CN1745215A - 用于制造包括纤维素和合成纤维的纤维结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种纤维结构(10)和用于制造纤维结构(10)的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供第一多根纤维(101)到一个具有槽图案的成型构件(13)上，所提供的第一多根纤维(101)使得第一多根纤维中的至少一些被设置在槽中，以及提供第二多根纤维(102)给第一多根纤维(101)，使得第二多根纤维(102)邻近第一多根纤维(101)设置；以及形成一个包括第一多根和第二多根纤维的一体纤维结构，其中至少第一多根纤维(101)或第二多根纤维(102)包括合成纤维。

Description

用于制造包括纤维素和合成纤维的纤维结构的方法

发明领域

本发明涉及包括纤维素纤维与合成纤维相结合的纤维结构。更具体地讲，本发明涉及具有大体随机分布的纤维素纤维和以非随机图案分布的合成纤维或具有以非随机图案分布的纤维素纤维和大体随机设置的合成纤维的纤维结构。

发明背景

纤维结构例如纸幅已为本领域所熟知。并且目前常用于纸巾、卫生纸、面巾纸、餐巾纸、湿擦拭物等等。典型的薄页纸主要由通常为木基的纤维素纤维构成。尽管纤维素纤维的种类很广，此类纤维一般干模量高并且直径较粗大，从而使其抗弯刚度比预期的要高。此外，纤维素纤维当干燥时可具有较高的硬度，其可负面影响制品的柔软性，并且当润湿时可具有较低的硬度，其可造成所得的制品吸收性较差。

要成型一个纤维网，典型的一次性纸制品中的纤维通过化学相互作用彼此粘合到一起，并且通常粘合限于在纤维素分子上的羟基之间自然产生的氢键。如果希望暂时性或永久性湿强度较大，则可使用加强添加剂。这些添加剂典型地通过与纤维素共价反应或通过在现有的氢键周围形成保护性分子层而起作用。然而，它们也可产生较刚性的和无弹性的键，可对制品的柔软性和吸收性产生不利影响。

合成纤维与纤维素纤维一起使用可帮助解决前面提到的某些局限性。可将合成纤维制成具有明显不同特性(包括非常小的纤维直径在内)的纤维。此外，此类纤维的模量可低于纤维素的模量。因此，纤维可被制成低抗弯刚度，其有助于良好的制品柔软性。另外，合成纤维的工作截面可根据需要进行微加工。合成纤维也可被用来在润湿时保持模量，因此用此类纤维制成的纤维网在吸收性任务期间抗塌陷。因此，在薄页纸制品中使用热粘合的合成纤维会导致高度柔韧的纤维(对柔软性有益)与耐水高拉伸性键(对柔软性和湿强度有益)结合起来的坚固网络。然而，合成纤维与纤维素纤维相比比较昂贵。因此，希望包括仅如需要的一样多的合成纤维以获得所期望的纤维提供的有益效果，或优先处理纤维使得它们发挥最大效果。

因此，提供包括纤维素和合成纤维相结合的改进的纤维结构和用于制造此类纤维结构的方法是有利的。提供一种具有集中在所得纤维网某些所期望的部分中的合成或纤维素纤维的制品和一种便于此类纤维如此非随机放置的方法也是有利的。

发明概述

要解决相对于现有技术的问题，我们已经发明了一种具有以大体非随机图案设置的多根合成纤维和大体随机设置的多根纤维素纤维的一体纤维结构和一种用于制造这样一种结构的方法。该方法可包括以下步骤：提供多根合成纤维到一个具有槽图案的成型构件上，使得合成纤维中的至少一些被设置在槽中；提供多根纤维素纤维到合成纤维上，使得纤维素纤维邻近合成纤维；和成型一个包括合成纤维和纤维素纤维的一体纤维结构。

在一个可供选择的实施方案中，提供了一个具有以大体非随机图案设置的多根纤维素纤维和大体随机设置的多根合成纤维的纤维网。制造这样一种纤维网的方法可包括以下步骤：提供多根纤维素纤维到一个具有槽图案的成型构件上，使得纤维素纤维中的至少一些被设置在槽中；提供多根合成纤维到纤维素纤维上，使得合成纤维邻近纤维素纤维设置；以及由合成纤维和纤维素纤维形成一体纤维结构。

附图简述

图1为本发明的方法的一个实施方案的侧视图。

图2为一个具有基本连续的骨架的成型构件的一个实施方案的平面视图。

图3为一个示例性成型构件的有代表性的剖面视图。

图4为一个具有基本半连续的骨架的成型构件的一个实施方案的平面视图。

图5为一个具有不连续图案骨架的成型构件的一个实施方案的平面视图。

图6为一个示例性成型构件的有代表性的剖面视图。

图7为显示分布在成型构件中所形成的槽中的示例性合成纤维的剖面视图。

图8为显示本发明的一体纤维结构的剖面视图，其中纤维素纤维随机分布在包括合成纤维在内的成型构件上。

图9为本发明的一体纤维结构的剖面视图，其中纤维素纤维大体随机分布以及合成纤维大体非随机分布。

图9A为本发明的一体纤维结构的剖面视图，其中合成纤维大体随机分布以及纤维素纤维大体非随机分布。

图10为本发明的一体纤维结构的一个实施方案的平面视图。

图11为在一个压制表面和一个模塑构件之间的本发明的一体纤维结构的剖面视图。

图12为一个双组分合成纤维与另一根纤维互连的剖面视图。

图13为一个具有基本连续图案骨架的模塑构件的一个实施方案的平面视图。

图14为沿着图13的线14-14截取的剖面视图。

发明详述

本文所用下列术语具有下述含义。

“一体纤维结构”是一种包括多个相互缠结的或换句话讲连接的纤维以形成一个具有某种预定的微观几何结构、物理和美学性质的片制品的排列。纤维可为纤维素和/或合成纤维以及可被成层或换句话讲排列在一体纤维结构中。

“微观几何结构”或其取代词是指相当小的(即，“微观的”)纤维结构细节例如表面纹理，与结构的整个构型无关，并与其整体(即，“宏观的”几何结构不同。例如，在本发明的模塑构件中，流体可透过区域和流体不可透过区域组合起来构成模塑构件的微观几何结构。在考虑其处于一个二维构型例如X-Y平面上时，含“宏观的”或“宏观上”的术语是指一个结构或其一部分的“宏观几何结构”或整体几何结构。例如，在宏观水平上，当设置在一个平坦表面上时，纤维结构构成一个平坦的片。然而，在微观水平上，纤维结构可由形成不同高度的多个微观区域例如具有第一高度的网络区域和分散分布的并从网络区域向外伸出来形成第二高度的多个纤维“枕块”组成。

“定量”为纤维结构的单位面积(典型地按平方米测量)的重量(按克测量)，其中单位面积在纤维结构平面上取得。由其测定定量的单位面积的尺寸和形状取决于具有不同定量的各个区域的相对和绝对尺寸和形状。定量如下面的测试方法部分中所述进行测量。

“厚度”为一个样本的宏观厚度。厚度应该与差异区域的高度区分开来，差异区域的高度为各个区域的微观特征。最典型地，在均匀施加的95克每平方厘米(g/cm²)的载荷下测定厚度。厚度如下面的测试方法部分中所述进行测量。

“密度”为定量与一个区域的厚度(正交于纤维结构平面所取得的)之比。视密度为样本的定量除以引入其中的经过适当单位换算的厚度。本文所用的视密度单位为克每立方厘米(g/cm³)。

“纵向”(或“MD”)为平行于通过加工设备所制造的纤维结构流动的方向。“横向”(或“CD”)是与纵向相垂直的方向。

“X”、“Y”和“Z”表示传统的笛卡尔坐标系统，其中相互垂直的坐标“X”和“Y”确定一个基准X-Y平面，以及“Z”确定正交于X-Y平面。当一个元件例如一个模塑构件弯曲或换句话讲偏离平面时，X-Y平面遵循元件的构型。

“基本连续的”区域(面积/网络/骨架)是指这样一个区域，在其内部可用一条整个线的长度完全在那个区域内部延伸的连续线将任意两点连接起来。就是说，基本连续的区域或图案在平行于X-Y平面的所有方向上具有基本的“连续性”并仅在那个区域的边缘处被终止。术语“基本”与“连续的”相结合用来表示尽管绝对连续性为所期望的，略微背离于绝对连续性可为容许的，只要那些背离不会影响所设计的和采用的纤维结构或模塑构件的性能。

“基本半连续的”区域(面积/网络/骨架)是指这样一个区域，其在除了平行于X-Y平面的至少一个方向之外的所有方向上可具有连续性，并且在该区域中不能用一条整个线的长度完全在那个区域内部延伸的连续线将每一组两点连接起来。当然，与此类连续性略微有些误差可为容许的，只要那些误差不会明显影响结构或模塑构件的性能。

“不连续的”区域(或图案)是指在平行于X-Y平面的所有方向上不连续的离散的并彼此分离的区域。

“重新分布”意思是在本发明的一体纤维结构中所包括的多根纤维中的至少一些至少部分熔化、移动、收缩和/或换句话讲改变它们在纤维网中的初始位置、状态和/或形状。

“互连的纤维”意思是已经通过熔化、胶粘、卷绕、化学或机械粘合彼此进行熔合或粘合、或换句话讲结合到一起，同时至少部分保持其各自的单独纤维特性的两个或更多根纤维。

一般而言，用于制造一体纤维结构的本发明的方法将根据成型一个具有以大体非随机图案设置的多根合成纤维101和大体随机设置的多根纤维素纤维102的纤维网进行描述(例如，如图9和10所示)。然而，如上所述，本发明的方法和装置也适于成型一个具有以大体非随机图案设置的多根纤维素纤维102和大体随机设置的多根合成纤维101的纤维网(例如，如图9A所示)和其中纤维素纤维102和合成纤维101以彼此不同的非随机图案进行设置的纤维网。在其中合成纤维101非随机设置的实施方案中，本方法可包括以下步骤：提供多根合成纤维101到一个成型构件上，使得合成纤维101至少被设置在预定的区域或槽中；提供在包含合成纤维101的成型构件上大体随机的多根纤维素纤维102；和成型包括随机设置的纤维素纤维102和非随机设置的合成纤维101的一体纤维结构。然而，在其中合成纤维101大体随机设置的实施方案中，本方法可包括以下步骤：提供多根纤维素纤维102到一个成型构件上，使得纤维素纤维102至少被设置在预定的区域或槽中；提供在包含纤维素纤维102的成型构件上大体随机的多根合成纤维101；和成型包括随机设置的合成纤维101和非随机设置的纤维素纤维102的一体纤维结构。

图1显示本发明的连续生产过程的一个示例性实施方案，其中来自流浆箱12的纤维素和合成纤维的含水混合物或含水浆液11被沉积到一个成型构件13上以成型一个胚网10。在该特定实施方案中，成型构件13被辊13a、13b和13c所支撑并在箭头A的方向上绕其连续行进。在该特定实施方案中，纤维网将被成型，具有非随机设置的至少一部分合成纤维101。同样，合成纤维101可在纤维素纤维102沉积之前进行沉积并直接沉积到成型构件13上。在某些实施方案中，可采用一个以上的流浆箱12和/或可将合成纤维101沉积到一个成型构件13上，然后转移到一个接下来沉积纤维素纤维102的不同的成型构件上。可供选择地，如其它种类的纤维一样，合成纤维101可为在约同一时间被沉积到成型构件13上的几层中的一层。总之，在合成纤维101打算被非随机设置的实施方案中，合成纤维101应该通过合成纤维101的至少一部分被引导到预定的区域例如成型构件13上存在的槽53中来进行沉积(例如，如图7-8所示)。如果希望一个纤维网具有至少一部分非随机设置的纤维素纤维，则可采用任何上述技术。

在本发明的一个实施方案中，提供了合成纤维101使得其主要被设置在成型构件13的槽53中。就是说，当纤维网10进行成型时，合成纤维101的一半以上被设置在槽53中。在其它实施方案中，当纤维网10进行成型时，希望至少约60％、约75％、约80％或基本上所有的合成纤维101被设置在槽53中。另外，可取的是所得的纤维网100包括设置在一层或多层中的某一百分比的合成纤维101。例如，可取的是由最先沉积的或最靠近成型构件13的纤维构成的层的合成纤维101的浓度大于约55％、大于约60％或大于约75％。(一种用于测量一层纤维网制品中特定种类纤维百分比的适用方法被公开于1993年1月12日授予BruceJanda的美国专利5,178,729中)。此外，在某些实施方案中，希望提供纤维素纤维102使得其主要被设置在与由合成纤维101构成的层相邻的至少一层中。在其它实施方案中，希望至少某一百分比的纤维素纤维102被设置在纤维网100的至少一层中，例如大于约55％、大于约60％或大于约75％。可将纤维素纤维102的至少一层大体随机设置。因此，所得的纤维网100可具有合成纤维101与一层或多层大体随机分布的纤维素纤维102结合的非随机图案(例如，图9和10)。此外，可成型纤维结构使其具有不同定量的微观区域。

在其中纤维素纤维101打算被非随机设置的本发明实施方案中，可提供纤维素纤维102使得其主要被设置在成型构件13的槽53中。就是说，当纤维网10进行成型时，纤维素纤维102的一半以上被设置在槽53中。在其它实施方案中，当纤维网10进行成型时，纤维素纤维102的至少约60％、约75％、约80％或基本上全部被设置在槽53中是可取的。另外，所得的纤维网100包括设置在一层或多层中的某一百分数的纤维素纤维102是可取的。例如，可取的是由最先沉积的或最靠近成型构件13的纤维构成的层的纤维素纤维102的浓度大于约55％、大于约60％或大于约75％。此外，在某些实施方案中，希望提供合成纤维101使得其主要被设置在与由纤维素纤维102构成的层相邻的至少一层中。在其它实施方案中，希望至少某一百分比的合成纤维101被设置在纤维网100的至少一层中，例如大于约55％、大于约60％或大于约75％。可将合成纤维101的至少一层大体随机设置。因此，所得的纤维网100可具有纤维素纤维102与一层或多层大体随机分布的合成纤维101结合的非随机图案(例如，图9A)。此外，如上所述，可成型纤维结构使其具有不同定量的微观区域。

成型构件13可为任何适用的结构以及典型地为至少部分流体可透过的。例如，成型构件13可包括多个流体可透过区域54和多个流体不可透过区域55，例如如图2-6所示。流体可透过区域或孔54可从纤维网侧51至背侧52贯穿成型构件13的厚度H。在某些实施方案中，由孔构成的某些流体可透过区域54可为“盲的”或“闭口的”，如1999年10月26日授予Polat等人的美国专利5,972,813中所述。流体可透过区域54，无论是通的、盲的或闭口的，形成其中可通过纤维的槽53。多个流体可透过区域54和多个流体不可透过区域55中的至少一种典型地形成一个遍及模塑构件50的图案。这样一种图案可包括随机图案或非随机图案并为基本连续的(例如，图2)、基本半连续的(例如，图4)、不连续的(例如，图5)或它们的任意组合。

成型构件13可具有任何合适的厚度H，实际上，根据需要，可将厚度H加工成在整个成型构件13上改变。此外，槽53可为任何形状或不同形状的组合以及可具有任何深度D，深度D可在整个成型构件13上变化。同样，槽53可具有任何所需的容积。根据需要，可改变槽53的深度D和容积，帮助确保所需浓度的合成纤维101或纤维素纤维102被设置在槽53中。在某些实施方案中，可取的是槽53的深度D小于约254微米或小于约127微米。此外，可改变沉积到成型构件13上的合成纤维101或纤维素纤维102的量以确保所需比率或百分比的合成纤维101和/或纤维素纤维102被设置在特定深度D或容积的槽53中。例如，在某些实施方案中，可取的是提供足够的合成纤维101完全充满槽53，使得在纤维网加工过程中实际上没有纤维素纤维102将被设置在槽53中，同时在其它实施方案中，可取的是提供合成纤维101仅够充满槽53的一部分，使得纤维素纤维102的至少一部分也可被引导进槽53中。在其它实施方案中，可取的是提供足够的纤维素纤维102完全充满槽53，使得在纤维网加工过程中实际上没有合成纤维101将被设置在槽53中，同时在其它实施方案中，可取的是提供纤维素纤维102仅够充满槽53的一部分，使得合成纤维101的至少一部分也可被引导进槽53中。

某些示例性的成型构件13可包括如图2-8所示的结构，其包括一个流体可透过的加强元件70和一个在那里延伸形成多个槽53的图案或骨架60。在一个实施方案中，如图5和6所示，成型构件13可包括接合于一个加强元件70上或与其成整体的多个不连续的突起61。加强元件70通常起到提供或帮助整体性、稳定性和耐久性的作用。加强元件70可为流体可透过的或部分流体可透过的，可具有多个实施方案和编织图案，以及可包括多种材料例如多个交织纱(包括提花型等编织图案)、羊毛毡、塑料或其它合成材料、网状物、具有多个孔的平板或它们的任意组合。适用加强元件70的实施例被描述于1996年3月5日授予Stelljes等人的美国专利5,496,624、1996年3月19日授予Trokhan等人的美国专利5,500,277和1996年10月22日授予Trokhan等人的美国专利5,566,724中。可供选择地，可利用包括提花型编织等的加强元件70。说明性的带可见于以下美国专利中：1995年7月4日授予Chiu等人的5,429,686；1997年9月30日授予Wendt等人的5,672,248；1998年5月5日授予Wendt等人的5,746,887和2000年1月25日授予Wendt等人的6,017,417。此外，可利用各种样式的提花型图案作为成型构件13。

以下美国专利说明了示例性的适用骨架元件60和用于将骨架60应用于加强元件70上的方法，例如1985年4月30日授予Johnson的4,514,345；1985年7月9日授予Trokhan的4,528,239；1985年7月16日授予Trokhan的4,529,480；1987年1月20日授予Trokhan的4,637,859；1994年8月2日授予Trokhan的5,334,289；1996年3月19日授予Trokhan等人的5,500,277；1996年5月7日授予Trokhan等人的5,514,523；1997年5月13日授予Ayers等人的5,628,876；1998年9月8日授予Phan等人的5,804,036；1999年5月25日授予Trokhan的5,906,710；2000年3月21日授予Trokhan等人的6,039,839；2000年8月29日授予Trokhan等人的6,110,324；2000年9月12日授予Trokhan的6,117,270；2001年1月9日授予Trokhan的6,171,447 B1和2001年2月27日授予Trokhan的6,193,847 B1。此外，如图6所示，骨架60可包括贯穿骨架元件60的一个或多个孔或洞58。此类洞58不同于槽53并可用来帮助使浆液或纤维网脱水和/或有助于防止沉积到骨架60上的纤维完全移动进槽53中。

可供选择地，成型构件13可包括适于容放纤维并包括其中可被引导进合成纤维101的某些槽53图案中的任何其它结构，包括但不限于丝网、复合带和/或毡。总之，如上所述，图案可为不连续的或基本不连续的，可为连续的或基本连续的，或可为半连续的或基本半连续的。通常适用于本发明的方法的某些示例性成型构件13包括美国专利5,245,025；5,277,761；5,443,691；5,503,715；5,527,428；5,534,326；5,614,061和5,654,076中所描述的成型构件。

如果成型构件13包括一个压毡，则其可依照以下美国专利的说明进行制造，1996年12月3日授予Ampulski等人的5,580,423；1997年3月11日授予Phan的5,609,725；1997年5月13日授予Trokhan等人的5,629,052；1997年6月10日授予Ampulski等人的5,637,194；1997年10月7日授予McFarland等人的5,674,663；1997年12月2日授予Ampulski等人的5,693,187；1998年1月20日授予Trokhan等人的5,709,775；1998年7月7日授予Ampulski等人的5,776,307；1998年8月18日授予Ampulski等人的5,795,440；1998年9月29日授予Phan的5,814,190；1998年10月6日授予Trokhan等人的5,817,377；1998年12月8日授予Ampulski等人的5,846,379；1999年1月5日授予Ampulski等人的5,855,739和1999年1月19日授予Ampulski等人的5,861,082；在一个可供选择的实施方案中，可依照1996年10月29日授予Cameron的美国专利5,569,358的说明将成型构件13制成一个压毡或任何其它适用结构。适于用作成型构件13的其它结构根据可任选的模塑构件50在下文进行描述。

设置在成型构件13下面的真空装置例如真空装置14用来将流体压力差施加到设置在成型构件13上的浆液上以促进胚网10至少部分脱水。这种流体压力差也可帮助将所需的纤维例如合成纤维101引导进成型构件13的槽53中。除了真空装置14之外或作为一种方案，可采用其它已知的方法使纤维网10脱水和/或帮助将纤维引导进成型构件13的槽53中。

如果需要，在成型构件13上所成型的胚网10可从成型构件13被转移到一个毡或其它结构例如模塑构件上。模塑构件是一个可被用作胚网支撑物的结构元件，也是一个成型或“模塑”所需的纤维结构微观几何的成型单元。模塑构件可包括为其上所生产的结构赋予微观三维图案能力的任何元件，并包括(没有局限性)单层和多层结构，包括静止的平板、皮带、纺织物(包括提花型等编织图案)、带子和辊。

在图1所示的示例性实施方案中，模塑构件50为流体可透过的并且真空底板15施加足以使设置在成型构件13上的胚网10与其分离并粘附到模塑构件50上的真空压力。图1的模塑构件50包括一个被辊50a、50b、50c和50d所支撑并在箭头B的方向上绕其行进的带。模塑构件50具有一个纤维网接触侧151和一个与纤维网接触侧151相对的背侧152。

模塑构件50可采用任何合适的样式并可由任何适用的材料制成。模塑构件50可包括本文对于成型构件13所描述的任何结构并用本文对于成型构件13所描述的任何方法进行制造，尽管模塑构件50并不仅限于这样的结构或方法。例如，模塑构件50包括一个接合于一个加强元件170的树脂骨架160，例如如图13-14所示。此外，可利用各种样式的提花型编织图案作为模塑构件50和/或压制表面210。如果需要，模塑构件50可为一个压毡或包括一个压毡。供本发明使用的适用压毡包括但不限于本文对于成型构件13所描述的那些。

在某些实施方案中，模塑构件50可包括多个流体可透过区域154和多个流体不可透过区域155，例如如图13和14所示。流体可透过区域或孔154从纤维网侧151至背侧152贯穿模塑构件50的厚度H1。如上面对于成型构件13所述，模塑构件的厚度H1可为任何所需的厚度。此外，槽153的深度D1和容积可根据需要进行改变。此外，如上面对于成型构件13所述，由孔构成的一个或多个流体可透过区域154可为“盲的”或“闭口的”。多个流体可透过区域154和多个流体不可透过区域155中的至少一种形成遍及模塑构件50的图案。这样一种图案刻包括随机图案或非随机图案以及可为基本连续的、基本半连续的、不连续的或它们的任意组合。加强元件170与模塑构件50中的孔154相对应的部分在制造一体纤维结构100的过程中可为被陷入模塑构件50的流体可透过区域中的纤维提供支撑。加强元件可帮助防止所制造的纤维网的纤维穿过模塑构件50，从而减少所得结构100中针孔的出现。

在某些实施方案中，如2003年6月10日授予Trokhan等人的美国专利6,576,090所说明的那样，模塑构件50可包括从多个底部伸出来的多个悬垂部分。在这种实施方案中，悬垂部分可从加强元件170处抬高，在悬垂部分和加强元件170之间形成空隙空间，在该空间中，胚网10的纤维可进行偏移以形成纤维结构100的悬臂部分。具有悬垂部分的模塑构件50可包括由至少两层形成的并以面对面关系接合到一起的多层结构。接合的各层可放置成使一层的孔与另一层的一部分骨架相叠合(在垂直于模塑构件50的总平面的方向上)，该部分形成上述的悬垂部分。包括多个悬垂部分的模塑构件50的另一个实施方案可通过一种包括透过一个包括透明区域和不透明区域的屏蔽不等固化一层光敏树脂或其它可固化材料的方法进行加工。不透明区域包括具有不同不透明度的区域，例如具有较高不透明度的区域(不透明)和具有较低的部分不透明度的区域(有些透明)。

当胚网10被设置在模塑构件50的纤维网接触侧151上时，纤维网10至少部分适形于模塑构件50的三维图案。另外，可采用各种方法引起或促进胚网10的纤维素和/或合成纤维适形于模塑构件50的三维图案并成为图1中标为“20”的模塑网(要理解的是，本文可互换使用参考数字“10”和“20”以及术语“胚网”和“模塑网”)。一种方法包括将流体压力差施加到多个纤维上。例如，如图1所示，可排列设置在模塑构件50背侧152的真空装置16和/或17将真空压力施加到模塑构件50上并进而施加到设置在其上的多个纤维上。在由真空装置16和17的真空压力分别产生的流体压力差ΔP1和/或ΔP2的作用下，部分胚网10可陷入模塑构件50的槽153中并适形于它们的三维图案。

通过将部分纤维网10陷入模塑构件50的槽153中，相对于模塑网20其它部分的密度而言，可降低在模塑构件50的槽153中形成的所得枕块150的密度。未陷入孔中的区域168稍后可通过在一个压制表面218和模塑构件50之间(例如，图11)例如在一个干燥转筒200的一个表面210和辊50c之间形成的压缩辊缝中压缩纤维网20而进行压印，如图1所示。如果压印，则区域168的密度相对于枕块150的密度增加很多。

纤维结构100的微观区域(高和低密度)可被认为是位于两个不同的高度处。本文所用的区域高度是指其距一个基准平面(即，X-Y平面)的距离。可将基准平面想象为水平面，其中距基准平面的高向距离是垂直的(即，Z向的)。结构100的特定微观区域的高度可用本领域所熟知的适于此用途的任何非接触测量装置进行测量。可将依照本发明的纤维结构100放置在基准平面上，其中压印区域168与基准平面相接触。枕块150远离基准平面垂直延伸。多个枕块150可包括对称的枕块、不对称的枕块或它们的组合。

微观区域的不同高度也可通过采用具有不同深度或高度的三维图案的模塑构件50进行成型。这种具有不同深度/高度的三维图案可通过用砂纸打磨部分模塑构件50降低其高度进行制作。可供选择地，可采用一个包括不同深度/高度的凹陷/突起的三维屏蔽来形成一个具有不同高度的相应的骨架160。对于前述目的，也可采用成型具有不同高度表面的其它常规技术。应该认识到，本文所描述的用于成形模塑构件的技术也适于成形成型构件13。

为改善通过一个真空装置16和/或17和/或一个真空拾取底板15将流体压力差突然施加到所加工的纤维结构上可能将某些长丝或其一部分全部拉穿过模塑构件50并因此导致形成最终纤维结构中的所谓针孔可能带来的负面影响，模塑构件50的背侧152可为“带纹理的”以形成微观表面不平度。这样的表面不平度可帮助防止在模塑构件50的背侧52和造纸设备的一个表面(例如，真空装置的一个表面)之间形成真空密封，从而产生“渗漏”，并因此减轻在通气干燥法中施加真空压力的某些不良后果。产生这样的渗漏的其它方法被公开于美国专利5,718,806；5,741,402；5,744,007；5,776,311和5,885,421中。

采用如美国专利5,624,790；5,554,467；5,529,664；5,514,523和5,334,289中所描述的“不等光透射技术”也可产生渗漏。模塑构件50可通过将一个光敏树脂涂层涂敷到一个具有不透明部分的加强元件上、然后将涂层透过具有透明和不透明区域的屏蔽以及也透过加强元件暴露于具有致活波长的光下进行加工。产生背侧表面不平度的另一种方法包括使用带纹理的成型表面或带纹理的阻挡膜，如美国专利5,364,504；5,260,171和5,098,522中所述。模塑构件50可通过在加强元件越过带纹理的表面时将光敏树脂浇注在加强元件上、然后将涂层透过一个具有透明和不透明区域的屏蔽暴露于具有致活波长的光下进行制作。应该理解的是，本段和前一段中所描述的方法和结构也可适于成型构件13的结构和形式。

本发明的方法也可包括一个其中用一个包括一个随同模塑构件50一起行进的环形带的柔韧材料片覆盖胚网10(或模塑网20)的步骤，所以对于某一段时间而言，胚网10被夹在模塑构件50和柔韧的材料片之间。柔韧的材料片可具有小于模塑构件50的透气率，并且在某些实施方案中可为不透气的。流体压力差透过模塑构件50作用到柔韧片上引起柔韧片的至少一部分朝向模塑构件50的三维图案偏斜，并且在某些情形下进入其中，从而迫使纤维网20设置在模塑构件50上的部分紧密适形于模塑构件50的三维图案。美国专利5,893,965描述了利用柔韧材料片的方法和设备的一种排列。

除流体压力差之外或可供选择地，可采用机械压力来促进本发明纤维结构100上的微观三维图案的形成。这样一种机械压力可通过任何合适的压制表面218来产生，包括例如辊的表面或带的表面。压制表面218可为光滑的或本身具有三维图案。在后一情况中，可采用压制表面218作为一个压花装置与模塑构件50的三维图案共同或独立于其在所制造的纤维结构100上形成一个醒目的凸起和/或凹陷的微观图案。此外，可采用压制表面将多种添加剂例如软化剂和油墨施放到所加工的纤维结构上。可采用各种其它常规技术例如油墨辊、或喷射装置、或喷洒器直接或间接地将多种添加剂施放到所加工的纤维结构上。

在某些实施方案中，可取的是在其进行成型时缩短本发明的纤维结构100。例如，可设定模塑构件50使其线速度小于成型构件13的线速度。在从成型构件13至模塑构件50的转移点处采用这样一种速度差可用来实现“微收缩”。美国专利4,440,597详细描述了湿法微收缩的一个实施例。这样的湿法微收缩可涉及将具有低纤维稠度的纤维网从任何第一构件(例如一个多孔成型构件)转移到比第一构件移动慢的任何第二构件(例如一个网眼织物)上。第一构件和第二构件间速度上的差异可根据所期望的纤维网结构100的最终特性而改变。描述实现微收缩的方法的其它专利包括例如美国专利5,830,321；6,361,654和6,171,442。

除此之外或可供选择地，纤维结构100在其已经被成型和/或充分干燥后进行缩短。例如，缩短可通过从一个硬表面例如一个干燥转筒200的表面210处使结构100起绉来实现，如图1所示。这种型式的起绉和其它型式的起绉已为本领域所熟知。1992年4月24日授予Sawdai的美国专利4,919,756描述了一种起绉纤维网的适用方法。当然，未被起绉的(例如，无绉的)和/或换句话讲未被缩短的纤维结构100被认为在本发明的范围之内，未被起绉然而用别的方式进行缩短的纤维结构100也一样。

在某些实施方案中，可取的是至少部分熔化或软化至少某些合成纤维101。当合成纤维101至少部分熔化或软化时，它们变得能够与相邻的纤维不管是纤维素纤维102还是其它合成纤维101相互连接。纤维的互连可包括机械互连和化学互连。当至少两个相邻的纤维在分子水平上结合到一起使得各个互连纤维的特性在互连的区域基本消失时发生化学互连。当一个纤维仅仅适形于相邻纤维的形状并且在互连的纤维间没有化学反应时发生纤维的机械互连。图12显示机械互连的一个实施方案，其中一个纤维111被一个邻近的合成纤维112物理“捕捉”。纤维111可为合成纤维或纤维素纤维。在图12所示的一个实施例中，合成纤维112具有一个双组分结构，双组分结构包括一个芯112a和一个鞘或壳112b，其中芯112a的熔化温度大于鞘112b的熔化温度，以便在加热时仅鞘112b熔化同时芯112a保持其完整性。然而要了解的是，如可采用单组分纤维一样，在本发明中可采用不同类型的双组分纤维和/或包括多于两种组分的多组分纤维。

在某些实施方案中，可取的是在纤维网100被成型之后重新分布纤维网100中的合成纤维101的至少一部分。这样的重新分布可发生在纤维网100被设置在模塑构件50上或处在本方法中不同的时间和/或位置之时。例如，在纤维网100被成型之后可采用加热装置90、干燥表面210和/或干燥转筒的通风帽(例如，Yankee干燥通风帽80)对其进行加热，重新分布合成纤维101的至少一部分。不希望被理论所束缚，据信在施加足够高的温度之后，合成纤维101在两种现象的至少一种的影响下可移动。如果温度高到足以熔化合成纤维101，由于表面张力的缘故，所得的液体聚合物将趋于使其表面积/体积降至最低，并在纤维受热影响小的部分的末端形成球形形状。另一方面，如果温度处于熔点之下，具有高残余应力的纤维将通过纤维的收缩或卷曲软化到消除应力的程度。相信这会发生，因为聚合物分子典型地更趋向于处在非线性卷曲状态。在加工期间已经进行高度拉伸然后进行冷却的纤维由已被拉伸成亚稳态构型的聚合物分子构成。在随后的加热过程中，纤维试图恢复到最小自由能卷曲状态。

重新分布可在任何数目的步骤中被完成。例如，合成纤维101可首先在纤维网100被设置在模塑构件50上的时候进行重新分布，例如通过将热气吹过纤维网100的枕块以便合成纤维101依照第一图案进行重新分布。然后，纤维100可被转移到另一个模塑构件50上，其中合成纤维101可依照第二图案进行进一步重新分布。

加热纤维网100中的合成纤维101可通过加热与模塑构件50的流体可透过区域154相对应的多个微观区域来实现。例如，可将来自加热装置90的热气吹过纤维网100。也可采用预干燥机作为热能的来源。总之要了解的是，根据本方法，热气的流动方向可相对于图1所示的方向倒转，以便热气穿过模塑构件50透入纤维网。因而，纤维网设置在模塑构件50的流体可透过区域154中的“枕块”部分150将主要受到热气的影响。模塑构件50将使纤维网100的其余部分免于受到热气的影响。因此，合成纤维101将主要在纤维网10的枕块部分150中被软化或熔化。此外，由于合成纤维101的熔化或软化最有可能发生，这个区域为纤维进行互连的地方。

尽管上面已将合成纤维101的重新分布描述成通过某些纤维101的至少一部分上通过热气而起作用，可执行用于加热纤维101的任何适用的方法。例如，可采用热流体，以及微波、无线电波、超声能量、激光或其它光能、加热的带或辊、热棒、磁能或这些方法的任意组合或用于加热的其它已知方法。此外，尽管合成纤维101的重新分布通常已经被称为通过加热纤维101而起作用，重新分布也可由于一部分纤维网10的冷却而发生。正如加热的情况一样，合成纤维101的冷却可使纤维101改变它们的形状和/或相对于纤维网的其余部分重新定位。此外，合成纤维可由于与一种重新分布材料反应而重新分布。例如，合成纤维101可具有一种软化或换句话讲控制合成纤维101的化学组分以在纤维网10的内部使它们的形状、方向或位置发生某些改变。此外，重新分布可受到机械和/或诸如磁、静电等之类的其它方法的影响。因此，如本文所述，不应该认为合成纤维101的重新分布仅限于合成纤维101的热重新分布，而是应该认为包括所有已知的用于重新分布(例如，改变形状、方向或位置)纤维网10内合成纤维101的任何部分的方法。此外，尽管重新分布是根据合成纤维101进行描述，应该理解的是，同样或可供选择地，可用已知的方法重新分布纤维素纤维102来改变纤维素纤维的形状和/或方向。

尽管合成纤维101可在某种意义上并通过本文所述的方法进行重新分布，可选择用于生产纤维网的方法使得纤维素纤维102的随机分布不会明显受到重新分布合成纤维101的所用方法的影响。因此，所得的纤维结构100无论进行重新分布与否均包括随机分布在整个纤维结构上的多根纤维素纤维102和以非随机图案分布在整个纤维结构上的多根合成纤维101。图10示意性地显示纤维结构100的一个实施方案，其中纤维素纤维102被随机分布在整个结构上以及合成纤维101以非随机重复图案分布。

合成纤维101可为任何材料，例如选自聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚羟基链烷酸酯、多糖和它们的任意组合的那些材料。更具体地讲，合成纤维101的材料可选自以下材料：聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚-1，4-环已烯二亚甲基对苯二甲酸酯、间苯二酸共聚物、乙二醇共聚物、聚已酸内酯、聚羟基醚酯、聚羟基醚酰胺、聚酯酰胺、聚乳酸、聚羟基丁酸、淀粉、纤维素肝糖和它们的任意组合。此外，合成纤维101可为单组分(即，单一合成材料或混合物构成整个纤维)、双组分(即，纤维被分成各个区域，各个区域包括两种或更多种不同的合成纤维或它们的混合物)或它们的任意组合。同样，在本发明的工序之前、之中或之后可处理任何或全部合成纤维101以改变纤维的任何所需的性质。例如，在某些实施方案中，可取的是在造纸工序之前或之中处理合成纤维101以使它们更加亲水、更可润湿等等。

制造本发明的纤维网100的方法也可包括任何其它所需的步骤。例如，该方法可包括转换加工步骤，例如将纤维网缠绕到一个卷轴上、压光纤维网、压花纤维网、印刷纤维网和/或将纤维网接合到一个或多个其它纤维网或材料上形成多层结构。某些描述压花的示例性专利包括美国专利3,414,459；3,556,907；5,294,475和6,030,690。另外，该方法可包括一个或多个增加或增强纤维网100的性质的步骤，例如对制品的表面或在纤维网被成型时增加软化、强化和/或其它处理。此外，纤维网100可具有例如如美国专利3,879,257中所描述的乳胶等或其它材料或树脂给纤维网提供有益的性质。

如上所述，本文所描述的方法和装置也可用来成型一个其中纤维素纤维102大体非随机分布和合成纤维101在至少一部分纤维网100上大体随机分布的纤维网100(例如图9A)。同样，应该理解，对于用于本方法的步骤和各种设备来说，本文所描述的所有变化也可用于这种可供选择的纤维网实施方案，本文所描述的可供选择的和可任选的步骤也是一样。

可采用本发明的纤维结构100制造多种制品。例如，所得的制品可用于空气、油和水的过滤器、真空清洁器过滤器、炉过滤器、茶或咖啡袋、热绝缘材料和隔音材料、用于一次性使用的卫生制品例如尿布、妇女护垫和失禁制品的无纺材料、用于吸湿和穿戴柔软性的纺织物例如微纤维或可透气的织物、用于收集和去除灰尘的荷静电的结构纤维网、用于硬纸例如包装纸、书写纸、新闻纸、瓦楞纸的强化和纤维网和薄纸例如卫生纸、纸巾、餐巾纸和面巾纸的纤维网、医学用途例如手术单、伤口敷料、绷带和皮肤贴片。对于特定用途，纤维结构100也可包括气味吸收剂、驱蚁剂、杀虫剂、灭鼠剂等等。所得的制品可吸收水和油并可用于油或水溢出清理、或在农业或园艺应用场合控制水的保持或释放。

测试方法：

厚度依照下列程序进行测量，忽略对于依照前述引用的专利制造的多密度织物固有的与绝对平面性的微小偏差。

在厚度测量之前将薄页纸在21℃至24℃(71°F至75°F)和48％至52％的相对湿度下预先处理至少两个小时。如果要测量卫生纸或其它卷制品的厚度，则首先从卷的外侧去掉15至20层并扔掉。如果要测量面巾纸或其它盒装制品的厚度，则从包装的中心附近取样本。选定样品，然后再对其进行额外的15分钟处理。

采用购自宾夕法尼亚州费城Thwing-Albert Instrument Company的型号为89-2012的低载荷Thwing-Albert Progage测微器测量厚度。测微器采用一个直径为5.1厘米(2.0英寸)的压脚和一个直径为6.4厘米(2.5英寸)的支撑砧给样本加载15克每平方厘米(95克每平方英寸)的压力。测微器的测量能力范围为0至0.102厘米(0至0.0400英寸)。可能的话，应避开薄纸上有装饰、穿孔、边缘效应的等区域。

定量依照下列程序进行测量。

如上所述选择织物样本，并在21℃至24℃(71°F至75°F)和48％至52％的湿度下处理至少2小时。仔细选择十二个成品片，成品片应清洁、无孔、无撕裂、无皱纹、无折叠和无其它缺陷。很显然，成品片应该包括待测试的具体成品具有的层片数目。因此，一个层制品样本组将包含12个一层的片、两层制品样本组将包含12个两层的片等等。将样本组分成两叠，每个均包含6个成品片。将一叠六个成品片放在切割模的顶部。模具尺寸呈8.9厘米(3.5英寸)见方的方形，并在正方形内具有柔软的聚氨酯橡胶以在切割后易于从模具上除去样本。使用模具和一个合适的压力板刀具例如一个型号为240-7A的Thwing-Albert Alfa液压切样器切割六个成品片。以同样的方式切割第二组六个成品片。将两叠切好的成品片组合成一个12个成品片的叠并在21℃至24℃(71°F至75°F)和48％至52％的湿度下额外处理至少15分钟。

接下来，在一个分辨力为至少0.0001克的校准的分析天平上称量如上述所切割的12个成品片的叠的重量。将天平存放在处理样本的同一房间内。一种适用的天平由Sartorius Instrument Company生产，型号为A200S。

定量(单位为磅每3,000平方英尺)根据下列公式进行计算：

采用下列换算公式简单计算该样本的定量(单位为磅每3,000平方英尺)：

         定量(lb/3,000英尺²)＝12层垫料的重量(g)×6.48

此处所用的密度单位为克每立方厘米(g/cc)。采用这些g/cc的密度单位可便于也以克每平方厘米表示定量。可采用下列公式进行这种换算：

Claims (20)

1.一种制造一体纤维结构的方法，所述方法包括以下步骤：

提供第一多根纤维到具有槽图案的成型构件上，所提供的第一多根纤维使得至少一些所述纤维被设置在所述槽中；

提供第二多根纤维到所述第一多根纤维上，使得所述第二多根纤维邻近所述第一多根纤维设置；和

成型包括所述第一多根纤维和所述第二多根纤维的一体纤维网结构，其中至少所述第一多根纤维或所述第二多根纤维包括合成纤维。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一多根纤维在所述第二多根纤维之前被提供到所述成型构件上。

3.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述第一多根纤维中的至少一些彼此互连或与所述第二多根纤维中的至少一些互连。

4.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述第一多根纤维在所述一体纤维结构成型期间被主要设置在所述槽中。

5.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述第一多根纤维在所述一体纤维结构中形成非随机图案。

6.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述第二多根纤维大体随机分布在所述一体纤维结构的至少一个层中。

7.如前述任一项权利要求所述的方法，其中提供第一多根纤维和第二多根纤维的步骤包括以下步骤：

提供包括第二多根纤维夹层的第一多根纤维的含水浆液；

将所述含水浆液沉积到成型构件上；和

使所述浆液部分脱水以成型胚纤维网，所述胚纤维网包括随机分布在所述纤维网的整个一层或多层上的第二多根纤维和至少部分分布在所述成型构件上的所述槽中的第一多根纤维。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述成型构件以第一速度移动并且所述方法还包括以下步骤：

以小于所述第一速度的第二速度提供第二构件；和将所述胚网从所述成型构件转移到所述第二构件上以使所述胚网微收缩。

9.如前述任一项权利要求所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

提供包括多个流体可透过区域和多个流体不可透过区域的模塑构件；

提供在其上接收所述一体纤维结构的干燥表面；

将所述一体纤维结构设置在所述模塑构件上；

将所述一体纤维结构转移到所述干燥表面上；和

将所述一体纤维结构加热到足以引起所述一体纤维结构中的至少一些所述纤维重新分布的温度。

10.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括在所述模塑构件和压制表面之间压缩所述多个纤维以致密所述一体纤维结构的多个部分的步骤。

11.如权利要求10所述的方法，其中提供模塑构件的步骤包括提供包括图案形骨架的模塑构件，所述图案形骨架选自基本连续的图案、基本半连续的图案、不连续的图案或它们的任意组合。

12.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述第一多根纤维包括合成纤维并且所述第二多根纤维包括纤维素纤维。

13.如权利要求12所述的方法，所述方法还包括重新分布所述合成纤维中的至少一些以形成一体纤维结构的步骤，其中所述多根合成纤维中的至少一些以不同于由所述槽的图案形成的图案进行分布。

14.如权利要求13所述的方法，其中重新分布所述合成纤维的步骤包括加热、冷却、机械处理和/或化学处理一些所述合成纤维的至少一部分。

15.一种用于制造一体纤维结构的方法，所述方法包括以下步骤：

提供包括多根合成纤维的第一含水浆液；

提供包括多根纤维素纤维的第二含水浆液；

将所述第一和第二含水浆液沉积到具有槽图案的流体可透过的成型构件上；

使所述已沉积的第一和第二浆液部分脱水以形成包括随机分布在所述纤维网的至少整个一层上的多根纤维素纤维和至少部分非随机分布在所述槽中的多根合成纤维的纤维网；

施加流体压力差到设置在所述模塑构件上的纤维网上，从而依照槽的图案模塑所述纤维网，其中设置在所述模塑构件上的纤维网包括与所述模塑构件的多个流体可透过区域对应的第一多个微观区域和与所述模塑构件的多个流体不可透过区域对应的第二多个微观区域；和

将所述纤维网从所述模塑构件转移到干燥表面上，从而形成所述一体纤维结构，其中所述多根合成纤维中的至少一些以预定的图案进行设置并且所述多根纤维素纤维保持大体随机分布在所述纤维结构的至少整个一层上。

16.如权利要求15所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

将所述纤维网加热到足以引起所述纤维网中的至少一些合成纤维重新分布的温度，从而形成所述一体纤维结构，其中所述多根合成纤维中的一些进行重新分布，同时所述多根纤维素纤维保持大体随机分布在所述纤维结构的至少整个一层上。

17.如权利要求15至16所述的方法，其中加热所述纤维网的步骤发生在所述纤维网被设置在所述模塑构件和/或所述干燥表面上时。

18.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述一体纤维结构是起绉的、未起绉的和/或压花的。

19.如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述一体纤维结构与另一个一体结构进行结合形成多层网。

20.如前述任一项权利要求所述的方法，所述方法包括进一步提供乳胶到所述一体纤维结构的至少一个表面的至少一部分的步骤。

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