CN1226300A - 湿辊压薄纸的制造方法 - Google Patents

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CN1226300A CN97196808A CN97196808A CN1226300A CN 1226300 A CN1226300 A CN 1226300A CN 97196808 A CN97196808 A CN 97196808A CN 97196808 A CN97196808 A CN 97196808A CN 1226300 A CN1226300 A CN 1226300A
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沃德·W·奥斯滕多夫
奥斯曼·波拉特
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Abstract

本发明提供制造湿辊压纸幅的方法。造纸纤维的初期纸幅(120A)在带孔的成形件(11)上形成,并转移到压印件(219),使得初期纸幅中的造纸纤维偏转到压印件的偏转导管中。纸幅(120A)和压印件(219)随后在压缩咬合区(300)中的第一脱水毡(320)和第二脱水毡(360)间受辊压,使得造纸纤维进一步偏转到压印件的偏转导管中,并将水从纸幅的两面除去。压缩咬合区(300)具有延伸的长度,并包括凸和凹相对的压缩表面。

Description

湿辊压薄纸的制造方法
本发明涉及纸的制造，特别涉及制造湿辊压薄纸幅的方法。
诸如面巾纸、卫生纸、纸巾等一次性制品一般是由一个或多个纸幅制成。如果要制品能具有预定的功能，形成它们的纸幅必须具有一定的物理性能。这些性能中较为重要的是强度、柔软性和吸湿性。强度是纸幅在使用时保持完整性的能力。柔软性是使用者折皱他们手中的纸和用纸幅接触他们的身体部分时感受到的舒服的感觉。柔软性一般随着纸幅韧性的降低而增加。吸湿性是纸幅能够吸取和保持流体的性能。一般来说，纸幅的柔软性和/或吸湿性是在牺牲纸幅强度的情况下增加的。因此，业已开发的造纸方法力图提供具有所需强度的柔软吸水的纸幅。
授予Sanford等人的美国专利3,301,746公开了一种纸幅，其采用穿透式干燥系统进行加热预干燥。然后部分纸幅在干燥鼓上压入织物关节图案。虽然Sanford等的专利方法旨在提供改进的柔软性和吸湿性，而不牺牲拉伸强度，用Sanford的穿透式空气干燥器除去水耗能很大，因此成本较高。
授予Justus的美国专利3,537,954公开了一种在上织物和下成形线间形成的纸幅。在纸幅夹在织物和一个较软且弹性的造纸毡之间的咬合区上，将一个图案赋予纸幅。授予Hulit等人的美国专利4,309,246公开了将不压实的湿纸幅送入由编织件形成的一个开口的网状压印织物中。在第一辊压咬合区，在造纸毡和压印织物间辊压纸幅。然后由压印织物将纸幅从第一辊压咬合区送到干燥鼓上的第二辊压咬合区。授予Turunen等人的美国专利4,144,124公开一种造纸机，它具有一个双线成形机，该成形机具有一对环形织物，织物可以是毡。环形织物之一向辊压部分运送纸幅。辊压部分可包括向该辊压部分运送纸幅的环形织物，可以是毡的附加环形织物，和在纸幅上压成图形的加工线。
授予Justus和Hulit等人的专利都具有这样的缺点，即，它们均在具有仅一个毡的咬合区辊压湿的纸幅。在辊压纸幅时，水会从纸幅两侧出来。因此，不接触毡的纸幅表面排出的水会在辊压咬合区的出口再进入纸幅。辊压咬合区出口的纸幅再润湿的情况降低了辊压装置去除水的能力，破坏了在辊压时形成的纤维间的结合，并会造成在辊压咬合区已变得致密的纸幅部分的再膨胀。
授予Turunen的专利公开一种辊压咬合区，它包括两个可以是毡的环形织物和压印线。但是，Turunen没有在将纸幅在辊压咬合区辊压前，将纸幅从成形线转移到压印织物使得湿的纸幅部分发生初始偏转。因此，在Turunen中的纸幅一般在辊压口入口上是单平面的，造成在辊压口上纸幅的整个压实。纸幅的整个压实是不希望的，因为，通过增加纸幅的较低密度部分的密度限制了纸幅的不同部分间的密度差别。
另外，Hulit等人和Turunen等人提供的辊压装置，其中压印织物具有分散的压实关节，如在编织物的经纬线的交叉点处。分散的压实区域不能提供具有能承受载荷的连续高密度区域和为提供吸湿性的分散的低密度区域的湿成形纸张。
滚花也可用于使纸幅膨胀。然而，干燥的纸幅的滚花会使纸幅中的纤维间结合断裂。这种断裂是因为结合形成后进行纸幅干燥时发生的。在纸幅干燥后，在纸幅平面的垂直方向移动纤维，使得纤维间的结合断裂，这又使得产生具有比滚花前的拉伸强度小的纸幅。
以下的对比文件公开滚花工艺：欧洲专利申请No.0499942A2，美国专利No.3,556,907，美国专利No.3,867,225，美国专利No.3,414,459和美国专利No.4,759,967。
因此，造纸科技人员继续在寻求能够经济合理地生产的改进的纸的结构，它具有高的强度，而且不损坏其柔软性和吸湿性。
因此，本发明的目的是提供一种纸幅的脱水和成形方法。
本发明的另一个目的是使纸幅的一部分在压印件上初始偏转，随后在具有可延伸的咬合长度的辊压咬合区中的两个可偏转的水接受件间辊压形成的非单一平面纸幅和该压印件。
本发明的另一个目的是提供湿辊压纸幅，它对于纸张柔性的给定等级具有增加的强度。
本发明的另一目的是提供非滚花图案的纸幅，它具有较高密度的连续网，分散在整个连续网中的多个较低密度的园顶部，和至少部分地包围每个低密度的园顶部的厚度减小过渡区。
本发明提供一种纸幅成形和脱水的方法。根据本发明的一个实施例，造纸纤维的初期纸幅是在一个带孔的成形件上形成，并被转移到一个压印件上，在不使初期纸幅密度变大的情况下，将初期纸幅中的造纸纤维的一部分偏转到压印件的偏转导管中。然后纸幅和压印件在压缩咬合区中第一和第二脱水毡间辊压，进一步将造纸纤维偏转到压印件的偏转导管中，并从纸幅的两侧除去水。压缩咬合区具有延伸的咬合区长度，在加工方向咬合区长度至少是约3.0英寸。压缩咬合区形成在相对的压缩表面间。在一个优选的实施例中，压缩咬合区是由相对的分别具有凹、凸压缩表面的压力机构成。
本发明的方法包括以下步骤：
在带孔的成形件上形成造纸纤维初期纸幅，初期纸幅具有第一面和第二面；
将初期纸幅从带孔的成形件转移到压印件上，使得初期纸幅的第二面靠近带孔压印件的纸幅接触面；
使在初期纸幅中的造纸纤维的一部分偏转到偏转导管部分中，并通过偏转导管部分从初期纸幅中除去水，形成一个不压实的非单平面的造纸纤维的中间纸幅；
在压缩咬合区中辊压纸幅，所述咬合区具有至少约3.0英寸的加工方向长度，其中第一毡层邻近中间纸幅的第一面，纸幅压印表面邻近中间纸幅的第二面，并且偏转导管部分与第二毡层流动连通。
在一个实施例中，辊压中间纸幅的步骤包括在压缩咬合区中辊压中间纸幅，其压缩咬合区具有约3.0-20.0英寸的加工方向长度，最好所述长度是约4.0-10.0英寸。
辊压中间纸幅的步骤可以包括，在横跨加工方向咬合区直线宽度上以每英寸约400-10000磅的载荷辊压中间纸幅。
本说明的权利要求书具体指出并明确限定了本发明，通过以下结合附图的说明可以更好地理解本发明，其中：
图1是连续造纸机的一个实施例的示意图，示出从带孔的成形件向一个带孔的压印件转移纸幅，向压缩咬合区运送在带孔的压印件上的纸幅，并在压缩咬合区中的第一和第二脱水毡间辊压在带孔的压印件上运送的纸幅；
图2是带孔的压印件的平面图，它具有一个第一纸幅接触面，它包括宏观单平面的连续加花网状的纸幅压印表面，该压印表面在带孔的压印件内形成多个分离隔开的不相连的偏转导管；
图3是在图2的线3-3处截取的带孔的压印件一部分的剖视图；
图4是图1所述的压缩咬合区的放大示意图，示出邻近纸幅第一面的第一脱水毡，邻近纸幅第二面的带孔压印件的纸幅接触面，和邻近带孔压印件的第二毡接触面的第二脱水毡，其中压缩咬合区包括相对的凸和凹压缩表面；
图5是本发明另一个实施例中的压缩咬合区的示意图，其中纸幅在第一脱水毡和复合压印件间，复合压印件包括由结合到第二脱水毡表面的光聚合物形成的带孔的纸幅加花层，并且其中，纸幅、第一毡和复合压印件位于压缩咬合区中的相对的凹、凸压缩表面之间；
图6是使用图2和3的带孔的压印件形成的成形纸幅的平面示意图；
图7是从图6的7-7线截取的纸幅的剖面示意图；
图8是图7中示出的纸幅剖面放大图；
图9示出使用图5所示的压缩咬合区结构的本发明另一个实施例的造纸机，所述咬合区具有的复合压印件包括由结合到脱水毡层的表面的光聚合物形成的带孔的纸幅加花层；
图10是复合压印件的剖面示意图；
图11是具有纸幅接触面的带孔压印件的平面示意图，纸幅接触面包括连续的加花偏转导管和多个分散的相隔的纸幅压印表面；
图12是具有半连续纸幅压印表面的带孔的压印件的平面示意图。
图1示出可在本发明中使用的连续造纸机的一个实施例。本发明的工艺过程包括依次进行的多个步骤或操作。尽管本发明的工艺过程最好以连续方式进行，但应理解：本发明也可包括分批的操作，如手巾纸(handsheet)制造过程。将在下面说明一个优选的步骤顺序，但应理解本发明的范围由权利要求书限定。
根据本发明的一个实施例，造纸纤维的初始纸幅120是在带孔的成形件11由造纸纤维的水分散体形成。然后初始纸幅120转移到带孔的压印件219，它具有包括纸幅压印表面和偏转导管部分的第一纸幅接触面220。在初始纸幅120中的造纸纤维的一部分偏转到带孔的压印件219的偏转导管部分中，而不使纸幅变得密实，从而形成一个中间纸幅120A。
中间纸幅120A在带孔的压印件219上从带孔的成形件11运送到压缩咬合区300，压缩咬合区300在加工方向的长度约为3.0英寸。咬合区300具有相对的压缩表面。相对的压缩表面可以是相对的凸、凹压缩表面，凸压缩表面由压辊362形成，相对的凹压缩表面由瓦形辊压组件700构成。
第一脱水毡320邻近中间纸幅120A设置，第二脱水毡360邻近带孔的压印件219设置。中间纸幅120A和带孔的压印件219随后在压缩咬合区300的第一和第二脱水毡320和360间受辊压，进一步将造纸纤维的一部分偏转到压印件219的偏转导管部分中，使得与纸幅压印表面相随的中间纸幅120A的一部分压实，并且通过从纸幅两侧除去水进一步使纸幅脱水，从而形成一个比中间纸幅120A干燥的成形纸幅120B。
成形的纸幅120B在带孔的压印件219上从压缩咬合区300运送出来。成形的纸幅120B可在穿透式空气干燥器400中进行预干燥，通过将加热的空气引导首先通过成形纸幅，然后使空气通过带孔的压印件219从而进一步干燥成形纸幅120B。然后带孔的压印件的纸幅压印表面会压入成形纸幅120B中，如在辊209和干燥鼓510间形成的一个咬合区上，从而形成一个压印纸幅120C。将纸幅压印表面压入成形纸幅中可进一步使得与纸幅压印表面相随的纸幅部分变致密。然后压印纸幅120C在干燥鼓510上干燥，并由一个刮刀524在干燥鼓起皱。
现更详细地叙述本发明的工艺过程，实现本发明的第一步骤是将从木纸浆得到的造纸纤维水分散体形成初期纸幅120。本发明所用的造纸纤维通常包括由木纸浆得到的纤维。其他的纤维素纤维的纸浆纤维，如棉籽绒，甘蔗渣等也可以用，也在本发明范围内。合成纤维，如人造丝，聚乙烯和聚丙烯纤维也可与天然纤维素纤维结合使用。可以用的一种典型的纤维是HerculesInc.of Wilmington,Delaware供应的商标为PulpexTM的纤维。可用的木纸浆包括化学纸浆，如牛皮纸、亚硫酸盐和硫酸盐纸浆，以及机械纸浆，包括如木屑，热机械纸浆和化学改性热机械纸浆。可用由落叶树(下文称为硬木)和针叶树(下文称软木)制的纸浆。再循环纸的纤维也可用于本发明，这种纤维可包括任何或所有上述各类以及其他非纤维材料，如用于促进初始造纸过程的填料和粘结剂。
除了造纸纤维外，其他的组分和材料也可加入到造纸配料中。希望的添加剂的类型取决于期待的薄纸的具体最终用途。例如，卫生纸、纸巾、面巾纸和类似的其他纸制品中，具有高的湿强度是希望的。因此，常希望向造纸配料中加入工艺上被称为“湿强度”树脂的化学物质。
在系列号为29的纸浆和纸工业技术协会(TAPPI)(纽约，1965)的专题论文“在纸和纸板中湿强度”中可见到在造纸技术中用的湿强度树脂的基本论述。最常用的湿强度树脂一般是阳离子型的。聚酰胺-表氯醇树脂是已发现有特殊用途的阳离子湿强度树脂。1972年10月24日和1973年11月13日授予Kein的美国专利No.3,700,623和No.3,772,076中，说明了这些树脂适当的类型，这里引用这些专利作为参考。适用的聚酰胺-表氯醇树脂的供应者是Hercules Inc.of Wilmington,Delaware，这种树脂的商标是KymeneTM557H。
聚丙烯酰胺树脂也可用作湿强度树脂。在本文中引作参考的1971年1月19日授予Coscia等的美国专利No.3,556,932和1971年1月19日授予Williams等的美国专利No.3,556,933中公开了这些树脂。聚丙烯酰胺树脂一个供应者是American Cyanamid Co.of Stanford,Connecticut，这种树脂之一的商标是ParezTM631NC。
在本发明中使用的其他水溶性阳离子树脂是尿素甲醛和密胺甲醛树脂。这些多功能树脂中的较普遍的官能团是含氮的官能团，如与氮相连的氨基官能团和羟甲基官能团。聚乙烯亚胺(polyethylenimine)型的树脂也可在本发明中使用。另外，临时性的湿强度树脂，如Caldas10(日本Carlit公司制造)和CoBond1000(Natoianal Starch and Chemical公司制造)也可用于本发明。在本发明实施中，向纸浆配料中添加诸如上述湿强度和临时湿强度树脂的化合物如是选择性的，而不是必须的。
虽然在其他液体中的纤维分散体也可使用，但最好由造纸纤维的水分散体制备初期纸幅120。纤维在水中分散形成浓度约0.1-0.3％的水分散体。分散体、泥浆、纸幅或其他系统的百分比浓度定义为，100乘以在所述的系统中的干纤维重量被整个系统重量除得到的商。纤维重量是完全无水纤维的重量。
实施本发明的第二步骤是形成造纸纤维的初期纸幅。见图1，造纸纤维的水分散体供给顶箱18，它可以是任何合适的形式。造纸纤维的水分散体从顶箱18送到带孔的成形件11，形成初期纸幅120。成形件11包括连续的长网向线。成形件11也可包括结合到连续强化结构上的多个聚合物凸起，以形成具有两个或多个不同单位重量区的初期纸幅120，如本文引用作为参考的1993年9月14日授予Trokhan等的美国专利No.5,245,025所公开的，这里引用该专利作为参考。图1所示的是单成形件11，单线或双线成形装置均可采用。其他成形线结构，如S或C包裹形的结构也可采用。
成形件11由胸辊12和多个返回辊支承，在图1中仅示出两个返回辊13和14。成形件11由未示出的驱动装置在箭头81所示的方向驱动。通过在带孔的成形件上沉积所述分散体并去除一部分水分散介质而由造纸纤维的水分散体形成初期纸幅120。初期纸幅120具有与带孔的成形件11接触的第一纸幅面122，和面向相反方向的第二纸幅面124。
初期纸幅120可在如图1所示的连续造纸过程中形成，或者，也可以在如手巾纸制造过程的分批过程中形成。在造纸纤维的水分散体沉积在带孔的成形件11上后，通过本领域技术人员公知的技术除去一部分水分散介质而形成初期纸幅120。在水当中，可采用真空箱、成形板、浮筒(hydrofoil)等有效地将水分从带孔的成形件上去除。初期纸幅120与成形件11围绕返回辊13一起运行，被带到带孔的压印件219附近。
带孔的压印件219具有第一纸幅接触面220和第二毡接触面240。如图2和3所示，纸幅接触面220具有纸幅压印表面222和偏转导管部分230。偏转导管部分230形成从第一面220到第二面240的连续通道的至少一部分而使水穿过带孔压印件。因此，水在带孔的压印件219的方向从造纸纤维的纸幅中除去时，水被处理掉，而不必再接触造纸纤维的纸幅。带孔的压印件219可包括环形带，如图1所示，并可由多个辊201-217支承。由驱动装置(未示出)在图1所示方向281(对应加工方向)驱动带孔的压印件219。带孔的压印件219的第一纸幅接触面220可用乳化液喷淋，乳化液含有重量约90％的水，8％的石油，1％的十六烷基醇和1％的如Adogen TA-100的表面活性剂。这样的乳化剂有助于使纸幅从压印件219向干燥鼓510转移。当然，应理解：在手巾纸的分批制造过程中，带孔的压印件219不需要包括环形带。
在图2和3所示的实施例中，带孔的压印件的第一纸幅接触面220包括一个宏观单平面的连续网状图形的纸幅压印表面222。连续网状纸幅压印表面222在带孔压印件219内形成多个分散的隔开的不相连的偏转导管230。偏转导管230具有开口239，它在形状和分布上是随机的，但最好是形状一致并在第一纸幅接触面220上以重复的预选图形分布。这样的连续网状纸幅压印表面222和分散的偏转导管230对于形成具有连续较高密度网状区域1083和分散在整个连续较高密度网状区域1083上的多个较低密度圆顶1084的纸结构是很有用的，如图6和7所示。
开口239的适当形状包括，但不限于，圆形、椭圆形和多边形，在图2中是六角形的开口239。开口239在成直线的行和列中是规则且均匀地隔开。如图2所示，开口239也可以在加工方向(MD)和横跨加工方向(CD)上是双向交错，在此，加工方向是指平行于纸幅通过设备的流动方向，横跨加工方向垂直于加工方向。具有连续网状纸幅压印表面222和分散隔开偏转导管230的带孔压印件219，可以根据以下本文引作参考的美国专利制造：1985年4月30日授予Johnson等的美国专利No.4,514,345；1985年7月16日授予Trokhan的美国专利No.4,529,480；1992年3月24日授予Smurkoski等的美国专利No.5,098,522；1996年5月7日授予Trokhan等的美国专利No.5,514,523。
参见图2和3，带孔的压印件219可包括织造强化件243，用于提高带孔压印件孔219的强度。尽管可以采用任何合适的编织图形，强化件243包括加工方向的强化线股242和横跨加工方向的强化线股241。在线股241和242间的空隙形成的织造强化件243的开口比偏转导管230的开口239小。织造强化件243中的开口和偏转导管230的开口239一起形成从第一面220延伸到第二面240的连续通道，用于将水运送通过带孔的压印件219。强化件243也可以形成一个支承表面，限制纤维向偏转导管230的偏转，从而有助于防止在与偏转导管230相随的纸幅部分中形成孔，如在较低密度的圆顶1084中形成孔。这样的孔或针孔会由于在纸幅两侧存在压差时空气或水流过偏转导管而产生。
纸幅压印表面222的面积占第一纸幅接触表面220的整个面积的百分数应约在15-65％，最好是20-50％，以便形成如图6和7所示的较高密度区域1083和较低密度区域1084的面积的理想比例。第一面220的平面中的偏转导管230的开口239大小可以用有效自由跨距表示。有效自由跨距定义为第一面220的平面中的开口239的面积除以开口239的周长的四分之一的商。有效自由跨距应约为形成初期纸幅120的造纸纤维平均长度的0.25-3.0倍，最好在0.5-1.5倍。偏转导管230可具有一个深度232(图3)，它约为0.1-1.0毫米。
在另一实施例中，带孔的压印件219可包括一个纺织丝形成的织物带。纸幅压印表面222可由在纺织丝的交叉点上形成的分散的关节形成。用作带孔压印件219的合适的纺织丝织物带在以下本文引作参考的美国专利中公开：1967年1月31日授予Sanford等的美国专利No.3,301,746；1975年9月16日授予Ayers的美国专利No.3,905,863；1980年3月4日授予Trokhan的美国专利No.4,191,609；1980年12月16日授予Trokhan的美国专利No.4,239,065。
在又一个实施例中，带孔的压印件219可具有第一纸幅接触面222，第一纸幅接触面222包括一个连续加花的偏转导管230，导管230包围多个分散的隔开的纸幅压印表面222。这样的带孔压印件219可用于形成一种成形纸幅，它具有连续较低密度网状区域和在整个连续较低密度网状区域中分散的多个分开的较高密度区域。这样的带孔的压印件示于图11，并在本文引用作为参考的1985年4月30日授予Johnson等的美国专利No.4,514,345中公开。
在再一个实施例中，带孔的压印件219可具有第一纸幅接触表面220，第一纸幅接触表面220包括多个半连续的纸幅压印表面222。如本文所示的，如果多个压印表面222沿纸幅接触面220上的任何一个方向基本不断开地延伸，并且每个压印表面由一个偏转导管230与相邻的压印表面220隔开，纸幅压印表面222的图案被认为是半连续的。纸幅接触面220可具有相邻的半连续的压印表面222，它由半连续的压印偏转导管230分隔开。半连续的压印表面222可基本平行于加工方向或横跨加工方向延伸，或沿与加工方向或横跨加工方向成角度延伸。这样的带孔的压印件示于图12，并在本文引用作为参考的1992年8月26日以Ayers等的名义提交的美国专利申请，系列号为No.07/936,954，题为“具有半连续图案的造纸带和其上制造的纸(Papermaking Belt Having Semicontinuous Pattern and Paper Made Thereon)”中公开。
实施本发明的第三步骤是将初期纸幅120从带孔的成形件11转移到带孔的压印件219，将第二纸幅面124置于带孔压印件219的第一纸幅接触面220上。
实施本发明的第四步骤是将在初期纸幅中的一部分纤维偏转到纸幅接触面220的偏转导管部分230中，并通过偏转导管部分230从初期纸幅120中除去水，形成造纸纤维的中间纸幅120A。初期纸幅120最好在转移点具有约3-20％的浓度，以利于纸幅纤维偏转到偏转导管部分230。
初期纸幅120向压印件219的转移和将纸幅120中的造纸纤维的一部分向偏转导管部分230偏转的步骤，可以至少部分地通过向初期纸幅120施加一个流体压差形成。例如，初期纸幅120可从成形件11真空转移到压印件219，如采用图1所示的真空箱126，或采用旋转的真空拾取辊(未示出)。由真空源(如真空箱126)形成的初期纸幅120两侧的压差使纤维偏转到偏转导管部分230，并且最好通过偏转导管部分230除去纸幅的水，将纸幅的浓度提高到18-30％间。初期纸幅120两侧的压差可约为13.5-40.6kPa(4-12英寸汞柱)。由真空箱126形成的真空使得初期纸幅120能够向带孔的压印件219转移且纤维偏转到偏转导管部分230中，而不使初期纸幅120压实。可包括附加的真空箱(未示出)以进一步除去中间纸幅120A的水。
见图4，示出的中间纸幅120A的部分在压缩咬合区300的上游被偏转到偏转导管230中，以致中间纸幅120A是非单平面的。示出的中间纸幅120A在压缩咬合区300上游具有基本一致的厚度(第一和第二纸幅面122和124间的距离)，表示出在压缩咬合区300的上游中间纸幅120部分已偏转到压印件19中，没有使中间纸幅120A局部致密或压实。可基本上同时完成初期纸幅120的转移和初期纸幅向偏转导管部分230的偏转。为了说明将初期纸幅向带孔件转移并将初期纸幅中的一部分造纸纤维偏转到带孔件中的方法，上述美国专利No.4,529,480引用作为参考。
实施本发明的第五步骤是在压缩咬合区300辊压湿中间纸幅120A，形成成形纸幅120B。见图1和4，中间纸幅120A在带孔的压印件219上从带孔的成形件11开始运送，并通过在辊362和瓦形辊压组件700的相对压缩表面间形成的压缩咬合区300。为了说明压缩咬合区300、压印件219、脱水毡320和360的工作，纸幅相对于辊362和辊压组件700放大。
示出的第一脱水毡320支承在靠近瓦形辊压组件700的压缩咬合区中，并围绕多个毡支承辊324在方向321上被驱动。瓦形辊压组件700包括液体不能透过的压力带的710、压力瓦720和压力源P。压力瓦720可具有一个基本弧形内凹表面722。压力带710在基本内凹的表面722和导向辊712上的连续路线中运行。压力源P在压力下向压力瓦720中的空腔(未示出)提供液压流体。空腔中的加压流体推动压力带710靠紧毡320，并提供压缩咬合区300的载荷。瓦形辊压组件在以下本文引用作为参考的美国专利中公开：授予Kiuchi的美国专利No.4,559,258；授予Emson等的美国专利No.3,974,026；授予Justus等的美国专利No.4,287,021；授予Mohr等的美国专利No.4,201,624；授予Cronin的美国专利No.4,229,253；授予Justus的美国专利No.4,561,939；授予Pajula等的美国专利No.5,389,205；授予Steiner等的美国专利No.5，178,732；授予Braun等的美国专利No.5,308,450。
在压力瓦720上通过时，压力带710的外表面基本上呈弧形内凹状，提供一个内凹的压缩表面，它对着由辊压辊362提供的凸压缩表面。压力带710的外表面在压力瓦上通过的部分在图4中以711表示。压力带710的外表面可以是光滑的或带槽的。
由压力辊362形成的凸压缩表面与由瓦形辊压组件700形成的相对的凹压缩表面结合，形成一个弧形压缩咬合区，它具有至少是约3.0英寸的加工方向的长度。在一个实施例中，压缩咬合区300在加工方向的长度为3.0-20.0英寸，最好是4.0-10.0英寸。
示出的第二脱水毡360支承在靠近咬合区辊362的压缩咬合区300中，并围绕多个毡支承辊364在方向361被驱动。毡脱水装置370，如Uhle真空箱，可与每个脱水毡320和360配合，将从中间纸幅120A转移到脱水毡的水除去。
辊压辊362可具有基本平滑表面。或者，辊362上可开槽，或具有多个与一个真空源连通的开口，以有利于从中间纸幅120A除去水。辊362可具有一个橡胶的涂层363，如极硬(bonehard)橡胶层，它可以是平滑的、开槽的或穿孔的。示于图4的橡胶涂层363形成一个凸的压缩表面，它与瓦形压缩组件700形成的凹压缩表面相对。
本文所述的“脱水毡”一词是指一种吸水的、可压缩、柔性的元件，使得它变形依从于压印件219上的非单平面中间纸幅120A的轮廓，并能够接收和容纳从中间纸幅120A压出的水。脱水毡320和360可由天然材料、合成材料或它们的组合材料制造。适宜的脱水毡包括如通过缝合连接到纺织丝形成的支承结构上的天然或合成纤维的非织造毛层(batt)。制造非织造的毛层的适宜材料包括，但不限于，如羊毛的天然纤维和如聚酯和尼龙的合成纤维。形成毛层240的纤维具有的丝但尼尔(denier)值为每9000米约3-40克。毡具有层状结构，并包括多种类别和尺寸纤维的混合物。
脱水毡320和360在厚度两侧压差为0.12kPa(0.5英寸水柱)情况下，具有2-5毫米的厚度，单位重量为每平方米约800-2000克，平均密度(单位重量除以厚度)为每立方厘米约0.35-0.45克，空气渗透率每平方英尺每分钟约为15-110立方英尺。
脱水毡320可具有：第一表面325，它具有较高的密度、较小的孔隙尺寸；第二表面327，它具有较小的密度和较大的孔隙尺寸。同样，脱水毡360可具有：第一表面365，具有较高的密度和较低的孔隙尺寸；第二表面367，具有较低的密度和较大的孔隙尺寸。
脱水毡320和360可具有20-80％的可压缩率，较好的是30-70％，最好的是40-60％。在此所说的“可压缩率”是在下面限定的给定载荷下的脱水毡的厚度变化的百分数的测量值。脱水毡320和360还应具有小于10000磅/平方英寸(psi)的压缩模量，较好是小于7000磅/平方英寸，再较好是小于5000磅/平方英寸，最好1000-4000磅/平方英寸。在此的“压缩模量”是脱水毡的随厚度变化的载荷改变率。可压缩率和压缩模量是通过下述程序测量的。将脱水毡置于一造纸织物上，该造纸织物是由直径约0.40毫米的织造聚酯单丝形成的，并具有方形的织造图形，在第一方向上每英寸具有约36丝，在垂直于第一方向的第二方向上每英寸具有约30丝。所述造纸织物在无压缩载荷下具有约0.68毫米(0.027英寸)的厚度。这种造纸织物可以从Appleton Wire Company of Appleton,Wisconsin买到。脱水毡设置成脱水毡通常接触纸幅的表面靠近造纸织物。然后毡-织物对用恒定速度的拉伸/压缩试验机压缩，如Instron Engineering Corporation of Canton,Mass供应的InstronModel 4502型拉伸/压缩试验机。所述试验机具有一个圆形的压缩座，它具有约13平方厘米的表面积(2.0平方英寸)，所述底座固定到以5.08厘米/分(2.0英寸/分)的速度运动的十字头上。在载荷分别为0,300,450,600磅/平方英寸时，测量毡-织物对的厚度，这里的以psi为单位的载荷是通过从试验机的载荷传感器获得的载荷除以压缩座的表面积而计算得出的。在0,300,450,600磅/平方英寸的载荷下测量织物的厚度。用以下方程式计算以磅/平方英寸计的可压缩率和压缩模量：
可压缩率=100×((TFP0-TP0)-(TFP450-TP450))/(TFP0-TP0)
压缩模量=(300psi)×(TFP300-TP300)/((TFP300-TP300)-(TFP600-TP600))其中，TFP0,TFP300,TFP450,TFP600分别是在0,300,450,600磅/平方英寸载荷下的毡-织物对的厚度；TP0,TP300,TP450,TP600分别是在0,300,450,600磅/平方英寸载荷下织物的单独的厚度。适宜的脱水毡320和360可以从AlbanyInternational Company of Albany,New York买到，商品名为SUPERFINE DURAMESH,XY31620型。
另外，脱水毡320和360可具有不同的结构。例如，可选择毡360具有至少约30立方英尺/分/平方英尺的空气渗透率。毡320可具有低于毡360的空气渗透率。在一个实施例中，毡360可以是AmFlex-3S 5615型，具有1∶1的毛层与基底比(对于每磅编织的基底强化结构的有1磅的毛层)和毛层的分层结构为3叠40的(3但尼尔纤维在40但尼尔纤维上，此3但尼尔纤维靠近毡层的表面365)。这样的毡可从Appleton Mills of Appleton,Wisconsin买到，并可具有约40立方英尺/分/平方英尺的空气渗透率。毡320可以是AmSeam-2,2732型，具有1∶1的毛层与基底的比，毛层的分层结构为3叠6。这样的毡可从Appleton Mills of Appleton,Wisconsin买到，并可具有约25立方英尺/分/平方英尺的空气渗透率。
中间纸幅120A和纸幅压印表面222位于压缩咬合区300的第一和第二毡层320和360中间。第一毡层320靠近中间纸幅120A的第一面122。纸幅压印表面222靠近纸幅120A的第二面124。第二毡层360在压缩咬合区300中，使得第二毡层360与偏转导管部分230流动相通。
见图1和4，随着第一脱水毡320在带710上被拖动，第一脱水毡320的第一表面325靠近中间纸幅120A的第一面122。相似地，随着第二脱水毡360围绕咬合区辊362被拖动，第二脱水毡360的第一表面365靠近带孔压印件219的第二毡接触面240。因此，随着中间纸幅120A在带孔的压印织物219上带动通过压缩咬合区300，中间纸幅120A、压印织物219、第一和第二脱水毡320和360在咬合区300相对的压缩表面间被辊压。在压缩咬合区300中辊压中间纸幅120A使得造纸纤维向压印件219的偏转导管部分230中进一步偏转，并从中间纸幅120A除去水，形成成形的纸幅120B。从纸幅除去的水由脱水毡320和360接收并容纳。通过压印件219的偏转导管部分230，水由脱水毡360接收。
中间纸幅120A在压缩咬合区的入口处应具有约14-80％的浓度。最好中间纸幅120A在咬合区入口处具有15-35％的浓度。在具有这样优选浓度的中间纸幅120A中的造纸纤维具有较少的纤维与纤维的结合，并可以较容易地由第一脱水毡320重新排列和偏转到偏转导管部分230中。
以至少100磅/平方英寸的咬合压力在压缩咬合区300中辊压中间纸幅120A较好，最好是以至少200磅/平方英寸的压力辊压。在一个优选的实施例中，以大于约400磅/平方英寸的咬合压力在压缩咬合区300辊压中间纸幅120A。
加工方向的咬合区长度可以在3.0-20.0英寸之间。对于4.0-10.0英寸的加工方向咬合区长度，辊压组件700最好在横跨加工方向的咬合区直线宽度上提供400-10000磅/英寸的力。所述横跨加工方向的宽度是垂直于图4的平面测量的。
以磅/平方英寸计的咬合区压力是将在纸幅上施加的咬合力除以咬合区300的面积计算的。咬合区300施加的力是由压力源P控制的，使用本领域普通技术人员熟悉的各种力或压力传感器可以计算得出。咬合区300的面积是使用一页复写纸和一页普通白纸测量的。
复写纸放在白纸上。复写纸和白纸被至于带有第一和第二脱水毡320、360和压印件219的压缩咬合区300中。复写纸靠近第一脱水毡，白纸靠近压印件219。然后瓦形辊压组件700启动以提供所需的压力，从复写纸在白纸上的印痕测量在该力水平下的咬合区300面积。同样，从复写纸在白纸上的印痕可测量加工方向的咬合区长度和横跨加工方向的咬合区宽度。
成形的纸幅120B最好被辊压成在压缩咬合区300的出口具有至少约30％的浓度。如图1所示，辊压中间纸幅120A成形纸幅，形成与压印表面222相随的第一较高密度区域1083，和与偏转导管部分230相随的纸幅的较低密度区域1084。如图2-4所示，在具有宏观单平面加花连续网状的纸幅压印表面222的压印件219上辊压中间纸幅，形成成形纸幅120B，它具有较高密度的宏观单平面加花连续网状的区域1083，和在整个连续较高密度网状区域1083中分散的多个分离的较低密度的圆顶区域1084。这样的成形纸幅120B示于图6和7。这样的成形纸幅具有的优点是，连续的较高密度网状区域1083提供承受拉伸载荷的连续载荷路径(loadpath)。
如图8所示，成形的纸幅120B还具有的特征是具有第三中间密度区域1074，它在第一和第二区域1083和1084间延伸。第三区域1074包括靠近第一较高密度区域1083的过渡区域1073。在第一脱水毡320将造纸纤维拉向偏转导管部分230中时，形成中间密度区域1074，并具有一个带锥度的大致梯形的截面。
在偏转导管部分230的周边上，通过中间纸幅120A的压实形成过渡区域1073。区域1073封闭中间密度区域1074使其至少部分地围绕每个较低密度圆顶1084。过渡区域1073的特征是，厚度T为局部最小值，小于较高密度区域1083的厚度K，且局部密度比较高密度区域1083的密度大。较低密度圆顶1084的厚度P是局部最大值，比较高密度的连续网状区域1083的厚度K大。不限于理论，可以认为，过渡区域1073起加强纸幅的柔性的节点的作用。由图1示出的工艺过程形成的成形纸幅120B的特征在于，对于给定的纸幅的单位重量和纸幅的厚度H(图8)，具有较高拉伸强度和柔性。
较高密度区域1083和较低密度区域1084间的密度差是部分地由初期纸幅120部分偏转到压印件219的偏转导管部分230中而在压缩咬合区300的上游形成一个非单平面的中间纸幅120A造成的。单平面的纸幅通过压缩咬合区会受到均匀的压实，从而增加在成形的纸幅120B中的最小密度。在偏转导管部分230中的非单平面中间纸幅120B的部分避免了这样的均匀的压实，从而保持较低的密度。
在较高密度区域和较低密度区域间的密度差也是部分地由于用第一和第二脱水毡320和360辊压而从纸幅的两面除去水，并防止了纸幅的再变湿而形成的。随着中间纸幅120A在压缩咬合区300中受辊压，水从第一和第二纸幅面122和124排出。重要的是，从纸幅两面排出的水从纸幅两面除去。否则，排出的水会在咬合区300的出口处再进入成形纸幅120B。例如，如果去掉脱水毡360，从第二纸幅表面124排到偏转导管部分230的水会在咬合区300的出口处，通过压印件219的偏转导管部分230再进入成形纸幅120B。
水再进入成形的纸幅120B是不希望的，因为它降低成形纸幅的浓度，并减低了干燥效果。另外水再进入成形纸幅120B破坏在辊压中间纸幅120A时形成的纤维的结合，并使纸幅密度下降。具体地说，水返回到成形纸幅120B将破坏在较高密度区域1083中的结合，并减小这个区域的密度和承载能力。水返回成形纸幅120B也会破坏形成过渡区域1073的纤维结合。
脱水毡320和360防止成形纸幅通过两个纸幅面122和124的重新变湿，从而有助于保持较高的密度区域1083和过渡区域1073。在某些实施例中，可能需要在压缩咬合区300的出口从成形纸幅120B的第一面122上除去第一脱水毡320，以便防止在脱水毡中容纳的水重新湿润纸幅第一面122。相似地，可能需要在咬合区300的出口从压印件219除去第二脱水毡360，以便防止在脱水毡360中容纳的水通过偏转导管部分230重新湿润纸幅。在图1和4所示的实施例中，第一和第二脱水毡320和360可以被支承，使得它们在咬合区300的出口与纸幅分开。
在加工方向的长度至少约为3.0英寸的咬合区中，辊压纸幅、毡层和压印件能够改进纸幅的脱水。对于给定的造纸机加工速度，较长咬合区的长度增加纸幅和毡在咬合区的停留时间。因此，即使在较高的加工速度时也能够较有效地将水从纸幅中去除。
实施本发明的第六步骤包括对成形纸幅120B进行预干燥，如用图1所示的穿透式空气干燥器400。通过将干燥气体，如热空气引导通过成形纸幅120B可预干燥成形纸幅120B。在一个实施例中，将干燥的空气先引导从第一面122到第二面124通过成形纸幅120B，随后通过其上运送成形纸幅120B的压印件219的偏转导管部分230。引导透过成形纸幅的空气部分地干燥了成形纸幅120B。另外，不限于理论，可认为通过与偏转导管部分230相随的纸幅部分的空气能够进一步使得纸幅向偏转导管部分230中偏转，并降低较低密度区域1084的密度，从而增加成形纸幅120B的蓬松性和柔软性。在一个实施例中，成形纸幅120B在进入穿透式空气干燥器400时，具有约30-65％的浓度，在出穿透式空气干燥器400时的浓度是约40-80％。
见图1，穿透式空气干燥器400可包括一个中空的旋转鼓410。成形纸幅120B在压印件219上围绕中空鼓410被运送，并且加热的空气可从中空的旋转鼓410径向向外引出而透过纸幅120B和压印件219。或者，加热的空气也可径向向内引出(未示出)。本发明中适用的穿透式空气干燥器在本文引用作为参考的以下美国专利中公开：1965年5月26日授予Sisson的美国专利No.3,303,576和1994年1月4日授予Ensign等的美国专利No.5,274,930。或者，在咬合区300的上游设置一个或多个穿透式空气干燥器或其他的适宜的干燥装置，在咬合区300辊压纸幅前部分地干燥纸幅。
实施本发明的第七步骤包括将带孔的压印件219的纸幅压印表面222压入成形纸幅120B中，形成压印纸幅120C。将纸幅压印表面222压入成形纸幅120B中的作用是进一步使成形纸幅120B的较高密度区域1083的密度变大，从而增加区域1083和1084间的密度差。见图1，成形纸幅120B是在压印件219上运送，并插入压印件219和咬合区490的压入表面间。压入表面可包括加热干燥鼓510的表面512，并且咬合区490可在辊209和干燥鼓510间形成。然后压印纸幅120C透过起皱粘结剂贴附在干燥鼓510的表面512，并最后干燥。干燥的压印纸幅120C在从干燥器鼓510取下时被缩短，如通过用一个刮刀在干燥器鼓使压印纸幅起皱(creping)。
由本发明提供的方法特别适用于制造具有约10-65克/平方米单位重量的纸幅。这样的纸幅适合用于制造单层和多层的薄纸和纸巾制品。
在本发明的另一实施例中，图1的穿透式空气干燥器400可以省略。成形纸幅120B在压印件219上从咬合区300向咬合区490运送时，第二毡360靠近压印件219的第二面240。咬合区490可形成在一个真空压力辊和Yankee鼓510间。
本发明的另一个实施例中用复合压印件219，并示于图5、9和10。见图10，复合压印件219具有一个纸幅加花的光聚合物层221，它结合到脱水毡360的表面365。脱水毡360包括非织造的毛层3610，它能够用针缝合到一个由织造丝形成的支承结构3620上。
光聚合物层221具有宏观单平面加花连续网状的纸幅压印表面222。这样的复合压印件219可包括熔浇在脱水毡表面上的光聚合物树脂。本文引用作为参考的共同转让的下述美国专利申请示出这种复合压印件的结构：1995年6月5日以Trokhan等名义提交的系列号为08/461,832的申请，题目为“包括毡层和光敏树脂层的纸幅加花装置(Web Patterning ApparatusComprising a Felt Layer and a Photosensisive Resin Layer)”，它是1994年6月29日提交的系列号为08/268,154美国专利申请的继续；1995年2月15日以Trokhan等名义提交的系列号为08/391,372的申请，题目为“在造纸中采用的将可固化树脂施加到基底上的方法(Method of Applying a CurableResinto a Substrate for Use in Papermaking”；和1996年4月30日以Ampulski名义提交的申请，题目“带有图案层的高吸湿性/低反射率毡(HighAbsorbence/Low Reflectance Felts with a Pattern Layer)”。
在图9中，初期纸幅120被转移到复合压印件219的光聚合物纸幅压印表面222。纸幅在第一毡320和复合压印件219间的咬合区300中辊压，复合压印件219包括光聚合物纸幅压印表面222和第二毡360。如图10所示，光聚合物加花层221的偏转导管230与毡层360流动相通。
图5是图9示出的咬合区300的放大图。由瓦形辊压组件提供的力将毡320推靠在纸幅120A上，使纸幅120A的分离的部分偏转到偏转导管230中，并将纸幅120A的连续网状部分压实，从而形成成形纸幅120B。在咬合区300的出口处，毡320从成形纸幅120除去，并且成形纸幅在复合压印件219上运送。
成形纸幅120B在复合纸幅压印件的纸幅压印表面222上向咬合区490运送。图9的咬合区490在压力辊299和Yankee鼓510间形成。压力辊299可以是一个真空压力辊，它在咬合区490将水从第二毡360中除去，或者，压力辊299可以是一个实辊。复合压印件219靠近成形纸幅129B的面124，纸幅在复合压印件219上运送进入咬合区490，并向Yankee鼓510转移成形纸幅120B。
尽管已说明并图示了本发明的具体实施例，本领域普通技术人员应该明白在不脱离本发明的精神和范围的前提下可进行修改和变形。

Claims (10)

1．一种制造纸幅的方法，包括以下步骤：
形成造纸纤维的水分散体；
形成带孔的成形件；
形成第一脱水毡层；
形成第二脱水毡层；
形成压缩咬合区，它的加工方向长度至少约为3.0英寸，较可取的是在3-20英寸之间，最可取的是在4-10英寸之间；
形成压印件，它具有包括纸幅压印表面和偏转导管部分的纸幅接触面；
在带孔的成形件上形成造纸纤维的初期纸幅，初期纸幅具有第一面和第二面；
将初期纸幅从带孔的成形件转移到压印件上，使得初期纸幅的第二面靠近带孔的压印件的纸幅接触面；
将初期纸幅中的造纸纤维的一部分偏转到偏转导管部分中，并通过偏转导管部分从初期纸幅除去水，形成造纸纤维的非压实的非单平面中间纸幅；
将纸幅置于在压缩咬合区中的第一和第二毡层之间，其中第一毡层靠近中间纸幅的第一面，纸幅压印表面靠近中间纸幅的第二面，偏转导管部分与第二毡层流动相通；
在压缩咬合区中辊压中间纸幅，形成成形纸幅。
2．根据权利要求1所述的方法，其中辊压中间纸幅的步骤包括在咬合区辊压中间纸幅，所述咬合区的载荷为在横跨加工方向的咬合区直线宽度上约400-10000磅/英寸。
3．根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：
在成形纸幅通过压缩咬合区后，将第一脱水毡与成形纸幅的第一面分离；
在成形纸幅通过压缩咬合区后，在纸幅压印表面上支承成形纸幅；
形成一个压入表面；
通过将成形纸幅插入纸幅压印表面和压入表面，将纸幅压印表面压入成形纸幅，形成压印纸幅；
干燥压印纸幅。
4．根据权利要求1,2或3所述的方法，其中压印件具有包括宏观单平面纸幅压印表面的纸幅接触面。
5．根据权利要求1,2,3或4所述的方法，其中压印件具有一个纸幅接触面，它包括宏观单平面的连续加花网状的纸幅压印表面，所述压印表面在带孔的压印件内限定多个分散的隔开的不连续的偏转导管。
6．根据权利要求1,2,3或4所述的方法，其中压印件具有一个纸幅接触面，它包括多个分散的隔开的纸幅压印表面。
7．根据权利要求1,2,3或4所述的方法，其中压印件具有半连续的纸幅压印表面。
8．根据权利要求1,2,3,4,5,6或7所述的方法，其中压印件包括复合压印件，它具有结合到第二毡层的纸幅压印表面。
9．根据权利要求1,2,3,4或5所述的方法，包括以下步骤：
形成压印件，它具有第一纸幅接触面，所述纸幅接触面包括宏观单平面的连续加花网状的纸幅压印表面，所述压印表面形成多个分散隔开的不相连的偏转导管；
在压缩咬合区中辊压中间纸幅，形成成形纸幅，它具有较高密度的连续加花网状的区域和较低密度的多个分离的圆顶，圆顶在整个较高密度的连续加花网状区域中分布，并被较高密度网状区域一个一个地隔开。
10．根据权利要求1,2,3,4,5,6,7,8或9所述的方法，还包括使纸幅起皱的步骤。
CN97196808A 1996-06-28 1997-06-23 湿辊压薄纸的制造方法 Pending CN1226300A (zh)

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