CN102387906A - 用于制造带孔幅状材料的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在幅状材料中形成具有熔融边缘的孔的方法，包括：将幅状材料(4)穿过旋转超声变幅杆(1)和旋转砧辊(2)之间的钳口进给，从而在所述幅状材料中产生熔融区域；当幅(4)停留在具有旋转速度的砧辊(2)上时，控制超声变幅杆(1)的旋转速度至不同于砧辊(2)的旋转速度，以使得在变幅杆(1)和砧辊(2)之间产生速度差，该速度差被选择成使得幅中所产生的应力作用于使幅状材料(4)中的熔融区域的中心破裂，由此产生所述具有熔融边缘的孔。

Description

用于制造带孔幅状材料的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于在幅状材料中形成具有熔融边缘的孔的方法和系统，包括：将幅状材料穿过旋转的超声变幅杆和旋转的砧辊之间的钳口进给，从而在该幅支靠在具有旋转速度的砧辊上时，在所述幅状材料中产生熔融区域。

背景技术

带孔表面材料常使用在一次性的个人护理产品，如尿布、卫生巾等等中。该带孔材料可以例如作为产品中的顶片、中间层或在其边缘处使用。在特定的应用中，需要提供具有密封边缘的带孔幅状材料。例如，对于用作吸收性产品中的顶片或采集层的材料就是这种情况。边缘被密封，这确保了任何接收在顶片上的液体都贯穿孔经过而不通过孔的边缘被吸收。

然而，带孔材料的应用并不限制于那些意图允许液体穿过的材料。例如，带孔材料也可以为吸收性的，具有孔从而允许材料透气。

已知的用于形成具有密封边缘的带孔幅状材料的过程包含热粘合然后对热粘合的区域进行穿孔、针刺、机械切割、激光切割、水射流切割等。

经常，带孔材料是单独获得并被带入产品生产过程的，在该产品生产过程中，将带孔材料结合以形成产品，如一次性个人护理用品。因此吸收性产品的生产者必须订购和储备足够量的带孔材料，但针对例如新产品的需要而调整所获得的带孔材料的能力是受限的。

替代地，产品生产者可以具有其自己的成孔设备，但是所述成孔设备是与用于形成整个吸收性产品的设备分离的。

鉴于上文，需要提供一种用于制造带孔幅材料的方法，该方法适合于包含在个人护理用品的流水线生产过程中。为此，该方法应当适用于制造不同类型个人卫生用品可能会要求的不同的生产线速度。

此外，不管是否以流水线过程来生产带孔表面材料，一般都需要以有成本效益并迅速的方式提供带孔表面材料。

还需要以有成本效益并迅速的方式提供带孔层压表面材料。

本发明的目的在于提供一种方法，用于制造具有密封边缘的带孔幅，其鉴于一个或更多上述的方面而具有优点。

发明内容

通过用于在幅状材料中形成具有密封边缘的孔的方法来实现上述的目的，该方法包括：

-将幅状材料穿过旋转超声变幅杆和旋转砧辊之间的钳口进给，从而在所述幅状材料中产生熔融区域，

-同时该幅支靠在具有旋转速度的砧上，

以及

控制超声变幅杆的旋转速度至不同于砧辊的旋转速度，以使得在变幅杆和砧辊之间产生速度差，该速度差被选择成使得幅中所产生的应力作用为使幅状材料中的各熔融区域的中心破裂，由此形成具有熔融边缘的孔。

上文所述方法具有的优点在于其易于包含在用于生产吸收性产品的流水线工艺过程(in-line process)中。由于该方法依靠对变幅杆和辊之间的速度差的控制，该方法可以用于较宽范围的砧辊速度，并且可以容易地适应流水线工艺过程的需要。

该方法利用通过超声变幅杆和砧辊之间的速度差在幅中产生的应力来形成孔。简单地说，超声波能量会在幅状材料中产生熔融区域，该熔融区域是相对脆性的。当通过由速度差产生的应力来作用于幅时，该区域的脆性中心会破裂。然而，熔融区域的边缘会保持不受损。因此，形成了具有熔融边缘的孔。

通过超声波技术熔融的区域可能会无意地破裂这在过去已被知道。然而，此过程被认为是在例如形成超声波层压产品时要避免的偶然发生的错误。

本发明的目的在于提供一种用于在幅材料中有意地制作具有熔融边缘的孔的可靠并可控的方法，这无疑是与在例如用于层压的过程中作为错误而偶然发生的那些孔不同的。

特别地，速度差被主动控制和选择成能有目的地得到所需要的具有熔融边缘的孔。

可以在幅面积之上连续地进行孔的制作或例如在幅面积的选择区域中间歇地进行孔的制作。

超声波熔接技术的多功能性，与所公开方法适合于较宽范围的生产速度的优点相结合，使得所公开的方法特别适合于包含在用于物品的流水线生产的生产线中，所述生产速度包括那些用于吸收性物品的流水线生产的速度。当实施本文中的方法时，生产者仅需要购买和储备要在流水线生产过程中使用的标准的、未穿孔的幅材料。经由所提出的方法，标准的幅材料可以被流水线地设置选择的孔，所述孔适合于适应在流水线过程中生产的吸收性产品的需要。

有利地，该钳口可以为非接触式钳口。这是优选的，因为使用非接触式钳口会使所涉及的部件的磨损减小。然而，该方法本身并不限制于非接触式钳口，而是也可以在接触式钳口中使用。

优选地，可以与砧辊的速度关联地控制变幅杆的旋转速度，从而不受砧辊的速度影响地维持受控的速度差。这提供了特别的适应性系统，其中工艺过程的速度作为整体可以充分地变化而不影响孔的形成。这在该方法包含在流水线产品生产过程中时特别有益，因为对于涉及到制造过程中不同制造步骤的不同目的而言，整个生产线的速度有可能需要改变。

有利地，该幅状材料可以包括至少两个单独的层，将该两个单独的层穿过非接触式钳口进给，以使得该至少两个层经由所述孔的熔融边缘被层压在一起。在此情况下，该幅状材料在一个单步骤工艺过程中被层压并成孔。这提供了用于制造层压的穿孔的层的简单并耐用的工艺过程，此外该工艺过程还提供了完全对准的层压件以及孔。

该幅状材料可以包括任何数量的层，例如至少4层，优选地至少6层单独的层，这些层是经由所述孔的熔融边缘被层压在一起的。相信所提出的方法能够将相对大数量的层进行层压并穿孔，只要层的厚度使得所供给的超声波能量正确地贯穿所有的层而传送，从而将其中的材料熔融。

优选地，变幅杆的旋转速度不为0，例如该变幅杆事实上旨在旋转。

有利地，砧辊和变幅杆之间的旋转速度差与砧辊的旋转速度的关系((辊速度-变幅杆速度)/辊速度)在砧辊速度的±10-100％，优选地±10-90％，最优选地±30-90％的范围内。

该砧辊和该变幅杆可以在相同方向或不同方向上旋转。如果它们在不同方向上旋转，应当理解的是，使用砧辊方向作为正方向时，它们之间的速度差被计算作为真正的相对速度差。如果例如砧辊顺时针旋转，则顺时针旋转为正，而如果变幅杆逆时针旋转，则该逆时针旋转将为负。因此，砧辊速度—变幅杆速度会给出真正的旋转速度差。

相信上述的速度差特别适合于产生所需要的孔。

有利地，砧辊和变幅杆之间的旋转速度差在20-300m/min的范围中，优选地在25至250m/min的范围中，最优选地在100至250m/min的范围中。

有利地，变幅杆的旋转速度在5-500m/min，优选地50-450m/min的范围中。

优选地，幅状材料的总表面重量在10gsm和300gsm之间。

幅状材料可以为任何易于超声波熔接的材料。优选地，此材料可以包括可热熔材料。

然而，作为该方法的结果形成多层幅状材料(也就是发生层压)时，应当理解的是，并非所有层都需要包含可熔融材料。替代地，有至少一层包含能熔融的材料层就足够了，由此可以完成所需要的层压。例如，可以将非熔融的层夹在两个熔融的层之间，然后经历用于形成具有密封边缘的孔的所述方法。然后该方法会产生多层的幅，其中全部三个层都沿孔的密封边缘被层压在一起。

优选地，该幅状材料包括至少一层无纺材料层。无纺材料是包含同质或混合纤维的纤维材料。优选地，一些或所有纤维可以包括聚烯烃，例如聚合物材料，如聚乙烯或聚丙烯，或替代地由聚酯、尼龙等制成的材料。

替代地，或除无纺材料之外，该幅状材料还可以包括至少一层薄膜材料层。适合的薄膜可以为热塑性材料，例如聚乙烯或聚丙烯的薄膜。

该幅状材料还可以包括至少一层由天然纤维，如木材或棉纤维，泡沫材料，或其他能够使用超声波技术熔接的材料制成的材料的形式的层。

用所提出的方法，可能将例如无纺材料粘结至无纺材料，将无纺材料粘结至薄膜材料，或将薄膜材料粘结至薄膜材料以形成多层材料。

该幅状材料还可以包括在经历用于形成具有密封边缘的孔的所述方法之前已被层压的多层材料。然后多层材料的层压可以通过产生包围孔的熔融区域来得到增强。同样，层压的材料可以形成一个层，其通过所提出的方法连接至一个或更多附加层。

优选地，该幅状材料作为整体包括聚丙烯、聚乙烯、和聚酯中的至少一个。

优选地，该变幅杆和该砧辊可以被选择成使得熔融区域在幅的横向方向的宽度处于0.5-2.5mm，优选地0.6至2.0mm的区域中。熔融区域的宽度应当理解为包含孔的区域的宽度(也就是孔和密封边缘一起的宽度，即，具有密封边缘的孔的宽度)。因此，当测量最终产品中的熔融区域的宽度时，测量将在纵向方向上进行并且在孔之上延伸。应当理解的是，孔本身在横向方向上的宽度可小于熔融区域在横向方向上的宽度。

所提出的方法特别适合于形成相对小的、离散的具有密封边缘的孔。此具有其密封边缘的孔可以在横向方向上具有与在纵向方向上实质上相同的延伸范围，具有例如圆形或正方形形状。有利地，该变幅杆和该砧辊可以被选择成使得各个包含孔的熔融区域的面积大于0.01mm²，例如在0.2mm²至3.5mm²，优选地0.3mm²至3mm²的范围中。

然而，熔融区域在垂直于横向方向的纵向方向上的延伸范围可以显著地变化。例如可以形成细长的包含孔的熔融区域，其具有在纵向方向上相对大的延伸范围。在此情况下，各个熔融区域的面积可以例如大于3mm²，优选地大于5mm²，最优选地大于10mm²。

此外，应当理解的是，使用所提出的方法可以形成比上文示例的那些孔显著地大的孔。

一般，对于熔融区域和/或孔的尺寸或面积的测量，可以使用图像分析方法。

一般可以通过砧辊的外观来控制熔融区域的尺寸，该砧辊可以设有具有选定的单独面积的突出部，这些突出部影响熔融区域的形成。本领域已知，该熔融区域会与所述突出部相对地出现在幅状材料中。

在本发明的另一方面，提供了一种用于制造吸收性物品的方法，其中包括准备幅状材料以在物品形成过程中形成该物品中的片层，并且，该幅状材料根据上文所述的方法与该物品形成过程成流水线并先于该物品形成过程而被成孔。因此，在此情况下，该成孔过程形成用于制作吸收性物品的嵌入式工艺过程的一部分。

在此物品中，带孔幅状材料可以形成通常带孔的任何片，如顶片、过渡片等。

在本发明的另一方面，提供了一种用于在幅状材料中连续地形成具有密封边缘的孔的系统，该系统包括：

-旋转的砧辊，

-旋转的超声变幅杆，

所述砧辊和所述变幅杆以相对的关系布置以形成钳口，支靠在所述砧辊上的幅可以穿过该钳口进给，用于在所述幅状材料中产生熔融区域，以及

用于独立于砧辊的旋转速度而控制所述变幅杆的旋转速度的装置，该装置使得能够调整系统以在幅中产生应力，该应力足够在熔融区域中产生孔，导致幅具有带有熔融边缘的孔。

上文关于该方法所说明的特征和优点同样适用于该系统。

附图说明

现将结合非限制性的示例并结合附图更详细地说明本发明，在附图中：

图1例示了实施用于形成孔的方法的实施例的系统的实施例；

图2a例示了通过根据本发明的方法的实施例获得的带孔幅的实施例；以及

图2b例示了通过根据本发明的方法的实施例获得的另一个带孔幅的实施例。

具体实施方式

图1示意性地例示了实施用于在幅状材料中连续地形成具有熔融边缘的孔的方法的系统。

旋转的砧辊2和旋转的超声变幅杆1被布置成形成钳口，在该钳口中使幅状材料4成孔。该砧辊2和该变幅杆1的旋转速度由控制器3相应地控制。有利地，该控制器3可以不受砧辊2的速度影响地保持该变幅杆1和该砧辊2之间的速度差恒定。幅状材料4被进给到砧辊2上，这是其速度会决定系统的进料速度的原因。

如果系统布置为与例如用于形成吸收性物品的机器成流水线，则砧辊2的速度必须与吸收性物品的形成过程的进料速度相匹配。因此，系统的速度可变化是有利的。

对于旋转的砧和旋转的超声变幅杆，可以使用如例如EP 0 457 187中所公开的之前已知的技术。然而，在现有技术中，一般控制旋转变幅杆和砧以使得在变幅杆和砧之间不出现速度差。如本文所述，可以使用传统的自动控制工艺来改变对变幅杆和砧的旋转速度的控制。

在图1所例示的实施例中，将幅状材料4直接进给到超声变幅杆1和砧辊2之间的钳口中。在所例示的实施例中，该钳口为非接触式钳口。如果需要，也可以在将幅状材料进给入钳口之前将幅状材料在预压缩单元中进行压缩。

应当理解，当幅状材料4包括多层时，用于单独的各层的材料可能会从单独的各辊被进给，并且用于单独的各层的材料在预压缩单元(如果有)之前或在同步地进给入变幅杆1和砧辊2之间的钳口之前相遇。

在所例示的实施例中，例示出旋转的砧辊2和旋转的变幅杆1在相同的旋转方向上(见箭头)旋转。相信这是特别有利的，特别是由于其促进了各单元的控制。然而，该变幅杆1和该砧辊2也可以在不同的旋转方向上旋转。

所使用的精确的速度差会取决于例如幅状材料的材料、其厚度、以及其中的层的数量而变化。然而，对于本领域技术人员来说，在特别的情况下选择正确的速度差的过程是容易执行的。由于传统系统的超声变幅杆的频率常常是不可选择的，而是保持在大约20kHz至40kHz，本领域技术人员会被束缚于预先选择的频率。

变幅杆的熔接功率可以在出现与砧辊的接触之前调整至可达到的最高功率。一般不需要与砧辊的接触，由于其会引起零件的磨损。

一旦设定了熔接功率，本领域技术人员可以以所选择的幅材料启动工艺过程，并且改变砧和变幅杆之间的速度差，直到产生所需要的具有熔融边缘的孔。对于本领域技术人员来说，所需要的结果，就是具有其熔融边缘的孔是容易查验的，这使得容易设定正确的速度差。一般，相信适合的速度差是如上文中所规定的速度。

图2a例示了通过所提出的方法的实施例而获得的带孔幅的实施例的一部分。该幅10设置有孔20，每个孔由熔融区域30包围，在该熔融区域30处，包围孔20的幅材料被熔融，从而形成围绕孔20的密封部。由于孔20是由应力产生的，该应力导致初始时完整的熔融区域30破裂，实际的孔20的精确边界可能会稍微变化，但是一般而言它们会跟随熔融区域30的轮廓。一般相信该破裂含有在密封处中一些材料的破碎。因此，所产生的孔不仅仅是包含裂缝或狭缝的熔融区域。而是，熔融区域中的至少一些熔融材料是破碎的，并且因此被从幅中移除，以使得形成具有密封边缘的孔。

鉴于上文，应当理解，当使用该方法以形成多个具有密封区域的孔，所述孔具有相同的大小时，可以由图像分析方法来进行的对孔20本身尺寸的测量可能会显示出孔与孔之间的轻微变化。

通过超声波过程的制造，熔融区域30会具有更统一的外观。同样地，其尺寸可以使用图像分析方法来确定。然而，应当理解，熔融区域30和孔20之间的面积的差相对较小，而且对于不同的单独的孔20来说是大致相同的。因此可以使用对包含孔的熔融区域的尺寸的测量来反映孔的尺寸，在许多实践应用中该测量都足够满足大致确定孔的尺寸的目的。

因此，为实践的目的，提出了使用包含孔20的熔融区域30的尺寸而非孔20的尺寸来作为带孔幅1的特性的相对测量。

在图2a中，提供了具有多个离散的孔20的幅1。在幅的横向方向CD测量的包含孔20的熔融区域30的宽度a(也就是具有其密封边缘的孔的宽度)大致与在幅的纵向方向MD上测量的长度b相同。在此情况下，宽度a和长度b可以处于0.5-2.5mm，优选地0.6至2.0mm的区域中。在其他的实施例中，每个离散的熔融区域30的面积可以大于0.1mm²，优选地在0.2至3.5mm²，最优选地在0.3至3mm²的范围内。

在图2b中，幅1同样地设有多个孔20。在幅的横向方向CD测量的包含孔的熔融区域30的宽度显著地小于在幅的纵向方向上测量的长度b。例如，长度b可以是宽度a的两倍多。在此实施例中，每个熔融区域30的面积可以大于3mm²，优选地大于5mm²，最优选地大于10mm²。

上文所说明的两个实施例都适合于形成多层幅，就是两个或更多个幅状材料经由熔融区域30被层压。

应当理解，本发明可以在所附的权利要求的范围内变化。例如本发明并不仅限制于基本连续的材料幅形式的幅状材料。替代地，在材料由离散的件构成且将各离散的件进给穿过超声波设备的情况下，也可以使用本发明。此外，并不需要该孔在幅状材料的整个长度上连续地延伸，而是可以例如仅应用在幅状材料的选择的区域中。

Claims (13)

1.一种用于在幅状材料中形成具有密封边缘的孔的方法，包括：

将幅状材料(4)穿过旋转超声变幅杆(1)和旋转砧辊(2)之间的钳口进给，从而在所述幅状材料中产生熔融区域，

同时幅(4)支靠在具有旋转速度的砧辊(2)上，

其特征在于，

控制超声变幅杆(1)的旋转速度至不同于砧辊(2)的旋转速度，以使得在变幅杆(1)和砧辊(2)之间产生速度差，

该速度差被选择成使得幅中产生的应力用于使幅状材料(4)中的各熔融区域的中心破裂，由此形成所述具有密封边缘的孔。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括与砧辊(2)的速度关联地控制变幅杆(1)的旋转速度，从而不受砧辊(2)的速度影响地维持受控的速度差。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述幅状材料(4)包括至少两个单独的层，将该两个单独的层穿过钳口进给，以使得所述至少两个层经由所述孔的熔融边缘被层压在一起。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该幅状材料(4)包括至少4层，优选地至少6层单独的层，这些层经由所述孔的熔融边缘被层压在一起。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，该变幅杆(1)的旋转速度不为0。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，砧辊(2)和变幅杆(1)之间的旋转速度差与砧辊(2)的旋转速度的关系((辊速度-变幅杆速度)/辊速度)在砧辊速度的±10-100％，优选地±10-90％，最优选地±30-90％的范围内。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，该砧辊(2)和该变幅杆(1)之间的旋转速度差在20-300m/min的范围中，优选地在25至250m/min的范围中，最优选地在100至250m/min的范围中。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，该变幅杆(1)的旋转速度在5-500m/min，优选地50-450m/min的范围中。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，该幅状材料(4)的总表面重量在10gsm和300gsm之间。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，该幅状材料(4)包括聚丙烯、聚乙烯、和聚酯中的至少一个。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，该幅状材料(4)包括至少一个由无纺材料和/或薄膜材料形成的层。

12.一种用于制造吸收性物品的方法，包括准备幅状材料以在物品形成工艺过程中形成该物品中的片层，并且，该幅状材料通过如前述权利要求中的任一项所述的方法与该物品形成工艺过程成流水线并先于该物品形成工艺过程而被成孔。

13.一种用于在幅状材料中连续地形成具有密封边缘的孔的系统，该系统包括：

-旋转的砧辊，

-旋转的超声变幅杆，

所述砧辊和所述变幅杆以相对的关系布置以形成钳口，支靠在所述砧辊上的辐可以穿过该钳口被进给，以在所述幅状材料中产生熔融区域，以及

用于独立于砧辊的旋转速度而控制所述变幅杆的旋转速度的装置，该装置使得能够调整系统以在幅中产生应力，该应力足够在各熔融区域中产生孔，最终使幅具有带有密封边缘的孔。

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