KR20190003841A - 폼 및 섬유 복합재 - Google Patents

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KR20190003841A
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foam
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fibers
foam material
fluid
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준 지. 장
에이프 몬토야 바벌카
팔라니 라즈 라마스와미 월라자펫
리치몬드 알. 코헨
마리 앨리스 베루소
찰스 윌슨 콜만
데이비드 글랜 빅스
Original Assignee
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

폼 및 섬유 복합재는, 흡수 용품에 개선된 건조도 및 개선된 액체 분배 능력을 제공할 수 있다. 폼 및 섬유 복합재는 적어도 두 가지 물질로 형성될 수 있다. 제1 물질은 개방 셀 폼 물질이고 제2 물질은 섬유상 물질이다. 섬유상 물질을 형성하는 복수의 섬유가 개방 셀 폼 물질로 유체가 삽입될 수 있고 그로써 폼 및 섬유 복합재가 형성된다. 다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재는 흡수 용품의 상면시트층과 배면시트층 사이에 위치한 흡수 시스템의 구성요소로서 흡수 용품에 통합될 수 있다.

Description

폼 및 섬유 복합재
관련 출원
본 출원은 2016년 6월 30일자로 출원된 미국 가출원 번호 62/356,994호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 출원과 일치하는 방식으로 원용에 의해 본 발명에 포함된다.
흡수 용품과 같은 제품은, 예를 들어 소변, 생리혈 및/또는 혈액을 함유하는 신체 삼출물을 수집하고 보유하는데 종종 사용된다. 편안함, 흡수성, 및 분별성이 세 가지의 주요 제품 속성이며 착용자의 관심 영역이다. 특히, 착용자는 종종 그의 속옷, 겉옷, 또는 침대 시트를 얼룩으로부터 보호하기 위하여 이러한 제품들이 누출을 최소화하면서 상당한 양의 신체 삼출물을 흡수할 것이며, 이러한 제품이 착용자가 이러한 얼룩에 의해 유발되는 이후의 당혹감을 피하는데 도움을 줄 것인지 알아보는 데에 관심이 있다.
현재, 신체 삼출물의 흡수를 위한 매우 다양한 제품이 여성용 패드, 생리대, 팬티 실드, 팬티 라이너, 기저귀, 배변연습 팬티 및 실금 장치의 형태로 이용할 수 있다. 이들 제품은 일반적으로 신체 대향 액체 투과성 상면시트층과 의복 대향 액체 불투과성 배면시트층 사이에 위치한 흡수성 코어를 갖는다. 상면시트층 및 배면시트층의 가장자리는 종종 그들의 주변부에서 함께 접합되어 상면시트층을 통하여 제품 내로 수용된 신체 삼출물 및 흡수성 코어를 포함하기 위한 밀봉부(seal)를 형성한다. 사용시, 예를 들어, 여성용 패드, 생리대, 팬티 라이너, 팬티 실드 및 몇몇 실금 장치와 같은, 이들 제품 중 일부는 신체 삼출물의 흡수를 위해 속옷의 가랑이 부분에 위치되고, 배면시트층 위의 의류 부착용 접착제를 사용해서 제품을 속옷에 부착하고 속옷을 얼룩으로부터 보호할 수 있다. 예를 들어, 기저귀, 배변연습 팬티 및 몇몇 실금 장치와 같은, 다른 제품은 착용자의 다리 사이에 위치되고 착용자의 하부 몸통을 더 둘러싸도록 구성된다. 흡수될 신체 삼출물이 흡수 용품 전반을 통해 효율적으로 퍼질 수 없는 경우, 신체 삼출물은 흡수 용품의 가장자리로부터 흘러 넘쳐서 누출 및 얼룩을 초래할 수 있다.
관련 문제는 일부 흡수성 코어가 신체 삼출물을 포획하기에 충분하지만, 신체 삼출물을 잠그는 데 불충분할 수 있다는 것이다. 일부 경우에, 흡수성 코어에 의해 포획된 신체 삼출물의 일부는 초기에 흡수성 코어에 의해 상면시트층으로부터 잡아당겨진 후에 흡수 용품의 상면시트층으로 다시 이동할 수도 있다. 흡수 용품의 착용자는 신체 삼출물이 상면시트층으로 다시 이동함으로써 흡수 용품의 상면시트층에서 젖은 느낌을 초래할 수 있는 그러한 환경에서 불편함을 느낄 수 있다. 상면시트층에서의 젖은 느낌은 착용자가 흡수 용품에 대해 확신할 수 없게 하고 당황스러움 및 얼룩에 대한 염려를 유발할 수 있다.
그 결과, 개선된 건조도 및 개선된 액체 분배 능력을 갖는 개선된 제품, 예컨대 흡수 용품에 대한 필요가 여전하다.
다양한 실시예에서, 폼(foam) 및 섬유 복합재는 제1 평면(planar surface) 및 제2 평면, 및 약 20 ppi 내지 약 90 ppi의 기공도를 가지는, 개방 셀 폼 물질을 포함하는 제1 물질; 복수의 개별적인 친수성 섬유를 가지는, 제1 물질의 제1 평면과 접촉하는 섬유상 물질을 포함하는 제2 물질을 가질 수 있고; 상기 제2 물질로부터의 복수의 개별적인 친수성 섬유의 일부분은 제1 물질을 통해 제1 평면으로부터 제2 평면으로 뻗어 있다.
다양한 실시예에서, 제1 물질은 소수성이다.
다양한 실시예에서, 제1 물질은 약 200% 미만의 파단 연신율(elongation at break)을 가진다. 다양한 실시예에서, 제1 물질은 약 80% 내지 약 200%의 파단 연신율을 가진다.
다양한 실시예에서, 제1 물질은 약 0.5 psi 내지 약 1.0 psi의 25% 편향(deflection)에서의 압축력 편향을 가진다.
다양한 실시예에서, 제1 물질은 폴리에스테르 폴리우레탄 폼이다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질의 섬유들은 셀룰로오스 섬유이다.
다양한 실시예에서, 기공도는 약 40 내지 약 65 ppi이다. 다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재의 총 평량은 약 20 gsm 내지 약 250 gsm이다. 다양한 실시예에서, 제2 물질의 평량은 폼 및 섬유 복합재의 총 평량의 적어도 약 10%이다.
다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재는 약 300 CFM보다 큰, 공기 흐름에 대한 투과율을 가진다.
다양한 실시예에서, 제1 물질은 제1 평면으로부터 제2 평면으로 측정된 높이를 가지며 약 15% 내지 약 25%의 섬유는 제1 물질의 높이 전체에 걸쳐 존재한다.
다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재는 추가로 길이 치수와 폭 치수를 가진다. 다양한 실시예에서, 제2 물질은 폼 및 섬유 복합재의 전체 길이 치수 및 전체 폭 치수에 대해 제1 물질의 제1 평면과 접촉한다. 다양한 실시예에서, 제2 물질은 제1 물질의 일부분과만 접촉한다. 다양한 실시예에서, 제2 물질은 제1 물질의 제1 평면에 패턴으로 존재한다. 다양한 실시예에서, 제1 물질을 통해 뻗어 있는 복수의 개별적인 섬유들의 일부분은 패턴으로 존재한다.
도 1은 폼 및 섬유 복합재의 일부분의 단면도의 현미경 사진이다.
도 2는 두 평면이 모두 뷰어(viewer)에게 보일 수 있게 된 개방 셀 폼 물질의 일부분의 단면도의 현미경 사진이다.
도 3은 섬유상 물질이 뷰어에게 보일 수 있게 된 도 1의 폼 및 섬유 복합재의 평면도의 현미경 사진이다.
도 4는 폼 물질의 제2 평면 및 섬유의 일부분이 뷰어에게 보일 수 있게 된 도 1의 폼 및 섬유 복합재의 평면도의 현미경 사진이다.
도 5는 섬유상 물질로부터의 섬유를 개방 셀 폼 물질에 삽입하기 위한 유체 삽입 과정의 예시적인 과정의 개략도이다.
도 6은 전-처리 전의 폼 물질의 일부분의 현미경 사진이다.
도 7은 전-처리 후의 폼 물질의 일부분의 현미경 사진이다.
도 8은 섬유상 물질과 접촉하는 폼 물질의 일부분의 현미경 사진이다.
도 9는 폼 및 섬유 복합재의 일부분의 현미경 사진이다.
도 10은 기본적인 특징이 나타나도록 일부분이 절단되어 있는 흡수 용품의 실시예의 평면도이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 문자의 반복적인 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위해 의도된다.
본 발명은 일반적으로 폼 및 섬유 복합재, 폼 및 섬유 복합재의 제조 방법, 및 폼 및 섬유 복합재의 흡수 용품으로의 통합에 관한 것이다. 폼 및 섬유 복합재는, 흡수 용품에서 사용될 때, 흡수 용품에 개선된 건조도(dryness) 및 개선된 액체 분배 능력을 제공할 수 있다. 폼 및 섬유 복합재는 적어도 두 가지 물질로 형성될 수 있다. 제1 물질은 개방 셀 폼 물질이고 제2 물질은 섬유상 물질이다. 섬유상 물질을 형성하는 복수의 섬유가 개방 셀 폼 물질로 유체가 삽입될 수 있고 그로써 폼 및 섬유 복합재가 형성된다. 다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재는 흡수 용품의 상면시트층과 배면시트층 사이에 위치한 흡수 시스템의 구성요소로서 흡수 용품에 통합될 수 있다. 개방 셀 폼 물질에 유체가 삽입되어 있는 복수의 섬유는 신체 삼출물을 흡수 용품의 상면시트층으로부터 멀어지는 방향으로 개방 셀 폼 물질을 통해 개방 셀 폼 물질의 신체 대향면으로부터 개방 셀 폼 물질의 의복 대향면으로 유도하기 위해, 개방 셀 폼 물질을 통하는 친수성 경로를 제공할 수 있다. 그러므로, 폼 및 섬유 복합재는 흡수 용품의 흡수 시스템에 개선된 건조도를 제공할 수 있다. 개방 셀 폼 물질의 물질 조성은 신체 삼출물이 흡수 용품의 상면시트층으로 다시 이동하는 것을 감소시키거나 및/또는 방지할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, 개방 셀 폼 물질은 소수성일 수 있다. 폼 물질로 유체가 삽입된 섬유는, 그러므로, 신체 삼출물이 폼 물질을 통해 흘러, 존재하는 경우, 흡수 용품의 흡수 시스템의 하부 층으로 흐르도록 유도할 수 있다. 폼 물질이 소수성일 수 있기 때문에, 신체 삼출물은 폼 물질을 통해 상면시트층으로 다시 이동할 수 있는 가능성이 적다. 섬유는 그것이 포획된 신체 삼출물을, 존재한다면, 흡수 시스템의 추가의 층(들)로 분배할 수 있는 방식으로 배향될 수 있다. 그러므로, 폼 및 섬유 복합재는 흡수 용품에 개선된 분배 능력을 제공할 수 있다.
정의:
본 명세서에서 사용된 용어 "흡수 용품"은 본 명세서에서 생리대, 여성용 패드, 팬티 라이너 및 팬티 실드와 같은 생리 용품, 실금 장치, 기저귀, 배변훈련 팬티 등을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 의복 또는 기타 최종 용도의 개인 위생 흡수 용품을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "에어레이드(airlaid)"는 본 명세서에서 에어레잉 공정에 의해 제조된 웹을 지칭한다. 에어레잉 공정에서, 약 3 내지 약 52㎜ 범위의 통상적인 길이를 갖고 있는 작은 섬유들의 다발은 공기 공급원에서 분리되고 내포(entrain)되며, 그후 일반적으로 진공 공급원의 도움으로 포밍 스크린 상에 용착된다. 무작위로 용착된 섬유는 그후, 예를 들어, 바인더 성분 또는 라텍스 접착제를 활성화하도록 핫 에어를 이용하여 서로 접합된다. 에어레잉은, 예를 들어 모든 목적을 위하여 본 명세서 내에서 전체 내용이 참고로 원용되는 Laursen 등의 미국특허 제4,640,810호에 교시되어 있다.
본 명세서 내에서 사용된 바와 같이, 용어 "접합된(bonded)"은 본 명세서에서 두 요소의 결합, 접착, 연결, 부착 등을 지칭한다. 두 요소는 그들이 서로 직접적으로 또는 중간 요소에 접합될 때와 같이 서로 간접적으로 결합되고, 접착되고, 연결되고, 부착될 때에 함께 접합된 것으로 간주될 것이다. 접합은, 예를 들어 접착제, 압력 접합, 열 접합, 초음파 접합, 바느질, 봉합, 및/또는 용접을 통해 일어날 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "본디드 카디드 웹"은, 스테이플 섬유들을 분리하거나 떨어지게 하여 기계 방향으로 정렬하여 대략 기계 방향으로 배향된 섬유성 부직 웹을 형성하는 코밍(combing) 또는 카딩(carding) 유닛을 통해 전달되는 스테이플 섬유(staple fibers)로 제조되는 웹을 지칭한다. 이 재료는, 점 접합, 스루 에어 접합, 초음파 접합, 접착제 접합 등을 포함할 수 있는 방법에 의하여 함께 접합될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "코폼"은 열가소성 섬유와 제2 비-열가소성 물질의 혼합물 또는 안정화된 매트릭스를 포함하는 복합 물질을 지칭한다. 한 예로서, 코폼 물질은 적어도 하나의 멜트블로운 다이 헤드가 슈트(chute) 가까이에 배치되고 이를 통해 다른 물질이 웹이 형성되는 동안 웹에 첨가되는 공정에 의해 제조될 수도 있다. 이러한 다른 물질은, 제한되지는 않지만, 면, 레이온, 재생 종이, 펄프 플러프와 같은 목질계 또는 비목질계 펄프와 같은 섬유성 유기 물질 및 초흡수성 입자, 무기 및/또는 유기 흡수성 물질, 처리된 중합체 스테이플 섬유 등을 포함할 수도 있다. 이러한 코폼 물질의 일부분 예가 Anderson 등의 미국특허 제4,100,324호, Lau의 제4,818,464호, Everhart 등의 제5,284,703호 및 Georger 등의 제5,350,624호에 개시되어 있고, 모든 목적을 위하여 이들 각각은 그 전체가 본 명세서에서 참고로 원용된다.
본 명세서에서 사용하는 바와 같이, 용어 "컨쥬게이트(conjugate) 섬유"는 별도의 압출기로부터 압출되고 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하는 적어도 2종의 고분자 소스로부터 형성된 섬유를 지칭한다. 컨쥬게이트 섬유는 또한 때로는 이성분(bicomponent) 섬유 또는 다성분 섬유라 지칭된다. 고분자는, 컨쥬게이트 섬유들의 단면을 가로질러 실질적으로 일정하게 위치된 구별되는 영역 내에 배열되고, 컨쥬게이트 섬유의 길이를 따라 연속적으로 연장된다. 그러한 컨쥬게이트 섬유의 구성은, 예를 들어 하나의 고분자가 다른 고분자에 의해 둘러싸인 시스(sheath)/코어 배열일 수도 있고, 또는, 나란한 배열, 파이 배열, 또는 "해상 섬"(island-in-the sea) 배열일 수도 있다. 컨쥬게이트 섬유는 Kaneko 등의 미국특허 제5,108,820호, Krueger 등의 제4,795,668호, Marcher 등의 제5,540,992호, Strack 등의 제5,336,552호, Shawver의 제5,425,987호 및 Pike 등의 제5,382,400호에 교시되어 있으며, 모든 목적을 위하여 이들 각각은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 원용된다. 이성분 섬유의 경우, 고분자는 75/25, 50/50, 25/75 또는 임의의 바람직한 비율로 존재할 수도 있다. 또한, 가공 보조제와 같은 고분자 첨가제가 각각의 영역 내에 포함될 수도 있다.
"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 젖음성을 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 "젖음성" 또는 친수성인 것으로 지정되고, 90 초과의 접촉각을 갖는 섬유는 "비젖음성" 또는 소수성인 것으로 지정된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "기계 방향"(MD)는, 섬유가 제조되는 방향에 있어서 섬유의 길이를 지칭하며, 이는, 기계 방향에 일반적으로 수직인 방향으로 섬유의 폭을 지칭하는 "교차 기계 방향"(CD)에 대조적이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "멜트블로운 웹"은 용융된 열가소성 물질이 용융 섬유로서 다수의 미세한, 대개는 원형인 다이 모세관을 통하여 압출되어 용융된 열가소성 물질의 섬유를 감쇄시키는 수렴하는 고속의 가스(예를 들어, 공기) 흐름 내로 압출되어 그들의 직경을 극세사 직경일 수도 있는 직경으로 감소시키는 공정에 의해 형성된 부직 웹을 말한다. 이후, 멜트블로운 섬유는 고속 가스 흐름에 의해 운반되며 수집면 상에 용착(deposit)되어 무작위로 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 공정은 예를 들어, 모든 목적을 위해 전체적으로 본 명세서에서 참고로 원용된, Butin 등에 의한 미국특허 제3,849,241호에 개시되어 있다. 일반적으로, 멜트블로운 섬유는 실질적으로 연속적 또는 불연속적이고 일반적으로 직경이 10㎛보다 작으며 수집 표면 상으로 용착될 때 일반적으로 접착성(tacky)인 극세사일 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어, "부직포" 또는 "부직 웹"은 본 명세서에서 편물에서처럼 식별 가능한 방식은 아니지만 상호 연결된(interlaid) 개별적인 섬유들이나 실들의 구조를 갖는 웹을 지칭한다. 부직포 또는 웹은 많은 공정, 예를 들어, 멜트블로운 공정, 스펀본드 공정, 스루-에어 본디드 카디드 웹(BCW 및 TABCW로도 알려짐) 공정 등으로 형성되고 있다. 부직 웹의 평량은 약 5, 10 또는 20gsm 내지 약 120, 125 또는 150gsm과 같이, 일반적으로 달라질 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "스펀본드 웹(spunbond web)"은 작은 직경의 실질적으로 연속적인 섬유를 함유하는 웹을 지칭한다. 섬유는 용융된 열가소성 물질을 복수의 미세하고 일반적으로 원형인 방적돌기(spinnerette)의 모세관들로부터 압출시키고 그후 압출된 섬유의 직경을 예를 들어 추출성 신장 및/또는 기타 공지된 스펀본딩 메커니즘에 의하여 급속히 감소시킴에 의하여 형성된다. 스펀본드 웹의 제조는, 예를 들어 Appel 등에 의한 미국특허 제4,340,563호, Dorschner 등에 의한 제3,692,618호, Matsuki 등에 의한 제3,802,817호, Kinney에 의한 제3,338,992호, Kinney에 대한 제3,341,394호, Hartman에 의한 제3,502,763호, Levy에 의한 제3,502,538호, Dobo 등에 의한 제3,542,615호 및 Pike 등에 의한 제5,382,400호에 설명 및 도시되어 있으며, 모든 목적을 위하여 이들 각각은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 원용된다. 스펀본드 섬유는 수집 표면 상에 용착(deposit)될 때 일반적으로 끈적거리지 않는다. 스펀본드 섬유는 때때로 약 40㎛ 미만, 종종, 약 5 내지 약 20㎛의 직경을 가질 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "초흡수성 중합체", "초흡수체" 또는 "SAP"는 상호 교환적으로 사용될 것이며, 그들 자신의 중량에 대하여 극도로 많은 양의 액체를 흡수하고 보유할 수 있는 중합체를 지칭할 것이다. 가교될 수 있는 하이드로겔로서 분류되는 수분 흡수성 중합체는 물 분자와 수소 결합 및 다른 극성 힘을 통해 수용액을 흡수한다. SAP의 수분 흡수 능력은 부분적으로 이온화도(수용액의 이온 농도의 인자) 및 물에 대해 친화성을 갖는 SAP의 기능성 극성기를 기초로 한다. SAP는 통상적으로 개시제의 존재 하에서 수산화나트륨과 혼합된 아크릴산의 중합화로 제조되어 폴리아크릴산 나트륨 염(때로는 폴리아크릴산 나트륨이라 지칭됨)을 형성한다. 초흡수성 고분자를 제조하기 위하여 폴리아크릴아미드 공중합체, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 가교 결합된 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐 알콜 공중합체, 가교 결합된 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리아크릴로니트릴의 전분 접합된 공중합체와 같은 다른 물질이 또한 이용된다. SAP는 입자 또는 섬유 형태로 또는 다른 물질 또는 섬유 상의 코팅층으로서 흡수 용품에 존재할 수도 있다.
폼(foam) 및 섬유 복합재(fiber composite):
본원에 기술된 유체 삽입 제조 과정의 결과는 폼 및 섬유 복합재의 생성이다. 본 발명의 폼 및 섬유 복합재는 흡수 용품에 개선된 건조도 및 개선된 액체 분배 능력을 제공할 수 있다. 폼 및 섬유 복합재는 적어도 두 가지 물질로 형성될 수 있다. 제1 물질은 개방 셀 폼 물질이고 제2 물질은 섬유상 물질이다. 섬유상 물질을 형성하는 복수의 섬유가 개방 셀 폼 물질로 유체가 삽입될 수 있고 그로써 폼 및 섬유 복합재가 형성된다. 다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재는 흡수 용품의 상면시트층과 배면시트층 사이에 위치한 흡수 시스템의 구성요소로서 흡수 용품에 통합될 수 있다. 개방 셀 폼 물질에 유체가 삽입되어 있는 복수의 섬유는 신체 삼출물을 개방 셀 폼 물질을 통해 개방 셀 폼 물질의 신체 대향면으로부터 개방 셀 폼 물질의 의복 대향면으로 유도하기 위해, 개방 셀 폼 물질을 통하는 친수성 경로를 제공할 수 있다. 개방 셀 폼 물질은 신체 삼출물이 흡수 용품의 상면시트층으로 다시 이동하는 것을 감소시키거나 및/또는 방지할 수 있다.
도 1은 폼 및 섬유 복합재(10)의 일부분의 단면도의 현미경 사진을 제공한다. 현미경 사진은 100X의 배율에서 주사 전자 현미경에 의해 촬영되었다. 도 1에서 볼 수 있는 것과 같이, 폼 및 섬유 복합재(10)는 개방 셀 폼 물질(20)과 섬유상 물질(30)로 형성될 수 있다. 폼 물질(20)은 제1 평면(22) 및 제2 평면(24)을 가질 수 있다. 도 1에서 각각의 평면(22 및 24)은 시각적 명료성을 위해 해당하는 파선에 의해 묘사되었다. 섬유상 물질(30)의 층은 폼 물질(20)의, 평면(22)과 같은, 평면들 중 하나와 접촉한다. 섬유상 물질(30)의 층은 복수의 개별적인 섬유들(32)로부터 형성된다. 도 1에 도시된 폼 및 섬유 복합재(10)에서 볼 수 있는 것과 같이, 개별적인 섬유들(32)의 일부분은 섬유상 물질(30)의 층으로부터 폼 물질(20)을 통하여 폼 물질(20)의 제1 평면(22)으로부터 폼 물질(20)의 제2 평면(24)으로 뻗어 있다.
폼 및 섬유 복합재(10)는 섬유상 물질(30)의 외부 표면(34)으로부터 폼 물질(20)의 제2 평면(24)까지 측정되는 총 높이(12)를 가질 수 있다. 폼 및 섬유 복합재(10)는 폼 물질(20)의 제1 평면(22)으로부터 제2 평면(24)까지 측정되는 하위-높이(14)를 가질 수 있다. 총 높이(12) 및 하위-높이(14)의 각각은 두 개의 표시된 표면 사이의 거리의 치수이다. 다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재(10)의 총 높이(12)는 약 0.5, 0.75, 또는 1 mm부터 약 4, 6, 또는 10 mm까지일 수 있다.
본원에 기술된 유체 삽입 제조 과정은 섬유상 물질(30)로부터의 섬유들(32)의 일부분이 폼 물질(20)의 구조에 존재할 수 있는 폼 및 섬유 복합재(10)를 초래한다. 이미지 분석은 폼 물질(20) 내의 섬유들(32)의 비율을 계산하는 데 활용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 이미지 분석은 폼 및 섬유 복합재(10)의 총 높이(12) 전체에서 폼 및 섬유 복합재의 다수의 2차원 단면 이미지를 얻기 위하여 X-선 미세단층촬영을 활용하는 것을 포함할 수 있다. 폼 및 섬유 복합재(10)의 2차원 단면 이미지를 획득하는 것은 2차원 단면 이미지에서 섬유들(32) 대 폼 물질(20)의 비율뿐만 아니라 폼 물질(20)로의 섬유들(32)의 삽입 정도에 대한 분석을 제공할 수 있다. X-선 미세단층촬영을 활용하여 얻어진 2차원 단면 이미지는 폼 및 섬유 복합재(10)의 총 높이(12) 전체에서 공지된 간격으로 폼 및 섬유 복합재(10)의 총 높이(12) 전체에서 폼 및 섬유 복합재(10)의 구조를 포착한다. 폼 및 섬유 복합재(10)의 2차원 단면 이미지로부터, 폼 및 섬유 복합재(20)의 높이(12), 또는 하위-높이 (14) 치수의 다양한 평면에서의 폼 물질(20)의 백분율 및 섬유들(32)의 백분율이 계산될 수 있다. 다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재(10)의 하위-높이(14)를 통해 측정된 폼 및 섬유 복합재(10)의 평면에 존재하는 섬유들(32)의 백분율은 약 15 내지 약 25%일 수 있다. 예를 들어, 폼 및 섬유 복합재(10)는 X-선 미세단층촬영이 수행될 수 있고, 이때 2차원 단면 이미지가 폼 및 섬유 복합재(10)에서 촬영될 수 있었다. 폼 및 섬유 복합재(10)의 2차원 단면 이미지 내에서, 폼 및 섬유 복합재(10) 하위-높이(14) 치수는 폼 및 섬유 복합재(10)의 하위-높이(14) 내에서 3개의 평면 부분을 제공하기 위해 3개로 고르게 나누어질 수 있다. 그런 예에서, 본원에 기술된 과정을 따라 제조된 폼 및 섬유 복합재(10)의 각각의 평면 부분은 본 개시의 폼 및 섬유 복합재(10)가 폼 및 섬유 복합재(10)의 각각의 1/3 평면 부분에 약 15% 내지 약 25%의 섬유 함량을 가질 수 있음을 증명할 수 있다. 이 예에서 기술된 것과 같이 폼 물질(20)에 존재하는 섬유들(32)의 백분율을 측정하기 위해 활용된 방법은 하기에서 기술된다.
본원에서 기술된 것과 같이, 폼 및 섬유 복합재(10)는 섬유상 물질(30)로부터 개방 셀 폼 물질(20)로 유체 삽입 섬유들(32)에 의해 형성된다. 개방 셀 폼 물질(20)은, 그 자체로, Frazier 차등 압력 공기 투과율 기기(Frazier Differential Pressure Air Permeability Instrument)에 의해 측정된 것과 같이, 공기 흐름에 대한 투과율을 가질 수 있다. 공기 흐름에 대한 투과율은 Frazier 2000 모델 및 이어서 ASTM D 737-75를 이용하여 측정될 수 있다. 전형적으로, 개방 셀 폼 물질(20)로의 유체 삽입하는 섬유들(32)은 개방 셀을 막을 것이고 폼 물질(20)의 공기 흐름에 대한 투과율을 감소시킬 것이다. 본원에 기술된 과정에 따라 개방 셀(26)에 유체가 삽입된 섬유들(32)을 가지는 폼 물질(20)은 개방 셀 폼 물질(20) 자체의 투과율보다 큰 공기 흐름에 대한 투과율을 가질 것으로 밝혀졌다. 다양한 실시예에서, 개방 셀 폼 물질(20)은 200 CFM 미만의 공기 흐름에 대한 투과율을 가질 것이고 폼 및 섬유 복합재(10)는 300, 325, 350, 또는 375 CFM보다 큰 공기 흐름에 대한 투과율을 가질 것이다.
폼 및 섬유 복합재(10)는 약 20 gsm 내지 약 250 gsm의 총 평량을 가질 수 있다. 폼 물질(20)로 삽입된 섬유들(32)을 포함한, 섬유상 물질(30)의 양은 폼 및 섬유 복합재(10)의 총 평량의 적어도 약 10%이다. 다양한 실시예에서, 적어도 약 2, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 또는 70 gsm의 섬유상 물질(30)은 폼 물질(20)의, 평면(22)과 같은 평면과 접촉하게 된다.
도 2는 폼 물질(20)의 두 평면이 모두 뷰어에게 보일 수 있게 된 개방 셀 폼 물질(20)의 일부분의 단면도의 현미경 사진을 제공한다. 현미경 사진은 40X의 배율에서 주사 전자 현미경에 의해 촬영되었다. 폼 물질(20)은 셀 지주(cell strut)(28)에 의해 서로 분리된 복수의 개방 셀(26)을 가질 수 있다.
다양한 실시예에서, 폼 물질(20)은 폴리에스테르 폴리우레탄 폼, 폴리올레핀 폼, 폴리(스티렌-부타디엔) 폼, 또는 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트) 폼과 같은 가요성 개방 셀 폼일 수 있다. 다양한 실시예에서, 폼 물질(20)은 폴리에스테르 폴리우레탄으로 형성된다. 다양한 실시예에서, 폼 물질(20)은 소수성이다. 폼 물질(20)은 친수성일 수 있지만, 소수성 폼 물질(20)은 신체 삼출물의 흡수 용품의 상면시트층으로의 복귀 이동을 감소 및/또는 제거할 수 있고, 그러므로 흡수 용품의 상면시트층에서의 신체 삼출물의 양뿐만 아니라 흡수 용품의 상면시트층에서의 젖은 느낌을 감소 및/또는 제거할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
폼 및 섬유 복합체에서 사용하기에 적합한 것으로 밝혀진 폼 물질(20)은 특정 특성들을 가질 것이다. 폼 물질(20)은, 예를 들어, 흡수 용품의 폼 및 섬유 복합재의 구성요소로서의 궁극적인 용도에 대해 부드럽고 가요성이 있어야 하는 한편 또한 유체 삽입 제조 과정을 견딜 수 있어야 한다. 폼 물질(20)에 유익한 것으로 밝혀진 특성들은 섬유상 물질로부터 섬유들의 유체 삽입의 압력을 견딜 수 있고 흡수 용품의 폼 및 섬유 복합재에 사용하기 위해 부드럽고 가요성을 유지할 수 있는 폼 물질(20)을 제공한다.
폼 물질(20)의 개방 셀(26)의 수는 폼 물질(20)의 기공도의 측정을 폼 물질(20)에 제공할 수 있다. 폼 물질(20)의 기공도는 선형 인치당 기공(ppi)으로 측정되고 2차원 평면 폼 물질 표면의 1 선형 인치의 기공의 수를 나타내며 폴리우레탄 폼 협회에 의해 기술된다. 선형 인치당 기공은 격자를 사용하여 현미경 하에서 시각적으로 기공을 계수함으로써 측정된다. 폼 물질(20)의 ppi 값이 작을수록 기공 크기는 더 커지고, 그 역도 마찬가지이다. 다양한 실시예에서, 폼 물질(20)은 약 20 또는 40 ppi 내지 약 55, 65, 또는 90 ppi의 기공도를 가질 수 있다. 폼 물질(20)의 그러한 기공도는 유체 삽입 제조 과정 중에 더 낮은 유체 제트 압력의 이용을 가능하게 할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 유체 삽입 과정 중의 더 낮은 유체 제트 압력은 폼 물질(20)의 구조가 유지될 수 있기 때문에 유익하다. 폼 물질(20)의 셀 지주(28)는 온전하게 유지될 수 있고 폼 물질(20)의 영구적인 변형이 기피될 수 있다. 90 ppi보다 높은 기공도를 가지는 폼 물질은 폼 물질(20)의 셀 지주(28)를 깨트릴 수 있는 유체 삽입 과정 중에 더 높은 유체 제트 압력을 필요로 할 수 있고 폼 물질(20)을 영구적으로 변형시킬 수 있다. 20 ppi보다 낮은 기공도를 가지는 폼 물질은 더 큰 크기 치수의 셀을 가지는 폼 물질이어서 섬유상 물질로부터의 섬유들은, 셀을 통해 폼 물질 밖으로 간단히 통과할 것이기 때문에, 유체 삽입 과정 중에 폼 물질 내에 남아 있지 않을 것이다.
일반적으로, 폼 물질은 신축가능할 수 있다. 일반적으로 폼 물질은 신축가능할 수 있기 때문에 폼 물질(20)은, 폼 물질(20)이 제조 과정 중에 지나치게 신축될 수 있다는 점에서 유체 삽입 제조 과정에 의해 부정적으로 영향을 받을 수 있다. 폼 물질(20)의 신축은 더 둥글거나 육각형의 기하학적 모양보다 연신된 기하학적 모양으로 존재하는 셀들(26)을 가지는 폼 물질(20)을 초래할 수 있다. 셀들(26)의 그런 연신된 기하학적 모양은 유체 삽입 제조 과정 중에 유체 흐름 및 섬유들의 삽입을 간섭할 수 있다. 다양한 실시예에서, 폼 물질(20)이 감소된 신장력(elongation capability)을 가진다면 유익하다. 다양한 실시예에서, 폼 물질(20)은, 예를 들어, 200% 미만의 파단 연신율과 같이, 낮은 연신율을 가진다. 다양한 실시예에서, 폼 물질(20)은 약 80 또는 100% 내지 약 150 또는 200%의 파단 연신율을 가진다.
다양한 실시예에서, 폼 물질(20)은 저밀도를 가질 수 있고, 여기서 폼 물질(20)의 밀도는 약 0.01 내지 약 0.08 g/cc의 범위일 수 있다. 폼 물질(20)은 또한 특정 압축 계수를 가져야 한다. 흡수 용품에서의 사용을 위해서는, 결과적으로 생성된 폼 및 섬유 복합재(10)가 부드럽고 가요성인 것이 바람직하다. 그러나, 폼 물질(20)은 섬유상 물질로부터의 섬유들이 폼 물질(20)로 삽입되는 유체 삽입 과정 중에 발휘된 압축력을 견딜 수 있어야 한다. 만약 폼 물질(20)이 유체 삽입 과정의 압축력을 견딜 수 없다면, 폼 물질(20)의 영구적인 변형이 초래될 수 있다. 다양한 실시예에서, 약 0.5 또는 0.6 psi 내지 약 0.8 또는 1.0 psi의 25% 편향에서의 압축력 편향을 가지는 폼 물질(20)은 유체 삽입 과정의 압축력을 견딜 수 있는 부드럽고 가요성인 폼 물질(20)에 대한 소망의 균형을 잡을 수 있을 것이다.
도 3은 섬유상 물질(30)이 뷰어에게 보일 수 있게 된 도 1의 폼 및 섬유 복합재(10)의 평면도의 현미경 사진을 제공한다. 현미경 사진은 40X의 배율에서 주사 전자 현미경에 의해 촬영되었다. 도 3에서 알 수 있는 것과 같이, 복수의 개별적인 섬유들(32)로 구성된 섬유상 물질(30)은 폼 물질(20)의 제1 평면(22)을 덮는다. 도 4는 폼 물질(20)의 제2 평면 및 섬유들(32)의 일부분이 뷰어에게 보일 수 있게 된 도 1의 폼 및 섬유 복합재(10)의 평면도의 현미경 사진이다. 현미경 사진은 40X의 배율에서 주사 전자 현미경에 의해 촬영되었다. 도 4에서 알 수 있는 것과 같이, 섬유들(32)은 폼 물질(20)의 셀들(26)을 통해 뻗어간다. 그러므로, 도 1 내지 4를 참조하면, 폼 및 섬유 복합재(10)는 한 쌍의 반대되는 평면(22 및 24)을 가질 수 있는 폼 물질(20), 및 평면들 중 하나, 예컨대 평면(22)와 접촉하게 될 수 있는 섬유상 물질(30)을 가질 수 있으며, 여기서 섬유상 물질(30) 내의 섬유들(32)의 일부분은 폼 물질(20)로 유체가 삽입될 수 있어서 섬유들(32)은 폼 물질(20)의 두 평면(22 및 24)에 모두 존재할 수 있을 뿐만 아니라 폼 물질(20)의 셀들(26)을 통해 뻗어나갈 수 있다.
다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)은 복수의 개별적인 섬유들(32)로부터 형성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)의 개별적인 섬유들(32)은, 예컨대 섬유상 물질(30)의 습식-레잉(wet-laying) 또는 에어-레잉(air-laying)으로 발생할 수 있는 것과 같이, 느슨한 형태일 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)의 개별적인 섬유들(32)은, 예를 들어 카디드 부직 웹(carded nonwoven web)과 같은 물질의 부직 웹의 형태로 있을 수 있다. 그러므로, 섬유상 물질(30)은 예컨대, 한정하는 것은 아니지만, 에어-레잉, 습식-레잉, 및 카딩과 같은 다양한 과정을 통해 제조될 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)을 형성하는 섬유들(32)은 친수성일 수 있다. 섬유상 물질(30)을 형성하는 섬유들(32)은 자연적으로 친수성일 수 있거나 자연적으로 소수성이지만 예를 들어 계면활성제로의 처리를 통해 친수성이 되도록 처리된 섬유들일 수 있다. 친수성 섬유들(32)을 제공하는 것은 폼 물질(20)을 통한 친수성 경로를 가질 수 있는 폼 및 섬유 복합재(10)를 허용할 수 있다. 폼 물질(20)이 소수성인 다양한 실시예에서, 친수성 섬유들(32)에 의해 제공된 친수성 경로는 흡수 용품의 폼 및 섬유 복합재(10)가 신체 삼출물을 (친수성 섬유 경로를 통해) 흡수하고 신체 삼출물이 소수성 폼 물질(20)을 통해 쉽게 통과할 수 없게 됨에 따라 흡수 용품의 상면시트층으로부터 먼 위치에 신체 삼출물을 유지하는 것을 허용할 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)을 형성하는 섬유들(32)은 셀룰로오스 섬유, 예컨대, 한정하는 것은 아니지만, 면, 모시, 마포, 대마, 아마, 바가스(bagasse), 북부 침엽수 크래프트 펄프(northern softwood kraft pulp), 뿐만 아니라 합성 셀룰로오스 섬유, 예컨대, 한정하는 것은 아니지만, 레이온, 비스코스, 및 셀룰로오스 아세테이트일 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)을 형성하는 섬유들(32)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 방향족 폴리에스테르, 지방족 폴리에스테르, 및 폴리아미드와 같은 중합체로부터 만들어진 합성 섬유일 수 있다. 그러한 실시예에서, 섬유들(32)은 매우 낮은 표면 에너지 및 낮은 젖음성(wettability)으로부터 높은 표면 에너지 및 높은 젖음성까지의 범위의 다양한 정도의 표면 에너지를 부여하기 위해 첨가제들로 처리될 수 있다.
폼 물질(20)의 평면, 예컨대, 폼 물질(20)의 제1 평면(22)과 접촉하는 섬유상 물질(30)은 약 0.08 g/cc 내지 약 2.0 g/cc의 밀도를 가질 수 있다. 섬유상 물질(30)의 밀도를 계산할 때, 폼 물질(20) 외부에 있는 섬유상 물질(30)의 일부분만이 고려된다. 폼 물질(20)로 삽입되었고, 따라서 폼 물질(20)로 및/또는 그것을 통해 뻗어 나가는 섬유상 물질(30)의 섬유들(32)의 부분들은 섬유상 물질(30)의 밀도를 계산할 때 포함되지 않는다.
유체 삽입 제조 과정:
본 개시의 폼 및 섬유 복합재(10)를 형성하기 위하여, 유체 삽입 제조 과정이 활용될 수 있다. 액체 및 기체 두 가지를 모두 포함하여, 임의의 수의 유체가 폼 및 섬유 복합재(10)를 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 가압된 물이 섬유 삽입을 위한 유체로서 사용된다.
도 5는 폼 및 섬유 복합재(10)를 형성하기 위해 활용될 수 있는 유체 삽입 과정(50)의 예를 도시한다. 도 5에 도시된 예에서, 폼 물질(20)은 지지 벨트(52) 상에 지지된다. 지지 벨트(52)는 둘 이상의 롤(54A 및 54B) 상에 지지될 수 있고, 롤에는 지지 벨트(52)를 전방으로, 일반적으로는 기계 방향으로, 연속적으로 이동시키기 위한 적합한 구동 수단(미도시)이 구비된다. 지지 벨트(52)는, 예를 들어, 단일 플레인 위브 유공성 와이어(single plain weave foraminous wire)일 수 있다. 지지 벨트(52)는 유체(62)가 폼 물질(20) 및 지지 벨트 (52)를 통과하는 것을 허용하기 위해 유체 투과성이어야 한다. 지지 벨트(52)는 지지 벨트(52)를 형성하는 와이어들 사이에 큰 개구를 제공하는 메쉬 크기를 가져야 한다. 다양한 실시예에서, 지지 벨트(52)의 개구는 개방 영역 비율의 측정으로서 제공될 수 있고 지지 벨트(52)는 약 10, 12, 14, 16, 18 또는 20%보다 큰 개방 영역 비율을 가질 수 있다. 큰 메쉬 크기는 유체 삽입 제조 과정(50) 중에 활용된 유체가 지지 벨트(52)에서 되돌아오기보다는 지지 벨트(52)를 통해 통과하여 폼 물질(20)로 다시 돌아가는 것을 가능하게 할 수 있다. 유체가 폼 물질(20)로 되돌아오는 것을 허용함으로써 섬유상 물질(30)의 섬유들(32) 상에 복귀 압력의 적용을 초래할 수 있고, 그것은 폼 물질(20)을 통해 섬유들(32)이 다시 밀려오게 되는 결과를 초래할 수 있다. 본 개시에서, 유체가 지지 벨트(52)를 통해 통과하는 것을 허용하는 것은 섬유상 물질(30)의 섬유들(32)이 유체 삽입 제조 과정(50) 중에 폼 물질(20)로 삽입되는 것을 가능하게 할 수 있고 폼 물질(20)의 제1 평면(22)으로부터 제2 평면(24)으로 뻗어나갈 수 있게 한다.
본원에서 기술되는 것과 같이, 폼 물질은 신축가능하다. 폼 물질이 일반적으로 신축가능하기 때문에 폼 물질(20)이 제조 과정(50) 중에 과도하게 신축가능하다는 점에서 폼 물질(20)은 유체 삽입 제조 과정(50)에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 폼 물질(20)의 신축은 더 둥글거나 육각형의 기하학적 모양보다 연신된 기하학적 모양으로 존재하는 셀들(26)을 가지는 폼 물질(20)을 초래할 수 있다. 셀(26)들의 그러한 신장된 기하학적 모양은 유체 삽입 제조 과정(50) 중에 유체 흐름 및 섬유들(32)의 삽입을 간섭할 수 있다. 다양한 실시예에서, 폼 물질(20) 상의 변형률을 유체 삽입 제조 과정(50) 중에 약 2 또는 5% 변형 미만으로 유지하는 것이 유익하다.
폼 물질(20)은 지지 벨트(52)를 경유하여 유체 삽입 제조 과정(50)에 공급된다. 도 5에서 예시된 유체 삽입 제조 과정(50)에서, 폼 물질(20)은 유체 삽입 단계 전에 전-처리 단계를 겪을 수 있다. 도 6은 전-처리 전의 폼 물질(20)의 일부분의 현미경 사진을 제공한다. 현미경 사진은 광학 입체 현미경에 의해 촬영되었다. 도 6에서 알 수 있는 것과 같이, 폼 물질(20)의 전-처리 전에, 폼 물질(20)은 지주(28)에 의해 서로 분리되어 있는 셀(26)들을 가질 수 있다. 각각의 셀(26)을 가로지르는 것은 셀 막(36)이다. 셀 막(36)의 존재는 폼 물질(20)을 통한 섬유들(32)의 이동을 억제할 수 있다. 폼 물질(20)의 전-처리로 셀 막(36)을 파괴할 수 있어서 섬유들(32)이 유체 삽입 제조 과정(50)의 유체 삽입 단계 중에 폼 물질(20)을 통해 이동하는 능력을 증가시킨다. 폼 물질(20)을 전-처리하기 위하여, 유체 처리 장치(60)가 폼 물질(20) 위에 공간 배치될 수 있다. 폼 물질(20)이 유체 처리 장치(60) 아래로 통과함에 따라 유체 스트림(62)이 유체 처리 장치(60)로부터 나와서 폼 물질(20)에 영향을 줄 수 있다. 폼 물질(20)에 영향을 주는 유체(62)는 폼 물질(20) 내의 셀 막(36)이 파열되도록 유발할 수 있다. 유체 처리 장치(60)로부터의 유체 압력은 대체로 약 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 또는 500 psi 내지 약 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 또는 1000 psi의 범위에 있다. 본원에 기술된 유체 삽입 제조 과정(50)의 전-처리 단계 중의 유체 압력은 폼 물질(20)의 지주(28)를 또한 파열시키지 않으면서 폼 물질(20)의 셀(26)을 가로지르는 셀 막(36)을 파열하기에 충분히 낮다. 1000 psi보다 큰 유체 압력을 활용하는 것은 폼 물질(20)의 지주(28)를 파열할 수 있고, 그것은 폼 물질(20)의 영구적인 변형을 유발할 수 있다. 셀 막(36)을 파열하는 것에 더불어, 폼 물질(20)의 전-처리는 또한 폼 물질(20)의 공기 흐름에 대한 투과율을 증가시킬 수 있다. 다양한 실시예에서, 폼 물질(20)은 전-처리 전에 약 200 CFM 미만의 공기 흐름에 대한 투과율을 가지며 전-처리 후 약 600 CFM보다 큰 공기 흐름에 대한 투과율을 가진다. 도 7은 전-처리 후 폼 물질(20)의 일부분의 현미경 사진을 제공한다. 현미경 사진은 광학 입체 현미경에 의해 촬영되었다. 도 7에서 알 수 있는 것과 같이, 유체 삽입 제조 과정(50)의 전-처리 단계 후에, 폼 물질(20)은 지주(28)에 의해 분리된 셀(26)들을 가질 수 있다. 셀 막(36)은 전-처리 단계에 의해 파열되었고, 이것은 도 7에서는 볼 수 없다.
도 5에서 단일 유체 처리 장치(60)가 도시되지만, 다수의 유체 처리 장치들(60)이 이용될 수 있다. 유체 처리 장치(60)는 단일한 가압된 유체 제트 또는 복수의 가압된 유체 제트를 가질 수 있다. 유체 처리 장치(60)의 유체(62)는 보통 0.08과 0.15 mm 사이의 직경의 작은 구멍들 및 기계를 가로지르는 방향으로 0.5 mm 부근의 간격을 갖는 가압된 유체 제트들의 행 또는 행들로 구성되는 제트 팩(pack) 또는 스트립(strip)(미도시)을 통해 주입기로부터 나올 수 있다. 제트 팩 또는 스트립이 가압된 유체 제트의 행 또는 행들의 제트 패턴으로 배향되기 때문에, 이런 제트 패턴은 제트 패턴에 상응하는 행 또는 행들의 폼 물질(10) 상에 유체 처리의 패턴을 초래할 것이다. 다른 제트 크기, 간격, 제트 패턴, 및 제트의 수가 사용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 유체 처리 장치(60)로부터 나오는 유체를 예컨대, 한정하는 것은 아니지만, 행, 열, 소용돌이, 원형, 점, 사각형, 타원형, 삼각형, 다이아몬드형, 등의 패턴의 폼 물질(20)로 향하게 유도함으로써 폼 물질(20)을 전-처리하는 것이 적합한 것으로 여겨질 수 있다. 다양한 실시예에서, 마스크가 폼 물질(20) 위에 위치할 수 있고 마스크는, 예를 들어, 필름 시트 또는 금속 시트와 같은 고형 물질일 수 있고, 그것을 통해 구멍들이 절단된다. 구멍들은 가압된 유체 제트(들)로부터 나오는 유체의 통과를 허용할 수 있다. 마스크의 구멍들을 통해 통과하는 유체는 폼 물질(20)을 처리할 수 있어서 폼 물질(20)이 마스크의 구멍들의 위치의 패턴에 상응할 불연속적인 처리를 받을 수 있게 된다. 다양한 실시예에서, 마스크는 고형 물질, 예컨대 필름 시트 또는 금속 시트일 수 있고, 그것을 통해 연속적인 패턴이 절단된다. 연속적인 패턴의 비-제한적인 예는 벌집 패턴으로 마스크의 절단된 부분들은 유지되는 마스크의 부분들을 둘러싼다. 그런 예에서 마스크의 물질 내에서 벌집의 중심을 유지하기 위하여, 마스크의 절단된 부분들은 완전히 절단되지 않지만 벌집 중심에서 제자리에 마스크 물질을 유지하고 그 물질의 안정성을 유지하기 위하여 작은 연결 절편들이 남아 있는 것으로 인지되어야 한다. 마스크의 절단된 부분들을 통하여 통과하는 유체는 마스크의 절단 물질의 패턴에 상응할 연속적인 패턴으로 폼 물질(20)을 처리할 수 있다. 유체 처리 장치(60)는 전형적으로 폼 물질(20)의 표면으로부터 약 5 내지 약 20 mm 떨어져 있는 제트 개구들을 가질 것이지만, 간격은 폼 물질(20)의 평량, 유체 압력, 사용되는 개별적인 제트의 수, 제거 시스템(64)을 통해 사용되는 진공의 양 및 지지 벨트(52)가 작동되는 속도에 따라 달라질 수 있다. 제트는 또한 방향, 체적 흐름, 및 압력이 폼 물질(20)의 유체 처리의 다양한 패턴을 생성하기 위하여 연속적으로 또는 간헐적으로 달라질 수 있는 유형의 것일 수 있다. 유체 처리 장치(60)로부터 나오는 유체(62)를 제거하기 위하여 진공 또는 다른 종래의 유체 제거 시스템과 같은 제거 시스템(64)은 지지 벨트(52) 아래에서 사용될 수 있다.
유체 삽입 제조 과정(50)의 전-처리 단계 후에, 섬유상 물질(30)은 전-처리된 폼 물질(20)과 접촉하게 될 수 있다. 섬유상 물질(30)은 개별적인 섬유들(32)로 형성될 수 있고 및/또는 개별적인 섬유들(32)로 형성된 물질의 부직 웹 및 섬유상 물질(30)은 섬유상 물질 공급원(70)을 통해 제공될 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질 공급원(70)은 폼 물질(20) 위에 배치될 수 있고 섬유상 물질(30)은 폼 물질(20) 위로 에어레이드(airlaid)되거나 습식레이드(wetlaid)될 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질 공급원(70)은 웹 물질 공급원일 수 있고 섬유상 물질(30)을 카디드 부직 웹으로서 제공할 수 있다. 도 8은 폼 물질(20)과 접촉하게 된 섬유상 물질(30)의 현미경 사진을 제공한다. 현미경 사진은 광학 입체 현미경에 의해 촬영되었다. 도 8에서 알 수 있는 것과 같이, 폼 물질(20) 및 섬유상 물질(30)의 층상 복합재(90)는 폼 물질(20)의 평면들 중 한 평면 위로의 섬유상 물질(30)의 침착으로 인해 형성될 수 있다. 폼 물질(20)의 평면 위로 침착되는 섬유상 물질(30)은 미접합된 또는 상대적으로 미접합된 물질이어서 섬유상 물질(30)을 형성하는 개별적인 섬유들(32)은 섬유상 물질(30)에 존재하는 각각의 다른 개별적인 섬유와 관련하여 3차원 방식으로(X-, Y-, 및 Z-방향의 각각으로) 이동할 수 있다. 폼 물질(20)은, 하향식 보기(view)로, 길이 치수 및 폭 치수를 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 폼 물질(20)의 평면 위로 침착되는 섬유상 물질(30)은 섬유상 물질(30)이 폼 물질(20)의 길이 치수 및 폭 치수를 완전히 커버할 수 있도록 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)은 섬유상 물질(30)이 폼 물질(20)의 전체 길이 치수보다 적게, 전체 폭 치수보다 적게, 또는 전체 길이 및 전체 폭 치수의 각각보다 적게 커버할 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, 폼 물질(20)의 평면 위로의 섬유상 물질(30)의 침착은 폼 물질(20)의 길이 치수로, 즉 기계 방향으로 간헐적일 수 있거나, 폼 물질(20)의 평면 위로의 섬유상 물질(30)의 침착은 폼 물질(20)의 폭 치수로, 즉 기계를 가로지르는 방향으로 간헐적일 수 있거나, 또는 폼 물질(20)의 평면 위로의 섬유상 물질(20)의 침착은 폼 물질(20)의 길이 및 폭 치수의 각각으로, 즉 기계 방향으로 및 기계를 가로지르는 방향의 각각으로 간헐적일 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)은 폼 물질(20)의 평면 위로, 한정하는 것은 아니지만, 행, 열, 소용돌이, 원형, 점, 사각형, 타원형, 삼각형, 다이아몬드형, 등을 포함하여 적합한 것으로 여겨지는 임의의 패턴으로 침착될 수 있다.
폼 물질(20) 및 섬유상 물질(30)의 층상 복합재(90)는 그 후에 적어도 하나의 유체 삽입 장치(80) 아래로 통과한다. 다양한 실시예에서, 유체 압력은 약 70, 80, 90, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 또는 275 psi 내지 약 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 또는 1000 psi의 범위일 수 있다. 도 5는 3개의 유체 삽입 장치(80A, 80B, 및 80C)의 용법을 예시한다. 다수의 유체 삽입 장치가 활용될 때, 각각의 후속되는 유체 삽입 장치의 유체 압력은 선행하는 유체 삽입 장치보다 높을 수 있어서 복합재에 부여된 에너지는 증가하고 섬유상 물질(30)로부터의 섬유들(32)의 삽입이 증가한다. 이것은 섬유상 물질(30)로부터의 섬유들(32)의 유체 삽입의 원하는 수준을 이루는 한편으로 가압된 유체 제트에 의해 폼 및 섬유 복합재(10)의 지역적인 밀도의 전체적인 균등성의 붕괴를 감소시킨다. 다양한 실시예에서, 예를 들어, 3개의 유체 삽입 장치(80A, 80B, 및 80C)가 활용되는, 도 5에 도시된 예시적인 실시예에서, 유체 삽입 장치(80A)의 유체 압력은 72.5 psi일 수 있고, 유체 삽입 장치(80B)의 유체 압력은 145 psi일 수 있으며, 유체 삽입 장치(80C)의 유체 압력은 290 psi일 수 있다. 유체 삽입 장치(80)는 단일의 가압된 유체 제트 또는 복수의 가압된 유체 제트를 가질 수 있다. 유체 삽입 장치(80)의 유체(62)는 보통 0.08과 0.15 mm 사이의 직경의 작은 구멍들 및 기계를 가로지르는 방향으로 0.5 mm 부근의 간격을 갖는 가압된 유체 제트들의 행 또는 행들로 구성되는 제트 팩 또는 스트립(미도시)을 통해 주입기로부터 나올 수 있다. 제트 팩 또는 스트립이 가압된 유체 제트의 행 또는 행들의 제트 패턴으로 배향되기 때문에, 이런 제트 패턴은 제트 패턴에 상응하는 행 또는 행들의 폼 물질(10)로의 섬유들(32)의 유체 삽입의 패턴을 초래할 것이다. 다른 제트 크기, 간격, 제트 패턴, 및 제트의 수가 사용될 수 있다. 유체 삽입 장치(80)는 전형적으로 층들의 복합재의 표면으로부터 약 5 내지 약 20 mm 떨어져 있는 제트 개구들을 가지겠지만, 간격은 층들의 복합재의 평량, 유체 압력, 사용되는 개별적인 제트의 수, 제거 시스템(64)을 통해 사용되는 진공의 양 및 지지 벨트(52)가 작동되는 속도에 따라 달라질 수 있다. 다양한 실시예에서 제트는 제트로부터 나오는 유체가 층상 복합재(90)에 수직이 되도록 배향될 수 있다. 다양한 실시예에서, 제트는 제트로부터 나오는 유체가 층상 복합재(90)에 대해 일정 각에 있도록 배향될 수 있다. 다양한 실시예에서, 제트의 일부분은 유체가 층상 복합재(90)에 대해 수직 방향으로 나오도록 배향될 수 있고 제트의 일부분은 유체가 층상 복합재(90)에 대해 일정 각에 있는 제트로부터 나오도록 배향될 수 있다. 제트는 또한 섬유들(32)의 폼 물질(20)로의 유체 삽입의 다양한 패턴을 생성하기 위하여 방향, 체적 흐름, 및 압력이 연속적으로 또는 간헐적으로 달라질 수 있는 유형의 것일 수 있다. 유체 삽입 장치(80)로부터 나오는 유체(62)를 제거하기 위하여 진공 또는 다른 종래의 유체 제거 시스템과 같은 제거 시스템(64)이 지지 벨트(52) 아래에서 사용될 수 있다.
유체 삽입 장치(80)로부터 나오는 유체(62)는 섬유상 물질(30)로부터의 개별적인 섬유들(32)의 일부가 폼 물질(20)로 및 그것을 통해 이동하는 것을 촉진할 수 있다. 섬유상 물질(30)은 미접합되거나 상대적으로 접합된다. 각각의 개별적인 섬유(32)는 섬유상 물질(30)을 형성하는 각각의 다른 개별적인 섬유(32)와 관련하여 3차원 방식으로(X-, Y-, 및 Z-방향의 각각으로) 이동할 수 있다. 유체 삽입 장치(80)으로부터 나오는 유체(62)는 섬유들(32)이 이동하는 것을 유발할 수 있고 그런 이동은 폼 물질(20)로 및 그것을 통한 이동을 포함할 수 있다. 섬유들(32)의 이런 이동의 순(net) 결과는 폼 및 섬유 복합재(10)의 생성이다. 도 9는 폼 및 섬유 복합재(10)의 현미경 사진을 제공한다. 현미경 사진은 광학 입체 현미경에 의해 촬영되었다. 도 9에서 알 수 있는 것과 같이, 개별적인 섬유들(32)은 폼 물질(20)을 통해 이동하고 폼 물질(20)을 통해 뻗어나갔다.
본원에서 기술된 것과 같이, 섬유 삽입 제조 과정(50)은 단일 섬유 삽입 장치(80) 또는 다수의 섬유 삽입 장치, 예컨대 80A, 80B, 및 80C를 포함할 수 있다. 섬유 삽입 장치(80)는 섬유상 물질(30) 및 폼 물질(20)을 향해 가압된 유체를 배출할 수 있는 적어도 하나의 가압된 유체 제트를 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 적어도 하나의 가압된 유체 제트는 정지된 상태가 아니며 기계 방향으로 및/또는 기계를 가로지르는 방향으로 이동할 수 있다. 그러한 이동은 적합하게 여겨지는 섬유 삽입의 다양한 패턴들 중 임의의 패턴을 생성할 수 있다. 그러한 패턴으로는, 한정하는 것은 아니지만, 행, 소용돌이, 원형, 점, 사각형, 타원형, 삼각형, 다이아몬드형, 등을 예로 들 수 있다. 다양한 실시예에서, 패턴은 연속적일 수 있다. 다양한 실시예에서, 패턴은 비-연속적일 수 있다. 다양한 실시예에서, 가압된 유체 제트로부터 배출된 가압된 유체의 압력은 달라질 수 있다. 제트로부터 배출된 유체의 압력의 그러한 변화는 폼 및 섬유 복합재(10)의 폼 물질(20)의 하위-높이(14)의 상이한 높이들에서 섬유들(32)이 폼 물질(20)로 및 폼 물질(20)을 통해 삽입되는 것을 초래할 수 있다. 예를 들어, 일부 섬유(32)는 폼 물질(20)의 제1 평면(22)에 더 가깝게 유지될 수 있고, 일부 섬유(32)는 폼 물질(20)의 중간으로 뻗어갈 수 있으며, 일부 섬유(32)는 폼 물질(20)의 제2 평면(24)에 도달할 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유 삽입 장치(80)는 다수의 가압된 유체 제트를 가질 수 있고 각각의 제트는 각각의 다른 제트와 압력이 다를 수 있다. 각각의 유체 제트 간의 압력의 그러한 차이는 폼 및 섬유 복합재(10)의 폼 물질(20)의 하위-높이(14)의 상이한 높이들에서 섬유들(32)이 폼 물질(20)로 및 폼 물질(20)을 통해 삽입되는 것을 초래할 수 있다. 다양한 실시예에서, 다수의 섬유 삽입 장치가 활용될 수 있고 각각의 섬유 삽입 장치로부터 배출된 유체의 압력은 각각의 다른 유체 삽입 장치와 다를 수 있다. 다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재(10)는 폼 물질(20) 내에 섬유들(32)이 존재하지 않는 폼 및 섬유 복합재(10)의 적어도 한 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 폼 물질(20)은, 하향 관점에서 볼 때, 중심 영역 및 반대되는 측면 가장자리 영역을 가질 수 있다. 섬유상 물질(30)은 폼 물질(20)의 중심 영역과 접촉하게 될 수 있고 본원에서 기술된 섬유 삽입 제조 과정(50)이 수행될 수 있다. 그 결과 생성된 폼 및 섬유 복합재(10)는 폼 물질(20)을 통해 친수성 경로를 가지는 중심 영역 및 섬유들(32)의 부재로 인해 소수성인 한 쌍의 반대되는 측면 영역들을 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 친수성인 섬유상 물질(30)은 폼 물질(20)의 중심 영역과 접촉하게 될 수 있고 소수성인 섬유상 물질(30)은 폼 물질(20)의 측면 영역과 접촉하게 될 수 있다. 그러한 실시예에서, 친수성 섬유상 물질(30)과 소수성 섬유상 물질(30)의 각각에 대해 본원에 기술된 섬유 삽입 제조 과정(50)이 수행될 수 있다. 그 결과 생성된 폼 및 섬유 복합재(10)는 폼 물질(20)을 통해 친수성 경로를 가지는 중심 영역 및 소수성 섬유들의 존재로 인해 소수성인 한 쌍의 반대되는 측면 영역들을 가질 수 있다. 추가적인 예로서, 섬유상 물질(30)은, 섬유상 물질(30)이 폼 물질(20)의 길이 치수로, 즉 기계 방향으로 뻗어갈 수 있는 열(column)에 침착되고 섬유상 물질(30)의 각각의 열 사이에 공간이 섬유상 물질(30)이 존재하지 않는 폼 물질(20)의 폭 치수로, 즉 기계를 가로지르는 방향으로 존재할 수 있게 되는 패턴으로, 폼 물질(20)의 평면 위로 침착될 수 있다. 그 결과 생성된 폼 및 섬유 복합재(10)는 교대로 친수성 영역과 소수성 영역을 가질 수 있다. 본원에서 기술된 것과 같이, 섬유상 물질(30)은, 친수성 영역과 소수성 영역의 상응하는 패턴을 가지는 폼 및 섬유 복합재(10)를 초래하기에 적합한 것으로 여겨지는 임의의 패턴으로 폼 물질(20) 위로 침착될 수 있다. 폼 및 섬유 복합재(10)는 폼 및 섬유 복합재(10)의 폼 물질(20)의 X-, Y-, 및 Z-방향으로 폼 및 섬유 복합재(10)의 폼 물질(20)을 통해 섬유들(32)의 다양한 존재를 가질 수 있다.
다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)은 폼 물질(20)의 평면 위로 침착될 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)로부터의 임의의 섬유(32)가 폼 물질(20)로 유체가 삽입되기 전에, 마스크가 섬유상 물질(30) 위에 위치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 마스크는 고형 물질, 예컨대 필름 시트 또는 금속 시트일 수 있고, 그것을 통해 구멍들이 절단된다. 구멍은 가압된 유체 제트(들)로부터 나오는 유체가 통과하는 것을 허용할 수 있다. 마스크의 구멍을 통해 통과하는 유체는 섬유상 물질(30)로부터의 섬유들(32)을 폼 물질(20)로 삽입시킬 수 있다. 그 결과 생성된 폼 및 섬유 복합재(10)는 섬유상 물질(30)로부터의 섬유들(32)의 폼 물질(20)로의 비연속적인 삽입을 가질 수 있고, 그것은 마스크의 구멍들의 위치와 상응할 것이다. 다양한 실시예에서, 마스크는 고형 물질, 예컨대 필름 시트 또는 금속 시트일 수 있고, 그것을 통해 연속적인 패턴이 절단된다. 연속적인 패턴의 비-제한적인 예는 벌집 패턴으로 마스크의 절단된 부분들은 유지되는 마스크의 부분들을 둘러싼다. 그런 예에서 마스크의 물질을 가지는 벌집의 중심을 유지하기 위하여, 마스크의 절단된 부분들은 완전히 절단되지 않지만 마스크 물질을 벌집의 중심에서 제자리에 유지하고 그 물질의 안정성을 유지하기 위하여 작은 연결 절편이 남아 있는 것이 인지되어야 한다. 마스크의 절단된 부분들을 통해 통과하는 유체는 섬유상 물질(30)로부터의 섬유들(32)을 폼 물질(20)로, 마스크의 절단된 물질의 패턴에 상응할, 연속적인 패턴으로 삽입시킬 수 있다.
다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)의 다중 층을 폼 물질(20)의 평면 위로 침착하는 것이 바람직할 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)의 각 층은 친수성일 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)의 각 층은 소수성일 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)의 적어도 한 층은 친수성일 수 있고 섬유상 물질의 적어도 한 층은 소수성일 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)의 각 층은 순차적인 과정으로 본원에서 기술된 것과 같은 그 자체의 섬유 삽입 제조 과정(50)을 진행할 수 있다. 다양한 실시예에서, 다수의 섬유상 층들(30)은 동시에 본원에서 기술된 것과 같은 섬유 삽입 제조 과정(50)을 진행할 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)의 각 층은, 한정하는 것은 아니지만, 본원에 기술된 침착 패턴을 포함하여, 적합한 것으로 여겨지는 임의의 패턴으로 침착될 수 있다. 다양한 실시예에서, 섬유상 물질(30)의 각 층은, 한정하는 것은 아니지만, 본원에 기술된 섬유 삽입 패턴을 포함하여, 적합한 것으로 여겨지는 임의의 패턴으로 폼 물질(20)로 삽입된 섬유들을 가질 수 있다.
다양한 실시예에서, 유체 처리 장치(60) 및 유체 삽입 장치(80)는 종래의 유체 처리 장치들이고 그것의 구성 및 작동은 당업자들에게 잘 알려져 있다. 예를 들어, Evans의 미국 특허 제3,485,706호를 참조하고, 그 내용은 그 안에 함유된 정보와 충돌하지 않는 정도로 본원에 그 전문이 참조로 포함된다.
흡수 용품:
본원에 설명된 폼 및 섬유 복합재(10)를 포함하는 흡수 용품은 개선된 건조도 및 개선된 액체 분배 능력을 가질 수 있다. 흡수 용품은 길이방향, 가로방향, 및 깊이 방향을 가질 수 있다. 흡수 용품은 상면시트층, 배면시트층, 및 상면시트층과 배면시트층 사이에 위치한 흡수 시스템을 가질 수 있다. 흡수 시스템은 본원에 설명된 바와 같이, 적어도 폼 및 섬유 복합재(10)를 가질 수 있다. 폼 및 섬유 복합재(10)는 흡수 용품의 깊이 방향으로 상면시트층 아래에 위치할 수 있다. 다양한 실시예에서, 흡수 시스템은 흡수성 코어를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 흡수성 코어는 흡수 제품의 깊이 방향으로 폼 및 섬유 복합재(10) 아래에 위치될 수 있다. 폼 및 섬유 복합재(10)는 흡수 용품의 적어도 길이방향으로 유체를 분배할 뿐만 아니라 유체를 흡입할 수 있다.
도 10을 참조하면, 도 10은 여성용 패드와 같은 흡수 용품(100)의 예에 대한 하향식 보기의 예시를 제공한다. 여성용 패드의 요소들이 본원에서 도시되고 설명되지만, 흡수 시스템의 추가 층, 예를 들어 유체 흡입 층, 분배 층, 서지 층 뿐만 아니라 날개와 같은 추가 구성요소 같은 추가 요소들이 (이에 한정되는 것은 아님) 여성용 패드에 포함될 수 있다. 본원에 설명된 폼 및 섬유 복합재(10)는 여성용 패드, 생리대, 팬티 실드, 팬티 라이너, 기저귀, 배변훈련 팬티 및 실금 장치 같은 다양한 흡수 용품(이에 한정되는 것은 아님)에 통합될 수 있음을 이해해야 한다.
도 10을 참조하면, 흡수 용품(100)은 길이방향(L), 가로방향(T), 및 깊이 방향(Z)을 가질 수 있다. 흡수 용품(100)은 제1 가로방향 말단 가장자리(102), 제1 가로방향 말단 가장자리(102)에 대향하는 제2 가로방향 말단 가장자리(104), 및 한 쌍의 대향하는 길이방향 측면 가장자리(106)를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 흡수 용품(100)은 다양한 기하구조를 가질 수 있지만 일반적으로 한 쌍의 대향하는 길이방향 측면 가장자리(106) 및 한 쌍의 대향하는 가로방향 말단 가장자리(102 및 104)를 가질 것이다. 흡수 용품(100)은 착용자 대향, 액체 투과성 상면시트층(110) 및 의복 대향, 액체 불투과성 배면시트층(112)을 가질 수 있다. 흡수 시스템(120)은 상면시트층(110)과 배면시트층(112) 사이에 위치될 수 있다. 흡수 시스템(120)은 흡입 및 분배 층(122)을 포함할 수 있으며, 다양한 실시예에서 흡수성 코어(124)를 더 포함할 수 있다.
상면시트층(110) 및 배면시트층(112)은 모두 흡수 시스템(120)의 최외측 주변 가장자리를 넘어서 연장될 수 있고, 공지된 접합 기술을 사용하여 전체적으로 또는 부분적으로 함께 주변에 접합되어 밀봉된 주변 영역(130)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상면시트층(110) 및 배면시트층(112)은 접착제 접합, 초음파 접합, 또는 당 기술분야에 공지된 임의의 다른 적절한 접합 방법에 의해 함께 접합될 수 있다.
흡수 용품(100)의 이들 각각의 구성 요소들은 본 명세서에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
상면시트층:
상면시트층(110)은 착용자의 신체에 직접 접촉하고 신체 삼출물을 수용하도록 액체 투과성인 흡수 용품(100)의 착용자 대향면을 정의한다. 상면시트층(110)은 바람직하게는 편안함과 순응성을 위해 제공되며, 그 자체의 구조를 통해 그리고 흡수 시스템(120)을 향해서 착용자의 신체로부터 멀리 신체 삼출물을 유도하는 기능을 한다. 상면시트층(110)은 바람직하게는 그의 구조에 액체를 거의 또는 전혀 보유하지 않아서 흡수 용품(100)의 착용자의 피부 옆에 비교적 편안하고 자극시키지 않는 표면을 제공하게 된다.
상면시트층(110)은 단일 층 물질로 되거나, 대안적으로, 함께 적층된 다층으로 될 수 있다. 상면시트층(110)은, 임의의 물질, 예컨대, 하나 이상의 직조 시트, 하나 이상의 섬유상 부직 시트, 하나 이상의 필름 시트, 예컨대, 자체로 단층 또는 다층일 수 있는 블로운 필름 또는 압출된 필름, 하나 이상의 폼(foam) 시트, 예컨대, 망상형, 개방 셀 또는 폐쇄된 셀 폼, 코팅된 부직 시트, 또는 이러한 물질들 중 임의의 것의 조합으로 구성될 수 있다. 이러한 조합은, 단일화된 평면 시트 구조에 접착제에 의해, 열에 의해, 또는 초음파에 의해 적층되어서 상면시트층(110)을 형성할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상면시트층(110)은 다양한 부직 웹, 예컨대, 멜트블로운 웹, 스펀본드 웹, 수력엉킴 스펀레이스 웹 또는 스루에어 본디드 카디드 웹으로 구성될 수 있다. 적절한 상면시트층(110) 물질의 예는 천연 섬유 웹(예컨대, 면), 레이온, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론, 또는 다른 열-접합가능 섬유(예, 이성분 섬유)의 본디드 카디드 웹, 폴리올레핀, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 공중합체, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 및 지방족 에스테르, 예를 들어 폴리락트산을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 미세하게 천공된 필름 및 네트(net) 물질이 또한 사용될 수 있으며, 이들 물질의 박층체 또는 조합도 사용될 수 있다. 적절한 상면시트층(110)의 예는 예컨대 독일 소재의 Sandler Corporation으로부터 입수가능한 것과 같은 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 만들어진 본디드 카디드 웹일 수 있다. Datta 등의 미국 특허 제4,801,494호와 Sukiennik 등의 제4,908,026호, 및 Texol의 WO 2009/062998는 상면시트층(110)으로 사용될 수 있는 다양한 다른 상면시트 물질을 교시하며, 이들 문헌 각각의 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함된다. 추가적인 상면시트층(110) 물질은 Matthews 등의 미국 특허 제4,397,644호, Curro 등의 미국 특허 제4,629,643호, Van Iten 등의 미국 특허 제5,188,625호, Pike 등의 미국 특허 제5,382,400호, Kirby 등의 미국 특허 제5,533,991호, Daley 등의 미국 특허 제6,410,823호, Abuto 등의 미국 특허출원 공개 제2012/0289917호에 기술된 것을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않으며, 이들 문헌 각각의 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함된다.
다양한 실시예에서, 상면시트층(110)은 관통하여 형성된 복수의 구멍(미도시)을 포함하여 신체 삼출물이 흡수성 시스템(120) 내로 보다 쉽게 통과할 수 있도록 할 수도 있다. 구멍들은 상면시트층(110) 전체에 무작위로 또는 균일하게 배치될 수도 있다. 구멍의 크기, 형상, 직경 및 개수는 흡수 용품(100)의 특정 필요에 맞게 달라질 수도 있다.
다양한 실시예들에서, 상면시트층(110)은 약 5, 10, 15, 20 또는 25gsm 내지 약 50, 100, 120, 125 또는 150gsm 범위의 평량을 가질 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 상면시트층(110)은 약 15gsm 내지 약 100gsm 범위의 평량을 갖는 스루에어 본디드 카디드 웹으로부터 구성될 수 있다. 다른 예에서, 상면시트층(110)은 약 20gsm 내지 약 50gsm의 평량을 갖는 스루에어 본디드 카디드 웹, 예컨대 Xiamen Yanjan Industry, Beijing, DaYuan Nonwoven Fabrics 및 기타 등등과 같은 부직 물질 제조자로부터 용이하게 입수가능한 스루에어 본디드 카디드 웹으로부터 구성될 수 있다.
다양한 실시예에서, 상면시트층(110)은 적어도 부분적으로 친수성일 수 있다. 다양한 실시예에서, 상면시트층(110)의 일부분은 친수성일 수 있고 상면시트층(110)의 일부분은 소수성일 수 있다. 다양한 실시예에서, 소수성일 수 있는 상면시트층(110)의 부분은 본질적으로 소수성 물질이거나 소수성 코팅으로 처리된 물질일 수 있다.
다양한 실시예에서, 상면시트층(110)은 상이한 물질이 흡수 용품(100)의 가로방향(T)으로 별도의 위치에 배치된, 2개 이상의 상이한 부직 또는 필름 재료를 갖는 것과 같은 다성분 상면시트층(110)일 수 있다. 예를 들어, 상면시트층(110)은, 이층 또는 흡수 용품(100)의 길이방향 중심선을 따라 이에 걸쳐 위치한 중앙 부분을 가지는 다성분 물질일 수 있고, 이때, 측방향 측면 부분들은 중앙 부분의 각각의 측면 가장자리에 측면 배치되고 접합된다. 중앙 부분은 제1 재료로 구성될 수 있고 측면 부분은 중앙 부분의 재료와 동일하거나 상이할 수 있는 재료로 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 중앙 부분은 적어도 부분적으로 친수성일 수도 있고 측면 부분은 본래 소수성이거나 소수성 코팅으로 처리될 수도 있다. 다성분 상면시트층(110)의 구성의 예는 일반적으로 Coe의 미국 특허 제5,961,505호, Kirby의 제5,415,640호, 및 Sugahara의 제6,117,523호에 기재되어 있고, 이들 문헌 각각의 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함된다.
다양한 실시예에서, 상면시트층(110)의 중앙 부분은 흡수 용품(100)의 길이방향 중심선을 중심으로 대칭으로 위치될 수 있다. 이러한 중심의 길이방향으로 향한 중앙 부분은 약 15 내지 약 100gsm의 평량을 갖는 스루에어 본디드 카디드 웹("TABCW")일 수 있다. 이전에 기술된 부직, 직조 및 천공된 필름 상면시트층 물질도 상면시트층(110)의 중앙 부분으로서 사용될 수도 있다. 다양한 실시예에서, 중앙 부분은 예컨대 Xiamen Yanjan Industry, Beijing, DaYuan Nonwoven Fabrics으로부터 입수가능한 것과 같은 약 20 내지 약 50gsm의 평량을 갖는 TABCW 물질, 및 기타로부터 구성될 수 있다. 대안적으로, 이탈리아의 Texol 및 미국의 Tredegar와 같은 필름 공급자로부터 입수 가능한 것과 같은 천공된 필름이 이용될 수도 있다. 상이한 부직, 직조 또는 필름 시트 물질이 상면시트층(110)의 측면 부분들로서 이용될 수도 있다. 이러한 상면시트층(110) 물질의 선택은 상면시트층(110)의 원하는 전체 속성에 기초하여 변할 수 있다. 예를 들어, 측면 부분들의 영역에서 누출을 방지하고 건조 감을 증대시키기 위해, 중앙 부분에 친수성 물질을 가지고 측면 부분들에 소수성 장벽 유형 물질을 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 측면 부분들은 중앙 부분의 길이방향으로 향한 측면 가장자리를 따라 또는 이에 인접하여 접착제, 열, 초음파 또는 다른 방식으로 중앙 부분에 접합될 수 있다. 전통적인 흡수 용품 구성 접착제가 측면 부분들을 중앙 부분에 접합시키는데 사용될 수 있다. 중앙 부분 및/또는 측면 부분들 중 어느 하나는 당 업계에 주지된 바와 같이, 계면활성제 및/또는 피부 유익제로 처리될 수도 있다.
이러한 길이방향으로 향한 측면 부분들은 단일 층 또는 다층 구성일 수 있다. 다양한 실시예에서, 측면 부분들은 접착제로 또는 이와 달리 접합된 적층체일 수 있다. 다양한 실시예에서, 측면 부분들은 소수성 장벽 필름 물질의 하단층에 적층된, 스펀본드 물질 같은 상부 섬유성 부직 층으로 구성될 수 있다. 이러한 스펀본드층은 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀으로 형성될 수도 있으며, 원하는 경우 습윤제를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 스펀본드 층은 약 10 또는 12gsm 내지 약 30 또는 70gsm의 평량을 가질 수 있으며 친수성 습윤제로 처리될 수 있다. 다양한 실시예에서, 필름층은 유체가 하부 층으로 침투하는 것을 허용하는 구멍들을 가질 수도 있으며, 단일 층 또는 다층 구조일 수도 있다. 다양한 실시예에서, 이러한 필름은 약 10 내지 약 40gsm의 평량을 갖는 폴리에틸렌과 같은, 폴리올레핀일 수 있다. 구성 접착제는 스펀본드층을 약 0.1gsm 내지 15gsm 사이의 첨가량(add-on) 수준으로 필름 층에 적층하는데 이용될 수 있다. 필름 장벽 층이 전체 상면시트층(110) 디자인에 사용되는 경우, 이는 필름이 흡수 용품(100) 측면 가장자리를 따라 얼룩을 차단하는 것을 도와서 마스킹 부재로서 작용할 수 있는, 필름 안료와 같은 불투명제를 포함할 수도 있다. 이러한 방식으로, 필름 층은 상면시트층(110) 위에서 볼 때 흡수 용품(100) 측면 가장자리를 따르는 유체 배설 얼룩의 가시화를 제한하는 역할을 할 수 있다. 필름 층은 또한 상면시트층(110)의 재습윤을 방지할 뿐만 아니라 흡수 용품(100) 측면 가장자리로부터 유체가 유동하는 것을 방지하기 위한 장벽 층으로서 작용할 수 있다. 다양한 실시예에서, 측면 부분들은 스펀본드-멜트블로운-멜트블로운-스펀본드 층 ("SMMS") 적층체, 스펀본드-필름 적층체, 또는 대안적으로, 다른 부직 적층체 조합과 같은 적층체일 수 있다.
흡수 시스템:
흡수 시스템(120)은 적어도 흡입 및 분배층(122)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 흡수 시스템(120)은 추가로 흡수성 코어(124)를 포함할 수 있다. 흡수 시스템(120)은, 당업자에게 알려져 있는 것과 같이, 추가적인 요소들, 예컨대, 한정하는 것은 아니지만, 서지 층(surge layer), 분배 층, 및/또는 유체 흡입 층을 가질 수 있는 것으로 인지되어야 한다.
흡입 및 분배 층(122)은 흡수 용품(100)의 깊이 방향(Z)으로 상면시트층(110) 아래에 위치할 수 있다. 흡입 및 분배 층(122)은 본원에서 기술된 것과 같이 폼 및 섬유 복합재(10)일 수 있다. 폼 및 섬유 복합재(10)는 폼 물질(10)에 삽입된 섬유상 물질(30)의 제2 평면(24) 및 개별적인 섬유들(32)이 상면시트층(110)에 근접하고 섬유상 물질(30)의 외부 표면(34)이 배면시트층(112)에 근접하도록 배향된다. 폼 및 섬유 복합재(10)의 그런 배향에서, 폼 물질(20)을 통해 폼 물질(20)의 제2 평면(24)으로 뻗어 나간 섬유들(32)은 흡수 용품(100)에 의해 수용됨에 따라 신체 삼출물에 제공될 위치에 있다. 섬유들(32)이 친수성일 수 있기 때문에, 섬유들은 신체 삼출물이 폼 물질(20)을 통해 제2 평면(24)으로부터 제1 평면(22) 및 섬유상 물질(30)로 통과하기 위한 폼 물질(20)을 통한 친수성 경로를 제공할 수 있다. 그러므로, 섬유들(32)은 신체 삼출물의 흡입을 제공할 수 있다. 섬유상 물질(30)은, 다양한 실시예에서, 흡수 물질의 임의의 추가적인 층이 흡수 용품(100)의 깊이 방향(Z)으로 흡입 및 분배 층(122)의 아래에 위치할 필요 없이 신체 삼출물의 저장을 가능하게 하기 위하여 흡수 용품(100)에 충분한 저장 용량을 제공할 수 있다. 흡수성 코어(124)가 또한 흡수 시스템(120)에 존재하는 다양한 실시예에서, 흡수성 코어(124)는 흡입 및 분배 층(122)과 배면시트층(112) 사이에 위치할 수 있다. 섬유상 물질(30)은, 흡수성 코어(124)에 근접한 곳에서, 흡수 용품(100)의 흡수성 코어(124)에 신체 삼출물의 분배를 제공할 수 있다. 다양한 실시예에서, 폼 및 섬유 복합재(10)의 제1 평면(22)에서 섬유상 물질(30)을 형성하는 섬유들(32)은 흡수 용품(100)의 길이방향(L)으로 배향될 수 있다. 섬유상 물질(30)의 섬유들(32)의 그러한 배향에서, 신체 삼출물은 섬유들(32)의 친수성 모세관 작용을 통해 흡수 용품(100)의 길이방향(L)으로 분배될 수 있다. 폼 및 섬유 복합재(10)의 폼 물질(20)은, 소수성 물질로서, 흡수 용품(100)의 상면시트층(110)으로 다시 이동하는 신체 삼출물의 이동을 감소 및/또는 방지할 수 있다.
흡수성 코어(124)가 존재하는 다양한 실시예에서, 흡수성 코어(124)는 흡수 용품(100)의 깊이 방향으로 흡입 및 분배 층(122) 아래에 위치될 수 있다. 흡수성 코어(124)는 일반적으로 일정 수준의 압축성, 순응성을 보여줄 수 있는 임의의 단일층 구조 또는 층 구성요소들의 조합일 수 있으며, 착용자의 피부에 비자극적일 수 있고 액체 그리고 다른 신체 삼출물을 흡수 및 보유할 수 있다. 추가적으로, 흡수성 코어(124)는 생리혈과 같은 신체 삼출물을 흡수 및 보유하기 위한 추가 용량을 제공할 수 있다. 다양한 실시예에서, 흡수성 코어(124)는 다양한 다른 물질로 형성될 수 있고, 임의의 개수의 원하는 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 흡수성 코어(124)는 셀룰로오스 섬유(예를 들어, 목재 펄프 섬유), 다른 천연 섬유, 합성 섬유, 직조 또는 부직 시트, 스크림 편직(scrim netting)이나 기타 안정화 구조체, 초흡수성 물질, 결합 물질, 계면활성제, 선택된 소수성 및 친수성 물질, 안료, 로션, 냄새 억제제 등 및 이들 조합의 흡수성 웹 재료의 하나 이상의 층(예를 들어, 2개 층)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 흡수성 웹 물질은 셀룰로오스 플러프의 매트릭스를 포함할 수 있으며, 초흡수성 물질 또한 포함할 수 있다. 셀룰로오스 플러프는 목재 펄프 플러프의 혼합물을 포함할 수 있다. 목재 펄프 플러프의 예는 Weyerhaeuser Corp.에서 입수 가능한 NB 416이라는 상표로 확인될 수 있으며, 주로 연목재 섬유들을 함유하는 표백된 고흡수성 목재 펄프이다.
다양한 실시예에서, 필요하다면, 흡수성 코어(124)는 선택적인 양의 초흡수성 물질을 포함할 수 있다. 적절한 초흡수성 물질의 예는 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(아크릴아미드), 폴리(비닐 에테르), 비닐 에테르와 α-올레핀을 갖는 말레산 무수물 공중합체, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(비닐모폴리논), 폴리(비닐 알콜) 그리고 염과 이들의 공중합체를 포함할 수 있다. 다른 초흡수성 물질은 가수분해된 아크릴로니트릴-그래프트된 녹말, 아크릴산 그래프트된 녹말, 메틸 셀룰로오스, 키토산, 카르복시메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 및 알지네이트, 잔탄 검, 로커스 빈 검과 같은 천연 검 등과 같은 미개질된 천연 중합체와 개질된 천연 중합체를 포함할 수 있다. 천연 초흡수성 중합체와 완전한 또는 부분적인 합성 초흡수성 물질의 혼합물도 유용할 수 있다. 초흡수성 물질은, 필요에 따라 임의의 양으로 흡수성 코어(124) 내에 존재할 수 있다.
흡수성 코어(124)에 사용되는 흡수성 물질의 조합에 상관없이, 종래의 다양한 방법들과 기술들을 채택함으로써 흡수성 물질은 웹 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 흡수성 웹은, 제한되지는 않지만 건식 형성 기술, 공기 형성 기술, 습식 형성 기술, 폼 형성 기술 등뿐만 아니라 이들의 조합과 같은 기술에 의하여 형성될 수 있다. 코폼 부직 물질이 또한 사용될 수 있다. 이러한 기술들을 실행하기 위한 방법과 장치는 본 기술 분야에 공지되어 있다.
흡수성 코어(124)의 형상은, 필요시 달라질 수 있으며, 삼각형, 직사각형, 개뼈형, 또는 타원형을 포함하는 다양한 형상 중 어느 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 다양한 실시예에서, 흡수성 코어(124)는 일반적으로 흡수 용품(100)의 전체 형상과 대응하는 형상을 가질 수 있다. 흡수성 코어(124)의 치수는 흡수 용품(100)의 치수와 사실상 유사할 수 있지만; 흡수성 코어(124)의 치수는 유사하지만, 내부에 적절하게 포함되도록 전체 흡수 용품(100)의 치수보다 종종 작다는 점을 인식할 것이다.
예를 들어, 흡수성 코어(124)에 적절한 물질 및/또는 구조는 Weisman 등의 미국특허 제4,610,678호, Yahiaoui 등의 제6,060,636호, Latimer 등의 제6,610,903호, Krueger 등의 제7,358,282호 및 Di Luccio 등의 미국특허 출원공개 제2010/0174260호에 설명된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 이 문헌 각각은 전체가 참고로 원용된다.
상술한 바와 같이, 다양한 실시예에서, 흡수성 코어(124)는 단일층 구조일 수 있으며, 예를 들어 셀룰로오스 플러프 및 초흡수성 물질의 매트릭스를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 흡수성 코어(124)는 착용자 대향층과 의복 대향층과 같은 적어도 2개의 물질층을 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 2개의 층은 서로 동일할 수 있다. 다양한 실시예에서, 2개의 층은 서로 다를 수 있다. 이러한 실시예들에서, 2개의 층은 적절하다고 여겨지는 상이한 흡수 특성을 흡수 용품(100)에 제공할 수 있다. 다양한 실시예에서, 흡수성 코어(124)의 신체 대면층은 에어레이드 물질로 구성될 수 있고, 흡수성 코어(124)의 의복 대면층은 초흡수성 중합체 함유 압축 시트로 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 에어레이드 물질은 약 40 내지 약 200gsm의 평량을 가질 수 있으며, 초흡수성 중합체 함유 압축 시트는 티슈 캐리어(tissue carrier)로 둘러싸이면서 약 40 내지 약 400gsm의 평량을 갖는 셀룰로오스 펄프와 SAP의 조합일 수 있는 셀룰로오스 플러프 기반 물질일 수 있다.
배면시트층:
배면시트층(112)은 일반적으로 액체 불투과성이고 착용자의 의복을 향하는 흡수 용품(100)의 부분이다. 배면시트층(112)은 액체의 통과는 여전히 차단하면서 흡수 용품(100)을 벗어나는 공기 또는 증기의 통과를 허용할 수 있다. 일반적으로 임의의 액체 불투과성 재료를 이용하여 배면시트층(112)을 형성할 수 있다. 배면시트층(112)은 단층 또는 다층으로 구성될 수 있고, 이러한 하나 이상의 층 자체는 유사한 또는 서로 다른 물질들을 포함한다. 이용될 수도 있는 적절한 물질은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 폴리올레핀 필름, 부직 및 부직 박층체 및 필름/부직 박층체같은 미세다공성 중합체 필름일 수도 있다. 배면시트층(112)의 구체적인 구조와 조성은 알려져 있는 다양한 필름들 및/또는 직물들로부터 선택될 수 있고, 이때, 구체적인 물질은, 액체 장벽, 강도, 내마모성, 촉각성, 심미성 등의 원하는 수준을 제공하도록 적절히 선택된다. 다양한 실시예에서, 약 0.2 내지 0.5밀 내지 약 3.0 또는 5.0밀 범위의 두께를 가질 수 있는 폴리에틸렌 필름이 사용될 수 있다. 배면시트층(112)의 예는, 미국 인디애나주 에반스빌의 Berry Plastics에서 구입가능한 것 같은 폴리에틸렌 필름일 수 있다. 또 다른 예는 탄산칼슘 충전 폴리프로필렌 필름을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 배면시트층(112)은 부직 적층체 같은 수분 장벽 특성을 갖는 소수성 부직 재료일 수 있으며, 그 예는 스펀본드, 멜트블로운, 멜트블로운, 스펀본드, 4층 적층체일 수 있다. 따라서, 배면시트층(104)은 다중 필름층 또는 필름의 적층체 및 부직 섬유상 층의 구성과 같은 단일 또는 다중 층 구성을 가질 수도 있다. 적합한 배면시트층(112)은 Whitehead 등의 미국 특허 제4,578,069호, Tusim 등의 미국 특허 제4,376,799호, Shawver 등의 미국 특허 제5,695,849호, McCormack 등의 미국 특허 제6,075,179호, 및 Cheung 등의 미국 특허 제6,376,095호에 기재되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참고로 인용되어 있다.
폼 물질 내부 섬유 비율 계산 방법:
폼 및 섬유 복합재(10)의 폼 물질(20)을 통한 섬유(32) 삽입의 백분율은 본원에서 기술된 이미지 분석 측정 방법을 사용함으로써 측정될 수 있다. 이런 맥락에서, 섬유(32) 삽입은 폼 및 섬유 복합재(10)의 단면 두께의 각각의 1/3 내에서 고려된다. 일반적으로, 이미지 분석 방법은 영역과 같은 특정 이미지 분석 측정 파라미터를 통하여 폼 및 섬유 복합재의 두께의 각각의 1/3 내에서, 섬유 및 폼 구성요소들 두 가지에 비해, 섬유 영역 %의 숫자 값을 측정한다. 섬유 삽입 % 방법은 섬유 및 폼 구성요소들 둘 다를 별도로 검출하기 위하여 후속적인 이미지 분석 기법으로 비-파괴적으로 이미지를 획득하기 위하여 x-선 미세 전산화 단층촬영법 (또한 Micro-CT로서도 알려짐)을 사용한 후, 폼 및 섬유 복합재의 두께의 1/3 분할들 내에서 각각의 백분율을 계산함으로써 수행된다. 후속적인 검출 및 측정을 위한 섬유 및 폼 구성요소들을 구분하기 위하여, 특수한 이미지 처리 및 측정 단계들을 포함하는 이미지 분석 알고리즘이 사용된다. 이미지 분석 알고리즘은 검출, 이미지 처리 및 측정을 수행하고, 또한 데이터를 디지털 방식으로 스프레드시트 데이터베이스에 전송한다. 그 결과 생성된 측정 데이터는 폼 및 섬유 구성요소들을 모두 가지는 상이한 구조들의 섬유 %를 비교하기 위해 사용된다.
폼 및 섬유 복합재(10)의 단면 두께의 각각의 1/3에서 섬유(32) %를 측정하는 방법은 샘플의 디지털 x-선 Micro-CT 이미지들을 획득하는 제1 단계를 포함한다. 이들 이미지는 Bruker microCT(2550 Kontich, Belgium)로부터 입수 가능한 SkyScan 1272 Micro-CT 시스템을 사용하여 획득된다. 폼 및 섬유 복합재(10) 샘플은 SkyScan 1272 시스템을 가진 Bruker사에 의해 공급된, 마운팅 장치(mounting apparatus)에 부착되어서, 주사 과정 중에 자체의 무게에 눌려 움직이지 못할 것이다. 다음의 SkyScan 1272 조건들이 주사 과정 중에 사용된다:
- 카메라 픽셀 크기(um) = 9.0
- 공급원 전압(kV) = 40
- 공급원 전류(uA) = 250
- 이미지 픽셀 크기(um) = 4.0
- 이미지 포맷 = TIFF
- 깊이(비트) = 16
- 회전 단계(도) = 0.200
- 360 회전 사용 = 없음
- 프레임 평균 = ON(5)
- 무작위 이동 = ON(2)
- 플랫 필드 보정 = ON
- 필터 = 필터 없음
샘플 주사가 완료된 후에, 그 결과의 이미지 세트는 SkyScan 1272 Micro-CT 시스템이 구비된 NRecon 프로그램을 사용하여 복원될 필요가 있다. 복원 파라미터들이 다소 샘플 의존적일 수 있고, 당업자에게 공지되어야 하지만, 다음의 파라미터들은 분석자에게 기본적인 가이드라인을 제공해야 한다:
- 이미지 파일 유형 = BMP
- 픽셀 크기(um) = 4.00
- 스무딩 = 0
- 링 아티팩트 보정 = 7
- 빔 경화 보정(%) = 20
복원이 완료된 후, 그 결과 생성된 이미지 데이터 세트는 이미지 분석을 위해 준비된다.
섬유 삽입 % 측정을 수행하는 데에 사용되는 이미지 분석 소프트웨어 플랫폼은 스위스 히어브루그에 사무소를 둔 라이카 마이크로시스템즈로부터 입수 가능한 QWIN Pro(Version 3.5.1)이다.
따라서 소정의 시편의 섬유 삽입 %를 결정하기 위한 방법은 Micro-CT 이미지에 대한 여러 구역 측정을 수행하는 단계를 포함한다. 구체적으로는, 이미지 분석 알고리즘은 콴티메트 유저 인터액티브 프로그래밍 시스템(QUIPS) 언어를 이용하여 측정을 수행할 뿐만 아니라 이미지를 판독하고 처리하기 위해 사용된다. 이미지 분석 알고리즘은 아래와 같이 재현된다.
다음 라인은 데이터를 보낼 컴퓨터 위치를 지정한다
Open File (D:＼Data＼z-data.xls, channel #1)
INITIALIZE VARIABLES
TOTFIELDS = 0
FRAMEW = 0
IMAGE AND FRAMES SETUP
-- Calvalue = 4 um/pixel
CALVALUE = 4.0
Calibration (Local)
Enter Results Header
File Results Header (channel #1)
File Line (channel #1)
다음 세 라인은 재구성된 Micro-CT 이미지의 크기를 기반으로 한다.
Configure (Image Store 2136 x 1040, Grey Images 51, Binaries 24)
Image frame (x 0, y 0, Width 2136, Height 512)
Measure frame (x 951, y 2, Width 1135, Height 509)
다음 라인은 분석중인 Micro-CT 이미지 세트의 이미지 파일 접두어를 기반으로 한다.
PauseText ("Enter image prefix now.")
Input (TITLE$)
File (TITLE$, channel #1)
File Line (channel #1)
File ("Foam Area", channel #1)
File ("Pulp Area", channel #1)
File ("% foam (1/3)", channel #1)
File ("% Pulp (1/3)", channel #1)
File ("Foam Area", channel #1)
File ("Pulp Area", channel #1)
File ("% foam (2/3)", channel #1)
File ("% Pulp (2/3)", channel #1)
File ("Foam Area", channel #1)
File ("Pulp Area", channel #1)
File ("% foam (3/3)", channel #1)
File ("% Pulp (3/3)", channel #1)
File Line (channel #1)
ANALYSIS LOOP
다음 라인은 분석중인 Micro-CT 이미지 세트의 이미지 파일 접미어 번호를 기반으로 한다.
For (REPLICATE = 200 to 1200, step 20)
IMAGE ACQUISTION AND DETECTION
Grey Util (Clear All)
ACQOUTPUT = 0
다음 두 라인은 이미지 분석 과정에서 판독되는 Micro-CT 이미지의 컴퓨터 위치를 나타낸다.
ACQFILE$="D:＼Images＼sen_1016a1_Rec＼"+TITLE$+""+STR$(REPLICATE)+".bmp"
Read image (from file ACQFILE$ into ACQOUTPUT)
Grey Transform (BSharpen from Image0 to Image1, cycles 3, operator Disc)
다음 라인은 이미지 내의 섬유 및 폼 구성요소들을 검출하기 위한 회색조 임계치 레벨이다. 폼 및 섬유 구성요소 모두의 최적 검출을 반영하기 위해 알고리즘을 실행하기 전에 임계치를 조정해야 할 수도 있다.
Detect (whiter than 78, from Image1 into Binary0 delineated)
IMAGE PROCESSING
Binary Amend (Close from Binary0 to Binary1, cycles 1, operator Disc, edge
erode on)
MEASURE FEATURES for FEATURE ACCEPTANCE
Measure frame (x 951, y 2, Width 1135, Height 509)
Measure feature (plane Binary1, 8 ferets, minimum area: 4, grey image: Image1)
Selected parameters: Area, X FCP, Y FCP, Length, Perimeter, Roundness,
UserDef1, AspectRatio
Feature Accept:
Roundness from 2.5 to 100.
Area from 75. to 200000.
Copy Accepted Features (from Binary1 into Binary2)
BINARY LOGICAL
Binary Logical (C = A XOR B: C Binary3, A Binary1, B Binary2)
MEASUREMENTS - FOAM & PULP
Measure frame (x 951, y 2, Width 1135, Height 509)
MFLDIMAGE = 2
PauseText ("Manually measure the approximate thickness of the material.")
MANUALIN = 1
Manual Measurement [PAUSE] (plane MANUALIN, mode Distance, count
into MANUAL.COUNT, results into MANUAL.RESULTS(count,2), statistics
into MANUAL.STATS(7,2))
Selected parameters: Y Coord, Height
YPOS = MANUAL.RESULTS(1,1)
HEIGHT = MANUAL.RESULTS(1,2)
ONETHIRD = INT(HEIGHT/3)
MFRAMEX = 950
MFRAMEW = 1135
MFRAMEH = ONETHIRD
MFRAMEY = YPOS
Display (Image1 (on), frames (on,on), planes (off,off,2,3,off,off), lut 5, x 0, y 0,
z 0, Reduction off )
Measure frame [PAUSE] (x MFRAMEX, y MFRAMEY, Width MFRAMEW,
Height MFRAMEH)
-- Upper 1/3 measurements
MFLDIMAGE = 2
Measure field (plane MFLDIMAGE, into FLDRESULTS(1), statistics into
FLDSTATS(7,1) )
Selected parameters: Area
FOAMAREA = FLDRESULTS(1)
MFLDIMAGE = 3
Measure field (plane MFLDIMAGE, into FLDRESULTS(1), statistics into
FLDSTATS(7,1))
Selected parameters: Area
PULPAREA = FLDRESULTS(1)
File (FOAMAREA, channel #1, 0 digits after '.')
File (PULPAREA, channel #1, 0 digits after '.')
File ("", channel #1)
File ("", channel #1)
-- Middle 1/3
MFRAMEY = MFRAMEY+ONETHIRD
Measure frame [PAUSE] (x MFRAMEX, y MFRAMEY, Width MFRAMEW,
Height MFRAMEH)
MFLDIMAGE = 2
Measure field (plane MFLDIMAGE, into FLDRESULTS(1), statistics into
FLDSTATS(7,1))
Selected parameters: Area
FOAMAREA = FLDRESULTS(1)
MFLDIMAGE = 3
Measure field (plane MFLDIMAGE, into FLDRESULTS(1), statistics into
FLDSTATS(7,1))
Selected parameters: Area
PULPAREA = FLDRESULTS(1)
File (FOAMAREA, channel #1, 0 digits after '.')
File (PULPAREA, channel #1, 0 digits after '.')
File ( "", channel #1)
File ( "", channel #1)
-- Lower 1/3
MFRAMEY = MFRAMEY+ONETHIRD
Measure frame [PAUSE] (x MFRAMEX, y MFRAMEY, Width
MFRAMEW, Height MFRAMEH)
MFLDIMAGE = 2
Measure field (plane MFLDIMAGE, into FLDRESULTS(1), statistics into
FLDSTATS(7,1))
Selected parameters: Area
FOAMAREA = FLDRESULTS(1)
MFLDIMAGE = 3
Measure field (plane MFLDIMAGE, into FLDRESULTS(1), statistics into
FLDSTATS(7,1))
Selected parameters: Area
PULPAREA = FLDRESULTS(1)
File (FOAMAREA, channel #1, 0 digits after '.')
File (PULPAREA, channel #1, 0 digits after '.')
File ( "", channel #1)
File ( "", channel #1)
File Line (channel #1)
Next (REPLICATE)
Close File (channel #1)
END
QUIPS 알고리즘은 QWIN Pro 소프트웨어 플랫폼을 이용하여 실행된다. 처음에는 분석자가 엑셀 파일로 전송되는 시편 세트 정보를 입력하도록 유도된다.
분석자는 다음에 상호 명령어 윈도우 및 입력 윈도우에 의해 분석될 Micro-CT 이미지의 이미지 파일 프레픽스에 들어가도록 촉구된다. 이 단계 후에, 주어진 샘플에 대한 모든 후속 이미지들은 상술된 이미지 분석 알고리즘에 의해 자동적으로 판독될 것이다.
분석자는 다음에 이미지 윈도우에서 보이는 것과 같이 샘플 단면의 대략적인 두께를 수동으로 측정하도록 촉구된다. 이것은 컴퓨터 마우스를 샘플 단면의 상부 평면과 하부 평면 사이에서 직선이 그려지도록 사용함으로써 수행된다. 단일 선이 그려지면, 분석자는 스크린에 나타나는 'OK' 또는 '계속' 버튼을 클릭함으로써 이미지 분석 알고리즘을 계속한다. 유사한 프롬프팅은 알고리즘에 의해 자동적으로 판독된 후속되는 모든 이미지에 대해 일어날 것이다.
이미지 분석 알고리즘이 자동적으로 여러 이진법 이미지 처리 단계들 및 폼 및 섬유 구성요소들의 검출된 이진법에 대한 측정 단계를 수행하고 상응하는 데이터를 지정된 EXCEL 스프레트시트 파일에 전송한 후에, 이미지 분석 알고리즘은 자동적으로 다음 이미지를 판독할 것이고 수동으로 처리되는 현재 이미지의 매질의 두께를 다시 수동으로 측정하도록 분석자를 촉구한다. 이 과정은 지정된 모든 이미지가 분석될 때까지 반복된다.
다음의 측정 파라미터 데이터가 측정 및 데이터 전달이 발생한 후 폼 및 섬유 복합재의 두께의 각각의 1/3에 대해 EXCEL 파일에 위치할 것이다:
폼 영역
펄프 영역
분석이 완료되었을 때 스프레드시트에 3개의 폼 및 섬유 데이터 쌍이 나타날 것이다. 좌측우선 쌍(left-most pair)은 이미지들에서 보여지는 것과 같이, 폼 및 섬유 복합재(10) 두께의 상부 1/3에 상응할 것이고, 가운데 쌍은 중간 1/3에 상응할 것이며, 우측우선 쌍은 하부 1/3에 상응할 것이다. 이 데이터들을 사용하여, 분석자는 폼 및 섬유 복합재의 두께의 3개의 1/3 분할 각각에서 폼 및 펄프 두 가지 전부의 백분율을 계산하기 위해 EXCEL 스프레드시트에 추가적인 열을 쉽게 설정할 수 있다. 분석자는 나중에 폼 및 섬유를 전부 함유하는 실제 샘플로부터 뺄 수 있는 섬유 %에 대한 '블랭크'로서 작용하는 유일한 샘플인 폼 물질에 대해 분석을 수행하도록 권장된다.
단일 시편으로부터 복제되는 다중 샘플화는 다수의 이미지를 판독하는 것으로부터 QUIPS 알고리즘의 단일 실행 중에 수행될 수 있다(주: 알고리즘에서 REPLICATE For-Next 라인은 시편당 수행될 샘플 복제 분석의 수를 반영하기 위해 조정될 필요가 있다). 예를 들어, 1000개의 이미지의 Micro-CT 이미지 세트로부터, 20번째마다의 이미지가 분석되고 샘플당 50개의 데이터 포인트가 생성될 수 있다. 90% 신뢰도에서 스튜던트 T 분석을 이용하여 서로 다른 샘플들 간의 비교를 수행한다.
간략함과 간결함을 위하여, 발명에서 설명하는 값들의 임의의 범위는 범위 내의 모든 값들을 고려하며, 문제의 특정 범위 내의 모두 수치 값들인 종말점을 갖는 임의의 부범위를 인용하는 청구범위를 지지하는 것으로서 해석되어야 한다. 가상적인 예로서, 1 내지 5 범위의 개시 내용은: 1 내지 5; 1 내지 4; 1 내지 3; 1 내지 2; 2 내지 5; 2 내지 4; 2 내지 3; 3 내지 5; 3 내지 4; 및 4 내지 5 범위 중 임의의 것에 대한 청구범위를 지지하는 것으로 간주된다.
본 명세서에 개시된 치수 및 값들은 인용된 정확한 수치 값으로 엄밀하게 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다. 대신, 달리 특정되지 않는 한, 이러한 치수 각각은 인용된 값 및 이 값 주변의 기능적으로 동등한 범위 모두를 의미하도록 의도된다. 예를 들어, "40㎜"라고 개시된 치수는 "약 40㎜"를 의미하도록 의도된 것이다.
상세한 설명에서 인용된 모든 문헌은 관련 부분에서, 본 명세서에서 참고로 원용되며; 임의의 문헌 인용이 본 발명에 대한 종래 기술이라는 점을 인정하는 것으로 해석해서는 안 된다. 본 명세서 내의 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고로 원용된 문헌에서의 용어의 임의의 의미 또는 정의와 모순되는 정도까지 본 명세서 내의 용어에 할당된 의미 또는 정의가 적용될 것이다.
본 발명의 특정 실시예들을 예시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 다양한 다른 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 범위 내에 있는 이러한 모든 변경 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
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.

Claims (17)

  1. 폼 및 섬유 복합재로,
    a. 제1 평면 및 제2 평면, 및 약 20 ppi 내지 약 90 ppi의 기공도를 가지는, 개방 셀 폼 물질을 포함하는 제1 물질;
    b. 복수의 개별적인 친수성 섬유를 가지는, 상기 제1 물질의 제1 평면과 접촉하는 섬유상 물질을 포함하는 제2 물질을 포함하고;
    여기서 상기 제2 물질로부터의 복수의 개별적인 친수성 섬유의 일부분은 상기 제1 물질을 통해 상기 제1 평면으로부터 상기 제2 평면으로 뻗어 있는, 폼 및 섬유 복합재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 물질은 소수성인, 폼 및 섬유 복합재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 물질은 약 200% 미만의 파단 연신율을 가지는, 폼 및 섬유 복합재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 물질은 약 80% 내지 약 200%의 파단 연신율을 가지는, 폼 및 섬유 복합재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 물질은 약 0.5 psi 내지 약 1.0 psi의 25% 편향에서의 압축력 편향을 가지는, 폼 및 섬유 복합재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 물질은 폴리에스테르 폴리우레탄 폼인, 폼 및 섬유 복합재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 물질의 섬유들은 셀룰로오스 섬유인, 폼 및 섬유 복합재.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기공도는 약 40 내지 약 65 ppi인, 폼 및 섬유 복합재.
  9. 제1항에 있어서, 상기 폼 및 섬유 복합재의 총 평량은 약 20 gsm 내지 약 250 gsm인, 폼 및 섬유 복합재.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 물질의 평량은 폼 및 섬유 복합재의 총 평량의 적어도 약 10%인, 폼 및 섬유 복합재.
  11. 제1항에 있어서, 상기 폼 및 섬유 복합재는 약 300 CFM보다 큰, 공기 흐름에 대한 투과율을 가지는, 폼 및 섬유 복합재.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 물질은 상기 제1 평면으로부터 상기 제2 평면으로 측정된 높이를 가지며 약 15% 내지 약 25%의 섬유는 상기 제1 물질의 높이 전체에 걸쳐 존재하는, 폼 및 섬유 복합재.
  13. 제1항에 있어서, 길이 치수와 폭 치수를 더 포함하는, 폼 및 섬유 복합재.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 물질은 상기 폼 및 섬유 복합재의 전체 길이 치수 및 전체 폭 치수에 대해 상기 제1 물질의 제1 평면과 접촉하는, 폼 및 섬유 복합재.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제2 물질은 상기 제1 물질의 일부분과만 접촉하는, 폼 및 섬유 복합재.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 물질은 상기 제1 물질의 제1 평면에 패턴으로 존재하는, 폼 및 섬유 복합재.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제1 물질을 통해 뻗어 있는 복수의 개별적인 섬유들의 일부분은 패턴으로 존재하는, 폼 및 섬유 복합재.
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