CN1264444A - 利用柔性片材制备纸幅的方法 - Google Patents

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CN1264444A CN98807269A CN98807269A CN1264444A CN 1264444 A CN1264444 A CN 1264444A CN 98807269 A CN98807269 A CN 98807269A CN 98807269 A CN98807269 A CN 98807269A CN 1264444 A CN1264444 A CN 1264444A
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保罗·D·特罗克汉
维拉蒂米尔·维坦伯格
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F11/00—Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines
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    • D21F11/006—Making patterned paper

Abstract

本发明披露了一种纸页的制备方法。在纸幅从成形网(16)输送至优选有挠曲导管的造纸网带(20)上之后,用柔性片材(30)覆盖纸幅,以致使纸幅布置在片材(30)和造纸网带(20)中间。所述片材(30)的透气性小于造纸网带(20)的透气性,并且优选是不透气的。将流体压差(P)施加至片材上将使至少部分片材向造纸网带挠曲,优选的是,使至少部分纸幅挠曲进入造纸网带的导管中并通过造纸网带的导管从纸幅中除去水份。

Description

利用柔性片材制备纸幅的方法
                             发明领域
本发明涉及强韧、柔软、吸收性纸幅的制备方法。更准确地说，本发明涉及其中将纸幅布置在造纸网带和柔性片材中间的造纸方法。
                             发明背景
纸制品可用于多种用途。毛巾纸、搽面纸、卫生纸等通常用于现代工业化社会。对于所述纸制品的大量需求产生了对制品改进型的要求。如果将所述纸制品如毛巾纸，搽面纸，卫生纸等用于其预定的用途并得到广泛接受性的话，它们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：当使用者将纸张用于其预定用途时，使用者感觉到的令人愉快的触感。
吸收性是：纸张吸收并保持液体、特别是水和水溶液以及悬浮液的特性。重要的不仅是给定量纸张保持的液体绝对量，而且是纸张吸收液体的速率。
US3,537,954(授权于Justus)披露了在上织物和下成形网之间形成的纸幅。在纸幅夹在织物和相对柔软且有弹性的造纸网带之间的压区中，将图案赋予纸幅。US4,309,246(授权于Hulit等人)披露了将未压实的湿纸幅送至由纺织元件组成的开孔压印织物上，并在第一压区中在造纸毛毯和压印织物之间对纸幅进行压榨。然后，由压印织物将纸幅从第一压区送至烘缸处的第二压区中。US4,144,124(授权于Turunen等人)披露了带有双网成形器的纸机，所述双网成形器有一对环状织物，所述环状织物可以是毛毯。其中之一的环状织物将纸幅送至压榨部。压榨部可包括将纸幅送至压榨部的环状织物，可以是毛毯的另外的环状织物，以及使纸幅构图的成形网。
PCT出版物WO95/17548(US优先权日为1993年12月30日，并以Ampulski等人的名义于1995年6月29日出版)；和PCT出版物WO96/00813(US优先权日为1994年6月29日，并以Trokhan等人的名义于1996年1月11日出版)披露了采用脱水毛毯层的造纸方法。
尽管在现有技术中披露了合适的造纸方法，但造纸界的科学家们一直在探索在经济上制备更好的构图纸张结构的方法，这些纸张结构具有增加的强度，而不会损害柔软性和吸收性。
穿透干燥纸幅可以按照转让给Procter & Gamble公司并在此引入作为参考的如下所述专利进行制备：US4,514,345(1985年4月30日授权于Johnson等人)；US4,528,239(1985年7月9日授权于Trokhan)；和US5,334,289(1994年8月2日授权于Trokhan等人)。通过穿透干燥生产的纸张披露于US4,529,480和US4,637,859中，这两篇专利均以Trokhan的名义出版，在此将其引入作为参考。这些专利中纸张的特征在于具有两个物理上不同的区：具有相对高密度的连续网状区和由分散在整个网状区中的许多圆顶组成的区。与网状区相比，圆顶具有相对低的密度和相对低的特性强度。
通常，穿透干燥造纸方法包括若干个步骤。在多孔元件如长网上，使造纸纤维的水分散体形成纸胚。该纸胚伴随挠曲元件而产生，所述挠曲元件有宏观单平面的、连续的、构图的非随机的网状表面，所述表面在挠曲元件内限定许多不连续的、分离的挠曲导管。在纸胚中的造纸纤维挠曲进入挠曲导管中，并且通过该挠曲导管除去水份，而形成中间纸幅。中间纸幅可以任选进行干燥并通过起皱而缩短。起皱是利用刮刀从表面(通常也是干燥表面，如扬克式烘缸的表面)取下干燥的中间纸幅以便形成最终纸幅的一个过程。
可通过例如对纸胚施加不同的流体压而使纤维挠曲进入挠曲导管中。施加不同压力的一种优选方法是通过挠曲导管使纸胚暴露至真空中。由于突然施加真空压力，将发生纤维挠曲进入挠曲导管中，这将使挠曲纤维互相分离，并与纸胚发生分离。此外，由于突然施加真空压力，与纸胚分离的某些部分脱水的纤维将完全通过造纸网带。这些现象将导致：在最终纸幅的圆顶中产生针状大小的孔，或针孔，并堵塞真空脱水机械。
普通转让的US5,334,289(1994年8月2日授权于Trokhan等人并在此引入作为参考)减轻了在纸幅中不希望产生的针孔。该专利提供了在背侧网中表面组织的不规则性。背侧的不规则性减轻了突然施加真空压力的作用。另外，为改善产品质量的探索一直在进行。
因此，本发明的目的是提供一种造纸方法，该方法将大大地减少最终纸幅中的针孔以及在真空脱水机械上造纸纤维的堆积。
本发明的另一个目的是提供：与通过现有技术的穿透干燥方法生产的纸张相比，能生产出具有更均匀的定量分布和更均匀的密度分布的纸页的造纸方法。
本发明的另一个目的是提供一种纸幅脱水和模制的新方法。
本发明的另一个目的是提供一种在纸幅压榨期间从纸幅中增加脱水的方法。
                              发明概要
本发明纸页的制备方法包括如下步骤：
(a)提供造纸纤维的水分散体；
(b)在成形网上由水分散体形成造纸纤维的纸幅；
(c)将纸幅从成形网输送至造纸网带上，所述网带具有纸幅接触侧和与纸幅接触侧相反的背侧，该造纸网带具有透气的网带；
(d)提供具有第一侧和与第一侧相反的第二侧的柔性片材，该片材的透气性小于网带的透气性；
(e)用所述片材覆盖所述纸幅，以致使所述纸幅布置在片材第一侧和造纸网带的纸幅接触侧的中间；
(f)对片材施加流体压差，以致使涉及片材第二侧的压力大于涉及片材第一侧的压力，借此，至少使一部分片材朝造纸网带挠曲；
(g)从纸幅上方取下片材；并
(h)对纸幅进行干燥，以形成纸页。
优选的是，造纸网带由骨架和连接至骨架上的增强结构组成。骨架有面朝纸幅面，面朝纸机面，和在面朝纸幅面和面朝纸机面中间延伸的许多挠曲导管。所述面朝纸幅面限定造纸网带的纸幅接触侧，而面朝纸机面限定造纸网带的背侧。增强结构设置在骨架的面朝纸幅面和面朝纸机面之间。该增强结构有第一侧和与第一侧相反且平行的第二侧。所述第一侧与面朝纸幅面相对应并与之平行，而第二侧与骨架的面朝纸机面相对应并与之平行。骨架的面朝纸幅面和增强结构的第一侧之间的距离是一覆盖层(overburden)。面朝纸幅面包含在其中形成的并限定造纸网带导管的纸幅侧开孔的纸幅侧网。面朝纸机面包含在其中形成的并限定造纸网带导管的纸机侧开孔的纸机侧网。优选的是，增强结构的透气性在100帕压差时大于1000cfm/平方英尺。
优选的是，柔性片材在0.5英寸水柱压差时具有小于5scfm的低透气性，更优选的是，柔性片材是不透气的。当对片材施加流体压差时，至少一部分片材的挠曲将使纸幅中的至少一部分造纸纤维挠曲进入造纸网带的挠曲导管中，并通过所述导管从纸幅中除去水份。
部分片材可以挠曲进入或不挠曲进入造纸网带的挠曲导管中。如果片材挠曲进入挠曲导管中的话，优选的是，片材的最大挠曲大于Z-方向造纸网带覆盖层的25％。
另外，本发明的方法还可以包括：在步骤(g)之前或之后对纸幅的预干燥步骤和/或通过使纸幅夹在造纸网带和如扬克式烘缸刚性表面之间而将纸幅侧网压印入纸幅中的步骤。再有，本发明的方法可以包括如通过起皱而发生的使纸幅缩短的任选步骤。
                           附图概述
图1是本发明连续造纸方法的一实施方案的简略侧视图。
图2是显示纸幅垂直截面的简略局部视图，所述纸幅被柔性片材覆盖的，并且纸幅的纤维挠曲进入造纸网带的导管中。
图3是类似于示于图2的垂直截面的简略局部视图，并且也显示挠曲进入造纸网带导管中的柔性片材。
图4是类似于示于图2和3的垂直截面的简略局部视图，并示出了形成的“伞形”圆顶。
                          发明详述
图1简略地说明了适用于本发明方法的代表性的造纸机。在没有示出的设备中制备造纸纤维的水分散体或浆料，并且沉积入可以是任何常规设计的网前箱15中。由网前箱15，将造纸纤维的水分散体送至成形网16，所述成形网通常是多孔元件，也称之为长网。在图1中，简略地示出了成形网16，如被胸辊19a和许多导向辊支承着，其中仅示出了两个导向辊19b和19c。成形网16通过本领域普通技术人员熟知的并因此没有示出的驱动装置、沿箭头A指示的方向推进。
网前箱15、成形网16、导向辊19a，19b，19c，以及涉及网前箱15的各种辅助机构和装置(未示出)和成形网16的用途是形成造纸纤维的“纸胚”。为清楚起见，在本发明中使用的纸幅10均由相同的标号“10”来表示，与其处理阶段无关，即“纸胚10”，“中间纸幅10”，“预干燥纸幅10”等。最终产品纸幅由标号“50”表示(图1)。
利用现有技术中熟知的工艺，通过除去一部分水分散介质而形成纸胚10。纸胚的形成方法描述于许多参考文献中，如：US3,301,764(1974年1月31日授权于Sanford和Sisson)和US3,994,771(1976年11月30日授权于Morgan和Rich)。
在成形网16上形成纸胚10之后，将纸胚从成形网16传递至具有网带透气性Ab的造纸网带20上。可以使用常规的设备如真空引纸瓦26a(图1)来完成所述的引纸。本领域普通技术人员应理解的是，简略示于图1中的真空引纸瓦26a是将纸幅10从成形网16传递至造纸网带20之上的一个优选的装置。也可以使用其它设备，如中间网带或类似物(未示出)，以便将纸幅10从成形网16传递至造纸网带20上。在此引入普通转让的US4,440,597(1984年4月3日授权于Wells)作为参考。在本发明方法中使用的造纸网带20优选的实施方案是：被许多辊支承着的宏观单平面的、透液的、环状网带，在图1中简略示出了四个辊29a，29b，29c，29d。如图1所示，造纸网带20沿箭头“B”指示的方向运行。然而，本发明的造纸网带20可以引入许多其它的形式，它们包括例如用于制备手抄纸的固定板，或用于其它连续方法的旋转鼓。与造纸网带20的物理形状无关，它通常具有某些特性。
如图1-3所示，造纸网带，或简称为“网带”20有纸幅接触侧21和与纸幅接触侧21相反的背侧22。根据定义应很清楚的是，纸幅接触侧21接触并由此支承网带20上的纸幅10。背侧22接触造纸过程中使用的机械设备，如真空引纸瓦26a和多缝真空箱26b。
造纸网带20至少在一个方向，特别是从纸幅接触侧21至背侧22的方向上是透气和透流体的。在本发明中使用的术语“透流体的”指的是在没有明显障碍下纤维浆的流体(包括空气)载体输送通过网带20的状态。然而，网带20的整个表面区域均是透流体的，这并不是必须的，或者甚至是不希望的。仅仅需要的是，纤维浆的液体载体能容易地从浆料中除去，并使造纸纤维的纸胚10留在网带20的纸幅接触侧21上。
图2，3和4示出了优选网带20的局部截面图。在本发明中使用的网带20的主体平面形成X-Y平面，而Z-方向为垂直于X-Y平面的方向。图2和3中示出的网带20包含：骨架23和连接至骨架23之上的增强结构25。骨架23有面朝纸幅面23a，面朝纸机面23b，以及许多在面朝纸幅面23a和面朝纸机面23b中间延伸的挠曲导管24。在一个优选的实施方案中，骨架23包含连续的图案，而许多挠曲导管24包含许多从面朝纸幅面23a延伸至面朝纸机面23b的不连续的孔。该实施方案主要披露于普通转让且在此引入作为参考的如下专利文献中：US4,528,239(1985年7月9日授权于Trokhan)；US4,529,480(1985年7月16日授权于Trokhan)；US4,637,859(1987年1月20日授权于Trokhan)；US5,098,522(1992年3月24日授权于Trokhan等人)；US5,275,700(1994年1月4日授权于Trokhan)；US5,334,289(1994年8月2日授权于Trokhan)；和US5,364,504(1985年11月15日授权于Smurkoski等人)。
在另一实施方案中，骨架23包含从面朝纸幅面23a延伸至面朝纸机面23b的构图排列的突起物，而许多导管24包含围绕突起物的基本连续的图案。此外，各突起物也可以有在其中排列的且从骨架23的面朝纸幅面23a延伸至面朝纸机面23b的孔。该造纸网带的实施方案主要披露于普通转让的且在此引入作为参考的US4,245,025(1993年9月14日授权于Trokhan等人)和US5,527,428(1996年6月18日授权于Trokhan等人)中。
另外，本发明还可以利用没有骨架的纺织网带，如披露于EPA0677612A2(1995年12月4日申请)中的网带；和根据普通转让的US4,239,065(1980年12月6日授权于Trokhan)的网带；在此引入作为参考。
如图2，3和4所示，面朝纸幅面23a限定造纸网带20的纸幅接触侧21，而面朝纸机面23b限定造纸网带20的背侧22。因此，也可以认为，挠曲导管24在网带20的纸幅接触侧21和网带20的背侧22中间延伸。优选的是，导管24在骨架23中以预选的图案进行排列。更优选的是，导管24的排列图案是非随机和重复的。
挠曲导管，或简称为“导管”24将留着在骨架23(或网带20的纸幅接触侧21)上纤维中的水份引导至骨架23的面朝纸机面23b(或网带20的背侧22)上，并提供纸幅10的纤维将挠曲进入并在纸幅10中重排成圆顶11的区域。在本发明中使用的术语“圆顶”表示：由挠曲进入各挠曲导管24中的纤维形成的纸幅10的元件。当然，如果使用带有基本连续图案的许多导管24的造纸网带24，那么，圆顶11也将包含基本连续的图案。圆顶11在几何构形以及在造纸过程中的位置通常与挠曲导管24一致。在造纸过程中通过与挠曲导管24相一致，包含圆顶11的纸幅10的区域将在Z-方向挠曲，借此，基本垂直于纸幅10的主体平面延伸，并因此增加纸幅10的厚度。正如上面所限定的那样，Z-方向垂直于纸幅10和网带20的主体平面，如图2和3所示。圆顶24由纸幅10的基本连续的网朝外突出。
骨架23的面朝纸幅面23a包含在其中形成的纸幅侧网，并限定造纸网带20的导管24的纸幅侧开孔24a。骨架23的面朝纸机面23b包含在其中形成的纸机侧网，并限定造纸网带20的导管24的纸机侧开孔24b。
带有圆顶的纸张可以通过上面引证的并在此引入作为参考的普通转让的下列美国专利的穿透干燥方法来制备：US4,528,239；4,529,480；5,245,025；5,364,504和5,275,700。
普通转让的US5,628,876(1997年5月13日授权于Ayers等人)披露了：也可以用于本发明的网带20的骨架23的半连续图案。在此引入该专利作为参考。
将优选网带20的增强结构25连接至骨架23上，并设置在骨架23的面朝纸幅面23a和面朝纸机面23b之间。增强结构25有第一侧25a和第二侧25b。增强结构25的第一侧25a相应于骨架23的面朝纸幅面23a并与之基本平行。第二侧25b相应于骨架23的面朝纸机面23b并与之基本平行。正如在图2和3中使用和示出的那样，由增强结构25的第一侧25a延伸的骨架23部分是一“覆盖层OB”。更准确地说，覆盖层OB由增强结构25的第一侧25a和骨架23的面朝纸幅面23a之间的距离限定。造纸网带20的不同实施方案要求覆盖层OB的厚度在约1密耳和约250密耳之间。
增强结构25可以有许多不同的形状。所述增强结构可以包含：有许多孔的纺织元件，无纺元件，网，带或板。优选的是，网带10的增强结构25包含：纺织元件，更准确地说为多孔纺织元件。增强结构25可以包含单层结构。这种增强结构25简略示于图2和3中。增强结构25可以包含多层结构。在后者的情况下，各层可以包含：与许多横向纱交织的许多纵向纱。为了说明合适增强结构25的例子，在此引入US5,496,624(1996年3月5日授权于Stelljes等人)作为参考。
增强结构25使骨架23增强。增强结构25有合适的突出的开孔区，以便使用于本发明造纸方法中的脱水机械能充分地执行其从纸幅10的脱水作用，并使得从纸幅10中除去的水份能通过网带20。因此，增强结构25应当是能充分透过流体如空气和水的。在本发明中使用的“充分透过”指的是：增强结构25的透气性为：在100帕压差下，每平方英尺表面积不小于200英尺3/分(cfm)。透气性是利用得自Valmet公司(Pansio，Finland)的Valmet透气性测量装置(Model Wigo Taifun Type 1000)测量的。本领域普通技术人员将容易理解的是，增强结构25的透气性将影响网带20的最终透气性。本发明的方法可以使用在约100帕压差下透气性大于1000cfm/英尺2的增强结构25。
包含骨架23和增强结构25的优选网带20的各种实施方案披露于US4,528,239(1985年7月9日授权于Trokhan)；US4,529,480(1985年7月16日授权于Trokhan)；US4,637,859(1987年1月20日授权于Trokhan)；US5,098,522(1992年3月24日授权于Smurkoski等人)；US5,245,025(1993年9月14日授权于Trokhan等人)；US5,275,700(1994年1月4日授权于Trokhan)；US5,334,289(1994年8月2日授权于Trokhan等人)；US5,364,504(1994年11月15日授权于Smurkoski)；和US5,527,428(1996年6月18日授权于Trokhan等人)；所有这些专利均是普通转让的并在此引入作为参考。
尽管本发明中对于造纸网带20的增强结构25而言优选使用纺织元件，但可将毛毯用作增强结构来制备造纸网带20，如US5,556,509(1996年9月17日授权于Trokhan等人)以及下列专利申请所述：US08/391,372(1995年2月15日以Trokhan等人的名义申请，标题为：“将可固化树脂施加至用于造纸的衬底上的方法”；US08/461,832(1995年6月5日以Trokhan等人的名义申请，标题为：“包含毛毯层和光敏树脂层的纸幅构图装置”；这些专利和申请均转让给了Procter & Gamble公司，并且在此引入作为参考。根据本发明，在使纸幅10从成形网16传递至造纸网带20上之后，如图1-3所示，将纸幅10上覆盖柔性片材30。优选的是，柔性片材，或简称为“片材”30是有弹性的，或可弹性变形的。术语“可弹性变形的”指的是：片材30能在压力下并与压力成比例地拉伸成接近挠曲导管24的几何构形，并且在停止施加压力之后能够恢复其形状。一种优选的片材30是EXXTRAFLEX型薄膜“EXX7A-1”(厚度约1.5密耳)，得自ExxonChemical America’s Film Division’s plant(Lake Zurich，IL)，ExxonCorporation(New Jersey Corporation)，Flemington，NJ 08822。
普通转让的US5,518,80l(1996年5月21日授权于Chappell等人并在此引入作为参考)披露了一种网幅材料，当其经受施加并随后释放的伸长作用时，该材料将沿至少一个轴显示出弹性特性。另一可供替代的方案是，片材30是可变形的非弹性片材，它与网带20疏松地保持着靠近的关系，结果是，当对片材30施加压力时，片材30能接近网带20的挠曲导管24的几何构形。本领域普通技术人员应理解的是，也可以使用与网带20疏松地保持着靠近关系的可弹性变形的片材30，并且当可行时甚至是优选的。
图1示出了作为环状网带的片材30，它被辊39a，39b，39c支承并沿箭头“C”指示的方向运行。尽管优选的片材30为环状网带形式，但片材30可以包括许多其它的形式，如板形。本领域普通技术人员也将理解的是，当无端片材30用于本发明的方法中时，为了使片材30和辊39a，39b，39c之间保持足够的摩擦，可能需要有包含基本无弹性环路或转向架(未示出)的片材30，该片材具有令人满意的抗张特性。
如图2和3所示，当纸幅10被片材30贴合(或“覆盖”)时，纸幅10布置在片材30和造纸网带20的中间。如图2和3所示，片材30有两个面，与纸幅10结合的第一面31和与第一面31相反的第二面32。因而，当纸幅10与片材30贴合时，纸幅10布置在片材30的第一面31和造纸网带20的纸幅接触侧21(或骨架23的面朝纸幅面23a)之间。
根据本发明，片材30的透气性As小于造纸网带20的透气性Ab。优选的是，本发明的片材30是不透气的。术语“不透气的”指的是：就所有实际用途而言，在不破坏片材30的物理完整性下，空气都不能通过片材30。
在纸幅10与片材30贴合之后，将合适流体的流体压差施加至片材30上。当然，本领域普通技术人员将容易理解的是，由于片材30处于与排列在造纸网带20上的纸幅10相接近的位置，因此，流体压差同样也施加至纸幅10和网带20之上。如图1所示，施加流体压差的一种方法是：以如下方式对与片材30和网带20相结合的纸幅10进行处理，所述方式为通过从网带20的背面22施加真空，通过导管24使片材30暴露至真空压力下。在图1中，符号“P”指示的方向箭头简略地示出了：通过多缝真空箱26b产生的真空压力的施加方向。优选的是，在多缝真空箱26b处施加约15-25英寸(38.1厘米-63.5厘米)汞柱的真空压力。
在本发明优选的实施方案中，流体压差通常为以空气或蒸汽压力的正压力(即，大于大气压)。优选的流体为空气。另外，也可以图1指示的箭头方向“P”将负压施加至片材30之上。优选正压的施加装置是常规的且在本领域普通技术人员的知识范围之内，因此没有在图1中示出。
施加流体压差至少将使部分片材30向网带20挠曲。由于片材30与纸幅10结合，因此，至少部分片材30向网带20的挠曲将使至少部分纸幅10向网带20挠曲。图2和3详细地示出了将流体压差施加至片材30上的作用，所述片材30布置在优选的造纸网带20上，所述造纸网带20包含增强结构25和带有挠曲导管24的树脂状骨架23。
在图2和3中，伴随片材30第二面32的压力P2大于伴随片材30第一面31的压力P1(在图2和3中压力P1和压力P2均由方向箭头简略示出)。如上所述，片材30优选是不透气的。因此，在本发明优选的实施方案中，可以认为片材30是将围绕其的区域分成两个区的“阻隔层”：伴随片材30第二面32的相对高压P2的区和伴随片材30第一面31的相对低压P1的区。所得到的压力(P＝P2-P1)即流体压差。
流体压差使整个片材30通常将纸幅10压入网带20中。换句话说，纸幅10被“夹”在造纸网带20和片材30之间，其中，在流体压差P下，片材30将纸幅10压印入网带20中。此外，至少部分片材30(主要是相应于Z-方向网带20的导管24的区域)由片材30的主体平面沿Z-方向朝网带20发生挠曲，如图2，3和4所示。当然，片材30应具有在施加流体压差下在Z-方向能进行部分挠曲的足够的柔性。不被理论所限制，本申请人相信：在施加流体压差下，片材30将纸幅10压印入网带20中，通过导管24从纸幅10中排出水份，在纸幅10中形成圆顶11，并使纸幅10致密化。
图2，3和4示出了：纸幅10中的某部分纤维并因此是纸幅10本身已被移入骨架23的面朝纸幅面23a(或网带20的纸幅接触面21)之下的导管24中，从而形成了圆顶11。在现有技术的穿透干燥方法中，由于流体压差的作用而产生的空气流动的直接结果，纤维被挠曲进入挠曲导管中，并将发生纸幅中各纤维的重排以及它们明显移入导管中。在挠曲期间，在穿透空气的直接作用下，纤维相对自由地重排并从邻接网带网的纸幅面迁移进入挠曲导管中，借此，将在网表面上产生相对少量的纸幅，而在挠曲导管内产生相对过剩的纸幅。因而，通过现有技术的穿透干燥方法生产的纸张可以具有：相对低定量区(即在投影至网状区域的纸幅平面上的区域中纤维的重量)和相对高定量区(即在投影至圆顶区域的纸幅平面上的区域中纤维的重量)。此外，通过穿透干燥生产的现有技术纸张的网状区的密度(每单位体积的重量)可以高于圆顶的密度。
在本发明的方法中，当纸幅10的纤维挠曲进入导管中时，纸幅直接与片材30接触。纸幅10中的纤维不经受(或者在不优选的透气片材的情况下经受很小程度)穿透空气的直接作用。与现有的穿透干燥方法相反，纤维挠曲进入导管24中主要在片材30的挠曲下进行。片材30的挠曲区域(并不是空气本身)将相应于导管24的纸幅10的部分压印入导管24中。因此，据信，尽管在挠曲期间仍将进行纸幅10中纤维的某些重排，但是，与穿透干燥纸幅中网状区的纤维的迁移相比，即使不完全消除，纤维从面朝纸幅面23a的纸幅侧网区向挠曲导管24迁移将明显减少。因此，由本发明方法生产的纸页50相对于通过现有技术的由高速气流差压辅助的方法生产的纸页具有：在整个纸幅10主体平面中更为均匀的定量分布和更为均匀的密度分布。
当然，应理解的是，如果使用不是优选的透气片材30的话，仍可能会发生空气穿过透气片材30的某些运动。在这种情况下，可能会发生更为明显的纤维从面朝纸幅面23a的网区向导管24中的迁移。然后，与通过使用优选的不透气片材30的方法生产的纸幅10相比，纸页50将具有在整个纸幅10的主体平面中更不均匀的定量分布和更不均匀的密度分布。然而，由于片材30将纸幅10压印入网带20中，因此，据信，即使使用透气片材30，在这种情况下将发生纤维的某些重排，但所述的重排仍将被片材30对纸幅10的压力明显抑制。
或者在纸幅10中的纤维挠曲进入导管24形成圆顶11时，或者在发生所述的挠曲之后，水从纸幅10中除去。正如上面已详细讨论的那样，在现有技术的高气流差压辅助的方法中，在施加流体压差下，在穿过纸幅的空气的直接作用下，发生纤维挠曲进入导管，从纸幅中除去水份，以及纤维的重排。有时这将导致一些不希望的结果，如各纤维与纸幅10分离，某些纤维可能会完全穿过造纸网带20(称之为“穿孔”(“pinholing”)的一种现象)，并因此将阻塞真空脱水机械。与高气流差压辅助的现有技术的方法相反，根据本发明，在柔性片材30挠曲下将发生：纤维挠曲进入导管24中并从纸幅10中除去水份，因此，将更为有效地消除：纸幅产生针孔和真空脱水机械堵塞的起因。
图2示出了片材30的“挠曲E”，而图3示出了片材30的“最大挠曲E-max”。如上所述，尽管在流体压差下整个片材30将纸幅压入网带20中，但主要的是，与挠曲导管24结合(或在Z-方向相应于挠曲导管24)的片材30的区域被最大程度地“挠曲”(或被最大程度地在Z-方向发生偏移)。将本发明中使用的这些区域定义为片材30的“挠曲”区或部分。纸幅10的圆顶11通常在几何构形和位置上与片材30的挠曲区相对应。片材30的其余部分即不发生挠曲的部分称为片材30的“未挠曲”部分或区。片材30的基本上每个单独的挠曲区被片材30的基本平面的且未挠曲的部分包围，且被其彼此分隔开。当然，当使用带有由构图排列的突起物组成的骨架23和由基本连续的图案组成的许多导管24的上述网带20时，片材30的挠曲区包含：在Z-方向上延伸的基本上连续的图案。如上定义，Z-方向(在图2和3中由符号“Z”指示)垂直于纸幅10和网带20的主体平面，并因此垂直于片材30的主体平面，如图2和3所示。
术语片材30的“挠曲”(“最大挠曲”)表示：在流体压差的作用下，在Z-方向上，与导管24结合的片材30的部分发生偏移或拉伸的距离“E”(图2)或距离“E-max”(图3)。换句话说，“挠曲”是通过在片材30挠曲部分的第一面31上的在Z-方向上偏移最远点F和片材30的通常为未挠曲部分并因此通常为平面部分的第一面31的其余部分之间在Z-方向上的距离而测量的。
如图2和3所示，片材30的挠曲部分可以挠曲进入导管24中(图3)或可以不挠曲进入导管24中(图2)。“挠曲进入导管24中”指的是：在片材30挠曲部分的第一面31上，在Z-方向上偏移的最远点F位于网带20的骨架23的面朝纸幅面23a(或纸幅接触面21)的水平面“之下”，如图3所示。相反，图2示出了：在片材30挠曲部分的第一面31上，在Z-方向上偏移的最远点F位于网带20的骨架23的面朝纸幅面23a(或纸幅接触面21)之上。最大挠曲E-max指的是：在Z-方向片材30挠曲进入导管24中所需的挠曲。
本领域普通技术人员将理解的是，片材30的柔韧性、厚度和透气性，网带20的具体设计，包括但不局限于导管24的相对尺寸和几何构形，并且施加至片材30上的压差值是本发明方法的相关特性。
图2和3示出了其中纸幅侧开孔24a在X-Y平面的至少一个方向上大于相应的背面开孔24b的造纸网带20的实施方案，图4示出了其中纸幅侧开孔24a在X-Y平面的至少一个方向上小于相应的背面开孔24b的造纸网带20的实施方案。带有基本连续骨架23和许多挠曲导管24的造纸网带20的所述设计使得在纸幅中能形成“伞形”圆顶11。在本发明中使用的“伞形”圆顶11是这样的圆顶，其横截面的末端部分大于邻接纸幅10的与骨架23的面朝纸幅面23a相结合的表面部分。据信，相对于在传统穿透干燥条件下生产的纸幅而言，由于与传统的圆顶11相比，伞形圆顶11更容易伸缩，因此，具有伞形圆顶的纸幅10更为柔软。另外还认为，图4示出的这种伞形圆顶11，与对应部分的相类似的伞形圆顶相结合，可以成功地用作固定手段。在后者的情况下，伞形圆顶11优选应处理(加热、利用粘合剂或其它方法)成更为刚性。为形成所述的固定装置，可以使用合成纤维，或长丝。本发明引入普通转让的US5,058,247(1991年10月22日授权于Thomas等人)；US5,116,563(1992年5月26日授权于Thomas等人)；US5,230,851(1993年7月27日授权于Thomas等人)；US5,540,673(1996年7月30日授权于Thomas等人)；US5,565,255(1996年10月15日授权于Young等人)作为参考。
本领域普通技术人员将容易理解的是，对于给定的造纸网带20来说，片材30的性能如厚度和柔韧性将大大地影响实现片材30要求的挠曲所需的流体压差值。对于给定的片材30而言，造纸网带的几何构形，纸幅的厚度，以及流体压差应足以实现片材30所希望的最大挠曲E-max。
在使用不优选的透气片材30的情况下，片材30和网带20的相对透气性，或Ab/As比值是：确定片材30向网带20挠曲的程度的特性之一。当使用透气片材30时，优选的Ab/As比值大于约2.0。更优选的Ab/As比值大于约10.0。最优选的Ab/As比值大于约20.0。
参考图1，在过程的某一位置，片材30将从纸幅10上方取走。优选的是，片材30不会在纤维挠曲进入导管24并从纸幅10中除去水份的过程基本完成之前取走。当纸幅10达到至少约25％的稠度时，认为基本完成了纤维挠曲进入导管24并从纸幅10中除去水份的过程。
本发明的方法还可以任选包括对纸幅10进行预干燥的步骤。可以使用造纸领域中已知的任何常规的装置来对纸幅10进行预干燥。例如，径流干燥器(flow-through dryer)，非加热毛细管脱水装置，以及扬克式烘缸单独使用或组合使用可以令人满意地来对纸幅10进行干燥。图1示出了非强制性的预干燥器27。如上所述，片材30优选在预干燥步骤开始之前取走，尤其是如果将径流干燥设备用于预干燥步骤的话。控制预干燥器27中除去的水量，以致使排出预干燥器27的纸幅10的稠度约30％至约98％。使仍与网带20结合的预干燥纸幅10沿转向辊29c前进，并沿箭头“B”指示的方向运行至压印辊29b。
可以通过将纸幅10插在网带20(该网带仍与纸幅10相结合)和扬克式烘缸40的刚性表面40a之间而进行将面朝纸幅面23a的纸幅侧网压印入纸幅10中的任选步骤。如图1所示，与网带20结合的纸幅10通过压印辊29b和扬克式烘缸40之间形成的压区。
本发明方法的下一个步骤是对纸幅10进行干燥。如果进行对纸幅10压印的任选步骤的话，在面朝纸幅面23a的纸幅侧网已压印入纸幅10中之后，使纸幅10与造纸网带20分开。当纸幅10与网带20分开时，纸幅10将粘结至扬克式烘缸40的表面40a上，在该表面上纸幅10将被干燥至至少约90％的稠度。
在干燥步骤之后，在本发明的方法中，可以使用使干燥纸幅10缩短的任选步骤。缩短是：当以纸幅长度被减少并且纸幅中纤维发生重排，伴随着某些纤维间键的断裂的方式将能量施加至干燥纸幅上时，干燥纸幅所发生的长度减少。可利用若干种熟知方式的任意一种来完成纸幅的缩短。最为常用且优选的缩短方法是起皱。
在起皱操作中，干燥纸幅10粘结至表面上，然后利用刮刀45从所述表面上取下。如图1所示，纸幅10通常粘结的表面也起干燥表面的作用。通常，该表面是如图1所示的扬克式烘缸40的表面40a。
通过使用起皱粘合剂来促进任选压印的纸幅10粘结至扬克式烘缸40的表面上。常用的起皱粘合剂包括：任何合适的胶，如基于聚乙烯醇的胶。合适粘合剂的具体例子描述于US3,926,716(1975年12月16日授权于Bates)中，在此引入作为参考。在纸幅10恰好要通过上述压区之前将粘合剂施加至纸幅10上，或更优选的是，在用压印辊29b将纸幅压在扬克式烘缸40的表面上的位置之前将粘合剂施加至扬克式烘缸40的表面上。实施本发明所使用的施加胶料的特定装置和工艺是常规的，因此没有在图1中示出。可使用本领域普通技术人员已知的任何施加起皱粘合剂的工艺，如喷涂。通常，仅仅是与造纸网带20的面朝纸幅面23a的纸幅侧网结合的纸幅10的未挠曲部分直接粘结至扬克式烘缸40的表面上。通过本发明的方法生产的纸幅10可以进行或不进行压光处理，并且利用或不利用不同的速度进行重绕或者进行切割和堆放，所有这些均通过没有在图1中示出的常规装置进行的。然后，将纸幅10备用。
正如本领域普通技术人员将容易理解的那样，为增加通过本发明的方法生产的纸幅50的柔软触感，可以将化学柔软剂添加至纸幅10中。可以根据如下普通转让的美国专利的教导来添加合适的化学柔软剂：US5,217,576(1993年6月8日授权于Phan)；和US5,262,007(1993年11月16日授权于Phan等人)；在此将其引入作为参考。另外，可以根据如下普通转让美国专利的教导将聚硅氧烷添加至本发明的纸张中，所述美国专利为：US5,215,626(1993年6月1日授权于Ampulski等人)；和US5,389,204(1995年2月14日授权于Ampulski)；在此将其引入作为参考。

Claims (10)

1.一种纸页的制备方法，该方法包含如下步骤：
(a)提供造纸纤维的水分散体；
(b)在成形网上由所述水分散体形成所述造纸纤维的纸幅；
(c)将所述纸幅从所述成形网输送至造纸网带上，所述网带具有纸幅接触侧和与该纸幅接触侧相反的背侧，所述造纸网带具有透气性Ab，优选在100帕压差下每平方英尺其表面积大于200英尺3/分；
(d)提供具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧的柔性片材，所述片材的透气性As小于所述网带的透气性Ab；
(e)用所述片材，优选是包含可弹性变形的片材覆盖所述的纸幅，结果是，所述纸幅布置在所述片材的所述第一侧和所述造纸网带的所述纸幅接触侧之间；
(f)对所述片材施加流体压差，以致使涉及所述片材的所述第二侧的压力P2大于涉及所述片材的所述第一侧的压力P1，借此，使至少一部分所述片材朝所述造纸网带挠曲并通过所述造纸网带从所述纸幅中除去水份；
(g)从所述纸幅上方取下所述片材；并
(h)对所述纸幅进行干燥，以形成所述纸页。
2.根据权利要求1的方法，其中所述的造纸网带包括：
骨架，该骨架有限定所述造纸网带的所述纸幅接触侧的面朝纸幅面，限定所述造纸网带的所述背侧的面朝纸机面，和许多在所述面朝纸幅面和所述面朝纸机面中间延伸的挠曲导管，所述面朝纸幅面有在其中形成的纸幅侧网并限定所述导管的纸幅侧开孔，所述面朝纸机面有在其中形成的纸机侧网并限定所述导管的纸机侧开孔；和
连接至所述骨架上并设置在所述骨架的所述面朝纸幅面和所述面朝纸机面之间的增强结构，所述增强结构有相应于所述骨架的所述面朝纸幅面的第一侧，和相应于所述骨架的所述面朝纸机面的第二侧，所述增强结构的透气性在100帕压差时优选大于约1000立方英尺/分/平方英尺；
所述骨架的所述面朝纸幅面和所述增强结构的所述第一侧限定它们之间的覆盖层。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，所述片材的至少所述部分的所述挠曲将使所述纸幅中所述造纸纤维的至少一部分挠曲进入所述挠曲导管中并通过所述导管从所述纸幅中除去水份。
4.根据权利要求1，2或3的方法，其中，所述片材的透气性As在100帕的压差下小于约25scfm，所述片材优选是不透气的。
5.根据权利要求1，2，3或4的方法，其中，所述片材部分挠曲进入所述造纸网带的所述挠曲导管中形成最大挠曲，所述最大挠曲优选大于所述造纸网带的所述覆盖层的约25％。
6.根据权利要求1，2，3，4或5的方法，还包括对与所述造纸网带相结合的所述纸幅预干燥至约30％至约95％的稠度，优选的是，对所述纸幅的预干燥步骤在步骤(g)之前进行。
7.根据权利要求1，2，3，4，5或6的方法，还包括：在步骤(h)之前，通过将所述纸幅夹在所述造纸网带和刚性表面之间而将所述面朝纸幅面的所述纸幅侧网压印入所述纸幅中，所述刚性表面优选是扬克式烘缸。
8.根据权利要求1，2，3，4，5，6或7的方法，还包括：使所述纸幅的缩短步骤，所述缩短步骤包括起皱。
9.根据权利要求1，2，3，4，5，6或7的方法，其中所述的流体压差包含正压力。
10.根据权利要求1，2，3，4，5，6，7或8的方法，其中所述的流体压差包含负压力。
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