专利名称：抗撕裂多孔可延伸幅片的制作方法
技术领域：
本发明涉及多孔可延伸聚合物幅片。特别是，本发明涉及宏观扩展三维有孔聚合物幅片。
背景技术：
长期以来在一次性吸湿用品领域中公知构造诸如一次性尿布、卫生巾、失禁用品、绷带、伤员包扎用品等具有弹性件以改善尺寸范围、便于运动、保持适体的吸湿性用品是理想的。公知的是对用品的所有区域提供充分的多孔性是优选的，尤其是对于在打算用于在热和湿的条件下穿着的产品，在这些区域中皮肤的过度阻塞会引起敏感的皮肤和热皮疹。因为许多一次性吸湿用品的特性，由于在用品的弹性部分和穿着者的皮肤之间截留的潮气和其它身体排泄物，对皮肤刺激有很大潜在的可能性。通常经过较长时间，一次性吸湿用品的弹性部分由于其往往与身体更一致而特别易于引起皮肤刺激，并因此更可能阻塞皮肤的区域。将弹性赋予聚合物膜的各种方法和将多孔性赋予聚合物膜的各种方法在本领域中是公知的，但仍存在着对具有充足的弹性和多孔性的聚合物膜或幅片的需求，诸如适用于在衣物上(尤其是一次性衣物)耐久的长期的使用的聚合物膜或幅片。
配有弹性腿部收口或弹性腰带的以更加舒适的适体以及具有较好的泄漏控制的一次性尿布和其它吸湿用品，在本领域中是公知的。弹性通常如下完成，即热处理聚合物材料，其引起尿布的一部分理想地收紧或聚拢。一个这种处理方法在1987年7月21日授予Reising等人的美国专利4681580中有所公布，其在此引用作为参考。
用于不断的拉伸“零变形”拉伸叠层幅片以对其赋予弹性的改进方法在1992年9月1日授予Weber等人的美国专利5143679中有所公开，其在此引用作为参考。Weber‘679教导了至少两层形成的拉伸叠层材料的使用，其中一层是可拉伸的并是弹性体的，而第二层是可拉长的，但不必是弹性体的。当处于基本无拉伸(“零变形”)的状态时，沿着至少两个层共同延伸的表面，层是中断地或者基本连续地彼此固定。Weber‘679还公开了在增加的拉伸的过程中，用于连续地拉伸幅片的“零变形”拉伸叠层部分的改进的方法和装置，以在拉伸的方向赋予弹性而不在该过程中分裂叠层幅片。进一步的改进在1992年10月20日授予Buell等人的美国专利5156793和1992年12月1日授予Weber等人的美国专利5167897中有所描述。上述两个专利均在此引用作为参考。
弹性聚合物幅片也可以由本领域中公知的弹性体材料生产，并且可以是聚合物材料的叠层，如在1996年3月26日授予Krueger等人的美国专利5501679中所公开的。该种类型的叠层通常通过共挤压弹性体材料和非弹性皮肤层而制备，随后拉伸叠层经过皮肤层的弹性限度并接着使叠层恢复。诸如上述的弹性体幅片或膜可用于衣物的身体紧靠部分，诸如腰带部分和腿部收口，但是通常没有足够的孔以阻止在较长时间使用时的不理想的皮肤刺激。
将弹性平面聚合物膜变得更加多孔在本领域中是公知的，诸如模具穿孔、切口和热销钉熔融成孔。然而，当任何上述技术应用到热塑性弹性体薄模时，多孔性的增长伴随着可信赖的弹性性能程度的降低。例如，在平面膜的圆形孔的情形下，对于施加的应力S1来说，产生的局部应力S2垂直于关于孔施加的应力是公知的。该局部应力S2大于S1，接近施加应力S1的3倍。对非圆形的孔来说，应力集中甚至更大。结果是孔成为在幅片的边缘撕裂的初始位置的根源，这是由于材料的边缘在施加应力的平面上形成孔的边缘。对于普通的热塑性聚合物膜，这种孔加速了撕裂的开始，撕裂经过一段时间扩大，这可导致膜灾难性的失效。当用在一次性吸湿用品的弹性部分时，该失效导致重要的弹性特性损失，其中包括舒适性、适体性和吸湿用品的用途的损失。
具有充分的多孔性从而优选用作与穿着者接触表面的现有技术幅片结构已经具有两个基本变形，即，诸如纤维无纺物等的固有的透液体结构，和诸如通过成孔以使液体和潮气从中流过而具有一定程度的液体可渗透性的不透液体材料。两个变形都不是特征性的弹性，并且其结果是两者都通常用在吸湿用品要求液体渗透性而不要求延伸性的区域，诸如月经垫片的与身体接触层。
具有共同受让人并在此引用作为参考的1975年12月30日授予Thompson的美国专利3929135中提出了用于一次性吸湿用品的合适的与身体接触多孔聚合物膜。Thompson教导了由不透液体聚合物材料构成的宏观扩展的三维顶片。然而，聚合物材料形成为包括逐渐变细的毛细管，毛细管具有在顶片的平面上的基部开口，和与用在一次性吸湿绷带上的吸湿垫片紧密接触的顶部开口。然而，由Thompson教导的聚合物材料通常不是弹性体，并且Thompson依赖热塑单层膜的非弹性性质以生产所需的三维结构。
另一个用作一次性吸湿用品的身体接触表面的材料在1982年8月3日授予Radel等人的美国专利4342314中有所公开，其在此引用作为参考。Radel等人的专利公开了改进的宏观扩展三维塑料幅片，其由从幅片的一个表面起始并从其延伸并以孔的形式在其相对表面中终止的毛细管网络的规则连续体构成。在优选的实施例中，毛细管网络在液体传输方向具有降低的尺寸。
在前述具有共同受让人的Thompson和Radel等人的专利中描述的该类型的宏观扩展三维塑料幅片已经由于孔具有的多孔性在充分的液体渗透性上获得了较大的成功。然而，因为材料的限制，这种幅片通常不具有使形成的幅片具有显著的弹性体特性必需的弹性。这个缺点大大限制了这种幅片在吸湿用品的弹性部分中的使用。另外，当这种幅片在一个或多个方向延伸时，由孔形成的开口区通常减少供。这种情况显著降低了幅片空气和潮气的渗透性，能增加皮肤刺激的，尤其是当幅片位于诸如尿布等的用品的高拉伸区时。
因而，具有如下特性的透气有孔弹性体幅片是理想的，即该幅片设计成将在幅片上施加的变形的影响与孔的边缘没有联系，并因此延迟或阻止撕裂初始的开始。更特别的是，在具体的优选的实施例中，在经受施加的达到大约400％或者更多的变形之后，能够基本恢复其三维形状的透气宏观扩展三维有孔弹性体幅片是理想的。具有包括长轴和垂置于长轴的短轴的孔的透气宏观扩展三维有孔幅片也是理想的，其中长轴通常垂直于幅片在使用中所期望的拉长方向。
发明概述在优选的实施例中，本发明涉及适用于诸如绷带、尿布和套穿式尿布训练裤等的一次性吸湿用品的弹性部分的宏观扩展三维弹性体幅片。在优选的实施例中，幅片具有连续的第一表面和远离第一表面的第二表面。本发明的弹性体幅片优选包括具有至少两个聚合物层的成形薄膜，其中至少一个层是弹性体，至少一个层是较低弹性体皮肤层。在优选的实施例中，弹性体幅片在幅片的第一表面中呈现大量的基本孔，基本孔在第一表面的平面中由互连件的连续网络限定，各个互连件沿其长度呈现向上凹形的截面。在优选的实施例中，各个互连件沿其一部分长度呈现大致U形截面，截面包括通常在幅片的第一表面的平面中的基部，和与基部各边连接并与其它侧壁部分互连的侧壁部分。互连侧壁部分通常在幅片的第二表面的方向延伸，并在幅片的第一和第二表面之间彼此互连。互连的侧壁部分基本彼此同时终止以在幅片的第二表面的平面中形成第二孔。
生产本发明的弹性体幅片的方法也公开了，其包括提供多层弹性体膜、在成形结构上支撑膜、并在多层膜的厚度上施加流体压力差。流体压力差对使多层膜与支撑结构一致和在成形膜的至少一部分中裂开是足够大的。
当本发明的弹性体层用作吸湿用品的可延伸多孔件时，弹性体层使互连件在第一表面的平面上拉伸。幅片的三维特性使在第二表面的平面中的第二孔远离第一表面的平面，初步地消除在第二孔边缘的撕裂初始位置的应力。初始幅片变形导致互连件的基部在第一表面经受变形。随着幅片变形增加，在第一和第二表面之间的互连件的侧壁部分由于开始接近第一表面的平面而经受变形。最终，在充足的幅片变形情况下，第二表面的平面接近第一表面的平面，并且第二孔的边缘也将经受幅片变形。
因此，幅片的三维特性使第一表面的平面中的互连件上的变形与第二表面的第二孔处的变形无关，并因此与撕裂初始位置的潜在变形引起的应力无关。由于在孔处的撕裂开始，通过使重复并持续的幅片变形达到大约400％或者更多而不会发生由于孔处的撕裂开始而使幅片失效，幅片变形引起的应力与第二孔处的变形引起的应力的分开或无关显著增加了幅片的可靠性。
附图的简要说明尽管本说明以特别指出和明确说明本发明的主题的权利要求作为总结，据信本发明将从下述与附图结合的说明中得到更好的理解，其中相同的部件表明相同的结构，其中
图1是现有技术聚合物幅片的放大的局部透视图，为基本上在具有共同受让人的美国专利4342314中公开的类型；图2是本发明优选的弹性体幅片的放大的局部透视图，其具有两层聚合物膜，至少其中一层是弹性体；
图3是图2大致示出的类型的幅片的进一步放大的局部视图，但是详细说明了本发明的另一种弹性体幅片的幅片构造。
图4是本发明弹性体幅片的优选多层膜的放大的剖面图，其具有置于两个皮肤层之间的弹性体层；图5是在本发明另一中弹性体幅片第一表面的平面中投影的孔形的平面图；图6是图5所示互连件的沿剖线6-6的放大的剖面图；图7是图5所是互连件的沿剖线7-7的另一个放大的剖面图；图8A-8C是本发明弹性体幅片的孔处于各种拉伸状态下的剖视示意图；图9是放大的光学显微照片，示出了本发明弹性体幅片的第一表面，其具有近似1mm2孔的有序图案；图10是图9所示弹性体幅片的第二表面处于未拉伸的状态时的放大的电子扫描显微照片示意图；图11是图9所示弹性体幅片的第二表面拉伸到近似100％变形时的放大的电子扫描显微照片透视图；图12是本发明弹性体幅片的孔的放大的电子扫描显微照片透视图，示出了延伸和恢复之后形成的凹凸不平；图13是本发明的由弹性体幅片构成的一次性衣物的局部透视图；图14是一次性衣物侧片的优选实施例的简化的局部视图；图15是通常用于形成图2所示的幅片结构的叠层结构的简化的局部透视图；图16是管形件的透视图，其通过将图15所示类型的平面叠层结构轧制到所需的曲率半径并将其上的自由端连接到另一个自由端而形成；图17是通常根据本发明用于使弹性体模具有凹入图案并穿孔的优选方法和装置简化的示意图；图18是本发明另一种弹性体幅片的放大的局部透视图；图19是图18所示幅片沿剖线19-19的放大的剖视图；图20是本发明优选弹性体幅片处于未拉伸状态下的放大的局部平面图；图21是图20的膜处于延伸状态下的放大的局部平面图；
图22是本发明优选弹性体幅片处于未拉伸状态下的放大的局部平面图；图23是图20的膜处于延伸状态下的放大的局部平面图；图24是用于一次性用品的腰带的放大的局部示意图；图25是一次性用品的侧片的放大的局部示意图。
发明的详细说明图1是现有技术的宏观扩展三维类纤维透液体聚合物幅片40的放大局部示意图，已经发现其非常适于用作一次性吸湿用品(诸如尿布和卫生巾)中的顶片。现有技术的幅片基本上与具有共同受让人的1982年8月3日授予Radel等人的美国专利4342314所教导的内容一致，其在此引用作为参考。透液体幅片40呈现大量的孔，如孔41，由大量互连的类纤维件形成，如在幅片的第一表面50中彼此互连的类纤维件42、43、44、45和46。各个类纤维件包括位于第一表面30的平面52中的基部，如基部51。各个基部具有连接到其各个边缘的侧壁部分，如侧壁部分53。侧壁部分通常在幅片的第二表面55的方向延伸。类纤维件的相交侧壁部分在幅片的第一和第二表面之间彼此互连，并且基本在第二表面55的平面56中彼此同时终止。
在优选的实施例中，基部51包括表面偏差58的微观图案，其与1984年7月31日授予Ahr等人的美国专利4463045所教导的内容一致，其公开的内容在此引用作为参考。当幅片由入射光束照射时，表面偏差58的微观图案具有基本无光泽的可视表面。
在另一个实施例中，现有技术可在幅片的第一表面50中包括大量非常小的毛细管网络(未示出)，如同1987年1月20日授予Quellette等人的美国专利4673819所教导的，其在此引用作为参考。据信当用作一次性吸湿用品的可延伸多孔部分时，由较小的液体处理毛细管网络提供的附加的多孔性可使本发明的幅片的功能更有效。
在此所用的术语“互连件”指的是弹性体幅片的一些元件或全部元件，其中一部分元件起到通过连续的网络限定基本孔的作用。代表性的互连件包括，但是不局限于，前述′314Radel等人的专利和具有共同受让人并在此引用作为参考的1996年5月7日授予Goodman Jr.等人的美国专利中的类纤维件。正如从下述说明和幅图中所能理解的，互连件本身是连续的，在共同连续的过渡区中连接的互连件彼此交叠。
单个的互连件最好参考图1大致描述成置于任何两个相邻的基本孔之间的弹性体幅片的部分，起始于第一表面50并向第二表面55延伸。在幅片的第一表面上，互连件共同地形成连续的网络或者图案，互连件的连续的网络限定了基本孔，并且在幅片的第二表面，互连件的互连侧共同地形成第二孔的不连续的图案。
在此所用的术语“连续的”当用作描述弹性体幅片的第一表面时，指的是通常在第一表面的平面中的第一表面不间断的特性。因此，从第一表面上的任何点和各个其它的点能够到达第一表面上的任一点，而基本在第一表面的平面中不离开第一表面。同样的，在此所用的术语“不连续”当用作描述弹性体幅片的第二表面时，指的是通常在第二表面的平面内第二表面的间断的特性。因此，从第二表面上的任何点和每个点不能到达第二表面上的任何点，而基本在第二表面的平面中不离开第二表面。
通常，在此所用的术语“宏观”指的是当观察者的眼睛与幅片的平面之间的垂直距离大约是12英寸时，容易由普通肉眼察觉的结构特征或者元件。相反的，所用的术语“微观的”指的是当观察者的眼睛与幅片的平面之间的垂直距离大约是12英寸时，不易由普通肉眼察觉的结构特征或者元件。
在此所用的术语“宏观扩展的”，当用于描述三维幅片、带和膜时，指的是这样一些幅片、带和膜，即与三维成形结构的表面相符合而使其两个表面呈现成形结构的三维图案。这种宏观扩展的幅片、带和膜通常通过以下方法来符合成形结构的表面压花(即，当成形结构呈现基本上由突出物组成的图案时)，形成凹陷(即，当成形结构呈现由凹入毛细管的网络组成的图案时)，或者将树脂熔化物挤压在任一种类型的成形结构的表面上。
通过比较，当在此所用的术语“平面的”描述塑料幅片、带和膜时，指的是用肉眼在宏观的范围观察幅片、带和膜时的总的大致情况。例如，不显示明显突出膜的平面的宏观变形的无孔挤压膜或者有孔挤压膜将通常描述成平面的。因此，对于有孔平面幅片，孔处的材料的边缘基本在幅片的平面中，使得在幅片平面中施加到幅片的应力直接与孔处的撕裂开始位置关联。
当宏观扩展时，本发明的多层膜形成的三维互连件可以描述作类槽形的。其两维的剖面也可描述作“U形”，如上述提到的Radel等人的专利中所描述的，或者更通常的是描述作“向上凹陷形”，如在前述Goodman,Jr.等人的专利中所公开的。在此所用的“向上凹陷形”描述了类槽形的形状相对于幅片表面的取向，基部通常位于第一表面中，并且槽的腿部从基部开始在第二表面的方向延伸，槽的开口基本上位于第二平面中。通常，对于延伸通过幅片的与第一表面的平面垂直且与任何两个相邻的基本孔相交的平面来说，所形成的置于之间的互连件的剖面将展示基本上是U形的通常的向上的凹陷形状。
与现有技术的宏观扩展的三维透液体弹性体幅片有关的一个缺陷是尽管该幅片具有优良的透气性和液体处理特性，但是通常没有足够的弹性以用在一次性吸湿用品的高拉伸部分，诸如腰带、腿部收口等。用在弹性吸湿用品中确实呈现合适的延伸性的无孔平面弹性聚合物幅片也具有缺点。特别是，无孔平面弹性聚合物幅片不具有充分的多孔性以用于吸湿用品的与身体接触部分。
使无孔平面弹性聚合物幅片变得更加多孔的几个方法在本领域中是公知的，诸如模具穿孔、切口和热销钉熔融成孔。然而，当任何上述技术应用到热塑性弹性体薄模时，多孔性的增长一般伴随着可靠的弹性性能的降低。一旦由传统的方法穿孔，既然孔位于施加应力的平面中，则当外力施加到幅片时，孔的边缘成为撕裂开始的根源。对于普通的热塑性聚合物膜，幅片应力将在孔处初始撕裂，该撕裂经过一段时间扩散导致膜灾难性的失效。如果孔形是非圆形的，即，方形、三角形、或者其它多边形，由于在侧边的角部相交处的应力集中，撕裂开始的潜在可能性增加了。
申请人已经发现如果平面弹性体幅片能形成宏观扩展三维透液体幅片，通常与前述‘314Radel等人的专利所教导的内容一致，形成的三维弹性体幅片呈现具有高多孔性、高弹性、可靠性和高强度的优点。申请人在本发明中已经通过利用由弹性体层和至少一层皮肤层结合构成的多层聚合物幅片，并将多层幅片形成宏观扩展三维构型而实现。
在此所用的术语“弹性体”意思是包括能够形成膜层并呈现弹性体性质的任何材料。“弹性体的”意思是在拉伸后基本恢复其原始形状的材料并优选的是，在变形和松弛后将维持仅小部分的永久形变。优选的是，弹性体层当在室温下处于无孔平面状态时，自身能够经受50％到1200％的伸长。弹性体可以是纯弹性体，或者是与在环境温度(包括人体温度)下呈现基本弹性体特性的弹性体相或内含物的混合体。
在此所用的术语“皮肤层”指的是具有弹性小于弹性体层的任何半晶体或者非晶体聚合物层。本发明的皮肤层优选比弹性体层薄并具有低得多的弹性，并在限定的情况下大致是无弹性的。可以用不止一层皮肤层与本发明的弹性体层结合，并且皮肤层通常改变了弹性体的弹性特性。如果用不止一层皮肤层，则皮肤层可具有相同的或者不同的材料特性。无需理论证明，据信皮肤层起到保持本发明的成形弹性体幅片的三维结构的作用。
图2是本发明通常用80表示的宏观扩展三维弹性体幅片实施例的放大的局部透视图。透液体弹性体幅片80的几何构型通常类似于图1说明的现有技术幅片40，并通常与前述‘314Radel等人的专利教导的内容一致。其它合适的成形膜构型在如下美国专利中有所描述1975年12月30日授予Thompson的专利3929135；1982年4月13日授予Mullane等人的专利4324246；和1992年4月9日授予Baird的专利5006394。这些专利公开的内容在此引用作为参考。
本发明弹性体幅片80的优选的实施例呈现大量基本孔，如基本孔71，其在第一表面90的平面102内由互连件(如彼此连接的互连件91、92、93、94、95)的连续网络形成。当投影在第一表面90的平面上时，基本孔71的形状优选是多边形，如正方形、六角形、圆形、椭圆形等，成有序或者随机图案。在优选的实施例中，各个互连件包括位于平面102中的基部，如基部81，各个基部具有与其各个边缘连接的侧壁部分，如侧壁部分83。侧壁部分83通常在幅片的第二表面85的方向延伸，并且与相邻的互连件的侧壁相交。相交的侧壁部分在幅片的第一表面和第二表面之间彼此互连，并且基本彼此同时终止以在幅片的第二表面的平面中形成第二孔，如在第二表面85的平面106中的第二孔72。
图3是大致类似于图2示出的幅片80的类型的幅片的另一放大的局部视图，但是说明了本发明的另一种幅片构造幅片。幅片80的多层聚合物成形膜120优选由至少一个弹性体层101和至少一个皮肤层103构成。尽管图3示出了皮肤层103更靠近第一表面90的两层实施例，据信成形膜120的分层的级数不受限制。尽管目前优选图3所示的聚合物层基本同时在第二表面的平面终止，但是目前不认为这么做是必需的，即一个或者多个层可以朝向第二表面比其它层延伸得更远。
幅片80的特别优选的多层聚合物膜120在图4的剖面图中说明，示出了置于两个皮肤层103之间的弹性体层101。弹性体层101优选包括热塑性弹性体，该弹性体基本由连续非晶体基质构成，具有间置在弹性体中的玻璃状或者水晶区域，该区域作为有效的物理交联件并因此使材料在经受施加变形并随后释放时呈现弹性记忆。优选的弹性体材料包括嵌段共聚物和共聚物的混合物，诸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯或者其它普通苯乙烯的嵌段共聚物，如通常从Shell Company购得的商品名为“KRATON”或者从Kuraray America,Inc.购得的商品名“SEPTON”的苯乙烯嵌段共聚物。类似的，诸如聚乙烯和聚丙烯等的通常密度低于大约0.9g/cc的聚烯烃材料可同样呈现所需的热塑性特性和形成的弹性特性。皮肤层优选包括任何热塑性聚合物，尤其是诸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃聚合物，通常密度大于大约0.9g/cc，能够热塑加工成薄的膜。皮肤层应对弹性体层具有充分的粘结性，从而不会在拉伸幅片之前或者之后彻底分层。产生多层聚合物膜120的优选的方法是共挤压。
图5是在本发明另一个弹性体幅片在第一表面的平面投影的另一种基本孔形状的平面图。尽管均匀形状的重复图案是优选的，基本孔，即，孔71的形状可以大致是圆形的、多边形的、或者混合形，并且可以以有序的图案或者以随机的图案排列。可理解投影的形状也可是椭圆形的、泪滴形的或者任何其它形状。
尽管基本孔71的平面图可有任何形状或者尺寸，但是已经发现孔71的特殊的几何形状可以使幅片80在空气和蒸汽渗透性(即，透气性)方面具有意料不到的益处。当幅片80在至少一个方向延伸50％或者更多时，孔71的特殊几何形的意料不到的益处尤其明显，这是由于如果孔未适当的构成时，这种延伸能引起孔收缩或基本关闭。例如，图20和22是本发明弹性体幅片180处于未拉伸构型的实施例的示意性示例，两个示例各个包括多个基本孔171。图20中的幅片180的基本孔171是大致圆形的。孔171具有长度标明为“L”的长轴A和长度标明为“W”的短轴。因为其它孔171通常是圆形的，当幅片180处于未拉伸状态时，长轴A长度L与短轴B长度W相同。然而，当幅片180如图21延伸时，孔171的形状及孔171之间的距离改变。当幅片在与长轴A大致垂直的方向延伸时，长轴A的长度L’减少，短轴B的长度W’增加。(在此所用的术语“大致垂直”指的是在两个轴或方向之间成大约90°取向。然而，该术语也包括角度在大约45°和大约135°之间的情况。)由于幅片180进一步延伸，孔171的平面面积通常减少。(在此所用的孔的“平面面积”是当垂直于连续的第一表面观察时单个孔的面积。)接下来，这种减少影响幅片开放面积百分率的减少。(在此所用的术语用于选定区域“开放面积百分率”等于在选定区域中所有孔的平面测量的面积总和除以选定区域总面积，用百分率表示。)测量有孔幅片开放面积百分率的几个方法在本领域中是公知的，诸如直接光显微几何检测，有孔幅片的光投影，在投影屏幕上追踪孔的轮廓，并且切割和称重总的孔的投影并除以总的投影面积的重量。在此所用的优选的方法是用优化1A软件的光显微和图像计算机分析。孔面积通过设置临界灰度值并且将该孔的总面积比上图像中的其余面积而校准。)还因为孔171之间的距离D’大于D，幅片181的开放面积百分率显著降低。与图20所示(未拉伸)和图21所示(拉伸)类似的幅片开放面积测量值在如下表1中列出。
图22和23示出本发明优选实施例，其中幅片280包括通常是椭圆形的多个基本孔271。各个基本孔271具有长轴A和垂直长轴A的短轴B。如图22所示，当处于未拉伸状态时，长轴A的长度2L长于短轴B的长度2W。在优选的实施例中，纵横尺寸比(长轴长度A短轴B长度)大于大约1.5∶1。更优选的是，纵横尺寸比大于大约2∶1，可以是大约3∶1,4∶1,5∶1或者大于1∶1的任何其它比率。图22所示的椭圆形孔271的优点在于具有当幅片280在大致垂直于孔271的长轴A的方向延伸时，比具有总横尺寸比大约1∶1或者少于1∶1的孔保持更多的开放面积。当变形时，长轴A缩短到2L长度，短轴加长到2W长度。然而，由于孔271的特殊几何形和幅片280的拉伸特性，由幅片280的延伸引起的开放面积百分率的降低显著少于图20幅片180开放面积的降低。表1示出几何形状对于变形和未变形幅片的开放面积测量值的影响。
表1
可能影响本发明幅片80的开放面积百分率并因此影响透气性的另一个因素是基本孔71的图案。特别是，图案影响作为变形百分率的函数的形成的开放面积。因此，孔的特定图案(诸如图22所示的孔271的交错图案)在拉伸时，可使幅片280具有比不太松散堆积的或者孔的其它不同取向图案(诸如图20所示的图案)大的开放面积百分率。
互连件本身是连续的，连续互连件在相互邻近的过渡区或部分(即，图5示出的过渡区87)彼此混合。通常，过渡区由最大的圆限定，最大的圆内切于任何三个相邻孔。可以理解，对于孔的特定图案，过渡区的内切圆可以于超过三个孔相切。为了说明，认为互连件(诸如互连件97和98)基本在过渡区的中心开始或终止。同样的，互连件侧壁描述作在对应切点的区域处(此处过渡区的内切圆与相邻孔相切)互连连续互连件的侧壁。
不包括过渡区，经过互连件的起点和终点之间的中心线的横向剖面优选具有大致均匀的U形。然而，横向剖面不必沿着互连件的整个长度均匀，并且对于特定的孔构型，沿着其长度的大部分不是均匀的。例如，从图5所示的剖面示意图可以理解，对于互连件96，基部81的宽度尺寸86可基本沿着互连件的长度变化。特别是，在过渡区或者部分87中，互连件混合成连续互连件，并在过渡区或者部分中的横向剖面呈现基本非均匀的U形，或者不可辨别的U形。
无需理论证明，据信根据图8A-8C的剖面图中示意地和显微照相9-11中图示地描述的机理，当受到变形产生的应力时，本发明的幅片更可靠(即，抵抗灾难性的失效)。图8A示出在未受力状态下幅片80的第一表面90平面102中的基本孔71，和远离第一表面90平面106的第二表面85平面106中的第二孔72。当幅片80在图8B箭头所示的大致方向拉伸时，第一表面90变形，并且基本孔71变形到形变构型。然而，基本孔71的周长由连续的第一表面中的互连件形成。因此，孔71没有撕裂开始位置的“边缘”，以兼顾幅片的弹性可靠性。可能称为撕裂开始位置的第二孔72的边缘，不经受明显的变形产生的应力，直到幅片变形到如图8C所示的平面102不再远离第一表面90的平面106的点处。在平面102和106不再远离的点处，幅片80开始表现为基本上是平面有孔的幅片。
考虑未拉伸弹性体幅片的整个幅片深度(图8A“D”)与膜厚度(图8A“T”)的比率是有指导性的。该D/T比率可称为牵拉比率，其涉及由于本发明的形成过程而从第一表面平面牵拉出的膜量。总而言之，申请人认为通过将第二表面更加远离第一表面，牵拉率的增长起到对撕裂增加抵抗的作用。
无需理论证明，据信当幅片80受到拉伸或者变形时，本发明的弹性体层101使互连件的基部81在连续的第一表面90中形成连续幅片以拉伸。无论施加的应力如何，皮肤层103有助于保持幅片的三维特性，使连续第一表面90上的变形和基本孔71的最终形变至少部分地与不连续第二表面无关，由此使第二孔72的变形最小化。因此，在幅片连续第一表面处的变形产生的应力基本与不连续的第二表面上的撕裂初始位置处的潜在的变形产生的应力无关，至少直到第二孔开始进入第一表面的平面。通过使幅片重复并保持的变形达到400％或者更多而不会由于孔处的撕裂开始而使幅片失效，这种幅片的变形产生的应力与第二孔处的变形产生的应力基本上无关或者分离显著增加了幅片的可靠性。
据信图9-11的显微照片视觉上描述了图8A-8C示意性描述的机理。图9是光学显微照相，示出了本发明的实施例的第一表面和基本孔。在如上形成的不延伸的构形中，图9所示的幅片实施例的连续第一表面通常形成在各侧大约1mm间隔的1mm2基本孔的规则图案。图10和11是电子扫描显微照片，示出图9实施例的幅片的不连续第二表面，以略微不同的比例尺。图10示出了通常在远离第一表面的平面中的弹性体膜的第二表面处于未拉伸的状态。图11示出幅片的第二表面处于近似100％变形的状态。如图11所示，第二孔的边缘仍远离第一表面的平面。尽管第二孔发生一些扭曲，边缘仍处于大致未受力的状态。再者，就是这种幅片的变形产生的应力与在第二孔处的变形产生的应力基本上无关显著地增加了幅片的可靠性。
具有拉伸超过弹性限度的较低弹性皮肤层的平面多层膜或者纤维不同弹性特性在本领域中是公知的，如在前述的授权Krueger等人的美国专利及1994年12月27日授予Swenson等人的美国专利5376430和1994年10月4日授予Muramoto等人的美国专利5352518中所描述的。正如现有技术中示出，一旦在拉伸超过皮肤层的弹性限度之后恢复，由于形成的皮肤层相对于弹性体层增加的表面区域，皮肤层可以形成峰和谷不规则性的微观微小纹理。
同样的，当本发明的幅片第一次变形时，变形部分的皮肤层的受力可以超过其弹性限度。弹性体层使幅片基本返回到其预应力的、宏观的、三维构型，但是由于在非弹性变形中产生的过量材料，皮肤层的受力超过其弹性限度的部分不能返回到预应力的构型。一旦在延伸之后恢复，皮肤层形成峰和谷不规则性的微观微小纹理，更通常描述作横向延伸的波纹，如图12的显微照片所示。波纹以大致均匀的图案在互连件上形成，横过拉伸方向并大致关于基本孔径向设置。取决于幅片变形的程度，波纹可以基本限制在幅片的连续的第一表面或者更通常可以基本上在互连件的整个表面上延伸。
无需理论证明，据信横向延伸波纹出于至少两个原因对弹性体幅片是有益的。首先，波纹对弹性体幅片赋予柔软的整体纹理或者感觉。其次，波纹对基本孔是径向设置的并朝向第二孔延伸，当用作一次性吸湿用品的身体接触幅片时，其可以有助于更好的液体处理特性。
本发明的弹性体幅片以尿布400形式用于一次性吸湿用品的优选的实施例在图13中示出。在此所用的术语“尿布”指的是通常由婴儿和失禁病人穿着的穿着在穿着者下肢的衣物。然而，应该理解本发明的弹性体幅片也适用于诸如失禁短裤、训练裤、卫生巾等的其它吸湿用品。图13描述的尿布400是代表在置于穿着者之前的尿布的简化的吸湿用品。然而，应该理解本发明不局限于图13所示的尿布的具体类型或者构型。尿布形式的一次性吸湿用品的特别优选的代表性实施例在在此引用作为参考的1992年9月29日授予Buell等人的美国专利5151092中有所教导。
图13是尿布400处于未收缩状态(即，除去所有的弹性引起的压缩)下的透视图，部分结构剖开以更明确的示出尿布400的构造。接触穿着者的尿布400的部分面向观察者。尿布400在图13中示出，优选包括透液体顶片404；与顶片404连接的不透液体的底片402；和置于顶片404和底片402之间的吸湿芯406。也包括诸如弹性腿部收口件405、腰件409和用于将尿布固定到穿着者上的紧固装置等的紧固件。
尽管顶片404、底片402和吸湿芯可以组合成公知的各种构型，但是优选的尿布构型在1975年1月14日授予Buell的美国专利中有所描述，其公开的内容在此引用作为参考。在此用于一次性尿布的其它优选的构型在如下专利中描述1989年2月28日授予Aziz等人的美国专利4808178；1987年9月22日授予Lawson的美国专利4695278；和1989年3月28日授予Foreman的美国专利4816025，各个专利公开的内容在此引用作为参考。
图13示出了尿布400的代表性的实施例，其中顶片404和底片402共同延伸，并且其长度和宽度尺寸大于吸湿芯406的长度和宽度。顶片404连接并叠加到底片402之上，由此形成尿布400的周边。周边限定了尿布400的外周或者边缘。周边包括端部边401和纵向边403。
顶片402的尺寸由吸湿芯406的尺寸和选定的精确尿布设计限定。在优选的实施例中，底片402具有围绕整个尿布周边延伸超过吸湿芯406的最小距离至少为大约1.3到大约2.5厘米(大约0.5到大约1.0英寸)的改型沙漏状。
顶片404和底片402以任何合适的方式连接到一起。在此所用的术语“连接”包括通过将顶片404直接附着底片402上而顶片404直接连接到底片402上的构型，并且通过将顶片404附着到中间件上而中间件又附着到底片402上而使顶片404间接连接到底片402上的构型。在优选的实施例中，通过诸如粘结剂或者本领域中公知的任何其它方式等的连接方式(未示出)使顶片404和底片402在尿布的周边彼此直接连接。例如，均匀连续的粘结剂层，有图案的粘结剂层，或者分离粘结剂线或点的排列能用于使顶片404附着在底片402上。
端部边401形成腰部区，其在优选的实施例中包括一对弹性体侧片420，在延伸的构型中该侧片从尿布400的端部边401横向延伸。在优选的实施例中，弹性体侧片420包括本发明的弹性体幅片。在特别优选的实施例中，当用作弹性体侧片时，本发明的幅片80还通过将其一侧，优选是两侧与纤维无纺材料结合而进一步加工形成复合叠层(用诸如粘结剂连结等本领域公知的方法)，形成柔软的、柔顺的弹性件。
适用作本发明的复合叠层的纤维无纺材料包括合成纤维(诸如聚丙烯、聚酯或者聚乙烯)、天然纤维(诸如木、棉、或者人造丝)或者天然和合成纤维的组合形成的无纺幅片。合适的无纺材料可以通过诸如粗梳、纺粘、水力缠绕和其它无纺领域中技术人员熟悉的方法等形成。目前优选的纤维无纺材料是粗梳聚丙烯，可以从Fiberweb of Simpsonville,S.C.购得。
纤维无纺材料可以通过本领域中公知的各种连结方法的任何一种连结到弹性体幅片上。合适的连结方法包括诸如通过均匀连续的粘结剂层、有图案的粘结剂层或者粘结剂分离线、螺旋形或点的排列、或者其它方法诸如热连结、压力连结、超声波连结、动力机械连结、或者任何其它合适的连结方法或者本领域中公知的这些附着方法的结合等。有代表性的连结方法也在标题为“具有无纺和有孔膜覆盖片的吸湿用品”，在1993年5月27日以Aziz等人为发明人公告并在此引用作为参考的PCT公告WO93/09741中有所描述。
连结到纤维的无纺材料之后，由于连结的无纺物相对无弹性，组合幅片往往是较少弹性的弹性体。为赋予无纺物更多的弹性，并且恢复复合叠层的弹性，复合叠层可以用用于通过增量拉伸而使“零变形”叠层弹性化的方法和装置加工，如在前述Buell等人的‘092专利及前述Weber等人的‘897专利，和Weber等人的‘679专利中所描述的。形成的弹性化的“零变形”复合幅片则具有柔软的、布状触感以吸湿衣物中长期使用和舒适适体。
侧片420可以用本领域中公知的任何合适的方法连接到尿布上。例如，如图13所示，侧片420可以通过粘结剂或者本领域中公知的任何其它附加方式直接结合到底片402上。侧片420的特别优选的构型在图14中示出，在如下具有共同受让人的专利中更详细公开了构型1997年9月23日授予LaVon等人的正在审理的美国专利5669897，和1993年11月19日提交的序列号为08/155048的申请，两者公开的内容均在此引用作为参考。
如图14所示，侧片420可以包括两个幅片或者条带421和422。条带421和422可以是两个分离的条带，或者另一种方案是可以通过在引导边424弯曲单个条带和以非平行的方式偏置两个形成的条带段而形成。如果使用两个分离的条带，这两个条带可以用合适的粘结剂在引导边424彼此连结，并可以同时连结到带片423上。侧片420可以任何合适的方法在连结区425连结到底片402上，并且特别是如前述LaVon等人的‘346专利申请中所公开的那样。尽管不必每对侧片是相同的，每对侧片优选彼此镜像对称。
带紧固件，如带片423一般施加到至少一对弹性体侧片420上，以提供用于在穿着者上保持尿布的紧固装置。带片紧固件可以是本领域中公知的任何一种，诸如在前述Buell‘092专利中和1974年11月19日授予Buell的美国专利3848594中公开的紧固带，其公开的内容在此引用作为参考。
本发明的其它弹性体件可以临近尿布400的周边设置。弹性体件优选沿着各个纵向边403，从而弹性件趋于靠着穿着者的腿部牵拉和保持尿布400。此外，弹性件可以邻接尿布400的端部边401的任一个或者两个设置，以提供腰带409和/或者腿部收口。例如，合适的腰带在1985年5月7日授予Kievit等人的美国专利4515595中公开，其公开的内在此引用作为参考。此外，适合生产具有弹性可收缩弹性件的一次性尿布的方法和装置在1978年3月28日授予Buell的美国专利4081301中有所描述，其公开的内容在此引用作为参考。
弹性件以弹性收缩状态固定到尿布400上，从而处于正常的不受力的构型，弹性件有效的收缩或者聚拢尿布400。弹性件能以至少两种方式在弹性可收缩状态固定。例如，弹性件能在尿布400处于未收缩的状态时拉伸或者固定。此外，尿布400可以收缩，例如，通过打褶，并且当弹性件处于松弛或者未拉伸的状态时弹性件固定和连接到尿布400上。弹性件可以沿着尿布400的部分长度延伸。或者，弹性件能沿着尿布400的整个长度或者任何合适的长度延伸，以提供弹性的可收缩线。弹性件的长度由尿布设计限定。
弹性件可以有大量构型。例如，弹性件的宽度可以从大约0.25毫米(0.01英寸)到大约25毫米(1.0英寸)或者更多；弹性件可以包括单股的弹性材料线或者可以包括几股平行的或非平行的弹性材料线；或者弹性件可以是长方形或者曲线形。弹性件还能以本领域中公知的任何方法结合到尿布上。例如，弹性件可以超声波连结，使用各种连结图案加热和加压封接到尿布400上，或者弹性件可以仅仅胶粘到尿布400上。
如图13所示，吸湿芯406优选包括液体分散件408。在诸如图13所示的优选的构型中，吸湿芯406优选还包括收集层或件410，其与液体分散件408可以进行液体交换，并且位于液体分散件408和顶片404之间。收集层或件410可以具有包括如下纤维的无纺或者织造幅片的几种不同材料合成纤维(包括聚酯、聚丙烯或者聚乙烯)、天然纤维(包括棉或者纤维素)、这些纤维的混合物或者这些材料的任何等效材料或者组合物。
使用中，尿布400通过将后腰带区置于穿着者的背部，并在穿着者的腿部之间牵拉剩余部分尿布400而穿戴到穿着者上，从而前腰带区跨过穿着者的前部设置。接着，弹性体侧片延伸到舒适和适体所需的程度，并且带片或者其它紧固件随后优选固定在尿布400的朝外区域。通过包括本发明的弹性体幅片的侧片420，腿部收口405或者一个或多个腰带409，尿布例如以具有透气性的紧密、舒适适体的方式适合于儿童的不同尺寸。
如上所述，幅片80的透气性及尿布20包括幅片80的部分通过为幅片提供具有特定几何形和取向的孔71而增长。为了在弹性化的侧片420、腰带409或者任何其它弹性化部件中具有最大的透气性，幅片80应包括具有彼此不同的长轴A和短轴B的基本孔71。优选的是，长轴A和短轴B的纵横尺寸比应该大于1∶1，优选大于大约1.5∶1，也可以大于大约2∶1,3∶1,4∶1,5∶1或者更多。基本孔71的长轴A应该大致垂置于幅片在使用中延伸的方向。例如，图24中，腰带409包括幅片80。幅片80包括多个成堆积图案412的基本孔71。孔71取向为长轴A大致垂置于腰带409延伸的方向E。使幅片80具有特定图案的孔也是理想的。增加幅片透气性的优选的图案包括如图20-25所示的堆积的和交错的图案。
在另一个图25示出的示例中，幅片80置于侧片420中。侧片420具有两个不同的延伸方向，E1和E2。方向E1是对应于穿着者臀部运动的延伸方向，而方向E2是对应于穿着者大腿具有的延伸方向。(应该注意侧片420可以包括一个或者任何数量的延伸方向。)因此，侧片420使幅片80具有不同取向的孔71的图案413。在臀部区415，孔71的长轴A取向为使长轴大致垂置于延伸方向E1。在腿部区416，孔71的长轴A取向为使长轴大致垂置于延伸方向E2。在一次性用品的腰带、腿部收口和其它可延伸件中可以获得相同的较大透气性的益处。
尽管一次性尿布作为包括本发明的弹性体幅片的衣物的优选实施例示出，该公开的内容不意味着局限于一次性尿布。其它诸如套穿式尿布、训练裤、卫生巾等的一次性衣物也可以在不同的部分结合弹性体幅片，以赋予附加的舒适性、适体性和透气性。还可以构想甚至诸如内衣和泳衣等的耐用衣物可以从本发明的弹性体幅片的耐用孔、可延伸特性中得到益处。
本发明的多层膜120可以用在传统共挤压膜制造设备上生产多层膜的传统过程加工。通常，聚合物能用浇铸或者吹制膜共挤压方法熔融加工成膜，两种方法均在Allan A.Griff(Van Nostrand Reinhold-1976)的《塑料挤压技术》第二版中描述，其在此引用作为参考。浇铸膜挤压通过线性狭缝模具。通常，扁平的幅片在大的移动抛光金属辊上冷却。其快速冷却并从第一辊剥离，经过一个或者更多的辅助辊，然后通过一组橡胶涂层的辊或者“拖离”辊，最终进入卷绕器。
在吹制的膜挤压中，熔融物通过薄的环形模具开口向上挤压。该方法也称为管状膜挤压。空气通过模具的中央引进以对管道充气并引起其膨胀。因此形成可移动的气泡，其通过内部空气压力的控制而保持在恒定的尺寸。薄膜管由吹过一个或者更多的围绕管的冷却环的空气冷却。管接下来通过一对拉辊将其拖进压平的框架而坍塌并进入卷绕器。
共挤压过程需要不止一个挤压件和或者共挤压的进给块(feedblock)或者多总管模具系统或者两者的结合以获得多层膜结构。分别在1979年5月1日和1980年4月8日均授予Cloeren的美国专利4,152,387和4,197,069在此引用作为参考，这些专利公开共挤压的供给块和多总管模具的原理。多个共挤压件连在供给块上，供给块采用可移动的分流件以成比例地改变与通过流动槽的聚合物体积直接有关的各个独立的流动槽的几何形状。流动槽设计成在其汇流点上，材料以消除交界处的应力和流动不稳定性的相同速度和压力流动到一起。一旦材料在供给块中结合，其以复合结构流进单独的总管模具中。在这种过程中，材料的熔化粘度和熔化温度没有太大的差别是很重要的。否则，会在模具中产生流动不稳定性，导致多层膜中层厚度分布的控制较差。
供给块共挤压的另一个方案是多总管或者叶片模具，在前述提到的美国专利4,152,387、4,197,069，以及1985年8月6日授予Cloeren的美国专利4,533,308中有所公开，在此引用作为参考。而在供给块系统中，熔化物流在进入模具之前在外部汇聚到一起，在多总管的或叶片模具中，各个熔化物流在模具中具有其自身的多总管，在模具中聚合物在各自的多总管中独立扩散。熔化物流在模具出口的附近混合，各熔化物流占据整个模具宽度。可动叶片可正比于流动通过材料的体积来调整各个流动槽的出口，使熔化物以相同线速度、压力和所需宽度汇聚到一起。
由于聚合物的熔化物流动的性质和熔化温度变化广泛，使用叶片模具具有几个优点。模具具有热绝缘的特征，可以一起处理熔化温度变化较大(例如达到175°F(80℃))的聚合物。
叶片模具中的各个总管设计成适合特定的聚合物。因此各个聚合物流只由其总管的设计而影响，并且没有其它的聚合物的所施加的力。这使具有熔化粘度差别较大的材料共挤压成多层膜。此外，叶片模具也提供适合单独的总管宽度的能力，从而内层能由外层完全围绕，无暴露的边缘。前述的专利也公开了供给块系统和叶片模具的结合使用，以获得更复杂的多层结构。
本发明的多层膜包括两个或者更多的层，至少其中一层是弹性体的。尽管弹性体层通常基本上连接到一个或者两个皮肤层上，可以构想使用多个弹性体层，各个弹性体层连接到一个或者两个皮肤层上。三层膜，象图4所示的多层膜120，优选包括中心弹性体芯101，中心弹性体芯可以占膜的总厚度的大约10％到90％。外部皮肤层103通常是(但非必需)相同的并可以占膜的总厚度的大约5％到45％。如果使用联系层，各层可占膜总厚度的大约5％到10％。在三层膜中，芯层101具有相对的第一和第二侧，在向幅片施加应力之前，其一侧基本连续地连接到各个外部皮肤层103的一侧。
在多层弹性体膜已经共挤压之后，其优选直接送入成形结构以打孔和冷却，由此产生了本发明的宏观扩展的、三维的、有孔的弹性体幅片。通常膜通过浇铸真空在成形筛网或其它成形结构上牵拉这种膜并且将空气或水流经过向外设置的膜的表面而形成。这种方法在前述Radel等人的专利及授予Lucas等人的美国专利4154240中有所描述，两个专利均在此引用作为参考。形成三维弹性体幅片可选地通过用足够的力施加流体流并集中流量来完成，使幅片形成，如同在授予Curro等人的具有共同受让人的美国专利4695422中描述的。或者，膜能如授予Koger等人的具有共同受让人的并在此引用作为参考的美国专利4552709所描述的方法形成。优选的弹性体幅片，通过用静止支撑件在液体压力不同区域支撑成形结构的方法均匀地宏观扩展和穿孔，如具有共同受让人的均授予Mullane,Jr.的美国专利4878825和4741877所教导的，并在此引用作为参考。
尽管未示出，本发明的使用具有织造长网支撑结构的传统成形筛网的方法也将形成在本发明的范围之内的幅片。织造长网成形筛网的关节将产生具有第一平面中的波浪形图案的宏观扩展的、三维幅片，其中波浪形对应于筛网的关节。然而，波浪形通常保持在第一表面的平面中，远离第二表面的平面。互连件的剖面通常保持向上凹陷的形状，互连件的互连侧壁终止以形成基本上在第二表面的平面中的第二孔。
特别优选的成形结构包括光蚀刻的叠层结构，如图15示出了用于形成图2说明类型的塑料幅片的类型的光蚀刻叠层结构的放大的、局部透视图。叠层结构30优选通常根据前述Radel等人的教导的内容构造，并包括单独的层31、32和33。图3和图2所示的弹性体幅片80比较揭示了弹性体幅片80的平面102中的基本孔72与光蚀刻叠层结构30的最高平面62中的开口63的对应关系。同样的，幅片80的平面106中的孔开口72对应于光蚀刻叠层结构30的最低平面64中的开口63。
位于最高平面62中的光蚀刻叠层结构30的最高表面可具有隆起物48的微观图案，而不脱离本发明的范围。这优选通过对应所需的微观表面偏差图案将抵抗涂层施加到平面光蚀刻叠层31的顶壁，并且随后开始第二光蚀刻过程而实现。第二光蚀刻过程产生具有在互连件的最高表面限定了五边形形状的孔(如，孔41)的隆起物48的微观图案的层31。隆起物的微观图案基本上不使第一表面移出第一表面的平面。第一表面在宏观范围觉察到，而隆起物在微观范围觉察到。在叠层的最高层使用隆起物48的图案的叠层构造在前述Ahr等人的专利中描述。
在图2中公开的构造该类型叠层结构的方法通常在前述Radel等人的专利中公开。光蚀刻叠层结构优选通过传统的技术轧制成管形件520(如图16所示)，并且大致根据Radel等人教导的内容连接的其相对端而形成无缝管形成形件520。
使用管形成形件520的最外表面524以形成与之接触的多层弹性体幅片，而管形件的最内表面522通常在成形操作中不接触塑料幅片。在本发明的优选的实施例中，管形件可以用前述Lucas等人的专利中详细描述的类型的方法在凹陷/穿孔滚筒555上用作成形表面。在所述的专利中公开的该类型的特别优选的装置540在图17中示意性的示出。它包括形成凹陷和穿孔装置543，恒定张力膜前进和卷绕装置545，如果需要，前进和卷绕装置545基本上与1972年7月4日授予Riemersma的美国专利3674221中示出和描述的装置的相应部分相同并且功能上基本上相同，该专利在此引用作为参考。为了简化和更明确的说明和公开本发明，相对于装置540的功能性件必须设置的框架、支座、支撑等没有详细示出和描述，可以理解在设计塑料膜转换机械的领域中的普通技术人员来说，这些细节是显而易见的。
简而言之，图17中示意性示出的装置50包括(例如)用于从共挤压器559中连续接收热塑性膜550的条带并将条带转换成具有凹陷和穿孔膜551的装置。膜550优选从共挤压过程直接提供，而仍在其热塑性温度之上，从而在冷却之前形成真空。或者，膜550可以通过导引热空气喷射在膜的一个表面上而加热，同时临近膜的相对表面施加真空。为了保持膜的充分的控制以基本上避免收缩和/或宏观扩张膜，装置540包括用于在膜的上游区和下游区保持恒定机器方向张力的装置，上游区和下游区中的温度高于膜的热塑性温度，但是这些区中基本上没有宏观扩张膜的机器方向和机器横向方向张力。需要张力控制和抛光热塑性条带的流动；由膜引起的零张力区处于较高的温度以能够形成凹陷和穿孔膜。
如图17可见，形成凹陷和穿孔装置543包括旋转安装的形成凹陷穿孔圆筒555，其具有封闭端580，非旋转三分真空总管组件556和可选的热空气喷射装置(未示出)。三分真空总管组件556包括用561、562和563表示的三个总管。也在图17示出的是动力旋转开始/冷却辊566和同冷却辊一起驱动的软面(如，低密度聚氯丁橡胶)辊567。简而言之，通过设置用于在三个真空总管中独立控制真空度的装置(未示出)，围绕形成凹陷-穿孔滚筒555的部分圆周运转的热塑性膜条带接下来经受由总管561施加的第一级真空，由总管562施加的第二级真空和由总管563施加的第三级真空。如下文将更详细说明的，由总管561施加到膜的真空能保持膜的上游张力，由总管562施加的真空能使膜穿孔，并且由总管563施加的真空能冷却膜到低于膜的热塑性温度并在其中建立下游张力。如果需要，形成凹陷-穿孔圆筒555的膜接触表面可以在到达真空总管562之前通过本领域中公知的方法(未示出)预加热，以在形成凹陷操作中有利于包括抗流动聚合物的塑料膜的较好的一致性(conformance)。由于高压将熨平用前述方法在膜中形成的三维凹陷，故冷却辊556和软面辊567之间的辊隙570仅是名义上的负载。然而，辊隙570中均匀的标定压力有助于由总管563施加的真空隔绝来自凹陷-穿孔滚筒555的凹陷-穿孔部分的下游张力(即，辊卷绕张力)，并使辊隙570从形成凹陷-穿孔滚筒555剥离形成凹陷的并穿孔的膜。而且，尽管牵拉环境空气通过膜进入总管563的真空将正常冷却膜到低于膜的热塑性温度，冷却剂如图17中箭头573、574所示通过冷却辊的通道将使装置能够处理较厚的膜或者以较高的速度运转。
形成凹陷和穿孔装置543包括旋转设置的形成凹陷-穿孔滚筒555，用于以可控的圆周转速旋转滚筒555的装置(未示出)，在形成凹陷-穿孔圆筒555内部的不旋转三分真空总管组件556，包括三分总管组件556的用于在真空总管561、562和563中施加可控的真空水平的装置(未示出)，和可选的热空气喷射装置(未示出)。形成凹陷-穿孔滚筒555可以通过如下前述的Lucas等人的专利中教导的内容构造，但是将本发明的管状叠层成形表面代替为在此公开的穿孔的管状成形表面。
总而言之，位于形成凹陷-穿孔滚筒55内的第一真空总管561和第三真空总管563能分别在运行的膜的条带中保持基本恒定的上游和下游张力，而在形成凹陷-穿孔滚筒55中的临近第二真空总管562的膜的中间部分经受损害热和真空的张力，以影响膜形成凹陷和穿孔。
尽管公开的光蚀刻叠层结构的优选的应用是在真空膜成形操作中，如通常在前述具有共同受让人的授予Lucas等人的专利中列出的，可以理解本发明的光蚀刻叠层成形结构可以同样便利地用于直接形成本发明的三维塑料结构。这种过程可以包括直接将加热的液体塑料材料(一般是热塑性树脂)施加到成形表面，成形表面施加足够大的气动压力差到加热的液体塑料材料以引起所述材料与穿孔叠层成形表面的图像(image)一致，使液体材料固化，并且此后从成形表面除去三维塑料结构。
尽管通常在图2公开的实施例代表了本发明的特别优选的实施例，任何数量的互连件可以用在本发明的幅片结构中，如第二，第三等等。这种结构的一个例子在图18中示出，其也示出了互连件的向上凹陷形剖面的变形。图18示出的孔的网络包括由大量基本互连件(如，在幅片300的最上平面307彼此互连的件302、303、304和305)形成的基本孔301，所述开口还在中间平面314中由第二互连件313细分成较小的第二孔310和311。基本孔310还在幅片300的更低的平面325中由第三互连件320细分成甚至更小的第二孔321和322。
从沿图18的剖线19-19截取的剖面图19中可见，平面314和325大致平行于最高平面307和最低平面330并位于两者之间。在图17和18所说明的幅片实施例中，基本和第二个互连件还连接到相交的第三互连件上，如，第三互连件320，其也呈现沿其长度大致向上凹陷的形状。相交的基本、第二和第三互连件在第二表面332的平面330中基本彼此同时终止，以在幅片的第二表面中形成大量开口或者孔，如孔370、371和372。清楚的是，位于幅片300的第一和第二表面之间的互连的基本、第二和第三互连件形成将幅片的第一表面331中的每一个基本孔(如孔301)与大量幅片的第二表面中的第二孔(如孔370、371和372)连接的封闭网络。
如将要认识到的，用于本发明的幅片中通常向上凹陷的形状的互连件可以沿着其全部长度基本是直的。或者，互连件可以是曲线形的，可以包括两个或者更多的基本直的片段或者在沿着其长度的任何部分在任何所需的方向取向。不要求互连件彼此相同。此外，前述形状以任何所需的式样结合以产生所需的任意图案。不论最终选择的图案如何，沿着互连件的各自长度存在的向上凹陷形状的剖面有助于给本发明的弹性体幅片赋予弹性及三维平衡(standoff)。
对于本领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明的思想和范围的前提下进行各种变化和改型是明显的。例如，在需要生产本发明的幅片(其中幅片的预定部分能够阻止液体流通)的情况下，进行形成凹陷操作而不引起幅片在第二表面开裂是可行的。具有共同受让人的1983年7月26日授予Bishop的美国专利4395215和具有共同受让人的1988年5月31授予Bishop的美国专利4747991(在此引用作为参考)全面公开了如何构造能够产生三维扩张膜的管状成形结构，这些膜不均匀地形成凹陷，但是只在预定区域打孔。
据信，在此包括的说明书能够使本领域的技术人员以多种及变化的形式实际运用本发明。然而，提出下述示范性的实施例和分析方法，以说明本发明的特别优选的弹性体幅片的有益的弹性依赖性。
示例平面共挤压多层膜通过上述公开的方法生产和形成本发明的弹性体幅片，在图9-11的显微照片中示出。共挤压膜如图4所示包括三层，包括苯乙烯三嵌段共聚物的弹性体层和包括聚烯烃材料的皮肤层。膜的总厚度大约0.09mm(3.5mils)，在形成三维弹性体幅片之前弹性体层占厚度的大约75-90％。尽管精确测量是困难的，三维弹性体幅片从第一表面到第二表面的厚度是1mm的等级，因为牵拉率(draw ratio)大约10∶1。在作为成形的、未延伸的构型中，连续的第一表面通常形成在各侧间隔大约1mm的1平方毫米的透液体的孔的规则图案。第二孔稍小于基本孔，基本孔赋予弹性体膜大约12-16％开放的有孔面积。
本发明的示范性的弹性体膜通过重复并维持幅片变形达到大约400％或者更多并不显著影响幅片弹性或者多孔性而呈现可靠的弹性性能。通常，由于皮肤层经受非弹性变形，幅片在第一延伸上呈现较高的模量。此后，据信微观波纹在非弹性皮肤层变形区中的互连件上形成，其导致较低的和大致恒定的幅片模量。
在表现示范性弹性体幅片的理想的弹性特性的特征的特别优选的方法中，切口的拉伸试验通过下述方法用于确定断裂点所做功(work to break)的特征。断裂点所做功是产生应力-变形曲线区域下从零变形到断裂点的面积。如下列出的该分析方法选择特别用于理解示范性弹性体幅片的切口敏感性，和其抵抗由于在延伸过程中的切口的扩大而引起的灾难性失效的能力。本发明的示范性的弹性体幅片例子断裂点所做的功需要大于40Kg-mm。作为例子，当用于形成示范性的三维幅片的无孔的平面共挤压膜的例子通过相同的分析方法试验时，断裂点所做的功只需要平均大约8Kg-mm。
分析方法下述是有代表性的分析方法，已经发现其适于确定本发明的有孔弹性体幅片本发明的性能。
切口的拉伸试验该试验基于ASTM D882-83并测量切口、有孔膜或者幅片的断裂点所做的功的特征。该方法对于较宽范围的聚合物膜、幅片和复分结构是适用的。
硬件部件电子拉伸试验仪具有校准通用的恒定拉伸伸长率和数据采集能力的张力试验仪是必需的。试验仪必需装备有合适的测力传感器以测量在测力传感器能力的25％到75％的范围内的拉伸载荷，并有利于数据采集。试验仪必需装备有设计用于幅片试验的夹爪，从而试验中幅片失效发生在幅片内而不是在夹持点上。合适的装置在本领域中是公知的，并且可以从InstronEngineering Corp.,Canton MA，或者SINTECH-MTS Systems Corp.,EdenPrairie,MN获得。
软件部件断裂点所做功的计算可以使用用于做功中断计算的软件。软件计算拉伸试验仪的应力/变形输出曲线下的面积，并可以用本领域中公知的各种方法完成。例如，断裂点所做功的值可以通过积分由张力试验仪产生的应力/变形曲线来计算。或者，断裂点所做功用任何本领域中公知的用于在几何曲线下寻找面积的多种方法手工计算。
准备仪器和试验样品十字头速度20英寸/分标准长度幅片材料样品准备成一英寸宽条带，标准长度是2英寸。
切口各个幅片材料样品用新的剃刀通过跨过孔接近标准长度中的中央形成一个半英寸长横向狭缝而切口。
步骤切口的幅片样品插入校准的拉伸试验仪的夹爪中，加载以消除样品中的任何松弛部分。接着，切口的样品拉至失效，而数据采集装置记录应力/变形数据并且断裂点所做功的计算。
权利要求
1．一种多孔的、宏观扩张的、三维弹性体幅片，具有连续的第一表面和不连续的第二表面，所述第一表面和所述第二表面位于彼此远离的基本上平行的平面中，所述弹性体幅片特征在于，大量向上凹陷形剖面的弹性体互连件， 用于使在所述第一表面施加的变形产生的应力与所述第二表面基本无关，所述互连件在所述第一表面限定至少一个基本孔，所述基本孔具有长轴和垂直于所述长轴的短轴，所述长轴大致垂直于所述施加的变形产生的应力，所述互连的侧壁部分在所述第二表面的方向延伸，并且终止以形成至少一个在所述弹性体幅片的所述第二表面中具有撕裂初始位置的第二孔，从而在所述弹性体幅片上的变形产生的应力基本与在所述第二孔的撕裂开始位置无关，至少直到当所述压力施加到所述幅片所述第二表面不再远离所述第一表面的所述平面时为止。
2．如权利要求1所述的弹性体幅片，其特征在于，当所述幅片未变形时，所述长轴具有第一长度并且所述短轴具有小于所述长轴的所述第一长度的第二长度。
3．如权利要求1或2所述的弹性体幅片，其特征在于，当幅片未受张力时，所述长轴的第一长度与所述短轴的第二长度的纵横尺寸比大于大约1.5∶1。
4．如权利要求1-3任一项所述的弹性体幅片，其特征在于，当所述幅片未变形时其具有松弛的开放面积，当所述幅片变形时其具有变形的开放面积，当所述幅片保持在施加的变形大约为50％的情况下，所述变形的开放面积至少是所述松弛的开放面积的大约50％。
5．如权利要求1-4任一项所述的弹性体幅片，其特征在于，所述幅片在变形达到400％时是弹性体的。
6．如权利要求1-5任一项所述的弹性体幅片，其特征在于，还包括连结到所述弹性体幅片至少一侧的纤维无纺材料，从而所述弹性体幅片和所述无纺材料形成复合叠层。
7．一种包括至少一个弹性体部分的衣物，其具有第一延伸方向，所述弹性体部分包括多孔的、宏观扩张的、三维弹性体幅片，该幅片具有连续的第一表面和不连续的第二表面，所述第一表面和所述第二表面位于彼此远离的基本上平行的平面中，所述弹性体幅片特征在于，大量向上凹陷形剖面的弹性体互连件，用于使在所述第一表面施加的变形产生的应力与所述第二表面基本无关，所述互连件在所述第一表面限定至少一个基本孔，所述基本孔具有长轴和垂直于所述长轴的短轴，所述长轴大致垂直于所述施加的变形产生的应力，所述互连的侧壁部分在所述第二表面的方向延伸，并且终止以形成至少一个在所述弹性体幅片的所述第二表面中具有撕裂初始位置的第二孔，从而在所述弹性体幅片上的变形产生的应力基本与在所述第二孔的撕裂开始位置无关，至少直到当所述压力施加到所述幅片所述第二表面不再远离所述第一表面的所述平面时为止。
8．如权利要求7所述的衣物，其特征在于，所述的衣物包括主体，该主体具有透液体的顶片；连接到所述顶片的不透液体的底片；和位于至少所述顶片的一部分和所述底片之间的吸湿芯。
9．如权利要求7或8所述的衣物，其特征在于，当所述幅片未变形时其具有松弛的开放面积，当所述幅片变形时其具有变形的开放面积，当所述幅片保持在施加的变形大约为50％的情况下，所述变形的开放面积至少是所述松弛的开放面积的大约50％。
10．如权利要求7-9任一项所述的衣物，其特征在于，所述一次性吸湿用品包括从所述主体横向向外延伸的弹性体侧片，所述弹性体侧片在第一方向和第二方向可延伸，所述弹性体侧片包括所述弹性体幅片，在所述弹性体幅片中的所述孔取向为使至少一些所述基本孔的所述长轴大致垂直于所述第一延伸方向并且至少一些所述基本孔的长轴大致垂直于所述第二延伸方向。
全文摘要
本发明涉及多孔的、宏观扩展的、三维的、弹性体幅片及制造该幅片的方法,该幅片适用于诸如绷带、尿布和套穿式尿布训练裤等一次性吸湿用品。在优选的实施例中,幅片具有连续的第一表面和远离第一表面的不连续的第二表面。在优选的实施例中,弹性体幅片在幅片的第一表面中呈现大量基本孔,基本孔在第一表面的平面由互连件的连续网络限定。各个互连件沿其长度呈现向上凹陷形状的截面。互连件基本彼此同时终止以在幅片的第二表面的平面中形成第二孔。
文档编号A61F13/494GK1303257SQ99806798
公开日2001年7月11日 申请日期1999年5月25日 优先权日1998年5月29日
发明者约翰·J·柯罗, 安妮卡·M·卡明斯基, 米歇尔·A·曼斯菲尔德, 乔治·C·多布林, 张建彬 申请人:宝洁公司