專利名稱：用于接觸式扣緊的毛圈材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于接觸式扣緊的毛圈材料。
背景技術：
本發明涉及毛圈材料，特別是采用鉤式接合來扣緊的材料，以及它的生產制造和使用。另外還說明了由這種毛圈材料所構成的一中扣緊件。
在紡織和無紡材料中，通常將材料連續地纏繞成無縫的纖維網。對于紡織和編織毛圈材料，構成毛圈的絲線或紗線包含在紡織物的結構中，從而構成用于接合鉤的固定圈。鉤環扣緊裝置應用廣泛，特別是用于廉價的、一次性的物品，因此有人推薦使用無紡材料來作為毛圈材料。這不但可以降低毛圈產品的成本和重量，同時能在撕裂強度和剪切強度方面提供與紡織材料非常類似的性質。然而，毛圈元件的成本問題仍然是限制鉤環扣緊裝置推廣的主要因素。
為了能夠實現接觸式扣緊功能，材料的毛圈必須與配套鉤相互接合。然而，在打包和纏繞的過程中，加在毛圈材料上的壓力常常使得突出的毛圈變平。比如尿布，人們希望尿布上用來包裹的毛圈材料的毛圈在尿布打開準備使用的時候仍然保持平整。
另外，毛圈一般應該保證足夠的強度，以便毛圈材料在松開再扣緊的時候，仍然還有合適程度的撕裂強度，且在經過適當次數的閉合后仍然是有用的。合適的撕裂強度和閉合環的數目取決于扣件的使用情況。例如，當扣件用于行李打包時，就比用于尿布扣緊需要更多的閉合環。
毛圈元件也應該有足夠的強度，完整性和毛圈扣緊的安全性來應付使用過程中所經受的力，包括動態的撕裂力以及剪切力和張力等靜態的力。

發明內容
我們已經知道含有特定結構的無紡纖維能夠較好地用于鉤式接合的毛圈纖維，同時還有諸如生產成本和其他特征的優點。
根據本發明的一個方面，提供一種用于接觸式扣緊的毛圈材料，包括限定了一個平面的無紡織纖維材料的纖維網。此纖維網包括(a)凸起區12，從纖維網平面上高出，限定用于和外接觸扣緊元件進行接合的毛圈；(b)圍繞在凸起區周圍，用于系緊毛圈的肋條區14，16；和(c)位于肋條區之間的平面區18，其基本上在纖維網平面上。
根據本發明的另一方面，纖維網包括篩孔區(小孔)而不是平面區。
本發明的實施可包括一個或者多個以下的特征。肋條區包括聚合強化材。該肋條區在纖維網平面上延展。平面區含有游離纖維，也就是說平面區中大量的纖維都沒有被熔合。平面區中基本上沒有聚合強化材料。或者，平面區包括由一層聚合強化材料支撐的纖維。肋條區包含有包圍在凸起區周圍的封閉元件(閉合的幾何形狀)。凸起區是多邊形，而且封閉元件包括多邊形。或者，凸起區大部分都是圓丘形且封閉元件為環形或者橢圓形。肋條區還包括在封閉元件之間延展的連接元件。封閉元件和連接元件一起鉤成一個網狀物。篩孔區和網狀物構成一種網狀材料。纖維網是一種梳理纖維網，梳理纖維網由人造短纖維構成。聚合強化材料與纖維材料相同。至少一部分封閉元件互相相切。
根據本發明的另一方面，提供一種用于接觸式扣緊的毛圈材料，包括限定一個平面的無紡纖維材料的纖維網。此纖維網包括(a)凸起區12，從纖維網平面上高出，限定用于和外接觸扣緊元件進行接合的毛圈；(b)圍繞在凸起區周圍，用于系緊毛圈的肋條區14，16；肋條區至少要比纖維網平面高出0.003英寸。
本發明還提供了形成毛圈材料的方法。
根據一個方面，本發明提供用于形成接觸式扣緊的毛圈材料10的方法。該方法包括如下步驟(a)使無紡纖維網通過平輥與印花輥100之間的輥隙；和(b)在步驟(a)中，對無紡纖維網施加壓力。印花輥包括由凹陷區、溝槽和平面組成的圖案表面，它們分別對應著毛圈材料的凸起區、肋條區和平面區或者篩孔區，凸起區限定用于和外接觸扣緊元件進行接合的毛圈，所述肋條區在凸起區的周圍用于系緊毛圈。
本發明該方面的實施可包括一個或多個如下特征。無紡纖維網的基重小于約1osy。優選小于0.5osy。此外，此方法還包括至少將一個輥加熱到250°F～400°F。步驟(b)在約1000psi到20,000psi的壓力下進行，優選至少為10,000psi。
通過本說明書前面以及通篇所提到的所謂的“鉤式接合”和類似的名詞，意味著毛圈材料形成一些開口，其尺寸適當，能夠接納相應的外扣緊件的頭部(例如，鉤形或者蘑菇形)從而形成扣緊，開口裸露且伸出來以便于接合。
此發明能提供一個廉價的毛圈產品，這些毛圈產品可以很好地進行接合并且保持鉤式(例如鉤-環)扣緊件。這種毛圈產品特別適合于與非常小且不貴的鉤式扣緊件一起構成扣緊件，用于一次性產品，如尿布、醫療器件或者包裝。我們發現，下面所要詳細介紹的材料結構可以持久地保持毛圈的平整度，而且有一些抗壓碎的優點。
另外，如下面所提到的，能夠很方便地調整毛圈材料中各種特性(例如成本、重量、強度以及使用壽命)的平衡。
此發明的其他特性和優點可以很明顯地從圖以及說明中看出。
附附說明

圖1是根據本發明一個實施例的毛圈材料的顯微照片。圖1A是圖1中的毛圈材料的放大端視圖。
圖2是圖1中的毛圈材料的平面示意圖。圖2A是圖2中的毛圈材料沿著線A-A截取的放大橫斷面視圖。圖2B是圖2A中B區的進一步放大詳細視圖。
圖3是根據本發明另一實施例的毛圈材料的平面示意圖，這種毛圈材料包括連接肋條。圖3A是圖3所示材料的一部分放大詳細視圖。圖3B是沿圖3A中線B-B截取的單個肋條橫斷面視圖。
圖4和5是根據本發明其它可替換實施例的毛圈材料的平面示意圖。
圖6是一個用于生產如圖3所示的毛圈材料的印花輥的透視圖。圖6A是圖6中區域A的高倍放大視圖。圖6B是沿圖6A中的線B-B截取的部分橫斷面視圖。
圖7和8是類似于圖6B所示的部分橫斷面視圖，但是示出印花輥表面可替換的幾何形狀。
具體實施例方式
優選的毛圈材料包括一種無紡纖維網，此網具有凸起區，即纖維網平面上的升高的區域，它們構成用于和外接觸扣緊元件接合的毛圈。凸起區提供了松散的、未經壓縮的纖維，能夠與鉤狀元件相接合。凸起區被肋條區所包圍，優選的肋條區包括聚合強化材料。部分松散纖維被嵌入并且固定在聚合材料中，因此能夠承受得住接合鉤的負荷。位于肋條區之間的區域可以是篩孔區或者是無紡纖維網平面區，這將在下面詳細介紹。
一種優選的毛圈材料如圖1-1A和2-2B所示。在這個實施例中，毛圈材料10包括毛圈圓丘口形式的凸起區，圍繞毛圈圓丘12的環形肋條區14，還有在環形肋條區14之間延伸的連接肋條區16。在肋條區14、16之間是壓縮纖維的平面區18。平面區18基本上位于纖維網平面上，且不與鉤狀元件接合。
在圖1-1A和2-2B中所示的的實施例中，毛圈材料10可以通過使輕無紡纖維網和聚合薄膜層穿過加壓的印花輥而形成，如同下面將要詳細描述的一樣。印花輥上有對應于肋條區14、16的溝槽，沿著這些溝槽，薄膜層的聚合物能夠在壓力引導下流動。這樣，薄膜層中的聚合物將優先地流到肋條區中，從而平面區和毛圈圓丘中相對來說聚合物就少得多。平面區中的高壓縮纖維通過剩余的聚合物輕微地粘在一起，從而在這個區域產生一個非常薄且柔性的薄膜層。大部分的聚合物向肋條區的移動生成一種整體柔性的纖維。
可以調整平面區和凸起區之間的比例，產生這樣一種可塑性脊，它長尺過足夠成為采用任意期望厚度的聚合薄膜的有效纖維扣。平面區與凸起區的比例越大就越能保證良好的纖維系緊，但是降低了可用的與鉤接合的纖維的數量。平面區在毛圈材料的整個表面中所占的百分比應該少于50％，優選少于25％，更優選，少于10％。
根據圖2A和2B，毛圈圓丘的優選高度HD為約0.030～0.1000英寸。環形肋條區的優選高度HR大約是0.003～0.030英寸，寬度WR大約是0.003～0.030英寸。平面區的高度HP優選范圍是0.003～0.010英寸。根據圖3B，連接肋條16的高度HC的選取范圍大約是0.003～0.030英寸，在基底上的寬度WC為約0.003～0.030英寸。
在圖3所示的一個替換的實施例中，毛圈材料20包括毛圈圓丘12和肋條區14，如同上面所描述的一樣。然而，在該實施例中，連接肋條區16’將每一個毛圈圓丘同所有的六個相鄰的毛圈圓丘連接在一起，位于肋條區14，16之間的區域是篩孔而非平面區域。在這種情況下，所有位于肋條區之間的材料，不管是纖維還是聚合物，都被迫流入肋條區，留下一種篩孔式的網狀毛圈材料。這種材料重量輕，透氣性好，而且在一定程度上有可伸展性。
圖3所示的多個連接肋條區16’也能夠用于其他的實施例，在這種實施例中，肋條區之間的區域是平面纖維區，而非篩孔形式。
如圖5所示的備選形式中，毛圈材料包括多個平行的連接肋條區16。當使用多個肋條時，聚合物就沒必要移動得象形成圖1所示單一連接肋條結構所需的那樣遠。這種方案可以通過使用比單一連接肋條結構更多的樹脂來實現，和/或使多連接肋條結構的肋條高度是否要比單一結構的肋條矮一些，這取決于所需要的強度。
連接肋條也可以形成交叉形式，毛圈圓丘可以是圓形也可以是方形，例如圖4所示。
合適的無紡纖維網包括梳理纖維網、粘合纖維網、氣流纖網、水刺纖維網、熔吹纖維網、濕法纖維網、針扎纖維網。無紡纖維網可以由人造短纖維也可以由連續纖維構成。
一般說來，優選人造短纖維梳理纖維網。優選纖維網具有低的基重，優先少于1盎司/平方碼(osy)，更優選，少于0.5osy。低基重纖維網還具有低的纖維密度。這種情況下，在凸起區就會產生一個非常松散的纖維結構，使得鉤狀元件能夠容易地穿透并且接合纖維。
優選人造短纖維，是因為它每個纖維的強度或韌性一般都比同等纖維直徑下的由粘合纖維或熔吹纖維制成的無紡纖維網都要強。另外，人造短纖維有許多的種類和尺寸可供使用，因此根據所需要的特性之間的平衡來設計毛圈材料必定更為靈活。
優選的梳理纖維網可以通過梳理技術領域普通技術人員熟知的方法生產。優選的纖維網包括2～10旦爾尼的人造短纖維，更優選3～6旦爾尼。纖維長通常是1～6英寸，優選是2～4英寸。因此，這種優選的纖維長度要明顯地長于毛圈圓丘12的直徑。結果，一根纖維一般由幾個環形肋條區14所系緊，產生纖維的安全扣，并且一根纖維在幾個毛圈圓丘12中出現。
合適的纖維樹脂包括聚酯、聚乙烯、聚丙烯、尼龍以及其他的熱塑性塑料。纖維可以由單種樹脂制成或者是多種樹脂混合而成。如果希望得到樹脂的混合物，可以由單組分纖維混合得到，也可以由例如混合擠壓成型生成的雙組分纖維得到，因此一種樹脂形成圍繞另一種樹脂的外殼。
當用無紡纖維網來生成毛圈材料時，無紡纖維網可通過一層聚合薄膜支撐，如圖前面所描述的一樣，也可以沒有支撐。這種聚合薄膜層可以是一層薄的熱塑性塑料，如聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙稀(PVC)。此層的厚度優選大約是0.0005～0.005英寸，更優選的是0.001～0.003英寸。
無紡纖維網，不管有沒有支撐，都通過砑光輥的高壓加熱組輥隙而形成。其中一個輥有光滑平整的表面，另外一個是印花輥，印花輥包括凹陷區、溝槽和平面構成的圖案表面，它們分別對應著成型產品的毛圈圓丘12，連接肋條16和平面區或者篩孔區18。當纖維網通過輥隙時，平整區域上熔化的樹脂被壓入到溝槽中并形成連接毛圈圓丘的肋條16的網狀結構。一般，不需要在凹陷部分的周圍用溝槽來形成環形肋條；樹脂將從平整區域流向凹陷部分的內周邊區域，從而形成環形肋條。
假定有足夠的材料來填充溝槽且施加在輥隙上壓力足夠，那么溝槽的深度將根據所需要的肋條高度而定。一般，溝槽的深度D(圖6B)在0.003和0.030英寸之間。假定溝槽能夠填充滿，那么溝槽的寬度W相應于頂面中的連接肋條的寬度。
圖6-6B顯示了一個印花輥100，此輥用來制造如圖3所示的產品。印花輥100包括錐形凹陷區102、溝槽104和平面106。溝槽104可以有如圖6B所示的輪廓。對于機器來說，這種基本上是最簡單的形狀。
溝槽104可以有幾種不同的備選形式，可以是如圖7所示的半園橫斷面輪廓，或者是與圖6B中相似的輪廓，但是是圓角或倒角邊緣，如圖8所示。位于肋條區和平面區之間的過渡區可能在某種程度上對斷裂敏感，在這種情況下，一般優先選擇如圖7和8所示的形式，它們提供了一個過渡帶(一個柔和的邊緣如一個半徑或復合半徑)。
在圖7中，溝槽102的頂部彎曲邊緣110有一個過渡半徑RT。溝槽的內表面112也是彎曲的，有一個曲率為R的半徑。在圖8中，溝槽102的頂部邊緣包括一個倒角面114，它有一個過渡角A。
可選的，其他形式的工具釋放角或挺入角也可以用于該區域來達到相同的目標。
輥的溫度和施加的壓力取決于纖維網的纖維樹脂和聚合薄膜(如果使用的話)的軟化溫度。可以調整這些參數來達到用于生成肋條區的樹脂的合適的熔合，而不破壞凸起區纖維的整體性和它的機能。為了得到所期望的結果，在平輥和印花輥上可能需要不同的溫度。根據處理速度，一般的溫度可以從250°F到400°F或者更高，壓力是從1,000到20,000psi，最好是不少于10,000psi。
關于材料合適的混合的例子包括如下(1)由熔合溫度為485°F的聚酯纖維和275°F的聚乙烯支撐薄膜層所組成的梳理纖維網；(2)由熔合溫度為485°F的聚酯纖維和25％的熔合溫度為275°F的聚乙烯纖維層混合而成的梳理纖維網，其中沒有支撐薄膜；(3)由熔合溫度為285°F的外殼聚酯和熔合溫度為485°F的內核聚酯纖維按照混合擠壓成型法而得到的聚酯纖維的梳理纖維網。在所有的這些例子中，整個結構中，兩種樹脂之間的熔合溫度差別很大。這使得溫度和壓力的可選擇范圍很寬。
另外，纖維網也可以由單一類型的纖維所構成，而且纖維網本身也可以用作為形成肋條區的樹脂。此種備選方案需要對溫度和壓力有更為精準的控制。這種情況下，肋條和平面區之間的過渡區尤其對斷裂敏感，因此，優選使用如圖7所示的溝槽形狀、此外，或者選擇不同的纖維和薄膜層的熔合溫度，有不同的硬度特性的樹脂，也有可能得到類似的糙面粘合效應。相對較軟的材料在高壓，但不提高溫度的壓紋過程中，流動形成肋條區和包住較硬的纖維。減小加熱溫度將會降低與鉤接合的纖維潛在的熱損傷。
可以通過選擇印花輥的表面幾何形狀來獲得所需要的最終結果。錐和溝槽可以是任何所期望的形狀。凹陷區的深度必須是而且只能是足夠深度，以便防止纖維的額外壓縮或者它們對功能纖維產生的破壞。凹陷區之間的平面可以設計成這樣在所選樹脂的合適的溫度和壓力下，熔化的塑料流入到溝槽中，如前面所描述過的一樣。
通過調整所用強化樹脂的數量和/或者改變肋條的深度、數量和/或形狀，就可以相對比較容易地來調整毛圈材料的特性。樹脂用得越多，材料一般越堅固，但同時也造價更高重量也更大。如果采用更多的肋條和/或更厚的肋條，將會增加毛圈材料的強度。因此，在不需要高強度的應用中，毛圈材料可以設計成廉價、重量輕；然而，在需要高強度的情況下，毛圈材料就可以設計成滿足這些性質。
其他的一些形式如下面所說明的一樣。
例如，在凸起區周圍的閉合的肋條區被設計成毛圈圓丘。然而，這些肋條區可以有其他的形式，例如八邊形、方形、三角形或者菱形。此外，連接肋條區設計成線形，如果需要，它們也可以設計成曲線或其他所希望的形狀。
此外，一個或多個附著層可以應用到毛圈材料上，例如，后處理過程中，為了加固或得到其他所需的性質而添加附著層。合適的附著層包括強化稀松布、玻璃絲、壓力敏感粘合劑和泡沫塑料。這些附著層可以通過合適的方法來添加到毛圈材料上，例如涂鍍法、層壓法或者粘合法。
權利要求
1.一種用于接觸式扣緊的毛圈材料(10)，包括限定了一個平面的無紡織纖維材料的纖維網，此纖維網包括(a)凸起區(12)，從纖維網平面上高出，限定用于和外接觸扣緊元件進行接合的毛圈；(b)圍繞在凸起區周圍，用于系緊毛圈的肋條區(14，16)；和(c)位于肋條區之間的平面區(18)，其基本上在纖維網平面上。
2.一種用于接觸式扣緊的毛圈材料(10)，包括限定了一個平面的無紡織纖維材料的纖維網，此纖維網包括(a)凸起區(12)，從纖維網平面上高出，限定用于和外接觸扣緊元件進行接合的毛圈；(b)圍繞在凸起區周圍，用于系緊毛圈的肋條區(14，16’)；和(c)位于肋條區之間的篩孔區。
3.如權利要求1或2所述的毛圈材料，其中所述肋條區包括聚合強化材料。
4.如權利要求1或2所述的毛圈材料，其中所述肋條區在纖維網平面上延展。
5.如權利要求1所述的毛圈材料，其中所述平面區包括游離纖維。
6.如權利要求1或5所述的毛圈材料，其中所述平面區包括由一層聚合強化材料支撐的纖維。
7.如權利要求1、5或6所述的毛圈材料，其中所述平面區基本上沒有聚合強化材料。
8.如前述任一項權利要求所述的毛圈材料，其中所述肋條區包括包圍在凸起區周圍的封閉元件。
9.如權利要求8所述的毛圈材料，其中所述凸起區是多邊形的，而且所述封閉元件包括多邊形。
10.如權利要求8所述的毛圈材料，其中所述凸起區基本上是圓丘形，所述封閉元件包括環形或橢圓形。
11.如權利要求8所述的毛圈材料，其中至少一部分所述封閉元件是相互相切的。
12.如權利要求8所述的毛圈材料，其中所述肋條區還包括在所述封閉元件之間延展的連接元件。
13.如權利要求12所述的毛圈材料，其中所述封閉元件和所述連接元件一起限定一個網狀物。
14.如權利要求13所述的毛圈材料，其中所述篩孔區和網狀物限定一種網狀材料。
15.如前述任一項權利要求所述的毛圈材料，其中網狀材料包括梳理纖維網。
16.如權利要求15所述的毛圈材料，其中梳理纖維網包括人造短纖維。
17.如權利要求3所述的毛圈材料，其中所述聚合強化材料與纖維材料的材料相同。
18.一種用于接觸式扣緊的毛圈材料(10)，包括限定一個平面的無紡纖維材料的纖維網，此纖維網包括(a)凸起區(12)，從纖維網平面上高出，限定用于和外接觸扣緊元件進行接合的毛圈；(b)圍繞在凸起區周圍，用于系緊毛圈的肋條區(14，16)；肋條區至少要比纖維網平面高出0.003英寸。
19.一種用于形成接觸式扣緊的毛圈材料(10)的方法，該方法包括如下步驟(a)使無紡纖維網通過平輥與印花輥(100)之間的輥隙；和(b)在步驟(a)中，對無紡纖維網施加壓力；其中，印花輥(100)包括由凹陷區(102)、溝槽(104)和平面(106)組成的圖案表面，它們分別對應著毛圈材料(10)的凸起區(12)、肋條區(14，16)和平面區(18)或者篩孔區，凸起區限定用于和外接觸扣緊元件進行接合的毛圈，所述肋條區在凸起區的周圍用于系緊毛圈。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述無紡纖維網的基重小于約1osy。
21.如權利要求19所述的方法，其中所述無紡纖維網的基重小于約0.5osy。
22.如權利要求19-21中任一項所述的方法，還包括至少將一個輥加熱到250°F～400°F的溫度。
23.如權利要求19-22中任一項所述的方法，其中步驟(b)在約1000psi到20,000psi的壓力下進行。
24.如權利要求23所述的方法，其中步驟(b)在至少10,000psi的壓力下進行。
25.如權利要求19-24中任一項所述的方法，其中所述纖維網包括梳理纖維網。
26.如權利要求19-25中任一項所述的方法，其在步驟(a)中進一步包括使一個聚合薄層與無紡纖維網一起通過所述輥隙。
27.如權利要求19-26中任一項所述的方法，其中施加的壓力足夠使材料從平面區流入肋條區。
全文摘要
一種用于接觸式扣緊的毛圈材料。該毛圈材料包括限定了一個平面的無紡織纖維材料的纖維網，此纖維網包括(a)凸起區(12)，從纖維網平面上高出，限定用于和外接觸扣緊元件進行接合的毛圈；(b)圍繞在凸起區周圍，用于系緊毛圈的肋條區(14，16)；和(c)位于肋條區之間的篩孔區域或平面區(18)，其基本上位于纖維網平面上。
文檔編號D04H1/54GK1533249SQ02814370
公開日2004年9月29日 申請日期2002年6月11日 優先權日2001年6月12日
發明者喬治·A·普羅沃斯特, 威廉·H·謝潑德, H 謝潑德, 喬治 A 普羅沃斯特 申請人:維爾克魯工業公司