專利名稱：具有兩個區(qū)域的紙幅的制作方法
本申請是申請日為1997年1月16日、申請?zhí)枮?7193083.X、題目為“具有改善針孔特性的紙張以及制造該紙張的造紙網(wǎng)帶”的申請地分案申請。
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于制備強韌、柔軟、吸收性紙產(chǎn)品的造紙機械中用的造紙網(wǎng)帶以及由該網(wǎng)帶制造的紙產(chǎn)品。更準確地說，本發(fā)明涉及一種具有兩個區(qū)域的紙幅。

背景技術(shù)：
紙產(chǎn)品可用于多種用途。在現(xiàn)代工業(yè)社會中經(jīng)常使用紙毛巾，搽面紙，衛(wèi)生紙等。對所述紙產(chǎn)品現(xiàn)已產(chǎn)生了強烈的需要，那就是需要改善產(chǎn)品的形式。如果紙產(chǎn)品如紙毛巾，搽面紙，衛(wèi)生紙等用于各種預定的用途并能得到廣泛的接受性的話，那么，它們必須擁有某些物理特性。在這些特性中，更為重要的是強度、柔軟度和吸收性。
強度是紙幅在使用期間保持其物理完整性的能力。
柔軟度是，當消費者將紙張用于預定的用途時，他(她)們所感受到的愉快的觸感。
吸收性是紙張吸收并保留流體、特別是水和水溶液以及懸浮液的紙張的特性；對于給定量的紙張，重要的不僅是流體的絕對吸收量，而且是紙張吸收流體的速率。
如在US4,514,345(1985年4月30日授于Johnson等人)，US4,528,239(1985年7月9日授于Trokhan)，和US5,334,289(1994年8月2日授于Trokhan等人)中所述，制備穿透空氣干燥紙張。這三份專利均轉(zhuǎn)讓給了The Procter and Gamble公司，在此引入作為參考。
通過穿透空氣干燥(through air drying)生產(chǎn)的紙張披露于US4,529,480和US4,637,859(這兩篇專利均以Trokhan的名義授權(quán))中，在此引入這兩篇專利作為參考。這兩篇專利生產(chǎn)的紙張的特征在于具有兩個物理上不同的區(qū)域具有相對高密度的連續(xù)的網(wǎng)狀區(qū)域和由分散在整個網(wǎng)狀區(qū)域中的許多圓頂組成的區(qū)域。與網(wǎng)狀區(qū)域相比，所述圓頂具有相對低的密度和相對低的內(nèi)在強度。
通常，造紙過程包括若干個步驟。在多孔元件如長網(wǎng)上將造紙纖維的水分散體形成胚紙。該胚紙與撓曲元件有關(guān)，所述撓曲元件具有宏觀單平面的、連續(xù)的、構(gòu)圖的非無規(guī)網(wǎng)狀表面，該表面在撓曲元件內(nèi)限定了許多不連續(xù)的、離散的撓曲通道(deflection conduits)。在胚紙中的造紙纖維撓曲至撓曲通道中，水通過撓曲通道排出，從而形成中間紙幅。對中間紙幅進行干燥并通過起皺而按透視法縮小。起皺是利用刮刀從表面(通常也是干燥表面，如揚克式烘缸的表面)上取下干燥的中間紙幅的過程，以便形成最終的紙幅。
可通過例如對胚紙施加液壓差而造成纖維撓曲進入撓曲通道中。一種優(yōu)選施加壓差的方法是，通過撓曲通道將胚紙暴露至真空中。由于突然施加真空壓力，纖維將撓曲進入撓曲通道中，這將使撓曲纖維彼此分離并與胚紙分離。此外，由于突然施加真空壓力，因此，某些與胚紙分離的、已部分脫水的纖維將完全穿過造紙網(wǎng)帶。這些現(xiàn)象將在最終紙幅的圓頂中形成針孔，并堵塞真空脫水機械。
通過已轉(zhuǎn)讓的US5,334,289(1994年8月2日授于Trokhan等人)緩解了紙幅的圓頂中產(chǎn)生不希望的針孔，在此引入該專利作為參考。該專利在背面網(wǎng)中提供了表面組成的不規(guī)則性。這種背面不規(guī)則性緩解了突然施加真空壓力的作用。但尋求改善紙產(chǎn)品的工作仍在繼續(xù)進行。
本發(fā)明的目的是提供一種改善的造紙網(wǎng)帶，該網(wǎng)帶大大減少了最終紙幅中的針孔以及造紙纖維對真空脫水機械的阻塞。
本發(fā)明的另一個目的是開發(fā)一種在最終紙幅的圓頂區(qū)域中針孔數(shù)量被明顯減少的紙張。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的造紙網(wǎng)帶通常由兩個主要元件組成增強結(jié)構(gòu)和框架。在其優(yōu)選的形式中，該造紙網(wǎng)帶是無端帶，所述無端帶有紙接觸面和與紙接觸面相反的背面。
增強結(jié)構(gòu)有面對紙面和與面對紙面相反的面對機器面。該增強結(jié)構(gòu)的透氣性不低于800cfm/英尺2表面(22.64米3/分/929厘米2表面)，纖維支承指數(shù)(Fiber Support Index)不低于75。在其優(yōu)選的形式中，該增強結(jié)構(gòu)是紡織元件。優(yōu)選該增強結(jié)構(gòu)包括有通過聯(lián)結(jié)紗以面對面的接觸關(guān)系相互交聯(lián)的兩個平行的交織紗層。另外，該增強結(jié)構(gòu)還可包含無紡元件，如毛毯。
框架連接至增強結(jié)構(gòu)上，并從增強結(jié)構(gòu)的面對紙面向外延伸不大于約6.5密耳(0.165mm)，1密耳等于千分之一英寸，即0.254mm。許多合適的樹脂可用作框架。
所述框架有限定造紙毛毯紙接觸面的第一表面，與該第一面相對的第二表面，以及在第一表面和第二表面之間延伸的撓曲通道。所述第一表面包含紙側(cè)網(wǎng)和紙側(cè)開口，其中撓曲通道切斷該第一表面。所述紙側(cè)開口分散在整個紙側(cè)網(wǎng)中，被紙側(cè)網(wǎng)包圍，并且彼此相互分離。所述第二表面包含包圍背面開口的背面網(wǎng)。紙側(cè)開口和背面開口限定了撓曲通道，且每平方英寸中所述撓曲通道的數(shù)量不大于80。大部分的紙側(cè)開口在X-Y平面內(nèi)測量的尺寸不小于約45密耳(1.143mm)。在優(yōu)選的實施方案中，每個紙側(cè)開口的周邊限定一封閉的圖形，如弓形交叉(bow-tie)形圖形，菱形圖形等，并且這些開口以非無規(guī)重復圖形分布于第一表面內(nèi)。
本發(fā)明的紙張有兩個區(qū)域網(wǎng)狀區(qū)域和圓頂區(qū)域。該網(wǎng)狀區(qū)域基本上是連續(xù)的，基本上宏觀單平面的區(qū)域。該圓頂區(qū)域包含許多不連續(xù)的、被網(wǎng)狀區(qū)域包圍的圓頂。大部分的圓頂其在X-Y平面內(nèi)測量的尺寸不小于約45密耳。在優(yōu)選的實施方案中，絕大多數(shù)的圓頂?shù)拿恳粋€的周邊限定一封閉的圖形，如弓形交叉形圖形，菱形圖形等，并且這些圓頂以非無規(guī)重復圖形分布。在每平方英寸(6.45平方厘米)所述的紙幅中，所述圓頂?shù)臄?shù)量不大于80個。



圖1是利用本發(fā)明造紙網(wǎng)帶進行連續(xù)造紙的一種實施方案的側(cè)視簡圖。
圖2是本發(fā)明造紙網(wǎng)帶部分的俯視圖，示出了連接增強結(jié)構(gòu)的框架，并且具有撓曲通道的菱形紙側(cè)開口。
圖3是沿圖2中線3-3所取的造紙網(wǎng)帶部分的垂直截面圖。
圖4是沿圖2中線4-4所取的造紙網(wǎng)帶部分的垂直截面圖。
圖5是顯示覆蓋層的圖2-4的造紙網(wǎng)帶部分垂直截面的簡化圖。
圖5a是本發(fā)明造紙網(wǎng)帶增強結(jié)構(gòu)的一個實施方案的放大照片，示出了通過聯(lián)結(jié)紗，以面對面接觸關(guān)系與第二交織紗層(末示出)進行交織的第一交織紗層的頂面。
圖6是顯示橋連造紙網(wǎng)帶通道的纖維的垂直截面的簡化示意圖。
圖7是類似于圖6的截面的簡化示意圖。
圖8是顯示纖維完全撓曲進入造紙網(wǎng)帶通道內(nèi)的截面的簡化示意圖。
圖9是連接到本發(fā)明造紙網(wǎng)帶增強結(jié)構(gòu)的框架的一個實施方案的放大照片，示出了撓曲通道的弓形交叉開口。
圖9a是具有弓形交叉開口的撓曲通道的一個舉例性框架，以及利用具有該舉例性框架的網(wǎng)帶生產(chǎn)出的紙幅部分的俯視簡圖。
圖10是沿圖9a中線10-10所取的紙幅部分的垂直截面圖。
圖11是本發(fā)明造紙網(wǎng)帶撓曲通道的一個舉例性紙側(cè)開口(呈弓形交叉形構(gòu)形)的放大示意圖。
圖11a是本發(fā)明造紙網(wǎng)帶撓曲通道的一個舉例性紙側(cè)開口(呈菱形構(gòu)形)的放大示意圖。
圖11和11a只是簡單地說明是否撓曲通道的大部分開口在其X-Y平面內(nèi)的尺寸不小于約45密耳(1.143mm)而建立的方法。不應將圖11和11a用來量度滿足45密耳(1.143mm)限度的開口42的面積。
圖12是在計算機屏幕看到的紙幅試樣針孔的兩個數(shù)字化圖象。

具體實施例方式
本說明書包括(1)本發(fā)明造紙網(wǎng)帶和(2)本發(fā)明的最終紙產(chǎn)品的詳細說明。
(1)造紙網(wǎng)帶
在簡述于圖1中的舉例性的造紙機中，本發(fā)明的造紙網(wǎng)帶呈無端帶即造紙網(wǎng)帶10的形式。該造紙網(wǎng)帶10具有紙接觸面11和與該紙接觸面11相對的背面12。在紙幅成形(胚紙27和中間紙幅29)的不同階段，該造紙網(wǎng)帶10支承紙幅(或“纖維幅”)。在許多參考文獻中描述了胚紙的形成方法，如US3,301,746(1974年1月31日授于Sanford和Sisson)和US3,994,771(1976年11月30日授于Morgan和Rich)，在此引入這兩份專利作為參考。造紙網(wǎng)帶10根據(jù)箭頭B所指示的方向沿轉(zhuǎn)向輥19a和19b，壓榨間隙輥20，轉(zhuǎn)向輥19c，19d，19e，19f，和乳液分配輥21運行。造紙網(wǎng)帶10運行的循環(huán)路徑包括對胚紙27施加液壓差的裝置，如真空引紙槽24a和多槽真空箱24。在圖1中，造紙網(wǎng)帶10還沿預干燥器如穿透干燥器26運行，并在壓榨間隙輥20和揚克式烘缸28所形成的壓區(qū)之間穿過。
盡管本發(fā)明造紙網(wǎng)帶優(yōu)選的實施方案呈無端網(wǎng)帶10的形式，但該網(wǎng)帶還可包括許多其它的形式，它們包括例如用于制備手抄紙的固定板，或用于其它連續(xù)法的旋轉(zhuǎn)鼓。與造紙網(wǎng)帶10所取的物理形狀無關(guān)，該網(wǎng)帶通常具有某些列于下面的物理特性。本發(fā)明的造紙網(wǎng)帶10可根據(jù)已轉(zhuǎn)讓的US5,334,289(以Trokhan等人的名義授權(quán))來制備，在此引入該專利作為參考。
如圖2-4所示，本發(fā)明的造紙網(wǎng)帶10通常由兩個主要元件組成框架32和增強結(jié)構(gòu)33。所述框架32有第一表面34，與該第一面相對的第二表面35，以及在第一表面34和第二表面35之間延伸的撓曲通道36?？蚣?2的第一表面34與將要脫水的胚紙纖維接觸，并限定造紙網(wǎng)帶10的紙接觸面11。在第一表面34和第二表面35之間延伸的撓曲通道36將留在第一表面34上的胚紙27中的水份引至第二表面35，并提供胚紙27的纖維可撓曲進入其中并進行重排的區(qū)域。在此所述的術(shù)語“圓頂”指的是由撓曲進入各撓曲通道36中的纖維所形成的紙幅區(qū)域?？蚣?2的第一表面34包含紙側(cè)網(wǎng)34a和在其中形成的紙側(cè)開口42。也就是說，紙側(cè)網(wǎng)34a包含框架32固體部分的表面，或第一表面34部分，該部分將包圍并限定第一表面34中的紙側(cè)開口42。
框架32的第二表面35包含有背面網(wǎng)35a和背面開口43。背面網(wǎng)35a包圍并限定第二表面35中的背面開口43。所述紙側(cè)開口42和背面開口43限定了撓曲通道36。紙側(cè)開口42優(yōu)選具有均勻的形狀，并以非無規(guī)、重復的圖形分布。優(yōu)選是包含雙向交錯排列的圖形。優(yōu)選背面開口43也具有均勻的形狀，并以非無規(guī)、重復的圖形分布。因此，優(yōu)選以包含雙向交錯排列的、非無規(guī)、重復的圖形來排列撓曲通道36。在圖2中，雖然開口42顯示為菱形構(gòu)形，但對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，紙側(cè)網(wǎng)34a和背面網(wǎng)35a具有各種形狀、大小和取向的圖形，并是顯而易見的。紙側(cè)開口42和背面開口43的實際形狀包括但不局限于圓形，橢圓形，六邊及更少邊的多邊形，弓形交叉形圖形，織物狀圖形。
當觀察撓曲通道36的截面時，其側(cè)壁44的截面外形可以是相對直的，彎曲的，部分直線和部分彎曲的，或無規(guī)則的。應指出的是，僅僅是為了容易說明，附圖示意性地以直線示出了通道36的側(cè)壁44。在US5,334,289中更為詳細地披露了撓曲通道36的側(cè)壁44的截面外形。
可將許多合適的樹脂用作框架32。在此將描述用于框架32的合適樹脂的US4,529,480引入作為參考。
如圖2-5和9所示，框架32連接至增強結(jié)構(gòu)33上。增強結(jié)構(gòu)33具有面對紙面51和與面對紙面51相對的面對機器面52?？蚣?2從增強結(jié)構(gòu)33的面對紙面51向外延伸。增強結(jié)構(gòu)33增強該樹脂框架32并有合適的投影開口面積，以便使得在造紙過程中使用的真空脫水機械能充分發(fā)揮其從胚紙27中除去水份的作用，并使得從胚紙27中除去的水份能穿過造紙網(wǎng)帶10。
在此所使用的術(shù)語“覆蓋層”(overburden)意指從增強結(jié)構(gòu)33的面對紙面51延伸出的樹脂框架32。在圖5中，覆蓋層表示為OB。更準確地說，覆蓋層是由框架32的第一表面34(以及為此目的的紙側(cè)網(wǎng)34a)和增強結(jié)構(gòu)33的面對紙面51之間的距離所限定。
據(jù)信，通過增加胚紙27的厚度，可實現(xiàn)紙張厚度和吸收性的增加。增加厚度的一種方法是增加覆蓋層OB。理論上，覆蓋層OB越厚，在撓曲通道36中撓曲并積累的纖維就越多。較厚的覆蓋層能使通道36充分地起到提供胚紙27的纖維撓曲進入其中的空間，結(jié)果是，這些纖維可在沒有增強結(jié)構(gòu)33的紗線的制約下進行重排。用于現(xiàn)有技術(shù)中的優(yōu)選的覆蓋層的范圍披露于US5,334,289中，如約4密耳和約30密耳(0.102mm和0.762mm)之間。
然而，至少存在兩個與相對高的覆蓋層有關(guān)的實際問題。第一個問題是，纖維過度地撓曲并聚集進入撓曲通道會降低網(wǎng)帶的的透氣性。因此，當施加真空壓力時，撓曲纖維會彼此分離，破壞現(xiàn)存的纖維間的鍵，因此，將在紙底物中產(chǎn)生針孔。此外，通過施加真空壓力，某些撓曲纖維會“穿過”造紙網(wǎng)帶10，這將進一步擴大產(chǎn)生針孔的作用。第二個問題是，由于針孔是干燥空氣低阻力的天然通道，因此，針孔將使熱干燥空氣主要穿過所形成的針孔。于是，針孔干擾了中間紙幅29的有效干燥，降低了干燥速度和/或增加了干燥成本。因此，需要降低整個造紙過程的速度，或增加預干燥的成本。
盡管不想被理論所束縛，但據(jù)信，所產(chǎn)生的大部分厚度是在起皺操作時取得的。如圖1所示，在干燥操作中，紙幅29附著在揚克式烘缸表面28上，然后用刮刀30從揚克式烘缸28上取下。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)選不低于約1000英尺/分鐘(fpm)(28.3米3/分)的揚克式烘缸速度下，可產(chǎn)生有效的厚度。更準確地說，揚克式烘缸速度不低于約3500fpm(99.05米3/分)。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在該起皺速度可取得所希望的厚度，令人意想不到的是，這往往無需增加覆蓋層OB。在本發(fā)明中，覆蓋層優(yōu)選的范圍在約1密耳和約6.5密耳(0.0254mm和0.1651mm)之間，這比現(xiàn)有技術(shù)所期望的要低得多。更優(yōu)選的覆蓋層范圍在約2.5密耳和約5.5密耳(0.0635mm和0.14mm)之間。最優(yōu)選的覆蓋層范圍在約4密耳和約5密耳(0.102mm和0.127mm)之間。
另外還發(fā)現(xiàn)，如果與大圓頂和高纖維支承結(jié)合使用，那么，低覆蓋層將是特別有益的。在此所使用的術(shù)語“大圓頂”意指這樣的圓頂，在紙側(cè)網(wǎng)34a處在X-Y平面內(nèi)測量的尺寸，大部分不低于約45密耳(1.143mm)。在此所使用的X，Y和Z方向是與本發(fā)明造紙網(wǎng)帶10(或在該網(wǎng)帶上分布的紙幅)有關(guān)的在笛卡兒坐標系中的取向。在本發(fā)明中所述的笛卡兒坐標系中，造紙網(wǎng)帶10的紙接觸面11和背面12位于由X和Y軸形成的平面內(nèi)。X軸是橫跨機器方向，Y軸為機器方向，Z軸垂直于X和Y軸限定的平面。在此所使用的術(shù)語“大部分”意指各圓頂?shù)腦-Y區(qū)域不低于約40％，因此，在網(wǎng)狀區(qū)域83和紙側(cè)網(wǎng)34a處的X-Y平面內(nèi)測量的撓曲通道36的各個紙側(cè)開口42的面積不低于約40％。
由于圓頂?shù)腦-Y幾何構(gòu)形反映通道36的紙側(cè)開口42的幾何構(gòu)形，因此，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，為了生產(chǎn)具有大圓頂?shù)募垙?，在紙?cè)網(wǎng)34a處的X-Y平面內(nèi)測量的、通道36的大部分紙側(cè)開口42也應不低于約45密耳(1.143mm)。在圖8和10中，符號“A”表示在紙側(cè)網(wǎng)34a處在X-Y平面內(nèi)測量的開口42的一個尺寸。
圖11和11a說明了，需要在紙側(cè)網(wǎng)34a處，在X-Y平面內(nèi)測量的大部分紙側(cè)開口42的各個尺寸不小于約45密耳(1.143mm)。在圖11中，示出了呈弓形交錯形圖形的、舉例性的紙側(cè)開口42。符號“S1”至“S18”表示各紙側(cè)開口42的區(qū)域。由相應的分界線B1至B18和開口42的周邊形成了S1至S18的各個區(qū)域。各分界線B1，B2…B18的長度等于45密耳。圖11表明，至少某些S1至S18個別區(qū)域的尺寸小于45密耳。業(yè)已發(fā)現(xiàn)了分界線的數(shù)量和各分界線的位置，以便使由許多分界線和開口42的周邊形成的最終區(qū)域變得最大。符號“S”表示將開口42的整個區(qū)域減去由分界線和紙側(cè)開口42的周邊形成的最終區(qū)域而形成的開口42部分。在圖11中，區(qū)域S的周邊由虛線表示。根據(jù)本發(fā)明，S應包含大部分的開口42。
在圖11a中，示出了呈菱形圖形的舉例性紙側(cè)開口42。與示于圖11中的例子類似，符號“S21”，“S22”，“S23”，“S24”表示由分界線B21，B22，B23，B24(每個尺寸均等于45密耳)和開口42的周邊形成的各個區(qū)域，或表示紙側(cè)開口42部分。符號“S*”表示將開口42的整個區(qū)域減去由分界線B21-B24和限定紙側(cè)開口42周邊的線形成的最終區(qū)域所形成的開口42部分。根據(jù)本發(fā)明，S*應包含大部分的開口42。
應指出的是，由分界線和開口42的周邊形成的最終區(qū)域或最終區(qū)域的總和可能等于或小于由分界線和開口42的周邊所形成的各個區(qū)域的算術(shù)總和。圖11說明了由分界線B1至B18和周邊形成的最終區(qū)域的總和小于S1至S18各區(qū)域總和的情形。圖11a說明了由分界線B21至B24和開口42的周邊形成的最終區(qū)域等于S21至S24各區(qū)域總和的情形。
應指出的是，示于圖11和圖11a中的例子只是說明性的，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。紙側(cè)開口42可包含許多的形狀，包括但不局限于橢圓形，多邊形，織物狀圖形等，并且，不管在X-Y平面內(nèi)測量的大部分開口42的尺寸小于45密耳與否，可應用相同的形成方法。圖11和11a僅僅是示意性的，用來說明是否大部分開口42在X-Y平面內(nèi)測量的尺寸小于約45密耳的形成方法。圖11和11a不應用來度量開口42的實際尺寸，分界線的長度和位置，以及由分界線和開口42的周邊形成的面積。
當纖維撓曲進入撓曲通道36中時形成了圓頂。當纖維撓曲進入撓曲通道36時，開始從胚紙27中除去水份并通過撓曲通道36。這種除水將導致胚紙27中纖維的移動性降低。纖維移動性的降低往往會使纖維在撓曲和重排之后固定在一定的位置上。例如通過施加液壓差至胚紙27上，可使纖維撓曲進入撓曲通道36中。施加壓差的一個優(yōu)選方法是，通過撓曲通道36將胚紙27暴露至真空中。在圖1中，通過使用真空箱24圖示了該優(yōu)選的方法。另外，還可使用呈氣壓形式的正壓力。
不被理論所束縛，據(jù)信，根據(jù)包括纖維長度在內(nèi)的許多因素，胚紙27中纖維的重排通常有兩種方式。可以只將較長纖維的自由端彎曲進入通道36中，而其另一端仍留在網(wǎng)狀表面區(qū)域內(nèi)。如圖6中所示，這些較長纖維的自由端可在撓曲通道36區(qū)域內(nèi)結(jié)合在一起而不到達增強結(jié)構(gòu)33?；蛘?，如圖7所示，較長纖維的中間部分可彎曲進入通道36中而不充分撓曲。因此，發(fā)生了撓曲通道36中的“橋連”(bridging)。另外，如圖8所示，纖維(主要是較短的纖維)可充分地撓曲進入通道36中并與增強結(jié)構(gòu)33接觸。
如上所述，在本發(fā)明中，在X-Y平面內(nèi)測量的、撓曲通道36的大部分紙側(cè)開口42的各尺寸小于約45密耳(1.143mm)。如圖8所示，該尺寸使得幾乎所有已撓曲的纖維均完全撓曲進入撓曲通道36中。盡管申請人不想被任何特定的理論所束縛，當與不同于纖維完全撓曲進入通道36中的其它方法所形成的具有圓頂?shù)募垙埾啾葧r，假設(shè)存在低的覆蓋層和高纖維支承時，纖維完全撓曲進入通道36中似乎能提供更大的厚度，改善對厚度的壓縮并增加最終紙產(chǎn)品的強度。
增強結(jié)構(gòu)33是本發(fā)明造紙網(wǎng)帶的主要元件之一。該增強結(jié)構(gòu)33將增強樹脂框架32并具有合適的投影開口區(qū)域，以便使造紙過程中使用的真空脫水機械能充分地起從部分形成紙幅中除去水份的作用，并且能使從紙幅中除去的水份穿過造紙網(wǎng)帶10。因此，該增強結(jié)構(gòu)33應具有高的透流體性，如空氣和水?！案邼B透”意指，在100帕的壓差下，增強結(jié)構(gòu)33的透氣性應不小于800英尺3/分(cfm)·英尺2表面(22.64米3/分/929厘米2表面)。在100帕的壓差下，本發(fā)明增強結(jié)構(gòu)33的透氣性優(yōu)選在約900和約1100cfm/英尺2表面之間(25.47和31.13米3/分/929厘米2表面)。更具體地說，本發(fā)明的增強結(jié)構(gòu)在100帕的壓差下的透氣性更優(yōu)選在約950和約1050cfm/英尺2之間(26.89和29.7米3/分/929厘米2表面)。本發(fā)明的增強結(jié)構(gòu)33在100帕的壓差下最優(yōu)選的透氣性約為1000cfm/英尺2(28.3米3/分/929厘米2表面)。
與此同時，本發(fā)明的增強結(jié)構(gòu)33還有一個支承充分撓曲進入通道36中纖維的重要作用，而不會使它們穿過網(wǎng)帶10。因而，由本發(fā)明增強結(jié)構(gòu)33提供的高纖維支承是最重要的。“高纖維支承”意思是，本發(fā)明的增強結(jié)構(gòu)33的纖維支承指數(shù)不小于約75。在本發(fā)明中所使用的術(shù)語纖維支承指數(shù)或FSI被定義在Robert L.Beran.的“成形織物的評估和選擇”(“The Evalution andSelection of Forming Fabrics”)(Tappi，1979.4，Vol.62，No.4)中，在此引入該文作為參考并作為本發(fā)明的附錄1。優(yōu)選，本發(fā)明增強結(jié)構(gòu)的FSI不小于85。更優(yōu)選的是，F(xiàn)SI大于90。
本發(fā)明的增強結(jié)構(gòu)33可呈許多不同的形狀。它可包括紡織元件，無紡元件，篩，網(wǎng)狀物，粗布，或有許多孔的帶或板。該增強結(jié)構(gòu)33優(yōu)選包括紡織元件，更準確地說，包括多孔紡織元件，如披露于US5,334,289中的，在此引入該專利作為參考。更為優(yōu)選的是，增強結(jié)構(gòu)包含彼此基本平行并且通過聯(lián)結(jié)紗以面對面接觸的關(guān)系交聯(lián)的第一交織紗層和第二交織紗層。所述第一交織紗層和第二交織紗層分別包含與許多橫向紗交織的許多縱向交織紗。這種增強結(jié)構(gòu)33示于圖5a中。為顯示合適的增強結(jié)構(gòu)33，在此引入US專利申請流水號US08/254,387(1994年6月2日以Stelljes，Jr.等人的名義申請，并在1995年9月12日在P13的出版批號下出版)作為參考。根據(jù)US專利申請流水號US08/254,387，面對紙幅的第一層是紡織層，以致使第一層中每根紗上靜點的經(jīng)度，從面對紙面51的平面算起，不延伸超過1.5的紗直徑，優(yōu)選不大于1.0的紗直徑，并且，除非所述的紗是交織第一層和第二層的聯(lián)結(jié)紗，在所有位置均保持在面對紙面51的1.0或1.5紗直徑之內(nèi)，所述第一層處于面對紙面51的頂平面內(nèi)。
盡管紡織元件優(yōu)選用于本發(fā)明的增強結(jié)構(gòu)33，但可利用作為增強結(jié)構(gòu)的毛毯來制備本發(fā)明的造紙網(wǎng)帶10，這可如下面專利申請所述流水號US08/391,372(2/15/95以Trokhan等人的名義申請)，題目為“將可固化樹脂用于造紙基材的方法”；流水號US08/268,213(6/29/94以Trokhan等人的名義申請并在8/22/95授權(quán))，題目為“至少有三個以不同高度排列的紙張結(jié)構(gòu)，以及制備該紙張結(jié)構(gòu)的裝置和方法”；US08/461,832(06/05/95以Trokhan等人的名義申請)，題目為“包含毛毯層和光敏樹脂層的紙幅構(gòu)圖裝置”。這三份專利均轉(zhuǎn)讓給了The Procter & Gamble公司，在此將它們引入作為參考。紙張
用于本發(fā)明的造紙纖維包括通常稱之為木漿纖維的纖維素纖維。另外得自針葉木(裸子樹或針葉樹)和闊葉木(被子樹或闊葉樹)的纖維也用于本發(fā)明。針葉木纖維/闊葉木纖維的重量比優(yōu)選為25/75?？傻玫嚼w維的特殊樹種是不重要的。除各種木漿纖維以外，在本發(fā)明中還可使用其它的纖維素纖維，如棉纖維，人造纖維，和甘蔗渣。此外，還可使用合成纖維，如聚酯和聚烯烴纖維。
如圖9和圖10所示，本發(fā)明的改善的成品紙幅80的特征在于具有兩個不同的區(qū)域網(wǎng)狀區(qū)域83和圓頂區(qū)域84。該網(wǎng)狀區(qū)域83與造紙網(wǎng)帶10的第一表面34的紙側(cè)網(wǎng)34a相吻合，并形成于其上。網(wǎng)狀區(qū)域83基本上是具有非無規(guī)重復圖形的、連續(xù)的、宏觀上單平面的區(qū)域。在此稱之為“連續(xù)的”是因為，該網(wǎng)狀區(qū)域包含形成至少一個基本上無斷裂網(wǎng)狀圖形的基本不間斷線的體系，所述圖形具有基本上均勻的物理特性。據(jù)說，該圖形是“基本上”連續(xù)的，這是因為可以辨別的是，在該圖形中的間斷是允許的，但不是優(yōu)選的。當整個紙幅80以平面構(gòu)形放置時，由于網(wǎng)狀區(qū)域的頂表面(即位于紙幅同側(cè)作為圓頂突出物的表面)基本上是平面狀的，因此，網(wǎng)狀區(qū)域83被稱之為“宏觀單平面的”。由于與絕對平面性有微小的偏差是允許的，但不是優(yōu)選的，因此，網(wǎng)狀區(qū)域“基本上是單平面的”。
圓頂區(qū)域84包括許多分散在整個網(wǎng)狀區(qū)域83中的圓頂?；旧厦總€圓頂均被網(wǎng)狀區(qū)域83包圍，并且圓頂彼此分離。圓頂以非無規(guī)重復圖形分布。優(yōu)選該重復圖形為雙向交錯排列。在網(wǎng)狀區(qū)域83處，在X-Y平面內(nèi)測量的大部分圓頂?shù)母鞒叽缇笥诩s45密耳(1.143mm)。在紙幅80的平面內(nèi)(或在X-Y平面內(nèi))，圓頂?shù)男螤钣删W(wǎng)狀區(qū)域83所限定。也就是說，在X-Y平面內(nèi)圓頂?shù)男螤钣蓳锨ǖ?6的紙側(cè)開口42的構(gòu)形所限定。
在X-Y平面內(nèi)圓頂?shù)男螤畎ǖ痪窒抻趫A形，橢圓形，六邊和少于六邊的多邊形，弓形交錯圖形，紡織狀圖形。優(yōu)選圓頂呈封閉的圖形，如弓形交錯圖形，菱形圖形等。圖9a簡略地示出了具有弓形交錯圖形的紙幅80部分的舉例性X-Y幾何構(gòu)形，自然地也是撓曲通道36的開口42的X-Y幾何構(gòu)形。
在圖9a中示出了顯示重復圖形的僅僅一部分紙幅(和第一表面34a)。在圖9a中，符號“MD”表示縱向，即平行于紙幅通過設(shè)備運行的方向。符號“CD”表示橫向，即與縱向垂直的X-Y平面內(nèi)的方向。優(yōu)選的是，以圖9a示出的雙向交錯排列圖形取向的弓形交錯形圓頂?shù)臄?shù)量，在每平方英寸紙幅中不多于約80個。對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說顯而易見的是，當圓頂包括不同于弓形交錯形圓頂?shù)钠渌鼒A頂時，圓頂?shù)臄?shù)量可不同于上面所述的數(shù)量。對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說也顯而易見的是，在圖9a中列出的特殊設(shè)計的弓形交錯形圓頂只是一個舉例性的設(shè)計。其它弓形交錯形圖形的設(shè)計也可用于本發(fā)明，以及還可使用其它不同于弓形交錯形圓頂?shù)膱A頂。圓頂?shù)膶嶋H形狀包括但不局限于圓形，橢圓形，六邊和少于六邊的多邊形，弓形交錯形圖形，紡織狀圖形等。
與圓頂區(qū)域84的密度相比，本發(fā)明紙張80的網(wǎng)狀區(qū)域83具有較高的密度(每單位體積的重量)。由于纖維撓曲進入撓曲通道36，因此產(chǎn)生了密度差。此時，胚紙27與框架32有關(guān)，該胚紙27具有基本均勻的定量。在撓曲期間，纖維自由地進行重排并從鄰近的紙側(cè)網(wǎng)34a的表面遷移至撓曲通道36中，由此，產(chǎn)生了在紙側(cè)網(wǎng)34a的表面上相對少量的纖維和相對過量的纖維充分地撓進入通道36中。通過施加真空壓力，某些撓曲的纖維將被“拉開”(“pull on”)并彼此分離，這將破壞這些纖維間存在的鍵。與此同時，施加真空壓力往往會將網(wǎng)狀區(qū)域83(即與紙側(cè)網(wǎng)34a相應的胚紙27部分)壓至紙側(cè)網(wǎng)34a的表面上，而圓頂區(qū)域84(即在撓曲通道36內(nèi)的胚紙27部分)不壓至紙側(cè)網(wǎng)34a的表面上。對網(wǎng)狀區(qū)域83的這種壓縮往往會進一步擴大這兩個區(qū)域間的密度差。此外，將網(wǎng)狀區(qū)域83壓至揚克式烘缸28上甚至還能更進一步地增加網(wǎng)83的密度。
如上所示，將大圓頂，低覆蓋層和網(wǎng)帶增強結(jié)構(gòu)的高纖維支承相結(jié)合，可減少本發(fā)明紙張中的針孔數(shù)量。在厚度約11和17密耳(0.279和0.432mm)之間，圓頂面積約65％的紙幅中，圓頂面積內(nèi)的針孔數(shù)量(根據(jù)如下所述的分析步驟測量)不多于7500個針孔/100平方英寸(7500個針孔/645平方厘米)紙幅。優(yōu)選的是，針孔的數(shù)量不多于5000個/100平方英寸(5000個/645平方厘米)紙幅。
紙幅的厚度是利用直徑為2英寸(5.08cm)的圓形壓足，在95克/平方英寸(14.7克/平方厘米)的壓力下測量的。停留時間為3秒鐘?？衫肨hwing-Albert厚度測試儀(89-100型，由Thwing-Albert Instrument Company制造，Philadelphia，Pennsylvania)測量厚度。在TAPPI溫度和濕度條件下測量厚度。最終紙幅的厚度優(yōu)選在9和30密耳(0.2286和0.76mm)之間。更優(yōu)選的是，該厚度在11和30密耳(0.279和0.76mm)之間。最優(yōu)選的是，最終紙幅的厚度在12和14密耳(0.3048和0.3556mm)之間。
針孔的分析步驟
就鑒別、計算和表征紙幅試樣中針孔的分析法而言，可以將帶有至少4兆內(nèi)存的數(shù)字-協(xié)處理器和256灰度級別的監(jiān)視器的Macintosh計算機與光學掃描儀(帶有DeskScan軟件版本1.5.2或更高級的HP ScanJet滿頁掃描儀)結(jié)合使用。優(yōu)選使用8兆內(nèi)存的Macintosh Quadra 800和Iomega外部可取出磁帶驅(qū)動器?？墒褂锰O果牌高分辨率彩色監(jiān)視器，M1212型(或更高分辯率的型號)。合適的軟件是得自National Institute of Health(Washington.D.C.)的Microsoft Excel，版本4.0或更高級的版本，和Image版本1.45，以及QricKeys 2v 2.1。
將最終紙幅80的母卷沿其長軸方向分成5個等分部分。通常，將相同設(shè)備和相同時間所生產(chǎn)的兩個母卷用來進行測試。對無規(guī)取自每個母卷的五個部分的每一部分的至少一個紙幅試樣進行測試。因此，通常測試十個紙幅試樣。
將紙幅試樣置于黑色底板下的光學掃描儀的玻璃板上。對通過掃描儀的圖象進行數(shù)字化處理并在計算機監(jiān)視器上觀察二維圖象。計算機的設(shè)置如下亮度為106；對比度為178；縮放為200。打印機路徑(print Path)設(shè)置在100點/英寸(100點/2.54cm)。掃描范圍約為10平方英寸(64.5平方厘米)。以由象素組成的圖象文件，將試樣掃描入計算機中。術(shù)語“象素”表示由計算機產(chǎn)生的最小的不連續(xù)數(shù)字化圖形元素。使用約0.0001平方英寸(0.000645平方厘米)的象素。
圖12說明，如在計算機屏幕上可以觀察到的具有針孔的紙幅試樣的數(shù)字化圖象。通過應用圖象分析來處理該圖象文件，根據(jù)給定的條件，該圖象分析將辨別和測量圖象中的針孔。對于在此所述的試樣，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，254灰度級的閾值在檢測針孔時工作良好。宏(macro)將選擇性地測量所有具有254灰度值的“可疑的”針孔。然后，建立了列出已發(fā)現(xiàn)各針孔大小的數(shù)字文件。接著，使用Microsoft Excel對與所有已發(fā)現(xiàn)針孔的大小，數(shù)量和分布有關(guān)的數(shù)據(jù)進行列表。附錄2表示最終的針孔分析。從附錄2可以看出，針孔分析不僅能估測針孔的數(shù)量，而且還能根據(jù)針孔的尺寸，單個針孔的平均尺寸，以及其它相關(guān)的數(shù)據(jù)來估測針孔的數(shù)值分布。
圖12示出了利用兩種不同的網(wǎng)帶生產(chǎn)的紙幅試樣的數(shù)字化圖象。圖象A是利用具有高覆蓋層(OB約為7.5密耳(0.191mm))的造紙網(wǎng)帶生產(chǎn)的試樣的圖象。圖象B是利用本發(fā)明的具有低覆蓋層(OB約為4.9密耳(0.1244mm))的造紙網(wǎng)帶生產(chǎn)的試樣的圖象。運兩個網(wǎng)帶的其它特性如圓頂大小和纖維支承指數(shù)大致相等。用肉眼對圖12中的兩個試樣進行對比表明，與利用具有高覆蓋層的造紙網(wǎng)帶生產(chǎn)的紙幅(圖象A)目比，根據(jù)本發(fā)明的具有低覆蓋層的造紙網(wǎng)帶生產(chǎn)的紙幅(圖象B)具有明顯更少的針孔數(shù)量。
通過搜集在附錄2中的分析數(shù)據(jù)，可進一步證明該肉眼的估測。在附錄2中，圖表A表示涉及利用具有高覆蓋層(約7.5密耳(0.191mm))的造紙網(wǎng)帶生產(chǎn)的試樣的數(shù)據(jù)。圖表B表示涉及利用根據(jù)本發(fā)明的具有低覆蓋層(約4.9密耳(0.1244mm))的造紙網(wǎng)帶生產(chǎn)的試樣的數(shù)據(jù)。如附錄2所示，利用具有高覆蓋層的造紙網(wǎng)帶生產(chǎn)出的試樣中的針孔數(shù)量為11325個針孔/100平方英寸(11325個針孔/645平方厘米)(圖表A)。利用根據(jù)本發(fā)明的具有低覆蓋層的造紙網(wǎng)帶生產(chǎn)出的試樣中的針孔數(shù)量為1592個針孔/100平方英寸(1592個針孔/645平方厘米)(圖表B)。
從附錄2還可看出，本發(fā)明的低覆蓋層的網(wǎng)帶不僅改善針孔(就針孔的數(shù)量而言)，而且改善了針孔的大小。例如，如在圖表A中所列出的，在利用高覆蓋層網(wǎng)帶生產(chǎn)的試樣中，具有約一個象素面積的針孔的平均數(shù)量為5852個，而具有約20個象素以及更大面積的針孔的平均數(shù)量為51個。如在圖表B中所列出的，在利用本發(fā)明的低覆蓋層網(wǎng)帶生產(chǎn)的試樣中，相應的數(shù)量分別為1084和1。
為了說明而不是為了進行限定，列出下列實施例。
在下面表I和II中，1密耳等于0.0254毫米，1平方英寸等于6.45平方厘米，1cfm等于0.0283立方米/分鐘。
表I
在工廠生產(chǎn)條件下，對具有相同纖維支承指數(shù)和基本相似透氣性的網(wǎng)帶進行測試。從表I可以看出，相對具有低覆蓋層(2.9密耳，3.1密耳，和4.9密耳，即表格第二，第三和第四行)的網(wǎng)帶的針孔明顯地少于相對具有高覆蓋層(7.5密耳，表I第一行)的網(wǎng)帶的針孔數(shù)。
與此同時，對覆蓋層相對接近(表I第二行和第三行)但網(wǎng)狀面積/圓頂面積的比率不同的兩個網(wǎng)帶進行對比表明，相對更小網(wǎng)狀面積(35％)(因而是較大圓頂面積(65％))的網(wǎng)帶的針孔數(shù)低于具有較大網(wǎng)狀面積(40％)(因而是較小圓頂面積(60％))的網(wǎng)帶的針孔數(shù)。
表II
表II表明了在中型工廠在模擬條件下對若干網(wǎng)帶進行試驗的結(jié)果。從表II可以看出，利用低覆蓋層(3.9密耳(0.099mm)和4.0密耳(0.102mm)，表II的第三行和第六行)的網(wǎng)帶取得了最佳的針孔數(shù)的結(jié)果(1，101和139)。在這兩個具有低覆蓋層的網(wǎng)帶之間，利用較高纖維支承指數(shù)(94)(表II第六行)的網(wǎng)帶，可得到最佳的針孔結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種具有兩個區(qū)域的紙幅，包含
基本連續(xù)的、基本宏觀上為單平面狀的網(wǎng)狀區(qū)域，和包含不連續(xù)圓頂?shù)膱A頂區(qū)域；所述圓頂分散在整個所述網(wǎng)狀區(qū)域中，被所述網(wǎng)狀區(qū)域包圍，并且它們彼此之間是分離的，在所述網(wǎng)狀區(qū)域處，在X-Y平面內(nèi)測量的大部分所述圓頂?shù)母鞒叽绮恍∮?.143毫米，所述網(wǎng)狀區(qū)域的密度大于所述圓頂區(qū)域的密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的紙幅，其特征在于，所述圓頂以重復的圖形分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的紙幅，其特征在于，所述的重復圖形包括雙向交錯排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的紙幅，其特征在于，基本上每個所述圓頂?shù)闹苓呄薅ㄒ环忾]的圖形。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4的紙幅，其特征在于，每6.45平方厘米中所述的紙幅中，所述圓頂?shù)臄?shù)量不大于80個。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的紙幅，其特征在于，所述的封閉圖形包括弓形交錯圖形。
全文摘要
一種具有兩個區(qū)域的紙幅，包含基本連續(xù)的、基本宏觀上為單平面狀的網(wǎng)狀區(qū)域，和包含不連續(xù)圓頂?shù)膱A頂區(qū)域；所述圓頂分散在整個所述網(wǎng)狀區(qū)域中，被所述網(wǎng)狀區(qū)域包圍，并且它們彼此之間是分離的，在所述網(wǎng)狀區(qū)域處，在X－Y平面內(nèi)測量的大部分所述圓頂?shù)母鞒叽绮恍∮?.143毫米，所述網(wǎng)狀區(qū)域的密度大于所述圓頂區(qū)域的密度。
文檔編號B29C35/08GK1396341SQ0210459
公開日2003年2月12日 申請日期2002年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月19日
發(fā)明者戴維·M·拉希, 拉里·O·蘇厄德, 格倫·D·布提里爾 申請人:普羅克特和甘保爾公司