CN104024524A - 具有增强的横向特性的棉纸片材 - Google Patents

具有增强的横向特性的棉纸片材 Download PDF

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Abstract

本发明提供通过再润湿干燥的棉纸纤网、压榨该再润湿的纤网以及二次干燥该纤网来生产具有改进的耐用性的棉纸。该改进的耐用性用较高的机器横向(CD)上的斜率表示。

Description

具有增强的横向特性的棉纸片材
背景技术
一般而言，造纸商且尤其是低基重棉纸纤网的生产商试图在给定的抗拉强度下减小机器方向和横向上的斜率。例如授予Underhill的美国专利US7972474公开了具有增强的机器横向特性的棉纸，其包括相对高的峰值伸长率、相对低的斜率和高吸收的拉伸能量。Underhill提出具有这些特性的棉纸产品在相对较高强度下具有相对较低的硬挺度和较高的延伸性。通常，Underhill所生产的产品具有约2000克/3英寸至3000克/3英寸的机器横向斜率(CD斜率)。Underhill假设较低的CD斜率与较低的抗弯硬挺度有关，从而产生柔软的棉纸。
除了Underhill的教导，造纸商已经试图通过降低CD抗拉强度或通过在给定的CD张力下提高CD伸长率来降低CD斜率。但是，因为高CD伸长率水平由于织物技术进步而变得可行，CD斜率值变得更低，并且在某特定情况下，低CD斜率会被解读为薄弱或易损坏的棉纸。因而在一些情形中期望造纸商能够提高CD斜率。
提高棉纸纤网的CD斜率的一个实例由授予Mullally的美国专利US7300543提供。为了提高棉纸纤网的CD斜率，Mullally在不起绉的透风干燥棉纸工艺中使用具有较深的不连续凹窝的造纸织物。虽然Mullally的纤网具有高的CD斜率，该CD斜率值不足以提供在合适的CD抗拉强度级别下具有期望属性、例如手上实体感的棉纸。此外，具有较深的不连续凹窝的产品不是消费者所期望的。因此，本领域仍需要具有高CD斜率的棉纸纤网以及制造该棉纸纤网的方法。
发明内容
现在已经发现具有改进的耐用性和柔软度的棉纸纤网可以如此制造，即，通过再润湿被干燥的棉纸纤网、压榨该再润湿的纤网以及二次干燥该纤网。该改进的耐用性/柔软度关系可由高的横向斜率(CD斜率)体现，该CD斜率是针对该棉纸的机器横向载荷相对于棉纸伸长曲线的斜率。尤其是在给定的CD张力和CD伸长率下的高CD斜率导致产品会被消费者认为是耐用的。此外，高CD斜率意味着，当消费者使用产品时，有益的CD伸长率不会轻易地从棉纸中消减。因此，具有高CD斜率的棉纸产品当在CD方向承受拉伸载荷时会抵抗CD伸长率的消减。CD特性尤其重要，因为棉纸纤网通常在该方向上相对薄弱并且会损坏，这是由于纤维取向主要在机器方向(MD)。因而，就提供非常耐用的棉纸而言，特别期望能提高CD斜率。虽然可以仅通过提高CD抗拉强度来提高CD斜率，但这不是优选的，因为这往往会使棉纸更硬且进而在消费者看来较不柔软。因此，已确定CD抗拉强度和CD斜率的合适组合对提供消费者偏爱的棉纸产品而言特别期望的。
因此在一个方案中，本发明提供具有小于约1500克/3英寸的CD张力、大于约12％的CD伸长率和大于约9000克/3英寸的CD斜率的棉纸纤网。
在其它方案中，本发明提供具有CD张力与CD斜率的比值大于约10且CD伸长率大于约10％的棉纸纤网。
在另一个方案中，本发明提供制造棉纸片材的方法：(a)形成具有小于约5％的含湿量的透风干燥的棉纸纤网，(b)再润湿所述透风干燥的纤网，(c)压榨所述再润湿的纤网，以及(d)干燥经压榨的纤网以使纤网含湿量小于5％。
附图说明
图1是根据本发明的、再润湿、压榨和干燥棉纸纤网的一个实施例视图；
图2a是用于压榨如实例所述纤网的压板的俯视图，图2b是前述压板的放大侧视图；
图3是由福伊特织物公司(威斯康辛州阿普尔顿)提供的t-1205-2TAD织物的图片。
定义
术语“抗拉强度”、“MD(机器方向)张力”和“CD(机器横向)张力”通常是指当用254毫米/分钟的十字头速度、4540克的最大刻度载荷、50.8毫米的夹爪跨距(标距)以及762毫米的试样宽度测量时在任意给定的取向上拉伸或张拉时材料可以承受的最大应力。MD抗拉强度为当样本在机器方向上被张拉至破裂时的每3英寸样本宽度的峰值载荷。类似地，CD抗拉强度为当样本在机器横向被张拉至破裂时的每3英寸样本宽度的峰值载荷。对于单片层产品，每一抗拉强度测试是在该单片层上进行。对于多片层产品，抗拉测试是在最终产品所预期具有的多片层上进行。例如，双片层产品是同时在两片层测试，所记录的MD和CD抗拉强度是所述两片层的强度。
利用JDC精确样本裁切刀(Thwing-Albert仪器公司，费城，宾州，型号JDC3-10，系列号37333)沿机器方向(MD)或机器横向(CD)的取向裁切3英寸(76.2mm)×5英寸(127mm)的条带来制备用于抗拉强度测试的样本。用于测量抗张强度的仪器为MTS Systems Sintech11S，系列号6233。数据获取软件是用于Windows3.10的MTS Test WorksTM(MTS Systems公司，ResearchTriangle Park,NC)。测压元件由最高50牛顿力或100牛顿力选择，这取决于被测样本的强度，从而大多数的峰值力值落在测压元件整个刻度值的10％到90％之间。夹爪之间的标距为2±0.04英寸(50.8±1mm)。夹爪被气动操作并且被覆以橡胶。最小夹持面宽度为3英寸(76.2毫米)，夹爪的大致高度为0.5英寸(12.7毫米)。十字头速度为10±0.4英寸/分钟(254±1mm/min)，破裂敏感度被设定为65％。样本被竖向和水平居中地置于仪器的夹爪内。随后开始测试并在试样破裂时结束测试。峰值载荷记录为试样的“MD抗拉强度”或“CD抗拉强度”，这取决于样本试验方向。对于每一产品，需要“按原样”测试至少六(6)个代表性试样，所有单个试样测试的算术平均值是产品的MD或CD抗拉强度。
术语“吸收的拉伸能量(简写为TEA)”通常是指在如前述的同一抗拉测试过程中的应力-应变曲线下方的面积。该面积是基于当片材受拉破裂且作用在该片材上的载荷降至峰值拉伸载荷的65％时达到的应变值。因为纸片厚度通常不可知并且在测试的过程中会发生变化，通常的做法是忽略该片材的截面积，而作为每单位长度上的载荷应力或者通常以克/3英寸宽度为单位报告该片材上的“应力”。对于TEA的计算，应力被转换为克/厘米，且所述面积通过积分来计算。应变的单位为厘米/厘米，从而TEA的最终单位为g-cm/cm2。
术语“伸长率”、“MD伸长率”和“CD伸长率”通常指在任何给定取向上产生峰值载荷时的样本的经松弛校正的伸长值除以经松弛校正的标距长度的比值。伸长率是在确定如上所述的抗拉强度的过程中的MTSTestWorksTM的输出值。伸长率以百分数计。
术语“CD斜率”通常是指由绘制CD张力-CD伸长率时获得的线的斜率并且是在确定如上所述的抗拉强度的过程中的MTS TestWorksTM的输出值。斜率以克(g)/单位样本宽度(英寸)计并且以落入70至157克(0.687至1.540N)之间的试样生成力的经载荷校正后的应变值除以试样宽度所拟合的最小二乘线的倾斜度的形式测得。
本文所用的纸片“纸厚”是单张棉纸片的代表性厚度，其根据TAPPI测试方法T402“用于纸、硬纸板、抄浆片和相关产品的标准处理和测试环境”和T411om-89“纸、硬纸板和复合纸板的厚度(纸厚)”来测定，其中注3用于堆叠的纸。用于执行T411om-89的微米计是Emveco200-A棉纸厚度测试仪(由俄勒冈州纽伯格的Emveco公司提供)。微米计具有2千帕斯卡的力、2500平方毫米的压脚面积、56.42毫米的压脚直径、3秒停留时间和0.8毫米/秒的降下速度。
本文所用的片材“松厚度”按照用微米表示的纸厚除以用克/平方米表示的干燥基重之商来计算。最终的松厚度以立方厘米/克来表示。
本文所用的术语“片湿度”通常是指棉纸纤网的10英尺片材部段的平均纸片湿度。纸片湿度通过给含湿片称重并将该片的该重量与在该片在炉中烘干至水分被消除时的片重量相比较而测得。用于确定片湿度的合适的测试方法是TAPPI Test T-210cm-93。
具体实施方式
现在已令人惊奇地发现，可如此制得具有增强的机器横向(CD)特性、如CD斜率和CD伸长率的棉纸纤网，即，使已干燥的棉纸纤网进行再润湿、压榨和二次干燥。例如，在一个实施例中，根据本领域中已知的方法、例如在美国专利US5772845中公开的方法来生产棉纸纤网，以获得基重为约15至约60克/平方米(gsm)并且含湿量为约0.5％至约5％之间的未起绉的透风干燥(UCTAD)棉纸纤网。该已干燥的棉纸纤网接着被再润湿，以使得含湿量提升至至少约10％，优选至约15％至约50％之间。该再润湿的棉纸纤网接着会在优选为至少约1000磅/平方英寸(psi)、例如约2000至约10000psi的压力作用下受到压榨。压榨之后，该再润湿和经压榨的棉纸纤网会被二次干燥，以获得具有含湿量为约0.5％至约5％之间、更优选为约1％至3％之间的棉纸纤网。产生的棉纸纤网具有改进的CD特性。
相应地，在一些实施例中，再润湿和经压榨的棉纸纤网具有的CD伸长率大于约10％、具体为约12％至约25％之间、更具体为约12％至约20％之间、进一步具体为约12％至约18％之间。
体现片材柔软度或硬挺度的本发明棉纸纤网的CD斜率可以从约9000克/3英寸至约18000克/3英寸、更具体从约10000克/3英寸至约16000克/3英寸、进一步具体为约12000克/3英寸至约14000克/3英寸。优选，该CD斜率可在具有小于约1500克/3英寸、更优选为约800克/3英寸至约1000克/3英寸之间的CD张力的棉纸纤网中实现。如前所述，可以通过提高CD张力来提高CD斜率，但这对硬挺度或柔软度产生负面效果。因此，本发明的目标之一是提供具有相对适度的CD张力从而保持纤网的柔软度但具有提高的CD斜率的棉纸纤网。
体现棉纸片整体耐用性的本发明棉纸纤网的CD TEA可为约8克-厘米/平方厘米(g-cm/cm2)或更大、具体为约8g-cm/cm2至约16g-cm/cm2、更具体为约10g-cm/cm2至约14g-cm/cm2。
在其他实施例中，本发明的棉纸纤网在给定的CD张力下具有CD伸长率和CD斜率的新组合。例如，优选棉纸纤网具有小于约1500克/3英寸的CD张力、大于约12％的CD伸长率和大于约9000克/3英寸的CD斜率。
在特定的CD张力和CD伸长率水平下的所述的CD斜率提高是对现有技术棉纸的改进，现有技术棉纸通常试图在给定的CD张力下降低CD斜率。根据本发明制造的棉纸纤网和现有技术中纤网的比较提供如下：
表1
根据本发明制作的棉纸纤网由均质纤维配料制得或者可以由在制造单片层或多片层产品中多个子层的分层纤维配料形成。分层的基础纤网可用本领域已知的设备、例如多层流浆箱形成。基础纤网的强度和柔软度都可以通过分层棉纸、例如由分层流浆箱制造的那些来按需要进行调整。
例如，各子层都可以使用不同的纤维配料，以产生具有所需特性的子层。例如，包含软木纤维的子层比包含硬木纤维的子层具有更高的抗拉强度。另一方面，硬木纤维可以提高纤维的柔软度。在一个实施例中，本发明的单片层基础纤网包括主要包含硬木纤维的第一外子层和第二外子层。如果需要，可以在硬木纤维中混合上高达约10重量百分比的纸屑和/或高达10重量百分比的软木纤维。基础纤维还包括定位在第一外子层和第二外子层中间的中间子层。中间子层主要包括软木纤维。如果需要，高达约10重量百分比的其他纤维、例如高得率纤维或人造纤维可以与软木纤维混合。
当由分层纤维配料构造纤网时，每一子层的相对重量可根据特定应用而改变。例如，在一个实施例中，当制造包含三子层的纤网时，每一子层可以是纤网总重的约15％至约40％、例如是纤网重量的约25％至约35％。
湿强树脂可以按需要添加到配料中，以提高最终产品的湿强度。目前，最常用的湿强树脂属于被称为聚酰胺-聚胺表氯醇树脂的聚合物类。有很多这些树脂的商业供应商，包括Hercules公司(KymeneTM)、Henkel公司(FibrabondTM)、Borden化学公司(CascamideTM)、Georgia-Pacific公司以及其他公司。这些聚合物的特征是具有包含沿着主链分布的相互作用的交联官能团的聚合物主链。其他有用的湿强剂由美国Cyanamid公司以ParezTM的商标名称进行销售。
类似地，干强树脂可以按需要添加到配料中，以提高最终产品的干强度。这样的干强树脂包括但不限于羧甲基纤维素(CMC)、任何类型的淀粉、淀粉衍生物、树胶、聚丙烯酰胺树脂和其他公知的树脂的材料。这种树脂的商业供应商与上述供应湿强树脂的供应商相同。
可以添加到配料中的其它加强化学品是可从Kemira公司(Atlanta，GA)购得的Baystrength 3000，该化学品是用于向棉纸纤网赋予干的和暂时湿润的抗拉强度的乙二醛化的阳离子型聚丙烯酰胺。
如上所述，本发明的棉纸产品通常可以由本领域已知的任何种类的造纸工艺形成。优选棉纸纤网由透风干燥工艺形成并且可以是起绉的或非起绉的。例如，本文的造纸工艺能利用胶粘起绉、湿起绉、双面起绉、压印、湿压、空气压榨、透风干燥、起绉透风干燥、未起绉透风干燥以及形成纸纤网中的其它步骤。这样的技术的一些例子在美国专利US5,048,589、US5,399,412、US5,129,988和US5,494,554中公开，所有这些文献以与本文一致的方式被纳入本文。当形成多片层棉纸产品时，单独的片层可以由上述的相同或不同的工艺来制造。
例如在一个实施例中，棉纸纤网可是利用本领域已知工艺形成的起绉透风干燥纤网。为形成这样的纤网，由辊适当地支承并驱动的环行成型织物接纳来自流浆箱的分层造纸浆料。真空箱设置在成型织物下方且适于从纤维配料中除水以帮助形成纤网。成型纤网自成型织物被转送至另一织物，其或是网，或是毯。该织物通过多个导辊被支承以绕连续路径运动。可以包括设计用于方便纤网在织物之间转送的拾取辊来转送纤网。
所形成的纤网最好通过被移送到被加热的可转动烘筒如扬克烘缸被烘干。纤网可直接从透风干燥织物被移送至扬克烘缸，或者最好被移送至压印织物，其随后被用于将纤网移送到扬克烘缸。根据本发明，本发明的起绉组合物可以在纤网正在织物上移动时被局部地施加到棉纸纤网，或者可以被施加到烘筒表面以转移到棉纸纤网的一面。通过这种方式，起绉组合物被用于将棉纸纤网粘附至烘筒。在此实施例中，当运送纤网经过烘缸表面转动路径的一部分时，热被赋予纤网，造成纤网所含的大多数水分被蒸发。随后，通过起绉刮刀将纤网剥离烘筒。起绉纤网随着其成形而进一步减少纤网内的内部结合，提高柔软性。另一方面，在起绉过程中施加起绉组合物至纤网可以提高纤网强度。
在另一实施例中，所形成的纤网被移送至被加热的可转动烘筒的表面，烘筒可以是扬克烘缸。在一个实施例中，压辊可以包括负压辊。为了使纤网附着于烘筒表面，起绉胶可通过喷洒装置被施加到烘筒表面。喷洒装置可以喷出根据本发明所制造的起绉组合物，或者可以喷出传统的起绉胶。纤网被粘附到烘筒表面，随后用起绉刀自该烘筒被起绉。如果需要，烘筒可与一个罩相关联。该罩可被用于迫使空气流向或流过纤网。一旦自第二烘筒被起绉，则纤网可以可选地围绕冷却卷筒被供入并在被卷绕到卷轴上之前被冷却。
除了在形成纤网的过程中应用起绉组合物，该起绉组合物还可使用在后成形工艺中。例如，在一个方案中，起绉组合物可以在印皱工艺中使用。具体地，一旦被局部地应用到纤网上，起绉组合物已知被发现非常适于将纤网粘接到起绉表面上。
例如一旦纤网成形且烘干，起绉组合物可被施加到纤网的至少一面并且该纤网的所述至少一面随之可被起绉。总体而言，起绉组合物可被仅施加到纤网一面而只有纤网一面可被起绉，起绉组合物可以被施加到纤网两面上而只有纤网的一面被起绉，或者起绉组合物可被施加到纤网的每一面上而纤网的每一面可被起绉。
一旦被起绉，则棉纸纤网被牵拉经过干燥站。干燥站可以包括任何形式的加热单元，例如由红外热、微波能量、热风等供能的炉子。在某些应用中可能需要干燥站来干燥纤网和/或固化起绉组合物。但根据所选择的起绉组合物，在其它应用中可能不需要干燥站。
在其他实施例中，基础纤网通过未起绉透风干燥工艺来成型，如例如在美国专利US5,656,132和US6,017,417中所描述的那样，这两篇文献以与本文一致的方式被援引纳入本文。具有造纸流浆箱的双网成型器喷射或落置造纸纤维含水悬浮液配料到多个成型织物、例如外成型织物和内成型织物上，由此形成湿棉纸纤网。本发明的成型工艺可以是造纸业已知的任何传统成型工艺。这样的成型工艺包括但不限于长网成型器、顶网成型器、如负压胸辊成型器、间隙成型器、如双网成型器和新月型成型器。
湿棉纸纤网在内成型织物绕成型辊回转时在内成型织物上成型。内成型织物用于在湿棉纸纤网被部分脱水时在工艺的下游支撑和载运新成型的湿棉纸纤网。棉纸纤网的附加脱水可通过已知的造纸技术、例如真空吸湿箱进行，此时内成型织物支撑湿棉纸纤网。湿棉纸纤网可被附加脱水到至少约20％的稠度，确切的说在约20％至约40％之间，更确切的说是在约20％至约30％之间。
成型织物通常可由任何适当的多孔材料如金属丝网或聚合物长丝制成。例如，某些合适的织物可包括但不限于可从Albany International(Albany,NY)获得的Albany84M和94M、可以从Asten Forming Fabrics公司(Appleton,WI)获得的Asten856、866、867、892、934、939、959或者937以及Asten SynweveDesign274、以及可从Voith Fabrics(Appleton,WI)获得的Voith2164。包含非织造底层的成型织物或成型毯也可能是有用的，其中包括Scapa公司的、利用挤出聚氨酯泡沫材料制造的那些，例如Spectra系列。
湿纤网随后从成型织物被转送到转送织物，此时固体稠度在约10％至约35％之间，尤其在约20％至约30％之间。在本文中，“转送织物”是位于纤网制造工艺的成型段和干燥段之间的织物。
转送至转送织物可以在正压和/或负压的帮助下进行。例如，在一个实施例中，真空靴可施加负压，从而成型织物和转送织物同时在真空槽的前边缘收张。通常地，真空靴所提供的压力等级在约10至约25英寸汞柱之间。如上所述，真空转送靴(负压)可通过用来自纤网的相反侧的正压来将纤网吹送到下一块织物以作为补充或替代。在某些实施例中，也可使用其它真空靴来帮助将纤网拉到转送织物表面上。
通常地，转送织物以比成型织物慢的速度行进，以增大纤网的MD伸长率和CD伸长率，这通常是指在其机器方向(MD)或其横向(CD)上的纤网伸长率(以样本断裂时的伸长百分比表示)。例如两块织物之间的相对速度差可以从约1％至约30％、在某些实施例中从约5％至约20％、在某些实施例中从约10％至约15％。这通常被称为前冲转送。在前冲转送中，据信许多纤网结合点将破裂，由此迫使片材弯曲折叠到转送织物表面上的凹陷中。这样仿照转送织物表面轮廓的塑造可增大纤网的MD伸长率和CD伸长率。从一个织物至另一个织物的前冲转送能遵照在以下任一篇专利中所教导的原理，即美国专利US5,667,636、US5,830,321、US4,440,597、US4,551,199和US4,849,054，所有这些文献以与本文一致的方式被援引纳入本文。
湿棉纸纤网随后从转送织物被转送至透风干燥织物。通常地，转送织物以与透风干燥织物大约相同的速度行进。但是，在某些实施例中，当纤网从转送织物被转送至透风干燥织物时可进行第二前冲转送。该前冲转送在此被认为是在第二位置上发生的，且通过以比转送织物更慢的速度使透风干燥织物运行来获得。通过在两个不同地点即第一和第二位置上进行前冲转送，可以制造具有增大的CD伸长率的棉纸产品。
除了从转送织物至透风干燥织物前冲转送湿棉纸纤网，湿棉纸纤网还可被宏观重组，以便在真空转送辊或真空转送靴、如真空靴帮助下贴合透风干燥织物的表面。如果需要，透风干燥织物可以按照比转送织物慢的速度运行，以进一步提高最终棉纸产品的伸长率。该转送可以在真空帮助下进行以保证湿棉纸纤网与透风干燥织物的形貌相吻合。
在特别优选的实施例中，纤网被转送至透风干燥织物以便最好在真空帮助下进行最终干燥，以保证纤网宏观重组而产生期望的松厚度和外观。独立的转送织物和透风干燥织物的使用可以带来各种不同的优点，因为这允许所述两个织物被专门设计用于单独应对关键的产品要求。例如转送织物通常被优化以允许将高前冲转送水平高效转化为高的MD伸长率，而透风干燥织物被设计用于提供松厚度和CD伸长率。因此，具有适度粗度和适度三维尺寸的转送织物和透风干燥织物是有利的，它们在最佳配置形式中是相当粗且相当立体的。结果，相对光滑的片材离开转送段并接着被宏观重组(在真空帮助下)以产生高的松厚度、高的CD伸长率、透风干燥织物的表面形貌。片材形貌从转送织物至透风干燥织物被完全改变，并且纤维被宏观重组，包括显著的纤维间相互运动。
干燥工艺可以是倾向于保留湿纤网的松厚度或厚度的任何非压榨干燥工艺，包括但不限于透风干燥、红外辐射、微波干燥等。因为其商业可获得性和实用性，透风干燥是众所周知的并且是用于非压榨干燥纤网以实现本发明的常用手段。合适的透风干燥织物包括但不限于包含基本连续的机器方向凸棱的织物，由此所述凸棱由集中起来的多个经纱股形成，例如美国专利US6,998,024所述的那些。其它合适的透风干燥织物包括美国专利US7,611,607所述的那些，该文献以与本文一致的方式被纳入本文，尤其是被标注为Fred(tl207-77)、Jeston(tl207-6)和Jack(tl207-12)的织物。纤网最好在透风干燥织物上被干燥至最终干燥度，未被压贴于扬克烘缸表面且没有随后的起绉。
为进一步提高纤网的CD特性，具体为CD斜率，已干燥的棉纸纤网将会如图1所示的被再润湿、压榨和二次干燥。如图1所述，已干燥的棉纸纤网10(在箭头15表示的方向上行进)用一个或多个加湿喷头20在纤网的一侧或两侧(未示出)上被再润湿(这里也称为被加湿)。加湿喷头由水喷淋头(例如液压喷淋头、气体雾化喷淋头或超声喷淋头)、蒸汽喷头或它们的组合组成。纤网的这种再润湿由液体、水乳液、液体混合物、悬浮液、水喷雾、蒸汽或者本领域已知的其他方法进行，以使得纤网的含湿量可以提高至约10％至50％、最优选为约15％至约40％的程度。根据本实施例，根据压榨装置的类型和期望应用场合，再润湿装置20被特别靠近地放置在压榨装置54、56的夹缝58之前。再润湿装置20的位置被调整以使得在再润湿后以期望运行速度到夹缝58前的浸润时间小于约2秒。在该说明书中，浸润时间是指在夹缝压榨作用之前的再润湿起作用所持续的时间，在此，当压榨夹缝的压合表面终止接触时、即压缩力在夹缝作用中停止作用时，浸润时间终止。
在特别优选的实施例中，加湿喷头包括具有限定前边缘24和后边缘26的壳体22的蒸汽喷头22。壳体22中有一排独立控制的喷嘴31，其在横向上以规律的间隔隔开且将蒸汽分配到蒸汽室30内。蒸汽的供应由蒸汽供给集流管29提供，向每个喷嘴31的蒸汽供由计算机(未示出)控制，计算机从例如位于加湿喷头下游的湿度检测器(未示出)、如伽马测量计接收湿度反馈，并相应地调整蒸汽控制阀32。添加的水分量被控制以使得片材的湿度增加至约10％至约50％。可以通过这样的方式完成水分添加，以使得当得到压型后能够施加均匀的湿度。压型和水分添加可以通过多个喷头之一的组合来完成。如果蒸汽喷头与水喷淋头结合使用，那么优选的构型将具有紧接着水喷淋头的蒸汽喷头。
在特别优选的实施例中，喷头20被设计为具有用于随后用气体冷却片材的第二室34。相应地，在蒸汽施加到纤网之后，通过由阀42控制的经集流管39和喷嘴41向冷却室34供应冷却气体来冷却纤网。因此，在优选的实施例中，喷头装置增加含湿量、校正非均匀度并接着将片材冷却至低于180℉的温度。纤网的冷却旨在促进压榨过程中的蒸汽凝结和纸厚的保持。蒸汽喷头优选定位为特别靠近压榨装置的夹缝，以使得施加蒸汽和压榨之间的时间最小化。最小化该时间将保持在纤网厚度上的湿度梯度。根据此优选的实施例，期望在压榨之前使用加湿喷淋头添加润滑剂。可雾化的润滑剂是商业上已知的悬浮液/乳液，例如硬脂酸钙、聚乙烯乳液和聚甘油酯等。润滑剂溶液需要被加热以在正常工作中防止或减少已加热辊的冷却。
在加湿后，再润湿后的纤网50会通过压榨装置。例如沿箭头56表示的方向上运转的一对隔开的辊52、54。虽然图1所示的压榨装置包括一对对置辊52、54，可以想到的是，任何压榨方式都可以被用来提供供被再润湿纤网通过并受到压榨的夹缝点。如图1所示，压榨装置包括中间形成夹缝58的一对辊52和54。辊可以被加热或不被加热，并且具有的夹缝压力为约1000psi至约10000psi之间、更优选为约2000psi至4000psi之间。在辊被加热的情形中，到辊中的输热量应足以在压榨纤网的过程中将辊面温度保持为约75℉至约200℉。
压榨装置的表面是平滑的或具有图案。在压榨表面具有图案的那些情形中，图案可包括设置在每一个辊上的一系列凹槽，从而使得凹槽在夹缝处彼此垂直取向。例如，上辊52可以具有沿着辊52周向延伸的间隔开的凹槽，这些凹槽具有大致平行的侧边和平坦的顶部，测得的宽度为约1mm至3mm并且间隔的距离为约1mm至5mm。下辊54具有沿着辊52轴向延伸的间隔开的凹槽，这些凹槽具有大致平行的侧边和平坦的顶部，测得的宽度为约1mm至3mm并且间隔的距离为约1mm至5mm。当使得上辊52的周向的间隔开的凹槽和下辊54的轴向的间隔开的凹槽在夹缝58处非常接近，以压榨被再润湿的纤网50时，凹槽彼此大致垂直取向。
在压榨之后，纤网60优选具有的含湿量为约10％至50％、更优选为在约20％至约40％之间、例如在约25％至约30％之间。被再润湿且压榨的纤网60被传送至干燥装置中以最终干燥纤网。干燥装置包括第一辅助干燥装置。该辅助干燥装置包括红外线干燥器、微波干燥器、无线电频率干燥器、超声干燥器、介电干燥器、紫外线干燥器以及它们的组合。在低湿度的情形中使用微波干燥器是理想的，因为微波干燥器可以选择性在细胞壁内加热水分，因而会使水分蒸发，从而可以较迅速地从纤维中移除水分而不会明显地影响纤维素。或者，一对辅助干燥器、例如一对红外线干燥器串联使用来干燥被再润湿和压榨的纤网。(可以理解的是，三个、四个或更多个主干燥器可以串联使用。)辅助干燥器干燥被再润湿且压榨过的棉纸纤网至最终含湿量为约5％或更小，例如为约0.5％至约3％之间。
一旦棉纸纤网被干燥、再润湿并且被再次干燥，可通过在卷取之前将干燥棉纸纤网转送至干燥器或者通过使用替代的投影缩小法、如微起绉法来使得干燥棉纸纤网起绉。
本文的工艺非常适于形成多片层棉纸产品。多片层棉纸产品可包含两片层、三片层或更多片层。在一个特定实施例中，根据本文形成两片层卷绕棉纸产品，其中所述两片层利用相同的造纸工艺制成，例如像未起绉透风干燥。但在其它实施例中，这些片层可通过两种不同的工艺来形成。通常在卷绕成卷之前，第一片层和第二片层被附接在一起。可以采用适于将纤网层叠在一起的任何合适方法。例如该工艺包括压接装置，其造成多个片层因纤维缠结而机械结合。但在一个替代实施例中，可以使用胶将所述片层结合在一起。
实例
不起绉的透气干燥棉纸样本以美国专利US5772845所描述的方式在具有成型织物、转送织物和透风干燥织物的棉纸机器上生产，该文献的内容以与本文一致的方式被援引纳入本文。通过使用重量百分比为50％的北方软木和50％的桉树纤维的掺和配料来生产目标基重为40gsm的单片层棉纸。该配料无需精炼并且未添加化学品。
总的前冲转送水平会在28％至60％之间变化，即，TAD织物会被设定成在比成型织物低28％至60％的速度下进行移动。成型织物是Voith2164，TAD织物是美国专利US7611607中描述为“Jack”的织物或Voitht-1205-2(Voith Fabrics,Appleton,WI,如图3所示)，转送织物是Voith2164或美国专利US7611607中描述为“Jetson”的织物。对于每一个编号，特定的前冲转送速度和织物组合被列于表2中，前述文献以与本文一致的方式被援引纳入本文。
表2
对于每一个样本，机器状态和化学添加物被保持一致，并且不会努力去抵补由前冲转送变化造成的改变。类似地，除非特别指出，其他变量、例如真空度、TAD和卷取设定以及碎浆机状态是一致的。
待被润湿、压榨或者待被润湿且压榨的样本被切割成3英寸至6英寸的样本尺寸。接着如下方的表3所述的方式对样本进行压榨、润湿或者压榨且润湿。如图2所示地，样本通过插入两个预湿的压板(可从威斯康辛州尼纳的Kimtech获得，型号#195X1-M-1163)之间被润湿。压板测得直径为约10英寸，压板具有如图2所示的直径为9英寸的凸升槽面。更具体地，约10克的水被添加到11.5英寸×11.5英寸的纸巾，以弄湿该纸巾。弄湿的纸巾接着在压板上的凸升凹槽(如图2B所放大示出，测得的高度为约2mm且间距为约1mm)上擦拭。约0.3克的水被施加到每一个压板的表面上。样本接着被放置在下方压板的顶部上，上方压板下降到样本之上，从而下方压板和上方压板的润湿凹槽接触样本。样本在润湿的压板之间保持30秒，接着被移出并且在环境状态中进行空气干燥。
为压榨该样本，样本被放置在压板之间(如图2所示)，其中顶板与底板对齐以使得底板上的凹槽与顶板上的凹槽垂直。压板接着在Carver压力机中被加载并且承受由Carver压力机施加的30000磅的压力，持续时间为30秒。样本接收的载荷经计为约3333psi。
编号“润湿且压榨”是指首先进行如上所述的润湿，接着进行如上所述的压榨。被润湿且压榨的样本接着在环境状态中进行干燥。
物理特性被总结在下方的表3中。对照编号被表示为a-C，而本发明编号被表示为a-7。仅进行压榨的编号表示为-3，仅进行润湿的编号表示为-5。
纤网的CD特性上的处理效果体现本发明的效果。首先，不包括润湿的压榨步骤通常会降低CD张力和CD伸长率；但是，前述降低的值是微小的且仅造成CD斜率微小变化。例如，对于编号616，当纤网被压榨时，CD张力从对于编号616的752克/3英寸降低至658克/3英寸。
另一方面，仅润湿(未压榨)可以提高CD伸长率和CD张力，但只增加了微小的程度，这可以在CD斜率的微小提高中体现。再次使用编号616作为例子，由于仅被浸湿，CD张力从752克/3英寸增大至819克/3英寸。
但是，当纤网被润湿且压榨时，CD斜率的增大至远大于仅润湿或压榨时的情形。例如，编号616的CD斜率从对照编号616-C的3795克/3英寸增大至编号616-7的被润湿且压榨的样本的9328克/3英寸，由于润湿且压榨，CD斜率增大了145％。
获得如此高的斜率的同时会在棉纸中保持较高的CD伸长率，CD伸长率为约10％或更大。虽然CD斜率增大部分上是由于CD张力的增大(应当注意，具有比对照组更高的CD张力的仅润湿样本616-5的CD斜率增大至4128克/3英寸，对比于对照编号616-C的3795克/3英寸)，前述提高不仅仅是因为张力的改变。
消除对比中抗拉强度变化的影响的一种方法是用CD斜率除以CD张力以获得斜率/张力比。在该情形中，被润湿且压榨的样本的CD斜率与CD张力的比值比其他样本的比值高约100％。例如，对于编号616，对照组样本、仅压榨的样本和仅润湿的样本(分别对应于616-C、616-3和616-5)的CD斜率与CD张力的比值为约5。但是被润湿且压榨的本发明样本616-7的CD斜率和CD张力的比值更大，实际上高了约100％达到10.75。这表明CD斜率的提高不仅仅是因为CD张力的提高。此外，因为编号616-7的CD伸长率类似于其它的压榨编号616-3的CD伸长率，所以工艺处理对CD伸长率的影响也不是较高的CD斜率的唯一原因。
不论初始UCTAD基础片材的织物类型和伸长率如何，相同的结果也适用于其他的所有实例。在所有的情形中，包括棉纸的润湿和压榨的本发明的工艺可以使得CD斜率具有较高的提高，同时还可以保持较高的CD伸长率。
在不限制所附权利要求书的范围的前提下，前述实例打算说明本发明的特定实施例。

Claims (20)

1.一种棉纸纤网，具有小于约1500克/3英寸的CD张力、大于约12％的CD伸长率和大于约9000克/3英寸的CD斜率。
2.根据权利要求1所述的棉纸，其中，所述CD张力为约1000克/3英寸至约1300克/3英寸。
3.根据权利要求1或2所述的棉纸，其中，所述CD伸长率大于约15％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的棉纸，其中，所述CD伸长率为约12％至约20％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的棉纸，其中，所述CD斜率为约11000克/3英寸至约15000克/3英寸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的棉纸，其中，所述CD张力为约800克/3英寸至约1500克/3英寸，所述CD斜率为约9000克/3英寸至约15000克/3英寸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的棉纸，其中，所述纤网是透风干燥纤网。
8.根据前述权利要求中任一项所述的棉纸，其中，所述纤网是不起绉的透风干燥纤网。
9.一种棉纸纤网，其具有的CD斜率与CD张力的比值大于约10，CD伸长率大于约10％。
10.根据权利要求9所述的棉纸纤网，其具有的CD伸长率大于约12％。
11.根据权利要求9或10所述的棉纸，其中，所述CD伸长率大于约15％。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的棉纸，其中，所述CD张力为约1000克/3英寸至约1300克/3英寸。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的棉纸，其中，所述CD伸长率为约10％至约20％.
14.根据权利要求9至13中任一项所述的棉纸，其中，所述CD斜率为约11000克/3英寸至约15000克/3英寸。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的棉纸，其中，所述CD张力为约1000克/3英寸至约1500克/3英寸，所述CD斜率为约10000克/3英寸至约15000克/3英寸。
16.一种制造棉纸纤网的方法，包括：(a)形成具有小于约5％的含湿量的透风干燥的棉纸纤网，(b)再润湿所述透风干燥的纤网，(c)压榨所述再润湿的纤网，以及(d)将经过压榨的纤网干燥至含湿量小于5％。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述再润湿的透风干燥的纤网的含湿量为约10％至约50％。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述再润湿的透风干燥的纤网承受约1000psi至约5000psi之间的压缩压力。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的棉纸，其中，所述再润湿步骤包括向透风干燥的纤网通入蒸汽。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括将再润湿的透风干燥的纤网冷却至小于约180℉的温度。
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