CN101528075A - 结构优化组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构优化组件，所述结构优化组件包括具有中部和端部的扣紧构件，其中或者所述中部包括内狭槽腿区、外狭槽腿区和内部低质量狭槽腿区，或者所述端部包括具有内加强区、外加强区和内部低质量加强区的狭槽加强件。

Description

结构优化组件

发明领域

本发明涉及具有结构优化组件的吸收制品，所述吸收制品能够吸收身体流出物。

发明背景

“表面扣件”一般用于众多应用中，例如一次性失禁制品(尿布)中，以将第一表面接合到第二表面上，从而以面对面关系连接制品的第一部分和第二部分。表面扣件包括扣紧系统，例如“钩-环”(即，Velcro^TM)、粘合带或胶带、磁铁等。尽管已知能够形成良好的连接，但表面扣件会难以对齐，尤其是当用在被扣紧的产品应用到可移动的穿着者身上的尿布等上时。此外，许多类型的表面扣件会粘附到不期望被粘附的物体上(即，胶带粘附到皮肤上，钩粘附到衣服/地毯上等)，并且在松开时会有噪音。

通常称作“宏扣件”的其它类型的扣件解决了许多与表面扣件相关的问题，所述宏扣件为大的联锁扣件。宏扣件趋于形成待连接部件的良好对齐，通常仅仅自身互锁(并不粘附到其它物体上)，并且许多在脱离时声音非常低。典型的宏扣件包括扣环、插片-狭槽、钩-眼扣、纽扣等。

宏扣件的缺陷在于使它们正确起作用所需的刚性。为防止宏扣件在接合过程期间显著变形，需要具有刚性，这导致扣件的两个组件形成不容易配合在一起的形状。此外，宏扣件需要在使用期间维持的负载可增加附加的强度需求，从而需要甚至更大的组件刚性来防止它们在使用期间变形或者甚至破裂。

在一次性吸收制品如尿布、成人失禁产品和妇女卫生制品领域，宏扣件可连接到所述制品上并用于接合制品的某些部分以形成腰部和腿部开口。为确保产品正确地贴合并保持在使用者躯干周围的正确位置上，某些张力必须通过腰部和腿部开口。宏扣件必须具有足够的强度以充分抵挡该张力，因此其将不会发生如上所述的变形或破裂。

在一次性吸收制品领域中使用诸如塑料和聚合物等材料来形成宏扣件是常见的，这是由于它们具有易于形成适于此类应用的形状的能力。宏扣件可包括用于提供强度的芯部件和提供柔软性的非织造材料覆盖件。由于含有聚合物，基体材料的价格随着材料的强度越来越大而趋于变得更昂贵。此外，对本领域的技术人员显而易见的是，所用材料越多，则组件的费用可能就更高。

使芯部扣紧元件具有足够刚性以承载所需负载存在两种一般已知的方式：1)使用较强(即，具有较高弹性模量)的材料，或2)添加更多材料以加强组件。

遗憾的是，这两种加强芯部件的方法一般均导致为实现正确功能所需的制造成本较高，并且如果转嫁给消费者，可降低产品的经济性或者导致对消费者而言不值得购买。

因此，为了实现对消费者而言物有所值，需要拥有具有最大强度的宏扣件或其它力传递元件，同时利用1)最小的弹性模量，和2)最少的材料量。

发明内容

本发明涉及包括扣紧构件的结构优化组件，所述扣紧构件具有中部和端部，其中或者所述中部包括内狭槽腿区、外狭槽腿区和内部低质量狭槽腿区，或者所述端部包括具有内加强区、外加强区和内部低质量加强区的狭槽加强件。

附图概述

在附图中，类似的附图标号表示类似的元件，它们在所描述的几个示例性实施方案中可相同或不同。为了更清楚地显示其它元件，某些附图可能已经通过省略所选择的元件进行了简化。在任何示例性实施方案中，除了在相应的文字说明中明确描述之外，某些附图中元件的此类省略并不一定表示特定元件的存在或不存在。

图1a至d示出了根据本发明的弯曲模量实例。

图2示出了根据本发明的一个实施方案获得的信息。

图3示出了本发明的结构优化组件的一个实施方案。

图4示出了本发明的结构优化组件的一个实施方案。

发明详述

如本文所用，下列术语应当具有下文所指定的含义：

与吸收制品相关的“一次性”是指吸收制品通常不旨在洗涤或换句话讲不再还原或不再重新用作吸收制品(即，它们旨在在单次使用后即被丢弃，并且优选地将其回收利用、堆肥处理或换句话讲以环境相容的方式进行处理)。

“吸收制品”是指吸收和容纳身体流出物的装置，更具体地讲是指紧贴或邻近穿用者的身体放置以吸收和容纳各种由身体排放的流出物的装置。示例性吸收制品包括尿布、训练裤、套穿裤型尿布(即，具有预成形的腰部开口和腿部开口的尿布，例如美国专利6,120,487中所示)、可重复扣紧的尿布或裤型尿布、失禁贴身短内裤和内衣、尿布固定器和衬里、妇女卫生内衣，例如紧身短裤衬里、吸收插件等。吸收制品可为一次性的或可具有可还原或更新的部分。

本发明涉及可利用最少量的材料和最小的弹性模量来提供最大刚性的结构优化组件设计。在给定最初组件设计的情况下，通过在结构上加强组件的较高应力或较高挠曲区域(当承受载荷时)并移除较低应力或较低变形区域内的材料，组件可被设计成限制组件在负载条件下的挠曲。

一般来讲，实现优化组件设计的最有效的方式为通过利用有限元分析技术，其借助被设计用于帮助此类计算的软件。通过遗传迭代方法，有可能实现越来越优化的设计，直到将该设计优化到实际限制的范围内。在某些情况下，也具有被设计成有助于演化方法的软件。另一种不太有效但仍似乎可能的优化方式是通过利用破坏性测试和反复试验方法。因此，本发明涉及结构优化组件设计。本发明的设计相对其它利用较多物质的欠优化设计而言利用较少的材料，同时实现相同的挠曲性能。

除了腿部和腰部力量之外，重要的是将作用于制品上的其它力量转移到制品的其它区域上以能够实现可能的最佳拟合。这样做可能需要在制品内利用刚性的力转移元件，因为力的本性可能不仅在于拉伸，而且还在于压缩和扭曲。此一实例是将腿部开口周围的一些力向上转移到制品的腰部开口的顶部，以使腰部保持尽可能地高。另一个实施方案包括将加强元件添加到尿布中，其可有助于制品的套穿和移除。本发明涉及利用尽可能少的材料来得到强度优化的加强元件。

结构优化组件设计的另一个优点是其更容易加工的能力，这是由于：1)部件质量降低，和2)表面积增加。这两个特性在热成形过程期间提供多个明显的优点。

部件质量的降低意味着每个部件将有较少的材料流，从而能够利用较廉价的具有减小尺寸的泵或挤出机。此外，部件质量越低，则部件在某些热成形过程中会更容易且更迅速地冷却并固化。组件表面积的增加意味着有更多的面积暴露于环境条件或暴露于该过程中的任何冷却机制。冷却速率与暴露于较低温度的表面积的量直接相关。

可按这样方式使用任何固体材料以形成利用较少材料质量的组件。一般来讲，在一次性吸收制品领域，热成形塑料为所用的主要材料。热塑性材料可由能够产生所需性质的任何材料制成，并且可承载通常在特定扣件实施方案中所见到的负载。这些材料一般包括塑料(PE、PP、PET、PA等)和含有填充剂以增加弹性模量的塑料(填充剂可为木料、木粉、碳纤维、碳酸钙等)，但是也可包括可用挤出方法形成的其它材料，如金属、陶瓷、复合材料、或共挤出材料。

因此，本发明涉及包括扣紧构件的结构优化组件，所述扣紧构件具有中部和端部，其中或者所述中部包括内狭槽腿区、外狭槽腿区和内部低质量狭槽腿区，或者所述端部包括具有内加强区、外加强区和内部低质量加强区的狭槽加强件。

本发明还涉及具有前腰区、与前腰区相对的后腰区和位于前腰区与后腰区之间的裆区、一对纵向边缘和一对端边的吸收制品，所述吸收制品包括：顶片；底片；用于将第一腰区的至少一部分与第二腰区的至少一部分接合的扣紧系统，所述扣紧系统包括含有狭槽构件的结构优化组件，所述狭槽构件具有中部和端部，其中或者所述中部包括内狭槽腿区、外狭槽腿区和内部低质量狭槽腿区，或者所述端部包括具有内加强区、外加强区和内部低质量加强区的狭槽加强件。

具体地讲，涉及扣紧机构的本发明的一个方面涉及包括狭槽加强件的结构优化组件设计，所述狭槽加强件被设计成相对其它狭槽加强件实现更优的抗开裂阻力对部件质量之比。通过检查经受非常小的载荷时的主弯曲方向，可建立垂直于该方向延伸的通过组件的平面。该方向可被描述为弯曲(20)的横截面，如图1所示，假定组件为各向同性/均匀的。考虑到该横截面，计算横截面积的质心成为可能。质心可被描述为横截面的微分面积的平均，或代表面积中心的点。可用以下微分方程来计算质心：

Cx＝∫xdA/A；Cy＝∫ydA/A

其中Cx、Cy为横截面的一端距质心的距离；x、y为横截面的那一端距微分面积的距离；dA为微分面积；A为总面积。

对于这种具体的弯曲横截面，可将平面限定为穿过质心并垂直于弯曲横截面。该平面为中性轴。因此，本发明涉及在弯曲的中性轴的任一侧面上所具有的远离弯曲的中性轴设置的材料多于朝向弯曲的中性轴设置的材料的狭槽加强件。这确保相对其它构型具有更优化的材料利用率。贯穿每个组件存在无数个弯曲横截面(20)。可如上所述计算每个的质心。对于组件，可通过建立垂直于每个弯曲横截面且通过每个质心的平面来确定中性轴。

本发明的示例性中性轴(10)示于图1a中。例如，在观察图1b、c和d所示的弯曲横截面时，全部具有近似相等的横截面积，并且在假定它们为相同的材料且为均匀/各向同性的时，它们抗弯曲达到不同的程度。图1c明显地比图1b更能抗弯曲；图1d明显地比图1c更能抗弯曲。这是由于图1d(并且在某种程度上图1c与图1b相比)更远离中性轴(10)的部分比邻近中性轴(10)的那些部分(如图1b中所示)具有更多横截面积。

本发明中考虑的另一个因素为中性轴的任一侧面上的材料应通过足够脊形的一个或多个构件连接，所述构件将防止经受弯曲时中性轴之上的区域滑过中性轴之下的区域。该连接体可为薄膜、纤维网、横梁、或一系列的横梁，但是其应具有足够的可防止滑动的抗扭曲力或抗剪切力。

在弯曲的中性轴的任一侧面上所具有的远离弯曲的中性轴设置的材料多于朝向弯曲的中性轴设置的材料，并具有足够强度的连接体的狭槽加强设计将比不具有这种排列的其它类似物质更坚固。因此，有可能在具有较少质量的组件上利用这种排列，同时实现与具有较多质量的那些相似的强度。图2示出了本发明的结构优化组件。该图示出了一个端部狭槽加强件的实例，该加强件已通过一系列的遗传迭代被优化到抗开裂和抗扭曲的实际限制内。

如图3所示的狭槽构件(300)具有中部(310)和端部(320)。该中部具有一对狭槽腿部(311)和狭槽开口(313)。每个狭槽腿部具有内狭槽腿区(331)、外狭槽腿区(332)和限定内部低质量狭槽腿区(333)的内部区域。内部低质量狭槽腿区具有相对内狭槽腿区或外狭槽腿区较低厚度、较低基重、较低密度、较高的空隙空间与非空隙空间之比、或较高的弹性模量。内狭槽腿区与外狭槽腿区之间的厚度、基重、密度、空隙空间与非空隙空间之比、或弹性模量可相同或不同。

在一个实施方案中，内部低质量狭槽腿区的厚度、基重、密度、空隙空间与非空隙空间之比、或弹性模量可相对内狭槽腿区和/或外狭槽腿区低约50％。作为另外一种选择，厚度、基重、密度、空隙空间与非空隙空间之比、或弹性模量可以比内狭槽腿区和/或外狭槽腿区的相应测量值降低约10％至约100％中的任何值。为了测量组件，测试前样本应在带空调的室内于约23±2℃和约50±2％相对湿度下保持至少两小时进行平衡。任何测量均应在没有外部负载(除重力外)施加到样本上的情况下进行。厚度测量应以在样本上施加小于或等于约1磅/平方英寸的方式进行。

作为另外一种选择，内狭槽腿区和外狭槽腿区可具有至少一个位于其间的结构连接体。连接体可具有与内、外狭槽腿区相同的厚度，或者连接体可为它们厚度的约5％至约100％。作为另外一种选择，连接体可为内狭槽腿区、外狭槽腿区厚度的约100％至约300％。连接体可以多种角度排列，即垂直于内、外区域或以任何角度排列。连接体应将内狭槽腿区的至少一些部分接合到外狭槽腿区的一些部分上以利用优化设计原理。外部区域的厚度可为约0.25mm至约1.0mm或更大。

如图3所示，狭槽构件也包括端部(320)，其包括狭槽加强件(321)。在本发明中，狭槽端部为质量和强度得到优化的末端加强件。狭槽加强件具有内加强区(341)、外加强区(342)、和限定内部低质量加强区(343)的内部区域。内部低质量加强区相对于外部区域具有较低厚度、较低基重、较低密度、较高的空隙空间与非空隙空间之比、或较低的弹性模量。在一个实施方案中，内部低质量加强区的厚度、基重、密度、空隙空间与非空隙空间之比、或弹性模量可相对于内加强区和/或外加强区低约50％。作为另外一种选择，厚度、基重、密度、空隙空间与非空隙空间之比、或弹性模量可以比内加强区和/或外加强区的相应测量值降低约10％至约100％中的任何值。这可意味着在中部可使用不同的潜在较低成本的材料。在另一种情况下，内部区域内的空隙空间与非空隙空间之比可为从约20至约1、从约1至约1、或者从约1至约20的比率。

在内部低质量狭槽加强区内，在一些应用中可希望在内部区域和外部区域之间提供结构连接体(360)以防止它们在弯曲期间滑过彼此。连接体可以多种形式制造。在一些加载条件下，重要的是具有至少一个结构连接体。在另一种情况下，可能重要的是具有多个连接体。连接体可在内区域和外区域之间成多个角度，但优选地，连接体连接内加强区和外加强区的至少一些部分。这些连接体可以多种其它方式形成，但常见的是它们具有与内、外加强区相当的强度以便保持系统的强度。

在一个实施方案中，在狭槽加强件内，内加强区和外加强区之间的主要连接通过一系列的横梁提供，所述横梁同时互连这三个区域(内加强区、外加强区、和内部低质量区的减缩厚度区)。这形成尤其坚固的加强件，其可同时抵抗多个方向上的变形。

在一个实施方案中，狭槽构件的周边宽于狭槽加强件的周边。其理由是使得在狭槽加强件周边的外部存在一些比狭槽加强件更柔韧的材料，该材料可在与穿着者紧密接触时提供减震作用。在其它情况下，加强部分的周边可与狭槽构件的周边重合，或者与狭槽构件成一整体。在其它情况下，狭槽加强件的周边可宽于狭槽构件，因为这可以是提供更远离弯曲的中性轴设置的附加材料的一种方式。作为另外一种选择，整个狭槽加强件可与狭槽构件成一整体。

狭槽加强件可位于狭槽构件的多个部分上。在另一个实施方案中，如图4所示，狭槽构件的端部可包括在构件的中心具有加强件的狭槽加强件。对于某些几何形状，有必要利用设置在内区域和外区域之间的加强件以有助于内加强区与外加强区的连接。加强狭槽具有内加强区、外加强区、和限定内部低质量区的内部区域。在低质量区内，狭槽加强件具有设置在内区域和外区域之间的补充支撑件。在内部区域内，狭槽加强件具有一系列的连接横梁，其将外加强区互连到补充加强件上，并且还将补充加强件连接到内加强区上。相对于外部区域，内部低质量区具有厚度、基重、密度、更大的空隙空间与非空隙空间之比、或弹性模量。

本发明也可用作扣紧组件的插片部分。插片-狭槽构型描述于以下公布中：WO 2007/036918；WO 2007/036910；WO 2007/036908；WO 2007/036899；WO 2003/10574；WO 1999/011211。尽管这些公布描述了如何将插片/狭槽扣紧系统结合到吸收制品中，但是都没有描述本发明的优化组件。本发明的组件可用于本文所述的多种类型的吸收制品中。

在其它实例中，所述组件可以不是狭槽，而是可为设计成承载扭曲或压缩载荷以将来自制品一个区域的力传送到另一区域、同时利用上述相同的质量优化原理的构件。仍可存在被设计成实现相同目标的内加强区、外加强区和内部低质量区，以在最少材料利用量情况下获得最大的强度。在这些情况下，可分析负载并可相应地设计组件以优化用于正在进行的负载条件的材料利用。在一些情况下，可以有利的情况为，将组件优化成在多个方向上弯曲，这可得到远不及所示狭槽那样平坦的形状。

本发明的组件不必既具有内部低质量狭槽腿区域又具有内部低质量加强区。组件可仅仅具有内部低质量区中的一个或同时具有两个。

在一个实施方案中，承载元件大致为“+”形横截面，其中“+”的每条腿被定形为像“T ”。“T”的底部在“+”的中心处；而T的顶部在外侧边缘处。在一些实例中，所述形状可在X和Y方向上完全相同。在另一个实例中，所述形状可在x方向上较宽而在y方向上较窄，或者反之。在该实例中，所述形状得到四个限定外加强区的外部横梁和具有限定内部低质量区的“+”形横截面的内部区域。所述内部区域用作四个外加强区之间的结构连接。所述内部区域相对外部区域具有较低厚度、较低基重、较低密度、较高的空隙空间与非空隙空间之比、或较低的弹性模量。

本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲是指所引用的数值和围绕该数值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

在发明详述中引用的所有文件都在相关部分中以引用方式并入本文中。对于任何文件的引用不应当解释为承认其是有关本发明的现有技术。当本发明中术语的任何含义或定义与引入以供参考的文件中术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。

虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案和/或各个特征，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明实质和范围的情况下可以做出多个其他改变和变型。此外，应该清楚，这些实施方案和特征的所有组合均是可能的，并且可得到本发明的优选实施。因此，所附的权利要求书意欲包括在本发明范围内的所有这样的改变和变型。

Claims (11)

1.一种结构优化组件，所述结构优化组件包括具有中部和端部的扣紧构件，其中或者所述中部包括内狭槽腿区、外狭槽腿区和内部低质量狭槽腿区，或者所述端部包括具有内加强区、外加强区和内部低质量加强区的狭槽加强件。

2.如权利要求1所述的组件，其中所述中部包括内狭槽腿区、外狭槽腿区和内部低质量狭槽腿区，并且所述端部包括具有内加强区、外加强区和内部低质量加强区的狭槽加强件。

3.如前述任一项权利要求所述的组件，其中所述狭槽加强件所具有的远离弯曲的中性轴设置的材料多于朝向所述弯曲的中性轴设置的材料。

4.如前述任一项权利要求所述的组件，其中或者所述中部包括连接所述弯曲的中性轴的任一侧上的材料的连接体，或者所述狭槽加强件包括连接所述弯曲的中性轴的任一侧上的材料的连接体。

5.如权利要求4所述的组件，其中相对于所述内狭槽腿区和所述外狭槽腿区或所述内加强件区和所述外加强件区的厚度，所述连接体具有约5％至约100％的厚度。

6.如权利要求4所述的组件，其中相对于所述内狭槽腿区和所述外狭槽腿区或所述内加强件区和所述外加强件区的厚度，所述连接体具有约100％至约300％的厚度。

7.如前述任一项权利要求所述的组件，其中或者所述内部低质量狭槽腿区相对于所述内狭槽腿区和所述外狭槽腿区具有较低厚度、较低基重和较低密度，或者所述内部低质量加强区相对于所述内加强区和所述外加强区具有较低厚度、较低基重和较低密度。

8.如权利要求7所述的组件，其中所述内部低质量狭槽腿区或所述内部低质量加强区各自与所述内狭槽腿区和所述外狭槽腿区或所述内加强区和所述外加强区相比减小约10％至约100％。

9.如前述任一项权利要求所述的组件，其中所述组件由热塑性材料制成。

10.一种包括结构优化组件的制品，所述结构优化组件包括或者内加强区、外加强区和内部低质量区或者外加强区和内部低质量区。

11.一种吸收制品，所述吸收制品具有前腰区、与所述前腰区相对的后腰区和位于所述前腰区与所述后腰区之间的裆区、一对纵向边缘和一对端边，所述吸收制品包括：

顶片；

底片；和

用于将所述前腰区的至少一部分与所述后腰区的至少一部分接合的扣紧系统，所述扣紧系统包括结构优化组件，所述结构优化组件包括具有中部和端部的扣紧构件，其中或者所述中部包括内狭槽腿区、外狭槽腿区和内部低质量狭槽腿区，或者所述端部包括具有内加强区、外加强区和内部低质量加强区的狭槽加强件。

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