 적층 구조를 갖는 다른 부분을 가지는 웹 구조(또는 상이한 적층 구조를 갖는 두 개의 분리된 부분을 갖는 웹 구조)는 상이한 흡수 스펙트럼을 갖는 동일한 웹 구조의 부분을 가질 것이다. 웹 구조의 각 층에 의한 레이저 에너지의 흡수는 베에르의 법칙을 따른다. 다양한 실시예들에서, 레이저가 웹 구조의 층을 관통할 때 웹 구조의 각 층은 레이저 에너지의 적어도 60%를 흡수한다.
레이저 절단:
레이저는 강력하고 집중된 광 빔을 방출하는 장치이다. 광 빔선은 자극되고, 증폭된, 전자기 방사선이고, 즉, 위상이 간섭성이고, 즉 동일한 파장의 단색인 광파로 구성된다. 각각의 레이저는 일반적으로 그것이 사용하는 특정 레이저 발생 매체에 따라 명명되고, 해당 매체의 특정 원자 구조에 따라, 각각의 레이저는 그 자체의 특정하고 특징적인 파장, 즉 명확한 주파수 중 하나를 방출한다. 레이저 파장은 약 0.2 내지 약 40㎛의 범위에 있을 수 있고 그것의 주파수는 초당 약 1.5x1015 내지 약 0.75x1013 사이클의 범위에 있을 수 있다. 사용을 위해 이용 가능한 몇 가지 유형의 레이저의 예로는: 이산화탄소 또는 헬륨-네온과 같은 기체 레이저; 루비, 네오디뮴-이트륨 알루미늄 가닛(Nd-YAG) 또는 유리와 같은 고체 상태 광 펌핑 레이저; 갈륨 비소와 같은 반도체 레이저, 및 플라스틱 레이저 및 벤젠, 톨루엔 또는 나프탈렌과 같은 공액 유기 분자를 사용하는 레이저가 있다.
레이저 빔은 큰 에너지를 전달한다. 그런 에너지로부터 얻을 수 있는 전력은 범위가 몇 분의 1와트에서 수천 와트까지 이를 수 있다. 일반적으로, 사용되는 빔 전력은 웹 구조의 두께에 따라 변할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 빔 전력은 약 2 내지 50 또는 100 와트일 수 있다. 에너지의 세기, 즉 빔에 수직인 물질의 단위 면적에 걸쳐 초당 흐르는 양은 예를 들어 다양한 공지된 방법에 따라 빔의 초점을 변화시킴으로써 변경 및 제어될 수 있다.
레이저 빔의 에너지는 빔의 출력 패턴 또는 모드 구조에 따라 전달된다. 빔은 단일 모드 또는 다중 모드 구조를 가질 수 있다. 단일 모드 출력의 빔은, 세기 포인트를 빔의 축에 수직인 선을 따라 취할 때 가우스 곡선을 따르는 세기 분포를 갖는 단일 핫 스폿에서 에너지 전부를 갖는다. 다중 모드 빔은 빔 축에 대해 대칭인 일련의 링 및/또는 스폿으로 구성된다. 단일 모드 빔은 다중 모드 빔보다 작은 스폿 직경으로 집속될 수 있으며 그러한 스폿은 매우 높은 세기를 갖는다. 다양한 실시예들에서, 단일 모드 구조를 가지고 빔이 작은 스폿 크기 또는 직경으로 집속될 수 있는 레이저가 본원에 설명된 방법에 가장 적합하다. 레이저 빔에 대한 작은 스폿 크기가 바람직할 수 있는데 왜냐하면 내부에 함유된 에너지가 너무 집중되어서 웹 구조의 인접한 영역에 영향을 미치지 않으면서 깨끗한 절단에 영향을 주는 방식으로 웹 구조의 작고 정확한 체적이 신속하게 가열, 기화 또는 다른 방식으로 저하될 수 있기 때문이다. 다양한 실시예들에서, 레이저 스폿 직경의 범위가 약 150 또는 200㎛에서 약 250, 300 또는 350㎛까지 이를 수 있다. 다양한 실시예들에서, 레이저 스폿 직경은 약 250㎛이다.
레이저 빔은 적절한 집속 광학 장치로 집속되고 좁은 절단 선을 따라 기화를 달성하기 위해 적절한 전력 수준으로 제어될 수 있다. 본 발명에 따라 만족스러운 절단 선을 이루기 위해 레이저 빔이 집속되는 스폿의 직경은 특히 웹 구조의 두께에 따라 임의의 적절한 치수로 될 수 있다. 레이저 방사선 빔을 집속할 수 있는 임의의 적절한 렌즈가 레이저와 함께 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 짧은 초점 길이를 갖는 렌즈를 이용하여 원하는 작은 스폿 크기를 제공할 수 있다. 본 기술분야에 공지된 다양한 물질이 이를 통해 투과될 파장에 따라 이러한 렌즈로서 사용하기 위해 이용 가능하다. 예를 들어, 게르마늄, 갈륨 비소 또는 염화나트륨 렌즈는 이산화탄소 레이저와 함께 사용될 수 있다.
레이저 빔은 두 가지 유형, 펄스형 및 연속형으로 될 수 있다. 전자는 피크 펄스에 대해 약 15 나노초에서 약 1 밀리초까지, 표준 제어 펄스에 대해, 약 1 밀리초에서 1초 이상까지 걸칠 수 있는 짧고, 비교적 높은 전력의 펄스 또는 방출을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 펄스된 에너지 빔을 방출하는 레이저가 본원에 기재된 방법에 적합하다. 레이저로부터 펄스된 방사선 빔의 주파수는 웹 구조의 층들 내 물질의 유형에 따라 선택된다. 레이저로부터 펄스된 방사선 빔의 주파수는 또한 절단 속도에 따라 선택된다. 다양한 실시예들에서, 주파수는 약 2, 5, 7, 10, 15, 20, 22, 25, 30, 35, 40, 45, 47 또는 50 내지 약 55, 60, 63, 65, 0, 75, 80, 85, 90, 95 또는 100 kHz일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 절단 속도는 약 100, 150, 200 또는 250 in/초 내지 약 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600 또는 650 in/초일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 라인 속도는 약 400, 450, 500 또는 750 ft/분 내지 약 1000, 1250, 1350, 1500, 1600, 1700, 1800 또는 1900 ft/분일 수 있다. 레이저로부터 펄스된 방사선 빔의 주파수는 레이저 빔 직경 당 펄스 수의 프로파일을 유발할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 레이저 빔 직경 당 펄스 수의 프로파일은 0.25, 1, 1.5, 2 또는 4 내지 6, 8 또는 32의 범위에 있을 수 있다. 이런 실시예들에서, 연속 펄스는 웹 구조에서 적어도 직전 펄스와 중첩될 수 있다. 펄스의 중첩은 레이저 빔의 초점인 웹 구조의 영역에서 온도 증가를 발생시킬 수 있다. 잠재적으로 손상을 주는 열량이 남아있는 웹 구조의 남아있는 에지 부분들로 전파하기 전 이러한 온도 증가는 웹 구조의 영역이 기화되거나 제거되도록 유발할 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 주파수는 절단 속도에 따라 변경되어 단위 절단 길이 당 일관된 수의 펄스를 제공할 수 있다.
레이저 빔의 파장은, 웹 구조의 층(들)의 흡수 스펙트럼에 대한 관계는 웹 구조의 적절한 절단 선에 영향을 주는 방식으로 웹 구조의 층(들)에 흡수될 수 있도록 된 파장일 수 있다. 레이저 방사선은, 웹 구조의 층이 상당한 흡수를 갖는 파장을 갖도록 선택될 수 있어서 흡수된 전자기 방사선은 절단 선을 따라 웹 구조를 효과적으로 기화시키거나 제거할 수 있다. 그렇지 않으면, 레이저 방사선은 다른 입사광과 마찬가지로 웹 구조의 층에 의해 투과 또는 반사될 것이고, 그것의 파장은 웹 구조의 의도된 동작 범위 내에 있다. 다양한 실시예들에서, 레이저는 고정된 파장을 가지며 9.3, 10.1, 10.2, 10.3 또는 10.6 μm 중 하나일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 레이저는 10.2 μm의 고정된 파장을 갖는다.
특정 파장의 레이저 빔과 그 파장에 부분적으로 투과성인 웹 구조 사이 소정 경로를 따라 상대 운동이 있을 때, 빔 직경의 폭과 그것의 중심에 보다 집중된 에너지는 웹 구조로 흡수된다. 에너지가 흡수됨에 따라 그것은 열로 변형되어 빔 경로를 따라 웹 구조를 연화 및 용융시킨다. 세기가 더 큰 빔 경로의 중심을 향해, 웹 구조 분자의 일부는 기화되고 결과적으로 생성되는 팽창 가스는 웹 구조에 절단 선을 형성한다. 기화된 분자가 웹 구조의 표면에 있다면, 그것의 가스는 대기로 직접 올라갈 때 공동을 남긴다. 기화된 분자가 표면에 없다면, 그 기체는 커지거나 파열되는 기포를 형성하고, 또는 심지어, 에너지 밀도가 충분히 크다면 주위의 및/또는 상부의 용융된 웹 구조를 통해 폭발한다. 팽창한 기포가 형성되어 커질 때, 기포는 용융된 물질을 기계적으로 이동시켜 제거한다. 적절한 조건 하에, 예를 들어, 충분한 세기의 빔이 충분한 시간 동안 웹 구조에 부여될 때, 충분한 분자가 선을 따라 기화되어 결과적인 기포가 융합되거나, 합쳐지거나, 그렇지 않으면 협동작용하여 절단 선을 형성한다. 기포에 의해 이동되는 웹 구조는 절단 선의 상부 종방향 에지 각각의 표면을 따라 약간 돌출된 비드를 형성한다. 절단 선을 형성하는 대부분의 기포는 웹 구조의 기화로부터 유발되지만, 일부 기포 사이트는 먼지 또는 금속과 같은 고 흡수성 불순물 및 예를 들어 분자 격자 구조 및 웹 구조의 결정립계에 일반적으로 존재하는 포획된 수분 또는 가스로부터 야기된 핫 스폿으로부터 분명히 유발된다. 웹 구조에서 발생하는 기포의 크기와 분포는 빔의 세기, 빔이 웹 구조의 영역에 충돌하는 시간 및 웹 구조 자체의 특징을 비롯한 여러 인자들에 의존한다.
분자의 기화가 웹 구조, 즉 그것의 표면 또는 그것의 두께 내에서 발생하는 경우는, 지수 함수형 흡수 법칙에 적용되는 흡수 계수 및 웹 구조의 열 확산성과 전도성에 의존한다. 기화는 먼저 입사 표면에서 또는 그 부근에서 대부분 발생할 것이고 높은 흡수 계수를 갖는 웹 구조의 물질로 점진적으로 하향 진행할 것이고, 반면에 그것은 낮은 흡수 계수를 갖는 물질의 두께를 통해 상당히 균일하게 발생할 것이다.
다양한 실시예들에서, 빔 직경 당 펄스 수의 프로파일을 일정하게 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 빔 직경 당 펄스 수의 프로파일을 일정하게 유지하는 것은, 레이저 빔에 의한 절단 후 남아있는 웹 구조에 덜 거친 에지를 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조가 일정한 속도로 움직일 때, 빔 직경 당 펄스 수의 프로파일은 레이저로부터 펄스화된 방사선 빔의 주파수를 변화시키지 않음으로써 상수로서 유지될 수 있다 (즉, "정상 상태"). 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 이동 속도를 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 기간의 예로는 제조 장비의 시동 및 정지를 포함한다. 현재 상업적 공정에서, 이런 시동 및 정지의 기간 동안 레이저는 일반적으로 빔 직경 당 펄스 수의 "정상 상태"로 프로파일되고 시동 및 정지 중 절단된 웹 구조는 폐기물을 유발하는 흡수 용품에 적합하지 않은 것으로 간주될 수 있다. 레이저 절단으로 인해 거친 에지를 가질 수 있는 웹 구조의 이런 폐기물을 최소화하기 위해서, 빔 직경 당 일정한 수의 펄스를 유지하도록 레이저로부터 펄스화된 방사선 빔의 주파수의 변화를 또한 경험할 수 있는 레이저를 갖는 것이 바람직하다. 이런 실시예들에서, 빔 직경 당 일정한 수의 펄스를 유지하는 것은 레이저로부터 펄스화된 빔의 펄스의 주파수를 증가 또는 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 이동 속도를 증가시키고 빔 직경에서 펄스 수의 프로파일을 유지하는 것이 바람직할 수 있고, 레이저로부터 펄스화된 방사선 빔의 주파수는 웹 구조의 이동 속도의 증가에 따라 대응하여 증가할 필요가 있을 것이다. 다양한 실시예들에서, 웹 구조의 이동 속도를 감소시키고 빔 직경에서 펄스 수의 프로파일을 유지하는 것이 바람직할 수 있고, 레이저로부터 펄스화된 방사선 빔의 주파수는 웹 구조의 이동 속도의 감소에 따라 대응하여 감소할 필요가 있을 것이다. 다양한 실시예들에서, 동일한 웹 구조의 다른 부분의 층 구조와 다를 수 있는 층 구조를 갖는 부분을 갖는 웹 구조를 절단하기 위해 레이저를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 이런 실시예들에서, 2개의 부분에서 빔 직경 당 펄스 수의 프로파일은 동일하지 않아서 나머지 웹 구조의 보다 부드러운 에지를 유발할 수도 있다. 예를 들어, 웹 구조는 물질의 단일층인 부분을 가질 수 있고 동일한 웹 구조는 함께 접합된 적어도 2개의 물질층들을 갖는 다른 부분을 가질 수 있다. 이런 실시예들에서, 레이저는 2 개의 부분 사이에서 변화하는 빔 직경 당 펄스 수의 프로파일을 유발할 수 있는 흡수 스펙트럼에 대해 각각의 부분을 절단하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 레이저를 사용하여 흡수 스펙트럼을 가지는 물질의 단일층으로 형성된 웹 구조의 제1 부분, 및 함께 접합된 적어도 2개의 물질층들의 적층 구조와 자체 흡수 스펙트럼을 가지는 웹 구조의 제2 부분을 절단할 수 있다. 이런 웹 구조를 절단할 때, 제1 부분의 빔 직경 당 펄스 수의 프로파일은 제2 부분의 빔 직경 당 펄스 수의 프로파일과 상이할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 웹 구조의 제1 부분이 동일한 웹 구조의 제2 부분과 다른 웹 구조의 이동 속도를 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 이런 실시예들에서, 레이저로부터 펄스화된 방사선 빔의 주파수는, 웹 구조의 운동 속도가 변함에 따라 변할 수 있다. 이런 실시예들에서, 웹 구조는 또한 하나의 부분에서 다른 부분으로 다를 수 있기 때문에, 빔 직경에서 펄스 수의 프로파일은 또한 웹 구조의 부분들 사이에서 다를 수 있다.
본 발명의 요소들 또는 본 발명의 바람직한 실시예(들)을 도입할 때, "한", "하나", 그", "상기" 라는 구는 그 요소들의 하나 이상이 존재함을 의미하는 것이다. "포함하는", "구비하는", "갖는" 이라는 용어들은, 포괄적인 것이며, 열거된 요소들 외의 다른 추가 요소들이 존재할 수도 있음을 의미한다. 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 많은 수정과 변형을 행할 수 있다. 따라서, 상술한 예시적인 실시예는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 안 된다.
Claims (20)
- 웹 구조를 절단하는 방법이며,
레이저를 제공하는 단계와,
적어도 1개의 물질층을 포함하는 제1 부분과 적어도 2개의 물질층을 포함하는 제2 부분을 포함하는 웹 구조를 제공하는 단계와,
빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일로 레이저로부터 웹 구조의 제1 부분으로 방사선 빔을 향하게 하는 단계와,
빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일로 레이저로부터 웹 구조의 제2 부분으로 방사선 빔을 향하게 하는 단계를 포함하고,
웹 구조의 제1 부분은 웹 구조의 제2 부분과 상이하고, 빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일과 상이한,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제1항에 있어서,
웹 구조의 제1 부분은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 포함하고,
웹 구조의 제2 부분은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 포함하는,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제1항에 있어서,
웹 구조의 제1 부분은 물질의 단일층이고,
웹 구조의 제2 부분은 서로 중첩된 적어도 2가지 물질의 적층 구조인,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제3항에 있어서,
상기 적층 구조의 적어도 2가지 물질이 적어도 부분적으로 서로 접합된,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제1항에 있어서,
웹 구조의 제1 부분은 서로 중첩된 적어도 2개의 물질층의 적층 구조이고,
웹 구조의 제2 부분은 서로 중첩된 적어도 3개의 물질층의 적층 구조인,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제5항에 있어서,
웹 구조의 제1 부분의 적층 구조의 적어도 2개의 물질층은 적어도 부분적으로 서로 접합되고,
웹 구조의 제2 부분의 적층 구조의 적어도 3개의 물질층은 적어도 부분적으로 서로 접합된,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제1항에 있어서,
빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 0.25 내지 32이고,
빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일은 0.25 내지 32인,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제7항에 있어서,
빔 직경 당 펄스의 제1 프로파일은 0.25 내지 8이고,
빔 직경 당 펄스의 제2 프로파일은 0.25 내지 8인,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제1항에 있어서,
레이저는 펄스 작동 모드를 갖는,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제1항에 있어서,
레이저 방사선 빔은 단일 모드 구조인,
웹 구조를 절단하는 방법. - 제1항에 있어서,
레이저 방사선 빔은 150㎛ 내지 350㎛ 범위의 스폿 직경을 갖는,
웹 구조를 절단하는 방법. - 삭제
- 삭제
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