CN102333917B - 用于生产纸巾和毛巾产品的造纸织物及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种非织造织物包括多个通气孔，其中各个气孔具有与织物顶面相关的第一开口和在周向上邻接所述第一开口的第一隆起的边缘。所述气孔各自还可包括与织物底面相关的第二开口和在周向上邻接所述第二开口的第二隆起的边缘，使得所述第一开口的表面积可以大于或等于所述第二开口的表面积。

Description

用于生产纸巾和毛巾产品的造纸织物及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年1月28日提交的美国临时专利申请61/147,894的优先权权益。
通过引用并入
关于本文中所提及的任何产品的所有专利、专利申请、文件、参考文献、制造说明书、描述、产品规格和产品表均通过引用并入本文中，并可用在本发明的实施中。
发明背景
1.发明领域
本发明涉及环状织物，并且具体而言涉及用作纸产品的生产中的织物的工业织物。更具体而言，本发明涉及用在产品如纸、卫生纸和毛巾产品的生产中的非织造织物。
2.现有技术描述
柔软的一次性吸收性纸产品，例如面巾纸、浴巾纸和纸毛巾，是现代工业化社会的当代生活的普遍特征。虽然存在多种制造这类产品的方法，但是，一般而言，它们的制造是从在造纸机的成形部中形成纤维素纤维网开始的。纤维素纤维网是通过将含纤维的浆料，即，纤维素纤维的水分散体沉积到造纸机的成形部中的移动成形织物上形成的。大量的水从浆料中通过成形织物排出，在成形织物的表面上留下纤维素纤维网。
纤维素纤维网的进一步加工和干燥通常用两种熟知的方法中的一种进行。这两种方法常称为湿压榨和干燥。在湿压榨中，新形成的纤维素纤维网被转移到压榨织物并且从成形部行进到包括至少一个压榨压区的压榨部。纤维素纤维网穿过压榨织物支撑的一个或多个压榨压区，或者通常是在两个这种压制织物之间穿过。在一个或多个压榨压区中，纤维素纤维网经受将水从中挤出的压缩力。所述水被一个或多个压榨织物接收，并且理想的是不返回到纤维网或纸上。
在压榨之后，通过例如压榨织物将纸转移到受热的回转扬克式(Yankee)烘缸上，由此使纸在烘缸表面上基本上干燥。当纤维网铺在扬克式烘缸表面上时，纤维网内的水分使纤维网附着到表面，并且，在纸巾和毛巾型纸产品的生产中，纤维网通常从具有起皱刮刀的烘缸表面起皱。起皱的纤维网还可以通过例如穿过轧光机进行进一步加工，并且卷绕起来，然后进行其它加工操作。已知起皱刮刀对纸的作用是，当驱动纤维网进入刮刀中时，通过刮刀对纤维网的机械破碎作用破坏纸内的部分纤维间粘合。然而，在干燥纤维网中的水分期间，纤维素纤维之间形成相当强的纤维间粘合。这些粘合的强度使纤维网甚至在常规起皱之后仍保持感觉到的硬度感、相当高的密度和低的松厚度(bulk)及吸水能力。
为了降低通过湿压榨法形成的纤维间粘合的强度，可以使用穿透干燥(“TAD”)法。在TAD工艺中，通过真空或抽吸产生的气流将新形成的纤维素纤维网转移到TAD织物处，所述气流使纤维网弯曲并迫使纤维网至少部分地适形于TAD织物的形貌。在转移点下游，TAD织物上运送的纤维网穿过并环绕空气穿透烘缸，在该处，对准纤维网并穿过TAD织物的受热空气流将纤维网干燥至期望的程度。最后，在空气穿透烘缸下游，可以将纤维网转移到扬克式烘缸的表面，以进一步和完全干燥。然后，利用刮刀刀片从扬克式烘缸表面移走完全干燥的纤维网，该刮刀刀片削减纤维网或使纤维网起皱，由此进一步增加纤维网的松厚度。然后将削减的纤维网缠绕到辊上以进行后续加工，包括包装成适合于运送给消费者和由消费者购买的形式。
在TAD过程中，纤维网缺乏像在湿压榨过程中当纤维网在织物上并贴靠被转移到的扬克式烘缸而在压区中压榨时会出现的压缩，由此减少了形成强纤维间粘合的机会，并且导致最终的纸巾或毛巾产品比通过常规湿压榨可以获得更大的松厚度。然而，一般地，在空气穿透干燥过程中形成的纤维网的拉伸强度对于最终的消费产品而言是不够的，因此，通常在成形操作之前和/或期间将各种类型的化学添加剂引入纤维网中，以获得期望的强度，同时仍然保持初始产品的大部分松厚度。
如上所述，存在多种用于制造批量纸巾产品的方法，并且前述说明应理解为对一些方法所共有的一般步骤的概括。举例来说，Yankee烘缸的使用并不总是需要的，因为在给定的情况中，可能不期望削减或者可能已经采用诸如“湿法起皱”的其它手段来削减纤维网。
本文还考虑了湿压榨或空气穿透干燥的其它工艺和机器构造的变型。例如，在一些情况下，当从烘缸表面移走纸张时不采用起皱刮刀。此外，还存在一些作为空气穿透干燥工艺的替代方案的工艺，这些工艺试图在不使用TAD单元并避免与TAD工艺相关的高能成本的情况下获得“类TAD”的纸巾或毛巾产品性能。
当用于期望用途，尤其是当纤维素纤维制品是面巾纸或卫生纸或纸毛巾时，松厚度、吸收性、强度、柔软度和美观性对于许多产品而言都是重要的。为了生产具有这些特性的纸产品，常常要构造织物使得纸张接触表面表现出形貌变化。这些形貌变化经常是作为织物表面内的织造纱线股之间的平面差来测量。例如，平面差通常是作为织物表面平面内凸起的纬纱股或经纱股之间的高度差或者纵向(machine-direction，MD)结节和横向(cross-machine-direction，℃D)结节之间的高度差来测量的。通常，织物结构将表现出袋结构(pocket)，在该情况下，平面差可以作为袋的深度来测量。
应理解，这些织物在造纸机上可呈环形环的形式并按传送带的方式运行。还应理解，造纸是以相当快的速度进行的连续过程。也就是说，纤维浆料连续地沉积到成形部中的成形织物上，而新制造的纸张在干燥后连续地卷绕到辊上。
本发明提供了一种非织造织物，其起代替传统织造织物的作用并赋予其上产生的纸巾和毛巾产品所需的纹理、手感和松厚度。
发明内容
因此，本发明的一个主要目的是提供一种非织造造纸机织物，所述非织造造纸机织物赋予其上产生的纸巾和毛巾产品所需的纹理、手感和松厚度。
本发明的另一目的是提供一种具有通气孔(through void)形貌的非织造造纸机织物。
本发明的又一目的是提供一种非织造造纸机织物，所述非织造造纸机织物不仅提供在其上生产的改进纸制品，而且还可以允许在宽的织物褶皱百分比和定量范围内进行该工艺。因此，操作工艺参数的范围和/或回收纤维含量的量可增大。
本发明提供了这些及其他目的和优势。与在现有技术织造织物上产生的纸纤维网相比，根据本发明的一个方面，提供了一种具有通气孔形貌的非织造织物或带，由此所述织物或带在施加真空后产生具有高厚度和低密度的纸纤维网(纸巾或毛巾)。
还发现了其他优势，例如但不限于不漏气，这使湿成形更高效；与现有技术织造织物相比改进了纸张拾取和释放；几乎不回湿到不回湿；以及更容易清洁性，这是没有纱交叉而截留纸纤维的结果。
本发明的织物可以应用于造纸机中，用作压印织物、起皱织物或对于本领域技术人员来说显而易见的其它应用。
为了更好地理解本发明、其操作优点和通过其使用而获得的特定目的，参考以下说明性内容，其中在附图中示出本发明的优选实施方案，在附图中，相应的部件用相同的附图标记表示。
附图说明
以下详细说明将结合附图得到最好的理解，这些详细说明以举例的方式给出并且无意于将本发明仅限于此；在附图中，相同的附图标记代表相同的要素和部件，其中：
图1A和1B为根据本发明的一个方面的具有通气孔的织物的实例；
图2A为根据本发明的一个方面的具有通气孔的织物的横截面的实例；
图2B为根据本发明的一个方面的具有枝状气孔结构的织物的横截面的实例；
图3A为根据本发明的一个方面用于产生具有通气孔的织物的系统框图；
图3B示出了根据本发明的一个方面用于在织物中产生通气孔的装置；
图4为造纸过程中使用的造纸机的示意图；
图5为描述根据本发明的一个方面在织物中产生通气孔的过程的流程图；
图6示出了根据本发明的一个方面的钻孔的织物的图像；
图7示出了根据本发明的另一个方面的钻孔的织物的图像；
图8A-G示出了根据本发明的一个方面的钻孔的层合织物的图像；
图9示出了对应于图8G的钻取通气孔的顶面和底面的图像；
图10示出了若干个根据本发明的又一方面所产生的通气孔；
图11为根据本发明的一个方面的织物的透视图；
图12示出了一种可构造本发明的织物的方法。
具体实施方式
下面将参照示出本发明优选实施方案的附图更充分地描述本发明。但是，本发明可以体现为多种不同的形式，并且不应当被视为局限于本文示出的说明性实施方案。相反，提供这些说明性实施方案是为了使本发明详细且完整，并且向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。
本发明提供了一种用于例如图4中所示装置中的非织造织物。所述非织造织物起代替传统织造织物的作用并赋予其上产生的纸巾和毛巾产品所需的纹理、手感和松厚度。本发明的织物可减少与纸产品生产相关的制造时间和成本。制造时间和成本之所以可以减少是因为当用作常规TAD织物时本发明的织物还可减少并且甚至防止从纸纤维网中除去的水回湿纤维网。因此，纸纤维网将得到快速且更高效的干燥。如图4中所示，下面描述制造过程的实施方案和所述过程中使用的造纸机10。
造纸机10具有常规的双网成形部12、织物轨道(fabric run)14、靴形压榨部16、起皱织物18和扬克式烘缸20。成形部12包括由多个辊26、28、30、32、34、36和成形辊38支撑的一对成形织物22、24。流浆箱40将造纸配料(furnish)提供到成形辊38和辊26及所述织物之间的压区42。该配料形成纤维网44，该纤维网44借助于真空，例如通过真空箱46，在织物上脱水。
纤维网44行进到由多个辊50、52、54、55支撑的造纸压榨织物48，该织物与靴形压榨辊56接触。当传递到织物48时，纤维网44具有低的稠度。可以通过真空来辅助传递，例如，如果期望的话，辊50可以是真空辊或者是本领域已知的引纸辊(pickup)或真空靴(vacuum shoe)。当纤维网到达靴形压榨辊56时，由于它进入靴形压榨辊56和传递辊60之间的压区58，所以其可以具有10～25％、优选大约20～25％的稠度。如果期望的话，传递辊60可以是加热的辊。辊56可以是常规的吸水压榨辊而不是靴形压榨辊。如果采用靴形压榨，则由于来自配料的水会被压榨到靴形压榨压区中的织物内，因此可期望并优选辊54是真空辊，以在织物进入靴形压榨压区之前从织物中更有效地除去水。无论如何，利用真空辊54通常是所希望的，从而确保纤维网在改变方向期间与织物保持接触，本领域的技术人员将会从图中理解这点。
纤维网44借助于压榨靴62在压区58中的织物48上进行湿压榨。因此，在该过程的该阶段，在压区58处通常通过利用15％或更多的固体增加稠度来使纤维网压缩性脱水。在压区58处显示的构造一般称为靴形压榨。结合本发明，滚筒60起到传递滚筒的作用，用于以通常1000英尺/分到6000英尺/分的高速将纤维网44运送到起皱织物18。
滚筒60具有光滑表面64，如果需要的话，光滑表面64可以设置有粘合剂和/或剥离剂。当纤维网44以箭头66所指的纵向继续行进时，纤维网44附着到以高的角速度转动的滚筒60的传递表面64上。在滚筒60上，纤维网44具有通常随机的表观纤维分布。方向66指纤维网的纵向(MD)以及造纸机10的纵向，而横向(CD)是纤维网平面内与MD垂直的方向。
纤维网44通常以约10～25％的稠度进入压区58，到转移到如图中所示的起皱织物18处时，其被脱水干燥至稠度为约25％到约70％。
起皱织物18支撑在多个辊68、70、72和压榨压区辊74上，并且与传递滚筒60一起形成织物起皱压区76，如图所示。起皱织物18在起皱织物18适于接触辊60的距离内限定起皱压区，即，将显著的压力施加到贴靠传递滚筒60的纤维网44上。为此，背辊(或起皱辊)70可以具有柔软的可变形的表面，这将增加起皱压区的长度并增加织物和纸张与接触点之间的织物起皱角。或者，可以使用靴形压榨辊作为辊70来增加与高冲击织物起皱压区76中的纤维网的有效接触，在高冲击织物起皱压区76处，纤维网44被转移到起皱织物18，并沿纵向行进。通过在起皱压区76处使用不同的设备，可以调整织物的起皱角度或与起皱压区的引出角度。因此，可以通过调整这些压区参数来影响纤维再分布的性质和量，以及在织物起皱压区76处可能出现的分层/脱粘。
在起皱之后，纤维网44继续沿纵向66行进，并被挤压到传递压区82处的扬克式烘缸80上。在压区82处的转移通常在约25％到约70％的纤维网稠度下进行。在这些稠度下，难以将纤维网44牢固地附着到扬克式烘缸80的表面84以足以从织物上彻底移走纤维网44。该过程的这个方面是重要的，尤其是当期望使用高速干燥护罩以及维持高冲击起皱条件时更是如此。关于此点，应注意的是，常规的空气穿透干燥(TAD)工艺由于无法得到与扬克式烘缸80的足够粘附力，所以不采用高速护罩。根据该工艺，使用特殊粘合剂并结合适度潮湿的纤维网(25％～70％的稠度)以将其充分粘附到扬克式烘缸80，从而允许系统的高速运行和高射速冲击空气干燥。
纤维网44在作为加热滚筒的扬克式滚筒80上并且通过扬克式护罩88中的高射速冲击空气来干燥。随着滚筒80旋转，纤维网44通过起皱刮刀89从滚筒上起皱，并且缠绕在卷取辊90上。
本发明涉及用在柔软的吸收性一次性纸产品如面巾纸、浴巾纸和纸毛巾或如上所述其他纸产品的生产中的造纸机织物。当用作常规TAD织物时，本发明的织物除提供一定程度的纸张形貌外，还可最大限度地减少或甚至防止纸产品或纸张/纤维网的回湿。本发明的织物可具有通气孔形貌。通气孔尤其包括当例如在织物18上生产时为纸产品或纸张/纤维网提供增强的纸张形貌和松厚度的几何特征。本发明的织物的另一优势是更容易使纸张从织物18释放到扬克式滚筒80。再一优势是，其避免了常规织布机的局限性和对常规织布机的需要，原因在于所述通气孔可以布置成任何所需的位置图案，并因此可改善纸产品或纸张/纤维网外观的美观性。
此外，按照本发明构造的织物将产生较深的袋，从而使纸纤维网具有较高的松散(bulk)吸收性和较低的密度。应理解，术语“通气孔”与术语“通孔”同义，表示完全穿透织物如造纸机织物的任何开口。还应理解，本发明的织物同样也可用作织物22、24或48。
图1A和1B示出了根据一个示例性实施方案在一部分织物104中产生的多个通气孔102的平面视图。根据一个方面，通气孔用作纸产品或纸张生产中所用的排水孔。图1A从面向激光源(未示出)、由此可操作激光源以在织物104中产生通气孔或通孔的顶面106(即激光器侧)的视角示出了多个通气孔102。各个通气孔102可具有圆锥形，其中各个通气孔102的内表面108从顶面106上的开口110向内逐渐变细直通织物104的底面114(图1B)上的开口112(图1B)。开口110沿x-坐标方向的直径以Δx1表示，而开口110沿y-坐标方向的直径以Δy1表示。参照图1B，类似地，开口112沿x-坐标方向的直径以Δx2表示，而开口112沿y-坐标方向的直径以Δy2表示。从图1A和1B明显可见，织物104的顶面106上的开口110沿x-方向的直径Δx1大于织物104的底面114上的开口112沿x-方向的直径Δx2。而且，织物104的顶面106上的开口110沿y-方向的直径Δy1大于织物104的底面114上的开口112沿y-方向的直径Δy2。
图2A示出了图1A和1B中所示通气孔102之一的横截面视图。如前所述，各个通气孔102可具有圆锥形，其中各个通气孔102的内表面108从顶面106上的开口110向内逐渐变细直通织物104的底面114上的开口112。各个通气孔102的圆锥形可作为自光源如CO2或其他激光器件所产生的入射光辐射202的结果产生。通过向例如非织造织物施加适宜特性(例如输出功率、焦距、脉冲宽度等)的激光辐射202，作为激光辐射穿孔织物104的表面106、114的结果，可产生通气孔102。使用激光器件产生通气孔将在后面的段落中借助实验数据加以描述。
如图2A中所示，根据一个方面，冲击后，激光辐射202在织物104的顶面106上产生第一隆起的边缘或脊204并且在织物104的底面114上产生第二隆起的边缘或脊206。这些隆起的边缘204、206还可称为隆起的缘或边(lip)。204A示出了从顶部看到的隆起的边缘204的平面视图。同样，206A示出了从底部看到的隆起的边缘206的平面视图。在两个所示视图204A和206A中，虚线205A和205B为说明隆起的缘或边的示意图。因此，虚线205A和205B非意在代表条纹。各个隆起的边缘204、206的高度可在5-10μm范围内。高度以织物的表面与隆起的边缘的顶部之间的水平差计算。例如，隆起的边缘204的高度以表面106与隆起的边缘204的顶部208间的水平差度量。在所提供的优势中，隆起的边缘如204和206尤其提供各个通气孔或通孔的局部机械增强的优势，这继而有助于给定穿孔织物(例如起皱织物)的总抵抗性。此外，较深的气孔导致产生的纸中有较深的袋，并且还导致例如较大的松厚度和较低的密度。应指出，在所有情况下，Δx1/Δx2可以为1.1或更高，Δy1/Δy2可以为1.1或更高。或者，在一些或所有情况下，Δx1/Δx2可以等于1，Δy1/Δy2可以等于1，从而形成圆柱形状的通气孔。
虽然在织物中具有隆起的边缘的通气孔的产生可用激光器件实现，但可以预见也可采用能够产生这样的效果的其他器件。可以使用机械冲孔或压花然后冲孔。例如，非织造织物可在表面中以所需的图案压花以突起和相应的凹陷图案。然后可对例如各个突起进行机械冲孔或激光钻孔。
图3A示出了用于在织物302中产生通气孔304的系统300的一个示例性实施方案。系统300可包括激光器件306、激光器驱动单元308、激光头310和其上放置织物302的机械固定物316。
激光器驱动单元308控制改变由激光器所产生的输出的各种条件。例如，驱动单元308可实现激光器输出功率的调节以及各种调制特性的提供。例如，激光可以在固定或连续的时间段内是脉冲的，由此脉冲宽度可在特定的范围内调节。
激光头310通过喷嘴314向织物302传送入射光辐射312以产生通气孔304。在从喷嘴314输出之前，入射光辐射312可以经过各种光束成形部件。例如，可以使用不同的光学透镜排列以在激光头310的喷嘴314和织物302的顶面之间获得所需的工作距离(即Dw)。此外，可使用分光器、隔离器、偏振器、狭缝和/或其他部件来改变与从激光头310输出的入射光辐射312相关的不同属性。例如，光斑尺寸和光斑形状的控制可能是一种需要的属性。实际上，入射光辐射在织物302中钻出(或切割出)通孔或通气孔。
织物302可以安装或布置在具有不同电动部件、轨、辊等的合适装置上(例如参见图3B)，以便于织物302和/或激光头310在特定的x-y坐标方向上移动。通过控制织物302沿x-y坐标方向移动，可按照不同的所需图案在织物上产生通气孔形貌。除了在x-y方向上移动之外，工作距离Dw还可通过将激光头310安装在提供沿z-坐标方向移动的电动平台上加以改变。可能可以设计一种系统，由此激光头在三维方向上移动，而织物保持固定。或者，激光头能够以横向“x”或CD(横向)方式在织物上来回移动，而织物在纵向(MD)或“y”轴上移动。还可能可以建立一种系统，在其中，织物相对于以机械方式固定的激光头在三维方向上移动。
图3B示出了根据本发明的一个方面用于在造纸机织物中产生通气孔的装置320的一个示例性实施方案。图3B中所示织物322应理解为是织物322的整个长度的一个较短部分。当织物322为环形时，最实际的是绕一对辊安装，图中未这样示出但对于造纸机织物领域普通技术人员来说是最熟悉不过的。在这样的情况下，装置320应布置在两个辊之间的织物322的两个通道(run)中的一个上，最方便的是在顶部通道上。但无论是不是环形的，在工艺过程中，织物322均优选以适宜的张力程度布置。此外，为防止下垂，当织物322移动通过装置320时，可在下面用卧式支撑构件对织物322进行支撑。
现在更具体地参照图3B，其中织物322表示为在实施本发明的方法时以向上的方向移动通过装置320，装置320包括一系列的若干个站，在由其制造造纸机织物时，织物322可渐进地通过这些站。
上面的实施方案中所描述的造纸机织物是根据本文中描述的系统和方法进行钻孔的织物的一个实例。造纸机织物中产生的所述通气孔的所需特性将增强与造纸机所制造的纸产品相关的一个或更多个特性。由于织物中的通气孔优选为在纸张侧上具有宽开口而在机器侧上具有小开口的锥形，因而根据本发明构造的织物在造纸机上的性能得以提高，这继而使织物可在较高的拉伸水平或较低的定量下工作。此外，也可以采用较高的回收纤维含量而仍能获得所需的纸纤维网性质。根据本发明，这些织物还提供其他优势，例如但不限于，不漏气，这使湿成形更有效；与现有技术织造织物相比改进了纸张拾取和释放；几乎不回湿到不回湿；以及更容易清洁性，这是没有纱交叉而截留纸纤维的结果。
图5示出了描述根据一个示例性实施方案在织物中产生通气孔的过程的流程图500。在步骤502处，确定激光器件是以单遍模式还是多遍模式运行。在单遍模式中，随着激光器在织物上方移动，激光器在单遍中产生通气孔。在多遍模式中，激光器在织物上方通过两次或更多次并向织物上的同一位置施加光辐射，直至所需通气孔的产生完成为止。
如果在步骤504处确定选择单遍模式，则一组激光器参数将被读取(步骤506)。这些激光器参数可包括应用于激光器驱动单元如单元308(图3)的各种设置。在步骤508处，基于所读取的激光器参数，自激光器输出的光辐射对织物穿孔以产生所需形状的通气孔。在步骤510处，在分析(例如目检、图像获取/处理等)所产生的通气孔的形状/几何形状后，确定通气孔是否达到所需的形状标准(步骤512)。如果通气孔达到所需的形状标准(步骤512)，则保存所读取的激光器设置(步骤514)使得它们可再用于相同或相似织物的钻孔过程。另一方面，如果确定通气孔未能达到所需的形状标准(512)，则再调节用来驱动激光器的激光器参数(516)以试图产生具有所需形状标准的通气孔。继续执行工艺步骤512、516、508和510，直至满足通气孔的形状标准为止。在所产生的通气孔的形状达到所需的形状标准后，可对整个织物进行钻孔。
如果在步骤504处确定选择多遍模式，则一组激光器参数将被读取(步骤520)。这些激光器参数可包括应用于激光器驱动单元如单元308(图3)的各种设置。在步骤522处，基于所读取的激光器参数，自激光器输出的光辐射对织物穿孔以产生所需形状的通气孔。在步骤524处，在分析(例如目检、图像处理等)所产生的通气孔或穿孔的形状/几何形状后，确定织物的穿孔是否产生了通气孔以及所产生的通气孔是否达到所需的形状标准(步骤526)。如果产生了通气孔且其达到所需的形状标准(步骤526)，则保存所读取的激光器设置(步骤528)使得它们可再用于相同或相似织物的钻孔过程。另一方面，如果确定尚未产生通气孔(例如织物表面的穿孔)或所产生的通气孔未能达到所需的形状标准(526)，则使激光在通气孔上方再经过一次并向通气孔施加光辐射(步骤530)。继续执行工艺步骤526、530、532(任选步骤)和524，直至产生通气孔且达到所需的通气孔形状标准为止。在所产生的通气孔的形状达到所需的形状标准后，可对整个织物钻孔。在任选步骤532处，也可再次调节用来驱动激光器的激光器参数以帮助生成通气孔和/或创建具有所需形状标准的通气孔。但应理解，用于产生通气孔的遍数随诸多因素而异，例如但不限于，织物材料、织物厚度、激光器件类型、激光器运行或驱动参数等。
图6示出了根据本发明的一个或更多个方面钻孔的织物的图像。图像602示出了织物中从织物的顶面(即激光器侧)观察到的钻取的通气孔。图像604示出了从织物的底面(即相反侧)观察到的钻取的通气孔。钻孔标准是获得在激光器侧或顶面上具有较大开口面积的圆形通气孔。图像602和604表明，激光器侧或顶面上的开口(图602)比底面上的开口(图604)大。通气孔可用CO2激光器钻取，所述CO2激光器可经编程或运行以在预定的时间段内产生预定脉冲宽度的光脉冲。与通气孔钻取工艺有关的各种其他参数可包括，例如但不限于，设置激光器所产生的输出功率(瓦特)、钻孔速度、在x和y两个方向上的渐进运动、工作距离(即从激光头喷嘴到织物表面的距离)、给定织物的密度(孔/平方英寸)要求和织物经受光辐射的遍数。
图7示出了根据本发明的一个或更多个方面钻孔的织物的图像。图像702示出了织物中从织物的顶面(即激光器侧)观察到的钻取的通气孔。图像704示出了从织物的底面(即相反侧)观察到的钻取的通气孔。钻孔标准是获得在激光器侧或顶面上的开口面积比在织物的相反侧或底面上的开口面积大的通气孔。图像702和704表明，激光器侧或顶面上的开口(图702)比底面上的开口(图704)大。这些通气孔也可用CO2激光器钻取，所述CO2激光器可经编程或运行以在预定的时间段内产生预定脉冲宽度的光脉冲。与通气孔钻取工艺有关的各种其他参数可包括但不限于，设置激光器的输出功率(瓦特)、钻孔速度、在x和y两个方向上的渐进运动、工作距离(即从激光头喷嘴到织物表面的距离)、给定织物的密度(孔/平方英寸)要求和织物经受光辐射的遍数。如图7中所示，与图6中所示的通气孔不同，这些通气孔的形状是基本椭圆形的。不同的因素和/或参数(例如钻孔速度)可能造成通气孔形状以及与织物的激光器侧和相反侧二者对应的通气孔开口面积(％)的差异。
图8A-G示出了根据本发明的一个方面钻孔的层合织物的图像。根据该实施方案的层合织物可包含用合适的层合技术连结的两个或更多个层。例如可在猝发音模式(tone burst mode)下运行CO2激光器，从而传送例如约600W的输出功率。由于钻孔中的织物是层合体，因而通气孔在多遍入射光辐射之后产生。
图8A-G为显微镜图像，示出了从第1遍到第7遍的每一遍入射光辐射的穿透深度。这些图像还示出了钻孔工艺过程中产生的隆起的边缘。这些隆起的边缘(即顶面)的实例在804(图8A)、806(图8B)和808(图8G)处示出。图8A-G中的图像表明，随着每一遍光辐射，通气孔的顶面和底面上的开口均有一定的增大。例如，图8D中的图像示出，在第4遍后，通气孔的顶面上的顶面开口直径为约3.2mm，底面上的直径为约1.4mm。但在第7遍后，如图8G中所示，通气孔的顶面上的顶面开口增至直径为约3.3mm，底面上的直径增至约2.5mm。这些示出的结果表明，要产生通气孔，需要5遍。但应理解，用于产生通气孔的遍数随诸多因素而异，例如但不限于，层合体材料、层合体厚度、激光器件类型、激光器运行或驱动参数等。
图9示出了对应于图8G的钻取通气孔(即第7遍后)的顶面902和底面904二者的图像。如图9中所示，在第7遍后，通气孔的顶部和底部开口的形状是基本矩形的。
图10示出了根据本发明的又一方面来自用于产生通气孔的实验性试验的若干气孔图案。在一些情况下，可能需要更大尺寸的通气孔。例如，激光器光斑尺寸可能是限制性因素。为克服这一限制并且产生较大的通气孔，将激光器件有效地用作切割器而不是钻孔器。为产生此切割作用，可按不同的频率(例如Wobulation或Vobulation频率)和强度标准(例如Wobulation或Vobulation指数)使激光头摇摆(即Wobulation或Vobulation)以建立更大的通气孔。
例如，图10中所示的图像1010和1012对应于基于不同的运行参数例如但不限于钻孔速度、wobulation频率、wobulation指数、激光器输出功率等所产生的通气孔。相应地，对应于图像1010的通气孔的表面开口1014的形状是基本圆形的，而与图像1012有关的通气孔的表面开口1016的形状是基本矩形的。一个影响表面开口的形状的因素尤其可能是在入射辐射从一个位置移向下一位置以在织物中产生后续通气孔时激光器的扫描速度(即mm/s)。
在另一实施方案中，织物结构(其可以或可以不具有底部支撑基材)包括纸张接触表面和枝状气孔结构，所述纸张接触表面具有一系列平地区域和凹陷，所述枝状气孔结构适于赋予纸巾、毛巾或非织造布纹理。图2B示出了具有枝状气孔或开口11的织物结构10的表面的横截面，所述织物结构10包括在纸张侧12上的多个小孔10a和10b，这些小孔是倾斜的以致其在表面的相反侧14处汇合成较大的气孔10c。如图所示，枝状开口11还可形成为包括邻接孔10a和10b的周向的隆起的边缘或缘16。虽然图2B中未示出，但隆起的边缘或缘也可以邻接织物结构的相反侧14上较大的气孔10c的周向形成。虽然孔10a和10b示意为汇合成气孔10c，但可以想到具有三个或更多个汇合成较大气孔的孔的枝状气孔结构，由此，隆起的缘可邻接较小的纸张侧孔和较大的相反侧气孔中的任一或二者形成。此外，隆起的缘可以部分或完全覆盖织物。
这样的结构允许织物结构中存在大量的小孔，同时也允许纵向MD上具有低的长期伸长率，还允许横向CD上具有高的抗弯刚度。这样的结构还可适于，例如使得允许织物结构中存在直径小于基材厚度的孔而不导致例如污染所致的孔堵塞。
具有所述枝状结构表面的织物结构也预期用于TAD或其他纸巾或毛巾或非织造应用中。例如，纸侧表面上的粗糙结构和相反的机器侧表面上较小的孔可例如以所需的图案捕集、成型和/或取向织物结构上布置的纤维并且产生高松厚度纸巾、毛巾或非织造布。如前所述，所述气孔可以是直的(圆柱形)或锥形的。例如，可设计不同图案的锥形孔以便其在一侧如纤维网或纸张侧表面上较大并且均匀分布，而相反的机器侧表面上的气孔可基本上沿MD排列，从而提供例如增强的排水。枝状气孔可通过任何数目的穿孔方法或其组合产生，包括激光钻孔、机械冲孔和压花(例如热压花或超声波压花)。例如，所述气孔可通过激光钻孔与压花的组合产生。
记得如前所述，通常，造纸带不赋予其上制造的纸以结构。“结构”涉及纸的定量和/或密度的变化，其比在一般造纸中因为一般的变化(例如起皱所引起的那些)而发生的要多。但“结构”还可指纸巾或毛巾纸中的纹理或图案。这样的“结构化的”纸巾/毛巾纸通常柔软、松散并具有高吸收性。这样的造纸带可以是TAD带或常规的压榨织物、转移织物或成形织物。这样的带包括表面图案化框架并且可具有增强的结构。结构化的纸巾和毛巾可以比没有结构化的纸巾/毛巾更柔软、更具吸收性并且具有更低的定量。
造纸机织物通常具有两侧：纸张接触侧和机器或辊侧。前者被称为纸张接触侧的原因是织物的该侧面朝新形成的纸纤维网。后者被称为机器或辊侧的原因是织物的该侧穿过并接触造纸机上的辊。
如前所述，在图4所述的制造过程中，在将纤维网44转移到背辊60之后，将纤维网44引到以慢得多的速率运行的起皱织物18上。在引入后，真空箱(未图示)将纤维网牵拉到起皱织物18的气孔的更深处，并且通过将残余的水拉到(并穿过)起皱织物18的内部来除去纸纤维网中额外的残余水。常规逻辑会认为，在喷淋之后，起皱织物18中留下的任何残余水都会回湿纸张引入后的纤维网44。然而，在该实施方案中，似乎不是这种情况，起皱织物18以使得较宽的开口布置在纸张侧上而其相应的较小开口布置在辊侧上的方式安装在造纸机上。水分试样表明，回湿即使没有被全部消除，也是处于最小限度。已经观察到，织物自身在其内部是湿的，这又与无回湿不符。因此，纤维网44不回湿是出乎意料的结果。因而，该出乎意料的结果可能是起皱织物18以较宽的开口布置在纸张侧上而其相应的较小开口布置在辊侧上的方式安装在造纸机上的作用。
图11为根据本发明的一个示例性实施方案形成的造纸带1110的透视图。根据该实施方案，带1110具有内表面1112和外表面1214，并通过螺旋式卷绕用上面所讨论的若干种方法和系统中的一种产生的聚合物材料条带1116形成。带可用授予Rexfelt等的共同拥有的美国专利5,360,656中描述的方法来产生，该专利的整个内容通过引用并入本文中。材料条带1116可依靠其中构造带1110的螺旋方式绕带1110的长度在基本纵向的方向上螺旋式地卷绕成多个毗邻且相互毗连的匝(turn)。
图12示出了一种可制造带1110的示例性方法。装置1220包括第一工艺辊1222和第二工艺辊1224，其各自可绕其纵轴旋转。第一工艺辊1222和第二工艺辊1224相互平行并且隔开一段距离，该距离将决定其上制造的带1110的总长度，如绕其纵向测量的那样。在第一工艺辊1222侧，提供了以可旋转方式绕轴安装并可平行于工艺辊1222和1224移位的供带盘(图中未示出)。辊1222和1224可设置为使其上卷绕的织物长度约为最终织物的所需长度。供带盘供给例如宽10mm或以上的材料条带1116的放线盘(reeled supply)。供带盘最初例如位于第一工艺辊1222的左手端，然后以预定的速度连续移位至右侧或其他侧。
开始制造带1110时，材料条带1116的开端在绷紧的状态下从第一工艺辊1222向第二工艺辊1224拉伸、绕过第二工艺辊1224并回到第一工艺辊1222，形成第一圈闭合螺旋1226。结束第一圈闭合螺旋1226时，将材料条带1116的开端与其在点1228处的第一圈的末端接合。如下面将讨论的，螺旋式卷绕的材料条带1116的相邻匝通过机械、热和/或粘合剂手段相互接合。
因此，闭合螺旋1226的后续圈通过以如图12中箭头所示的共同方向旋转第一工艺辊1222和第二工艺辊1224、同时向第一工艺辊1222上进给材料条带1116而产生。同时，新卷绕到第一工艺辊1222上的材料条带1116通过例如机械和/或粘合剂或任何其他合适的手段与已在第一工艺辊1222和第二工艺辊1224上的条带连续接合来产生其他圈的闭合螺旋1226。
继续该过程直到闭合螺旋1226具有所需的宽度为止，该宽度沿第一工艺辊1222或第二工艺辊1224轴向测定。在该点，切断尚未卷绕到第一工艺辊1222和第二工艺辊1224上的材料条带1116，自其产生的闭合螺旋1226优选经修剪为使织物的边缘平行并具有用在造纸机上所需的宽度，然后从第一工艺辊1222和第二工艺辊1224上取下，得到本发明的带1110。
根据本发明的一个实施方案，一种使相邻材料条带接合或保持在一起的方法是超声焊接相邻的条带边缘与边缘，同时提供侧向压力以保持边缘的彼此接触。例如，焊接装置的一部分可压下一个条带(优选已卷绕成螺旋形的条带)靠着支撑辊，而装置的另一部分上推另一条带(优选未卷绕的条带)靠着被压下的条带。
超声波间隙焊接的应用产生特别强的结合。相反，时间模式或能量模式的超声波焊接(也称常规超声波焊接)产生的结合可以用脆弱来描述。因此，可以得出结论，经由超声波间隙焊接形成的结合比常规超声波焊接优选。
根据本发明的一个实施方案，使相邻条带保持在一起的另一示例性方法是向相邻条带的末端施加粘合剂并使其接合。应注意，可使用填料来填充条带相互不接触的间隙或部分。
根据本发明的一个实施方案，使相邻材料条带保持在一起的另一方法是用激光焊接技术焊接相邻的条带。激光焊接优于超声波焊接的一个优势是，激光焊接可实现在100米/分钟范围内的速度，而超声波焊接的最高速度为约10米/分钟。向条带的边缘加吸光性染料或油墨吸收剂也可有助于集中激光的热效应。吸收剂可以是黑墨或人眼不可见的近红外染料如“Clearweld”所采用的那些。条带的毗邻边缘可制备为改进使用中的抗拉离性。可以一定角度刮削边缘或以其他方式形成边缘，例如授予Hansen的共同拥有的美国专利6,630,223中所示，其公开内容通过引用并入本文中。
本发明的用于产生带1110的方法和系统相当通用并且可适于生产各种纵向和横向尺寸的造纸机和/或工业织物或带。也就是说，通过实施本发明，制造商不再需要为造纸机上的给定位置生产适宜长度和宽度的环形织造或平面织造并接缝的织物。相反，制造商仅需要将第一工艺辊1222和第二工艺辊1224分开适当的距离来确定带1110的大致长度，并且使材料条带1116卷绕到第一工艺辊1222和第二工艺辊1224上直至闭合螺旋1226达到大致所需的宽度为止。
此外，由于带1110是通过螺旋式卷绕材料条带1116而不是织造织物产生的，因而带1110的外表面1112光滑且连续，不存在使得织造织物的表面不能完全光滑的结节。优选所述材料条带可以是热塑性材料的条带，例如膜或箔，并且可由任何聚合物材料优选聚酯(PET)制成。然而，也可使用其他材料如其他聚酯(例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))或聚苯硫醚(PPS)。还可使用聚酰胺或聚醚醚酮(PEEK)。至于两层或更多层的层合体，各层可由相同或由不同的材料形成。膜或箔可以是单轴或双轴取向的，在MD和CD两个方向上均具有足够的模量和稳定性从而以预期的方式起作用。此外，膜或箔可在MD或CD、或MD和CD二者或任何随机的方向上含增强纤维。增强纤维可通过挤出或拉挤工艺引入，在所述工艺中，纤维可与形成膜或箔的材料一起被挤出或拉挤。增强纤维可以由高模量材料如芳族聚酰胺(包括但不限于Kevlar和Nomex)形成，并且可以为膜或箔提供额外的强度、模量、抗撕和/或抗裂性。
或者，材料条带可以是由低熔点纤维如聚酰胺形成的非织造材料的条带，其可通过针刺或其他合适的手段进行梳理和巩固，并可通过使材料条带通过例如受热的辊压区而熔合，从而在材料条带的一侧或两侧上生成光滑表面。所述非织造材料还可包含不同材料的共混物，例如低熔点和高熔点纤维的组合，例如90％的低熔点聚酰胺6与10％的PA6，6的组合或选择来赋予所需特性的任何其他组合。或者，一部分非织造材料可包含双组分纤维，例如壳-芯型纤维，所述壳-芯型纤维可在外面具有低熔点材料而在里面具有功能材料。材料条带还可例如用聚氨酯树脂进行涂布以提供例如额外的织物光滑度。涂布可增强材料条带的纸张脱离性和/或结构完整性。然后可以此前描述的方式对上述结构穿孔。
本发明的织物可在用所述材料条带形成的基材之上或之下含一个或更多个另外的层，所述另外的层仅为提供功能性而非为了增强。例如，所用的另外的层可以是任何织造或非织造材料、MD和/或CD纱线阵列、宽度小于织物宽度的螺旋式卷绕的织造材料的条带、纤维网、膜或其组合，并且可用本领域技术人员已知的任何合适技术粘附于基材。通过热粘合和化学粘合的层合不过是几个实例而已。
使用如本文所述的织物可以产生具有高厚度和低密度的纸巾或毛巾纸张，这是出人意料的效果。高厚度和低密度使得纸巾或毛巾产品更柔软并具有更高的吸收性，这二者都是非常需要的特性。
最后，本发明织物可以允许造纸工艺在较宽的织物褶皱百分比范围、定量和/或增加的回收纤维含量下进行并且可以通过增加操作工艺参数的范围而产生显著的价值。
尽管本文已经详细描述了本发明的优选实施方案及其变型，但是应当理解，本发明不限于该精确的实施方案和变型，并且在不偏离所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，本领域技术人员可以实施其它变型和变化。

Claims (27)

1.一种造纸织物，所述织物包括多个通气孔，所述通气孔各自包括：
与所述织物的顶面相关的第一开口；
与所述织物的底面相关的第二开口；和
至少一个隆起的边缘，所述边缘在周向上邻接所述的第一和第二开口中的至少之一，其中所述隆起的边缘围绕所述开口形成连续的隆起的脊，其中第一隆起的边缘处于所述顶面上方5-10μm的高度水平，并且第二隆起的边缘处于所述底面下方5-10μm的高度水平。
2.根据权利要求1所述的造纸织物，其中所述多个通气孔各自包括锥形或圆柱形的内表面。
3.根据权利要求1所述的造纸织物，其中所述通气孔在形成所述造纸织物的一个或更多个层的材料条带中形成。
4.根据权利要求3所述的造纸织物，其中所述材料条带为非织造材料的条带。
5.根据权利要求3所述的造纸织物，其中所述材料条带为膜或箔。
6.根据权利要求5所述的造纸织物，其中所述膜或箔包含在MD、CD、或MD和CD、或随机方向上的增强纤维。
7.根据权利要求4所述的造纸织物，其中涂布所述非织造材料的条带以增强纸张脱离性和/或结构完整性。
8.一种用于在造纸织物中产生通气孔的系统，所述系统包括：
能够操作产生入射光辐射的光源；
与所述光源耦联并且适于控制与所述入射光辐射相关的至少一个特性的驱动单元；和
能够操作以保持所述织物并且促进所述光源与所述织物间的相对运动使得所述入射光辐射对所述织物穿孔并且产生所述通气孔的装置，
其中所述产生的通气孔各自包括至少一个隆起的边缘，所述边缘在周向上邻接在与所述织物相关的顶面和底面中的至少之一上产生的开口并且其中所述隆起的边缘围绕所述开口形成连续的隆起的脊，其中第一隆起的边缘处于所述顶面上方5-10μm的高度水平，并且第二隆起的边缘处于所述底面下方5-10μm的高度水平。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述入射光辐射包括聚焦的激光输出。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述装置包括多个电动部件，所述电动部件能够操作以使所述织物在一个或更多个方向上运动并且使与所述光源相关的头运动，其中所述头适于相对于所述织物在x、y或z方向上运动。
11.根据权利要求8所述的系统，其中与所述入射光辐射相关的所述至少一个特性包括输出功率。
12.根据权利要求8所述的系统，其中与所述入射光辐射相关的所述至少一个特性包括调制特性。
13.根据权利要求8所述的系统，还包括用于在向所述织物施加所述入射光辐射之前使所述入射光辐射成形的光束成形部件。
14.一种在造纸织物中产生通气孔的方法，所述方法包括：
产生与所述织物的顶面相关的第一开口；
产生与所述织物的底面相关的第二开口；和
产生至少一个隆起的边缘，所述边缘在周向上邻接所述的第一和第二开口中的至少之一，其中所述隆起的边缘围绕所述开口形成连续的隆起的脊，其中第一隆起的边缘处于所述顶面上方5-10μm的高度水平，并且第二隆起的边缘处于所述底面下方5-10μm的高度水平。
15.一种在造纸织物中产生通气孔的方法，所述方法包括：
产生用于冲击所述织物的入射光辐射；和
控制与所述入射光辐射相关的至少一个特性以使所述入射光辐射产生通气孔，所述通气孔各自包括至少一个隆起的边缘，所述边缘在周向上邻接在与所述织物相关的顶面和底面中的至少之一上产生的开口并且其中所述隆起的边缘围绕所述开口形成连续的隆起的脊，其中第一隆起的边缘处于所述顶面上方5-10μm的高度水平，并且第二隆起的边缘处于所述底面下方5-10μm的高度水平。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述通气孔各自包括锥形或圆柱形的内表面区域。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述控制与所述入射光辐射相关的至少一个特性包括产生通气孔，所述通气孔各自包括的顶面开口的表面积大于底面开口的表面积。
18.一种造纸织物，所述织物包括：
一个或更多个螺旋式卷绕的聚合物材料条带，其中所述螺旋式卷绕的聚合物材料条带的相邻条带被结合在一起，所述螺旋式卷绕的聚合物材料条带包括多个通气孔，所述通气孔各自包括：
与所述织物的顶面相关的第一开口；
与所述织物的底面相关的第二开口；和
至少一个隆起的边缘，所述边缘在周向上邻接所述的第一和第二开口中的至少之一，其中所述隆起的边缘围绕所述开口形成连续的隆起的脊，其中第一隆起的边缘处于所述顶面上方5-10μm的高度水平，并且第二隆起的边缘处于所述底面下方5-10μm的高度水平。
19.根据权利要求18的造纸织物，所述织物还包括：
织造或非织造材料、MD或CD纱线阵列、宽度小于带或套筒宽度的螺旋式卷绕的织造材料的条带、纤维网、膜或它们的组合的一个或更多个层，其中所述一个或更多个层在所述螺旋式卷绕的聚合物材料条带之上或之下形成。
20.根据权利要求18的造纸织物，其中所述一个或更多个螺旋式卷绕的聚合物材料条带螺旋式卷绕以形成所需宽度或长度的织物。
21.根据权利要求18的造纸织物，其中所述相邻的条带用激光焊接、红外焊接和超声波焊接中的至少一种结合。
22.一种造纸织物，所述织物包括：
螺旋式卷绕使得聚合物材料的相邻条带结合形成带的聚合物材料条带；和
分布在所述形成的带上的多个通气孔，其中所述多个通气孔包括至少一个隆起的边缘，所述边缘在周向上邻接与所述多个通气孔中的每一个都相关的第一和第二开口中的至少之一并且其中所述隆起的边缘围绕所述开口形成连续的隆起的脊，其中第一隆起的边缘处于织物顶面上方5-10μm的高度水平，并且第二隆起的边缘处于织物底面下方5-10μm的高度水平。
23.根据权利要求22的造纸织物，所述织物还包括：
织造或非织造材料、MD或CD纱线阵列、宽度小于带或套筒宽度的螺旋式卷绕的织造材料的条带、纤维网、膜或它们的组合的一个或更多个层，其中所述一个或更多个层在所述螺旋式卷绕的聚合物材料条带之上或之下形成。
24.根据权利要求22的造纸织物，其中所述一个或更多个螺旋式卷绕的聚合物材料条带螺旋式卷绕以形成所需宽度或长度的织物。
25.根据权利要求22的造纸织物，其中所述相邻的条带用激光焊接、红外焊接和超声波焊接中的至少一种结合。
26.根据权利要求1、18或22的造纸织物，其中所述织物为包含两层或更多层的层合体。
27.根据权利要求26的造纸织物，其中第一层中的通气孔与第二层中的通气孔具有不同的尺寸。
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