专利名称：制造软纸巾的方法和设备的制作方法
背景技术：
纸巾产品有许多特性，例如澡巾和面巾，在生产成品时这些均必须加以考虑，以便有助于使之适宜并最佳地符合产品的预期目的。改善产品的柔软性长期以来一直是一个主要的目标，并对优质产品而言这是一特别重要的因素。一般而言，柔软性的主要内容包括挺度和松密度(密度)，较低的挺度和较高的松散度(低密度)一般可改善感觉的柔软性。
尽管对所有各类的纸巾产品而言都希望提高柔软性，但在不起绉的穿透干燥的纸巾中获得改善的柔软性一直是一个挑战。通过令热空气通过卷筒纸直到其干燥，穿透干燥提供了一种从卷筒纸除去水分的非挤压性方法。更具体说，一湿态铺放的卷筒纸从成形织物传送到一个粗孔的高透液性的穿透干燥织物上，并保持在其上直到干燥。由于在最后干燥的卷筒纸上形成极少的粘接并由于卷筒纸不受挤压，所以所生产的卷筒纸比用传统方法干燥的不起皱的纸要更柔软和松散。这样，有益于消除Yankee干燥剂并制造一种不起绉的穿透干燥的产品。然而，与起绉的相似产品相比，不起绉的穿透干燥的纸片触摸起来较为生硬和粗糙。这部分是因为不起绉纸片的固有的高挺度和强度，也部分是由于湿卷筒纸在其上与之符合并干燥的穿透干燥织物的粗糙度。
所以，该技术领域中缺乏和需要的是一种方法和设备。用以制造具有改善柔软性的纸巾产品，特别是具有改善柔软性的不起绉穿透干燥的纸巾产品。
本发明概述业已发现，在进一步将卷筒纸传送到一穿透干燥织物而完成卷筒纸的最终干燥之前，通过在将湿卷筒纸从一成形织物传送到一个或多个慢速中间传送织物之前使卷筒纸脱水到大于约30％的稠度，可以制造改善的不起绉的穿透干燥卷筒纸。特别是令人吃惊地发现，在差速传送点之前增加不起绉的透干卷筒纸会导致(1)较高的机器方向和横向上的抗拉强度性质，有助于改善卷筒纸的运行性能；和(2)当抗拉强度调整到正常值时减小的模数，这就增加的柔软性。与采用差速来传送以较低的稠度所生产的纸巾产品相比，这一发现允许以给定的抗拉强度以较低的模数制造纸巾产品。
能够使卷筒纸脱水剂大于约30％稠度的一种特别理想的装置包括一个位于差速传送上游的气压装置。尽管在专利文献中以前曾讨论过与一真空装置结合的加压流体射流，但这类装置尚未广泛应用于纸巾制造。原则上讲，这似乎是因为过去尚未认识到使卷筒纸在差速传送之前脱水到大于约30％将导致上述改善的产品性质。而且，阻碍采用这种设备的另一原因被认为是由于难以实施，包括纸巾卷筒纸断裂，加压流体泄漏，密封和/或织物磨损等等。本发明中所用的气压装置克服了这些缺点，并提供了一种在差速传送前获得理想稠度的可行设备。
因此，本发明的一个方面在于制造软纸巾的方法，该方法包括的步骤为将造纸纤维的含水悬浮液沉积在一循环的成形织物上，以形成一湿的卷筒纸；使湿卷筒纸脱水到从约20％到约30％的稠度；采用非挤压性脱水装置使湿卷筒纸补充脱水到大于约30％的稠度；将补充脱水后的卷筒纸传送到一传送织物上，所述传送织物以此成形织物纸约10％到约80％的速度运行；将卷筒纸传送到一穿透干燥的织物上；和将卷筒纸穿透干燥到最终的干燥度。
气压装置最好横跨湿卷筒纸提供一个从约35英寸到60英寸汞柱的压差。这可通过气压装置的一个充气箱部分地实现，充气箱将湿卷筒纸一侧上的流体压力保持在从约5到约60磅/每平方英寸，特别是从约5到约30磅/每平方英寸。加压流体可以是室温的空气，加热空气，蒸汽等。总之，气压装置可提高湿卷筒纸的稠度至少约3％，最好至少约5％。在气压装置前可选择采用蒸汽喷射器，以增加气压后的稠度。
本发明的另一方面在于用以使一湿卷筒纸脱水的气压装置。在一个实施例中，气压装置包括一充气箱，该充气箱包括一个具有底表面的箱罩，和一真空箱，该真空箱包括一个具有顶表面的真空箱罩，所述顶表面的位置靠近充气箱罩的底表面。气压装置还包括向充气箱供给加压流体的装置，以及向真空箱供给真空的装置。气压装置的侧密封件与充气箱及真空箱接触，以尽量减少加压流体的逃逸。侧密封件安装在充气箱和真空箱中之一上，并靠近由充气箱和真空箱中的另一个所限定侧密封接触表面。在暴露于加压流体时侧密封件可弯曲而与侧密封接触表面密封接触。
可选择地，气压装置可包括一位置控制机构，它起着保持充气箱靠近真空箱的功能。特别是，位置控制机构最好包括一个安装在充气箱上的可转动地安装的杆，和一个安装在该杆上的平衡动作筒。位置控制机构可转动该杆以平衡充气箱内的压力变化。以这种方式，充气箱靠近或接触在充气箱和真空箱之间通过的织物，而不会在其间卡住织物。
在另一实施例中，气压装置包括一充气箱，该充气箱包括一个具有底表面的充气箱罩，和用以向充气箱供给加压流体的装置。气压装置还包括一真空箱，该真空箱包括一个具有顶表面的真空箱罩，该顶表面的位置靠近充气箱罩的底表面，以及用以向真空箱供给真空的装置。一个可转动地安装在充气箱上的臂包括第一和第二部分，臂的第一部分至少部分地位于充气箱内。密封杆成形在或安装在臂的第一部分上，气压装置还包括用以响应充气箱内的流体压力转动所述臂的装置。
在该实施例中，可转动的杆的密封杆部分起端部密封的作用，以防加压流体在充气箱和真空箱之间逃逸。密封杆可适应织物的不规则性和支承结构的错位。端部密封，也称为横向或CD密封，改善了加压流体的包容性并导致气压装置更有效率地操作。端部密封的负载受到控制，以保持密封杆与下面运行的织物接触，而不致引起织物的过度磨损。
不用牺牲效率，即可获得改善的结果。本方法和设备能够在商业上可行的卷筒纸速度上工作。例如，成形织物可控制在以至少约2000英寸/每分钟(fpm)的速度运行，更理想的是以至少约4000fpm的速度运行。
在传送时中间传送织物或织物(复数)的运行速率低于成形织物的速度，以便使纸片拉伸。随着成形织物和较慢的传送织物之间的速度差增加(有时称为“负拉”或“快速传送”)，传送时赋予卷筒纸的拉伸也增加。与典型的透干织物的粗孔纺织相比，传送织物可相对光滑和致密。从实际观点看，最好传送织物只要能运行就尽可能细。传送织物表面上的钩爪可夹住卷筒纸。此外，如果采用一“固定缝隙”或“轻触”传送(其中织物同时会聚和发散，并将在后文中详细描述)，而有或设有传送织物的存在，来实现一个或多个湿卷筒纸的传送，则将十分有利。这种传送不仅避免了对处于湿态粘接一成形状态的卷筒纸的明显压实，而且当与差速传送和/或光滑传送织物一起使用时，也可使卷筒纸和/或最后干燥的纸片的表面光滑。
成形织物和传送织物之间的速差可以是从约10％到约80％或更大，优选是从约10％到约35％，更好是从约15％到约25％，其中成形织物是低速织物。最佳速度差取决于多种因素，包括所制造的产品的特定类型。如前所述，在赋予卷筒纸的拉伸方面的增加是与速度差成比例的。例如，对于基重约为20克/每平方米每叠的不起绉透干的三叠擦拭纸巾而言，在生产每一叠时在成形织物和单独一个传送织物之间从约20％到约25％的速度差，在成品上产生从15％到约20％的拉伸。
对干燥之前，对湿卷筒纸采用一次差速传送或两次或多次差速传送可将拉伸赋予卷筒纸。赋予卷筒纸的拉伸的量可在一次，两次或多次差速传送之间划分。
最好如此完成传送，即导致的“夹带”(由成形织物/卷筒纸/传送织物)存在尽可能短的时间。特别是它仅存在于用以实现传送的真空导向板或传送导向板槽的前边缘。实际上，成形织物和传送织物在真空槽的前边缘会聚和发散。目的是尽量减小卷筒纸同时接触两个织物的距离。业已发现，同时会聚/发散是消除微小折叠的关键，因此提高了成品纸巾或其它产品的光滑度。
在实际中，如果在两个织物接近真空槽前边缘时在两个织物间保持一足够的会聚角度，并且如果在真空槽的下游在两个织物之间保持一足够的发散角度，就只会在真空槽的前边缘发生两个织物的同时会聚和发散。会聚和发散的最小角度是约0.5度或更大，更具体是约1度或更大，更具体是约2度或更大，更具体是约5度或更大。会聚和发散的角度可以相同也可不同。在操作时较大的角度提供了较大的最大容许误差。适当的范围约从1度到约10度。当真空导向板被设计成带有相对于真空槽的前边缘的前边缘充分凹入的后边缘，以允许织物通过真空槽前边缘后立即发散时，则可达到同时会散和发散的目的。
在设定机器使织物具有一固定间隙，以进一步尽量减小传送过程中的挤压时，织物间的距离应等于或大于卷筒纸的厚度，这样当在真空槽前边缘处传送时卷筒纸不会被明显挤压。
增加光滑度是通过采用差速传送上游的气压装置获得的。这最好在干燥之后结合固定间隙的载送织物区段一起传送。对获得理想的光滑度而言，压光卷筒纸并非是必须的，但对纸片的进一步处理，例如通过压光，压纹或起绉，都有利于进一步提高纸片的性质。
这里所用的“传送织物”是一个位于卷筒纸制造过程中的成形区段和干燥区段之间的织物。适当的传送织物应是这类造纸织物，它们能提供较高的纤维支承指数并提供良好的真空密封性，以便在从形织物传送期间尽量增大织物/纸片的接触。织物可具有相对光滑的表面轮廓，以使卷筒纸具有光滑度，但仍须具有足够的纹理以便在快速传送期间抓住卷筒纸并保持接触。较细的织物可在卷筒纸上产生较高程度的拉伸，这对某些产品应用场合来说是理想的。
传送织物包括单位、多层或复合可渗透结构。优选的织物应具有至少一些如下特征(1)在与湿卷筒纸接触的传送织物的一侧(顶侧)，每英寸机器方向(MD)上的股数(目)是从10到200，每英寸机器横向(CD)上的股数(支)也是从10到200。股数一般小于0.050英寸，(2)在顶侧，MD扭节的最高点和CD扭节的最高点之间的距离是从约0.001到约0.02或0.03英寸。在这两个高度之间，可以有由MD或CD股形成的扭节，它们给予外形以三维的特征，(3)在顶侧，MD扭节的长度等于或长于CD扭节的长度；(4)如果织物以多层结构构成，低层最好具有较顶层细的网目，以便控制卷筒纸渗透的深度并尽量增加纤维保持性能；和(5)织物可具有视觉上舒适的某些几何图案，一般每2到50根经纱重复。
例如，特别适宜的传送织物包括Wisconsin州Appleton市的Asten成形织物公司生产的织物，所述织物以934号，937号，939号和959号表示。可以使用的特定传送织物也包括授予Chiu等的1995年7月4日公布的美国专利5,429,686所公开的织物，该专利在此作为参考。传送织物的空隙率可等于或大于卷筒纸从其上被传送的织物。
成形工艺和装置可以是造纸工业中众所周知的传统技术。这类成形工艺包括长网成形机，顶面成形机(例如抽吸中心辊)，间隙成形机(例如双长网成成形机，新月形成形机)等等。成形网或织物也可以是传统的，优选具有较大纤维支承能力的较细编织型式，以生产较光滑的纸片或卷筒纸。用以将纤维沉积在成形织物上的料箱可以是分层的或不分层的。
这里公开的方法可应用于任何纸巾卷筒纸，包括用以制造面巾，浴用纸巾，纸毛巾，餐巾等的卷筒纸。这种纸巾卷筒纸可以是单叠产品，或多叠产品，例如两叠，三叠，四叠或更多。由于较低的制造成本，单叠产品是有利的，而许多顾客喜欢多叠产品。对多叠产品来说，产品的所有叠不必完全相同，只要至少一叠符合本发明即可。卷筒纸可以是分层的或不分层的(混合的)，并且构成卷筒纸的纤维可以是适于造纸的任何纤维。
这些纸巾卷筒纸的适当基重可以从约5到约70克/每平方米(gsm)，优选是从约10到约40gsm，更好是从约20到约30gsm。对于一单叠浴用纸巾而言，约25gsm的基重是优选的。对于两叠纸中，约20gsm/每叠的基重是优选的。一般来说，基重较大的卷筒纸要求较低的气流以便在充气箱内保持相同的操作压力。最好调节气压装置的槽的宽度，以使该系统与各种能力匹配，较宽的槽用于基重较重的卷筒纸。
干燥工艺可以是任何非挤压性的干燥方法，这种方法往往可保留湿卷筒纸的松密度或厚度，包括(非限制性)穿透干燥，远红外辐射，微波干燥等。出于商业上的可用性和实用性，对于非挤压性地干燥卷筒纸来说，穿透干燥是最公知和优选的手段。适当的穿透干燥的织物包括(非限定性)Asten 920A和937A，和Velostar P800和103A。穿透干燥的织物可以包括授予Chiu等的1995年7月4日发布的美国专利5,429,686所公开的织物。卷筒纸最好在不起绉的状态下被干燥到最终的干燥度，因为起绉往往会降低卷筒纸的强度和松密度。
尽管机理尚水被完全了解，但很清楚传送织物和穿透干燥织物可分别和独立地影响最终纸巾的性质。例如，采用同样的穿透干燥织物，通过改变传送织物可在一很宽范围内控制纸面光滑度(由一感测板确定)。用本发明的方法和设备所生产的卷筒纸往往是很双面的，除非压光。然而，可将未压光的卷筒纸叠在一起，根据具体的产品规格，以光/糙面朝外。
从以下描述中可明显看出本发明的众多特征和优点。在描述中将参照示出了本发明优选实施例的附图。这类实施例不代表本发明的全部范围。所以这里应参考权利要求书，该权利要求书栓释了本发明的全部范围。
附图的简要描述
图1示意地示出了一工艺流程图，示出了根据本发明用以制造不起绉的穿透干燥的纸片的方法和设备。
图2示出了图1的工艺流程图所用气压装置的放大俯视图。
图3是图2所示气压装置的侧视图，出于说明目的某些部分被剖开并以剖面表示。
图4是一沿图3中线4-4的平面所取的放大剖视图。
图5是类似于图4的放大剖视图，但是沿图3中线5-5的平面所取的。
图6是用于图2和3所示气压装置的另一密封系统的侧视图，出于说明目的某些部分被剖开并以剖面显示。
图7是图2所示真空传送导向板的放大侧视图。
图8是类似于图7的侧视图，但示出了在一真空槽的前边缘织物的同时会聚和发散。
图9是纸巾的加载/拉伸曲线的曲线图，说明了MD斜度的确定。
发明的详细描述现在参照附图更详细地描述本发明。出于统一和简洁的目的，在不同的附图中对类似的零部件采用了相同的参考号。在所有所示实施例中，可采用传统的造纸设备和操作，如料箱，成形织物，卷筒纸传送，干燥和起绉，所有这些对于造纸领域的熟练技术人员而言是易于理解的。尽管如此，还是对各种传统零部件作了说明，目的是提供一个本发明的各种实施例均可采用的上下文。
图1代表性地示出了制造纸巾的方法和设备的一个实施例。为简化起见，示出了各种用以限定几种纤维品运行状态的张力辊，但未予编号。造纸料箱20将造纸纤维21的含水悬浮液喷射或沉积到一个绕成形辊23运行的成形织物22上。成形织物22允许新成形的湿卷筒纸24部分脱水到约10％的稠度。
在成形之后，成形织物22带着湿卷筒纸24到达一个或多个真空或抽吸箱28，该真空或抽吸箱28可用来在湿卷筒纸24被支承在成形织物22上的同时对其进行再次脱水。特别是可采用一组真空箱28将卷筒纸24从约20％的稠度脱水到约30％的稠度。对于用来作为擦拭巾和毛巾的厚度重磅片材而言，所描述的改良型长网成形机特别有用，尽管也可采用其它成形装置，如双长网成形机，新月型成形机等。也可选择授予Barnes等的1992年8月11日发布的美国专利5,137,600号中所公开的水针成形，以提高卷筒纸的松密度。
随后通过适当的非挤压性辅助脱水装置，例如气压、红外干燥。微波干燥、声波干燥，穿透干燥和置换脱水，对湿卷筒纸24进行进一步脱水。在所示实施例中，非挤压性辅助脱水装置由一气压装置30构成，下面将对其作详细描述。气压装置30理想的是将湿卷筒纸24的稠度提高到大于约30％，特别是大于约31％。更好大于约32％最好大于约33％。在特定实施例中，退出气压装置30并在随后的传送之前的湿卷筒纸24的稠度从约31％变化到约36％。在特定实施例中，气压装置30将湿卷筒纸24的稠度提高了至少约3％，最好提高至少约5％。
最好在气压装置30前面使一支承织物32与湿卷筒纸24接触。湿卷筒纸24夹在支承织物32和成形织物22之间，并在由气压装置30产生的压降期间被如此支承。适用于作为支承织物32的织物几乎包括任何织物，包括Albany International 64M之类的成形织物。
然后，湿卷筒纸24从成形织物22被传送到一个传送织物36，传送织物36的运行速度低于成形织物，以便提高卷筒纸的拉伸性。最好借助于参照图7和8所描述的真空传送导向板进行传送。传送织物36的表面相对平滑，以便使湿卷筒纸24具有光滑度。通过其孔隙体积所测量的传送织物36的开放度相对较低，并可以与成形织物22的开放度大致相同，或更低。
在湿卷筒纸24被传送到穿透干燥织物40之前，传送织物绕过辊子38和39，穿透干燥织物40约以相同速度运行，如果需要可以不同速度运行。该传送由真空传送导向板42实现，其设计可以与前次传送所用的真空传送导向板相同。当卷筒纸通过穿透干燥器44时，卷筒纸24被干燥到最终干燥度。
在被缠绕到卷筒48上而转变成成品之前，可以携带干燥的卷筒纸50通过在载带织物52和53之间形成压纹区。通过在辊子54和55、56和57、58和59之间形成的织物浮雕压纹区，可控制卷筒纸50的体积或厚度。达到这一目的的适当载带织物是Albany International 84M或94M和Asten 959或937，所有这些都是具有细纹的较平滑织物。各辊对之间的压纹可以从约0.001英寸到约0.02英寸(0.025-0.51mm)。如图所示，机器的载带织物区段被设计成具有一系列固定的压纹区，它们用以控制卷筒纸的厚度并可代替可补充脱机压制。作为选择，可采用一滚筒压制机来取得最终厚度或补充脱机压制。
图2的俯视图和图3的侧视图更详细地示出了气压装置36，后者出于说明目的被局部剖开。气压装置30通常包括一个与下部真空或抽吸箱62结合的上部充气箱60。词汇“上部”和“下部”用在这里是为了便于参考和理解附图，并非为了限制零部件取向的方式。夹在成形织物22和支承织物32之间的湿卷筒纸24通过充气箱60和真空箱62之间。
所示的充气箱60可容纳经由空气歧管64供给的加压流体，歧管64可操作地连接于压缩机或鼓风机(未示出)之类的加压流体源。充气箱60与一充气箱罩66装在一起，箱罩66带有一个在使用期间紧靠真空箱62以及紧靠或接触支承织物32(图3)的底表面67。箱罩66上形成有垂直于机器方向大致横跨湿卷筒纸24的整个宽展延伸的槽68，以允许加压流体从充气箱60流经织物和湿卷筒纸。
真空箱62可操作地连接于一真空源并固定安装在一支承结构上(未地出)。真空箱62包括一个带有顶表面72的罩70，成形织物22在该顶表面72上运行。真空箱罩70上形成有一对槽74(图3和5)，该槽74对应于充气箱罩66上的槽68的位置对应。当加压流体从充气箱60吸入并通过真空箱62时，加压流体使湿卷筒纸24脱水。
在充气箱60内的流体压力最好保持在约5磅/每平方英寸(Psi)(0.35bar)或更大，特别是在约5到30psi(0.35-2.08bar)的范围内，如约15psi(1.03bar)。最好监测充气箱60内的流体压力并将之控制在一预定水平。
充气箱罩66的底表面67最好稍微弯曲以便控制卷筒纸。表面67朝真空箱62弯曲，即绕一根位于卷筒纸24的真空箱一侧上的轴线弯曲。底面67的曲率允许在支承织物32，湿卷筒纸24和成形织物22的组合在角度上有一变化，导致一个纯向下的力，在脱水过程中该力密封真空箱62以防外界空气进入并支承湿卷筒纸24。弯曲的角度允许根据处理条件随时按需要加载和卸载气压装置30。必要的角度变化取决于压力侧和真空侧的压差，最好约为5度，特别是在5到30度的范围内，典型约为7.5度。
顶表面和底表面72和67最好具有不同的曲率半径。具体说，底表面67的曲率半径最好大于顶表面72的曲率半径，以便在气压装置30的前、后边缘76处在充气箱60和真空箱62之间形成接触线。适当注意支承织物32和成形织物22的位置以及加载和卸载机构，可颠倒这些表面的曲率半径。
气压装置30的前、后边缘也可装有端部密封78(图3)，密封78在任何时刻均保持非常靠近或接触支承织物32。端部密封78尽可能减小了加压流体沿机器方向在充气箱60和真空箱62之间的选逸。适当的端部密封78可以用弹性塑料组合物等制成。
附带地参照图4和5，气压装置30最好带有侧密封件80，以防沿气压装置的侧边缘82损失加压流体。侧密封件80由半刚性材料构成，该材料在暴露于充气箱60的加压流体时可略微变形或弯曲，所示的侧密封件80限定了一个槽84，用以通过夹紧杆85和紧固件86或其它适当装置安装真空箱罩70。在剖视图上，各侧密封件80是L形的，其一个支腿88从真空箱罩70向上伸入形在充气箱罩66上的侧密封槽89内。来自充气箱60的加压流体使支腿88向外弯曲而与充气箱罩66的侧密封槽89的向外表面密封接触，如图4和5所示。作为选择，可颠倒侧密封件80的位置，即将它们固定安装在充气箱罩66上，并与真空箱罩70限定的接触表面密封接触(未示出)。在任何一种选择设计中，最好利用加压流体迫使侧密封件与密封接触表面啮合。
一个位置控制机构90保持充气箱60靠近真空箱62并接触支承织物32。位置控制机构90包括一对杆92，杆92由横向件93连接并用适当的紧固件94固定安装在充气箱60上(图3)。杆92与充气箱60相对的端部可转动地安装在轴96上。位置控制机构90还包括一个可操作地连接于一固定结构支承90和其中一个横向件93的平衡动作筒98。平衡动作筒98可伸出或缩回，因此使杆92绕轴96转动，这使充气箱60移近或离开真空箱62。
在使用中，一控制系统使平衡动作筒98伸出，足以使端部密封78接触支承织物32并且使侧密封件位于侧密封槽89内。气压装置30被启动，加压流体充入充气箱60且半刚性的侧密封件80被迫与充气箱罩66密封啮合。加压流体也产生一个向上的力，趋向于使充气箱60离开支承织物32。控制系统指导平衡作动筒98操作，基于利用压力监测系统连续测量充气箱60内的流体压力，来补偿这一向上的力。因此，端部密封78在任何时刻均保持非常靠近或接触支承织物32。通过按比例减小或增加由平衡动作筒98施加的力，控制系统可平衡充气箱60内的无规则的压力降和压力峰值。结果，端部密封不会卡住织物32和22，否则这种状况会导致织物的过度磨损。
图6示出了用于气压装置30的一个可选择的密封系统。充气箱100装有一个限定或支承一个密封杆104的铰接臂102，密封杆104横跨湿卷筒纸74的宽度安放在支承织物32上，以尽量减小加压流体沿机器方向的逃逸。在图6中尽管只示出了一个臂102，应当理解可以以类似的方式在充气箱100的相对端处设置和构成一个第二臂。充气箱100的侧面可装上结合图2至5所描述的侧密封件80，或者侧密封件80固定在真空箱62上，以尽量减小或消除加压流体的侧面泄漏。
铰接臂102最好由一种刚性材料构成，如结构钢，碳组合物，或类似材料。臂102具有一个至少部分地位于充气箱100内部的第一部分106和一个最好位于充气箱外部的第二部分108。臂102通过一个合页110可转动地安装在充气箱100上。一个不透加压流体的合页密封112装在充气箱100的臂114的内表面上和第一部分106上，以防加压流体逃逸。密封杆104最好是一个安装在第一部分106上的独立的元件并通过加压流体与第一部分106的接触使密封杆104朝支承织物32(未示出)推动。适当的密封杆104可由低阻、低摩擦系数及耐用材料制成，如陶瓷，抗热聚合物等。
一个具有可膨胀腔122的平衡囊120借助于支架124或其它适当装置安装在臂102的第二部分108上。腔122可操作地连接于一个空气之类的加压流体源，以使该腔膨胀。臂102和囊120被定位成当囊膨胀(未示出)时该囊压抵在充气箱100的壁114的外表面上，使臂绕合页110转动。作为选择，在平衡囊的位置可采用一个有加压动作筒(未示出)的机构，作为转动臂102的装置。
一控制系统可响应充气箱100内的流体压力按比例膨胀或缩小囊120。例如，当充气箱100内的压力增加时，控制系统可增加平衡囊120内的压力或使之膨胀，这样密封杆104就不会过度地向下压抵在支承织物32上。
图7和8更清楚地显示了在过程的传送织物区段中所用的真空传送导向板37的设计。真空传送导向板37限定了一个真空槽130(图7)，该槽连接于一真空源并且其长度“L”从约0.5到约1英寸(12.7-25.4mm)。为生产不起绉的穿透干燥的洗澡纸巾，适当的真空槽长度约为1英寸(25.4mm)。真空槽130有一前边缘132和一后边缘133，形成了真空传送导向板137的相应的进入和离开接合区134和135。真空槽130的后边缘133相对于前边缘132凹入，这是由于离开接合区135相对于进入接合区的不同指向所造成的。在进入接合区134和离开接合区135的平面之间的角度A可以约为0.5度可更大，更具体说约为1度或更大，再具体说约为5度或更大，以使成形织物22和传送织物36在它们会聚和发散时充分分离。
图8进一步示出了沿箭头所示方向朝真空传送导向板37运行的湿纸巾卷筒纸24。同时接近真空传送导向板37的是以较低速度运行的传送织物36。两个进入的织物之间的会聚角用“C”表示。两个织物之间的发散角用“D”表示。如图所示，两个织物在点“P”处同时会聚和发散，该点对应于真空槽130的前边缘132。卷筒纸在真空槽130的整个长度上与两个织物接触是必要的或理想的，以便实现从成形织物22到传送织物36的传送。从图8可明显看出，成形织物22和传送织物36都不必偏转大过一个小数量来完成传送，这样可减小织物磨损。具体列数值，沿织物方向的变化可小于5度。
如上所述，传送织物36以低于成形织物22的速度运行。如果采用不止一个传送织物，织物之间的速度可以是相同的或不同的。多个传送织物可提供可选择的柔性以及多种织物/速度组合，以影响成品的性质。
不同速度传送所用的真空程度可以是从约3到5英寸汞柱，最好是约5英寸汞柱。可以通过利用来自卷筒纸24相对侧的正压来增补或代替真空导向板(负压)，以便除了或作为用真空将卷筒纸抽吸到下一织物上的代替方案将卷筒纸吹到下一织物上。而且，可采用一真空辊或多个真空辊来代替真空导向板。
例子下面的例子有助于更详细地了解本发明。特定的权量，比例，组份和系数都是示范性的，并非用以具体地限制本发明的范围。
例子中所参照的MD抗拉强度，MD拉伸，和CD抗拉强度都是根据TAPPI试验方法494 OM-88“纸和纸板的拉伸断裂性质”获得的，采用了下面的系数十字头速度(Crosshead speed)是10.0in/min(254mm/min)；最大负载是10 1b(45409)；钳口跨度(钳口间的距离，有时称为标距长度)是2.0英寸(50.8mm)；和样品宽度是3英寸(76.2mm)。拉伸试验如是来自麻省的Stoughton的System IntegrationTechnology公司的Sintech,Model CITS-2000，该公司是位于北卡州的Research Triangle Park的MTS systems Corporation的分公司。
可以用纸巾的机器方向(MD)加载/拉伸曲线的最大斜度(下文称为MD斜度)，或者用机器方向挺度(这里被限定)来表示样品纸片的挺度，后者进一步考虑了纸巾的厚度以及产品的叠加的数目。下面将结合图9来描述如何确定MD斜度。MD斜度对纸巾而言是机器方向加载/拉伸曲线的最大斜度。MD斜度的单位是公斤/每3英寸(7.62cm)。MD挺度是如此计算的用厚度被叠加数目除的商的平方根乘以MD斜度。
图9是一个汽化了的纸巾的加载/拉伸曲线，说明了MD斜度的确定。如图所示，沿加载/拉伸曲线选择两个点P1和P2，出于说明目的两点之间的距离被夸大了。拉伸试验机被编程(GAP〔一般应用程序〕2.5版，systems Integration Technology公司，Stoughton，麻省；北卡州Research Triangle Park的MTS Systems公司的分公司)，使它可计算这些点(从P1到P2取样)的线性回归。通过沿该曲线(下文描述)以有规律的方式调节点P1和P2，在曲线上重复地作此计算。这些计算的最高值就是最大斜度(Max slope)，并当该最大斜度在样品的机器方向上完成时，这里将被称为MD斜度。
应如此建立拉伸试验机程序，即在拉伸的一个二又二分之一英寸(63.5mm)跨度上取500个P1和P2之类的点。这就提供了足够数量的点，以基本超过样品的任何实际拉伸。采用一个10英寸/每分钟(254mm/min)的十字头速度，就转化成每0.030秒一个点。该程序在这些点之间如此计算斜度，即将第10个点字为初始点(例如P1)，数出到第四十个点(例如P2)的30个点，并在这30个点上演算线性回归。它将来自该回归的斜度储存在一矩阵内。然后该程序数出到第二十个点(它变为P1)的10个点并再次重复该过程(数出将到第五十个点(它变为P2)的30个点，计算该工并将之也储存在该矩阵内)。该过程连续进行列纸片的整个拉伸。然后从该矩阵中作为最高值选出最大斜度。最大斜度的单位是Kg/每3英寸样品宽度。(当然，由于拉伸的长度被钳口跨度的长度除，所以延伸率是无量纲的。试验机程度考虑到了这一计算)。
例子1-4为说明本发明，用图1所示的方法生产了数个未起绉的穿透干燥的纸巾。更具体说，例子1-4都是三层单叠浴巾，其中外层解胶的和解除结合的按树类纤维构成，中层由精制的北方软木牛皮纸纤维构成。使Cenebra桉树类纤维以10％的稠度浆化15分钟并脱水到30％的稠度。然后将纸浆输送到一个Maule轴式解胶机。解胶机以2.2HPD/T(1.8千瓦日/每公吨)的动力输入在160°F(70℃)的温度操作。解胶之后，以7.5公斤/每公吨干燥纤维(0.75重量百分比)的数量在纸浆中加入软化剂(witco C6027)。
在成形之前，以3.2％的稠度使软木纤维浆化30分钟，同时将解胶的和解除结合的桉树类纤维稀释到2.5％的稠度。对例子1,2和4而言，在解胶的桉树类层/精制软木层/解有的桉树类层之间，总的分层纸片重叠分解为35％/30％/35％，对例子3而言是33％/34％/33％。中层被精制达到目标强度值所需的程度，而外层则提供柔软性和松密度。为附加的干燥及临时的湿态强度，在中层内加入标为Parez 631 NC的增强剂。
这些例子采用了一个四层Beloit ConceptⅢ料箱。在料箱的两个中间层内使用精制北方软木牛皮纸原料，以生产所述三层产品的单一中间层。采用了紊流发生插件和层分隔件，其中紊流发生插件从浆中凹入约3英寸(75mm)，层分隔件伸出浆约6英寸(150mm)。网状浆孔约为0.9英寸(23mm)，并且在所有四个料箱层内的水流是类似的。喂入料箱的原料稠度约为0.09重量百分比。
在一双长网的抽吸成形辊的成形器上形成三层片材，该成形器的成形织物是Appleton Mills 2164-B织物。成形织物的速度范围在11.8和12.3米/每秒之间。采用不带气压的从成形织物下方的真空抽吸将新成形的卷筒纸脱水到25-26％的稠度，并在将该卷筒纸传送到传送织物之前用气压将其脱水到32-33％的稠度，传送织物正以9.1米/每秒(快速传送的29-35％)的速度运行。传送织物是Appleton Mills 2164-B。采用了一个拉力约为6-15英寸(150-180mm)汞柱的真空的真空导向板将卷筒纸传送到传送织物上。
然后将卷筒纸传送到一个以约9.1米/每秒的速度运行的穿透干燥织物上。使用了Appleton Mills T124-4和T124-7型穿透干燥织物。将卷筒纸载送到以约350°F(175℃)温度操作的蜂窝状穿透干燥机上，并使卷筒纸干燥到约94-98％稠度的最后干燥度。
生产样品片材的顺序如下生产四卷样品1的片材。表1中的稠度数据是基于两次测量，一次是在四卷的开始，一次是四卷的终端。表1中所示的其它数据是基于四次测量的平均值，每卷一次。然后接通气压。在气压启动前和启动后的数据显示于表3中(单个的数据点)。该数据显示气压引起了拉伸值明显增加。然后改变该工艺，将拉伸值减小到与样品1的片材可比较的程度。在该工艺调整阶段之后，生产四卷样品2的片材(本发明)。随后，用不同的穿透干燥织物并在气压启动的情况下生产四卷样品3的片材(本发明)。关闭气压并调整工艺以获得与例子3的片材相似的抗拉强度值。然后生产四卷例子4的片材。表2中各例子的稠度数据是基于两次测量的平均值，一次是在每四卷一组的开始，一次是在每四卷一组的终端。表2中的其它数据是基于每例片材(每一卷)四次测量。在表2中，例子4的数据是在左例，例子3的数据是在右例，以与表1和3一致，表1和3在左列示出了无气压时的数据，在右列示出了有气压时的数据。
表1-3更详细地描述了工艺条件以及例子1-4的最终纸巾特性。在下面的表1-3中，列的开头有如下术语“Consistency@RushTransfer”是指在从成形织物到传送织物传送的点处卷筒纸的稠度，表示为固定含量百分比；“MD Tensile”是机器方向抗拉强度，以样品宽度的克/每3英寸(7.62cm)表示；“CD Tensile”是指机器横向的抗拉强度，以样品宽度的克/每3英寸(7.62cm)表示；“MD拉伸”是机器方向的拉伸，表示为样品断裂时的拉伸百分比；“MD slope”是如上文所限定的，表示为样品宽度的公斤/每3英寸(7.62cm)；“Caiiper”是指用一台Bulk测微计(TMI Model 49-72-00，Amityville,New York)测量的1片的厚度，用微米表示，该测微计有一41/16英寸(103.2mm)的测量头直径和220克/平方英寸(3.39kilo pascals)的测量头压力；“MD Stiffness”是上文所限定机器方向的挺度系数，表示为(kg/每3英寸)一微米0.5；“Basis weight”是指完成后的基重，表示为克/每平方米；“TAD Fabric”是指穿透干燥织物；“Refiner”是指精制中间层的动力输入，表示为千瓦；“Rush”是指成形织物和较慢的传送织物间的速度差用传送织物的速度除，表示为百分比；“HW/SW”是指在三层单叠纸巾中硬木(HW)和软木(SW)纤维的破坏重量，表示为总纤维重量的百分比；和“Parez”是指Parez 631 NC是添加速率；表示为中层纤维的公斤/每公吨。
表1例子1 例子(有气压及(无气压)工艺调整)Consistency@Rush Transfer(％) 25.2-26.132.5-33.4MD Tensile(grams/3″)933 944CD Tensile(grams/3″)676 662MD Stretch(％) 24.5 24.7MD Slope(kg/3″) 4.9943.778Caliper(microns) 671 607MD Stiffness(kg/3″-microns0.5) 129 93Basis Weight(gsm)34.6 35.2TAD FabricT-124-4 T-124-4Refiner(kW)32 26Rush(％) 32 29HW/SW(％) 70/3070/30Parez(kg/mt) 4.0 3.2
表2例子4 例子3(无气压) (有气压及工艺调整)Consistency@Rush Transfer(％) 24.6 32.4MD Tensile(grams/3″) 961 907CD Tensile(grams/3″) 714 685MD Stretch(％) 23.5 24.4MD Slope(kg/3″) 5.668 3.942Caliper(microns) 716 704MD Stiffness(kg/3″-microns0.5) 152 105Basis Weight(gsm) 35.0 35.1TAD Fabric T-124-7 T-124-7Refiner(kW) 40 34.5Rush(％)3531HW/SW(％) 66/34 70/30Parez(kg.mt)2.5 2.5
表3(无气压) (有气压)Consistency@Rush Transfer(％) 25.2 32.5MD Tensile(grams/3″) 915 1099CD Tensile(grams/3″) 661 799CD Wet Tensile 127 150MD Stretch(％) 24.4 28.5MD Slope(kg/3″) 4.996 4.028Caliper(microns) 665 630MD Stiffness(kg/3″-microns0.5) 129 101Basis Weight(gsm) 34.3 34.6TAD Fabric T-124-4 T-124-4Refiner(kW) 3232Rush(％)3232HW/SW(％) 70/30 70/30Parez(kg/mt)4.0 4.0
如前面的例子所示，气压在差速传送的上游产生明显较高的稠度，这样可产生较平滑的片材，如由较低的模数值证明的。最好，纸巾产品的模数(MD挺度)比设有补充脱水到大于30％稠度所制造的相似纸巾产品的模数小至少20％。而且，与设有补充脱水到大于30％稠度所制成的相似纸巾产品的抗拉强度相比，纸巾产品的机器方向抗拉强度至少大20％，纸巾产品的横向抗拉强度至少大约20％。而且，与设有补充脱水到大于30％稠度所制成的相似纸巾产品的机器方向拉伸相比，纸巾产品的机器方向拉伸至少大17％。
以上详细说明只是为了说明目的，所以在不脱离本发明精神和范围的情况下可作出多种改动和变化。例如，可采用作为一个实施例的一部分所描述的可选择的特征，以产生另一实施例。而且，两个被命名的部件可代替同结构的部分。此外在1995年1月5日的PCT专利申请公开文本WO 95/00706,和Engle等于1994年10月27日递交的名为“制造光滑不起绉透干片材的方法”的美国专利申请系列号No.08/330,166中所公开的各种工艺和设备亦可采用，所述公开文本结合于此作为参考。所以本发明不应由所述的具体实施例限定，而由权利要求书限定。
权利要求
1．一种生产软纸巾的方法，包括的步骤为将造纸纤维的含不水悬浮液沉积在一循环的成形织物上，以形成一湿的卷筒纸；使湿卷筒纸脱水到从约20％到约30％的稠度；采用非挤压性脱水装置使湿卷筒纸补充脱水到大于约30％的稠度；将补充脱水后的卷筒纸传送到一传送织物上，所述传送织物以比成形织物低约10％到约80％的速度运行；将卷筒纸传送到一穿透干燥的织物上；和将卷筒纸穿透干燥到最终的干燥度。
2．如权利要求1所述的方法，其中非挤压性的脱水装置可从这样一组装置中选择，该组装置包括气压，红外干燥，微波干燥，声波干燥，穿透干燥和置换脱水等装置。
3．如权利要求1所述的方法，其中非挤压性脱水装置包括气压装置。
4．如权利要求3所述的方法，其中气压装置将湿卷筒纸的稠度增加至少约3％。
5．如权利要求3所述的方法，其中气压装置包括一个充气箱，充气箱内的流体压力被保持在约5到约30磅/每平方英寸的范围内。
6．如权利要求3,4或5所述的方法，其中气压装置横跨湿卷筒纸提供一个从约35到约60英寸汞柱的压差。
7．如权利要求3,4或5所述的方法，其中气压装置将湿卷筒纸脱水到大于约31％的稠度。
8．如权利要求7所述的方法，其中气压装置将湿卷筒纸脱水到大于约32％的稠度。
9．如权利要求3,4或5所述的方法，其中气压装置将湿卷筒纸脱水到从约31％到约36％的稠度。
10．如权利要求1所述的方法，其中采用一组真空箱将湿卷筒纸脱水到从约20％到约30％的稠度。
11．如权利要求3所述的方法，其中当被输送通过气压装置时，湿卷筒纸夹在该成形织物和一支承织物之间。
12．如权利要求1、3或4所述的方法，其中成形织物以至少约2000英尺/每分钟的速度运行。
13．用权利要求1的方法制造的纸巾产品。
14．如权利要求13所述的纸巾产品，其中所述纸巾产品的模数比用权利要求1制造的但未补充脱水到大于约30％稠度的相似纸巾产品的模数至少小20％。
15．如权利要求13所述的纸巾产品，其中与用权利要求1的方法制造的但未补充脱水到大于约30％稠度的相似纸巾产品的机器方向抗拉强度相比，所述纸巾产品的机器方向抗拉强度至少大约20％。
16．如权利要求13所述的纸巾产品，其中与用权利要求1的方法制造的但未补充脱水到大于约30％稠度的相似纸巾产品的横向抗拉强度相比，所述纸巾产品的横向抗拉强度至少大约20％。
17．如权利要求13所述的纸巾产品，其中与用权利要求1的方法制造的但未补充脱水到大于约30％稠度的相似纸巾产品的机器方向拉伸相比，所述纸巾产品的机器方向拉伸至少大约17％。
18．一种用以使湿卷筒纸脱水的气压装置，包括一充气箱，包括一个具有底表面的箱罩；用以向充气箱供给加压流体的装置；一真空箱，包括一个具有顶表面的真空箱罩，所述顶表面的位置靠近充气箱罩的底表面；用以向真空箱供给真空的装置；和与充气箱及真空箱接触的侧密封件，用以尽量减小加压流体的逃逸，侧密封件安装在充气箱和真空箱中之一上，并靠近由充气箱和真空箱中的另一个所限定的侧密封表面，在暴露于加压流体时侧密封件可弯曲而与侧密封接触表面密封接触。
19．如权利要求18所述的气压装置，其中侧密封件安装在真空箱罩上，并且充气箱罩限定了侧密封槽和侧密封接触表面。
20．如权利要求18所述的气压装置，还包括安装在充气箱罩上的端部密封。
21．如权利要求18或20所述的气压装置，还包括一个位置控制机构，用以保持充气箱靠近真空箱。
22．如权利要求21所述的气压装置，其中位置控制机构包括一安装在充气箱上的可转动地安装的杆和一个可使该杆转动的平衡作动筒。
23．如权利要求21所述的气压装置，还包括一个控制系统，用以响应充气箱内流体压力的测量结果指导平衡作动筒的操作。
24．如权利要求18,19或20所述的气压装置，其中顶和底表面朝真空箱弯曲。
25．如权利要求24所述的气压装置，其中顶和底表面具有不同的曲率半径。
26．一种用以使湿卷筒纸脱水的气压装置，包括一充气箱，包括一个具有底表面的充气箱罩；用以向充气箱供给加压流体的装置；一真空箱，包括一个具有顶表面的真空箱罩，该顶表面的位置靠近充气箱罩的底表面；用以向真空箱供给真空的装置；一个可转动地安装在充气箱上并包括第一和第二部分的臂，第一部分至少部分地位于充气箱内并包括一密封杆；和用以响应充气箱内的流体压力转动所述臂的装置；
27．如权利要求26所述的气压装置，还包括一个不透加压流体的并安装在充气箱和第一部分两者上的合页密封。
全文摘要
一种具有改善柔软性的不起绉的纸巾,这是因为在差速传送(37)之前采用非挤压性的脱水技术(30)将湿卷筒纸补充脱水到大于约30%的稠度,以及后面的穿透干燥装置(44)。特别适于提供非挤压性补充脱水的气压装置(30)具有侧密封(80)和/或端部密封(70),以尽量减少加压流体的逃逸。
文档编号D21F11/14GK1224475SQ97196120
公开日1999年7月28日 申请日期1997年4月25日 优先权日1997年4月25日
发明者M·A·赫尔曼斯, M·A·布拉什, F·S·哈达, 洪承祐, B·W·伊森哈特, L·E·托姆斯, C·R·托姆索维 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司