卫生用品弹性材料的应用及其对产品性能的影响

Ulrich Hornfeck Uwe Bernhuber

卫生用品弹性材料的应用及其对产品性能的影响

Application and Influence of Elastic Material

Ulrich Hornfeck Uwe Bernhuber

卫生用品发展的主要方向是最优的性能和最佳的合身性。纸尿裤市场就是一个最好的例子，最能说明这个变化趋势，纸尿裤产品一直在朝这个方向发展。婴儿纸尿裤和成人失禁用品都应让穿着者活动自如，同时要确保舒适和具有最大的护理作用。最初，生产卫生用品时不用弹性材料，手感很硬，贴身性较差。由于消费者的关注点由纯功能转向穿着舒适和使用者友好，因此使用弹性材料的技术不断进步。对于卫生用品所使用的非织造布的性能要求，尤其是其伸长率，对成品的弹性产生了决定性影响。生产纸尿裤大耳朵和把它们固定在纸尿裤上的过程对弹性材料也有具体的要求。因此从纸尿裤所用各种材料的技术角度来看，它是一种非常复杂的产品，并不断为非织造布生产商提出新的挑战，同时也是新的机遇。

弹性桥接材料和弹性侧边闭合件

把弹性桥接材料应用于闭合件是使用弹性材料迈出的第一步。这种弹性桥接材料由确保拉伸性和牢固度的弹性薄膜组成，薄膜两面都层合可横向伸长的热粘合非织造布。非织造布让弹性材料具有牢固度和纺织品手感。图1展示了纸尿裤闭合件中弹性桥接材料的结构。

图1 纸尿裤闭合件中弹性桥接材料结构

弹性桥接材料常与别的弹性材料结合起来使用，例如纸尿裤背部的弹性腰围。而从前这些材料主要用在纸尿裤腿围切割的部位。

弹性材料的性能可用滞后检验法评定，弹性材料被反复拉伸，模拟成品纸尿裤随着人体的活动而不断地伸长和收缩。这项测试能证明材料的伸长率和所需的拉力。用特定的拉力拉伸材料，而后取两个循环的检验数据，最常用的拉力为10N，这是纸尿裤在穿着过程中通常承受的作用力。从理论上讲，拉伸曲线应尽可能平，这说明拉伸过程产生的收缩力小。此外，最后形成的两条曲线应尽量一致，曲线高度一致表明重复拉伸没有损害材料，仍然非常合身。这还说明，在第二次和任何增加的拉伸过程中，在一定的拉力下，材料获得的伸长率相同。每次拉伸循环后，还要测定所谓的永久变形，永久变形表明材料恢复其原尺寸的程度。弹性材料理论上应具有低永久变形特性，图2表明桥接材料滞后检验时第一和第二次拉伸循环的滞后现象以及永久变形。

图2 弹性桥接材料滞后检验

图2中的弹性材料回弹性能较好，拉伸曲线较平直，然而其拉伸幅度只有约40%，举例来说，为了获得10%的伸长率，就需要4N的拉力。

为了优化成人和婴儿纸尿裤闭合件的弹性效果，人们发明了通常所说的纸尿裤大耳朵。之前的纸尿裤闭合系统由狭窄的弹性桥接材料固定在纸尿裤身上，而纸尿裤大耳朵扩大了弹性的区域，进一步提高了贴身性，因此穿着更舒适。在生产纸尿裤大耳朵过程中，弹性桥接材料的基本结构保持不变，弹性薄膜两面都层合有非织造布。图3表明了纸尿裤大耳朵的结构。

在这种复合材料中，使用的非织造布量更大，并且弹性薄膜和非织造布都更轻，同时对材料的要求也更高。在纸尿裤中，整个大耳朵必须承受25～30N的更大拉力，因此需要非常结实的可拉伸非织造布。一般情况下，纸尿裤生产商要负责把大耳朵紧固在纸尿裤身上，因此生产过程中的要求很严格：纸尿裤生产线的平均速度已经达到每分钟约1,000片，所以在纸尿裤生产中，大耳朵要在高车速下被固定和折叠。此外，大耳朵的高牢固性是必需的。为了把大耳朵固定在裤身上以及把闭合胶带固定在大耳朵上，大耳朵的两侧边缘必须是不可拉伸的，并具有很高的抗张强度，即具有所谓的分区结构。图4是含胶条的可拉伸复合材料。

图3 纸尿裤弹性耳朵结构

图4 带有胶条的弹性复合材料

通过确定材料的应力—应变曲线来检验非织造布材料的弹力拉伸性。将非织造布两端夹住，使劲拉伸直至扯断，然后测定伸长率和所需的拉力。非织造布弹性材料理论上应在较小的拉力下有较大的拉伸性。

图5所示弹性热合非织造布的拉伸幅度高达160%，但要获得这一伸长率需要高达7N的拉力。因此，为了确保最佳弹力拉伸性，所用的非织造布通常是被活化的，也就是说要预拉伸。活化非织造布办法很多，通常所说的环压是最常用的办法之一。环压的过程中，纸尿裤大耳朵被导引到两根装有大圆环的辊子中间，这两个圆环上下交替拉扯非织造布。然而，纸尿裤的生产方法通常是取得专利的，生产商为了获得最佳可拉伸性而优化生产工艺的空间不大。

图5 用作弹性材料的热合及水刺非织造布应力-应变曲线

活化可拉伸非织造布的其他办法包括递增拉伸或自由拉伸。但在自由拉伸时，由于非织造布结构不规则，往往会被拉破。因此，使用热熔胶条可使预定的拉伸区域形成一个整体。

弹性材料的活化会增加生产成本，消耗更多的时间。因此，纸尿裤弹性闭合件的进一步发展应着眼于在不需要活化过程的前提下获得拉伸性最大化。

改进的弹性材料：弹性更高，活化需求更低

用于卫生用品的经过进一步改进的可拉伸非织造布采用弹力拉伸性较高的超薄热粘合材料，因此活化需求较低。含有弹性薄膜的大耳朵结构证明了其作用，因此成为了弹性结构的基础。图5显示了用作弹性材料的改进的热粘合非织造布应力—应变曲线。

这种非织造布拉破前具有高达250%的伸长率，同时以5～6N的更小拉力就可获得这一伸长率。实际上，只有在使非织造布具有活性，提高其加工性能的时候，才需要超过200%的高伸长率。由于这种材料自身的性质无需太大的活性，因此不用使伸长率达到最大值就可满足需求。

伸长率和牢度更高的水刺非织造布

卫生用品弹性材料的进一步发展是开始使用水刺非织造布。由于生产技术独特，水刺非织造布的伸长率高，同时抗张强度也较高。以较小的拉力就可获得高伸长率，让纸尿裤使用更方便，穿着更舒适。

图5所示的这种水刺非织造布伸长率高达100%，这是纸尿裤大耳朵使用的伸长率范围。用不足2N的相当小拉力就能拉伸水刺非织造布。非常平的曲线走向表示滞后曲线同样平直，因此拉伸时产生的收缩力很小。在伸长率达到100%后，取得更高的伸长率所需的拉力呈几何级数增加，因此说明弹性性能降低。这种曲线是水刺非织造布特有的，并有助于大耳朵发挥所谓的防纸尿裤滑脱功能。热粘合可拉伸非织造布不具备这样的特性，它会在均匀增加的拉力下伸长，在一定的拉力下破损时没有任何征兆，无法确认非织造布达到了最大伸长率。

图5表明了不同非织造布材料具有的应力—应变行为的伸长范围。不同的非织造布具有不同的最大伸长率，且所需拉力也不同：热粘合非织造布在比较小的拉力下具有较高伸长率，改进的热粘合非织造布伸长率更高，而水刺非织造布的伸长率较前两者都高，这更有益于提高大耳朵防止纸尿裤滑脱的功能。水刺非织造布适用于各种纸尿裤的弹性材料。

尽管如此，水刺非织造布并不提供纸尿裤用弹性材料所需的真正弹性。水刺非织造布的滞后曲线与一个用于优质纸尿裤上成品大耳朵的检验结果对比表明了这种材料的性质：

使用相对较小的拉力，纸尿裤大耳朵的伸长率可达到约130%，拉伸后，它几乎缩回到原有的尺寸，说明其永久变形小。第二次拉伸时，获得了相似的伸长率和同样小的永久变形。这一应力-应变性能可作为弹性非织造布材料的标准。

尚未活化处理的水刺非织造布的应力-应变性能非常接近于大耳朵成品第一次拉伸时的应力-应变性能。以非常小的拉力就可获得很高的伸长率，而不必先将其活化。

此外，由于水刺非织造布具有较大的抗张强度，因此可使用较低定量的薄膜提供拉伸功能。从而使原料用量减少，用后废弃物量也相应地减少。水刺非织造布还能使纸尿裤大耳朵更蓬松，有更像纺织品的手感，并向生产商提供了更多可供选择的原料。不仅可以选用普遍使用的聚丙烯，还有聚酯，以及聚酯与聚丙烯的混合物。考虑到可持续发展，以乳酸为原料且用可再生资源生产的聚乳酸也可推广使用。

使用者碰到的另一个问题是闭合件粘钩与纸尿裤大耳朵纤维的粘连。在很多情况下，粘钩的胶膜会把纤维从非织造布中粘下来，而水刺非织造布的特性在于纤维完整性较高，因此可防止纤维被粘下来；粘钩不会损坏纸尿裤大耳朵。总之，用作弹性材料的水刺非织造布比以前使用的材料性能更好。此外，水刺非织造布在较小拉力下较高的可拉伸性使生产商能够缩小纸尿裤大耳朵的尺寸、降低成本以及保护资源。

在纸尿裤大耳朵的一些具体使用中，水刺非织造布用作弹性材料有很多优点：在复合的弹性材料中，弹性薄膜层在外端和与裤身相连的里端都可以缩短尺寸，因为在这些地方对拉伸性没有要求。在此情况下，产品使用时所需的稳固性只能由非织造布来提供。热粘合非织造布无法满足这种需求，而水刺非织造布的特殊结构使其非常适合用作弹性材料。

最新的研发成果是，将可拉伸水刺非织造布与另一种非织造布层合，这可能将弹性材料提到新高度。

水刺-熔喷非织造布复合材料——以较低的成本提高价值

使用现代化的生产技术，熔喷非织造布可用作弹性材料的芯层，两面复合水刺非织造布。

与含弹性薄膜的复合材料相比，这种使用效果类似纺织品的弹性材料是透气的，穿着更舒适。此外，材料层合不用粘合剂，在生产过程中彼此结合在一起，因此这种非织造布是生产成人失禁用品的理想材料：其透气性可让穿着者忘记他们在使用失禁纸尿裤。

图7显示了水刺-熔喷-水刺可拉伸非织造布复合材料第二次拉伸循环滞后检验结果与标准滞后曲线的对比。使用时，非织造布复合材料的弹性被活化，表现出很高的弹性性能：使用较小的拉力，伸长率很高，与标准产品的伸长率接近。

图6 用作弹性材料的水刺-熔喷-水刺非织造布

图7 Sandler Sawasoft®弹性非织造布的滞后检验结果与标准产品的对比

这种复合材料目前正在研发中，准备用于其他的弹性产品，但这已说明了弹性非织造布产品组合得到了进一步扩大。然而，这种复合材料用于婴儿纸尿裤大耳朵时，其永久变形仍然很大。图7所示为标准产品永久变形与这种非织造布复合材料永久变形之间的差距。尽管如此，这种复合材料仍具有巨大的潜力。这进一步证明，卫生用品中弹性材料的发展远未达到顶峰。在快速发展及不断创新的非织造布行业中，下一项技术进步可能就在眼前。

（陈海昌编译自Nonwovens Industry/2013年1月，王娟审校）