CN109312540A - 相对于机器方向凸印在纸张产品中产生凹槽的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在机器方向上通过纸板制作机进给纸张的同时在纸张的机器方向上对齐的纸张中产生凹槽的系统和方法。在一种实施例中，一种制作用于纸板产品的介质的方法包括在机器方向上从纸卷退绕纸张，该机器方向与纸张的机器方向自然对齐。随后，凸印台或刻划台对纸张进行凸印或刻划，使纸张具有同样与纸张机器方向对齐的凹槽。所得凹槽纸张具有与纸张的下层纤维相对齐的凹槽，从而利用对齐的纤维在纸张机器方向上的自然强度。另外，这样对纸张进行凸印或刻划来形成凹槽，如此产生的开槽介质与可能要与制作纸板产品的凹槽相组合的面层相比会大幅减少卷取量。此外，当所有参与纸张的所有下层纤维皆在MD和凹槽方向上对齐时，实现最强组合的纸板强度。

Description

相对于机器方向凸印在纸张产品中产生凹槽的系统和方法

背景技术

现代造纸技术在造纸厂使用造纸机来生产纸卷，进而纸板制造商能够使用这类纸卷来生产纸板产品(即，波纹纸板)。结果，可以从连续工作的机器生产出纸卷。现代造纸机通常借由诸多物质造纸，其中包括木浆，木浆包含木纤维(但也可能使用其他纤维)。这些纤维趋于细长且适于并排对齐。纤维以可从造纸机的调浆箱进给至移动筛网上的浆料形式开始。在现代造纸机中，纤维倾向于彼此对齐并与筛网在其中移动的方向对齐。下层纤维的此对齐方向称为纸张的主要方向，并与机器方向一致。因此，主要方向通常简称为机器方向(machine direction，MD)，并且生成的纸张具有相关联的MD值。

因此，如果在造纸工艺结束时卷绕纸张，纸卷就是在机器方向上卷绕的纸张。由于下层纤维在纸张的机器方向上对齐，与垂直于机器方向的交叉方向(cross direction，CD)相比，纸张本身在机器方向上表现出更高的强度。也就是说，纸张在交叉方向上比机器方向上更容易弯曲、折叠或变形，这是因为CD值小于MD值。

当使用纸张来制造纸板产品时，用于纸板产品的纸张部分可为波纹状。传统的波纹机将沿纸张的交叉方向(CD)对下层纸张产品进行波纹化，从而无法利用到纸张在机器方向上的自然强度偏差。造纸商尝试在将纤维进给至造纸机的调浆箱处的初筛时破坏纤维的自然对齐，这种解决方案会增强交叉方向强度(但却有损于机器方向强度)。但这种解决方案会降低造纸机的运行速度以及造纸机的效率。因此，传统的波纹化技术牺牲了造纸效率才能在交叉方向上实现更高的纸张强度。另外，纸板制作方案中的交叉波纹化技术无法驾驭纸张在机器方向上更高的自然强度质量。

附图说明

结合附图，参照下述具体实施方式将会更好地理解并更容易领会权利要求书的各方面和许多附带优势。在附图中：

图1为用于将纸张进给至传统波纹化台中的机器的各方面的图示。

图2为由图1的传统波纹化辊产生的波纹纸张产品的一部分的图示。

图3为根据本文所述主题的一种实施例的用于在机器方向上将纸张进给至凸印台中的机器的各方面的图示。

图4是根据本文所述主题的一种实施例的由图3的凸印辊产生的凹槽纸张产品的一部分的图示。

图5为根据本文所述主题的一种实施例的用于在机器方向上将纸张进给至刻划台中的机器的各方面的图示。

图6是根据本文所述主题的一种实施例的由图5的刻划辊产生的刻划纸张产品的一部分的图示。

具体实施方式

下面提出的讨论使得本领域技术人员能够制造并使用本文揭示的主题。在不脱离本具体实施方式的精神和范围的情况下，本文描述的一般性原理可应用于除上文详述外的其他实施例和应用。本发明并非旨在限于所示的实施例，而应当赋予与本文揭示或建议的原理和特性一致的最宽范围。

总体而言，本文揭示的主题可以涉及一种用于在纸张的机器方向上在纸张中产生凹槽的系统和方法。在传统纸板制作的制造设置中，纸卷可以在机器方向上退绕且在交叉方向上波纹化。在交叉方向上的波纹化无法利用纸张的MD值。通过在与纸张的下层纤维(例如，机器方向)相同的方向上进行凸印或刻划产生凹槽利用到用于在纸板产品中创建开槽介质的纸张在机器方向上的自然强度。

在一种实施例中，一种制作用于纸板产品的凹槽的方法包括在机器方向上从纸卷退绕纸张。随后，凸印台或刻划台对纸张进行凸印或刻划以产生凹槽。所产生的凹槽同样与纸张的机器方向对齐，从而使凹槽与较高的MD值(与CD值相比)相符。另外，与传统波纹化相比，用于凹槽的线性凸印纸张或刻划纸张大幅减少卷取量。参阅图1至图6所讨论的实施例的详细描述，这些及其他方面将更为显而易见。

图1为用于将纸张进给至传统波纹化辊中的机器100的各方面的图示。当然，传统的波纹机会具有若干额外的方面和部件，但出于讨论目的，仅需如图1所描绘的这些部分。在该图中，可以从进给辊退绕纸卷110，以便可以在第一方向122上向适于定形、裁切、模制、组合或以其他方式将纸张110变成新产品的机器进给纸张120的前缘。简明起见，在图1中仅示出波纹化台。因此，随着从纸辊110退绕纸张120，纸张120在第一方向122上传送。

图1中的纸张120可以被进给至波纹器中，该波纹机包括第一波纹化辊130a，该第一波纹化辊130a与第二波纹化辊130b对齐以与之协作。因此，随着在第一波纹化辊130a与第二波纹化辊130b之间进给纸张120，波纹化辊中的肋条使纸张形成所需的凹槽形状。也就是说，纸张120按照网状序列围绕第一波纹化辊130a和第二波纹化辊的肋条形成，产生波纹状纸张。所得产品是凹槽纸张150，其展现出与各波纹化辊130a和130b的肋条形状相似的形状。凹槽纸张150则可称为波纹状介质并且可以与附加的纸张结合使用以形成波纹状纸板，其具有胶合至一个或多个面层的一个或多个波纹状介质。

对纸张进行波纹化以便用于制造波纹状纸板的某一问题在于，开槽介质所需的纸张明显多于面层所需的纸张。这是非常明显的问题，因为围绕波纹化肋条形成并折叠纸张时，走纸的总体长度相比波纹状纸板产品的平坦面层部分而言变得行程更长。该线性差异通常称为“卷取系数(take-upfactor)”。根据凹槽的尺寸，卷取系数可能相当高(例如，对于常见的C形凹槽轮廓而言达到43％)。在图1中的波纹机100上按高达每分钟1500英尺的速度制造凹槽纸张150。

在专门生产纸卷的造纸厂生产纸张。随后，将纸卷运送到纸板制作工厂，机器(将其中某些部分示为图1中的机器100)可坐落于这些制纸板工厂中。由造纸实体来完成造纸工序，并且由不同的实体来生产纸板产品，因此各实体的利益经常发生分歧。

一种利益分歧的实例包括在造纸厂生产下层纸张120的方法和机器。如图1中的展开部分所示，纸张的下层纤维125趋于细长且在机器方向122上彼此相互对齐。随着造纸机的速度加快，从调浆箱快速向外进给浆料，下层纤维自然趋于进一步沿造纸机的机器方向对齐。这就产生最终的纸张产品，其具有在机器方向上对齐的最下层纤维。如下文进一步讨论，纸板制造商可能倾向纸张中具有高度错位的纤维(例如，不限机器方向而朝向所有方向排列的纤维)。在讨论原因之前，先讨论造纸工艺的其他方面。

如上所述，纸张120的机器方向表现出比纸张的交叉方向更大的强度特性(MD值)以及更大的抗弯曲性(CD值)。这主要是由于造纸的性质促使下层纤维在机器方向上对齐。当然，当随后在下一个制造阶段退绕纸卷110时，如图1所示，纸张120的机器方向与波纹化程序的机器方向122保持对齐。

在图1的机器100中，波纹化辊130a和130b在纸张120的交叉方向上对纸张进行波纹化。也就是说，对纸张120进行波纹化相对于机器方向122而言并非呈线性，并且任何所得凹槽的方向既垂直于波纹机方向122也垂直于纸张120的机器方向。参照图2对此予以详述。

图2为由图1的传统波纹机100产生的所得波纹纸张产品150的一部分的图示。该图示出凹槽纸张150的一部分的等距视图。图2中示出机器方向122，其垂直于凹槽方向，因为凹槽处于纸张的交叉方向。如图所示，下层纤维125与纸张的机器方向保持对齐，这个纸张的机器方向同样与波纹机方向122对齐。然而，凹槽是垂直于最下层的纤维125形成。这就导致凹槽与纤维错位，因此不会利用到纸张的MD值的自然强度(若与CD值相比)。这样无法利用纸张的MD值会导致实现特定纸板强度时降低制造纸板产品的效率。也就是说，必然要用更多的纸张(更重的纸张、更大的凹槽等)才能实现所需的纸板强度。

为了提高纸张中的CD值(出于纸板制作的特殊目的)，造纸商可能需要有意尝试错开下层纤维，以使纸张产品在交叉方向上的强度更高。这可能导致机器方向上的强度下降，但由于在交叉方向上对纸张产品进行波纹化，最终会在完成的纸板产品或纸箱产品中形成更高的强度。通常，通过在造纸机上的调浆箱处进行搅拌实现有意地错开下层纤维，但这却会以造纸机的速度为代价。

因此，纸板制造商更倾向于CD值较大的纸张产品，因为波纹机会在交叉方向上进行波纹化。然而，造纸商则更倾向于生产下层纤维在机器方向上对齐的纸张(例如，MD值更大)，因为这种对齐无需繁复的设备并允许造纸机在更快的速度下运行。这种利益分歧则会导致造纸商在效率上或纸板制造商在产品上让步，而这皆因交叉方向的波纹化所致。本发明的其余部分阐述重新均衡这种利益的线性凸印或线性刻划技术。

图3为根据本文所述主题的一种实施例的用于在机器方向上将纸张进给至凸印台中的机器200的各方面的图示。在该实施例中，可以退绕纸卷110，以便将纸张120进给至凸印台中的一对凸印辊230a和230b中。凸印辊230a和230b包括与机器方向122对齐的肋条，如图3的展开框所示。也就是说，凸印辊230a和230b的凹沟和凹谷将在机器方向122上产生凹槽，其同样与纸张的较大MD值相一致。另外，凸印台可以具有附加的特征，其中包括适于调节纸张的部分，诸如加热、润湿或加湿区段。简洁起见，本文不再进一步讨论创建线性凸印的凹槽的这些及其他额外方面。

凸印是通过凸印辊230a和230b使纸张伸展和变形的程序。通过凸印辊230a与配对凸印辊230b紧密对齐来挤压纸张120时，纸张120趋于远离凸印辊230a和230b之间的接触点伸展。此时，由于纸张在交叉方向上伸展，所得的凸印纸张250具有更宽的宽度。但是，凸印纸张250此时包括凹槽，使得预凸印纸张120的原始宽度几乎等同于所得开槽介质的宽度。另外，纸张120的长度(如由纸张120的机器方向限定)也保持不受凸印程序的影响。

如下在图4中进一步讨论，凸印程序产生几乎为零的卷取系数，在一些应用中，产生为零的卷取系数。这是因为凹槽并非简单地围绕波纹化肋条形成，而实际上是拉伸形成所需的图案。该凸印图案随后产生类似于波纹化的凹槽图案。因此，通过凸印产生凹槽会使效率大幅提高(例如，就C形凹槽轮廓而言，使伸长系数减小达43％)，同时还会利用到构成开槽介质250的纸张的MD值。

在图3的实施例中，凸印辊230a和230b的凹沟和凹谷呈曲线，这样就能产生正弦曲线形凹槽。其他实施例可以包括三角形图案、锯齿形图案、半矩形图案或任何其他的凸印图案，由此在通过凸印辊230a和230b进给的下层纸张120中产生某种形状的凹槽。在其他实施例中，凸印辊中只有一个可能具有产生凹槽的特定形状，同时配对辊可能呈平坦状(未示出)。在又一些实施例中，机器200可以包括用于第二凸印台和第三凸印台的附加凸印辊(未示出)，用来产生或加强所需的凹槽。

图4为根据本文所述主题的一种实施例的由图3的凸印台产生的所得凹槽纸张产品250的一部分的图示。如参照图3所讨论，产生的凹槽与机器方向122一致。因此，纸的下层长纤维125与凹槽方向保持对齐。使下层长纤维与凹槽对齐导致凹槽与纸张的更大MD值一致(与CD值相比)。图1的机器100的交叉波纹化技术必然会形成与纸张的CD值相一致的波纹化，故使用图3的机器200的线性凸印程序通过使凹槽在机器方向上对齐而利用纸张的MD值。因此，图3的机器200的产生凹槽的凸印程序使用更少的总纤维就能实现波纹状纸板的特定强度。

这样的线性凸印系统和方法能够产生多层次的效率并且成功地重新平衡造纸商与纸板制造商/纸箱制造商的利益。首先，线性凸印允许造纸商在最初向造纸机筛网上倾倒纸浆纤维时不再需要小心控制纸浆纤维的对齐(更确切而言，纸浆纤维的错位)。重申一遍，为了提高交叉方向上的强度，造纸机可以包括尝试对抗下层长纤维在机器方向上自然对齐的调浆箱。利用线性凸印会减少或消除在交叉方向上提高强度的需要。因此，造纸商能够致力于提升造纸机的速度。

其次，纸板制造商采用较少的纸张材料就能生产纸板产品。本文所讨论的线性凸印系统和方法产生的开槽介质仅需较少的材料就能进行生产。也就是说，在传统的波纹机中，开槽介质所需的纸张多于面层部分所需的纸张(在线性条件下)。因此，达成双重效率增益：通过使凹槽与面层的MD值一致，在制造波纹状纸板中使用较少的总体纸张量，并且所得的纸板中具有较高的强度。

如参照图3和图4讨论的实施例具有产生凹槽的正弦曲线形状的凸印台。然而，其他实施例可以包括凸印辊的不同形状(诸如，三角形、锯齿形等)或更加简单的刻划台。参照图5和图6讨论的实施例是由除参照图3和图4所讨论的实施例的正弦曲线形状以外的程序成形或形成的凹槽的实例。

图5为根据本文所述主题的一种实施例的用于在机器方向上将纸张进给至刻划台中的机器的一部分的图示。在该实施例中，可以退绕纸卷110，以便将纸张120进给至刻划台中的一对刻划辊330a和330b中。刻划辊330a和330b包括与机器方向122对齐的肋条，如图5的展开框中所示。也就是说，刻划辊330a和330b的凹沟和凹谷将在机器方向122上产生导致凹槽的刻划，其同样与纸张120的机器方向相对齐。

类似于凸印，刻划是通过刻划辊330a和330b使纸张伸展或变形的程序。当通过刻划辊330a与配对刻划辊330b紧密对齐来挤压纸张120的一部分时，纸张120趋于远离刻划点伸展。

此时，由于纸张在交叉方向上伸展，所得的刻划纸张350具有较宽的宽度。但是，刻划纸张350此时包括凹槽，以使预刻划纸张120的原始宽度几乎等同于所得开槽介质的宽度。另外，纸张120的长度(如由纸张120的机器方向限定)也保持不受刻划程序的影响。如前文关于凸印所述，刻划程序形成几乎为零的卷取系数。这是因为凹槽并非简单地围绕波纹化肋条形成，而实际上是拉伸形成所需的图案。该刻划图案随后产生类似于波纹的凹槽图案。因此，通过刻划产生凹槽会提高效率，同时还能利用构成开槽介质350的纸张的MD值。

图6为根据本文所述主题的一个实施例的由图5的刻划辊产生的所得刻划纸张产品的一部分的图示。在图6中，以稍夸张的方式示出从平坦纸张所产生的形状变化，由此刻划导致不同的凹槽三角形状。使用三角形锯齿凸印台，这种不同的三角形图案会更加明显，但概念上仍保持不变。由刻划辊330a和330b所产生的刻划使得在纸张机器方向上产生的凹槽与波纹机方向122以及纸张本身的细长纤维125对齐。

本文所讨论的主题适于各种修改和替代构造，但在附图中显示并在上文详细阐述本文说明的某些实施例。然而，应当理解，这并非旨在将权利要求限制于所揭示的具体形式，相反，这旨在涵盖权利要求的精神和范围内的所有修改、替代构造和等同方案。

Claims (20)

1.一种提高效率的制造纸张产品的方法，所述方法包括：

在第一方向上从纸卷退绕纸张；

在所述第一方向上将退绕的纸张进给至一对或多对凸印辊中；以及

在所述第一方向上在所述纸张中产生凹槽。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：当在所述纸张中产生凹槽时，拉伸所述纸张。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：将所述凹槽纸张与一个或多个附加纸张产品相组合，以形成纸板产品。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

在所述第一方向上将所述凹槽纸张进给至裁纸机中；以及

按一个或多个间隔裁切所述凹槽纸张。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

在所述第一方向上将所述凹槽纸张进给至施胶机中；以及

将所述凹槽纸张胶合至一个或多个面层。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

在所述第一方向上将所述凹槽纸张进给至纸板制作机中；将无槽纸张与所述凹槽纸张协同地进给至所述纸板制作机中；以及

制作纸板产品，其使得所述凹槽纸张相对于所述无槽纸张形成零卷缩。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述纸卷退绕的纸张包括MD值大于CD值的纤维图案。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一方向包括机器方向。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一方向包括相对于下层对齐纤维的所述纸张的机器方向。

10.一种提高效率的制造纸张产品的方法，所述方法包括：

在第一方向上从纸卷退绕纸张；

在所述第一方向上将退绕的纸张进给至一对或多对刻划辊中；以及

在所述第一方向上在所述纸张中进行刻划。

11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：当在所述纸张中进行刻划时，拉伸所述纸张。

12.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：将所述刻划纸张与一个或多个附加纸张产品相组合，以形成纸板产品。

13.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：

在所述第一方向上将所述刻划纸张进给至纸板制作机中；

将无刻纸张与所述刻划纸张协同地进给至所述纸板制作机中；以及

制作纸板产品，其使得所述刻划纸张相对于所述无刻纸张形成零卷缩。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，从所述纸卷退绕的纸张包括MD值大于CD值的纤维图案。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一方向包括机器方向。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一方向包括相对于下层对齐纤维的所述纸张的机器方向。

17.一种机器，包括：

纸张进给辊，其经配置以在机器方向上将纸张进给至后续阶段；以及

凹槽产生台，其经配置以在所述机器方向上接收所述纸张且配置以在所述机器方向上在所述纸张中产生凹槽。

18.根据权利要求17所述的机器，其中，所述凹槽产生台进一步包括一对凸印辊，其经配置以在进给至所述凹槽产生台的纸张中产生正弦曲线形凹槽。

19.根据权利要求17所述的机器，其中，所述凹槽产生台进一步包括一对凸印辊，其经配置以在进给至所述凹槽产生台的纸张中产生三角形凹槽。

20.根据权利要求17所述的机器，其中，所述凹槽产生台进一步包括一对刻划辊，其经配置以在进给至所述凹槽产生台的纸张中产生刻划的凹槽。