Способ лазерной резки полотняной структуры - RU2730904C2

Описание

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Впитывающие изделия личной гигиены производят с использованием различных компонентов, в том числе полотняных структур, которые могут предоставлять различные преимущества носящему впитывающее изделие. Примером полотняной структуры может быть проницаемое для жидкости нетканое полотно или пленка, которые могут быть использованы в качестве контактирующего с телом слоя, такого как слой верхнего листа впитывающего изделия. Другим примером полотняной структуры может быть непроницаемое для жидкости нетканое полотно или пленка, которые могут быть использованы в качестве контактирующего с одеждой слоя, такого как слой нижнего листа впитывающего изделия.

Впитывающие изделия личной гигиены могут быть произведены в различных формах, таких как, например, прямоугольная форма или форма песочных часов, и в различных размерах, которые могут подходить широкому диапазону носящих — от младенцев до взрослых. Полотняные структуры, которые образуют некоторые из компонентов впитывающего изделия, разрезают из больших листов полотняных структур на меньшие полотняные структуры надлежащего размера для включения в состав получаемого в результате впитывающего изделия.

При резке большего листа полотняных структур на меньшие полотняные структуры надлежащего размера может использоваться лазер, который может испускать луч излучения на полотняную структуру. Энергия, выделенная от луча излучения, может быть поглощена полотняной структурой в зоне, которая представляет собой фокус луча излучения. Поглощение энергии из луча излучения может привести к испарению из полотняной структуры в зоне фокуса. Испарение из полотняной структуры может привести к образованию шероховатого края у оставшейся полотняной структуры вследствие плавления материала полотняной структуры, который примыкает к зоне, где произошло испарение.

Поскольку эти полотняные структуры будут применены во впитывающих изделиях личной гигиены и могут потенциально вступать в контакт с кожей носящего, существует потребность в способе резки полотняной структуры, который обеспечит в результате более мягкий край разрезанной полотняной структуры.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В различных вариантах осуществления способ резки полотняной структуры может включать этапы: предоставления лазера, способного испускать луч излучения; предоставления полотняной структуры, при этом полотняная структура содержит первую часть материала и вторую часть материала; направления луча излучения от лазера к первой части полотняной структуры с первым профилем импульсов на диаметр луча; направления луча излучения от лазера ко второй части полотняной структуры со вторым профилем импульсов на диаметр луча; при этом первая часть полотняной структуры отличается от второй части полотняной структуры и при этом первый профиль импульсов на диаметр луча отличается от второго профиля импульсов на диаметр луча. В различных вариантах осуществления первая часть полотняной структуры содержит материал, содержащий по меньшей мере одно из полиэтилена, полипропилена или сложного полиэфира, и вторая часть полотняной структуры содержит материал, содержащий по меньшей мере одно из полиэтилена, полипропилена или сложного полиэфира.

В различных вариантах осуществления первая часть полотняной структуры представляет собой один слой материала, а вторая часть полотняной структуры представляет собой слоистую структуру из по меньшей мере двух материалов, наложенных друг на друга. В различных вариантах осуществления по меньшей мере два материала слоистой структуры являются по меньшей мере частично связанными друг с другом.

В различных вариантах осуществления первая часть полотняной структуры представляет собой слоистую структуру из по меньшей мере двух слоев материала, наложенных друг на друга, а вторая часть полотняной структуры представляет собой слоистую структуру из по меньшей мере трех слоев материала, наложенных друг на друга. В различных вариантах осуществления по меньшей мере два слоя слоистой структуры первой части полотна являются по меньшей мере частично связанными друг с другом, и при этом по меньшей мере три слоя материалов слоистой структуры второй части полотняной структуры являются по меньшей мере частично связанными друг с другом.

В различных вариантах осуществления первый профиль импульсов на диаметр луча находится в диапазоне от 0,25 до 32 и второй профиль импульсов на диаметр луча находится в диапазоне от 0,25 до 32. В различных вариантах осуществления первый профиль импульсов на диаметр луча находится в диапазоне от 0,25 до 8 и второй профиль импульсов на диаметр луча находится в диапазоне от 0,25 до 8.

В различных вариантах осуществления лазер имеет импульсный режим работы. В различных вариантах осуществления лазерный луч излучения имеет одномодовую структуру. В различных вариантах осуществления лазерный луч излучения имеет диаметр пятна в диапазоне от 150 мкм до 350 мкм.

В различных вариантах осуществления способ резки полотняной структуры включает этапы: предоставления лазера; предоставления полотняной структуры; перемещения полотняной структуры с первой скоростью; направления луча излучения от лазера к полотняной структуре на первой частоте, в результате которой получают первый профиль импульсов на диаметр луча; изменения скорости перемещения полотняной структуры на вторую скорость; и направления луча излучения от лазера к полотняной структуре на второй частоте, в результате которой получают второй профиль импульсов на диаметр луча; при этом первая частота и вторая частота отличаются.

В различных вариантах осуществления первый профиль импульсов на диаметр луча является таким же, как и второй профиль импульсов на диаметр луча. В различных вариантах осуществления первый профиль импульсов на диаметр луча отличается от второго профиля импульсов на диаметр луча.

В различных вариантах осуществления первый профиль импульсов на диаметр луча находится в диапазоне от 0,25 до 32 и второй профиль импульсов на диаметр луча находится в диапазоне от 0,25 до 32. В различных вариантах осуществления первый профиль импульсов на диаметр луча находится в диапазоне от 0,25 до 8 и второй профиль импульсов на диаметр луча находится в диапазоне от 0,25 до 8.

В различных вариантах осуществления лазер имеет импульсный режим работы. В различных вариантах осуществления лазерный луч излучения имеет одномодовую структуру. В различных вариантах осуществления лазерный луч излучения имеет диаметр пятна в диапазоне от 150 мкм до 350 мкм.

В различных вариантах осуществления полотняная структура содержит материал, содержащий по меньшей мере одно из сложного полиэфира, полипропилена или полиэтилена.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу резки полотняной структуры, который применяется в производстве впитывающего изделия. В способе резки полотняной структуры может использоваться лазер, имеющий импульсный режим работы. В различных вариантах осуществления режим частоты луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, может быть таким, который соответствует материалу полотняной структуры. В различных вариантах осуществления режим частоты луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, может быть таким, который соответствует скорости, с которой перемещается полотняная структура, и может изменяться с каждым изменением скорости перемещения полотняной структуры.

Определения

Термин «впитывающее изделие» в настоящем документе относится к изделию, которое может быть размещено вплотную к телу носящего или вблизи него (т. е. в соприкосновении с телом) для впитывания и удержания различных жидких, твердых и полужидких выделений, выделяемых организмом. Такие описываемые в настоящем документе впитывающие изделия следует выбрасывать после ограниченного периода применения вместо стирки или другого способа восстановления для повторного применения. Необходимо понимать, что настоящее изобретение применимо к различным одноразовым впитывающим изделиям, в том числе, но без ограничения, к подгузникам, трусам для приучения к горшку, трусам для подростков, плавкам, гигиеническим изделиям для женщин, включая, но без ограничения, менструальные прокладки, изделия для страдающих недержанием, предметам медицинской одежды, хирургическим прокладкам и бандажам, другим предметам личной гигиены или предметам по уходу за здоровьем и т. д., без отступления от объема настоящего изобретения.

Термин «связанный» в настоящем документе относится к сочленению, склеиванию, соединению, скреплению или т. п. двух элементов. Два элемента будут считаться связанными вместе, если они сочленены, склеены, соединены, скреплены или т. п. непосредственно друг с другом или косвенно друг с другом, например, если каждый непосредственно связан с промежуточными элементами. Связывание одного элемента с другим может происходить посредством непрерывных или прерывистых связей. Связывание одного элемента с другим может происходить с помощью любых подходящих средств, таких как, но без ограничения, виды клея, связи, полученные способом ультразвуковой сварки, связи, полученные способом термосварки, связи, образованные под давлением, или других традиционных методик. Клей может быть нанесен непрерывно или периодически в виде капель, спрея, параллельных кривых или т. п. Подходящие виды клея могут быть получены от Bostik Findlay Adhesives, Inc., Воватоса, Висконсин, США.

Термин «кардочесанное полотно» в настоящем документе относится к полотну, содержащему натуральные или синтетические волокна со штапельной длиной, как правило, имеющие значения длины волокон менее чем приблизительно 100 мм. Связки штапельных волокон можно подвергать процессу рыхления для разделения волокон, которые затем отправляют на процесс кардочесания, с помощью которого разделяют и объединяют волокна для выравнивания их в направлении обработки, после чего волокна осаждают на движущуюся сетку для дополнительной обработки. Такие полотна обычно подвергают какому-либо процессу связывания, такому как термосварка с помощью тепла и/или давления. В дополнение или вместо этого волокна можно подвергнуть процессам склеивания для связывания волокон друг с другом, например, путем применения видов порошкового клея. Кардочесанное полотно можно подвергнуть струйному скреплению, такому как водоструйное скрепление, для дополнительного сплетения волокон и, таким образом, повышения целостности кардочесанного полотна. Кардочесанные полотна, благодаря выравниванию волокон в направлении обработки, после связывания, как правило, будут иметь прочность в направлении обработки, превышающую прочность в поперечном направлении.

Применяемый в настоящем документе термин «пленка» относится к термопластичной пленке, изготовленной с применением способа экструзии и/или формования, такого как способ экструзии пленки через щелевую головку или экструзии пленки с раздувом. Термин включает пленки с отверстиями, пленки, разрезанные на узкие ленточки, и другие пористые пленки, которые представляют собой пленки для переноса текучих сред, а также пленки, которые не переносят текучие среды, такие как, но без ограничения, барьерные пленки, наполненные пленки, воздухопроницаемые пленки и ориентированные пленки.

Термин «струйное скрепление» и «подвергнутый струйному скреплению» в настоящем документе относится к способу формования для дополнительного повышения степени скрепления волокна в заданном волокнистом нетканом полотне или между волокнистыми неткаными полотнами и другими материалами с тем, чтобы сделать разделение отдельных волокон и/или слоев более затруднительным в результате скрепления. Обычно его осуществляют путем закрепления волокнистого нетканого полотна на формующей или несущей поверхности некоторого типа, которая имеет по меньшей мере некоторую степень проницаемости для нагнетаемой под давлением текучей среды. Затем поток текучей среды под давлением (обычно множество потоков) может направляться к поверхности нетканого полотна, которая является противоположной по отношению к опорной поверхности полотна. Текучая среда под давлением контактирует с волокнами и давит на части волокон в направлении потока текучей среды, таким образом, смещая все или часть из множества волокон по направлению к опорной поверхности полотна. В результате происходит дополнительное скрепление волокон в направлении, которое можно назвать Z-направлением полотна (его толщина) по отношению к более плоской области, его X-Y плоскости. Если два или более отдельных полотна или других слоев размещены смежно друг с другом на формующей/несущей поверхности и подвергаются действию текучей среды под давлением, обычно необходимый результат заключается в том, что некоторые волокна по меньшей мере одного из полотен принудительно вдавливаются в смежное полотно или слой, таким образом, вызывая скрепление волокна в области взаимодействия двух поверхностей так, что в результате происходит связывание или сочленение полотен/слоев друг с другом в результате повышенного скрепления волокон. Степень связывания или скрепления будет зависеть от ряда факторов, включая без ограничения типы используемых волокон, длины волокон, степень предварительного связывания или скрепления полотна или полотен перед осуществлением способа струйного скрепления, типа используемой текучей среды (жидкости, такие как вода, пар, или газы, такие как воздух), давление текучей среды, количество потоков текучей среды, скорости осуществления способа, время воздействия текучей среды и пористость полотна или полотен/других слоев и формующей/несущей поверхности. Один из наиболее распространенных способов струйного скрепления называют водоструйным скреплением, которое является способом, хорошо известным для специалистов в данной области, связанной с неткаными полотнами. Примеры способов струйного скрепления можно найти в патенте США № 4939016, Radwanski и соавт., патенте США № 3485706, выданном Evans, и патентах США № 4970104 и № 4959531, Radwanski, каждый из которых включен в настоящий документ с помощью ссылки в полном его объеме для всех целей.

Термин «г/м²» в настоящем документе относится к граммам на квадратный метр.

Термин «гидрофильный» в настоящем документе относится к волокнам или поверхностям волокон, которые смачиваются водными жидкостями при контакте с волокнами. Степень смачивания материалов, в свою очередь, можно описать с точки зрения краевых углов и значений поверхностного натяжения рассматриваемых жидкостей и материалов. Оборудование и методики, подходящие для измерения смачиваемости конкретных волокнистых материалов или смесей волокнистых материалов, могут быть представлены системой для анализа сил поверхностного натяжения Cahn SFA-222 или по существу эквивалентной системой. При измерении с помощью данной системы волокна с краевыми углами менее 90 градусов обозначают как «смачиваемые» или гидрофильные, а волокна с краевыми углами, превышающими 90 градусов, обозначают как «несмачиваемые» или гидрофобные.

Термин «непроницаемый для жидкости» в настоящем документе относится к слою или многослойному слоистому материалу, в котором жидкие выделения организма, такие как моча, не будут проходить через слой или слоистый материал при обычных условиях применения в направлении, в целом перпендикулярном плоскости слоя или слоистого материала в точке контакта с жидкостью.

Термин «проницаемый для жидкости» в настоящем документе относится к любому материалу, который не является непроницаемым для жидкости.

Термин «мелтблаун» в настоящем документе относится к волокнам, образованным посредством экструзии расплавленного термопластичного материала через множество мелких, обычно круглых, капилляров головки в виде расплавленных нитей или элементарных нитей в сходящихся высокоскоростных нагретых потоках газа (например, воздуха), которые способствуют уменьшению диаметра элементарных нитей из расплавленного термопластичного материала, который может характеризоваться диаметром микроволокна. После этого волокна мелтблаун переносятся высокоскоростным потоком газа и осаждаются на принимающую поверхность с образованием полотна из распределенных случайным образом волокон мелтблаун. Такой способ раскрыт, например, в патенте США № 3849241, Butin и соавт., который включен в настоящий документ с помощью ссылки. Волокна мелтблаун являются микроволокнами, которые могут быть непрерывными или прерывающимися, обычно имеют толщину нити меньше чем приблизительно 0,6 денье, а также могут быть клейкими и самосвязывающимися при осаждении на принимающую поверхность.

Термин «нетканый» в настоящем документе относится к материалу, который образован без помощи процесса ткачества или вязания ткани. Материал может иметь структуру отдельных волокон, элементарных нитей или нитей (совместно называемых «волокнами»), которые могут быть переслаивающимися, но не распознаваемым способом, как в случае трикотажной ткани. Нетканый материал можно образовать с помощью многих способов, таких как, но без ограничения, способы создания мелтблаун, способы создания спанбонд, способы создания кардочесанного полотна и т. д.

Термин «спанбонд» в настоящем документе относится к волокнам малого диаметра, которые образуют путем экструзии расплавленного термопластичного материала в виде элементарных нитей из множества мелких капилляров экструдера для производства искусственного волокна с круглой или другой конфигурацией, при этом диаметр экструдированных элементарных нитей затем легко уменьшают с помощью традиционного способа, такого как, например, эжекторное вытягивание, и способов, которые описаны в патенте США № 4340563, Appel и соавт., в патенте США № 3692618, Dorschner и соавт., в патенте США № 3802817, Matsuki и соавт., в патенте США № 3338992 и № 3341394, Kinney, в патенте США № 3502763, Hartmann, в патенте США № 3502538, Peterson, и в патенте США № 3542615, Dobo и соавт., каждый из которых включен в настоящий документ во всей своей полноте посредством ссылки. Волокна спанбонд обычно являются непрерывными и зачастую имеют средние значения толщины нити в денье, превышающие приблизительно 0,3, и согласно одному варианту осуществления от приблизительно 0,6, 5 и 10 до приблизительно 15, 20 и 40. Волокна спанбонд обычно не являются клейкими при их осаждении на принимающую поверхность.

Термин «термопластичный» в настоящем документе относится к материалу, который размягчается, и которому можно придать форму под воздействием тепла, и который практически возвращается в неразмягченное состояние при охлаждении.

Термин «носящий» в настоящем документе относится к тому, кто использует впитывающее изделие, такое как, но без ограничения, подгузник, трусы для приучения к горшку, трусы для подростков, изделие для страдающих недержанием, женская прокладка или другое впитывающее изделие, причем впитывающее изделие размещают вблизи тела для впитывания выделений организма.

Полотняная структура

Несмотря на то, что описываемые в данном документе варианты осуществления можно в целом применять к полотняной структуре, обрабатываемой в продольном направлении полотняной структуры, также известном как машинное направление, следует отметить, что специалист в данной области техники сможет применить приведенную в данном документе информацию по отношению к полотняной структуре, обрабатываемой в поперечном направлении полотняной структуры, также известном как перпендикулярное направление, без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.

В различных вариантах осуществления полотняная структура может представлять собой один слой материала. В различных вариантах осуществления полотняная структура может иметь слоистую структуру, в которой по меньшей мере два слоя материала наложены друг на друга. В различных вариантах осуществления полотняная структура может иметь слоистую структуру, в которой по меньшей мере три слоя материала наложены друг на друга. В различных вариантах осуществления полотняная структура может иметь слоистую структуру, в которой по меньшей мере четыре слоя материала наложены друг на друга. В различных вариантах осуществления часть полотняной структуры может представлять собой один слой материала, а другая часть той же полотняной структуры может представлять собой слоистую структуру, в которой по меньшей мере два слоя материала наложены друг на друга. В различных вариантах осуществления часть полотняной структуры может представлять собой слоистую структуру, в которой по меньшей мере два слоя материала наложены друг на друга, а другая часть той же полотняной структуры может представлять собой слоистую структуру, в которой по меньшей мере три слоя материала наложены друг на друга. В различных вариантах осуществления слои слоистой структуры могут быть по меньшей мере частично связанными друг с другом. В различных вариантах осуществления слои слоистой структуры являются полностью связанными друг с другом. В различных вариантах осуществления слои слоистой структуры являются не связанными друг с другом.

Слой полотняной структуры может быть изготовлен из широкого набора материалов, таких как синтетические волокна (например, полиэфирные или полипропиленовые волокна), натуральные волокна (например, древесные или хлопковые волокна), комбинация натуральных и синтетических волокон, пористые пеноматериалы, сетчатые пеноматериалы, пленка, перфорированные пластиковые пленки или т. п. Примеры подходящих материалов включают, но без ограничения, целлюлозные химические волокна, древесные, хлопковые, полиэфирные, полипропиленовые, полиэтиленовые, нейлоновые волокна или другие волокна, способные к связыванию под воздействием нагревания, двухкомпонентные штапельные волокна, полиолефины, такие как, но без ограничения, сополимеры полипропилена и полиэтилена, линейный полиэтилен низкой плотности и сложные эфиры алифатических кислот, такие как полимолочная кислота, полотна из перфорированной пленки с мелкими отверстиями, сетчатые материалы и т. п., а также их комбинации. Пример двухкомпонентного штапельного волокна включает двухкомпонентное полиэтиленовое/полипропиленовое волокно. В этом конкретном двухкомпонентном волокне полипропилен образует сердцевину, а полиэтилен образует оболочку волокна. Двухкомпонентные волокна, имеющие другие ориентации, такие как расположенные в виде нескольких лепестков, параллельно или встык можно использовать без отступления от объема настоящего изобретения.

Материал, образующий слой, может быть обработан с получением нетканого полотна или пленки. Нетканое полотно или пленка, таким образом, образует слой полотняной структуры. Примеры нетканого материала могут включать полотно спанбонд, полотно мелтблаун, полотно, полученное по технологии коформ, кардочесанное полотно, связанное кардочесанное полотно, двухкомпонентное полотно спанбонд, полотно, полученное по технологии спанлейс, или т. п., а также их комбинации.

Слой полотняной структуры может состоять из по существу гидрофобного материала, и гидрофобный материал необязательно может быть обработан поверхностно-активным веществом или обработан иным образом для придания желаемого уровня смачиваемости и гидрофильности. Поверхностно-активное вещество можно наносить с помощью любых традиционных средств, таких как распыление, печать, нанесение покрытия кистью или т. п. Поверхностно-активное вещество можно наносить на весь слой полотняной структуры или его можно избирательно наносить на конкретные участки слоя полотняной структуры.

Полотняная структура может быть эластичной или неэластичной, растяжимой или нерастяжимой. В различных вариантах осуществления полотняная структура может быть целесообразно растяжимой, и более целесообразно эластичной, по меньшей мере, в поперечном направлении. В различных вариантах осуществления полотняная структура может быть растяжимой, и более целесообразно эластичной, как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Полотняная структура может быть проницаемой для воздуха, проницаемой для жидкости и/или непроницаемой для жидкости. В различных вариантах осуществления полотняная структура может представлять собой один проницаемый для жидкости слой. В различных вариантах осуществления полотняная структура может представлять собой один непроницаемый для жидкости слой. В различных вариантах осуществления полотняная структура может иметь слоистую структуру, в которой по меньшей мере два слоя материала наложены друг на друга и по меньшей мере один из слоев является непроницаемым для жидкости. В различных вариантах осуществления полотняная структура может иметь слоистую структуру, в которой по меньшей мере два слоя материала наложены друг на друга и полотняная структура является проницаемой для воздуха и непроницаемой для жидкости.

В различных вариантах осуществления слой полотняной структуры может иметь базовый вес от приблизительно 10, 12 или 15 г/м² до приблизительно 20, 22, 25 или 30 г/м². В различных вариантах осуществления слой полотняной структуры может представлять собой полотно мелтблаун из полиолефиновых волокон. В различных вариантах осуществления слой полотняной структуры может представлять собой полотно спанбонд из полиолефиновых волокон. Примером такого слоя полотняной структуры может быть полипропиленовое нетканое полотно спанбонд с базовым весом 20 г/м². В различных вариантах осуществления слой полотняной структуры может быть связанным кардочесанным полотном из натуральных и/или синтетических волокон. Примером такого слоя полотняной структуры может быть 100% полипропиленовое связанное кардочесанное полотно со структурой ромбовидных связей, доступное от компании Sandler A.G., Германия, например, Sawabond 4185®, 30 г/м², или эквивалент. В различных вариантах осуществления слой полотняной структуры может представлять собой нетканое двухкомпонентное полотно. Нетканое двухкомпонентное полотно может представлять собой двухкомпонентное полотно спанбонд или связанное кардочесанное двухкомпонентное полотно. В различных вариантах осуществления слой полотняной структуры может представлять собой пленку. В различных вариантах осуществления полотняная структура может представлять собой микропористую полимерную пленку, такую как полиэтилен или полипропилен. Примером пленочного слоя может быть пленка Berry Plastics XP-8695H, 19 г/м², или эквивалент, коммерчески доступная от Berry Plastics Corporation, Evansville, IN, США. Другим примером такого слоя полотняной структуры может быть полиэтиленовая пленка с базовым весом 22 г/м². В различных вариантах осуществления полотняная структура может иметь слоистую структуру, в которой три слоя материала наложены друг на друга. Примером такого варианта осуществления может быть слоистая структура, в которой три слоя материала слоистой структуры могут представлять собой слоистую структуру спанбонд-мелтблаун-спанбонд, имеющую 10% содержание мелтблаун, нанесенного между двумя слоями спанбонд. В различных вариантах осуществления полотняная структура может иметь слоистую структуру, в которой четыре слоя материала наложены друг на друга. Примером такого варианта осуществления может быть слоистая структура, в которой четыре слоя материала слоистой структуры могут представлять собой спанбонд-спанбонд-пленка-спанбонд.

Полотняную структуру, используемую в качестве компонента впитывающего изделия, разрезают и отделяют от большей полотняной структуры. На этапе резки в производственном процессе можно применять лазер, как описано в настоящем документе. Полотняная структура имеет две основных поверхности, причем одна из них обращена к лазеру, а противоположная поверхность обращена в сторону от лазера. С целью проведения надлежащей линии разреза, при котором полотняная структура компонента впитывающего изделия может быть аккуратно отделена от основной полотняной структуры, лазерный луч разрезает полотняную структуру от лицевой основной поверхности полотняной структуры до противоположной основной поверхности полотняной структуры. Линия разреза представляет собой результат разрыва молекул, которые образуют полотняную структуру в зоне, которая представляет собой фокус лазера. Чтобы полотняная структура была восприимчива к энергии, испускаемой лазером, она должна иметь спектр поглощения. В различных вариантах осуществления спектр поглощения полотняной структуры, имеющей один слой материала, является таким же, как и спектр поглощения одного слоя материала. В различных вариантах осуществления спектр поглощения полотняной структуры, имеющей слоистую структуру, в которой по меньшей мере два слоя материала наложены друг на друга, будет представлять собой среднее значение спектров поглощения каждого из отдельных слоев слоистой структуры полотняной структуры. В различных вариантах осуществления полотняная структура, имеющая одну часть, которая представляет собой отдельный слой материала, и другую часть, имеющую слоистую структуру (или полотняная структура, имеющая две отдельных части, которые состоят из различных слоистых структур), будет иметь части той же полотняной структуры с отличающимся спектром поглощения. Поглощение лазерной энергии каждым слоем полотняной структуры происходит по закону Бера. В различных вариантах осуществления каждый слой полотняной структуры поглощает по меньшей мере 60% лазерной энергии, когда лазер проникает сквозь слой полотняной структуры.

Лазерная резка

Лазер представляет собой устройство, которое испускает мощный, концентрированный луч света. Луч света представляет собой стимулированное, усиленное электромагнитное излучение и состоит из световых волн, которые являются когерентными, то есть синфазными и монохроматическими, то есть проходят на одной и той же длине волны. Каждый лазер обычно называют в соответствии с конкретной генерирующей средой, которую он использует, и, в зависимости от конкретной атомной структуры этой среды, каждый лазер испускает свою собственную специфическую и характерную длину волны, то есть длину волны четко определенной частоты. Длины волн лазера могут находиться в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 40 микрон и их частоты могут находиться в диапазоне от приблизительно 1,5x10¹⁵ до приблизительно 0,75x10¹³ циклов в секунду. Примерами нескольких типов лазеров, доступных к использованию, являются: газовые лазеры, такие как лазер на диоксиде углерода или гелий-неоновый лазер; твердотельные лазеры с оптической накачкой, такие как лазеры на рубине, алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом (Nd-YAG), или стекле; полупроводниковые лазеры, такие как лазеры на арсениде галлия, и пластиковые лазеры и лазеры, использующие сопряженные органические молекулы, такие бензол, толуол или нафталин.

Лазерные лучи переносят большую энергию. Мощность, доступная от такой энергии, может составлять от доли ватт до многих тысяч ватт. В целом, мощность используемого луча может изменяться в зависимости от толщины полотняной структуры. В различных вариантах осуществления мощность луча может составлять от приблизительно 2 до 50 или 100 ватт. Интенсивность энергии, то есть количество энергии, которое протекает в секунду на единицу площади материала, перпендикулярного лучу, может изменяться и контролироваться, например, изменением фокуса луча в соответствии с различными известными способами.

Энергия лазерного луча переносится в соответствии с выходной комбинацией или модовой структурой луча. Луч может иметь одномодовую или многомодовую структуру. У луча с одномодовым выходным излучением вся энергию сосредоточена в одном пятне нагрева с распределением интенсивности, которое соответствует гауссовой кривой, когда точки интенсивности берутся вдоль линии, перпендикулярной оси луча. Многомодовый луч состоит из ряда колец и/или пятен, симметричных относительно оси луча. По сравнению с многомодовым лучом одномодовый луч можно сфокусировать на меньшем диаметре пятна, и такое пятно имеет очень высокую интенсивность. В различных вариантах осуществления лазер, имеющий одномодовую структуру и луч которого фокусируется на меньшем размере или диаметре пятна, является наиболее подходящим для описанного здесь способа. Небольшой размер пятна для лазерного луча может быть предпочтительным, поскольку энергия, содержащаяся в нем, сконцентрирована так, что небольшой точный объем полотняной структуры может быть быстро нагрет, испарен или иным образом уменьшен способом, при котором проводится аккуратный разрез, не затрагивающий соседние зоны полотняной структуры. В различных вариантах осуществления диаметр пятна лазера может находиться в диапазоне от приблизительно 150 или 200 мкм до приблизительно 250, 300 или 350 мкм. В различных вариантах осуществления диаметр пятна лазера составляет приблизительно 250 мкм.

Лазерный луч может фокусироваться с помощью подходящей фокусирующей оптики и контролироваться до подходящих уровней мощности для обеспечения испарения вдоль узкой линии разреза. Диаметры пятна, на котором фокусируется лазерный луч для проведения надлежащей линии разреза, согласно настоящему изобретению могут быть любого подходящего размера, зависящим, в числе прочего, от толщины полотняной структуры. Любую подходящую линзу, способную фокусировать луч лазерного излучения, можно использовать с лазером. В различных вариантах осуществления короткофокусные линзы могут быть использованы для обеспечения желаемых небольших размеров пятна. Различные материалы, известные в данной области техники, доступны для использования в качестве таких линз в зависимости от длины волны, проходящей через них. Например, с лазером на диоксиде углерода могут быть использованы линзы из германия, арсенида галлия или хлорида натрия.

Лазерные лучи могут быть двух типов — импульсные и непрерывные. Первый тип включает короткие импульсы или потоки с относительно высокой энергией, которые могут распространяться, для пиковых импульсов от приблизительно 15 наносекунд до приблизительно 1 миллисекунды, а для стандартных импульсов управления — от приблизительно 1 миллисекунды до более чем 1 секунды. В различных вариантах осуществления лазер, испускающий импульсные лучи энергии, подходит для способа, описанного в настоящем документе. Частота луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, выбирается в зависимости от типа материала в слоях полотняной структуры. Частота луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, также выбирается в зависимости от скорости резки. В различных вариантах осуществления частота может составлять от приблизительно 2, 5, 7, 10, 15, 20, 22, 25, 30, 35, 40, 45, 47 или 50 до приблизительно 55, 60, 63, 65, 0, 75, 80, 85, 90, 95 или 100 кГц. В различных вариантах осуществления скорость резки может составлять от приблизительно 100, 150, 200 или 250 дюймов/с до приблизительно 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600 или 650 дюймов/с. В различных вариантах осуществления скорость линии может составлять от приблизительно 400, 450, 500 или 750 футов/мин до приблизительно 1000, 1250, 1350, 1500, 1600, 1700, 1800 или 1900 фут/мин. Частота луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, может привести к получению профиля с количеством импульсов на диаметр лазерного луча. В различных вариантах осуществления профиль с количеством импульсов на диаметр лазерного луча может находиться в диапазоне от 0,25, 1, 1,5, 2 или 4 до 6, 8 или 32. В таких вариантах осуществления последовательный импульс может перекрываться с по меньшей мере непосредственно предшествующим импульсом в полотняной структуре. Перекрытие импульсов может привести к повышению температуры в зоне полотняной структуры, которая является фокусом лазерного луча. Такое повышение температуры может привести к испарению или абляции в зоне полотняной структуры до того, как потенциально опасное количество теплоты распространится в оставшиеся крайние части оставшейся полотняной структуры. Как будет описано здесь, частоту можно варьировать в зависимости от скорости резки, чтобы обеспечить согласованное количество импульсов на единицу длины разреза.

Длина волны лазерного луча может быть длиной волны, отношение которой к поглощающему спектру слоя (слоев) полотняной структуры таково, что оно будет поглощаться слоем (слоями) полотняной структуры таким образом, чтобы провести надлежащую линию разреза в полотняной структуре. Лазерное излучение может быть выбрано так, чтобы получить длину волны, при которой слой полотняной структуры имеет существенное поглощение, вследствие чего поглощенное электромагнитное излучение может обеспечивать эффективное испарение или абляцию полотняной структуры вдоль линии разреза. В противном случае лазерное излучение будет передаваться или отражаться слоем полотняной структуры, просто как другой падающий свет, длина волны которого находится в пределах предусмотренного рабочего диапазона полотняной структуры. В различных вариантах осуществления лазер имеет фиксированную длину волны, которая может быть одной из 9,3, 10,1, 10,2, 10,3 или 10,6 мкм. В различных вариантах осуществления лазер имеет фиксированную длину волны 10,2 мкм.

Если присутствует относительное перемещение вдоль предварительно заданного пути между лазерным лучом определенной длиной волны и полотняной структурой, частично прозрачной для такой длины волны, энергия, распределенная по всей ширине диаметра луча и более сконцентрированная в его центре, поглощается полотняной структурой. По мере поглощения энергии она преобразуется в тепло, которое смягчает и расплавляет полотняную структуру вдоль пути луча. В направлении центра пути луча, где интенсивность больше, некоторые из молекул полотняной структуры испаряются, и полученные в результате расширяющиеся газы образуют линию разреза в полотняной структуре. Если молекулы, которые испаряются, находятся на поверхности полотняной структуры, их газы выходят из полостей, поскольку они поднимаются непосредственно в атмосферу. Если испаренные молекулы не находятся на поверхности, их газы образуют пузырьки, которые поднимаются, выдуваются или даже, если плотность энергии достаточно велика, взрываются сквозь окружающую и/или перекрывающую расплавленную полотняную структуру. Когда расширяющиеся пузырьки формируются и поднимаются, они механически перемещают расплавленный материал в сторону. При соответствующих условиях, например, когда луч достаточной интенсивности воздействует на полотняную структуру в течение достаточного времени, достаточное количество молекул испаряется вдоль линии, вследствие чего полученные в результате пузырьки объединяются, сливаются или иным образом взаимодействуют для образования линии разреза. Полотняная структура, перемещенная пузырьками, образует немного выступающий валик вдоль поверхности каждого из верхних продольных краев линии разреза. Хотя большинство пузырьков, которые образуют линию разреза, получены в результате испарения из полотняной структуры, некоторые участки пузырьков, по-видимому, являются результатом пятен нагрева, вызванных сильно поглощающими примесями, такими как грязь или металлы, и из захваченной влаги или газов, обычно присутствующих, например, в структурах молекулярной решетки и границ зерна полотняной структуры. Размер и распределение пузырьков, происходящее в полотняной структуре, зависит от нескольких факторов, включая интенсивность луча, время, в течение которого он сталкивается с зоной полотняной структуры, и характеристики самой полотняной структуры.

Если испарение молекул происходит в полотняной структуре, то есть на ее поверхности или в пределах ее толщины, то оно зависит от коэффициента поглощения, применяемого в экспоненциальном законе поглощения, а также от коэффициента температуропроводности и теплопроводности полотняной структуры. Сначала испарение будет происходить в основном на наклонной поверхности или вблизи нее и будет постепенно продвигаться вниз в материалы полотняной структуры, имеющие высокий коэффициент поглощения, при этом через толщину материала, имеющего низкий коэффициент поглощения, это будет происходить вполне равномерно.

В различных вариантах осуществления может потребоваться сохранить профиль с количеством импульсов на диаметр луча постоянным. Сохранение профиля с количеством импульсов на диаметр луча постоянным может обеспечить менее шероховатый край оставшейся полотняной структуре после резки лазерным лучом. В различных вариантах осуществления, когда полотняная структура перемещается при постоянной скорости, профиль с количеством импульсов на диаметр луча может быть сохранен как постоянный, если не изменять частоту луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера (т. e. «установившийся режим»). В различных вариантах осуществления может потребоваться изменение скорости перемещения полотняной структуры. Примерами таких периодов времени являются запуск и остановка производственного оборудования. В современных коммерческих процессах в течение таких временных рамок запуска и остановки лазер, как правило, использует профиль «установившийся режим» для количества импульсов на диаметр луча, а полотняная структура, разрезанная во время запуска и остановки, может считаться непригодной для впитывающего изделия, что приводит к расходам. Чтобы уменьшить такой расход полотняной структуры, при котором из-за лазерной резки могут образовываться шероховатые края, желательно иметь лазер, который может также поддерживать изменение в частоте луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, с целью сохранения постоянного количества импульсов на диаметр луча. В таких вариантах осуществления сохранение постоянного количества импульсов на диаметр луча может вызывать увеличение или уменьшение частоты импульсов луча, испускаемого в виде импульса из лазера. Например, в различных вариантах осуществления может потребоваться увеличение скорости перемещения полотняной структуры и сохранение профиля с количеством импульсов на диаметр луча, частоту луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, потребуется соответствующим образом увеличить при увеличении скорости перемещения полотняной структуры. В различных вариантах осуществления может потребоваться уменьшение скорости перемещения полотняной структуры и сохранение профиля с количеством импульсов на диаметр луча, частоту луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, потребуется соответствующим образом уменьшить при уменьшении скорости перемещения полотняной структуры. В различных вариантах осуществления может потребоваться применять лазер для резки полотняной структуры, имеющей часть со структурой слоя, которая может отличаться от структуры слоя другой части той же полотняной структуры. В таких вариантах осуществления профиль с количеством импульсов на диаметр луча в двух частях может не быть таким, который приведет к образованию более мягкого края оставшейся полотняной структуры. Например, полотняная структура может иметь часть, которая представляет собой один слой материала, и та же полотняная структура может иметь другую часть, которая имеет по меньшей мере два слоя материала, связанных вместе. В таких вариантах осуществления лазер может быть запрограммирован на резку каждой части относительно их поглощающего спектра, что может привести к изменению профиля с количеством импульсов на диаметр луча между двумя частями. Например, лазер может быть использован для резки первой части полотняной структуры, образованной из отдельного слоя материала, который имеет поглощающий спектр, и второй части полотняной структуры, который имеет слоистую структуру из по меньшей мере двух слоев материала, связанных вместе, и свой собственный поглощающий спектр. При резке такой полотняной структуры профиль с количеством импульсов на диаметр луча в первой части может отличаться от профиля с количеством импульсов на диаметр луча во второй части.

В различных вариантах осуществления может потребоваться изменять скорость перемещения полотняной структуры, в которой первая часть полотняной структуры отличается от второй части такой же полотняной структуры. В таких вариантах осуществления частота луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, может изменяться при изменении скорости перемещения полотняной структуры. В таких вариантах осуществления, поскольку одна часть полотняной структуры может также отличаться от другой части, профиль с количеством импульсов на диаметр луча может также отличаться между частями полотняной структуры.

При представлении элементов настоящего изобретения или его предпочтительного варианта (вариантов) осуществления употребление терминов в единственном или множественном числе, а также в сопровождении определения «указанный» предусматривает, что существует один или несколько элементов. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» имеют охватывающий смысл и означают, что могут существовать дополнительные элементы, отличные от перечисленных. Без отклонения от сути и объема настоящего изобретения может быть предложено много его модификаций и вариантов. Следовательно, примерные варианты осуществления, описанные выше, не следует применять для ограничения объема настоящего изобретения.

Реферат

Способ резки полотняной структуры, который применяется в производстве впитывающего изделия. В способе резки полотняной структуры может использоваться лазер, имеющий импульсный режим работы. В различных вариантах осуществления режим частоты луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, может быть таким, который соответствует материалу полотняной структуры. В различных вариантах осуществления режим частоты луча излучения, испускаемого в виде импульса из лазера, может быть таким, который соответствует скорости, с которой перемещается полотняная структура, и может изменяться с каждым изменением скорости перемещения полотняной структуры. 2 н. и 18 з.п. ф-лы.

Формула