专利名称：：可伸长纸幅及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及纸幅及其制造方法。特别是，本发明涉及诸如纸巾、擦纸、薄纸和卫生纸等的一次性吸湿纸幅及其制造方法。
背景技术：
：诸如纸巾、擦纸、面巾纸和卫生纸的一次性纸制品在某一或有限的应用场合已经被广泛地使用。取决于预期的使用目的，这种纸制品通常要求有不同程度的柔软度、吸湿性和强度。除了柔软度、吸湿性和强度以外，一次性纸制品的总体外观、触感和性能也是很重要的，特别是在高级纸制品中。影响一次性纸制品的总体外观、触感和性能的两个重要的特性是蓬松度和伸长性。蓬松度定义为纸厚度与定量的比值。蓬松度可以通过增加纸的厚度而不增加定量(诸如通过压花的方法)而得以提高。伸长性指的是纸明显拉伸而不撕裂的能力。伸长性通常不是非起皱纸幅(特别是薄纸幅)的属性。预缩纸(诸如通过起皱或湿微缩的方法)可以提高伸长性，但同时也会提高定量。由于组成的纸纤维是相对无弹性的，薄纸纸幅一般在很小的百分比伸长量下就出现断裂。然而，纸幅伸长性的提高，更优选的是弹性的提高会明显地提高纸幅的总体外观和触感。通过增加压缩性，以增加松密度而不明显地提高定量会影响纸的纹理和主观的柔软度，结果是为用户带来良好的触感。提高伸长性可以通过改善纸幅的柔软度主观柔软感觉或手感以影响一次性纸制品的总体外观、触感和性能。在纸巾、擦纸和其他用于擦洗的纸制品中，提高的伸长性也有助于避免在使用过程中所不希望的纸张的撕裂。传统造纸机生产的纸幅一般是通过将纸纤维的含水浆液沉积在带孔表面(诸如一对会聚的改良型长网中的一个)而形成的，在带孔表面发生初步脱水和纤维重组。纸幅在改良型长网上初步形成后，将纸传送到压榨脱水毛毯，以便通过脱水而进一步干燥纸幅。传统造纸机的脱水毛毯一般是由羊毛或合成材料的极细纤维组成的紧密编织毛毯制成。为使纸脱水，脱水毛毯和纸在一起运行的成对滚子之间受压，这些滚子类似于绞拧型洗衣机中的滚子。滚子通常带有真空系统以更有效地从纸和毛毯中脱去水分。随着加压滚子将整个纸张区域附着到诸如扬克烘缸的烘缸上时，会发生附加的纸张压缩。在传统的造纸机上经济地形成和干燥纸幅所必需的压缩使得这些纸幅具有较小的厚度、较高的硬度和有限的伸长性。增加厚度可以通过增加初始配料中纸纤维的量而实现。但是，采用这种方法增加厚度只是相应地增加了定量，因而不能提高蓬松度或降低相对硬度。近来对传统造纸机进行了各种改型和改进以使生产的一次性纸制品更蓬松和伸长性更好。对于制造过程来说，导致最终消费品明显改观的对于制造过程的一种显著的改进是使用穿透式空气干燥来代替传统的压榨毛毯脱水。类似于压榨毛毯干燥，在穿透式空气干燥中，纸幅在成形长网上开始成形，成形长网接收来自网前箱的稠度小于1％(含水浆液中纤维的重量百分比)的含水浆液。初步的脱水在成形长网上进行。纸幅从成形长网转移到可透气的穿透式空气干燥带。这种“湿转移”发生在拾取靴中，在此处纸幅可以模塑为穿透式空气干燥带的构形。随着时间推移，需要进行进一步的改善。穿透式空气干燥带的明显改进是在加强结构上使用了树脂框架。树脂框架一般具有第一表面和第二表面，以及在这两个表面之间延伸的偏转导管。偏转导管提供了纸幅纤维能偏转和重组的区域。这种构形使得干燥带可以施加连续的图案或任何所需形式的图案，而不只是现有技术的编织毛毯所能得到的不连续图案。这种带及由此形成的纤维素纤维结构的例子可以在下列专利中找到1985年4月30日授予Johnson等人的美国专利4514345；1985年7月9日授予Trokhan的4528239；1985年7月16日授予Trokhan的4529480；1987年1月20日授予Trokhan的4637859。前述四个专利在此处引用作为参考，目的是示出加花树脂框架、加强型穿透式空气干燥带及其产品的优选结构。这种带已被用于生产在商业上获得极大成功的产品，诸如Bounty纸巾和CharminUltra卫生纸，这两种产品都是由本受让人生产和销售的。造纸方法的另一改进还包括一种特别的造纸设备，提供具有多定量区的纸幅。这种方法在下列专利中进行了描述1993年9月14日授予Trokhan等人的美国专利5245025；1996年4月2日授予Trokhan等人的美国专利5503715；1996年4月9日授予Trokhan等人的美国专利5534326，上述各专利的公开内容在此处引用作为参考。上述为生产蓬松度和伸长性更好的一次性纸制品而对传统造纸进行的所有改进都涉及对现有设备和机器的重大改型。尽管增加的蓬松度及其所附带的纹理和柔软度方面的特征是人们所希望的，但是改型传统造纸机使其具有必需的改进所需的成本通常过高。在传统和非传统造纸的纸中，形成一定水平的伸长性通常是通过干燥纸后的预缩操作而在纸中产生的。尽管可以采用各种形式来进行预缩，但起皱是最常用的形式。当形成的干燥纸用刮刀从烘缸上除去时，起皱通常是作为在造纸过程中的最后一步进行的。简单地说，起皱形成了横过纸幅机器方向的微观脊和折痕。微观褶状折痕的数量和幅值在很小的操作范围内多少有些变化，最终的纸幅只在机器方向上具有伸长性。在横向上的伸长性实际上仍未变化，只是断裂时具有小量的拉伸伸长量。此外，起皱过程提高了与起皱量成正比的纸幅的定量。因此，通过定量的成正比增加可以实现给定水平的起皱形成的伸长性。提高在传统或非传统造纸机上生产的纸幅的厚度和蓬松度也可以在造纸后的转化操作中实现。转化操作指的是将产品纸进一步处理成不同的形式，诸如通过压花、印制和包装等。例如，较高的厚度可以通过将单层纸层叠成多层纸而实现，并且较高的蓬松度可以通过压花来实现。蓬松度和厚度可以通过综合使用压花和层叠来提高。然而，传统压花(特别是宏观图案压花)要求较硬的纸张以保持压花图案。传统宏观图案压花也通常对纸的伸长性的影响不大，并且实际上对纸的弹性没有影响。“宏观图案压花”意思是指形成在距离大约12英寸处观察时人眼容易区别的图案的压花。因此，需要一种经济地转化纸幅的装置，特别是将在传统造纸机上生产的纸幅转化成具有增加的蓬松度、纹理、良好的总体外观和触觉并提高至少一个方向的伸长性的纸幅。此外，希望提供具有增加的蓬松度、纹理、良好的总体外观和触觉并提高至少一个方向的伸长性和弹性的一次性纸制品。进一步，希望可以在造纸操作后生产具有增加的蓬松度、纹理、良好的总体外观和触觉的纸幅，而不需要耗费成本来改造现有的造纸机。发明概述本发明的纸幅具有纵向中心线和横向中心线，并包括多个第一区域和多个第二区域。第一区域形成分开第二区域的边界，第一区域基本上是位于纸幅的平面内。第二区域包括多个从所述平面突出的肋状件，各第二区域中的肋状件平行于并垂直于次肋轴。所有或大部分第一区域既具有主肋轴分量又具有次肋轴分量。当纸幅材料沿至少一个轴受到外加的伸长量时，第一区域和第二区域经受几何变形。本发明的方法包括下列步骤提供纤维素基底；提供带有齿区和非齿区的第一压板；提供带有齿区的第二压板，第二压板与第一压板对齐，从而操作配合时第一压板的齿区与第二压板的齿区啮合；在第一压板和第二压板之间压纤维素基底，从而齿区使所述纸幅变形以形成不连续的扇形折叠肋状件的区域。可以选择的是，纤维素基底可以在受压步骤前润湿。附图的简要说明尽管说明书以具体指出并明确要求保护本发明的权利要求书作为结尾，但通过下列结合附图的描述可以更好地了解本发明，图中相同的标号表示相同的元件，其中图1为本发明纸幅优选实施例的平面示意图；图2为本发明纸幅另一实施例的平面示意图；图3为处于拉伸状态的图1中纸幅的平面示意图；图4为本发明纸幅又一实施例的平面示意图；图5为图1中5-5截面的剖面图；图6为图3中6-6截面的剖面图；图7为用于形成本发明纸幅的装置的简化透视图，其中部分装置倾斜以露出齿；图8为用于形成本发明纸幅的装置的啮合齿的简化剖面图；图9为用于形成本发明纸幅的优选装置的简化透视图；图10为形成本发明纸幅的优选方法的示意图。发明的详细描述尽管本发明的全文中以薄纸纸幅来进行描述，但“纸幅”并不限于此。“纸幅”意思是用下列方法形成的各种幅片将纸纤维的含水浆液沉积在合适的成形结构上，随后通过各种脱水装置从浆液中除去水分。这种纸幅包括诸如纸巾、擦纸、面巾纸和卫生纸之类的纸制品的基纸。形成纸幅的方法也通常包括在脱水过程中使纤维显著地重组的装置，及诸如通过起皱或湿微缩等方法预缩产品纸幅的装置。“纸幅”还包括通过各种空气铺絮(air-laying)过程形成的纸幅，空气铺絮过程可用水或不用水来进行空气铺絮纸幅。空气铺絮纸幅可以通过本领域公知的方法来粘结，包括使用合成纤维、乳胶等。此处所用的“纤维”指的是适用于形成本发明纸幅的纤维，包括矿物的、植物的、动物的和合成的纤维。优选的纤维是植物纤维包括木纤维和非木纤维。本发明的全文中中最优选的是木纤维，诸如通常用于薄纸等纤维素纸的软木和硬木纤维。总之，合适的木纤维是拉长的、锥形、厚壁木材组织，其赋予纸柔软性和拉伸强度。制造薄纸优选的纸纤维基本上无弹性。无弹性意思是纤维在本质上不认为是弹性的。此外，由于成品纸幅中纤维与纤维粘合性质的结果，通常用于浴纸、纸巾或擦纸的薄纸类型在本质上一般不认为是弹性的。尽管预缩提供了某种伸长性，在通常的造纸机上形成纸幅时，非起皱的纤维素纸制品趋向于无弹性，并且由于纤维与纤维结合的高密度，基本上不可伸长。纤维与纤维结合易脆而导致撕裂，而非伸展。因此，在传统造纸机上形成的纸幅不仅基本上是非弹性的，而且不能表现出非弹性伸长性的合适量。换句话说，与包括热塑材料的纸幅和膜材料相反，纸幅在本质上通常不能认为是弹性的或可伸长的。纸幅不趋向于具有与塑性可变形材料有关的“分子水平”的变形。然而，如下所述，本发明的纸具有意想不到的高伸长性，甚至弹性达到了一定程度。这种令人惊奇的伸长性和弹性赋予基纸幅，而无论制造的方法如何，如无论是传统或非传统的干燥方法。纸本发明的纸幅包括多个第一区域和多个第二区域，其中第一区域和第二区域可以明显地区分开。此处所用术语的“明显区分”指的是在纸幅材料或嵌在纸幅材料中的物品在正常使用时，正常的肉眼容易觉察到的纸幅材料的特征。除了第一区域可以与第二区域明显区分开之外，第一区域形成第二区域的边界，从而第二区域在本发明的纸幅上形成明显区分的图案。这种明显区分的图案的例子在此公开，包括菱形规则图案；波纹、波浪图案；三角形规则图案；各种形状的组合及类似图案。现参照图1和图2，其示出了处于未拉伸状态的本发明纸幅52的优选实施例，其既具有增加的厚度、增加的伸长性又具有增加的弹性。纸幅52具有两条中心线，即纵向中心线，其在下文也被称为轴、线或方向L，和横向中心线，其在下文也被称为轴、线或方向T。横向中心线T基本上垂直于纵向中心线L。在形成纸幅的造纸过程中，纵向中心线平行于“机器方向”(MD)，而横向中心线平行于“横向”(CD)。纸幅52包括不同区域的“可拉伸网络”。此处所用的术语“可拉伸网络”指的是相互连接和相互关联的区域群，这些区域可以在预定的方向伸长到某种有用的程度。此外，可拉伸网络可以为纸幅提供有用的弹性特性。“弹性的”意思是基纸可以是非弹性的，当形成本发明的纸幅时，可拉伸网络可以赋予纸幅拉伸回复性能，从而其响应外加的并随后释放的拉伸而呈现类弹性性能。可拉伸网络包括多个第一区域60和多个第二区域66。纸幅52也包括位于第一区域60和第二区域66之间界面上的过渡区域65。过渡区域65呈现出第一区域和第二区域性能的复杂组合。应该认识到本发明的各个实施例都具有过渡区域，然而本发明主要是由有区别的区域(即第一区域60和第二区域66)中纸幅材料的性能限定的。因此，本发明随后的描述将只集中在第一区域60和第二区域66中纸幅材料的性能，仅仅由于本发明并非明显地取决于过渡区域65中纸幅材料的复杂性能。尽管第一区域60在此处被描述为“多个”第一区域60，应该明白在一些实施例中(诸如图1所示的优选实施例中)，多个第一区域60可以形成一个相互连接的连续网络“区域”。因此，此处所用的术语“多个第一区域60”包括形成一个连续网络区域的相互连接的第一区域。尽管相互连接成一个连续网络区域，第一区域60还可以认为是不连续的相互连接并相互交叉的区域，例如下面描写的区域61和62。纸幅52具有第一表面(在图1和2中朝向观察者)和相对的第二表面(未示出)。在图1所示优选实施例中，可拉伸网络包括多个第一区域60和多个第二区域66。以61表示的第一区域60的一组优选线性的并且在第一方向(通常用D1表示)上延伸，其基本上垂直于第一方向。用62表示的其余第一区域60优选也是线性的并且在第二方向(用D2表示)上延伸。尽管第一方向垂直于第二方向是优选的，但只要第一区域61和62相互交叉，第一方向和第二方向之间的其它角度范围也是合适的。优选的是，第一方向和第二方向之间的夹角为约45°到约135°，其中90°是最优选的。第一区域61和62的交叉能形成图1中用点划线63表示的边界，其完全围绕第二区域66。如图1中所示的交叉的第一区域61和62为大致笔直的情形并不是必需的。此外，第一区域60如图1所示是交叉的不是必需的。例如，如图2所示，第一区域60为波浪形、非交叉的第一区域60，各个波浪形、非交叉的第一区域60形成具有在第一方向D1和第二方向D2延伸的部分的网状结构。与图1中形成的第一区域60完全形成第二区域66的边界的图案不同，图2所示的波浪形、非交叉的第一区域60分开第二区域但并不完全形成第二区域66的边界。优选的是，第一区域60的宽度68从约0.020英寸到约0.100英寸，更优选的是，从约0.030英寸到约0.050英寸。然而，对于第一区域60其它宽度尺寸也是合适的。在优选实施例中，如图1所示，第一区域61和62相互垂直并等距隔开，因此，第二区域优选具有大致方形或菱形的形状。一种构形是第一区域的宽度约0.040英寸，并且以中心距中心距离为约0.212英寸的间距平行隔开。然而，对于第二区域66的其它形状也是合适的，并可以通过改变第一区域之间的间隔和/或第一区域61和62之间彼此的对准性而获得。第一区域60的一个显著特点是“网状结构”的形成，其一部分在图1和图2中以虚线88示出。针对第一区域60的“网状结构”意思是第一区域60中的部分可以模塑成两维弹簧，在纸幅的平面上可以伸长并提供一些回复力，使纸幅具有某些弹性。尽管图1和2所示的第一区域描述了第一区域60的现有的优选图案，但这些并不是限制性的。也可以考虑其它合适的交叉和非交叉图案，唯一的限制是第一区域和第二区域在外部拉伸施加时经受几何变形，在至少一个方向上赋予纸幅增加的伸长性和弹性。如图1和2所示，纸幅52已经通过下面描述的方法“成形”，从而在受到基本上平行于横轴的外加轴向伸长量时，纸幅52沿着在所说明的该实施例中基本上平行于纸幅横轴的轴线呈现伸长性或弹性的性质。此处所用术语“成形”指的是纸幅上所需的结构或几何形状的产生，当纸幅不受任何外加伸长量或力时纸幅基本上保持所需的结构或几何形状。第一区域60基本上是宏观单平面的，即基本上未被后续的加工过程变形，从而没有或很少经受来自平面的变形。即，第一区域60中的材料在纸幅52经历成形步骤的前或后处于大致相同的状态。第二区域66包括多个突出的肋状件74。肋状件74可以通过压花、形成凹陷或这些方法的结合以形成通常称为“扇形折叠”结构。肋状件74的各“扇形折叠”结构具有基本上平行于纸幅52纵轴的第一或主肋轴70和基本上平行于纸幅52横轴的第二或次肋轴71。对于各肋状件74而言，主肋轴70基本上垂直于次肋轴71。肋状件74可以是连续的，在其间没有未成形区。突出的肋状件74的主肋轴70和次肋轴71可以相对于纸幅平面以不同于图1或3所示的方式取向，例如使主肋轴70基本上平行于纸幅的横轴取向。此外，目前优选的是各肋状件74的主肋轴70相互平行对齐，但是如果不是这样的话，本发明的许多优点，包括增加的蓬松度也可以实现。如图3所示，当纸幅52受到以箭头80表示的外加的轴向拉伸D时，第二区域66的肋状件74经受几何变形或展开，并对外加的伸长产生最小的阻力。此外，由于第一区域60形成的网状结构的能力，第一区域60的形状作为外加拉伸的结果而改变而充当二维弹簧的作用，即通过经受第一方向D1和第二方向D2之间角度关系的变化而伸长。当第一区域60发生几何变形时，第二区域66形状也发生变化，这是由于第一区域60邻接、分离，并且在某些情况中形成第二区域66的边界。因此，当纸幅52受到外加伸长时，第一区域60经受几何变形，即从网状结构中变直，由此改变第二区域66的形状。第二区域66在平行于外加伸长的方向上延伸或拉长，并在垂直于外加伸长的方向上缩短。如下面更详细描述的，可以了解几何变形的其它方式。如图1和3所示，无论交叉与否，第一区域60一般具有在第一方向D1或第二方向D2上延伸的部分，这些方向在纸幅平面中具有主肋轴分量和次肋轴分量。换句话说，如下所述，优选的是第一方向D1或第二方向D2不应形成为平行于第二区域66的主肋轴70或次肋轴71。使既不具有主肋轴分量也不具有次肋轴分量的第一区域60中的部分(诸如图1中第一区域60的交叉点)优选最少，并且认为这些部分对纸幅伸长性和弹性的影响很小。尽管希望使既不具有主肋轴分量也不具有次肋轴分量的第一区域60中的部分最少，但在第一区域60中的大部分与第二区域66的主肋轴或次肋轴对齐的情况下，本发明的许多优点也可以实现。例如，图4所示的具有一些平行于70第一区域64的纸幅仍然是蓬松和可伸长的。当主肋轴70与纵轴L(如图10所示纵轴L在纸幅加工过程中又对应于机器方向)平行对齐时，这种构形在保持机器方向的拉伸强度是很有用的。可以考虑其它构形，诸如具有一些平行于图4所示的主肋轴70的第一区域64，而主肋轴70与横轴T平行对齐，在纸幅加工过程中横轴T又对应于机器方向的横向。无需理论证明，据信本发明纸幅的伸长性或弹性是由于第二区域66的扇形折叠结构具有沿肋状件以三维几何方式展开的能力。同时，如图3所示，第一区域60基本上在纸幅平面内以二维几何方式在大致平行于施加载荷分方向收缩。第一区域60的收缩和所产生的第二区域66的形状变化可以认为是二维泊松效应的模拟。例如，如参照图1所详细描述的，当纸幅沿大致平行于横向中心线T的方向伸长时，第二区域66的形状如图2所示地变化，其中一个尺寸增加而另一尺寸减小。如上所述，通过避免主肋轴70或次肋轴71与第一区域60中第一方向D1或第二方向D2中的一个基本上平行对齐而提供同时的第二区域66的展开和第一区域60的收缩。本发明纸幅的另一个优点是其对应于至少一个方向的伸长而增加其蓬松度的能力。无需理论证明，参照图5和6，这种性能描述为几何变形的不连续方式。图5示出图1所示的纸幅52的未拉伸部分的截面5-5。示出的第二区域66带有本发明的方法初步形成的代表性的肋状件74。在初步成形时，肋状件赋予纸幅初始厚度C1。当受到图2和图6中箭头80表示的外加轴向伸长D时，第二区域66中的肋状件74经受几何变形的第一方式，即褶状形式的肋状件展开。在发生第一方式几何变形时，第二区域66的形状由于几何变形的第二方式的结果(即由第一区域60形成的网状结构的运动，诸如图2所示的第一区域61和62的交叉)而同时变化。几何变形的第二方式使得第二区域66在垂直于外加伸长的方向上收缩或缩紧。当第二区域66的形状变化时，第二区域66的肋状件74由于大致垂直于外加伸长的聚拢力迫使它们超出初始位置的平面而经历了几何变形的第三方式。如图6所示，这种纸幅受到伸长后的聚拢或“隆起”使得厚度增加。如果伸长超出纸幅的弹性范围，这种厚度的增加中的大部分在伸长力除去后仍然保持着，使纸幅具有新的厚度C2。这种纸幅的“隆起”赋予纸幅更均匀的纹理和蓬松性，进一步提高本发明纸幅所需的厚度产生的特点。因此，由于在第二区域66中形成的突起的肋状件、伸长性和第一区域和第二区域之间的几何关系，本发明纸幅一个优点是其增加的蓬松度和纹理。根据基纸和采用的工艺参数(如下所述)，纸还可以在至少一个方向呈现明显的弹性量。增加的伸长性和弹性还有助于提高总体外观和触感，后者对于消费者的认同是很重要的。制造方法参照图7，示出了用于形成图1所示纸幅52的装置400。装置400包括啮合压板401，402。压板401和402分别包括多个啮合齿403和404。压板401和402在压力作用下对到一起而形成本发明的纸幅。压板402包括齿区407和槽区408，在压板402的齿区407中有多个齿404。压板401包括与压板402的齿404啮合的齿403。当纸幅在压板401和402之间成形时，位于压板402的槽区408和压板401的齿403内的纸幅部分保持基本不变形。这些区域对应于图1所示纸幅52的第一区域60。位于压板402的齿区407(包括齿404)和压板401的齿403之间的部分逐渐成形而产生纸幅52的第二区域66中的肋状件74。尽管图7示出了适用于生产具有图1所示第一区域60的图案的纸的压板，本领域的普通技术人员能容易地设想用于生产其它图案(诸如图2和4所示的图案)的类似压板。据信本发明的纸幅可以是图案独立的(pattern-independent)的，即只要第一区域60形成网状结构图案，并且第二区域66具有突起的肋状件，使得第一区域和第二区域可以经历如上所述的几何变形，这种图案在本发明的范围之内。上述图案可以发生上述公开的几何变形的方式，而这些变形方式又使纸在拉伸时呈现伸长性、弹性和增加的厚度。类似地，尽管图7示出了一个具有齿区的压板(压板401)和一个具有槽区(即非齿区)的压板(压板402)，本领域的普通技术人员能容易设想出两个都具有齿区407和槽区408的压板。在该构形中，下列方式是具有优势的采用相同图案的压板，其中图案在对齐位置或偏离位置相互啮合，这些图案为规则图案或随机偏离的图案。下列方式也可以是具有优势的采用都有齿区和非齿区的压板，其中一个压板的非齿区形成第一图案，另一压板的非齿区形成不同的第二图案。这些和其它压板设计和考虑的变形都是本发明的优选和构形实施例的示例，而非限定性的。图8示出啮合的齿403和404的局部剖面图。肋状件的深度、间隔和数量可以是不同的以控制厚度最终的增加，及本发明纸幅的有效拉伸。特别是，肋状件74的数量、间隔和深度确定了第二区域的表面路径长度。此处所用的“表面路径长度”指的是沿区域的外形表面在基本上平行于某一轴的方向的测量值，如与本发明具有共同受让人的下述专利所公开的那样1996年5月21日授予Chappell等人的美国专利5518801，该专利在此处引用作为参考。对于本发明的纸幅来说优选的齿构形是齿高为0.060英寸，齿距为0.030英寸。本发明成品纸的成形的厚度通过啮合压板的啮合深度设定。如图8所示，从齿403的齿顶到齿404的齿顶测量啮合度E的深度。随着啮合度E的深度增加，肋状件74的高度也增加。无需理论证明，纸幅的永久变形通过截断纤维粘结和纤维重取向而实现，这是由于纸幅是不能产生塑性变形的。啮合度E程度越高，纤维粘结的断裂程度越高，重取向的程度也越大。因此，纸幅的拉伸特性趋向于降低增加的啮合度。对于给定的初始厚度来说，齿高TH、齿距P和啮合度E可以调整而达到拉伸性能、厚度和纸幅弹性和伸长性的较好平衡。成形方法可以以静态方式完成，一次纸幅上一个不连续的部分变形。或者，成形方法可以采用连续、动态压力机来完成，以断续地接触移动的纸幅并将纸幅成形为本发明的成形纸幅。这种动态压力机包括啮合的带齿啮合压力滚子500，如图9所示。滚子502包括齿区507和槽区508。在滚子502的齿区507中有多个齿504。滚子501包括与滚子502的齿504啮合的齿503。当纸幅在滚子501和502之间成形时，纸幅位于滚子502的槽区508和滚子501的齿区503中的部分保持基本不变形。这些区域对应图1所示纸幅52的第一区域60。动态压力滚子500最好用于图10简要示出的成形装置600中，作为本发明纸幅制造方法中的一个部件。成形装置600包括用于从缠料辊610上展开连续纸幅50的装置。纸幅50由合适的装置605导引到压力滚子500，在压力滚子500处实现本发明的纸幅52的成形。一旦纸幅52成形，纸幅由合适的装置605导引到进一步的转化过程，诸如收料辊620。可以考虑另外的方法变化，包括在1996年5月21日授予Chappell等人的美国专利5518801中详细描述的各种方法和变形，该专利在此处引用作为参考。尽管图9示出了一个具有齿区的滚子(滚子501)和一个具有槽区即非齿区的压板(滚子502)，本领域的普通技术人员能容易设想出两个都具有齿区507和槽区508的滚子。在该构形中，下列方式是具有优势的采用相同图案的滚子，其中图案在对齐位置或偏离位置相互啮合，这些图案为规则图案或随机偏离的图案。下列方式也可以是具有优势的采用都有齿区和非齿区的滚子，其中一个滚子的非齿区形成第一图案，另一滚子的非齿区形成不同的第二图案。类似地，使用具有不同直径的滚子也是具有优势的，其中槽区508可以形成相同或不同的图案。这些和其它滚子设计和构形的变形都是本发明的优选和考虑的实施例的示例，而非限定性的。在一实施例中，本发明的方法包括在纸幅在压力滚子500上成形之前向纸幅50施加润湿剂。优选的润湿剂是水，但也可以添加其它的润湿剂，例如包括湿强度化学试剂和软化化学试剂。尽管润湿剂的添加不显著地影响厚度增加或伸长性特性，但会使处理后经受的拉伸强度的损失最小。无需理论证明，由于纤维素纤维结构的增塑作用，诸如水一类的润湿剂的添加保持了一定量的拉伸强度。水的添加使纤维素结构增塑，从而使其更容易由本发明的方法成形，而不会发生象干燥条件下发生的那么多的纤维断裂。这种增塑作用可能是由于纤维素结构中氢键的减少产生的，并依赖于纤维的膨胀以使纤维增塑并使纤维更具有柔性。(在纸幅成形过程中添加的)湿强度添加剂，诸如Kymene557H或品名为7MT的羧甲基纤维素(CMC)，都可以从WilmingtonDE.的Hercules，Inc.购得，这些湿强度添加剂在纤维的增塑作用中有助于结构保持粘结。如图10所示，水施加器640向纸幅50施加预定量的水，添加的水分占纸幅重量的约10％到80％，优选是40％到60％。在一个实施例中，纸幅重量50％的水分施加到纸幅上，且成功地使拉伸强度的损失最小。一旦成形，纸幅52就可以用合适的装置干燥，或者对其进行进一步的转化操作中处理成湿态，一旦纸幅缠绕在收料辊620后通过蒸发来干燥。本发明的纸幅可以包括叠层，如多层纸幅。叠层可以在采用本领域普通技术人员公知的任何粘结方法在成形步骤之前、过程中或之后来合成。这些粘结方法包括，但不限于热结合、压力结合或粘结剂结合(采用任一种粘结剂，包括但不限于喷散粘结剂、热熔粘结剂、乳胶基粘结剂等)。粘结剂粘结可以这样完成，即在叠加之前通过在一层上均匀地施加粘结剂层或在至少一层上施加不连续的粘结剂点，如规则或随机图案的点粘结。另一种方案是，粘结剂可以以连续的网络(对应图1中连续第一区域的网络)施加在至少一层上。在一个实施例中，叠层可以通过粘结剂结合两层传统纸而形成，如使用由3MCorp.出售的“Super77”压敏喷散粘结剂。粘结剂非常薄的雾均匀地施加在一层上，小心地将第二层放在含粘结剂的层上，注意不要使各层起皱纹。然后，轻轻地用手压以确保两层结合到一起。在制造多层的叠层时，本发明的纸幅可以置于任何构形中。例如，如果两层叠层的各幅片都形成有带肋状件74的第二区域64，各幅片的第二区域66定位成在叠层结构中对齐。或者，将各层的第二区域设置成在叠加时不对齐是有益的。类似地，在一个幅片上采用第一图案和在另一个幅片上采用不同的第二图案来形成多层叠层是有益的。如果不希望纸幅具有伸长性，可以制成各基底幅片具有必不可少的双倍蓬松度而无伸长性的多层叠层。这可以通过叠加本发明的至少两个幅片而实现，各幅片具有第二区域66的主肋轴70，其通常垂直于另一层的第二区域66的主肋轴70。例如，参考图1，具有基本上平行于纵向中心线L的主肋轴70的第二区域66的一个幅片可以与具有基本上平行于纵向中心线L的主肋轴70的第二区域66的第二个幅片叠加。由于纸幅52可以制成在基本上平行于第一轴70的方向上呈现较小的伸长性，以此方式形成的叠层可以在任一方向上呈现较小的伸长。例子下面是本发明特定实施例的示例。厚度、伸长量和拉伸强度的数据是通过下述试验方法一节所描述的试验方法获得的。例1本发明的纸幅采用类似于图7所示的啮合压板制成。啮合压板是通过将填充环氧树脂材料的铝浇筑到机加工的金属模具中而形成的两块啮合的压板，约5英寸宽，12英寸长，0.75英寸厚。啮合压板的齿必需是三角形状的，即锥形的，在齿根测量大约为0.030英寸并逐渐变细而在齿顶的半径大约为0.008英寸。各齿的高度为0.060英寸并设定成0.030英寸的齿距。各压板安装有配合的孔和销，以确保置于一起时压板准确连续地配合。在对应图7中压板402的一板的有齿侧上机加工出对应图7中槽区408的一系列槽。槽的宽度为0.040英寸，平行槽的中心到中心的间隔为0.275英寸。在传统造纸设备上制造定量为20lbs/3000sq.ft.的北方软木牛皮纸纤维的单层纸幅。用蒸馏水使纸均匀地饱和至占干燥纸幅重量的大约80％。饱和的纸置于两个啮合压板之间，使纸幅的机器方向为纵向，对应于图7所示的纵向中心线L。可以注意到，这种构形使得纵向机器方向也平行于成形纸幅的肋状件的次肋轴。其间放置纸的啮合压板放在液压机上，液压机的压台大于压板以确保压板上的压力均匀。垫片置于压板的边缘上以限制啮合压板的啮合度到0.018英寸。压板受到液压机的4000lbs的压力的压缩，导致由于压板的啮合齿件而发生的纸变形。大约10秒后撤去压力，使纸在空气中干燥。用下面描述的测试方法测试基底纸幅和成形纸幅并进行比较。基纸的厚度为8.1mils(0.008英寸)，横向的拉伸为6.1％。通过在啮合压板之间受压成形后，纸幅的厚度为24.1mils，横向的拉伸为24.4％。由于纸的定量保持基本上未变，厚度的增加代表蓬松度增加大约200％。因此，蓬松度和横向拉伸大大提高。例2本发明的纸幅采用图10所示的方法制成。压力滚子500的滚子通过在对应于图9所示的滚子501和502的两个10英寸长，直径6英寸的钢滚子上机加工槽而形成。机加工的槽限定对应于图9中所示的齿503和504的齿。齿基本上是三角形状的，在齿根测量大约为0.030英寸，逐渐变细而在齿顶的半径大约为0.004到0.008英寸。各齿的高度为0.060英寸并设定成0.030英寸的齿距。在对应图9中滚子502的滚子上机加工出对应图9中槽区508的一系列槽。槽的宽度为0.040英寸，平行槽的中心到中心的间隔为0.275英寸。两个滚子设定成啮合关系以形成对应于图10所示的压力滚子500的带齿的压力滚子。在传统造纸设备上制造定量为20lbs/3000sq.ff.的北方软木牛皮纸纤维的单层纸，并设置在对应于图10中滚子610的滚子上。纸幅以40ft/min的速度送入压力滚子，压力滚子设置成不同的啮合度。压力滚子的齿区和非齿区设置成纸幅的机器方向平行于成形纸的肋状件的。如果采用水的话，在压力滚子中成形之前，用Wheaton，IL的SpraySystemsCo.的喷嘴(喷嘴型号为2850/73320)来施加水。下面的表1示出了由于不同啮合度和向纸幅施加水，基底纸幅的厚度和横向拉伸是如何变化的。此外，所示出的机械方向拉伸强度的变化进一步说明在纸幅成形之前添加水的有益效果。从表1中可见，厚度和机械方向的拉伸随着啮合度的增加成功地增加。特别注意的是加水和不加水的情况下0.020英寸的啮合度的结果的比较。即使机械方向的拉伸特性随着啮合度的增加而下降，水的施加也可以大大地改善对于具体啮合度的机械方向的拉伸性质。表1纸性质的比较<tablesid="table1"num="001"><table>啮合度(in)添加的水(％)MD拉伸强度峰值(g/in)厚度(mils)CD拉伸量(％)基纸023509.66.30.0105019501415.40.0155013681924.10.020509482328.70.02003802228.30.025508532639.1</table></tables>试验方法厚度纸幅的厚度为预处理的纸在受到直径2英寸的压力脚施加的95g/in2(15g/cm2)压力载荷时的厚度。“预处理”指的是根据TAPPI方法#T4020M-88，纸幅在温度为23±1℃，相对湿度为50±2％的环境下放置24小时。厚度是用Thwing-Albertmode89-11厚度试验机(Thwing-AlbertCo.ofPhiladelphia，PA生产)测量的。拉伸和百分比拉伸量试验拉伸试验用于测量力相对于百分比伸长量的性质。试验在从Philadelphia，PA的Thwing-AlbeftCo.购得的Thwing-AlbertIntellectⅡ-STD型号为1451-24PGB的试验机上进行。该试验的样品为1″(宽)×6″(长)，样品的长轴平行于样品的最大伸长性。样品应用设计用来切割精确的1″宽试样的锋利的Exacto刀具或其它合适的锋利切割器具切割。(如果材料的伸长性多于一个方向，样品可以切割成平行于伸长量的代表性方向)。样品应切割成能形成代表变形区域的整个图案对称性的面积。也会存在这样的情况(由于变形部分的尺寸或区域1和2的相对几何关系的变化)，即样品必须切割成大于或小于在此所建议的尺寸。在此情况下，与所给的任何数据一样，注意样品的尺寸、切割的样品的变形区域的面积是很重要的，并且最好包括用于样品的代表性区域的简图。测试给定材料的三个样品。Thwing-Albert拉伸试验机的夹爪包括气动夹爪，设计成沿垂直于试验压力方向的一条线集中全部夹持力。用钢尺在夹爪边测量，夹持力的线之间的距离应该为4″。该距离称为“测量长度”。样品以其长轴垂直于所施加的百分比伸长量的方向而置于夹爪中。十字头的速度设定为4in/min。十字头拉长样品，直到样品断裂，此时十字头停止并返回到其初始位置(伸长量为0％)。百分比拉伸量是在纸样品失效之前达到最大载荷时的百分比伸长量。三个样品的平均百分比拉伸量纪录在表1中。尽管描述和说明了本发明的具体实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明精神和范围的前提下可以进行各种变化和改型是很明显的。此外，尽管本发明的整个纸幅可以包括第一区域和第二区域的可拉伸网络，但本发明也可以只通过具有包括第一区域和第二区域的可拉伸网络的纸幅的特定部分来实现。因此，上述内容趋于包括所附权利要求书中的本发明范围内的各种变化和改型。权利要求1．一种纸幅，具有纵向中心线和横向中心线，多个第一区域和多个第二区域，所述第一区域形成分隔所述第二区域的边界，所述纸幅的特征在于所述第一区域基本上是位于所述纸幅的平面内，所述第二区域包括多个从所述平面突出的肋状件，所述各第二区域中的所述肋状件平行于并垂直于次肋轴，所有或大部分所述各第一区域既具有主肋轴分量又具有次肋轴分量；当所述纸幅沿至少一个所述轴受到外加的伸长量时，所述第一和第二区域经受几何变形。2．如权利要求1所述的纸幅，其特征在于，所述第一区域形成连续的网络，从而所述第一区域形成完全环绕所述第二区域的边界。3．如权利要求1或2所述的纸幅，其特征在于，所述第一区域形成网状结构，能够在所述纸幅的所述平面内经受几何变形的第一方式，所述变形的第一方式为当所述纸幅材料沿至少一个所述轴受到外加的伸长量时所述网状结构在所述纸幅的所述平面内的总的伸长。4．如权利要求1、2或3任一项所述的纸幅，其特征在于，所述肋状件形成扇形折叠结构，能够经受几何变形的第二方式，所述几何变形的第二方式为当所述纸幅材料沿至少一个所述轴受到外加的伸长量时所述扇形折叠结构的总的展开。5．如权利要求1-4中任一项所述的纸幅，其特征在于，所述肋状件能够经受几何变形的第三方式，所述几何变形的第三方式为当所述纸幅材料沿至少一个所述轴受到外加的伸长量时所述第二区域的从所述平面突出的伸长。6．一种多层纸幅，其中至少一层具有纵向中心线和横向中心线，多个第一区域和多个第二区域，所述第一区域形成分隔所述第二区域的边界，所述纸幅的特征在于所述第一区域基本上是位于所述纸幅的平面内，并且所述第二区域包括多个从所述平面突出的肋状件，所述各第二区域中的所述肋状件平行于并垂直于次肋轴，所有或大部分所述各第一区域既具有主肋轴分量又具有次肋轴分量；当所述纸幅沿至少一个所述轴受到外加的伸长量时，所述第一和第二区域经受几何变形。7．如权利要求6所述的多层纸幅，其特征在于，所述至少一层的第一区区域形成连续的网络，从而所述第一区域形成完全环绕所述第二区域的边界。8．一种制造纤维素纸幅的方法，所述方法的特征在于包括下列步骤(a)提供纤维素基底；(b)提供带有齿区和非齿区的第一压板；(c)提供带有齿区的第二压板，所述第二压板与所述第一压板对齐，从而操作配合时所述第一压板的所述齿区与所述第二压板的所述齿区啮合；(d)在所述第一压板和所述第二压板之间压所述纤维素基底，从而所述齿区使所述纸幅变形以形成不连续的扇形折叠肋状件的区域。9．一种制造纤维素纸幅的方法，所述方法的特征在于包括下列步骤(a)提供纤维素基底；(b)提供配合的带齿的压力滚子，其包括与具有啮合齿区的第二滚子可操作地啮合的具有齿区和非齿区的第一滚子；(c)在配合的带齿的压力滚子之间压所述纤维素基底，从而所述的第一滚子的所述齿区使所述纸幅变形以形成不连续的扇形折叠肋状件的区域。10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二滚子还包括非齿区。全文摘要本发明的纸幅具有纵向中心线(L)和横向中心线(T),并包括多个第一区域(60)和多个第二区域(66)。第一区域(60)形成分隔第二区域(66)的边界,第一区域(60)基本上位于纸幅的平面内。第二区域(66)包括多个从所述平面突出的肋状件(74),各第二区域中的肋状件(74)平行于主肋轴并垂直于次肋轴。所有或大部分第一区域既具有主肋轴分量又具有次肋轴分量。当纸幅材料沿至少一个轴受到外加的伸长量时,第一区域和第二区域经受几何变形。本发明的方法包括下列步骤:提供纤维素基底;提供带有齿区(407)和非齿区(408)的第一压板(402);提供带有齿区的第二压板(401),第二压板(401)与第一压板对齐,从而操作配合时第一压板的齿区与第二压板的齿区啮合;在第一压板和第二压板之间压纤维素基底,从而齿区使所述纸幅变形以形成不连续的扇形折叠肋状件的区域。可以选择的是,纤维素基底可以在受压步骤前润湿。文档编号B29C55/18GK1296538SQ99804996公开日2001年5月23日申请日期1999年4月12日优先权日1998年4月16日发明者戴维·W·卡贝尔,马克·R·理查兹申请人:宝洁公司