ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИЙ ВАЛ И ЭЛЕМЕНТ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕГО ВАЛА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕНСКОГО ГИГИЕНИЧЕСКОГО ТАМПОНА, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНА

Область изобретения

Изобретение относится к герметизирующему валу, в частности к устройству для изготовления женского гигиенического тампона, а также к способу изготовления тампона.

Предпосылки создания изобретения

В патенте США №4816100, выданном на имя Фрейза, описаны способ и устройство для изготовления женского гигиенического тампона. Способ содержит следующие этапы: разрезание влагопроницаемого и по меньшей мере частично термопластичного материала и термоскрепление его с абсорбирующим нетканым волокнистым материалом или волокнистым холстом. Отдельные отрезки абсорбирующей структуры отрезают от подаваемого волокнистого холста и сворачивают их в рулончики с образованием заготовки тампона, снабженной ниткой для его извлечения. Для этого влагопроницаемый материал оболочки укладывают на внешнюю поверхность заготовки тампона и по существу полностью ее оборачивают. Наконец, заготовку тампона прессуют в радиальных направлениях для получения тампона окончательной формы. Согласно способу по патенту Фрейза также используют герметизирующий вал для термоскрепления материала оболочки с волокнистым холстом или с отрезком волокнистого холста. Герметизирующий вал по патенту Фрейза содержит нагреваемые герметизирующие элементы, расположенные на определенном расстоянии друг от друга по поверхности герметизирующего вала. Между этими герметизирующими элементами расположены теплоизоляционные средства. Таким образом, элементы герметизирующего вала и теплоизоляционные элементы чередуются по поверхности вала по направлению его вращения.

В патенте США №5634914, выданном на имя Вилкса и др., описаны регенерированные целлюлозные волокна с многолучевым поперечным сечением, в формуле изобретения которого заявляется высокая абсорбирующая способность и подобное хлопку туше этих волокон. Тампоны, изготовленные из такого волокна, охарактеризованы как обладающие хорошей стабильностью и высокой абсорбирующей способностью. Удлиняющиеся в продольном направлении тампоны, содержащие эти волокна, охарактеризованы как обладающие меньшим удлинением, чем обычные увеличивающиеся в продольном направлении тампоны.

Наконец, в заявке WO 97/23185, зарегистрированной на имя Нгуена и др., описаны тампоны, которые могут увеличиваться в размерах в условиях высокой влажности после введения потребителем в тело, для предотвращения появления утечек до расширения тампона. Этот тампон представляет собой по существу цилиндрическую массу соответствующих волокон, заключенных во влагопроницаемую оболочку. Тампон обладает стабильностью, составляющей по меньшей мере около 15 Н, и способностью к расширению в радиальном направлении при попадании во влажную окружающую среду. Его радиус увеличивается по меньшей мере приблизительно на 10% спустя 15 минут при относительной влажности 90% и при температуре 40°С. Особенно пригодны в этом тампоне волокна с многолучевым поперечным сечением, например, описанные в патенте Вилкса и др. Эти волокна обладают относительно большой жесткостью, способствующей быстрому расширению тампонов.

К сожалению, переработка этих волокон связана с определенными сложностями, особенно тогда, когда волокнистый холст, содержащий жесткие волокна, например волокна с многолучевым поперечным сечением по патенту Вилкса, приходится неожиданно или в нежелательном режиме выдерживать в свободном состоянии во время переработки. Во время таких отсрочек ранее каландрированные или спрессованные волокнистые холсты могут разбухать или расширяться, возможно, из-за влажности, как описано в патенте Нгуена и др. Это расширение может вызвать образование складок или других нежелательных перерывов в процессе переработки.

Таким образом, существует потребность в способе и устройстве для изготовления высококачественного тампона, в котором волокнистый холст сохранялся бы в достаточно спрессованном состоянии, если холст сформирован из волокон, которые в противном случае сложно удержать в спрессованном состоянии, при низкой стоимости тампона.

Сущность изобретения

Устройство для термоскрепления материала оболочки с абсорбирующим волокнистым холстом содержит по существу цилиндрический, вращаемый герметизирующий вал и вращаемый опорный вал, расположенный рядом с герметизирующим валом, для образования зажима между ними. Материал оболочки и волокнистый холст могут быть сварены и каландрированы в зажиме этого устройства. Герметизирующий вал содержит герметизирующий элемент и гладильный элемент, и оба эти элемента содержат теплопроводный материал и имеют ведущий и хвостовой края (по направлению вращения). Герметизирующий вал содержит по меньшей мере одну пару герметизирующих и гладильных элементов, расположенных последовательно по наружной поверхности герметизирующего вала по направлению вращения. По меньшей мере один край гладильного элемента теплоизолирован от смежного края смежного герметизирующего элемента.

Способ изготовления тампона включает следующие этапы:

а) наложение слоя оболочки на волокнистый холст, содержащий жесткие волокна, b) пропускание комбинации, состоящей из волокнистого холста и слоя оболочки, через зажим между герметизирующим валом и опорным валом, с) приложение тепла к первой части комбинации в первом диапазоне температур, достаточном для скрепления слоя оболочки с абсорбирующей тканью, d) приложение тепла ко второй части комбинации во втором диапазоне температур, недостаточном для скрепления слоя оболочки с абсорбирующей тканью, но достаточном для каландрирования волокнистого холста. Герметизирующий вал обеспечивает тепло при первом и втором диапазонах температур к комбинации слоя оболочки и волокнистого холста. Кроме того, первый диапазон температур выше, чем точка размягчения термопластичного материала в слое оболочки. Далее, первый диапазон температур выше, чем точка плавления термопластичного материала в слое оболочки. Второй диапазон температур ниже, чем точка размягчения термопластичного материала в слое оболочки, и второй диапазон температур по существу постоянный. Второй диапазон температур повышается во время пропускания комбинации волокнистого холста и слоя оболочки через зажим, причем второй диапазон температур составляет от приблизительно 80°С до приблизительно 140°С.

Таким образом, задачей изобретения является создание устройства и способа изготовления высококачественного тампона, в котором волокнистый холст сохранялся бы в достаточно спрессованном состоянии, если холст сформирован из волокон, которые в противном случае сложно удерживать в спрессованном состоянии, при низкой стоимости устройства и способа. Эту задачу решают с помощью устройства, включающего в себя герметизирующий вал, и способа согласно настоящему изобретению.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 изображено схематически поперечное сечение варианта выполнения герметизирующего вала согласно изобретению;

на Фиг.2 - вид в перспективе другого варианта выполнения герметизирующего вала согласно изобретению и отрезка волокнистого холста с материалом оболочки, расположенным поверх холста.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения изобретения

Для формирования волокнистого холста с желаемой толщиной холста и плотностью волокнистый холст обычно каландрируют, т.е. к нему прикладывают давление и тепло. В зависимости от вида волокон, использованных в волокнистом холсте, возникает проблема, заключающаяся в том, что волокнистый холст недостаточно обрабатывают при стандартном каландрировании, так что только "субкаландрирование" имеет место. Для достижения желаемой толщины волокнистого холста и его плотности некоторые волокна, особенно волокна, которые предпочтительны благодаря их более высокой абсорбирующей способности, требуют нескольких этапов каландрирования, которые в производственном процессе сложно выполнить, и поэтому такой процесс дорог.

Согласно изобретению герметизирующий вал, содержащий по меньшей мере один герметизирующий элемент, расположенный по окружности герметизирующего вала, содержит по меньшей мере один нагреваемый гладильный элемент, состоящий из теплопроводного материала, который теплоизолирован по меньшей мере с одного края по меньшей мере от одного смежного герметизирующего элемента. Термин "теплоизолирован" в данном случае означает, что по существу нет или, в сравнении с относительными нагревательными энергиями или разностями энергий, нет существенной передачи энергии между элементами, так что элементы по меньшей мере в большой степени изолированы друг от друга.

Таким образом, достигают того, что давление и тепло прикладывают к волокнистому холсту по всей его длине герметизирующим валом. В дополнение к основному назначению герметизирующего вала, а именно, привариванию материала оболочки к волокнистому холсту, волокнистый холст гладят и каландрируют без необходимости в дополнительном этапе каландрирования или дополнительном устройстве для и так уже сложного и дорогостоящего процесса или обрабатывающего оборудования соответственно. Даже трудно каландрируемые волокна надежно и устойчиво формуются в желаемую форму благодаря повторному глажению или каландрированию соответственно.

Волокнистый холст может включать в свой состав любые абсорбирующие материалы, которые обладают способностью впитывать и/или удерживать жидкости (например, менструальные выделения). Абсорбирующая структура может быть изготовлена в широком диапазоне размеров и форм и из широкого диапазона влагопоглощающих материалов. Представительный, но не ограничивающий, перечень подходящих материалов включает целлюлозные материалы, например вискозу, хлопок, древесную массу, крепированный целлюлозный холст, прочесы и ламинаты, торфяниковый мох; и химически упрочненные, модифицированные или сшитые целлюлозные волокна; полимерные материалы, например волокна из сложного полиэфира, полиолефиновые волокна, абсорбирующие пеноматериалы, абсорбирующие губки, сверхабсорбирующие полимеры, абсорбирующие гели, пеноволокна, например волокна с капиллярными каналами и волокна с многолучевым поперечным сечением; сочетания материалов, например синтетических волокон и древесной массы, включая совместно сформированные волокнистые структуры (например, материалы, описанные в патенте США №4100324, выданном на имя Андерсона и др.); или любой эквивалентный материал, или сочетание материалов, или их смеси. Однако настоящее изобретение, в частности, подходит для переработки волокнистых холстов, содержащих волокна с многолучевым поперечным сечением, например, описанные в патенте США №5634914, выданном на имя Вилкса, существо которого включено в настоящую заявку путем ссылки.

Подходящие материалы для оболочки, используемые в сочетании с настоящим изобретением, могут быть выбраны специалистами в данной области. Известные материалы для оболочки включают ткани, трикотажные и нетканые материалы; двухмерные и трехмерные перфорированные пленки; полимерные сетки и т.п. Предпочтительно, чтобы материалы оболочки представляли собой нетканый материл или трехмерную перфорированную пленку. Такие нетканые материалы описаны в патенте США №4816100, выданном на имя Фрейза, сущность которого включена в настоящую заявку путем ссылки. Кроме того, перфорированная пленочная оболочка согласно настоящему изобретению может быть изготовлена стандартными способами, известными специалистам в данной области. Например, основная пленка, которую следует перфорировать, может быть получена экструдированием, отливкой или раздуванием с образованием пленки. Основная пленка может быть полимерным материалом с одним составом или из смеси, или она может быть ламинатом, или многослойным материалом, например, описанным в совместно поданных, находящихся в процессе одновременного рассмотрения заявках США №09/345090, зарегистрированной на имя Джонсона и др., и №09/345089, зарегистрированной на имя Гелла и др., сущность которых включена в настоящую заявку путем ссылки. Пригодная технология для изготовления этих пленок будет легко понята специалистами в данной области. Основную пленку затем перфорируют любым подходящим для этого способом. Несколько примеров включают перфорирование горячим воздухом и перфорирование струями воды. Примеры этих способов описаны в патентах США №4695422, выданном на имя Кьюро, №5567376, выданном на имя Тюри, и №4741877, выданном на имя Мюллена; существо каждого из этих патентов включено в настоящую заявку путем ссылки. Полученная в результате пленка может быть снабжена покрытием, например, как сказано в совместно поданной, находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявке США №09/345088, зарегистрированной 30 июня 1999 г., озаглавленной "Тампон с оболочкой и неионным поверхностно-активным веществом" (Дело № РРС-708), и/или разрезана с желаемой шириной для использования в производстве тампонов.

В предпочтительном варианте выполнения хвостовой край по меньшей мере одного гладильного элемента по направлению вращения герметизирующего вала, находится в тепловом контакте с герметизирующим элементом, расположенным за гладильным элементом по направлению вращения, а ведущий край по направлению вращения по меньшей мере одного гладильного элемента отделен от нагреваемого герметизирующего элемента, который расположен перед гладильным элементом по направлению вращения. Таким образом, гладильный элемент нагревают не напрямую посредством теплового контакта с герметизирующим элементом. Дополнительное нагревательное устройство для гладильного элемента не требуется. Кроме того, температура гладильного элемента автоматически приспосабливается к желаемой температуре, предварительно определяемой или требуемой для термоскрепления. Температура, сообщаемая волокнистому холсту, медленно снижается от наиболее высокого значения у герметизирующего элемента рядом с теплоизоляционным элементом или пространством между ним и ведущим краем гладильного элемента, и окончательно к хвостовому краю гладильного элемента так, чтобы постоянно каландрировать волокнистый холст.

Дополнительно гарантируется, что максимальную температуру гладильного элемента не превышают в зоне, в которой термоскрепление материала оболочки должно быть предотвращено. Исключают нежелательное термоскрепление материала оболочки с волокнистым холстом и в то же время материал волокнистого холста гладят и каландрируют, достигая этим значительного улучшения волокнистой структуры волокнистого холста.

Материал гладильного элемента может быть выбран из ряда теплопроводных материалов. В общем, металлы, в частности алюминий, являются предпочтительными материалами. В зависимости от выбора материала и соответствующей его теплопроводности, температурная кривая или градиент температуры соответственно могут быть определены в случае упомянутого выше частичного теплового контакта и оптимально приспособлены к используемым материалам как волокнистого холста, так и материала оболочки.

Термически отделенные края гладильного элемента и герметизирующего элемента предпочтительно отстоят друг от друга на предварительно определенное расстояние так, чтобы был образован изолирующий воздушный зазор. Можно также поместить теплоизоляционный элемент между отделенными в тепловом отношении элементами. Предпочтительно, чтобы герметизирующий элемент и гладильный элемент не были полностью изолированы друг от друга в тепловом отношении. Однако желаемый уровень теплоизоляции может быть определен посредством выбора пространства между элементами или посредством размещения теплоизоляционных элементов. Теплопроводность или тепловой контакт краев гладильного элемента и герметизирующего элемента, соответственно, находящихся в тепловом контакте, могут быть значительно улучшены, если гладильный элемент и герметизирующий элемент будут по меньшей мере частично перекрывать друг друга и/или будут по меньшей мере частично взаимосвязаны. Перекрытие может быть реализовано, когда хвостовой край герметизирующего элемента скошен или наклонен и расположен ниже или выше выполненного соответствующим образом хвостового края гладильного элемента и сопряжен с ним. Это перекрытие может также рассматриваться и проектироваться как "радиальная взаимосвязь". Вторая возможность заключается в по меньшей мере частичном взаимочередовании обоих элементов у наружной поверхности, в общем, в соосном направлении вращения герметизирующего вала.

В предпочтительном варианте выполнения герметизирующий вал содержит два диаметрально противоположно расположенных герметизирующих элемента и два диаметрально противоположно расположенных гладильных элемента. В этом случае, при обычных длинах материала оболочки, который укладывают в виде отрезков на волокнистый холст, соответственно, геометрия и размеры герметизирующего вала имеют простой и легко реализуемый вид. Таким образом, желаемое геометрическое сооружение из гладильных элементов и герметизирующих элементов получается без необходимости обеспечения большой кривизны поверхностей элементов, что неизбежно при малом диаметре герметизирующего вала. Естественно, можно расположить только один герметизирующий элемент и один гладильный элемент, или больше, чем два герметизирующих элемента и два гладильных элемента в альтернативном случае. Размер герметизирующего вала увеличивается с увеличением количества установленных герметизирующих и гладильных элементов, так как длина окружности единичных элементов зависит от геометрии материалов, подвергаемых обработке: материала оболочки и отрезка волокнистого холста, как было пояснено выше.

Температуру герметизирующих элементов предпочтительно регулировать с помощью системы управления, чтобы обеспечить регулирование температуры герметизирующего элемента для поддержания ее на желаемом номинальном уровне. Могут быть использованы соответствующие датчики температуры для наблюдения за температурой. Возможность регулирования температуры обеспечивает возможность приспособления устройства к материалам, подвергаемым обработке, благодаря чему можно перерабатывать в высококачественные изделия множество различных волокон и материалов для оболочки, например материалов, описанных выше.

В другом варианте выполнения помимо герметизирующих элементов нагревают непосредственно гладильные элементы. Таким образом, существуют дополнительные возможности управления температурой гладильных элементов, причем гладильные элементы особенно имеют постоянную температуру без какого-либо температурного градиента по всей их поверхности, так как это желательно для готовой продукции. В таком варианте выполнения лучше всего, чтобы оба края каждого гладильного элемента были термически отделены от смежных герметизирующих элементов.

Изобретение дополнительно относится к способу изготовления женского гигиенического тампона. В частности, оно относится к способу, включающему термоскрепление по меньшей мере частично термопластичного материала оболочки с волокнистым холстом при желательной температуре герметизации. Способом согласно изобретению также предусмотрено глажение волокнистого холста при температуре глажения в местах между герметизируемыми участками материала оболочки, где максимальная температура глажения не превышает температуру герметизации. На участках, на которых работает гладильный элемент по материалу оболочки, температура глажения не должна быть достаточно высокой, чтобы вызывать нежелательную герметизацию или повреждение материала оболочки. Как было сказано ранее в связи с устройством согласно изобретению, с помощью упомянутого способа волокнистый холст в то же самое время каландрируют по его поверхности при требуемом процессе герметизации, т.е. прикладывают давление и тепло. Желательную структуру волокнистого холста и толщину волокнистого холста обеспечивают без необходимости использования новой технологической станции и дополнительных устройств.

Предпочтительная температура герметизации составляет 140°С для предпочтительного волокнистого холста, содержащего хлопок или вискозу, или смеси вискозы, и материала оболочки, содержащего полиэтилен. Это обеспечивает надежное термоскрепление материалов при их использовании. Материал оболочки надежно скрепляют с отрезком волокнистого холста в желаемом регионе скрепления, тогда как остальная часть материала оболочки достигает температуры, которая не вызывает его скрепления или каких-либо иных повреждений.

В еще одном варианте выполнения согласно изобретению температура глажения является по существу постоянной, что предпочтительно реализуют путем отдельного нагрева гладильного элемента. При этом способе один край гладильного элемента может находиться в тепловом контакте с герметизирующим элементом, что приводит к тому, что по меньшей мере на части площади гладильного элемента наблюдается температурный градиент, или герметизирующий элемент может быть термически полностью изолирован, причем последний вариант выполнения является предпочтительным.

На Фиг.1 изображен вариант выполнения герметизирующего вала 1 согласно изобретению, содержащего два герметизирующих элемента 10, расположенных диаметрально относительно друг друга, и два гладильных элемента 20, расположенных между герметизирующими элементами 10, причем упомянутые гладильные элементы 20 расположены диаметрально относительно друг друга. Длина по окружности герметизирующего элемента 10 точно соответствует длине диапазона длины волокнистого холста 100, который следует скреплять с материалом оболочки 200.

Герметизирующие элементы 10, а также гладильные элементы 20 изготовлены из теплопроводного материала. Представительный, но не ограничивающий, перечень материалов, включает металлы, например сталь, включая нержавеющую сталь, низкоуглеродистую сталь, инструментальную сталь и т.п.; и алюминий. Перечень пригодных нержавеющих сталей охватывает ряд марок стали серии 300, включая марки 303, 304 и 316; серии 400 и серии 800. Перечень пригодных низкоуглеродистых сталей охватывает марки 1018 и 1020. Перечень пригодных алюминиевых сплавов охватывает серию 2000, включая марку 2024; серию 3000, включая марку 3003; серию 5000, включая марки 5052 и 5080; серию 6000, включая марки 6061, 6063 и 6082; серию 7000, включая марку 7075. Эти материалы могут быть снабжены соответствующими покрытиями для защиты герметизирующего элемента от коррозии и износа, для уменьшения вероятности прилипания герметизируемого материала к поверхности инструмента. Такие материалы могут быть выбраны специалистами в данной области.

Нагревательные элементы соединены с герметизирующими элементами 10 таким образом, чтобы обеспечить хорошо управляемую передачу тепла к герметизирующим рифлям 16. Предпочтительно, чтобы нагревательные элементы были регулируемыми, для поддержания температуры с точностью ±5°С, а более предпочтительно - с точностью ±2°С. Этого можно достигнуть путем размещения, например, двух нагревательных элементов симметрично относительно средней плоскости герметизирующего элемента 10, или трех или большего числа нагревательных элементов при соответствующем расположении на герметизирующем элементе. В альтернативном варианте выполнения можно использовать один пластинчатый нагревательный элемент или вмонтировать трубки в герметизирующий элемент 10 для пропуска по ним циркулирующей нагревательной жидкости. Кроме того, может быть установлен датчик контроля температуры, например термопара, вблизи герметизирующей поверхности, например, у средней плоскости герметизирующего элемента 10.

Края 22 гладильных элементов 20, представляющие собой их хвостовые края по направлению вращения герметизирующего вала 1, указанному стрелкой "х", находятся в тепловом контакте с каждым герметизирующим элементом 10, расположенным позади его. Края гладильных элементов 20, являющиеся их ведущими краями 21 по направлению вращения, термически отделены от каждого герметизирующего элемента 10, расположенного перед ним. Термическое отделение может быть просто реализовано посредством воздушного зазора. В настоящем варианте выполнения, однако, предусмотрено использование пластикового элемента 15, обладающего высокими теплоизоляционными свойствами.

Устройство работает следующим образом. Герметизирующие элементы 10 нагревают до температуры 140°С. Посредством теплового контакта 30 тепловую энергию передают от нагревательного элемента 10 к гладильному элементу 20 так, чтобы каждый гладильный элемент 20 также имел температуру 140°С на его хвостовом крае вблизи места теплового контакта 30. В гладильных элементах 20 наблюдается температурный градиент благодаря имеющему место охлаждению, так что в настоящем варианте исполнения наблюдают температуру около 80°С у ведущего края 21 каждого гладильного элемента 20, отделенного от герметизирующего элемента 10 теплоизоляционным элементом 15.

Опорным валом 50 прижимают волокнистый холст 100 к герметизирующему валу так, чтобы материал оболочки 200 надежно прикреплялся к волокнистому холсту герметизирующими элементами 10. Кроме того, предусмотрен другой транспортирующий и/или ведущий вал 60, которым транспортируют волокнистый холст 100 и/или удерживают его в требуемом положении.

На Фиг.2 изображен вид в перспективе другого варианта выполнения герметизирующего вала согласно изобретению, а также отрезок 105 волокнистого холста с полоской материала оболочки 200, приваренной к нему. Герметизирующий элемент 10 содержит герметизирующие рифли 16, расположенные поперечными рядами и на расстоянии друг от друга, причем упомянутые рифли выступают на высоту около 3 мм от основания 17 герметизирующих элементов 10.

Гладильные элементы 20 не показаны на Фиг.2, они просто состоят из сегментов цилиндра с по существу гладкой, но криволинейной поверхностью, которые можно вставить в герметизирующий вал 1. Путем возможной замены гладильных сегментов 20 температура, а особенно градиент температуры, гладильных сегментов могут быть приспособлены к желаемому объекту и используемым материалам, соответственно, в зависимости от материала и его теплопроводности. Как показано в варианте выполнения на Фиг.1, тепловой контакт создают между краями, составляющими хвостовые края гладильных элементов 20 (по направлению вращения "х"), и соответствующими герметизирующими элементами 10, расположенными позади их, где края, представляющие ведущие края 21 гладильных элементов 20 (по направлению вращения "х"), отделены от соответствующих герметизирующих элементов 10, расположенных перед ними, после того, как вставляют гладильные элементы в герметизирующий вал 1.

Следует вновь отметить, что в пределах объема изобретения другие варианты выполнения герметизирующих рифлей возможны и применимы. В дополнение к прикреплению оболочки к волокнистому холсту герметизирующие рифли 16 герметизирующего элемента 10 могут выходить за материал оболочки для дополнительного прессования или каландрирования волокнистого холста. Этим обеспечивают дополнительное благоприятное каландрирование жестких волокон, которые могут быть включены в волокнистый холст.

Чертежи выполнены схематично и не в соответствии с реальными соотношениями размеров, так что по ним не могут быть заданы какие-либо ограничения конкретных размеров.

Отличительные особенности, определенные в формуле изобретения, описании и чертежах, могут быть существенны для изобретения либо отдельно, либо в любом возможном сочетании.