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CN1300331A - 用于纤维素纤维结构的提高干燥效率的造纸带 - Google Patents

用于纤维素纤维结构的提高干燥效率的造纸带 Download PDF

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CN1300331A
CN1300331A CN99806033A CN99806033A CN1300331A CN 1300331 A CN1300331 A CN 1300331A CN 99806033 A CN99806033 A CN 99806033A CN 99806033 A CN99806033 A CN 99806033A CN 1300331 A CN1300331 A CN 1300331A
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CN
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machine
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CN99806033A
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小迈克尔·G·斯特尔杰斯
保罗·D·特罗克汉
格伦·D·鲍蒂利尔
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Procter and Gamble Ltd
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    • D21F11/006—Making patterned paper
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Abstract

本发明公开了造纸带(10),其包括两个主要部件:加强结构(12)和图案层(30)。加强结构(12)包括由第一机器方向纱线(120)和机器横向纱线(122)交织成的网幅向第一表面,其具有至少大约68的FSI。加强结构具有机器向第二表面,其由只与机器横向纱线以N梭样式结合的第二机器方向纱线(220)形成(N大于四),其中在每个重复中第二机器方向纱线只与其中一条机器横向纱线结合。图案层(30)从第一表面向外部延伸,其中图案层具有从第一表面向外的接触网幅的表面,图案层至少部分地延伸到第二表面。

Description

用于纤维素纤维结构的提高干燥效率的造纸带
发明领域
本发明涉及造纸，更具体的是涉及用于造纸的条带。本发明的条带可降低能耗并提高成型于三维条带上的纸纤维的热干燥所需的干燥速率。
背景技术
诸如纸巾、面巾纸、餐巾纸和卫生纸等的纤维素纤维结构是日常生活中的常用品。鉴于这类消费品的广泛需求和频繁使用就要求改进这类产品，类似地也需改进其制造方法。通过将网前箱中的含水纸浆沉积在改良型长网或双长网造纸机上而制成这类纤维素纤维结构。这两类成型长网都是循环的条带，通过该条带进行初始脱水和纤维重排。通常，由于纤维连同网前箱中流出的液体载体流过成型长网会造成纤维损失。
在网幅初始成型之后成为纤维素结构，造纸机将网幅传送到机器的干燥端。在常规机器的干燥端上，在最终干燥之前挤压毛毡将网幅压紧成单一区域，即均匀密度和定量的纤维素纤维结构。最终干燥通常是通过加热的辊子(例如扬克烘缸)完成。
对上述造纸方法的明显改进之一是使用穿透式空气干燥法来替代常规挤压毛毡脱水，这将显著改善形成的消费品的性能。在穿透式空气干燥法中，类似于挤压毛毡干燥，在接收网前箱中浓度(含水纸浆中的纤维百分比重量)小于1％的含水纸浆的成型长网上开始网幅成型过程。初始脱水发生于成型长网上。从成型长网开始，网幅被转移到可透空气的穿透式空气干燥条带。该“湿转移”在捡拾导向座(PUS)发生，在该点网幅首先被塑造成穿透式空气干燥条带的外形。
对网幅制造方法的另一改进还包括微孔干燥，其中干燥主要通过毛细吸收作用和气流的均匀分布完成。微孔干燥也称为限制孔穿透式空气干燥，对于从网幅中除去空隙中的水分特别有用。微孔干燥一般包括两个干燥阶段。在第一个阶段，网幅中水分和纤维之间的毛细吸引被真空所产生的毛细吸水力克服，毛细吸水力将水分吸收进微孔干燥表面的纤细毛细管网。在第二阶段中，微孔干燥表面的纤细毛细管网有助于均匀的分配穿透纸网幅的空气。作为例子，在具有共同受让人的如下美国专利中对微孔干燥有所说明：1994年1月4日授予Ensign等人的美国专利5,274,930和1997年5月6日授予Ensign等人的美国专利5,625,961，这两个专利均在此引用作为参考。
干燥效率是所有预干燥方法中的一个问题。例如，专利5,625,961描述的方法中，热空气首先穿过干燥条带，然后通过纸张。干燥条带携带的水分被部分蒸发，从而降低纸张干燥效率。生产率也由于干燥条带携带水分的特性而受到影响。
通常，穿透式空气干燥优选在湿转移和“干转移”之间干燥网幅。在干转移中，网幅被传送到已加热的辊子上，例如用于最终干燥的扬克烘缸。在该转移过程中，部分网幅在印花的过程中被压实以产生多区域结构。许多这类多区域结构已作为优选消费品而广泛接受。
经过一段时间之后，还需要进一步的改进。对穿透式空气干燥条带的显著改进是在加强结构上使用树脂框架。树脂框架通常具有第一表面和第二表面，以及在该二表面之间延伸的偏转导管。偏转导管具有网幅纤维在其中能偏转和重排的空间。该重排使干燥条带产生连续图案或者任何所需的样式的图案，而不只是现有技术中织造条带所具有的不连续图案。这类条带的实例和由此制成的纤维素纤维结构见于下列专利：1985年4月30日授予Johnson等人的美国专利4,514,345；1985年7月9日授予Trokhan的美国专利4,528,239；1985年7月16日授予Trokhan的美国专利4,529,480；1987年1月20日授予Trokhan的美国专利4,637,859。前述四个专利在此引用作为参考以显示带图案树脂框架和加强型穿透式空气干燥条带的优选结构，以及由该结构制成的产品。这种条带已被用于生产商业上极成功产品，例如Bounty纸巾和Charmin Ultra卫生纸，这两种产品均由即时受让人生产和制造。
如上所述，带图案树脂穿透式空气干燥条带使用了加强结构，加强结构优选为交织织物。加强结构优选条带具有足够的刚度，使条带在造纸过程中耐用。如果没有足够的刚度，造纸带的使用寿命将受损而必须频繁更换条带。更换条带的成本以及伴随的造纸机器的停机时间的成本对于商业造纸运行是不能接受的。
加强结构还具有的重要功能是支撑完全偏转进上述树脂框架的偏转导管中的纤维，从而提高网幅的特性，例如使网幅中的细孔隙最小化。纤维支撑由纤维支撑指数(或FSI)来表现，具有FSI等于40的加强结构证明是有用的。然而，要使细孔隙最小化和提供更均匀的网幅表面，优选具有至少大约68的FSI。在此使用的纤维支撑指数在Robert L.Beran的“评估和选择成型织物”纸浆和造纸工业协会，1979年4月，第62卷，第4期中有定义，其在此引用作为参考。
另外，加强结构理想上具有低空隙率，因而具有低载水量。通过使用低载水量的加强结构，更多的干燥能可被用于干燥纸网幅，而较少地用于干燥穿透式空气干燥条带。尽管空隙率和含水能力不是完全相关的，但通常载水能力本身由可获得的空隙率限制。因此，通过使加强结构的空隙率最小化，载水能力也必须最小化。
早期的穿透式空气干燥条带使用单层、细孔加强结构，一般每英寸上具有大约50条机器方向和50条机器横向的纱线。尽管这种细网孔结构从具有低载水量并且控制纤维偏转进条带的观点来说可被接受(即如上述的可接受的纤维支撑指数)，它却不能承受一般造纸机器的环境。例如，由于这种条带非常柔韧，从而经常发生破坏性的折叠和折痕。细纱线不具有足够的缝合强度并且在造纸过程中遇到高温常会燃烧。
新一代的带图案树脂框架和加强结构穿透式空气干燥条带部分解决了这些问题。这一代干燥条带使用了具有两层机器方向纱线的双层加强结构。一个机器横向的纱线组件将两层机器方向的纱线系结在一起。双层加强结构增加了刚度并形成了更耐用的条带，能够承受前述一般造纸机器的环境。然而，由于织造的特性，条带厚度和空隙率的增加引起条带在干燥过程中承载更多水分，从而导致造纸过程中干燥无效率。另外，由于顶层的织造图案，双层加强结构不总是具有足够的纤维支撑(即如上所述不可接受的纤维支撑指数)，导致要求对纸的不需要的特性(包括细孔隙)最小化的开发。
三层加强结构被开发出来，三层条带基本是两层结构，其每一层由机器方向纱线和机器横向的纱线构成(即，经纱和纬纱)。在优选实施例中，顶层(即，网幅向层)是方形织纹。与双层结构条带相比，使用方形织纹网幅向层具有改善的纤维支撑和加强的条带刚度。然而，空隙率高于双层条带，导致穿透式空气干燥条带的高载水量。再者，在造纸过程中的高载水量导致在干燥纸网幅时消耗额外的能量。在如下美国专利中公开了优选的三层结构条带：1996年3月5日授予Stelljes等人的5,496,624和1996年3月19日授予Trokhan等人的5,500,277；这两个专利均在此引用作为参考。
因此，多层结构提供了充足的条带刚度和足够的纤维支撑，但是在条带内通常含有较高的空隙率，这会导致高载水量。该载水量增加了造纸过程的整体干燥要求。条带所载的水分降低了穿透式空气干燥法的效率，尤其是微孔干燥，其中在干燥纸幅之前，已加热的空气一般要遇到条带所载的水分。在干燥纸幅之前或干燥过程中较大量的能量用于除去容纳于条带的结点间的空隙率的水分。
条带所载水分和形成的干燥无效的问题可通过在相同图案中每英寸长度上增加更多纱线而使最小化，使用单层加强结构，在织造中使用较小直径单纤维，或者组合使用上述两种方法。例如，由于细网孔、单层结构的低厚度和最小的空隙率而使其具有低载水量。然而，如上所述，对于商业造纸该结构的强度还不够。由于其较低的刚度，它们通常不能承受一般造纸设备的环境。没有特定的最低刚度值，条带易于起皱或弯折，从而破坏性的折叠和折痕常常发生在造纸过程中的连续路径的多处中。这种常见的弯曲、扭结和局部弯折很快造成条带的永久性失效。
双层结构具有足够刚度，加强了条带的寿命，并真正地用于目前的商用造纸生产。然而，如上所述，双层条带易于一般在加强结构内具有较大的空隙率，从而在干燥过程中载有过量水分。过量水分通过限制干燥速度而增加了干燥过程的总能耗。三层结构和其他多层构型也呈现为高载水量加强结构。
因此，现有技术要求在低空隙率(代表低载水量)和抗弯刚度(代表长的条带寿命)之间寻求平衡。另外，现有技术要求在高开口区域(代表较好的穿透式空气干燥效果)和加强结构的细网孔顶面织纹(形成代表较好纤维支撑的单平面网幅向表面)之间寻求平衡。
前述各方案并未完全成功地获得条带空隙率、纤维支撑和条带刚度之间的所需平衡。显而易见，需要寻找另外一种方案。这种所需的方法应考虑到在机器向纱线构造成具有保障条带寿命的足够刚度的同时，网幅向纱线应该具有最大的纤维支撑，并且尽可能最小地影响总空隙率。
因此，希望具有可降低造纸方法中能耗的造纸带。
因此，希望具有带图案的树脂穿透式空气干燥造纸带，其可解决现有技术中造纸带寿命和降低的载水量之间的平衡。
另外，希望具有改进的带图案树脂穿透式空气干燥条带，该条带具有可使纸幅细孔隙最小化的足够纤维支撑、低载水量以及可承受商用造纸苛刻条件的足够耐用性。
而且，希望具有节能的带图案树脂穿透式空气干燥条带，该条带可生产出由纤维素纤维结构形成的美观的消费品。
发明概述
本发明涉及造纸带，包括两个主要部件：加强结构和图案层。加强结构由第一机器方向纱线和机器横向纱线交织成的网幅向第一表面组成，第一表面具有至少大约68的FSI。加强结构具有机器向第二表面，该表面包括只与机器横向纱线以N梭样式结合的第二机器方向纱线，其中N大于4，其中第二机器方向纱线在每个重复中只与其中一根机器横向纱线结合。图案层从第一表面向外延伸，其中图案层具有从第一表面向外与网幅接触的表面，图案层至少部分延展到第二表面。
附图的简要说明
图1示出了本发明的具有第一和第二机器方向纱线的条带的局部剖面的上部平视图。
图2是图1的沿线2-2的垂直剖视图，为清晰起见去掉了部分图案层。
图3是图1的沿线3-3的垂直剖视图，为清晰起见去掉了部分图案层。
图4是抗弯刚度测试输出值的一般图示。
图5是抗弯刚度测试产生的线性回归线的一般图示。
图6是抗弯刚度测试中样本的有代表性的力位移曲线的一般图示。
发明详述
参照图1-3，本发明的条带10优选为循环的条带，可以接收从网前箱中排出的纤维素纤维或者运载纤维素纤维网幅到达干燥设备，一般是已加热的辊子，诸如扬克烘缸(未示出)。因此，循环的条带10根据需要也可以用作成型带、用于新月形成型器的条带、压毡、穿透式空气干燥条带或者限制孔穿透式空气干燥条带。条带10优选为带图案的树脂穿透式空气干燥条带，其对造纸的穿透式空气干燥步骤中降低脱水能耗很有用。
本发明的条带10，包括两个主要部件：加强结构12和图案层30。加强结构12是由第一机器方向(FMD)纱线120、第二机器方向纱线(SMD)220和机器横向(CD)纱线122交织构成的结构。第一机器方向纱线120和机器横向纱线122形成了网幅向第一表面16。第二机器方向纱线220和机器横向纱线122形成了机器向第二表面18。
带图案树脂条带10具有两个相对表面，位于图案层30的外向表面之上的网幅接触表面40和相对的背向表面42。网幅接触表面40还可称为网幅向表面。条带10的背向表面42在造纸过程中接触造纸机器，并且因此称为造纸带的机器向表面。造纸机器(未示出)包括真空捡拾器仿型滑脚、真空箱、各种辊子等。
如在此引用作为参考的前述专利中详细描述的，图案层30是由感光树脂筑型而成。将形成图案层30的感光树脂以所需的样式应用到加强结构12的优选方法是用感光树脂以液体形式涂敷加强层。用具有同树脂处理特性相匹配的激活波长的光化辐射透过具有透明和不透明区的罩板照射液体光敏树脂。光化辐射透过罩板的透明区域并且处理(即，固化)其下的树脂成为所需的图案。由罩板不透明区遮盖的液体树脂未被处理(即，保持液体形式)并被冲洗掉，而在图案层30中留下导管44。
在此所用的术语“纱线100”是总称术语且包括第一表面16的第一机器方向纱线120、第二表面18的第二机器方向纱线220、以及在第一和第二表面都占有部分位置的机器横向纱线122。术语“机器方向”指的是平行于纸幅通过造纸设备的主要流动的方向。“机器横向”指的是垂直于机器方向位于条带10的平面内的方向。网幅向第一表面16上的“关节”是机器方向纱线120或220与机器横向纱线122的交叉处。“梭”是在纱线100主要方向中形成重复单元所需的纱线100的最少量。
在本发明的一个实施例中，第一表面16中的第一机器方向纱线120与机器横向纱线122一起织造，从而具有至少大约68的FSI，更优选至少大约80，最优选至少大约95。第二机器方向纱线220与机器横向纱线122以N梭样式结合，其中N＞4。在更优选实施例中，如图1-3所示，第一表面16可以是2梭方形织纹，机器向表面18可以是8梭样式。如图所示，机器向纱线220在一个重复样式中位于七条机器横向纱线122之下和一条机器横向纱线122之上。
机器方向也称为“经向”，本发明的第二机器方向纱线120也称为“经向导线”，由于机器向表面18中的长的导线或者“背向浮线”20用作加强结构的长经线。因此，本发明的加强结构也可称为“经向导线”加强结构。通过在本发明的条带的经向导线加强结构的第一表面16中采用方形织纹，偏转进导管44(下面将更详细描述)的纸张是受控的并且纸张的质量(例如细孔隙减少)是可保持的。而且，通过使用具有含较长背向浮线的第二机器方向纱线220的机器向表面18，即，在每个重复中未中断导线至少在4条机器横向纱线122之下，条带厚度和空隙率都将减少。
尽管图中示出机器方向纱线120和220是垂直堆叠的构型，但是并不意味着加强结构的实际构型仅限于此。机器方向纱线可以是如图所示的垂直堆叠，特别是在加强结构制造过程中，但是在使用过程中构型可以与图示位置相差很大。
尽管上述经向导线加强结构与现有双层条带相比确实减少了厚度及载水量，但是当单独使用时却不足以承受商用造纸的条件。这是因为长背向浮线20直接承受设备(例如真空箱)的磨损，整个条带通过长背向浮线20与造纸机器接触。背向浮线较快地磨损并用旧到失效点，这时整个条带失效。而且，长的未中断的背向浮线减少了联锁皱缩点的数量，使得织物太“薄”或者“稀松”，如果没有支撑则其中的织物容易被操作工艺或者甚至被其自身的重量弄变形。稀松度描述作条带受到平面内的剪切力时承受剪切变形的能力。太高的稀松度会导致商用造纸工程中条带的早期失效。
令人惊异地发现，通过在加强结构12上浇筑树脂图案层30可大大改善加强结构12的耐用性，而形成本发明的条带10。将图案层30贯穿加强结构12，并且通过用光化辐射穿过具有透明部分和不透明部分的二等分的罩板照射液态树脂处理成任何所需的样式。处理的树脂图案层30增加了刚性并降低了稀松度，这两点都增加了条带10的耐用性。条带耐用性也由于加强结构的网幅向表面上的浇筑树脂提供的保护作用而得以加强。树脂提供了耐用的磨损表面，为条带10提供了附加的耐磨性。
条带10的树脂图案层还可包括导管44，导管44从条带10的背向表面42的网幅接触表面40中延伸出来并且与其进行液体交换。导管44使得在造纸过程中纤维素纤维向条带10的平面偏转。
如图所示，如果选择了基本连续的图案层30，则导管44是分离的。或者，图案层30可以是分离的而导管44是基本连续的。这种配置由于与图1中所示样式通常相反，所以容易为本领域的普通技术人员联想到。这种具有分离图案层30和基本连续导管44的配置在图4示出，这在前面提及且包括在此引用作为参考的授予Johnson等人的美国专利4,514,345中有述。
图案层构型的其他示例包括半连续样式，例如授予Ayers等人的美国专利5,714,041中公开的样式，还包括视觉上可辨别的大图案，例如授予Rasch等的美国专利5,431,786中公开的样式，这两个专利都在此引用作为参考。本发明的条带还可成型为具有不同流阻的多个区域，诸如在授予Trokhan等人的美国专利5,503,715中公开的样式，该专利在此引用作为参考。其它专利和构型可以用在本发明的条带中，所列出的内容是一些示例，而非限制。当然，也应该认识到分离和连续图案的任何组合样式也是可选的。
除了如上所述在织造的多个单纤维的有小孔的条带上应用树脂图案外，本发明的条带还包括脱水毡层。在1997年5月13日授予Trokhan等人的美国专利5,629,052和1997年10月7日授予McFarland等人的美国专利5,674,663中公开了将可处理树脂(例如光敏树脂)应用到诸如造纸机的脱水毛毡等的基体上的方法，这两个专利公开的内容均在此引用作为参考。
对于在加强结构中具有等量覆盖层和可比的网孔数量以及单纤维直径而言，根据本发明制成的带图案树脂穿透式空气干燥条带较现有技术条带具有更低的厚度。“覆盖层”指的是完全由于处理的树脂而增加的厚度量，即，顶面46和网幅接触表面40之间的距离。厚度减少是由于用于本发明的加强结构的厚度减少。本发明的加强结构与使用了现有双层加强结构的带图案树脂带相比优选减少了至少大约25％的厚度。当然，厚度取决于组分纱线单纤维的直径和网孔数量，下面会更详细地说明。
根据本发明制成的条带的较低厚度以及下面提及的加强结构的优选织纹有助于使条带具有低空隙率、可接受刚度和高FSI。低空隙率和低厚度也有助于低载水量特性，从而增加干燥效率和降低能耗。
因此，通过在加强结构12上浇筑图案层而形成了本发明的耐用且商业上可行的条带10。由于条带10解决了现有技术中条带寿命和降低载水量之间的平衡问题，故为造纸过程降低了能耗。重要的是，因为条带具有高FSI，条带10也可生产出包括纤维素纤维结构的美观的消费品。下面将公开并教导优选实施例的详细内容。
加强结构
图1-3示出了本发明的优选加强结构。第一机器方向和机器横向纱线120和122相互交织形成网幅向第一表面16。如图所示，第一表面16优选具有一上一下的方形织纹。优选第一机器方向和机器横向纱线120和122形成的第一表面16基本上可透过光化辐射。如果光化辐射可在大致垂直于条带10平面的方向上穿过纱线120和122的大部分截面尺寸并且仍足以处理其下的光敏树脂，则认为纱线120和122基本透明。
在加强结构的另一方向表面上，第二机器方向纱线220也称为“经向导线”与机器横向纱线122以N梭样式结合交织成机器向第二表面18，其中N＞4。第二机器方向纱线220在每个重复中与一根机器横向纱线122结合，从而在各个重复之间形成未中断的背向浮线。所有的组分纱线可以是等直径的，但在优选实施例中，机器横向纱线122的直径优选大于第一机器方向纱线120和第二机器方向纱线220的直径(如果使用的是具有圆形截面的纱线)。例如，机器方向纱线120和220的直径是0.15-0.22mm，机器横向纱线122的直径是0.17-0.28mm。
纱线100优选由聚合物材料制成。特别是，在优选实施例中，第一机器方向纱线120和机器横向纱线122由聚酯制成，例如聚(乙烯对苯二甲酸酯)(PET)，并且基本上可透过用于处理图案层30的光化辐射。如果光化辐射可在大致垂直于条带10平面的方向上穿过纱线120和122的大部分截面尺寸并且仍足以处理其下的光敏树脂则认为纱线120、122是基本透明的。
本发明的加强结构具有较低的空隙率，从而具有低载水量。通过使用低载水量加强结构，更多的干燥能量可用于干燥纸网幅，并且更少地用于干燥穿透式空气干燥条带。尽管空隙率和载水量并不是完全相关的，但通常含水量本身就受可获得的空隙率的限制。因此，通过使加强结构的空隙率最小化，载水量也必需最小化。与示范实施例相比，本发明的代表性的空隙率在下列表1中示出。
另外，表示为NG的标准化空隙率是无量纲数，用于描述加强结构的空隙率与单纤维直径相关的特征。织造的加强结构的每单位面积的空隙率除以最大MD单纤维的最大投影截面尺寸(即，圆形截面的直径)即可计算出NG。本发明的加强结构具有小于大约2.8的NG，更优选为小于大约2.4，最优选为小于大约2.0。
不透明纱线可用于遮盖位于不透明纱线和条带背向表面42之间的一部分加强结构12，以产生背向的纹理。在本发明中，第二表面18的第二机器方向纱线220可制成不透明的，例如在这类纱线外部涂层，或者添加诸如炭黑或者二氧化钛等的填料。
在优选实施例中，第二机器方向纱线220由聚酯(PET)或者聚酰胺制成。取决于具体的浇筑图案，为避免不稳定性，优选第一机器方向纱线120和机器横向纱线122的尺寸差别不太大。通常二者具有相同尺寸，但是如果各选用不同材料，则对不同材料特性可使用不同尺寸。
本发明加强结构的一个重要特征是其高纤维支撑，以纤维支撑指数(FSI)来表示。“高纤维支撑”意味着本发明的加强结构具有至少大约68的FSI值。在此所用的FSI是在Robert L.Beran的“成型纤维的评估和选择”纸浆和造纸工业技术协会，1979年4月，第62卷，第4期中定义的，其在此处引用作为参考。至少大约68的FSI使造纸纤维的支撑完全偏转进导管44中，而又不致被吹过条带10。因此，第一表面16的纱线120、122优选以N上和N下的织纹方式交织在一起，其中N是等于1、2、3……的正整数。为获得高FSI的优选织纹是N=1的方形织纹，即2梭样式，具有高网孔数(通常，梭=N+1)。对于本发明的一个实施例的条带10中的第一表面16来说，2梭样式中的网孔数为大约45×49(机器方向纱线120×机器横向纱线122)是目前优选的构型。该织纹呈现出的FSI大约是95。2梭样式中的大约45×49的网孔数也是目前优选的，呈现出的FSI大约是72。可以考虑其他织纹，例如包括“荷兰斜纹”、反向荷兰斜纹以及其它有足够FSI(即，大于大约68)的其他织纹都可被用于网幅向第一表面16。
根据本发明，可采用1上和N下的织纹交织第二机器方向纱线220，其中N为大于4的正整数，从而具有长背向浮线20。优选织纹是1上和4-12下(5梭到13梭)；更优选织纹是1上和5-9下(6梭到10梭)；最优选织纹是1上和7下(8梭)。无需理论证明，据信如果选择N小于5，其结果是较短的背向浮线，其具有较低的第二表面机器方向加强力及增大的空隙率和厚度。
最好是第一表面16具有多条及更加紧密间隔的机器横向纱线122，以提供充足的纤维支撑。通常，为保证线缝强度和提高条带刚度，第二表面18的第二机器方向纱线220具有与第一表面16的机器方向纱线120相一致的出现率。然而，可以考虑第二机器方向纱线220的出现率小于机器方向纱线120的出现率(如比例为1∶2)，这样每隔一根第一机器方向纱线120就有一根第二机器方向纱线220与其相对应。
可以考虑加强结构的机器向第二表面的N梭织纹图案可以具有任何形式的“经纬顺序”。术语“经纬顺序”指的是当梭子往复穿过机器横向的单纤维在织布机中织造织物时操纵机器方向经线单纤维的顺序，如图1所示，经纬顺序可以是1、4、7、2、5、8、3、6，这样产生经纬顺序差为3。经纬顺序差是指在经纬顺序中任意两个相继的经线编号的差值。对于常数经纬顺序(如图1所示)，经纬顺序差是由经纬顺序中的第一个数字减去第二个数字获得的。其他的经纬顺序可用于另外的织纹中，类似于图1中所示的织纹，而不脱离本发明的范围。在1980年3月4日授予Trokhan的美国专利4,191,609中对经纬顺序有详细描述，该专利在此引用作为参考。
与现有技术中的许多织纹相比，图案层30的稳固作用减少了纤维的稀松度，并且使用第二表面18的高梭样式，本身就具有低厚度和低空隙率。这是因为一旦完成了浇筑，相对于第二表面18图案层30稳固了第一表面16并且贯穿整个造纸过程。因此，据信10梭梭口样式(或者更大梭数)可用于机器向第二表面18。
本发明的加强结构12应该使足够的空气垂直于加强结构12平面流动。加强结构12优选每分钟每平方英尺至少800标准立方英尺的透气性，优选每分钟每平方英尺至少850标准立方英尺，更优选每分钟每平方英尺至少900标准立方英尺。在特定环境中，例如使用限制孔干燥，低透气性加强结构也可获得可接受的结果。无需理论证明，据信可使用较高的网孔数量，随即增大了FSI并降低了空隙率。可以设想如果这样FSI等于80或者甚至90也是可以达到的。当然根据所选的具体样式，图案层30将降低条带10的透气性。
采用芬兰Valmet Company ofHelsinki的Valmet渗透性测量装置在100帕差压和每线性英寸15磅张力的条件下测量加强结构12的透气性。如果加强结构12的任何部分都满足上述透气性限制条件，则整个加强结构12被视为满足这些限制条件。
在另一个实施例中，加强结构12还包括毛毡，当用于无穿透式空气干燥的常规造纸方法中，也称为压毡。在该实施例中，组分纱线不必是可透过光化辐射的。图案层30可应用到含有毛毡的加强结构12中，这在下列专利中有述：1996年9月17日授予Trokhan等人的美国专利5,556,509；1996年12月3日授予Ampulski等人的美国专利5,580,423；1997年3月11日授予Phan的美国专利5,609,725；1997年5月13日授予Trokhan等人的美国专利5,629,052；1997年6月10日授予Ampulski等人的美国专利5,637,194；和1997年10月7日授予McFarland等人的美国专利5,674,663，这些专利的公开内容都在此引用作为参考。
图案层
图案层30是由光敏树脂浇筑成的，在上文和前述在此引用作为参考的专利中都有描述。
图案层30优选从加强结构12的第二层18的背向表面42延伸，继续向外延伸并超出加强结构12的第一表面16。图案层30还优选向外延伸超出顶面46大约0.00到0.050英寸(即，0.00到1.3毫米)的距离，更优选距离为大约0.002到0.030英寸。图案层30垂直于并超出第一表面16的尺寸(覆盖层)通常随着图案变得更粗糙而增加。
优选图案层30呈现为预定样式，它在由条带10制备的纸幅上压印出类似图案。用于造纸机干燥区的干燥条带的图案层30的具体优选的样式是基本连续的网格图案。如果优选的基本连续网格图案选定用于图案层30，则在条带10的第一表面和第二表面之间延伸着分离的偏转导管44。
本发明的条带10的图案层30也可以是不连续或者半连续样式。例如，可以采用1998年2月3日授予Ayers等人的具有共同受让人的美国专利5,714,041教导的方法应用图案层，该专利在此引用作为参考。当本发明的条带10在造纸机的成型区域用作成型长网时，不连续图案层就有具体的用途，1985年4月30日授予Johnson等人的美国专利4,514,345中对此进行了描述，该专利在此引用作为参考。
本发明的造纸带10肉眼可见为单平面。造纸带10的平面限定其X-Y方向。垂直于X-Y方向及造纸带10的平面的是造纸带10的Z方向。类似地，根据本发明的条带制成的纸张可认为是肉眼可见为单平面并置于X-Y平面。垂直于X-Y方向和纸张平面的是纸张的Z方向。
条带10的第一表面40接触位于其上的纸幅。在造纸过程中，条带10的第一表面40可以在纸幅上压印与图案层30的图案相似的图案。
条带10的第二或背向表面42是条带10的机器接触表面。背向表面42可用具有通道的背向网格制成，通道与偏转导管44不一样。通道在条带10的第二表面的背向纹理中具有不规则性。通道使条带10的X-Y平面泄漏空气，该泄漏不必通过条带10的偏转导管44在Z方向流动。
本发明的条带10可根据下列具有共同受让人的美国专利中的任何一个来制造：1985年4月30日授予Johnson等人的美国专利4,154,345；1985年7月9日授予Trokhan的美国专利4,528,239；1992年3月24日授权的5,098,522；1993年11月9日授予Smurkoski等人的美国专利5,260,171；1994年1月4日授予Trokhan的美国专利5,275,700；1994年7月12日授予Rasch等人的美国专利5,328,565；1994年8月2日授予Trokhan等人的美国专利5,334,289；1995年7月11日授予Rasch等人的美国专利5,431,786；1996年3月5日授予Stelljes,Jr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；1996年5月7日授予Trokhan等人的美国专利5,514,523；1996年9月10日授予Trokhan等人的美国专利5,554,467；1996年10月22日授予Trokhan等人的美国专利5,566,724；1997年4月29日授予Trokhan等人的美国专利5,624,790；和1997年5月13日授予Ayers等人的美国专利5,628,876。公开的内容在此引用作为参考。
优选实施例的示例
下面公开了本发明的两个示例，本发明Ⅰ和本发明Ⅱ，其重要特征参见下面的表1。
本发明Ⅰ
本发明Ⅰ包括具有第一机器方向和机器横向的聚酯纱线120和122的加强结构。纱线120和122具有基本为圆形的截面，标称直径分别为0.15mm和0.20mm，彼此一上一下呈方形织纹交织以形成2梭的第一表面16。第一机器方向和机器横向纱线120、122形成的第一表面16对于用于处理图案层30的光化辐射基本为透明的。
第二机器方向纱线220交织进机器向第二表面18，在每个重复中以8梭样式与机器横向纱线122结合一次，经纬顺序为1、4、7、2、5、8、3、6，经纬顺序差为三。第二机器方向纱线220具有基本为圆形标称直径为0.15mm的截面，在每个重复中与一根机器横向纱线122结合。第二机器方向纱线220由含有炭黑的聚酯制成，其对于光化辐射是不透明的。具有不透明第二表面单纤维使较高的预处理能量(光化辐射)和较好的树脂与加强结构之间的粘着(锁定)，同时维持充足的背向泄漏。
形成第一表面16的纱线交织成方形织纹，每英寸第一机器方向纱线120的网孔数为45，每英寸机器横向纱线122的网孔数为49。第二表面18的第二机器方向纱线220每英寸交织45根纱线，与第一机器方向纱线120相一致。
本发明Ⅰ提供具有FSI为95的可接受刚度的结构。本发明Ⅰ的加强结构12的总厚度为0.018英寸(18密尔)，空隙率是0.013in3/in2,NG(标准空隙率)大约是2.2，CD刚度是9.20gf×cm2/cm。这些参数(即刚度、FSI、厚度和空隙率)用下面描述的测试方法测量，都比现有技术的条带高出许多。以每单位面积的空隙率除以最大MD单纤维的投影截面尺寸，例如织造加强结构的圆形截面的直径，即得标准空隙率。为便于比较，下面的表1示出了本发明的另一个条带设计形式的参数。本发明Ⅰ应该与单层Ⅰ、双层Ⅰ和三层Ⅰ条带设计形式相比较，因为它们具有相似的网孔数和单纤维直径。
本发明Ⅱ
本发明Ⅱ包括具有第一机器方向和机器横向的聚酯纱线120和122的加强结构。纱线120和122具有基本为圆形的截面，标称直径分别为0.22mm和0.28mm，彼此一上一下呈方形织纹交织以形成2梭的第一表面16。第一机器方向和机器横向纱线120、122形成的第一表面16对于用于处理图案层30的光化辐射基本为透明的。
第二机器方向纱线220交织进机器向第二表面18，在每个重复中以8梭样式与机器横向纱线122结合一次，经纬顺序为1、4、7、2、5、8、3、6，经纬顺序差为3。第二机器方向纱线220具有基本为圆形标称直径为0.22mm的截面，在每个重复中与一根机器横向纱线122结合。第二机器方向纱线220由含有炭黑的聚酯制成，其对于光化辐射是不透明的。具有不透明第二表面单纤维使较高的预处理能量(光化辐射)和较好的树脂与加强结构之间的粘着(锁定)，同时维持充足的背向泄漏。
形成第一表面16的纱线编织成方形织纹，每英寸第一机器方向纱线120的网孔数为34，每英寸机器横向纱线122的网孔数为37。第二表面18的第二机器方向纱线220每英寸交织45根纱线，与第一机器方向纱线120相一致。
本发明Ⅱ提供具有FSI为72的可接受刚度的结构。本发明Ⅱ的加强结构的总厚度为0.027英寸(27密尔)，空隙率是0.0173in3/in2，NG(标准空隙率)大约是2.0。这些参数(即刚度、FSI、厚度和空隙率)用下面描述的测试方法测量，都比现有技术的条带高出许多。以每单位面积的空隙率除以最大MD单纤维的投影截面尺寸，例如织造加强结构的圆形截面的直径，即得标准空隙率。为便于比较，下面的表1示出了本发明的另一个条带设计形式的参数。从比较的目的出发，本发明Ⅱ与双层Ⅱ条带设计形式也是可比的。
表1：加强结构的比较
加强结构 网孔数 背向浮线 单纤维直径 空隙率 标准空隙率 厚度 CD刚度 FSI
(每in2纱线数)  CD纱线号 (mm) (in3/in2) NG (mils) (gf×cm2/cm)
单层Ⅰ  52×52(MD×CD) 1  MD:0.15CD:0.15  0.0089  1.5  12  4.46  104
双层Ⅰ (2×48)×52((2×MD)×CD) 3  1st MD:0.152nd MD:0.15CD:0.18  0.0182  3.0  24  6.96  67
双层Ⅱ (2×35)×30((2×MD)×CD) 3  1st MD:0.222nd MD:0.22CD:0.28  0.0282  3.3  36  21.1  43
三层Ⅰ  45×48/45×24(MD×CD)/(MD×CD) 1  1st MD:0.151st CD:0.152nd MD:0.152nd CD:0.20  0.0186  3.1  26  17.55  94
本发明Ⅰ (2×45)×49((2×MD)×CD) 7  1stMD:0.152ndMD:0.15CD:0.20  0.0130  2.2  18  9.20  95
本发明Ⅱ (2×34)×37((2×MD)×CD) 7  1st MD:0.222nd MD:0.22CD:0.28  0.0173  2.0  26.6  22.62  72
从表1中的数据可以看出，单层设计具有高FSI和包括标准空隙率的最低空隙率，从而提供增加的干燥效率，但具有较低的刚度，这就使得造纸中的条带寿命短。两种双层设计均具有较高刚度，但是包括标准空隙率的非常高的空隙率，和较高的厚度使得载水量高，从而降低干燥效率。三层结构具有最高刚度和非常好的FSI，但是也具有高空隙率、标准空隙率和高厚度，这就导致非常高的载水量，从而降低干燥效率。本发明的两个实施例结构都提供了非常好的刚度(对于三层的条带只能在第二位)、非常好的FSI、低空隙率和厚度。重要的是，本发明Ⅰ和本发明Ⅱ的加强结构都具有接近2.0的标准空隙率，其接近单层设计的标准空隙率。因此，当被成型为带图案的树脂造纸带时，本发明的结构使低载水量造纸带具有良好耐用性、极好的纤维支撑和改善的干燥效率。
测试方法
刚度
设备
使用纯弯曲测试法测量加强结构的刚度，以便使用KES-FB2纯弯曲测试仪确定抗弯刚度。纯弯曲测试仪是Kawabata的评估系统的KES-FB系列中的仪器。机构设计成用来测量织物、无纺物、纸张和其他薄膜状材料的基本机械特性，其可从日本京都的Kato Tekko Co.Ltd购得。
弯曲特性对于评估加强结构很重要并且是判定刚度的有价值方法之一。悬臂方法在过去曾经被用于测量这些特性。KES-FB2测试仪是用于纯弯曲测试的仪器。不象悬臂方法，该仪器具有特殊的特征。整个加强结构样本被准确地弯曲成常量半径的弧形，弯曲角是连续改变的。
方法
在机器方向和机器横向加强结构被切割成大约1.6×7.5cm的尺寸。使用指示游标卡尺所测厚度的Starret刻度盘测量样本宽度的公差为0.001in。将样本宽度转换为厘米。每个样本的第一(网幅向)表面和第二(机器向)表面被标识和标记。每个样本依次置于KES-FB2的卡钳上，以便样本被弯曲时朝向纸张的一侧承受张力而背向纸张的一例承受压力。面对KES-FB2第一表面向右而第二表面向左。前移动卡钳和后静止卡钳之间的距离是1cm。采用下面的方法将样本固定在仪器中。
首先打开前移动卡盘和后静止卡盘以容纳样本。样本在上和下卡钳之间插入。然后通过均匀的紧固上端和下端的指旋螺丝直到非常贴合(但不是过紧)而将后静止卡盘关闭。然后以同样的方式关闭前静止卡盘上的卡钳。将样本调整成在卡盘中纹丝不动，然后紧固前卡钳以确保样本被握紧。前卡盘和后卡盘之间的距离(d)为1cm。
仪器的输出是测压元件电压(Vy)和弯曲电压(Vx)。测压元件电压经过样本宽度(M)以下面的公式标准化后转换为弯距：
弯巨(M,gf×cm/cm)=(Vy×Sy×d)/W
其中Vy是测压元件电压，Sy是仪器灵敏度(单位gf×cm/V)，d是卡盘之间的距离，W是样本宽度(单位mm)。
仪器的灵敏度调节开关被设定为5×1。要使用这种设置，就要使用两个50克的砝码来校准仪器。每个砝码以细丝悬挂。细丝被缠绕在后静止卡盘底部的条栅上并且被轴心的前后延伸出的销钉钩住。一个砝码细丝被缠绕在前部并被后销钉钩住。另一个砝码细丝缠绕在轴的后部并被前销钉钩住。两个滑轮固定在仪器的左右两侧。滑轮的顶端平行于中心销钉。然后将两个砝码同时悬挂在滑轮上(一左一右)。最大电压被设定为10V。中心轴的半径为0.5cm。这样力矩轴的最大电压灵敏度是100gf×0.5cm/10V(5gf×cm/V)。
弯曲轴的输出通过启动测试马达和当指示器刻度盘到达1.0cm-1手动停止移动卡盘来校准。输出电压(Vx)被调整为0.5伏。弯曲轴的合成灵敏度(Sx)是2/(V×cm)。用下面的公式获得曲率(K)：曲率(K,cm-1)=Sx×Vx
其中Sx是弯曲轴的灵敏度，Vx是输出电压。
为确定抗弯刚度，将移动卡盘以0.5cm-1/sec的速率从0cm-1到+1cm-1到-1cm-1再到0cm-1旋转。连续旋转每个样本直到完成四个完整的循环为止。使用计算机以数字形式记录仪器的输出电压。图4中显示了输出值的典型示图。测试开始时样本上没有张力。当测试开始时，测压元件随着样本弯曲开始承受负载。从仪器上端往下看，初始旋转是顺时针方向。
在向前弯曲中，织物的第一表面被描述为承受张力而第二表面承受压力。继续增加负载直到曲率达到将近+1cm-1(即，图4中所示的前弯曲(FB))。在+1cm-1处将旋转方向转向。在反转过程中测压元件读数降低。这是前弯曲反转(FR)。当旋转卡盘回到0，再绕相反方向旋转，即面向纸张的一例现在压缩而非纸张侧被延展。后弯曲(BB)到大约-1cm-1，然后在这点逆转旋转方向，并完成后弯曲反转(BR)过程。
采用下面的方式分析数据。在大约0.2到0.7cm-1之间获得前弯曲(FB)和前弯曲反转(FR)的线性回归线。在大约-0.2到-0.7cm-1之间获得后弯曲(BB)和后弯曲反转(BR)的线性回归线，图5中示出了0.2到0.7cm-1之间的前弯曲(FB)和前弯曲反转(FR)的线性回归线，以及-0.2到-0.7cm-1之间的后弯曲(BB)和后弯曲反转(BR)的线性回归线。直线的斜率即为抗弯刚度(B)。单位是gf×cm2/cm。
在四个循环的每一个中都要获得四类数据的每一个。每条线的斜率记录为抗弯刚度(B)。单位是gfxcm2/cm。前弯曲的抗弯刚度记录为BFB。四个循环中各类数据的值取平均数并记录为平均BFB、BFR、BBF、BBR。在MD和CD方向运转两个独立样本。两个样本的值进行平均。MD和CD值分别记录。这些值参见表2。
表2抗弯刚度值
    抗弯刚度(gfxcm2/cm)
   样本 MD／CD  AVG BFB  AVG BFR  AVG BBF  AVG BBR  AVG AVG
    单层   MD     2.78     2.73     3.20     3.12     2.96
    单层   CD     4.14     3.99     4.88     4.82     4.46
    双层Ⅰ   MD    31.69    25.52    35.42    36.97    32.40
    双层Ⅰ   CD     6.72     6.35     7.68     7.10     6.96
    双层Ⅱ   MD    50.87    51.30    60.93    65.63    57.37
    双层Ⅱ   CD    19.38    18.75    23.36    22.92    21.10
    三层Ⅰ   MD     8.88     8.57    11.27    10.28     9.75
    三层Ⅰ   CD    18.61    17.47    17.26    16.86    17.55
    本发明Ⅰ   MD    12.13    11.02    13.69    12.63    12.37
    本发明Ⅰ   CD     9.10     8.80     9.85     9.03     9.20
    本发明Ⅱ   MD    28.98    25.26    35.88    34.47    31.15
    本发明Ⅱ   CD    21.06    19.85    24.97    24.62    22.62
五个MD样本的前弯曲的典型范例绘制于图6中。
厚度
加强结构12的厚度t可使用Emveco Company ofNewburg Oregeon生产的Emveco 210A型数字测微计，或者类似仪器利用通过直径为0.875英寸的圆形基脚施加的3.0psi的负载来测量。当测试加强结构12的厚度时，在机器方向向其施加每线性英寸20磅的压力。加强结构12在测量过程中应该保持在70°F。
空隙率
在施加图案层之前用下面的方法确定加强结构的空隙率。测量4英寸的方形(16in2)加强结构片的厚度(利用上述方法)和重量。确定组分纱线的密度；空隙空间的密度假设为0gm/cc。聚酯材料(PET)的密度采用1.38gm/cc值。称重四英寸方形片，这样就获得测试样本的质量。利用下面的公式(适当的时候要有单位转换)计算加强结构的每平方英寸的空隙率：
空隙率=Vtotal-Vyarns=(t×A)-(m/ρ)
其中，Vtotal=测试样本的总体积
Vyarns=组分纱线的体积
t=测试样本的厚度
A=测试样本的面积
m=测试样本的质量
ρ=纱线密度
然后将计算出的空隙率除以测试样本的面积(16in2)即可计算出加强结构每平方英寸的空隙率(再次假设所有的单位都被转换并且是一致的)。
尽管本发明其它实施例也是可行的，可以给出前面所述内容的一些组合和置换，但并不意味着本发明仅限于上述说明和图示内容。

Claims (10)

1．造纸带，其特征在于：
加强结构包括：
由第一机器方向纱线和机器横向纱线交织的网幅向第一表面；所述第一表面具有至少大约68的纤维支撑指数；
由第二机器方向纱线只与所述机器横向纱线以N梭样式结合在一起形成的机器向第二表面，其中N大于4；
其中所述第二机器方向纱线在每个重复中只与一根所述机器横向纱线结合；和
从所述第一表面朝向外部的图案层，其中所述图案层具有从所述第一表面向外的接触网幅的表面，所述图案层至少部分地延展到所述第二表面。
2．如权利要求1所述的造纸带，其特征在于，所述第一表面的所述第一机器方向和机器横向纱线具有至少大约80的纤维支撑指数，优选至少为95。
3．如权利要求1或2任一项所述的造纸带，其特征在于，所述第一表面的所述第一机器方向和机器横向纱线构成方形织纹。
4．如权利要求1、2或3任一项所述的造纸带，其特征在于，所述第一表面的所述第一机器方向和机器横向纱线构成2梭方形织纹，并且所述机器向第二表面由在每个重复中只与所述机器横向纱线以N梭样式结合一次的第二机器方向纱线构成，其中N大于7。
5．带图案的树脂造纸带，其特征在于，加强结构的标准化空隙率NG小于大约2.8，机器横向的刚度至少大约是7gf×cm2/cm。
6．如权利要求5所述的带图案树脂造纸带，其中所述加强结构的特征在于：
由第一机器方向纱线和机器横向纱线交织的网幅向第一表面，所述第一表面具有至少大约68的纤维支撑指数；
由第二机器方向纱线只与所述机器横向纱线以N梭结合形成的机器向第二表面，其中N大于4；和
其中所述第二机器方向纱线在每个重复中只与一根所述机器横向纱线结合。
7．如权利要求5或6所述的造纸带，其特征在于，所述第一表面的所述第一机器方向和机器横向纱线具有至少大约80的纤维支撑指数，优选至少大约为95。
8．包括加强结构的带图案树脂造纸带，其特征在于，加强结构的标准化空隙率NG小于大约2.8，机器横向的刚度至少大约是22gf×cm2/cm。
9．如权利要求8所述的带图案树脂造纸带，其中所述加强结构的特征在于，：
由第一机器方向纱线和机器横向纱线编织成的网幅向第一表面，所述第一表面具有至少大约68的纤维支撑指数；
由第二机器方向纱线只与所述机器横向纱线以N梭结合在一起形成的机器向第二表面，其中N大于4；和
其中所述第二机器方向纱线在每个重复中只与一根所述机器横向纱线结合。
10．如权利要求8或9所述的造纸带，其特征在于，所述第一表面的所述第一机器方向和机器横向纱线具有至少大约80的纤维支撑指数，优选至少大约为95。
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