专利名称：纤维结构的干燥方法
技术领域：
本发明涉及纤维结构的干燥，尤其是利用限孔干燥介质对纤维结构进行干燥。
背景技术：
纤维结构已经成为日常生活的一种常用品。尽管本发明所述的方法对于本发明中公开的湿法纤维结构的干燥尤其适用，但是本方法并不仅限于这一应用。该方法也可用于合成纤维、天然纤维及其混合纤维的无纺结构的干燥。该方法同样也可用于纺织纤维结构的干燥。
纤维质纤维结构存在于面巾纸、卫生纸和纸巾中。纤维质纤维结构在本领域的一个优点是，在纤维质纤维结构中提供多个区域。当纤维质纤维结构的一个区域与其邻近区域的纤维质纤维结构至少在一种特性上有明显不同时，则该纤维质纤维结构即可被看作是具有多个区域的纤维结构，所述特性包括但不限于基重、密度、不透明度、渗透性和预测的平均孔径。
在纤维质纤维结构的制造中，将分散在一种液体载体中的纤维素纤维沉积在生成湿纤维网的成形丝上。可以利用已知的任何一种，或几种方法的组合对湿纤维网进行干燥。每种干燥方法都将影响到最终得到的纤维质纤维结构的特性。例如，这些干燥方法和程序将影响最终得到的纤维质纤维结构的柔软度、厚度、拉伸强度和吸收性。而且，用来干燥纤维质纤维结构的这些方法和程序还将影响纤维网的制造速率，该速率为不受这些干燥方法和过程限制的制造速率。
干燥设备的一种实施例是毡带。利用干燥毡带实现对纤维质纤维结构进行脱水的方法早已使用，该方法通过液体载体的毛细流动使水渗入到与纤维网保持接触的可渗透毡介质中。利用毡带对纤维质纤维结构进行脱水可在待干燥的纤维质纤维结构网上获得均匀的压力和压实。
可以利用真空或利用相对应的压力辊来辅助干燥毡带。压力辊可使毡带与纤维质纤维结构之间的机械压力最大化。干燥毡带的实施例如在以下专利中所说明的1982年5月11日授予Bolton的美国专利4,329,201，和1989年12月19日授予Cowan等人的美国专利4,888,096。使用毡带进行干燥的所产生的问题是，当毡带和纤维结构离开压力辊的辊隙点时，纤维质结构将会再润湿。当辊的压力消失的时候，存在于毡中的水将会回流至纤维质结构中。
通常，对于具有多个区域的纤维质纤维结构的制造和干燥，毡带并不是优选的。毡带施加在这种纤维结构上的均匀压力将会减小区域之间的密度差。其它的能够避免在这种纤维质纤维结构上施加总压力的干燥方法是更优选的。在没有毡带辅助的情况下，通过真空脱水来实现纤维质纤维结构的干燥方法是本领域已知的。对纤维质纤维结构的真空脱水，是在水分为液态时，利用机械方法将水分从纤维质纤维结构中除去。而且，真空方法将使纤维质纤维结构的不连续区域的偏移到干燥带的结构中。这种偏移十分有助于使纤维质纤维结构的各个区域具有不同的含水量。同样，通过真空辅助毛细流的方法，利用一种具有优选孔径的多孔圆筒来对纤维质纤维结构进行干燥的方法也是本领域熟知的。这种真空驱动干燥技术的实施例见以下专利1985年12月3日授予Chuang等的普通转让的美国专利4,556,450，和1990年11月27日授予Jean等人的美国专利4,973,385。
在另一种干燥方法中，利用通气干燥法对纤维质纤维结构的纤维网的干燥取得了极大的成功。在一种典型的通气干燥法方法中，用一条具有小孔的空气可渗透带支撑待干燥纤维网。热空气先流过纤维网，然后流经空气可渗透带，反之亦然。空气流主要通过蒸发使纤维网干燥。与小孔重叠或偏移到空气可渗透带的小孔中的区域将优先被干燥，且该区域的纤维质纤维结构的厚度将增加。而与空气可渗透带的连接叉相重叠的区域的干燥程度就稍小一些。
已经在本领域对通气干燥法中所使用的空气可渗透带进行了一些改进。例如，可以增加空气可渗透带上空隙区域的面积(至少占25％)。或，可以降低空气可渗透带的空气渗透性。可以利用树脂混合物阻塞空气可渗透带的纺纱之间的空隙以降低空气渗透性。可以在干燥带上加入金属颗粒以提高导热性，减少散热，或可供选择地，可以利用包括连续网络的光敏树脂来构成干燥带。该干燥带可能特别地适用于高达约300摄氏度(575华氏度)的高温空气流。这种通气干燥技术的实施例参见1975年7月1日重新授予Cole等人的美国专利28459，1979年10月30日授予Rotar的美国专利4,172,910，1981年2月24日授予Rotar等人的美国专利4,251,928，1985年7月9日授予Trokhan的普通转让的美国专利4,528,239，和1990年5月1日授予Todd的美国专利4,921,750。
另外，在本领域也进行了一些尝试，以便在纤维质纤维结构仍然处于待干燥纤维网状态时调整纤维结构的干燥特征图。这种尝试可使用干燥带，或使用与Yankee罩组合在一起的红外干燥机。成形干燥的实施例在以下专利中作了说明1986年4月22日授予Smith的美国专利4,583,302，和1990年7月24日授予Sundovist的美国专利4,942,675。
上述技术工艺没有解决在对多区域纤维质纤维结构进行干燥时所遇到的问题。例如，与纤维质纤维结构的第二区域相比，纤维质纤维结构的第一区域具有较小的绝对湿度、密度或基重，则第一区域的空气流通过量将明显地要大于第二区域的空气流通过量。这种相对较大的空气流通过量出现的原因是，第一区域的绝对湿度、密度或基重相对较小，则该区域对通过它的气流的流通阻碍将成比例地降低。这种较大的空气流将使得这些区域优先被干燥。因此，真空干燥和通气干燥都会造成纤维网湿度分布不均匀的问题。
多个区域纤维网的理想湿度分布是，在干燥过程结束时，纤维网上的不同区域都同时达到一个均匀的湿度水平。
未同时达到均匀湿度所产生的问题的一个实施例，就是当将一种典型的多区域纤维网传输到Yankee干燥机上时，该纤维网上的湿度分布不均匀。含水量较高的区域可以是那些与Yankee干燥机相接触的区域。Yankee干燥机和罩组合将优先地干燥那些与干燥机相接触的区域。那些未与Yankee干燥机相接触的区域，其含水量较低，将被Yankee罩更彻底地干燥。理想的湿度分布应该是，未与Yankee干燥机相接触的区域的湿度水平应该多少小于那些与干燥机相接触的区域，这样才能在完成干燥过程之后得到均匀的湿度。希望得到一种不会降低Yankee干燥设备和整个过程的加工速度的湿度分布。
如果在输送至Yankee干燥机或其它干燥设备之前，能够调整那些与Yankee干燥机相接触的区域的含水量差，以使干燥体统的性能得到优化，并实现更高的生产速度，那当然是很有益的。
现有技术方法(使用机械压力，如毡带的方法除外)的另一个缺点是，它们都要依赖于支撑待干燥纤维质纤维结构。气流冲着纤维质纤维结构，并且被输送流经支撑带，或可供选择地，气流流经干燥带再到达纤维质纤维结构。支撑带或纤维质纤维结构对气流阻碍的差异增大了纤维质纤维结构中湿度分布的差异，和/或在纤维结构中产生了以前并不存在的湿度分布的差异。
本领域中为解决此问题所提出的一个改进的说明参见1994年1月4日授予Ensign等的普通转让的美国专利5,274,930，且其公开了结合通气干燥法的纤维质纤维结构的限孔干燥，该专利引入本发明以供参考。该专利介绍了一种使用微孔干燥介质的装置，与部分纤维质纤维结构的纤维之间的缝隙相比，这种微孔干燥介质具有较大的流通阻碍。这种微孔介质就是通气干燥法中的限孔，因此在该干燥方法中至少能够实现更均匀的湿度分布。
在以下的一些专利中还说明了本领域中解决干燥问题的其它的一些改进，其中有1995年8月1日授予Ensign等人的普通转让的美国专利5,543,107，1996年12月19日授予Ensign等人的普通转让的美国专利5,584,126，和1996年12月17日授予Ensign等人的普通转让的美国专利5,584,128，这里引入这些专利的公开内容以供参考。Ensign等人的专利’126和Ensign等人的专利’128说明了用于纤维质纤维结构通气干燥的多区的限孔装置。但是Ensign等人的专利’126、Ensign等人的专利’128和Ensign等人的专利’930中没有讲授如何提高与限孔介质的孔形成水压接触的纤维网中缝隙水的量。
本专利申请人出人意料地发现，将湿纤维网压在限孔介质上，抽真空使其压力大于限孔介质的孔的透过压力时，能够促进纤维网被更大量、更快速而且更彻底地脱水。
因此，本发明的一个目的是提供一种纤维网的脱水方法，从而使脱水量更大，湿度分布更均匀。本发明还有一个目的是提供一种脱水方法，该方法能够缩短纤维网脱水所需的驻留时间，并且降低纤维网在离开加压辊隙时的再润湿。
发明内容
一种方法，该方法包括将纤维网支撑在流体可透过的载体上；向位于压力设备和限孔介质之间的载体和纤维网加压，透过介质、纤维网和载体抽真空，使其压力大于限孔介质的孔的透过压力。这种介质可以包括多个具有纤维网接触面和非纤维网接触面的孔。
在一个实施方案中，压力设备也可以是一种流体可透过的辊。可以通过辊向载体和纤维网施加一个正压力。可供选择地，可以通过压力辊对载体和纤维网进行抽吸，而且抽吸也要通过限孔介质。也可以采用一种流体可透过的压力辊，压力辊上不使用压力差。而且这种流体可透过的压力设备也还可以是一种限孔介质。
压力辊的外表面可以足够软，这样该表面在辊隙中将产生变形，该变形将增加纤维网和载体在辊隙点的驻留时间。也可以通过使用多个辊隙点来增加总的驻留时间。
可以对加压设备、载体和限孔介质单独或组合加热，以提高该方法的干燥性能。
图1是按照本发明制造的具有多个区域的纤维质纤维结构的一块碎片的顶部平面视图。
图2是按照本发明的一种造纸机的示意性侧面正视图。
图3是按照本发明的一种设置在透水圆筒上的限孔介质的示意性侧面正视图，该圆筒具有一个低于大气压的区域和一个正压力区域。
图4是按照本发明的被设置成环形的限孔介质的示意性侧面正视图。
图4A是按照本发明的被设置成环形的、压在造纸机的一个固定部件上的限孔介质的示意性侧面正视图。
图5是按照本发明的、显示有各种薄层的一片限孔介质的顶部平面视图。
图6是一个用于缩小纤维网的一个间隙传递的局部示意图。
图7是一种用于从一条带上无皱地除去纤维网的一个装置的局部示意图。
具体实施例方式
图3所示为本发明的一种方法的实施方案。纤维网21被支撑在带28上。该纤维网21和带28被压在限孔介质30和一个压力设备34和/或36之间。画在支撑圆筒32的扇区33中的是一个大于限孔介质透过压力的真空区域。
在本发明中使用的“纤维网”是指造纸过程中重新排列的一种纤维物质的沉积。该纤维网可以按照本领域已知的任何造纸方法来制造，其中包括但不限于传统的长网造纸机、混合式长网造纸机和双丝制造法。纤维网21成型之后，将通过使用一种本领域熟知的开口式抽气或抽真空斜槽，将其从形成线输送至干燥带28。
在将纤维网21输送至干燥带28和微孔介质30之前，可以利用湿微缩方法先将纤维网21缩小。这种缩小在1984年4月3日授予Wells等人的美国专利4,440,597中有说明，该专利的公开内容引入本发明以供参考。也可以在将纤维网21输送至干燥带28和限孔介质30之前对纤维网21进行缩小。图6即说明了这种缩小，将纤维网21从形成丝19输送至移动较慢的、高纤维支撑输送丝17。可以利用固定间隙或彼此靠近的方式输送该纤维网21，应该在形成丝和输送丝之间具有足够的输送空隙，这样纤维网21就不会被压入输送丝。可以利用输送槽18来输送该纤维网21，在该输送槽的前沿进行形成和输送纤维的汇聚和分散。可以将该纤维网21依次输送至干燥带28，然后利用本发明的方法将其依次干燥。1997年8月12日授予Farrington Jr.等人的美国专利5,656,132中公开了这种缩小，该专利的公开内容在这里引入以供参考，为的是说明缩小纤维网与本发明的干燥方法的兼容性。
该纤维网21包含由纤维及纤维之间的空白区、或间隙、或孔形成的网络。间隙水是填充在纤维网21的这些间隙、或孔的水。当限孔介质的相对较小的孔与湿纤维网的相对较大的孔接触时，水将从纤维网21的间隙移出并进入到限孔介质的孔中。这种提供表面能量和/或压力差的运动的发生是有益的。由于有利的表面能量和小孔径而产生的压力是毛细压力。由限孔介质30的孔施加的毛细压力只影响与限孔介质30的孔发生液压接触的间隙水。
如果间隙水是与纤维网接触面和限孔介质30的孔直接接触的水的一个连续部分，则认为该间隙水与限孔介质30的孔为“液压接触”。由于纤维网和限孔介质30之间的孔径差所产生的毛细压力将作用于该水的连续部分上。与之相反，离散的间隙水量不与限孔介质30的孔连续相连，不受由于孔径差而产生的毛细压力的作用，则不认为这些离散的间隙水为液压接触。
当负压力的作用超过限孔介质的孔的透过压力时，将使空气产生穿过纤维网进入限孔介质的孔的运动。这种运动将携带纤维网中的水，然后将这些水送入与孔成液压接触的水中，或携带这些水经过孔。对位于限孔介质30和压力设备34或36之间的湿纤维网21和带28施加的压力将使纤维网21额外脱水。
带28可以是任何流体可透过的带。在干燥带28的一个实施方案中，使用了一种连续的光敏树脂网络。这种干燥带28的一种实施方案是依照1985年7月9日授予Trokhan的普通转让的美国专利4,528,239来制造的，该专利引入本发明以供参考，旨在显示一种适用于本发明的干燥带28。如果需要，可以在干燥带28的背面设置织纹。
在将纸50从干燥带28上除去之后，可以用水喷淋头(未显示)来清洗干燥带28，以除去仍然附着在干燥带28上的纤维、黏合剂和类似的物质。还可以在干燥带上涂上一层用作释放剂的乳液，以降低氧化降解，从而延长带的使用寿命。优选的乳液和涂用方法公开于1991年12月17日授予Trokhan的普通转让的美国专利5,073,235中。
干燥带28将纤维网21输送至装置15，装置15包含限孔介质30、支撑该介质的设备32、经过限孔介质抽真空的设备30、纤维网21、和干燥带28，以及向位于干燥带28和限孔介质30之间的纤维网21施加压力的设备34和/或36。
本发明中使用的“限孔介质”指的是任何允许流体从其中流过的成分，且该成分可用于引导、调整或减少流至另一种成分的气流。限孔介质有许多具有功能孔径的孔，其孔径比其它成分的部分孔的孔径要小。这里的其它成分可以位于限孔介质的上游或下游。限孔介质30通常可以成平面状，如图5所示，或包含在任何所需构型中。在一种实施方案中，限孔介质30的孔小于纤维网21间隙液压半径，而且孔的合理分布为在气流范围内的所有纤维网21提供了一种基本上均匀的气流。可供选择地或另外，提供的限孔仍然为均匀分布时，可以通过所设置的经过限孔介质30的高阻气流路径(具有几个拐弯、流动限制、小通道等)来影响通过限孔介质30的气流。孔的液压半径是孔的表面积与孔的周长之比。孔对流体流动的阻碍随液压半径的变化成反变化，即当液压半径增大时，对流动的阻碍减小。
在一个实施方案中，支撑限孔介质的设备包含一个可转动的多孔圆筒32。可以将该圆筒32从内部分成至少两个非转动扇区，以提高该系统的工作能效。一个扇区与位于限孔介质的纤维网21的输入和输出点之间的圆筒周边部分重合。在该扇区内的介质和纤维网上施加一个大于限孔介质的孔的透过压力的真空。可以将清洗喷淋头设置在正压力扇区31，这样可以从圆筒内部喷水，水透过限孔介质就可以除去任何积聚在孔中的污染物。
小于大气压的压力是指该压力小于一个大气压。这种压力还可以指负压、真空压力，或抽吸压力。大于一个大气压的压力被认为是正压力。透过压力，是根据美国汽车工程师学会出版于1968年3月1日的推荐惯例901得出的，标题为“气泡点测试方法”，对其修正采用的是50毫米的浸没深度。该惯例被引入本发明以供参考。
根据该测试方法，将待测介质浸没在深度为50mm的美国化学学会试剂级异丙基乙醇中。在介质下面施加气体压力，这样在介质孔中的液体相将被气体置换。绘出气体流速随气体压力的变化曲线。在第一个气泡出现之前的压力下，该曲线基本上为线性、相对水平的。压力大于透过压力之后，当气泡自由地流过介质时，该曲线基本上是线性、相对垂直的。将该曲线的水平部分和垂直部分延伸，则两条延伸线将相交。对应于两条延伸线交叉点的压力就是介质的透过压力。
本领域的技术人员会理解，大于孔的透过压力的真空指的是真空的一个较大水平，所以一个更负的压力和一个绝对压力就小于孔的透过压力。
该结构要必须能够支撑施加在介质30、纤维网21和带28和辊隙负载上的超过介质的孔的透过压力的真空，而不至于被压塌。这种真空压力可以通过使用与多孔圆筒32耦合在一起的真空泵、风扇或风机来提供，以便在圆筒32的真空扇区33生成真空。
当纤维网21和干燥带28通过辊隙点时，纤维网21和干燥带28被压实，这样将有更多的间隙水移动从而与孔介质30形成液压接触。“辊隙点”或“辊隙”是一个固定的点，或造纸机中的某个距离，在该距离上，可用于带28和纤维网21的空隙使得纤维网和带组合被压缩。辊隙点可以利用一个平行于轴向转动圆筒32的轴的部件如辊或固定杆来形成，该部件要与圆筒32非常邻近，这样当纤维网21和带28通过多孔圆筒32和与之相对的部件时，将被压缩。在一个实施方案中，可以在纤维网21和限孔介质30刚刚接触之后，立即用一个辊34来压带28和纤维网21。可供选择地，可以在纤维网21和限孔介质30终止接触之前，立即用一个辊36来压带28和纤维网21。
通常辊可以是相对平衡的，这样在辊隙点处施加在带28和纤维网21上的压力只有1磅/线性英寸(pli)(180克/线性厘米)，这样在带和纤维网组合上只施加很小的压力。可以利用辊来施加一个相当大的力(达到600磅/线性英寸，108千克/线性厘米)，这样将在带28和纤维网21组合上产生很大的压力，从而使更多的间隙水与限孔介质30的孔构成液压接触。在另一个实施方案中，辊隙点施加在纤维网21和带28组合上的压力介于50和500磅/线性英寸(9和90千克/线性厘米)之间。然而在另一个实施方案中，辊隙点施加在纤维网21和带28组合上的压力介于250和400负载强度(45和72千克/线性厘米)之间。脱水程度与辊隙中的压力直接相关。
纤维网21的特性和压缩程度可以受干燥带28的结构影响。当所用干燥带28的表面带有图案时，将对辊隙点的压力进行配置，这样辊隙将主要压在与带28的图案的最顶部平面相对应的部分纤维网21上。纤维网21这部分相对限孔介质30的压力，将使纤维网21的这部分优先脱水。在一种典型的通气干燥方法中，在通气干燥后，纤维网21的这部分的含水量将大于与带28的图案的凹坑相对应的部分纤维网21的含水量。因此公开的该方法将使纤维网中具有较高含水量的部分优先干燥，因而与采用典型的通气干燥法相比，采用该方法能够获得更均匀的湿度分布。
干燥带28上的图案将决定受这种辊隙挤压的纤维网21的比例。该图案在设计上应该使得与干燥带28的最顶层相对应的部分占纤维网21的10％至75％。更具体地讲，该图案在设计上应该使得与干燥带28的最顶层平面相对应的部分占纤维网21的20％至65％。
压力辊34可以是流体可透过的，也可以是流体不可透过的。流体可透过的辊34可以具有通过它施加正流体压力的能力，这样就可以在辊隙点将这个正压力施加到纤维网21上。这种应用将提供一种额外的力以将间隙水移出纤维网21，并进入限孔介质30。可供选择地，可以在有负压力通过其孔的情况下使用该流体可透过的辊34。当纤维网21和载体28通过辊隙点时，这种压力可用以降低作用于那些与辊34的孔形成液压接触的水上的任何毛细压力。在另一种备选方案中，可以在其孔上无压力差的情况下使用该流体可透过的辊34。当纤维网21在辊隙点处受到机械压力的时候，这种应用可以提高流体通过纤维网21的流动。当水向限孔介质30移动时，辊34的作用是作为真空阻隔，以使间隙压力能够连续稳定。如果这种稳定被打破，当水移出纤维网21的间隙并向限孔介质30移动时，就需要额外的力来移动由于真空而产生的间隙水，可以依一定的大小来设置流体可透过的辊的孔，这样当在其上施加压力的时候，该辊还可用作限孔介质。在这样一种实施方案中，干燥带或纤维网之间的任何渗透性的差异将不会增大或新产生纤维网湿度分布的差异。
生产速度是确定造纸工序经济状况的一个主要因素。当该速度增大时，随着施加在位于装置15的给定部分中的纤维网21上的力的作用时间缩短，纤维网21在造纸装置的给定部分中的驻留时间也就缩短。如果有足够的力施加于间隙水期间，间隙水将在纤维网中移动。如果足够的力的作用时间增加，从纤维网21中除去的水量也将增加。
一种增加作用于间隙水以将间隙水从纤维网21中除去的压力的作用时间的方法是，使本发明的干燥装置在一种高于限孔介质的孔的透过压力的真空状态下运行。这种运行状态将产生利于水从纤维网移动至介质的压力差。只要纤维网和介质相互接触，该压力就会作用于水，且该压力大于透过压力。
一种延长驻留时间的方法是在两个或多个辊隙点上使用多个压力辊。可供选择地或另外，辊34可以具有柔软的外层，这样辊隙点的压力将使得辊的外层发生变形，从而增大辊和限孔介质之间的表面接触。在辊隙处的更大的接触面积将在辊隙点处得到更长的驻留时间。压力辊34和载体28在辊隙点的变形程度将决定辊隙的接触面积、辊隙所加的压力和基于生产速度的在辊隙中的驻留时间。
所加的压力将是用在辊隙点长度上测量得到的以磅/线性英寸为单位的辊隙压力除以在辊隙的每线性英寸上的表面接触面积。在一个实施方案中，所加压力的变化范围可以为约1到10,000磅/平方英寸(psi)(7kPa至70kPa)。在另一个实施方案中，所加压力的变化范围可以为约10至3500磅/平方英寸(70kPa至24Mpa)。然而在另一个实施方案中，所加压力的变化范围可以为约20至2000磅/平方英寸(14kPa至14Mpa)。根据辊隙外层的变形程度和运行速度以及加压设备，在辊隙内的停留时间的变化范围可以为约0.0005至0.3秒。
见图2，用于制造纤维质纤维结构10的装置15上还可以设置一个罩54，用于提供空气来干燥纤维网21。具体地讲，该罩54提供流过纤维网21的干空气。这一点很重要，气流不向纤维网21中添加水分，而且还能够通过蒸发和机械作用除去水分。应该注意到，虽然如此，但是如果仅仅希望使用机械脱水，则饱和空气也是适用的。该罩54能够提供的流经纤维网21的气流的温度为室温至约290摄氏度(500华氏度)，和更优选地，为约93至150摄氏度(200至300华氏度)。
利用温度相对较低(处于或接近室温)的优点是，在制造过程中使用温度较低的空气流能够降低干燥带28和纤维网21出现过早损坏，或烧焦、烧糊，或产生臭气的倾向，而且还能够节省能源。这种罩54可以根据本领域的普通技术人员所知的设备和技术来制造和提供，在本发明中将不再作说明。
也可以对该限孔介质30加热以辅助该脱水过程。对该介质30加热可以采用感应加热、通过热传递物质的内部循环、红外加热，或使用蒸汽罩。可以将该介质的温度加热至约38至290摄氏度(100至500华氏度)。
当将该该纤维网21输入限孔介质30和多孔圆筒32中时，该纤维网21可以具有约5％至50％的稠度。可以将这种纤维网的稠度干燥至约20％至100％。最终的稠度将取决于输入时的湿度、纤维组成、造纸配料的加拿大标准排水度、纤维网21的基重、纤维网21在限孔介质30上的驻留时间、限孔介质30的功能孔的大小和在辊隙中施加的压力。干燥程度还取决于湿度饱和度、流速和流过纤维网21的空气流的温度。稠度指的是不是水的纤维网所占的百分数。因此如果纤维网的稠度为5％，则有95％是水。
再次参见图2，当纤维网21离开具有限孔介质30的多孔圆筒32时，则认为该纤维网21是一种经过限孔干燥的纸50。如果还需要进行额外的干燥，可以将这种经过限孔干燥的纸50通过干燥带28从移送辊36输送至其它的干燥机，例如对流空气干燥机、红外干燥机、非加热式干燥机、传导干燥机例如Yankee干燥滚筒56、或冲击式干燥机例如罩58，这些干燥机可以单独使用，也可以与其它的干燥设备组合使用。传导干燥机是一个被加热的圆筒，该圆筒通过与纤维网21的直接接触，从而将热量从圆筒传递到纤维网21。
更优选地，可以将稠度为约6％至32％的纤维网21输入到限孔介质。可以通过额外的通气干燥法的步骤对该纤维网进行干燥使其稠度干燥达到约50％至90％。也可以在纤维网仍然被干燥带28支撑着的时候，利用对流空气对纤维网进行干燥使其稠度达到约94％。然后就可以在不使干燥的纤维网21起皱的情况下将其从干燥带28上除下。
可以使用本领域已知的任何几种方法，在不使该纤维网21起皱的情况下将其除下。参加图7，可以通过以下方法将该纤维网21无皱地除下，使一个卷芯25与该纤维网21接触，在纤维网21和卷芯25之间的接触面上涂抹一层黏合剂，并且通过带28在纤维网21上施加一个正压力，以将纤维网21从带28移动到卷芯25上。这样当卷芯25转动的时候，该纤维网21将连续地离开带28并卷到卷芯25上。
在本发明所说明的制造方法特别适用于Yankee干燥滚筒56。当在本制造方法中使用Yankee干燥滚筒56时，热量将从Yankee干燥滚筒56的圆周传导到与Yankee干燥滚筒56的圆周接触的经限孔/对流空气干燥的纤维网50上。可以利用压力辊型设备52或本领域熟知的任何其它设备，将经过限孔干燥的该纸50从干燥带28输送到Yankee干燥滚筒56中。在将经过限孔干燥的纸50输送到Yankee干燥滚筒56中之后，经过限孔干燥的纸50在Yankee干燥滚筒56上干燥，使其稠度达到至少约90％。
可以通过使用起皱黏合剂将经过限孔干燥的纸50暂时地粘在Yankee干燥滚筒56上。典型的起皱黏合剂包括聚乙烯醇为基础物的胶，例如在1975年12月16日授予Bates的美国专利3,926,716中所公开的，该专利引入本发明以供参考，为的是说明通过将这种黏合剂涂在经过限孔干燥的纸50或Yankee干燥滚筒56上，从而将经过限孔干燥的纸50粘贴在Yankee干燥滚筒56上。
可选择地，可以将干燥纸缩小，这样它在加工方向上的长度将缩短，而且利用纤维破裂从而将纤维质纤维重新排列成纤维链。可以利用几种方法来实现缩小，最常用的、本领域熟知的且又是优选的方法是利用起皱法。在起皱过程中，将经过限孔和对流空气干燥的纸50粘贴在刚性表面，例如Yankee干燥滚筒56的刚性表面上，然后用刮刀60将纸从该表面除去。在起皱并从Yankee干燥滚筒56表面除去之后，可以对干的纸50进行压光或按要求进行其它的转变。
在一个实施方案中，限孔介质30和纤维网21应该相互接触，以防止其中单个区域对气流的阻碍限制流到或流过纤维网21的气流。气体充满就使得气体横向地流到纤维网21，以产生并且防止所需的均匀气体流到或流过纤维网21。在本发明中使用的“横向”是指，当气流接近纤维网21，当气流的主要通过方向平行于限孔介质30的平面时，则认为该气流是“横向”的。可供选择地，可以使该纤维网21离限孔介质30有一段很小的间隙，这将为位于两者之间的气流提供一种中间网格密封。这种排列能够使纤维网21所造成的污染物和对限孔介质30的磨损最少。
当抽的真空大于穿过孔的透过压力时，在纤维网21和带28上相对于限孔介质30所施加的压力的有效性要能够在实现有效干燥的同时，使所需的驻留时间缩短。也就是，制造稠度相同的纤维网，利用该方法比利用典型的通气干燥法或限孔和通气干燥法所用的时间要短。下面，可以用直径较小的辊32来对该处公开的方法进行试验，这些辊比典型的通气干燥法或限孔通气干燥法中所用的辊要小。使用较小的辊32将使对现有造纸机的更新更容易且成本更低。该辊32的较小的圆周和分扇区辊的使用，还能够实现均衡干燥，而且可使用较小的功率来驱动泵、风扇或风机以提供本方法中所需的真空和气流。作为辊大小的一种可能的差别的实施例，典型的限孔干燥辊的直径为183cm(72英寸)。而在试验该公开的方法中可以使用直径为107cm(42英寸)的辊。
如图3所说明的，干燥纤维网21的同样的气流最终通过限孔介质30到达多孔圆筒32及其内部。因此，必须要对气流通过限孔介质30的路径进行配置，对其大小进行设置，以便在这种气流的路径上提供限孔。在本发明中使用的“气流路径”指的是气体流过的一个区域或一些区域的组合，该区域对气流进行导向以作为干燥过程的一部分。
如图5所说明的，可以将该限孔介质30制成一种分层结构。但是应该理解，单片的限孔介质30也是可行的，这取决于它的强度、在造纸过程中所选用的压力差的特别组合以及以上所说明的对气流的阻碍。
可以认为限孔介质30和用于制造纤维质纤维结构10的整个设备具有一个“加工方向”和一个“交叉方向”。在本发明中使用的“加工方向”(MD)指的是贯穿造纸设备15、平行于纤维质纤维结构10的输送方向的方向。在本发明中使用的“交叉方向”(CD)指的是平行于纤维质纤维结构10的输送平面并且与加工方向垂直的方向。
例如，首先通过限孔介质30的五层38、40、42、44和46，该限孔介质30可以用能够耐受造纸过程固有的和该过程中偶尔出现的热、湿、压力，而不会对纤维网21产生有害效果的材料来制造。有一点是很重要的，即限孔介质30应该基本上是不可压缩的，这样在制造过程中，层压(材料)就不会相对纤维网21的平面产生很大的偏移或变形，否则就不能保证所需均匀气流通过该介质。层38、40、42、44和46的组合，或其它成分都适用于制造限孔介质30，只要该成分能够在气流路径上提供阻碍气流的限孔，而且在使用中不使纤维网21发生偏移或能够对纤维网提供足够的支撑。唯一的要求是，被邻近层40、42、44或46支撑的层38、40、42或44不应出现过分的偏移。
在本发明中所说明的一个实施方案，具有第一层38的层压(材料)与纤维网21最接近，甚至可能与纤维网21相接触，该层具有可以被使用的功能孔，该功能孔的孔径为约6至7微米。这样的第一层38可以用金属MD和CD纤维的荷兰斜纹纺织方法来制成。MD纤维的直径可以为约0.038毫米(0.0015英寸)。CD纤维的直径可以为约0.025毫米(0.001英寸)。可以将MD和CD纤维织成第一层38，该层的厚度为约0.071毫米(0.0028英寸)，而且在加工方向上的支数为约128根纤维/厘米(325根纤维/英寸)，在交叉方向上的支数为约906根纤维/厘米(2,300根纤维/英寸)。可以按要求对第一层38进行压光，以缩小其功能孔径。
在本发明中所说明的一个实施方案，具有第二层40的层压(材料)，它与第一层38邻近或与之相接触，该层可供使用的功能孔径为约93微米。这样的第二层40可以用一种金属MD和CD纤维的平面方格纺织方法来制成。MD纤维的直径可以为约0.076毫米(0.003英寸)。CD纤维的直径可以为约0.076毫米(0.003英寸)。可以将MD和CD纤维织成这种第二层40，该层的厚度为约0.152毫米(0.006英寸)，而且在加工方向上的支数为约59根纤维/厘米(150根纤维/英寸)，在交叉方向上的支数为约59根纤维/厘米(150根纤维/英寸)。
在本发明中所说明的一个实施方案，具有第三层42的层压(材料)，它与第二层40邻近或与之相接触，该层可供使用的功能孔径为约234微米(0.092英寸)，而且在加工方向上的支数为约24根纤维/厘米(60根纤维/英寸)，在交叉方向上的支数为约24根纤维/厘米(60根纤维/英寸)，是适合的。这样的第三层42可以用一种金属MD和CD纤维的平面方格纺织方法来制成。MD纤维的直径可以为约0.191毫米(0.075英寸)。CD纤维的直径可以为约0.191毫米(0.075英寸)。可以将MD和CD纤维织成这种第三层42，该层的厚度为约0.254毫米(0.010英寸)，而且在加工方向上的支数为约24根纤维/厘米(60根纤维/英寸)，在交叉方向上的支数为约24根纤维/厘米(60根纤维/英寸)。
在本发明中所说明的一个实施方案，具有第四层44的层压(材料)，它与第三层42邻近或与之相接触，该层可供使用的功能孔径为约265至285微米。这样的第四层44可以用一种金属MD和CD纤维的平面方格纺织方法来制成。MD纤维的直径可以为约0.584毫米(0.023英寸)。CD纤维的直径可以为约0.419毫米(0.0165英寸)。可以将MD和CD纤维织成这种第四层44，该层的厚度为约0.813毫米(0.032英寸)，而且在加工方向上的支数为约5根纤维/厘米(12根纤维/英寸)，在交叉方向上的支数为约25根纤维/厘米(64根纤维/英寸)。
在本发明中所说明的一个实施方案中，具有第五层46的层压(材料)，它与第四层44邻近并且与多孔圆筒32的周边相接触。第五层46是用带孔的金属片制成的。带孔的金属片的厚度为约1.52毫米(0.060英寸)，上面具有直径为2.38毫米(0.0938英寸)的孔，这些孔成60度交错，并且与邻近孔的间距相等，均为约4.76毫米(0.188英寸)。
适合的限孔介质30的上面四层38、40、42和44可以用304L号不锈钢制造。第五层46可以用304号不锈钢制造。由北卡罗来那的Purolator Products Company of Greensboro公司提供的多孔金属片号1742180-07可以作为一种适合的限孔介质30。如果需要，可以从德国的Haver & Boecker of Oelde Westfalen公司直接订购325x2300(DTW 8)的纤维作为第一层38，如果需要可以对其进行压光，可使厚度减少约10％。
可以将限孔介质30从第五层46到第一层38全透过地焊接起来，以形成所需限孔介质30的形状和大小。一种特别需要的形状是用于多孔圆筒32上的圆柱体外壳。可以通过一种收缩装配法，将具有类似圆柱体外壳的限孔介质30与多孔圆筒32相接合。为了实现收缩装配，可以在不受加热设备污染的情况下对限孔介质30进行加热，然后将其套在多孔圆筒32的外边，限孔介质30会因冷却收缩而紧套在多孔圆筒上。该收缩装配法应该足以防止限孔介质30和多孔圆筒32之间的角度偏离，而且要能够使限孔介质30的各层38、40、42、44和46的粗糙度最小，以便不产生不适当的应力。
可以将多孔圆筒32制成与圆柱形限孔介质30相适应的外表面。该外表面也可以是上面设置有多个孔的圆柱形。孔的直径可以是约4.3毫米(0.17英寸)，与下一行孔的轴向和径向偏移为约5.5至8毫米(0.21至0.30英寸)。这种排列方式使得该圆柱形表面的孔面积占约28.5％。
当然，为了获得本发明的益处，没有必要给出上述所用的各层38、40、42、44和46的确切排列、数量、或大小。这样，第一层38与具有孔或洞的邻近层40、42、44和46的任意组合都是适合的，只要这些孔或洞能够提供足够且适当的流动阻碍，并且这些孔和洞要足够小，以防止压在上面的层出现偏移而将孔阻塞。
通常，在气流下游流动方向上孔径增大的复合层限孔介质30，将促进空气通过限孔介质30、在平行于纤维网21平面上的横向流动。当然，重要的一点是主要气流要出现的纤维网21所在平面的法线上，这样，除了蒸发失水外，还可以在水仍成液态的时候将之从纤维网21中除去。
因而需要限孔介质30的一个表面上具有第一层38，即该层产生最大的气流阻碍，典型地，该层上具有最微小孔，具体地讲，是位于限孔介质30的与纤维网21成接触关系的表面上。这种排列方式减少了横向气流通过限孔介质30，还使与这种横向气流相关地任何不均匀空气分布最小。
特别希望将液态水从纤维网21中除去，这样就无需消耗能量以提供蒸发过程中对液态水的蒸发潜热。因此，通过使用装置15和本发明所述的方法，通过对液态水的机械携带和水蒸汽的蒸发即可实现纤维网21脱水过程中能量的有效使用。通过在辊隙点对带28和纤维网21施加压力可以使这种脱水增强，这样额外的水将受压而成为与限孔介质30成液压接触的水，从而从纤维网21中除去。
通过使用以上公开的限孔介质30，即该限孔介质具有128MD支数/厘米乘以906CD支数/厘米，以及约6微米的功能孔径，可以确保这种限孔介质30成为通过纤维网21气流的限孔，这里的纤维网21，其厚度为约0.15至1.0毫米(0.006至0.040英寸)，基重为约0.013公斤/平方米至0.065公斤/平方米(8至40磅/3,000平方英尺)。但是可以认识到，由于纤维网21和限孔介质30之间压力差的增大或减小、纤维网21基重或密度的增大或减小，可能必须要随之对层38、40、42、44和46的孔径，特别是与纤维网21接触的第一层38的孔径进行调整。具体地讲，限孔介质的孔的直径为最小约0.8微米至最大约120微米。更优选地，限孔介质的孔的直径为约2至40微米。仍是更优选地，限孔介质的孔的直径从约5至20微米。
在图4所说明的另一种改变中，限孔介质30被包在一条环形带62中。该环形带62在一段足够长的距离上与干燥带28平行，以获得所需的驻留时间，如上面所讨论的。纤维网21位于包括限孔介质30和干燥带28的带62的中间。如上面对应图3所作的讨论，该带62可以用具有足够的网眼大小和支数的单层金属、聚酯纤维或尼龙纤维来制造，如上面所说明的，从而使其成为气流通过纤维网21时的限孔。在这种改变中，带62、干燥带28以及位于两者之间的纤维网21将通过两个轴向转动辊(图4)形成的辊隙。还可以使带62、纤维网21和干燥带28通过与固定部件64(图4A)相对应的一个或多个辊。在辊隙中支撑带62的部件64必须是流体可透过的，而且要能够承受大于带62的孔的透过压力的真空。
在限孔介质30的一个实施方案中，限孔介质卷绕在一个多孔圆筒32上，如上面的图2至图3所示，预计多孔介质的这种实施方案要比将限孔介质30包在带62中具有优势。例如，预计一个多孔圆筒32型限孔介质30将具有更好的完整性和更长的使用寿命。
相反，在限孔介质30的环形带62实施方案中，限孔介质30具有影响纤维网21的结构的更小的接缝。而且优选地，该带62更容易清洗，因为利用通常的喷淋技术就可以完成清洗。而且，单层聚酯带具有优势，这就是，更多的清洗喷头可以一种均匀的方式从限孔介质30的孔中喷出。在如图5中所说明的一种多层限孔介质30中， (部分地)由于多孔圆筒32的圆柱形表面中孔的图案，使得很多清洁水分流到38、40、42、44和46之间或通过其邻近层的侧流中，而没有均匀地从最需要的第一层38的最微小的孔中喷出。
另外，带62的接缝对成品纸结构的影响要小于卷绕多孔圆筒32的接缝的影响。除了上面讨论的限孔介质30的实施方案中的纺织层38、40、42、44和46外，还可以对限孔介质30进行化学刻蚀，还可以用热的均衡压制的烧结金属制成，或可以根据上述1985年12月3日授予Chuang等的普通转让的美国专利4,556,450的说明来制造。
显然，本发明还有许多其它的实施方案和改变，所有这些都包括在附加权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于降低纤维网水分含量的方法，所述方法包括以下步骤a)将所述纤维网支撑在流体可透过的载体上；b)提供至少一种限孔介质，所述限孔介质包括多个具有透过压力的孔；c)向位于所述流体可透过的载体和所述限孔介质之间的纤维网施加压力；和d)向所述孔施加真空，其特征在于，所述真空大于所述孔的透过压力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于提供限孔介质的步骤还包括提供基本上不可压缩的限孔介质。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于提供限孔介质的步骤还包括提供限孔介质，其中所述毛细管孔的有效直径在0.8至120微米的范围内，优选在2至40微米的范围内，更优选在5至20微米的范围内。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于向位于所述流体可透过的载体和所述限孔介质之间的纤维网施加压力的步骤包括，以至少两个独立的辊隙向位于所述流体可透过的载体和所述限孔介质之间的纤维网施加压力。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于向位于所述流体可透过的载体和所述限孔介质之间的纤维网施加压力的步骤包括，施加在约1至约600磅/线性英寸范围内的压力，优选施加在约50至约500磅/线性英寸范围内的压力，优选施加在约250至约400磅/线性英寸范围内的压力。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于向位于所述流体可透过的载体和所述限孔介质之间的纤维网施加压力的步骤包括，施加在约1至约10,000磅/平方英寸范围内的压力，优选施加在约10至约3500磅/平方英寸范围内的压力，优选施加在约20至约2000磅/平方英寸范围内的压力。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于在提供流体可透过的载体的步骤中，所述流体可透过的载体带有图案，而且其中在向位于所述流体可透过的载体和所述限孔介质之间的纤维网施加压力的步骤中，所述带图案的流体可透过的载体与所述纤维网的最顶层平面紧密接触。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于向位于所述流体可透过的载体和所述限孔介质之间的纤维网施加压力的步骤包括，向位于流体可透过的压力设备和所述限孔介质之间的纤维网和流体可透过的载体施加压力。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于向位于流体可透过的压力设备和所述限孔介质之间的纤维网和流体可透过的载体施加压力的步骤还包括，通过所述流体可透过的压力设备来施加正压力。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于向位于流体可透过的压力设备和所述限孔介质之间的纤维网和流体可透过的载体施加压力的步骤还包括，通过所述流体可透过的压力设备来施加负压力。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于向位于流体可透过的压力设备和所述限孔介质之间的纤维网和流体可透过的载体施加压力的步骤还包括，向位于两种限孔介质之间的纤维网和流体可透过的载体施加压力。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于提供限孔介质的步骤包括，提供表面温度介于约100华氏度至500华氏度之间的所述限孔介质。
13.一种除去包含在湿纤维网中的部分液体的方法，所述方法包括以下步骤a)将所述纤维网支撑在成形织物上；b)对所述纤维网脱水使其稠度为约6％至32％；c)将所述纤维网从所述成形织物传送至流体可透过的带有图案的载体上；d)提供限孔介质，所述限孔介质包括多个具有透过压力的孔；e)向位于所述流体可透过的带有图案的载体和所述限孔介质之间的纤维网施加压力；f)向所述孔施加真空，其特征在于所述真空大于所述孔的透过压力。
14.如权利要求13所述的方法，所述方法还包括步骤使所述纤维网与所述限孔介质保持接触，并且同时施加压力在约0.0005至约0.3秒的时间范围内。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于将所述纤维网从成形织物传送至流体可透过的带有图案的载体上的步骤包括，将所述纤维网传送至流体可透过的带有图案的载体，其中所述流体可透过的带有图案的载体的最顶层平面的面积占所述载体总表面积的约10％至约75％。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于将所述纤维网从所述成形织物传送至流体可透过的带有图案的载体上的步骤包括，将所述纤维网传送至流体可透过的带有图案的载体，其中所述流体可透过的带有图案的载体的最顶层平面的面积占所述载体总表面积的约20％至约65％。
17.如权利要求13所述的方法，所述方法还包括在对位于所述流体可透过的带有图案的载体和所述限孔介质之间的所述纤维网施加压力的步骤之前，将所述纤维网缩小的步骤。
18.如权利要求13所述的方法，所述方法还包括对所述纤维网进行通气干燥，从而使纤维网的稠度介于约50％和90％之间的步骤。
19.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括对所述纤维网进行通气干燥，从而使所述流体可透过的带有图案的载体上的所述纤维网的稠度达到约94％的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括在不产生褶皱的情况下，将所述干纤维网从所述带有图案的载体上除去的步骤。
21.权利要求18所述的方法，所述方法还包括将所述纤维网传送至传导干燥器上的步骤。
22.一种在纤维网制造过程中降低纤维网水分含量的方法，所述方法包括以下步骤a)将所述纤维网支撑在流体可透过的载体上；b)提供限孔介质，其中所述限孔介质包括纺织材料，所述纺织材料还包括多个具有透过压力的孔；c)向位于所述流体可透过的载体和所述限孔介质之间的纤维网施加压力；d)向所述孔施加真空，其特征在于所述真空大于所述孔的透过压力。
23.一种在纤维网制造过程中降低纤维网水分含量的方法，所述方法包括以下步骤a)将所述纤维网支撑在流体可透过的载体上；b)提供限孔介质，其中所述限孔介质包括环形带，所述环形带上还包括多个具有透过压力的孔；c)向位于所述流体可透过的载体和所述限孔介质之间的所述纤维网施加压力；d)向所述孔施加真空，其特征在于所述真空大于所述孔的透过压力。
全文摘要
本发明提供一种利用具有多个孔的限孔介质(30)来干燥纤维网(21)的方法。将该纤维网设置于支撑流体可透过的载体(28)上。向位于支撑载体和限孔介质之间的纤维网施加压力。通过孔和纤维网抽真空，使该真空大于该介质的孔的透过压力。
文档编号D21F5/14GK1543523SQ02816066
公开日2004年11月3日 申请日期2002年8月9日 优先权日2001年8月14日
发明者迈克尔·戈默·小施特尔耶斯, 奥斯曼·波拉特, 唐纳德·尤金·恩塞因, 保罗·丹尼斯·特罗坎, 尤金 恩塞因, 波拉特, 丹尼斯 特罗坎, 迈克尔 戈默 小施特尔耶斯 申请人:宝洁公司