均匀特性的卷绕方法

专利名称：均匀特性的卷绕方法
均匀特性的巻绕方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2007年2月2日提交的未决的美国临时专利申请 No.60/899，315的优先权。
背景技术：
巻绕是将平的纤网转变成巻绕的巻的过程。巻绕的巻是在包装中存储 大量连续纤网材料的最有效方法，该包装便于材料的处理和装运。这种巻 绕的巻必须巻绕得足够硬，以便能承受巻的处理、各种存储的条件、载运 卡车的夹持压力和多种自动化材料处理系统。当材料从巻上退巻和在生产 线如加工印刷线中进一 步加工时巻绕的巻成为投送装置。
尽管每个巻绕的巻是它自己独一无二的实体，但在薄膜和新闻纸工业 中，普通的做法是将巻称作"硬"巻或者"软"巻。这是根据巻绕的巻的 "手感，，或者"硬度"来确定的。硬巻通常也称为"充分压缩的巻"。 一般 来说，薄纱、新闻印刷纸、纺粘-熔喷-纺粘层压片(SMS)巻绕的巻属于 软巻类型。聚酯和薄膜层压片巻绕的巻属于充分压缩的巻的类型，其通常 称作"硬巻"。另外，低模量的薄膜、薄膜层压片、立式薄膜/长丝层压片 (VFL)和拉伸粘合层压片(SBL)巻绕的巻属于"硬巻"类型。当材料的 机器方向(MD)模量与材料的径向模量(ZD)不相上下时(EtSEr)生 产出"硬巻"。当材料的MD模量比材料的径向模量大很多时(Et Er) 生产出"软巻"。
有增积的应力的问题。对商品级的纺粘材料很少考虑怎样紧地将该材料巻 绕成巻。但是，在巻绕弹性体、柔软的层压片、或高蓬松纤网材料时，巻
紧接在巻绕过程之后或在一段时间内可能会发生这种改变。
被巻绕成巻的连续纤网材料的最外层中的张力称为"巻绕张力"或 "WOT"。这个WOT参数包括纤网张力和可能由于辊隙负荷(辊隙诱导张力)产生的任何附加张力，它取决于巻绕机的类型。在巻绕过程中加到正
Zbigniew Hakiel的论文("巻绕的巻应力的非线性模型"，TAPPI杂志， 70(5)巻，113-117页，1987年)描述了可以对^^定的巻和材料的特性(列 在"所需输入数值"下)怎样计算在被巻绕到该巻中的连续纤网内任意直 径位置处该巻绕的巻的应力。Hakiel的论文讨-沦了用任意计算机语言编写 计算机程序的计算方法和流程图，因而可以编写简单的程序根据Hakiel 论文所描述的内容来预估巻绕的巻的应力。作为连续材料巻的直径的函数 的这些应力的图示生成一条曲线，该曲线显示出层间压力(径向应力/压力) 和沿机器方向(MD)的应力的特征形状。MD应力是在将纤网巻绕到巻 上或从该巻耳又下的方向上的应力，并且还称作切向应力或圆周应力。
从巻绕的巻的结构观点，"软，，巻有平直型的径向应力分布。增加更 多的纤网材料巻绕到该巻上不会增加这些类型的巻内的径向应力。对巻尺 寸的唯一限制来自巻绕机的限制和纤网处理、运输装置的限制。另一方面， "硬"巻具有渐缩的径向应力分布，将纤网材料加到该巻由于增加了该巻 内的应力而直接影响径向应力分布。因此，在是硬巻的情况下，需要谈到 如"巻的粘连"和"芯压碎"的问题。关于这些问题倾向于限制巻绕的"硬" 巻的尺寸。
在是软巻的情况下，巻内张力(也称作"MD应力"或"切向应力，，或 "圆周应力")在整个巻内是均勻的，除了非常接近芯处和在外侧直径处之 外。在许多情况下，巻内张力是接近于零和有时甚至可以是负值。相反在 硬巻内，贯穿巻的MD应力和应变产生类似'Nike -Swoosh ，分布的一条曲 线。如果巻绕的巻是由高模量薄膜制成，那么当应变开始很小时，在MD 应变中Swoosh分布没有很大的关系。当将材料从巻中退巻时，这种应变 一般很快就会恢复原状。因此，巻绕的过程不需进行任何的修正去调节这 种存储在巻内的应变。
但是，在巻绕低模量薄膜、薄膜层压片、VFL和SBL时就不是这种 情况。VFL材料的MD模量是在约5 psi (磅/平方英寸)到约25psi的范围 内，它是非常低的。VFL材料巻绕的巻的外直径可以为大约62英寸。VFL 材料中的弹性丝使其性能象是橡胶带。当任何人已经把橡胶带巻绕在某人 的手指上时可以证明，在VFL材料巻绕的巻中压力是非常高的，即使是将 该材料在低的巻绕张力(WOT)下巻绕到该巻上。如弹性)"贯穿巻，，的改变，即围绕巻芯巻绕的材料属性一般将不同于围 绕该巻的外直径巻绕的材料的相同属性，并将在位于这两个极端直径之间 的各直径处变化。由于应变很大和许多材料是高度粘弹性的，在巻内存储 的应变成为永久性的。这造成作为该巻半径的函数变化的(可重复的)老 化材料特性。为了在加工处理从这类硬巻中拉出的纤网过程中克服这样的 特性，需要设置处理设备的特殊修正(如可控的退巻)，例如在加工印刷 期间。如果在加工时要在纤网上进行印刷克服这样的特性的问题就变得更 加复杂。当由于纤网承受不同的巻内张力使应变恢复的速率不同时，印刷 标记的重复长度可能与巻上退巻纤网材料时不相同。
如上所述，巻绕在巻上的弹性材料制成的纤网将经受材料特性的某些 永久性的改变。围绕巻芯巻绕的材料的弹性特性通常将与围绕该巻的外直 径巻绕的材料的弹性特性相差超过20%。换句话说，"贯穿巻"的弹性特
性的改变通常大于20%。还有，在机器方向(MD)上的弹性特性对最终 的加工印刷常常是关键的。当从该巻退巻材料用于设备的加工线中时，弹 性特性的改变将常常造成废品增加和/或生产线停车时间的增加。
已经进行实验研究以开发出一种巻绕方法，结果形成"贯穿巻"的即 从巻绕的巻芯到外直径的均匀材料特性。但是，对于不同组成材料的每个 不同尺寸的新巻进行这样的研究单调乏味、消耗时间并且在许多情况下成 本过高。

发明内容
已经开发了一种巻绕工艺，它对由立式薄膜层压片(VFL)或拉伸粘 合层压片(SBL)或作为对版薄膜生产的弹性纤网巻绕的巻，结果形成从 巻的外直径到巻芯的基本均匀的材料特性。可以4吏用根据ZbigniewHakiel 论文的计算机模型("巻绕的巻应力的非线性模型"TAPPI杂志，70(5) 巻，113-117页，1987年)来预估由VFL、 SBL或作为对版薄膜生产的弹 性纤网的贯穿巻的分布。根据称为"WOT变换"的概念，可以使用Hakiel 模型的修正版来校正恒定的WOT巻绕分布以便获得可控的(也叫做补偿 的)WOT巻绕分布，可以采用该可控的WOT巻绕分布将该材料巻绕成巻， 该巻表现出基本均匀的贯穿巻的多种特性(包括在纤网中的MD应力)。 希望使用计算机程序来执行这种变换。本文附加这样的计算机程序的 一个实施例作为附录A,并称为巻绕机计算机程序。最后得到的这种可控巻绕
技术直接应用到这样的纤网，这类纤网被加工成儿童护理产品、成人护理 产品、婴儿护理产品。
修正的Hakiel计算模型需要这些输入值，即将纤网的每个直径段巻绕 到该巻上的WOT、纤网的材料特性和巻绕的巻的尺寸。对于用于巻绕纤 网以形成一巻的稳定状态的巻绕条件，该WOT是恒定的。但是，当作为
匀的独特的净争征。特别是"对弹性;和薄膜的巻绕:i来说明i"不均匀
性是普遍的特性。
当用恒定的WOT生产由VFL、 SBL或作为对版薄膜生产的纤网的巻 绕的巻时，如果巻绕在足够硬的芯上，那么在巻芯附近纤网中的张力和在 该巻外直径处纤网中张力通常是等于该WOT。在巻绕的巻内的其他地方， 纤网中的张力低于该WOT，所以可以说在贯穿巻的张力中存在差值。这 个差值是因为在巻中的外层压缩它们下面的层造成的。为了使巻绕的巻内 纤网中的张力均匀性与在该巻内什么地方测量张力无关，即为了使贯穿巻 的张力均匀，需要控制WOT以补偿在贯穿巻的张力中用恒定的WOT巻 绕的巻将会造成的差值。这种补偿技术称为"WOT变换"。当使用补偿的 WOT分布将纤网材料巻绕到该巻上时，该分布是用WOT变换计算得出的 方式随纤网的直径而变化，从而使所得到的巻绕的巻内的纤网材料贯穿巻 的MD张力变得基本均匀。
本发明的附加目的和优点将部分地在下面的说明中阐述，并将部分地 从说明中显而易见地得出，或者可从本发明的实施中获悉。
结合入该说明书中并构成它的一部分的附图，示出了本发明的至少一 个目前优选的实施例以及某些替代的实施例。这些附图与说明一起起到解 释本发明的原理的作用、但绝不是穷举本发明所有可能的表现形式。


本发明的完整而能实现的内容，包括对本领域普通技术人员来说最佳 的实施方式，在包括参考附图的本说明书的其余部分中作了更详细的阐 述，其中
图l示意性地示出了弹性、粘弹性或粘塑性连续纤网的巻绕的巻和该 巻内某段纤网上三个主要应力的方向。图2示意性地示出了 10psi的恒定巻绕张力(WOT)被用在巻绕具有 在例子1中所列特性的纤网的过程中来生产的例子1的巻。
图3示意性地示出了在恒定的10psi的巻绕张力(WOT)下巻绕的按 照例子1的巻的径向应力的独特的贯穿巻的应力分布。
图4示意性地示出了在恒定的10Psi的巻绕张力(WOT)下巻绕的按 照例子1的巻的MD应力的独特的贯穿巻的应力分布。
图5按照本发明的实施例示意性地解释"WOT变换"的概念。
图6示意性地示出了按照本发明的 一个实施例计算的可控的巻绕张力 (WOT ),在按照本发明的 一个实施例生产的所需纤网的 一个实施例的巻绕 期间使用该张力。
图7示意性地示出了使用按照图6中的实施例的可控的WOT对已经 巻绕的如例子1构造的巻内径向应力的影响。
图8示意性地示出了使用按照图6中的实施例的可控的WOT对已经 巻绕的如例子1构造的巻内MD应力的影响。
图9用图表示使用可控的WOT分布(例如像在图6中取决于被巻绕 在巻上的直径)设计用于在巻内(下部曲线)产生均匀的MD应力和在使 用与被巻绕在巻上的直径无关的(上部曲线)恒定的WOT(如在图2)巻 绕的巻在巻绕机拉伸之间的比较。
图10a用图表示对第一 VFL材料作为在巻中直径位置的函数，在使用 可控的WOT分布(例如像在图6中，取决于被巻绕在巻上的直径)巻绕 的巻内测量的MD应变(方形数据点的曲线)和在使用与被巻绕在巻上的 直径无关的恒定的WOT(如在图2)巻绕的巻内测量的MD应变(菱形数 据点的曲线)之间的比较。
图10b用图表示对相同的第一VFL材料和如图10a的条件下作为在巻 中的直径的函数，在使用可控的WOT分布(例如像在图6中，取决于被 巻绕在巻上的直径)巻绕的巻内测量的MD屈服应变(方形数据点曲线) 和在使用与被巻绕在巻上的直径无关的恒定的WOT(如在图2)巻绕的巻 内测量的MD应变(菱形数据点的曲线)之间的比较。
图10c用图表示对相同的第一VFL材料和如图10a的条件下但作为从 巻芯到自由端的巻的长度的函数，在使用可控的WOT分布(例如像在图 6中)巻绕的巻内测量的MD应变(方形数据点的曲线)和在使用与被巻 绕在巻上的直径无关的恒定的WOT(如在图2中)巻绕的巻内测量的MD 应变(菱形数据点的曲线)之间的比较。图10d用图表示对相同的第一VFL材料和如图10a的条件下但作为从 巻芯到自由端的巻的长度的函数，在使用可控的WOT分布(例如像在图 6中取决于被巻绕在巻上的直径)巻绕的巻内测量的MD屈服应变(方形 数据点曲线)和在使用与被巻绕在巻上的直径无关的恒定的WOT (如在 图2中)巻绕的巻内测量的MD应变(菱形数据点的曲线)之间的比较。 图10e是一张表，给出了在图10a到图10d中所示的用于菱形数据点 和方形数据点的曲线的数据。
图lla用图表示对第二 VFL材料作为在巻中直径位置的函数，在使用 可控的WOT分布(例如像在图6中，取决于被巻绕在巻上的直径)巻绕 的巻内测量的MD应变(方形数据点的曲线)和在使用与被巻绕在巻上的 直径无关的恒定的WOT(如在图2)巻绕的巻内测量的MD应变(菱形数 据点的曲线)之间的比较。
图llb用图表示对相同的第二 VFL材料和在如在图lla中的条件下， 在使用可控的WOT分布(例如像在图6中，取决于被巻绕在巻上的直径) 巻绕的巻内测量的MD屈服应变和在与使用与被巻绕在巻上的直径无关的 恒定的WOT(如在图2)巻绕的巻内测量的纤网的MD屈服应变(菱形数 据点的曲线)之间的比较。
图llc用图表示对相同的第二VFL材料和在如在图lla中的条件下但 作为从巻芯到自由端的巻的长度的函数，在使用可控的WOT分布(例如 像在图6中)巻绕的巻内测量的MD应变(方形数据点曲线)和在使用与 被巻绕在巻上的直径无关的恒定的WOT(如在图2)巻绕的巻内测量的 MD应变(菱形数据点的曲线)之间的比较。
图lld用图表示对相同的第二VFL材料和如在图lla中的条件下但作 为从巻芯到自由端的巻的长度的函数，在使用可控的WOT分布(例如像 在图6中，取决于被巻绕在巻上的直径)巻绕的巻内测量的MD屈服应变 (方形数据点的曲线)和在使用与被巻绕在巻上的直径无关的恒定的WOT (如在图2 )巻绕的巻内测量的MD应变(菱形数据点的曲线)之间的比较。 图lle是一张表，给出了在图lla到lid中所示的用于菱形数据点和 方形数据点的曲线的数据。
图12示意性地给出了呈流程图形式的为实施本发明方法的一个实施 例可以采取的多个步骤，该方法使用根据被巻绕在巻上的直径改变WOT 的可控的WOT分布(例如像在图6中所示)生产出在已巻绕之后具有恒 定MD应力的巻。在本说明书和附图中重复使用的附图标记是打算表示本发明的相同 的或类似的特征或元件。
具体实施例方式
现在将详细描述本发明的一些优选实施例，在附图和附录中示出了本 发明的的一个或多个例子。提供的每个例子均是对本发明的解释说明，而 不限于这些例子的细节。事实上，本领域的普通技术人员将很清楚，在不 背离本发明精神和范围的情况下，可对本发明进行多种更改和变化。例如， 作为某个实施例的 一部分描述或说明的特征可以用到另 一个实施例上，/人 而获得又一个实施例。因此，本发明涵盖了后附的权利要求书范围内的这 些更改和变化以及它们等同。
图1示意地示出了连续VFL弹性纤网的巻绕的巻20和在巻内某段纤 网上三个主要应力的方向。因此，如在图1中所示，指示MD的箭头表示 巻绕张力(WOT)的方向，而指示ZD的箭头表示作用在相对该巻的径向 上的层间压力。通常，在大多数纤网的加工机械中，是在恒定的巻绕张力 "WTO"下(在当前巻绕层中的张力，即在已巻绕的巻的最外层)巻绕纤网 成巻。 一个例外是使用薄膜巻的渐缩张力或辊隙以减小巻的粘连。当纤网 材料的MD模量和ZD模量彼此很接近而该巻在恒定的巻绕张力下巻绕成 巻时，那么那种材料巻绕成的巻表现出从贯穿巻存储的MD应力的独特的 特征。在加工、印刷中，在该巻退巻过程中，纤网任何给定段的状态都是 不同的，取决于该段存储在巻上的直径位置。
在应用从巻绕的巻中退巻的连续纤网的许多加工工艺中，希望在纤网 退巻时纤网的状态尽可能没有变化，从而使纤网的状态基本上是均匀的， 不管纤网是从该巻的最外直径处脱开，还是从该巻的最内直径处或从该巻 的两个极端直径之间的某个位置脱开。为了获得在纤网状态中这种期望的 均匀性，可以按照本发明控制巻绕的巻的物理特性以提供具有基本均匀的 贯穿巻存储的MD应力的巻。对给定的材料、芯和巻绕的巻的构形，在巻 绕的巻内的应力的状态由WOT确定。因此，按照本发明，在将纤网材料 巻绕到巻上时通过控制WOT去跟随补偿的WOT分布，已经发现在这样
的第 一步，使用巻绕机的计算机模型来确定作为巻绕的巻的直径的函数的 在连续纤网材料巻绕的巻内的初始MD张力条件，在将纤网材料巻绕成巻时假设在纤网材料中的WOT恒定。如上所述，这个巻绕机计算机模型是
根据上面提到的巻绕的巻的应力的Hakiel非线性模型，但是修改后结合入 到在本发明中描述的新的工艺中，并在这里作为附录A给出 一个合适的巻 绕机的计算机程序。
所需的输入值
巻绕的巻的特性
MD才莫量、ZD模量和纤网材料的泊松比
纤网厚度
巻绕的巻的外径
巻绕张力(WOT) 芯的特性
芯的内直径和外直径
杨氏模量、泊松比
例子1:
作为例子，假设一种材料，其特性在下面列出 纤网、巻绕的巻的特性 MD模量25Psi
ZD模量-〉K产0.1 ， K产IO Psi( Pfeiffer形式-在Hakiel的论文中给出) 泊+>比=0.03
巻绕的巻的直径=50 in (英寸) 巻绕的巻的宽度=6 in 巻绕的张力10Psi 芯的特性
芯的内径=9 in
芯的外径-10in
芯的才莫量=100000 Psi
芯的泊*>比=0.3
假设已经以10Psi的恒定的巻绕张力(WOT )将纤网巻绕成的一个巻， 这种纤网具有上面所列的如图2所示的特性。在图3中示出了这种纤网材 料这样的巻绕的巻其径向应力的独特的贯穿巻的应力分布，在图4中示出以使用Hakiel模型的修正版生成巻绕机的计算机程序，该程序计算出在图 3和4中用图表示的应力和结果。在附录A中给出的计算机程序是这样的 巻绕机计算机程序的一个实施例，其被用来生成在图3和4中示出的数据， 附录B是Excel屏幕截图的 一个例子，它具有用于附录A给出的巻绕机计 算机程序的输入值和输出值(数字和曲线图)。对每个选择的数据，巻绕 机计算机程序生成预估的补偿WOT值用于在巻绕的巻中获得基本均匀的 贯穿巻的MD张力，该巻具有巻绕在外径为IO英寸的芯上的50英寸的外 直径。这些数据点作为纤网材料巻绕的巻的直径的函数提供补偿的WOT 分布。可将补偿的WOT分布输入到软件中，它将这些数据点转换成巻绕 机平稳拉伸的控制程序，以便获得在这样的控制下巻绕机巻绕成巻的纤网 材料中基本均匀的贯穿巻的MD张力。
由于期望的特性是这种贯穿巻的MD应力，因此需要控制WOT使该 MD应力特性基本均匀。按照本发明，通过使用"WOT"变换校正恒定的 WOT巻绕分布以获得可控的(也叫作补偿的)WOT巻绕分布可以做到这 一点，可以采用该可控的WOT巻绕分布将该材料巻绕成石更巻，，这种硬巻 表现出基本均匀的贯穿巻的特性(包括在纤网中的MD应力)。
在图5中已经示意地解释了 "WOT变换"的概念。由于对于充分加 压的巻随着直径的增加MD应力减小，补偿在以恒定的巻绕张力"WOT" 巻绕的这样的巻内每个直径位置处的巻内张力的差值的WOT分布，应该 在巻绕的巻内产生均匀的贯穿巻的张力。在将纤网巻绕到巻上时在纤网中 需要这种所谓的补偿WOT分布以提供具有基本均匀贯穿巻的MD张力和 其他纤网特性的巻绕的巻。
在如图5(a)中所示的恒定的WOT下将纤网材料巻绕成巻将产生如在 图5(b)中所示的充分压缩巻的径向应力分布。由于WOT是纤网进入巻内 处的张力，因而由此得出巻内的张力不能高于这个WOT恒定值。当用恒 定的WOT进行巻绕时，如图5(c)所示，在纤网材料巻绕的巻内MD应力 将下降到WOT的恒定值之下，在巻绕的巻内这个MD应力的曲线作为该 巻内直径位置的函数呈现出很像'Nike⑧-Swoosh⑧，分布的形状。因此，在 巻内每个中间直径位置处，在巻绕的巻内的MD应力和将纤网材料巻绕成 巻的恒定的WOT之间有差值。
如果将如在图(5d)中所示的这种差值(在图(5a)所示的恒定的WOT和 在图5(c)中所示的巻绕的巻内MD张力之间)在相应的直径位置处加到如在图5(e)中所示的恒定的WOT值上，生成的如在图5(f)中所示的径向压力 将高于在恒定的WOT值下产生的径向压力。虽然生成的径向压力值是更 高，但现在贯穿巻的MD应力如图5(g)所示基本上是均匀的。尽管在非常 接近芯处的MD应力是不均匀的，但在其他位置它们是基本均匀的。还有， 根据巻内的长度，在非常接近芯的不均匀MD应力区的码数大约占整个巻 内长度的不到2%。因此，使用本发明的技术，现在贯穿巻的MD应力在 约为从巻绕的巻的外直径向内到巻绕的巻芯测量到的整个纤网长度的 98%可以是基本均匀的。为使这种技术能够起作用，人们应该记住这种巻 应该是"硬，，巻，即充分压缩的巻。
参考例子l，注意到在硬巻的外直径处，MD应力等于WOT值，在这 种情况下它是10Psi。在硬巻中的其它地方，在巻绕的硬巻内部的MD应 力不会超过该WOT值。在这种情况下，这个值是10Psi。
在给定的直径的位置，MD应力比WOT小"Xd，，的量，式中"X" 对应于在WOT和MD应力之间的差，"d"对应于直径的位置。如果在该 巻的对应直径正巻绕时将这个差值"Xd，，加到WOT值上，那么可以获得 作为直径的函数变化的(而不是如在图2中恒定的)新的补偿的WOT分 布。在图6中示出了这种新的补偿的WOT分布。
然后使用实现巻绕机计算机模型的同一计算机程序来计算采用在图6 中所示的补偿的WOT分布巻绕的巻中的应力。图7用图表示通过这个相 同的巻绕机计算机程序计算出将是使用在图6中所示的补偿的WOT分布 生产的巻绕的巻内的纤网的这些径向应力。将是使用在图6中所示的补偿 的WOT分布生产的巻绕的巻内MD应力通过相同的巻绕机计算机程序计 算出，在图8中示出了这些MD应力的计算值。注意到在每个直径位置处， 在图7中所示的径向应力略高于在图3中所示的那些径向应力，这是因为 整体较高的WOT。但是在图8中所示的MD应力由于^_用可控的WOT(对 于这个特定的实施例，显示在图6中)名义上是恒定的并且贯穿巻是基本 均匀的。
根据本发明的这种方法将会对MD模量和ZD模量互相很接近的纤网 起作用。
例如，参考在附录B的图中从左边的第4列，由巻绕机计算机程序(在 附录A中给出)预估用恒定的10Psi的WOT巻绕的巻的30英寸直径处纤 网的MD张力(应力)为7.848Psi。那就意味着在材料的巻绕的巻内的30英寸直径位置处，张力与可能传给纤网的最大10Psi的MD张力有预估的 差值2.512Psi ( 10-7.848 ),这是由于施加恒定的10Psi的WOT来将纤网巻 绕成巻。为了在该巻30英寸直径处补偿这个2.512Psi的差值，补偿的WOT 分布需要值为12.152Psi ( 10+2. 152)的WOT，其为在附录B的图表中从 左边的第5列中在标题"可控的WOT"下出现的数字。使用相同的巻绕 机计算机模型(在附录A中示出)，计算出在补偿的WOT为12.152条件 下巻绕的巻的30英寸直径处纤网中的MD张力(应力)为10.061Psi,该 值在附录B的图表中从左边的第7列中。从检查附录B图中从左边第7 列中其他记录值时可以看出，预估的按照补偿的WOT分布巻绕的材料巻 中MD张力基本上是均匀的，贯穿巻约为10Psi。
巻绕过程控制
当将低模量弹性的材料巻绕成巻时，通常以"拉伸控制"方式操作巻 绕机，其中补偿的WOT分布基于在巻绕机速度和在纤网中MD张力之间 已知的关系被转换成速度控制。拉伸控制(也叫做速度控制)通过控制巻 绕机的速度工作，从而控制进入到正巻绕的巻中的纤网内的MD张力。一 般可包括可编程逻辑控制器(PLC)的控制系统可以被编程去控制处于拉 伸控制模式的巻绕机。但是，无论速度(用每分钟英尺表示)还是拉伸(用 %表示)都不是纤网应力或WOT的直接测量。为了测定WOT，人们必须 找到巻绕机速度和WOT之间关系的精确表达方式。
可以采用许多不同的方法建立拉伸(或速度)与WOT之间的关系。 一种方法使用测力元件直接测量在将纤网巻绕到巻内的过程中纤网的张 力。人们可以改变4立伸并观察测力元件测到的张力的变化并建立两者之间 的关系。另一个方法是通过纤网应变乘以纤网的MD模量来计算出纤网中 的应力。根据在巻绕机和前面的从动辊之间的速度差，可以计算出纤网的 应变([Vw-Vi]/Vi，式中Vw是巻绕机的速度和Vi是巻绕机前方的辊的速 度)。
尽管使用拉伸控制或速度控制的方法目前看来是更加需要，但也可 以采用使用张力控制、力矩控制或辊隙控制的多种方法。当巻绕过程在"张 力控制"下运行时，那么在纤网中张力是已知量，这是因为指示张力的测 力元件已经存在于处理设备中。在这种情况下，可以建立在退巻马达电流 和各种制动水平的纤网张力之间的关系，对力矩控制的巻绕机也可采用相同的程序。通过使用来自补偿的WOT分布的一组离散的点和在这些点之 间插值，以实现作为巻直径的函数的拉伸期望的变化，可以使用PLC的控 制系统软件来控制退巻马达的电流作为巻绕的巻的直径的函数。
一旦获得将产生基本均匀的贯穿巻的MD应力(例如在图8中所示) 的WOT的所需输出值，在将纤网巻绕成巻时作为该巻直径的函数，那么 可以对通常可包括可编程逻辑控制器(PLC)的控制系统进行编程，以控. 制巻绕机(在拉伸控制中)和退巻的制动(在张力控制中)。用于这个目 的的通用控制系统软件购自罗克韦尔公司、西门子公司和许多其他的这类 生产线设备制造商。这些程序使用它们本身的编程语言控制在巻绕过程中 的各种装置。
在拉伸控制的情况下，根据在拉伸/速度和在纤网中WOT之间建立的 关系，将WOT的巻绕模型输出变换成拉伸(或速度)。然后可以写出简单 的程序使用控制系统软件去控制巻绕机的速度作为巻绕的巻的直径的函 数，通过使用那个巻绕模型输出的一组离散点和通过在这些点之间线性插 值以便完成该巻随后正在被巻绕时作为该巻直径的函数在拉伸中的变化。 变换程序非常类似于张力控制，但在张力控制的情况下它是退巻马达电 流，在正巻绕该巻时该电流受到控制。因此，在张力控制模式中可以使用 PLC去控制巻绕机作为补偿的WOT分布的函数。例如，可以使用PLC的 控制系统软件来控制退巻马达电流作为巻绕的巻的直径的函数，通过使用 从补偿的WOT分布来的一组离散的点和在这些点之间插值以完成作为巻 直径的函数在拉伸中期望的变化。
在辊隙控制的情况下，可将WOT的巻绕模型输出变换成预估的辊隙 负荷，对给定的恒定纤网张力需要该负荷以获得目标WOT。在缺乏辊隙 诱导张力的经验测量值的情况下，可以使用的WOT—般方程式可以表达 如下。WOT = Tw + pN，式中WOT二巻绕张力，Tw二纤网张力，^=动态的 纤网对纤网的摩擦系数，和N二辊隙负荷。
MD应力均匀性的测量。
一旦巻绕两个巻——使用如上测定的可控的WOT(图6)巻绕一个巻 和使用恒定的WOT (图2 )巻绕另 一个巻一一则需要开发一种协议用于测 量作为巻的直径的函数的纤网的MD应力。根据材料和工艺过程的要求， 可以测量在巻中MD应力的均匀性，这是因为有特殊的和可预估的关系可以去测量更加容易的获得的，即通过实际测量直接可以获得的多个其他参 数。有些方法包含如下步骤。用在退巻过程中像纤网的每次单独切割的长
度中的变化可以测量MD应力。通过在退巻过程中记录所印刷图形的重复 长度也可测量MD应力。在退巻过程中，用在不同直径位置处纤网的屈服 点处应变的变化也可测量MD应力。通过将应变计连4妄在纤网的不同直径 位置处和根据如此获得的应变测量值的均匀度所记录的均匀性也可测量 MD应力。
例如，实际测量贯穿巻的"屈服应变"。筒单的说，从纤网在贯穿巻 的不同直径处切出相同长度的多段(称为试样)，装载到拉力试验机并拉 伸到固定的负荷。从退巻期间"屈服点处的应变，，可以推导出很低模量的 可拉伸的层压纤网的巻中贯穿巻的应变的基本均匀性。
屈服应变
这里可将测量在各图中表示的"屈服应变"参数的逐步过程总结如下 沿着该巻外直径处的圆周上相隔6英寸划上两条线(即标记在机器方向上 相隔6英寸)。然后从材料中切出8英寸长乘3英寸宽(沿与机器方向交 叉的方向)的试样，从而使两条标记线出现在试样内。接着将试样装载到 拉力试马全机，使用两条标志线以保证试验机的夹具相隔6英寸。因而这样 把试样夹持在夹具中，使得两条线在夹具间相隔6英寸紧靠着夹具。然后 用恒定的应变速率^立伸试样，同时在许多不同的点处同时记录应力和应 变，这些点绘制在下面示出的曲线上。屈服应变则纪录在如下图所示的曲 线中的拐点处。在巻绕的巻内的不同直径处进行相同的试验贯穿巻重复这 个过程。
应变[in/in]
还有，实际测量了贯穿巻存储的MD应变。用类似上述的方法测量了"MD应力"，除了在MD应变的条件下之外，还观察试样的收缩量。在贯 穿巻的不同直径处从纤网切出相同长度的试样并观察其收缩量。根据收缩 量，用长度差与初始试样长度的比可以计算存储的MD应变。
MD应变
这里可将测量在各图中示出的"MD应变，，参数的逐步过程总结如下 沿该巻外直径的圆周相隔6英寸划上两条线。然后如此切出8英寸长乘3 英寸宽的试样，使得标记线出现在试样内。将试样放在平的表面上，并立 即测量缩进长度(在两条标记线之间的距离)。接着用初始长度和缩进长 度之差对比初始长度之比来计算存储在巻中的MD应变和表示为初始长度 的百分比(％)。贯穿巻在巻绕的巻内的不同直径处进行相同的试验，重复 这个过程。
在图9中表示拉伸分布，在10a中表示每个纤网中根据MD应变的结 果。注意在每个图10a-e和lla-e中的每个数据点代表三个单独测量值的 平均值，数据中的变异性可利用称为变异系数的参数来表达，该系数解释 如下
式中。/。Cv是变异系数和SD是标准偏差。因此，。/oCv的数值越大，那么数 据中的变异性就越大。
如前面段落中描述的那样，基于在拉伸和张力之间建立的关系通过将 应力转换成拉伸值来获得在图9中示出的拉伸分布。因此如在图9中所示， 对于第一 VFL材料的巻，在由巻绕机计算机程序生成的数据点指示的方式 中，巻绕机拉伸从在围绕巻芯巻绕纤网时的约39%变化到在巻绕巻的中间 附近巻绕纤网时高至约43%,当在巻绕的巻的外直径处巻绕纤网时以相对 平稳的控制又回复到约38%。观察到按照应变测量的均匀性。
如预估那样，和由图10a中方型数据点所绘的曲线所示，使用可控的 WOT巻绕的巻在巻内的每一直径处具有相对恒定的MD应变。如在图10a 中菱形数据点所画的线所示，对相同的第一 VFL材料使用恒定的WOT巻 绕的巻有变化很大的MD应变，这取决对巻绕在巻上的纤网在巻中进行测 量的位置。对相同的第一 VFL材料使用恒定的WOT巻绕的巻中这种较大 的变化被在图10b中表示的作为巻直径的函数的屈服应变的替代测量值进一步证实。还有，如在图10c和10d中所示，当作为沿着巻的长度(从巻 芯处的材料的巻终端到材料的自由端)的距离的函数将各测量值绘成曲线 时，相应的MD应变测量值和屈服应变测量值(菱形数据点)的较大变化 甚至变得更加清楚。
注意在图10a中，用恒定的WOT巻绕的巻的MD应变测量值显示出 与平均值有15.5%的偏差，而用可控的WOT巻绕的巻的MD应变测量值 仅与平均值有5.6%的偏差，当用按照本发明的可控WOT巻绕时，相同的 纤网材料具有约64% ( 1-5.6/15.5)更大的均匀性。如在图10b中所示，对 这种相同的第一 VFL材料作为巻中直径位置的函数绘出的屈服应变数据 (方形数据点)也得到整巻基本均匀的相同结果。还有，如在图10c和10d 中所示，当作为沿着巻的长度(从巻芯的材料的巻终端到材料的自由端) 的距离的函数将各测量值绘成曲线时，相应的MD应变测量值和屈月1应变 测量值(方形数据点)的基本均匀性变得甚至更加清楚。如在图10a( 64% )、 10b (49%)、 10c (64%)和10d (49%)中所示，在每种情况下均勾性至 少有约50%的改进。
图lla、 llb、 llc和lld用图表示出当用恒定的WOT和按照本发明 描述的可控的WOT巻绕时，第二 VFL材料纤网的多个测量特性之间的 多种比较。通过在图lib中相对较低的屈服应变数据与图10b中数据的比 较可以看到，第二VFL材料比第一 VFL材料的弹性较小。还有对按照本 发明用可控的WOT巻绕的巻总是有相当高的均匀程度。
图llb例如示出了使用可控的WOT分布(取决于被巻绕在巻上的直 径，例如像在图6中所示)巻绕的巻所测量的MD屈服应变(方形数据点) 和使用与正被巻绕的巻的直径无关的恒定的WOT (如在图2中)巻绕的 巻内(上曲线)的纤网测量的MD屈服应变(菱形数据点)的图解比较。 如预估那样，并由图lib中所画的方形数据点所示，使用可控的WOT巻 绕的巻在第二 VFL材料的巻内的每个直径处有相对恒定的MD屈服应变 测量值。如在图lib中所画的菱形数据点所示，使用恒定的WOT巻绕的 巻有变化较大的MD屈服应变的测量值，这取决于对巻绕在巻上的第二 VFL材料的纤网在巻中进行测量的位置。对相同的第二 VFL材料使用恒 定的WOT巻绕的巻内这种较大的变化被在图lla中所示作为巻的直径的 函数MD应变的替代测量值所证实。还有，如在图llc和lid中所示，当 作为沿着巻的长度(从巻芯的材料的巻终端到材料的自由端)的距离的函数将各测量值画成曲线时，相应的MD应变测量值和屈力l应变测量值(菱 形数据点)较大的变化甚至变得更加清楚。
注意在图lla中，用恒定的WOT巻绕的第二 VFL材料的巻的MD 应变测量值表现出与平均值有13.9%的偏差，而用可控的WOT巻绕的巻 的MD应变测量值仅与平均值有4%的偏差，当用按照本发明的可控的 WOT巻绕时，相同的纤网材料有约71% ( 1-4/13.9)更大的均匀性。如在 图lib中所示，对于这种相同的第二 VFL材料作为巻中直径位置的函数 绘出的屈服应变数据(方形数据点)也得到整巻基本均匀的相同结果。还 有，如在图llc和lid中所示，当作为沿着巻的长度(从巻芯处的材料的 巻终端到材料的自由端)的距离的函数将各测量值画成曲线时，相应的 MD应变测量值和屈服应变测量值(方形数据点)的基本均匀性甚至变得 更加清楚。如在图lla (71%)、 lib (59%)、 11c (71%)和lid (59%) 中所示，在每种情况下至少均匀性有约50%的改进。
从图10a、 10b、 10c、 10d、 lla、 llb、 1 lc和1 Id中给出的数据将4艮 清楚看出，按照补偿的WOT分布巻绕的纤网材料的巻的MD张力贯穿巻 的变异性相对用恒定的WOT巻绕的相同直径和相同纤网材料巻的MD张 力的贯穿巻的变异性减小约40%到70%。
图12以流程图的形式示意表示实施本发明方法的一个实施例可以 采用的各步骤，按照该实施例使用可控的WOT分布巻绕之后产生MD应 力基本恒定的巻，可控的WOT分布根据正被巻绕在巻上的直径改变WOT (例如像在图6中)。本发明的方法对下述纤网是特别有用的，如可伸长的 和/或弹性的纤网(如膜、线股、无纺材料以及一种或几种上述任何材料的 层压片)如在Wright的美国专利No.5,385,775、 Welch等人美国专利申请
发明者B·科维尔-坎达戴, N·J·迈克尔三世, R·J·考克思 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司