专利名称：制造造纸带的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及造纸机中使用的造纸带，用于制造坚固、柔软吸湿纸制品。本发明还涉及制造该造纸带的方法。更具体的是，本发明涉及具有树脂框架和结合到其上的加强结构的造纸带。
背景技术：
造纸过程一般包括几个步骤。通常，造纸纤维的含水浆液在多孔件(如，改良型长网)上形成初期幅片。在改良型长网或成型长网上初始形成纸幅之后，在一个或者多个干燥的整个过程中纸幅以通常不同于改良型长网或成型长网的环形带形式在另一块造纸机器材上载送。这种另一种造纸器材通常称作干燥织物或干燥带。当织物在干燥带上，干燥过程或脱水过程可以包括真空脱水、通过将热空气吹透幅片而干燥、机械处理或其组合。
在由本受让人研究和商业化的穿透式空气干燥过程中，干燥织物可以包括具有宏观单平面、连续的并最好有图案和非随机网络表面的所谓的偏转件，其限定多个分散的、相互隔离的偏转导管。另一种方案是，偏转导管可以包括多个由基本上连续或半连续的偏转导管相互隔离的分散突起(即，包括连续和分散的网络的组合)。初期幅片与偏转件有关。在造纸过程中，幅片中的造纸纤维偏转进偏转导管中，水分通过偏转导管从幅片中除去。然后干燥幅片，并且如果需要的话，通过起皱缩短幅片。将纤维偏转进造纸带的偏转导管可以通过例如，向初期纸幅施加流体压差而产生。施加压差的一个优选的方法是将幅片暴露在通过包括偏转件的干燥织物的流体压差下。
穿透式空气干燥纸幅可以根据与本发明具有共同受让人的并在此引用作为参考的任一个美国专利来制造1985年7月16日授予Trokhan的4529480；1987年1月20日授予Trokhan的4637859；1994年11月15日授予Smurkoski等人的5364504；1996年6月25日授予Trokhan等人的5259664；1997年10月21日授予Rasch等人的5679222。
通常制造偏转件的方法包括向多孔件的表面施加液态光敏树脂涂层；将涂层的厚度控制在预定的数值；将液态光敏树脂图层暴露在通过掩膜的激活波长的光中，由此防止或者减少光敏树脂选定部分的固化。然后光敏树脂未固化的部分通常由冲洗器冲洗。在此引用作为参考的几个与本发明具有共同受让人的美国专利公开了制造造纸带的方法1985年4月30日授予Johnson等人的4514345；1985年7月9日授予Trokhan的4528239；1992年3月24日授权的5098522；1993年11月9日授予Smurkoski的5260171；1994年1月4日授予Trokhan的5275700；1994年7月12日授予Rasch等人的5328565；1994年8月2日授予Trokhan等人的5334289；1995年7月11日授予Rasch等人的5431786；1996年3月5日授予Stelljes，Jr等人的5496624；1996年3月19日授予Trokhan等人的5500277；1996年5月7日授予Trokhan等人的5514523；1996年9月10日授予Trokhan等人的5554467；1996年10月22日授予Trokhan等人的5566724；1997年4月29日授予Trokhan等人的5624790；1997年5月13日授予Ayers等人的5628876；1997年10月21日授予Rasch等人的5679222；1998年2月3日授予Ayers等人的5714041。上述文献公开的内容在此引用作为参考。
尽管光敏树脂的固化已经被证实是制造造纸带的一个有效的方法，但是仍在继续进行对改进的方法和产品的研究。目前，据信偏转件可以由至少几个不需要使用固化辐射的其它方法制造。
因而，本发明的一个目的是提供一种制造造纸带的新方法，即，首先在模塑件中形成流体树脂所需的图案，并随后将树脂从模塑件转移到加强结构并凝固有图案的树脂。本发明的另一个目的是提供一种方法，即减少构造包括加强结构和有图案的树脂框架的造纸带所需的树脂量。本发明还有一个目的是提供一种装置，其包括模塑件，模塑件用于形成树脂所需图案并随后将有图案的树脂转移到正在构造的带的加强结构上。
当参考下述针对附图的说明时，本发明的上述和其它目的是显而易见的。
发明概述可以用本发明的方法和装置制造的造纸带包括加强结构和连接到其上的有图案的树脂框架。该加强结构具有第一侧和相对的第二侧。优选的是，但并非必须，加强结构包括流体可渗透件，如，有多个开口区通过其中的织造织物或筛网。加强结构还可以包括毛毡。树脂框架具有顶侧和底侧，顶侧和底侧分别对应于加强结构的第一侧和第二侧。树脂框架可以具有基本上连续的图案、分散的图案或其组合(即，“半连续图案”)。
用于制造带的方法包括下列步骤制备加强结构，该加强结构具有第一侧、与第一侧相对的第二侧和上述两者之间形成的厚度；制备可流动的树脂材料；制备至少一个具有模塑表面的模塑件，该模塑表面包括构造和设计成携带其中可流动树脂材料的模塑凹坑的预定图案；以传送速度连续移动模塑表面；将可流动树脂材料沉积到模塑表面的模塑凹坑中；以传送速度连续传送加强结构，从而加强结构的至少一部分与模塑表面的至少一部分处于面对面的关系；将可流动树脂材料从模塑表面的模塑凹坑转移到加强结构上；使可流动树脂材料和加强结构结合在一起；凝固树脂材料，由此形成连接到加强结构上的树脂框架。优选的是，树脂材料以对应于模塑凹坑图案的预定图案从模塑凹坑转移到加强结构上。优选的是，在树脂材料沉积到模塑凹坑上/中之前，有一个用脱模剂处理模塑表面的步骤。当加强结构与模塑表面处于面对面关系时，优选加强结构接触沉积在模塑凹坑中的可流动树脂材料一段预定的时间周期，这段时间足以使可流动树脂材料和加强表面至少部分地结合到一起。树脂材料从模塑表面转移到加强结构上可以通过相互压模塑表面和加强结构而完成。
用于制造造纸带的装置具有机器方向并包括具有有图案模塑表面的模塑件，模塑表面包括多个模塑凹坑。模塑凹坑构造和设计成携带其中的可流动树脂材料。在一个实施例中，模塑件包括一个回转模塑辊，其具有圆周和垂直机器方向的纵向回转轴。模塑辊的圆周构成模塑表面。在另一实施例中，模塑件包括适于在机器方向连续运行的环形模塑带。
该装置还包括将可流动树脂材料沉积到模塑表面的模塑凹坑中的装置；在机器方向移动加强结构使得加强结构的至少一部分与模塑表面的至少一部分处于面对面关系的装置；在机器方向移动模塑件使得可流动树脂材料(优选以预定图案)从模塑凹坑转移到加强结构上的装置。该制造造纸带的装置优选还包括用于凝固可流动树脂材料以形成连接到加强结构上的树脂框架的装置。
在一个实施例中，模塑表面的模塑凹坑形成基本连续的图案，在该示例中，树脂材料的以基本连续的图案转移到加强结构上。在另一个实施例中，模塑辊的模塑凹坑形成分散模塑凹坑的图案，在该示例中，树脂材料以分散树脂突起的图案转移到加强结构上。如下实施例也在考虑中模塑表面的模塑凹坑形成基本连续图案和分散图案的组合，即所谓的“半连续”图案。
在一些实施例中，在树脂材料已经沉积到加强结构上之后，树脂材料可以从加强结构的第一侧向外延伸。模塑凹坑具有深度，该深度在整个模塑表面的不同部分是不同的。本发明允许制造这样一种造纸带其中树脂框架在造纸带的整个平面上具有不同的厚度。同时，本发明允许构造这样一种造纸带其中树脂框架的顶侧和加强结构的第一侧基本上位于同一平面内。
可流动树脂材料优选从下列物质组中选择环氧树脂、硅树脂、氨基甲酸乙酯、聚苯乙烯、聚烯烃、多硫化物、尼龙、丁二烯、光聚合物及其组合。在一个优选的实施例中，流体树脂材料包括光敏树脂。流体树脂材料可以包括热敏树脂，诸如热定型或热塑材料。优选的是，流体树脂材料以液体状态提供。通过如下方法可将流体树脂材料沉积到模塑表面上/中首先，使模塑表面与可流动树脂材料接触；其次，当模塑表面移动时，从模塑表面除去多余的可流动树脂材料。
该装置还包括相向地压加强结构和模塑表面一段预定的时间周期的装置，由此有助于树脂材料从模塑表面向加强结构转移。在一个实施例中，该制造造纸带的装置包括与模塑表面并置的背衬辊，在两个辊之间形成辊隙。在另一个实施例中，该装置包括与模塑表面并置的背衬片(a backing sheet)。背衬片构造和设计成以与加强结构的至少一部分处于面对面的关系移动。优选的是，背衬片受到拉伸。
在一个实施例中，模塑表面包括预定的凹陷图案。凹陷构造和设计成在其中接收加强结构。该实施例提供了这样一种带，其中树脂框架底侧的大部分高于加强结构的第二侧。也就是说，造纸带在加强结构第二侧和树脂框架底侧的大部分之间形成一定距离。在造纸过程中，该距离提供带和脱水造纸设备之间的泄漏，从而避免流体压差突然施加到沉积在造纸带上的纸幅上，并减轻公知的“针孔”现象。加强结构第二侧和树脂框架底侧之间的距离在造纸带的整个平面上可以不同。
该装置还包括用于凝固可流动树脂材料的装置，如，包括UV辐射源的固化装置，用于固化包括光敏树脂的树脂材料。可选的是，可以提供控制结合到加强结构上的树脂材料的厚度达到至少一个预定值的步骤和装置。
附图的简要说明
图1是本发明方法和装置的一个实施例的示意性侧视图，所示的方法为图1中所示的多步方法。
图2是图1的部分2的示意性侧视图和更详细的视图，示出了在图1所示的多步方法中的第一步构造的造纸带。
图2A是沿图2中2A-2A线的简化顶视图。
图3是图1的部分3的示意性侧视图和较详细的视图，示出了在图1所示的多步方法中的第二步构造的造纸带。
图3A是沿图3中3A-3A线的简化顶视图。
图4是本发明的方法和装置的一个实施例的示意性局部侧视图，示出了正在构造的模塑辊和造纸带。
图5是本发明方法和装置的另一个实施例的示意性局部侧视图，该装置包括在模塑辊和背衬辊之间形成的模塑辊隙。
图6是本发明的方法和装置的另一个实施例的示意性局部侧视图，该装置包括两个背衬辊和围绕模塑辊的支撑片材。
图7是本发明的方法和装置的另一个实施例的示意性局部侧视图，示出了围绕模塑辊圆周一部分并完全凹入其中的加强结构。
图7A是图7的部分7A的较详细示意图，示出了采用图7所示的方法和装置构造的造纸带。
图7B是沿图7中箭头7B的方向截取的局部示意性平面视图，示出了模塑辊圆周的一个示例性实施例，包括用于接收可流动树脂的模塑凹坑图案、用于接收加强结构的凹陷图案，两种图案相互插入设置并具有相等深度。
图8是本发明的方法和装置的另一个实施例的示意性局部侧视图，示出了围绕模塑辊圆周的一部分并部分凹入其中的加强结构，该装置包括三个与模塑辊并置并接触加强结构的背衬辊。
图8A是图8的部分8A的较详细的侧视示意图。
图8B是沿图8A中线8B-8B截取的局部示意性平面视图，示出了模塑辊圆周的一个示例性实施例，包括用于接收可流动树脂的模塑凹坑的图案和用于接收加强结构的凹陷的图案，两个图案相互插入设置，模塑凹坑具有大于加强结构凹陷的深度。
图9是沿图9A中线9-9截取的示意性局部剖视图，是用本发明的方法和装置制造的造纸带的一个示例性实施例，造纸带包括连接到加强结构上的基本连续的框架，以及多个分散的偏转导管。
图9A是沿图9中线9A-9A截取的顶视示意图。
图10是本发明模塑辊的一个示例性实施例的示意性局部剖视图，其包括多个不同深度的模塑凹坑。
图10A是沿图10中线10A-10A截取的平面示意图。
图11是沿图11A中线11-11截取的示意性局部剖视图，是用图10所示的模塑辊制造的造纸带的一个示例性实施例，造纸带包括多个具有不同过载(overburdens)的分散突起。
图11A是沿图11中线11A-11A截取的顶视示意图。
图12是本发明的方法和装置的另一个实施例的侧视示意图，该装置包括环状模塑带。
发明的详细描述可以根据本发明制造的代表性的造纸带90在图9、9A、11和11A中示意性的示出。在此所用的术语“造纸带”或简称“带”指的是基本微观单平面的结构，其设计成在造纸过程的至少一个阶段上支撑(优选携带)其上的幅片。现代工业规模的方法通常利用环状造纸带，但是可以理解的是本发明可以用于制造带90的各部分或者用于制造手帕纸的固定板、回转辊等。
如图9和11所示，带90具有接触幅片侧91和与接触幅片侧91相对的背侧92。由于当带90的一部分放置在平面结构中时，总的来看，幅片侧91基本上位于一个平面内，故造纸带90可以说是宏观单平面的。只要绝对平面度的偏差不大到足以对具体造纸过程的带90的性能产生负面影响，则这种偏差尽管不是优选的但却是可以允许的，故造纸带被称为是“基本上”单平面的。
可以根据本发明制造的造纸带90通常包括两个基本元件框架50a(优选由可流动聚合物树脂材料50制成的硬化聚合物树脂框架)和加强结构40。加强结构40具有第一侧41和与第一侧41相对的第二侧42。在造纸过程中，第一侧41可以接触造纸纤维，而第二侧42一般接触造纸设备，如，真空拾取靴和多槽真空箱(两者均未示出)。
加强结构40可以采取多种不同的形式。其可以包括织造件、无纺件、筛网、网、带、板等。在一个优选实施例中，加强结构40为由多个机器方向纱线与多个机器横向方向纱线交织形成的织造件，如图9和9A所示。更具体的是，织造加强结构40可以是多孔织造件，如与本发明具有共同受让人的1994年8月2日授予Trokhan等人的美国专利5334289，该专利在此引用作为参考。为织造件的加强结构40可以由一层或多层交织的纱线形成，各层大致相互平行并以接触的面对面关系互连。与本发明具有共同受让人的1997年10月21日授予Rasch等人的美国专利5679222在此引用作为参考。与本发明具有共同受让人的1996年3月5日授予Stellijes,Jr等人的美国专利5469624在此引用作为参考以示出合适的加强结构40。造纸带90还可以用为毛毡的加强结构40制造，例如，如在与本发明具有共同受让人的1995年2月15日以Trokhan等人的名义授权的标题为“在造纸中使用的向基底施加可固化树脂的方法”的专利申请08/391372，该申请在此引用作为参考。
带90的加强结构40强化了树脂框架50a并优选具有合适的投影面积，造纸纤维可以在压力下偏转到投影面积上。根据本发明，加强结构40是可透流体的及不透流体的。此处所用的术语“可透流体的”指的是加强结构40的一种状态，该状态允许如空气、水等流体在至少一个方向上穿过加强结构40。如本领域的普通技术人员所能认识到的，具有可透流体加强结构的造纸带通常用在制造纸幅的穿透式空气干燥方法中。不透流体的加强结构40的一个示例在图11和11A示出。
如图9、9a、11、11a所示，加强结构40结合到树脂框架50a上。树脂框架50a包括凝固的树脂材料50，即，树脂框架50为流体树脂材料50a的固态。在这一意义上，术语“树脂材料50”和“树脂框架50a”可以在本说明书范围内的合适的地方互换使用。树脂框架50a具有顶侧51和与顶侧51相对的底侧52。在造纸过程中，框架50a的顶侧51接触造纸纤维，从而限定所产生的纸幅的图案。在一些实施例中(图7和7A)，框架50a的底侧52接触造纸设备，在这些实施例中，框架的底侧52和加强结构的第二侧42可以位于同一宏观平面中。另一种方案是，在框架50a的底侧52和加强结构的第二侧42之间可以形成距离Z(图8A)。
框架50a的另一个实施例(未示出)可以包括具有通道网络的底侧52，通道网络为背侧表面纹理提供了不规则性，如与本发明具有共同受让人的1994年1月4日授予Trokhan的美国专利5275700所描述的那样，该专利在此引用作为参考。框架50a的后两个实施例有利的提供了相互接触的框架50底侧52和造纸设备表面之间的泄漏，这两个实施例中一个具有框架50a的底侧52之间的距离Z，另一个具有背侧纹理的不规则性。泄漏减少并甚至能消除对纸幅突然施加真空，从而减少了公知的针孔现象。
发明方法的第一步为制备加强结构40。如上所述，加强结构40为基底，其可以具有各种不同的形式，如织造织物、毛毡、筛网、带等。加强结构40(特别是对于为织造件的加强结构)更详细的描述在与本发明具有共同受让人的美国专利5275700中可以找到，该专利在此处引用作为参考。无论加强结构的具体实施例如何，加强结构40具有第一侧41和第二侧42，如图4、7、7A和11所示。在形成的造纸带90中，第一侧41在造纸过程中面对(并且在一些实施例中接触)造纸纤维，而第二侧42与第一侧41相反，面对(并且通常是接触)造纸设备。在此所用的，加强结构40的第一侧41和第二侧42一直采用这些代表性的名称，无论加强结构40与造纸带90如何结合(即，无论是在加强结构40和造纸带90结合之前、过程中或之后)。加强结构的第一侧41和第二侧42之间的距离限定了加强结构的厚度，并在此用“h”表示(图9)。在本发明优选的连续过程中，加强结构40在机器方向连续移动，机器方向在几个附图中示为“MD”。此处所用的术语“机器方向”是与该术语在造纸中的传统用法相一致的，该术语指的是平行于纸幅通过造纸设备流动的方向。在此所用的“机器方向”是在本发明的过程中，平行于加强结构40的流动的方向。
本发明方法的下一步为制备可流动树脂材料50。在此所用的术语“可流动树脂材料”指的是较宽范围的聚合物树脂和塑料，其在预定的条件下/和或一段时间周期可以获得和保持流体状态或液体状态，该状态足以模塑成具有所需构型的结构，然后凝固(优选固化)以形成框架50a，如上所述。本发明的可流动树脂材料50可以包括选自下列物质组中的材料环氧树脂、硅树脂、氨基甲酸乙酯、聚苯乙烯、聚烯烃、多硫化物、尼龙、丁二烯、光聚合物、及它们的组合。
含有硅树脂的合适液态树脂材料50的例子包括(但不限于)“Smooth-Sil900”,“Smooth-Sil905”,“Smooth-Sil910”,“Smooth-Sil950”。含有聚亚胺酯的合适液态树脂材料50的例子包括(但不限于)“CP-103Supersoft”,“Formula 54-290 Soft”,“PMC-121/20”,“PL-25”,“PMC-121/30”,“BRUSH-ON 35”,“PMC-121/40”,“PL-40”,“PMC-724”,“PMC-744”,“PMC-121/50”,“BRUSH-ON 50”,“64-2 Clear Flex”,“PMC-726”,“PMC-746”,“A60”,“PMC-770”,“PMC-780”,“PMC-790”。所有上述示例性材料都可以从Smooth-On,Inc.,2000 St.JohnStreet,Easton,PA,18042购得。其它液态树脂材料50的例子包括多组分材料，例如双组分液态塑料“Smooth-Cast300”和液态橡胶组合物“Clear Flex50”，两者都可以从Smooth-On,Inc.购得。
光敏树脂还可以用作树脂材料50。光敏树脂通常为聚合物，在辐射影响下(一般为紫外(UV)光)固化或交联。含有关于液态光敏树脂的更多信息的参考文献包括J.Macro-Sci.Revs Macro Chem.C21(2)上的Green等人所著的“光交联树脂系统”，187-273页(1981-82)；1978年9月25-27日TappiPaper Synthenics Conf. Proc.中Bayer所著的“紫外光固化技术综述”，167-172页；1978年7月J.ofCoated Fabrics杂志上第8期Schmidle所著的“紫外光可固化柔性涂层”，10-20页。上述所有三个文献都作为参考在此引用。特别优选的液态光敏树脂包括在Hercules Incorporated,Wilmington,Del生产的Merigraph系列树脂中。最优选的树脂是Merigraph树脂EPDl616。
构成本发明的树脂材料50的热敏树脂的例子包括(但不限于)可从DuPont Corporation of Wilmington,DE购得的热塑弹性体Hytrel(如Hytrel4056,Hytrel7246,Hytrel8238)和尼龙Zytel(如Zytel101L,Zytel132F)的一组物质。
优选的是，可流动树脂材料50以液态形式提供。但是，本发明也考虑使用以固态形式提供的可流动树脂材料50。在后一种情况下，需要附加使树脂材料50流体化的步骤。优选可流动树脂材料50供应到供应源55，其提供适当的条件(如，温度)以使树脂材料50保持在流体状态。此处所用的术语“流体”指的是树脂材料50的一种状况、状态或相，在这种状态下，树脂材料50可以流动并且该状态允许树脂材料50沉积在三维有图案表面上，从而使树脂材料50基本上与有图案表面的三维图案一致。如果热塑或热定型树脂用作树脂材料50，通常需要略高于材料熔点的温度以使树脂保持在流体状态。如果材料完全处于流体状态，则该材料被认为是处于或略高于“熔点”。合适的供应源55是在本发明的几个附图中示意性示出的槽。该槽可以具有密封的底部、密封的侧壁和朝外的侧壁。槽的朝内侧壁是开口的，使得沉积在其中的可流动树脂材料50自由地与模塑件70(图5)接触和连通，如下所述。如果树脂材料包括热塑树脂，供应源55和模塑件70最好加热以防止液态树脂材料50过早地凝固。
方法的下一步为制备模塑件20。在此所用的“模塑件”20是一种结构，设计成用来接收流体树脂材料50，随后将树脂材料50以预定的图案转移到加强结构上。在优选的连续过程中，模塑件20可以有各种不同的实施例。在图1、4-8、10所示的实施例中，模塑件20为模塑辊20a，而在图12所示的实施例中，模塑件20为模塑带20b。无论实施例如何，模塑件20包括其上有三维图案的模塑表面21，模塑表面构造和设计成接收可流动树脂材料50，从而使可流动树脂材料50与三维图案基本上一致。如图4、7、7B、8、10所示，模塑表面21优选包括模塑凹坑22的预定图案。在此所用的“模塑表面”21是概括的术语，指的是模塑件20所有暴露的表面，包括固有表面，诸如带20b的外(最高)表面(图12)，或辊20a的外(对应于较大直径)圆周21a(图4、8、10)以及凹坑22的内表面(图4、7、8、10)。模塑表面21是流体树脂材料50沉积在其上的表面。在本发明的优选连续过程中，模塑件20以传输速度连续地运动，从而携带树脂材料50。本领域的普通技术人员可以明白，在包括回转模塑辊20a(20a′)(一个或多个)的实施例中(图1-8和10)，传输速度为在模塑表面21的一个圆周上测量的表面速度。在图1、4-7和8中，模塑辊20a(20a′)(一个或多个)的回转方向用箭头“A”标明。在包括模塑带20b的实施例中(图12)，传输速度为在支撑辊25和26之间测量的带20b的速度。
此处所用的术语“模塑凹坑”22指的是模塑表面21中凹部或内腔的图案，设计成将流体树脂材料50从供应源55传输到加强结构40，并将流体树脂材料50以预定的图案沉积在加强结构40上。如图7B所示，模塑凹坑22可以在模塑表面21上构成基本上连续的图案，在这种情况下，树脂材料50以基本上连续的方式传输到加强结构40上。如在此所用的，图案被称为“基本上”连续的表明只要与绝对连续性的最小偏差不对本发明的方法和最终成品-造纸带90的性能和所需的质量产生负面影响，这些偏差就是可以允许的。图2A和9A示出了造纸带90的两个不同的示例性实施例，其具有通过用模塑凹坑22的连续图案制造的基本连续树脂框架50a。
另一种方案是，模塑凹坑22可以为分散凹部或内腔的图案。在后一个示例中，树脂材料50以包括多个分散突起的图案从模塑凹坑22转移到加强结构40上。具有包括多个从加强结构40的第一侧41向外延伸的多个分散突起的树脂框架50a的示例性造纸带90在图10、11和11A中示意性示出。包括基本连续模塑凹坑22和分散模塑凹坑22的组合图案(未示出)也在本发明的构想中。
本发明也可以构想相对于加强结构40的第一表面41“成角度”的框架50a。此处所用的术语“成角度”框架50a指的是这样一种框架50a，在从截面看的时候，在加强结构40的第一表面41和每一个分散偏转导管的纵轴之间(连续框架50a的情况下)或和分散突起的纵轴之间(框架50a包括多个分散突起的情况下)形成锐角。这些实施例在下述具有共同受让人的专利文献中公开1997年5月19日以Larry L.Huston等人的名义提交的名称均为“纤维素幅片、采用具有成角度截面结构的造纸带制造纤维素幅片的方法和装置及制造该造纸带的方法”的美国专利申请08/858661,08/858662。这些申请的公开内容都在此处引用作为参考。
模塑凹坑22至少具有一个深度，在此用符号“D”表示。深度D基本上限定了从模塑凹坑22沉积到加强结构40上的树脂材料50的厚度。此处所用的术语模塑凹坑22(一个或多个)的“深度”表示在几何学上明显凹入模塑件20的程度。作为例子，图10和10A示出了模塑件20的一部分，包括模塑辊20a，其具有多个分散的模塑凹坑22。模塑表面21的固有部分21a是辊的外圆周不受模塑凹坑22影响的那个部分，一般为对应于辊的较大直径的辊的圆周部分。在图10和10A中，固有部分21a是包围分散的模塑凹坑22的外圆周的连续部分。图10和10A还示出每个模塑凹坑包括两个在几何学上明显的凹部，第一凹部22a(较大的)具有菱形形状，第二凹部22b(较小的)具有圆形形状，如图10A所示。第一凹部22a具有第一深度D1，第二凹部22b具有大于第一深度D1的第二深度D2，因而模塑凹坑22具有两个深度D1和D2，如图10所示。应该理解的是前述示例仅用作说明的目的，而非限定性的目的。具有不同深度的模塑凹坑22的实际上无限多的形状和其组合可以用在本发明中。尽管图10和10A示出了几何学上对称的模塑凹坑22，但可以理解的是如果需要的话，可以使用几何学上不对称的构型(平面图及剖面图)。如上所述，模塑凹坑22“成角度的”构型可以用于形成树脂框架50a的“有角度的”图案。此外，可以存在模塑凹坑22这样的实施例(未示出)其中具体深度D和几何学上明显的构型之间的关系并不明显或者甚至不可能实现。本发明的方法可以有利的通过提供相应形状的模塑表面21而产生树脂框架90的几乎任何所需的形状。
本发明的下一步为将可流动树脂材料50沉积在模塑表面21的模塑凹坑22中。通常，在优选连续过程中，该步骤包括首先，使模塑表面21与可流动树脂材料50接触；随后，在模塑表面21的运动过程中从模塑表面21上除去多余树脂材料50。优选的是，多余的可流动树脂材料50转移到树脂材料50的供应源(槽)55中，从而降低或消除树脂材料50的浪费。任何本领域公知的合适沉积装置可以用在本发明的装置10中以完成这一步骤。在此所用的术语“沉积装置”指的是能够将松散形式的树脂材料50以所需的剂量转移到模塑表面21的物件。术语“沉积”指的是松散形式和剂量(如，在槽55中提供，如上所述)的流体树脂材料50转移到模塑表面21上和/或模塑凹坑22中，从而流体树脂材料50以基本均匀的方式填充模塑凹坑22。从模塑表面21除去多余树脂材料50可以通过从模塑表面21上擦去和/或刮去多余材料来实现。
下两个步骤为在传输速度下连续传输加强结构40使得加强结构40的至少一部分与模塑表面20的至少一部分处于面对面关系，以及将可流动树脂材料50以预定图案从模塑表面20的模塑凹坑22转移到加强结构40上。优选的是，加强结构40的面对模塑表面20的那个部分接触模塑表面20一段预定的时间周期。在模塑件20为模塑辊20a的实施例中，如图1和4-6所示，模塑表面接触加强结构40的预定时间周期是由传输速度、模塑辊20a的直径、包裹角λ限定的。参考图4，在此所用的术语“包裹角”定义为在两个假想半径r1和r2之间形成的夹角λ，半径r1连接模塑辊20a的纵轴(或者回转中心)F和加强结构40首次接触模塑表面21的点f1。半径r2连接模塑辊20a的纵轴(或者回转中心)F和加强结构40最后接触模塑表面21的点f2。圆周上的点f1和点f2之间的部分限定了最终形成的接触区K，即，模塑表面21和加强结构40之间的接触区。在图12所示的实施例中，模塑件20为带20a，最终形成的接触区K包括第一(圆周上的)接触区K1和第二(平面的)接触区K2。最终形成的接触区K优选构成过程中的凝固部分，即，树脂材料50凝固的那个部分，从而足以结合到加强结构40上并且在从模塑表面21脱离之后仍保持其形状。只要树脂材料50能够足以保持其当树脂材料50与模塑凹坑22相随时所需的形状，则树脂材料50不必在凝固部分彻底凝固，并可以在离开凝固部分之后保持一些流动性。
根据本发明，树脂材料50在其沉积到模塑表面21上之前保持充分的流体状态。优选的是，树脂材料50应该完全是流体以均匀地填充模塑凹坑22。在一些实施例中，树脂材料50的凝固可以在树脂材料50已经填充模塑凹坑22之后立即开始。在图4中，角α示意性表明在树脂材料50已经沉积到模塑表面21上之后以及加强结构40和模塑表面21以面对面关系相遇之前(在到达点f1之前)的模塑表面21的预凝固部分。本领域中的普通技术人员将认识到对于给定的树脂材料50，在到达点f1之前，所需的树脂材料50的粘度水平由几个因素限定，这些因素包括模塑表面21的设计和传输速度，加强结构40和模塑表面21的相对几何形状，形成的接触区K的长度，以及装置10的方法和参数的其它条件。优选的是，树脂材料50的粘度在由角α限定的模塑表面21预凝固部分中相对于树脂材料在槽55中大，尤其是当树脂材料50到达点f1时。
根据本发明，如下实施例有所构想沉积在模塑凹坑22中的树脂材料50凝固使得树脂材料50的表面(即，与模塑凹坑22内侧直接接触的表面)首先凝固，而沉积在模塑凹坑22中的树脂材料50的剩余部分仍处于流体状态。然后，树脂材料50的至少部分凝固的表面对仍为液态的树脂材料50的剩余部分起到壳的作用。该实施例在采用具有通过其中的空隙空间的加强结构40(如，织造加强结构40)的方法中特别有利。当加强结构40接触树脂材料50时，可以采用压力来相向地压加强结构40和树脂材料，由此“推动”树脂材料50通过加强结构40的纱线(这些纱线形成其第一侧41并进入加强结构40中)，而不会抑制性地扭曲沉积在加强结构40上的树脂材料50的形状。
优选的是，模塑表面20面对(优选为接触)加强结构40的时间应该足以使树脂材料50从模塑凹坑22转移到加强结构40之上。更优选的是，该时间应该对树脂材料50以预定图案(对应于模塑表面21的图案)结合到(至少部分地)加强结构40上是足够的。对于树脂材料50从模塑凹坑22成功转移到加强结构40上来说，根据本发明可以使用多种单独的或组合的手段。
优选的是，模塑凹坑22的表面能低于加强结构40的表面能。存在有几个方法来产生模塑凹坑22和加强结构40之间的表面能差。构成模塑表面21的材料本身具有较低的表面能或者可以处理以降低其表面能。另一种方案或作为附加的，模塑表面21可以在将树脂材料50沉积到模塑凹坑22中的步骤之前用脱模剂60处理。脱模剂60的示例包括但不限于从Smooth-On,Inc.购得的“Ease ReleaseTM”,“PermareleaseTM”,“AqualeaseTM”,“ActileaseTM”。尽管脱模剂源65在几个附图中示意性示出为槽，但可以理解的是脱模剂60可以涂刷、喷洒或擦拭到模塑表面上，在这些例子中，脱模剂源65可以包括为、喷嘴或其它本领域中公知的合适用具。例如图4示出了脱模剂源65为喷嘴。在一些应用中，向模塑表面21施加两层或多层脱模剂60涂层可能是必须的。在一些实施例中，模塑表面具有微观孔，这样情况是理想的加热脱模剂60或/和模塑表面21以有助于脱模剂60穿透进入模塑表面21，由此在树脂材料50沉积到模塑表面21上之前密封孔。
使树脂材料50至少部分地结合到加强结构40上的其它方法包括施加压差以在接触区K相对于模塑表面21压加强结构40。通常(尽管不是必须的)，树脂材料50不“附着”到加强结构40上，但是必须绕加强结构40的结构件(如，交织加强结构40中的单根纱线)包封、围绕结构件而“锁定”在其周围，由此至少部分地包封其中的一些结构件。压力有助于流体或部分凝固的树脂材料50在加强结构40的结构件之间穿透。如图5示出了与模塑辊20a并置的背衬辊30，两者之间形成辊隙23。该实施例采用具有模塑表面21的模塑辊20a是有利的，该模塑表面由可变形的(优选为恒定体积)材料构成，如在与本发明具有共同受让人的在此引用的美国专利5275700中所描述的。由于加强结构40可以在压力下“压”进模塑表面21中，故可变形的(优选为恒定体积)模塑表面21在加强结构40和树脂材料50之间形成有效的接触，由此有助于树脂材料50和加强结构40的结合。
另一种方案是，背衬辊30的圆周可以包括一层(未示出)可变形(恒定体积)材料。如图5所示，可以提供一层阻挡膜70来保护背衬辊30的表面不受树脂材料50的沾染。阻挡膜70还可以由可变形的(优选体积恒定)材料构成。另一种方案是，阻挡膜70为柔性、光滑、平面的材料，易于顺应由背衬辊30和支撑辊70a和70b形成的输送构型，阻挡膜70绕该构型在箭头“C”标明的方向上运行。阻挡膜在与本发明具有共同受让人的并在此引用作为参考的美国专利5275700中有详细描述。
在图6和12中，加强结构40在拉伸状态下由背衬片77压靠在模塑表面21上。在图6所示的实施例中，背衬片77围绕模塑辊20a的一部分。在图12所示的实施例中，背衬片77基本上是平面的并在第二接触区K2中运行。在图6和12所示的两个实施例中，背衬片77由支撑辊77a、77b、77c、77d支撑并围绕这些辊在箭头“C”标明的方向上运行。在这些实施例中，，一个或多个附加的支撑辊(未示出)可以设置在辊77a和77b之间用于背衬片77的附加支撑并且/或者附加地将模塑表面21压靠在加强结构40上。
图7和8示出了包括两个(图7)和三个(图8)背衬辊30的其它示例性实施例。在这些包括不止一个背衬辊30的实施例中，施加到加强结构40上的压力在背衬辊之间可以不同。例如，在图7中，第一背衬辊30a在第一辊隙23a处向加强结构40施加第一压力P1，第二背衬辊30b在第二辊隙23b处向加强结构40施加第二压力P2。如果需要的话，压力P2可以大于压力P1，或者相反。类似的，在图8中，背衬辊30a、30b、30c可以分别在相应的辊隙23a、23b、23c处向加强结构40施加不同的压力。
图7-8B示出了装置10的两个示例性实施例，其中加强结构40凹陷在模塑表面21中。图7-8B所示的模塑表面21有预定的凹陷24的图案以在其中接收加强结构40。在图7-7B的实施例中，加强结构40完全陷入模塑表面21的凹陷24中，凹陷24的深度不小于(优选等于)加强结构40的厚度h。在图8-8B的实施例中，加强结构40只部分地陷入凹陷24中，凹陷24用于接收加强结构的深度小于加强结构40的厚度h。用于接收可流动树脂材料50的模塑凹坑22的图案与用于接收加强结构40的凹陷24的图案重叠。在图7-8B中，模塑表面21的为加强结构40提供支撑的部分标明为21R；模塑表面21为树脂材料50提供支撑的部分标明21S。优选的是，加强结构40与凹陷24对准的步骤在图7-8A简要示出的实施例中完成。
图7-7B所示的方法的实施例提供了一种构造具有“零-过载”的造纸带90的新颖有效的方法。在此所用的术语“过载(overburden)”指的是树脂框架50相对于加强结构40高出的程度。更具体的是，过载为在树脂框架50的顶侧51和加强结构40的第一侧41之间形成的距离，如图9所示，此处过载标作“OB”，加强结构40的厚度标作“h”，造纸带90的厚度标作“H”。当树脂框架50a从加强结构40向外延伸时，可以说带具有过载。术语“零-过载”表明树脂框架50的接触幅片侧41和加强结构40的第一侧42处于同一平面中。由于在图7-7B所示的实施例中，凹陷24与模塑凹坑22具有相同的深度，表面部分21S和21R相对于模塑辊20的较大外圆周21a(或者相对于回转纵向轴)平均设置。因此，如图7A所示，当加强结构40与凹陷24对准时，树脂材料50不能延伸超出表面部分21R，并因此不能延伸超出正在制造的带90中的加强结构40的第一侧41。
图8-8B示出了本发明具有的另一个优点。由于在图8-8B的实施例中，加强结构40部分地陷入凹陷24中，故当形成带90时，在加强结构40的第二侧42和树脂框架50的背侧之间形成距离“Z”。在穿透式空气干燥造纸带中，距离“Z”在带的接触造纸设备(如，真空箱或拾取靴)的背侧表面92和该设备的接触带表面之间形成泄漏。泄漏缓解了向位于带90上的纸幅突然施加真空压力，并由此降低了(如果未完全消除的话)所谓的针孔现象。本领域中的普通技术人员将认识到术语“针孔”指的是向幅片突然施加真空压力以及随后一定量纤维从幅片中分离的结果是脱水幅片中针状尺寸孔或者“针眼”的形成。一些纤维可以完全穿过造纸带，由此引起(除针孔之外)造纸纤维阻塞真空脱水机。数个与本发明具有共同受让人的并在此引用作为参考的美国专利公开了缓解或消除针孔的方法1998年7月7日以Trokhan等人的名义授权的美国专利5776311；1998年4月28日以Trokhan等人的名义授权的美国专利5744007；1998年4月21日以Trokhan等人的名义授权的美国专利5741402；1998年10月21日以Trokhan等人的名义授权的美国专利5718806；以及1997年10月21日以Rasch等人的名义授权的美国专利5679222。本发明提供了另一种用于缓解不理想的针孔现象的有效方法。
本领域中的普通技术人员将认识到从模塑表面21转移到加强结构40上的树脂材料50的图案反应了模塑表面21的图案。因此，如果模塑表面21包括模塑凹坑22的基本连续图案，如图7B和8B所示，则树脂材料50以基本连续的图案转移到加强结构40上。另一方面，如果模塑表面21包括多个分散的模塑凹坑22，如图10A所示，则树脂材料50以包括多个树脂突起的图案转移到加强结构40上(图11A)。
本发明方法的下一步为凝固结合到加强结构40上的树脂材料50。此处所用的术语“凝固”及其引申术语指的是将流体转变为固体或部分固体状态的过程。凝固通常包括从液态到固态的形态变化。术语“固化”指的是发生交联的凝固。例如，光敏树脂可以通过紫外光辐射固化，如下列具有共同受让人的美国专利所描述的内容5334289,5275700,5364504,5098522,5674663,5629052，上述所有专利在此处引用作为参考。热塑和热定型树脂要求一定的凝固温度。优选的是，凝固步骤为固化树脂材料50。
在一些实施例中，树脂材料50的凝固过程可以在流体树脂材料50已经沉积到模塑表面21之后尽可能早地开始。优选的是，在加强结构40和模塑表面21处于面对面关系(在图4的示例性实施例中作为形成的接触区K示意性示出以及在图12的实施例中作为接触区K1和K2示意性示出)时，凝固继续进行。凝固树脂材料50的方法依据其特性。如果采用热塑或者热定型树脂，则凝固为冷却转移到加强结构40上的树脂材料50。光聚合物树脂可以通过与本发明具有共同受让人的在此引用作为参考并参考上文的美国专利4514345和5275700所描述的固化方法进行固化。为多组分树脂或塑料的树脂材料50可以通过混合在一起经过预定的一段时间周期而自然固化。
图6和12作为一个例子简要示出了与加强结构40的第二侧42并置的固化设备79。本领域的普通技术人员应该理解依据树脂材料50的特性及其凝固方法，固化装置79可以位于其它地方，如，与树脂框架50a并置，如图4示意性示出的。固化装置79的例子包括但不限于增大交联反应率或冷凝聚合物的冷凝率的加热器；凝固热塑性物的冷却器；提供红外固化辐射、微波固化辐射或紫外线固化辐射等的各种装置。下列与本发明具有共同受让人的专利申请示出了可以用作固化含有光敏树脂的树脂材料50的固化装置79的几个实施例1997年2月13日以Trokhan等人的名义提交的题为“产生固化光敏树脂的平行辐射的装置”的申请08/799852；1997年2月13日以Trokhan等人的名义提交的题为“产生固化光敏树脂的控制辐射的装置”的申请08/858334及1997年10月24日提交的其后续申请08/958540,上述专利申请在此处引用作为参考。
可选择的是，在本发明的方法中可以有控制带90厚度H的步骤(图9)。如上所述，可以通过控制过载OB将厚度H控制到预定值。厚度H还可以通过控制加强结构40的凹陷24的深度而受到控制(图8A)。控制厚度H的另一种方法为在树脂材料50已经从模塑表面21转移到加强结构40以及树脂框架已经部分形成之后改变树脂材料50的厚度。例如，树脂材料50的厚度可以用本领域中公知的机械方法调整。图1和5示意性示出了包括两个相互并置的辊的厚度控制装置80，在这两个辊之间形成间隙88。通过调整装置80的辊之间的间隙88，可以控制构造的带的厚度。在树脂框架50a在模塑表面21和加强结构之间已经形成之后只部分地凝固的实施例中，可以通过使部分形成的带运行通过间隙88而轻微调整部分形成的带的厚度。另一种方案或作为附加的，厚度控制装置可以包括回转砂磨辊、平面刮刀、激光、或本领域中其它公知的并适于控制带90的厚度的装置。
本发明的方法和装置显著降低了用于构造带90所需的可流动树脂的量，并由此提供了经济效益。现有技术采用光敏树脂和固化树脂制造带的方法，需要向加强结构施加光敏树脂涂层，固化树脂涂层的选定部分，并随后除去(通常，洗去)树脂涂层的未固化部分。被洗去的树脂的量是相当于全部树脂涂层量的25％到75％。在本发明的实施例中，树脂框架50a所需的精确量树脂材料50形成模塑件20的模塑凹坑22的预定图案。沉积到模塑件20的外(固有)表面21a上的多余树脂材料50通过本领域中公知的方式可以(优选的是)容易地回收到树脂材料50的供应源55处，由此彻底消除树脂材料50的浪费。此外，本发明的方法和装置可以形成树脂框架50a的无限数量的三维图案。
本发明的方法可以具有两个或者多个步骤。图1示意性示出一种两步的方法。在第一步，树脂材料50沉积在第一模塑件20a的第一模塑表面21上，然后转移到加强结构40而形成第一树脂框架50a(如图2和2A所示)。可选择的是，制造的带的厚度可以由厚度控制装置80调整。在第二步，树脂材料50′沉积在第二模塑件20a′的第二模塑表面21′，然后转移到树脂框架50a的接触幅片表面51上而形成第二树脂框架50a′(图3和3A所示)。这些步骤可以根据需要重复。
权利要求
1．一种用于制造包括加强结构和与其结合的树脂框架的造纸带的方法，该方法包括如下步骤(a)制备加强结构，其具有第一侧、与第一侧相对的第二侧和两者之间形成的厚度；(b)制备可流动树脂材料；(c)制备至少一个具有模塑表面的模塑件，模塑表面包括模塑凹坑的预定图案以在其中携带可流动树脂材料；(d)以传输速度连续地移动模塑表面；(e)将可流动树脂材料沉积到模塑表面的模塑凹坑中，步骤(e)优选包括用可流动树脂材料接触模塑表面，当模塑表面移动时，从模塑表面除去多余的可流动树脂材料；(f)以传输速度连续地传输加强结构，使得加强结构的至少一部分与模塑表面的至少一部分处于面对面关系，优选加强结构接触沉积在模塑凹坑中的可流动树脂材料一段预定的时间周期，该时间足以使可流动树脂材料和加强结构至少部分地结合到一起；(g)优选以预定的图案将可流动树脂材料从模塑表面的模塑凹坑转移到加强结构上；(h)使可流动树脂材料和加强结构结合到一起；和(i)凝固树脂材料由此形成连接到加强结构上的树脂框架，由此形成造纸带。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤提供至少一个与模塑表面并置的背衬辊，在两者之间形成辊隙来接收通过其中运行的加强结构，和以大致等于加强结构在辊隙处的传输表面速度的表面速度来回转背衬辊。
3．如权利要求1和2所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤将结合到加强结构的树脂材料的厚度控制到至少一个预定值。
4．如权利要求1、2和3所述的方法，其特征在于，在步骤(g)中，树脂材料以基本连续的图案、包括多个分散突起的图案、或包括它们任何组合的图案转移到加强结构上。
5．如权利要求1、2、3和4所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，加强结构包括流体可渗透的元件，优选的是有通过其中的多个开口区的织造织物或筛网。
6．如权利要求1、2、3、4和5所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，加强结构为毛毡。
7．如权利要求1、2、3、4、5和6所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，可流动树脂材料包括从下列物质组中选择的物质环氧树脂、硅树脂、氨基甲酸乙酯、聚苯乙烯、聚烯烃、多硫化物、尼龙、丁二烯、光聚合物、及其组合。
8．一种制造造纸带的装置，造纸带包括加强结构和结合到其上的树脂框架，该装置具有机器方向并包括具有有图案的模塑表面的模塑件，模塑表面包括多个设计成在其中携带可流动树脂材料的模塑凹坑；用于将可流动树脂材料沉积到模塑表面的模塑凹坑中的装置；用于在机器方向移动加强结构使得加强结构的至少一部分与模塑表面的至少一部分处于面对面关系的装置；用于在机器方向移动模塑件使得可流动树脂材料从模塑凹坑转移到加强结构上的装置。
9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括用于凝固可流动树脂材料以形成连接到加强结构上的树脂框架的装置。
10．如权利要求8和9所述的装置，其特征在于，模塑表面的模塑凹坑形成基本连续的图案、分散的模塑凹坑图案或它们的任何组合。
11．如权利要求8、9和10所述的装置，其特征在于，至少一些模塑凹坑具有不同的深度。
12．如权利要求8、9、10和11所述的装置，其特征在于，还包括用于相向地压加强结构和模塑表面一段预定时间周期的装置，并且优选还包括至少一个与模塑表面并置的背衬辊，在两者之间形成辊隙。
13．如权利要求8、9、10、11和12所述的装置，其特征在于，还包括与模塑表面并置的背衬片，所述背衬片构造和设计成以与加强结构的至少一部分处于面对面关系而移动。
14．如权利要求8、9、10、11、12和13所述的装置，其特征在于，还包括设计成控制被构造的带厚度的厚度控制装置。
15．如权利要求8、9、10、11、12、13和14所述的装置，其特征在于，模塑表面还包括凹陷的预定图案，用于在其中接收加强结构。
全文摘要
本发明公开了制造造纸带的方法和装置,造纸带包括连接到一起的加强结构(40)和树脂框架(50A)。优选的连续方法包括如下步骤:将可流动树脂材料(50)沉积到有图案的模塑表面(21)上;以传输速度连续地移动模塑表面和加强结构使得加强结构的至少一部分与模塑表面的至少一部分处于面对面的关系;将可流动树脂材料从模塑表面转移到加强结构上;使可流动树脂材料和加强结构结合到一起;凝固树脂材料从而形成连接到加强结构上的树脂框架。装置包括具有有图案的模塑表面的模塑件,所述模塑表面包括多个模塑凹坑以在其中携带可流动树脂材料;将可流动树脂材料沉积到模塑表面的模塑凹坑中的装置;在预定的方向上移动加强结构的装置;在预定的方向上移动模塑件使得可流动树脂材料从模塑凹坑转移到加强结构上的装置。
文档编号B29C39/18GK1314961SQ99810107
公开日2001年9月26日 申请日期1999年8月13日 优先权日1998年8月14日
发明者罗伯特·S·阿姆普尔斯基 申请人:宝洁公司