Ulrich Hornfeck Uwe Bernhuber

衛(wèi)生用品彈性材料的應(yīng)用及其對(duì)產(chǎn)品性能的影響

Application and Influence of Elastic Material

Ulrich Hornfeck Uwe Bernhuber

衛(wèi)生用品發(fā)展的主要方向是最優(yōu)的性能和最佳的合身性。紙尿褲市場(chǎng)就是一個(gè)最好的例子，最能說(shuō)明這個(gè)變化趨勢(shì)，紙尿褲產(chǎn)品一直在朝這個(gè)方向發(fā)展。嬰兒紙尿褲和成人失禁用品都應(yīng)讓穿著者活動(dòng)自如，同時(shí)要確保舒適和具有最大的護(hù)理作用。最初，生產(chǎn)衛(wèi)生用品時(shí)不用彈性材料，手感很硬，貼身性較差。由于消費(fèi)者的關(guān)注點(diǎn)由純功能轉(zhuǎn)向穿著舒適和使用者友好，因此使用彈性材料的技術(shù)不斷進(jìn)步。對(duì)于衛(wèi)生用品所使用的非織造布的性能要求，尤其是其伸長(zhǎng)率，對(duì)成品的彈性產(chǎn)生了決定性影響。生產(chǎn)紙尿褲大耳朵和把它們固定在紙尿褲上的過(guò)程對(duì)彈性材料也有具體的要求。因此從紙尿褲所用各種材料的技術(shù)角度來(lái)看，它是一種非常復(fù)雜的產(chǎn)品，并不斷為非織造布生產(chǎn)商提出新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也是新的機(jī)遇。

彈性橋接材料和彈性側(cè)邊閉合件

把彈性橋接材料應(yīng)用于閉合件是使用彈性材料邁出的第一步。這種彈性橋接材料由確保拉伸性和牢固度的彈性薄膜組成，薄膜兩面都層合可橫向伸長(zhǎng)的熱粘合非織造布。非織造布讓彈性材料具有牢固度和紡織品手感。圖1展示了紙尿褲閉合件中彈性橋接材料的結(jié)構(gòu)。

圖1 紙尿褲閉合件中彈性橋接材料結(jié)構(gòu)

彈性橋接材料常與別的彈性材料結(jié)合起來(lái)使用，例如紙尿褲背部的彈性腰圍。而從前這些材料主要用在紙尿褲腿圍切割的部位。

彈性材料的性能可用滯后檢驗(yàn)法評(píng)定，彈性材料被反復(fù)拉伸，模擬成品紙尿褲隨著人體的活動(dòng)而不斷地伸長(zhǎng)和收縮。這項(xiàng)測(cè)試能證明材料的伸長(zhǎng)率和所需的拉力。用特定的拉力拉伸材料，而后取兩個(gè)循環(huán)的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，最常用的拉力為10N，這是紙尿褲在穿著過(guò)程中通常承受的作用力。從理論上講，拉伸曲線應(yīng)盡可能平，這說(shuō)明拉伸過(guò)程產(chǎn)生的收縮力小。此外，最后形成的兩條曲線應(yīng)盡量一致，曲線高度一致表明重復(fù)拉伸沒有損害材料，仍然非常合身。這還說(shuō)明，在第二次和任何增加的拉伸過(guò)程中，在一定的拉力下，材料獲得的伸長(zhǎng)率相同。每次拉伸循環(huán)后，還要測(cè)定所謂的永久變形，永久變形表明材料恢復(fù)其原尺寸的程度。彈性材料理論上應(yīng)具有低永久變形特性，圖2表明橋接材料滯后檢驗(yàn)時(shí)第一和第二次拉伸循環(huán)的滯后現(xiàn)象以及永久變形。

圖2 彈性橋接材料滯后檢驗(yàn)

圖2中的彈性材料回彈性能較好，拉伸曲線較平直，然而其拉伸幅度只有約40%，舉例來(lái)說(shuō)，為了獲得10%的伸長(zhǎng)率，就需要4N的拉力。

為了優(yōu)化成人和嬰兒紙尿褲閉合件的彈性效果，人們發(fā)明了通常所說(shuō)的紙尿褲大耳朵。之前的紙尿褲閉合系統(tǒng)由狹窄的彈性橋接材料固定在紙尿褲身上，而紙尿褲大耳朵擴(kuò)大了彈性的區(qū)域，進(jìn)一步提高了貼身性，因此穿著更舒適。在生產(chǎn)紙尿褲大耳朵過(guò)程中，彈性橋接材料的基本結(jié)構(gòu)保持不變，彈性薄膜兩面都層合有非織造布。圖3表明了紙尿褲大耳朵的結(jié)構(gòu)。

在這種復(fù)合材料中，使用的非織造布量更大，并且彈性薄膜和非織造布都更輕，同時(shí)對(duì)材料的要求也更高。在紙尿褲中，整個(gè)大耳朵必須承受25～30N的更大拉力，因此需要非常結(jié)實(shí)的可拉伸非織造布。一般情況下，紙尿褲生產(chǎn)商要負(fù)責(zé)把大耳朵緊固在紙尿褲身上，因此生產(chǎn)過(guò)程中的要求很嚴(yán)格：紙尿褲生產(chǎn)線的平均速度已經(jīng)達(dá)到每分鐘約1,000片，所以在紙尿褲生產(chǎn)中，大耳朵要在高車速下被固定和折疊。此外，大耳朵的高牢固性是必需的。為了把大耳朵固定在褲身上以及把閉合膠帶固定在大耳朵上，大耳朵的兩側(cè)邊緣必須是不可拉伸的，并具有很高的抗張強(qiáng)度，即具有所謂的分區(qū)結(jié)構(gòu)。圖4是含膠條的可拉伸復(fù)合材料。

圖3 紙尿褲彈性耳朵結(jié)構(gòu)

圖4 帶有膠條的彈性復(fù)合材料

通過(guò)確定材料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線來(lái)檢驗(yàn)非織造布材料的彈力拉伸性。將非織造布兩端夾住，使勁拉伸直至扯斷，然后測(cè)定伸長(zhǎng)率和所需的拉力。非織造布彈性材料理論上應(yīng)在較小的拉力下有較大的拉伸性。

圖5所示彈性熱合非織造布的拉伸幅度高達(dá)160%，但要獲得這一伸長(zhǎng)率需要高達(dá)7N的拉力。因此，為了確保最佳彈力拉伸性，所用的非織造布通常是被活化的，也就是說(shuō)要預(yù)拉伸。活化非織造布辦法很多，通常所說(shuō)的環(huán)壓是最常用的辦法之一。環(huán)壓的過(guò)程中，紙尿褲大耳朵被導(dǎo)引到兩根裝有大圓環(huán)的輥?zhàn)又虚g，這兩個(gè)圓環(huán)上下交替拉扯非織造布。然而，紙尿褲的生產(chǎn)方法通常是取得專利的，生產(chǎn)商為了獲得最佳可拉伸性而優(yōu)化生產(chǎn)工藝的空間不大。

圖5 用作彈性材料的熱合及水刺非織造布應(yīng)力-應(yīng)變曲線

活化可拉伸非織造布的其他辦法包括遞增拉伸或自由拉伸。但在自由拉伸時(shí)，由于非織造布結(jié)構(gòu)不規(guī)則，往往會(huì)被拉破。因此，使用熱熔膠條可使預(yù)定的拉伸區(qū)域形成一個(gè)整體。

彈性材料的活化會(huì)增加生產(chǎn)成本，消耗更多的時(shí)間。因此，紙尿褲彈性閉合件的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)著眼于在不需要活化過(guò)程的前提下獲得拉伸性最大化。

改進(jìn)的彈性材料：彈性更高，活化需求更低

用于衛(wèi)生用品的經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)的可拉伸非織造布采用彈力拉伸性較高的超薄熱粘合材料，因此活化需求較低。含有彈性薄膜的大耳朵結(jié)構(gòu)證明了其作用，因此成為了彈性結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。圖5顯示了用作彈性材料的改進(jìn)的熱粘合非織造布應(yīng)力—應(yīng)變曲線。

這種非織造布拉破前具有高達(dá)250%的伸長(zhǎng)率，同時(shí)以5～6N的更小拉力就可獲得這一伸長(zhǎng)率。實(shí)際上，只有在使非織造布具有活性，提高其加工性能的時(shí)候，才需要超過(guò)200%的高伸長(zhǎng)率。由于這種材料自身的性質(zhì)無(wú)需太大的活性，因此不用使伸長(zhǎng)率達(dá)到最大值就可滿足需求。

伸長(zhǎng)率和牢度更高的水刺非織造布

衛(wèi)生用品彈性材料的進(jìn)一步發(fā)展是開始使用水刺非織造布。由于生產(chǎn)技術(shù)獨(dú)特，水刺非織造布的伸長(zhǎng)率高，同時(shí)抗張強(qiáng)度也較高。以較小的拉力就可獲得高伸長(zhǎng)率，讓紙尿褲使用更方便，穿著更舒適。

圖5所示的這種水刺非織造布伸長(zhǎng)率高達(dá)100%，這是紙尿褲大耳朵使用的伸長(zhǎng)率范圍。用不足2N的相當(dāng)小拉力就能拉伸水刺非織造布。非常平的曲線走向表示滯后曲線同樣平直，因此拉伸時(shí)產(chǎn)生的收縮力很小。在伸長(zhǎng)率達(dá)到100%后，取得更高的伸長(zhǎng)率所需的拉力呈幾何級(jí)數(shù)增加，因此說(shuō)明彈性性能降低。這種曲線是水刺非織造布特有的，并有助于大耳朵發(fā)揮所謂的防紙尿褲滑脫功能。熱粘合可拉伸非織造布不具備這樣的特性，它會(huì)在均勻增加的拉力下伸長(zhǎng)，在一定的拉力下破損時(shí)沒有任何征兆，無(wú)法確認(rèn)非織造布達(dá)到了最大伸長(zhǎng)率。

圖5表明了不同非織造布材料具有的應(yīng)力—應(yīng)變行為的伸長(zhǎng)范圍。不同的非織造布具有不同的最大伸長(zhǎng)率，且所需拉力也不同：熱粘合非織造布在比較小的拉力下具有較高伸長(zhǎng)率，改進(jìn)的熱粘合非織造布伸長(zhǎng)率更高，而水刺非織造布的伸長(zhǎng)率較前兩者都高，這更有益于提高大耳朵防止紙尿褲滑脫的功能。水刺非織造布適用于各種紙尿褲的彈性材料。

盡管如此，水刺非織造布并不提供紙尿褲用彈性材料所需的真正彈性。水刺非織造布的滯后曲線與一個(gè)用于優(yōu)質(zhì)紙尿褲上成品大耳朵的檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明了這種材料的性質(zhì)：

使用相對(duì)較小的拉力，紙尿褲大耳朵的伸長(zhǎng)率可達(dá)到約130%，拉伸后，它幾乎縮回到原有的尺寸，說(shuō)明其永久變形小。第二次拉伸時(shí)，獲得了相似的伸長(zhǎng)率和同樣小的永久變形。這一應(yīng)力-應(yīng)變性能可作為彈性非織造布材料的標(biāo)準(zhǔn)。

尚未活化處理的水刺非織造布的應(yīng)力-應(yīng)變性能非常接近于大耳朵成品第一次拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變性能。以非常小的拉力就可獲得很高的伸長(zhǎng)率，而不必先將其活化。

此外，由于水刺非織造布具有較大的抗張強(qiáng)度，因此可使用較低定量的薄膜提供拉伸功能。從而使原料用量減少，用后廢棄物量也相應(yīng)地減少。水刺非織造布還能使紙尿褲大耳朵更蓬松，有更像紡織品的手感，并向生產(chǎn)商提供了更多可供選擇的原料。不僅可以選用普遍使用的聚丙烯，還有聚酯，以及聚酯與聚丙烯的混合物。考慮到可持續(xù)發(fā)展，以乳酸為原料且用可再生資源生產(chǎn)的聚乳酸也可推廣使用。

使用者碰到的另一個(gè)問(wèn)題是閉合件粘鉤與紙尿褲大耳朵纖維的粘連。在很多情況下，粘鉤的膠膜會(huì)把纖維從非織造布中粘下來(lái)，而水刺非織造布的特性在于纖維完整性較高，因此可防止纖維被粘下來(lái)；粘鉤不會(huì)損壞紙尿褲大耳朵?？傊米鲝椥圆牧系乃谭强椩觳急纫郧笆褂玫牟牧闲阅芨?。此外，水刺非織造布在較小拉力下較高的可拉伸性使生產(chǎn)商能夠縮小紙尿褲大耳朵的尺寸、降低成本以及保護(hù)資源。

在紙尿褲大耳朵的一些具體使用中，水刺非織造布用作彈性材料有很多優(yōu)點(diǎn)：在復(fù)合的彈性材料中，彈性薄膜層在外端和與褲身相連的里端都可以縮短尺寸，因?yàn)樵谶@些地方對(duì)拉伸性沒有要求。在此情況下，產(chǎn)品使用時(shí)所需的穩(wěn)固性只能由非織造布來(lái)提供。熱粘合非織造布無(wú)法滿足這種需求，而水刺非織造布的特殊結(jié)構(gòu)使其非常適合用作彈性材料。

最新的研發(fā)成果是，將可拉伸水刺非織造布與另一種非織造布層合，這可能將彈性材料提到新高度。

水刺-熔噴非織造布復(fù)合材料——以較低的成本提高價(jià)值

使用現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)，熔噴非織造布可用作彈性材料的芯層，兩面復(fù)合水刺非織造布。

與含彈性薄膜的復(fù)合材料相比，這種使用效果類似紡織品的彈性材料是透氣的，穿著更舒適。此外，材料層合不用粘合劑，在生產(chǎn)過(guò)程中彼此結(jié)合在一起，因此這種非織造布是生產(chǎn)成人失禁用品的理想材料：其透氣性可讓穿著者忘記他們?cè)谑褂檬Ы埬蜓潯?/p>

圖7顯示了水刺-熔噴-水刺可拉伸非織造布復(fù)合材料第二次拉伸循環(huán)滯后檢驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)滯后曲線的對(duì)比。使用時(shí)，非織造布復(fù)合材料的彈性被活化，表現(xiàn)出很高的彈性性能：使用較小的拉力，伸長(zhǎng)率很高，與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的伸長(zhǎng)率接近。

圖6 用作彈性材料的水刺-熔噴-水刺非織造布

圖7 Sandler Sawasoft?彈性非織造布的滯后檢驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的對(duì)比

這種復(fù)合材料目前正在研發(fā)中，準(zhǔn)備用于其他的彈性產(chǎn)品，但這已說(shuō)明了彈性非織造布產(chǎn)品組合得到了進(jìn)一步擴(kuò)大。然而，這種復(fù)合材料用于嬰兒紙尿褲大耳朵時(shí)，其永久變形仍然很大。圖7所示為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品永久變形與這種非織造布復(fù)合材料永久變形之間的差距。盡管如此，這種復(fù)合材料仍具有巨大的潛力。這進(jìn)一步證明，衛(wèi)生用品中彈性材料的發(fā)展遠(yuǎn)未達(dá)到頂峰。在快速發(fā)展及不斷創(chuàng)新的非織造布行業(yè)中，下一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步可能就在眼前。

（陳海昌編譯自Nonwovens Industry/2013年1月，王娟審校）