KR102119072B1 - 중공형 돌출부들 및 개구들을 구비한 유체-엉킴된 적층체 웹을 제조하는 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체-엉킴된 적층체 웹을 형성하기 위한 공정 및 장치에 관한 것이다. 적층체 웹은 지지층 및 바람직하게는 중공형인 복수의 돌출부를 갖는 부직포 돌출부 웹을 포함한다. 적층체 웹은 또한 돌출부들 사이사이에 배치된 복수의 개구를 포함한다. 유체-엉킴 공정의 결과로서, 엉킴 유체는 지지층을 통해서 성형면에 위치하고 있는 돌출부 웹으로 유도된다. 엉킴 유체의 힘은 두 층으로 하여금 서로 결합되게 하고 유체는 돌출부 웹 내의 섬유들의 일부분으로 하여금 성형면에 존재하는 개구들로 강제로 유도됨으로써 중공형 돌출부를 형성하게 한다. 엉킴 유체의 힘은 또한 두 층의 섬유로 하여금 성형면에 존재하는 돌기들 주위로 이동되게 함으로써 개구를 형성하게 한다.

Description

중공형 돌출부들 및 개구들을 구비한 유체-엉킴된 적층체 웹을 제조하는 공정

본 발명은 중공형 돌출부들 및 개구들을 구비한 유체-엉킴된 적층체 웹을 제조하는 공정에 관한 것이다.

섬유성 부직포 웹 물질은 대부분 일회용인 흡수성 구조체 및 닦아내는 제품(wiping product)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 응용예에서 널리 사용되고 있다. 구체적으로, 상기 물질은 개인 위생 흡수 용품, 예컨대 기저귀, 기저귀 팬티, 훈련용 팬티, 여성 위생 제품, 성인 실금 제품, 붕대 및 아기와 성인 물수건 같은 닦아내는 제품에 일반적으로 사용된다. 이 응용예들 중 다수에서, 3차원성과 증가된 표면적은 바람직한 속성이다. 이는 상술한 개인 위생 흡수 용품과 세정 제품을 위한 신체 접촉 물질에서 특히 해당된다. 개인 위생 흡수 용품의 주요 기능들 중 하나는 혈액, 생리혈, 소변 및 대변 같은 신체 삼출물을 흡수하고 보유하는 것이다. 중공형 돌출부를 갖는 섬유성 부직포를 제공함으로써 여러 속성을 동시에 실현할 수 있다. 첫째, 돌출부를 제공함으로써, 물질 사용을 최소화하면서 높은 수준의 두께를 갖도록 전체 적층체를 제조할 수 있다. 따라서 물질 두께가 증가하면 사용자의 피부를 흡수 코어로부터 분리시키는 것을 향상시킴으로써 더 건조한 피부에 대한 전망을 개선하는 역할을 한다. 돌출부를 제공함으로써, 삼출물이 흡수되는 동안 삼출물을 돌출부의 높은 지점으로부터 일시적으로 거리를 두어서, 피부 접촉을 줄이고 더 나은 피부 혜택을 제공할 수 있는 지면 구역이 상기 돌출부들 사이에 생성된다. 둘째, 상기 돌출부를 제공함으로써, 완제품에 삼출물이 확산되는 것이 줄어들어서 피부를 오염에 덜 노출시킬 수도 있다. 셋째, 돌출부를 제공함으로써, 상기 중공들이 스스로 유체 저장소 역할을 해서, 일시적으로 신체 삼출물을 저장한 다음 나중에 상기 삼출물이 제품 전체의 하부층으로 수직 이동할 수 있게 한다. 넷째, 피부 접촉을 전체적으로 감소시킴으로써, 이런 돌출부를 가진 섬유성 부직포 적층체는 더 부드러운 느낌을 상기 접촉된 피부에 제공할 수 있게 되고, 그에 따라 상기 층과 제품 전체의 촉각적 미감을 향상시킬 수 있게 한다. 다섯째, 이러한 물질이 일회용 흡수 용품을 위한 신체 접촉 라이너 재료로서 사용될 때, 라이너 재료는 또한 제품이 제거될 때 세정 보조기구로서 작용하는 기능을 수행한다. 특히 상기 제품들과 연계해서 흔히 마주치게 되는 것과 같은 생리혈과 저점도 대변이 이 경우이다.

상술한 속성들을 제공하고, 상술한 작업들을 수행할 섬유성 부직포 웹을 제공하려는 다른 시도들이 이루어졌다. 그러한 한 가지 접근법은 다양한 종류의 양각을 사용해서 3차원성을 만드는 것이었다. 이것은 어느 정도 효과가 있지만, 중요한 표면형태를 만드는 데에 높은 평량이 요구된다. 또한, 양각이 그 속성상 붕괴 및 접합 공정이라는 사실로 인해 출발 두께를 잃게 되는 것이 양각 공정에 고유하다. 또한, 부직포 직물에 양각을 "세팅(set)"하기 위해서는, 고밀도 부위들을 융합시켜서 일반적으로 유체 불투수성인 용접 지점을 만드는 것이 일반적이다. 이에 따라 유체가 상기 물질을 통과하는 구역의 일부가 손실된다. 또한, 상기 직물을 "세팅(setting)"함으로써 상기 물질이 강직해지고 터치에 덜 부드러워지게 할 수 있다.

상술한 속성들을 제공하기 위한 또 다른 접근법은 섬유성 웹을 3차원 성형면에 형성하는 것이었다. 그 결과로 형성된 구조는, 통상적으로, (바람직한 미적 속성이 있는 부드러운 섬유가 사용된다고 가정할 때) 저 평량에서 탄성을 거의 갖지 않으며, 롤(roll)로 감겨 후속 변환 공정을 거치는 경우 표면형태가 상당히 열화된다. 이것은 3차원 형상이 섬유로 채워질 수 있도록 하여 입체 성형 공정에서 부분적으로 해결된다. 하지만, 이것은 통상적으로 더 많은 물질을 사용하기 때문에 더 비용이 높게 나오며, 연성을 희생할 뿐만 아니라, 생성된 물질이 특정 응용예들에는 심미적으로 매력적이지 않게 된다는 사실로 온다.

상술한 속성들을 제공하기 위한 또 다른 접근법은 섬유성 웹에 개구(aperture)를 형성하는 것이었다. 상기 공정에 따라, 이것은 편평한 2차원 웹 또는 약간 3차원성을 가진 웹을 생성할 수 있는데, 여기서 대체된 섬유 웹이 원래 웹의 평면으로부터 밀려나게 된다. 통상적으로, 3차원성의 정도는 제한되고, 충분한 하중 하에서, 상기 대체된 섬유는 그것의 원래의 위치를 향해 가압된 결과 상기 개구의 적어도 부분적인 폐쇄를 형성할 수 있다. 초기 웹의 평면 밖으로 변위된 섬유를 "세팅"하려는 개구화 공정도, 출발 웹의 연성을 열화시키기 쉽다. 다른 장애물은 개구화된 물질이 통상적으로 접착제의 사용에 의해 최종 제품에 혼입된다는 점이다; 그러나, 개구의 개방 구조로 인해, 접착제가 종종 부직포의 개구를 통해 부직포의 밑면으로부터 그 상단의, 노출된 표면까지 쉽게 침투할 것이다. 이는 변환 공정에서의 접착제 축적 또는 최종 제품 내의 층들 사이에 의도하지 않은 접합 생성과 같은 원하지 않는 문제를 생성한다. 그러나, 개구들이 기능을 유지하고 다른 구성요소들의 기능을 방해하지 않도록 하는 방식으로 부직포 웹에 혼입될 수 있다면, 개구들은 흡수 용품 내의 피부 대향 부직포 웹의 기능에 기여할 수 있다. 예를 들어, 개구들은 삼출물로부터 피부를 분리하고, 삼출물의 확산을 감소시키고, 삼출물이 피부-접촉 부직포 층을 통과하여 흡수 용품의 다른 층으로 통과하는 통로를 제공하는 데에 기여할 수 있다. 이러한 기능적 이점 각각은, 흡수 용품 세정제에서 착용자의 피부를 유지하는 데 기여한다.

상술한 중공형 돌출부를 갖는 섬유성 부직포 물질의 이점을 고려하면, 개구를 또한 포함하는 중공형 돌출부를 갖는 섬유성 부직포 물질을 형성하기 위한 개선된 공정을 제공할 기회가 남아 있다. 또한, 중공형 돌출부의 패턴과 정합되는 개구의 패턴을 갖는 섬유성 부직포 물질을 형성하기 위한 공정을 제공할 기회가 남아 있다.

본 발명은 중공형 돌출부들 및 개구들을 보유한 섬유성 부직포 층을 갖는 유체-엉킴된 적층체를 제조하기 위한 공정 및 장치에 관한 것이다.

일 측면에서, 본 발명은 내부에 복수의 성형 구멍(forming hole)들을 정의하는 돌출부 성형면을 제공하되, 상기 성형 구멍들은 서로 이격되어 있으며 그들 사이에 지면 구역들을 갖는 공정 단계를 포함하는 공정이다. 상기 돌출부 성형면은 복수의 돌기를 추가로 정의하며; 상기 돌기는 인접하는 지면 구역을 갖는다. 상기 돌출부 성형면은 돌출부 성형면 속도로 기계 방향으로 이동 가능하다. 또한 상기 돌출부 성형면을 향하는 방향으로 돌출부 유체 제트(fluid jet)로부터 엉킴 유체의 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 내뿜을 수 있는 복수의 돌출부 유체 제트를 갖는 돌출부 유체 엉킴 디바이스가 제공된다.

공정의 다음 단계는 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는 지지층을 제공하는 것이다. 다음 단계는 복수의 섬유 및 대향하는 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 부직포 돌출부 웹을 제공하는 것이다. 상기 돌출부 웹은 상기 돌출부 웹의 외부 표면을 상기 돌출부 성형면에 인접하게 위치시키면서 상기 돌출부 성형면 상에 송급된다. 상기 지지층의 대향하는 제2 표면은 상기 돌출부 웹의 내부 표면 상에 송급된다. 공정의 다음 단계는 상기 복수의 돌출부 유체 제트로부터의 엉킴 유체의 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 상기 지지층의 제1 표면에서 상기 돌출부 성형면을 향하는 방향으로 유도해서 다음과 같은 것이 발생하게 한다: a) 상기 돌출부 성형면 내의 성형 구멍들 부근에 있는 상기 돌출부 웹의 제1 복수의 섬유가 상기 성형 구멍들 내로 유도되어서 상기 돌출부 웹의 외부 표면으로부터 외측으로 연장되는 복수의 돌출부를 형성하는 것; b) 상기 돌기와의 접촉 지점에서 상기 지지층과 돌출부 웹을 통한 개구의 형성; 그리고 c) 상기 돌출부 웹의 제2 복수의 섬유가 상기 지지층과 엉키게 되어서 적층체 웹을 형성하는 것. 이러한 엉킴은 상기 지지층과 엉키는 돌출부 웹의 섬유들 또는 상기 지지층 역시 섬유성 구조인 경우에는, 상기 돌출부 웹의 섬유들과 엉키는 지지층의 섬유들 또는 상기 설명한 두 가지 엉킴 공정의 조합의 결과일 수도 있다. 또한, 상기 돌출부 웹의 제1 및 제2 복수의 섬유들은 동일한 복수의 섬유들일 수도 있고, 특히 상기 돌출부가 동일한 섬유들 만큼 밀접한 간격을 두고 있을 때에, 충분한 길이를 가진다면, 상기 돌출부를 형성할 뿐만 아니라 상기 지지층과 엉킬 수 있다.

상기 돌출부 웹 내의 돌출부들을 성형하고, 상기 지지층과 돌출부 웹을 통한 개구의 형성 및 상기 돌출부 웹과 상기 지지층을 부착해서 적층체 웹을 형성한 다음, 상기 적층체 웹을 상기 돌출부 성형면으로부터 제거한다. 상기 공정과 장치에 대한 특정한 실행에서, 상기 복수의 유체 스트림의 방향은 중공형인 돌출부의 형성을 야기하는 것이 바람직하다.

본 발명의 이러한 공정의 추가 측면에서, 돌출부 웹의 섬유는 개구의 원주(또는 둘레)를 따라 지지층의 섬유와 엉키게 된다. 개구를 형성하는 데에 사용되는 돌출부 성형면 상의 돌기들은 뾰족한 형상, 돔 형상 또는 편평한 형상으로부터 선택될 수 있는 접촉 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 공정은 상기 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 유도하는 단계와 상기 적층체 웹을 제거하는 단계 사이에서 상기 돌출부 유체 제트들 중 2개 사이에 위치한 이차 성형면을 제공하는 추가 단계를 포함할 수 있다. 이 단계가 추가될 때, 적층체 웹은 돌출부 성형면과 이차 성형면 사이를 지나간다. 이러한 실행으로, 이차 성형면은 돌출부 성형면의 돌기와 맞물리도록 위치한 복수의 수용 구멍을 포함한다. 이차 성형면은 개구들의 양호한 형성을 돕는다. 다른 측면에서, 개구들의 양호한 형성은 돌출부 성형면의 돌기에 대하여 엉킴 유체를 집중시키도록 하는 방식으로 돌출부 유체 제트들 중 적어도 하나가 돌출부 성형면에 대하여 위치되게 함으로써 달성될 수도 있다.

바람직한 디자인에서, 상기 돌출부 성형면은 비록 벨트 시스템 또는 벨트와 와이어 시스템으로부터 성형면을 형성하는 것도 가능하지만, 질감화 드럼(texturizing drum)을 포함한다. 특정 구현예들에서, 상기 돌출부 성형면의 지면 구역들은 유체 투과성이지 않는 것이 바람직하며, 다른 상황들에서는 그것들은 투과성일 수 있는데, 특히 상기 성형면이 다공성 성형 와이어인 경우에 그러하다. 원하는 경우, 상기 성형면은 상기 구멍들과 더불어 상승된 구역들을 가지고 형성됨으로써 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹의 지면 구역들 내에 오목부를 형성할 수 있다.

상기 장비에 대한 대안적인 구현예들에서, 상기 돌출부 웹 및/또는 상기 지지층은 상기 돌출부 성형면이 이동중인 속도와 동일하거나 더 빠르거나 더 느린 속도로 상기 돌출부 성형 공정 속으로 송급될 수 있다. 상기 공정에 대한 특정 구현예들에서, 상기 돌출부 웹은 상기 지지층이 상기 돌출부 웹 상에 송급되는 속도 보다 빠른 속도로 상기 돌출부 성형면 상에 송급되는 것이 바람직하다. 다른 상황들에서는, 상기 돌출부 웹과 상기 지지층 양쪽 모두 상기 돌출부 성형면의 속도 보다 빠른 속도로 상기 돌출부 웹 상에 송급하는 것이 바람직하다. 상기 공정 내로 과잉송급되는 물질은 상기 돌출부들의 형성을 위한 돌출부 웹 내부에 추가적인 섬유성 구조를 제공하는 것으로 발견되었다. 상기 물질이 상기 공정 내로 송급되는 비율을 과잉송급 비율이라고 부른다. 구체적으로 잘 성형된 돌출부는, 상기 물질이 상기 공정과 장치 내로 송급되는 속도가 상기 돌출부 성형면의 속도보다 약 10과 약 50% 사이 만큼 빠르다는 것을 의미하는, 상기 과잉송급 비율이 약 10과 약 50% 사이일 때 형성될 수 있다고 발견되었다. 이는 상기 돌출부 웹을 상기 공정과 장치 내로 과잉송급하는 것과 관련하여 특히 유리하다.

상기 공정과 장비의 대안적인 형태로서, 예비-적층(pre-lamination) 단계가 상기 돌출부 형성 단계에 앞서 제공된다. 본 실시예에서, 상기 장비와 공정에는 유체에 투과성을 가진 적층 성형면이 제공된다. 상기 적층 성형면은 적층 형성 속도로 기계 방향으로 이동할 수 있다. 상기 공정과 장비에 대한 다른 실시예와 관련하여, 서로 이격되어 있는 성형 구멍들을 가지고, 그들 사이에 지면 구역들을 가지며, 내부에 복수의 성형 구멍들을 정의하는 돌출부 성형면이 제공된다. 돌출부 성형면은 복수의 돌기를 추가로 정의하며, 이때 돌기들은 인접하는 지면 구역을 갖는다. 상기 돌출부 성형면은 또한 돌출부 성형면 속도로 기계 방향으로 이동할 수 있다. 또한 상기 장비 및 공정은 상기 적층 성형면을 향하는 방향으로 적층 유체 제트(fluid jet)로부터 엉킴 유체의 복수의 가압된 적층 유체 스트림을 내뿜을 수 있는 배출 가능한 복수의 적층 유체 제트를 가지는 적층 유체 엉킴 디바이스 및 상기 돌출부 성형면을 향하는 방향으로 돌출부 유체 제트(fluid jet)로부터 엉킴 유체의 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 내뿜을 수 있는 복수의 돌출부 유체 제트를 가지는 돌출부 유체 엉킴 디바이스를 포함한다.

다른 공정 및 장비에서와 같이, 상기 공정은 대향하는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 지지층을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 공정은 또한 복수의 섬유 및 대향하는 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 돌출부 웹을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 지지층 및 상기 돌출부 웹은 상기 적층 성형면 상에 송급되는데, 여기서 엉킴 유체의 복수의 가압된 적층 유체 스트림이 상기 복수의 적층 유체 제트에서 상기 지지층 및 상기 돌출부 웹으로 유도되어서 상기 돌출부 웹으로부터의 섬유들의 적어도 일부가 상기 지지층과 엉키게 되어서 적층체 웹을 형성하게 된다.

상기 적층체 웹이 형성된 후, 그것은 상기 돌출부 웹의 외부표면을 상기 돌출부 성형면에 인접하게 위치시키면서 상기 돌출부 성형면 상에 송급된다. 다음으로, 상기 복수의 적층 유체 제트로부터의 엉킴 유체의 복수의 가압된 적층 유체 스트림이 상기 지지층의 제1 표면으로부터 상기 돌출부 성형면을 향하는 방향으로 상기 적층체 웹 내로 유도되어서, 상기 돌출부 성형면 속 성형 구멍들 부근의 돌출부 웹 내 제1 복수 섬유들로 하여금 상기 성형 구멍들 내로 유도되도록 해서 상기 돌출부 웹의 외부 표면으로부터 외측으로 연장되는 복수의 돌출부를 형성하게 한다. 복수의 돌출부 유체 제트로부터의 엉킴 유체의 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림은 또한 적층체 웹으로 유도되어 돌기와의 접촉 지점에서 적층체 웹을 통한 개구의 형성을 야기한다. 이와 같이 형성된 유체-엉킴된 적층체 웹을 그런 다음 상기 돌출부 성형면으로부터 제거한다. 상기 공정과 장치에 대한 특정한 실행에서, 상기 복수의 유체 스트림의 방향은 중공형인 돌출부의 형성을 야기하는 것이 바람직하다.

상기 돌출부 성형 단계 전에 적층 단계를 채용하는 공정에 있어서, 상기 적층은 상기 적층 성형면과 직접 접촉하고 있는 층인 지지층이든지, 상기 적층 성형면과 직접 접촉하고 있는 돌출부 웹에 일어날 수도 있다. 상기 지지층이 상기 적층 성형면 상에 송급될 때, 그것의 제1 표면은 상기 적층 성형면에 인접하게 될 것이고, 그래서 상기 돌출부 웹의 내부 표면은 상기 지지층의 제2 표면 상에 송급된다. 그 결과, 상기 가압된 적층 유체 제트로부터 내뿜는 상기 엉킴 유체의 복수의 가압된 적층 유체 스트림은 상기 돌출부 웹의 외부 표면으로부터 상기 적층 성형면을 향해 유도되어서, 상기 돌출부 웹으로부터의 섬유들의 적어도 일부가 상기 지지층과 엉키게 되어서 상기 적층체 웹을 형성하게 한다.

제1 공정에서와 같이, 돌출부 웹의 섬유들은 개구의 원주(또는 둘레)를 따라 지지층의 섬유와 엉키게 된다. 개구를 형성하는 데에 사용되는 돌출부 성형면 상의 돌기들은 뾰족한 형상, 돔 형상 또는 편평한 형상으로부터 선택될 수 있는 접촉 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 공정은 상기 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 유도하는 두번째 단계와 상기 적층체 웹을 제거하는 단계 사이에서 상기 돌출부 유체 제트들 중 2개 사이에 위치한 이차 성형면을 제공하는 추가 단계를 포함할 수 있다. 이 단계가 추가될 때, 적층체 웹은 돌출부 성형면과 이차 성형면 사이를 지나간다. 이러한 실행으로, 이차 성형면은 돌출부 성형면의 돌기와 맞물리도록 위치한 복수의 수용 구멍을 포함한다. 예비-적층 단계를 포함하는 상기 공정은 또한 돌출부 성형면의 돌기에 대하여 엉킴 유체를 집중시키도록 하는 방식으로 돌출부 유체 제트들 중 적어도 하나가 돌출부 성형면에 대하여 위치되게 할 수 있다.

상기 첫번째 공정에서와 같이, 상기 돌출부 성형면은 질감화 드럼을 포함할 수도 있고, 특정 응용예들에 있어서 상기 돌출부 성형면의 지면 구역들은 사용중인 엉킴 유체에 대하여 유체 투과성이지 않는 것이 바람직하다. 또한 상기 복수의 가압된 적층 유체 스트림은 중공형인 돌출부의 형성을 야기한다. 또한, 상기 돌출부 웹은 상기 지지층이 상기 적층 성형면 상에 송급되는 속도 보다 빠른 속도로 상기 지지층 상에 송급될 수 있다. 대안적으로, 상기 돌출부 웹과 상기 지지층 양쪽 모두 상기 적층 성형면 속도 보다 빠른 속도로 상기 적층 성형면 상에 송급될 수 있다. 상기 공정의 적층 형성 부분 내로 송급되는 물질에 대한 과잉송급 비율은 약 10과 약 50% 사이일 수 있다. 상기 적층체 웹이 형성되었다면, 그것은 상기 돌출부 성형면 속도 보다 빠른 속도로 상기 돌출부 성형면 상에 송급될 수 있다.

본 발명에 대한 이들 및 다른 실시에들은 이하에서 더욱 상세히 설명한다.

당업자에게 본 발명의 최상의 모드를 포함한 본 발명을 충분하고도 가능하게 하는 개시 내용이, 첨부 도면에 대한 참조를 포함하여 명세서의 나머지 부분에서 더욱 구체적으로 설명되어 있다:
도 1은 본 발명에 따른 유체 엉킴된 적층체 웹에 대한 일 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취한 도 1의 물질의 단면도이다.
도 2a는 도 1의 2-2 선을 따라 취한 본 발명에 따른 물질의 단면도로, 본 발명에 따른 유체-엉킴 공정으로 인한 적층체 내에서 가능한 섬유 이동의 방향들을 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹을 형성하기 위한 본 발명에 따른 장치 및 공정의 개략적인 측면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 돌출부 성형면의 대표적인 부분에 대한 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹을 형성하기 위한 본 발명에 따른 대안적인 장치 및 공정의 개략적인 측면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹을 형성하기 위한 본 발명에 따른 대안적인 장치 및 공정의 개략적인 측면도로, 도 4 뿐만 아니라 이어지는 도 5 및 7에서 나타낸 장치 및 공정을 적용한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹을 형성하기 위한 본 발명에 따른 대안적인 장치 및 공정의 개략적인 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹을 형성하기 위한 본 발명에 따른 대안적인 장치 및 공정의 개략적인 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹을 형성하기 위한 본 발명에 따른 대안적인 장치 및 공정의 개략적인 측면도이다.
본 명세서와 도면에서 참조 문자를 반복 사용하는 것은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내려는 것이다.

정의

본원에서 사용되는 용어 "부직포 직물 또는 웹"은 사이에 끼워지나, 편직 직물에서와 구별되는 방식이 아닌, 개별 섬유, 필라멘트 또는 실(thread)(총칭해서 간단히 "섬유"라고 부름)의 구조를 가지는 웹을 지칭한다. 부직포 직물 또는 웹은 다수의 공정 예컨대, 멜트블로운 공정, 스펀본드 공정, 본디드 카디드 웹 공정 등으로 형성되어 왔다.

본원에서 사용된 것과 같이, 용어 "멜트블로운 웹"은 일반적으로 용융된 열가소성 물질이 용융 섬유로서 다수의 미세한, 대개는 원형의 다이 모세관을 통해 압출되어 용융된 열가소성 물질의 섬유를 감쇄시켜서 그것의 직경을 감소시키는 수렴하는 고속 가스(예컨대 공기)로 압출되는 공정에 의해 형성되는 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, Butin 등에 의한 미국특허 제3,849,241호에 개시되어 있으며, 이는 그 전문이 모든 목적을 위해 참고 문헌으로 본원에서 원용된다. 일반적으로, 멜트블로운 섬유는 실질적으로 연속적 또는 불연속적이고 일반적으로 직경이 10㎛보다 작으며 수집 표면 상으로 용착될 때 일반적으로 접착성(tacky)인 극세사일 수도 있다.

본원에서 사용되는 용어 "스펀본드 웹(spunbond web)"은 일반적으로 작은 직경의 실질적으로 연속식 섬유를 함유하는 웹을 지칭한다. 섬유는 방적돌기(spinnerette)의 다수의 미세한, 일반적으로 원형인 모세관으로부터 용융된 열가소성 재료를 압출함에 의하여 형성되며, 그후 예를 들어 유도적 인발 및/또는 기타 공지된 스펀본딩 기구에 의해 압출된 섬유의 직경은 급격히 감소된다. 스펀본드 웹의 제조는 예컨대, Appel 등에 의한 미국특허 제4,340,563호, Dorschner 등에 의한 제3,692,618호, Matsuki 등에 의한 제3,802,817호, Kinney의 제3,338,992호, Kinney의 제3,341,394호, Hartman의 제3,502,763호, Levy의 제3,502,538호, Dobo 등에 의한 제3,542,615호 및 Pike 등에 의한 제5,382,400호에 기술 및 도시되어 있으며, 이들은 그 전문이 모든 목적을 위해 참고 문헌으로 본원에서 원용된다. 스펀본드 섬유는 수집 표면 상에 용착(deposit)될 때 일반적으로 끈적거리지 않는다. 스펀본드 섬유는 때때로 약 40μm 미만의 직경을 가질 수 있으며, 종종 약 5 내지 약 20μm일 수도 있다. 추가적으로 웹 무결성을 제공하기 위해 그렇게 형성된 웹은 원하는 경우에 추가적인 섬유 접합 기술을 거치게 될 수 있다. 예를 들면, 그 전문이 모든 목적을 위해 참고 문헌으로 본원에서 원용되는 Hansen 등에 의한 미국특허 제3,855,046호를 참조한다.

본원에 사용된 용어 "카디드 웹(carded web)"이란 일반적으로 통상적으로 100 mm 미만 길이의 섬유를 갖는 천연 또는 합성 단섬유(staple)를 포함하는 웹을 의미한다. 단섬유 더미는 개방 공정을 거쳐서, 섬유를 분리하고 빗질해서, 섬유가 추가 처리를 위해 이동중인 와이어 상에 피착되는, 기계 방향으로 정렬하는 카딩 공정으로 다음에 전송되는 섬유를 분리시킨다. 이렇게 웹은 보통 몇 가지 종류의 접합 공정, 예컨대 열 및/또는 압력을 이용하는 열 접합을 거치게 된다. 추가적으로 또는 대신에, 상기 섬유는 예컨대 분말 접착제를 이용하여 섬유를 함께 결합할 접착제 공정을 거칠 수도 있다. 또한, 상기 카디드 웹은 수력엉킴(hydroentangling)과 같은 유체 엉킴(fluid entangling)을 거치게 되어서 섬유를 엮음으로써 상기 카디드 웹의 무결성을 개선할 수도 있다. 일단 접합되면, 기계 방향으로의 섬유 정렬 때문에 카디드 웹은 일반적으로 교차 기계 방향 강도보다 더 큰 기계 방향 강도를 가질 것이다.

본원에서 사용된 용어 "유체 엉킴(fluid entangling)" 및 "유체 엉킴된(fluid entangled)"이란 일반적으로 주어진 섬유성 부직포 웹 내 또는 섬유성 부직포 웹과 기타 물질 사이의 섬유 엉킴의 정도를 더욱 증가시켜서 그 엉킴의 결과로 개별 섬유 및/또는 층의 분리를 더 어렵게 만들기 위한 형성 공정을 의미한다. 이는, 일반적으로, 영향을 가하는 가압된 유체에 대하여 적어도 소정의 정도의 투과성을 갖는 소정의 유형의 형성 또는 캐리어 표면 상의 섬유성 부직포 웹을 지지함으로써 달성된다. 가압된 유체 스트림(일반적으로 다중 스트림)은 상기 웹의 지지된 면에 대향하는 부직포 웹의 표면에 마주하도록 유도된다. 가압된 유체는 섬유들과 접촉하게 되어 섬유들 중 일부를 유체 흐름 방향으로 향하게 하며, 이에 따라 복수의 섬유 중 일부 또는 전부를 부직포 웹의 지지면을 향하도록 변위시킨다. 그 결과, 웹의 평면 차원인 X-Y 면에 대하여 웹(웹의 두께)의 소위 Z 방향으로 섬유들이 더욱 엉키게 된다. 두 개 이상의 개별적인 웹 또는 기타 층이 형성/캐리어 면 상에 서로 인접하게 배치되어 가압 유체를 겪게 되는 경우, 일반적으로, 바람직한 결과는, 웹들 중 적어도 하나의 섬유들 중 일부가 인접하는 웹이나 층으로 향하게 되어 두 개의 표면의 계면 간의 섬유 엉킴을 야기하여 섬유들의 엉킴 증가에 의해 웹들/층들의 접합 또는 결합을 발생시키는 것이다. 접합 또는 엉킴 정도는, 사용중인 섬유의 종류, 그들의 섬유 길이, 유체에 거치기 전 웹 또는 웹들의 예비 접합 또는 엉킴 정도, 사용중인 유체의 종류(물, 증기 같은 액체, 또는 공기 같은 가스), 유체의 압력, 유체 스트림의 수, 공정의 속도, 유체의 체류 시간 및 웹 또는 웹들/기타 층들 및 성형/담체 표면의 다공성을 포함하여 많은 요인에 따라 달라질 것이지만, 이에 한정되지 않는다. 가장 흔한 유체 엉킴 공정들 중 하나는, 부직포 웹의 통상의 기술자에게 공지되어 있는 공정인 수력엉킴(hydroentangling)이라 칭한다. 유체 엉킴 공정의 예시들은 Radwanski 등에 의한 미국특허 제4,939,016호, Evans에 의한 미국특허 제3,485,706호, Radwanski 등에 의한 미국특허 제4,970,104호 및 제4,959,531호에서 발견할 수 있는데, 이들 각각은 그 전문이 참고 문헌으로 모든 목적을 위해 본원에 원용된다.

발명의 상세한 설명

이제 본 발명의 실시예들을 참조하여, 하나 이상의 예들을 이하에서 제시한다. 각각의 예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 설명을 위해서 제공된다. 실제로, 본 발명의 범주 또는 사상을 벗어나지 않고 본 발명에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음이 당 기술분야의 숙련자에게 분명할 것이다. 예를 들면, 일 실시예로서 도시되거나 설명되는 특징들은 다른 실시예들에 대해 사용되어 계속해서 또 다른 실시예를 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 변형들 및 변경들을 첨부된 특허청구범위 및 그들의 등가물들의 범주 내로 포함시키고자 하는 것이다. 변수들의 범위가 주어졌을 때, 그 범위의 종점들 각각을 주어진 범위 내에 또한 포함시키고자 한다. 본 논의는 단지 예시적인 실시예들의 설명이며, 본 발명의 보다 넓은 측면들을 한정하려는 것이 아니고, 보다 넓은 측면들이 예시적인 구성들로 구현되는 것이 당 기술분야의 숙련자에게 이해되어야 한다.

본 명세서에서 설명되는 공정들 및 장치의 결과는 적층체의 적어도 표면 외측으로 그리고 그로부터 멀리 연장되는 돌출부들(projections) 및 돌출부들 사이사이에 배치된 개구들을 갖는 유체-엉킴된 적층체 웹(fluid-entangled laminate web)의 생성이다. 바람직한 실시예들에서, 돌출부들은 중공형(hollow)이다. 본 발명의 일 실시예가 도면들 중 도 1, 도 2 및 도 2a에 도시되어 있다. 유체-엉킴된 적층체 웹(10)은 많은 응용예에서 바람직하게는 중공형인 돌출부들(12)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 웹(10)은 지지층(14)(도 1, 도 2 및 도 2a에서는 섬유성 부직포 지지 웹(14)으로서 나타냄) 및 섬유성 부직포 돌출부 웹(16)을 포함한다. 지지층(14)은 제 1 표면(18) 및 대향하는 제 2 표면(20) 뿐만 아니라 두께(22)를 갖는다. 돌출부 웹(16)은 내부 표면(24) 및 대향하는 외부 표면(26) 뿐만 아니라 두께(28)를 갖는다. 지지층(14)과 돌출부 웹(16) 사이의 경계면은 참조번호 27로 나타내고, 돌출부 웹(16)의 섬유들이 경계면(27)과 교차하고, 지지층(14)과 엉키고 맞물려서 적층체(10)를 형성하는 것이 바람직하다. 지지층 또는 웹(14)도 섬유성 부직포일 때에는, 이 층의 섬유들이 경계면(27)과 교차하고 돌출부 웹(16) 내의 섬유들과 엉킬 수 있다. 전체 적층체(10)는 이 적층체(10)의 돌출부 웹(16) 부분의 섬유성 성상(nature) 때문에 유체-엉킴된 적층체 웹이라고 지칭되는 반면에, 지지층(14)은, 부직포 물질과 같은 섬유성 웹 물질을 포함할 수도 있지만 예를 들면, 필름, 스크림(scrim) 및 폼(foam)과 같은 다른 물질을 또한 구비하거나 포함할 수 있으므로 층(layer)이라고 지칭되는 것이 이해될 것이다. 일반적으로 본 명세서에서 개괄된 최종-사용 응용예들에서, 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 평량(basis weight)은 약 25와 약 100gsm 사이의 범위일 것이지만, 이 범위 밖의 평량이 특정한 최종-사용 응용예에 따라 사용될 수도 있다.

중공형 돌출부들(Hollow Projections)

돌출부들(12)은 돌출부 웹(16) 및/또는 지지층(14)으로부터의 섬유들로 채워질 수 있지만, 일반적으로, 이러한 적층체들(10)이 흡수 구조체들과 관련하여 사용되고 있을 때에는 돌출부들(12)이 특히 일반적으로 중공형인 것이 바람직하다. 중공형 돌출부들(12)은 바람직하게는 구멍들(holes) 또는 개구들(apertures)이 없는 폐쇄 말단들(13)을 갖는다. 이러한 구멍들 또는 개구들은 섬유성 부직포 웹에서 일반적으로 발견되는 보통의 섬유간 간격(normal interstitial fiber-to-fiber spacing)과는 구별되는 것이다. 그러나, 일부 응용예에서는, 후술하는 바와 같이 엉킴 공정에서 충돌 유체 제트들(impinging fluid jets)의 압력 및/또는 체류 시간(dwell time)을 증가시켜서 하나 이상의 중공형 돌출부들(12) 내에 하나 이상의 구멍 또는 개구(도시하지 않음)를 생성하도록 하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 개구들은 돌출부들(12)의 말단들(13) 또는 측벽들(11) 뿐만 아니라 돌출부들(12)의 말단들(13)과 측벽들(11) 모두에 형성될 수 있다.

도면들에서 나타낸 중공형 돌출부들(12)은 단면도로 보았을 때 알 수 있듯이 약간 반구형 또는 만곡된 최상부들 또는 말단들(13)을 가지며 위에서 보았을 때에 원형이다. 돌출부들(12)의 실제 형상은 돌출부 웹(16)으로부터의 섬유들이 강제되는 성형면의 형상에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 변형들을 한정하지 않지만, 돌출부들(12)의 형상은, 예를 들면, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다이아몬드형 등일 수도 있다. 중공형 돌출부들(12)의 폭 및 깊이 모두는 돌출부들(12)의 간격 및 패턴에서처럼 가변할 수 있다. 또한, 돌출부들(12)의 다양한 형상, 크기 및 간격이 동일한 돌출부 웹(16)에서 사용될 수 있다.

적층체 웹(10) 내의 돌출부들(12)은 돌출부 웹(16)의 외부 표면(26) 상에 배치되어 그로부터 나온다. 돌출부들(12)이 중공형일 때, 돌출부들(12)을 형성하도록 돌출부 웹(16)으로부터 사용되고 있는 섬유의 양에 따라서 돌출부들(12)은 돌출부 웹(16)의 내부 표면(24)을 향해서 배치되고 지지층 또는 웹(14)의 제2 표면(20) 또는 돌출부 웹(16)의 내부 표면(24)에 의해 덮히는 개방 말단들(15)을 가질 것이다. 돌출부들(12)은 돌출부 웹(16)의 외부 표면(26)으로부터 또한 형성되는 지면 구역들(19)에 의해 둘러싸이지만 지면 구역들(19)의 두께는 돌출부 웹(16)과 지지층(14) 양쪽 모두로 이루어진다. 이 지면 구역(19)은 도 1에 나타낸 바와 같이 비교적 편평하고 평면형일 수 있거나 또는 그 안에 만들어진 지형 변동성을 가질 수도 있다. 예를 들면, 지면 구역(19)은, Kimberly-Clark Worldwide에게 양도되고 모든 목적을 위해 그 전문이 참조로 본 명세서에 포함된 Englebert 등에 의한 미국 특허 제4,741,941호에 개시된 바와 같은 3차원 형상 성형면에 돌출부 웹(16)을 형성함으로써 그 안에 형성된 복수의 3차원 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 지면 구역들(19)에는 돌출부 웹(16) 및/또는 지지층(14) 내로 전부 또는 일부 방식으로 연장되는 오목부들(depressions; 23)이 제공될 수도 있다. 또한, 지면 구역들(19)은 표면 질감 및 기타 기능적인 속성들을 이 지면 구역(19)에 부여할 수 있는 양각(embossing)이 이루어질 수 있다. 또한, 지면 구역들(19) 및 적층체(10)는 전체적으로 돌출부들(12) 사이사이에 배치된 개구들(25)을 구비할 수 있다. 또한, 개구들(25)은 적층체(10)를 통해 연장되어서, 적층체(10) 내부 및 그를 통해 유체(신체 삼출물을 구성하는 액체 및 고체 등)의 이동을 더욱 용이하게 한다.

돌출부들(12)의 밀도 및 섬유 함량을 가변시킬 수 있지만, 일반적으로 돌출부들(12)이 "중공형"인 것이 바람직하다. 도 2 및 도 2a를 참조하면, 돌출부들(12)이 중공형일 때, 돌출부들은 돌출부 웹(16)의 섬유들로부터 쉘(shell, 17)을 형성하는 경향이 있음을 알 수 있다. 쉘(17)은 돌출부들(12)의 쉘(17)에 비해서 보다 낮은 섬유 밀도를 갖는 내부 중공형 공간(21)을 규정한다. "밀도"란, 돌출부(12)의 내부 중공형 공간(21) 또는 쉘(17)의 일부분 내의 선택된 단위 체적 당 섬유 개수 또는 함량을 의미한다. 쉘(17)의 두께 뿐만 아니라 그의 밀도는 특정 또는 개개의 돌출부(12) 내에서 다양할 수도 있고, 또한 상이한 돌출부들(12) 간에 다양할 수도 있다. 또한, 내부 중공형 공간(21)의 크기 뿐만 아니라 그의 밀도는 특정 또는 개개의 돌출부(12) 내에서 다양할 수 있고, 또한 상이한 돌출부들(12) 간에 다양할 수도 있다. 일부 상황에서, 쉘(17)과 내부 중공형 공간(21) 사이에 명확한 구분이 없을 수 있지만, 돌출부들(12)의 내부 중공형 공간(21)의 적어도 몇몇 부분이 동일한 돌출부(12)의 쉘(17)의 몇몇 부분 보다 낮은 밀도를 갖는다면, 돌출부(12)는 "중공형"인 것으로 간주된다. 또한, 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 돌출부들(12)의 적어도 일부분이 중공형인 경우, 돌출부 웹(16) 및 적층체(10)는 "중공형"인 것으로 혹은 "중공형 돌출부들"을 갖는 것으로 간주된다. 통상적으로, 중공형인 돌출부들(12) 부분은 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 선택된 구역 내 돌출부들(12)의 50% 이상, 대안적으로 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 선택된 구역 내의 돌출부들의 70% 이상 및 대안적으로 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 선택된 구역 내의 돌출부들(10)의 90% 이상일 것이다.

이하에서 예시하는 공정들의 설명과 연결하여 더욱 분명하게 되는 바와 같이, 유체-엉킴된 적층체 웹(10)은 한 방향 그리고 때로는 둘 이상의 방향으로 돌출부 웹(16) 내의 섬유들이 이동한 결과이다. 도 2a 및 도 3a를 참조하면, 돌출부 웹(16)이 놓이게 되는 돌출부 성형면(130)이 중공형 돌출부들(12)을 형성하는 데에 사용되는 성형 구멍들 또는 개구들(134) 이외에는 고체인 경우 그러면 돌출부 웹(16)의 지면 구역들(19)에 대응하는 돌출부 성형면(130)의 고체 표면 구역(136)에 부딪치고 다시 튕기는 유체 엉킴 스트림들의 힘은 돌출부 웹(16)의 내부 표면(24)에 인접하는 섬유들이 지지층의 제2 표면(20)에 인접하는 지지층(14) 내로 이동하게 할 수 있다. 이러한 섬유들의 제1 방향으로의 이동을 도 2a에 도시한 화살표 30으로 나타낸다. 돌출부 웹(16)의 외부 표면(26)으로부터 외측으로 연장되는 중공형 돌출부들(12)을 형성하기 위해서는, 화살표 32로 도시한 바와 같이 섬유들이 제2 방향으로 이동해야 한다. 이러한 제2 방향으로의 이동은 돌출부 웹(16)으로부터의 섬유들이 외부 표면(26) 밖으로 그리고 그로부터 멀리 이동하게 하여 중공형 돌출부들(12)을 형성한다.

지지층(14)이 섬유성 부직포 웹인 경우에, 가압된 유체 제트로부터의 엉킴 유체의 세기와 체류 시간 및 웹 온전성의 정도에 따라, 도 2a에서 화살표 31로 도시한 바와 같이 지지 웹 섬유들이 돌출부 웹(16)으로 이동할 수 있다. 이러한 섬유 이동의 순 결과는 층 및 웹(14 및 16)이 계면(27)에서 전체적으로 양호한 온전성과 적층을 가지고 적층체(10)를 형성함으로써 적층체(10)의 추가 처리 및 취급을 허용하는 것이다. 본 명세서에서 설명되는 유체 엉킴 공정들의 결과로서, 돌출부들(12)을 형성하는 데에 사용된 유체 압력은 지지층(14)으로부터의 섬유들을 돌출부 웹(16)의 외부 표면(26) 상에 강제로 노출시킬 만큼 충분한 힘을 갖는 것은 일반적으로 바람직하지 않다.

지지층 및 돌출부 웹

명칭이 시사하는 바와 같이, 지지층(14)은 돌출부들(12)을 포함하는 돌출부 웹(16)을 지지하는 것을 의미한다. 지지층(14)은 지지층(14)이 돌출부 웹(16)을 지지할 수 있는 경우 다수의 구조체로 이루어질 수 있다. 지지층(14)의 주요 기능들은, 돌출부들(12)의 형성 동안에 돌출부 웹(16)을 보호해서, 돌출부 웹(16)에 접합하거나 그와 엉켜질 수 있게 하고 돌출부 웹(16) 및 생성되는 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 또 다른 처리를 돕는 것이다. 지지층(14)에 적합한 물질로는, 부직포 직물 또는 웹, 스크림 물질, 편직 물질, 부직포 직물 또는 웹의 서브세트로 고려될 수 있는 종이/셀룰로오스/목재 펄프계 제품 뿐만 아니라 폼 물질, 필름 및 유체-엉킴 공정을 견뎌낼 수 있는 상기에서 제공되어 선택된 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 지지층(14)에 특히 적합한 물질로는, 예를 들면 카디드 웹(carded web), 에어레이드(airlaid) 웹 등에서 사용되는 바와 같은 짧은 길이 섬유일 수 있거나 또는 예를 들면 멜트블로운 또는 스펀본드 웹으로 알려진 바와 같은 더욱 연속하는 섬유일 수 있는 복수의 임의로 피착된 섬유로 이루어진 섬유성 부직포 웹이다. 지지층(14)이 수행해야 하는 기능들 때문에, 지지층(14)은 돌출부 웹(16) 보다 높은 정도의 무결성을 가져야 한다. 이와 관련하여, 지지층(14)은 이하에서 보다 상세히 논의되는 유체-엉킴 공정이 실시되었을 때에 실질적으로 온전하게 남을 수 있어야 한다. 지지층(14)의 무결성 정도는 지지층(14)을 형성하는 물질이 돌출부 웹(16)의 중공형 돌출부들(12) 내로 끌어 내려지는 것과 그들을 채우는 것을 견디도록 해야 한다. 그 결과, 지지층(14)이 섬유성 부직포 웹일 때에는, 돌출부 웹(16) 내의 섬유들 보다 높은 정도의 섬유간 접합 및/또는 섬유 엉킴을 가져야 하는 것이 바람직하다. 상기 두 층 사이의 경계면(27)에 인접하는 돌출부 웹(16)의 섬유들과 엉키는 지지층(14)으로부터 섬유들을 갖는 것이 바람직하지만, 이 지지층(14)의 섬유들은, 이들 섬유들의 대부분이 중공형 돌출부들(12) 내측에서 그들의 길을 찾을 수 있을 정도로 돌출부 웹(16)에 혼입되지 않거나 엉키지 않는 것이 일반적으로 바람직하다.

지지층(14)의 기능은 돌출부 웹(16)의 또 다른 처리를 용이하게 하는 것이다. 통상적으로 돌출부 웹(16)을 형성하는 데에 사용되는 섬유들은 지지층(14)을 형성하는 데에 사용되는 것보다 고가이다. 그 결과, 돌출부 웹(16)의 평량을 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 그렇게 함으로써, 그의 형성 이후에 돌출부 웹(16)을 처리하는 것이 어려워진다. 아래에 놓인 지지층(14)에 돌출부 웹(16)을 부착함으로써, 추가 처리, 권선 및 권선해제, 보관 및 기타 활동들이 보다 효과적으로 행해질 수 있다.

이러한 보다 높은 정도의 섬유 이동을 견디기 위해서, 상기한 바와 같이, 지지층(14)이 돌출부 웹(16) 보다 높은 정도의 무결성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 높은 정도의 무결성은 많은 방식으로 이루어질 수 있다. 하나의 방법은 통기(through air) 접합, 포인트 접합, 파우더 접합, 화학 결합, 접착제 접합, 양각, 캘린더 접합 등의 경우와 같이 압력을 사용하거나 사용하지 않고 섬유들의 열 또는 초음파 접합을 통해 서로 부착될 수 있는 섬유간 접합이다. 또한, 접착제 및/또는 이성분 섬유 등의 다른 물질들을 섬유성 혼합물에 첨가할 수도 있다. 이 웹(14)이 돌출부 웹(16)에 결합되기 전에 예를 들면 웹에 수력엉킴(hydroentangling), 니들 펀칭 등을 실시하는 것에 의한 것과 같은 섬유성 부직포 지지층(14)의 예비-엉킴(pre-entangling)이 또한 사용될 수도 있다. 전술한 방식들의 조합도 가능하다. 폼, 스크림, 편직 등의 또 다른 물질들은 추가 처리가 필요하지 않도록 충분한 초기 무결성을 가질 수도 있다. 무결성의 레벨은, 많은 경우에, 예를 들어, 스펀본드 웹과 단섬유 함유 웹 등의 섬유성 부직포 웹들에서 흔히 사용되는 포인트 접합 등의 기술의 육안 관찰 때문에 가시적으로 관찰될 수 있다. 지지층(14)을 더 확대해보면 섬유들을 함께 결합하도록 유체-엉킴의 사용 또는 열 및/또는 접착제 접합의 사용이 드러날 수도 있다. 개개의 층들(14 및 16)의 샘플들이 입수 가능한지 여부에 따라서, 기계 방향 및 교차-기계 방향(cross-machine direction) 중 한쪽 또는 양쪽으로 인장 시험을 수행하여 지지층(14)의 무결성을 돌출부 웹(16)과 비교한다. 예를 들어, 모든 면에서 그 전문이 본원에 참고로 원용되는 ASTM test D5035-11을 참조하기 바란다.

지지층(14)의 종류, 평량, 강도 및 기타 성능들이 생성된 적층체(10)의 특정한 최종 사용에 따라 선택될 수 있고 가변될 수 있다. 적층체(10)가 개인 위생 흡수 용품, 수건(wipe) 등과 같은 흡수 용품의 일부로서 사용되는 것일 때에는, 일반적으로 유체를 투과시키는 층인 지지층(14)은 양호한 습윤 및 건조 강도를 가지며, 신체 삼출물과 같은 유체들을 흡수할 수 있고, 소정의 시간 기간 동안 가능한 한 유체들을 보유하며, 그런 다음에 유체들을 하나 이상의 하부층(subjacent layer)에 방출하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 스펀본드 웹, 멜트블로운 웹 및 에어레이드 웹, 본디드 카디드 웹과 같은 카디드 웹 및 코폼(coform) 물질과 같은 섬유성 부직포가 지지층들(14)로서 특히 적절하다. 폼 물질과 스크림 물질도 적합하다. 또한, 지지층(14)은 수개의 층의 사용 또는 스펀본드 웹 및 멜트블로운 웹 뿐만 아니라 멜트블로운 및 스펀본드 웹의 적층된 조합이 제조시에 일반적으로 사용되는 바와 같은 다중 뱅크(multi-bank) 형성 공정의 사용에 의한 다층 물질일 수도 있다. 이러한 지지층들(14)의 형성에 있어서, 천연 물질 및 합성 물질 모두가 단독으로 또는 조합해서 사용되어서 물질을 제조할 수도 있다. 일반적으로 본 명세서에서 개괄한 최종 사용 응용예에서, 지지층(14) 평량은 약 5와 약 40gsm 사이의 범위일 것이지만, 이 범위 밖의 평량이 특정한 최종 사용 응용예에 따라 사용될 수 있다.

지지 웹(14)의 종류, 평량 및 다공성은 돌출부 웹(16) 내에 돌출부들(12)을 형성하는 데에 필요한 처리 조건들에 영향을 미칠 것이다. 보다 무거운 평량의 물질은 돌출부 웹(16) 내에 돌출부들(12)을 형성하는 데에 필요한 엉킴 유체 스트림의 엉킴력을 증가시킬 것이다. 그러나, 보다 무거운 평량의 지지층들(14)은, 돌출부 웹(16) 그 자체가 가지는 주요 문제점이 형성 공정 다음에 돌출부들(12)의 형상을 유지하도록 매우 신축성이 있는 것이므로 돌출부 웹(16)을 위한 향상된 지지를 또한 제공할 것이다. 돌출부 웹(16)은 그 자체로 돌출부들(12)을 줄어들게 하고 뒤틀리게 하는 후속하는 권선 및 전환 공정에 의해 그 위에 가해진 기계적인 힘으로 인해 기계 방향으로 과도하게 길어진다. 또한, 지지층(14)이 없으면, 돌출부 웹(16) 내의 돌출부들(12)은 돌출부 웹(16)이 권선 공정 및 후속하는 전환 공정에서 받는 권선 압력 및 압축 중량으로 인해 붕괴하며 지지층(14)과 함께 하는 정도까지 회복하지 못한다.

지지층(14)은 또 다른 처리 및/또는 첨가제들이 적용될 수 있어 그의 성능들을 변경시키거나 향상시킨다. 예를 들면, 계면 활성제 및 기타 화학 물질들이 지지층(14)의 전부 또는 일부분을 형성하는 구성요소들에 내부적으로 그리고 외부적으로 전부에 첨가될 수 있어 그의 특성들을 변경시키거나 향상시킨다. 화합물들은 일반적으로 액체의 중량의 수 배를 흡수하고 미립자 및 섬유 양쪽의 형태로 지지층(14)에 첨가될 수 있는 하이드로겔 또는 초흡수제로 지칭된다.

돌출부 웹(16)은, 예를 들면 카디드 웹, 에어레이드 웹, 코폼 웹 등에서 사용되는 것과 같은 단섬유일 수 있거나 또는 예를 들면 멜트블로운 또는 스펀본드 웹에서 발결된 것과 같은 더욱 연속하는 섬유일 수 있는 복수의 임의로 피착된 섬유들로 이루진다. 돌출부 웹(16) 내의 섬유들은, 특히 지지층(14)이 섬유성 부직포 웹일 때에, 더 적은 섬유간 접합 및/또는 섬유 엉킴 및 이에 따라 지지층(14)의 무결성에 비해서 낮은 무결성을 가지는 것이 바람직하다. 돌출부 웹(16) 내의 섬유들은 유체-엉킴된 적층체 웹(10)을 형성하기 위한 공정 및 장치의 실시예들 중 하나 이상의 설명과 관련하여 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 중공형 돌출부(12)의 형성을 허용하기 위해서 초기 섬유간 접합을 갖지 않을 수도 있다. 대안적으로, 지지층(14) 및 돌출부 웹(16) 모두 섬유성 부직포 웹일 때, 돌출부 웹(16)이 예를 들면 섬유간 접합이 적거나, 접착제가 적거나 또는 웹(16)을 형성하는 섬유들의 예비-엉킴이 적기 때문에 돌출부 웹(16)은 지지 웹(14) 보다 낮은 무결성을 가질 것이다.

돌출부 웹(16)은 도 1에 나타낸 바와 같이 돌출부 웹(16)의 섬유들을 돌출부 웹(16)의 X-Y 평면 밖으로, 그리고 웹(16)의 수직 또는 Z-방향(그의 두께(28) 방향)으로 이동시킬 수 있는 후술하는 유체 엉킴 공정을 허용할 충분한 양의 섬유 이동 능력을 가짐으로써 중공형 돌출부들(12)을 형성할 수 있어야 한다. 멜트블로운 또는 스펀본드 웹과 같은 보다 연속하는 섬유 구조체들이 사용되는 경우에는, 유체-엉킴 공정 전에 돌출부 웹(16)의 예비-접합이 적거나 없는 것이 바람직하다. 멜트블로운 및 스펀본드 공정에서 생성된 것과 같은 보다 긴 섬유들(때로는 단섬유들과 구별하도록 연속하는 섬유들이라고 지칭함)은, 통상적으로 100mm 미만의 섬유 길이, 및 보다 통상적으로 10 내지 60 범위의 섬유 길이를 갖는 보다 짧은, 단섬유들보다도 섬유들을 Z-방향으로 배치하는 데에 통상적으로 더욱 많은 힘을 요구할 것이다. 역으로, 카디드 웹과 에어레이드 웹 등의 단섬유 웹들은 짧은 길이 때문에 섬유들의 소정의 정도의 예비 접합 또는 엉킴을 가질 수 있다. 이러한 보다 짧은 섬유들은 유체-엉킴 스트림들로부터 적은 유체 힘을 요구하여 그들을 Z-방향으로 이동시켜 중공부 돌출부들(12)을 형성한다. 그 결과, 원하지 않으면, 섬유 길이, 예비-섬유 접합의 정도, 유체 힘, 웹 속도 및 체류 시간 간에 밸런스를 충족시킴으로써, 지면 구역들(19) 및 중공형 돌출부들(12) 내에 개구들을 형성하지 않고, 또는 돌출부들(12)의 내부 중공형 공간(21) 내로 매우 많은 물질을 강제함이 없이, 중공형 돌출부들(12)을 생성할 수 있도록 해야 하고, 이로써 일부 최종 사용 응용예에서 매우 강고한 돌출부들(12)을 만든다.

일반적으로, 돌출부 웹(16)은 본 명세서에 개괄한 사용을 위해 약 10과 약 60gsm 사이의 범위인 평량을 가질 것이지만, 이 범위 밖의 평량이 특정 최종 사용 응용예에 따라 사용될 수도 있다. 스펀본드 웹은, 돌출부 웹(16)으로서 사용될 때에 통상적으로 약 15와 약 50gsm 사이의 평량을 가질 것이다. 섬유 직경은 약 5와 약 20μm 사이의 범위일 것이다. 섬유들은 단일 고분자 조성으로 형성된 단일 성분 섬유들일 수 있거나, 또한 이성분 또는 다성분 섬유들일 수 있고, 여기서 섬유의 일부분은 열 및/또는 압력의 사용을 통해 섬유간 접합을 허용하도록 다른 성분들 보다 낮은 융점을 갖는다. 중공 섬유들을 사용할 수도 있다. 섬유들은, 스펀본드 웹들을 사용하는 데 통상적으로 사용되는 임의의 고분자 배합물로 형성될 수 있다. 이러한 고분자의 예로는 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르(PET), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리락트산(PLA)을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 스펀본드 웹에 돌출부 형성 공정이 실시되기 전에 웹의 가공성을 향상시킬 필요가 있는 경우에 스펀본드 웹들에 후 형성 접합 및 엉킴 기술이 실시될 수 있다.

멜트블로운 웹은 돌출부 웹(16)으로 사용될 때에 통상적으로 약 20과 약 50gsm 사이의 평량을 가질 것이다. 섬유 직경은 약 0.5와 약 5μm 사이의 범위일 것이다. 섬유들은 단일 고분자 조성으로 형성된 단일 성분 섬유들일 수 있거나, 또한 이성분 또는 다성분 섬유들일 수 있고, 여기서 섬유의 일부분은 열 및/또는 압력의 사용을 통해 섬유간 접합을 허용하도록 다른 성분들 보다 낮은 융점을 갖는다. 섬유들은 상기한 스펀본드 웹을 형성하는 데에 통상적으로 사용되는 임의의 고분자 조성물로 형성될 수 있다. 이러한 고분자의 예로는, PP, PET, PA, PE, PLA가 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

카디드 및 에어레이드 웹은 통상적으로 약 10과 약 100mm 사이의 길이 범위일 것인 짧은 섬유들을 사용한다. 섬유 데니어(denier)는 특정한 최종 사용에 따라 약 0.5와 약 6 데니어 사이의 범위일 것이다. 평량은 약 20과 약 60gsm 사이의 범위일 것이다. 단섬유는 PP, PET, PA, PLA, 면, 레이온 플랙스(flax), 양모(wool), 마(hemp) 및 예를 들면 비스코스와 같은 재생 셀룰로오스를 포함하지만 이에 한정되지 않는 광범위한 고분자로 이루어질 수 있다. 이성분 섬유 및 단일 성분 섬유의 블렌드 뿐만 아니라 고체 섬유 및 중공형 섬유의 블렌드와 같은 섬유 블렌드도 이용될 수 있다. 접합이 필요한 경우, 통기 접합, 칼렌더 접합, 지점 접합, 화학적 접합, 및 분말 접합 등의 접착제 접합을 비롯한 많은 방식으로 접합을 달성할 수 있다. 필요한 경우, 돌출부 형성 공정 전에 이러한 웹의 무결성 및 가공성을 더욱 향상시키기 위해서, 웹에 예비-엉킴 공정이 실시될 수 있어 돌출부들(12)의 형성 이전에 돌출부 웹(16) 내에 섬유 엉킴을 증가시킨다. 이와 관련하여 수력엉킴(hydroentangling)이 특히 유리하다.

상기한 부직포 웹 종류 및 형성 공정이 돌출부 웹(16)과 함께 사용하기에 적합하지만, 중공형 돌출부들(12)을 형성할 수 있는 웹이 제공되는 다른 웹 및 형성 공정도 또한 사용될 수 있다.

공정 설명

본 발명에 따른 물질을 형성하기 위해서, 유체-엉킴 공정이 이용되어야 한다. 액체 및 기체 양쪽을 비롯하여, 임의의 수의 유체가 지지층(14) 및 돌출부 웹(16)을 함께 결합하는 데에 사용될 수 있다. 이와 관련하여 사용되는 가장 일반적인 기술은 엉킴을 위한 유체로서 가압수를 사용하는 스펀레이스(spunlace) 또는 수력엉킴(hydroentangling) 기술로 지칭된다. 본 발명의 공정은 중공형 돌출부들을 가지며, 또한 중공형 돌출부들 사이사이에 배치된 구멍을 갖는 유체-엉킴된 적층체 웹의 형성에 관한 것이다. 중공형 돌출부들을 갖는 유체-엉킴된 적층체 웹의 형성은 Finn 등의 미국특허 제9,327,473호에 설명되어 있으며, 그 주제 및 설명은 본원에 참고로 원용된다.

도 3을 참조하면 본 발명에 따른 중공형 돌출부들(12) 및 개구들(25)을 갖는 유체-엉킴된 적층체 웹(10)을 형성하기 위한 공정 및 장치(100)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 장치(100)는 제1 운반 벨트(110), 운반 벨트 구동 롤(120), 돌출부 성형면(130), 유체 엉킴 디바이스(140), 및 선택사양인 과잉송급(overfeed) 롤(150), 및 진공청소 또는 기타 통상적인 흡입 디바이스와 같은 유체 제거 시스템(160)을 포함한다. 이러한 진공 디바이스와 기타 수단은 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 운반 벨트(110)는 돌출부 웹(16)을 장치(100) 내로 운반하는 데에 사용된다. 임의의 예비-엉킴이 도 3에 나타낸 공정의 상류에서 돌출부 웹(16) 상에 행해지는 경우, 운반 벨트(110)는 다공성일 수 있다. 운반 벨트(110)는 제1 속도 V1로 화살표 112로 나타낸 바와 같이 제1 방향(기계 방향)으로 주행한다. 운반 벨트(110)는 운반 벨트 구동 롤러(120) 또는 당 기술분야에서 숙련된 자에게 잘 알려진 기타 적합한 수단에 의해 구동될 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이 돌출부 성형면(130)은 질감화 드럼(texturizing drum)(130)의 형태이며, 도 3a에 그 표면의 부분 분해도가 도시되어 있다. 돌출부 성형면(130)은 속도 V3으로 도 3에서 화살표 131로 나타낸 바와 같이 기계 방향으로 움직인다. 당 기술분야에서 숙련된 자에게 잘 알려진 대로 전기 모터 및 기어와 같은 임의의 적합한 구동 수단(도시하지 않음)에 의해 구동되고 속도가 제어된다. 도 3 및 도 3a에 묘사된 질감화 드럼(130)은 돌출부 웹(16) 내의 원하는 돌출부들(12)의 형상 및 패턴에 대응하는 성형 구멍들(134)의 패턴을 포함하는 성형면(132)으로 이루어진다. 성형 구멍들(134)은 지면 구역(136)과 분리되어 있다. 성형 구멍들(134)은 임의의 형상 및 임의의 패턴을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 적층체들(10)을 묘사하는 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 구멍 형상은 원형이지만, 임의의 수의 형상 및 형상들의 조합이 최종 사용 응용예에 따라 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 가능한 구멍 형상의 예들은 타원형, 십자형, 정사각형, 직사각형, 다이아몬드형, 육각형 및 기타 다각형을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 이러한 형상들은 주조, 펀칭, 스탬핑, 레이저 절단 및 물 분사(water-jet) 절단에 의해 드럼 표면에 형성될 수 있다. 성형 구멍들(134)의 간격 및 이에 따라 지면 구역(136)의 정도는 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 특정한 최종 응용예에 따라 또한 다양할 수 있다. 또한, 질감화 드럼(130) 내의 성형 구멍들(134)의 패턴은 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 특정한 최종 응용예에 따라 다양할 수 있다. 질감화 드럼(130)을 형성하는 물질은 시트 금속, 플라스틱 및 기타 고분자 물질, 고무 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 이러한 성형 드럼에 일반적으로 사용되는 임의의 수의 적합한 물질들일 수도 있다. 성형 구멍들(134)은 질감화 드럼(130) 내에 형성되는 물질의 시트(132)에 형성될 수 있거나, 또는 질감화 드럼(130)이 적합한 물질들로부터 몰딩되거나 주조될 수 있거나, 또는 3D 인쇄 기술로 인쇄될 수 있다.

성형면(132)은 또한 적층체 웹(10) 내의 원하는 개구(25)의 형상 및 패턴에 대응하는 돌기들(135)의 패턴을 포함한다. 돌기들(135)은 지면 구역(136)에 인접해 있다. 돌기들(135)은 임의의 형상 및 임의의 패턴을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 적층체들(10)을 묘사하는 도면들로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 돌기들은 둥근 개구들을 만들기 위해 "스파이크 모양"/뾰족하지만, 임의의 수의 형상 및 형상들의 조합이 적층체 웹의 최종 사용 응용예에 따라 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 가능한 돌기 형상의 예로는, 뾰족한, 돔형, 및 평평한 형상을 포함하지만, 이들에만 한정되지 않으며; 상기 돌기들은 타원형, 십자형, 정사각형, 직사각형, 슬롯, 나이프 에지, 다이아몬드 형상, 육각형 및 기타 다각형 형상 중 어느 하나를 갖는 개구들을 생성하도록 추가로 구성될 수 있다. 돌기들(135)의 형상은, 돌출부 유체 제트들로부터 나오는 엉킴 유체로부터의 에너지를 사용하여 적층체 웹(10)에 개구(25)를 형성하도록 선택된 형상이 지지층(14) 및 돌출부 웹(16)의 섬유들을 이동시킬 수 있는 돌기들(135)을 생성하는 한 다양할 수 있다. 개구들(25)은 적층체 웹(10)이 돌기들(135)과 갖는 접촉 지점에서 형성된다. 돌기들(135)이 적층체 웹(10)의 섬유들을 이동하면서 적층체 웹이 돌출부 성형면(130) 위를 통과함에 따라, 적층체 웹(10)의 섬유들(지지층(14) 및 돌출부 웹(16)의 섬유들)이 개구(25)의 구멍으로부터 멀리 그리고 인접한 지면 구역(19) 내로 그리고 주변 중공형 돌출부들(12) 내로 밀려난다. 지지층(14)으로부터의 섬유들은 개구(25)의 원주/둘레 주위에서 돌출부 웹(16)으로부터의 섬유들과 엉키게 된다. 따라서, 돌출부 성형면(130) 상에 돌기들(135)을 배치하는 것은 고체 표면 구역(136)이 멀리 떨어지게 하지 않는다. 고체 표면 구역(136)은 개구들(25)을 형성하는 돌기들(135)으로부터 섬유들이 멀리 밀려나기 위한 공간을 제공한다. 돌기들(135)은 주조, 용접 부착, 기계 가공, 연마, 펀칭 또는 스탬핑에 의해 드럼 표면에 형성될 수 있다. 돌기들(135)은 또한 스크류, 볼트, 리벳, 압축 피팅, 용접 부착, 접착제 부착, 또는 다른 기계적 수단으로 돌출부 성형면(130)에 고정될 수 있다. 돌기들(135)의 간격 및, 이에 따라, 지면 구역(136)의 정도는 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 특정한 최종 응용예에 따라 또한 다양할 수 있다. 또한, 돌출부 성형면(130) 내의 돌기들(135)의 패턴은 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 특정한 최종 응용예에 따라 다양할 수 있다. 돌기들(135)은 이어서 돌출부 성형면(130)으로 형성되는 물질 시트(132)에 형성될 수 있거나, 또는 돌출부 성형면(130)이 적합한 물질들로부터 몰딩되거나 주조될 수 있거나, 또는 3D 인쇄 기술로 인쇄될 수 있다.

통상적으로, 천공된 드럼(130)이 선택사양인 다공성 내부 드럼 쉘(138) 상에 그리고 그에 걸쳐서 제거 가능하게 맞춤되어, 상이한 성형면(132)이 상이한 최종 제품 디자인들을 위해 사용될 수 있다. 다공성 내부 드럼 쉘(138)은 엉킴 유체 및 섬유들을 외부 질감화 드럼 표면(132) 내의 성형 구멍들(134) 내로 아래로 당기는 것을 용이하게 하는 유체 제거 시스템(160)과 접속되어 돌출부 웹(16) 내에 중공형 돌출부들(12)을 형성한다. 다공성 내부 드럼 쉘(138)은 또한 유체 제거 시스템(160) 및 장비의 다른 부분들 내로의 또 다른 섬유 이동을 지연시키는 배리어로서 기능하여 장비의 오염을 감소시킨다. 다공성 내부 드럼 쉘(138)은 질감화 드럼(130)과 동일한 방향으로 그리고 동일한 속도로 회전한다. 또한, 돌출부들(12)의 높이를 더욱 제어하기 위해서, 내부 드럼 쉘(138)과 질감화 드럼(130) 사이의 거리가 가변될 수 있다. 일반적으로, 돌출부 성형면(130)의 내부 표면과 내부 드럼 쉘(138)의 외부 표면 사이의 간격은 약 0과 약 5mm 사이의 범위일 것이다. 특정한 최종 사용 응용예 및 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 원하는 특징들에 따라 그 외의 범위들이 사용될 수 있다.

질감화 드럼(130) 또는 다른 돌출부 성형면(130) 내의 성형 구멍들(134)의 깊이는 약 1mm와 10mm 사이일 수 있지만, 바람직하게는 예상되는 일반적인 응용예들에서 가장 유용한 형상을 갖는 돌출부들(12)을 생성하기 위해서는 3mm 부근과 5mm 사이이다. 구멍 횡단면 크기는 약 2mm와 10mm 사이일 수 있지만, 바람직하게는 주축을 따라 측정했을 때에 3mm와 6mm 사이이고, 중심간(center-to-center) 거리 기준 성형 구멍들(134)의 간격은 3mm와 10mm 사이일 수 있지만, 바람직하게는 4mm와 7mm 사이이다. 성형 구멍들(134) 사이의 간격의 패턴은 특정한 최종 사용에 따라 가변되거나 선택될 수 있다. 패턴의 일부 예는 정렬된 행 및/또는 열의 패턴, 경사진 패턴, 6각형 패턴, 물결 모양 패턴 및 사진, 그림 및 대상을 묘사하는 패턴을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

성형 구멍들(134)의 횡단면 치수 및 그들의 깊이는 돌출부 웹(16)에 생성된 돌출부들(12)의 횡단면 및 높이에 영향을 준다. 일반적으로, 기계 방향(131)으로 보았을 때에 성형 구멍들(134)의 선단 에지에서 날까롭거나 좁은 코너들을 갖는 구멍 형상들은, 때로는 돌출부들(12)에 손상을 주지 않고 성형면(132)으로부터 유체-엉킴된 적층체 웹(10)을 안전하게 제거하는 능력을 악화시킬 수 있으므로 회피되어야 한다. 또한, 질감화 드럼(130)의 두께/구멍 깊이는 일반적으로 중공형 돌출부들(12)의 깊이 또는 높이에 대응하려는 경향이 있다. 그러나, 각각의 구멍 깊이, 간격, 크기, 형상 및 기타 변수들은 서로 독립적으로 가변될 수 있고, 형성될 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 특정한 최종 사용에 기초하여 가변될 수 있음을 유의하여야 한다.

질감화 드럼(130)의 성형면(132) 내의 지면 구역들(136)은 유체 엉킴 디바이스들(140) 내에 포함된 가압된 유체 제트들로부터 나오는 엉킴 유체(142)를 통과시키지 않도록 통상적으로 고체이지만 돌출부 웹(16)의 노출 표면을 더욱 질감화하도록 유체 투과성인 지면 구역들(136)을 만드는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 질감화 드럼(130)의 성형면(132)의 선택 구역들은 유체 투과성일 수 있고 다른 구역들은 불투과성이다. 예를 들면, 질감화 드럼(130)의 중앙 지역(도시하지 않음)은 유체 투과성인 반면에, 중앙 영역의 어느 한 측면 상의 측방 영역들(도시하지 않음)은 유체 불투과성일 수 있다.

성형면(132) 내의 지면 구역들(136)은 돌출부 웹(16) 및 유체-엉킴된 적층체 웹(10) 내에 선택적인 딤플(dimple, 23)을 형성하도록 구성될 수 있다. 질감화 드럼(130) 또는 다른 돌출부 성형면(130) 내의 돌기들(135)의 높이는, 적층체 웹(10)을 통해 완전히 형성되는 개구들(25)을 생성하도록 1mm와 10mm 사이이지만, 바람직하게는 약 3mm와 5mm 사이일 수 있다. 주축을 따라 측정했을 때 돌출부 횡단면 크기는 약 2mm 내지 10mm일 수 있지만, 바람직하게는 3mm 내지 6mm이다. 성형면(132) 상의 돌기들(135) 사이의 간격은 적층체 웹(10)에서 원하는 개구들(25)의 위치 및/또는 패턴에 기초하여 선택될 수 있다. 돌기들(135) 사이의 간격은 성형 구멍들(134)과의 원하는 정합에 기초하여 선택될 수 있다. 일 측면에서, 돌기들(135)의 간격은 중심간 기준으로 3mm 내지 100mm일 수 있다. 다른 측면에서, 돌기들(135)의 간격은 중심간 기준으로 5mm 내지 30mm일 수 있다. 추가 측면에서, 돌기들(135) 사이의 간격의 패턴은, 이웃하는 구역/위치에서보다 성형면(132)의 한 구역/위치에서 더 높은 밀도의 돌기들(135)이 존재하도록 불균일할 수 있다. 성형면(132) 상의 이웃하는 구역/위치는 성형면(132)의 원주 주위에 또는 성형면(132)의 폭을 가로질러서 있을 수 있다. 대표적인 측면에서, 돌기들(135)은 "어레이 레인(array lane)"으로 배열된다; "어레이 레인"은 성형면(132)의 폭을 가로질러 연장될 수 있는 돌기들(135)의 패턴이다. 어레이 레인들의 그룹은 서로 근접하여 위치되어 더 큰 패턴의 돌기들(135)을 형성할 수 있다; 상기 어레이 레인은 성형면(132)의 원주 방향으로의 거리만큼 서로 분리될 수 있다. 성형면(132) 상에 돌기들(135)이 불균일하게 분포하는 것의 이점은 적층체 웹(10)에 개구들(25)이 없는 구역을 제공해서 흡수 용품 내에서 적층체 웹(10)의 개구 없는 구역에 대한 접착제 접합을 용이하게 해서 노출된 접착제의 위험을 최소화하는 것일 수 있다.

도 3에 나타낸 장치(100)의 실시예에서, 돌출부 성형면(130)이 질감화 드럼의 형태로 도시되어 있다. 그러나, 다른 수단이 돌출부 성형면(130)을 생성하는 데에 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들면, 적절한 위치에서 벨트 또는 와이어 내에 형성된 성형 구멍들(134)을 포함하는 유공성(foraminous) 벨트 또는 와이어(도시하지 않음)가 사용될 수 있다. 대안적으로, 성형 구멍들(134)을 제외하고는 가압된 유체-엉킴 스트림들에 불투과성인 유연한 고무화 벨트(도시하지 않음)가 사용될 수도 있다. 이러한 벨트 및 와이어는 이러한 벨트 및 와이어를 구동하고 그 속도를 제어하기 위한 수단인 것으로 당 기술분야에 숙련된 자에게 잘 알려져 있다. 질감화 드럼(130)은, 평활하고, 엉킴 유체(142)에 불투과성이고, 와이어 벨트가 형성하려는 와이어 무늬 패턴을 돌출부 웹(16)의 외부 표면(26)에 남기지 않는 지면 구역들(136)로 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 형성을 위해 더욱 유리하다.

돌출부 높이를 규정하는 구멍-깊이를 갖는 성형면(132)에 대한 대안은 원하는 돌출부 높이 보다 얇지만 포장할 다공성 내부 드럼 쉘(138) 표면으로부터 이격되어 있는 성형면(132)이다. 질감화 드럼(130)과 다공성 내부 드럼 쉘(138) 사이의 간격은 바람직하게는 중공형 돌출부들(12)을 형성하고 장비로부터 엉킴 유체를 인출하는 공정과 달리 간섭하지 않는 임의의 수단에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 하나의 수단은 스페이서(spacer)로서 외부 질감화 드럼(130)과 다공성 내부 드럼 쉘(138) 사이에 삽입될 수 있거나 또는 적절한 간격을 제공하도록 질감화 드럼(130) 아래의 내부 다공성 드럼 쉘(138) 주위에 포장될 수 있는 단단한 와이어 또는 필라멘트이다. 2mm 미만의 성형면(132)의 쉘 깊이는, 생성된 유체-엉킴된 적층체 웹(10)을 결국 왜곡시킬 수 있는 질감화 드럼(130) 아래의 돌출(overhanging) 구역 내로의 유체 흐름을 엉키게 함으로써 돌출부 웹(16)의 섬유성 물질이 확장될 수 있거나 또는 이동될 수 있기 때문에, 질감화 드럼(130)으로부터 돌출부 웹(16) 및 적층체(10)을 제거하기 더욱 어렵게 할 수 있다. 그러나, 성형 공정의 일부로서 돌출부 웹(16)과 함께 지지층(14)을 사용함으로써, 생성된 2층의 유체 엉킴 적층체 웹(10)의 왜곡이 상당히 감소될 수 있음을 발견하였다. 지지 웹(14)을 사용하면, 일반적으로 유체-엉킴된 적층체(10)가 질감화 드럼(130)으로부터 제거되는 동안에 적게 연신 가능하고, 치수적으로 더욱 안정한 지지층(14)이 하중을 받기 때문에 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 더 깨끗하게 제거하는 것을 용이하게 한다. 단일의 돌출부 웹(16)에 비해서 지지층(14)에 인가될 수 있는 인장력이 높을수록, 유체-엉킴된 적층체(10)가 질감화 드럼(130)으로부터 멀리 이동할 때에, 돌출부들(12)이 성형면(132)에 거의 수직인 방향으로 그리고 질감화 드럼(130) 내의 성형 구멍들(134)과 동축으로 원활하게 성형 구멍들(134)을 빠져나갈 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 지지층(14)을 사용함으로써, 처리 속도가 상승될 수 있다.

돌출부 웹(16) 내에 돌출부들(12)을 형성하고, 지지층(14) 및 돌출부 웹(16)을 함께 적층하고, 적층체 웹(10)에 개구들(25)을 형성하기 위해서, 하나 이상의 유체-엉킴 디바이스(140)가 돌출부 성형면(130) 위에 이격되어 있다. 이와 관련하여 사용되는 가장 일반적인 기술은 엉킴을 위한 유체로서 가압수(pressurize water)를 사용하는 스펀레이스 또는 수력엉킴 기술로서 지칭된다. 미접합되었거나 비교적 미접합된 웹 또는 웹들이 유체-엉킴 디바이스(140) 내로 송급될 때, 하나 이상의 유체 엉킴 디바이스(140)로부터의 수많은 고압 유체 제트(도시하지 않음)가 웹들의 섬유들을 이동시키고 유체 난류(fluid turbulence)가 섬유들을 엉키게 한다. 이 경우에서는 물인 이들 유체 스트림들은 섬유들이 개개의 웹들 내에서 더욱 엉키게 할 수 있다. 스트림들은 또한 2 이상의 웹/층의 경계면(27)에서 섬유 이동 및 엉킴을 일으켜서 웹들/층들이 함께 결합되게 한다. 또한, 돌출부 웹(16)과 같은 웹 내의 섬유들이 느슨하게 함께 고정되어 있는 경우, 섬유들은 그들의 X-Y 평면 밖으로 그리고 이에 따라 Z-방향(도 1 및 도 2a 참조)으로 구동될 수 있어 바람직하게는 중공형인 돌출부들(12)을 형성한다. 필요한 엉킴의 수준에 따라서, 하나 또는 복수의 이러한 유체 엉킴 디바이스(140)가 사용될 수 있다.

도 3에는 단일의 유체 엉킴 디바이스(140)가 도시되어 있지만, 다수의 디바이스(140)가 장치(100)의 다양한 영역에서 사용되는 후속 도면들에서는, 140a, 140b, 140c, 140d 및 140e와 같은 문자 지정자가 붙는다. 다수의 디바이스들이 사용되었을 때, 각각의 후속하는 유체-엉킴 디바이스(140) 내의 엉킴 유체 압력은 선행하는 것보다 일반적으로 높아서, 웹들/층들에 인가된 에너지가 증가하고 그래서 웹들/층들 내 또는 그들 사이의 섬유 엉킴이 증가하게 한다. 이는 가압된 유체 제트들에 의해 웹/층의 면 밀도(areal density)의 전체 균일도의 붕괴를 감소시키는 한편 원하는 엉킴 레벨이 달성됨에 따라서 웹들/층들의 접합 및 돌출부들(12)의 형성을 달성한다. 유체 엉킴 디바이스들(140)의 엉킴 유체(142)는 일반적으로 0.08과 0.15mm의 직경의 작은 개구들 및 교차-기계 방향으로 0.5mm 부근의 간격을 갖는 가압된 유체 제트들의 행 또는 행들로 이루어지는 제트 팩(pack)들 또는 스트립(strip)들(도시하지 않음)을 통해 주입기로부터 나온다. 제트들 내의 압력은 약 5바와 약 400바 사이일 수 있지만 통상적으로 무거운 유체-엉킴된 적층체 웹들(10) 및 피브릴화(fibrillation)가 요구되는 경우를 제외하고는 200바 미만이다. 기타 제트 크기, 간격, 제트들의 수 및 제트 압력은 특정한 최종 응용예에 따라 사용될 수 있다. 이러한 유체-엉킴 디바이스들(140)은 당 기술분야에 숙련자에게 잘 알려져 있고, 독일의 Fleissner 및 프랑스의 Andritz-Perfojet와 같은 제조사들로부터 용이하게 입수 가능하다.

유체 엉킴 디바이스들(140)은 통상적으로 돌출부 성형면(130)으로부터 약 20mm 내지 약 40mm 및 보다 통상적으로 약 20mm 내지 약 30mm에 위치되거나 이격된 제트 오리피스들을 가질 것이지만 실제 간격은 작동중인 물질들의 평량, 유체 압력, 사용되는 개개의 제트들의 수, 유체 제거 시스템(160)을 통해 사용되는 진공량 및 장비가 가동되고 있는 속도에 의거하여 행해지는 물질들의 평량에 따라 가변될 수 있다.

도 3 내지 도 7에 나타낸 실시예들에서 유체-엉킴 디바이스들(140)은 당 기술분야에 숙련된 자에게 잘 알려진 구성 및 동작을 갖는 통상적인 수력엉킴 디바이스들이다. 예를 들면, 모든 목적을 위해 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함되는, Evans에 의한 미국 특허 제3,485,706호를 참조한다. 또한, 모든 목적을 위해 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함되는, INSIGHT '86 INTERNATIONAL ADVANCED FORMING/BONDING 컨퍼런스로부터 재인쇄되고, "Rotary Hydraulic Entanglement of Nonwovens"로 명명된 기사에서, 미국 메인주 비드퍼드의 Honeycomb Systems, Inc.에 의해 설명된 수압 엉킴 장비의 설명을 참조한다.

재차 도 3으로 돌아가서, 돌출부 웹(16)이 속도 V1로 장치 및 공정(100)내로 송급되고, 지지층(14)이 속도 V2로 장치 및 공정(100) 내로 송급되며, 유체-엉킴된 적층체 웹(10)이 돌출부 성형면(130)의 속도이며 돌출부 성형면 속도로 지칭될 수 있는 속도 V3으로 장치 및 공정(100)을 빠져나간다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 이들 속도 V1, V2 및 V3은 생성된 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 형성 공정 및 특성들을 변화시키기 위해서 서로 동일하거나 가변될 수 있다. 돌출부 웹(16) 및 지지층(14) 모두를 동일한 속도(V1 및 V2)로 공정 내로 송급하면, 원하는 중공형 돌출부들(12)을 갖는 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹(10)을 생성할 것이다. 또한, 돌출부 웹(16) 및 지지층(14) 모두를 돌출부 성형면(130)의 기계 방향 속도(V3) 보다 빠른 것인 동일한 속도로 공정 내로 송급하면 원하는 중공형 돌출부들(12)을 형성하게 될 것이다.

또한 도 3에는 속도 또는 레이트(rate) Vf로 구동될 수 있는 선택사양인 과잉송급 롤(150)이 도시되어 있다. 과잉송급 롤(150)은 Vf가 V1과 같을 경우에 돌출부 웹(16)의 속도 V1과 동일한 속도로 작동될 수 있거나 과잉송급을 원할 때에 과잉송급 롤(150)의 상류에서 돌출부 웹(16)을 팽팽하게 하도록 보다 빠른 레이트로 작동될 수 있다. 과잉송급은 인입하는 웹들/층들(16, 14) 중 하나 또는 양쪽 모두가 돌출부 성형면(130)의 돌출부 성형면 속도 보다 빠른 속도로 돌출부 성형면(130) 상에 송급되었을 때에 생긴다. 돌출부 웹(16) 내의 향상된 돌출부 형성이 지지층(14)의 인입하는 속도 V2 보다 높은 레이트로 돌출부 성형면(130) 상에 돌출부 웹(16)을 송급함으로써 영향을 받을 수 있음을 발견하였다. 그러나, 또한, 향상된 특성들 및 돌출부 형성은, 웹들/층들(16, 14)의 공급 레이트를 가변시킴으로써 그리고 질감화 드럼(130)의 바로 상류에서 과잉송급 롤(150)을 또한 사용함으로써 질감화 드럼(130) 내의 성형 구멍들(134) 내로의 엉킴 유체(142)에 의한 후속하는 이동을 위해 돌출부 웹(16)을 통해 보다 많은 양의 섬유를 공급해서 달성될 수 있음을 발견하였다. 특히, 돌출부 웹(16)을 질감화 드럼(130) 상에 과잉송급함으로써, 증가된 돌출부 높이를 포함하여 향상된 돌출부 형성이 달성될 수 있다.

과도한 섬유를 공급해서 돌출부들(12)의 높이가 최대화하기 위해서, 돌출부 웹(16)은 질감화 드럼(130)이 주행하는 것(V3) 보다 빠른 표면 속도(V1)로 질감화 드럼(130) 상에 공급될 수 있다. 도 3을 참조하면, 과잉송급을 원할 때, 돌출부 웹(16)은 속도 V1로 질감화 드럼(130) 상에 송급되는 반면에 지지층(14)은 속도 V2로 송급되고 질감화 드럼(130)이 V1 보다 느리고 V2와 같을 수 있는 속도 V3으로 주행한다. 돌출부 웹(16)이 질감화 드럼(130) 상에 송급되는, 과잉송급 백분율 또는 비율은, V1이 돌출부 웹(16)의 입력 속도이고 V3 이 생성된 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 출력 속도 및 질감화 드럼(130)의 속도인 경우에 OF = [(V1 / V3) - 1]x100으로서 정의될 수 있다. (과잉송급 롤(150)이 질감화 드럼(130) 상에 인입되는 물질의 속도를 증가시키기 위해 사용될 때, 물질의 속도 V1은 과잉송급 롤(150)이 과잉송급 롤(150)의 상류에서 속도 V1 보다 빠르다는 것을 주목해야 한다. 과잉송급 비율을 계산함에 있어서, 사용되어야 하는 것은 이러한 더 빠른 속도 Vf이다.) 과잉송급 비율이 약 10 내지 약 50%일 때 돌출부들(12)의 양호한 형성이 일어나는 것으로 밝혀졌다. 또한 이러한 과잉송급 기술 및 비율은, 돌출부 웹(16)과 지지층(14)이 돌출부 성형면(130) 상에 종합적으로 송급될 때에 단지 돌출부 웹(16) 뿐만 아니라 돌출부 웹과 지지층의 조합에 관해서도 사용될 수 있음에 유의한다.

엉킴 유체(142)로 되기 전에 자체의 중량을 지지하는 돌출부 웹(16)의 길이를 최소화하고 돌출부 웹(16)의 주름짐 및 접힘을 회피하기 위해서, 과잉송급 롤(150)은 돌출부 웹(16)을 속도 V1로 질감화 드럼(130) 상의 질감화 지역(144)에 가까운 위치로 운반하는 데에 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 과잉송급 롤(150)은 운반 벨트(110)로 구동되지만, 인입하는 돌출부 웹 물질(16) 상에 과도한 응력을 주지 않도록 분리해서 구동시킬 수도 있다. 지지층(14)은 돌출부 웹(16)과 별개로 그리고 질감화 드럼 속도 V3 보다도 크거나, 같거나 작고, 돌출부 웹(16) 속도 V1보다도 크거나, 같거나 작을 수 있는 속도 V2로 질감화 지역(144) 내에 속급될 수 있다. 바람직하게는, 지지층(14)은 질감화 드럼(130) 상에 위치된 돌출부 웹(16)을 갖는 그의 마찰 체결에 의해 질감화 지역(144) 내로 인입되고, 그래서 질감화 드럼(130) 상에서, 지지층(14)이 질감화 드럼(130)의 속도 V3에 가까운 표면 속도를 갖거나, 또는 V3의 질감화 드럼 속도에 가까운 속도로 질감화 지역(144) 내에 양호하게 송급될 수 있다. 질감화 공정은 기계 방향(131)으로 지지층(14)의 일부 수축을 야기한다. 지지층(14) 또는 돌출부 웹(16)의 과잉송급은, 질감화 지역(144) 내에 송급되는 과도한 물질을 모두 사용하도록 사용되는 특정 물질들 및 장비 및 조건에 따라 조정될 수 있어 생성된 유체-엉킴된 적층체 웹(10)에 임의의 보기 흉한 주름이 생기는 것을 회피한다. 그 결과, 두 웹/층(16, 14)은 보통 과잉송급 공정에도 불구하도 모든 시간에서 어느 정도의 인장력 하에 있을 것이다. 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 이탈 속도(take-off speed)는 질감화 드럼 속도 V3에 가깝게 배열됨으로써, 과도한 인장력이 돌출부들의 선명도 및 크기에 유해할 것이므로 이러한 과도한 인장력이 질감화 드럼(130)으로부터 그의 제거 시에 적층체에 인가되지 않도록 해야 한다.

본 발명에 따른 공정 및 장치(100)의 대안적인 실시예가 도 4에 도시되어 있고, 유사한 구성요소들에 대하여 유사한 참조번호들이 사용되어 있다. 이 실시예에서 주요 차이점들은 예비-엉킴 유체 엉킴 디바이스(140a)를 통해 또 다른 처리를 하기 전에 그의 무결성을 향상시키도록 하는 돌출부 웹(16)의 예비-엉킴; 적층 유체 엉킴 디바이스(140b)를 통한 지지층(14)에 대한 돌출부 웹(16)의 적층; 및 유체 엉킴 디바이스들(140)(돌출부 유체 엉킴 디바이스들(140c, 140d 및 140e)로서 지칭됨)의 수 증가 및 이에 따른 공정의 돌출부 형성 부분에서의 질감화 드럼(130)에 대한 질감화 구역(144)의 확대이다.

돌출부 웹(16)은 전달 벨트(110)를 통해 공정/장치(100)에 공급된다. 돌출부 웹(16)이 전달 벨트(110) 상을 주행할 때 돌출부 웹(16)이 제1 유체-엉킴 디바이스(140a)로 처리되어 돌출부 웹(16)의 무결성을 향상시킨다. 이는 돌출부 웹(16)의 예비-엉킴으로서 지칭될 수 있다. 그 결과, 이 운반 벨트(110)는 엉킴 유체(142)가 돌출부 웹(16) 및 운반 벨트(110)를 통과할 수 있게 하도록 유체 투과성이어야 한다. 전달된 엉킴 유체(142)를 제거하기 위해서, 도 3에서와 같이, 진공청소 또는 기타 통상적인 유체 제거 디바이스와 같은 유체 제거 시스템(160)이 운반 벨트(110) 아래에서 사용될 수 있다. 제1 유체 엉킴 디바이스(140a)로부터의 유체 압력은 일반적으로 약 10 내지 약 50바 범위에 있다.

그런 다음 지지층(14) 및 돌출부 웹(16)은 적층 성형면(152)에 송급되고, 지지 웹 또는 지지층(14)의 제1 표면(18)이 적층 성형면(152)과 대면하고 접촉하며, 지지층(14)의 제2 표면(20)이 돌출부 웹(16)의 내부 표면(24)과 접촉한다. (도 2 및 도 4 참조.) 지지층(14) 및 돌출부 웹(16)을 함께 엉키게 하기 위해서, 하나 이상의 적층 유체 엉킴 디바이스(140b)가 적층 성형면(152)과 연결되어 사용되어 물질들 간의 섬유 엉킴에 영향을 미친다. 다시 한번, 유체 제거 시스템(160)이 엉킴 유체(142)를 제거하는 데에 사용된다. 전체적인 장치 및 공정(100)의 이러한 적층 부분에서의 장치를 돌출부들이 형성되는 후속하는 돌출부 형성 부분과 구별하기 위해서, 이러한 장치 및 공정을 돌출부 형성 장비에 반대하는 의미로 적층 장비로 지칭한다. 따라서, 이 부분은, 돌출부 형성 제트들과 반대로 적층 유체 제트들을 사용하는, 적층 유체-엉킴 디바이스(140b) 및 적층 성형면(152)으로서 지칭된다. 적층 성형면(152)은 적층 성형면 속도로 장치(100)의 기계 방향으로 이동 가능하고, 적층 유체-엉킴 디바이스(140b) 내에 배치된 적층 유체 제트들로부터 엉켜지는 엉킴 유체에 투과성이어야 한다. 적층 유체 엉킴 디바이스(140b)는 적층 성형면(152)을 향하는 방향으로 엉킴 유체(142)의 복수의 가압된 적층 유체 스트림을 방출할 수 있는 복수의 적층 유체 제트들을 갖는다. 도 4에 나타낸 바와 같이 드럼의 구성에서, 적층 성형면(152)은 지면 구역들에 의해 분리된 그 표면 내에 복수의 성형 구멍들을 가질 수 있어 유체 투과성이 되거나, 또는 투과성인 통상적인 형성 와이어로 또한 이루어질 수 있다. 장치(100)의 이러한 부분에서, 2개의 물질들(14 및 16)의 완전한 결합은 필요하지 않다. 장비의 이러한 부분을 위한 공정 변수들은 도 3과 연계하여 장비 및 공정의 돌출부 형성 부분 및 설명을 위한 것들과 유사하다. 따라서, 장비 및 공정의 적층 형성 부분에서의 물질들 및 표면들의 속도는 도 3에 대하여 설명된 돌출부 형성 장비 및 공정에 대하여 상술한 바와 같이 가변될 수 있다.

예를 들면, 돌출부 웹(16)은 지지층(14)이 적층 성형면(152) 상에 송급되는 속도 보다 큰 속도로 적층 형성 공정 내에 그리고 지지층(14) 상에 송급될 수 있다. 엉킴 유체 압력에 대하여, 웹들/층들의 추가 엉킴이 공정의 돌출부 형성 부분 동안에 생길 때에 보다 낮은 적층 유체 제트 압력이 장비의 이 부분에서 요구된다. 그 결과, 적층 엉킴 디바이스(140b)로부터의 적층 형성 압력은 보통 약 30과 약 100바 사이의 범위일 것이다.

적층 유체 엉킴 디바이스(140b) 내의 복수의 적층 유체 스트림(142)이 돌출부 웹(16)의 외부 표면(26)으로부터 적층 성형면(152)을 향하는 방향으로 유도되었을 때, 돌출부 웹(16) 내의 섬유들의 적어도 일부분이 지지층(14)과 엉키게 되어 적층체 웹(10)을 형성한다. 돌출부 웹(16) 및 지지층(14)이 적층체(10) 내에 결합되면, 적층체(10)가 장비 및 공정의 적층 부분(구성요소들(140b 및 152))을 남기고 장비 및 공정의 돌출부 형성 부분(구성요소들(130, 140c, 140d, 140e 및 선택적으로 150)) 내에 송급된다. 도 3에 나타낸 공정에서처럼, 적층체(10)는 질감화 드럼(130)이 주행 중일 때와 동일한 속도로 돌출부 성형면/질감화 드럼(130) 상에 송급될 수 있거나, 또는 과잉송급 롤(150)을 사용하거나 적층체(10)가 단순히 돌출부 성형면(130)의 속도 V3 보다 큰, 속도 V1로 주행하게 함으로써 질감화 드럼(130) 상에 과잉송급될 수 있다. 그 결과, 도면들 중 도 3에 대하여 상술한 공정 변수들이 도 4에 나타낸 장비 및 공정에서 또한 이용될 수 있다. 또한, 도 3에서의 장치 및 물질들과 같이, 과잉송급 롤(150)이 돌출부 성형면(130)과 접촉하게 될 때에 적층체(10)의 속도 V1을 증가시키는 데에 사용되는 경우에는, 과잉송급 비율을 계산할 때에 사용되어야 하는 과잉송급 롤(150) 이후의 속도 V1이 더 빠르다. 물질의 과잉송급이 이용되는 경우 도 4a, 도 5, 도 6 및 도 7에 나타낸 나머지 실시예들에서 과잉송급 비율을 계산할 때에 동일한 접근법이 사용되어야 한다.

장비의 돌출부 형성 부분에서, 엉킴 유체(142)의 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림은 돌출부 유체 엉킴 디바이스들(140c, 140d 및 140e) 내에 배치된 돌출부 유체 제트들로부터 지지층(14)의 제1 표면(18)으로부터 돌출부 성형면(130)을 향하는 방향으로 적층체 웹(10) 내로 유도되어, 돌출부 성형면(130) 내에 배치된 성형 구멍들(134) 부근에서의 돌출부 웹(16)의 제1 복수의 섬유가 성형 구멍들(134) 내로 유도되게 하여 돌출부 웹(16)의 외부 표면(26)으로부터 외측으로 연장되는 복수의 돌출부(12)를 형성하고 이에 따라 본 발명에 따른 유체-엉킴된 적층체 웹(10)을 형성한다. 엉킴 유체(142)의 가압된 돌출부 유체 스트림은 또한 적층체 웹(10)을 돌출부 성형면(130)에 대하여 밀어서 적층체 웹(10)의 섬유들이 돌기들(135) 위로 그리고 그 주위로 밀려서 복수의 개구들(25)을 형성하게 한다. 다른 공정들에서와 같이, 형성된 적층체(10)는 돌출부 성형면(130)으로부터 제거되고, 원하는 경우, 건조와 같이 도 3에서의 공정 및 장치에 대하여 설명된 바와 같이 동일 또는 상이한 또 다른 처리가 실시되어 과도한 엉킴 유체 또는 추가 결합 또는 다른 단계들을 제거한다. 장비 및 장치(100) 돌출의 돌출부 형성 부분에서, 돌출부 유체 엉킴 디바이스들(140c, 140d 및 140e)로부터의 형성 압력은 보통 약 80과 약 200바 사이의 범위일 것이다.

본 발명의 공정 및 장치의 다른 측면에서, 하나 이상의 이차 성형면을 제공하는 단계가 추가될 수 있다. 도 4에는 도시되지 않았지만, 하나 이상의 이차 성형면(구성상 선택적인 과잉송급 롤(150)과 유사함)이 돌출부 유체 엉킴 디바이스(140c, 140d 및 140e)에 위치하는 돌출부 유체 제트들 중 2개 사이에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 이차 성형면은 유체 엉킴 디바이스(140c, 140d 및 140e) 중 임의의 2개 사이에 위치할 수 있다. 적층체 웹(10)은 돌출부 성형면(130)과 이차 성형면 사이를 지나간다. 이차 성형면은 지지층(14)의 제1 표면(18)에 대하여 추가 압력(이차 성형면과의 접촉에 의해 야기됨)을 야기할 수 있다. 추가 압력은, 성형면(130) 상의 돌기들(135) 위로 그리고 그 주위로 적층체 웹(10)의 섬유를 밀기 위한 추가 힘을 제공한다. 완성된 적층체 웹(10)에 개구들(25)이 더욱 양호하게 형성될 수 있게 하기 위한 이러한 목적을 추가로 달성하기 위해, 이차 성형면은 돌출부 성형면(130)으로부터 외측으로 연장되는 돌기들(135)을 수용하도록 위치되고 구성되는 복수의 수용 구멍을 포함할 수 있다. 이러한 수용 구멍들의 형상 및 치수는, 성형면(130)으로부터의 대응하는 돌기들(135)을 수용하기에 충분한 빈 공간에 적층체 웹(10)을 수용하기 위해 필요한 공간을 더한 공간을 제공하는 한편, 적층체 웹(10)이 돌기들(135)과 수용 구멍들의 상호맞물리는 조합을 통과할 때 적층체 웹 상에 의도된 압력 세기를 제공하도록 선택된다. 이차 성형면 내의 복수의 구멍은 돌기들(135)과 맞물리는 한편, 성형면(130) 및 이차 롤러가 동일한 표면 속도로 반대 방향으로 회전하는 구멍들을 구비한 롤로부터 유래할 수 있다. 　 대안적으로, 이차 성형면 내의 복수의 구멍은 돌기들(135) 및 적층체 웹(10)에 접촉하지만 들어맞는 한편, 돌기들(135) 위로 개구들(25)을 형성하는 데 일조하도록 충분한 강성을 제공하는 표면으로부터 유래할 수 있다. 　 이차 성형면 상의 들어맞는 표면의 예로는 브러시 롤러 및 펠트 롤러를 포함한다. 　 적층체 웹(10)에서 개구들(25)의 형성을 개선하는 다른 측면에서, 유체 엉킴 디바이스들(140c, 140d 및 140e)로부터 방출되는 돌출부 유체 제트들 중 하나 이상은, 엉킴 유체(142)를 형성면(130) 상의 돌기들(135)에 대하여 집중시키거나 유도하도록 하는 방식으로 돌출부 성형면(130)에 대하여 위치될 수 있다. 적층체 웹(10)이 성형면(130) 상의 돌기들(135)과 만나게 되는 구역에 돌출부 유체 제트를 집중시킴으로써, 더 높은 흐름의 엉킴 유체(142)가 돌출부들(135) 위로 및 그 주위에서 적층체 웹(10)의 섬유를 더욱 잘 엉키게 하고 밀어서 개구들(25)을 형성한다. 더 높은(또는 더욱 집중된) 흐름의 엉킴 유체(142)는, 구멍들(25)의 원주/둘레 주위에서 지지층(14)과 돌출부 웹(16)으로부터 섬유들의 엉킴을 더욱 양호하게 형성시킨다. 돌기들(135) 상의 유체 엉킴 디바이스를 집중시키는 다른 이점은, 개구들(25)을 갖지 않는 적층체 웹(10)의 부분들에서 지면 구역(19) 및 돌출부들(12)에 대한 손상을 감소시키는 것이다. 적층체 웹(10) 내에서의 개구들(25)의 형성을 개선하기 위한 이러한 공정 및 장치 측면들의 각각은 도 3, 도 4, 도 4a, 도 5, 도 6 및 도 7에 도시된 구성들 중 임의의 하나와 함께 사용될 수 있다.

도 4의 공정 및 장치(100)의 추가 변형예가 도 4a에 도시되어 있다. 도 4에서, 도 5 및 도 7에 나타낸 장치 및 공정의 후속하는 실시예들 뿐만 아니라, 유체-엉킴된 적층체 웹(10)에 적층 성형면(152) 및 적층 유체 엉킴 디바이스 또는 디바이스들(140b)에 의해 예비-적층 단계가 실시된다. 이 구성들(도 4, 도 5 및 도 7) 각각에서, 적층 성형면(152)과 직접 접촉하는 물질은 지지층(14)의 제1 표면(18)이다. 그러나, 도 4a에 나타낸 바와 같은 지지층(14) 및 돌출부 웹(16)을 반전시켜서 돌출부 웹(16)의 외부 표면(26)이 적층 성형면(152)과 직접 접촉하는 면이 되게 할 수도 있고 도 4, 도 5 및 도 7의 장치 및 공정의 이러한 대안 형태가 또한 본 발명 뿐만 아니라 그의 변형예들의 범주 내에 있다.

본 발명에 따른 공정 및 장치(100)의 또 다른 대안적인 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 이 실시예는 돌출부 웹(16)이 장비의 돌출부 형성 부분 내에 송급되기 전에 유체 엉킴 디바이스들(140a 및 140b)을 사용하여 돌출부 웹(16)만이 예비-엉킴 처리되는 것을 제외하고는 도 4에 나타내 것과 유사하다. 또한, 지지층(14)은 도 3에서와 동일한 방식으로 돌출부 성형면/드럼(130) 상에 질감화 지역(144) 내에 송급되지만, 질감화 지역(144)에는 다수의 돌출부 유체 엉킴 디바이스(140c, 140d 및 140e) 이 공급된다.

도 6은 도 4와 같이 적층 성형면(152)(운반 벨트(110)와 동일한 구성요소임) 및 적층 유체 엉킴 디바이스(140b)를 이용하여 장비 및 공정의 적층 부분에서의 적층 처리를 위해 돌출부 웹(16) 및 지지층(14)을 서로 접촉하게 하는, 본 발명에 따른 공정 및 장치의 또 다른 실시예를 묘사한다. 또한, 도 4의 실시예와 같이, 공정 및 장치(100)의 돌출부 형성 부분의 질감화 지역(144)에서, 다수의 돌출부 유체 엉킴 디바이스들(140c 및 140d)이 사용된다.

도 7은 본 발명에 따른 공정 및 장치(100)의 또 다른 실시예를 묘사한다. 도 7에서, 주요 차이점은 지지층(14)의 제2 표면(20)이 돌출부 유체 엉킴 디바이스(140d)를 통해 유체 엉킴을 위한 돌출부 웹(16)의 내부 표면(24)과 접촉하게 되기 전에 돌출부 웹(16) 이 질감화 지역(144) 내에서 돌출부 유체 엉킴 디바이스(140c)를 통해 엉킴 유체(142)로 제1 처리를 받는 점이다. 이와 같이, 돌출부들(12)의 초기 형성은 지지층(14)이 제자리에 있지 않은 채로 개시된다. 그 결과, 돌출부 유체-엉킴 디바이스(140c)가 돌출부 유체-엉킴 디바이스(140d) 보다 낮은 압력에서 작동되는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들면, 돌출부 유체-엉킴 디바이스(140c)는 약 100 내지 약 140바의 압력 범위에서 동작될 수 있는 반면에, 돌출부 유체-엉킴 디바이스(140d)는 약 140 내지 약 200바 압력 범위에서 동작될 수 있다. 압력의 다른 조합 및 범위가 장비의 작동 조건 및 돌출부 웹(16) 및 지지층(14)을 위해 사용되는 물질들의 종류 및 평량에 따라 선택될 수 있다.

공정 및 장치(100)의 각각의 실시예에서, 돌출부 웹(16) 내의 섬유들은 돌출부 웹(16) 내에서 충분히 분리되고 이동 가능해서, 질감화 지역(144) 내의 돌출부 유체 제트들로부터 엉키는 엉킴 유체(142)가 충분한 수의 섬유들을 돌출부 성형면(130) 내의 성형 구멍들(134) 부근에서의 돌출부 웹(16)의 X-Y 평면 밖으로 이동시키고 섬유들을 성형 구멍들(134) 내로 강제할 수 있고, 이에 따라 유체-엉킴된 적층체 웹(10)의 돌출부 웹(16) 내에 중공형 돌출부들(12)을 형성한다. 또한, 돌출부 웹(16)과 지지층(14) 양쪽 모두의 섬유들은, 엉킴 유체(142) 및 이차 성형면의 출현이 섬유들을 돌기들(135) 위로 그리고 그 주위에 강제해서 적층체 웹(10)에 개구들(25)을 형성하게 하도록 충분히 분리되고 이동식이다. 또한, 적어도 돌출부 웹(16)을 질감화 지역(144) 내로 과잉송급함으로써, 향상된 돌출부 형성이 달성될 수 있다.

본 발명의 공정 및 장치를 사용하여 형성된 적층체 웹(10)은 일회용 흡수 용품의 구성요소로서 사용될 수 있다. 일회용 흡수 용품은 적어도 하나의 층을 가질 수 있고, 그의 전부 또는 일부분이 본 발명의 유체 엉킴된 적층체 웹을 포함한다. 청구범위에 더욱 구체적으로 기재되어 있는 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 본 발명의 이러한 예들 및 기타 수정예들과 변형예들이 통상의 기술자에 의해 실시될 수 있다. 또한, 다양한 실시예들의 측면들이 전체적으로나 부분적으로 상호 교환될 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 숙련자라면 상술한 설명은 예시하기 위한 목적일 뿐이며, 첨부된 특허청구범위들에 더 상세하게 기재된 발명을 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해할 것이다.

Claims (24)

1. 돌출부들을 갖는 유체-엉킴된 적층체 웹을 형성하기 위한 공정으로,
   (i) 내부에 복수의 성형 구멍들을 정의하는 돌출부 성형면을 제공하되, 상기 성형 구멍들은 서로 이격되어 있으며 그들 사이에 지면 구역들을 가지고; 상기 돌출부 성형면은 복수의 돌기를 추가로 정의하되, 상기 돌기는 인접하는 지면 구역을 가지고; 상기 돌기는 성형면에 배치되어 제1 영역에 인접한 제2 영역보다 더 높은 밀도의 돌기를 갖는 제1 영역을 형성하고; 상기 돌출부 성형면은 돌출부 성형면 속도로 기계 방향으로 이동 가능한, 단계;
   (ii) 상기 돌출부 성형면을 향하는 방향으로 복수의 돌출부 유체 제트로부터 엉킴 유체의 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 내뿜을 수 있는 상기 복수의 돌출부 유체 제트를 갖는 돌출부 유체 엉킴 디바이스를 제공하는 단계;
   (iii) 지지층을 제공하되, 상기 지지층은 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 갖는, 단계;
   (iv) 섬유들을 포함하는 부직포 돌출부 웹을 제공하되, 상기 돌출부 웹은 대향하는 내부 표면 및 외부 표면을 갖는, 단계;
   (v) 상기 돌출부 웹의 상기 외부 표면을 상기 돌출부 성형면에 인접하게 위치시키면서 상기 돌출부 웹을 상기 돌출부 성형면 상에 송급하는 단계;
   (vi) 상기 지지층의 상기 대향하는 제2 표면을 상기 돌출부 웹의 상기 내부 표면 상에 송급하는 단계;
   (vii) 상기 복수의 돌출부 유체 제트로부터의 상기 엉킴 유체의 상기 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 상기 지지층의 상기 제1 표면으로부터 상기 돌출부 성형면을 향하는 방향으로 유도해서, a) 상기 돌출부 성형면 내의 상기 성형 구멍들 부근에 있는 상기 돌출부 웹의 제1 복수의 상기 섬유들이 상기 성형 구멍들 내로 유도되어서 상기 돌출부 웹의 상기 외부 표면으로부터 외측으로 연장되는 복수의 돌출부를 형성하게 하고, b) 상기 돌기와의 접촉 지점에서 상기 지지층과 상기 돌출부 웹을 통한 개구의 형성; 그리고 c) 상기 돌출부 웹의 제2 복수의 상기 섬유들이 상기 지지층과 엉키게 되어서 적층체 웹을 형성하게 하는, 단계; 및
   (viii) 상기 적층체 웹을 상기 돌출부 성형면으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 공정.
2. 제1항에 있어서, 상기 돌출부 웹의 섬유들은 상기 개구들의 원주를 따라 상기 지지층의 섬유들과 엉키게 되는, 공정.
3. 제1항에 있어서, 상기 돌기들은 뾰족한 형상, 돔 형상 및 편평한 형상으로부터 선택된 접촉 형상을 가지는, 공정.
4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 유도하는 단계 및 상기 적층체 웹을 제거하는 단계 사이에서 상기 돌출부 유체 제트들 중 2개 사이에 위치한 이차 성형면을 제공하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 적층체 웹은 상기 돌출부 성형면 및 상기 이차 성형면 사이를 지나가는, 공정.
5. 제4항에 있어서, 상기 이차 성형면은 상기 돌출부 성형면의 상기 돌기와 맞물리도록 위치한 복수의 수용 구멍을 포함하는, 공정.
6. 제1항에 있어서, 상기 돌출부 유체 제트들 중 적어도 하나는 상기 돌출부 성형면에 대하여 위치되어 상기 돌출부 성형면의 상기 돌기에 대하여 상기 엉킴 유체를 집중시키는, 공정.
7. 제1항에 있어서, 상기 돌출부 성형면은 질감화 드럼을 포함하는, 공정.
8. 제7항에 있어서, 상기 돌출부 성형면의 지면 구역들은 상기 엉킴 유체에 대해 유체 투과성이 아닌, 공정.
9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림의 상기 방향은 중공형인 돌출부들의 형성을 야기하는, 공정.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항에 있어서, 상기 지지층 및 상기 돌출부 웹은 상기 돌출부 성형면 속도 보다 큰 속도로 상기 돌출부 성형면 상에 송급되는, 공정.
13. 중공형 돌출부들을 갖는 유체-엉킴된 적층체 웹을 형성하기 위한 공정으로,
    (i) 유체에 투과성을 가진 적층 성형면을 제공하되, 상기 적층 성형면은 적층 성형면 속도로 기계 방향으로 이동 가능한, 단계;
    (ii) 내부에 복수의 성형 구멍들을 정의하는 돌출부 성형면을 제공하되, 상기 성형 구멍들은 서로 이격되어 있으며 그들 사이에 지면 구역들을 가지고; 상기 돌출부 성형면은 복수의 돌기를 추가로 정의하되, 상기 돌기는 인접하는 지면 구역을 가지고; 상기 돌기는 성형면에 배치되어 제1 영역에 인접한 제2 영역보다 더 높은 밀도의 돌기를 갖는 제1 영역을 형성하고; 상기 돌출부 성형면은 돌출부 성형면 속도로 기계 방향으로 이동 가능한, 단계;
    (iii) 상기 적층 성형면을 향하는 방향으로 적층 유체 제트로부터 엉킴 유체의 복수의 가압된 적층 유체 스트림을 내뿜을 수 있는 복수의 상기 적층 유체 제트를 갖는 적층 유체 엉킴 디바이스를 제공하는 단계;
    (iv) 상기 돌출부 성형면을 향하는 방향으로 돌출부 유체 제트로부터 엉킴 유체의 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 내뿜을 수 있는 복수의 상기 돌출부 유체 제트를 갖는 돌출부 유체 엉킴 디바이스를 제공하는 단계;
    (v) 지지층을 제공하되, 상기 지지층은 대향하는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 단계;
    (vi) 섬유들을 포함하는 부직포 돌출부 웹을 제공하되, 상기 돌출부 웹은 대향하는 내부 표면 및 외부 표면을 갖는, 단계;
    (vii) 상기 지지층 및 상기 돌출부 웹을 상기 적층 성형면 상에 송급하는 단계;
    (viii) 상기 복수의 적층 유체 제트로부터의 상기 복수의 가압된 적층 유체 스트림을 상기 지지층 및 상기 돌출부 웹으로 유도해서, 상기 돌출부 웹으로부터의 상기 섬유들의 적어도 일부분이 상기 지지층과 엉키게 되어서 적층체 웹을 형성하게 하는, 단계;
    (ix) 상기 돌출부 웹의 상기 외부 표면을 상기 돌출부 성형면에 인접하게 위치시키면서 상기 적층체 웹을 상기 돌출부 성형면 상에 송급하는 단계;
    (x) 상기 복수의 돌출부 유체 제트로부터의 상기 엉킴 유체의 상기 복수의 가압된 돌출부 유체 스트림을 상기 지지층의 상기 제1 표면으로부터 상기 돌출부 성형면을 향하는 방향으로 상기 적층체 웹으로 유도해서, 상기 돌출부 성형면 내의 상기 성형 구멍들 부근에 있는 상기 돌출부 웹의 제1 복수의 상기 섬유들이 상기 성형 구멍들 내로 유도되어서 상기 돌출부 웹의 상기 외부 표면으로부터 외측으로 연장되는 복수의 돌출부를 형성하게 하고, 상기 돌기와의 접촉 지점에서 상기 적층체 웹을 통한 개구의 형성을 야기하는, 단계; 및
    (xi) 상기 적층체 웹을 상기 돌출부 성형면으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 공정.
14. 제13항에 있어서, 상기 적층체 웹의 섬유들은 상기 개구들의 원주를 따라 보다 큰 정도로 서로 엉키게 되는, 공정.
15. 제13항에 있어서, 상기 돌기들은 뾰족한 형상, 돔 형상 및 편평한 형상으로부터 선택된 접촉 형상을 가지는, 공정.
16. 제13항에 있어서, 단계 (x) 및 상기 적층체 웹을 제거하는 단계 사이에서 상기 돌출부 유체 제트들 중 2개 사이에 위치한 이차 성형면을 제공하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 적층체 웹은 상기 돌출부 성형면 및 상기 이차 성형면 사이를 지나가는, 공정.
17. 제16항에 있어서, 상기 이차 성형면은 상기 돌출부 성형면의 상기 돌기와 맞물리도록 위치한 복수의 수용 구멍을 포함하는, 공정.
18. 제13항에 있어서, 상기 돌출부 유체 제트들 중 적어도 하나는 상기 돌출부 성형면에 대하여 위치되어 상기 돌출부 성형면의 상기 돌기에 대하여 상기 엉킴 유체를 집중시키는, 공정.
19. 삭제
20. 삭제
21. 제1항에 있어서, 상기 제2 영역은 제1 영역에 비해 성형면의 원주 주위에 위치하는, 공정.
22. 제1항에 있어서, 상기 제2 영역은 제1 영역에 비해 성형면의 폭을 가로질러서 위치하는, 공정.
23. 제13항에 있어서, 상기 제2 영역은 제1 영역에 비해 성형면의 원주 주위에 위치하는, 공정.
24. 제13항에 있어서, 상기 제2 영역은 제1 영역에 비해 성형면의 폭을 가로질러서 위치하는, 공정.

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