CN106715107A - 使用多层起绉带制造纸产品的方法和使用多层起绉带制造的纸产品 - Google Patents

Abstract

起绉纤维素片材的方法。该方法包括由含水造纸纸浆制备初生纸幅，在多层起绉带上沉积并起绉初生纸幅，所述多层起绉带包括(i)由具有多个开口(506)的聚合物材料制造的第一层(502)，和(ii)附着到所述第一层的表面上的第二层(504)，其中所述初生纸幅被沉积在所述第一层上，并且对所述起绉带施加真空，使得所述初生纸幅被吸取到多个开口中，但不被吸取到第二层中。

Description

使用多层起绉带制造纸产品的方法和使用多层起绉带制造的 纸产品

相关申请的交叉参考

本申请基于于2014年9月25日提交的美国临时专利申请第62/055261号，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种多层带，其可以用于在造纸工艺中起绉纤维素纸幅。本发明还涉及使用用于在造纸工艺中起绉的多层带制造纸产品的方法。本发明还涉及具有优异性能的纸产品。

背景技术

制造纸产品(例如薄纸和纸巾)的工艺是公知的。在这些工艺中，含水初生纸幅最初由造纸纸浆形成。使用例如由通常为压榨织物形式的聚合物材料制造的带状结构对初生纸幅进行脱水。在一些造纸工艺中，在脱水之后，形状或三维纹理被赋予纸幅，因此纸幅被称为结构化片材。将形状赋予纸幅的一种方式涉及在纸幅仍处于半固态可模压状态的同时使用起绉操作。起绉操作使用起绉结构，例如带或结构化织物，并且起绉操作在起绉辊隙中的压力下进行，其中纸幅被迫进入辊隙中的起绉结构中的开口中。在起绉操作之后，还可以使用真空进一步将纸幅吸取到起绉结构中的开口中。在成形操作完成之后，使用公知设备(例如Yankee干燥器)干燥纸幅以基本上去除任何剩余水分。

存在本领域公知的结构化织物和带的不同构型。可以用于在造纸工艺中起绉的带和结构化织物的具体示例可以见于美国专利第8152957号和美国专利申请公开第2010/0186913号，其通过引用整体并入本文。

结构化织物或带具有许多使得它们有利于用于起绉操作的性能。特别地，由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)之类的聚合物材料制造的编织型结构化织物牢固且维度稳定，并且由于组成编织结构的纱线(yarn)之间的编织图案和间隙的缘故而具有三维纹理。因此，织物可以提供牢固而柔韧的起绉结构，其可以在造纸工艺中承受操作于造纸机上的应力和应变。然而，结构化织物不能理想地适合于所有起绉操作。在成形期间将织物吸取到其中的结构化织物中的开口形成为编织纱线之间的空隙。更具体地说，因为在机器方向(MD)和机器横向(CD)两者上以特定的期望图案存在编织纱线的“转向节”或交叉，所以开口以三维方式形成。因此，存在可以构造用于结构化织物(fabric)的固有有限种类的开口。此外，作为由纱线制造的编织结构的织物的本质，有效地限制了可以形成的开口的最大尺寸和可能形状。并且进一步地，设计和制造具有特别构造的开口的任何织物是一个昂贵和耗时的过程。因此，虽然就强度、耐久性和柔韧性来说，编织型结构化织物在结构上非常适合于在造纸工艺中起绉，但是当使用编织型结构化织物时，对可以实现的对造纸纸幅织物的成形的类型存在限制。结果，难以同时实现使用起绉操作制造的纸产品的高厚度和高柔软度。

作为编织型结构化织物的替代，挤压式聚合物带结构可以用作起绉操作中的纸幅成形表面。与结构化织物不同，例如可以通过激光钻孔或机械冲孔来在聚合物结构中形成不同尺寸和不同形状的开口。然而，在形成开口时从聚合物带结构中去除材料具有降低带的强度、耐久性和耐MD伸展性的影响。因此，存在对在仍然让带可用于造纸工艺的同时，可以形成在聚合物带中的开口的尺寸和/或密度的实际限制。此外，与编织结构相比较，由于单片材料的缘故，几乎任何可能用于形成带的单片聚合物材料(即一层挤压式聚合物材料)将比典型的结构化织物更不牢固且更抗拉伸。

已经尝试在造纸操作中使用具有挤压式聚合物层的聚合物带结构。例如，美国专利第4446187号公开了一种带结构，其包括聚氨酯箔或膜，所述聚氨酯箔或膜附着在至少用于加强带的编织式织物上。然而，该带结构被构造成在造纸机的形成、压制和/或干燥部分中用于脱水操作。因此，该带结构不具有足够尺寸的开口以进行纸幅结构化，诸如在起绉操作中的那种。

对于在造纸工艺中使用的任何起绉带或织物的额外约束是起绉带或织物基本上防止用于制造纸产品的纤维素纤维在造纸工艺中穿过起绉带或织物的必要条件。完全穿过起绉带或织物的纤维将对造纸工艺具有不利影响。例如，如果当来自真空盒的真空用于将纸幅吸取到起绉结构的开口中时，来自纸幅的大量纤维被完全拉过起绉带或织物，则纤维最终将累积在真空盒的外部边缘。结果，纸产品的厚度将由于空气从真空盒和起绉结构之间的密封件泄漏而显著降低。而且，导致不期望的纸张产品性能变化的累积纤维也将不得不从真空盒的外部边缘清除。清除操作导致造纸机的昂贵停机时间并且损失生产率。一般来说，优选在造纸工艺中小于1％的纤维将完全穿过起绉带或织物。

发明内容

根据一个方面，本发明提供了一种起绉纤维素片材的方法。该方法包括用含水造纸纸浆制造初生纸幅，以及在多层起绉带上沉积并起绉初生纸幅。起绉带包括(i)由具有多个开口的聚合物材料制造的第一层，和(ii)附着到第一层的表面的第二层，其中初生纸幅被沉积在第一层上。将真空施加到起绉带，使得初生纸幅被吸取到多个开口中而不被吸取到第二层中。

根据本发明的另一方面，通过包括以下步骤的过程来制造起绉纸幅：用含水造纸纸浆制造初生纸幅，以及在多层带上起绉初生纸幅。多层带包括(i)由具有多个开口的聚合物材料制造的第一层，和(ii)附着到第一层的第二层，其中初生纸幅被沉积到第一层的表面上。该方法还包括在不用砑光过程的情况下干燥和吸取起绉纸幅。初生纸幅被吸取到多层带的第一层中的多个开口中，但不被吸取到第二层中，以便提供具有多个穹顶结构的起绉纸幅。

根据另一方面，本发明提供了一种具有上侧和下侧的纤维素纤维的吸收性片材。吸收性片材包括从片材的上侧突出的多个中空穹顶区域，每个中空穹顶区域被成形为使得从中空穹顶区域的边缘上的至少一个第一点到该中空穹顶区域的相对侧的边缘上的第二点的距离为至少约0.5毫米。吸收性片材还包括形成互连片材的中空穹顶区域的网络的连接区域。吸收性片材具有至少约140密耳/8片的厚度。

根据再另一方面，本发明提供了一种具有上侧和下侧的纤维素纤维的吸收性片材。吸收性片材包括从该片材的上侧突出的多个中空穹顶区域，每个中空穹顶区域限定至少约1.0立方毫米的体积。吸收性片材还包括形成互连片材的中空穹顶区域的网络的连接区域。

根据再另一方面，本发明提供了一种具有上侧和下侧的纤维素纤维的吸收性片材。吸收性片材包括从该片材的上侧突出的多个中空穹顶区域，每个中空穹顶区域限定至少约0.5立方毫米的体积。吸收性片材还包括形成互连片材的中空穹顶区域的网络的连接区域。吸收性片材具有至少约130密耳/8片的厚度。

根据再另一方面，本发明提供了一种具有上侧和下侧的纤维素纤维的吸收性片材。吸收性片材包括从该片材的上侧突出的多个中空穹顶区域以及形成将该片材的中空穹顶区域互连的网络的连接区域。吸收性片材具有至少约145密耳/8片的厚度，并且该吸收性片材具有小于约3500克/立方英寸的GM抗拉伸强度。

根据本发明的再另一方面，纤维素纤维的吸收性片材只要具有上侧和下侧即可。吸收性片材包括从该片材的上侧突出的多个中空穹顶区域以及形成将该片材的中空穹顶区域互连的网络的连接区域。中空穹顶区域的机器方向(MD)上的前侧上的纤维密度显著小于中空穹顶区域的在MD上的后侧上的纤维密度。

附图说明

图1是可以与本发明结合使用的造纸机构型的示意图。

图2是示出图1中所示的造纸机的湿压传送和带起绉部分的示意图。

图3A是根据本发明的实施例的多层起绉带的一部分的横截面视图。

图3B是图3A中所示的那部分的俯视图。

图4A是根据本发明的另一个实施例的多层起绉带的一部分的横截面视图。

图4B是图4A中所示的那部分的俯视图。

图5A至5C是根据本发明的实施例的吸收性纤维素片材的带侧的显微照片(50×)的俯视图。

图6A至6C是图5A至5C中所示的吸收性纤维素片材的另一侧的显微照片(50×)的底视图。

图7A(1)至7C(2)是图5A至5C中所示的吸收性纤维素片材中的穹顶结构的显微照片(100×)的俯视图和底视图。

图8A至8C是根据本发明的实施例的吸收性纤维素片的穹顶结构的显微照片(40×)的横截面视图。

图9是根据本发明的纸产品中的穹顶区域的尺寸的测量的视图。

图10是根据本发明的纸产品的穹顶区域中的纤维密度分布的表示。

图11是根据本发明的纸产品的穹顶区域中的纤维密度分布的灰度级表示。

图12是纸产品的感觉柔软度和GM抗拉伸强度之间的关系的曲线图。

图13是根据本发明的纸产品的厚度和GM抗拉伸强度之间的关系的曲线图。

图14是根据本发明的纸产品的厚度与根据本发明的多层带结构构型中的开口体积之间的关系的曲线图。

图15是根据本发明的纸产品的厚度与根据本发明的多层带结构构型中的开口体积之间的关系的曲线图。

图16是根据本发明的纸产品的厚度与根据本发明的多层带结构构型中的开口直径之间的关系的曲线图。

具体实施方式

在一个方面，本发明涉及使用具有多层结构的带的造纸工艺，所述多层结构可以用于起绉纸幅(作为造纸工艺的一部分)。本发明还涉及具有优异性能的纸产品，其中纸产品能够使用多层起绉带形成。

本文所用的术语“纸产品”涵盖合成了以纤维素作为主要成分的造纸纤维的任何产品。这将包括例如作为纸巾、卫生纸、面巾纸等销售的产品。造纸纤维包括原浆或再利用(再生)纤维素纤维或包含纤维素纤维的纤维混合物。木纤维包括例如从落叶和针叶树获得的那些纤维，包括软木纤维(例如北方和南方软木牛皮纸纤维)和硬木纤维(例如桉树、枫树、桦树、白杨等)。适用于制造本发明的纸幅的纤维的示例包括非木纤维，例如棉纤维或棉花衍生物、蕉麻、槿麻、印度草(sabai grass)、亚麻、草本草、稻草、黄麻、甘蔗渣、乳草属植物绒毛纤维和菠萝叶纤维。“纸浆”等术语是指用于制造纸产品的含水组合物，其包括造纸纤维并且可选地包括湿强度树脂、剥离剂等。

如本文所用，在造纸工艺中被干燥成成品的初始纤维和液体混合物将被称为“纸幅”和/或“初生纸幅”。来自造纸工艺的干燥单层产品将被称为“基片”。另外，造纸工艺的产品可以称为“吸收性片材”。在这方面，吸收性片材可以与单个基片相同。作为替代，吸收性片材可以包括多个基片，如在多层结构中那样。此外，吸收性片材在初始基片形成过程(例如压花)中被干燥之后可能已经经受了额外加工。

当在本文中描述本发明时，将根据本领域中熟知的含义使用术语“机器方向”(MD)和“机器横向”(CD)。也就是说，带或其它起绉结构的MD是指带或其它起绉结构在造纸工艺中移动的方向，而CD是指与带或起绉结构的MD相交的方向。类似地，当涉及纸产品时，纸产品的MD是指产品上产品在造纸工艺中移动的方向，而CD是指纸产品上与产品的MD相交的方向。

造纸机

利用本发明的带和制造本发明的产品的工艺可能涉及具有随机分布的纤维的致密脱水造纸纸浆，以形成半固体纸幅，然后带起绉纸幅，以便重新分布纤维并使纸幅按顺序成形以实现具有所需性能的纸产品。造纸工艺的这些步骤可以在具有许多不同构型的造纸机上进行。现在将描述这种造纸机的两个示例。

图1示出了造纸机200的第一示例。造纸机200是三织物环路机，其包括其中进行起绉操作的压榨部分100。压榨部分100的上游是形成部分202，其在造纸机200的情况下，在本领域中被称为月牙形形成器。形成部分202包括流浆盒204，其将纸浆沉积在由辊208和210支撑的成形网(wire)206上，从而最初形成造纸纸幅。形成部分202还包括成形辊212，成形辊212支撑造纸毡102，使得纸幅116也直接形成在造纸毡102上。毡槽214延伸到靴形压榨部分216，其中湿纸幅沉积在背衬辊108上，其中纸幅116在传送到背衬辊108的同时被湿压。

作为造纸机200的构型的替代示例包括双网形成部分，而不是月牙形形成部分202。在这种构型中，在双网形成部分的下游，这样的造纸机的组件的其余部分可以以与造纸机200类似的方式构造和布置。具有双网形成部分的造纸机的示例可以在前述美国专利申请公开第2010/0186913号中看到。可以用于造纸机中的替代形成部分的其它示例包括C形缠绕双网形成器，S形缠绕双网形成器或抽吸胸辊形成器。本领域技术人员将认识到这些或甚至另外的替代形成部分可以如何集成到造纸机中。

纸幅116在带绉纹辊隙120中被传送到起绉带112上，然后由真空盒114抽真空，如下面将更详细地描述。在该起绉操作之后，纸幅116使用起绉粘合剂沉积在另一压榨辊隙216中的Yankee干燥器218上。到Yankee干燥器218的传送可以例如在纸幅116和Yankee表面之间的约4％至约40％的加压接触面积、在约250磅/每英寸(PLI)至约350PLI(约43.8kN/m至约61.3kN/m)的压力下发生。在辊隙216处的传送可以在例如从约25％至约70％的纸幅稠度(consistency)下发生。注意，如本文所使用的“稠度”是指例如在纱线干燥(bone dry)基础上计算出来的初生纸幅的固体百分比。在约25％至约70％的稠度时，有时难以将纸幅116足够牢固地粘附到Yankee干燥器218的表面，以便从起绉带112彻底地去除纸幅。为了增加在纸幅116和Yankee干燥器218的表面之间的粘附力，可以将粘合剂施加到Yankee干燥器218的表面。粘合剂可以允许系统的高速操作和高喷射速度冲击空气干燥，并且还允许用于后续从Yankee干燥器218剥离纸幅116。这种粘合剂的示例是聚(乙烯醇)/聚酰胺粘合剂组合物，其中该粘合剂的示例施加比率为小于片材的约40m克/m²的比率。然而，本领域技术人员将认识到，可以使用各种各样的替代粘合剂以及进一步的粘合剂量，以便于将纸幅116传送到Yankee干燥器218。

纸幅116在Yankee干燥器218(Yankee干燥器218是加热的圆筒)上由在Yankee干燥器218周围的Yankee罩子中的高喷射速度冲击空气进行干燥。当Yankee干燥器218旋转时，纸幅116在位置220上从干燥器218剥离。然后，可以将纸幅116卷绕在收紧卷轴(未示出)上。在稳态下，卷轴可以比Yankee干燥器218运转得更快，以便向纸幅116赋予进一步的绉纹。可以选地，起绉刮刀222可以用于常规干式地起绉纸幅116。在任何情况下，可以安装清洁刮刀用于间歇接合并用于控制集结。

图2示出了其中发生起绉的压榨部分100的细节。压榨部分100包括造纸毡102、抽吸辊104、压榨靴106和背衬辊108。背衬辊108可以可选地例如通过蒸汽加热。压榨部分100还包括起绉辊110、起绉带112和真空盒114。起绉带112可以被构造为下面将详细描述的本发明的多层带。

在起绉辊隙120中，纸幅116被传送到起绉带112的顶侧上。起绉辊隙120被限定在背衬辊108和起绉带112之间，起绉带112被起绉辊110的表面172压靠在背衬辊108上。在起绉辊隙120处的这种传送中，纸幅116的纤维素纤维被重新定位和定向，如下面将详细描述的那样。在纸幅116被传送到起绉带112上之后，真空盒114可以用于对纸幅116施加抽吸，以便至少部分地吸出微小绉褶。所施加的抽吸还可以帮助将纸幅116吸取到起绉带112中的开口中，从而进一步成形纸幅116。下面将描述纸幅116的这种成形的进一步细节。

起绉辊隙120通常延伸超过从例如大约1/8英寸到大约2英寸(大约3.18毫米到大约50.8毫米)，更具体地说，从大约0.5英寸到约2英寸(约12.7毫米到约50.8毫米)的任何位置的带起绉辊隙距离或宽度。在起绉辊隙120中的辊隙压力起因于起绉辊110和背衬辊108之间的载荷。起绉压力一般为从约20至约100PLI(约3.5kN/m至约17.5kN/m)，更具体地说，从约40PLI至约70PLI(约7kN/m至约12.25kN/m)。虽然起绉辊隙120中的最小压力通常为10PLI(1.75kN/m)或20PLI(3.5kN/m)，但本领域技术人员将理解，在商业机器中，最大压力可以尽可能高，仅受所使用的特定机械的限制。因此，如果可行的话，并且假定可以保持一速度偏差，则可以使用超过100PLI(17.5kN/m)、500PLI(87.5kN/m)或1000PLI(175kN/m)或更大的压力。

在一些实施例中，可能期望重构纸幅116的纤维间特性，而在其它情况下，可能期望仅影响纸幅116的平面中的性能。起绉辊隙参数可以影响纸幅116中的纤维在各种方向上的分布，包括在z方向(即纸幅116的厚重度)以及MD和CD上的诱导变化。在任何情况下，来自起绉带112的传送具有高冲击力，因为起绉带112比从背衬辊108行进离开的纸幅116更慢地行进，并且发生显著的速度变化。在这方面，起绉程度通常被称为起绉比率，该比率计算为：

起绉比(％)＝S₁/S₂-1

其中S₁是背衬辊108的速度，而S₂是起绉带112的速度。通常，纸幅116以大约5％至大约60％的比率起绉。实际上，可以采用高程度绉纹，接近甚至超过100％。

应该再次注意到，图1中所示的造纸机仅仅是可以与本文所述的本发明一起使用的可能构型的一个示例。其它示例包括在上述美国专利申请公开第2010/0186913中描述的那些。

多层起绉带

本发明部分地涉及一种多层带，其可以用于在如上所述的造纸机中的起绉操作。如从本文的公开内容显而易见，多层带的结构提供了许多有利特征，其特别适合于起绉操作。然而，应当注意，由于在此处在结构上描述带，所以带结构可以用于除了起绉操作以外的应用，例如严格地为造纸纸幅提供形状的模制过程。

起绉带必须具有不同的性能，以便在造纸机中令人满意地进行例如上述那些。一方面，起绉带能够经受在操作期间施加到起绉带的张力、压缩和摩擦很重要。因此，起绉带必须是牢固的，或者更具体地说，具有高弹性模量(维度稳定性)，特别是在MD上。另一方面，起绉带必须是柔韧性且耐用的，以便在高速下平稳地(例如平坦地)运行多个延长的时间段。如果起绉带制造得太脆，则在操作期间起绉带易于破裂或其它断裂。牢固、柔软的组合限制了可以用于形成起绉带的潜在材料。也就是说，起绉带结构必须具有实现强度和柔软的组合的能力。

除了强度和柔韧性两者之外，起绉带应该理想地允许在带的纸张形成表面上形成不同开口尺寸和形状。起绉带中的开口在最终纸结构中形成厚度生产穹顶，如下面将详细描述的。更具体地说，并且在不受任何特定理论的束缚下，相信使用起绉带产生的产品的厚度与带中的开口的尺寸成正比。起绉带中较大的开口允许更大量的纤维形成到最终在成品中找到的穹顶结构中，并且穹顶结构在产品中提供额外的厚度。下面将描述证明可以使用本发明产生的厚度的示例。起绉带中的开口也可以用于将特定形状和图案赋予在被起绉的纸幅上，并且因此赋予所形成的纸产品。通过使用开口的不同尺寸、密度、分布和深度，带的顶层可以用于产生具有不同视觉图案、厚重度和其它物理性能的纸产品。总之，用于形成起绉带的任何潜在材料或材料组合的重要特征是在用于在起绉操作中支撑纸幅的材料的表面中形成不同开口的能力。

挤压式聚合物材料可以形成到具有不同开口的起绉带，因此挤压式聚合物材料是用于形成起绉带的可能材料。特别地，可以通过不同技术(包括例如激光钻孔或切割)在其挤压式聚合物带结构中形成精确成形开口。所有其它考虑因素是相同的，可以在给定单片聚合物带中形成的开口的类型和尺寸的主要限制因素是可以去除以形成开口的带材料的总量受到限制。如果去除太多带材料以形成开口，则单片聚合物带的结构将不足以承受造纸工艺中的起绉操作的应变。也就是说，已经配备有过大开口的聚合物带在造纸工艺中在其使用中将很早就破裂。

根据本发明的起绉带通过在整个带结构的不同层中为带提供不同性能而提供聚合物起绉带的所有期望方面。具体地说，多层带包括由聚合物材料制造的顶层，其允许在层中形成具有不同形状和尺寸的开口。同时，多层带的底层由对带提供强度和耐久性的材料形成。通过在底层中提供强度和耐久性，顶部聚合物层可以配备有比聚合物带中可以提供的更大的开口，因为顶部层不需要有助于带的强度和耐久性。

根据本发明的多层起绉带包括至少两个层。如本文所用，“层”是带结构的不间断的不同部分，其与带结构中的另一不间断的不同层物理分离。如下所述，根据本发明的多层带中的两层的示例是用粘合剂粘合到织物层上的聚合物层。值得注意的是，如本文所定义的层可以包括具有基本上嵌入其中的另一结构的结构。例如，美国专利第7118647号描述了一种造纸带结构，其中由光敏树脂制造的层具有嵌入树脂中的增强成分。具有增强成分的光敏树脂是本发明的层。然而，同时，具有增强成分的光敏树脂不构成如本申请中所使用的“多层”结构，因为具有增强成分的光敏树脂不是带结构在物理上彼此分离的两个不间断的不同部分。

接着描述根据本发明的多层带的顶层和底层的细节。这里，起绉带的“顶部”或“片材”或“Yankee”侧是指为了起绉操作而在其上沉积纸幅的带的一侧。因此，“顶层”是多层带中形成在起绉操作中纤维素纸幅在其上成形的表面的那部分。如本文所用，起绉带的“底部”或“空气”(“机器”)侧是指带的相对侧，即面向并接触加工设备(例如起绉辊和真空盒)的一侧。因此，“底层”提供底部(空气)侧表面。

顶层

根据本发明的多层带的顶层的功能之一是提供开口可以形成到的结构，其中开口从层的一侧穿过该层到另一侧并且在造纸工艺中开口将穹顶形状赋予纸幅。顶层不需要向带结构本身赋予任何强度和耐久性，因为这些性能将主要由底层提供，如下所述。此外，顶层中的开口不需要构造成防止纤维在造纸工艺中被拉动通过顶层，因为这也将通过底层实现，如下文还将描述那样。

在本发明的一些实施方案中，本发明的多层带的顶层由挤压式柔性热塑性材料制造。在这方面，对可以用于形成顶层的热塑性材料的类型没有特别限制，只要该材料通常为本文所描述的顶层赋予诸如摩擦(例如在形成纸幅的纸和带之间)、可压缩性和抗拉伸强度之类的性能即可。并且，如本领域技术人员从本文的公开内容将显而易见那样，存在可以使用的多种可能的柔性热塑性材料，其将提供与本文中具体讨论的热塑性材料基本相似的性能。还应当注意，本文所使用的术语“热塑性材料”旨在包括热塑性弹性体，例如橡胶材料。应该进一步注意，热塑性材料可以包括纤维形式的热塑性材料(例如碎聚酯纤维)或非塑料添加剂(例如在复合材料中发现的那些)。

热塑性顶层可以通过任何合适的技术制造，例如模制、挤出、热成形等。值得注意的是，热塑性顶层可以由多个部分制造，这些部分例如以螺旋方式侧面对侧面地联结在一起，如美国专利第8394239号中所述那样，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。此外，热塑性顶层可以制造成任何特定的所需长度，并且可以调整成任何特定造纸机构型所需的路径长度。

在具体实施例中，用于形成多层带的顶层的材料是聚氨酯。通常，通过使(1)二异氰酸酯与短链二醇(即增链剂)和(2)二异氰酸酯与长链双官能二醇(即多元醇)反应来制造热塑性聚氨酯。通过改变反应化合物的结构和/或分子量可产生的实际上无限数量的可能组合允许各种各样的聚氨酯配方。并且因此，聚氨酯是以非常宽范围的性能制造的热塑性材料。当考虑将聚氨酯用作根据本发明的多层起绉带中的顶层时，能够调整聚氨酯的硬度以及相应地调整聚氨酯表面的摩擦系数是非常有利的。表1示出了在本发明的一些实施例中用于形成多层带的顶层的聚氨酯的示例的性能。

表1

具有表1中所示范围内的性能的聚氨酯在用作如本文所述的多层带中的顶层时将是有效的。如本领域技术人员将理解那样，表1中所示的性能的值是近似的，因此可以在所示范围之外有所变化，同时仍然提供具有本文所述性能的多层带。具有这些性能的特定聚氨酯的示例由加利福尼亚州的纳欣诺市的圣地亚哥塑料公司以名称MP750、MP850、MP950和MP160出售。

作为聚氨酯的替代物，在本发明的其它实施例中可以用于形成顶层的特定热塑性材料的示例由美国特拉华州的威尔明顿的E.I.du Pont de Nemours公司以名称销售。是具有有助于形成本文所述的多层起绉带的顶层的摩擦、可压缩性和伸展性能的聚酯热塑性弹性体。

当考虑在热塑性塑料中形成不同尺寸和构型的开口的能力时，热塑性塑料(例如上述聚氨酯)是形成本发明的多层带的顶层的优选材料。用于形成顶层的热塑性材料中的开口可以很容易地使用各种技术形成。这种技术的示例包括激光雕刻、钻孔、切割或机械冲孔。如本领域技术人员将理解那样，这种技术可以用于形成大且一致尺寸的开口。事实上，大多数任何构型(维度、形状、侧壁角度等)的开口可以使用这样的技术而被形成在热塑性塑料顶层中。

当考虑可以形成在顶层中的开口的不同构型时，重要的是注意到开口不必相同。也就是说，形成在顶层中的一些开口可以具有与形成在顶层中的其它开口不同的构型。事实上，可以在顶层中提供不同开口，以便在造纸工艺中提供不同功能。例如，顶层中的一些开口的尺寸和形状可以设定成在起绉操作期间在造纸纸幅中形成穹顶结构(下面详细描述)。同时，顶层中的其它开口可以具有更大的尺寸和变化的形状，以便在造纸纸幅中提供等同于利用压花操作实现的图案的图案。然而，实现图案而没有不期望的压花效果，例如片材体积和其他期望性能的损失。

当考虑在起绉操作中用于在造纸纸幅中形成穹顶结构的开口的尺寸时，本发明的多层带的顶层允许比替代结构(例如编织型结构化织物和单片聚合物带结构)大得多的尺寸。开口的尺寸可以根据由顶层提供的多层带的表面的平面中的开口的横截面面积来量化。在一些实施例中，多层带的顶层中的开口在成形(顶部)表面上具有至少约1.0平方毫米的平均横截面面积。更具体地说，开口具有从约1.0平方毫米至约15平方毫米，或者再更具体地说，从约1.5平方毫米至约8.0平方毫米，或甚至更具体地说，从约2.1平方毫米至约7.1平方毫米的平均横截面面积。如本领域技术人员将容易理解那样，形成具有拥有根据本发明的多层带的横截面面积的开口的单片带，即使不是不可能或不切实际，也是非常困难的。例如，这些尺寸的开口将需要去除形成单片带的材料的厚重度，使得带可能不足够耐用以承受造纸带起绉过程的僵硬性和应力。如本领域技术人员将容易理解那样，编织型结构化织物可能未设定有与这些尺寸开口等同的尺寸，因为织物的纱线不能被编织(间隔开或改尺寸)以提供与开口等同的这种尺寸并且仍然提供足够的结构完整性以能够在造纸工艺中起作用。

开口的尺寸也可以根据体积来量化。这里，开口的体积是指开口通过带的厚度占据的空间。根据本发明的多层带的顶层中的开口可以具有至少约0.2立方毫米的体积。更具体地说，开口的体积可以在从约0.5立方毫米至约23立方毫米的范围内，或者更具体地说，开口的体积在从0.5立方毫米至约11立方毫米的范围内。如本领域技术人员将理解那样，由于将在形成开口时去除的带材料(块体)的量的缘故，生产具有大量拥有这种体积的开口的单片热塑性带，即使不是不可能或不切实际，也是非常困难的。也就是说，如上所述，具有大量拥有本文所述的体积的开口的单片带将不足够耐用以承受作为造纸工艺的一部分的应力。如本领域技术人员也理解那样，与本文所述的起绉带中的清楚限定的开口相比，在结构化织物中，由于编织结构的性能的缘故，“开口”的体积不能通过结构化织物清楚地限定。在任何情况下，编织型结构化织物不能提供与根据本发明的多层带中的开口的体积等同的体积。

根据本发明的多层带的其他独特特征包括由顶层提供的带的顶表面提供的接触面积的百分比。顶表面的百分比接触面积是指带中不是开口的表面的百分比。接触层的百分比与以下事实有关：在本发明的多层带中可以形成比在编织型结构化织物或单片带中更大的开口。也就是说，开口实际上减少了带的顶表面的接触面积，并且因为多层带可以具有更大的开口，所以百分比接触面积减小。在本发明的实施例中，多层带的顶表面提供约10％至约65％的接触面积。在更具体的实施例中，顶表面提供约15％至约50％的接触面积，并且在再更具体的实施例中，顶表面提供约20％至约33％的接触面积。再次，本领域技术人员将认识到，这些接触面积的范围的上端不可能在用于商业造纸操作的编织型结构化织物或单片带中找到。开口密度是由本发明的多层带的顶层提供的顶表面中的开口的相对尺寸和数量的另一度量。这里，顶表面的开口密度是指每单位面积中的开口数量，例如每平方厘米中的开口数量。在本发明的实施例中，由顶层提供的顶表面具有约10/平方厘米至约80/平方厘米的开口密度。在更具体的实施例中，由顶层提供的顶表面具有约20/平方厘米至约60/平方厘米的开口密度，并且在再更具体的实施例中，顶表面具有约25/平方厘米至约35/平方厘米的开口密度。如本文所述，在起绉操作期间，带的开口在纸幅中形成穹顶结构。本发明的多层带可以提供比可以在单片带中形成的开口密度更高的开口密度，并且更高的开口密度可以用编织型结构化织物等效地实现。因此，多层带可以在起绉操作期间用于在纸幅中形成比单片带或编织型结构化织物中更多的穹顶结构，因此多层带可以用于生产具有比结构化织物或单片带更多数量的穹顶结构的造纸工艺中。

由影响造纸工艺的多层带的顶层形成的起绉表面的另外两个方面是顶表面的摩擦和硬度。在不受理论约束的情况下，相信较软的起绉结构(带或织物)将在起绉辊隙内提供更好的压力均匀性。此外，在起绉带表面上的摩擦使得在起绉间隙中将纸幅传送到起绉带期间，纸幅的滑动最小化。纸幅较少的滑动对起绉带产生较少的磨损，并且允许起绉结构对于上部和下部基重(基重)范围均工作良好。还应注意，起绉带可以防止纸幅滑动而基本上不损坏纸幅。在这方面，起绉带优于编织型织物结构，因为编织型织物表面上的转向节可以在起绉操作期间破坏纸幅。因此，多层带结构可以在低基重范围内提供更好的结果，而在该低基重范围内纸幅破裂在起绉过程中可能是有害的。这种在低基重范围内工作的能力可能例如当形成面巾纸产品时是有利的。

当考虑用于形成本发明的多层带的顶层的材料时，聚氨酯是非常合适的材料，如上所述。聚氨酯是用于起绉带的相对软的材料，特别是当与可以用于形成单片起绉带的材料相比时。同时，聚氨酯可以提供相对较高摩擦的表面。公知聚氨酯具有约0.5至约2的摩擦系数，这取决于其配方。在本发明的示例性实施例中，多层带的聚氨酯顶表面具有约0.6的摩擦系数。值得注意的是，也在以上被讨论为用于形成顶层的非常合适的材料的热塑性材料具有约0.5的摩擦系数。因此，本发明的多层带可以提供柔软且高摩擦的顶部表面，实现“软”片材起绉操作。

顶层的顶部表面的摩擦以及顶部表面的其他表面现象可以通过在顶部表面上施加涂层来改变。在这方面，可以将涂层添加到顶表面以增加或减小顶表面的摩擦。另外或作为替代，可以将涂层添加到顶表面以改变顶表面的隔离(release)性能。这种涂层的示例包括疏水和亲水组合物两者，这取决于要使用多层起绉带的具体造纸工艺。这些涂层可以在造纸工艺期间喷涂到带上，或者涂层可以形成为附着到多层带的顶表面的永久涂层。

底层

多层起绉带的底层用于给带提供强度、抗MD拉伸和蠕变性、CD稳定性和耐久性。如上所述，柔韧性聚合物材料(例如聚氨酯)为带的顶层提供了有吸取力的选择。然而，聚氨酯是相对较弱的材料，其本身不会为带提供期望的性能。均匀的单片聚氨酯带将不能够承受在造纸工艺中赋予带的应力和应变。然而，通过将聚氨酯顶层与第二层联结，第二层可以给带提供所需要的强度、抗伸展性等。实质上，使用与顶层分开的不同底层扩大了可以用于顶层的材料的潜在范围。

与顶层一样，底层还包括穿过层厚度的多个开口。底层中的每个开口与顶层中的至少一个开口对准，因此提供穿过厚度(即穿过顶层和底层)的开口。然而，底层中的开口小于顶层中的开口。也就是说，底层中的开口邻近于顶层和底层之间的界面具有比顶层的多个开口邻近于顶层和底层之间的界面的横截面面积更小的横截面面积。因此，例如当带和造纸纸幅暴露于真空时，底层中的开口可以防止纤维素纤维被完全拉过多层带结构。如以上一般地描述的那样，被拉动过带的纤维对造纸工艺是有害的，因为纤维随着时间而集结在造纸机中，例如累积在真空盒的外部边缘上。纤维的集结需要机器停机时间以清除纤维集结。因此，底层中的开口可以被构造成基本上防止纤维被拉动通过带。然而，因为底层不提供起绉表面因而在起绉操作期间不用于成形纸幅，所以在底层中构造开口来防止纤维拉过基本上不影响带的起绉操作。

在本发明的一些实施例中，提供编织型织物作为多层起绉带的底层。如上所述，编织型结构化织物具有经受起绉操作的力的强度和耐久性。并且因此，编织型结构化织物本身已经被用作造纸工艺中的起绉结构。因此，编织型结构化织物可以为根据本发明的多层起绉带提供必要的强度、耐久性和其它性能。

在多层起绉带的具体实施例中，为底层提供的编织型织物具有与其自身用作起绉结构的编织型结构化织物类似的特性。这种织物具有一种编织结构，该编织结构实际上具有在构成织物结构的纱线之间形成的多个“开口”。在这方面，织物中的开口的结果可以量化为允许气流通过织物的空气渗透性。就本发明来说，织物的渗透性与顶层中的开口一起来允许空气被吸取通过带。这样的气流可以在造纸机中的真空盒处被吸取通过带，如上所述。编织型织物层的另一方面是防止纤维在真空盒处被完全拉过多层带的能力。通常，优选在造纸工艺期间少于1％的纤维完全穿过起绉带或织物。

织物的渗透性根据本领域公知的设备来测量并且用现有技术(例如美国马里兰州的黑格斯敦的弗雷泽(Frazier)精密仪器公司的差分压力空气渗透率测量仪)来测试。在根据本发明的多层带的实施例中，织物底层的渗透性为至少约350CFM。在更具体的实施例中，织物底层的渗透性为从约350CFM至约1200CFM，并且在甚至更具体的实施例中，织物底层的渗透性为从约400至约900CFM。在另外的实施例中，织物底层的渗透性为从约500至约600CFM。

表2示出了可以用于在根据本发明的多层起绉带中形成底层的结构化织物的具体示例。表2中标识的所有织物由美国新罕布什尔州的罗切斯特的奥尔巴尼(Albany)国际公司制造。

表2

下面举例说明用J5076织物作为底层的多层带的具体示例。J5076由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制造。

作为编织型织物的替代，在本发明的其它实施例中，多层起绉带的底层可以由挤压式热塑性材料形成。然而，与用于形成上述顶层的柔性热塑性材料不同，提供用于形成底层的热塑性材料以给多层起绉带赋予强度、抗伸展性、耐久性等。可以用于形成底层的热塑性材料的示例包括聚酯、共聚酯、聚酰胺和共聚酰亚胺。可以用于形成底层的聚酯、共聚酯、聚酰胺和共聚酰亚胺的具体示例可以在上述美国专利申请公开第2010/0186913号中找到。

在本发明的具体实施例中，PET可以用于形成多层带的挤压式底层。PET是公知的耐用和柔韧性聚酯。在其它实施例中，(上文讨论过)可以用于形成多层带的挤压式底层。本领域技术人员将认识到可以用于形成底层的类似替代材料。

当使用用于底层的挤压式聚合物材料时，例如可以通过激光钻孔、切割或机械穿孔，以与在顶层中提供开口相同的方式通过聚合物材料提供开口。底层中的至少一些开口与顶层中的开口对准，从而允许空气以与编织型织物底层允许空气流过多层带结构的相同方式流过多层带结构。然而，底层中的开口不需要与顶层中的开口具有相同的尺寸。事实上，为了以类似于织物底层的方式减少纤维拉过，挤压式聚合物底层中的开口可以基本上小于顶层中的开口。通常，底层中的开口的尺寸可以调整为允许一基重的空气流过带。此外，底层中的多个开口可以与顶层中的开口对准。如果在底层中提供多个开口，则可以将更大的空气流在真空盒处吸取通过带，以便相对于顶层中的开口面积在底层中提供更大的总开口面积。同时，使用具有较小横截面面积的多个开口相对于底层中的单个较大开口来说减少了纤维拉过量。在本发明的具体实施例中，第二层中的开口邻近于具有第一层的界面具有350平方微米的最大横截面面积。

沿着这些线，在具有挤压式聚合物顶层和挤压式聚合物底层的本发明的实施例中，带的特性是由顶层提供的顶面处的开口的横截面面积与由底层提供的底面上的开口的横截面面积的比率。在本发明的实施例中，顶部开口和底部开口的横截面面积的比率处于约1至约48的范围内。在更具体的实施例中，该比率处于约4至约8的范围内。在甚至更具体的实施例中，该比率为约5。

存在可以替代上述编织型织物和挤压式聚合物层用于形成底层的其它材料。例如，在本发明的实施例中，底层可以由金属材料(特别是金属筛网状结构)形成。金属筛网以与上述编织型织物和挤压式聚合物层相同的方式给多层带提供强度和柔韧性特性。此外，金属筛网的作用是防止纤维素纤维以与上述编织型织物和挤压式聚合物材料相同的方式被拉过带结构。可以用于形成底层的另一种替代材料是超强纤维材料，例如由对芳族聚酰胺合成纤维形成的材料。超强纤维可以与上述织物不同，不是编织在一起，而仍然能够形成牢固且柔软的底层。本领域技术人员将认识到能够提供本文所述的多层带的底层的性能的其它替代材料。

多层结构

根据本发明的多层带通过连接上述顶层和底层形成。从本文的公开内容将理解，层之间的连接可以使用各种不同技术来实现，其中一些将在下面更全面地描述。

图3A是根据本发明的实施例的多层起绉带400的一部分的横截面视图。带400包括聚合物顶层402和织物底层404。聚合物顶层402提供带400的顶表面408，纸幅在造纸工艺的起绉操作期间在其上起绉。如上所述，在聚合物顶层402中形成开口406。注意，开口406从顶表面408延伸穿过聚合物顶层402的厚度到达面向织物底层404的表面。由于编织型织物底层404具有一定的渗透性，所以可以对带400的编织型织物底层404一侧施加真空，由此吸取气流通过开口406和编织型织物底层404。在使用带400的起绉操作期间，来自纸幅的纤维素纤维被吸取到聚合物顶层402中的开口406中，这将导致在纸幅中形成穹顶结构(如下文将更全面地描述)。另外可以使用真空将纸幅吸取到开口406中。

图3B是带400在具有图3A中所示的开口406的那部分上向下看的俯视图。从图3A和3B显而易见，虽然编织型织物底层404允许吸取真空通过带400，但编织型织物底层404也有效地封闭顶层中的开口406。也就是说，编织型织物底层404实际上提供了这样多个开口，这些开口邻近于挤压式聚合物顶层402和编织型织物底层404之间的界面具有较小的横截面面积。因此，编织型织物底层404可以基本上防止纤维素纤维穿过织物400。如上所述，编织型织物底层404还给带400赋予强度、耐久性和稳定性。

图4A是根据本发明的实施例的多层起绉带500的一部分的横截面视图，该部分包括挤压式聚合物顶层502和挤压式聚合物底层504。聚合物顶层502提供造纸纸幅在其上起绉的顶表面508。在该实施例中，聚合物顶层502中的开口506与底层中的三个开口510对准。从图4B中所示的带部分500的俯视图可以看出(参考图4A)，聚合物底层504中的开口510具有比聚合物顶层502中的开口506小得多的横截面。也就是说，聚合物底层504包括多个开口510，其邻近于聚合物顶层502和聚合物底层504之间的界面具有较小横截面面积。这允许挤压式聚合物底层504起到基本上防止纤维以与上述编织型织物底层相同的方式被拉动通过带结构。应当注意，如上所述，在替代实施例中，挤压式聚合物底层504中的单个开口可以与挤压式聚合物顶层502中的开口506对准。事实上，对于聚合物顶层502中的每个开口，可以在聚合物底层504中形成任何数量的开口。

带400和500中的挤压式聚合物层中的开口406、506和510使得开口406、506和510的壁垂直于带400和500的表面延伸。然而，在其他实施例中，开口406、506和510的壁可以相对于带的表面以不同角度设定。当通过诸如激光钻孔、切割或机械穿孔之类的技术形成开口时，可以选择并形成开口406、506和510的角度。在具体示例中，侧壁具有从约60°至约90°，更具体地说，从约75°至约85°的角度。然而，在替代构型中，侧壁角度可以大于约90°。注意，本文所指的侧壁角度如图3A中的角度α所示地测量。

根据本发明的多层带的层可以以在层之间提供足够耐用的连接的任何方式联结在一起，以允许多层起绉带在造纸工艺中使用。在一些实施例中，所述层通过化学手段(例如使用粘合剂)联结在一起。可以用于联结各层的粘合结构的具体示例是双面胶带。在其它实施例中，所述层可以通过机械装置(例如使用钩环紧固件)联结在一起。在再其它实施例中，多层带的层可以通过诸如热焊接和激光熔融之类的技术联结。本领域技术人员将理解可以用于联结本文所述的层以形成多层带的许多层压技术。

虽然图3A、3B、4A和4B中所示的多层带实施例包括两个不同层，但是在其它实施例中，可以在图中所示的顶层和底层之间提供额外层。例如，可以在上述顶层和底层之间定位额外层，以便提供另外的屏障，该屏障在允许空气穿过带的同时防止纤维被拉动通过带结构。在其它实施例中，用于将顶层和底层联结在一起的装置可以构造为另一层。例如，粘合剂层可以是提供在顶层和底层之间的第三层。

根据本发明的多层带的总厚度可以针对使用多层带的特定造纸机和造纸工艺进行调整。在一些实施例中，带的总厚度为从约0.5至约2.0厘米。在本发明包括编织型织物底层的实施例中，多层带的总厚度的大部分由挤压式聚合物顶层提供。在本发明包括挤压式聚合物顶层和底层的实施例中，两层中每一层的厚度可以根据需要选择。

如上所述，多层带结构的优点在于，带的强度、抗伸展性、维度稳定性和耐久性可以由一个层提供，而另一层不需要显著地有助于这些参数。将根据本发明的多层带材料的耐久性与其它潜在带制造材料的耐久性进行比较。在该试验中，根据材料的撕裂强度来量化带材料的耐久性。如本领域技术人员将理解那样，良好的抗拉伸强度和良好的弹性性能的组合导致具有高撕裂强度的材料。测试了上述顶层和底层带材料的七个样品的撕裂强度。还测试了用于起绉操作的结构化织物的撕裂强度。对于这些试验，程序部分地基于ISO34-1(橡胶、硫化物或热塑性材料的撕裂强度-第1部分：裤腿形、角度和月牙形)开发。使用了美国马萨诸塞州诺伍德市的Instron公司出品的双柱台式通用测试系统和美国马萨诸塞州诺伍德市的Instron公司出品的BlueHill 3软件。所有撕裂试验以2英寸/分钟(其不同于使用4英寸/分钟速率的ISO 34-1)进行，撕裂伸展为1英寸，平均载荷以磅记录。

样品和它们各自的MD和CD撕裂强度的详细情况示出于表3中。注意，样品的“空白”指示表示样品没有提供开口，并且“原型”指示是指样品尚未制造到环形带结构中，而仅仅是测试片中的带材料。织物A和B是被构造用于在造纸工艺中起绉的编织结构。

表3

从表3中所示的结果可以看出，织物和材料具有比PET聚合物材料大得多的撕裂强度。如上所述，编织型织物或挤压式材料层可以用于形成根据本发明的多层带的层之一。多层带结构的总撕裂强度必须至少与任何层一样强。因此，包括编织型织物层或挤压式层的多层带将被赋予良好的撕裂强度，而不管用于形成其它层的材料如何。

如上所述，本发明的实施例可以包括挤压式聚氨酯顶层和编织型织物底层。评价这种组合的MD撕裂强度，并且也与起绉操作中使用的编织型结构化织物的MD撕裂强度进行比较。使用与上述试验相同的试验程序。在该试验中，样品1是具有0.5毫米厚挤压式聚氨酯的顶层的双层带结构，该顶层具有1.2毫米开口。底层是由Albany国际公司制造的编织型J5076织物，其细节可以在上面找到。样品2是具有1.0毫米厚挤压式聚氨酯的顶层并且J5076织物作为底层的双层带结构，该顶层具有1.2毫米的开口。J5076织物本身的撕裂强度也被评价为样品3。这些试验的结果示出于表4中。

表4

样品	MD撕裂强度(平均载荷，lbf)
		1	12.2
2	15.8
		3	9.7

从表4的结果可以看出，具有挤压式聚氨酯顶层和编织型织物底层的多层带结构具有优异的撕裂强度。当单独考虑编织型织物的撕裂强度时，可以看出，带结构的大部分撕裂强度是由编织型织物产生的。挤压式聚氨酯提供了多层带结构的比例很小的撕裂强度。然而，虽然挤压式聚氨酯层本身将不具有足够的强度、抗伸展性和耐久性，但就撕裂强度而言，如表4中的结果所示，当多层结构与挤压式聚氨酯层和编织型织物层一起使用时，可以形成足够耐久的带结构。

表5示出了根据本发明构造的多层带的八个示例的性能。带1和2具有两个用于其结构的聚合物层。带3-8具有由聚氨酯(PUR)形成的顶层和由Albany国际公司制造的PET织物J5076织物形成的底层(如上所述)。表5列出了每个带的顶层(即“片材侧”)中的开口的性能，例如开口的横截面面积、开口的体积和开口的侧壁角度。表5还列出了底层(即“空气侧”)中的开口的性能。

表5

本发明的另一方面涉及制造纸产品的工艺。所述工艺可以利用本文所述的多层带用于起绉操作。在这种工艺中，可以使用上述一般类型的任何造纸机。当然，本领域技术人员将认识到可以用于执行本文所述的本发明的工艺的造纸机的许多变化和替代构型。此外，本领域技术人员将认识到，作为任何造纸工艺的一部分的公知变量和参数可以容易地被确定并且与本发明的工艺结合使用，例如，可以基于期望的产品特性来选择用于在造纸工艺中形成纸幅的特定类型的纸浆。

在根据本发明的一些工艺中，当沉积在起绉带上时，纸幅稠度(即固体含量)处于约15％至约25％之间。在根据本发明的其它工艺中，带起绉在起绉辊隙的压力下发生，而纸幅稠度处于约30％至约60％之间。在这种工艺中，造纸机可以具有例如以上在图1中所示并描述的构型。这种工艺的细节可以在上述的美国专利申请公开第2010/0186913号中找到。在该工艺中，纸幅稠度、发生在带起绉辊隙处的速度偏差、在起绉辊隙处采用的压力以及带和辊隙几何结构用于重新排列纤维，同时纸幅仍然足够柔软以经受结构性变化。不受理论的束缚，相信起绉带的较慢成形表面速度使得纸幅基本上被模制到起绉带中的开口，其中纤维与起绉比率成比例地重新对准。一些纤维被移动到CD方位，而其他纤维被折叠到MD带。作为该起绉操作的结果，可以形成高厚度片材。本文所述的多层带非常适合于这些工艺。特别地，如上所述，多层带可以被构造成使得开口具有宽范围的尺寸，并且因此能够有效地用于这些工艺。根据本发明的工艺的另一方面是对多层起绉带施加真空。如上所述，当在造纸工艺中将纸幅沉积在起绉带上时，可以施加真空。真空用于将纸幅吸取到起绉带中的开口中，即，在根据本发明的多层带的顶层中的开口。

值得注意的是，在使用和不使用真空的过程中，纸幅都被吸取到多层带结构的顶层中的多个开口中，但是纸幅不被吸取到多层带结构的底层。在本发明的一些实施例中，施加的真空为从约5英寸汞柱至约30英寸汞柱。如上面详细描述那样，多层带的底层用作滤网(sieve)，以防止纤维被拉过带结构。当施加真空时，这种底层滤网功能是特别重要的，因为防止了纤维被拉过产生真空的结构，即真空盒。

纸产品

本发明的其它方面是不能使用以前公知的造纸机和本领域公知的工艺生产的新型纸产品。特别是本文所述的多层带允许形成证明以前在用公知造纸机和造纸工艺制造的纸产品中没有发现的优异性能和性质的纸产品。

应当注意，本文涉及的纸产品包含所有等级的产品。也就是说，本发明的一些实施例涉及薄纸级产品，其通常具有小于约27磅/令的基重和小于约180密耳/8片的厚度。本发明的其它实施例涉及纸巾级产品，其通常具有大于约35磅/令的基重和大于约225密耳/8片的厚度。

图5A、5B和5C示出了使用根据本发明的多层带制造的基片的一部分的显微照片(10×)的俯视图，在这些图中示出了片材抵靠(即抵靠由顶层形成的顶表面)带形成那一侧。图5A中所示的基片600A是用如上所述的带2制造的，图5B中所示的基片600B是用如上所述的带3制造的，而图5C中所示的基片600C是用如上所述的带7制造的。带被用于利用具有图1中所示的一般构型的造纸机形成基片600A、600B和600C的起绉操作。基片600A、600B和600C包括以规则的重复图案排列的多个富含纤维穹顶区域602A、602B和602C。这些穹顶区域602A、602B和602C对应于用于制造每张片材的多层带的顶表面中的开口的图案。穹顶区域602A、602B和602C彼此间隔开并且通过形成加固网络并具有较少纹理的多个周围区域604A、604B、604C互连。

图6A、6B和6C分别示出了图5A、5B和5C中所示出的基片600A、600B和600C的背面。图7A(1)、7A(2)、7B(1)、7B(2)、7C(1)和7C(2)分别示出了关于每个基片600A、600B和600C的穹顶区域的放大视图(100×)。在各个图中将看到，微小绉褶在穹顶区域602A、602B和602C上形成脊梁并且在与片材的穹顶侧相对的侧上形成沟壑或沟槽。在其他显微照片中，显而易见的是，穹顶区域中的基重可以在点到点之间显著变化。在图中还可以看到基片600A、600B和600C的区域中的纤维方位。定性地说，可以看出，在穹顶区域602A、602B和602C中已经形成了大量纤维。特别值得注意，穹顶区域602、602B和602C大于在用其它起绉结构制造的基片中可以见的穹顶区域，这是由于在多层带中发现的较大的开口尺寸的缘故。

图8A、8B和8C是根据本发明的实施例制造的基片900A、900B和900C中的穹顶区域的横截面视图，其中横截面是沿着基片的MD截取的。图8A中所示的基片900A用如上所述的带3制造，图8B中所示的基片900B用如上所述的带6制造，而图8C中所示的基片900C用如上所述的带7制造。在图8A和8C中的每一个中。在附图的右侧上示出了就生产基片的方向来说的前缘，其中后缘示出在附图的左侧上。在图8B中，前缘示出在图的左侧上，后缘示出在图的右侧上。这些图再次证明，在片材的穹顶区域中发现了大量纤维。还要注意的是穹顶区域的前缘和后缘的角度。前缘示出了比相对陡峭的后缘更浅的角度。

应当注意，图5A至5C、6A至6C、7A(1)至7C(3)和8A至8C中所示的穹顶区域602A、602B和602C当从片材一侧看时具有大致圆形形状。然而，如本文的公开内容所示，根据本发明的纸产品中的穹顶结构的形状可以通过改变用于形成开口的起绉结构(即起绉带或结构织物)中的开口的相应形状，而改变成任何其它形状。

如上所述，使用多层带构型的优点之一是能够在提供起绉表面的带的顶层中形成大开口，而不显著降低带的耐久性，并且同时仍然防止大量的纤维在造纸工艺期间被拉动通过带。事实上，多层带结构允许形成开口，这在单片带中的织物口袋或开口是不可能的。结果是，由多层带形成的产品中的穹顶区域(例如图5A至图5C、图6A至图6C、图7A(1)至图7C(3)和图8A至图8C中所示的那些)形成有比用其它起绉结构(例如单片带和结构化织物)形成的纸产品中的穹顶区域大得多的尺寸。

为了量化根据本发明的纸产品的穹顶区域的尺寸，可以测量从穹顶的边缘上的一个点到该穹顶的相对侧的边缘上的另一点的距离。这种测量的示例由图9中的线A和B示出。该测量可以例如通过在显微镜下观察标尺旁边的纸产品的穹顶来进行。(可以在本技术中使用的显微镜的一个示例是由日本大阪的Keyence公司制造的Keyence VHX-1000数字显微镜)。在根据本发明的纸产品的实施例中，从中空穹顶区域的边缘上的至少一个点到在中空穹顶区域的相对侧的边缘上的点的距离为至少约0.5毫米。在更具体的实施例中，所测量的距离为从约1.0毫米至约4.0毫米，并且在再更具体的实施例中，所测量的距离为从约1.5毫米至约3.0毫米。在特定实施例中，从中空穹顶区域的边缘上的至少一个点到位于中空穹顶区域的相对侧的边缘上的点的距离为大约2.5毫米。再次如本领域技术人员所理解那样，这些尺寸的穹顶不能用本领域公知的其它起绉结构(例如单片带和结构化织物)形成。

表征根据本发明的纸产品中的穹顶区域的另一种方式是穹顶结构的体积。在这方面，本文中穹顶区域的“体积”是指纸产品作为穹顶区域的那部分以及由穹顶区域限定的中空区域的体积。本领域技术人员将理解，可以使用不同的技术来测量该体积。这种技术的一个示例使用数字显微镜来测量纸产品中的多个层的体积。然后，可以计算构成穹顶区域的区域中的层的总和，从而计算出穹顶区域的总体积。

在本发明的实施例中，穹顶区域具有至少约0.1立方毫米的体积，并且有时穹顶区域具有至少约1.0立方毫米的体积。在具体实施例中，穹顶区域具有从约1.0立方毫米到约10.0立方毫米的体积。根据本发明的纸产品的其它具体示例具有体积为从约0.1立方毫米至约3.5立方毫米，更具体地为从约0.2立方毫米至约1.4立方毫米的穹顶区域。再次，应当注意，这些尺寸的穹顶区域不能使用本领域公知的起绉结构(例如单片带和结构化织物)来生产。

在根据本发明的纸产品中形成的大穹顶区域显著地影响纸产品的厚度。如将在下面给出的实验结果中证明那样，越大的穹顶区域将导致纸产品具有越大的厚度，这是造纸工艺中非常期望的。图5A至5C、6A至6C、图7A(1)至7C(3)和8A至8C中所示的特定基片具有至少约140密耳/8片的厚度，这是相对较厚的厚度。此外，如上所证明那样，基片中的穹顶区域包含大量的纤维。相信这样的厚度不能使用常规起绉结构和起绉工艺实现，至少不用使用比在根据本发明的纸产品中形成相应量的厚度所需的纤维更多的纤维。在具体示例中，具有上述穹顶尺寸的纸产品就跨穹顶的距离和穹顶的体积来说，具有至少约130密耳/8片，约140密耳/8片，约145密耳/8片，或甚至约245密耳/8片的厚度。这种纸产品的具体示例将在下面描述。并且，即使使用常规起绉结构和起绉工艺产生了该厚度，纤维分布也与根据本发明的纸产品中的纤维分布不同，例如，在常规制造的纸产品的穹顶区域几乎不会发现那么多纤维。

根据本发明的纸产品的穹顶结构的另一个新颖方面涉及在穹顶结构的不同部分中发现的纤维密度。为了理解本发明的这些方面，可以使用一种技术以如下分辨率来提供纸产品(例如本发明的那些纸产品)中的局部纤维密度的近似值：这些分辨率与从同步加速器或实验室仪器获得的三维X射线微计算机断层摄影(XR-μCT)表示的基本分辨率属于同级。这种实验室仪器的一个示例是美国加利福尼亚州的普莱森顿市的XRadia股份公司的MicroXCT-200。具体地说，利用下述技术，可以确定纸产品的中心表面的垂直(法向)纤维密度。注意，由于压花、起绉、干燥特征等缘故，纤维密度可能在平面外方向上变化。

利用纤维密度确定技术，XR-μCT数据集在经受了Radon变换或John变换以将径向投影的X射线图像转换成由二维灰度级图像的堆叠组成的三维数据集之后被接收。例如，从法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射设施中的同步加速器接收的纸产品数据由2000个片段组成，每个片段具有2000×～800像素的维度，具有8位灰度级值。该灰度级值表示块体衰减，其对于相对均匀分子量的材料来说，非常接近块体或形成物的三维分布。纸产品主要由纤维素纤维组成，因此恒定X射线衰减系数的假设因而灰度级与块体之间的直接关系是有效的。

从Radon或John变换产生的XR-μCT数据集示出了在0至255的范围内的、作为有限灰度级值的空白空间以及较高灰度级值时的块体。片段图像还示出了当纸产品样品在曝光期间移动时引起或者由旋转或z定位台的不精确运动引起的可见伪像。这些伪像表现为以各种方向从块体投影的线。如果纸产品样品在X射线束内在垂直于纸产品样品的主平面的轴上旋转，则其还可以包含“振铃”伪像以及必须寻址的较高灰度级的中心“针”，因为这表示纸产品样品中不存在的块体。特别地，这可以是用于从同步加速器接收的XR-μCT数据集的情况。

分割过程是指包含在纸产品样品中的材料的不同相的分离。这只是区分固体纤维素纤维和空气(空白空间)。为了获得代表性断层数据集，可以使用称为ImageJ的开放软件(其是美国国立卫生研究院开发的公共领域的图像处理程序)来采用以下分割工艺。首先，对片段进行两个“去透镜”滤波处理，其中每个像素由3×3个周围相邻像素的中值替换。这消除了椒盐噪声(高值和低值)，特别是上述伪影，并且具有增加纤维素纤维边缘处的线扩散功能的可忽略效果。接下来，通过阈值化低值(黑色)来调整灰度直方图，使得空白空间被削减到零(黑色)的值，并且用于块体的灰度级值跨越剩余的灰度级直方图。可以小心地不将阈值设定为太高的值，否则，纤维边缘处的块体将被转换为空白空间，并且纤维将表现为失去横截面面积。所有片段以相同的方式处理，使得产生清楚地区分纤维块体和空白空间的数据集。

纸产品样品的相对密度可以通过首先产生近似样品的上边界和下边界的表面，然后计算两者之间的中心表面，来从预处理后的XR-μCT数据集计算。然后，使用在中心表面内的每个位置处确定的表面法向矢量来确定一圆柱体内每体积的块体，该圆柱体是1×1个像素乘以沿表面法向矢量在上表面和下表面之间的距离(以像素为单位)。所有计算可以使用由美国马萨诸塞州的内蒂克市的MathWorks股份公司的进行。具体过程包括表面确定、表面法向和三维厚度、三维密度和三维密度表示，如现在将要描述的那样。

对于表面确定，XR-μCT数据集中的片段是X-Z投影，其中X-Y平面是样品的主平面，并且是由MD或CD形成的相同平面。因此，Z轴垂直于X-Y平面，并且每个片段表示Y方向上的单位阶跃。对于每个片段内的每个X位置，识别灰度级值超过限制阈值(通常为20)的最高和最低Z位置。因此，每个片段将产生连接片段中指示的纤维的最大(上)和最小(下)位置的曲线。

没有沿着Z轴发现块体的那些区域，即在材料内存在通孔的那些区域，对于产生连续中心表面可能存在问题。为了克服这个问题，可以通过在周围扩大孔(增大孔尺寸)达两个像素来填充孔，并且可以针对具有最大、最小或中心的有限Z值的环绕位置确定平均值，这取决于正在被调整的表面。然后，可以用平均Z位置值填充孔，使得不发生不连续，并且使得表面平滑不会受到空白空间的不利影响。

然后，可以将鲁棒的三维平滑样条函数应用于每个表面。用于执行该函数的算法由D.Garcia的Computational Statistics&Data Analysis，54：1167-1178(2010)描述，其公开内容通过引用整体并入。可以改变平滑参数以产生一系列文件，这些文件提供在较大或较小程度上表示单个纤维细节的表面平滑度的范围。

可以使用函数“surfnorm”在平滑中心表面内的每个顶点处计算三维表面法向。该算法基于x，y和z矩阵的三次拟合。可以计算对角矢量并交叉形成法向。平行于通过每个顶点并终止于上平滑表面和下平滑表面的表面法向的线段可以用于确定纸产品样品在垂直于中心表面的方向上的厚度。

通过假定直角矩形棱镜具有均为一个像素的两个维度以及为从两个外部平滑表面延伸通过顶点的线段的长度的第三个维度，来沿垂直于中心表面的路径确定三维相对纤维密度。由于体素具有如由来自断层摄影数据集的灰度级值指示的有限块体，所以确定了包含在该体积内的块体。因此，如果沿着线段的所有体素都具有255的灰度值，则顶点处的最大相对密度等于1。纤维素纤维的细胞壁的最大值取为1.50克/立方厘米。

三维纤维密度的方便表示可以通过以下方式制作：使用平滑中心表面在四维中绘制纤维密度图来示出样品的平面外变形的程度，并且指示三维密度为具有在该图内的每个位置处的值的光谱图。这些图可以被示出为具有最大值为1的相对密度，或者被归一化为具有所指示的最大值为1.50克/立方厘米的纤维素的密度。这种纤维密度图的示例示出在图10中。

根据上述技术制作的灰度级纤维密度图示出在图11中。在该图中，已经绘制了框A来勾画穹顶结构中形成在穹顶结构的下游MD侧(即穹顶结构的“前侧”)上的那部分。也已经绘制了框B来勾画穹顶结构中形成在穹顶结构的上游MD侧(即穹顶结构的“后侧”)上的那部分。当根据上述技术形成密度图时，较暗阴影区域表示较高密度，而较亮阴影区域表示较低密度。根据用于构建密度分布图的数据，可以确定并比较关于框A和B中所勾画的区域的中值密度。

已经发现，根据本发明的纸产品的穹顶结构在该穹顶结构的不同区域中表现了纤维密度的显著变化。特别地，在穹顶结构的后侧中形成比在穹顶结构的前侧中形成的纤维密度更高的纤维密度。这可以在图11中所示的示例中看出，其中该穹顶结构中形成在框B中的后侧上的那部分具有比在穹顶结构中形成在框A中的穹顶结构的前侧中的那部分具有明显更高的密度。根据本发明的实施例，当使用已描述的x射线断层摄影技术确定穹顶结构的相对侧中的这个密度差时，该密度差为约70％。换句话说，穹顶结构的前侧比穹顶结构的后侧具有少70％的纤维密度。在另一个实施例中，根据本发明的纸产品中的密度差在其穹顶结构的后侧和前侧之间具有约75％的密度差。

不受理论的约束，相信本文所述的技术允许在穹顶结构的相对侧上的非凡密度差异。特别地，较大穹顶的形成(例如具有上述多层带中的大尺寸开口)允许更多纤维在起绉操作期间流入开口中。这种纤维流导致在穹顶结构的前侧中更多的纤维破裂，因而导致较低的纤维密度。也相信在穹顶结构的侧壁的其它部分中的较高密度导致较高的厚度，并且还可能由于侧壁的较低密度部分而导致稍微软的产品。

纸产品的柔软度和厚度

任何纸产品的重要性能是纸的感知柔软度。然而，为了改善纸产品的感知柔软度，经常需要牺牲纸产品的其它性能的质量。例如，调整纸产品的参数以改善纸的感知柔软度通常具有降低纸产品的厚度的不期望的副作用。

已经发现纸产品的感知柔软度可以与纸产品的几何平均(GM)拉伸模量高度相关。GM抗拉伸强度定义为纸张产品的MD抗拉伸强度和CD抗拉伸强度的乘积的平方根。图12证明了用上述带1和3至6为本领域公知的用于造纸工艺中的起绉操作的织物制造的基片的感觉柔软度和GM抗拉伸强度之间的相关性。感觉柔软度是通过使用标准化测试技术的经训练评价者确定的纸产品的感知柔软度的度量。也就是说，感觉柔软度由具有确定柔软度的丰富经验的评估者测量，评估者遵循抓握纸张并确定纸张的感知柔软度的特定技术。感觉柔软度越高，感知柔软度越高。纸产品的明显趋势(如由与图13中所示的基片有关的数据证明的那样)是当纸产品的GM抗拉伸强度降低时，纸产品的感觉柔软度增加，反之亦然。

根据本发明的纸产品证明了GM抗拉伸强度和厚度的优异组合。也就是说，本发明的纸产品具有优异的柔软度(低GM抗拉伸强度)和厚重度(高厚度)。为了证明这种性能组合，产品使用带1和3至6制造而成，并与使用由德国Heidenheim的Voith GmbH制造的结构化织物44G聚酯织物制造而成的纸产品进行比较。该44G织物是在造纸工艺中用起绉的公知织物。

对于带1，在类似于图1中所示机器的造纸机上进行具有表6中所述的操作条件的两个试验。注意，可以按所指示的那样缩写北方软木牛皮纸(NSWK)、软木牛皮纸(SWK)湿强度树脂(WSR)、羧甲基纤维素(CMC)和聚乙烯醇(PVOH)。

表6

用带3进行两次试验，用带4进行两次试验。表7中指示了关于带3和4的试验条件，并且在类似于图1中所示的机器的造纸机中进行这些试验。

表7

还在类似于图1中所示的造纸机构型中使用带5进行了两个试验。对于试验1，以均匀模式使用100％NSWK纸浆。基重目标定为16.8磅/令。在空气侧原料中加入总量为3.0磅/吨的脱粘剂，在Yankee侧原料中不加入脱粘剂。为了确保足够的Yankee粘合，使用KL506PVOH作为Yankee涂层粘合剂的一部分。通过产生最高可能的非砑光厚度然后砑光所产生的结果成为125密耳/8层，来实现目标基片厚度。通过平衡润湿强度和碳甲基纤维素(CMC)的磨浆和添加物，实现550克/立方英寸的CD湿抗拉伸强度。初始磨浆设定为45HP，湿强度树脂和CMC的初始用量分别为25和5磅/吨。使用带5的试验2与试验1相同，除了使用100％Naheola SWK的纸浆。

对于带5，在试验1和2中的每一个中收集10个砑光辊和两个非砑光辊。用于使用带5的试验的操作条件和加工参数被示出于表8中。

表8

使用带6使用类似于图1中所示的造纸机构型进行四个试验。对于第一组试验，以均匀模式使用80％Naheola SSWK/20％Naheola SHWK。基重将针对试验1定为16.8磅/令，而针对试验2定为21.0磅/令，而针对试验3定为25.5磅/令。没有添加脱粘剂到原料中。织物绉褶和卷轴绉褶设定为20％和2％，而在抽吸盒之前的片材湿度处于正常条件(即约57％)下。为了确保足够的Yankee粘合，使用KL506PVOH作为Yankee涂层粘合剂的一部分。通过平衡湿强度树脂和CMC的磨浆和添加物来实现目标基片CD湿抗拉伸强度(600克/立方英寸)。初始磨浆设置被设定为45HP，湿强度树脂和CMC的初始用量分别为25磅/吨和5磅/吨。为了实现目标CD湿抗拉伸强度，调整磨浆。如果非砑光厚度下降到160密耳/8层以下并且目标CD湿抗拉伸强度仍然没有通过增加磨浆来实现，则加入更多湿强度树脂和CMC(以2:1的比率)以实现目标CD湿抗拉伸强度。允许干抗拉伸强度浮动。在每个试验中收集两(2)个非砑光辊。

使用带6的下一组试验除了起绉速度之外与第一组试验类似。基重固定为25.5磅/令或产生最高基片厚度的基重。不在原料中添加脱粘剂。织物绉褶目标对于试验4为10％，对于试验5为15％，而对于试验6为20％。卷轴绉褶设定为2％，同时将抽吸盒之前的片材湿度设定为正常条件(即约57％)。为了确保足够的Yankee粘合，使用PVOH作为Yankee涂层粘合剂的一部分。通过平衡湿强度树脂和CMC的磨浆和添加物来实现目标基片CD湿抗拉伸强度(600克/立方英寸)。初始磨浆设置被设定为45HP，湿强度树脂和CMC的初始用量分别为25磅/吨和5磅/吨。为了实现目标CD湿抗拉伸强度，首先调整磨浆。如果非砑光厚度降低至低于160密耳/8层并且目标CD湿抗拉伸强度仍然没有通过增加磨浆来实现，则添加更多湿强度树脂和CMC(以2:1的比率)来实现目标CD湿抗拉伸强度。允许干抗拉伸强度浮动。在每个试验中收集两个非砑光辊。

使用带6的下一组试验除了只是关于片材湿度之外与第一组试验类似。基重固定在25.5磅/令或产生最高基片厚度的基重。原料中没有添加脱粘剂。织物绉褶和卷轴绉褶分别设定为20％和2％。将抽吸盒之前的片材湿度设定成关于试验7为正常条件(即约57％)，关于试验8为59％，关于试验9为61％(表3)。通过设定芬兰赫尔辛基的Metso Oyj的ADVANTAGE^TM VISCONIP^TM的载荷(即550磅/平方英寸、325磅/平方英寸和200磅/平方英寸)或在起绉辊之前添加水喷雾来调整片材湿度。为了确保足够的Yankee粘合，将PVOH用作Yankee涂层粘合剂的一部分。通过平衡湿强度树脂和CMC的磨浆和添加物来实现目标基片CD湿抗拉伸强度(600克/立方英寸)。初始磨浆设置是45HP，湿强度树脂和CMC的初始用量分别为25磅/吨和5磅/吨。为了实现目标CD湿抗拉伸强度，首先调整磨浆。如果非砑光厚度降低至低于160密耳/8层并且通过增加磨浆仍然不能实现目标CD湿抗拉伸强度，则添加更多湿强度树脂和CMC(以2:1的比率)以实现目标CD湿抗拉伸强度。允许干抗拉伸强度浮动。在每个试验中收集两个非砑光辊。

在使用带6的最后一组试验中，选择在抽吸盒之前的基重、织物绉褶和片材湿度的最佳组合，以产生具有160密耳/8层厚度、600克/立方英寸CD湿抗拉伸强度、20％MD伸展性的最佳1层基片。为了转换成1层纸巾而收集10个母辊。

用于使用带6的试验的操作条件和加工参数示出于表9中。

表9

来自利用带1和3至6和结构化织物的试验的数据示出在图13中。这些结果证明了关于在试验中使用多层带生产的纸产品的GM抗拉伸强度和厚度的优异组合。具体地说，这些结果示出了用带3至5制造的产品具有至少约245密耳/8密耳的厚度。由带3至6制造的产品具有小于约3500克/立方英寸的GM抗拉伸强度。当然应该注意，使用带3生产的产品具有大于约270密耳/8层的厚度和小于约3100克/立方英寸的GM抗拉伸强度，从而就厚度和柔软度来说提供特别好的产品。图14中所示的结果还证明了用多层带制造的纸产品与用织物制造的产品相比，其厚度和GM抗拉伸强度的组合的优越性。虽然使用织物生产的纸产品具有一定范围的GM抗拉伸强度，但是织物制造的纸产品中没有一种具有显著大于约240密耳/8层的厚度。如上详细讨论那样，使用多层带制造的纸产品允许形成比使用结构化织物生产的更大穹顶结构。越大的穹顶结构又在纸产品中提供越厚的厚度。因此，如图14中所示，多层带制造的产品具有比使用织物制造的产品更高的厚度。

总之，图13中所示的这些结果证明，可以用多层带制造的本发明的纸产品比用结构化织物制造的基片具有更大的厚度和更多的柔软度。如本领域技术人员一定认识到那样，厚度和柔软度是许多纸产品的重要性能。因此，根据本发明的纸产品包括非常有吸取力的性能组合。

基片和被转换纸性能

由带5和6制造另外的基片和成品，并确定这些基片和成品的性能。对于这些试验，如在上述使用带5和6的柔软度和厚度试验中所使用那样来使用相同的一般操作程序。在该系列试验中改变纸浆和砑光技术，并且将形成的基片的性能示出于表10中。注意，在表10中，T1纸浆是指100％NSWK纸浆，T2纸浆是指80％Naheola SSWK/20％Naheola SHWK纸浆。

表10

作为该系列试验的另一方面，将表10中所示的基片转换为成品纸巾产品。转换过程包括使用在美国设计专利第648137号(其公开内容以引用方式全部并入)中所示的压花图案、在THVS模式下以片材数为52和片材长度为0.14英寸进行压花。对于标记为4/1的试验，压花穿孔深度从约0.065至约0.072英寸变化。对于表10中的其它试验，压花穿孔深度设定为0.070英寸。对于所有试验，衔接辊辊隙宽度设定为13毫米，并且试验基片使用具有0.019英寸的粘结宽度、27个粘结/刀片的穿孔刀片制造。已转换的成品的性能示出于表11中。

表11

表11中所示的成品纸巾产品的大多数性能等于或超过目前可用纸巾的性能。然而，值得注意的是，纸巾的厚度通常大大超过当前提供的纸巾的厚度。如以上一般地讨论，纸产品的厚度与柔软度成反比。虽然成品纸巾产品的柔软度和吸收性示出于表11中，如感觉柔软度、GM抗拉伸强度和SAT容量所示，略小于其它纸巾产品的柔软度，但是柔软度仍然非常好给定产品的非常厚的厚度。还值得注意的是成品纸巾产品的GM断裂模量。纸张产品的GM断裂模量是产品强度的良好指标。表9中所示的成品纸巾产品展示了优异的GM断裂模量。

与带性能相关的纸性能

在另一系列测试中，确定带材料在纸产品中的各种性能的影响。在第一系列试验中，确定根据本发明的多层带材料中的开口的体积对纸巾级产品中产生的厚度的影响。还将结果与形成纸巾级产品时单片(聚合物)带构型中的开口体积的效果进行比较。如上所述，纸巾级产品通常具有约33磅/令的基重和约225密耳/8片的厚度。对于这些试验，使用根据本发明的多层带材料形成基片，并且使用单片带材料形成纸巾级基片。多层带材料在顶层的顶表面中具有开口，其范围从约2.0立方毫米至约9.0立方毫米。单片带材料具有小于约1.0立方毫米的开口。注意，多层带材料和单片带材料中的开口的尺寸与上述公开内容一致，其指示多层带结构允许比单片带结构更大的开口。也就是说，假设在实际上用于造纸工艺中的单片带结构中不能形成大开口，则多层带材料中的开口被制造得更大。该系列试验在实验室中在具有如上所述的加工条件的试纸机上进行。

图14示出了就相对于多层和单片带的顶层中的开口的体积产生的纸巾级基片的厚度来说的测试结果。从图中可以看出，使用多层带材料产生的厚度高于使用单片带材料产生的厚度。这些结果证明，带结构中的大体积的开口可以导致纸巾级产品中的更大厚度。特别值得注意的是，具有开口为约9.0立方毫米的构型的多层带材料产生约220密耳/8片的厚度，其比使用单片带材料产生的任何厚度都大近100密耳/8片。如本领域普通技术人员一定会理解的那样，由该多层带材料产生的巨大厚度可以用于生产非常有吸取力的纸巾产品。

在另一系列测试中，确定根据本发明的多层带中的开口体积对薄纸级产品中产生的厚度的影响。还将这些结果与在形成薄纸级产品时的单片(聚合物)带构造中的开口体积的效果进行比较。如上所述，薄纸级产品通常具有约27磅/令的基重和约140密耳/8片的厚度。对于这些测试，在使用根据本发明的多层带材料的实验室中形成基片，并且在使用单片带材料的实验室中形成薄纸级基片。多层带材料具有在顶层的顶表面中具有开口的构型，其范围为从约1.5立方毫米至约5.5立方毫米。单片带材料具有开口小于约1.0立方毫米的构型。注意，多层带材料和单片带材料中的开口的尺寸与上述公开内容一致，其指示多层带结构允许比单片带结构更大的开口。该系列试验在实验室中在具有通常如上所述的加工条件的试纸机上进行。

这些测试结果示出于图15中。从图中可以看出，具有较大开口的多层带材料可以生产薄纸级基片，其具有与在使用单片层带材料制造的薄纸级基片中发现的厚度相当的厚度。虽然多层带材料不提供如纸巾级测试(图14)所见的增加了的厚度，但是多层带材料可能有利于形成薄纸级产品。例如，如上所述，可以由多层带构型提供的较大开口允许产品中的穹顶结构内的更大纤维密度。此外，多层带结构虽然产生与单片相当的薄纸级厚度，但由于上述所有原因，而可以比单片结构更牢固和更耐用。因此，即使用多层带结构产生的薄纸级厚度与使用单片带结构产生的厚度处于相同的范围内，当用于纸巾级造纸工艺中时，多层带结构仍可以具有某些优点。

在再另一系列测试中，具有不同开口尺寸的不同多层起绉带材料用于生产纸巾级产品。测试四个带材料，其中带材料以上述方式在顶层中具有圆形开口。带材料A具有附着到0.5毫米PET底层的1.0毫米聚氨酯顶层，带材料B具有附着到0.5毫米PET底层的0.5毫米聚氨酯顶层，带材料C具有0.5毫米聚氨酯顶层和织物底层，而带材料D具有1.0毫米聚氨酯顶层和织物底层。对于每种类型的带材料，测试具有不同尺寸的开口的构型，其中开口的直径范围为从约0.75毫米至约2.25毫米。该系列试验在使用模拟造纸工艺的真空片材模制的实验室中进行(实际上不进行起绉操作)。

这些测试结果示出于图16，其示出了对于每个带材料产生的顶部开口(孔)直径和厚度之间的关系。从图中可以看出，随着每个带材料中的开口尺寸增加，由带材料制造的所得纸产品的厚度增加。这再次与上述公开内容一致，其指示随着多层带的顶层中的开口尺寸增加，至少对于纸巾级产品可以产生更大的厚度。图中的数据还证明，多层带结构的不同厚度可以在纸产品中产生相对可比较的厚度，其中1.0毫米顶层有时比0.5毫米顶层产生稍微更厚的厚度。

虽然已经在某些具体的示例性实施例中描述了本发明，但是根据本公开内容，许多附加的修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，应当理解，本发明可以以不同于具体描述那样的方式进行实践。因此，本发明的示例性实施例在所有方面应被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明的范围由本申请及其等同物可支持的任何权利要求而不是前述描述来确定。

工业应用性

本文所述的设备、工艺和产品可以用于生产商业纸产品，例如卫生纸和纸巾。因此，设备、工艺和产品具有与纸产品工业相关的许多应用。

Claims (46)

1.一种起绉纤维素片材的方法，所述方法包括：

用含水造纸纸浆制造初生纸幅；

在多层起绉带上沉积并起绉所述初生纸幅，所述多层起绉带包括(i)由具有多个开口的聚合物材料制造的第一层，和(ii)附着到所述第一层的表面的第二层，其中所述初生纸幅沉积在所述第一层上；和

向所述起绉带施加真空，使得所述初生纸幅被吸取到所述多个开口中但不被吸取到第二层中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述初生纸幅以约30％固体至约60％固体含量沉积在所述起绉带上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述初生纸幅以约15％固体至约25％固体含量沉积在所述起绉带上。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：除了将所述初生纸幅吸取到所述多个开口中的真空之外，还在所述初生纸幅沉积在所述起绉带上时施加真空。

5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述初生纸幅沉积在所述起绉带上时施加的真空为从约5英寸汞柱至约30英寸汞柱。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二层被构造成限制大部分纤维完全穿过所述起绉带。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层的聚合物材料是聚氨酯，而所述第二层由聚对苯二甲酸乙二醇酯织物制造。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积步骤包括将所述初生纸幅从传送表面沉积到所述起绉带上。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述传送表面以传送表面速度移动并且所述起绉带以起绉带速度移动，所述传送表面速度大于所述起绉带速度。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一层由挤压式聚合物材料制造。

11.一种由包括以下步骤的过程制造的起绉纸幅：

用含水造纸纸浆制备初生纸幅；

在多层带上起绉所述初生纸幅，所述多层带包括(i)由具有多个开口的聚合物材料制造的第一层，和(ii)附着到第一层的第二层，所述初生纸幅被沉积到第一层的表面上；和

在不用砑光过程的情况下干燥并吸取起绉纸幅，

其中所述初生纸幅被吸取到多层带的第一层中的多个开口中，但不吸取到第二层中，以便提供具有多个穹顶结构的起绉纸幅。

12.根据权利要求11所述的起绉纸幅，其中具有多个穹顶结构的所述起绉纸幅提供吸收性片材。

13.根据权利要求12所述的起绉纸幅，其中从中空穹顶区域的边缘上的一个第一点到所述中空穹顶区域的相对侧上的第二点的距离为从约1.0毫米至约4.0毫米。

14.根据权利要求13所述的起绉纸幅，其中从所述中空穹顶区域的边缘上的所述一个第一点到所述中空穹顶区域的相对侧上的所述第二点的距离为从约1.5毫米至约3.0毫米。

15.根据权利要求14所述的起绉纸幅，其中从所述中空穹顶区域的边缘上的所述一个第一点到所述中空穹顶区域的相对侧上的所述第二点的距离为约2.5毫米。

16.根据权利要求12所述的起绉纸幅，其中所述多个中空穹顶区域的边缘基本上是圆形的，并且从所述中空穹顶区域的边缘上的至少一个第一点到所述边缘上的第二点的距离是圆形边缘的直径。

17.根据权利要求12所述的起绉纸幅，其中在与所述中空穹顶区域的第一点相邻的连接区域中的局部基重大于在与所述中空穹顶区域的第二点相邻的连接区域中的局部基重。

18.根据权利要求12所述的起绉纸幅，其中所述多个中空穹顶区域中的每一个限定至少约0.1立方毫米的体积。

19.根据权利要求12所述的起绉纸幅，其中所述多个中空穹顶区域中的每一个限定从大约0.1立方毫米到大约3.5立方毫米的体积。

20.根据权利要求12所述的起绉纸幅，其中所述多个中空穹顶区域中的每一个限定从约0.2立方毫米至约1.4立方毫米的体积。

21.根据权利要求12所述的起绉纸幅，其中所述吸收性片材具有至少约145密耳/8片的厚度，并且所述片材具有小于约3500克/立方英寸的GM抗拉伸强度。

22.一种具有上侧和下侧的纤维素纤维的吸收性片材，所述吸收性片材包括：

从片材的上侧突出的多个中空穹顶区域，其中每个中空穹顶区域被成形为使得从中空穹顶区域的边缘上的至少一个第一点到所述中空穹顶区域的相对侧中的边缘上的第二点的距离为至少约0.5毫米；和

连接区域，其形成将所述片材的中空穹顶区域互连的网络，

其中所述吸收性片材的厚度为至少约140密耳/8片。

23.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中从所述中空穹顶区域的边缘上的所述一个第一点到所述中空穹顶区域的相对侧上的所述第二点的距离为从约1.0毫米至约4.0毫米。

24.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中所述中空穹顶区域的边缘上的所述一个第一点与所述中空穹顶区域的相对侧上的所述第二点之间的距离为从约1.5毫米至约3.0毫米。

25.根据权利要求24所述的吸收性片材，其中从所述中空穹顶区域的边缘上的所述一个第一点到所述中空穹顶区域的相对侧上的所述第二点的距离为约2.5毫米。

26.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中所述多个中空穹顶区域的边缘基本上是圆形的，并且从所述中空穹顶区域的边缘上的至少一个第一点到所述边缘上的第二点的距离是圆形边缘的直径。

27.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中在与所述中空穹顶区域的第一点相邻的连接区域中的局部基重大于在与所述中空穹顶区域的第二点相邻的连接区域中的局部基重。

28.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中所述多个中空穹顶区域中的每一个限定至少约0.1立方毫米的体积。

29.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中所述多个中空穹顶区域中的每一个限定从约0.1立方毫米至约3.5立方毫米的体积。

30.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中所述多个中空穹顶区域中的每一个限定从约0.2立方毫米至约1.4立方毫米的体积。

31.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中所述吸收性片材具有至少约145密耳/8片的厚度，并且所述片材具有小于约3500克/立方英寸的GM抗拉伸强度。

32.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中所述吸收性片材具有至少约245密耳/8片的厚度和小于约3100克/立方英寸的GM抗拉伸强度。

33.根据权利要求22所述的吸收性片材，其中与所述中空穹顶区域的第一点相邻的连接区域中的局部基重大于与所述中空穹顶区域的第二点相邻的连接区域中的局部基重。

34.一种具有上侧和下侧的纤维素纤维的吸收性片材，所述吸收性片材包括：

从片材的上侧突出的多个中空穹顶区域，其中每个中空穹顶区域限定至少约1.0立方毫米的体积；和

连接区域，其形成互连片材的中空穹顶区域的网络。

35.根据权利要求34所述的吸收性片材，其中所述多个中空穹顶区域中的每一个限定从约1.0立方毫米至约10.0立方毫米的体积。

36.根据权利要求34所述的吸收性片材，其中所述吸收性片材具有至少约140密耳/8片的厚度。

37.根据权利要求34所述的吸收性片材，其中所述片材具有至少约140密耳/8片的厚度，并且所述片材的GM抗拉伸强度小于约3500克/立方英寸。

38.根据权利要求34所述的吸收性片材，其中所述吸收性片材具有至少约245密耳/8片的厚度，并且其GM抗拉伸强度小于约3100克/立方英寸。

39.根据权利要求34所述的吸收性片材，其中在与中空穹顶区域的第一点相邻的连接区域中的局部基重大于在与中空穹顶区域的第二点相邻的连接区域中的局部基重。

40.一种具有上侧和下侧的纤维素纤维的吸收性片材，所述吸收性片材包括：

从片材的上侧突出的多个中空穹顶区域，其中每个中空穹顶区域限定至少约0.5立方毫米的体积；和

连接区域，其形成将所述片材的中空穹顶区域互连的网络，

其中所述吸收性片材具有至少约130密耳/8片的厚度。

41.一种具有上侧和下侧的纤维素纤维吸收性片材，所述吸收性片材包括：

从片材的上侧突出的多个中空穹顶区域；和

连接区域，其形成互连片材的中空穹顶区域的网络，

其中所述吸收性片材具有至少约145密耳/8片的厚度，并且

其中所述吸收性片材具有小于约3500克/立方英寸的GM抗拉伸强度。

42.根据权利要求41所述的吸收性片材，其中所述吸收性片材具有至少约245密耳/8片的厚度以及小于约3100克/立方英寸的GM抗拉伸强度。

43.根据权利要求41所述的吸收性片材，其中在与所述中空穹顶区域的第一点相邻的连接区域中的局部基重大于在与所述中空穹顶区域的第二点相邻的连接区域中的局部基重。

44.一种具有上侧和下侧的纤维素纤维吸收性片材，所述吸收性片材包括：

从片材的上侧突出的多个中空穹顶区域；以及

连接区域，其形成将片材的中空穹顶区域互连的网络，

其中所述中空穹顶区域的在机器方向(MD)上的前侧的纤维密度比所述中空穹顶区域的MD方向的后侧的纤维密度小。

45.根据权利要求44所述的吸收性片材，其中所述中空穹顶区域的在MD上的前侧上的纤维密度比所述中空穹顶区域的在MD上的后侧上的纤维密度小约70％。

46.根据权利要求44所述的吸收性片材，其中所述中空穹顶区域的在MD上的前侧上的纤维密度比所述中空穹顶区域的在MD上的后侧上的纤维密度小约75％。