将环圈针刺到载体片中的方法 【技术领域】
本发明涉及制造具有环圈的产品例如用于钩环固定的产品的方法，以及由该方法生产的产品。
背景技术
接触式固定件作为固定系统尤其适用于重量轻的一次性衣服，比如尿布。在为了提供一种经济的环圈材料而作出的研究中，除了机织或针织以外还已经推荐不同的选择，如通过针刺重量轻的纤维层来形成轻的非织造材料，然后这些材料可以被牵伸以取得更轻的单位重量和成本效益，其中环圈结构通过不同的结合方法来固定，并随后附着于基片上。例如，US6,329,016就教导了这样的一种方法。
为了接触式固定和其它的目的，带有适于不同用途的特殊特征的便宜的环圈材料是所希望的。
【发明内容】
在本发明的一方面中，一种形成环圈产品的方法包括：将片状基片和一层聚合纤维引入到针刺机中，并将纤维布置在该基片的第一表面上；将纤维针刺穿过基片以形成纤维的可配合钩子的环圈结构，该纤维从基片的第二表面延伸穿过通过针刺形成在基片中的孔。针刺纤维包括：用多根针给基片穿孔的同时使得基片在机器方向中以预定的速度前进，同时又使得针在机器方向中循环前进，在给基片穿孔期间，针基本以椭圆形轨迹行进，这样当针延伸穿过基片时针在机器方向中运动。
在一些实施例中，为了在针刺后防止在固定负载的情况下拉出纤维，所述方法还包括固定环圈结构。在一些情况下，固定包括将纤维部分层压到基片的第一表面。在一些情况下，层压包括使得针刺后的基片穿过两个罗拉之间的辊隙(例如，是这样的辊隙，其中这个辊隙的一个罗拉包覆有针布)，两个罗拉中的一个具有从它的表面延伸的多个钉。在一些例子中，所述方法还包括在基片输送到辊隙之前预热(例如，用红外线能量)针刺基片。在一些情况下，层压以避免压碎环圈结构的方式进行。在一些情况下，所述方法还包括在固定环圈结构后给环圈产品轧花。
在一些实施例中，纤维包括双组分纤维，该纤维包括内层和外层，外层的软化温度低于内层的软化温度。在一些情况下，固定包括充分加热针刺基片以软化双组分纤维的外层并且将纤维部分熔合到基片的第一表面。在一些情况下，双组分纤维包括芯部-皮部纤维，其中皮部的熔点低于芯部的熔点。包括这样的实施例，其中芯部是聚酯而皮部是共聚多酯的实施例，以及皮部由熔融温度约为110摄氏度的聚合物形成的实施例。在一些情况下，纤维包括双组分纤维和单组分纤维的混合物(例如，双组分纤维的重量百分比约在15和30％之间)。
在一些实施例中，针刺步骤还包括提供一刷子层或薄板，针在给基片穿孔后穿透该刷子层或薄板。
在一些实施例中，基片预定的速度至少是30米/分钟。在一些情况下，针刺步骤包括无定向拉绒工艺。
在一些实施例中，所述孔基本是圆形的。在其它的实施例中，孔是椭圆形的并且在机器方向中的长度比在机器横向中的宽度大出不到20％。
在一些实施例中，基片包括聚合物薄膜。在一些实施例中，基片包括稀松布。在一些实施例中，基片包括纸。
在一些实施例中，针刺步骤包括椭圆形针刺。在一些实施例中，针刺步骤包括针刺到移动的支撑物(例如，刷子皮圈)中。
本发明的另一个方面，一种针刺机包括：针组；刚毛层，其配置为支撑片状基片并且运送基片经过机器方向中的所述针组，和驱动机构，其配置为循环移动所述针组以重复针刺移动的基片；其中针的循环运动是在机器方向中移动针，同时针延伸穿透基片。
在此所用的术语“无定向拉绒”指仅从一个方向将纤维针刺到支撑在某物上而不是带有孔的托板上的基片中。该支撑物例如可以是刚毛层、扁平的薄板层，或一叠薄板片。
在一些实施例中，提供的环圈材料具有重量轻成本低的特点，但仍能够经受住特别高的剪切力和剥离负载，特别是和适宜型号的凸固定件元件组合时。在一些情况下，固定件产品底部的抗张强度至少部分源自载体片(或在粘结剂是片状产品的情况下，源自粘结剂片)，因此为了产生固定的环圈结构仅需要足够的纤维，这样减少了对于高强度纤维的需求。选择的粘结剂材料不必和纤维材料焊接相容，因为环圈结构可以通过熔合粘结剂而直接固定到载体片，以封闭纤维部分并且机械地固定环圈结构的底部。这使得纤维材料的使用优先考虑它们的固定性能，在设定的应用中粘结剂的选择考虑和基片的相容性。
本发明提供的环圈材料可以含有相当低的纤维基重，和相当低的总重量以及厚度，特别适用低循环的一次性产品以及应用。
使用粉末形式或其他松散的颗粒形式粘结剂可以减少固定环圈结构所需要的粘结剂总重量，因为粘结剂在熔合之前可以穿透纤维之间并进入载体片的孔附近的环圈结构的底部区域中。在熔合之前施加粉末粘合剂的纤维的振动能够提高所述穿透性。
本发明能够提供一种用于在其他的无环圈载体片上提供可配合钩子的低成本的装置，其是通过选择针刺来实现。这样的载体片为了设定的应用然后被处理成基片，例如处理成一次性尿布的外部薄膜。这样在该产品的生产中可以省去将环圈材料结合到基片的步骤，部分携带环圈的材料变成基片。
在多个方面，本发明也能够提供低成本的可牵伸的环圈产品。
本发明的一个或多个实施例的细节将在下面的附图和说明书中说明。本发明的其他特征和优点将从说明书和附图以及权利要求中可明显看出。
【附图说明】
图1是用于形成环圈材料的工艺的流程图。
图2A-2D是图1中工艺的针刺步骤各阶段的示意性侧视图。图2E是示出椭圆路径的示意性侧视图，在针刺期间针沿着该椭圆路径前进。
图3是层压辊隙放大的示意图，其中环圈材料在图1中的工艺期间穿过该辊隙。
图4是环圈结构高倍放大的示意图，该结构由叉形针针刺穿过薄膜形成。
图4A是环圈产品的轧制边缘的放大的照片，该产品由叉形针针刺穿过薄膜形成，其示出多个离散的环圈结构。
图4B是图4A所示的一个环圈结构的高倍放大的照片。
图4C示出由冕形针(crown needle)针刺穿透聚合物薄膜形成的环圈结构。
图5是示出可替换的使用粉末形态粘合剂的层压步骤的示意图。
图6是根据一实施例的环圈材料的高倍放大的示意图，其中载体薄膜在针刺期间基本是分裂的。
图7是在其环圈支撑表面上具有压制花纹的环圈材料的照片。图7A是一个轧花单元放大的视图，该单元含有多个离散的环圈结构。图7B是带有凸区域的轧花环圈材料高倍放大的示意图。
图8是用于形成环圈材料工艺的流程图，当从载体纤维网移走未针刺的纤维后该材料具有离散的环圈区。
图9是使环圈产品的针刺部分基本不透液体的工艺的流程图。
同样的附图标记在不同的图中指示相同的元件。
【具体实施方式】
对环圈产品的描述将在描述多种制造环圈产品的方法之后进行。
图1示出用于生产便宜的接触式紧固件环圈产品的机器和工艺，其使用针刺工艺。在图1的上左端，梳理的和交叉铺网的纤维层10由带有中间交叉铺网的两个梳理阶段产生。已称重的不同类型的短纤维部分通过梳理给料机34喂入到第一梳理工位30。梳理工位30包括一36英寸(90cm)的中心辊50，一60英寸(150cm)的预梳机主体(breaker main)52，和一50英寸(125cm)的预梳机道夫54。第一梳理喂入辊驱动装置包括在一13英寸(33cm)的刺辊罗拉58上的3英寸(75mm)的喂入辊56和3英寸(75mm)的清理辊。一8英寸(20cm)的剥取辊60将纤维转移到中心辊50上。在中心辊上具有三个8英寸(20cm)的工作辊组62，和一给预梳机主体52喂料的16英寸(40cm)的预梳机道夫64，七个8英寸(20cm)的工作辊组66和飞花捕捉器68在预梳机主体52上支承运转。梳理后的纤维被精梳到传送带70上，该传送带将单纤维层转移到交叉铺网机72中。在交叉铺网之前，梳理后的纤维仍然以单纤维类型的带或块(streaks)出现，和从不同的供应箱喂入到梳理工位30的纤维球相似。交叉铺网通常需要以线性方向的90度的重定位，纤维层自身交叉铺网并且被调节以形成能够喂入到第二梳理工位74中的纤维层宽度。在该实施例中，交叉铺网机的输出宽度被设定为大约等于载体的宽度，纤维可以被针刺到该载体中。交叉铺网机72可具有成网机皮圈(lapper apron)，该皮圈在往复运动中和底部皮圈(floor apron)横向交叉。交叉铺网机在底部皮圈上铺设梳理纤维网，例如为约80英寸(150cm)宽和约1.5英寸(13mm)厚，以构成多层criss-交叉纤维网，以形成这样一个层，该层例如宽度为约80英寸(150cm)、厚度为约4英寸(10cm)、包括四个双层梳理纤维网。在梳理期间，纤维被分离并且被精梳成主要由平行纤维构成的布状垫。由于几乎所有的纤维在梳理方向中延伸，当在梳理方向中拉所述垫时，该垫具有一定的强度，而当在梳理横向中拉所述垫时，该垫几乎没有强度，横向强度仅在少量的缠结纤维之间产生。在交叉铺网期间，梳理的纤维垫以Z字型重叠的图案被铺设，得到了多层交错斜向的纤维垫10。在梳理横向中延伸的斜向层在皮圈横向中延伸的长度超过沿着它的长度延伸的长度。
在第二次梳理工艺之前为纤维网交叉铺网提供多种切实的利益。例如，它在第二次梳理阶段期间增强了纤维复合物的混合。使得纤维网宽度和单位重量的调节相对容易，其是通过改变交叉铺网参数而被简化。
第二梳理工位74卷取交叉铺网的纤维垫并且第二次梳理这些纤维。喂入辊驱动装置由13英寸(33cm)的刺辊58上的两个3英寸(75mm)的喂入辊和一3英寸(75mm)的清洁辊构成，通过一8英寸(20cm)的剥取辊60喂入到一60英寸(150cm)的主罗拉76。纤维通过六个8英寸(20cm)的工作辊78梳理，后五个工作辊和3英寸(75mm)的剥取辊成对。一50英寸(125cm)末道梳理机道夫80将梳理的纤维网转移到一凝棉器82，该凝棉器具有两个8英寸(20cm)的凝棉罗拉84，纤维网从该凝棉罗拉被精梳到从绕线轴16喂入的载体片14上。所述凝棉器将纤维网的单位重量从约0.7osy(盎司/每平方码)(23gsm)提高到约1.0osy(33gsm)，并且减少了纤维的定向以消除成品的方向性强度以及其他的性能。
载体片14，例如为聚合物薄膜或纸，可以以单个连续长度或以多个平行带来供应。对于特别宽的纤维网，引入两个或多个平行片是必要的或成本有效的，这些片是邻接的或稍微重叠的。所述平行片可以是断开的或沿着共有的边相连。来自凝棉器82的梳理的、混合均匀的纤维层在载体片14上由传送器86传送并且传送到针刺工位18。随着纤维层进入到针刺工位，其除了被梳理和交叉铺网之外还不具有稳定性。换句话说，纤维在针刺到载体片中之前未被预针刺或毡化。在这种状态下，纤维层在进入针刺工位之前不适于卷绕或聚集。
在针刺工位18中，载体片14和纤维从纤维侧被针刺-冲孔。针在纤维上方被引导通过一抄针板，并且牵引纤维通过载体片14以在相反侧上形成环圈。在针刺期间，载体片支撑在从从动支撑带或刷子皮圈22延伸的针床或毛刷床上，所述从动支撑带或刷子皮圈22随着载体片移动穿过针刺工位。可选择地，载体片14可以支撑在筛网上或由标准的针板(未示出)支撑。在针刺期间反作用压力由皮圈22下面的固定的反作用板24提供。在该示例中，针刺工位18针刺覆盖纤维的载体片14的总穿透密度约为80-160冲孔每平方厘米。以这样的针刺密度以及聚丙烯薄膜载体片的厚度约为0.0005英寸(0.013mm)，我们已经发现38号的叉状簇绒针太小而不足以使薄膜消失，留下充分互连的薄膜，这样，连续的薄膜在它的平面内具有一定的尺寸稳定性。使用相同的参数，较大的30号针基本将薄膜分割成在纤维内缠绕的小的、离散的片。在针刺期间，梳理纤维层的厚度和缩绒工艺(felting process)相比仅降低一半，在缩绒工艺中纤维层的厚度降低一个或多个量级。由于纤维基重降低，需要增加针刺密度。
针刺工位18可以是构造成给纤维和载体纤维网实施无定向拉绒工艺的“结构机”。这样，针穿透设置成一排的移动的刚毛层(刷子皮圈22)。刷子皮圈的刚毛密度可为约2000-3000个刚毛每平方英寸(310-465个刚毛每平方厘米)，例如约2570个刚毛每平方英寸(400个每平方厘米)。任一刚毛的直径约为0.018英寸(0.46mm)且长约为20毫米，并且优选是直的。刚毛可以由任何合适的材料形成，例如6/12尼龙。合适的刷子可以从Howard Brush Co的分部的Stratosphere，Inc.购买，并且翻新成DILO和其他的无定向拉绒机。通常，刷子皮圈以所希望的线速度移动。
可选择地，可以使用其他类型的结构机，例如其中针穿透多个薄层或薄层板的结构机。
图2A-2D顺序地示出通过针刺形成环圈结构。随着叉状针进入纤维垫10(图2A)，一些单根的纤维12将被俘获在针的叉状末端的空腔36中。随着针34穿透薄膜14(图2B)，用针将这些俘获的纤维12牵引穿过形成在薄膜中的孔38直到薄膜的另一侧。如所示，薄膜14在整个工艺中通常由钉20支撑，穿透针34进入相连的钉之间的空间。可选择地，薄膜14可由筛子或针板(未示出)支撑，该针板将孔限定为和针对准。随着针34连续地穿透(图2C)，张力施加到俘获的纤维上，逆着薄膜14向下牵引垫10。在该示例中，从薄膜14的进入表面测量时，发现约5.0毫米的总穿透深度“DP”提供成型良好的环圈结构并且在未针刺垫中没有过渡地牵伸纤维。过大的穿透深度可能从先形成的纤维束中拉伸形成环圈的纤维，导致了不太坚固的环圈区。尽管当前5.0毫米的穿透深度是优选的，但在该示例中，2和7毫米的穿透深度也是有效的。当针34回缩时(图2D)，被携带到载体纤维网的相反侧的部分俘获纤维12仍然是从俘获在薄膜孔38中的公共干线(common trunk)42延伸的多个单独环圈40的形式。如所示，在薄膜14中绕着该孔作用的残余应力尽量将薄膜恢复成其平面状态，该应力能够将小的压力施加到所述孔的纤维上，有助于固定环圈结构的底部。薄膜还能够帮助抵制施加到留在薄膜垫侧上的纤维上的张力，该薄膜趋向于通过所述孔将环圈拉回。为了配合通常应用在一次性服装或类似产品上的凸固定件元件的型号，最终成型的环圈优选具有的总高度“HL”约为0.040-0.090英寸(1.0-2.3mm)。
由于包括针偏转和潜在的针断裂的多种约束，限定每动程的前进。这样，很难适应提高的线速度以及通过调节每动程的前进获得经济的生产量。因此，由于载体片的动程以及针和载体片的互相作用(“停止时间”)，由针穿透的孔变成细长的。通常这个延长是不希望的，因为它减少了通过环绕基片提供给每一环圈结构底部的支撑量，并且对抵抗拉出环圈具有相反的效果。此外，由于过渡的牵伸，即在机器方向中牵伸薄膜和在机器横向中相应的收缩，这种延长趋向于减少载体薄膜的机械完整性。
孔的延长通过使针以在大致椭圆形轨迹(从侧向看)中移动而减少或消除。这种椭圆形轨迹在图2E中示意性示出。参照图2E，每根针从上“死点”位置A开始向下移动穿透薄膜(位置B)，同时该针留在薄膜中(从位置B通过下“死点”位置C到位置D)，在机器方向中向前移动。当针已充分向上移动，即针的尖端具有激发的穿透开口(位置D)，针继续向上移动，薄膜的自由端也水平地回到(和机器方向相反的方向)它的常态，即静止位置(位置A)，完成椭圆形轨道。针的椭圆形轨道通过在水平和垂直方向中同时移动整个针板来完成。本文中这种针刺的方式称“椭圆形针刺”。能够完成这种功能的商标名为“HYPERPUNCH系统”的针刺机从德国Eberbach的DILO SystemGroup得到。
在椭圆形针刺期间，针板的水平动程优选基本等于停顿时间内薄膜前进的距离。水平动程是针刺深度、垂直动程长度、载体薄膜厚度以及每动程前进量的函数。通常，在给定的针刺厚度和薄膜厚度的情况下，水平动程随看每动程前进量的增加而增加。在每动程前进量固定的情况下，水平动程通常随着针刺深度和纤维网厚度的增加而增加。
例如，对于厚度为0.0005英寸(这样薄以至于忽略不计)的聚丙烯薄膜，针刺机喂入速度(outfeed)为18.9m/min，有效的针密度为15,006针/米，垂直动程为35mm，针刺深度为5.0mm，以及头速度为2,010动程/分钟，优选的水平行程(即，图2E中的点B和D之间的间距)为3.3mm，则每动程前进量为9.4mm。
使用椭圆形针刺，能够获得的线速度为30ypm(码/分钟)或mpm(米/分钟)或更高的线速度，例如50ypm或mpm，例如60ypm。这样的速度可以获得延长最小的孔，例如在机器方向中孔的长度可以比机器横向中孔的宽度大出不到20％(less than 20％greater than)，优选大出不到10％以及在某种情况下仅大出不到5％。
对于纵向针刺间断的材料区域，例如下文进一步讨论的产生离散环圈区，针板可以仅在离散的区域中组装针，并且当材料被指示在相邻的环圈区之间穿过针刺机时暂停针刺作用。针刺作用的有效暂停可以通过在针刺期间改变针刺深度来完成，包括针未穿透载体片的针刺深度。例如，这样的针刺机从奥地利的FEHRER购买。可选择地，该装置根据控制顺序可以完成可选择地激活针刺机内较小针组，所述控制顺序仅当需要环圈结构时和需要环圈结构的地方激活上述针组。环圈带可由带有以宽的无针带分离的针带的针刺机形成。
在示出的示例中，针刺产品88以未粘结的状态离开针刺工位18和刷子皮圈22，并前进到层压工位92。如果使载体片支撑在坚硬的钉床上进行针刺步骤，则可以使载体片仍承载在钉床上而进行层压。在层压工位之前，纤维网经过一测量计(未示出)，该测量计提供每单位面积内的纤维网质量的粗略测量。这种测量可作为反馈用于控制上游的梳理和交叉铺网操作。纤维网在该阶段足够稳定以在针刺工位和层压工位之间的聚积器80中聚积。如从现有技术中已知，聚积器90之后为伸展辊(未示出)，该伸展辊在纤维网进入下一道工艺之前伸展并集中纤维网。在层压之前，纤维网也可以通过一涂敷工位(未示出)，在该涂敷工位中施加粘结剂以提高层压效果。在层压工位92，纤维网首先经过一个或多个红外加热器94，该加热器从环圈相对侧预热纤维和/或载体片。在双组分纤维的产品中为了粘结，加热器94预热和软化双组分纤维的皮部。在一个示例中，加热器的长度和线速度为纤维网在加热器之前花费约4秒。在加热器的下游是纤维网温度传感器(未示出)，该传感器给加热器控制提供反馈以将纤维网维持在所希望的排出温度。为了层压，绕着热罐96拖拉加热的纤维网，该热罐支撑四个净直径(不包括针布)为5英寸(13cm)空转的针布包覆辊98，以及一净直径为18英寸(46cm)的从动的橡胶针布包覆辊100，它们在可控压力下旋转。梳理布辊98、100的钉在离散的压力点将纤维网压靠在热罐96的表面，这样在离散的位置粘结纤维而没有压碎其他的纤维，通常在粘结点之间保持外露并开放以用于配合钩子。对于多种材料，梳理布辊和热罐之间的粘结压力非常低，其范围在1-10磅每平方英寸(70-700克/平方厘米)或更低。在一个采用双组分聚酯纤维和聚丙烯薄膜的示例中，热罐96的表面温度维持在约306华氏度(150摄氏度)，可恰好避免熔化聚丙烯薄膜。热罐96可以具有柔性的外表面，或呈现带状形式。作为可替换的罗拉辊隙的例子，可以利用一平台状的织物层压机(未示出)，以在大量的停顿时间内施加可控制的层压压力。这样的平台状层压机可从Paterson，New Jersey的Glenro.Inc.获得。在一些应用中，成品的环圈产品在轧花之前通过一冷却器(未示出)。
从针布包覆辊98、100延伸的钉以行和列的形式排列，其中在扁平状态下钉密度约为200至350个钉每平方英寸(31至54个钉每平方厘米)，优选约250至300个钉每平方英寸(39至47个钉每平方厘米)。每一钉的直径约为0.020英寸(0.5mm)，优选是直的以承受层压纤维网所需要的压力。钉在厚度方向上从衬里延伸约0.25英寸(6.4mm)。衬里是厚度大约相等的两层，下层是纤维状带子而上层是橡胶。钉从衬里的橡胶侧延伸约0.25英寸(6.4mm)。由于针布辊的曲率，当实施层压时，钉尖端的有效密度低于针布处于扁平状态时的钉的密度。扁平状态的钉密度为200至350个钉每平方英寸(31至54个钉每平方厘米)，其等同于空转辊98上的仅22至38个钉每平方厘米的有效钉密度，以及从动橡胶辊100上的28至49个钉每平方厘米的钉密度。在大多数情况下，在粘结过程中钉不穿透载体片，但是每一钉提供足够的支撑以在纤维之间形成坚固的粘结点。在非连续的生产方法中，例如为了准备离散的环圈材料块，一片载体片14和一块纤维垫12可以铺设在单层的针布上，为了针刺和随后的粘结，纤维网从梳理布上移走之前梳理。
图3是热罐96和一个针布辊之间的辊隙的放大视图。如上所述，由于针布辊的曲率，它们的钉102向外张开，这样热罐的有效钉密度低于平面状态下的针布的钉密度。钉和载体片(或它的残留物，取决于针刺密度)接触并且和下面的纤维相互熔合和/或熔合到载体片的材料上，在钉尖端附近形成相当密实的熔合材料块42，以及形成半阴影的熔合区但纤维明显绕着每一钉。如果希望，可以改变层压参数，使得这些半阴影的部分熔合的区域进行重叠，以产生非常坚固的、和环圈产品的非工作侧交叉的尺寸稳定的熔合纤维网，并且环圈产品对于多种应用来说仍是足够柔软的。可选择地，纤维网可以被层压，这样和半阴影区域是清楚和分离的，以产生松散的纤维网。对于多种应用来说，纤维不应当连续地熔合成密实的块并且和产品的衬里交叉，为的是保持好的手感以及工作柔性。粘结纤维网中每单位面积的离散熔合区域数量是这样的，即短纤维除带有从通孔延伸以形成配合钩子40的部分之外还带有其他的部分，例如它们的末端固定到一个或多个这样的熔合区域42，这样熔合区域主要是用于逆着从钩子负载拉出的方向固定环圈纤维。不管熔接点是离散的点还是相互连接的格栅，这能进一步固定纤维，帮助加强环圈结构48。当环圈结构48稳定地设置在钉102之间时进行层压，这样在粘结期间没有施加压力压碎环圈。在层压期间保护环圈结构明显提高材料例如接触式固定件的性能，因为环圈结构仍然从底部延伸用于配合钩子。
如果需要，可将衬里层(未示出)引入到热罐和针刺纤维网之间，这样衬里层层压在环圈产品的背表面上，同时纤维在来自皮圈22的钉的压力作用下粘结。
再参照图1，层压的纤维网从层压工位92通过另一聚积器90移动到轧花工位104，局部凸起区域的所希望的图案在该工位轧入到两个逆方向旋转轧花辊之间的纤维网中。在一些情况下，在不聚积的条件下，纤维网可以从层压器直接移动到轧花工位，以便利用由层压产生的任何潜在的升高的温度。在卷绕之前，粘合的环圈产品的环圈侧被轧有所希望的轧花图案。在该示例中，环圈产品通过从动轧花辊54和支承辊(backup roll)56之间的辊隙。轧花辊54具有凸起图案区，该图案区将环圈成形物永久地挤压在载体片上，甚至可以将纤维的一部分熔融到这些区域中。轧花可以被简单实施以增强最终成品的纹理或美观要求。在一些情况下，辊56具有凸起图案区，该图案区和辊54中的微凹处啮合，使得轧花在环圈侧上产生了凸起小山或凸区域图案，并且在产品的非操作侧上带有相应的凹区45(图7B)，这样轧花产品比预轧花产品具有更大的有效厚度。此外，如图7B所示，为了更佳地配合，轧花使得环圈结构48或可配合的纤维部分以不同的角度配合钩子区域。合适的轧花图案的更多的细节以下参照图7和7A将被讨论。
然后轧花纤维网移动通过第三聚积器90，经过检测任何破碎的针或其他金属碎片的金属检测器106，然后为了储存或运输进行切断和卷绕。在切断过程中，边可以被修整和去掉，任何不希望的载体片重叠区域通过使用多个平行的载体片带变得必要。
我们已经发现，通过使用上述工艺，形成的有用的环圈产品可带有相对少的纤维12。在一示例中，垫10的单位重量仅约为1.0osy(33gsm)。被牵引的纤维12和3-6旦切断长度约为4英寸(10cm)卷曲的聚酯纤维和4旦的切断长度为约2英寸(5cm)的卷曲的双组分聚酯纤维混合。纤维比率可以是，例如实心聚酯纤维为80％，双组分纤维为20％。在其他的实施例中，纤维可以包括15-30％双组分纤维。优选的比率依据纤维的组成以及工艺条件确定。通常，太少的双组分纤维可能危害纤维稳固，这是由于缺乏纤维的熔合；而太多的双组分纤维将趋向于增加成本并且可导致僵硬的产品和/或其中一些环圈彼此附着的产品。双组分纤维是芯/皮型拉伸纤维，其由软化温度约为110摄氏度的共聚多酯皮和聚酯芯组成，并应用该纤维将实心聚酯纤维彼此结合并结合到载体。
在该示例中，这两种纤维具有圆形横截面并卷曲为每英寸约7.5个卷曲(3个卷曲/cm)。从Wichita，Kansas的INVISTA(www.invista.com)获得的适宜的聚酯纤维的指定型号是291。从INVISTA获得的适宜的双组分纤维的指定型号是254。作为圆形横截面纤维的可选择的纤维是具有其他横截面(具有角形表面)的纤维，例如可以采用五角形或五叶形(pentalobal)横截面的纤维，这在针刺期间能够提高打结成型。
已经发现具有每旦尼尔至少2.8g的强度(tenacity)值的环圈纤维提供好的封闭性能，具有每旦尼尔至少5或更多克的强度值的纤维(优选每旦尼尔8或更多克)在多个实施例中是更优选的。通常，用于环圈-极限封闭的条件，环圈强度越高，封闭越好。聚酯纤维垫1 0以拉伸、分子定向的状态在冷却条件下被牵伸，其中牵伸的比率至少是2∶1(也就是至少2倍的原始长度)，冷却条件使得分子定向，并且赋予纤维的强度约为每旦尼尔4.8克。
环圈纤维旦尼尔的选择应当考虑钩子的型号，小旦尼尔的纤维一般选择用于较小的钩子。对于使用带有较大钩子的低循环应用(优选较大直径的环圈纤维)，可以使用较低强度或较大直径的纤维。
对于很多应用，特别是钩子部件和环圈部件配合和脱离不止一次的(循环的)产品，所希望的是环圈具有相对高的强度，因此当固定件产品脱离时环圈不会断裂或撕破。断裂的环圈使得环圈材料具有“绒毛”，破损的外观，以及大范围的断裂可有害地影响固定件的再配合。
环圈强力(strength)和纤维强力成正比例，其是强度和旦尼尔的乘积。对于多种应用来说，具有至少6克的纤维强力的纤维，例如至少10克强力的纤维能够提供足够的环圈强力。需要的环圈强力越高，纤维强力就越高，例如至少15。这些范围内的强力可以通过使用强度为约2-7克/旦尼尔和约1.5-5(例如2-4)旦尼尔的纤维获得。例如，强度为约4克/旦尼尔和约3旦尼尔的纤维具有约12克的纤维强力。
影响配合强力和循环的其他因素是环圈结构的几何形状，环圈结构的抗拉性能，以及环圈产品中的表面区域上环圈结构的密度和均匀性。首选讨论前两个因素。环圈结构的密度和均匀性部分地由载体片上的纤维覆盖范围决定。换句话说，所述覆盖范围将影响制得可配合钩子的环圈结构的针穿透的数量。纤维覆盖范围指载体片的单位面积的纤维长度，通过下式进行计算：
纤维覆盖范围(米/平方米)＝基重/旦尼尔×9000。
这样，为了在低基重例如小于2osy的条件下获得相对高的纤维覆盖范围，所需要的是使用相对低旦尼尔的(即，细)的纤维。然而，使用低旦尼尔的纤维将要求纤维具有较高的强度以获得上述的给定的纤维强力。较高强度纤维通常比较低强度纤维贵，因此产品所希望的强力、成本和重量特征必须被平衡以确定用于特殊应用的合适的单位重量、纤维强度和旦尼尔。一般优选环圈产品的纤维层的计算纤维覆盖范围至少为50,000，优选至少90,000和更优选至少100,000。
为了生产低成本、轻重量以及好性能三者良好平衡的环圈材料，通常单位重量优选低于2.0osy，例如1.0-2.0osy，覆盖范围约为50,000-200,000。
可以使用多种合成或天然纤维。在一些应用中，羊毛和棉可以提供足够的纤维强力。目前，热塑短纤维具有优选用于制造薄的、低成本环圈产品的基本强度，该产品当和非常小的模制钩子配对时具有好的封闭效果。例如，聚烯烃(例如聚丙烯或聚乙烯)，聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)，聚酰胺(例如尼龙)、丙烯酸树脂以及它们的混合物、合金、共聚物以及共挤压物也是合适的。聚酯目前是优选的。具有高强度和高熔融温度的纤维可以和低熔融温度树脂的纤维混合。对于具有一定导电性的产品，可以添加小比率的金属纤维。例如，达到约5-10百分率的细金属纤维的环圈产品可有利地用于接地或其他的电应用。
在一个示例中，垫10铺设在吹制的聚乙烯薄膜14上，例如可用于制造袋子以及其他的包装应用的薄膜。薄膜14具有的厚度约为0.002英寸(0.05mm)。即使应用更薄的薄膜也具有好的效果。其他合适的薄膜包括聚酯、聚丙烯、EVA和它们的共聚物。在特殊的应用中，其他的载体纤维网材料可以用于代替薄膜14。例如，纤维可被针冲入到纸、稀松布或织物中，例如非织造布、机织或针织材料，例如重量轻的棉薄片。如果使用纸，则在纤维侧上预糊有粘合剂以帮助将纤维和/或衬里层粘合到纸。
再次参照图1，在一些情况下，金属丝网用于替代钉床或刚毛床20以及从动支撑带22，其用于类似的针刺工艺。金属丝限定开口，当针拉伸纤维12穿过载体片14时针穿过该孔。合适的筛网可以由包括青铜、铜、黄铜和不锈钢的材料制成。我们已经发现由标称直径约为0.02和0.03英寸(0.5和0.8mm)的黄铜丝或更优选约为0.023和0.028英寸(0.6和0.7mm)的黄铜丝制成的筛网是弹性的并且不太刚硬。具有开口的标称宽度约为0.05和0.2英寸(1.3和5.1mm)或更优选约0.06和0.1英寸(1.5和2.5mm)的筛网适合于上述目的。型号为9223T4 1的这样的筛网从Elmhurst，Illinois的McMaster-CarrSupply公司获得。
图4是由上述方法形成的含有多个环圈40的环圈结构48放大的视图，所述环圈从公共干线43延伸穿过薄膜14中的孔。如所示，环圈40直立在位于其下面的薄膜上，用于配合配对的钩子产品，这至少部分归功于每一成型结构的干线43的垂直硬度，其是由孔周围薄膜材料的压缩以及彼此固定的纤维和固定到薄膜的纤维提供的。这种垂直硬度作用于抵抗永久的压碎或摧毁环圈结构，这当卷绕环圈材料时或当环圈材料稍后和所形成的产品结合在一起被压缩包装时才发生。干线43的弹性、特别是和底部结合点处的弹性，使得环圈结构48在重的压碎负载作用的情况下“倾斜”；而当负载移走时，使得环圈结构48自身直立。环圈结构48的不同的环圈40从薄膜延伸不同的高度，其被认为能够提高固定件性能。因为在针刺期间每一成型48形成在薄膜14的穿透位置，单个结构的密度和位置是非常容易控制的。优选的，相邻结构之间存在足够的间距，以便通过配合的凸固定件元件(未示出)赋予成型区域好的穿透性。每一环圈40是短纤维，它的末端设置在载体片的相反侧上，这样每一环圈从结构上能够配合钩子。在该图中示出的一个环圈40是双组分纤维41。选择的高强度纤维材料可以是熔融温度高于薄膜的树脂。在层压后，薄膜和纤维在相应于钉20的远端的离散点42处永久地结合在一起。
由于在垫中保留了相对少量的纤维，加上载体片的厚度以及任何使用的衬里层，垫108具有的厚度“tm”可仅约为0.008英寸(0.2mm)或更小，优选低于约0.005英寸，在一些情况下甚至低到约0.001英寸(0.025mm)。载体薄膜14的厚度低于约0.002英寸(0.05mm)，优选低于约0.001英寸(0.025mm)以及甚至更优选约为0.0005英寸(0.013mm)。完成的环圈产品30的总厚度“T”小于约0.15英寸(3.7mm)，优选小于约0.1英寸(2.5mm)，在一些情况下小于约0.05英寸(1.3mm)。包括载体片、纤维以及熔融的粘合剂(可选的成分，下文描述)的环圈固定件产品的总重量优选低于约5盎司每平方码(167gsm)。在一些应用中，总重量低于约2盎司每平方码(67gsm)，或在一示例中，约1.35盎司每平方码(46gsm)。
图4A是用叉状针将纤维针刺穿过薄膜形成的环圈产品的放大照片。该视图是对着产品的折叠边缘获取的，从而展开环圈结构以提高可见性。在该照片中所示的五个环圈结构用“X”标记。薄膜的表面在环圈结构之间是清晰可见的，每一环圈结构含有多个从公共干线发源的单个环圈，如图4B所示，图4B是单独一个环圈结构放大的视图。图4B中，从在穿孔期间在孔的周围凸起的薄膜反射到环圈结构底部的光清晰可见，并且随后支撑所述孔中的环圈纤维，使得环圈结构的干线变硬。薄膜凸起部分的轮廓线示于该照片上。
叉状针趋向于产生图4所示的单干线结构，我们称其“环圈树”。对比之下，尤其是在薄膜载体片中，冕形针趋向于产生更多的“环圈枝(loop bush)”结构，如图4C所示。随着冕形针的钩子穿透薄膜，它们更趋向于撕裂薄膜，这可能是由于凹口敏感性提高了。在聚酯薄膜中，这样的冕形针薄膜碎裂限制最大的实际打孔密度。在聚乙烯中我们未发现这样的碎裂，但是确实观察到钩子产生的凹口。在任一情况下，由冕形针产生的薄膜孔不趋向于产生图4所示的“套领”效果，导致了穿过薄膜的纤维没有被稳定支撑。支撑良好的环圈树和支撑较差的枝线结构相比更能够抵抗例如环圈材料卷绕中的压碎。叉状针也趋向于产生更均匀高度的环圈结构区，而具有多个钩子高度的熔合针趋向于产生环圈高度更富变化的环圈结构。此外，随着叉状针的磨损，它们更趋向于支撑更多的而不是更少的环圈。也可以使用泪状针，其可以减少扯掉由叉状针形成的小的薄膜“孔屑”的趋向。
下面参照图5，在可选择的层压步骤中，粉末粘合剂46沉积在针穿孔的薄膜的纤维侧之上然后通过辊28或平台状层压机熔合到薄膜。例如，带有约20微米标称颗粒大小的聚乙烯粉末以仅约0.5盎司每平方码(17克每平方米)的分布方式分散在聚丙烯薄膜的纤维层上。这样的粉末可以是从Houston，Texas的Equistar Chemicals LP获得的具有研磨的非规则的形状或大致圆形形式的粉末。优选的，选择的粉末形式以及颗粒大小能够使得该粉末筛分到纤维之间的空隙中并接触下面的薄膜。在多种应用中，还优选粉末是熔融温度低于环圈纤维的熔融温度的材料，这样在粘合期间，纤维仍是大致完整的并且粉末粘合剂熔合到纤维或载体纤维网上。在任一情况中，粉末用于将纤维机械地结合到支撑钉附近的薄膜上并且固定环圈结构。量足够的话，粉末46也可以在完成的环圈产品中形成至少一部分衬里，用于将环圈材料永久地结合到适宜的基底上。其他的粉末材料，例如为了所述目的也可以应用聚丙烯或EVA树脂，如果具有适宜的载体纤维网材料，也可使用不同粉末的混合物。
再次参照图1，在一些情况下，针刺参数(例如，针的型号、针刺密度)可以被选择为使得载体纤维网14在针刺期间实际是分裂的。然而这对一些应用来说是不希望的，我们已经发现这样的结构对于其他应用来说是有益的。例如，在一种情况下，纤维覆盖的0.002英寸(0.05mm)聚乙烯薄膜用30号叉状针以针刺密度为250针刺每平方厘米针刺后，得到图6所示的结构，其中纤维12自身在针刺片内实际形成为连通的。仍为离散部分69的形式的薄膜自身由在相邻的环圈干线43之间延伸的裂纹67分离。这样的结构具有足够的尺寸稳定性以被层压到可牵伸的衬里薄膜，例如从Richmond，Virginia的Tredegar Film Products获得的聚丙烯或聚乙烯薄膜。在层压期间，载体薄膜的离散片段66结合到可牵伸的衬里，进一步固定环圈结构的底部同时使最终环圈成品在其平面内被弹性牵伸。
预印制的薄膜或纸可以用作载体纤维网以提供从成品的环圈侧可以看到的图形图像。小的粘结斑点和垫中遗留的低密度的纤维通常不显著影响图像的可见性。这例如对于用在儿童产品例如一次性尿布上的环圈材料是有利的。在这些情况下，适合婴儿的图形图像可以设置在环圈材料上，这些环圈材料跨过尿布底座的前面而永久地结合以形成用于尿布拉片的配合区。这些图像可以预印刷在其他的透明载体薄膜的任一表面上。
图7示出完成的环圈产品，从环圈侧可以看出，轧花蜂巢状图案58。在该示例中，印制在载体薄膜的背侧(和环圈侧相对的一侧)上的图形图像130透过环圈清晰可见。在薄膜背侧上进行印制使得墨水由仍在薄膜背侧上的纤维密封，以避免磨损墨水。各种其他的轧花图案包括，例如形成正方形或钻石形的交叉线栅格，或挤压环圈成型结构的图案，但不在所希望形状的离散区域中，例如圆形环圈垫。轧花图案也可以挤压环圈以在环圈材料上形成所希望的图像或者文字。如图7A所示，每一轧花图案单元封闭成六角形并且包含多个离散的环圈结构。所述单元开放面积的相对侧之间的宽度“W”约为6.5毫米，而所述单元的壁厚度“t”约为0.8毫米。
参照图8，在一种形成仅带有离散环圈区的产品的方法中，纤维覆盖的载体纤维网只在所希望的区域中被针刺，纤维网的其他区域未被穿透。在未针刺区域中的纤维仍大致是松散的并且容易从载体纤维网去掉，例如通过真空装置110。去掉的纤维易于被再次梳理并且这样循环。然后针刺后的纤维网可选地层压到衬里26，熔合到载体片的覆盖纤维的和针刺的区域中以及无纤维区域中。可选择地，纤维在热罐28施加的压力下互相熔合和/或熔合到载体片，而没有增加衬里层。然后层压产品被卷绕用于以后的应用。
在图9所示的另一种结合工艺中，离散的衬里片26覆盖载体纤维网14的针刺的且承载纤维的区域，载体纤维网的其他区域未被覆盖和层压。每一衬里片26通过罗拉112的压力粘结在合适的位置以覆盖仍在载体纤维网的背面上的纤维。可以使用不透液片26密封针刺孔，进而产生特别是重量轻且具有标衬厚度的不透液最终产品。在一些情况下，衬里片26预涂敷有粘结剂，该粘结剂将衬里粘结到薄膜上并且结合纤维。片26在贴标签工艺中可以被输送到环形传动带114上的载体14，如所示。
如果环圈产品的针刺区域覆盖有不透液的衬里材料26，则形成的整个环圈产品可以提供液体的阻挡层。如果选择的纤维12是有吸收力的，例如棉或纤维素醋酸纤维，则最终的环圈产品经由外露的环圈40可以将液体芯吸到垫中。
再次参照图1，另一种形成仅带有离散环圈区的产品的方法仅在所希望的区域将短纤维铺设在载体片14上，载体的其他区域一般没有纤维，然后如上所述针刺、层压和轧花该片，不考虑铺设纤维的地方。通过这种方式，松散的纤维在针刺后不需要从产品上移走。离散的纤维单量(dose)可通过例如模板或筛网铺设在载体上。备选地，可以配置第二梳理道夫以用于将离散的纤维总量供应到凝棉器，或者少量的粘合剂仅在需要纤维的地方预加到载体片，然后纤维遍及薄膜的范围施加并且在轻度粘合的地方去掉。
上述的工艺能够经济地生产带有良好固定性的大容量环圈材料。它们也能够用于生产环圈材料，其中环圈材料、基片和可选的衬里层为了最佳质量被单独选择。例如，为了固定强力，选择的环圈纤维材料具有高的强度，而基片和/或衬里层材料可以选择为易于结合到其他的材料上并且没有损害环圈纤维。
为了其他所希望的性能也可以选择环圈产品的材料。在一种情况下，环圈纤维、载体纤维网和衬里层都由聚丙烯形成，制得的环圈产品易于回收。在另一示例中，环圈纤维、载体纤维网和背衬层都由可生物降解的材料形成，这样制得的环圈产品更有利于环保。可生物降解聚乳酸的高强度纤维可以从Cargill LLC得到，商品名为NATUREWORKS。在另一示例中，碳纤维被针刺穿孔到KEVLAR薄膜中并且用硅树脂和其他的高温粘结剂结合到薄膜上以生产耐火良好的环圈材料。
聚合物衬里层或粘合剂可从合适的聚乙烯、聚酯、EVA、聚丙烯以及它们的共聚物中选择。可以使用纸、织物甚至是金属。粘合剂可以以液体或粉末的形式施加，甚至在施加纤维之前可以预涂敷到载体纤维网的纤维侧上。在多种情况下，不需要单独的粘合剂或衬里层，例如在一次性个人护理产品(如尿布)的低循环应用中。
在一个测试中，3旦尼尔的卷曲聚酯纤维被梳理并且铺设在厚度为0.002英寸(0.05mm)的吹制聚乙烯薄膜片上，并且一层中的基重为约1.0盎司每平方码(33gsm)。然后用38号簇绒针从纤维侧针刺纤维覆盖的薄膜，针刺密度为250孔每平方厘米，针刺深度为3.3毫米。针刺材料的背面结合到支撑在钉床上的厚度为0.001英寸(0.025mm)的聚乙烯片。和从Manchester，NewHampshire的美国Velcro获得的具有密度约为264个钩子每平方厘米的CFM-29钩子的模制钩子产品配合时，环圈的平均剥离力为约500克每英寸(200克每厘米)，测试是根据ASTM D 5170-91。和该同一钩子产品配合时，环圈材料的平均剪切力约为7,000克每平方英寸(1100克每平方厘米)，测试是根据ASTM D 5169-91。对从美国Velcro获得的CFM-85棕榈树状钩进行测试，环圈材料具有约600克每英寸(240克每厘米)的剥离力和6,000克每平方英寸(930克每平方厘米)的剪切力。
在另一示例中，除了纤维是6旦，针刺密度是225孔每平方厘米，以及针刺深度是4.4厘米之外，按刚描述的测试准备环圈产品。对于CFM-29钩子产品，所述环圈材料具有约550克每英寸(215克每厘米)的剥离力和5,000克每平方英寸(775克每平方厘米)的剪切力；以及对于CFM-85的钩子产品，所述环圈材料具有约270克每英寸(105克每厘米)的剥离力和5,500克每平方英寸(850克每平方厘米)的剪切力。
在另一测试中，上文描述的80％的3旦的卷曲聚酯纤维和20％的4旦的双组分聚酯纤维的混合物进行梳理后铺设在厚度为0.0005英寸(0.013mm)的挤塑聚丙烯薄膜片上，并且一层中的基重为约1.0盎司每平方码(34gsm)。然后用38号叉状针从纤维侧针刺纤维覆盖的薄膜，针刺密度为80孔每平方厘米，针刺深度为5.0毫米。针刺的材料用上述参照图1的层压方法进行层压。和从美国Velcro获得的具有钩子密度约为1,300个钩子每平方英寸(200个钩子每平方厘米)的CFM-69钩子的模制钩子产品配合，所述环圈材料的平均剥离力为约380克每英寸(150克每厘米)，测试是根据ASTM D 5170-91。和该同一钩子产品配合时，环圈材料的平均剪切力约为3,800克每平方英寸(600克每平方厘米)，测试是根据ASTM D 5169-91。和从美国Velcro获得的具有钩子密度约为1,300个钩子每平方英寸(200个钩子每平方厘米)的CFM-108钩子(名称为HTH847)的模制钩子产品配合，所述环圈材料的平均剥离力为约300克每英寸(120克每厘米)，测试是根据ASTM D 5170-91。和该同一钩子产品配合时，环圈材料的平均剪切力约为3,000克每平方英寸(475克每平方厘米)，测试是根据ASTM D 5169-91。
已经描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解在不偏离本发明的精神和范围的情况下可作出多种变化。相应地，其他实施例在从属权利要求的范围内。