具有高中心平面抗性的工业过滤织物的制作方法

专利名称：具有高中心平面抗性的工业过滤织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于卷筒式强化机(web consolidation machine)诸如造纸机的工业过滤织物。它特别涉及此种类型的织物一即使用被两个经纱系统交织的三层纬纱构造的 织物，其中至少纸侧层中的经纱包含在织物的纸侧表面一起形成连续经纱路径的至少两根 纱的组。纸侧层中的经纱还与中间纬纱交织，但不与机侧层纬纱交织，并且机侧层中的经纱 还与中间纬纱交织，但不与纸侧纬纱交织。
背景技术：
本文所用的术语“工业过滤织物”指编织的织物，诸如用于使纤维或类似固体的分 散体(dispersion)或稀释浆料排流、成形或另外地强化为某种程度粘合的垫(mat)或网的 织物。此类织物提供接受分散体或浆料的初始沉积的移动支撑表面，并携带或以其它方式 支撑它达适当的距离。穿过织物的孔可提供液体的排流，同时形成固体的初始粘合垫或网。本发明特别适用的一种工业过滤织物是“造纸织物”。此术语指用于制造纸和相似 的片层产品(sheet products)的工艺的工业纺织品；并且此类织物包括成形织物、压榨毛 毯和干燥部织物(dryer fabrics) 0本发明特别涉及用于形成纤维素纤维的连续网的造纸 成形织物。对于这些工业过滤织物，术语“纸侧”或PS指在其上形成粘合垫或网，或者，在后 期输送所述粘合垫或网的织物的大致平坦的表面。术语“机侧”或MS指位于纸侧相反方向 的表面，并且通常处于与使用其的机器的各种固定元件移动接触，所述固定元件诸如造纸 机的排流元件、滚筒、箔和刀片。在下面的讨论中，本发明的新颖织物主要是在造纸工艺环 境中描述的，但是应理解，本发明不限于此，并且本发明将在许多其它特定的工业过滤应用 中找到用途，所述工业过滤应用包括纸浆脱水和纸浆饼形成、污水处理、非织造物成形和运 送以及类似应用。在造纸工艺中，约造纸纤维的非常稀的浆料与约99%的水和其它造纸成分 的混合物一起被从流浆箱的堰板开口(slice opening)以高速和高精确度喷射到移动的 成形织物的PS。织物被许多滚筒引导和驱动经过辅助除去穿过织物的水的多个排流箱 (drainage box)和箔，以在后面留下随机分散的、松散粘合的造纸纤维的网状物或网。在 成形部结束时，此网被转移到压榨部，在该部，随着网被在压榨织物之上或一系列压榨织物 之间搬运，并被引导穿过一个或多个辊隙(nip)，发生通过机械压力的进一步的水去除。然 后，现在自支撑的但仍然非常湿的网被转移到造纸机的干燥部，在这里，通过蒸发去除剩余 的水。然后，在得到的纸制品被最终缠绕到卷轴、裁定尺寸和包装发运之前，其可经受各种 处理。已得到广泛承认，成形织物在纸幅的初始形成中起关键作用。成形织物需要同时 满足多种物理要求。它必须是粗糙的，以在其被驱动经过成形部的各种固定接触表面时，随 时间抵抗其下(机侧)表面所暴露于的连续移动接触。它必须是稳定的，以便在操作过程 中不起皱或歪斜。同时，它必须提供适当的PS表面，对于光滑的纸制品来说，该表面需要是 非常细密的，储备浆料中的各个纤维，以及任何添加的细屑和填充料在该表面沉积以形成平面网，该平面网在于造纸机的下游部中去除水之后将被最终强化为连续的片层。造纸工 艺中使用的织物的细度(即纱的尺寸、网目中的开口和织物提供的每单位面积的支撑点的 数目)将部分受储备料中使用的造纸纤维的长度支配，部分受成形的纸制品的最终用途要 求的支配。还已知，增加织物的纱细度，即通过减小它们的直径，同时增加纱支数，提供对于 较短的造纸纤维的增加的支撑；但是这导致在提供织物的充足机械稳定性方面的问题。使 用较小的纱直径的另一个问题是它可提供更加开放的织物结构，以致片层在离开成形部末 端的伏辊时更加干燥。
造纸纤维越来越多地是从回收的材料获得的，而此类纤维一般比从原始来源获得 的纤维在长度上更短，如回收纤维为0. 5-1. 5mm，相比之下，原始来源的为2_4mm。造纸储备 料越来越多地含有显著百分比的此类回收的纤维，如果它们要在造纸工艺中提供益处，则 它们必须被它们沉积的织物的网目支撑。造纸纤维的增加的支撑只能通过减小从中编织织 物的纱的横截面面积和增加网目(即每个织物方向的纱的密度或数目)来提供。细网目将 为造纸纤维提供更多的支撑点，但是细网目也将造成比用更大的纱编织的相当的织物粗糙 度降低的编织结构。因此，在这些织物中使用更细的纱得到更薄的织物结构，其机械稳定性 更差，并具有降低的抗磨性，导致需要寻找提供所需的稳定性和抗磨性的其他手段。所有造纸机共有并且可对网的成形性质具有不利影响的另一问题是“冲击排流 (impingement drainage) ”的问题，即将过量的储备料在织物的冲击点或附近排流进入或 穿过移动的成形织物，如下文所讨论的。在成形部(具有或不具有初始的开放表面部分)的初始部分，高度含水的储备料 的无支撑射流从流浆箱堰板被高速喷射到移动成形织物的开放的PS表面上，或者在双网 成形装置的情况下，喷射进入两个移动成形织物之间的大致会聚的楔形空间。射流在于冲 击点冲击成形织物的PS表面之前将通常横动短距离。储备料射流的直线轴和在其上造纸 的成形织物的PS表面之间形成的冲击角通常非常小。在长网造纸机中，该角通常最高为约 4°，但是对于桨叶间隙成形装置(blade gap former)，该角最高为约6°，并且在现代辊隙 成形装置(modern roll gap former)中，该角可最高为约10°。由于冲击角不能为零，即 与双网造纸机(twin fabric paper making machine)中的织物表面相切，至少部分是因为 储备料射流在流浆箱堰板和冲击点之间的空间中在与织物表面垂直的方向上加宽，储备射 流施加到成形织物上的压力可被分解为两个分量一个分量基本上与织物表面相切，而一 个分量基本上垂直于织物表面，两个分量在联合时对冲击排流速率具有可观的影响。这一冲击排流问题，并且特别是对于在更高速度下和用更大冲击角操作的 机器的增加的重要性在以下中讨论Danby，Roger和Dale Johnson, Float Forming, Proceedings (浮法成形进展)，PAPTAC 第 92 届年会，2006，Montreal, QC，2006 年 2 月，第 C141-C148 页。如那些作者指出的，冲击角越高，冲击速度越大。这些力与成形织物在机器方向移 动的速度成正比即随着机器速度增加，冲击力也增加。影响冲击特性的另一因素是造纸机 自身的机械几何学。如上文指出的，较新的造纸机上使用的现代辊轧成形装置具有比大多 数先前使用的成形部构造中更大的冲击角，并因此具有更大的冲击速度，这又导致了包括 以下的问题更差的细屑保留、片层包埋和通常降低的成形品质。
在成形织物可以IOOkph或更快的速度移动的现代高速造纸机中，垂直于织物表 面的较小的压力分量对成形织物施加了显著水平的力，这可造成在成形部的初始部分中过 度的冲击产生的储备料排流。此压力分量(“冲击压力”)，其在一些机器中较小但是在许 多较新的机器中具有增加的重要性，和固定排流元件产生的湍流力，连同增加的特定填充 料和更短的造纸纤维的使用，具有降低首次通过保留和增加早期的网的初始层向成形织物 的纸侧表面的包埋的不期望的效应。众所周知，在任何造纸机上，在启动条件下并从流浆箱堰板递送不含造纸纤维的 正常造纸的水体积到成形织物上，此水将在非常短的距离内排干，该距离为大约12英寸 (30cm)或小于典 型的成形部的总计可用的排流长度的1%。这表明，没有纤维，所有成形织 物具有远远超出造纸所需的排流能力。但是，一旦引入造纸纤维，排流就以由纤维的长度、 纤维的量、成形织物的造纸表面的支撑特性和由阻挡和阻滞冲击排流的力决定的速率被阻 滞。这也是长网造纸机的开放表面上安装的初始成形板如此成功的原因。在一些更现代的 双网成形装置诸如空隙成形装置中，冲击靴起到此功能。但是，由于辊轧成形装置的机械构 造造成缺乏空间，冲击靴不能用于辊轧成形装置中。鉴于大多数新机器是辊轧成形装置，这 是一个重要的问题。还众所周知，冲击排流可造成片层印记(sheet marking)，成形织物对造纸纤维、 细屑和填充料的低保留(即低的首次通过保留)，和成形织物的纸侧层的堵塞(即片层密 封)。除非成形织物的结构被设计为允许它管理和控制冲击排流，否则机器速度和/或造纸 机效率的进一步增加可被限制，或者在空隙成形装置的情况下，直接依赖于成形靴或成形 板构造的改进。相似地，对于上面指出的其他工业过滤目的，冲击排流将对过滤织物实现使用其 的特定目的的效率具有不利影响。纤维越短，并且来自织物的纤维支撑越低，过滤效率就越 低。造纸工业的未来需求将毫无疑问地是针对日益减轻的定量的片层，其制造将需要 使用因回收而造成的日益减低的纤维长度，并使用更高的造纸机速度以降低生产成本。为 了实现这一点，将需要比现在可得的更细的造纸织物结构，其将使用横截面面积日渐减小 的纱来进行编织或以其他方式进行装配。所得的织物结构比使用相对较大尺寸的纱编织的 那些更薄并且更不稳定。如果采用造纸机速度的此类增加和较新的高速造纸机的机械设 计，这将需要更大的织物稳定性，特别是在机器横向上，以产生均一定量的纸片层。因此，存在对满足这些新要求、降低的纤维长度的问题和克服上文讨论的使用更 细的纱的缺点的织物编织设计的需要。现有技术的讨论造纸织物生产商已认识到这些相互矛盾的需要，并已采用各种方式来试图解决它 们。从Seabrook 等人的 US 5，826，627 和 Barrett 等人的 US 6，334，467 得知，使用成 对的内在纬粘合纱(binder yarn)提供粘合于相对粗糙的和稳定的机器接触结构的非常细 的纸侧网目，织物还包括两层纬纱，一层位于织物的纸侧表面，另一层位于机侧表面。还从Johnson 等人的 US 6，202, 705 ；Stone 等人的 US 6，240, 973 Johnson 等人的 US 6，581，645 ；和Stone的US 7，108，020得知，使用成组的三经纱(三重线)将纸侧和机侧表面的两个纬层粘合在一起。相似地，从Danby等人的US 7，426，944得知，使用成对的经纱粘合两层纬纱。在 这些参考文献的每一篇的织物中，每两根或三根纱一组的经纱一起在织物的纸侧表面形成
单一联合路径。 还已知提供以不同方式被经纱粘合在一起的三层纬纱。例如，Tsuneo的US 4，640，741公开了包括交织的两层经纱和三层纬纱的造纸成形织物，其中上层的经纱与上 层和中间层纬纱中的纱交织，而下层经纱与下层和中间层纬纱中的纱交织。两层经纱是单 独即不是成组诸如双重线(pair)或三重线排列的，并且不同时与相同的中间层纬纱交织。 此外，参考文献没有教导适宜获得平织纸侧表面的任何方式，而平织纸侧表面对于产生高 质量纸张目的是特别有利的。已知平织纸侧表面结构提供编织结构中纤维支撑的最高可能 水平，在其中储备料中包括了较短的纤维的造纸场合下，这将优化保留。相似地，Westerkamp在US 6，530, 398中公开了三纬层成形织物，其包括上织物 层、下织物层和位于这两层之间的另外的层，以增加空隙体积和⑶硬度。经纱被单独排列， 纸侧层经纱在从纸侧向中间层转换时沿着陡峭路径；上层和下层的经纱不与相同的中间层 纬纱交错(interlace)；并且粘合纱是纬纱。还已知使用通过单一经纱系统粘合在一起的三层纬纱；例如，Rougvie等人的 US 7，008，512 ;Fleischer 的 US 5，169，709 ;Taipale 的 US 4，941，514 ；和 MacBean 的 US 4，379，735。这些参考文献均未教导经纱的任何可能成组，也没教导适宜获得平织纸侧表面 的任何方式。还从Kovar的US 5，358，014得知，提供14-梭口额外支撑成形织物，其中上(纸 侧)层中的每4根纬纱、中层中的每2根和机侧(机侧)层中的所有纬纱形成被穿过上两 层的经纱和穿过全部三层的其他经纱维持在一起的纱组。还从Danby等人的US 7，426，944得知，通过在织物的中心平面即纸侧层和机侧 层之间的大致平行于纸侧层的概念平面中提供高水平抗性的编织图案，可实现排流性质的 改进，特别是降低与引入更现代的非常高速的辊轧成形装置相关的高冲击速度对冲击排流 的不利影响。这一增加的中心平面抗性(CPR)可由层之间更长的内部浮纱有利地提供，因 此提供单一中心平面中增加的纱存在，如由Danby和Johnson，op cit.，同上所进一步讨论 的。现在已发现，三纬层类型的成形织物，其中至少纸侧表面的经纱被成组排列如双 重线或三重线，可在具有非常粗糙和稳定的机侧表面，以及非常细的优选地平织纸侧表面 的织物中提供，其将提供更高数量的纤维支撑点以优化片层成形。纸侧经纱组的单根纱，即 双重线或三重线，以单一联合路径交织，以便彼此补充，每个纱线成员沿着彼此形成“不间 断的”纸侧层编织图案，并且又各自单独向下穿到中间层以与中间纬纱交错。进一步发现，如果各纸侧经纱与中间纬纱的交织点与机侧层经纱与相同的中间纬 纱交错的每个位置一致，以便纸侧层和机侧层的经纱各自在相同的中间层纬纱周围缠绕或 绕过，则是特别有利的，这是现有技术未公开的特征。如上文指出的，Danby等人在US 7，426，944中显示使用经纱增强单一中心平面中 的排流抗性。在本发明的织物中，可鉴定各自与纸侧表面的平面大致平行的两个不同的中 心平面，即纸侧层和通过中间纬纱的平面之间的第一概念性中心平面；以及机侧层和通过中间纬纱的平面之间的第二概念性中心平面。这两个中心平面的存在和协同进一步增强了织物的排流抗性。中心平面抗性(CPR)不需在两个中心平面的每一个中都相同，并且将取 决于选择的编织图案。本发明的编织图案通过提供尤其是下列优点而解决了现有技术的问题，包括上文 讨论的那些问题。由于纸侧层和机侧层编织图案彼此完全不同，因此织物设计者在选择织物的每个 表面的设计上具有更大的自由度，以满足织物的期望最终用途的特定要求。例如，对于用于 高质量纸的成形织物，提供非常细网目的纸侧表面和非常粗糙的机侧表面的矛盾目标可通 过引入第三(中间)层纬纱得到调解和同时实现。如果织物中央的中间层中的纬纱被用作经纱的转向点(turning point)，即通过 在每个点同时交织纸侧层和机侧层经纱，则将向织物提供进一步的强度和稳定性。相似地，纸侧层和机侧层编织图案完全不同的事实还允许对两层经纱使用不同的 材料，或不同的横截面构造。使用组合为如双重线或三重线的成组经纱允许纸侧层的平织图案。另外，当对或 组的一个成员作为平织在纸侧表面进行编织时，浮在第一或第二中心平面中的相应平面内 的其他纱，在扎入中间纬纱之前和之后，提供有利的CPR，由此降低通过织物的冲击排流。机侧层经纱可比纸侧表面的那些更粗(即具有更大的横截面面积)。此外，取决于 织物的期望最终用途，机侧层的编织图案可容易地提供成组编织的机侧层经纱，如双重线 或三重线，而不要求对纸侧层的优选编织图案进行任何修改。因此，本发明的织物可被编织 为将纸侧层的双重线或三重线与作为单独的纱或成组为双重线或三重线的机侧层纱的任 何期望编织图案组合。用于本发明织物的纱的材料可选自适合用于此类型的工业纺织品和基于织物的 期望最终用途的任何已知材料。纱可以是单丝或多丝的，以任何合适的横截面构造塑形。 任选地，中间纬纱可以是植绒纱，并且一些中间纱可用不锈钢构造。最重要的，由于纸侧层 和机侧层中每一层的纱不穿过另一层，因此就不存在对两层的材料之间的相容性的通常需 要，所以可使用非常广范围内的材料、尺寸和构造，以使特定的纱在它们被编织的位置处的 特性最大化。如本文所用，下列术语具有下列含义CD支撑长度(mm/mm2或in/in2)织物的PS上暴露的并且可用于支撑造纸纤维的 每单位面积的CD朝向的纱的量的量度。这是基于PS表面中的支撑部分，所以不受纱的直 径的影响。CD/MD支撑比CD支撑长度与MD支撑长度的比。具有相对较高的CD/MD支撑比的 织物将提供对于造纸储备料中通常MD朝向的纤维的更好支撑。机器横向(CD)垂直于MD并与MD在同一平面中的方向，即横跨所述网。中心平面位于PS和MS表面之间并与它们大致平行的通过织物的层的概念性平 面。在使用三层纬纱和至少两个经纱系统编织的、每个经纱系统与两层纬纱交织的本发明 的织物中，PS层和MS层中的每一个将具有各自平行于PS和MS表面的中心平面。中心平面抗性(CPR)织物编织图案的一个重复中“直通”(即从PS到MS)连续排 流开口的数量，表示为完整表面面积的百分比。它是交织的组成纱的存在造成的对通过平行于PS和MS的织物中的概念性中心平面的液体排流的抗性的量度(关于此参考Danby等 人的US 7426944)。由于在所述新颖织物结构中，每层经纱与该层的纬纱和两层之间的中间 纬纱交织，根据本发明的织物具有两个不同的中心平面，每个中心平面具有其自身的CPR， 机侧层和纸侧层各有一个所述中心平面。这造成各层中的经和纬彼此偏离，因此遮掩了否 则将直接从PS层开通到MS层的任何孔。通过本发明的织物的绝大多数排流开口是偏离的， 并因此斜穿过织物。纤维I撑指数(F. S. I.)定量织物为片层提供的支撑的数字，其考虑在上面形成 纸的片层的纱表面的支撑长度，并强调CD支撑。该数字通常没有或不使用单位，它是根据 Beran 描述的方法计算的，并总结于 Danby，R. & Perrault，J.，"Weaves of Papermaking Wires and Forming Fabrics”(造纸网和成型织物的编织)，Montreal, QC, PAPTAC[加拿 大纸浆和造纸技术协会]，rev. 2005年5月，第2_3页，并且其提供了给定织物编
权利要求
一种平织的工业过滤织物，具有具有纸侧表面的纸侧层，和具有机侧表面的机侧层，该织物根据第一重复编织图案编织并包含(a)纸侧层纬纱；(b)机侧层纬纱；(c)位于纸侧层和机侧层之间的中间纬纱；(d)第一经纱；和(e)第二经纱，其中(i)所述第一经纱包含至少两个成员的组，并且根据第二重复编织图案与所述纸侧层纬纱和所述中间纬纱交织，其中每个组的成员一起形成在所述织物的纸侧表面的单一联合路径，并且(ii)所述第二经纱根据第三重复编织图案与所述机侧层纬纱和所述中间纬纱交织。
2.根据权利要求1所述的织物，其中(i)在第一经纱与中间纬纱交织的每个位置，第二经纱与相同的中间纬纱交织，并且( )在第二经纱与中间纬纱交织的每个位置，第一经纱与相同的中间纬纱交织。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的织物，其中所述第二经纱各自沿着分别的路径。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的织物，其中所述第二经纱包含双重线，并且对于 每对双重线，两个成员沿着与彼此相同的路径。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的织物，其中所有的所述第二经纱包含双重线，并 且对于每对双重线，成员一起在所述织物的所述机侧表面形成单一联合路径。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的织物，其中所有的所述第二经纱包含三重线的 组，并且对于每个组，成员一起在所述织物的所述机侧表面形成单一联合路径。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的织物，其中所有的所述第一经纱包含三重线的组。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的织物，其中所述第二重复编织图案选自由平织 和2上1下图案组成的组。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的织物，其中每根纸侧层纬纱所具有的横截面面 积小于每根机侧层纬纱和中间纬纱的横截面面积。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的织物，其中至少一些中间层纬纱所具有的横截 面面积大于每根纸侧层纬纱和机侧层纬纱的横截面面积。
11.根据权利要求10所述的织物，其中每根中间层纬纱所具有的横截面面积大于每根 纸侧层纬纱和机侧层纬纱的横截面面积，并且每根机侧层纬纱的横截面面积至少等于每根 纸侧层纬纱的横截面面积。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的织物，其中每根第二经纱所具有的横截面面 积至少等于每根第一经纱的横截面面积。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的织物，其中每根第二经纱在所述第一重复编 织图案的每个重复中与至少一根机侧层纬纱交织。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的织物，其中每根第二经纱在所述第一重复编 织图案的每个重复中与至少一根中间层纬纱交织。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的织物，其中第三层纬纱的纬纱是植绒纱，每根 植绒纱包含沿其长度外周被多根突出纤丝围绕的纵向芯线，每根纤丝具有第一自由末端和 固定于所述芯线的第二末端。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的织物，其中所述中间纬纱由不同于所述纸侧 层纬纱和所述机侧层纬纱的材料构造而成。
17.根据权利要求16所述的织物，其中所述纸侧层纬纱由不同于所述机侧层纬纱的材 料构造而成。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的织物，其中将所述织物编织成图案需要织机 中有至少12个梭口。
19.根据权利要求18所述的织物，其中将所述织物编织成图案需要织机中有至少24个梭口。
20.根据权利要求1至17中任一项所述的织物，其中所述织物具有所述纸侧层纬纱和 所述中间纬纱之间的第一中心平面抗性以及所述中间纬纱和所述机侧层纬纱之间的第二 中心平面抗性，并且所述第一中心平面抗性和所述第二中心平面抗性各自介于5%和25% 之间。
21.根据权利要求20所述的织物，其中所述第一中心平面抗性大致等于所述第二中心 平面抗性。
22.根据权利要求20所述的织物，其中所述第一中心平面抗性不同于所述第二中心平 面抗性。
23.根据权利要求22所述的织物，其中所述第一中心平面抗性大于所述第二中心平面 抗性。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的织物，包括造纸织物。
25.根据权利要求24所述的织物，包括成形织物。
26.根据权利要求24所述的织物，包括压榨织物。
全文摘要
平织的工业过滤织物，包含三层纬纱。第一组经纱仅与纸侧层纬纱和中间纬纱交织，而第二组经纱仅与机侧层纬纱和中间纱交织，第一经纱和第二经纱在共有的转向点与相同的中间纬纱交织。第一经纱包含在纸侧表面形成单一联合路径的内在的粘合纱的组，而第二经纱作为单独的纱或成组如双重线或三重线编织。纸侧层和机侧层的不同性质增加了优化各层特性的编织图案的可用组合，并且三层之间的不同中心平面提供了改进的排流控制。
文档编号D03D25/00GK101952496SQ200980105964
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月22日
发明者D·B·约翰逊, R·丹比 申请人:阿斯顿约翰逊公司