專利名稱：用于吸收件的兩層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及吸收件中使用的兩層結(jié)構(gòu)，尤其是包括可滲透流體的第一層及與其通過流體連通的可滲透流體的第二層的兩層結(jié)構(gòu)，第二層包括大量不連續(xù)的宏觀特征。這種結(jié)構(gòu)尤其有益于用作吸收件的覆蓋/轉(zhuǎn)移層。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)移層通常用于吸收件中，幫助流體從面層或覆蓋層向吸收芯層轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移層常常是由非織造制品制成的。它們通常是通過抽吸或虹吸作用從面層直接使流體向下進(jìn)入下面的吸收芯層。覆蓋/轉(zhuǎn)移組合層也是已有的技術(shù)。例如參見美國專利Nos.5665082，5797894以及5466232。
申請人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)包括可滲透流體的第一層及與其通過流體連通的可滲透流體的第二層的雙層結(jié)構(gòu)，所述的這些層至少在大量不連續(xù)的宏觀特征處相接觸，能夠起有效的作用，尤其還作為面層或覆蓋/轉(zhuǎn)移層。當(dāng)流體浸入(insult)該結(jié)構(gòu)的第一層時，該結(jié)構(gòu)在縱向和橫向上將流體運送和轉(zhuǎn)移，因此可以使流體可以更快速地在z方向上通過該結(jié)構(gòu)，也就是通過第一和第二層流向芯層。

發(fā)明內(nèi)容
就本發(fā)明一方面來講，其提供了一種用于吸收件的兩層結(jié)構(gòu)，它包括可滲透流體的第一層及與其通過流體連通的可滲透流體的第二層，其中各層實際上只在第二層上凸出來的大量隔離的不連續(xù)的宏觀特征處接觸。
另一方面來講，本發(fā)明提供了一種包括可滲透流體的第一層及與其通過流體連通的可滲透流體的第二層的兩層結(jié)構(gòu)，第二層具有大量的隔離的不連續(xù)的宏觀特征，其中第一層和第二層在所述的宏觀特征處和位于宏觀特征之間的經(jīng)由選擇的區(qū)域接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面來講，它提供了一種用于吸收件的兩層結(jié)構(gòu)，它包括帶有三維孔膜的可滲透流體的第一層及與其通過流體連通的可滲透流體的第二層。第一層的三維膜包括大量孔和在第二層方向上凸出來的帶孔的宏觀特征，每個帶孔的宏觀特征都與其它帶孔的宏觀特征互不相連，其中第一和第二層實際上只通過所述帶孔的宏觀特征接觸。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面來講，它提供了一種用于吸收件的兩層結(jié)構(gòu)，它包括帶有三維孔膜的可滲透流體的第一層及與其通過流體連通的可滲透流體的第二層。第一層的三維膜包括大量的孔和相互隔離的第二層方向上凸出來的帶孔的宏觀特征，每個帶孔的宏觀特征都與其它帶孔的宏觀特征互不相連，其中第一層和第二層在所述的帶孔的宏觀特征處和位于所述帶孔的宏觀特征之間的經(jīng)由選擇的區(qū)域接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面來講，本發(fā)明進(jìn)一步提供了用于吸收件的兩層結(jié)構(gòu)，它包括可滲透流體的身體接觸層及與其通過流體連通的可滲透流體的第二層。第二層包括大量的凸出在身體接觸層方向上且互不相連的宏觀特征。此外，身體接觸層和第二層實際上只通過宏觀特征接觸。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面來講，本發(fā)明還提供了用于吸收件的兩層結(jié)構(gòu)，它包括可滲透流體的身體接觸層及與其通過流體連通的可滲透流體的第二層。第二層包括大量的凸出在身體接觸層方向上且互不相連的宏觀特征。身體接觸層和第二層在所述的宏觀特征處和位于宏觀特征之間的經(jīng)由選擇的區(qū)域接觸。
最后，本發(fā)明涉及包括這種兩層結(jié)構(gòu)的吸收件。


圖1是本發(fā)明三維膜的一個實施例的顯微照片。
圖1A是圖1中膜沿著A-A線橫截面的圖解。
圖2是本發(fā)明三維膜的另一個實施例的顯微照片。
圖2A是圖2中膜沿著A-A線橫截面的圖解。
圖2B是圖2中膜沿著B-B線橫截面的圖解。
圖3是本發(fā)明三維膜的另一個實施例的顯微照片。
圖3A是圖3中膜沿著A-A線橫截面的圖解。
圖4是本發(fā)明三維膜的又一個實施例的顯微照片。
圖5是本發(fā)明中用來制備膜的一種三維形貌的支撐件的示意圖。
圖6是本發(fā)明中用于成型制備膜的三維形貌支撐件的一種激光雕刻工件設(shè)備的示意圖。
圖7是圖6中設(shè)備的計算機(jī)控制系統(tǒng)的示意圖。
圖8是用于對工件進(jìn)行光柵鉆孔來制造用于孔膜的支撐件的一種圖形文件實施例的放大圖。
圖9是使用圖8中的文件進(jìn)行激光鉆孔之后的工件顯微照片。
圖10是用來激光雕刻工件以制備圖2中膜的文件的圖示。
圖11是用于生產(chǎn)可制備本發(fā)明中膜的三維形貌支撐件的激光雕刻工件文件的圖示。
圖12是使用圖11中文件進(jìn)行激光雕刻的工件的顯微照片。
圖12A是圖12中激光雕刻工件的橫截面的顯微照片。
圖13是使用圖12中的激光雕刻支撐件來制造的孔膜的顯微照片。
圖13A是使用圖12中的激光雕刻支撐件來制造的孔膜的另一張顯微照片。
圖14是用于通過激光調(diào)制生產(chǎn)支撐件的文件的例子。
圖14A是圖14中文件的一系列重復(fù)的圖示。
圖15是圖14中文件的B部分的放大圖。
圖16是圖14中用于創(chuàng)建C部分的圖形文件的放大圖。
圖17是使用圖14中文件通過激光調(diào)制來生產(chǎn)的支撐件的顯微照片。
圖18是圖17中支撐件中一個部分的顯微照片。
圖19是使用圖17中支撐件制得的膜的顯微照片。
圖20是圖19中膜的一部分的顯微照片。
圖21是放置在膜成型設(shè)備上用來制造本發(fā)明所述膜的支撐件的的視圖。
圖22是生產(chǎn)本發(fā)明所述孔膜的設(shè)備的示意圖。
圖23是圖22中圓圈中部分的示意圖。
圖24是已有技術(shù)中孔膜的顯微照片。
圖25是已有技術(shù)中孔膜的另一個例子的顯微照片。
圖26是本發(fā)明中孔膜的另一個實施例的顯微照片。
圖27描述了本發(fā)明中兩層結(jié)構(gòu)的橫截面。
圖28描述了含有本發(fā)明所述兩層結(jié)構(gòu)的吸收件的橫截面。
圖29是根據(jù)本發(fā)明制得的孔膜的一部分的顯微照片。
圖30是本發(fā)明所述兩層結(jié)構(gòu)的一部分的放大透視圖，它的上面一層被切掉一部分露出來下面一層的上表面。
圖31是圖30中含有兩層結(jié)構(gòu)的吸收件沿著31-31線的橫截面圖。
圖32是生產(chǎn)圖30所示兩層結(jié)構(gòu)的工序的簡化了的橫截面示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及專用于個人護(hù)理用品的兩層結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以用作身體接觸層、面層或覆蓋層以及轉(zhuǎn)移或流體處理層，或者作為個人護(hù)理用品的其他組成部分。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)在可棄吸收件，如女性衛(wèi)生護(hù)理用品中，表現(xiàn)出了較強的流體處理性能。
第一層，在身體接觸層的一個實施例中，可以由任一種可滲透流體的材料制得。作為身體接觸層，優(yōu)選第一層是具有適應(yīng)性、柔軟的感覺且對使用者的皮膚沒有刺激的材料。第一層還應(yīng)該表現(xiàn)出良好的透過性以及不易再濕性，可以使人體排出物快速滲透至下面的層中，而且不會使這些排出物通過身體接觸層回流至使用者的皮膚。
第一層可以由很多種材料來制備，包括(但不限定于)紡織或針織布，非織造材料，孔膜，流體形成膜，多孔泡沫材料，網(wǎng)狀泡沫材料，網(wǎng)狀熱塑膜和熱塑性平紋織物。此外，第一層還可以由上述材料中的一種或多種聯(lián)合制成，例如非織造材料和孔膜的復(fù)合層。
同樣地，第二層也可以由很多可滲透流體的材料制成，包括(但不限定于)紡織或針織布，非織造材料，孔膜，流體形成膜，多孔泡沫材料，網(wǎng)狀泡沫材料，網(wǎng)狀熱塑膜和熱塑性平紋棉麻織物及其組合。
優(yōu)選非織造材料和孔膜優(yōu)選用作第一層和第二層。適合的非織造材料可以由本領(lǐng)域中熟知的任何纖維制得。這些纖維可以是長度從1/4英寸或更小到1英寸半或更大不等。當(dāng)使用短纖維時(包括木漿纖維)，優(yōu)選將短纖維與較長纖維混合使用，這些纖維可以是任何熟知的人造纖維、天然或合成纖維，例如，棉、人造絲、尼龍、聚酯、聚烯烴或類似物。非織造材料可以通過任何本領(lǐng)域熟知的方法制作，例如，梳理法、氣流成網(wǎng)工藝、濕法成網(wǎng)工藝、熔噴法、紡絲粘合等方法。
孔膜通常由初始膜制得，它是薄的、連續(xù)不斷的熱塑性聚合材料薄膜。這種膜可以是可滲透蒸汽的或是不可滲透蒸汽的；可以是壓花的或上不壓花的；也可以是在其主表面的一面上或兩面上經(jīng)電暈放電處理的或是不經(jīng)電暈放電處理的；在膜形成后可以是使用表面活化劑處理，經(jīng)過涂布、噴涂或印刷手段將表面活性劑施加到膜上，或者在膜形成以前，就將表面活性劑與熱塑性聚合材料一起混合。該膜可以包含任何的熱塑性聚合材料，包括(但不限定于)聚烯烴，例如高密度聚乙烯，線性低密度聚乙烯，低密度聚乙烯，聚丙烯；烯烴和乙烯基單體共聚物，如乙烯和醋酸乙烯或氯乙烯共聚物；聚酰胺，聚酯；聚乙烯醇以及烯烴和丙烯酸酯單體的共聚物，如乙烯和丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸乙酯的共聚物。也可以使用含有兩種或多種這樣聚合材料的混合物的膜。要進(jìn)行打孔的起始膜在縱向(MD)和橫向(CD)上的延長根據(jù)ASTM Test No.D-882在Instron試驗儀上應(yīng)該至少為100％，其叉鉗速度為50英寸/分鐘(127cm/min)。優(yōu)選起始膜的厚度均一且范圍為從大約0.5到大約5mils或大約0.0005英寸(0.0013cm)到大約0.005英寸(0.076cm)。就象可以使用經(jīng)過改性的膜一樣(如經(jīng)過表面活性劑處理)還可以使用共擠出膜。起始膜可以通過任意已有的技術(shù)生產(chǎn)，例如流延、擠出或吹塑。
打孔的方法為本領(lǐng)域已有技術(shù)。通常，起始膜被置于一定圖樣的支撐件上，在支撐件上時經(jīng)受一個高的流體壓差。流體的壓差既可以是液體的，也可以是氣體的，使薄膜呈現(xiàn)支撐件表面的圖樣。位于支撐件的孔上面的薄膜部分被流體壓差沖破，形成了帶孔的膜。在美國專利5827597(James等共有)中，詳細(xì)地描述了帶孔纖維膜的形成方法在此引入，作為參考。
就本發(fā)明的一方面來講，第一層和第二層實際上僅通過大量的隔離的不連續(xù)的宏觀特征彼此接觸。這就意味著層與層之間實際上只宏觀特征的地方連接。宏觀特征可以位于第一層也可以位于第二層。當(dāng)宏觀特征位于第一層上時，它們凸出在第二層方向上。當(dāng)宏觀特征位于第二層上時，它們凸出在第一層方向上。
就本發(fā)明的另一方面來講，第一層和第二層在大量隔離的不連續(xù)宏觀特征以及位于其間的選定區(qū)域彼此接觸。
在這里使用的術(shù)語“宏觀特征”意思是對一個正常人的眼睛，在不接受輔助的情況下，眼睛與表面之間的垂直距離約300mm時表面凸起是可以看見的。優(yōu)選地，每個宏觀特征都有至少約0.15mm的最大尺寸。更優(yōu)選地，每個宏觀特征都有至少約0.305mm的最大尺寸，最優(yōu)選地，每個宏觀特征都有至少約0.5mm的最大尺寸。這些宏觀特征彼此分開互不相連，這就是說，如果一個假想平面，即第一平面放在三維層的表面上，它將與多個彼此不連接區(qū)域中的宏觀特征頂部上的層相接觸。沒有必要讓所有的宏觀特征都與假想平面接觸；而是該第一平面由宏觀特征的最上面一部分確定，也就是，凸出離該層第二表面最遠(yuǎn)的那些宏觀特征部分。
具有宏觀特征的層包括孔膜，該膜具有第一表面，第二表面以及由第一平面和第二平面確定的厚度。該膜包含大量不連續(xù)的宏觀特征和大量的孔。這些孔是由側(cè)壁限定的，側(cè)壁是始于膜的第一表面并通常在膜的第二表面方向上延伸到第二平面上終止。膜的第一表面與第一平面在不連續(xù)的宏觀特征處相重疊。
層上帶有宏觀特征的地方包括非織造制品，該非織造制品具有第一表面，第二表面以及由第一平面和第二平面確定的厚度。非織造制品還包括大量的不連續(xù)的宏觀特征，其中非織造制品的第一表面在不連續(xù)的宏觀特征處與第一平面相重疊。
在一個實施例中，宏觀特征以相互間規(guī)則的圖案排列。此外，如果宏觀特征從一層孔膜上凸出，則那些宏觀特征和孔在所述層上以相互間規(guī)則的圖案排列?？缀秃暧^特征相互間具有固定或一致的間隔?？缀秃暧^特征的這種空間關(guān)系限定了在整個膜的幅面上連續(xù)重復(fù)出現(xiàn)的幾何圖形。孔和宏觀特征規(guī)律地排列，就在膜上構(gòu)成了均一的圖案。
盡管說相應(yīng)的孔和宏觀特征的排列是有規(guī)律的，但也可以有孔多于宏觀特征的排列?？缀秃暧^特征的精確尺寸和形狀沒有嚴(yán)格的要求，只要宏觀特征足夠大，可以讓正常人的眼睛，在沒有輔助的情況下，在約300mm的距離看到、且只要宏觀特征之間相互隔離互不連接即可。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一層和第二層實際上只通宏觀特征彼此接觸。也就是，宏觀特征的功能很象是有隔離物將第一層和第二層的表面隔開，只是在宏觀特征的地方彼此接觸。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，第一層和第二層在宏觀特征及間隔開的宏觀特征之間的選定區(qū)域處彼此接觸。在宏觀特征的接觸部分構(gòu)成的區(qū)域內(nèi)，第一層被安置在第二層上，這樣它就從那里被隔開了。
在另一個實施例中，第一層包含非織造制品，而第二層包含非織造制品或包含孔膜。宏觀特征可以被安置在第一或第二層上。
在另一個實施例中，第一層包括孔膜，而第二層既包括非織造制品或包括孔膜。在這個實施例中，宏觀特征既可以位于第一層上也可以位于第二層上。然而，當(dāng)宏觀特征在第一層時，第一層上的宏觀特征優(yōu)選含有孔，也就是說，它是帶孔的宏觀特征，且它們與所有其他在第一層上帶孔的宏觀特征相隔離。每一個帶孔的宏觀特征都是一個獨立的自然元素。圖13所示為該實施例的膜，是具有帶孔宏觀特征的孔膜。
本發(fā)明的又一實施例中，如圖27所示，宏觀特征從第二層上凸出，該膜為三維孔膜，如公開在普通轉(zhuǎn)讓(commonly assigned)，待審美國申請系列號(attorney docket no.CHI-868)中所述。這樣的第二層501可以與非織造制品或孔膜的第一層500聯(lián)合使用。優(yōu)選地，與非織造制品的第一層聯(lián)合使用。三維孔膜具有第一表面和第二表面。該膜還具有由第一平面和第二平面限定的厚度。該膜具有大量的由側(cè)壁限定的孔，它們始于第一表面，在第二表面方向上延伸，止于第二平面。該膜還包含大量的不連續(xù)的宏觀特征14。該膜的第一表面在這些宏觀特征的位置上與第一平面相重合。
圖1是這種三維孔膜實施例的顯微照片。圖1中的膜10具有孔12和宏觀特征14?？子蓚?cè)壁相限定。宏觀特征是在膜上不連續(xù)的凸起，且可以看到凸出在第一表面上的較低區(qū)域16。如果一個假想平面，即第一平面放到三維孔膜的第一表面上，就將在相互分離的多個隔離區(qū)域中宏觀特征的頂面上接觸到膜。沒有必要讓所有的宏觀特征都與假想平面接觸；而是該第一平面由宏觀特征的最上面一部分限定，也就是，這些部分的宏觀特征凸出在離該層第二表面最遠(yuǎn)的地方。
在圖1所示的實施例中，孔與宏觀特征在x方向和y方向交替變化，且孔與宏觀特征的比為1。
圖1A是圖1中的膜10沿著線A-A的橫截面示意圖。如圖1A所示，在第一平面17上，宏觀特征14是相互間不連續(xù)，且被膜的第一表面上的較低區(qū)域16和孔12分隔開的?？?2是始于第一表面，在第二表面方向上延伸，止于第二平面19的側(cè)壁15構(gòu)成的。沒有必要要求所有的孔都止于第二平面19，而是第二平面是由延伸至最低的側(cè)壁15來定義的。
本發(fā)明的一個實施例中，至少有一部分孔的側(cè)壁，其第一部分是開始于膜的第一平面上的，其第二部分是開始于位于膜的第一和第二平面間的平面上的，那是一個第一和第二平面中間的一個平面。
在一個優(yōu)選的實施例中，除了具有開始于第一平面的第一部分和開始于居中平面的第二部分的側(cè)壁所構(gòu)成的孔之外，膜還含有那些側(cè)壁完全開始于居中平面的孔。即，該膜還含有開始于除了宏觀特征最上表面限定的平面以外的平面的孔。
在本發(fā)明一個更優(yōu)選的實施例中，三維孔膜含有幾種不同的類型孔的組合。該膜含有其側(cè)壁開始于膜中第一平面上的孔。該膜也含有其側(cè)壁一部分開始于第一平面，一部分側(cè)壁開始于居中平面的孔。最后，膜也含有其側(cè)壁完全開始于居中平面的孔。
在圖2中，孔12由側(cè)壁15來構(gòu)成。宏觀特征14凸出在膜20的第一表面的較低區(qū)域16上。宏觀特征和孔的形狀不同于圖1中宏觀特征和孔。在圖2中，宏觀特征相互間被x方向和y方向上的孔隔開。然而，在x方向和y方向上，一些孔相互間被第一表面上的較低區(qū)域16隔開。在圖2的膜20中，孔和宏觀特征的比為2.0。此外，圖2中膜20的每個孔都有一部分側(cè)壁開始于第一平面17，即在宏觀特征的邊界18處，以及一部分其側(cè)壁開始于第一表面的較低區(qū)域16處。
圖2A所示為圖2中膜20沿著A-A線的橫截面圖。宏觀特征14在第一平面17上相互間被孔12隔開，這些孔是由開始于膜的第一表面，并通常在第二表面方向上延伸，止于第二平面19的側(cè)壁15構(gòu)成的。在圖2A中可以看到，所示橫截面中的側(cè)壁15部分開始于宏觀特征14的邊18處的第一平面17。
圖2B所示為圖2中膜20中沿著B-B線的橫截面圖。在這個特殊的截面中，看不到宏觀特征，孔12相互間被膜的第一表面的較低區(qū)域16隔開。膜的較低區(qū)域16位于第一平面17和第二平面19之間，所述平面限定了所示三維孔膜的厚度。側(cè)壁15止于第二平面19。
圖3所示為三維孔膜的另一個實施例的顯微照片，其孔和宏觀特征的排列為另外的方式。圖3中膜30的孔12和宏觀特征14安排在一起，孔22和宏觀特征24安排在一起。所有這些孔12，22和宏觀特征14，24合在一起，這樣構(gòu)成了相互間規(guī)則的位置關(guān)系。
圖3A是圖3中膜30沿A-A線的橫截面圖。該特定橫截面顯示宏觀特征24和宏觀特征14在第一平面17上以孔12隔開，彼此互不連接。這些孔12是由止于第二平面19的側(cè)壁15構(gòu)成的。該特定橫截面所示的側(cè)壁15部分在開始于宏觀特征14和24的邊18處的第一平面17。
圖4是本發(fā)明中三維孔膜的另一實施例的顯微照片。圖4中所示的膜40的孔12和宏觀特征14規(guī)則排列。
適宜的可以用來制作三維孔膜的初始膜應(yīng)為薄的、連續(xù)不問斷的熱塑性聚合材料膜。該膜可以是可滲透蒸汽的或不可滲透蒸汽的；可以是壓花的或上不壓花的；也可以是在其主表面的一面上或兩面上經(jīng)電暈放電處理的或是不經(jīng)電暈放電處理的；在膜形成后可以是使用表面活化劑經(jīng)過涂布、噴涂或印刷手段施加到膜的表面上來處理，或者在膜形成以前，就將表面活性劑與熱塑性聚合材料一起混合。該膜可以包含任何的熱塑性聚合材料，包括(但不限定于)聚烯烴，例如高密度聚乙烯，線性低密度聚乙烯，低密度聚乙烯，聚丙烯；烯烴和乙烯基單體共聚物，如乙烯和醋酸乙烯或氯乙烯共聚物；聚酰胺，聚酯；聚乙烯醇以及烯烴和丙烯酸酯單體的共聚物，如乙烯和丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸乙酯的共聚物。也可以使用含有兩種或多種這樣聚合材料的混合物的膜。要進(jìn)行打孔的起始膜在縱向(MD)和橫向(CD)上的延長根據(jù)ASTM Test No.D-882在Instron測試儀上進(jìn)行試驗應(yīng)該至少為100％，其叉鉗速度為50英寸/分鐘(127cm/min)。優(yōu)選起始膜的厚度均一且范圍為從大約0.5到5mils或大約0.0005英寸(0.0013cm)到大約0.005英寸(0.076cm)。就象可以使用經(jīng)過改性的膜一樣(如經(jīng)過表面活性劑處理)還可以使用共擠出膜。起始膜可以通過任意已有的技術(shù)生產(chǎn)，例如流延、擠出或吹塑。
膜上打孔的方法包括將膜置于刻有圖案的支撐件的表面上。在支承件上時膜經(jīng)受高流體壓差。流體的壓差可以是液體或氣體的，使得膜呈現(xiàn)支撐件上的表面圖形。如果圖案支撐件中有孔，則覆蓋在孔上的膜被流體壓差沖破，形成孔膜。形成孔膜的方法詳見于US5827597(James等共有)，此處引入，作為參考。
這樣的三維孔膜優(yōu)選地通過將熱塑性膜平放于具有一種宏觀特征和孔圖樣的打孔支撐件表面上制成。一股熱氣流直接沖在膜上，提高其溫度，使其被軟化。再對膜施加真空，使其符合支撐件表面的形狀。覆蓋在支撐件孔上的膜被沖破，形成孔膜。
適宜地用來制造這種三維孔膜的打孔支撐件是一利三維形貌的支撐件，它是由激光雕刻工件制得的。圖5所示為經(jīng)過激光雕刻制成的三維形貌支撐件的示例工件示意圖。
工件102包括薄管形圓筒110。工件102具有未加工的表面區(qū)域111和經(jīng)過激光雕刻的中間部分112。本發(fā)明優(yōu)選的用于生產(chǎn)支撐件的工件是薄壁的無縫的乙縮醛管子，它已經(jīng)卸除了所有的內(nèi)部殘余應(yīng)力。工件的壁厚為1-8mm，優(yōu)選2.5-6.5mm。用于形成支撐件的示例工件直徑為1-6英尺，長度為2-16英尺。然而，這些尺寸依設(shè)計而選定。其他形狀和材料組成可用于工件，如丙烯酸類、氨基甲酸乙酯類、聚酯、高分子量聚乙烯和其他聚合物，其可以通過激光束來加工。
現(xiàn)在來看圖6，其為激光雕刻支撐件的設(shè)備示意圖。起始空白管狀工件102安置在一個適合的柄軸上，或心軸121上，將它固定在圓筒形且可使其在軸承122上繞其縱軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器123以可控的速率施加在旋轉(zhuǎn)心軸121上。旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)動機(jī)124與心軸121連接且監(jiān)控其旋轉(zhuǎn)，這樣其精確徑向位置就總是清楚的。
一個或多個導(dǎo)軌125平行且置于心軸121最大回轉(zhuǎn)直徑的外側(cè)，使得機(jī)架126在長度方向上穿越整個心軸，并保持一個距工件102頂面103恒定的間隔。機(jī)架驅(qū)動器133使機(jī)架沿著導(dǎo)軌125移動，機(jī)架脈沖發(fā)動機(jī)134記錄機(jī)架相對于工件102的側(cè)面位置。安裝在機(jī)架上的是聚焦平臺(focusing stage)127。聚焦平臺安裝在導(dǎo)軌128上。聚焦平臺127可以相對于機(jī)架126垂直移動，并使鏡頭在頂面103上聚焦。使用聚焦驅(qū)動器132來為聚焦平臺127定位且使鏡頭129聚焦。
在管口130將鏡頭129固定在聚焦平臺127上。管口130具有裝置131用于將受壓氣體引入到管口130中，冷卻以及保證鏡頭129的清潔。美國專利US5756962(James等等)描述了要達(dá)到這個目的所優(yōu)選使用的管口130。在此引入，作為參考。
安裝在機(jī)架126上的還有最終彎曲鏡135，它將激光束136引至聚焦鏡頭129。激光器137位于遠(yuǎn)處，使用可選的光束彎曲鏡138，將激光束引到最終光束彎曲鏡上。雖然可以直接將激光器137安裝在機(jī)架126上和除去光束彎曲鏡，對于激光器的空間限制和器件連接使得遠(yuǎn)處安裝更為優(yōu)選。
當(dāng)啟動激光器137時，發(fā)射的激光束136被第一光束彎曲鏡138反射，之后被最終光束彎曲鏡135反射，引至鏡頭129。使激光束136的路線如此形成，如果移走鏡頭129，激光束就將通過心軸121的縱向中心線。將鏡頭129放在在適當(dāng)?shù)奈恢?，激光束就可以在頂?03上、上方、下方或周圍聚焦。
雖然該設(shè)備可以和多種的激光器使用，優(yōu)選的激光器是CO2快速流激光器，可以產(chǎn)生速率高達(dá)2500瓦特的激光束。不過，速率為50瓦特的CO2慢速流激光器也可以使用。
圖7是圖6中激光雕刻設(shè)備的控制系統(tǒng)的示意圖。在激光雕刻設(shè)備的運行過程中，焦點位置、旋轉(zhuǎn)速度以及橫貫速度的控制變量由主計算機(jī)142通過連接件144送到驅(qū)動計算機(jī)140。驅(qū)動計算機(jī)140通過聚焦平臺驅(qū)動器132控制焦點位置。驅(qū)動計算機(jī)140通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器123和旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)動機(jī)124控制工件102的旋轉(zhuǎn)速度。驅(qū)動計算機(jī)140通過機(jī)架驅(qū)動器133和機(jī)架脈沖發(fā)動機(jī)134控制機(jī)架126的橫貫速度。驅(qū)動計算機(jī)140也將驅(qū)動狀態(tài)以及可能出現(xiàn)的錯誤報告到主計算機(jī)。該系統(tǒng)提供了可靠的位置控制且有效地將工件的表面劃分為稱為象素的小區(qū)域，其中每個象素由固定數(shù)量的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動脈沖和固定數(shù)量的橫向驅(qū)動脈沖組成。主計算機(jī)142還通過連接線143控制激光器137。
激光雕刻三維形貌支撐件可以通過幾種方法來制造。方法之一是工件表面激光鉆孔和激光碾磨的結(jié)合。
對工件進(jìn)行激光鉆孔的方法包括沖鉆、飛行射擊(fire-on-the-fly)鉆孔以及光柵掃描鉆孔。
優(yōu)選光柵掃描鉆孔方法。在該方法中，圖案被簡化為如圖8所示的矩形重復(fù)單元141。該矩形重復(fù)單元包括所有需要用來制作預(yù)期圖案的信息。使用時，就象瓦片一樣，頭接頭，邊挨邊，以形成較大的所想要的圖案。
該重復(fù)單元還被分為較小的矩形格子單元或“象素”142。盡管為了一些目的，通常情況下為正方形，但使用面積不等的象素更為方便。象素本身是無量綱的，并且圖象的實際尺寸在加工過程中設(shè)定，也就是說，象素的寬度145和長度146只是在實際的鉆孔操作中進(jìn)行設(shè)定。在鉆孔過程中，象素的長度設(shè)定為與選定數(shù)量的來自機(jī)架脈沖發(fā)動機(jī)134的脈沖相符的尺寸。同樣地，象素的寬度設(shè)定為與來自旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)動機(jī)124的脈沖數(shù)量相符的尺寸。為了解釋方便，在圖8中象素為正方形，不過象素不需要是正方形，只要是矩形就可以。
每列象素都代表工件經(jīng)過焦點位置一次。需要重復(fù)這一列許多次，以達(dá)到完全圍繞該工件102。每個白色象素代表對激光器沒有指令，也就是說激光器沒有放射能量，每個黑色象素代表對激光器有指令，也就是說激光器發(fā)射了激光束。結(jié)果是得到了一些1和0的簡單的二進(jìn)制文件，其中1或者白色是激光器關(guān)閉的指令，0或黑色是激光器打開的指令。這樣，在圖8中區(qū)域147、148和149響應(yīng)激光器的指令發(fā)射全部能量并在工件102上形成孔。
返回來看圖7，雕刻文件的內(nèi)容以二進(jìn)制方式發(fā)送，其中1是關(guān)閉，0是打開，由主計算機(jī)142通過連接線143到達(dá)激光器137。使每次指令間隔時間不同，對指令的持續(xù)時間進(jìn)行調(diào)整以符合象素的尺寸。每列文件都完成之后，每列再次操作或重復(fù)進(jìn)行，直至完成全部圓周。當(dāng)一列指令被執(zhí)行的時候，橫向驅(qū)動器進(jìn)行微小的移動。橫貫速度依據(jù)如下設(shè)定的，即圓周雕刻完成后，橫向驅(qū)動器已經(jīng)將聚焦鏡頭移動了一列象素寬度的距離且下一列象素進(jìn)行了操作。這樣一直保持到文件的結(jié)束，之后再在軸向尺寸上再重復(fù)直至達(dá)到全部所需寬度。
在該方法中，(激光束)每次經(jīng)過一次，都在材料上生成了一定數(shù)量的窄的切痕，而不是大的孔。因為這些切痕被精確地記錄，邊挨邊地排列起來且有點交迭，累積的效果就是一個孔。
圖9是支撐件一部分的顯微照片，它最初通過使用圖8中的文件進(jìn)行光柵掃描打孔。支撐件表面是一個有一系列帶嵌套的六邊形孔153的光滑平面152。
制作激光雕刻三維形貌支撐件的非常優(yōu)選的方法是利用激光調(diào)制。激光調(diào)制是通過在象素上通過象素基(pixel basis)逐漸變化激光能量來進(jìn)行的。在激光調(diào)制中，光柵掃描鉆孔指令由簡單的開、關(guān)變?yōu)榘礉u進(jìn)的比例調(diào)節(jié)施加在激光調(diào)制文件的每個單獨象素上的激光能量的指令。照這樣，可以使工件在一個單獨回合里就可以得到三維結(jié)構(gòu)。
與其他制造三維形貌支撐件的方法相比，激光調(diào)制有幾個優(yōu)點。激光調(diào)制生產(chǎn)的單件、無縫支撐件沒有由接縫引起的圖樣配合不當(dāng)。使用激光調(diào)制，支撐件通過一個單獨操作就可以完成，而不需要多重操作，這樣就提高了效率，減少了成本。激光調(diào)制消除了多步驟連續(xù)操作可能產(chǎn)生的圖案配準(zhǔn)問題。激光調(diào)制還考慮到了在實際距離內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜幾何學(xué)形貌特征。通過改變對激光器的指令，特征的深度和形狀可以精確地控制，而且可以形成在橫截面上連續(xù)變化的特征?？缀秃暧^特征之間的相互規(guī)則位置可以得到保證。
再次來看圖7，在激光調(diào)制過程中，主計算機(jī)142可以向激光器137發(fā)送不同于“開”或“關(guān)”形式的指令。例如，簡單的二進(jìn)制文件可以替換為8位(字節(jié))形式，它考慮到激光器發(fā)射的256種可能的水平能量變化。使用字節(jié)形式，指令“11111111”指示激光器關(guān)閉，“00000000”指示激光器發(fā)射全部的能量，諸如“10000000”指示激光器發(fā)射一半的總可供激光能量。
激光調(diào)制文件可以多種方法創(chuàng)建。其中之一是使用256色度計算機(jī)圖像的灰度以繪圖的方式建立文件。在這樣一個灰度的圖象中，黑色代表全部能量，白色代表沒有能量，其間的各種程度的灰色代表居中的能量級別。許多計算機(jī)圖形程序都可以用來顯現(xiàn)或創(chuàng)建這樣的激光雕刻文件。使用這樣的文件，激光器發(fā)出的能量通過象素基(pixel basis)被調(diào)制在象素上，因此可以直接雕刻出三維形貌的支撐件。這里所述的8位字節(jié)形式可以用其他級別，例如4位、16位、24位或其他形式來代替。
盡管低能量輸出的激光器也可以使用，但是適合于激光調(diào)制系統(tǒng)中用來進(jìn)行激光雕刻的激光器是CO2快速流激光器，其能量輸出為2500瓦特。首要關(guān)心的是激光器的能級換擋要盡可能快。優(yōu)選的換擋率為10kHz，更優(yōu)選為20kHz。需要高的能級換擋率來在一秒內(nèi)處理盡可能多的象素。
圖10為使用激光調(diào)制用來制作支撐件的激光調(diào)制文件的圖例。圖10中描述的文件制造的支撐件被用來制作圖2所示的三維孔膜。在圖10中，黑色區(qū)域154表示激光器被指示為發(fā)射全部能量的象素。因此在支撐件的那個位置上產(chǎn)生一個孔，它與圖2中所示的三維孔膜20的孔12相對應(yīng)。同樣地，圖10中的白色區(qū)域155表示激光器收到關(guān)閉指示的象素，在支撐件表面的那個位置完整無缺。這些支撐件上完整無缺的區(qū)域與圖2中所示的三維孔膜20的宏觀特征14相對應(yīng)。圖10中的灰色區(qū)域156表示激光器被指示為發(fā)射部分能量的象素，因此在支撐件上產(chǎn)生了較低區(qū)域。在支撐件上的這些較低區(qū)域與圖2中三維孔膜20的較低區(qū)域16相對應(yīng)。
圖11是使用激光調(diào)制來制作支撐件的激光調(diào)制文件的圖例。象圖8中激光鉆孔文件一樣，每個象素代表工件表面的一個位置。每行象素代表工件軸向上要被雕刻的位置。每列象素代表工件圓周上的位置。然而與圖8中的文件不同，象素代表的每個激光指令不再是二進(jìn)制指令，而是代之以8位或灰度指令。也就是說，每個象素都具有8位的值，可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟ǖ哪芗墶?br> 圖11為使用激光調(diào)制用來制作支撐件的激光調(diào)制文件的圖例。該文件顯示了一系列的九葉狀結(jié)構(gòu)159，以白色顯示。這些葉子是一系列的白色象素也是對于激光器來說是不發(fā)射能量的關(guān)閉指示。因此這些葉子形狀，在雕刻圖形之后，將構(gòu)成支撐件的最上層的表面。每個葉子結(jié)構(gòu)包含一連串六個孔160，它們是由象莖一樣的葉子結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，并延伸通過工件的厚度?？?60包括黑色象素的區(qū)域，它們是對激光器發(fā)射全部能量并將工件鉆透的指示。這些葉子是不連續(xù)的宏觀特征，也就是它們自己不形成平面結(jié)構(gòu)，就象沒有一片葉子與另外一片葉子相連接。這種結(jié)構(gòu)的背景圖案包括裝得滿滿的錯列的六邊形黑色區(qū)域161，它們也是要激光器發(fā)射全部能量穿透工件的指示。構(gòu)成了孔161的區(qū)域162，其激光能級既不是全開也不是全關(guān)。這就形成了第二平面區(qū)域，它低于由葉子的白色區(qū)域的關(guān)閉指示構(gòu)成的工件的最上層平面。
圖12是使用圖11中描述的激光調(diào)制文件進(jìn)行激光調(diào)制從而制得的激光雕刻三維形貌支撐件的顯微照片。圖12A是圖12的支撐件的橫截面視圖。圖12的區(qū)域159`和圖12A的159``對應(yīng)于圖11的葉子159。圖11的區(qū)域159的白色象素指示的結(jié)果是激光器在處理那些象素的過程中不發(fā)射能量。葉子159`和159``的頂面對應(yīng)于工件的原始表面。圖12的孔160`對應(yīng)于圖11中的黑色象素區(qū)域160，在處理這些象素的過程中激光器發(fā)射全部能量，切割出的孔完全穿透工件。圖12的背景膜162`和圖12A的162``對應(yīng)于圖11的象素區(qū)162。區(qū)域162`是激光器發(fā)射部分能量處理圖11中象素的結(jié)果。這就在支撐件上形成一個區(qū)域，它低于葉子的初始頂面。相應(yīng)地，單個的葉子為不連續(xù)的宏觀特征，相互間并不相連。
圖13和13A為在圖12和12A所示的支撐件上制得的三維孔膜的顯微照片?？啄び型蛊鸬膸в锌椎娜~子形的宏觀特征176和176`，它們與圖12和圖12A中的支撐件上葉子159`和159``相對應(yīng)。每個葉子都與其他葉子彼此分開不相連。每個葉子都包括孔，也就是說每個葉子都是一個帶孔的宏觀特征。由所有葉子形狀區(qū)域176和176`最上層表面構(gòu)成的平面是大量不連續(xù)宏觀特征的最上層表面。背景打孔區(qū)177和177`構(gòu)成了一個區(qū)域，那是在膜上比葉子形狀區(qū)域低的深度。這就使得可視的葉子的形象在膜上浮現(xiàn)出來。
圖9，12和12A的激光雕刻支撐件具有簡單的幾何形狀。即，與支撐件最頂面平行的一系列連續(xù)的橫截面，本質(zhì)上在穿越支撐件厚度上的有效深度的時候是一樣的。例如，參見圖9，與支撐件表面平行的一系列連續(xù)的橫截面，本質(zhì)上在支撐件的厚度上是一樣的。同樣地，圖12和12A中支撐件的橫截面在葉子的深度上和從葉子基底直至穿過支撐件的厚度都是一樣的。
圖14是使用激光調(diào)制生產(chǎn)激光雕刻支撐件的另一個激光調(diào)制文件的圖例。該文件包括中央花的元素178和四個元素179，在激光雕刻的過程中重復(fù)該文件進(jìn)行結(jié)合，其中每個都構(gòu)成了花的元素178的四分之一。圖14A是重復(fù)圖14中文件時，3個最終圖案的重復(fù)圖例進(jìn)行了3次重復(fù)。
圖15是圖14中區(qū)域B的放大圖?；疑珔^(qū)域代表指示激光器發(fā)射部分能量的象素區(qū)域。這就在工件的表面以下制得一個平面區(qū)域。包含在灰色區(qū)域180中的是一系列黑色區(qū)域181，它們是指示激光器發(fā)射全部能量和透過工件厚度鉆得一系列六邊形孔的象素。圖15的中央是花的元素，它對應(yīng)于圖14的花的元素178?；ǖ脑赜芍醒?yún)^(qū)183和6個花瓣形區(qū)域182組成，它們還是指示激光器發(fā)射全部能量和透過工件厚度鉆孔的象素。限定中央?yún)^(qū)域183外圍邊際的是區(qū)域184。限定花瓣區(qū)域182外圍邊際的是區(qū)域184`。區(qū)域184和184`代表一連串的要求激光器調(diào)節(jié)所發(fā)射能量的指示。中央的黑色區(qū)域183及其外圍邊際區(qū)184在區(qū)域185與區(qū)域184`相交，它代表了要求激光器發(fā)射和背景區(qū)域180一樣級別的能量的指示。
圖16是圖15中構(gòu)成中央?yún)^(qū)域183輪廓的區(qū)域184中C部分的放大圖例。C部分包含使激光器關(guān)閉的單行的白色象素186。這構(gòu)成了處理后留下的支撐件上的最上層表面的部分。象素行187和187`指示激光器發(fā)射部分能量。象素行188、189、190和191以及象素行188`、189`、190`和191`指示激光器發(fā)射能級逐步增加能量。行192和192`指示激光器發(fā)射和圖15中區(qū)域185代表的一樣能級的能量。行194和194`以及194``指示激光器發(fā)射全部能量形成圖15中的部分183區(qū)域。
當(dāng)對圖16中的每列進(jìn)行處理時，激光器發(fā)射由行192和192`代表的部分能量。行191、190、189、188和187指示激光器發(fā)射能級逐步降低能量，直至行186被執(zhí)行且指示激光器不發(fā)射能量。之后行187`、188`、189`、190`和191`指示激光器再次發(fā)射能級逐步增加能量。行194、194`和194``指示激光器再次發(fā)射全部能量開始鉆透工件。這就可以得到不連續(xù)的宏觀特征，它從背景平面傾斜至工件的表面再傾斜回孔的區(qū)域，這樣就形成了輻射式的形狀。
依靠在加工過程中確定的象素的大小，以及每行上激光器發(fā)射的能量的不同，所得到的激光雕刻特征的尺寸和形狀也不同。例如，如果象素每行上的能級變化小，那么得到的是相對淺的圓形；相反，如果象素每行上的能級變化較大，那么得到的是深的、急劇升降的形狀，它具有比較三角形的橫截面。象素尺寸的改變還影響所得到特征的幾何形狀。如果象素尺寸保持在比所發(fā)射的聚焦激光束的實際直徑還小時，那么可以得到平滑的混合的形狀。
圖17是通過激光調(diào)制處理圖14中文件所得到的激光雕刻支撐件的顯微照片。該顯微照片表明一個凸起的花的元素195，它與圖14中花的元素178和圖15中花的元素相對應(yīng)。該顯微照片還表明部分關(guān)于另外的花元素195`。凸起的花元素195起始于平面區(qū)域196，它包含孔197?；ǖ脑?95和195`相互不相連這樣就不會形成一個連續(xù)的平面區(qū)。
圖18是圖17中一部分花的元素195的顯微照片的放大圖。中間圓形的元素198是通過包含在圖15中區(qū)域184內(nèi)的激光調(diào)制指示制得的區(qū)域。元素199是圖17中花的元素195的花瓣元素的部分。這些花瓣元素是通過描繪在圖15中區(qū)域184`的象素指示制得的。這些元素證明可以通過激光調(diào)制來創(chuàng)作復(fù)雜的幾何形狀。中央的圓形元素具有半圓形的橫截面。也就是說，一連串的橫截面中任何一個都和工件的原始表面相平行，也就是在深度方向上不同于其他另外的橫截面。
圖19是由圖17中支撐件制得的膜的上表面的顯微照片。該膜具有帶孔的平面區(qū)域200，其中包含孔201，它與圖17中平面區(qū)域196相對應(yīng)。平面區(qū)向上延伸是花的區(qū)域202和202`，它們與圖17中的花的元素195和195`各自相互對應(yīng)。在一個簡單的操作中，花的區(qū)域202和202`就賦予所制得的孔膜一個浮雕的表面。此外，花的區(qū)域限定出另外的更大的孔203和204的范圍，以增強流體轉(zhuǎn)移的性能。
圖20是圖19中花的區(qū)域202的放大圖?；ǖ膮^(qū)域包括孔204和環(huán)繞的圓形元素205。圖19和20中元素205具有復(fù)雜的幾何形狀，其具有半圓形的橫截面。同樣，在深度方向上與膜表面平行的連續(xù)的橫截面互不相同。
在激光雕刻工件完成時，可以與圖21中所示的結(jié)構(gòu)結(jié)合作為支撐件。兩個端鈴235與帶有激光雕刻區(qū)237的工件236的內(nèi)部相配合。這些端鈴可以冷縮配合，壓配合或通過機(jī)械方法連接如所示帶238和螺釘239，還可以通過其他機(jī)械方法。這些端鈴提供了一個方法可以保證工件循環(huán)，進(jìn)行最后的裝配以及在打孔設(shè)備中固定完成的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的生產(chǎn)這種三維孔膜的設(shè)備如圖22的示意圖。正如這里所示，支撐件是一個可旋轉(zhuǎn)的鼓753。在這個特定的設(shè)備中，鼓以逆時針方向轉(zhuǎn)動。熱氣體噴嘴759位于鼓753的外圍，以提供熱氣體的幕簾直接撞擊由激光雕刻支撐件支撐的膜。熱空氣噴嘴759可以有方法縮回，防止在停止和低速運動情況下膜的過熱。吹風(fēng)機(jī)757和加熱器758合作提供給噴嘴759熱空氣。與噴嘴759位置正好相對，在鼓753的內(nèi)部是真空頭760(vacuum head)。真空頭760可以做徑向調(diào)整且這樣安置使其與鼓753的內(nèi)表面相貼。真空源761可以連續(xù)不斷地抽真空頭760的氣。
冷卻帶762位于鼓753的內(nèi)部且與內(nèi)表面相貼。為冷卻帶762提供以冷卻真空源763。在冷卻帶762中，冷卻源763將周圍的空氣吸引通過膜上的孔，在打孔區(qū)創(chuàng)建圖案。真空源763還提供將膜固定在鼓753的冷卻帶762上的方法，并提供使膜脫離在打孔后將膜卷起產(chǎn)生的張緊影響的方法。
位于激光雕刻支撐件753頂上的是薄的、連續(xù)不斷的熱塑性聚合材料膜751。
圖23是圖22中圓形區(qū)域的放大圖。如該實施例中所示，真空頭760具有兩個真空狹槽764和765，它們在膜的幅面上延伸跨越。但是為了某些目的，優(yōu)選分離的真空源用于各個真空狹槽。如圖23所示，真空狹槽764為起始膜在靠近氣刀758時提供牽制區(qū)。真空狹槽764通過通道766與一個真空源相連接。這就使進(jìn)來的膜751安全地錨定在鼓753上，并在該膜沒有纏繞而張緊情況下脫離出來。還可以使鼓753外表面上的膜751變平。第二個真空狹槽765限定了真空打孔區(qū)。在狹槽764和765之間是中間支撐條768。定位真空頭760使熱空氣幕簾767的撞擊點直接在中間支撐條768上。提供熱空氣具有足夠的溫度，足夠的角度入射到膜上且與膜之間有足夠距離使膜軟化、當(dāng)施加力的時侯可以變形。該設(shè)備的幾何學(xué)保證了膜751在受熱空氣幕簾767影響軟化的時候，通過牽制狹槽764和冷卻帶762(圖22)從張緊狀態(tài)下脫離。真空打孔帶765直接與熱空氣幕簾767相接，這就將膜熱的時間最小化并防止多余的熱量傳到支撐件753上。
參見圖22和23，薄的柔性膜751從供給輥750經(jīng)惰輪752提供。輥752可以和測壓元件或其他機(jī)械部件相接來控制引入膜751的進(jìn)入張力。之后，將膜751與支撐件753緊密接觸。膜和支撐件再通過真空帶764。在真空帶764中，壓力落差進(jìn)一步使膜與支撐件753緊密接觸。真空壓力再將膜卸除供給張緊狀態(tài)。膜和支撐件的結(jié)合體再經(jīng)過熱空氣幕簾767。熱空氣幕簾加熱膜和支撐件的結(jié)合體，這樣來將膜軟化。
加熱軟化的膜和支撐件結(jié)合體再進(jìn)入真空區(qū)765，在那里壓力落差使加熱膜變形并呈現(xiàn)支撐件的形貌。那些位于支撐件開口區(qū)上的加熱膜區(qū)域進(jìn)一步變形進(jìn)入支撐件開口。如果熱和變形力足夠，那么位于支撐件開口區(qū)上的膜破裂形成孔。
仍然熱的孔膜和支撐件結(jié)合體再進(jìn)入冷卻帶762。在冷卻帶中，足夠量的環(huán)境空氣經(jīng)過已經(jīng)開孔的膜，同時將膜和支撐件冷卻下來。
冷卻的膜再從繞著惰輪754的支撐件上取下。惰輪754可以和測壓元件或其他機(jī)械裝置相連控制纏繞張力?？啄ぴ俳?jīng)過完成輥756，在那里被卷起。
圖24是在使用圖9中的文件進(jìn)行光柵掃描鉆孔得到的支撐件上使用已有技術(shù)得到的孔膜800的顯微照片。該孔膜表面是一個平面852并帶有一連串的嵌套的六邊形孔853。
圖25是在光柵掃描鉆孔得到的另一個支撐件上使用已有技術(shù)得到的另一個孔膜的顯微照片。該孔膜表面特征也是一個平面且?guī)в幸幌盗斜葓D24中的更大的帶嵌套的六邊形孔。
圖26是本發(fā)明的具有一定排列的孔和宏觀特征的三維孔膜的另一個實施例的顯微照片。圖26中的膜800的孔12和宏觀特征14排列在一起。所有的孔12和宏觀特征14排列在一起這樣它們的相對位置就是規(guī)則的。
雖然已經(jīng)描述了制作三維孔膜的方法可以使用熱空氣幕簾作為機(jī)械加熱的方法，但是也可以采用其他任何適合的方法，諸如紅外線加熱法、熱輥加熱法或類似的方法利用本發(fā)明的激光雕刻三維形貌的支撐件來生產(chǎn)孔膜。
在另一種生產(chǎn)孔膜的方法中，引入膜的供給系統(tǒng)中可以換為適合的擠出系統(tǒng)。這樣擠出系統(tǒng)提供薄膜擠出型材；依擠出型材溫度而定，它既可以通過不同的方法，如冷空氣沖擊或先通過冷卻輥再接觸三維形貌的支撐件冷卻到合適的溫度，也可以直接與三維形貌的支撐件接觸。薄膜擠出型材和成型表面再經(jīng)受如上所述的相同的真空成型力，而無須加熱薄膜將其軟化變形。
圖27是本發(fā)明的兩層結(jié)構(gòu)的橫截面。該結(jié)構(gòu)包括身體接觸層500，本例中是非織造制品，位于第二層501的上面，該層也是非織造制品。第二層501包括大量的宏觀特征14凸出在身體接觸層500的方向上。第二層501可以使用對本領(lǐng)域人員來說熟知的合適的黏合劑來和身體接觸層相連，然后將該兩層結(jié)構(gòu)一起通過壓送輥或類似設(shè)備。
圖29是根據(jù)本發(fā)明制得的孔膜300的一部分的顯微照片。圖30是根據(jù)本發(fā)明部分切除的兩層結(jié)構(gòu)400的透視圖。如所示，結(jié)構(gòu)400包括一個身體接觸層301，本例中是非織造制品。位于第二層300的上面，該例中的孔膜300見圖29。
第二層300包含一個非常平的區(qū)域303，它具有第一表面308，與第二表面310相對。且大量的孔311從第一表面308延伸到第二表面310。
第二層300還包括大量的在身體接觸層302方向上從平面區(qū)域303的第一表面308上凸出的大體上橢圓形的宏觀特征312。第二層還包括中央的圓形宏觀特征314。大體上橢圓形的宏觀特征312排列在圓形宏觀特征314的周圍，這樣宏觀特征312和宏觀特征314共同表現(xiàn)出了花的樣子。這樣，宏觀特征312和314一起給出了形象的設(shè)計元素。
圖29中盡管只是描繪了一個簡單的“花”，但是要知道圖29只是表現(xiàn)了孔膜的一部分，且完成的孔膜就將優(yōu)選還包括大量這樣的“花”設(shè)計，其通過大量的橢圓形宏觀特征312和大量圓形宏觀特征314給出的大量這樣的“花”外形。同樣地，圖30只描繪了一部分本發(fā)明的兩層結(jié)構(gòu)，且完成的兩層結(jié)構(gòu)優(yōu)選還要包括大量這樣的“花”的設(shè)計。此外，盡管這里使用了花的圖案作為可視設(shè)計元素進(jìn)行描述，顯然使用這里所述的宏觀特征類型還可以產(chǎn)生更多的其他的設(shè)計元素。
圖31是包括圖29所示兩層結(jié)構(gòu)的400的吸收件沿31-31線的橫截面視圖。吸收件410還包括一個吸收芯層412通過流體與兩層機(jī)構(gòu)400相連通。
如圖31所示，在雙層結(jié)構(gòu)400的位于宏觀特征312和宏觀特征314外面的那些區(qū)域內(nèi)，第二層300充分地、面對面地與所示的身體接觸層301接觸。此外，第二層300和身體接觸層301在每個宏觀特征312和宏觀特征314處接觸。
在宏觀特征312和宏觀特征314限定的范圍內(nèi)，也就是指定的區(qū)域318和320，身體接觸層301被安置在第一大體上平面A上，第二層300被安置在與第一平面A隔開的第二大體上平面B上。這樣，在宏觀特征312和宏觀特征314限定的范圍內(nèi)，身體接觸層301被安置在和第二層300隔開的位置上。
圖30所示的兩層結(jié)構(gòu)400優(yōu)選基本上利用如美國專利US6303208所述的方法成型為真空成型層壓材料，其主題在此引入作為參考。該特定的用來成型兩層結(jié)構(gòu)400的技術(shù)將參考圖32來描述。圖32是描述如何將纖維載體材料900(例如非織造制品)粘合在具有表面904和底表面906的熔化或半熔化膜材料上方法的簡圖。纖維材料900通過壓送輥911來成型兩層結(jié)構(gòu)600。
如圖所示，膜材料902從模口920出來，分配到支撐件753上。將膜材料920以一個升高的溫度進(jìn)行傳送。膜材料902通過在支撐件753上方并使用真空頭施加不同的壓力進(jìn)行成型和打孔。當(dāng)膜材料901從?？?20擠出后，膜就和支撐件753的旋轉(zhuǎn)表面相接觸。支撐件753的旋轉(zhuǎn)表面連續(xù)越過真空頭760運轉(zhuǎn)膜材料的各個部分，這樣膜就變形并呈現(xiàn)支撐件753的形貌。
纖維材料900具有第一表面940，將它引入與膜902的膜頂面904相接觸。纖維材料10具有第二表面942，它與第一表面904相對。分配裝置946將纖維材料900轉(zhuǎn)送到撞擊或?qū)訅狐c948，在那里纖維材料900和膜材料902彼此接觸形成層壓材料400。如實施例所示，纖維材料900和膜902在真空頭760的前緣931之前的撞擊點948接觸。在經(jīng)過撞擊點948之下后，膜材料902和纖維材料900經(jīng)過真空腔上方，使膜材料902在那里形成孔和宏觀特征。
上面所描述的兩層結(jié)構(gòu)有利于用作吸收件的覆蓋/轉(zhuǎn)移層，如衛(wèi)生棉、短褲襯墊、尿片、失禁墊或其他類似的產(chǎn)品用來吸收身體的分泌物，如月經(jīng)、尿、糞便或汗液。優(yōu)選地，吸收件為衛(wèi)生棉、短褲襯墊。這樣的衛(wèi)生棉、短褲襯墊可以具有近似的矩形、橢圓形、dogbone形狀或花生形狀。依吸收件的性能而定，它的尺寸可以有不同。例如，衛(wèi)生棉通常厚度約為1.4到5mm，長度大約為8到41厘米(cm)，寬度大約為2.5到13cm。短褲襯墊通常厚度約小于5mm，長度大約小于20厘米(cm)，寬度大約小于8cm。
上述的兩層結(jié)構(gòu)優(yōu)選置于適合的吸收芯層上，其通常由松散地聯(lián)合在一起的吸水材料，象纖維素纖維，它包括木質(zhì)紙漿、再生纖維素纖維或棉纖維，或其他本領(lǐng)域熟知的吸收材料，包括丙烯酸纖維、聚乙烯醇纖維、泥煤苔以及超級吸收聚合物組成。
吸收件還可以包括背墊(backsheet)，它可以大體上或完全地不滲透液體，其外圍形成了制品的面對衣服的表層。背墊可以包括任何薄的、柔軟的、不滲透人體分泌物的材料，象聚合膜，例如聚乙烯、聚丙烯或玻璃紙。作為選擇，背墊還可以是常規(guī)的可滲透流體的材料，經(jīng)過處理得到不滲透性能，例如浸漬流體防護(hù)紙或非織造纖維材料，或者是柔性泡沫材料，比如聚氨酯或交聯(lián)聚乙烯。當(dāng)使用聚合物薄膜來制備時，背墊的厚度通常為0.025到0.051mm。本領(lǐng)域熟知的各種材料可以用來制備背墊，這些都可以使用。背墊可以是透氣的，也就是膜對于液體來說是個障礙但允許氣體排出。要達(dá)到這種目的的材料包括微孔膜，它的多微孔性是通過拉伸定向膜得到的。單層的或多層的滲透膜，織物以及它們的結(jié)合體提供了曲折的路徑，和/或它們的表面特性提供了液體表面防護(hù)性能，使液體不滲透，也可以用來提供可透氣性背墊。
吸收件的橫截面視圖包括一個如圖28所示的兩層結(jié)構(gòu)。該兩層結(jié)構(gòu)可以用作覆蓋/轉(zhuǎn)移層。該吸收件包括一個背墊503。位于背墊上方的是吸收芯層502。吸收芯層上方是兩層結(jié)構(gòu)504。兩層結(jié)構(gòu)504包括在第二層501(該層為孔膜)上的非織造第一層或身體接觸層500?？啄み€包括不連續(xù)的宏觀特征14和孔12。
該吸收件可以包括其他熟知的材料、層以及添加劑，如黏合劑，離型紙，泡沫層，網(wǎng)狀層，香料，藥物，增濕劑和類似物品，它們中許多都是本領(lǐng)域熟知的。
實施例本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)包括可滲透流體的第一層，它與可滲透流體的第二層之間通過流體相互連通，其中層與層之間實際上只是通過大量的不連續(xù)的具有合適的流體處理性能的宏觀特征相互接觸。特別地，可棄吸收產(chǎn)品具有含大量不連續(xù)宏觀特征的成分層，它的流體滲透時間短。此外，可棄吸收產(chǎn)品包括孔膜，它帶有大量不連續(xù)宏觀特征，表現(xiàn)出經(jīng)過六次浸入重復(fù)浸入時間增加小于約40％的。
本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)包括帶有大量不連續(xù)宏觀特征的孔膜(參見例1，2和3)，使用流體滲透測試和重復(fù)浸入測試，來對作為轉(zhuǎn)移層的這種結(jié)構(gòu)和含有已有技術(shù)1和2(孔膜)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。用于流體滲透測試和重復(fù)浸入測試的測試流體是合成月經(jīng)流體，在1弧度/秒下其粘度為30厘泊。
測試組件是由實施例1-3和已有技術(shù)1和2制得的，使用了覆蓋層、吸收芯層和阻隔層，它們來自市售的衛(wèi)生棉，Stayfree Products Thin Long with Wings，distributed by Personal Products Company Division of McNeil-PPC，Inc.Skillman，NJ.覆蓋層是熱粘合的聚丙烯織物；吸收芯層是含有高吸收能力聚合物的材料；阻隔層是帶有顏料的聚乙烯膜。仔細(xì)地從產(chǎn)品上剝?nèi)ジ采w層和轉(zhuǎn)移層，暴露出與阻隔膜是粘合在一起的吸收芯層。接下來，切下一片尺寸約為200mm長、至少吸收芯層那么寬的轉(zhuǎn)移層材料進(jìn)行測試，再在與吸收芯層暴露的表面相接定向的轉(zhuǎn)移層材料的一側(cè)施以壓敏性熱熔黏合劑，比如HB Fuller Corporation，St.Paul，MN 55100提供的HL-1471xzp。在要進(jìn)行測試的材料上，用涂布有每平方米約1.55克的黏合劑的離型紙將黏合劑轉(zhuǎn)移上去。要進(jìn)行測試的轉(zhuǎn)移層材料被定向，使粘合劑側(cè)朝向吸收芯層，被安置在吸收芯層的上面。覆蓋層置于要測試的轉(zhuǎn)移層材料上就完成了測試組件。
本發(fā)明所述的另一種結(jié)構(gòu)(實施例4)的測試也是通過流體滲透測試進(jìn)行。該結(jié)構(gòu)包含非織造層，它具有大量不連續(xù)的宏觀特征。該結(jié)構(gòu)按照如下步驟進(jìn)行制備。身體接觸層和第二層都含有非織造制品。身體接觸層包含點粘式非織造制品，它包括40％3denier的和60％6denier的聚丙烯人造短纖維混合物，其基本重量為每平方米34克(gsm)。本實施例的第二層是由30gsm的起始非織造制品制得的，它包括50％的聚酯纖維和50％的雙組份纖維(在聚酯的芯外面有共聚酯的外殼)，它來自Libeltex n.v.in Meulebeke，比利時)。
離散的宏觀特征是在合適的非織造層上使用具有規(guī)則的、截錐形重復(fù)圖案的金屬板將起始非織造制品通過熱成形得到的。非織造制品的熱成形是將起始非織造制品置于金屬板和6.35mm厚的橡膠背表面之間，壓力為30.1公斤力/平方厘米、溫度為107℃下壓制15秒得到的。金屬板具有重復(fù)的截錐形圖案，交錯的行距為6.36mm。每個錐體形基底直徑約為3.5mm，頂部直徑為1.2mm，高為2.8mm。熱成形在非織造制品表面形成了離散的宏觀特征。
當(dāng)身體接觸層置于第二層上，且宏觀特征凸起在身體接觸層方向上時，實際上兩層只是通過第二層上的宏觀特征彼此接觸。
該兩層結(jié)構(gòu)置于吸收芯層材料上，該材料包括紙漿和高吸收能力的聚合物。例如US5916670(Tan等)所述，在此引入，作為參考。兩層結(jié)構(gòu)置于吸收芯層上，第二層與芯層相對。不可滲透流體的阻隔層置于芯層材料的另一面上制得吸收件，用來吸收人體產(chǎn)生的流體，例如月經(jīng)。
作為比較，兩層結(jié)構(gòu)含有相同的非織造層，但是沒有哪層帶有宏觀特征(實施例4對比)，拿它來進(jìn)行流體滲透測試。
圖表1所述為經(jīng)過測試的商業(yè)產(chǎn)品和使用本發(fā)明的實施例以及代表已有技術(shù)的實施例制得的吸收測試組件。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)包括三維孔膜或非織造制品，它們帶有大量的不連續(xù)的宏觀特征，具有改良的流體處理性能。特別地，當(dāng)該結(jié)構(gòu)作為可棄吸收制品的組成層時，它的流體滲透時間少。此外，帶有三維孔膜的該結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出的重復(fù)浸入率在6次浸入的情況下，提高了約不到40％。
流體滲透時間和重復(fù)浸入時間是各自通過下面的測試手段來進(jìn)行測量的。測試的環(huán)境條件為攝氏21度，相對濕度為65％。在測試之前，商品試樣和測試組件至少在該條件下放置8小時。
流體滲透時間(FPT)是通過將要進(jìn)行測試的試樣放在流體滲透測試孔板(orifice plate)下?？装逵?.6cm×25.4cm的板面以及1.3cm厚度的在中心帶有橢圓形孔口的聚碳酸酯組成。該橢圓形的孔口主軸長3.8cm，副軸長1.9cm?？装寰佑谝M(jìn)行測試的式樣的中心。含有7ml的測試流體的刻度為10cc的注射器位于孔板的上方，注射器的出口在孔口上距離約3英寸。注射器水平放置，與測試板表面平行，之后流體從注射器中射出，控制其速度使流體以一股與測試板垂直的方向進(jìn)入孔口，并在流體第一次接觸試樣時開始啟動秒表。當(dāng)試樣表面第一次在孔口中可見時，停止秒表。秒表上用去的時間就是流體滲透時間。平均流體滲透時間(FPT)是測量五個試樣后計算得到的。

重復(fù)浸入時間的測試是將要進(jìn)行測試的試樣放置在彈性墊(resilientCushion)上，用重復(fù)浸入孔板(Repeat Insult Orifice Plate)蓋在試樣上，再按照表中所述施加測試流體。
彈性墊(resilient Cushion)是這樣制得的使用低密度的(0.03-0.0g/cm3，在0.24kPa或0.035psi條件下測得)非織造織物作為彈性材料。非織造織物切割成矩形片(32×14cm)，一片一片的疊放在一起，直至達(dá)到自由厚度約為5cm。然后非織造織物疊層由一層0.01mm厚的聚氨酯彈性膜包裹，如TUFTANE膜(由LordCorp.，UK生產(chǎn))，并在背面用雙面透明帶封起來。
重復(fù)浸入孔板(Repeat Insult Orifice Plate)由7.6cm×25.4cm的板面以及1.3cm厚度的聚碳酸酯制成，其中央部位有一個圓形的孔口。該孔口的直徑為2.0cm。孔板放置在要進(jìn)行測試的試樣的中央。含有2ml的測試流體的刻度為10cc的注射器位于孔板的上方，注射器的出口在孔口上距離約1英寸。注射器水平放置，與測試板平行，之后流體從注射器中射出，控制其速度使流體以一股與測試板垂直的方向進(jìn)入孔口，并在流體第一次接觸試樣時開始啟動秒表。當(dāng)試樣表面第一次在孔口中可見時，停止秒表。秒表上用去的時間就是第一次流體滲透時間。在間隔為5分鐘的時間過后，在將第二次將2ml的測試流體射出進(jìn)入重復(fù)浸入孔板(Repeat Insult Orifice Plate)的圓形孔口中，如上次一樣得到第二次的流體滲透時間。重復(fù)這樣的步驟持續(xù)直到全部六次流體浸入完成，每次間隔5分鐘，計時。六次浸入后，流體滲透時間的的增長百分比計算方法如下100乘以第六次浸入的時間和第一次浸入的時間的差再除以第一次浸入的時間。流體滲透時間的平均增長百分比是通過測試5個試樣后計算得出的。

權(quán)利要求
1.用于吸收件的兩層結(jié)構(gòu)，包括可滲透流體的第一層；與所述第一層通過流體連通的可滲透流體的第二層，所述第二層具有大體上平坦的表面以及第一批從所述平面上延伸出來的不連續(xù)的宏觀特征；其中，所述的第一層和所述的第二層排列形成一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，所述第一層和所述第二層在每個所述的宏觀特征處相互接觸，且所述第一層和所述第二層的大體上平坦的表面在位于所述宏觀特征之間的選定區(qū)域相互接觸。
2.權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中由每個所述宏觀特征限定的區(qū)域內(nèi)，所述第一層和所述第二層是隔開的。
3.權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，還包括第二批的宏觀特征，所述第一批的宏觀特征和第二批的宏觀特征協(xié)同產(chǎn)生大量可視圖樣元素。
4.權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述的第二層是一層孔膜。
5.權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述的第一層是非織造布。
6.一種包括兩層結(jié)構(gòu)的吸收件，所述兩層結(jié)構(gòu)位于吸收層的上方，其結(jié)構(gòu)包括可滲透流體的第一層；與所述第一層通過流體連通的可滲透流體的第二層，所述第二層具有大體上平坦的表面以及第一批從所述平面上延伸出來的不連續(xù)的宏觀特征；其中所述的第一層和所述的第二層排列形成一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，所述第一層和所述第二層在每個所述的宏觀特征處相互接觸，且所述第一層和所述第二層的大體上平坦的表面在位于所述宏觀特征之間經(jīng)由選擇的區(qū)域相互接觸。
7.權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)，其中由每個所述的那些宏觀特征限定的區(qū)域內(nèi)，所述第一層和所述第二層是隔開的。
8.權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)，還包括第二批的宏觀特征，所述第一批的宏觀特征和第二批的宏觀特征協(xié)同產(chǎn)生大量的可視圖樣元素。
9.權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)，其中所述的第二層是一層孔膜。
10.權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)，其中所述的第一層是非織造布。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種包括可滲透流體的、第一層和第二層之間通過流體連通的兩層結(jié)構(gòu)。兩層通過大量不連續(xù)的宏觀特征相接觸，其中宏觀特征既可以是凸出在第一層上也可以是凸出在第二層上。該結(jié)構(gòu)特別用于吸收件的覆蓋/轉(zhuǎn)移層。
文檔編號D04H13/00GK1715045SQ20041008742
公開日2006年1月4日 申請日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者W·G·F·凱利, W·A·詹姆斯, A·瓊斯 申請人:麥克內(nèi)爾-Ppc股份有限公司