专利名称：表现出类似弹性的特性并且具有柔软的布状质地的网面材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及网面材料，特别是涉及这样一种网面材料，当沿着该材料的至少一条轴线对其进行拉伸然后再将其松开时(即循环拉伸)，该材料表现出类似弹性的特性。
本发明还涉及柔软的、质地象布的、柔和的网面材料。
本发明还涉及这样一些网面材料，其中给定网面材料的固有特性可以得到改变，例如，这种网面材料对于一个外加拉伸所产生的阻力可以得到改变。此外，本发明的网面材料还可以具有普通的网面材料所具有的分级阻力、横向收缩及/或类似弹性的特性的方向，并且/或者可以改变普通的网面材料所具有的分级阻力、横向收缩及/或类似弹性的特性的方向。
本发明的网面材料在耐用型的和一次性的用品领域都具有广阔的应用前景，但特别适用于一次性吸湿用品，例如卫生巾、绷带、内裤衬垫、一次性尿布、失禁者穿的三角裤等等。
诸如卫生巾、内裤衬垫、一次性尿布、失禁者穿的三角裤以及绷带一类的吸湿用品被用来吸收并容纳从身体中排出的液体以及其它的排泄物并防止身体和衣物被弄脏。一般说来，大多数的吸湿用品都是由在通常的穿用过程中受到力的作用时不易伸长的材料制成的。构成吸湿用品的材料在受到通常的穿用力作用时不能伸长的特性使得该吸湿用品存在一些缺点。其中一个缺点就是使穿用者感到不舒适。穿用者应当能够注意到一个能随着穿用者的运动而伸长从而与穿用者的身体贴合的吸湿用品与一个不能伸长的吸湿用品之间的差别。例如，已有技术中的普通的卫生巾不能随着穿用者的内裤运动，这便造成了卫生巾的偏移，可能会在一定程度上使穿用者感到不适。使整个卫生巾或其一部分在正常的穿用条件下或在力的作用下能够伸长便可以使该卫生巾更好地与穿用者的内裤相贴合，并且即使是在穿用者运动时也能保持在原位。
人们已作过几种尝试来使吸湿用品的一个或多个部件响应比较小的穿着力能够伸长。已有技术的方法依赖于在吸湿用品上加上如天然橡胶或合成橡胶一类的传统的弹性部件。例如，将传统的弹性部件固定到吸湿用品的顶片和/或底片的某些部分上，例如固定到一次性尿布的腰部，从而使穿用者感到更为服贴和整体性的舒适。但是，传统的弹性部件成本比较高，并且在组装过程中需要一定程度的手工操作和处理。尽管传统的弹性部件的确为吸湿用品带来了一定的拉伸性能，但一般说来，上面固定有传统的弹性部件的材料通常不被认为是弹性的或可拉伸的。因此，在把传统的弹性部件固定到该材料上以前要对该附加的弹性部件进行预拉伸，或者，要对该材料进行机械处理，例如环锭滚压，以使该材料永久性地伸长到超过其初始未拉伸长度的程度，并且使加上的传统弹性部件能够发挥作用。否则，加上的传统弹性部件要受到该材料的限制，不能发挥作用。1992年9月29日授予Buell等人的美国第5151092号专利公开了具有一种网面材料的吸湿用品的一个例子，所述的网面材料经受过额外的处理，因而使网面材料更容易随着外加的传统弹性件伸长，此处将这份专利作为参考文献引入。Buell的专利描述了使一个底片产生预应变的操作，这样的操作使得底片在受到机械拉伸时能够产生永久性的伸长，并且不会完全恢复到其最初未变形时的形状。Buell指出，要使其发明得以实施，必须将一个传统的弹性部件加入到经过了预应变的材料中。Buell还指出，产生了预应变的底片改善了所加入的弹性部件的伸长性和热收缩性。
因此，本发明的一个目的是提供一种网面材料，特别是塑料薄膜，在不使用外加的传统弹性件的情况下，该材料在外加拉伸的方向上表现出“类似弹性”的特性。在此处，“类似弹性”一词表示网面材料的特征，在受到外加拉伸时网面材料沿拉伸的方向伸长，而在拉伸解除时基本上缩回到其未拉伸时的状态的特性。尽管这种具有类似弹性的特性的网面材料的应用范围很广，例如可用于制作服装上的耐用品，服装上的一次性用品，室内装璜用品一类的覆盖材料，复杂形状的包装材料等等，但它们特别适合用于制作吸湿用品中的顶片、底片和/或吸湿芯。
本发明的另一个目的是提供一种具有柔软的布状质地的塑料薄膜。
在一个优选实施方案中，本发明涉及一种网面材料，特别是一种塑料薄膜，在不外加如天然橡胶或合成橡胶一类的传统的弹性部件的条件下，当对这种材料进行拉伸然后再将其松开时，该材料表现出类似弹性的特性。
此外，本发明的塑料薄膜极为柔软，质地与布极为相似，并且是柔和的。本发明的薄膜能够隔离液体，同时还具有织造或非织造织物的外观和手感，使得它们特别适合于用作如一次性尿布或卫生巾一类的一次性吸湿用品上的底片。或者，还可以选择性地在这种薄膜上穿孔，以满足可透气的薄膜的需求。
还可以表现出的另一种类似弹性的特性是随着抵抗伸长的力的突然和明显的增大的伸长和恢复特性，其中抵抗伸长的力的这一明显而又突然的增大限制了材料在相对较小的伸长力的作用下的进一步伸长。抵抗伸长的力的这一明显而又突然的增大被称作“力壁”(force wall)。此处用“力壁”这一术语来表示网面材料在伸长过程中的这样一种阻力特性，即，在伸长过程中的某一点(这一点不是未拉伸点或起始点)，抵抗外加拉伸的力突然增大。在达到力壁之后，网面材料的进一步伸长只可能通过将伸长力增大到克服网面材料的这一更大的阻力来实现。
本发明的网面材料包括一层可拉伸的网眼织物，该网眼织物具有多个第一区和多个第二区，这两种区域由完全相同的材料成分构成。一部分第一区沿着一个第一方向伸长，而其余的第一区则沿着一个垂直于第一方向的第二方向伸长。沿着垂直方向伸长的第一区彼此相交。所述的这些第一区形成一个完全围绕着所述的那些第二区的边界。第一区相对于拉伸轴的方向使得它们在受到沿着与拉伸轴基本上平行的方向的外加轴向拉伸时，能够在第二区的主要部分产生任何显著的分子水平的变形之前便产生显著的分子水平的变形及几何变形。第二区在外加拉伸的作用下首先产生显著的几何变形。
在一个特别优选的实施方案中，第二区包括一些向上凸起的罗纹状的部分。此处用“罗纹状的部分”表示凹纹部分、凸纹部分或者凹纹部分和凸纹部分的组合，这些部分具有一条主轴和一条副轴。最好是使罗纹状部分的主轴基本上垂直于外加拉伸的轴。罗纹状部分的主轴和副轴可以各为直线形的或曲线形的或由直线和曲线组合而成的。
罗纹状的部分使第二区能够产生大体上的“几何变形”，这使得第二区的抵抗外加拉伸的阻力明显小于由第一区的“分子水平的变形”和“几何变形”所表现出的抵抗拉伸的阻力。这里用“分子水平的变形”表示变形发生在分子水平，一般用肉眼看不出来。也就是说，即使人们可以区分分子水平的变形的效果，例如网面材料的伸长，也无法区分导致或引起这一效果发生的变形。这一点与“几何变形”相反。这里用“几何变形”表示当网面材料或由网面材料制成的用品在受到外加拉伸时，由所述的网面材料产生的通常用肉眼就可看出的变形。几何变形的类型包括(但不限于)弯曲、展开以及旋转。
在另一个实施方案中，本发明的网面材料在受到沿与一条轴线基本平行的方向上的外加拉伸时，沿着至少这一条轴线产生出至少两级大小明显不同的抵抗外加拉伸的力。这种网面材料包括一个可伸缩的网状织品，该网状织品具有至少两个截然不同的区域。其中一个区域被构造成这样的形式，即，当它受到沿着与所述的轴线基本上平行的方向上的外加轴向拉伸时，能够在另一个区域的主要部分产生明显的抵抗外加拉伸的力之前便产生抵抗外加拉伸的力。当材料处于非张紧状态时，如果从大体上平行于所述轴线的方向上测量，至少有一个区域的表面径长大于另一个区域的表面径长。具有较长的表面径长的区域包括一个或多个延伸到其它区域的平面之外的罗纹状部分。所述的网面材料对外加的拉伸先产生一个第一阻力，直到网面材料伸长到足以使得具有较长表面径长的区域的主要部分进入到外加拉伸的轴线上时(即，基本上与外加拉伸的轴线共面)，此时该网面材料才对进一步的拉伸产生第二阻力。总的抵抗拉伸的阻力大于由第一区域产生的抵抗拉伸的第一阻力。
可取的是，在网面材料处于非张紧状态时沿一个基本上行于拉伸轴线的方向进行测量，测得第一区的第一表面径长为L1。在网面材料处于非张紧状态时沿一个基本上平行于拉伸轴线的方向进行测量，测得第二区的第二表面径长为L2。第一区的表面径长L1小于第二区的表面径长L2。第一区的弹性模量为E1，横截面积为A1；第一区随着外加轴向伸长D而产生分子水平的变形，从而由其自身产生一个阻力P1。第二区的弹性模量为E2，横截面积为A2。第二区随着外加轴向伸长D而产生几何变形，从而产生一个阻力P2。当(L1+D)小于L2时，阻力P1明显地大于阻力P2。
当(L1+D)小于L2时，第一区随着外加轴向伸长D所产生的初始阻力P1大体上满足下式P1＝(A1×E1×D)/L1。当(L1+D)大于L2时，第一区和第二区对外加轴向伸长D所产生的总的阻力PT大体上满足下式PT=(A1×E1×D)L1+(A2×E2|L1+D-L2|)L2]]>在另一个优选实施方案中，当沿着垂直于伸长轴线的方向测量时，网面材料在伸长率为20％时的泊松横向收缩系数小于大约0.4。此处的术语“泊松横向收缩系数”表述的是受到外加拉伸的材料的横向收缩性能。可取的是，当沿着垂直于伸长轴线的方向测量时，网面材料在伸长率为60％时的泊松横向收缩系数小于大约0.4。
可取的是，如果在网面材料处于非张紧状态时沿平行于伸长轴线的方向进行测量，可测得第二区的表面径长至少要比第一区的表面径长大出大约15％。更为可取的是，如果在网面材料处于非张紧状态时沿平行于伸长轴线的方向进行测量，可测得第二区的表面径长至少要比第一区的表面径长大出大约30％。
尽管本说明书的末尾附有特别指出并清楚限定了构成本发明的主题的权利要求，但据信，通过下面结合附图所作的说明，本发明将得到更好的理解，在这些附图中，相同的标号用于表示相同的部件，其中
图1是已有技术中的卫生巾的简化的平面视图，为了更清楚地示出该卫生巾的结构，已将其若干部分截去；图2是已有技术中的一次性尿布的简化的平面视图，为了更清楚地示出该一次性尿布的结构，已将其若干部分截去；图3是本发明的聚合物网面材料的一个优选实施方案的平面视图；图4是如图3所示的本发明的网面材料和一种基础网面材料(即，与本发明的网面材料具有相似的材料成分，但不包括第一和第二区)的阻力-百分比伸长率曲线图；图5是图3中的聚合物网面材料处于与图4中的力-伸长率曲线上的第I段相对应的拉伸状态时的平面图；图6是在使由图4中的曲线720所代表的本发明的网面材料在60％伸长率时对其进行滞后测试时得到的该网面材料的弹性滞后性能的曲线图；图7是用于形成本发明的网面材料的一种优选装置的简化了的透视图，该装置的一部分被倾斜着放置以便暴露出齿状结构。
在本文中，用“吸湿用品”这一术语来表示吸收并容纳身体排泄物的用品，更确切地说，表示放置在穿用者身体上或身体附近、用于吸收并容纳从身体中排出的各种排泄物的用品。“吸湿用品”这一术语所代表的物品包括尿布，月经垫，卫生巾，内裤衬垫，失禁者穿的三角裤，绷带等等。本文中的“一次性”一词表示不打算对这种吸湿用品进行洗涤或以其它方式回收或作为吸湿用品重新使用(即，这种物品在用过一次后将被丢弃，最好是回收、制成肥料，或以一种与环境相容的方式对它们进行处理)。由于它们的一次性使用的特点，迫切需要针对这种一次性吸湿用品采用低成本的材料和制作方法。
图1是已有技术的卫生巾20的平面图，为了更清楚地显示卫生巾20的结构，已将其若干部分剖去，并且，使卫生巾20的与穿用者相背的那个部分，即外表面朝向读者。此处用“卫生巾”这一术语表示这样一种吸湿用品，该用品被女性贴于其阴部穿着，通常是贴着其泌尿生殖区的外部穿着，用以吸收和贮存月经和从穿用者的身体排出的其它阴道排泄物(如血液、月经和尿)。如图1所示，卫生巾20包括一个可以透过液体的顶片24，一个与所述的顶片24接合在一起的不能透过液体的底片26，和一个位于顶片24和底片26之间的吸湿芯。
尽管可以将顶片、底片和吸湿芯组装成各种公知的结构(包括所谓的“管”型产品或侧翼型产品)，但以下美国专利总体上描述了一些优选的卫生巾结构1990年8月21日授予Osborn的美国第4950264号专利；1984年1月10日授予DesMarais的美国第4425130号专利；1982年5月30日授予Ahr的美国第4321924号专利；以及1986年5月20日授予Van Tilburg的美国第4589876号专利。此处将这些专利引入作为参考。
图2是已有技术的一次性尿布30处于其未收缩状态(即，已将引起收缩的弹性件抽去，但侧片部分除外，该部分中的弹性件以其松驰状态保留着)时的平面视图，为了更清楚地显示尿布30的结构，已将其若干部分剖去，并且，使尿布30的与穿用者相背那个部分，即外表面朝向读者。此处的“尿布”一词表示通常由婴儿及失禁者穿在其下躯周围的一种吸湿用品。如图2所示，尿布30包括一个可以透过液体的顶片34，一个与顶片34相接合的不能透过液体的底片36，一个位于顶片34和底片36之间的吸湿芯38，两个用弹性件制成的侧片40，两个用弹性件制成的腿部收口32，一个弹性的腰片44；以及一个合起来用标号46表示的紧固系统。
尽管可以将尿布30组装成各种公知的结构，但以下美国专利总体上描述了一些优选的尿布结构1975年1月14日授予Kenneth B.Buell的美国第3860003号专利；以及1992年9月29日授予Kenneth B.Buell等人的美国第5151092号专利。此处将这些专利引入作为参考。
尽管下面将从提供一种特别适用作如一次性尿布、卫生巾或绷带一类的一次性吸湿用品上的底片、顶片和/或吸湿芯或其一部分的、对于一个先施加然后再松开的外加拉伸表现出类似弹性的特性的“网面材料”的角度来描述本发明，但本发明绝不仅限于这类应用。它几乎可以应用于任何一个需要成本较低的类似弹性的网面材料的场合，例如可用于制作如运动服一类服装上的耐用品，服装上的一次性用品，弹性绷带，装璜用品或用于覆盖形状复杂的物品的包装材料等等。此处的“网面材料”指的是一种片状材料(例如一次性吸湿用品上的顶片、底片或吸湿芯)，或者由两层或多层片状材料组成的复合材料或叠层材料等。在需要生产对于沿着至少一个轴线先施加然后再松开的拉伸表现出类似弹性的特性的网面材料的多种场合，本发明都可以得到极好的应用。对于一种优选的结构及其在卫生巾或一次性尿布上作为底片的应用的详细说明将使得本领域的技术人员能够很容易地将本发明应用于其它场合。
参照图3，该图示出了本发明的一种聚合物网面材料52的一个优选实施方案。图3示出的网面材料52处于其基本上未被拉紧时的状态。这种网面材料52特别适合于用作一次性吸湿用品(如图1中的卫生巾20或图2中的一次性尿布30)上的底片。网面材料52具有两条中心线，一条是纵向中心线，后面也将其称作“L”轴、线或方向，一条是横向或侧向中心线，后面也将其称作“T”轴、线或方向。横向中心线“T”通常垂直于纵向中心线“L”。
网面材料52包括一个由一些不同的区域构成的“可伸缩的网格”。此处的“可伸缩的网格”表示由一些区域组成的互连的及相关的区域群，在先对它进行拉伸、然后又将它松开时，这个区域群在一个预定的方向上可以被拉伸到某一有效的程度，使网面材料52表现出类似弹性的特性。这个可伸缩的网格包括一些第一区60和一些第二区66。网面材料52还包括一个位于第一区60和第二区66之间的界面上的过渡区65。过渡区65将呈现第一区及第二区的复合特性。业已认识到，本发明的每一个实施方案都将有一个过渡区，但本发明主要是由在不同的区域(例如第一区60和第二区66)中的网面材料的特性限定的。因此，以下对本发明的说明将只涉及处在第一区60和第二区66中的网面材料的性能，因为它并不明显地取决于处在过渡区65中的网面材料的复合性能。
网面材料52具有一个第一表面(在图3中朝向观察者)和一个与第一表面相背的第二表面(未示出)。在图3所示的优选实施方案中，可伸缩的网格具有若干个第一区60和若干个第二区66。第一区60中的通常用61表示的那个部分基本上是直线形的，并且沿着一个第一方向延伸。第一区60的其余部分，通常用62表示，基本上是直线形的，并且沿着一个大体上垂直于第一方向的第二方向延伸。尽管第一方向垂直于第二方向是比较可取的，但第一方向和第二方向之间的其它角度关系也可能是合适的，只要第一区的两个部分61和62相交即可。第一方向和第二方向之间的夹角最好是在大约45°至大约135°的范围内，最可取的是90°。第一区的两个部分61和62的相交形成一个完全围绕着第二区66的边界，在图3中用虚线63代表这个边界。
可取的是，第一区60的宽度68在大约0.01英寸至大约0.5英寸之间，更为可取的是在大约0.03英寸至大约0.25英寸之间。但是，第一区60采用其它宽度尺寸也可能是合适的。由于第一区61和62相互垂直，并且都是等间隔的，因此第二区是正方形的。但是，第二区66也可以具有其它形状，只要改变第一区之间的间隔以及/或者第一区61与62相互间的方向就可以具有其它形状。第二区66具有一个第一轴70和一个第二轴71。第一轴70基本上平行于网面材料52的纵轴，而第二轴71基本上平行于网面材料52的横轴。第一区60的弹性模量为E1，横截面积为A1，第二区66的弹性模量为E2，横截面积为A2。
在图示的实施方案中，网面材料52被“成形”为这样的形式当它受到在大体上平行于网面的横轴的方向上的外加轴向拉伸时，该网面材料52将沿着一条轴(在图示的实施方案的情况下该轴大体上平行于网面的横轴)产生一个阻力。在此处，“成形”一词表示使网面材料形成一种预期结构或几何形状，在不受任何外加拉伸或外力的情况下，网面材料将基本上保持这种预期结构或几何形状。本发明的一种网面材料包括多个第一区和多个第二区，其中第一区与第二区用肉眼看是不同的。在此处，“用肉眼看是不同的”一词用于形容网面材料的一些特征，当正常使用这种网面材料或带有这种网面材料的物品时，用正常的裸眼就能轻易地识别出这些特征。在本文中，术语“表面径长”表示在一个基本上平行于某一轴的方向上沿着待测区的外形表面得到的测量值。在本说明书后面的“测试方法”部分中可以找到用于测定各个区域的表面径长的方法。
形成本发明的网面材料的方法包括，但不限于，利用配合板或压辊来压纹，热成形，高压液压成形，或者铸造成形。尽管整个网面材料52都经过了成形操作，但如后面将要描述的，只对网面的一部分(例如尿布底片的一部分)成形也能实现本发明。
在图3所示的优选实施方案中，那些第一区60基本上都是平面状的。即，处在这些第一区60中的材料在网面材料52的成形步骤前后基本上处于同样的状态。第二区66包括一些向上凸起的罗纹状的部分74。这些罗纹状的部分74可以是凸纹的、凹纹的或者由这两者组合而成的。罗纹状的部分74具有一个大体上平行于网面52的纵轴的第一轴或主轴76和一个大体上平行于网面52的横轴的第二轴或副轴77。
第二区66中的罗纹状的部分74相互之间可以被一些未成形区(主要是非凸纹区或凹纹区或者简单成形的分隔区)隔开。可取的是，这些罗纹状的部分74彼此相邻并且被一个未成形区隔开，所述的未成形区在垂直于罗纹状的部分74的主轴76的方向上测量的尺寸为0.10英寸，更为可取的是，罗纹状的部分74是相连的，彼此之间没有未成形区。
第一区60和第二区66各自具有一个“投影径长”。在本文中，“投影径长”一词表示一个区域在被平行光投射时其阴影的长度。第一区60的投影径长与第二区66的投影径长彼此相等。
如果在网面处于非张紧状态时沿一个平行的方向进行外形上的测量，可测得第一区60的表面径长L1小于第二区66的表面径长L2。可取的是，第二区66的表面径长至少要比第一区60的表面径长大出大约15％，更可取的是大出大约30％，最可取的是比第一区的表面径长大出大约70％。一般说来，第二区的表面径长越大，网面在遇到力壁之前的伸长率将越大。
网面材料52所表现出的改进的“泊松横向收缩系数”比具有相似的材料成分的其它相同的基础网面(即不具有第一区和第二区的网面)要小。在本说明书后面的“测试方法”部分中可以找到用于测定材料的泊松横向收缩系数的方法。本发明的网面在受到大约为20％的拉伸时，其泊松横向收缩系数最好小于大约0.4。较为可取的是，当该网面受到大约40％、50％或者甚至60％的拉伸时，其泊松横向收缩系数小于大约0.4。更为可取的是，当该网面受到大约20％、40％、50％或者甚至60％的拉伸时，其泊松横向收缩系数小于大约0.3。本发明的网面的泊松横向收缩系数由第一区和第二区各自占用的网面材料的量决定。随着第一区占用的网面材料的面积增大，泊松横向收缩系数也增加。相反，随着第二区占用的网面材料的面积增大，泊松横向收缩系数则减小。第一区占用的网面材料的面积百分比最好是从大约2％至大约90％，更可取的是从大约5％至大约50％。
已有技术中的具有至少一层弹性体材料的网面材料一般具有较大的泊松横向收缩系数，即，它们在因受到外力而伸长的同时会“颈缩”。本发明的网面材料即使不能完全消除泊松横向收缩系数，也能被设计得比较适中。
就网面材料52而论，由图3中的箭头80表示的外加轴向拉伸的方向D大体上垂直于罗纹状的部分74的第一轴76。这是由于罗纹状的部分74能够在一个大体上垂直于它们的第一轴76的方向上展平或产生几何变形，使网面52能够伸长。
图4是与图3所示的网面材料52基本上相似的一种网面材料的阻力-伸长率曲线720以及一种具有相似成分的基础网面材料的阻力-伸长率曲线710。在本说明书后面的“测试方法”部分中可以找到用于产生阻力-伸长率曲线的方法。现在看本发明的成形网面的力-伸长率曲线720，该曲线上有一个用720a表示的开始基本上呈线性的具有较低的力/伸长率值的第I段，一个用720b表示的表明遇到了力壁的过渡段，以及一个用720c表示的基本上呈线性的第II段，720c显示出非常高的力/伸长率特性。
如图4所示，当受到在平行于网面的横轴的方向上的外加拉伸时，这种成形网面呈现出两段不同的伸长率特性。由该成形网面产生的对于外加拉伸的阻力在曲线720的第I段(720a)中明显比在第II段(720c)中小。并且，由曲线720的第I段(720a)描绘出的由该成形网面产生的对于外加拉伸的阻力明显小于在第I段的伸长率范围内由曲线710描绘出的由基础网面产生的阻力。当该成形网面受到进一步的外加拉伸并且进入第II段(720c)中时，由该成形网面产生的阻力增加，并且接近由基础网面产生的阻力。就第I段(720a)而言，成形网面的对于外加拉伸的阻力由该成形网面的第一区中的分子水平的变形和几何变形以及该成形网面的第二区中的几何变形引起。这与图4中的曲线710描绘出的情况相反，该曲线描绘出的由基础网面产生的对于外加拉伸的阻力由整个网面的分子水平的变形引起。通过调整分别由一些第一区和一些第二区组成的网面表面的百分比，可以使本发明的网面材料在第I区中实质性地产生任意大小的比基础网面材料的阻力要小的阻力。通过调整第一区的宽度、横截面积和间隔以及基础网面的组成，可以控制第I段的力一伸长率特性。
现在看图5，当网面52受到一个由图5中的箭头80表示的外加轴向拉伸D时，具有较小的表面径长L1的第一区60由于发生分子水平的变形，对于与第I段相应的外加拉伸产生初始阻力P1中的绝大部分。当处于第I段时，第二区66中的罗纹状的部分74正在发生几何变形，或者正在展平，对外加拉伸产生最小的阻力。此外，由彼此相交的第一区61和62形成的网状结构的移动造成第二区66的形状的改变。相应地，当网面52受到外加拉伸时，第一区61和62发生几何变形或弯曲，从而改变了第二区66的形状。第二区在平行于外加拉伸方向的方向上延伸或拉长，而在垂直于外加拉伸的方向上则缩小或缩短。
在第I段和第II段之间的过渡区(720b)内，罗纹状的部分74开始与外加拉伸对齐(即共面)。即，第二区66正在呈现从几何变形到分子水平变形的变化。这是力壁的起点。在第II段，第二区66中的罗纹状的部分74已经基本上与外加拉伸的轴线对齐(即共面)，(即，第二区已到达其几何变形的极限)，开始通过分子水平的变形来抵抗进一步的拉伸。这时，第二区66因发生分子水平的变形而产生抵抗进一步外加拉伸的第二阻力P2。在第II段，第一区61和62也达到它们的几何变形的极限，并通过分子水平的变形来抵抗进一步的拉伸。在第II段中绘出的由第一区60的分子水平的变形和第二区66的分子水平的变形产生的抵抗拉伸的阻力组合成一个比第I段所描绘的由第一区60的分子水平的变形和几体变形以及第二区66的几何变形产生的阻力大的总的阻力PT。因此，第II段中的力-伸长率曲线的斜率明显大于第I段中的力-伸长率曲线的斜率。
当(L1+D)小于L2时，阻力P1明显大于阻力P2。当(L1+D)小于L2时，第一区产生一个通常满足以下方程的初始阻力P1P1=(A1×El×D)L1]]>当(L1+D)大于L2时，第一和第二区对外加拉伸D产生一个通常满足以下方程的综合的总阻力PTPT=(A1×E1×D)L1+(A2×E2×|L1+D-L2|)L2]]>将在第I段中出现的最大伸长率称为成形网面的“有效伸长”。有效伸长与第二区经历几何变形的距离相对应。通过检查图4所示的力-伸长率曲线720可以有效地确定有效伸长。在第I段和第II段之间的过渡区中出现拐点接近的点是“有效伸长”的百分伸长率点。有效伸长的范围可以在10％至100％或更大的范围内变化；业已发现，伸长率的这一范围常常对一次性吸湿用品有重大意义，并且可以通过第二区中的表面径长L2超过第一区中的表面径长L1的程度以及基础薄膜的成分来有效地控制。有效伸长这一术语不应对本发明的网面可以经历的伸长形成限制，因为在有些场合下希望伸长率超过有效伸长。
图6中的曲线730和735表示由本发明的网面材料表现出的一种弹性滞后效应。曲线730代表在第一次循环中对先施加再松开的拉伸的响应，曲线735代表在第二次循环中对先施加再松开的拉伸的响应。图6示出了在第一次循环中的应力松驰731以及永久变形率732。值得注意的是，在多次循环中，在很小的力下都表现出了显著的可恢复的伸长性，或者说有用的弹性，即，这意味着这种网面材料可以很容易地伸缩到一个很大的程度。在本文后面的测试方法部分中可以找到有关产生弹性滞后效应的方法的描述。
当网面材料受到外加拉伸时，该网面材料呈现出类似弹性的特性，它在外加拉伸的方向上伸长，一旦外加拉伸解除，它又收缩到其基本上未伸长的状态，除非网面材料伸长超过屈服点。这种网面材料能够经受多次外加拉伸而不丧失其基本上恢复原状的能力。因此，一旦外加拉伸解除，这种网面材料能够收缩到其基本上未拉伸的状态。
虽然网面材料在一个基本上垂直于罗纹状的部分74的第一轴76的方向上可以容易地并且可逆地沿外加轴向拉伸的方向伸长，但这种网面材料在一个基本上平行于罗纹状的部分74的第一轴76的方向上不容易伸长。罗纹状的部分74的形成使得这些罗纹状的部分能够在一个基本上垂直于罗纹状的部分的第一轴或主轴76的方向上发生几何变形，但要在一个基本上平行于罗纹状的部分的第一轴的方向上实现伸长则需要基本上分子水平的变形。
拉伸网面材料所需的外力的大小取决于网面材料的成分及横截面积以及第一区的宽度和间距，就一种给定的成分和横截面积而言，第一区的宽度越窄、间距越大，达到预期的伸长率所需要的外加拉力就越小。
也可以通过改变罗纹状的部分的深度及疏密度(frequency)来控制本发明的网面的有效伸长。当罗纹状的部分的疏密度给定时，如果这些罗纹状的部分的成形高度或程度增加，则有效伸长增加。同样，当成形高度或程度给定时，如果罗纹状的部分的疏密度增加，则有效伸长增加。
还有几种功能特性也可以通过应用本发明来控制。这些功能特性是网面材料产生的抵抗外加拉伸的阻力，以及网面材料在力壁出现之前产生的有效拉伸。网面材料产生的抵抗外加拉伸的阻力是材料(例如成分，分子结构以及取向等)及横截面积以及网面材料上的被第一区占据的投影表面面积的百分率的函数。当材料的成分及横截面积给定时，网面材料上的被第一区覆盖的面积百分率越大，网面材料产生的抵抗外加拉伸的力就将会越大。网面材料被第一区覆盖的百分率如果不是完全由第一区的宽度及相邻的第一区之间的间隔决定的话，至少也是部分地由这两个因素决定的。
网面材料的有效伸长由第二区的表面径长决定。第二区的表面径长至少是部分地由罗纹状的部分的间隔、罗纹状的部分的疏密度以及从垂直于网面材料的平面的方向上测得的罗纹状的部分的成形深度决定。一般说来，第二区的表面径长越大，网面材料的有效伸长就越大。
除了前面提到的类似弹性的特性以外，本发明的塑料薄膜还具有的几个特性有，柔软，质地和外观与布相象，以及柔和。这种柔软的、布状的、柔和的塑料薄膜还是一道液体屏障，使得它特别适合于用作一次性尿布一类的一次性吸湿用品上的底片。
尽管本发明的整个网面材料都可以包括由一些第一区和一些第二区构成的可伸缩的网格，但实施本发明的方式还可以是只在网面的一些特定部分上配备由一些第一区和一些第二区构成的可伸缩的网格。一次性吸湿用品的整个底片或者底片的一部分可以包括由一些第一区和一些第二区构成的可伸缩的网格，这对本领域的技术人员而言是显而易见的。
尽管前面描述的都是用带有本发明的可伸缩的网格的网面材料来制作吸湿用品的底片或底片的一部分，但在有些实施方案中也可能需要为顶片和吸湿芯配备一种可伸缩的网格。
制造方法现在看图7，该图示出了一种用于形成图3所示的网面52的装置400。装置400包括两块相互啮合的板401，402。板401，402分别带有一些相互啮合的齿403，404。在压力的作用下，板401，402被压到一起，从而形成本发明的网面。
板402具有一些齿状的区域407以及一些槽状的区域408。在板402的齿状区407中有一些齿404。板401上带有一些与板402上的齿404相啮合的齿403。当薄膜在板401和402之间成形时，该薄膜上的处在板402的槽状区408中以及板401上的齿403中的部分保持不变形。这些区域与图3所示的网面52的第一区60相对应。薄膜的处在板402的(带有一些齿404的)齿状区407及板401的齿403之间的部分逐渐地并且是塑性地成形，形成网面材料52的第二区66中的罗纹状的部分74。
成形法可以在一个静态模式中实现，在该静态模式中，每一次使基础薄膜的一个离散部分发生变形。或者，可以利用一种用于间歇性地接触移动中的网面从而将基础材料成形为本发明的成形网面材料的连续的动态压力机来实现成形法。
1996年5月21日授予Chappell等人的美国专利US5518801更全面地描述了适合用于形成本发明的网面材料的这些以及其它方法，此处将其引入作为参考。
本发明的网面材料可以由聚乙烯一类的聚烯烃制成，包括线性低密度的聚乙烯(LLDPE)，低密度聚乙烯(LDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)或者聚丙烯以及上述以及其它材料的混合物。其它也可以采用的聚合材料包括，但不限于，聚酯，聚氨酯，可制成堆肥的或生物降解的聚合物，热缩性聚合物，热塑性高弹体，以茂金属催化剂为基的聚合物(例如，可从Dow化学公司购买的INSITE以及可从Exxon购买的EXXACT)，以及透气性聚合物。该网面材料也可以由合成织物，合成编织物，非织造织物，多孔薄膜，宏观膨胀的三维成形薄膜，吸湿性的或纤维性的吸湿材料，泡沫，填充成分，或者层状物以及/或它们的组合物制成。可以用以下方法但不限于用这些方法制造非织造织物射流喷网法，纺粘法，熔喷法，粗梳和/或通气或热压粘合法，其中采用带有松散粘合纤维的射流喷网法材料是优选的实施方案。
尽管前面以用单层基础薄膜形成一种网面材料为例描述了本发明，但利用其它原材料也同样能够很理想地实现本发明。尽管在外加拉伸的方向上表现出类似弹性的特性的不能透过液体的聚合薄膜可能很适合于用来制作一次性尿布或卫生巾上的底片，但这种网面材料不适合于用来制作吸湿用品上的顶片。可用于制造本发明的网面并且可以有效地成为吸湿用品上的可以透过液体的顶片的其它基础材料包括两维的多孔薄膜以及宏观扩展的、三维的多孔成形薄膜。1975年12月30日授予Thompson的美国第3929135号专利、1982年4月13日授予Mullane等人的美国第4324246号专利、1982年8月3日授予Radel等人的美国第4342314号专利、1984年7月31日授予Ahr等人的美国第4463045号专利、以及1991年4月9日授予Baird的美国第5006394号专利都描述了几种宏观扩展的、三维的多孔成形薄膜。此处将这些专利引入作为参考。
本发明的网面材料可以包括上面提到的那些材料的叠层。可以用本领域的技术人员公知的多种粘合方法来组成叠层。这些粘合方法包括但不限于热粘合，粘结剂粘合(利用多种粘合剂中的任何一种，包括但不限于，喷洒式粘合剂，热熔粘合剂，乳胶粘合剂等)，超声粘合以及挤压式层压法，即，将一种聚合薄膜直接浇注到一个基质上，使其在仍然处于部分熔合的状态时，粘合到基质的一侧上，或者直接将熔喷纤维的非织造织物沉积到一个基质上。
测试方法表面径长拟用下述方式来测定几个成形材料区的径长值先选择及制备各不同区域的代表性样品、再利用显微图象分析方法分析这些样品。
先要选择能代表各区域的表面几何图形的样品。一般说来，应避开过渡区，因为它们通常具有第一区和第二区这两个区域的特性。从感兴趣的部位上切割和分离下被测样品。要把“测量边缘”切割得与指定的伸长轴平行。当未拉伸的样品处在网面材料上时，在网面材料上制作出与“被测边缘”垂直的、长度为二分之一英寸的未拉伸样品的“测量标记”，然后将样品从网面材料上准确地切下并取下来。
然后将测试样品装到显微镜的玻璃载片的长边上。使“测试边缘”从载片边缘稍稍向外伸出(约1mm)。在玻璃的棱边(face-edge)上涂敷一薄层压敏粘接剂，形成一个合适的样品支持件。业已发现，对于高度成形的样品区，需要轻轻地(不施加明显的力)沿样品的轴线方向拉伸样品，同时方便样品接触并贴附到载片边缘上。这样就能改善在图象分析过程中的边缘识别性能，避免出现需要额外的数据整理分析的“弯曲的”边缘部分。
利用具有足够的品质和放大倍数的合适的显微测量装置，在支持片“侧立着”时摄取到“测试边缘”图象，由此得到各个样品的图象。利用下列设得到数据Keyence VH-6100(20倍透镜)视频装置，其中的视频图片由一个Sony视频印相机的Mavigraph装置印制。用Hewlett Packard ScanJet IIP扫描仪对视频图片进行图象扫描。在MacIntosh IICi计算机上利用1.45版的NIH MAC图象软件进行图象分析。
利用这一设备，首先得到一幅网格刻度长度为.500″、在计算机图像分析程序中用来对设定进行校正的增量值为.005″的校准图象。然后对所有待测样品进行视频成象及视频图象印制。接着，以100dpi(256灰度级)对所有视频图片进行图象扫描，形成合适的Mac图象文本格式。最后，用MacImage 1.45计算机程序对每个图象文件(包括校准文件)进行分析。用所选择的手工在线测量工具测量所有样品。在这些样品的两个侧边进行测量，并将长度记录下来。对简单的薄膜状(薄的及厚度恒定的)样品只需测量一个侧边。对多层及厚的泡沫样品要在其两个侧边进行测量。要沿着所切样品的整个测量长度作出长度测量轨迹。对于严重变形的样品，可能需要多个(部分重叠的)图象来覆盖整个所切样品。在这些情况下，要选择两个重叠图象所共有的特征作为“标记”，以便使图象长度的读数邻接但不重叠。
最后，对每个区域的5个独立的1/2″的测量样品的长度进行平均，得到各区域的表面径长的最终测量值。各个测量样品的“表面径长”将是两侧边的表面径长的平均值。
泊松横向收缩系数在一台与Gateway 2000 486/33Hz计算机(可从Gateway 2000，N.SiouxCity，South Dakota购买到)面接的Instron Model 1122仪(可从InstronCorporation of Canton，Massachusetts购买到)上，利用Test WorksTM软件(可从Sintech，Inc.of Research Triangle Park，North Carolina购买到)测得泊松横向收缩系数。对于每一次测试，都将测试所需的所有基本参数输入到TestWorksTM软件中。把手工测得的样品宽度值与Test WorksTM软件中测得的伸长率结合起来，完成数据采集。
用于这一测试的样品是尺寸为1″宽×4″长的样品，将这些样品切割成使其长轴与样品的第一区的方向平行。应当用锋利的刀具或足够锋利的、能精确地切下1″宽的样品的切割设备来切割样品。重要的是，应当切下一个“有代表性的样品”，以便得到能代表变形区的整个图案的对称性的区域。有时也存在这样的情况(由于变形部分的尺寸变化或区域1和2之间的相对几何关系的变化)，即，需要切下比此处所要求的样品更大或更小的样品。在这种情况下，很重要的一点是，(对任何一个记录数据)要注意记录样品的尺寸、它取自变形区域的哪一个部分、并且最好包括一张样品所在的具有代表性的部位的简图。一般说来，如果可能的话，要使实际拉伸部分的“长宽比”(l1∶w1)保持在2∶1。对五个样品进行测试。
Instron仪的夹具包括一对气动夹头，这对气动夹头有一个平的表面和一个与平的表面相对的带有一个半圆形的凸起的表面，这对气动夹头能将所有夹持力集中在一条与所测拉伸方向垂直的线上。在样品和夹具之间不允许有滑动。当用一个安装在夹具旁边的钢尺测量时，两条夹持力线之间的距离应当为2″。从现在开始，将这一距离称作“测量长度”。
在将样品安装到夹具上时，要使其长轴与外加拉伸的方向垂直。应当将代表整个几何形态的区域对称地集中在两个夹头之间。将十字头速度设为10英寸/分钟。将十字头移到指定的应变部位(在20％和60％两个伸长率下进行测试)。用钢尺测得样品最窄点的宽度(W2)，精确到0.02″。在TestWorks软件上记录在外加拉伸方向上的伸长，精确到0.02″。用下列公式计算泊松横向收缩率(PLCE)PLCE=|W2-W1|W1|12-11|11]]>其中，W2＝在外加纵向拉伸下的样品宽度；
W1＝样品的原始宽度；l2＝在外加纵向拉伸下的样品长度；l1＝样品的原始长度(测量长度)；对每一次给定拉伸，用五个不同的样品在20％和60％的伸长率下进行测量。在给定伸长率下的PLCE是五次测量的平均值。
滞后测试滞后测试用于测试材料的永久变形率和应力松驰率。在一台与Gateway 2000 486/33Hz计算机(可从Gateway 2000，N.Sioux City，SouthDakota57049购买到)面接的Instron Model 1122仪(可从Instron Corporation ofCanton，Mass.购买到)上，利用Test WorksTM软件(可从Sintech，Inc.ofResearch Triangle Park，North Carolina 27709购买到)进行测试。对于每一次测试，都将测试所需的所有基本参数(即，十字头速度，最大伸长率点以及持续时间)输入到Test WorksTM软件中。同样，也是利用Test WorksTM软件进行数据采集、数据分析及作图。
用于这一测试的样品是尺寸为1″宽×4″长的样品，这些样品被切得使其长轴与样品的最大伸长率的方向平行。应当用锋利的精密刀具或足够锋利的、能精确地切下1″宽的样品的切割设备来切割样品。(如果材料有多于一个的拉伸方向，则应当沿平行于各代表性的拉伸方向取样。)切样品时应当保证能得到代表变形区的整个图案的对称性的区域。有时也存在这样的情况(由于变形部分的尺寸变化或区域1和2之间的相对几何关系的变化)，其中，需要切下比此处所要求的样品更大或更小的样品。在这种情况下，很重要的一点是(对任何一个记录数据)要注意记下样品的尺寸、它取自变形区域的哪一个部分、最好包括一张样品所用的具有代表性的部位的简图。一般对每一种材料要在20％、60％和100％的应变下进行三次独立的测试。在每一个伸长率下对一种给定材料的三个样品进行测试。
Instron仪的夹具包括一对气动夹头，这对气动夹头有一个平的表面和一个与该平的表面相对的带有一个半圆形的凸起的表面，半圆形的凸起能最大程度地减少样品的滑动，这对气动夹头能将所有夹持力集中在一条与所测应力方向垂直的线上。当用一个安装在夹头旁边的钢尺测量时，两条夹持力线之间的距离应当为2″。从现在开始，将这一距离称作“测量长度”。在将样品安装到夹具上时，要使其长轴与外加伸长率的方向垂直。将十字头速度设为10英寸/分钟。将十字头移到指定的最大伸长率部位并且在这个伸长率下将样品夹持30秒钟。在30秒钟之后，使十字头回到其原始位置(0％伸长率)并在这一位置上保持60秒钟。然后又使十字头回到与第一次循环所用的相同的最大伸长率位置，保持30秒钟然后再回到零点。
作出两次循环的曲线图。用下面的公式对第一次循环中得到的力的数据进行计算，得到应力松驰率
永久变形率是在第二次循环中样品开始抵抗拉伸时的百分伸长率。针对每一次测得的最大伸长率值，记录下三个样品的平均应力松驰率和永久变形率。
抗拉试验抗拉试验用于测定材料的力-百分伸长率及材料的有效伸长率。在一台与Gateway 2000 486/33Hz计算机(可从Gateway 2000，N.SiouxCity，South Dakota购买到)面接的Instron Model 1122仪(可从InstronCorporation of Canton，Mass.购买到)上，利用Test WorksTM软件(可从Sintech，Inc.of Research Triangle Park，North Carolina购买到)进行测试。对于每一次测试，都将测试所需的所有基本参数输入到Test WorksTM软件中。同样，也是利用Test WorksTM软件进行数据采集、数据分析及作图。
用于这一测试的样品是尺寸为1″宽×4″长的样品，这些样品被切割得使其长轴与样品的最大伸长率的方向平行。应当用锋利的精密刀具或足够锋利的、能精确地切下1″宽的样品的切割设备来切割样品。(如果材料有多于一个的拉伸方向，则应当沿平行于各代表性的拉伸方向取样。)切样品时应当保证能得到代表变形区的整个图案的对称性的区域。有时也存在这样的情况(由于变形部分的尺寸变化或区域1和2之间的相对几何关系的变化)，其中，需要切下比此处所要求的样品更大或更小的样品。在这种情况下，很重要的一点是，(对任何一个记录数据)要注意记下样品的尺寸、它取自变形区域的哪一个部分、并且最好是最好包括一张样品所用的具有代表性的部位的简图。对一种给定材料的三个样品进行测试。
Instron仪的夹具包括一对气动夹头，这对气动夹头有一个平的表面和一个与平的表面相对的带有一个半圆形的凸起的表面，半圆形的凸起能最大程度地减少样品的滑动，这对气动夹头能将所有夹持力集中在一条与所测应力方向垂直的线上。当用一个安装在夹具旁边的钢尺测量时，两条夹持力线之间的距离应当为2″。从现在开始，将这一距离称作“测量长度”。在将样品安装到夹具上时，要使其长轴与外加伸长率的方向垂直。将十字头速度设为10英寸/分钟。用十字头拉伸样品直到样品断裂，在断裂点，十字头停下并返回其原始位置(0％伸长率)。
有效伸长率是这样一个点，在该点处，力-伸长率曲线出现拐点，在该点之后，使样品进一步伸长所需要的力急剧增加。记录下三个样品的有效伸长率的平均值。
尽管已经图示并描述了本发明的一些具体实施方案，但本领域的技术人员应当明白，在不背离本发明的精神和范围的前提下还可做出多种变化和改进。因此，本文所附的权利要求将覆盖在本发明范围内的所有这些变化和改进。
权利要求
1.一种柔软网面材料，其特征在于包括一些第一区和一些与所述的第一区具有相同的材料成分的第二区，所述的第一区的一部分在一个第一方向上伸展，而所述的第一区的其余部分在一个垂直于所述的第一方向的第二方向上伸展，从而彼此相交，所述的第一区构成一个完全围绕着所述的第二区的边界，所述的第二区包括一些向上凸起的罗纹状的部分，当所述的网面材料受到一个沿着至少一条轴线施加的外加拉伸时，所述的第一区产生分子水平的变形和几何变形，所述的第二区先产生一种基本上为几何变形的变形。
2.一种沿着至少一条轴线表现出类似弹性的特性的柔软网面材料，所述的网面材料的特征在于包括一些第一区和一些第二区，所述的第一区与所述的第二区具有相同的材料成分，并且各自具有一个未拉伸状态下的投影径长，所述的第一区的一部分在一个第一方向上伸展，而所述的第一区的其余部分在一个垂直于所述的第一方向的第二方向上伸展，从而彼此相交，所述的第一区构成一个完全围绕着所述的第二区的边界，所述的第二区包括一些向上凸起的罗纹状的部分，当所述的网面材料受到在一个基本上平行于所述的轴线的方向上的外加拉伸时，所述的第一区产生分子水平的变形和几何变形，所述的第二区先产生一种基本上为几何变形的变形，当所述的外加拉伸解除时，所述的第一区和所述的第二区基本上恢复到它们未拉伸时的投影径长。
3.如权利要求1或2所述的网面材料，其中，所述的第一区和所述的第二区彼此不相同。
4.如前面任何一个权利要求所述的网面材料，其中，所述的第一区中基本上没有所述的罗纹状的部分。
5.如前面任何一个权利要求所述的网面材料，其中，所述的罗纹状的部分具有一个主轴和一个副轴。
6.如权利要求5所述的网面材料，其中，所述的第一区和所述的第二区由至少一层薄膜材料构成。
7.如前面任何一个权利要求所述的网面材料，其中，所述的网面材料是一次性吸湿用品上的底片。
8.如前面任何一个权利要求所述的网面材料，其中，所述的网面材料是一次性吸湿用品上的底片的一部分。
9.如前面任何一个权利要求所述的网面材料，其中，所述的网面材料是一次性吸湿用品上的顶片。
10.如前面任何一个权利要求所述的网面材料，其中，所述的网面材料是一次性吸湿用品上的顶片的一部分。
11.如前面任何一个权利要求所述的网面材料，其中，所述的网面材料是由两层或多层材料组成的叠层。
12.如前面任何一个权利要求所述的网面材料，其中，当沿着垂直于所述的轴线的方向测量时，所述的网面材料在伸长率为60％时的泊松横向收缩系数小于大约0.4。
全文摘要
一种柔软网面材料,该材料在受到先施加而后再松开的拉伸时,沿着至少一条轴线表现出类似弹性的特性。该网面材料包括一种具有一些第一区和一些与第一区具有相同的材料成分的第二区的可伸缩的网格。第一区的一部分在一个第一方向上伸展,而其余部分则在一个垂直于第一方向的第二方向上伸展,从而彼此相交。这些第一区构成一个完全围绕着这些第二区的边界。第二区包括一些向上凸起的罗纹状的部分。
文档编号A61F13/00GK1251512SQ97196391
公开日2000年4月26日 申请日期1997年5月16日 优先权日1996年5月31日
发明者巴里·J·安德森, 戴维·J·K·高莱特, 希利亚·S·罗德里格斯 申请人:普罗克特和甘保尔公司