专利名称：一个方向有弹性另一个方向可扩展的复合材料的制作方法发明的领域本发明涉及的是热塑性织物的层状材料，这种层状材料能永久符合穿戴者的体形，这是由于它在横向进行了符合穿戴者体形所需的拉伸，特别是即使在拉伸力解除以后仍保持其扩展或拉伸状态，而分离的弹性细丝则在加工方向提供拉伸和恢复。发明的背景层状材料，特别那些透水蒸汽但是却基本上不透液态水的层状材料在现有技术中是已知的，它们一般用于尿布背衬、其他个人保健吸湿性服装、医用服装等。这些层状材料可以由透气的，拉伸变薄的填充薄膜和纺粘片材组成。这种透气薄膜可以是通过使一种或多种聚烯烃与无机微粒填料相混和，由此混合物形成薄膜，并使这个薄膜拉伸以便在填料粒子周围形成空洞而制成的。所得到的薄膜可能有薄的聚合物膜围绕着填料粒子，这允许水蒸汽的分子扩散，而整个薄膜则基本上地阻断了液态水的透过，或者可能有通过薄膜的微孔。通过热的或者粘合剂的粘结，透气薄膜可以层压到非织造片材上，例如，纺粘片材。纺粘片材为透气层状材料添加了强度和完整性，而且提供柔软的布料感觉。影响个人保健吸湿性服装工业和医用服装工业的趋势是要求和需要具有高的水蒸汽透气性的产品，这种产品保持或者增加对水、血及其他液体物质的阻挡层。这种趋势反映了对提高穿戴者的舒适感而毫无损失阻挡层性能的需要。影响这些工业的另一种趋势是对具有最佳配合的产品的要求和需要，这种产品与穿戴者身体的体形相符合。迄今为止，在这个范围中大部分研究是使用弹性材料。与使用弹性材料有关的一个挑战是包含吸湿性服装在内的许多产品都具有复杂的层状结构。吸湿性服装一般地包含有至少一液体可透过的顶层、吸湿性夹芯层和透气但液体基本不能透过的外壳层状材料。如果这些材料的一种是做成弹性的，吸湿性服装则并不必定是弹性的。为了使吸湿性服装具有弹性，则每一层必须是a)显示出所期望的极小的拉伸程度和回缩强度；或者b)是“自由浮动的”并且不连接在弹性或可扩展的层上。无论哪里弹性服装在选择区域中被拉伸以便与穿戴者的身体相符合，这种服装就在拉伸区域显示出紧配合。在弹性材料贴着穿戴者的皮肤显示出最大回缩力的地方，可能形成皮肤鳞纹、红斑乃至皮疹。当服装包含不只一种弹性层时，这些问题变得更加尖锐。然而在有些情况下，织物的弹性，或者是织物的拉伸和恢复，至少沿着服装的一个方向可能是非常希望的。在个人保健吸湿性服装和医用服装工业中，需要或者期望价格比较低廉的能拉伸以便与穿戴者身体的体形相符合的材料。而且还需要或者希望材料在拉伸时不储存大量的潜在能量以及贴着穿戴者的身体不显示出有过度的回缩力。简而言之，需要或者希望通过在服装的选择区域中把没有恢复的拉伸和有恢复的拉伸组合起来，使材料和服装永久与穿戴者的身体体形相符合。
本发明的目标是包含有至少一种热塑性非织造细丝片材的层状材料。这种片材可以层压到其他片材上或者到至少一层薄膜上，优选的是一层透气但液体却基本上不能透过的薄膜上。这种层状材料(优选的也是透气的)具有一个加工方向(在材料生产期间形成的方向)，这个方向相当于非织造细丝的主要取向的方向，还具有一个垂直于加工方向的横向。这种层状材料包含有在加工方向上粘结到层状材料纵向上的弹性细丝，然而在横向它们却是彼此分离的，因此在横向它们没有大的弹性或回缩力。当施加一个拉伸力的时候，透气的层状材料在横向上可扩展到一个拉伸宽度，这个宽度至少比原来的没有拉伸的宽度大25％。当拉伸力解除的时候，层状材料或者不回缩，或者回缩不超过拉伸宽度和原来宽度之差的30％。如果透气薄膜不是所期望的，可以给出一个实施例，其中拉长的弹性细丝是粘结在两层横向颈缩和扩展的非织造片材之间。层状材料可以包含有透气的，液体基本上不能透过的微孔薄膜和含纤维的非织造片材，此微孔薄膜至少具有如同层状材料一样大的横向可扩展性，而此纤维非织造片材则粘结到这层微孔薄膜上，而且也具有至少如同层状材料一样大的横向可扩展性。这种薄膜作为选择可以用固有透气的聚合物制成。具有最小横向可扩展性(无论是薄膜还是片材)的组成部分将使整体层状材料的有用的横向可扩展性受到限制。换句话说，层状材料将与最小的可扩展层扩展相同程度或比之扩展较少程度。
同样，与一般对层状材料所希望的回缩力相比，无论薄膜还是片材的回缩力都不应该显示出大很多。如果为了对在加工方向构成的尿布分叉处提供最佳配合，薄膜或片材必须回缩得大于在加工方向其拉伸宽度和原来没有拉伸宽度之差的30％的话，那么就使整个层状材料就在加工方向具有弹性细丝，在横向不连接，以便贴着穿戴者的身体只在一个方向上施加回缩力。
在一个实施例中，热塑性非织造细丝片材是颈缩拉伸的非织造片材，例如，颈缩拉伸的纺粘片材。非织造片材是用比较无弹性的聚合物材料制成的，它在加工方向扩展而导致片材在横向变窄或外缘向内缘弯曲。一系列拉伸的而且在横向间隔开的弹性细丝被粘结在或到片材。当片材处于颈缩状态时，把片材层压并粘结到透气的微孔薄膜上。这种薄膜至少包含有一种让薄膜在横向可拉伸的热塑性聚合物(然而却不是弹性的，或高度可回缩的)。然后使层状材料放松，弹性细丝在加工方向的回缩使层状材料缩短，并在层状材料中生成横向扩展的皱褶，或皱纹。因此，当层状材料在横向被拉伸了时，薄膜就被拉伸，而非织造片材返回到其原来没颈缩的状态。拉伸了的层状材料在拉伸状态保持一分钟以后，在横向显示出很少或无回缩力。在这个实施例中，层状材料具有横向可扩展性和沿加工方向的弹性。
在另一个实施例中，热塑性非织造片材不是必须颈缩拉伸的，而是使用可扩展的(然而却不是弹性，或是高度可回缩的)聚合物材料制成的。这种薄膜还包含至少一种赋予薄膜在横向上可扩展(然而却不是弹性，或是高度可回缩的)的热塑性聚合物。在上述每一实施例的层状材料中都放置弹性细丝。当层状材料在横向被拉伸时，则薄膜就被拉伸，而且非织造片材中的纤维也被拉伸。拉伸了的层状材料在横向显示出很少或无回缩力。由于弹性细丝的原因，层状材料在加工方向会具有弹性。
在另一个实施例中，热塑性片材不必须是颈缩拉伸的或使用可拉伸的聚合物制成的。相反，非织造片材是由细丝的卷曲而被赋予可拉伸的。卷曲的细丝沿着它们的长度方向具有波纹形和/或螺旋形，当施加一个拉伸力时，它们往往会变直，因此使细丝可以伸长。而且，这种薄膜包含有至少一种让薄膜在横向是可拉伸的热塑性聚合物(然而却不是弹性的，或高度可回缩的)。当层状材料在横向被拉伸了时，薄膜就被拉伸，而且非织造片材的卷曲细丝倾向于变直。此外，就和上面的每个例子一样放置了弹性细丝。因此，拉伸的层状材料在横向显示出很少或无回缩力，而在加工方向却显示出弹性。
还有另一个实施例，其中热塑性非织造片材被部分地颈缩，或是扩展到，例如，其加工方向扩展能力的一半。可扩展聚合物薄膜，例如弹性的聚烯烃(FPO)或是其他柔软的聚合物薄膜，在加工方向也被拉伸，然而却，例如，拉伸到其整个扩展能力。因而层状材料是通过使部分拉伸的非织造片材和部分拉伸的薄膜进行粘结，并使加工方向的弹性细丝在其中粘结而制成的。然后层状材料在加工方向经受另一次拉伸，于是在层状材料的薄膜部分生成皱褶或是皱纹并使它们定形。当而后拉伸了的层状材料在横向受拉力时，只要层状材料的扩展是在横向的，那么使用极少的拉力就容易使薄膜的皱褶变平。将被承认的是，虽然“容易”是一个相对术语，但在一般的意义上，它将用于这样一种拉力的大小，这种拉力的大小通常是由把利用层状材料的成品服装施加在穿戴者的身体上所认定的。然后需要第二个较大的力来通过拉伸实现附加的横向扩展，以便使薄膜在横向变薄，超出皱褶完全变平的点。同样，拉伸了的层状材料在横向显示出很少或无回缩力和在加工方向的弹性。对于这个实施例，所生成的层状材料的可扩展性作用力的分布取线可以在成层扩展过程前或是成层扩展过程后或者前后都进行各种调节。
考虑到上面所述，本发明的特征和优点是提供一种(优选的是基本上不能透过液体却透气的)层状材料，这种层状材料在需要的地方可以拉伸，在加工方向显示出弹性，而在横向却显示出很少的回缩力，因此总是符合穿戴者身体的体形。
本发明的特征和优点也是提供一种层状材料，这种层状材料与穿戴者的身体的体形相符合，而且与现有技术的弹性层状材料相比制造起来是比较便宜的。
本发明的特征和优点也是提供各种个人保健服装和医用服装，这些服装采用了本发明的层状材料，而且(由于它们的横向可扩展性和在层状材料加工方向的回缩)总是与穿戴者身体的体形相符合。
参考附图，从下面的对现在这些优选实施例的详细说明中，可以更进一步看出前述事项及其他特征和优点。这种详细说明和附图只是说明性的，而不限于此地，本发明的范围是由附加的权利要求项和其等效部分所确定的。
定义术语“可扩展的”这里被用来指一种材料，在施加拉伸力的时候，这种材料能够在一个特殊的方向扩展，直到比原来没有拉伸的尺寸(例如，宽度)大至少25％的一个拉伸尺寸。在一分钟的保持时间以后，当这个拉伸力解除的时候，这种材料不回缩，或是回缩不超过拉伸尺寸和原来尺寸之差的30％。因此，宽度一米的在横向可扩展的材料可以拉伸到至少1.25米的宽度。在保持这个扩展宽度一分钟以后，当拉伸力解除时，拉伸到1.25米宽度的材料将不回缩，或是回缩到不少于1.175米的宽度。可扩展材料不同于弹性材料，当拉伸力解除时，弹性材料往往都是回缩到它们原来的尺寸。拉伸力可以是任何足以使材料在选择的方向(例如，横向)没有破裂地在其原来尺寸的125％和其最大拉伸尺寸之间扩展的力。
“回缩百分比”是对于3英寸宽的样品，当回缩力降低到10克以下的时候，使用这些例子中阐明的方法确定的。“永久定形百分比”为100减去“回缩百分比”。
术语“无弹性的”既是指不拉伸25％或更大的材料，也是指拉伸25％或更大但是却不回缩大于30％的材料。无弹性材料包含有像上面定义的可扩展材料，还包含有不扩展的，例如当受到拉伸力时就撕破的材料。
术语“弹性的”指的是可伸缩的材料，它显示出的拉伸和恢复性质超过了所定义的无弹性材料的这些性质。
术语“加工方向”用于非织造片材，指的是输送机的进行方向，这个输送机在纺丝头或是类似的挤出或成型机下面通过，使得细丝的主要取向沿着该方向。虽然细丝可能出现波浪状，乃至在非织造片材的局部部分是随机地取向的，但是它们通常具有一个总体的加工取向，这个取向与携带细丝离开挤出或成型机的输送机的运动相平行。
术语“加工方向”用于薄膜，指的是薄膜离开挤出或成型机时薄膜上的平行于其进行方向的方向。例如，如果薄膜在轧辊或冷却辊之间经过，那么加工方向就是薄膜上的平行于与薄膜接触时辊子表面的运动方向。
术语“加工方向”应用于包含有至少一层薄膜和至少一层非织造片材的层状材料时，指的是层状材料的非织造片材组成部分的加工方向。
对于非织造片材、薄膜或层状材料来说，术语“横向”指的是与加工方向垂直的方向。在横向测量的尺寸指的是“宽度”尺寸，而在加工方向测量的尺寸指的是“长度”尺寸。
术语“透气薄膜”，“透气层状材料”或“透气外壳材料”指的是具有水蒸汽透过率(WVTR)至少大约为300grams/m2-24hours的薄膜、层状材料或外壳材料，这里使用了文中所描述的WVTR测试方法。术语“高透气性”简单地指具有WVTR比第一材料高的第二材料。透气材料一般地是依靠水蒸气分子的扩散或水蒸气通过微孔，而液体基本上是不能透过的。
术语“液态水透过材料”指的是以一层或多层存在的多孔的材料，例如非织造织物，由于水及其他含水液体贯穿这些微孔流动，所以是液态水可透过的。非织造片材中纤维或细丝之间的空间可以足够大，足够频繁地能让液态水穿过材料渗漏和流动。
术语“非织造织物或片材”指的是一种加有单根纤维或线的结构的片材，然而它们却不是以和针织物那样规则地或可看作是相同方式进行的。非织造织物或片材是由许多工艺而形成的，例如，熔喷工艺、纺粘工艺、气流成片材工艺、共成形工艺和粘结梳理片材工艺等。非织造织物的基本重量通常用每平方码盎司数(osy)或每平方米克数的材料来表示，有用的纤维直径通常用微米表达。(注释从osy转换为gsm，是osy乘以33.91)。
术语“微纤维”指的是小直径的纤维，一般的平均纤维旦尼尔(denier)大约为0.005-10。纤维旦尼尔定义为每9000米纤维的克数。对于具有圆形截面的纤维来说，旦尼尔是可以这样来计算的以微米为单位的纤维直径被平方，乘以以grams/cc为单位的密度，再乘以0.00707。对于由同样聚合物制成的纤维来说，小的旦尼尔表明是较细的纤维，高的旦尼尔则表明是较粗的或较重的纤维。例如，已知1 5微米的聚丙烯纤维直径可以变换成旦尼尔，这就是通过乘方，把得数乘以0.89g/cc，然后乘以0.00707。因此15微米的聚丙烯纤维的旦尼尔大约为1.42，这是按照(152×0.89×0.00707＝1.415)计算的。在美国以外更通用的计量单位是“特”，“特”定义为每千米纤维的克数。“特”可以按照旦尼尔/9来计算。
术语“纺黏纤维”指的是小直径的纤维，这些纤维是通过从纺丝头的许多细小毛细管挤出熔融热塑性材料成为细丝而形成的，这毛细管具有圆的或其他的构型，挤出细丝的直径因而迅速地降低，正如下面专利所做的一样例如，授予Appel等人的美国专利4,340,563，授予Dorschner等人的美国专利3,692,618，授予Matsuki等人的美国专利3,802,817，授予Kinney的美国专利3,338,992和3,341,394，授予Hartmann的美国专利3,502,763，授予Petersen的美国专利3,502,538和授予Dobo等人的美国专利3,542,615。每一篇这里都整体地引作结合参照。纺粘纤维是骤冷的，当它们放置在收集面上时，通常不发黏。纺粘纤维一般是连续的，通常的平均旦尼尔大约比0.3.大，更具体讲的是大约在0.6和10之间。
术语“熔喷纤维”指的是通过从许多细小的，通常是圆的模具毛细管中挤出熔融的热塑性材料，以熔融线或细丝的形式进入会聚的高速度热气体(例如，空气)流中而形成的纤维，这里的热气体流使熔融热塑性材料的细丝变细，以便减少它们的直径，可能减少到微纤维的直径。其后，熔喷纤维由高速度气流携带着沉积在收集面上，形成熔喷纤维随机分散的片材。这样的一种工艺例如在授予Butin等的美国专利3,849,241中被公开了。熔喷纤维是微纤维，可以是连续或不连续的，一般大约小于1.0旦尼尔，而且当沉积在收集面上的时候一般是自身粘结的。
术语“薄膜”指的是使用薄膜挤出工艺，例如流延薄膜或吹塑薄膜挤压工艺制作的热塑性薄膜。这个术语包含有通过使聚合物与填料混合、由混合物形成薄膜，然后使薄膜拉伸而变得多微孔的薄膜。
术语“多微孔的”指的是具有被薄聚合物膜分离的空洞的薄膜和具有穿过薄膜的微孔的薄膜。当聚合物与填料的混合物被挤压成薄膜，然后这种薄膜被拉伸，优选的是在加工方向单向地拉伸的时候，就可以形成这些空洞或微孔。由于水蒸汽通过这些膜或微孔进行分子扩散，所以多微孔薄膜往往会具有水蒸气的透过性，但是却基本上阻断水成液通过。
术语“聚合物”包含有，但是不局限于，均聚物、共聚物，例如嵌段共聚物、接枝共聚物、无规共聚物、交替共聚物这样的共聚物、三元共聚物等，以及它们的混合物和变型。此外，除非另外特别的限制，术语“聚合物”将包含这些材料的全部可能的几何构形。这些构型包含有，但不局限于，全同立构、间同立构和无规立构的对称。
术语“吸湿性物品”包含个人保健吸湿性产品和医用吸湿性产品。术语“个人保健吸湿性产品”包含有，但不局限于，手巾、训练裤、游泳服装、吸湿性卫生裤垫、婴儿清洁巾、成年人失禁产品和妇女卫生产品。
术语“医用吸湿性产品”包含有，但不局限于，吸湿性服装、下托垫、绑带、口罩、吸湿性卫生垫、以及消毒巾等。
术语“颈缩”或“颈缩拉伸”可交换地表示织物、非织造片材或层状材料是在减少其宽度或其横向尺寸的情况下，通过纵向拉伸或增加织物长度而被拉长的。这种受到控制的拉长可能在低温、室温或较高温下进行，它被限制在拉长方向增加总体尺寸，直到破坏织物、非织造片材或层状材料所需要的伸长，一般大约为1.2到1.6倍。当解除的时候，织物、非织造片材或层状材料不完全返回到其原来的尺寸。颈缩工艺一般地包括从供应卷解开片材，使它通过以已知线速度驱动的制动轧滚筒装置。拉紧滚筒或辊隙以比制动轧滚高的线速度运行，它拉长织物，产生使长织物伸长并使其颈缩需要的拉力。颁发给Morman并共同地转让给本发明授让人的美国专利4,965,122公开了一种可逆颈缩的非织造材料，这种材料是通过使材料颈缩，然后使颈缩的材料加热，继之以冷却而形成的，这个专利作为一个整体引作这里结合参照。使颈缩了的材料加热，就使得聚合物产生附加的，从而引起部分热定形的结晶过程。如果颈缩了的材料是纺粘片材，那么在颈缩工艺期间，片材中的某些纤维就可能变得卷曲，这正如美国专利4,965,122所解释的一样。
术语“可颈缩材料”或“可颈缩层”指的是可以颈缩的任何材料或层，例如，非织造的、织造的或针织的材料，或包含它们中之一的层状材料。正如这里所使用的，术语“颈缩的材料”指的是至少在一个方向已经被拉长了的(例如，纵向)，降低横向尺寸(例如，宽度)，这样以致于当拉长力取消时，材料可以被拉回其原来的宽度的任何材料。颈缩的材料一般比没颈缩的材料具有高的单位面积的基本重量。当颈缩的材料被拉回到其原来的宽度时，它应该具有与没颈缩材料大致一样的基本重量。这不同于使薄膜层进行拉伸/取向，在拉伸/取向期间薄膜是变薄的，因而基本重量减小了。本发明中所使用的优选的非织造片材是由无弹性聚合物制成的。
术语“缩颈百分比”指的是一个比率，这个比率是由测量可颈缩材料的没颈缩尺寸和颈缩尺寸之差，然后用可颈缩材料的没颈缩尺寸去除这个差所确定的。
程度措词，例如“大约”，“基本上”等在这里是在“当给定所述环境中特有的制造和材料容许误差时，处在，或几乎处在”的意义上被使用的，用来防止不道德的侵权者不正当地利用本发明公开的内容，因为在这个公开里给出了精确的或是无条件的图解和陈述，作为理解本发明的帮助。
附图简述

图1画出了纤维非织造片材的顶视图，此片材可以是纺粘的片材，它没有颈缩；图2画出了纤维非织造片材的顶视图，此片材可以是纺粘的片材，它已经颈缩了；图3画出了透气微孔薄膜的剖面图，它可以被层压成图1或图2的非织造片材；图4示意地画出了可用于形成本发明层状材料的工艺；图5画出了拉伸了的非织造片材，其上带有分离的弹性细丝；图6画出了带有皱褶的图5中的片材，此皱褶是由在加工方向回缩而产生的；和图7-9画出了按照本发明的层状材料组成部分的构造的各种实施例。

参考图1，非织造片材10可以是一种纺粘片材，它包含有许多单根的热塑性纤维成份12，这些成份使用一种粘结图案交替地粘结在一起，在本例中这种图案包含有许多点粘结14。以微观尺度的观察时，单根纤维12似乎具有波浪状的或稍微任意的取向。当以宏观尺度看时，因此就可以看见纤维12的整个长度，纤维12总体取向的主要方向平行于加工方向，这由箭头16来表示。如果非织造片材是纺粘的，它可以是有意地用高加工方向的细丝取向和主要在加工方向取向的热粘结来产生。这将提供具有内在横向可扩展性的纺粘片材，这更象传统的粘结梳理片材中存在的那样。
非织造片材10优选的是纺粘片材，然而还可以是熔喷片材、粘结的梳理片材、空气沉积片材、或包含有一种或多种非织造片材的层状材料或复合物。非织造片材也可以使用液压缠结工艺形成或改动的。在本发明的一个实施例中，非织造片材或包含有非织造片材的层状材料如上面所确定的，是可颈缩的。图2画出了颈缩的非织造材料20的顶视图，它可以是在加工方向16拉伸了的非织造片材10，拉伸使得片材在加工方向16伸长和在横向18变窄，或颈缩。
如图2所示，颈缩使得单根细丝12变得更加互相对齐，并且互相靠近。当使用可颈缩的非织造片材或层状材料时，颈缩百分比应该至少大约为15％，优选的是大约25-75％，更优选的是大约35-65％。在颈缩之前，非织造片材10应该具有的基本重量大约为每平方码0.05-4.0盎司(“osy”)，优选的是大约0.3-2.0osy，更优选的是大约0.4-1.0osy。
当使用可颈缩的非织造片材时，非织造片材可以由不可扩展聚合物构成，或者可以由可扩展聚合物构成。适合的不可扩展聚合物的例子包含有，并不限于此地，聚烯烃、聚酰胺以及聚酯。优选的聚合物包含有聚烯烃，例如聚丙烯和/或聚乙烯。其他适合的聚合物包含有主要是乙烯和C3-C12α-烯烃的共聚物，它的密度每cm3大约为0.900-0.935克，一般地被称为线性低密度聚乙烯。还包含有按重量计算至少90％丙烯的共聚物，并带有按重量计算不超过10％的C2或C4-C12的α-烯烃。当非织造片材10不是颈缩拉伸的或纤维卷曲的时候，可扩展的聚合物(如下所述)是优选的；当它是颈缩拉伸的时候，那么可扩展的聚合物也可能被使用。单点催化的聚烯烃(也就是说茂金属催化的或受约束几何催化的)也是有用的。这些聚烯烃可以是可扩展的或者是不可扩展的，取决于它们的密度和单体含量。单点催化的聚烯烃在美国专利5,571,619；5,322,728；和5,272,236中做了描述，其公开这里引作参照。
使用单点催化剂生产的聚合物具有非常窄的分子量范围。对于茂金属生成的聚合物来说，聚合度分布性数目(Mw/Mn)低于4甚至低于2是可能的。与另外类似的Ziegler-Natta生产的类型聚合物相比，这些聚合物也有受控制的短链分支的分布。还可以利用茂金属催化体系来相当精密地控制聚合物的全同立构规整度。通常，密度为0.900grams/cc或更大的聚乙烯的聚合物和共聚物往往是可扩展较少的或不可扩展的，而密度低于0.900grams/cc的则是可扩展更多的。通常，包括0-10％乙烯或其他α-烯烃共聚用单体的聚丙烯聚合物和共聚物往往是可扩展较少的或是不可扩展的，而包含超过10％共聚用单体的丙烯-α-烯烃共聚物则是可扩展更多的。
商品化生产单点催化的聚合物多少受到一定的限制，但是正在发展。这种聚合物可以从Texas，Baytown的Exxon Chemical Company获得，商品名为ACHIEVE的以聚丙烯为基的聚合物，以及商品名为EXACT和EXCEED的以聚乙烯为基的聚合物。Michigan，Midland的DowChemical Company能供应商品名为AFFINITY的聚合物。这些材料被认为是利用非立体选择的茂金属催化剂生产的。通常Exxon把它们的催化剂技术称作单点或茂金属催化剂，而Dow则把它们的称作“受约束几何”催化剂，使用的商品名为INSITE，以便把它们与传统的具有多个反应点的齐格勒-纳塔催化剂(Ziegler-Natta catalysts)区别开来。其他的厂商例如Fina Oil，BASF，Amoco，Hoechst以及Mobil在这个领域中都是活跃的，人们相信依据这种技术生产的聚合物的利用率在未来的十年将大大增长。
在第二个实施例中，横向可扩展的非织造片材10不是颈缩拉伸的。在这个实施例中，非织造片材10是由可扩展聚合物材料组成的，也就是说这种可扩展聚合物材料允许单根纤维12拉伸至少它们初始长度的25％，而当拉伸力取消时，回缩不超过拉伸长度和没拉伸长度之差的30％。优选的是可拉伸聚合物允许单根纤维12拉伸它们初始长度的至少35％(例如，35-300％)，而且当拉伸力取消时，回缩不超过拉伸和没拉伸长度之差的30％。更优选的是可拉伸聚合物允许单根纤维12拉伸它们初始没拉伸长度的至少50％(例如，50-200％)，而回缩不超过所述差值的30％。可扩展纤维12可以是由可扩展的和不可扩展的聚合物的混合或其他组合而组成的，只要这种可扩展聚合物存在的量足以使得纤维是可扩展的。
可扩展聚合物的例子包括有某些能伸缩的聚烯烃，例如基于丙烯的聚合物，它在主要聚丙烯链中既有无规立构的丙烯基团也有全同立构的丙烯基团。能伸缩的聚烯烃(FPO′s)是由Rexene Corporation出售的。还包括Himont Corporation以“catalloys”出售的多相丙烯-乙烯共聚物。多相的聚合物是在不同阶段向反应剂中添加不同水平的丙烯和乙烯而形成的反应剂混合物。按重量计算，多相聚合物一般包括大约按重量计10-90％的第一聚合物片段(segment)A，大约按重量计算10-90％的第二聚合物片段B，和按重量计算0-20％的第三聚合物片段C。聚合物片段A至少大约80％是结晶的，而且按重量计算包括大约90-100％的丙烯，均聚物或无规共聚物带有按重量计算直到10％的乙烯。聚合物片段B大约小于50％是结晶的，它包括有按重量计算大约30-70％的并与按重量计算大约30-70％乙烯进行了无规共聚合的丙烯。可选择的聚合物片段C按重量计算包含大约80-100％的乙烯和0-20％的进行了无规共聚合的丙烯。
其他的可扩展聚合物包括有极低密度的聚乙烯(VLDPE)，极低密度的聚乙烯是具有密度小于0.900grams/cm3的，而且优选的是大约0.870-0.890grams/cm3的乙烯-α-烯烃共聚物。优选的极低密度聚乙烯是单点催化的。其他的可扩展聚合物包括无规丙烯-α-烯烃共聚物，这种共聚物按重量计算包含超过10％的C2或C4-C12共聚用单体，优选的是按重量计算大约15-85％的共聚用单体，乙烯是优先选用的共聚用单体。
在第三实施例中，横向可扩展的非织造片材10是由卷曲的纤维12制成的。在这种技术中已知有多种卷曲工艺。卷曲纤维具有手风琴状或弹簧状的波纹或微波纹，使得当纤维扩展时，它们成一直线和/或这些波纹减少幅度。当使用卷曲纤维时，构造的聚合物不必是可扩展的，也就是说，可以是可扩展的，或者是不可扩展的。
在又一个实施例中，非织造片材生成得使纤维具有很高的加工方向(MD)和极少的横向(CD)取向。因此纤维粘结得使纤维的CD粘结减少到最小。这允许材料在CD扩展。这样材料的例子是粘合的梳理片材(BCW)非织造布，这种非织造布具有强的CD可扩展性和低的MD可扩展性。其他的非织造布，例如纺粘的，可以通过生成纺粘纤维使得纤维在MD方向高度取向和通过用一粘结图案使细丝粘结得材料可以容易在CD扩展来制作，以便性能像BCW’s。这样的粘结图案将具有低的粘结面积百分比(小于25％)，而且粘结主要是在MD排齐。因此在MD存在的纤维列粘结得不靠近在MD存在的纤维列。当粘结的纤维给予材料以强度和抗磨强度时，未粘结的纤维允许非织造布在CD容易扩展。在Encyclopedia of Polymer Science and Engineering，Vol.10Pages 211-212，Wiley & Sons(1987)中更进一步描述了BCW材料，这里引作结合参照。
图3图解说明了可扩展薄膜的一个实施例，在这种情况下，可扩展薄膜是透气并且可扩展的微孔薄膜，这种薄膜可以层压成颈缩拉伸的非织造片材、基于可扩展聚合物的非织造片材、卷曲的非织造片材，或带有HA纤维的高度对齐的纺粘材料等，这种纤维就是粘合的梳理片材中的纤维。透气的微孔薄膜100可以包括基本多微孔夹芯层112，夹在用于粘结的两个较薄表层122和124之间。作为选择，薄膜100可以包括基本多微孔夹芯层112和唯一的表层122或124，或者没有表层。
多微孔层112包括聚合母体111、多个处于母体内的空洞114和一个或多个处在每个空洞114中的填料粒子116，这里的空洞由确定着曲折路径的较薄微孔膜113围绕着。微孔层112是多孔和透气的，在其中在空洞之间的微孔膜113容易让水蒸汽从薄膜100的第一表面118分子扩散到第二表面120。作为选择，一些微孔或者所有的微孔都能透过薄膜，或者都可以互相连接起来以提供贯串通道。
聚合母体111可以由任何形成可扩展薄膜的热塑性聚合物构成。合适聚合物的例子包括，不限于此地，上面为第二实施例列举出的可扩展聚合物中的一种或几种，这里的第二实施例与具有可扩展纤维的非织造片材有关。可扩展聚合物必须的类型和数量使得当加上拉伸力时，薄膜100具有至少初始的没拉伸宽度大约25％的横向可扩展性。当拉伸力解除时，薄膜不应该回缩得足以使层状材料回缩超过拉伸宽度和初始没拉伸宽度之差的30％。优选的是薄膜100必须具有至少大约初始宽度35％的横向可扩展性(例如，35-300％)，更优选的是至少大约50％(例如，50-200％)。只要是薄膜具有必要的可扩展性，可扩展聚合物可以与不可扩展聚合物相混合。为母体111优选的聚合物如上所述是单点催化的乙烯共聚物和能伸缩的聚烯烃(FPOs)。
填料粒子116可以包括任何合适的无机或有机填料。为了保持薄膜100的液态水的阻挡层，填料粒子116最好是小的，以便产生微孔，通常，填料粒子应该具有的平均粒径大约为0.1-7.0微米，优选的是大约0.5-5.0微米，最优选的是大约0.8-2.0微米。合适的填料包括，不限于此地，碳酸钙、不膨胀性粘土、硅石、矾土、硫酸钡、碳酸钠、滑石、硫酸镁、二氧化钛、沸石、硫酸铝、硅藻土、硫酸镁、碳酸镁、碳酸钡、高岭土、云母、碳、氧化钙、氧化镁、氢氧化铝和聚合物的粒子。碳酸钙是目前优选的填料。
填料粒子116可能镀有少量(例如，按重量计算的2％)的脂肪酸或其他的材料，以便使它们在聚合母体中容易分散。合适的脂肪酸包括，而不限于此地，硬脂酸、或大链脂肪酸，例如廿二碳烷酸。填料粒子116在薄膜100的夹芯层112中的数量应该在大约夹心层112总体积(聚合物和填料)的10-55％之间变动，优选的是大约按体积的15-45％，更优选的是大约按体积算的25-40％。同样，聚合母体111按夹芯层112的体积算应该占大约45-90％，优选的是按体积大约55-85％，更优选的是按体积算大约60-75％。术语“体积”指的是聚合物和填料所占有的总体积，除去空洞或微孔中的空气空间。
聚合物成分、填料含量、填料粒子大小和拉伸度是帮助决定层状材料中可扩展微孔薄膜100的透气性和液体阻挡层的因素。一般说来，定向的微孔薄膜100将小于大约50微米厚，优选的是小于大约30微米厚，最优选的是小于大约20微米厚。薄膜100可以是单向地拉伸到大约其原来长度的1.1-7.0倍，以便造成透气性，优选的是拉伸到大约其原来长度的1.5-6.0倍，更优选的是拉伸到大约其原来长度的2.5-5.0倍。作为选择，薄膜可以是利用业内人士所熟知的通用技术进行双向拉伸的。优选的是薄膜是在其加工方向上单向拉伸的，而且薄膜被层压到非织造片材上，使得薄膜的加工方向与片材的加工方向对齐。拉伸的温度范围可以在大约38-150℃之间，这取决于具体使用的聚合物，优选的是大约70-95℃。可拉伸的透气薄膜100可以是通过流延薄膜或吹制薄膜层的复合挤压、通过挤压涂层，或通过任何传统的成层工艺来制造。
在图3的实施例中，多微孔透气薄膜层112是两或三层可扩展薄膜100中相邻的一或两层较薄的表皮层122和124。包含有一或两层表层改善了薄膜加工性能，而且也可以为透气的可拉伸薄膜100提供热封性质。外层122和124中的聚合物可以与多微孔层112中的聚合物一样或不一样。优选的是外层或多外层中的聚合物是可扩展的，具有比多微孔层112中低的软化点，并对薄膜100的热封性能有贡献。为了促进透气性，表层122和124可以包含有任意量的粒子填料，直到和多微孔夹芯层112一样，而且这些表层在薄膜取向之后也可以是多微孔的。
此外，外层122和124的厚度和组成应该是经过选择的，以便实质上不削弱湿蒸汽穿过透气薄膜100。因此，多微孔夹芯层112可能决定整个薄膜的透气性。为此，表层122和124一般大约小于10微米厚，优选的是大约小于5微米厚。组合起来的这些表层应该占全部薄膜厚度的顶多25％，优选的是占薄膜厚度的大约2-15％，更优选的是总薄膜厚度的3-5％。具有低软化点的优选的可扩展表层聚合物包括有非晶形茂金属或Ziegler Natta催化的乙烯与C3-C20α-烯烃共聚用单体组成的共聚物，其密度大约小于0.89grams/cc。非晶形聚α-烯烃(APAO)聚合物也是合适的，它可以是乙烯、丙烯和丁烯的无规共聚物或三元共聚物，以及是其他基本非晶形或半晶状的丙烯-乙烯聚合物。而且还包括乙烯乙酸乙烯酯、丙烯乙酸乙烯酯、乙烯丙烯酸甲酯以及任何前述聚合物的混合物。
横向可扩展微孔薄膜100在拉伸之后应该具有的水蒸汽透过速率(“WVTR”)至少为300grams/m2-24hours，这是利用如下所述的方法测量的。优选的是薄膜100应该具有的WVTR至少为1200grams/m2-24hours，更优选的是至少2000grams/m2-24hours。
图4图解说明了形成多层层状材料的整体工艺，这种层状材料带有必要的加工方向的弹性细丝并包括有透气薄膜。薄膜100是由薄膜复合挤压装置40，例如由可以在线或脱线的流延或吹塑装置而形成的。装置40一般地将包括两或三个挤压机41。为了制造夹芯层，在混合器(没有画出)中制取包括聚合母体材料和填料的填充树脂，然后送往挤压机41。为了制造各表层，可使用类似的附加混合装置(没画出)和挤压装置41来使不相容的聚合物组分混合，并把它们挤压在夹芯层的一面或两面上作为表层。把多层薄膜100挤压在使薄膜100冷却的冷却辊42上。邻接冷却辊的真空箱43在冷却辊的表面上产生真空，以帮助薄膜保持接近冷却辊的表面。空气刮刀或静电塔形件44也促使薄膜100贴着辊面。
从薄膜挤出装置40或脱线供应卷，多层薄膜100被送往薄膜拉伸单元47，此拉伸单元可以是一个加工方向的取向器，这在市场上能从供应商买到，这些供应商包括Providence，Rhode Island的Marshalland Williams Co。装置47具有许多拉伸辊46a-e，它们渐进地使薄膜在加工方向拉伸和变薄，这里的加工方向就是薄膜的行进方向。被加热到所要求拉伸温度的拉伸辊46a-e施加适量的应力并渐进地使多层薄膜100拉伸到一个拉伸长度，在个长度上夹芯层112变成多微孔和透气的，表层122和124变得足够的薄，而且或许是多微孔的，因此不妨碍整体薄膜的透气性。虽然装置47显示带有五个拉伸辊46a-e，然而拉伸辊的数目可多可少，这取决于所要求的拉伸程度和各对拉伸辊之间拉伸的大小。
有利的是利用上述升高了的拉伸温度，薄膜100可以单向地拉伸到其原来长度的1.1-7.0倍，优选的是大约其原来长度的1.5-6倍，合适的是大约原来长度的2.5-5倍。升高了的拉伸温度可以通过加热某些或所有的拉伸辊46a-e来维持。最适宜的拉伸温度随着薄膜100的夹芯层和表层聚合物而变化，一般低于夹芯层112中母体聚合物的熔化温度。
供应卷102，从薄膜供应装置上游，供给在加工方向拉伸并在横向分离的片材104或单根弹性基元层，例如股线或细丝的层，到一弹性基元张力辊106上，此张力辊使弹性基元拉伸并把它们放置成与第一非织造片材20粘合相接触，正如上面所讨论的，在本实施例中，当拉伸是在加工方向的时候，这个非织造片材是可以颈缩的。这些弹性构件或基元可以是有弹性的股线，例如，氨纶纤维，KRATON?等的股线。薄的弹性条带或泡沫，例如，异戊二烯、天然橡胶、KRATON?等，它们在横向都是分离地成片材的，使得在层状材料的这个方向不给予弹性。在一实验性的例子中，470分特的处在100％拉伸的LYCRA?股线粘着地层压在两层颈缩的非织造面料之间，显示出本发明所期望的性质在横向的可扩展性和在加工方向的弹性。参考图5，弹性基元，总起来说是108，在本实施例中是细丝，在颈缩的片材20上在加工方向(MD)扩展受拉，而在横向(CD)却分离开来，使得在横向上不给予所获得的层状材料以弹性。
在一个实施例(见图4)中，可颈缩非织造片材20可以是纺粘片材，它从供应卷62上退卷。然后可颈缩的材料20穿过S型滚筒装置66的压辊间隙64，此滚筒装置是由许多轧辊68-70以反向S型包围路径的方式形成的，如箭头所示。轧辊68和70以比上游供应卷62快的圆周速度转动，产生张紧力并使片材20颈缩。拉紧的颈缩了的材料可以在喷涂设备72(例如一个熔喷模具)下面通过，这个喷吹设备通过模头74把胶粘剂73喷射在片材20的表面上。无论有或者没有胶粘剂处理，颈缩的片材20都能因此与拉伸的弹性材料104和多层薄膜100相结合，并在轧辊58之间粘结，轧辊必要时可以被加热。
多层薄膜100，如果它是所获得的层状材料所要求的一个组成部分，就可以利用本技术中熟知的传统的胶合或热粘结方法层压成一种或多种基材，例如是一层非织造片材。基材和粘结的类型将按照具体的最终用途而不同。再一次参考图4，在薄膜被拉伸之后，薄膜100可以立即层压成具有弹性细丝108的非织造片材20。图4中的薄膜100在其另一侧上同时粘结在来源于供应卷63的第二CD可扩展材料30上。第二可扩展材料30可以是第二非织造片材或是另一种薄膜层。结果形成的层状材料32被卷绕和存储在供应卷60上。除了描述过的粘结技术之外，其他的粘结技术(例如其他热的，粘合剂的或超声的粘结)都可以使用。如果透气薄膜组成部分在合成层状材料中不是所期望的，当然可以把它省去。
所期望的层状材料32的横向可扩展性优选的是通过使可扩展透气薄膜100与横向可扩展的片材20和30对齐来完成，使得二者在粘结期间都在它们各自的加工方向上行进，而且薄膜和片材的加工方向基本上是彼此平行的。如果非织造片材20是颈缩了的片材，那么层状材料的横向可扩展性是通过薄膜和片材在横向扩展的时候，使片材返回其初始的没颈缩状态而完成的。如果非织造片材没有颈缩，但却是由可扩展聚合物制成的，那么当薄膜在横向拉伸时，非织造片材纤维就被延长。如果非织造片材是由卷曲纤维制成的，那么薄膜在横向扩展的时候，只有非织造片材的纤维变成较少卷曲的或不卷曲的。这些纤维可以既是卷曲的，又是由可扩展聚合物制成的，或是以粘合的梳理片材的形式而存在。由于在层压之前透气薄膜已经在其加工方向拉伸了，所以与在加工方向更进一步扩展相比，在层压之后薄膜具有一个更大的倾向在横向扩展。
参考图6，当从层状材料32上除去拉力时，由于弹性细丝的恢复，层状材料将在加工方向缩短。这将导致层状材料32的聚集，形成皱褶或皱纹110，它们在横向(CD)扩展并在加工方向(MD)间隔开来。
参考图7，8和9，从沿着层状材料的横向轴取得的横断面视图可以看到，按照本发明，层状材料组合部分的各种各样的布置是可能的。图7表示出夹在两层非织造片材20之间的弹性细丝108。图8表示出透气薄膜100、单层非织造片材20和弹性细丝108的层状材料。图9表示出带有弹性细丝108的单层非织造片材20。
总体层状材料32的横向可扩展性受到薄膜和非织造片材的可扩展性的影响。特别是在施加了拉伸力的时候，层状材料的横向可扩展性至少为其初始宽度的25％，优选的是至少为其初始宽度的35％，更优选的是至少为其初始宽度的50％，而不破坏层状材料或其任何组分。在拉伸力除去的时候，在一分钟的保持时间之后，层状材料的恢复或回缩不超过完全拉伸宽度和原来宽度之差的30％。在加工方向，层状材料将具有的弹性大小，就和由放置在加工方向的弹性基元的构造和布置所决定的那样。
表征本发明层状材料的另一种方法是利用在拉伸状态保持一分钟期间所受的回缩力下降百分比。测量回缩力下降百分比的方法在下面的例子中陈述。简短地说，层压材料的样品在横向扩展其初始宽度的50％。回缩力的测量是在使材料扩展50％之后和在扩展状态保持一分钟之后立即进行的。回缩力的下降百分比是这样计算的 为了处于在本发明要求的有限回缩之内，层状材料应该显示出的回缩力下降百分比至少大约为35％，优选的是至少大约45％。
水蒸气透过率测试法下面描述的方法用于测试本发明薄膜在典型室内温度和湿度条件下所表现的水蒸汽透过率(WVTR)。美国材料试验学会(ASTM)用于材料水蒸气透过率的标准测试方法的代号为E-96-80，这里的WVTR就是以类似的方式按照下面所述测试的。为了本发明的这个目的，从测试材料和对照材料CELGARD?2500(hoechst Celanese Corporation)上剪下3英寸直径(76mm)的圆样品。CELGARD?2500是由多微孔聚丙烯组成的0.0025cm厚的薄膜。为每种材料准备了两个或三个样品。用来测试的测试杯是铸铝的，装有法兰，深5.1厘米，带有机械密封和氯丁橡胶垫片。测试杯是由Philadelphia，Pennsylvania的Thwiug-Albert Instrument Company分销的，代号为Vapometer cupno.68-1。向每个Vapomete杯中注入一百毫米的蒸馏水，测试材料和对照材料的每个单个样品都跨过单个杯的顶端区域放置。把旋紧法兰拧紧，以便形成沿着测试杯边缘的密封，在62毫米直径的圆形区域(大约30cm2的敞开暴露面)上让相关的测试材料或对照材料暴露于环境大气。然后放置在托盘上称量这个测试杯，装入定在100(38℃)的强制通风烘箱中。这个烘箱是一个恒温烘箱，外界空气穿过烘箱以防止内部累积水蒸汽。适合的强制通风烘箱，例如，由Illinois，BlueIsland的Blue M Electric Co.分销的Blue M Power-O Matic 60型烘箱。经24小时之后，从烘箱中取出测试杯并称重。初始的WVTR测试值计算如下测试的蒸汽透过率＝[(24小时的克重量损失)×7571]÷24烘箱内部的相对湿度不是特别控制的。在预先决定的38℃和环境相对湿度的规定情况下，CELGARD 2500的WVTR确定为5000g/m2-24hours。因此，CELGARD 2500对于每次测试都是作为对照样品使用的，所得到的值都与对照样品相对于其已知的WVTR的偏差一致地进行了校正。
用于一个周期/保持拉伸试验的方法层压材料的样品切成3″长(MD)和6″宽(CD)。使用MTS SintecModel 1/S(系列号#1S/062196/197)来评价材料的永久定形性质。计量长度是3″，而被测试材料的面积是9平方英寸(3″×3″)。十字头速度设置为1000mm/min，以便模仿材料在手巾插筒管中将经受的扩展。在完全伸长的情况下材料保持60秒钟。周期伸长设置成各种各样的所关心的伸长。伸长设置得比真实目标低3％，这是因为人们发现由于高的十字头速度，Sintec将稍微超过设置的伸长。例如，如果要求50％的伸长和保持的话，则周期伸长设置为47％。
把材料夹在夹具中。在样品长度(材料的横向)上使材料拉伸到所要求的伸长(25％，50％，100％，150％，或200％)，并在伸长状态保持60秒钟。然后夹具回到它们原来的开始位置。
这里有三个阶段1)伸长，2)保持，和3)归零，对这个三个阶段中的每一个都由计算机采集和记录数据点。一般分析的数据是1)在伸长阶段十字头停止以前对最后一个数据点来说作用在样品上的力，2)正好在字头开始归零前作用在样品上的力，3)样品的实际伸长，以及4)在“归零”阶段，当作用在样品上的力恢复到10克或更少时样品的伸长。
横向可扩展的透气层状材料可以用于多种个人保健吸湿性物品和医用物品。吸湿物品包括，不限于此地，手巾、婴儿训练裤、游泳服装、吸湿性卫生裤垫、成年人失禁产品、妇女卫生产品等。医用产品包括医用服装、口罩、绷带、卫生垫、消毒巾等。
横向可扩展透气层状材料的优点是只是在必须拉伸的区域有选择地扩展，以便符合穿戴者身体的体形。例如，包含有层状材料作为外罩的尿布或裤子样的吸湿服装可以做得较小，比不可拉伸的手巾使用更少的材料。当吸湿服装被用于一个穿着者时，它只是在需要的地方(例如，在穿着者的前面和后面)在横向拉伸，以保证好的配合。因为回缩力可以做得最小，而且作在纵向上，所以在最大拉伸区域发生皮肤斑点和皮疹的问题实质上被克服了。
虽然这里公开了的本发明的实施例目前被认为是优选的，然而可以进行各种各样的修改和改善而不离开本发明的精神和范围。附加的权利要求项指出了本发明的范围，属于权利要求项所表达的内容和范围的所有变动都意味着被包含在本发明的范围内。


提供了一种层状材料，当它被用于个人保健吸湿性物品或医用物品时，能高度地适合穿戴者身体的体形。当施加一个拉伸力时，层状材料在横向可扩展到比原来没拉伸宽度至少大25％的一个宽度，而一旦它们被拉伸了，在横向却几乎没有显示出回缩力。放置上了弹性基元，以便在层状材料的加工方向提供拉伸和恢复，而不影响横向的无弹性。当穿戴上这种服装时，只是在穿戴者身上需要提供大致完全合身的一个方向上，层状材料才是可扩展的，而在层状材料的第二个方向提供的回缩力则帮助保证紧贴配合。