SE513841C2 - Förfarande för hål- eller slitsbildning i ett materialskikt och samtidig sammanfogning av detta skikt med ett annat materialskikt - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 513 841 2 Öppningar anordnas ofta också för att bilda sk rivanvisningar, dvs linjer eller kurvor av öppningar som är anordnade i rad efter varandra, längs vilka linj er/kurvor materialet är avsett att rivas isär då tillräckligt stora och motriktade krafter anbringas på ömse sidor därav.

Det finns utöver detta ett antal andra för genomsnittsfackmannen välkända fall och tillämpningar, vid vilka det är nödvändigt eller åtminstone önskvärt att åstadkomma öppningar i banfonni ga material av ovannämnda slag.

Såsom ovan uppgivits är det ofta svårt att finna material som uppfyller samtliga de krav som användning i absorberade alster erfordrar. Det är därför vanligt att man sammanfogar eller laminerar olika material för att åstadkomma kombine- rade materialskikt, laminat, som i högre grad uppfyller dessa krav.

Känd teknik och dess problem Känd teknik för att bilda öppningar i banformigt material av ovannämnt slag innefattar att underkasta materialet konventionell bearbetning med t ex piggförsedda valsar under tillförsel av värme, eller med olika sorters stansar.

Bland modernare sätt att åstadkomma öppningar märks sådana som baserar sig på användning av ultraljud resp kraftfulla vattenstrålar (sk waterj et-teknik). Ett speciellt sätt för hålbildning i plastfilmer med hjälp av vakuumbelagda och hålförsedda valsar beskrivs i t ex US-A-3 929 135. Gemensamt för alla dessa kända förfaranden är att de är av mekanisk karaktär; vid bearbetningen står alltid banan i direkt kontakt med någon högst påtaglig materia, som överför den för bildningen av öppningar erforderliga mängden energi.

Ett av de främsta problemen med känd teknik är den uppenbara brist på flexibilitet som följer av att öppningarna bildas just genom direkt kontakt med materia: För att ändra storleken av och/eller det inbördes förhållandet mellan de öppningar som bildas måste man antingen stoppa produktionen och byta ut en piggförsedd vals eller, då det gäller ultraljud, en mönstervals. Det är enligt 10 15 20 25 30 515 841 3 naturlagarna omöjligt att reglera en roterande vals hastighet eller temperatur i diskreta steg; ändringen kan pga av massans tröghet bara ske kontinuerligt mellan de olika stegen. Detta innebär att då man under pågående produktion önskar ändra styrparametrarna for bildning av öppningar enligt känd teknik är tvungen att acceptera att en stor del av materialbanan, nämligen den som hinner passerar innan styrparametrarna antagit sina nya värden, inte kommer att uppfylla uppställda specifikationer och således i allmänhet måste kasseras. Den energiöverfórande materiens tröghet utgör även ett problem såtillvida att den i sig inverkar starkt begränsande på produktionshastigheten, genom att materiens trögheten begränsar den hastighet med vilken den för bildningen av öppningar erforderliga mekaniska energin samt eventuella värmeenergin kan tillföras materialet. Även waterjet-telmiken är belastad med dessa nackdelar.

När det gäller bildning av öppningar i banformiga material avsedda for absorberande alster är känd teknik i allmänhet belastad av ytterligare en nackdel: materialet runt öppningarna komprimeras, t ex av en pi ggvals eller en ultra- ljudanordnings mönstervals. Denna komprimering har naturligtvis ofta en betydande negativ inverkan på materialegenskapema, t ex mjukhet, flexibilitet etc.

Förfaranden för kombinerad laminering av banor och bildning av öppningar i någon av banoma förekommer knappast inom den kända tekniken. Lamineringen sker i ett separat steg och genomfores konventionellt genom limning eller ultra- ljudsvetsning. Det skulle ur produktionsekonomisk synpunkt naturligtvis vara önskvärt att slippa detta extra steg och ändå erhålla en lika bra eller bättre produkt.

Uppfinningen Huvudsyftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett forfarande av det inledningsvis nämnda slaget, vilket är väsentligen eller helt befriat från de 10 15 20 25 30 515 841 4 med känd teknik förknippade nackdelarna, samt en struktur framställd genom förfarandet.

Dessa syften och fördelar, samt andra för fackmannen uppenbara sådana uppnås med ett förfarande och en skiktstruktur av inledningsvis nämnda slag, vilka har de särdrag som framgår av den kännetecknande delen i de bifogade patentkraven 1 och 14.

Att på detta sätt använda fokuserade elektromagnetiska strålar eller partikelstrålar för bildning av öppningar erbjuder en rad fördelar. Det är lätt att ändra en sådan stråles angreppspunkt (dvs den punkt av substratet som strålen lyser på) med hjälp av t ex ett system av speglar, prismor och/eller magneter, som i detta sammanhang kan kallas "magnetiska speglar". Speglar och prismor har en förhållandevis liten massa och representerar således liten tröghet mot rörelse, vilket medför att strålens angreppspunkt kan flyttas snabbt och med mycket liten energiåtgång. Detta innebär naturligtvis en avsevärd vinst, i förhållande till känd teknik, vad gäller flexibilitet vid ändring av styrparametrar. Med ett spegel/prisma-system kan man bringa strålen att mycket snabbt övergå från att bilda ett mönster av öppningar till att bilda ett annat. Genom att reglera spegel/prisma-systemet med hjälp av en dator erhålles en mycket stor frihet när det gäller att välja olika mönster, som omedelbart kan erhållas efter att man valt dem. l stället för att, som vid känd teknik, avstanna banans förflyttning för att byta valsar och liknande - vilket självfallet i sig är en besvärlig procedur - kan styrparametrarna regleras med hjälp av datorprogram och genom elektronisk styrning av spegel- eller prismasystemet, under det att produktionen fortgår ostört, eftersom styrparametrama intar sina nya vården praktiskt taget ögonblickligen. Bland kända och i sammanhanget tänkbart användbara spegel- system av ovannämnda slag kan exempelvis nämnas de som finns beskrivna i DE-Al-S 300 822, EP-Al-0 179 275, EP-A2-0 477 458; vidare finns ett tänkbart användbart system med sk kinoforrner beskrivet i SE 9201056-O. Andra tänkbara 10 l5 20 25 30 513 841 5 system, som i och för sig är avsedda för lasergravering, finns beskrivna i DE-Al- 4 2l2 390 resp DE-C2-3 332 838.

Den använda fokuserade strålen tillför energi med betydligt högre effekt per ytenhet än vad som är fallet med känd teknik, dvs energitillförseln per tids- och ytenhet är avsevärt större. Detta innebär att banans hastighet, och därmed produktionshastigheten kan höjas upp till ungefär det dubbla eller mer i förhållande till känd teknik.

Eftersom energitillförseln sker mycket koncentrerat på de ställen där öppningama skall bildas erhålles mycket väldefinierade öppningar utan oönskad komprimering av kringliggande material.

Den fokuserade strålen kan vara en stråle av laddade eller oladdade partiklar eller en ljusstråle, som kan vara koherent eller icke-koherent, resp monokrom eller polykrom.

Vid en föredragen utföringsforrn av föreliggande uppfinning användes en stråle av koherent elektromagnetisk strålning, företrädesvis en laserstråle, helst från en COZ-Iaser eftersom våglängdsområdet för strålar från en COz-laser är sådant att verkningsgraden är mycket stor för omvandling av strålningsenergi till värme i i det aktuella materialet (olika polymerer samt cellulosa), dvs den tillförda energin utnyttjas mycket effektivt till att bilda öppningar i materialet.

Vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan ett fluidum, företrädesvis en gas, tillföras i närheten av fokuseringspunkten på banan och eventuellt vid förekommande fokuseringsorgan. Fluidumflödet tjänar till att avlägsna smält/bränt/förångat material från bildade öppningar i banan, kyla öppningarnas kanter för att minska den värrnepåverkade zonen runt öppningama, samt för att kyla förekommande fokuseringsorgan såsom linser och liknande. Ett vanligt förekommande fluidum är luft. Önskar man ett snabbare bearbetningsförlopp kan 10 15 20 25 30 515 841 6 en gas med relativt hög syrehalt användas, eftersom detta gynnar förbränning av det banformiga materialet i fokuseringspunkten. Vill man minska risken att öppningarnas kanter missfárgas pga förkolning kan man istället använda en inert gas, såsom kväve eller argon; det kan även vara lämpligt att använda en inert gas om andelen cellulosa i banan är hög.

De genomgående öppningama kan vara såväl vätske- som ånggenomsläppliga, men är företrädesvis avsedda att släppa igenom vätska.

Vid en utföringsform kan det första banformiga materialet vara en plastfilm eller -folie; vid en annan kan det vara en fiberduk eller ett skikt av nonwoven. Öppningarna kan vara hål med en diameter av upp till 4 mm, företrädesvis 0,3-3 mm, helst 0,5-l,5 mm, eller slitsar med en längd av upp till 10 mm, företrädesvis upp till 5 mm. Slitsarna kan vara raka eller mer eller mindre krökta; de kan även korsa eller bryta varandra.

Vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning är den första banan vid bestrålningen i kontakt med den andra banan, som innefattar material av ett slag liknande den första banan, och som befinner sig på den bestrålningskällan motsatta sidan av den första banan, och strålens egenskaper och bestrâlningstidens längd välj es så att materialet i den första banan och/eller den andra banan tillföres tillräckligt mycket energi för att i omedelbar närhet av öppningama sammanfoga banorna med varandra. På detta sätt erhålles bildning av öppningar i den första banan samtidigt som den första och andra banan lamineras med varandra. Detta är naturligtvis ett tekniskt framsteg av mycket stor betydelse; något separat lamineringssteg behövs inte med föreliggande uppfinning, vilket självfallet innebär en avsevärd ekonomisk fördel. Dessutom åstadkommes, i förhållande till känd teknik, förbättrad kontakt mellan banorna, vilket är gynnsamt för absorption och transport av vätska genom laminatet. 10 15 20 25 30 515 841 7 Föreliggande uppñnning beskrivs mer detaljerat nedan med hjälp av exempel samt de bifogade ritningarna, i vilka Fi g 1 schematiskt visar en utföringsform av uppfinningen, varvid man bildar öppningar i en första bana samtidigt som man sammanfogar den med en andra bana; och Fig 2 är en detaljförstoring av det inringade området i Fig 1.

I dessa figurer betyder lika hänvisningsbeteckningar lika objekt.

I Fig 1 visas en del av en laser 10 i genomskäming, vilken alstrar en laserstråle 20, som fokuseras med hjälp av en fokuseringslins 30. Den med linsen 30 sammanbrutna strâlen 20 löper vidare genom en dysa 50 och därefter ut genom densamma via en öppning 60. Det av linsen 30 och av dysans 50 väggar begränsade utrymmet genomströmmas av en skyddsgas, som tillföres via en ledning 40. Strålen angriper en första övre materialbana 70 i en punkt och bildar därvid en öppning 80 i densamma under samtidig sammanfogning med en andra undre materialbana 90.

Såsom framgår av Fig 2 bildar en del av det material, som smält ned då hålet 80 bildats i banan 70, en fog eller ett förband 100 mellan banorna 70 och 90.

Exempel Nedan ges ett antal exempel på försök som genomförts enligt de illustrerade utföringsfonnema av föreliggande förfarande, Vid dessa försök användes en COg-laser (gaslaser) av märket LASAG, produktbeteckning COL 200, vilken avgav en väsentligen vertikalt nedåtriktad laserstråle med en våglängd av 10,6 um mot materialet som skulle bearbetas. Materialet var vid försöken anordnat på ett tvåaxligt rörligt bord, som reglerades med ett programmerbart CNC-system av märket BOSCH®. Laserstrålen hade en diameter före fokusering av ca 7 mm, en 10 15 20 25 513 841 s stråldivergens av ca 1,5 rnrad och en ungefarligen gaussisk effektfördelrring över stråltvärsrrittet; i fokus var stråldiameter ca 60 um. Fokuseringslinsens brännvidd var ca 38 mm. Såsom skyddsgas användes luft med 0,1-0,5 bars övemyck.

Gasdysans utflödesöppning hade en diameter av ca 1,5 mm och befann sig vid bearbetning ca 1,5 mm ovanför fokalplanet, som i sin tur befann sig upp till ca 3 mm ovanför ytan av det material som skulle bearbetas.

I Tabell I nedan presenteras resultaten från ett antal försök med kombinerad håltagning i ytmaterial och samtidig sammanfogning med ett annat liknande material med hjälp av den ovannämnda utrustningen. De använda materialen var: B9W = Spunbondad polypropen med vätmedel, ytvikt 20 g/mz (ytmaterial vid försöken) L4-601 = Kardat och termobondat bikomponentrnaterial av polyeten/polyester, ytvikt 50 g/mz (distansmaterial vid försöken) Vidare har i Tabell I följande begrepp följande innebörd: Pulsrep.tid = tid mellan varje laserpuls Medeleffekt = tidsmedelvärdet för det utsända laserstrålens effekt Fokusavst. = avståndet från den sammanbrutna laserstrålens fokalplan till det bestrålade materialets yta Delning = avstånd mellan hålen Övriga förekommande begrepp torde vara självklara.

Den i Tabell I angivna hastigheten avser det rörliga bordets hastighet i x-led. 513 841 md Wo vä om o om: m Wo om šmmšoçofi :H Wo m.o om m; o omm QN Wo ow šomšooèa om EE EE än EEE 62k o EE >> m5 WE >> wox hZ Hoooëfio oi. E -QE xoæbmwÜ Kšwuâü wEEQQ .Gäwsxom tßüomosm .muåzm 2315 ufiøäwoå .wtoäå >o$ o :øsmfi 515 841 10 Självfallet skall föreliggande uppfinning inte betraktas som begränsad av ovannänmda utföringsfonner och exempel, utan endast av de bifogade patent- kraven, inom ramen för vilka det finns ett flertal andra för fackmannen tänkbara utföríngsfonner.

Claims (14)

10 15 20 25 513 am ll Patentkrav
1. l. Förfarande för att samtidigt åstadkomma genomgående öppningar i form av hål och/eller slitsar i en första bana (70) och sammanfoga denna med en andra bana (90), vilka banor är avsedda att ingå i absorberande alster, kännetecknat av att den första banan (70) bestrålas mot en av sina ytor och inom de områden av banan, i vilka öppningarna är avsedda att bildas, med åtminstone en fokuserad elektromagnetisk stråle eller partikelstråle från en bestrålningskälla, varvid den andra banan (90) befinner sig på den bestrålningskällan motsatta sidan av den första banan (70) och med sin mot den första banan vända yta i kontakt med den första banans (70) yta inom det område där bestrålning sker, varvid strålens (20) egenskaper och bestrålningstidens längd väljes så att materialet i den första banan (70) tillföres tillräckligt mycket energi inom dessa områden för att smälta och/eller förängas och/eller pyrolyseras och/eller förbrännas och så att dessutom detta material eller materialet i den andra banan (90) tillföres tillräckligt mycket energi för att i omedelbar närhet av hålen och/eller slitsama (80) sammanfoga banorna med varandra, och att därvid smält och/eller förångat och/eller pyrolyserat och/eller förbränt material väsentligen avlägsnas.
2. 2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att strålen är en laserstråle (20).
3. 3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att den första banans (70) ytvikt är s-ioo g/m2.
4. 4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att den första banans (70) ytvikt är 10-50 g/mZ.
5. 5. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att öppningarna (80) i den första banan är avsedda att släppa igenom vätska. 10 15 20 25 513 841 12
6. 6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att den första banan (70) är avsedd att användas som toppskikt i absorberande alster.
7. 7. För-farande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att öppningarna (80) är hål med en diameter av upp till 4 mm.
8. 8. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat av att hålen (80) har en diameter av 0,3-3 mm.
9. 9. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat av att hålen (80) har en diameter av 0,5- 1,5 mm.
10. 10. Förfarande enligt något av kraven 1-6, kännetecknat av att öppningarna (80) är slitsar med en längd av upp till 10 mm.
11. 11. Förfarande enligt krav 10, kännetecknat av att slitsama (80) har en längd av upp till 5 mm.
12. 12. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att den första banan (70) är en plastfilrn eller -folie
13. 13. Förfarande enligt något av kraven 1-11, kännetecknat av att den första banan (70) är en fiberduk eller ett skikt av nonwoven.
14. 14. Tvåskiktsstruktur omfattande en med öppningar i form av hål och/eller slitsar försedd första bana (70) sammanfogad med en andra bana (90) och avsedd att ingå i ett absorberande alster, kännetecknad av att den framställts genom ett förfarande enligt något av kraven 1-13.