專(zhuān)利名稱(chēng)：多區(qū)紙張結(jié)構(gòu)及制造該結(jié)構(gòu)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多區(qū)紙張結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有與以不同高度排列并且其厚度小于或等于過(guò)渡區(qū)厚度的紙張結(jié)構(gòu)的區(qū)相連的過(guò)渡區(qū)。本發(fā)明還公開(kāi)了制備這種紙張結(jié)構(gòu)的裝置和方法。
紙張結(jié)構(gòu)，如衛(wèi)生紙、毛巾紙和搽面紙已廣泛地在家庭和工業(yè)上使用。為了使這類(lèi)薄頁(yè)紙產(chǎn)品更受消費(fèi)者的親睞，業(yè)已作出了許多嘗試。US3,994,771(1976年11月30日授權(quán)予Morgan等人)中闡明了一種方法，該方法提供了一種具有松厚性和柔韌性的消費(fèi)者愛(ài)用的薄頁(yè)紙產(chǎn)品。改善的松厚性和柔韌性還可通過(guò)雙面相互交錯(cuò)的壓榨區(qū)和非壓榨區(qū)來(lái)提供，如US4,191,609(1980年3月4日授權(quán)予Trokhan)中所示。
另一種使薄頁(yè)紙更受消費(fèi)者親睞的方法是，對(duì)紙張結(jié)構(gòu)進(jìn)行干燥，從而賦予薄頁(yè)紙產(chǎn)品以更大的松厚性、抗張強(qiáng)度和耐破應(yīng)力。用這種方法制得的紙張結(jié)構(gòu)的例子闡明于US4,637,859(1987年1月20日授權(quán)予Trokhan)中。另外，如在US4,514,345(1985年4月30日授權(quán)予Johnson等人)中闡明的，通過(guò)具有不同定量的區(qū)，在不使用更多的纖維素的纖維下，可使得紙張結(jié)構(gòu)更為強(qiáng)韌。具有半連續(xù)圖案的造紙網(wǎng)帶和在這樣的網(wǎng)帶上制得的紙張被披露于PCT出版物WO94/04750(1994年3月3日以Ayers等人的名義出版，US優(yōu)先權(quán)日為1992年8月26日)中。使用可變形的鑄造表面工藝制得的造紙網(wǎng)帶被披露于US5,275,700(1994年1月4日授予Trokhan)中。
另外，薄頁(yè)紙制造者還作出了通過(guò)改善產(chǎn)品的美學(xué)外觀(guān)而使消費(fèi)者對(duì)薄頁(yè)紙產(chǎn)品更為親睞的嘗試。例如，通常是在薄頁(yè)紙產(chǎn)品干燥后在薄頁(yè)紙產(chǎn)品中形成壓花花紋。在外觀(guān)設(shè)計(jì)專(zhuān)利US239,137(1976年3月9日授予Appleman)中闡明了由Procter and Gamble公司銷(xiāo)售的出現(xiàn)在纖維素毛巾紙產(chǎn)品中的一種壓花圖案。壓花方法和/或壓花產(chǎn)品還闡明于US3,556,907(1971年1月19日授權(quán)予Nystrand)；US3,867,225(1975年2月18日授權(quán)予Nystrand)；以及US3,414,459(1968年12月3日授權(quán)予Wells)中。
然而，在干紙幅上壓花通常以犧牲該結(jié)構(gòu)的其它性能為代價(jià)而賦予該紙張結(jié)構(gòu)以特定的美學(xué)外觀(guān)。特別是，壓花將破壞纖維素結(jié)構(gòu)中纖維之間的鍵。由于這些鍵是在對(duì)初期纖維漿液進(jìn)行干燥時(shí)形成和固定的，因此壓花將發(fā)生這種破壞作用。在對(duì)紙張結(jié)構(gòu)進(jìn)行干燥后，通過(guò)壓花而使與紙張結(jié)構(gòu)平面垂直的纖維的移動(dòng)將破壞纖維與纖維間的鍵。對(duì)這些鍵的破壞將導(dǎo)致干燥紙幅的抗張強(qiáng)度下降。此外，壓花通常是在取自烘缸的干燥紙幅起皺后進(jìn)行。在起皺后進(jìn)行壓花會(huì)破壞賦予紙幅的起皺圖案。例如，通過(guò)對(duì)起皺圖案的壓實(shí)，壓花可在紙幅的某些部位消除起皺圖案。因?yàn)槠鸢檲D案改善了干燥紙幅的柔軟性和柔韌性，因此，這樣的結(jié)果是不希望的。
此外，對(duì)紙張結(jié)構(gòu)進(jìn)行干壓花起著沿壓花區(qū)的周邊對(duì)紙張結(jié)構(gòu)進(jìn)行展開(kāi)或拉伸的作用。因此，相對(duì)于紙幅的未壓花部分而言，沿壓花區(qū)周邊的紙張結(jié)構(gòu)將具有減小的厚度。
US專(zhuān)利申請(qǐng)流水號(hào)07/718,452，題目為“Tissue Paper Having LargeScale，Aesthetically Discernible Patterns and Apparatus for making Same”，1991年6月19日以Rasch等人的名義申請(qǐng)，并于1994年7月12日以US5,328,565授權(quán)，披露了至少有三個(gè)肉眼可識(shí)別的區(qū)的單層紙張結(jié)構(gòu)。Rasch等人指出，通過(guò)光學(xué)強(qiáng)度性質(zhì)如起皺頻率、高度或不透明度，這三個(gè)區(qū)是用肉眼可區(qū)分的。盡管Rasch等人的結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)于壓花紙張結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，但是仍需提供優(yōu)于Rasch等人所述的紙張結(jié)構(gòu)、具有改善的肉眼可識(shí)別圖案的薄頁(yè)紙產(chǎn)品。因此，在造紙領(lǐng)域中的人們一直在探索各種途徑，以便在不損害紙幅所希望的性能下制備出具有極易識(shí)別的美學(xué)圖案的張紙結(jié)構(gòu)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有肉眼可識(shí)別的圖案的紙張結(jié)構(gòu)，無(wú)需對(duì)干燥的紙幅進(jìn)行壓花。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，在不破壞所希望的紙幅性能(如抗張強(qiáng)度和紙頁(yè)柔韌性)下提供一種具有肉眼可識(shí)別的圖案的紙張結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種紙張結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有以第一高度排列并具有第一厚度的第一區(qū)，以不同于第一高度的第二高度排列并具有第二厚度的第二區(qū)，以第三高度排列并具有大于第一厚度的第三厚度的第三區(qū)，和將第二區(qū)與第一和第三區(qū)至少之一連接的第四過(guò)渡區(qū)，該第四過(guò)渡區(qū)具有大于第二厚度并大于或等于第一厚度的第四厚度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供形成本發(fā)明的紙張結(jié)構(gòu)的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有增強(qiáng)的松厚度和輥筒壓縮性的紙張結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明包含具有肉眼可識(shí)別圖案的紙張結(jié)構(gòu)，如薄頁(yè)紙。該紙張結(jié)構(gòu)包含以第一高度排列并具有第一厚度的第一區(qū)；以不同于第一高度的第二高度排列的構(gòu)圖的第二區(qū)，第二區(qū)具有第二厚度；與第一區(qū)連接的第三區(qū)，第三區(qū)以不同于第二高度的第三高度排列，并且第三區(qū)具有第三厚度；和具有第四厚度的過(guò)渡區(qū)。過(guò)渡區(qū)將第二區(qū)與第一和第三區(qū)至少之一連接。第四厚度大于或等于第一厚度并大于第二厚度。第三厚度大于第一厚度。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一高度不同于第三高度，并且紙張結(jié)構(gòu)具有含第一和第三區(qū)的背景矩陣，其中，第一區(qū)包含許多不連續(xù)的、分散于整個(gè)第三區(qū)的凸出部分。
第二區(qū)和背景矩陣至少之一的一部分可如通過(guò)起皺而按透視法縮小。在一個(gè)實(shí)施方案中，至少一部分第二區(qū)被不同頻率的起皺圖案鄰接。不同頻率起皺圖案從第二區(qū)的邊界伸入包含第一和第三區(qū)的背景矩陣中。該不同頻率的起皺圖案在背景區(qū)中結(jié)束，并且增加了構(gòu)圖的第二區(qū)的肉眼可識(shí)別性。第二區(qū)可包含連續(xù)的網(wǎng)、不連續(xù)的區(qū)域或它們的結(jié)合。
本發(fā)明還包括用于制造造紙纖維紙幅的裝置。該裝置可包含干燥網(wǎng)帶。干燥網(wǎng)帶包含帶孔的基礎(chǔ)元件，所述基礎(chǔ)元件具有第一紙幅接觸表面和與帶孔基礎(chǔ)元件相連的紙幅構(gòu)圖層，紙幅構(gòu)圖層從第一紙幅接觸表面伸出，以形成不同于第一高度的第二高度的第二紙幅接觸表面。以預(yù)定的圖案布置紙幅構(gòu)圖層，以?xún)?nèi)切投影面積至少約50平方毫米、更優(yōu)選至少約100平方毫米的帶孔基礎(chǔ)元件的一部分，其中，在內(nèi)切面積內(nèi)任何地方的高度均為第一紙幅接觸表面的第一高度，并且在內(nèi)切面積內(nèi)沒(méi)有紙幅構(gòu)圖層。第二紙幅接觸表面的投影面積優(yōu)選為裝置投影面積的約5％和約20％之間，更優(yōu)選約5％和約14％之間。具有帶上述投影面積并布置成內(nèi)切帶上述寬度和面積的帶孔基礎(chǔ)元件部分的紙幅構(gòu)圖層的裝置是相當(dāng)柔軟的。這樣的柔韌性使得第一紙幅接觸表面能相對(duì)于第二紙幅表面撓曲，從而形成不同高度的、壓實(shí)的、相對(duì)高密度區(qū)。
本發(fā)明還包含本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)的成形方法，該方法包括如下步驟提供造紙纖維的濕紙幅；在第一撓曲步驟中使?jié)舛葹榧s8-30％的紙幅發(fā)生撓曲，從而提供具有第一高度的第一未壓實(shí)紙幅區(qū)和具有第二高度(不同于第一高度)的第二未壓實(shí)紙幅區(qū)的非單平面紙幅；在第二撓曲步驟中，將第一未壓實(shí)紙幅區(qū)相對(duì)于第二未壓實(shí)紙幅區(qū)撓曲，以暫時(shí)減少并優(yōu)選基本消除第一未壓實(shí)紙幅區(qū)和第二未壓實(shí)紙幅區(qū)之間的高度差；壓實(shí)約40-80％濃度的第一未壓實(shí)紙幅區(qū)的預(yù)定部分，以提供壓實(shí)的第一區(qū)和未壓實(shí)的第三區(qū)；壓實(shí)約40-80％濃度的未壓實(shí)的第二紙幅區(qū)的至少一部分，以提供壓實(shí)的第二紙幅區(qū)；至少恢復(fù)在第一撓曲步驟中損失的一些高度差，從而提供其高度不同于第二壓實(shí)區(qū)高度進(jìn)行排列的壓實(shí)的第一區(qū)和未壓實(shí)的第三區(qū)。
盡管說(shuō)明書(shū)以特別指出的和清楚地限定本發(fā)明的權(quán)利要求來(lái)結(jié)束，但是，根據(jù)結(jié)合相應(yīng)附圖的下述說(shuō)明可更好地理解本發(fā)明；在附圖中，相同的元素用相同的參考號(hào)數(shù)來(lái)表示。


圖1是本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖2A是本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)橫截面的顯微照片。
圖2B是顯示厚度和高度參考線(xiàn)的圖2A的顯微照片。
圖3是本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)的照相平面圖。
圖4A是相對(duì)于圖3放大的本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)一部分的照相平面圖。
圖4B是相對(duì)于圖4A放大的本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)一部分的照相平面圖。
圖4C是相對(duì)于圖4B放大的本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)一部分的照相平面圖。
圖5A是制備本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)的裝置的平面圖，該裝置有帶孔的基礎(chǔ)元件和從帶孔的基礎(chǔ)元件中伸出的紙幅構(gòu)圖層。
圖5B是帶孔基礎(chǔ)元件一部分的放大的平面圖。
圖6是圖5A裝置的橫截面圖。
圖7是制備本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)的造紙機(jī)的視圖。
圖8是支承在圖6裝置上的、非單平面的、通常是未壓實(shí)的紙幅的視圖。
圖9是對(duì)著烘缸表面被壓實(shí)的紙幅的視圖。
圖10是具有第二區(qū)的紙張結(jié)構(gòu)的平面圖，所述第二區(qū)包含排列在網(wǎng)格中的網(wǎng)眼內(nèi)的不連續(xù)的區(qū)域。
圖11是制備圖10紙張結(jié)構(gòu)的紙幅支承裝置的平面圖。
圖1-4和10闡明了本發(fā)明的紙張結(jié)構(gòu)20。圖5-6和11闡明了適于制備本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)的紙幅支承裝置200。圖7-9闡明了使用紙幅支承裝置200來(lái)制備紙張結(jié)構(gòu)20的方法。
紙張結(jié)構(gòu)從成形網(wǎng)上取下的本發(fā)明的紙張結(jié)構(gòu)是具有一層或多層纖維結(jié)構(gòu)層的單層紙頁(yè)。盡管不是必須是，但可將本發(fā)明的紙張結(jié)構(gòu)在紙頁(yè)干燥后與一種或多種單層或多層的紙頁(yè)連接在一起而形成多層紙產(chǎn)品。在此所用的“區(qū)域”(zone)指的是紙張結(jié)構(gòu)的連續(xù)部分。在此所用的“區(qū)”(region)指的是具有相同性能或特性，如密度、厚度、高度、或起皺頻率的紙張結(jié)構(gòu)部分。區(qū)可包含一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，并可是連續(xù)的或不連續(xù)的。
參考圖1-4，本發(fā)明的紙張結(jié)構(gòu)20包含至少有四個(gè)區(qū)的薄頁(yè)紙。紙張結(jié)構(gòu)20包括具有第一厚度31并以第一高度32排列的第一區(qū)30；具有第二厚度51并以不同于第一高度32的第二高度52排列的構(gòu)圖的第二區(qū)50；以及具有第三厚度71并以第三高度72排列的第三區(qū)70。在圖1-2中，高度52和高度32間的差用參考號(hào)數(shù)62來(lái)表示。第三區(qū)70與第一區(qū)30相連，并且第一和第三區(qū)30和70一起形成紙張結(jié)構(gòu)20的背景矩陣100。紙張結(jié)構(gòu)20還包括具有第四厚度91的第四過(guò)渡區(qū)90，過(guò)渡區(qū)90將第二區(qū)50和背景矩陣100的第一和第三區(qū)30和70的至少一個(gè)相連，由此以高度52支承第二區(qū)50，結(jié)果是可用肉眼從第一區(qū)30和第三區(qū)70形成的紙張結(jié)構(gòu)的背景矩陣100中辨別出第二區(qū)50。
參考圖1-2，紙張結(jié)構(gòu)20的特征在于過(guò)渡區(qū)90的第四厚度91大于或第一厚度，第四厚度91大于第二厚度51；并且第三厚度71大于第一厚度31。因此，在紙張結(jié)構(gòu)壓花特征的增高部分的周邊處，本發(fā)明的紙張結(jié)構(gòu)20不會(huì)出現(xiàn)減少的紙幅變薄。厚度31、51、71和91以及高度差62用下述方法進(jìn)行測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，第四厚度91大于第一厚度31和第二厚度51。第四厚度91至少可為第一厚度31的約1.2倍，優(yōu)選至少約1.5倍；第四厚度91至少可為第二厚度51的約1.5倍，優(yōu)選至少約2.0倍。第一和第二厚度31和51可小于第三厚度71。
第一高度32可不同于第三高度72。在圖1-4中示出的實(shí)施方案中，第一區(qū)30包括許多在整個(gè)第三區(qū)70中分散的不連續(xù)的凸出部分34(圖2A-B和4C)。第一區(qū)30和第二區(qū)50可借助選擇性地對(duì)造紙纖維濕紙幅進(jìn)行撓曲和壓實(shí)而形成。對(duì)于具有通常恒定定量并且第一和第二區(qū)30和50的厚度31和51小于第三厚度71和第四厚度91的紙幅而言，第一和第二區(qū)30和50的特征為相對(duì)高密度區(qū)，并且第三和第四區(qū)70和90的特征為相對(duì)低密度區(qū)。
參考圖3-4，第二區(qū)50可包含許多在整個(gè)背景矩陣100中分散的不連續(xù)的區(qū)域54，每個(gè)不連續(xù)的區(qū)域54被背景矩陣100包圍。第三區(qū)70可包含在整個(gè)背景矩陣100中沿縱向(MD)和橫向(CD)延伸的、通常是連續(xù)的網(wǎng)帶。
如圖3和4A-C所示，每個(gè)區(qū)域54的投影面積至少約為一個(gè)凸出部分34的投影面積的10倍，優(yōu)選至少約為100倍。凸出部分34和區(qū)域54的投影面積可用標(biāo)準(zhǔn)圖象分析法來(lái)測(cè)量。圖3示出了許多不連續(xù)的區(qū)域54(例如區(qū)域54A-D)。在圖3和4A的平面圖中，每個(gè)不連續(xù)的區(qū)域52具有花形圖案。
第一高度32和第二高度52間的差優(yōu)選至少為約0.05毫米，更優(yōu)選至少約0.08毫米。高度32和52以及厚度31、51、71和91在圖2A和2B的顯微照片中示出。
優(yōu)選的是，至少第二區(qū)50和背景矩陣100之一的至少一部分在結(jié)構(gòu)20的機(jī)器方向按透視法縮小。如下所述，借助用刮刀對(duì)紙幅進(jìn)行起皺而提供按透視法縮小。圖1-4中示出了縱向(MD)和橫向(CD)。紙張結(jié)構(gòu)20的按透視法縮小部分的特點(diǎn)在于含有起皺頻率的起皺圖案。在圖1和圖4B中，背景矩陣100的一部分起皺圖案由參考號(hào)數(shù)35表示，其特征在于有一系列峰和谷。在圖1和2A，第二區(qū)50的起皺圖案由參考號(hào)數(shù)55表示，其特征在于有一系列的峰和谷。背景矩陣100的一部分中的起皺圖案35以不同于第二區(qū)50的起皺圖案55的高度進(jìn)行排列。對(duì)于一定線(xiàn)性距離而言，起皺圖案的起皺頻率定義為在紙張結(jié)構(gòu)表面上出現(xiàn)的峰數(shù)，并可用每毫米線(xiàn)性距離的周期數(shù)來(lái)測(cè)量。
參考圖3和4A，第二區(qū)50的至少一部分可通過(guò)不同頻率起皺區(qū)鄰接，其特征在于相對(duì)于起皺圖案35和55至少之一的起皺頻率，所述不同頻率起皺區(qū)具有降低的起皺頻率。不同頻率起皺區(qū)可包含背景矩陣100和鄰近構(gòu)圖的第二區(qū)50排列的過(guò)渡區(qū)90至少之一的一部分。不同頻率起皺區(qū)從第二區(qū)50的一部分伸入背景矩陣100中，并在背景矩陣100中結(jié)束。在圖3和4A中不同頻率起皺區(qū)可用肉眼觀(guān)察得到，如與不連續(xù)的區(qū)域54的一部分鄰接的皺紋92。皺紋92在橫向從每個(gè)不連續(xù)區(qū)域54的邊界部分伸出并在背景矩陣100中結(jié)束。起皺圖案55的頻率至少為皺紋92的頻率的約1.5倍。過(guò)渡區(qū)90和不同頻率的起皺區(qū)的皺紋92與第二區(qū)50鄰接，由此在視覺(jué)上有助于第二區(qū)50偏離背景矩陣100。
第二區(qū)50的投影面積優(yōu)選為紙張結(jié)構(gòu)20投影面積的約5-20％，更優(yōu)選約5-14％。第二區(qū)50與背景矩陣100的一個(gè)或多個(gè)圓形區(qū)域C(圖3)內(nèi)切，其中圓形區(qū)域C的投影面積至少約為50平方毫米，更優(yōu)選至少約為100平方毫米。在第二區(qū)包含不連續(xù)區(qū)域54的實(shí)施方案中，至少某些相鄰區(qū)域54間的間距D(圖1和3)優(yōu)選至少約為25毫米。由此，盡管只包含相當(dāng)小百分比的薄頁(yè)紙的投影面積，但第二區(qū)仍賦予薄頁(yè)紙幅以相當(dāng)大量的肉眼可識(shí)別的圖案。
如圖1、3和4A所示，至少某些不連續(xù)區(qū)域54可包圍許多不連續(xù)的、不連接的封閉區(qū)域120。如圖1所示，至少某些封閉區(qū)域120可包含高度為132的第五區(qū)130和高度為152的第六區(qū)150。第五區(qū)130的厚度131大于厚度51。第六區(qū)150可包含許多在第五區(qū)130中分散的凸出部分154。第六區(qū)150的厚度151小于厚度131。封閉區(qū)域120可按透視法縮小以具有起皺圖案。
圖10是本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)20的另一實(shí)施方案的平面圖。如圖10所示，第二區(qū)50可包含限定網(wǎng)眼1052的網(wǎng)格1050和許多不連續(xù)的區(qū)域54。不連續(xù)的區(qū)域54可排列在網(wǎng)格1050的至少某些網(wǎng)眼1052中。在每個(gè)網(wǎng)眼1052中的背景矩陣100可包含第一區(qū)30和第三區(qū)70。第三區(qū)30可包含許多在每個(gè)網(wǎng)眼1052內(nèi)的第三區(qū)70中分散的不連續(xù)的凸出部分34。
在圖10中示出的網(wǎng)格1050包含有一定間距的帶1054，所述帶與有一定間距的帶1056相交以形成網(wǎng)眼1052。帶1054和/或帶1056可是不間斷的，或可由許多短的、有一定間距的片斷形成。在圖10中，帶1054和1056是不間斷的。帶1054通常沿機(jī)器方向延伸，而帶1056通常沿橫向延伸。由此，相交的、不間斷的帶1054和1056形成了連續(xù)的網(wǎng)格1050。
本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)20的定量?jī)?yōu)選在約7磅/3000平方英尺(約11克/平方米)和約35磅/3000平方英尺(57克/平方米)之間，對(duì)于提供適用于作浴巾紙和搽面產(chǎn)品的紙張結(jié)構(gòu)20而言，該定量范圍是所希望的。通過(guò)在73°F和50％相對(duì)濕度的條件下切取紙張結(jié)構(gòu)20的八個(gè)單層試樣，并取每個(gè)試樣的大小為4×4英寸2(0.0103平方米)而測(cè)量紙張結(jié)構(gòu)20的定量。將8個(gè)4×4英寸2的試樣依次疊置并精確至0.0001克進(jìn)行稱(chēng)重。八個(gè)試樣的定量(克/平方米)為八個(gè)試樣的總重量(以克數(shù)表示)除以0.0103平方米的試樣面積。通過(guò)將該八個(gè)試樣的總定量除以8而得到紙張結(jié)構(gòu)20的定量。
紙幅支承裝置在圖5A-B和6中示出了適于制備紙張結(jié)構(gòu)20的紙幅支承裝置200。紙幅支承裝置200可包含對(duì)紙張結(jié)構(gòu)20進(jìn)行干燥并賦予肉眼可識(shí)別圖案的連續(xù)的干燥帶(圖7)。該紙幅支承裝置200有面對(duì)紙幅的第一表面202和反面的第二表面204(圖6)。在圖5A中，用面對(duì)紙幅的第一表面202對(duì)著觀(guān)看者來(lái)觀(guān)察紙幅支承裝置200。
參考圖6，紙幅支承裝置200包含具有以第一高度231排列的第一紙幅接觸表面230的帶孔基礎(chǔ)元件220。帶孔基礎(chǔ)元件220的平面圖示于圖5B中。該紙幅支承裝置200還包括與帶孔基礎(chǔ)元件220連接的紙幅構(gòu)圖層250。紙幅構(gòu)圖層250從第一紙幅接觸表面230伸出，從而形成不同于第一高度231的第二高度261的第二紙幅接觸表面260。第一高度231和第二高度261之間的差262至少為約0.05毫米，優(yōu)選在約0.1毫米和約2.0毫米之間。
如圖5A所示，第二紙幅接觸表面260的投影面積約為裝置200投影面積的5-20％，更優(yōu)選約為5-14％。第一紙幅接觸表面230的投影面積優(yōu)選約為該裝置投影面積的10-40％。紙幅構(gòu)圖層250以預(yù)定圖案排列在帶孔基礎(chǔ)元件220上，從而內(nèi)切許多未被紙幅構(gòu)圖層250覆蓋的帶孔基礎(chǔ)元件220的圓形部分CA(圖5A)，其中，每個(gè)圓形部分CA的投影面積至少約為50平方毫米，更優(yōu)選至少約為100平方毫米。在圓形部分CA中裝置200的高度小于高度261。
與由相同的底層帶孔元件但具有較大百分比的用紙幅構(gòu)圖層覆蓋其表面的網(wǎng)帶相比，網(wǎng)帶裝置200是相對(duì)柔軟的，所述裝置200具有帶上述投影面積的紙幅構(gòu)圖層250以及排列成內(nèi)切具有上述面積的帶孔基礎(chǔ)元件的一些部分。這種柔韌性是使第一紙幅接觸表面230能相對(duì)于第二紙幅接觸表面260發(fā)生撓曲，以形成如下所述的、具有不同高度的相對(duì)高密度區(qū)。
在圖5A中示出的實(shí)施方案中，紙幅構(gòu)圖層250包含許多不連續(xù)的紙幅構(gòu)圖元素254，如與帶孔基礎(chǔ)元件220的圓形部分CA內(nèi)切的不連續(xù)的元素254A-C。不連續(xù)的元素254可包圍一個(gè)或多個(gè)其它的不連續(xù)元素254。例如，在圖5A中，不連續(xù)的元素254E排列在不連續(xù)的元素254D中。
在某些相鄰的紙幅構(gòu)圖元素254間的間距DA優(yōu)選至少約為25毫米。如果在兩個(gè)元素之間可畫(huà)出的最短直線(xiàn)不與第三元素相交的話(huà)，就認(rèn)為這兩個(gè)紙幅構(gòu)圖元素254的相鄰的。在圖5A中，至少某些紙幅構(gòu)圖元素254包圍許多在紙幅構(gòu)圖層250的紙幅接觸表面260中的不連續(xù)的開(kāi)口270。每個(gè)封閉的開(kāi)口270均有包含帶孔基礎(chǔ)元件220的一部分的面對(duì)紙幅的表面272(圖6)。
紙幅支承裝置200的透氣度優(yōu)選在約400-800標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分(scfm)，其中以scfm表示的透氣度是在橫穿裝置200的厚度的壓差等于約0.5英寸水柱時(shí)，每分鐘通過(guò)一平方英尺面積裝置200的空氣的立方英尺數(shù)的量度。使用得自Valmet Corporation of Pansio，F(xiàn)inland的Valmet透氣度測(cè)量裝置(Model Wigo Taifun Type1000)測(cè)量透氣度。
如下所述，具有上述透氣度的裝置200是所希望的，以致使紙幅支承裝置200可與具有真空領(lǐng)紙區(qū)(vacuum transfer section)和穿透干燥能力(throughair drying capacity)的造紙機(jī)一起使用。
在圖5B和6中示出的帶孔基礎(chǔ)元件220含有紡絲222和224。紡絲222通常沿縱向延伸，而紡絲224通常沿橫向延伸。參考圖5B和6，第一紙幅接觸表面230含有位于紡絲222和224交叉點(diǎn)上的、不連續(xù)的紙幅接觸壓節(jié)232。壓節(jié)232通常形成單平面的紙幅接觸表面230。帶孔基礎(chǔ)元件220的投影面積的約5-50％包含相當(dāng)于相鄰絲222和224間的開(kāi)口221的開(kāi)口區(qū)域。
帶孔基礎(chǔ)元件220優(yōu)選具有在縱向每英寸約25-100根絲224，在橫向每英寸約25-100根絲222，其中絲222和224的直徑約為0.1-0.5毫米。帶孔基礎(chǔ)元件優(yōu)選含有每平方英寸帶孔基礎(chǔ)元件的投影面積約625-10,000個(gè)不連續(xù)的紙幅接觸壓節(jié)。
絲222和224可由許多不同的材料形成。用于形成帶孔基礎(chǔ)元件220的合適的紡絲和紡絲織紋圖案披露于US4,191,609(1980年3月4日授權(quán)予okhan)和US4,239,065(1980年12月16日授權(quán)予Trokhan)中，這兩篇專(zhuān)利在此引入作為參考。
紙幅構(gòu)圖層250優(yōu)選含有光敏樹(shù)脂。當(dāng)固化時(shí)，該樹(shù)脂應(yīng)具有不小于約60的肖氏D硬度。通過(guò)對(duì)在與紙幅構(gòu)圖層250相同條件下固化的約1×2×0.5英寸3、未構(gòu)圖的光致聚合物樹(shù)脂試樣進(jìn)行測(cè)量而測(cè)量該硬度。硬度測(cè)量是在85℃進(jìn)行的并且是在肖氏D硬度計(jì)測(cè)頭與樹(shù)脂開(kāi)始接觸10秒鐘后讀取的。
利用光敏樹(shù)脂可形成各種形狀和尺寸的紙幅構(gòu)圖層250。合適的光敏樹(shù)脂包括在輻射下固化或交聯(lián)的聚合物。為披露合適的光敏樹(shù)脂和光敏樹(shù)脂可在帶孔基礎(chǔ)元件220上固化以形成紙幅構(gòu)圖層250的方法，在此引入U(xiǎn)S4,514,345(1985年4月30日授權(quán)予Johnson等人)作為參考。
圖11示出了紙幅支承裝置200的實(shí)施方案，該裝置具有適于制備圖10紙張結(jié)構(gòu)20的紙幅構(gòu)圖層250。該紙幅構(gòu)圖層250含有網(wǎng)格290和分散在由網(wǎng)格290形成的許多網(wǎng)眼292的至少某些格中的不連續(xù)的紙幅構(gòu)圖元素254。圖11中的網(wǎng)格290包含有一定間距的帶294，帶294與有一定間距的帶296相交，從而形成網(wǎng)眼292。帶294和/或帶296可以是不間斷的，或可由許多短的、有一定間距的片斷形成。帶294通常沿縱向延伸，而帶296通常沿橫向延伸。在圖11中，帶294和296是不間斷的和相互交叉以形成具有連續(xù)的網(wǎng)帶狀紙幅接觸頂表面的連續(xù)的網(wǎng)格290。
造紙方法的說(shuō)明本發(fā)明的紙張結(jié)構(gòu)20可用圖6-9中示出的造紙裝置來(lái)制備。參考圖7，通過(guò)將來(lái)自網(wǎng)前箱500的造紙纖維懸浮液沉積在帶孔的、液體可滲透的成形元件如成形網(wǎng)帶542上，然后形成由成形網(wǎng)帶542支承的造紙纖維的胚紙543而開(kāi)始本發(fā)明紙張結(jié)構(gòu)20的制備方法。成形網(wǎng)帶542可包含連續(xù)的長(zhǎng)網(wǎng)，或可根據(jù)US4,514,345(1985年4月30日授權(quán)予Johnson等人)的說(shuō)明來(lái)制備，該專(zhuān)利在此引入作為參考；或可根據(jù)US5,245,025(授權(quán)予Trokhan)的說(shuō)明來(lái)制備。
可以預(yù)料，所有種類(lèi)的木漿通常將包含本發(fā)明中使用的造紙纖維。然而，其它纖維素纖維的紙漿，如棉短絨、甘蔗渣、人造纖維等均可使用而沒(méi)有任何限制?？捎糜诒景l(fā)明的木漿包括化學(xué)漿(如硫酸鹽漿和亞硫酸鹽漿)以及機(jī)械漿(如磨木漿、熱磨機(jī)械漿和化學(xué)熱磨機(jī)械漿(CTMP))。由針葉樹(shù)和闊葉樹(shù)得到的紙漿均可使用。
可使用硬木漿和軟木漿以及兩種漿的混合物。在此所用的術(shù)語(yǔ)硬木漿指的是由闊葉樹(shù)(被子植物)的木材得到的纖維漿，而軟木漿是由針葉樹(shù)(裸子植物)的木材得到的纖維漿。具有平均纖維長(zhǎng)度約1.00毫米如桉樹(shù)屬硬木漿特別適合于下面所述的薄頁(yè)紙，而具有平均纖維長(zhǎng)度約2.5毫米的北方軟木硫酸鹽漿是優(yōu)選的。另外，從廢紙得到的纖維也可用于本發(fā)明，廢紙可含有上述種類(lèi)的任意一種或所有種類(lèi)以及其它非纖維素材料(如用來(lái)促進(jìn)原紙制備的填料和粘結(jié)劑)。
紙張配料可含有多種助劑，它們包括但不限于纖維粘結(jié)材料，如濕強(qiáng)度粘結(jié)材料、干強(qiáng)度粘結(jié)材料和化學(xué)柔軟組合物。合適的濕強(qiáng)度粘結(jié)劑包括，但不限于如由Hercules Inc.Wilmingtin，Delaware以商品名KymeneR557H出售的聚酰胺-表氯醇樹(shù)脂類(lèi)。合適的暫時(shí)濕強(qiáng)度粘結(jié)劑包括但不限于改性的淀粉粘結(jié)劑，如由National Starch Chemical Corporation(New York)出售的National Starch78-0080。合適的干強(qiáng)度粘結(jié)劑包括如羧甲基纖維素這樣的材料和如ACCOR711的陽(yáng)離子聚合物。ACCOR類(lèi)的干強(qiáng)度材料可得自American Cyanamid Company(Wayne，New Jersey)。合適的化學(xué)柔軟組合物披露于US5,279,767(1994年1月18日授權(quán)于Phan等人)中。合適的可生物降解的化學(xué)柔軟組合物披露于US5,312,522(1994年5月17日授權(quán)予Phan等人)中。
盡管可用除水以外的液體分散體，但優(yōu)選由造紙纖維的水分散體來(lái)制備胚紙543。分散在載體液體中的纖維的濃度為約0.1-0.3％。分散體、懸浮液、紙幅或其它體系的百分濃度等于體系中干纖維重量除以體系的總重量得到的商的100倍。纖維重量通常是以絕干纖維為準(zhǔn)來(lái)表示的。
如圖7所示，可用連續(xù)的造紙方法形成胚紙543，或可用間歇法如手抄紙制法來(lái)形成胚紙543。在將造紙纖維分散體沉積在成形網(wǎng)帶542上之后，通過(guò)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員熟知的工藝除去部分含水分散介質(zhì)而形成胚紙543。胚紙通常可是單平面的。真空箱、成形板、脫水板等等可用來(lái)從分散體中脫水。胚紙543與成形網(wǎng)帶542一起繞轉(zhuǎn)向輥502運(yùn)行，并與紙幅支承裝置200貼近。
制備紙張結(jié)構(gòu)20的下一步驟包括將胚紙543從成形網(wǎng)帶542轉(zhuǎn)移至紙幅支承裝置200上，并在紙幅支承裝置的第一面202上支承胚紙543。在成形網(wǎng)帶542的領(lǐng)紙位置，胚紙的濃度優(yōu)選至少為8％。胚紙543的領(lǐng)紙步驟可同時(shí)包括部分胚紙543的撓曲步驟和從紙幅543中進(jìn)行脫水。另外，部分胚紙543的撓曲步驟也可在紙幅領(lǐng)紙步驟之后進(jìn)行。
參考圖7和8，紙幅543的撓曲步驟包括，在第一撓曲步驟對(duì)紙幅543的一部分進(jìn)行撓曲以形成具有支承在高度為231的第一紙幅接觸表面230上的未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)547和支承在高度為261的紙幅接觸表面260上的未壓實(shí)的第二紙幅區(qū)549的非單平面的紙幅545。第一未壓實(shí)紙幅區(qū)547可包含減密的或再松散的區(qū)548，區(qū)548與吸入或至少部分進(jìn)入帶孔基礎(chǔ)元件220開(kāi)口221中的未壓實(shí)紙幅區(qū)547部分相一致。區(qū)548的厚度通常大于在每個(gè)壓節(jié)232上疊加的區(qū)547的那些部分的厚度。
在圖8示出的實(shí)施方案中，通過(guò)對(duì)覆蓋紙幅支承裝置200的帶孔基礎(chǔ)元件220的胚紙543中的纖維進(jìn)行撓曲而形成非單平面紙幅545。第一撓曲步驟優(yōu)選在約8-30％、更優(yōu)選在約10-20％的濃度下進(jìn)行，以致使在紙幅543的纖維相對(duì)可活動(dòng)時(shí)發(fā)生紙幅的撓曲，結(jié)果是撓曲不會(huì)導(dǎo)致纖維與纖維間鍵的大量斷裂。
通過(guò)給胚紙543旋加不同的液壓，至少可部分提供胚紙543轉(zhuǎn)移至紙幅支承裝置200的步驟和胚紙543的撓曲步驟以形成非平面紙幅545。例如，通過(guò)圖7中所示的真空源(如真空箱600)，可將胚紙543從成形網(wǎng)542真空轉(zhuǎn)移至紙幅支承裝置200上。在遞紙位置的下游，還可提供一個(gè)或多個(gè)輔助的真空源620。由真空源提供的橫跨胚紙543的壓差撓曲疊加在帶孔基礎(chǔ)元件220上的纖維，并優(yōu)選從帶孔基礎(chǔ)元件220中脫水，從而將紙幅的濃度增加至約15-30％。
由真空源提供的壓差可在約7-25英寸汞柱。由真空源提供的壓差使得胚紙的轉(zhuǎn)移和撓曲能在不壓實(shí)紙幅下進(jìn)行。為說(shuō)明通過(guò)施加不同液壓而使胚紙發(fā)生轉(zhuǎn)移和部分紙幅的撓曲，在此將US4,529,480(1985年7月16日授權(quán)予Trokhan)引入作為參考。
形成紙張結(jié)構(gòu)20的下一個(gè)步驟可包含對(duì)非單平面紙幅545進(jìn)行預(yù)干燥，如用圖7示出的穿透干燥器650。在將非單平面的紙幅545支承在紙幅支承裝置200上的同時(shí)，將它載過(guò)穿透干燥器。通過(guò)將干燥氣體(如加熱空氣)穿過(guò)非單平面紙幅545，可對(duì)其進(jìn)行預(yù)干燥。在一個(gè)實(shí)施例方案中，首先使加熱空氣穿過(guò)非單平面紙幅545，然后穿過(guò)紙幅支承裝置200的帶孔基礎(chǔ)元件220。非單平面紙幅545優(yōu)選在約50-80％的濃度時(shí)從干燥器650中排出。為了示出實(shí)施本發(fā)明的合適的穿透干燥器，在此引入U(xiǎn)S3,303,576(1965年5月26日授權(quán)予Sisson)和US5,274,930(1994年1月4日授權(quán)予Ensign等人)作為參考。
預(yù)干燥后，使支承在紙幅支承裝置200上的紙幅545通過(guò)在壓實(shí)表面675和壓榨元件的可變形的壓縮表面910之間提供的壓區(qū)670。壓榨元件可包含輥900。以紙幅545貼近壓實(shí)表面675，并且紙幅支承裝置200的第二表面202貼近可變形的壓縮表面910使紙幅545通過(guò)壓區(qū)670。優(yōu)選在約30-80％、更優(yōu)選在約40-70％的濃度時(shí)，紙幅545進(jìn)入壓區(qū)670。
優(yōu)選壓實(shí)表面675的特征在于具有相對(duì)高的硬度并且是相對(duì)不可壓縮的。合適的表面675是鋼或鐵制加熱烘缸680的表面。該表面675可涂有從位于壓區(qū)670上游的噴嘴690噴出的起皺粘結(jié)劑，或通過(guò)印刷輥(未示出)進(jìn)行涂布。另外，還可通過(guò)任何合適的涂膠方法將起皺粘結(jié)劑涂至非單平面的紙幅545上。合適的起皺粘結(jié)劑披露于US3,926,716(1975年12月16日授權(quán)予Bates)中，該專(zhuān)利在此引入作為參考。
與壓實(shí)表面675相比，優(yōu)選可變形的壓縮表面910的特征在于具有相對(duì)低的硬度并具有相對(duì)高的可壓縮性。輥900可有內(nèi)芯902、中間層904和外層906或者可省去層904。輥900的直徑可為約1-3英尺，烘缸680的直徑約為12-18英尺。優(yōu)選將可變形的表面910定位于由壓縮模量小于約15兆kPa的材料形成的層906上。在一個(gè)實(shí)施方案中，內(nèi)芯902可由如鋼的材料構(gòu)成，中間層904可由彈性材料構(gòu)成，而包含表面910的外層906可由耐熱彈性材料(如腈橡膠)構(gòu)成。表面910的硬度小于約120P&J、并且優(yōu)選在約30-100P&J之間。壓輥表面的P&J硬度的測(cè)量步驟由下面提供。
參考圖9，形成紙張結(jié)構(gòu)20的下一個(gè)步驟包括，在壓縮表面910和壓實(shí)表面675之間對(duì)紙幅支承裝置200和非單平面的紙幅545進(jìn)行壓榨，以提供至少為約100磅/英寸2、優(yōu)選至少約200磅/英寸2的壓區(qū)壓力。壓區(qū)壓力等于施加至壓區(qū)的總力除以壓區(qū)面積。施加至壓區(qū)的總力可根據(jù)液壓計(jì)讀數(shù)結(jié)合基于設(shè)備構(gòu)形的力平衡分析來(lái)確定。壓區(qū)寬度通過(guò)在壓區(qū)670加載白紙頁(yè)和在裝置200和表面675之間放置復(fù)寫(xiě)紙，以便復(fù)寫(xiě)紙?jiān)诎准埳咸峁簠^(qū)寬度的壓印來(lái)確定。
在壓區(qū)670中對(duì)紙幅支承裝置200和紙幅545進(jìn)行壓榨提供了第二撓曲步驟。第二撓曲步驟包括相對(duì)于第二紙幅接觸表面260撓曲第一紙幅接觸表面230。特別是，如圖9所示，通過(guò)可變形的壓縮表面910而使第一紙幅接觸表面230朝壓實(shí)表面675進(jìn)行撓曲，由此暫時(shí)減小并優(yōu)選暫時(shí)基本消除了紙幅接觸表面230和260之間的高度差。
將第一紙幅接觸表面230相對(duì)于第二紙幅接觸表面260進(jìn)行撓曲，提供了部分未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)547相對(duì)于未壓實(shí)的第二紙幅區(qū)549的撓曲，由此減小了第一和第二未壓實(shí)紙幅區(qū)547和549之間的高度差。特別是，未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)547通過(guò)第一紙幅接觸表面230朝壓實(shí)表面675進(jìn)行撓曲，由此將部分未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)547和部分未壓實(shí)的第二紙幅區(qū)549之間的高度差減至約零。優(yōu)選在約30-80％、更優(yōu)選在約40-70％的紙幅濃度下進(jìn)行第二撓曲步驟。
在壓區(qū)670中對(duì)紙幅支承裝置200和非單平面紙幅545的壓榨還提供了紙幅壓實(shí)步驟。對(duì)紙幅區(qū)的壓實(shí)減小了被壓實(shí)的紙幅部分的厚度。紙幅壓實(shí)步驟包括，將預(yù)定部分的未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)547對(duì)著壓實(shí)表面675進(jìn)行壓實(shí)以形成第一區(qū)30。特別是，可通過(guò)不連續(xù)的紙幅壓實(shí)壓節(jié)232將未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)547壓實(shí)以形成不連續(xù)的突起34。紙幅的壓實(shí)步驟還包括將至少部分未壓實(shí)的第二紙幅區(qū)549對(duì)著壓實(shí)表面675進(jìn)行壓實(shí)以形成第二區(qū)50。特別是如圖9所示，部分第二未壓實(shí)紙幅區(qū)549被紙幅構(gòu)圖層250的第二紙幅接觸表面260壓實(shí)。由于區(qū)30和50分別通過(guò)第一和第二紙幅接觸表面230和260對(duì)著壓實(shí)表面675進(jìn)行壓榨，因此，在壓實(shí)步驟結(jié)束時(shí)，第一和第二區(qū)30和50之間的高度差基本為零。
具有如上所述投影面積的紙幅構(gòu)圖層250和排列成內(nèi)切大部分帶孔基礎(chǔ)元件220的紙幅支承裝置200是相對(duì)柔軟的。這樣的柔軟性使得第一紙幅接觸表面230能相對(duì)于第二紙幅接觸表面260進(jìn)行如上所述的第二撓曲步驟和壓實(shí)步驟所需的撓曲，以致使在第二撓曲步驟和壓實(shí)步驟結(jié)束時(shí)，第一和第二區(qū)30和50被壓印至表面675上，如圖9所述，并且第一和第二區(qū)30和50間的高度差基本為零。
影響表面230和260相對(duì)撓曲的另一個(gè)因素是紙幅構(gòu)圖層250的硬度。當(dāng)固化時(shí)有低硬度的樹(shù)脂在壓區(qū)670中將受到一定程度的壓縮，由此減小了表面260和230之間的高度差。通過(guò)降低壓縮表面910的硬度，還可增強(qiáng)表面230和260的相對(duì)撓曲。相對(duì)低硬度的壓縮表面910能與撓曲的帶孔基礎(chǔ)元件200相一致，由此在紙幅構(gòu)圖元素254中間提供一壓縮負(fù)載，以便將第一紙幅接觸表面230和未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)547對(duì)著壓實(shí)表面675進(jìn)行壓榨。
對(duì)預(yù)定部分的未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)547進(jìn)行壓實(shí)以形成第一區(qū)30的步驟優(yōu)選還包括，將至少部分第一區(qū)30粘結(jié)至壓實(shí)表面675上的粘結(jié)步驟。特別是，如圖9所示，可將不連續(xù)的凸出部分34粘結(jié)至表面675上，而相對(duì)低密度的第三區(qū)70仍與表面675有一定間距并且未與之接觸。在圖7和9中，得到的部分壓實(shí)的紙幅由參考號(hào)數(shù)560表示。借助通過(guò)噴嘴690施加至表面675上的起皺粘結(jié)劑，可將凸出部分34粘結(jié)至表面675上。對(duì)第二未壓實(shí)紙幅區(qū)549進(jìn)行壓實(shí)以形成第二區(qū)50的步驟還包括將至少部分區(qū)50粘結(jié)至壓實(shí)表面675上的步驟，如圖9所示。壓實(shí)步驟后，在加熱表面675上將部分壓實(shí)的紙幅560干燥至約85-100％的濃度。
形成紙張結(jié)構(gòu)20的最后步驟包括，至少恢復(fù)一些在第二撓曲步驟中喪失的紙幅的高度差。該恢復(fù)步驟提供了第一高度32的第一區(qū)30和第二高度52的第二區(qū)50，其中，第一高度32和第二高度52之間的高度差62大于由第二撓曲步驟所提供的第一和第二未壓實(shí)紙幅區(qū)547和549之間的減小的高度差。
恢復(fù)一些在第二撓曲步驟中喪失的紙幅高度差的步驟優(yōu)選包括從壓實(shí)表面675上剝離部分壓實(shí)的紙幅560。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，恢復(fù)一些紙幅高度差的步驟包括在從壓實(shí)表面675上剝離部分壓實(shí)紙幅560的同時(shí)(或之后)，使部分壓實(shí)紙幅560按透視法縮小。剝離和按透視法縮小部分壓實(shí)紙幅的步驟最好包括，用刮刀700從表面675上使部分壓實(shí)紙幅560起皺以提供紙張結(jié)構(gòu)20。
在此所用的按透視法縮小指的是紙幅長(zhǎng)度的減小，當(dāng)將能量以紙幅長(zhǎng)度在縱向縮小的方式施加至干紙幅上時(shí)將產(chǎn)生這種作用?？捎萌舾煞椒ㄖ粊?lái)完成按透視法縮小。最常用和優(yōu)選的使紙幅按透視法縮小的方法是起皺。借助刮刀700，將粘結(jié)至壓實(shí)表面675上的部分壓實(shí)的紙幅560從其上取下。通常，刮刀的斜角約為25度，并相對(duì)于揚(yáng)克式烘缸排列以提供約81度的沖擊角(impact angle)。
分析方法厚度和高度的測(cè)量根據(jù)紙張結(jié)構(gòu)20的橫截面制成的切片，測(cè)量纖維結(jié)構(gòu)20試樣各區(qū)30-90的厚度和高度。提供約2.54×5.1厘米2(1×2英寸2)的試樣，并固定在剛性紙架上。將該紙板架置于硅模具中。將紙樣浸于樹(shù)脂如由Hercules，Inc.制造的Merigraph光聚合物中。
固化該試樣以使樹(shù)脂混合物變硬。從硅模具中取出試樣。在將試樣浸入光聚合物中前，對(duì)試樣標(biāo)記參考點(diǎn)以便精確測(cè)量制作切片的位置。在纖維結(jié)構(gòu)20試樣的平面圖和各個(gè)截面圖中，優(yōu)選使用相同的參考點(diǎn)。
將試樣置于由American Optical Company(Buffalo，New York)出售的860型切片機(jī)中并放平。借助切片機(jī)，從片狀試樣中除去試樣的邊緣，直至出現(xiàn)平滑表面為止。
從試樣中取出足夠數(shù)量的切片，以致使各區(qū)30-90可精確再現(xiàn)。對(duì)于在此所述的實(shí)施方案而言，從平滑表面取每片約60微米厚的切片。需要多片切片，以致可確定厚度31、51、71和91。
用油和蓋板將樣片固定在顯微鏡滑板上。將滑板和試樣固定在透光式顯微鏡中并以約40倍的放大倍數(shù)進(jìn)行觀(guān)察。測(cè)取切片的顯微照片，并將各顯微照片依次排列以再現(xiàn)切片的斷面。如圖2A和2B所示，根據(jù)再現(xiàn)的斷面可確定厚度和高度。通過(guò)識(shí)別各區(qū)的相對(duì)定量以及各區(qū)相應(yīng)的厚度，可確定各區(qū)的密度。為了描述紙張結(jié)構(gòu)的各區(qū)的微定量，在此將US5,277,761(1994年1月11日授權(quán)予Phan等人)引入作為參考。
通過(guò)使用Hewlett Packard ScanJet IIc彩色平床掃描儀可確定31-91的厚度。Hewlett Packard Scanning軟件是DeskScan II版本1.6。掃描儀設(shè)定類(lèi)型為黑白照片。路徑為L(zhǎng)aser Writer NT，NTX。亮度和對(duì)比度設(shè)定為125。比例為100％。在Macintosh IICi計(jì)算機(jī)上用圖象文件格式對(duì)文件進(jìn)行掃描和保存。用合適的光成象軟件包或CAD程序，如PowerDraw版本5.0打開(kāi)圖象文件。
參考圖2A和2B，借助畫(huà)被區(qū)內(nèi)切的圓可測(cè)定每個(gè)區(qū)的厚度。在該處的區(qū)的厚度為可在該區(qū)(在切片試樣中)中畫(huà)的最小圓的直徑乘以適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)。比例系數(shù)為顯微照片的放大率乘以?huà)呙鑸D象的放大率。使用任何合適的繪圖軟件包，如得自Engineered Software(North Carolina)的PowerDraw，版本5.0，可繪制圓。
如圖2A和2B所示，借助繪制被區(qū)50(在切片試樣中)內(nèi)切的最小的圓和借助繪制兩個(gè)被區(qū)30內(nèi)切的圓測(cè)量高度差62。第一線(xiàn)L1畫(huà)成與被區(qū)30內(nèi)切的兩個(gè)圓相切。第二線(xiàn)L2畫(huà)成與第一線(xiàn)L1平行并與被區(qū)50內(nèi)切的圓相切。第一線(xiàn)和第二線(xiàn)間的距離乘以適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)即為高度差62。
投影面積的測(cè)量紙幅接觸表面260的投影面積是根據(jù)下述步驟測(cè)量的。首先，用標(biāo)識(shí)器(Sanford Sharpie)將紙幅接觸表面260涂黑以提高對(duì)比度。接著，使用HewlettPackard ScanJet IIc平床掃描儀得到三個(gè)紙幅構(gòu)圖裝置200的數(shù)字圖象。掃描儀的選項(xiàng)設(shè)定如下亮度198，對(duì)比度211，黑白照片分辯率100DPI，比例100％。第三步是，使用合適的圖象分析軟件系統(tǒng)如得自Bioscan，Incorporated(Edmonds，WA)的Optimas測(cè)定包含紙幅接觸表面260的紙幅支承裝置200投影面積的百分?jǐn)?shù)。將灰度值在0-62(相應(yīng)于紙幅接觸表面260)的象素除以?huà)呙鑸D象中的象素總數(shù)的比值乘以100，以確定包含紙幅接觸表面260的紙幅支承裝置200投影面積的百分?jǐn)?shù)。
紙幅支承裝置高度的測(cè)量使用下述步驟，測(cè)量第一紙幅接觸表面230的高度231和第二紙幅接觸表面260的高度261之間的高度差262。將紙幅支承裝置支承在水平表面上，使紙幅構(gòu)圖層面朝上。將具有約1.3平方毫米圓形接觸表面和約3毫米垂直長(zhǎng)度的探頭安裝在Federal Products Company(Providence，Rhode Island)制造的Federal Products dimensioning gauge(432B-81型放大器改性的、以與EMD-4320W1斷開(kāi)探頭一起用)上。通過(guò)測(cè)定提供已知高度差的已知厚度的兩片精確墊片間的電壓差來(lái)校正該儀器。在稍低于第一紙幅接觸表面230的高度處將儀器調(diào)零，以保證探頭的自由移動(dòng)。將探頭放在所考慮高度以上并放低以進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量位置，探頭的壓力約為0.24克/平方毫米。在每個(gè)高度處至少進(jìn)行三次測(cè)量。將各個(gè)高度231和261的平均測(cè)量值之差作為高度差262。
P&J硬度的測(cè)量使用Dominion Engineering Works LTD(Lachine，Quebec，Ontario)制造的2000型P&J塑性計(jì)，測(cè)量輥900的表面硬度。硬度試驗(yàn)壓頭的軸有3.17毫米的球。在三個(gè)不同的位置測(cè)取硬度一處是在輥的中間，一處是離輥一端6英寸處，一處是離輥另一端6英寸處。P&J硬度是這三個(gè)讀數(shù)的平均值。這些讀數(shù)是在將輥調(diào)節(jié)在21℃按照塑性計(jì)制造者提供的方法讀取的。
實(shí)施例提供下述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的造紙過(guò)程。
實(shí)施例1使用常規(guī)的碎漿機(jī)制備3％重量的NSK含水漿。輕柔地精磨該NSK漿液并以干纖維重量0.02％的速率將2％的暫時(shí)濕強(qiáng)度樹(shù)脂液(即由NationalStarch and Chemical Corporation of New-York(NY))出售的National Starch78-0080)加至NSK漿管中。在混合漿泵中，將NSK漿稀釋到0.2％的濃度。第二步是，使用常規(guī)的碎漿機(jī)制備3％重量的桉樹(shù)屬纖維的含水漿。在混合漿泵中，將桉樹(shù)屬漿稀釋至約0.2％的濃度。
將三種分別處理過(guò)的料液(料液1＝100％NSK，料液2＝100％桉樹(shù)屬漿，料液3＝100％桉樹(shù)屬漿)單獨(dú)通過(guò)網(wǎng)前箱并沉積在長(zhǎng)網(wǎng)上，以形成包含兩外層為桉樹(shù)屬層和中間層為NSK層的三層胚紙。通過(guò)長(zhǎng)網(wǎng)并在擋板和真空箱的幫助下進(jìn)行脫水。該長(zhǎng)網(wǎng)是在縱向和橫向每英寸分別有110和95根單絲的5-梭道緞紋組織構(gòu)形。
在纖維濃度約8％的遞紙位置，將濕胚紙從長(zhǎng)網(wǎng)轉(zhuǎn)移至具有帶孔基礎(chǔ)元件220和由光敏樹(shù)脂制得的紙幅構(gòu)圖層250的紙幅支承裝置200上。將紙幅遞至紙幅支承裝置200上的壓差約為16英寸汞柱。帶孔基礎(chǔ)元件是在縱向和橫向每英寸分別有59和44根單絲的5-梭道、緞紋組織構(gòu)形，其中，沿縱向絲的直徑為約0.25毫米，橫向絲的直徑為約0.33毫米。這種帶孔基礎(chǔ)元件是由Appleton Wire Company(Appleton，Wisconsin)制造的。
紙幅構(gòu)圖層250的紙幅接觸頂表面的投影面積約等于紙幅支承裝置200投影面積的10-12％。高度差262約為0.10英寸(0.254毫米)。如圖5所示，紙幅構(gòu)圖層含有不連續(xù)的紙幅構(gòu)圖元素。紙幅支承裝置200的透氣度約為600scfm。
在真空遞紙位置形成多高度紙幅。進(jìn)一步的脫水是通過(guò)真空輔助的脫水和通過(guò)如由裝置600、620和650表示的穿透干燥來(lái)完成，直至纖維濃度約65％為止。利用表面硬度約40P&J的柔軟壓輥900將紙幅遞至揚(yáng)克式烘缸上。然后，在約40磅/平方英寸壓力下通過(guò)將柔軟壓輥對(duì)著揚(yáng)克式烘缸的表面進(jìn)行壓榨而將紙幅545粘結(jié)至揚(yáng)克式烘缸680的表面675上。聚乙烯醇基的起皺粘結(jié)劑用來(lái)增強(qiáng)紙幅對(duì)揚(yáng)克式烘缸表面675的粘結(jié)作用。在用刮刀從表面675對(duì)紙幅進(jìn)行干起皺之前，將纖維濃度增加到約90-100％。該刮刀具有約25度的斜角并相對(duì)于揚(yáng)克式烘缸布置以提供約81度的沖擊角；揚(yáng)克式烘缸以約800英尺/分(約244米/分)的速度運(yùn)行。干燥紙幅的卷取速度為650英尺/分(200米/分)。
將根據(jù)上述步驟制得的紙幅變成三層的單層衛(wèi)生紙。該單層衛(wèi)生紙的定量約為18磅/3000英尺，并含有約0.02％的暫時(shí)濕強(qiáng)度樹(shù)脂。得到的單層薄頁(yè)紙是柔軟、吸水的，并適于用作衛(wèi)生紙。
實(shí)施例2
使用常規(guī)的碎漿機(jī)制備3％重量的NSK含水漿。輕柔地精磨該NSK漿液并以干纖維重量0.02％的速率，將2％的永久濕強(qiáng)度樹(shù)脂液(即由HerculesIncorporated(Wilmington，Delaware)出售的KymeneR557H)加至NSK漿管中，然后在混合漿泵前以干纖維重量的0.08％的速率將1％濃度的干強(qiáng)度樹(shù)脂溶液(即由Hercules Incorporated(Wilmington，Delaware)出售的CMC)加至NSK漿中。在混合漿泵中，將NSK漿稀釋至約0.2％的濃度。第二步是，使用常規(guī)的碎漿機(jī)制備3％重量的桉樹(shù)屬纖維的含水漿。在混合漿泵中，將桉樹(shù)屬漿稀釋至約0.2％的濃度。
將分別二種處理過(guò)的料液(料液1＝100％NSK，料液2＝100％桉樹(shù)屬漿)單獨(dú)通過(guò)網(wǎng)前箱并沉積在長(zhǎng)網(wǎng)上，以形成包含等量桉樹(shù)屬層和NSK的成雙層的胚紙。通過(guò)長(zhǎng)網(wǎng)并在擋板和真空箱的幫助下進(jìn)行脫水。該長(zhǎng)網(wǎng)是在縱向和橫向每英寸分別有110和95根單絲的5-梭道緞紋組織構(gòu)形。
在纖維濃度約8％的遞紙位置，將濕胚紙從長(zhǎng)網(wǎng)轉(zhuǎn)移至具有帶孔基礎(chǔ)元件220和由光敏樹(shù)脂制得的紙幅構(gòu)圖層250的紙幅支承裝置200上。使用約16英寸汞柱的壓差將紙幅轉(zhuǎn)移至紙幅支承裝置200上。帶孔基礎(chǔ)元件是在縱向和橫向每英寸分別有79和67根單絲的3-梭道、緞紋組織構(gòu)形，縱向絲的直徑約為0.18毫米，橫向絲的直徑約為0.21毫米。這種帶孔基礎(chǔ)元件是由Appleton Wire Company(Appleton，Wisconsin)制造的。
紙幅構(gòu)圖層250有紙幅接觸頂表面，該表面的投影面積約等于紙幅支承裝置200投影面積的10-12％。高度差262約為0.10英寸(0.254毫米)。如圖5所示，紙幅構(gòu)圖層含有不連續(xù)的紙幅構(gòu)圖元素。紙幅支承裝置200的透氣度約為500scfm。
在真空遞紙位置形成多高度紙幅。進(jìn)一步的脫水是通過(guò)真空輔助的脫水和通過(guò)如由裝置600、620和650表示的穿透干燥來(lái)完成，直至纖維濃度約65％為止。利用表面硬度約40P&J的柔軟壓輥900將紙幅遞至揚(yáng)克式烘缸上。然后，在至少約40磅/平方英寸壓力下通過(guò)將柔軟壓輥對(duì)著揚(yáng)克式烘缸的表面進(jìn)行壓榨而將紙幅粘結(jié)至揚(yáng)克式烘缸680的表面675上。聚乙烯醇基的起皺粘結(jié)劑用來(lái)增強(qiáng)紙幅對(duì)揚(yáng)克式烘缸表面675的粘結(jié)作用。在用刮刀從表面675對(duì)紙幅進(jìn)行干起皺之前，將紙幅濃度增加到約90-100％。該刮刀具有約25度的斜角并相對(duì)于揚(yáng)克式烘缸布置，以提供約81度的沖擊角；揚(yáng)克式烘缸以約800英尺/分(約244米/分)的速度運(yùn)行。干燥紙幅的卷取速度為650英尺/分(200米/分)。
將紙幅轉(zhuǎn)變成每層含兩層的雙層搽面紙。該雙層搽面紙的每一層的定量約為10磅/3000英尺，并含有約0.02％的永久濕強(qiáng)度樹(shù)脂和約0.08％重量的干強(qiáng)度樹(shù)脂。得到的兩層薄頁(yè)紙是柔軟、吸水的，并適于用作搽面紙。
權(quán)利要求
1.一種紙張結(jié)構(gòu)，包含以第一高度排列并具有第一厚度的第一區(qū)；以不同于第一高度的第二高度排列的第二區(qū)，第二區(qū)具有第二厚度；與第一區(qū)連接的第三區(qū)，第三區(qū)具有第三厚度，并且第三區(qū)具有第三高度；和具有第四厚度的第四過(guò)渡區(qū)，過(guò)渡區(qū)將第二區(qū)與第一和第三區(qū)至少之一連接；其特征在于第四厚度大于第一厚度并大于第二厚度，第三厚度大于第一厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的紙張結(jié)構(gòu)，其特征在于第一高度與第三高度不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的紙張結(jié)構(gòu)，其特征在于第一區(qū)含有許多在第三區(qū)中分散的不連續(xù)的凸出部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的紙張結(jié)構(gòu)，其特征在于第一高度和第二高度間的差至少為0.05毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的紙張結(jié)構(gòu)，其特征在于第四厚度至少為第二厚度的1.5倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的紙張結(jié)構(gòu)，其特征在于第四厚度至少為第一厚度的1.5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6的紙張結(jié)構(gòu)，其特征在于紙張結(jié)構(gòu)具有含至少部分第一和第三區(qū)之一的背景矩陣，第二區(qū)內(nèi)切投影面積至少為50平方毫米的背景矩陣的圓形部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的紙張結(jié)構(gòu)，其特征在于紙張結(jié)構(gòu)以?xún)蓚€(gè)不同的高度按透視法縮小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8的紙張結(jié)構(gòu)，其特征在于至少部分第二區(qū)與不同頻率的起皺區(qū)鄰接。
10.一種紙張，包含第一區(qū)；第二構(gòu)圖區(qū)；包含至少部分第一區(qū)和第三區(qū)的背景矩陣，第一區(qū)含有許多在背景矩陣中的第三區(qū)中分散的不連續(xù)的凸出部分；將第二區(qū)和背景矩陣連接的過(guò)渡區(qū)；和不同起皺頻率區(qū)，該不同起皺頻率區(qū)鄰接至少部分第二構(gòu)圖區(qū)，并且不同起皺頻率區(qū)從構(gòu)圖的第二區(qū)的邊界伸出并在背景矩陣中結(jié)束。
11.一種用來(lái)制備造紙纖維紙幅的裝置，該裝置包括具有以第一高度排列的第一紙幅接觸表面的帶孔基礎(chǔ)元件；和與該帶孔基礎(chǔ)元件相連的紙幅構(gòu)圖層，所述構(gòu)圖層從帶孔基礎(chǔ)元件的第一紙幅接觸表面伸出，以形成以不同于第一高度的第二高度的第二紙幅接觸表面；其特征在于紙幅構(gòu)圖層內(nèi)切許多帶孔基礎(chǔ)元件的圓形部分，每個(gè)圓形部分的投影面積至少為50平方毫米。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于每個(gè)圓形部分的投影面積至少為100平方毫米。
13.根據(jù)權(quán)利要求11和12的裝置，其特征在于第二紙幅接觸表面的投影面積為裝置投影面積的5-20％。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其特征在于第二紙幅接觸表面的投影面積為裝置投影面積的5-14％。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14的裝置，其特征在于帶孔基礎(chǔ)元件含有紡絲；帶孔基礎(chǔ)元件的第一紙幅接觸表面含有在紡絲交叉點(diǎn)上的、不連續(xù)的紙幅接觸壓節(jié)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15的裝置，其特征在于第一高度和第二高度間的差至少為0.05毫米。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16的裝置，其特征在于紙幅構(gòu)圖層包含不連續(xù)的紙幅構(gòu)圖元素。
18.根據(jù)權(quán)利要求11-17的裝置，其特征在于紙幅構(gòu)圖層包含連續(xù)的、網(wǎng)狀第二紙幅接觸表面。
19.一種紙張結(jié)構(gòu)的成形方法，該方法包括如下步驟提供造紙纖維的濕紙幅；在第一撓曲步驟中使?jié)舛葹榧s8-30％的紙幅發(fā)生撓曲，從而提供具有第一高度的第一未壓實(shí)紙幅區(qū)和具有第二高度(不同于第一高度)的第二未壓實(shí)紙幅區(qū)的非單平面紙幅；在第二撓曲步驟中，將第一未壓實(shí)紙幅區(qū)相對(duì)于第二未壓實(shí)紙幅區(qū)撓曲，以暫時(shí)減少第一未壓實(shí)紙幅區(qū)和第二未壓實(shí)紙幅之間的高度差；壓實(shí)預(yù)定部分的、約40-80％濃度的第一未壓實(shí)紙幅區(qū)，以提供壓實(shí)的第一區(qū)和未壓實(shí)的第三區(qū)；壓實(shí)約40-80％濃度的、未壓實(shí)的第二紙幅區(qū)的至少一部分，以提供壓實(shí)的第二紙幅區(qū)；至少恢復(fù)在第一撓曲步驟中損失的一些高度差，從而提供其高度不同于第二壓實(shí)區(qū)高度的壓實(shí)的第一區(qū)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括在壓實(shí)紙幅后對(duì)紙幅進(jìn)行按透視法縮小的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，包括將不同頻率的起皺圖案賦予鄰接至少部分第二壓實(shí)的紙幅區(qū)的紙幅部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求19-21的方法，其特征在于第一未壓實(shí)紙幅區(qū)的壓實(shí)步驟包括形成第一壓實(shí)的紙幅區(qū)，該區(qū)包含許多在第三未壓實(shí)區(qū)中分散的、不連續(xù)的壓實(shí)的凸出部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求17-22的方法，其特征在于在第一撓曲步驟中對(duì)紙幅的撓曲步驟包括在橫跨紙幅的厚度上提供不同的液壓。
24.一種紙張結(jié)構(gòu)的成形方法，包括下列步驟提供未壓實(shí)的、通常是單平面的造紙纖維紙幅；提供包含帶孔基礎(chǔ)元件的紙幅支承裝置，所述基礎(chǔ)元件具有第一紙幅接觸表面和與帶孔基礎(chǔ)元件相連的紙幅構(gòu)圖層，紙幅構(gòu)圖層從第一紙幅接觸表面伸出，以形成具有不同于第一紙幅接觸表面高度的高度的第二紙幅接觸表面，紙幅構(gòu)圖層內(nèi)切許多帶孔基礎(chǔ)元件的圓形部分，每個(gè)帶孔基礎(chǔ)元件的內(nèi)切圓形部分的投影面積至少為50平方毫米；將紙幅支承在紙幅支承裝置上；將濃度為8-30％的紙幅的一部分進(jìn)行撓曲，以形成非單平面的紙幅，所述紙幅具有支承在第一紙幅接觸表面上的未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)，第一紙幅區(qū)的高度不同于支承在第二紙幅接觸表面上的未壓實(shí)的第二紙幅區(qū)的高度；提供壓實(shí)表面；將紙幅放在紙幅支承裝置和壓實(shí)表面之間；在第二撓曲步驟中，將第一紙幅接觸表面相對(duì)于第二紙幅接觸表面撓曲，以減少未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)和未壓實(shí)的第二紙幅區(qū)之間的高度差；在第一紙幅接觸表面和壓實(shí)表面間壓實(shí)預(yù)定部分的、未壓實(shí)的第一紙幅區(qū)，以形成壓實(shí)的第一區(qū)，該區(qū)包含許多在相對(duì)未壓實(shí)的區(qū)中分散的不連續(xù)的壓實(shí)的凸出部分；在第二紙幅接觸表面和壓實(shí)表面間對(duì)至少部分未壓實(shí)的第二紙幅區(qū)進(jìn)行壓實(shí)，以形成壓實(shí)的第二區(qū)；將紙幅干燥到至少90％的濃度；和從壓縮表面對(duì)紙幅進(jìn)行起皺。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了具有與相對(duì)較薄區(qū)相連的過(guò)渡區(qū)的多區(qū)紙張結(jié)構(gòu)。該紙張結(jié)構(gòu)包含第一區(qū)、構(gòu)圖的第二區(qū)、第三區(qū)和過(guò)渡區(qū)。過(guò)渡區(qū)將構(gòu)圖的第二區(qū)和背景矩陣相連。背景矩陣包含第一區(qū)和第三區(qū)。第一區(qū)包含許多在第三區(qū)中分散的不連續(xù)的凸出部分。第一和第二區(qū)以不同的高度排列，并且每個(gè)區(qū)的厚度均小于過(guò)渡區(qū)的厚度。本發(fā)明還公開(kāi)了制備該紙張結(jié)構(gòu)的裝置和方法。
文檔編號(hào)D21F1/10GK1151772SQ95193843
公開(kāi)日1997年6月11日 申請(qǐng)日期1995年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月29日
發(fā)明者迪安·V·費(fèi)恩 申請(qǐng)人:普羅克特和甘保爾公司