CN1262714A - 利用三个毛毯层对薄页进行湿压榨的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种湿压榨纸幅的制备方法。在多孔成形元件(11)上形成造纸纤维的纸胚(120),并传递至压印元件(240)上,以便使纸胚中部分造纸纤维挠曲进入压印元件中的挠曲导管中。然后,利用第一(320)、第二(350)和第三(360)脱水毛毯层,在压区中对纸幅(120)和压印元件(240)进行压榨。

Description

利用三个毛毯层对薄页纸进行湿压榨的方法
                            发明领域
本发明涉及造纸方法，更准确地说，本发明涉及通过对纸幅进行湿压榨而制备湿压榨薄页纸的方法、涉及一压印元件、以及在压区中的脱水毛毯层。
                            发明背景
一次性纸制品如搽面纸、卫生纸、毛巾纸等通常由一层或多层纸幅制得。如果将所述制品用于其预定用途的话，形成制品的纸幅必须具有某些物理特性。在这些特性中，更为重要的特性是强度、柔软度和吸收性。强度是纸幅在使用期间保持其物理完整性的能力。柔软度是：当使用者在其手中揉搓纸张并用纸幅接触其各身体部分时，使用者感觉到的触感。当纸幅挺度下降时，柔软度通常将增加。吸收性是：纸幅吸收并保持液体的特性。通常，纸幅的柔软度和/或吸收性以牺牲纸幅的强度为代价而增加。因此，人们一直试图开发出这样的造纸方法，这些方法能提供具有希望强度特性的、柔软且吸收性的纸幅。
授权于Sanford等人的US3,301,746披露了一种利用穿透干燥系统进行加热预干燥的纸幅。然后在烘缸上利用织物压节(knuckle)图案对纸幅部分进行压实。尽管Sanford等人的方法旨在不损害抗张强度下提供改善的柔软度和吸收性，但Sanford等人的方法中，利用穿透干燥烘缸除去水份耗能巨大，因此该方法是十分昂贵的。
授权于Justus的US3,537,954披露了一种在上织物和下成形网之间形成的纸幅。当纸幅夹在所述织物和相对柔软且有弹力的造纸毛毯之间的压区中时，将图案赋予所述纸幅。授权于Hulit等人的US4,309,246披露了：将未压实的湿纸幅输送至由纺织元件制得的网眼压印织物，以及在第一压区中在造纸毛毯和所述压印织物之间对纸幅进行压榨。然后，通过压印织物，沿烘缸将纸幅从第一压区送至第二压区。授权于Turunen等人的US4,144,124披露了：带有双网成形器的造纸机，所述成形器有一对环状织物，其可以是毛毯。其中一环状织物将纸幅送至压榨部。所述压榨部可包括将纸幅送至压榨部的环状织物，可以是毛毯的另一环状织物，以及用于纸幅构图的网。
Ampulski等人的PCT出版物WO95/17548(US优先权日为1993年12月20日，出版日期为1995年6月29日)和Trokhan等人的PCT出版物WO96/00813(US优先权日为1994年6月29日，出版日期为1996年1月11日)披露了使用脱水毛毯层的造纸方法。
可以使用压花对纸幅进行构图。然而，在纸幅干燥之后对纸幅进行压花可使纤维键断裂，并最终将使纸幅的强度下降。尽管在现有技术中披露了制备纸幅的合适方法，但造纸界的科学家们一直在探索更好的使纸张结构构图的方法，所述方法既经济又能使强度增加，同时又不损害纸幅的柔软度和吸收性。
因此，本发明的一个目的是提供一种使纸幅脱水并模制成形的方法。
本发明的另一目的是提供一种在纸幅压榨期间从纸幅中增强脱水的方法。
本发明的另一目的是在三个毛毯层之间对纸幅和压印元件进行压榨，以便使纸幅构图，并增加从纸幅中的脱水。
本发明的另一目的是提供一非压花构图的纸幅，所述纸幅有相对高密度的连续网，和许多分布在整个连续网中的相对低密度的圆顶(dome)。
                            发明概要
本发明提供了一种使纸幅进行模制和脱水的方法。该方法包括：在成形元件上形成造纸纤维的纸胚，所述纸胚有第一表面和第二表面。然后将纸胚从多孔成形元件输送至带有纸幅压印表面的压印元件上。使纸幅在压印元件上进行挠曲，以便形成造纸纤维的非单平面的纸幅。
压印元件将非单平面纸幅送至压区中。将纸幅和压印元件设置在压区的第一脱水毛毯层和第二脱水毛毯层中间，其中，第一毛毯层设置成与纸幅的第一表面邻接，并且其中将压印元件的纸幅压印表面设置成与纸幅的第二表面邻接。将第三脱水毛毯层设置成在压区中与第二脱水毛毯层邻接，其中，将第二脱水毛毯层布置在压印元件和第三脱水毛毯层之间。在压区中对纸幅进行压榨，以便进一步使纸幅的纤维挠曲形成模制的纸幅。
不受理论的限制，据信，第二脱水毛毯起收集元件的作用，以便接受从纸幅中压榨出并通过压印元件的水份，而第三脱水毛毯层起储存容器的作用，以便储存至少一些被第二毛毯接收的和通过第二毛毯的水份。因此，本发明能更有效地在压区中对纸幅进行模制和干燥。
                            附图概述
尽管说明书以特别指出的权利要求结束并明确限定了本发明，但根据结合附图的下面说明，将能更好的理解本发明，其中：
图1是连续造纸机的一个实施方案的简图，该图阐明了：使纸幅从多孔成形元件输送至多孔压印元件上，将多孔压印元件上的纸幅送至压区，并对载在压区中多孔压印元件和三个毛毯层上的纸幅进行压榨。
图2是多孔压印元件平面图的简单说明，所述压印元件有：包含限定在多孔压印元件内的、宏观单平面的、构图的连续网状纸幅压印面的第一纸幅接触面，和许多不连续的、隔离的、非连接的挠曲导管。
图3是沿线3-3取的图2示出的多孔压印元件的部分横截面图。
图4是图1示出的压区放大的简图说明，示出了邻接纸幅的第一表面设置的第一脱水毛毯，邻接纸幅的第二表面设置的多孔压印元件的纸幅接触面，邻接多孔压印元件的第二毛毯接触面设置的第二脱水毛毯，以及邻接第二毛毯层设置的第三毛毯层。
图5是根据本发明制得的纸幅的平面图。
图6是沿线6-6取的图5纸幅的横截面图。
图7是图6一部分的放大的视图。
图8是脱水毛毯的横截面图。
图9是压区放大的简图说明，其中，在压区中设置有四个脱水毛毯层和压印元件。
                        发明详述
图1说明能用于实施本发明的连续造纸机的一个实施方案。本发明的方法包含顺序进行的许多步骤或操作。尽管本发明的方法优选以连续的方式进行，但应理解的是，本发明也包含间歇操作，如手抄纸制备法。通过理解由所附权利要求确定的本发明的范围，将描述各步骤优选的顺序。
根据本发明的一个实施方案，在多孔成形元件11上，由造纸纤维的水分散体形成造纸纤维的纸胚120。然后，优选通过真空递纸，将纸胚120传递至多孔压印元件219上，所述元件有：包含纸幅压印表面和挠曲导管部分的第一纸幅接触面220。在不使纸幅致密化的情况下，纸胚120中的部分造纸纤维被挠曲入多孔压印元件219的挠曲导管部分中，由此形成了非单平面的中间纸幅120A。
将在多孔压印元件219上的中间纸幅120A从多孔成形元件11送至压区300。所述压区300的纵向长度至少为3.0英寸，并且可包含相对的凸面和凹面的压榨表面；其中凸面的压榨表面由压榨辊362提供，而相对的凹面的压榨表面由槽形压榨组件700提供。另外，压区300可在两个压榨辊之间形成。
使纸幅120A送入支撑在压印元件219上的压区300中。在压区300中，邻接中间纸幅120A设置第一脱水毛毯层320，邻接压印元件219设置第二脱水毛毯层350，而邻接第二脱水毛毯350设置第三脱水毛毯360，结果是，在压区300中，第二毛毯层350的一面设置成与压印元件219邻接，而第二毛毯层350的另一面设置成与第三毛毯层360邻接。
然后在压区300中在第一毛毯层320和第二及第三脱水毛毯层350和360之间，对中间纸幅120A和多孔压印元件219进行压榨，以便进一步使部分造纸纤维挠曲入压印元件219的挠曲导管部分中，以便使涉及纸幅压印表面的中间纸幅120A部分致密化；并且进一步通过从纸幅的两侧除去水份而使纸幅脱水，由此形成比中间纸幅120A相对更为干燥的模制的纸幅120B。
在压区300的出口处，第一毛毯层320能与模制的纸幅120B分离，第二毛毯层350能与压印元件219分离，而第三毛毯层360能与第二毛毯层350分离。因此，在压区300中压榨之后，从纸幅120B中分离出保持在第一毛毯层320中的水份，从压印元件219中分离出保持在第二毛毯层350中的水份，而保持在第三毛毯层360中的水份从第二毛毯层350中分离出。这种分离将有助于防止在压区的出口处第三毛毯层中的水份再次进入第二毛毯层中，防止第二毛毯层中的水份再次进入压印元件219中，所述的水份可能会再次进入纸幅之中。
优选的是，使来自压区300的模制的纸幅120B载在多孔压印元件219上。模制的纸幅120B可通过使加热的空气首先通过模制的纸幅，然后通过多孔压印元件219而在穿透干燥器400中进行预干燥，由此进一步对模制的纸幅120B进行干燥。另外，所述的干燥器400可以省略。
然后，如在辊209和烘缸510之间形成的压区，使多孔压印元件219的纸幅压印表面压入模制的纸幅120B中，由此形成了一压印的纸幅120C。将纸幅压印表面压入模制的纸幅中能进一步使涉及纸幅压印表面的纸幅部分致密化。然后在烘缸510上对压印的纸幅120C进行干燥，并通过刮刀524由烘缸使纸幅起皱。
当更详细地探索本发明的加工步骤时，实施本发明的第一步骤是提供从木浆得到的造纸纤维的水分散体，以便形成纸胚120。用于本发明的造纸纤维通常包括：由木浆得到的纤维。其它纤维素纤维的纸浆纤维如棉短绒、甘蔗渣等也能使用，并且也包括在本发明的范围之内。合成纤维如人造丝，聚乙烯纤维和聚丙烯纤维也可以与天然纤维素纤维结合使用。一种可以使用的举例性的聚乙烯纤维是PulpexTM(得自Hercules.Inc.，Wilmington，Delaware)。可使用的木浆包括：化学浆，如牛皮纸浆，亚硫酸盐浆，和硫酸盐浆，以及机械浆，例如包括磨木浆，热磨机械浆和化学改性的热磨机械浆。可以使用由阔叶树(下文也称之为“阔叶木”)和针叶树(下文也称之为“针叶木”)得到的纸浆。另外，也可以用于本发明的是由回用纸得到的纤维，所述回用纸可以包含：上述纤维的任何一种或所有种，以及其它的非纤维素材料，如用来帮助最初造纸的填料和粘合剂。
除造纸纤维以外，还可以将其它组份或材料添加至造纸配料中。所希望的添加剂的种类将取决于薄页纸打算的特殊的最终用途。例如，在如卫生纸、毛巾纸、搽面纸和其它类似的制品中，高湿强度是希望的特性。因此，经常将现有技术中称为“湿强度”树脂的化学物质添加至造纸配料中。
在TAPPI第29册中，可找到造纸技术中使用的有关湿强度树脂的综述，纸张和纸板的湿强度，制浆造纸技术协会(纽约，1965)。最为常用的湿强度树脂通常是呈阳离子性的。聚酰胺-表氯醇树脂是业已发现特别有用的阳离子湿强度树脂。合适类型的这类树脂描述于US3,700,623(1972年10月24日出版)和US3,772,076(1973年11月13日出版)中，所述这两个专利均是授权于Keim的并且在此引入作为参考。一种有用的聚酰胺-表氯醇树脂的市场来源得自Hercules.Inc.(Wilmington，Delaware)，该公司以商标KymeneTM557H出售所述的树脂。
另外还发现，聚丙烯酰胺树脂也可用作湿强度树脂。这些树脂描述于US3,556,932(1971年1月19日授权于Coscia等人)和US3,556,933(1971年1月19日授权于Williams等人)，在此引入这两篇专利作为参考。一种聚丙烯酰胺树脂的市场来源得自American Cyanamid公司(Stanford，Connecticut)，该公司以商标ParezTM631NC出售所述的树脂。
其它可用于本发明的水溶性阳离子树脂是脲醛树脂和蜜胺甲醛树脂。这些多官能树脂的更为常用的官能团是含氮基团，如氨基和连接至氮原子上的羟甲基基团。另外，聚乙烯亚胺型树脂也可用于本发明。此外，暂时湿强度树脂如Caldas 10(由Japan Carlit制造)和CoBond 1000(由NationalStarch and Chemical Company制造)也可用于本发明。应理解的是，将如上所述的化合物如湿强度树脂和暂时湿强度树脂添加至纸浆配料中，对于实施本发明而言是非强制性的并且并不是必须的。
尽管可以使用在除水以外的液体中的纤维分散体，但优选由造纸纤维的水分散体制备纸胚120。将纤维分散于水中，形成浓度约0.1-约0.3％的水分散体。分散体，浆液，纸幅，或其它体系的百分浓度定义为：100乘以所述体系中干燥纤维的重量除以该体系总重量所得到的商。纤维重量总是以绝干纤维为准来表示。
实施本发明的第二步骤是形成造纸纤维的纸胚120。参考图1，将造纸纤维的水分散体送至可以是任何常规设计的网前箱18。通过该网前箱18，将造纸纤维的水分散体送至多孔成形元件11上，形成纸胚120。成形元件11可包含连续的长网。另外，多孔成形元件11可包含连接至连续的增强结构上的许多聚合物突起物，以提供具有两个或多个不同定量区的纸胚120，如1993年9月14日授权于Trokhan等人的US5,245,025所述，在此引入该专利作为参考。尽管在图1中示出了单个成形元件11，但可以使用单网或双网成形装置。另外还可以使用其它的成形网构形，如S或C构形。
通过胸辊12和许多转向辊支承成形元件11。其中，图1中只示出了两个转向辊13和14。通过未示出的驱动装置，沿箭头81所指的方向驱动成形元件11。通过使造纸纤维的水分散体沉积至多孔成形元件11上并除去一部分水分散介质而由该分散体形成纸胚120。纸胚120有接触多孔成形元件11的第一纸幅面122和相反的第二纸幅面124。
可以连续的造纸方法形成纸胚120，如图1所示，或另外地通过间歇法来形成纸胚，如可使用手抄纸造纸法。在造纸纤维的水分散体沉积至多孔成形元件11上之后，通过本领域普通技术人员熟知的方法，通过除去部分的水分散介质而形成纸胚120。在多孔成形元件11上，可以使用真空箱、成形板、脱水板等有效地从水分散体中脱除水份。纸胚120与成形元件11一起转绕向辊13运行，并贴近多孔压印元件219。
参考图2-4，多孔压印元件219有第一纸幅接触面220和第二毛毯接触面240。纸幅接触面220有纸幅压印表面222和挠曲导管部分230，如图2和图3所示。挠曲导管部分230形成至少一部分从第一面220延伸至第二面240的连续的通道，用于使水通过多孔压印元件219。因此，当沿多孔压印元件219的方向从造纸纤维的纸幅中除去水份时，可以在不必再与造纸纤维的纸幅接触的情况下，处理掉这些水份。多孔压印元件219可包含环形带，如图1所示，并且可通过许多辊201-217来支承。
多孔压印元件219通过驱动装置(末示出)沿图1所示的方向281(相对于纵向)驱动。多孔压印元件219的第一纸幅接触面220可以用乳液进行喷涂，所述乳液包含约90％重量水，约8％石油润滑油，约1％鲸蜡醇，以及约1％表面活性剂如Adogen TA-100。所述的乳液有助于纸幅从压印元件219递至烘缸510上。当然，应理解的是，如果用间歇法制造手抄纸的话，多孔压印元件219无需包含环形带。
在图2和3所示的实施方案中，多孔压印元件219的第一纸幅接触面220包含：树脂层221的宏观单平面的、构图的、连续的网状纸幅压印表面222。在多孔压印元件219中，连续的网状纸幅压印表面222限定许多不连续的、分离的、非接触挠曲导管230。所述挠曲导管230有可以是无规形状和无规分布的开孔239，但优选的是，在第一纸幅接触面220上为均匀形状且以重复、预选图案进行分布。所述连续网状纸幅压印表面222和不连续的挠曲导管230可用于形成一纸张结构，所述结构具有一连续、相对高密度的网状区和分布在整个连续、相对高密度网状区中的许多相对低密度的圆顶，如1985年7月9日授权于Trokhan的US4,528,239所述，在此引入该专利作为参考。
除图2所示出的成形的开孔239以外，合适的开孔239形状包括但不局限于：圆形，椭圆形和多边形。开孔239可以纵、横对准的方式彼此规则且均匀地排列。另外，开孔239可以纵向(MD)和横向(CD)相互重叠的方式排列，如图2所示，其中纵向指的是平行于纸幅通过设备的移动方向，而横向为垂直于纵向的方向。带有树脂层221(具有连续的网状纸幅压印表面222)和不连续的、分离的挠曲导管230的多孔压印元件219可根据下列美国专利的教导来制备：US4,514,345(1985年4月30日授权于Johnson等人)；US4,529,480(1985年7月16日授权于Trokhan)；和US5,098,522(1992年3月24日授权于Smurkoski等人)；以及US5,514,523(1996年5月7日授权于Trokhan等人)。
参考图2和3，多孔压印元件219可包括：用于增强多孔压印元件219的纺织增强元件243。尽管可使用任何常规的织造图案，但所述增强元件243可包括纵向增强纱242和横向增强纱241。通过纱241和242之间的空隙形成的纺织增强元件243的开孔小于挠曲导管230的开孔239的尺寸。纺织增强元件243中的开孔和挠曲导管230的开孔239一起将提供从第一面220延伸至第二面240的连续通道，以便通过多孔压印元件219将水份带走。另外，增强元件243还能提供用于限制纤维挠曲进入挠曲导管230中的支承表面，借此，将有助于防止涉及挠曲导管230的纸幅部分形成小孔，如相对低密度的圆顶1084。所述的小孔或针孔是：当纸幅两面存在压差时水或气流通过挠曲导管所产生的。
纸幅压印表面220的面积，作为第一纸幅接触表面220总面积的百分比，应从约15％至约65％，更优选的是从约20至约50％。挠曲导管230的深度为232(图3)，该深度在约0.1mm和约1.0mm之间。另外，深度232可基本为零，并且树脂层221的厚度可小于或等于增强元件243的厚度。
在另一实施方案中，多孔压印元件219可包含：由纺织长丝制成的织物带。纸幅压印表面222可通过在纺织长丝交叉点处形成的不连续的压节来形成。用作多孔压印元件219的合适的纺织长丝织物带披露于US3,301,746(1967年1月3 1日授权于Sanford等人)，US3,905,863(1975年9月16日授权于Ayers)，US4,191,609(1980年3月4日授权于Trokhan)，和US4,239,065(1980年12月16日授权于Trokhan)，在此将这些专利引入作为参考。
在另一实施方案中，多孔压印元件219可有：包含连续构图挠曲导管的第一纸幅接触面220，所述的纸幅接触面220包围许多不连续的、分离的纸幅压印表面。所述多孔压印元件219可用来形成这样的模制纸幅，该纸幅具有连续的、相对低密度网状区，和分布在整个连续的、相对低密度网状区中的许多不连续的、相对高密度区。所述多孔压印元件披露于US4,514,345(1985年4月30日授权于Johnson等人)中，在此引入该专利作为参考。在另一实施方案中，多孔压印元件219可有包含许多半连续纸幅压印表面222的第一纸幅接触面220。正如在此所使用的，如果许多压印表面222沿纸幅接触面220任一方向基本不间断地延伸，并且各个压印表面被挠曲导管230与相邻压印表面222隔开的话，认为纸幅压印表面222的图案是半连续的。纸幅接触面220可有被半连续挠曲导管230隔开的相邻的半连续压印表面222。半连续压印表面222可沿通常平行于纵向或横向的方向延伸，或者沿与纵向和横向成一角度的方向延伸。所述的多孔压印元件披露于以Ayers等人的名义于1992年8月26日申请的US专利申请流水号07/936,954中，标题为：具有半连续图案的造纸网带和利用该网带制得的纸张，在此引入该申请作为参考。
实施本发明的第三步骤包括：将纸胚120从多孔成形元件11传递至多孔压印元件219上，以便使第二纸幅面124置于多孔压印元件219的第一纸幅接触面220上。
实施本发明的第四步骤包括：使纸胚120中的部分造纸纤维挠曲进入纸幅接触面220的挠曲导管230中，并通过挠曲导管部分230从纸胚120中除去水，以便形成造纸纤维的中间纸幅120A。在递纸位置纸胚120的浓度优选在约5和约20％之间，以便促进造纸纤维挠曲进入挠曲导管部分230中。
通过向纸胚120上施加不同的液压，可至少部分提供：将纸胚120传递至压印元件219上和使纸幅120中的部分造纸纤维挠曲进入挠曲导管部分230中的步骤。例如，纸胚120可从成形元件11真空传递至压印元件219上，如通过示于图1的真空箱，或通过旋转的真空引纸辊(未示出)。通过真空源(例如真空箱126)提供的纸胚120两侧的压差，将使得纤维挠曲进入挠曲导管部分230中，并且优选通过挠曲导管部分230从纸幅中除去水份，以便使纸幅的浓度升至约18％至约30％。纸胚120两侧的压差可在约13.5kPa和约40.6kPa之间(约4至约12英寸汞柱)。通过真空箱126提供的真空使得纸胚120能传递至多孔压印元件219上，并使得纤维挠曲进入挠曲导管部分230中，而不会压实纸胚120。可包括另外的真空箱，以便进一步使中间纸幅120A脱水。
参考图4，所示出的中间纸幅120A部分，被挠曲入压区300上游的挠曲导管230中，以致使，中间纸幅120A成为非单平面的。所示出的中间纸幅120A在压区300的上游通常具有均匀的厚度，这表明，中间纸幅120A部分已挠曲进入压印元件219中，而在压区300上游不使中间纸幅120A局部致密化或压实。能基本上同步完成纸胚120的传递和纸胚中纤维挠曲进入挠曲导管部分230中。为了说明将纸胚递至多孔元件上，以及将纸胚中的部分造纸纤维挠曲进入多孔元件中的方法，在此引入上面参考的US4,529,480作为参考。
参考图1和图4，传递的纸幅被支承在压区300上游的压印元件219上。压印元件219有相对高的透气度，相对开孔的结构。该压印元件219的透气度至少约250scfm。由于压印元件219相对高的透气度和开孔结构，因此，真空箱126能通过压印元件219有效地从纸幅中除去水份，在纸幅递至压印元件219上之后，几乎没有水(即使有也很少)包含在压印元件219中。因此，据信被压印元件219中的水使纸幅再次湿润被最少化。
此外，毛毯320和350在压区300的上游与纸幅和压印元件219分开。因此，毛毯320和350在压区上游不与纸幅或压印元件219连接，而且当毛毯320和350进入压区300时，毛毯320和360是相对干燥的，以便对纸幅提供有效干燥。
实施本发明的第五步骤包括：在压区300中对中间湿纸幅120A进行压榨，以便形成模制的纸幅120B。参考图1和图4，中间纸幅120A从多孔成形元件11递至多孔压印元件219上，并通过辊362和槽形压榨组件700的相对压榨表面之间形成的压区300。为描述压区300的操作过程，相对于辊362和压榨组件700，放大地画出了压印元件219，脱水毛毯320，350和360，以及纸幅。
所示出的第一脱水毛毯320，与压榨槽形组件700邻接地支承在压区中，并绕许多毛毯支承辊324沿方向321驱动。所述槽形压榨组件700包括：不透液的加压带710，加压槽720，以及压力源P。加压槽720通常有一弧形的凹面722。加压带710通常沿凹面722和导辊712在连续的通道内运行。压力源P在压力下将传压流体输送至加压槽720的空腔(未画出)中。空腔中的加压液体使加压带710贴紧毛毯320，并给压区300提供负载。槽形压榨组件通常披露于下列的美国专利中，在此引入这些专利作为参考：US4,559,258(Kiuchi)；US3,974,026(Emson等人)；US4,287,021(Justus等人)；US4,201,624(Mohr等人)；US4,229,253(Cronin)；US4,561,939(Justus)；US5,389,205(Pajula等人)；US5,178,732(Steiner等人)；US5,308,450(Braun等人)。一种合适的槽形压榨组件是：购自Valmet公司(瑞典)的SYM-BELT S牌槽形压榨组件。
当加压带710通过加压槽720时，其外表面通常具有弧形的凹面形状，并提供与压榨辊362提供的凸形压榨表面相对的凹形压榨表面。通过加压槽的加压带710的这部分外表面在图4中以711表示。加压带710的外表面可以是平滑的或有凹槽的。
由压榨辊362提供的凸形压榨表面与由槽形压榨组件700提供的相对的凹形压榨表面结合，提供了其纵向长度至少约为3.0英寸的弧形压区。在一个实施方案中，压区300的纵向长度在约3.0英寸和约20.0英寸之间，更优选的是在约4.0英寸和约10.0英寸之间。
第二脱水毛毯350被支承着沿许多毛毯支承辊354运行，并且运行通过设置在压印元件219和第三毛毯360之间的压区300。第三脱水毛毯360可支承着绕许多毛毯支承辊364运行，并运行通过设置在压辊362和第二毛毯350之间的压区300。
参考图1和4，毛毯层320，350和360可支承在其相应的支承辊324，354和364上，因此，在压区300出口处，第一毛毯320与纸幅120B分离，第二毛毯350与压印元件219分离，而第三毛毯与第二毛毯350分离。
可以将毛毯脱水装置370，如真空吸水箱与脱水毛毯320，350和360结合，以便除去从中间纸幅120A转移至脱水毛毯中的水份。
压榨辊362通常具有平滑的表面。另外，该辊362也可以是有沟纹的，或有许多开孔，所述的沟纹或开孔与真空源相连通，以促进从中间纸幅120A中除去水份。辊362可有一橡胶涂层363，如特硬的橡胶覆盖层。所述覆盖层可以是平滑有沟纹的或开孔的。在图4中示出的橡胶涂层363提供一凸面的压榨表面，该表面对着由槽形压榨组件700提供的凹面压榨表面711。
在本发明中使用的术语“脱水毛毯”指的是一吸湿性的、可压缩的、且柔软的元件，因此，所述脱水毛毯可变形为随压印元件219上非单平面中间纸幅120A的轮廓，并且能接收并包含从中间纸幅120A中压出的水份。脱水毛毯320和360可由天然材料，合成材料或其组合制成。
合适的脱水毛毯层包含：如通过针刺连接至由纺织长丝制成的纺织基底增强结构上的天然或合成纤维的无纺絮垫。图8是脱水毛毯层320的横截面图，所述毛毯层具有：如通过针刺连接至纺织基底增强结构3220上的无纺絮垫3210。
制备无纺絮垫的合适的材料包括但不局限于：天然纤维如羊毛，和合成纤维如聚酯和尼龙。制备无纺絮垫的纤维的旦数为：每9000米长的长丝在约3和约40克之间。毛毯可具有层状结构，并包括不同类型和尺寸的纤维的混合物。
脱水毛毯320可有：相对高密度、相对小孔径的第一表面325，和相对低密度、相对大孔径的第二表面327。同样地，第二脱水毛毯350可有：相对高密度、相对小孔径的第一表面355，和相对低密度、相对大孔径的第二表面357。类似地，第三脱水毛毯360可有：相对高密度、相对小孔径的第一表面365，和相对低密度、相对大孔径的第二表面367。
第一脱水毛毯320的厚度在约2毫米和约5毫米之间，定量从约800至约2000克/米2，平均密度(定量除以厚度)在约0.35-0.45克/平方厘米。
第一、第二和第三毛毯层320，350和360的透气度均在约5和约200scfm之间，更优选的是在约5和约100scfm之间。透气度是：每分钟、每平方英尺毛毯面积，通过毛毯层厚度的空气的立方英尺数的量度。透气度是在脱水毛毯厚度方向上压差为0.12kPa(0.5英寸水柱)时测量的。利用得自Valmet公司(Pansio，芬兰)的Valmet透气度测量装置(型号为Wigo Taifun1000，利用Orifice#1)或相当的装置，测量透气度。
在一个实施方案中，第一脱水毛毯320的透气度小于50scfm，更优选的是在约15和约30scfm之间。另外，第一毛毯320的保水容量(water holdingcapacity)至少为约150毫克水/平方厘米表面积，并且小孔容量至少为约100毫克/平方厘米。保水容量是：在一平方厘米毛毯部分中，保留在具有约5和约500微米之间有效半径的孔中水量的量度。小孔容量是：在一平方厘米脱水毛毯部分中，能包含在相对小毛细孔中水量的量度。相对小孔意指：有效半径在约5至约75微米之间的毛细孔。所述的毛细孔的大小与湿纸幅中的孔相类似。
毛毯的保水容量和小孔容量利用液体孔度计进行测量，如得自TRI/Princeton Inc.(Princeton，N.J.)的TRI自动孔度计。根据以Trokhan等人的名义于1995年6月5日申请的US专利申请流水号08/461,832(标题为“包含毛毯层和光敏树脂层的纸幅构图装置”)中所述的方法，测量保水容量和小孔容量，在此引入该专利作为参考。
合适的第一脱水毛毯320为：具有1∶1絮垫对基底比率(每一磅纺织基底增强结构1磅絮垫材料)和3/6层状絮垫结构(3旦纤维/6旦纤维)的AmSeam-2，2732型，其中3旦的纤维邻接毛毯层的表面325。所述的毛毯可得自：Appleton Mills(Appleton，Wisconsin)，并且其透气度约为25英尺3/分钟/英尺2。
第二脱水毛毯350的厚度从约2毫米至约5毫米，定量从约800至约2000克/米2，而平均密度(定量除以厚度)从约0.35至约0.45克/厘米3。
第二毛毯350的保水容量小于第一毛毯320的保水容量。另外，第二毛毯350的小孔容量也小于第一毛毯320的小孔容量。第二毛毯350的保水容量小于约150毫克水/厘米2表面积，而小孔容量小于约100毫克/厘米2。
第二毛毯350的透气度至少约30英尺3/分钟/英尺2，在一个实施方案中，所述的透气度至少约40英尺3/分钟/英尺2。在一个实施方案中，第二毛毯350的透气度从约40至约120英尺3/分钟/英尺2。
合适的第二脱水毛毯350是：具有1∶1絮垫对基底比率和3/40层状絮垫结构的AmFlex-3S 5615型。所述的毛毯可得自：Appleton Mills(Appleton，Wisconsin)，并且其透气度约为40英尺3/分钟/英尺2。
第一毛毯表面325，355的相对高密度和相对小孔径将促进迅速收集在压区300的纸幅中压榨出的水份。第二毛毯表面327，357的相对低密度和相对大孔径将在脱水毛毯内提供一空间，以便储存从压区300的纸幅中压榨出的水份。
与第三毛毯层360的表面367相比，第三毛毯层360的表面365具有相对高的密度和相对小的孔径。在一个实施方案中，毛毯层360的结构与第一毛毯层320的结构相类似或相同。特别是，第三毛毯层360的透气度小于第二毛毯层350的透气度。与第二毛毯层350的表面357相比，表面365可具有相对高的密度和相对小的孔径。不受理论束服，据信，表面365相对更细小的毛细结构往往将从表面357的相对更粗的毛细结构中吸出水份，结果是，在第二毛毯层350中邻接表面357的水份将被吸至表面365并储存在第三毛毯层360中。
合适的第三脱水毛毯360为：具有1∶1絮垫对基底比率(每一磅纺织基底增强结构1磅絮垫材料)和3/6层状絮垫结构(3旦纤维/6旦纤维)的AmSeam-2，2732型，其中3旦的纤维邻接毛毯层的表面365。所述的毛毯可得自：Appleton Mills(Appleton，Wisconsin)，并且其透气度约为25英尺3/分钟/英尺2。
脱水毛毯320，350和360的压缩率在20％和80％之间，优选在30％和70％之间，更优选在40％和60％之间。本发明所使用的“压缩率”是脱水毛毯在给定负载下厚度改变百分比的量度，压缩率的测量方法描述于以Ampulski的名义申请的PCT出版物WO95/17548(1995年6月29日出版)中，在此将其引入作为参考。特别优选的是，第二毛毯层350具有至少约40-60％的压缩率，以致使第二毛毯层350能与纸幅压印元件219中通过纺织长丝241和242限定的开孔相一致。
参考图1和4，当第一脱水毛毯320进入压区300并在带710上面通过时，第一脱水毛毯320的第一表面325设置成邻近中间纸幅120A的第一面122。同样地，当第二脱水毛毯350进入压区300并绕压辊362运行时，第二脱水毛毯350的第一表面355设置成邻近多孔压印元件219的第二毛毯接触面240。当第三脱水毛毯360进入压区300时，第三脱水毛毯360的第一表面365设置成邻近第二毛毯350的第二表面357，而第三脱水毛毯360的第二表面367设置成邻近压辊362。因此，当中间纸幅120A载在多孔压印元件219上通过压区300时，中间纸幅120A，压印元件219，以及第一、第二和第三脱水毛毯320，350和360在压区300的相对压榨表面之间将被压在一起。
在压区300中对中间纸幅120A进行压榨将进一步使造纸纤维挠曲进入压印元件219的挠曲导管部分230中，并从中间纸幅120A中除去水份，形成模制的纸幅120B。从纸幅中除去的水份被脱水毛毯320，350和360接收并包含在其中。
更具体地说，被毛毯350接收的至少一些水份能通过毛毯350，并储存在毛毯360中。因此，就被毛毯350接收的来自纸幅中的至少一些水份而言，毛毯350起接收水份并将其输送至毛毯360的作用，而毛毯360包含该水份，直至水份能被脱水装置370除去为止。
中间纸幅120A在压区300入口处的浓度应在约14％和约80％之间。更优选地说，中间纸幅120A在压区300入口处的浓度在约15％和约35％之间。具有所述优选浓度的中间纸幅120A中的造纸纤维具有相对少量的纤维-纤维键，并且能相对容易地通过第一脱水毛毯320进行重排并挠曲进入挠曲导管部分230中。
优选的是，在压区300中，以至少100磅/英寸2(psi)，更优选以至少200psi的压区压力对中间纸幅120A进行压榨。在优选的实施方案中，在压区300中，以大于约400psi的压区压力，对中间纸幅120A进行压榨。
纵向压区长度可在约3.0英寸和约20.0英寸之间。对于4.0英寸至10.0英寸的纵向压区长度，优选对压榨组件700进行操作，以便提供在横向压区宽度的每线性英寸上约400-2000磅力。垂直于图4的平面测量横向压区的宽度。
在纵向长度至少约3.0英寸的压区中对纸幅，毛毯层和压印元件进行压榨能改善纸幅的脱水。对于给定的纸机速度，相对长的压区长度将增加压区中纸幅和毛毯的停留时间。因此，甚至在更高的纸机速度下，也能更有效地从纸幅中除去水份。
通过将施加至纸幅上的压区力除以压区300的面积，而计算压区压力(psi)。压区300产生的力通过压力源P进行控制，并且可利用对于本领域普通技术人员熟知的各种力或压力转换器进行计算。压区300的面积是利用一页复写纸和一页普通白纸进行测量的。
将复写纸置于普通白纸上。将复写纸和普通白纸与脱水毛毯320，350和360，以及压印元件219一起置于压区300中。将复写纸设置成邻近第一脱水毛毯320，而将普通白纸设置成邻近压印元件219。然后，启动槽形压榨组件700，以提供所希望的压力，并在所述压力下根据复写纸赋予普通白纸的压印来测量压区300的面积。同样地，纵向压区长度和横向压区宽度可根据复写纸赋予普通白纸的压印来测量。
优选的是，在压区300出口处，模制纸幅120B被压榨成具有至少约30％的浓度。如图1所示，对中间纸幅120A的压榨，将使该纸幅模制成具有；与纸幅压印表面222相一致的第一相对高密度区1083和与挠曲导管部分230相一致的纸幅的第二相对低密度区1084。如图2-4所示，在具有宏观单平面的、构图的、连续网状纸幅压印表面222的压印织物219上对中间纸幅120A进行压榨，将提供一种模制的纸幅120B，所述纸幅具有：相对高密度的、宏观单平面的、构图的、连续网状区1083，和分布在整个连续的、相对高密度网状区1083中的许多不连续的、相对低密度的圆顶1084。所述的模制纸幅120B示于图5-7中。所述的模制纸幅有这样的优点：连续的、相对高密度的网状区1083提供连续的负载通道，以便承担抗张负载。
如图7所示，模制的纸幅120B还具有如下的特征：具有在第一和第二区1083和1084中间延伸的第三中间密度区1074。所述第三区1074包含：邻近第一相对高密度区1083设置的过渡区1073。当第一脱水毛毯320将造纸纤维引入挠曲导管部分230中时，形成该中间密度区1074，并且该中间密度区具有锥形的、通常为不规则四边形的横截面。
通过在挠曲导管部分230四周对中间纸幅120A进行压榨而形成过渡区1073。该区1073围绕中间密度区1074，从而至少部分包围各个相对低密度的圆顶1084。过渡区1073的特征在于：具有局部最小值的厚度T，该厚度小于相对高密度区1083的厚度K；以及大于相对高密度区1083的密度的局部密度。相对低密度圆顶1084具有局部最大值的厚度P，并且该厚度大于相对高密度、连续网状区1083的厚度K。不受理论束服，据信，过渡区1073起增强纸幅柔韧性的铰链的作用。通过图1所示的方法形成的模制的纸幅120B的特征在于：对于给定纸幅定量和纸幅厚度H(图7)而言，具有相对高的抗张强度和柔韧性。
实施本发明的第六步骤可包括：如利用如图1所示的穿透干燥器400，对模制的纸幅120B进行预干燥。可通过使干燥气体如加热空气穿过模制纸幅120B而对其进行预干燥。在一实施方案中，加热空气首先从第一纸幅面122通过模制的纸幅120B导至第二纸幅面124，然后通过模制的纸幅载在其上的压印元件219的挠曲导管部分230。通过模制的纸幅120B的空气将模制的纸幅120B部分干燥。在一实施方案中，在进入穿透干燥器400时，模制的纸幅120B的浓度在约30％和约65％之间，而在离开穿透干燥器400时的浓度在约40％和约80％之间。
参考图1，穿透干燥器400可包含：中空的旋转鼓410。模制的纸幅120B可沿中空旋转鼓410载在压印元件219上，而加热空气可由中空鼓410径向向外通过纸幅120B和压印元件219。另外，加热空气还可以径向向内(未画出)。用于实施本发明的合适的穿透干燥器披露于1965年5月26日授权于Sisson的US3,303,576和1994年1月4日授权于Ensign等人的US5,274,930中，在此将其引入作为参考。另外，为在压区300中对纸幅进行压榨之前使纸幅部分干燥，可在压区300的上游安装一个或多个穿透干燥器400或其它合适的干燥装置。
实施本发明的第七步骤可包括：将多孔压印元件219的纸幅压印表面222压印入模制的纸幅120B中，形成压印纸幅120C。将纸幅压印表面222压印入模制的纸幅120B中，可起进一步使模制纸幅的相对高密度区1083致密化的作用，从而增加区域1083和1084的密度差。参考图1，使模制纸幅120B载在压印元件219上并夹在压印元件219和在压区490的压印表面之间。所述压印表面可包含：加热烘缸510的表面512，而压区490可在辊209和烘缸510之间形成。然后，借助起皱粘合剂，将压印纸幅120C粘结至烘缸510的表面512上，最后进行干燥。当干燥的压印纸幅120C从烘缸510上取下时，如利用刮刀524使压印纸幅120C从烘缸起皱，该纸幅将按透视法缩短。
本发明提供的方法特别适用于制备定量在约10克/米2和65克/米2之间的纸幅。所述纸幅适用于制备单层和多层薄页纸及毛巾纸制品。
在本发明另一实施方案中，当模制纸幅120B载在压印元件219上从压区300运行至压区490时，第二毛毯350可设置成邻近压印元件219的第二面240。压区490可在真空压辊和扬克式烘缸510之间形成。
在所示出的实施方案中，压印元件和第二毛毯层350是独立的部件。另外，可以使用复合的毛毯压印元件。所述的复合毛毯压印元件披露于下列美国专利，出版物，及专利申请中，在此将其引入作为参考：US5,556,509(1996年9月17日授权于Trokhan等人)；US5,580,423(1996年12月3日授权于Ampulski等人)；PCT出版物WO96/00812(以Trokhan等人的名义于1996年1月11日出版)；PCT出版物WO96/25547(以Trokhan等人的名义于1996年8月22日出版)；US专利申请流水号08/701600(以Ostendorf等人的名义于1996年8月22日申请)和US专利申请流水号08/640,452(以Ampulski等人的名义于1996年4月30日申请)。
在图9示出的另一实施方案中，第四毛毯380可设置在压区300中，以致使第一毛毯320设置在纸幅120A和第四毛毯380之间。
第四毛毯380有第一表面385和第二表面387。当与表面387相比时，第一表面385可具有相对高的密度和相对小的孔径。在一实施方案中，第四毛毯380可具有与第一毛毯320相同的结构和性能。在另一实施方案中，第四毛毯380的透气度小于第一毛毯320的透气度，而第四毛毯380的保水容量大于第一毛毯320的保水容量。
尽管已对本发明的特定实施方案进行了说明和描述，但对于本领域熟练技术人员来说，在不超出本发明的精神和范围的情况下，作出各种改变和改进将是显而易见的。

Claims (9)

1.一种对纸幅进行压榨的方法，包括如下步骤：
提供湿纸幅；
提供压区；
提供压印元件；
提供至少三个脱水毛毯层；和
将纸幅、压印元件和至少三个脱水毛毯层设置在所述压区内；以及
在所述压区内对纸幅、压印元件和至少三个脱水毛毯层进行压榨。
2.权利要求1的方法，其中压印元件有一纸幅接触面，该接触面包含宏观单平面的、连续的网状纸幅压印表面，所述压印表面限定许多不连续的、分离的挠曲导管。
3.权利要求1或2的方法，其中，第一、第二和第三脱水毛毯层分别包含无纺纤维絮垫。
4.权利要求1、2或3的方法，其中，第一、第二和第三毛毯层中每一个的透气度在5和200scfm之间。
5.权利要求1，2，3或4的方法，其中，第一毛毯层的透气度小于第二毛毯层的透气度，而其中第三毛毯层的透气度小于第二毛毯层的透气度。
6.权利要求1，2，3或5的方法，还包括如下步骤：
提供第四脱水毛毯层；和
在压区中，将第一脱水毛毯层设置在第四毛毯层和纸幅的中间。
7.权利要求1，2，3，4，5或6的方法，包括如下步骤：
提供造纸纤维的水分散体；
提供多孔成形元件；
在多孔成形元件上形成造纸纤维的纸胚，所述纸胚具有第一面和第二面；
将纸胚从多孔成形元件递至压印元件上，以便将纸胚的第二面设置成邻近压印元件的纸幅接触面；
使压印元件上的造纸纤维部分挠曲以形成造纸纤维的非单平面中间纸幅；
在压区中，将纸幅和压印元件设置在第一脱水毛毯层和第二脱水毛毯层中间，其中第一毛毯层设置成邻近中间纸幅的第一面，其中压印元件的纸幅接触面设置成邻近中间纸幅的第二面；
在压区中，将第三脱水毛毯层设置成邻近第二脱水毛毯层，其中第二脱水毛毯层布置在压印元件和第三脱水毛毯层之间。
8.权利要求7的方法，其中，第一毛毯层的透气度小于第二毛毯层的透气度，其中第三毛毯层的透气度小于第二毛毯层的透气度。
9.权利要求7的方法，其中，将纸胚从多孔成形元件传递至压印元件上的步骤包括：利用真空将纸胚从成形元件引至压印元件上。
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