DE112016002015B4

DE112016002015B4 - Einheitliches Umlenkungselement zur Herstellung von Faserstrukturen, die über eine vergrößerte Oberfläche verfügen und Prozess zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE112016002015B4
Application number: DE112016002015.5T
Authority: DE
Inventors: John Leslie Brent jun.; James Michael Singer; John Allen Manifold
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2015-05-01
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2036-05-03
Also published as: US20220356645A1; US20160355988A1; US9976261B2; US10900170B2; GB201718099D0; GB2553995A; US20210102338A1; US20190161917A1; US20180230656A1; CA2984619A1; US11427961B2; US20230313457A1; GB2553995B; WO2016179078A1; CA2984619C; US11725342B2; US10240298B2; DE112016002015T5

Abstract

Einheitliches Umlenkungselement (10) umfassend:a. ein flüssigkeitsdurchlässiges Verstärkungselement (14); undb. ein gemustertes Gerüst (12), das eine Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18) umfasst, die sich von dem Verstärkungselement (14) aus erstrecken, wobei mindestens zwei der besagten Kuppeln (18) in Größe und Form ähnlich sind, wobei jede Kuppel (18) einen Übergangsabschnitt (24) mit einer Übergangsabschnittsbreite (TW) und einen Formungsabschnitt (26) mit einer Formungsabschnittsbreite (FW) aufweist und wobei die Übergangsabschnittsbreite (TW) geringer ist als die Formungsabschnittsbreite (FW).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein einheitliches Umlenkungselement, das zur Herstellung starker, weicher, saugfähiger faseriger Bahnen, wie beispielsweise Papierbahnen, verwendet werden kann. Des Weiteren betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung strukturierter Faserbahnen. Geräte, die zur Herstellung solcher strukturierter Faserbahnen verwendet werden, werden ebenfalls beschrieben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Produkte aus einer Faserstoffbahn werden für eine Vielzahl von Zwecken verwendet. Zum Beispiel werden Papierhandtücher, Gesichtstücher, Toilettenpapier, Servietten und dergleichen in modernen Industriegesellschaften ständig verwendet. Die große Nachfrage nach solchen Papierprodukten hat zu einer Nachfrage nach verbesserten Versionen der Produkte geführt. Wenn die Papierprodukte wie Papierhandtücher, Kosmetiktücher, Servietten, Toilettenpapier, Mopp-Kopfteilen und dergleichen ihre beabsichtigten Aufgaben erfüllen und breite Annahme finden sollen, müssen sie bestimmte physikalische Eigenschaften besitzen.
Zu den wichtigsten dieser Merkmale gehören Stärke, Weichheit, Absorptionsfähigkeit und Reinigungsfähigkeit. Stärke ist die Fähigkeit einer Papierbahn, ihre physische Unversehrtheit während des Gebrauchs beizubehalten. Weichheit ist das angenehme taktile Gefühl, das die Verbraucher wahrnehmen, wenn sie das Papier für seine beabsichtigten Zwecke verwenden. Die Absorptionsfähigkeit ist die Eigenschaft des Papiers, welche es ihm erlaubt, Flüssigkeiten aufzunehmen und zurückzuhalten, insbesondere Wasser und wässrige Lösungen und Suspensionen. Wichtig ist nicht nur die absolute Flüssigkeitsmenge, die eine bestimmte Papiermenge hält, sondern auch die Geschwindigkeit, mit der das Papier die Flüssigkeit absorbiert. Reinigungsfähigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit einer faserigen Struktur, Boden, Schmutz oder Körperflüssigkeiten von einer Oberfläche wie z. B. einer Küchentheke oder einem Körperteil wie dem Gesicht oder den Händen eines Benutzers zu entfernen und / oder zurückzuhalten.
Ein weiteres wichtiges Merkmal von Papierprodukten ist deren Texturierung. In der WO 2014/004939 A1 wird beispielweise angegeben, dass texturierte Papierprodukte einen besonderen Eindruck auf deren Anwender machen. Insbesondere besitzen texturierte Papierprodukte wohl eine hohe Unterscheidungskraft und werden auch als besonders stark, weich oder reinigungsfähig wahrgenommen. Um solche Papierprodukte bereitzustellen, schlägt die WO 2014/004939 A1 ein Herstellungsverfahren vor, bei dem Papierbahnen mit Hilfe einer Prägewalze umgeformt werden.
Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der US 2005/0123726 A1 bekannt, in der statt einer Prägemaschine mit einer einzelnen Prägewalze eine Apparatur mit zwei Prägewalzen zum Einsatz kommt, um aus einer vorläufigen Papierbahn eine speziell strukturierte Papierbahn zu fertigen.
Weiterhin sind im Stand der Technik lufttrocknende Papierherstellungsbänder und / oder Faserbahnen, die unter Verwendung dieser Bänder hergestellt werden, beschrieben, z.B. in der US 2010/0119779 A1 oder in dem US-Patent US 4 528 239 A , erteilt am 9. Juli 1985 an Trokhan. Das lufttrocknende Papierherstellungsband in der US 4 528 239 A umfasst ein Verstärkungselement und ein Harzgerüst. Das harzartige Gerüst ist mit dem flüssigkeitsdurchlässigen Verstärkungselement (wie zum Beispiel einer gewebten Struktur oder einem Filz) verbunden. Das Harzgerüst kann kontinuierlich, halbkontinuierlich sein, mehrere einzelne Ausstülpungen oder irgendeine Kombination davon umfassen. Das Harzgerüst erstreckt sich von dem Verstärkungselement nach außen, um eine Bahnseite des Bandes zu bilden (d. h. die Oberfläche, auf der die Bahn während eines Papierherstellungsprozesses angeordnet ist), eine Rückseite, die der Bahnseite gegenüberliegt, und Umlenkungen, die sich dazwischen erstrecken. Die Umlenkungen schaffen Räume, in die Papierfasern unter Anwendung einer Druckdifferenz während eines Papierherstellungsprozesses umgelenkt werden. Aufgrund dieser Qualität sind solche Papierherstellungsbänder im technischen Bereich auch als „Umlenkungselemente“ bekannt. Die Ausdrücke „Papierherstellungsband“ und „Umlenkungselement“ können hierin austauschbar verwendet werden.
Papiere, die auf in Trokhan offenbarten Umlenkungselementen hergestellt werden, sind im Allgemeinen dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei physisch unterschiedliche Bereiche aufweisen: einen Bereich mit einer ersten Anhebung und typischerweise mit einer relativ hohen Dichte und einen Bereich, der sich von dem ersten Bereich zu einer zweiten Anhebung erstreckt und typischerweise eine relativ geringe Dichte aufweist. Der erste Bereich wird typischerweise aus den Fasern gebildet, die nicht in die Umlenkungen umgelenkt wurden, und der zweite Bereich wird typischerweise aus den Fasern gebildet, die in die Umlenkungen des Umlenkungselements umgelenkt werden. Die Papiere, die unter Verwendung der Bänder hergestellt wurden, die ein durchgehendes Harzgerüst und eine Vielzahl einzelner Umlenkungen aufweisen, und die durch diese hindurch verteilt werden, umfassen einen kontinuierlichen Netzwerkbereich mit hoher Dichte und eine Vielzahl von einzelnen Kissen mit niedriger Dichte (oder Kuppeln), die durch die Netzwerkregion hindurch verteilt sind, von dieser getrennt sind und sich von dieser aus erstrecken. Die kontinuierliche Netzwerkregion mit hoher Dichte ist in erster Linie darauf ausgelegt, eine Festigkeit bereitzustellen, während die Mehrzahl der Kissen niedriger Dichte hauptsächlich dafür vorgesehen ist, Weichheit und Absorptionsfähigkeit zu bieten. Solche Bänder wurden verwendet, um kommerziell erfolgreiche Produkte herzustellen, wie zum Beispiel, BOUNTY® Papierhandtücher und CHARMIN® Toilettenpapier, allesamt hergestellt und verkauft von dem vorliegenden Anmelder.
Typischerweise hängen bestimmte Aspekte des Absorptionsvermögens einer Faserstruktur stark von ihrer Oberfläche ab. Das heißt, dass bei einer gegebenen Faserbahn (einschließlich einer Faserzusammensetzung, eines Flächengewichtes usw.) die Oberfläche der Bahn um so größer ist, je höher die Saugfähigkeit der Bahn und für bestimmte strukturierte Bahnen die Reinigungsfähigkeit ist. In den strukturierten Bahnen erhöhen die Kissen mit geringer Dichte, die durch die gesamte Bahn verteilt sind, die Oberfläche der Bahn, wodurch die Saugfähigkeit der Bahn erhöht wird. Die Dreidimensionalität der strukturierten Bahn kann ihre Reinigungsfähigkeit verbessern, indem sie eine erhöhte Scheuerfläche ermöglicht. Die Vergrößerung der Bandoberfläche durch Erweiterung der Fläche, die die Kissen mit relativ niedriger Dichte umfasst, würde dazu führen, dass die Bahnfläche, die die Netzwerkfläche mit relativ hoher Dichte umfasst und die die Festigkeit verleiht, verringert würde. Das heißt, die Erhöhung des Verhältnisses der Fläche, welche die Kissen umfasst, in Bezug zu der Fläche, die das Netzwerk umfasst, würde die Festigkeit des Papiers negativ beeinflussen, da die Kissen im Vergleich zu den Netzwerkbereichen eine relativ geringe Eigenfestigkeit aufweisen. Daher wäre es sehr wünschenswert, die Notwendigkeit eines Kompromisses zwischen dem Oberflächenbereich des Netzwerkbereichs mit hoher Dichte, der hauptsächlich Festigkeit bietet, und dem Oberflächenbereich mit niedriger Dichte, der in erster Linie Weichheit und Absorptionsfähigkeit bietet, zu minimieren.
Eine Verbesserung des Umlenkungselements, die als Papierherstellungsbänder verwendet werden sollen, um Papier mit einer vergrößerten Oberfläche bereitzustellen, ist im gemeinsam vergebenen US-Patent US 6 660 129 B1 , erteilt am 9. Dezember 2003 an Cabell et al veröffentlicht. Die Offenbarung von Cabell et al. lehrt ein Umlenkungselement, das die Oberfläche vergrößert, indem es eine faserige Struktur erzeugt, wobei die zweite Region Faserkuppeln und faserige freitragende Abschnitte aufweist, die sich seitlich von den Kuppeln erstrecken. Die faserigen, freitragenden Abschnitte vergrößern die Oberfläche des zweiten Bereichs und bilden in einigen Ausführungsformen Taschen, die im Wesentlichen Leerräume zwischen den faserigen freitragenden Abschnitten und dem ersten Bereich aufweisen. Diese Taschen sind in der Lage, zusätzliche Flüssigkeitsmengen aufzunehmen und somit die Saugfähigkeit der Faserstruktur weiter zu erhöhen.
Cabell et al. lehrt Prozesse zur Herstellung solcher Umlenkungselemente über eine Modifikation des von Trokhan gelehrten Prozesses. In einem Aspekt umfasst das Umlenkungselement ein mehrschichtiges Gerüst, das durch mindestens zwei UV-gehärtete Schichten gebildet wird, die in einer gegenüberliegenden Stellung miteinander verbunden sind, und das Gerüst ist mit einem Verstärkungselement verbunden. Jede der Schichten hat einen Umleitungsabschnitt. Der Umlenkungsabschnitt einer Schicht ist flüssigkeitsdurchlässig und so positioniert, dass Abschnitte dieser Schicht den Umlenkungselementen der anderen Schicht entsprechen und somit eine Vielzahl von aufgehängten Abschnitten umfassen. Cabell et al. lehrt die Herstellung einer Umlenkung durch Aushärten einer Beschichtung aus einem härtbaren Material, durch eine Maske mit undurchsichtigen und transparenten Bereichen und einer dreidimensionalen Topographie.
Aber, das Umlenkungselement und das Verfahren von Cabell et al. hat den Nachteil, dass es nicht möglich ist, einheitliche Muster von freitragenden Abschnitten zu bekommen. Das heißt, die Form, Größe und Verteilung von einzelnen Kuppeln mit freitragenden Abschnitten wird zufällig bestimmt. Dies liegt daran, dass die Verwendung einer Maske und UV-härtbaren Harzen der Topographie des Gerüsts, das mit einem Verstärkungselement verbunden werden kann, einschließlich der Form, Größe und Verteilung von einzelnen Kuppeln, bestimmte inhärente Einschränkungen auferlegt. Insbesondere wird die Topographie des Gerüsts des Umlenkungselements von der Maske (oder den Masken in einer zweischichtigen Version) diktiert, und daher ist die Wahl der Topographien für das Umlenkungselement auf diejenigen begrenzt, für die eine geeignete Maske hergestellt werden kann.
Die Anstrengungen, die Masken zu verbessern, um breitere Auswahlmöglichkeiten bei der UV-Härtung zu bieten und das Gerüst für das Verstärkungselement anzuschließen, dauern an und umfassen zum Beispiel den technologischen Ansatz, der in der gleichzeitig anhängigen provisorischen US-Anmeldung 62/076,036 mit dem Titel „Mask and Papermaking Belt Made From" beschrieben und von Seger et al. am 6. November 2014 eingereicht wurde.
Seger et al. lehrt eine dreidimensionale Maske, die bestimmte Verbesserungen beim Maskendesign erlaubt, um größere Gestaltungsfreiheit für nicht zufällige einzelne Kuppeln zur Herstellung von Papierstrukturen mit vergrößerter Oberfläche zu ermöglichen. Die Oberfläche wird in Umleitungen erzeugt, die nicht zufällig erreicht werden, d. h. die Maske ist so gestaltet, dass ein Muster von nicht zufälligen Formen, Größen und Verteilung von Kuppeln auf dem Umlenkungselement erreicht werden kann.
Das Umlenkungselement von Seger et al. ist nicht dazu bestimmt, Faserstrukturen herzustellen, die in Cabell et al. als freitragende Abschnitte beschrieben sind. Das heißt, während Seger et al. neue Strukturen für Kuppeln erzeugen kann, die in Bezug auf Form, Größe und Verteilung nicht zufällig sind, scheinen die neuen Strukturen keine freitragenden Strukturen zu erzeugen, die zum Erhöhen der Absorptionsfähigkeit und Reinigungsfähigkeit der darauf hergestellten Faserstrukturen nützlich sind.
Dementsprechend besteht ein ungedeckter Bedarf an einem Umlenkungselement mit einer dreidimensionalen Topographie, die durch eine Technologie, die auf einem UV-Härten eines Gerüstes beruht, das mit einem Verstärkungselement verbunden werden soll, nicht erreichbar ist.
Ferner besteht ein ungedeckter Bedarf an faserigen Strukturen wie Hygienepapierprodukten mit einer dreidimensionalen Struktur, die mit Umleitungen, die eine Topographie aufweisen, die mit einer auf einem UV-härtenden Gerüst beruhenden Technologie hergestellt wird, und die mit einem Verstärkungselement verbunden werden soll, nicht erreichbar ist.
Zusätzlich besteht ein ungedeckter Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung eines Umlenkungselements mit einer dreidimensionalen Topographie, die durch eine Technologie, die auf einem UV-Härten eines Gerüsts beruht, das mit einem Verstärkungselement verbunden werden soll, nicht erreichbar ist.
Zusätzlich besteht ein ungedeckter Bedarf an einem einheitlichen Umlenkungselement mit einer ähnlichen Struktur wie diejenigen, die durch UV-Härten eines Gerüsts, das mit einem Verstärkungselement zu verbinden ist, hergestellt werden.
Zusätzlich besteht ein ungedeckter Bedarf an einem Umlenkungselement mit einem Muster aus regelmäßig ausgerichteten und bemessenen Umlenkungselementen, die Kuppeln mit freitragenden Strukturen aufweisen.
Zusätzlich besteht ein ungedeckter Bedarf an einem Umlenkungselement mit Kuppeln mit freitragenden Strukturen, wobei die Kuppeln einer jeden Umlenkung, gemäß einem vorbestimmten Design in Bezug auf Form, Größe und Verteilung hergestellt sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein einheitliches Umlenkungselement ist offenbart. Das einheitliche Umlenkungselement weist ein flüssigkeitsdurchlässiges Verstärkungselement und ein gemustertes Gerüst auf. Das gemusterte Gerüst weist eine Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln auf, die sich von dem Verstärkungselement erstrecken. Mindestens zwei der besagten Kuppeln sind in Größe und Form ähnlich, und jede Kuppel weist einen Übergangsabschnitt mit einer Übergangsabschnittsbreite und einen Formungsabschnitt mit einer Formungsabschnittsbreite auf. Die Breite des Übergangsabschnitts ist geringer als die Breite des Formungsabschnitts. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur angegeben, wobei die Faserstruktur mindestens zwei Bereiche, die in einem nicht zufälligen sich wiederholenden Muster angeordnet sind, aufweist.
Figurenliste

1 ist ein computererzeugtes Bild, das eine perspektivische Ansicht der Struktur einer Ausführungsform eines einheitlichen Umlenkungselements der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein computererzeugtes Bild, das eine perspektivische Ansicht der Struktur einer Ausführungsform eines einheitlichen Umlenkungselements der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht des einheitlichen Umlenkungselements, die in 1 gezeigt wird, entlang der Linie 3-3 von 1.
4 ist eine Querschnittsansicht des einheitlichen Umlenkungselements, die in 2 gezeigt wird, entlang der Linie 4-4 von 2;
5 ist ein computererzeugtes Bild, das eine perspektivische Ansicht der Struktur einer Ausführungsform eines einheitlichen Umlenkungselements der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Querschnittsansicht des einheitlichen Umlenkungselements, die in 2 gezeigt wird, entlang der Linie 6-6 von 5.
7 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Abschnitts eines einheitlichen Umlenkungselements gemäß einem Referenzbeispiel.
8 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Abschnitts eines einheitlichen Umlenkungselements gemäß einem Referenzbeispiel.
9 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Abschnitts eines einheitlichen Umlenkungselements gemäß einem Referenzbeispiel.
10 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Abschnitts eines einheitlichen Umlenkungselements gemäß einem Referenzbeispiel.
11 ist eine photographische perspektivische Ansicht eines einheitlichen Umlenkungselements der vorliegenden Erfindung, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
12 ist eine photographische Draufsicht des in 11 darstellten einheitlichen Umlenkungselements.
13 ist eine Darstellung, in der nicht nur ein Ausschnitt, sondern das gesamte einheitliche Umlenkelement der vorliegenden Erfindung zu sehen ist.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht einer repräsentativen Umleitung, auf der Fasern einer Faserstruktur abgelagert werden.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht einer repräsentativen Umleitung, von der Fasern einer Faserstruktur entfernt werden.
16 ist eine schematische Seitenaufrissansicht des Verfahrens zur Herstellung einer Faserstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Fotografie einer Faserstruktur, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
18 ist eine Mikrophotographie eines Querschnitts der Faserstruktur, gezeigt in 17.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Einheitliches Umlenkungselement
Das Umlenkungselement der vorliegenden Erfindung kann eine einheitliche Struktur darstellen, die durch ein additives Herstellungsverfahren hergestellt wird, einschließlich dessen, was allgemein als „3-D-Drucken“ beschrieben wird. Als solches wird das einheitliche Umlenkungselement nicht durch die Verwendung einer Maske und eines UV-härtbaren Harzes erreicht, wie es in dem zuvor erwähnten US-Patent US 4 528 239 A gelehrt wird, bei dem ein Harz und ein Verstärkungselement als separate Teile bereitgestellt werden und in einer nicht-einheitliche Art und Weise verbunden werden. Da strukturell das einheitliche Umlenkungselement jedoch Umlenkungselementen ähnelt, bei denen ein harzartiges Gerüst UV-gehärtet wird, um ein Verstärkungselement zu verbinden und in einem Papierherstellungsverfahren verwendet wird, wird es mit diesen Begriffen beschrieben. Das heißt, ein Abschnitt des einheitlichen Umlenkungselements der vorliegenden Erfindung wird als „Verstärkungselement“ oder „Verstärkungselementabschnitt“ beschrieben und ein Abschnitt wird als ein „gemustertes Gerüst“ oder „Gerüstabschnitt beschrieben“.
„Einheitlich“ kann hierin bedeuten, dass das einheitliche Umlenkungselement, einschließlich aller hier beschriebenen Abschnitte als eine einzige Einheit ausgebildet werden und nicht als separate Abschnitte, die zu einer Einheit verbunden werden. Umlenkungselemente, wie hierin beschrieben, können in einem additiven Herstellungsverfahren so hergestellt werden, dass sie einheitlich sind, im Gegensatz zu Prozessen, bei denen Umlenkungselemente hergestellt werden, die getrennte Komponenten miteinander verbinden oder sie auf eine andere Weise modifizieren. Ein einheitliches Umlenkungselement kann unterschiedliche Merkmale und unterschiedliche Materialien für die verschiedenen Merkmale, wie zum Beispiel das gemusterte Gerüst und ein Verstärkungselement, wie unten beschrieben, umfassen.
Wie in den 1 - 6 gezeigt, kann ein einheitliches Umlenkungselement 10 der vorliegenden Erfindung zwei identifizierbare Abschnitte umfassen: ein gemustertes Gerüst 12 und ein Verstärkungselement 14. Die einheitlichen Umlenkungselemente, die in den 1, 3 und 5 gezeigt sind, sind digital erzeugte Bilder von nicht einschränkenden Ausführungsformen von einheitlichen Umlenkungselementen. Die digitalen Bilder werden bei dem Verfahren zum Herstellen eines einheitlichen Umlenkungselements 10 verwendet, wie unten ausführlicher beschrieben wird. Aufgrund der Präzision, die mit der additiven Herstellungstechnologie verbunden ist, weist das einheitliche Umlenkungselement 10 eine im Wesentlichen identische Struktur auf, wie sie in den digitalen Bildern dargestellt ist, so dass die digitalen Bilder verwendet werden, um die verschiedenen Merkmale des einheitlichen Umlenkungselements 10 zu beschreiben.
Das Verstärkungselement ist porös, hat eine offene Fläche, die ausreicht, um Wasser während der Trocknungsprozesse durchzulassen, verhindert jedoch, dass Fasern in Entwässerungsprozesse, einschließlich Press- und Vakuumprozessen durchgezogen werden. Wenn Fasern während der Herstellung von Fasersubstraten in das Umlenkungselement eingeformt werden, dient das Verstärkungselement als „Rücklaufsperre“, um den Faserverlust durch das einheitliche Umlenkungselement zu verhindern oder zu minimieren.
Das gemusterte Gerüst 12 weist eine oder mehrere Umleitungen 16 auf, die die Hohlräume zwischen den Kuppeln 18 darstellen, die in Z-Richtung einheitliche Strukturen sind, welche primär verwendet werden, um entsprechende faserige Strukturen zu bilden, die an dem Umlenkungselement 10 ausgebildet werden. Das Verstärkungselement 14 sorgt für eine flüssigkeitsdurchlässige, strukturelle Stabilität des Umlenkungselements 10. Das einheitliche Umlenkungselement 10 kann aus einer Vielzahl von Materialien oder einer Kombination von Materialien hergestellt werden, die nur durch die additive Herstellungstechnologie begrenzt wird, welche verwendet wird, um das Umlenkungselement, wie auch die gewünschten Struktureigenschaften wie Festigkeit und Flexibilität, zu bilden. In einer Ausführungsform kann das einheitliche Umlenkungselement 10 aus Metall, metallimprägniertem Harz, Kunststoff oder einer Kombination davon hergestellt sein. In einer Ausführungsform ist das einheitliche Umlenkungselement ausreichend fest und / oder flexibel, um als ein Papierherstellungsband oder ein Abschnitt darauf in einem Chargenverfahren oder in einer kommerziellen Papierherstellungsausrüstung verwendet zu werden.
Das einheitliche Umlenkungselement 10 weist eine Rückseite 20 und eine Bandseite 22 auf. Bei einem Faserstoffherstellungsverfahren ist die Bahnseite die Seite des Umlenkungselements, auf der Fasern, wie beispielsweise Papierherstellungsfasern, aufgebracht/abgeschieden werden. Wie hierin definiert, bildet die Rückseite 20 des Umlenkungselements 10 eine X-Y-Ebene, wobei X und Y allgemein der CD bzw. MD entsprechen können, wenn im Zusammenhang mit der Verwendung des Umlenkungselements 10 Papier in einem kommerziellen Papierherstellungsprozess hergestellt wird. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Symbole „X“, „Y“ und „Z“ ein System kartesischer Koordinaten bezeichnen, wobei die zueinander senkrechten „X“ und „Y“ eine Referenzebene definieren, die durch die Rückseite 20 der einheitliches Umlenkungselement 10 gebildet wird, wenn sie auf einer flachen Oberfläche angeordnet ist, und „Z“ definiert eine Richtung orthogonal zu der X-Y-Ebene. Der Fachmann wird erkennen, dass die Verwendung des Ausdrucks „Ebene“ keine absolute Ebenheit oder Glätte irgendeines als planar beschriebenen Abschnitts oder Merkmals erfordert. Tatsächlich kann die Rückseite 20 des Umlenkungselements 10 eine Textur aufweisen, einschließlich einer sogenannten „Rückseitenstruktur“, die hilfreich ist, wenn das Umlenkungselement als Papierherstellungsband auf Vakuumwalzen in einem Papierherstellungsverfahren verwendet wird, wie in Trokhan oder Cabell et al. beschrieben.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „Z-Richtung“ irgendeine Richtung senkrecht zu der X-Y-Ebene. In analoger Weise bedeutet der Ausdruck „Z-Abmessung“ eine Abmessung, einen Abstand oder einen Parameter, die parallel zu der Z-Richtung gemessen werden und kann verwendet werden, um sich auf Dimensionen wie die Höhe von Kuppeln oder die Dicke oder Stärke des einheitlichen Umlenkungselements zu beziehen. Es sollte jedoch sorgfältig darauf hingewiesen werden, dass ein Element, das sich in der Z-Richtung „erstreckt“, nicht selbst streng parallel zur Z-Richtung orientiert sein muss; der Ausdruck „erstreckt sich in der Z-Richtung“ zeigt in diesem Zusammenhang lediglich an, dass sich das Element in einer Richtung erstreckt, die nicht parallel zu der X-Y-Ebene ist. In analoger Weise braucht ein Element, das sich in einer Richtung parallel zu der X-Y-Ebene erstreckt, nicht als Ganzes parallel zu der X-Y-Ebene sein; ein solches Element kann in der Richtung ausgerichtet sein, die nicht parallel zu der Z-Richtung ist.
Der Fachmann wird auch erkennen, dass das einheitliche Umlenkungselement 10 insgesamt nicht über seine gesamte Länge hinweg eine ebene Konfiguration haben muss (und in manchen Ausführungsformen kann es dies auch nicht), insbesondere wenn es zur Verwendung in einem kommerziellen Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur 500 der vorliegenden Erfindung und in der Form eines flexiblen Elements oder Bandes, das durch die Vorrichtung in einer Maschinenrichtung (MD) läuft, die durch einen Richtungspfeil „B“, (15) angegeben ist, gebraucht wird. Das Konzept des einheitlichen Umlenkungselements 10, das auf einer flachen Oberfläche angeordnet ist und die makroskopische „X-Y“ -Ebene aufweist, wird herkömmlicherweise hier verwendet, um die relative Geometrie mehrerer Elemente des einheitlichen Umlenkungselements 10 zu beschreiben, die allgemein flexibel sein können. Ein Fachmann wird erkennen, dass die X-Y-Ebene, wenn das einheitliche Umlenkungselement 10 sich krümmt oder auf andere Weise abbaut/von der planaren Form abweicht, der Konfiguration des einheitlichen Umlenkungselements 10 folgt.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „makroskopisch“ auf eine Gesamtgeometrie einer betrachteten Struktur, wenn sie in eine zweidimensionale Konfiguration gebracht wird. Im Gegensatz dazu bezieht sich „mikroskopisch“ auf relativ kleine Details der betrachteten Struktur, ohne Rücksicht auf ihre Gesamtgeometrie. Beispielsweise bedeutet der Ausdruck „makroskopisch planar“ in Zusammenhang mit dem einheitlichen Umlenkungselement 10, dass das einheitliche Umlenkungselement 10, wenn es in einer zweidimensionalen Konfiguration platziert ist, insgesamt nur geringe Abweichungen von der absoluten Ebenheit aufweist und die Abweichungen die Leistung des einheitlichen Umlenkungselements nicht nachteilig beeinflussen. Gleichzeitig kann das gemusterte Gerüst 12 des einheitlichen Umlenkungselements 10 ein mikroskopisches dreidimensionales Muster von Umleitungen und hängenden Abschnitten aufweisen, wie nachstehend beschrieben wird.
Wie in den 1, 3 und 5 und detaillierter in den Querschnittsansichten 2, 4 und 6 gezeigt, umfasst das gemusterte Gerüst 12 eine Vielzahl von Kuppeln 18. Jede Kuppel 18 erstreckt sich in der Z-Richtung auf der Bahnseite 22 des Umlenkungselements. Jede der Mehrzahl von Kuppeln 18 kann mit dem Verstärkungselement 14 einheitlich sein und erstreckt sich von dort an einem Übergangsabschnitt 24 in Z-Richtung. Der Übergangsabschnitt 24 ist der Bereich, in dem die einheitliche Struktur in der Z-Richtung von dem Verstärkungselement 14 abweicht und der Vorsprung von einem proximalen Ende an dem Verstärkungselement 14 über eine Übergangsregionhöhe TH in der Z-Richtung zu einem distalen Ende mit dem Vorsprung bildenden Formungsabschnitt 26 übergeht. Die Schlüsselunterscheidung für ein einheitliches Umlenkungselement besteht, wie beschrieben, darin, dass es an den Übergangsabschnitten 32 zwischen dem Verstärkungselement 14 und dem Übergangsabschnitt 24 und zwischen dem Übergangsabschnitt 24 und der Kuppel 18 keine Verbindung von einzelnen Abschnitten, z. B. härtbarem Harz auf einem gewebten Filamentrücken gibt. Das Verstärkungselement, die Übergangsabschnitte und die Kuppeln können aus einem Material bestehen, wobei zwischen zwei beliebigen Abschnitten ein ununterbrochener Materialübergang stattfindet. Abschnitte des Verstärkungselements, Übergangsabschnitte und Kuppeln können sich im Materialgehalt unterscheiden, aber bei den hier beschriebenen einheitlichen Umlenkungselementen ist der Materialübergang auf unterschiedliche Materialien zurückzuführen, die in einem additiven Herstellungsverfahren verwendet werden, und nicht auf einzelne Materialien, die anhaften, aushärten oder sonst verbinden.
Der Übergangsabschnitt 24 kann im Wesentlichen eine Ebene mit einer geringen bis nicht z-dimensionalen Höhe TH sein, wie aus den in 4 und 6 im Querschnitt gezeigten einheitlichen Struktur verstanden werden kann, die jeweils eine Querschnittsansicht der in den 2 und 5 gezeigten Struktur ist. In ähnlicher Weise kann der Übergangsabschnitt 24 eine Z-Abmessungshöhe TH von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 5 mm haben, was im Wesentlichen das Ausbilden des Formungsabschnitts 26 der Kuppel 18 von dem Verstärkungselement erlaubt, wie aus der einheitliche Struktur des Querschnitts in 3 gezeigt verständlich wird, welche eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Struktur ist.
Der Übergangsabschnitt 24 kann eine Übergangsabschnittsbreite TW aufweisen, die die kleinste Abmessung des Querschnitts des Übergangsabschnitts parallel zu der X-Y-Ebene ist. Wenn der Übergangsabschnitt 24 im Wesentlichen zylindrisch ist, kann die TW somit der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts sein. Wenn der Übergangsabschnitt 24 in der MD im Wesentlichen länglich oder linear ist, wie in 1, ist die TW die Breite des Übergangsabschnitts 24 in der CD, wie in FIG, 3 gezeigt. Wenn die Kuppel 18 „Donut“ -förmig ist mit einer Übergangshöhe TH von im wesentlichen Null, wie in 6 gezeigt, kann die TW die kleinste Abmessung über die Donutform parallel zu der X-Y entlang des Umfangs der Donutform im Übergangsabschnitt sein. Der Fachmann wird aus der vorliegenden Offenbarung erkennen, dass die möglichen Formen für Übergangsabschnitte und Formungsabschnitte praktisch unbegrenzt sind, aber in jeder Form können die Dimensionen der Übergangsabschnitte und der Formungsabschnitte gemäß den hierin offenbarten Prinzipien sein.
Die Formungsabschnitte 26 können sich in mindestens einer Richtung von einem distalen Ende des Übergangsabschnitts 24 parallel zu X - Y nach außen erstrecken, so dass die Formungsabschnitte 26 mindestens eine Abmessung FW parallel zur X - Y-Ebene gemessen haben, die größer ist als die Übergangsabschnittsbreite TW. Der Raum zwischen der Vielzahl von Kuppeln 18 bildet Umleitungen 16, die sich in der Z-Richtung von der Bahnseite 22 zu der Rückseite 20 des Umlenkungselements 10 hin erstrecken und Räume bereitstellen, in die eine Vielzahl von Fasern während eines Papierherstellungsprozesses abgeschieden werden können, um sogenannte faserige „Kissen“ 510 benachbart zu und möglicherweise umgeben von sogenannten „Knöcheln“ 520 der Faserstruktur 500 (wie in den 13 und 14 ausführlicher dargestellt) zu bilden. In einem flüssigkeitsdurchlässigen einheitlichen Umlenkungselement 10 erstrecken sich die Umleitungen von der Bahnseite 22 zu der Rückseite 20 durch die gesamte Dicke des gemusterten Gerüsts 12.
Im Allgemeinen können die Umleitungen 16 halbkontinuierlich (wie in 1 gezeigt), kontinuierlich (wie in 2 gezeigt) oder diskontinuierlich, d. h. einzeln (wie in 5 gezeigt) werden. Entsprechend können die Kuppeln 18 halbkontinuierlich (wie in 1 gezeigt), kontinuierlich (wie in 5 gezeigt) oder diskontinuierlich, d. h. einzeln (wie in 3 gezeigt), werden. Wie aus der Beschreibung des gemusterten Gerüsts des Umlenkungselements 10 verstanden werden kann, können an dem Umlenkungselement hergestellte Faserstrukturen halbkontinuierliche Knöchel und Kissen (wenn sie auf einem Umlenkungselement mit der Struktur von 1 hergestellt sind), oder kontinuierliche Kissen und diskontinuierliche, d. h. einzelne Knöchel (wenn sie auf einem Umlenkungselement mit der Struktur von FIG, 2 hergestellt sind) oder diskontinuierliche, d. h. einzelne Kissen und durchgehende Knöchel (wenn sie auf einem Umlenkungselement mit der Struktur von FIG, 5 hergestellt sind), aufweisen.
Der Begriff „kontinuierlich“ bezieht sich auf einen Abschnitt des gemusterten Gerüsts 12, der in allen Richtungen parallel zur X-Y-Ebene über „Kontinuität“ verfügt und in dem man zwei beliebige Punkte auf oder innerhalb dieses Abschnitts durch eine ununterbrochene Linie verbinden kann, die vollständig auf oder innerhalb dieses Abschnitts über die gesamte Länge der Linie liegt.
Der Begriff „halbkontinuierliches Gerüst“ bezieht sich auf eine Schicht des gemusterten Gerüsts 12, die in allen bis auf mindestens eine Richtung parallel zu der X - Y-Ebene über „Kontinuität“ verfügt und in welcher Schicht keine zwei Punkte auf oder innerhalb diese Schicht durch eine ununterbrochene Linie, die vollständig auf oder innerhalb dieser Schicht über die gesamte Länge der Linie verläuft, verbunden werden können.
Der Begriff „einzeln“ in Bezug auf Umleitungen oder Kuppeln auf dem gemusterten Gerüstwerk 12 bezieht sich auf Bereiche, die in allen Richtungen parallel zu der X-Y-Ebene alleinstehend und diskontinuierlich sind. Ein gemustertes Gerüst 12, das eine Mehrzahl von einzelnen Kuppeln aufweist, ist in 2 gezeigt. In einem gemusterten Gerüst 12 einzelner Kuppeln 18 ist die Umleitung kontinuierlich.
Um die verschiedenen Arten von Umlenkungselementen, die in den 1 bis 6 beschrieben sind, zusammenzufassen, ist das gemusterte Gerüst eines Umlenkungselements, wie in 1 gezeigt, ein Beispiel eines Umlenkungselements mit einem halbkontinuierlichen Gerüst aus Kuppeln und Umleitungen. Das gemusterte Gerüst eines Umlenkungselements, wie in 2 gezeigt, ist ein Beispiel eines Umlenkungselements mit einer kontinuierlichen Umleitung und einzelnen Kuppeln. Das gemusterte Gerüst eines Umlenkungselements, wie in 5 gezeigt, ist ein Beispiel eines Umlenkungselements, welches einzelne Umleitungen und kontinuierliche Kuppeln aufweisen.
Es gibt praktisch eine unendliche Anzahl von Formen, Größen, Abständen und Ausrichtungen, die für die Übergangsabschnitte 24 und die Formungsabschnitte 26 und entsprechend die resultierenden Kuppeln 18 und Umleitungen 16 gewählt werden können. Die tatsächlichen Formen, Größen, Orientierungen und Abstände können durch additive Herstellungsverfahren spezifiziert und hergestellt werden, die auf einem gewünschten Design des Endprodukts basieren, wie etwa eine Faserstruktur mit einem regelmäßigen Muster von im Wesentlichen identischen „bauchigen“ Kissen, wie in Detail unten. Die Verbesserung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Formen, Größen, Abstände und Ausrichtungen der Kuppeln 18, einschließlich Kuppeln mit Übergangsabschnitten 24 und Formungsabschnitten 26, nicht beschränkt sind, durch die Einschränkungen, die den Umlenkungselementen auferlegt werden, die zuvor durch UV-Härtung eines Harzes durch eine gemusterte Maske erzeugt wurden. Das heißt, die Größe und Form der Verstärkungselemente 14, der Kuppeln 18 und, falls vorhanden, der Übergangsabschnitte 24 und Formungsabschnitte 26 sind nicht auf die Formen, die durch im Wesentlichen „sichtbare“ Lichttransmissionsaushärtung von oben, d. h. durch Licht, das von der Bahnseite 22 auf das Umlenkungselement gerichtet ist, beschränkt. Zum Beispiel verhindert ein derartiges Sichtlinien-Lichttransmissionshärten eines aushärtbaren Harzes ein effektives Aushärten des Formungsabschnitts 26 mit einer größeren X-Y-Abmessung als der Übergangsabschnitt 24.
Im Gegensatz zu den in der US 6 660 129 B1 gelehrten „hängenden Abschnitten“, die sich von der Vielzahl von Kuppeln in mindestens einer Richtung erstrecken, können die Formungsabschnitte 26 der vorliegenden Erfindung gleichförmig sein und in Größe und Form über zwei oder mehr oder alle der Mehrzahl von Kuppeln sein. Das heißt, die Kuppeln 18 der vorliegenden Erfindung können, anstatt zufällig in einem Muster verteilt zu sein, das aufgrund der Einschränkungen des Maskendesigns und der Platzierung nicht vorbestimmt werden kann, über das gesamte Umlenkungselement gleichmäßig hergestellt werden. In einer Ausführungsform können mindestens zwei Kuppeln 18 an dem einheitlichen Umlenkungselement 10 in Größe und Form im Wesentlichen identisch sein. Mit „im Wesentlichen identisch“ ist gemeint, dass die Entwurfsabsicht darin besteht, dass zwei oder mehr Kuppeln in Größe und Form identisch sind, aber aufgrund von Herstellungsbeschränkungen oder Unregelmäßigkeiten kann es geringfügige Unterschiede geben. Zwei Kuppeln, die über die gleiche Form und im Gesamtquerschnitt über eine Abweichung von unter 5 % verfügen (wie in den 3 und 4 dargestellt), werden als im Wesentlichen identisch angesehen. In einer Ausführungsform können mindestens zwei Kuppeln 18 an dem einheitlichen Umlenkungselement 10 in Größe und Form ähnlich sein. Mit „ähnlich“ ist gemeint, dass die Absicht des Entwurfs darin besteht, dass die zwei oder mehr Kuppeln die gleiche Form oder Größe haben, aber einige Variationen in dem gemusterten Gerüst vorhanden sein können. Zwei Kuppeln, die über die gleiche Form und im Gesamtquerschnitt über eine Abweichung von unter 15 % verfügen (wie in den 3 und 4 dargestellt), gelten in Größe und Form als ähnlich.
Wie in den 1 gezeigt, kann ein einheitliches Umlenkungselement 10 so beschrieben werden, dass es zwei identifizierbare Abschnitte umfasst: ein gemustertes Gerüst 12 und ein Verstärkungselement 14. Das Verstärkungselement kann flüssigkeitsdurchlässig sein und kann allgemein als ein netzähnliches Muster oder Gittermaterial beschrieben werden. Das Verstärkungselement 14 kann strukturell ein Webmuster sein und im Allgemeinen funktional den gewebten Filament-Verstärkungselemente entsprechen, die in dem oben diskutierten Verfahren von Trokhan oder Cabell et al. verwendet werden. Das Verstärkungselement 14 kann mehrschichtig sein, d. h. zusätzlich zu einem CD-Element, wie in 6 als Element 14A gezeigt, das Verstärkungselement kann MD-orientierte Elemente aufweisen, wie in 6 als Element 14B gezeigt, in einer anderen Z-Richtung relativ zu dem CD-Element. Natürlich kann jede mehrstufige Mehrschichtstruktur für das Verstärkungselement mit Elementen verwendet werden, die in jeder Richtung orientiert sind, solange es ausreichend fest, flexibel und flüssigkeitsdurchlässig ist, um in einem Chargen- oder kommerziellen Papierherstellungsverfahren verwendet zu werden. Ein flüssigkeitsdurchlässiges Verstärkungselement kann eine definierte prozentuale offene Fläche aufweisen, die von etwa 1 % bis etwa 99 % oder von etwa 10 % bis etwa 80 % oder von etwa 20 % bis etwa 60 % oder von etwa 1 % bis etwa 50 % oder von ungefähr 1 % bis ungefähr 30 % oder von ungefähr 1 % bis ungefähr 20 % sein kann. In der vorliegenden Erfindung kann das Verstärkungselement 14 in praktisch unendlichen Größen und Formen entworfen und gebaut werden, was im Vergleich zu früheren Verstärkungselementen aus gewobenem Filament eine größere Gestaltungsfreiheit in Bezug auf Größe, Form und prozentuale offene Fläche ergibt.
Das gemusterte Gerüst 12 der Kuppeln 18 definiert die Umleitungen 16, die verwendet werden, um eine entsprechende Faserstruktur zu bilden, die an dem Umlenkungselement 10 gebildet wird. Das gemusterte Gerüst 12 kann mindestens zwei Kuppeln 18 umfassen, die jeweils in Größe und Form ähnlich oder im Wesentlichen identisch sind. Die Kuppeln 18 haben Übergangsabschnitte 24 und bilden Formungsabschnitte 26. In einer Ausführungsform umfasst das gemusterte Gerüst 12 eine Vielzahl von Kuppeln 18, von denen alle in Größe und Form ähnlich oder im Wesentlichen identisch sind. In einer Ausführungsform umfasst das gemusterte Gerüst 12 eine Mehrzahl von beabstandeten Kuppeln 18, die alle im Wesentlichen identische geformte und dimensionierte Übergangsabschnitte 24 und Formungsabschnitte 26 aufweisen, und die Kuppeln 18 können in einer regelmäßigen, beabstandeten Konfiguration paralleler, linearer Segmente der X - Y-Ebene entweder in der MD (wie in 1 gezeigt) oder CD oder diagonal in einem gewissen Winkel zu MD und CD angeordnet sein, und die Kuppeln definieren entsprechend im Wesentlichen identisch geformte und dimensionierte Umleitungen 16 zwischen jeweils benachbarten Kuppeln 18. In gemeinsamer, nicht einschränkender Sprache können die Kuppeln 18 als Linien oder Rippen von Kuppeln beschrieben werden, wobei die Linien gerade oder krummlinig sind, aber im Wesentlichen parallel bleiben und wobei die Breite FW des Formungsabschnitts größer als die Breite des Übergangsabschnitts TW ist, um einen „bauchigen“ Eindruck im Querschnitt zu zeigen. So können im Querschnitt die Linien der Kuppeln beispielsweise schlüssellochförmig (1), pilzförmig, kreisförmig, oval, invertiert dreieckig, T-förmig, invertiert L-förmig, oder kieselförmig oder Kombinationen dieser Formen sein, bei denen die Breite PW des Formungsabschnitts größer als die Breite des Übergangsabschnitts TW in jeder einzelnen Kuppel ist.
Wie in den 2 gezeigt, kann ein einheitliches Umlenkungselement 10 so beschrieben werden, dass es zwei identifizierbare Abschnitte umfasst: ein gemustertes Gerüst 12 und ein Verstärkungselement 14. Das Verstärkungselement kann flüssigkeitsdurchlässig sein. Das gemusterte Gerüst 12 definiert die Umleitungen 16, die verwendet werden, um eine entsprechende Struktur in Papier zu bilden, die an dem Umlenkungselement 10 hergestellt wird, und das Verstärkungselement 14 sorgt für strukturelle Stabilität. Das gemusterte Gerüst 12 umfasst mindestens zwei Kuppeln 18, die jeweils in Größe und Form ähnlich oder im Wesentlichen identisch sind. In einer Ausführungsform umfasst das gemusterte Gerüst 12 eine Vielzahl von einzelnen Kuppeln 18, die alle im Wesentlichen identische geformte und dimensionierte Übergangsabschnitte 24 aufweisen und Formungsabschnitte 26 bilden. In einer Ausführungsform umfasst das gemusterte Gerüst 12 eine Mehrzahl von Kuppeln 18, die alle im Wesentlichen identische geformte und bemessene Übergangsabschnitte 24 und bildende Bereiche 26 aufweisen, und die Kuppeln 18 sind in einer regelmäßigen, beabstandeten Konfiguration von einzelnen Einheiten in der X-Y Ebene angeordnet, die sowohl in der MD als auch in der CD in regelmäßigen Abständen verteilt sind. Die Kuppeln können entsprechend eine kontinuierliche Umleitung 16 definieren, die durch den Hohlraumabschnitt zwischen den Kuppeln 18 definiert ist. In gemeinsamer, nicht einschränkender Sprache können die Kuppeln 18 als einzelne, voneinander beabstandete Kuppeln beschrieben werden, wobei jede Kuppel eine Form aufweist, die ei- oder kieselförmig (2) oder donutförmig (wie in 5) sein kann, pilzförmig oder irgendeine andere Form oder Kombination von Formen sein, bei denen die Breite PW des Formungsabschnitts größer als die Breite des Übergangsabschnitts TW in jeder einzelnen Kuppel ist.
Wie in den 5 gezeigt, kann ein einheitliches Umlenkungselement 10 so beschrieben werden, dass es zwei identifizierbare Abschnitte umfasst: ein gemustertes Gerüst 12 und ein Verstärkungselement 14. Das Verstärkungselement kann flüssigkeitsdurchlässig sein. Wie in 6 gezeigt, die eine Querschnittsansicht der Umleitung 10 aus 5 ist, kann das Verstärkungselement 14 CD-orientierte Stränge 14A und MD-orientierte Stränge 14B in einer zweischichtigen gestapelten Konfiguration aufweisen. Die Stränge des Verstärkungselements können jedoch ein einfaches Gitter sein oder es kann ein gewobenes Muster nachahmen, oder es kann jedes andere Muster sein, das es flüssigkeitsdurchlässig macht, während die strukturelle Stabilität beibehalten wird. Das gemusterte Gerüst 12 definiert die Umleitungen 16, die verwendet werden, um eine entsprechende Struktur in Papier zu bilden, die an dem Umlenkungselement 10 hergestellt wird, und das Verstärkungselement 14 sorgt für strukturelle Stabilität. Das gemusterte Gerüst 12 aus 5 zeigt eine durchgehende Kuppel 18. Das heißt, während ein Auftreten einzelner ringförmiger Kuppeln beibehalten wird, ist die Kuppel 18 aus 5 kontinuierlich, d. h. alle Z-Richtungselemente sind in einer „kontinuierlichen Gelenk“ -Version eines Umlenkungselements verbunden, und das kontinuierliche Gelenk bildet einzelne Umleitungen 16, die einzelne Kissen in einer Faserstruktur ergeben, die darauf hergestellt ist.
Die Erfindung wurde bisher als Umleitung mit Kuppeln beschrieben, die eine Breite FW des Formungsabschnitts haben, die größer ist als die Breite des Übergangsabschnitts TW, um im Querschnitt einen „bauchigen“ Eindruck zu zeigen. Es gibt auch Umlenkungselemente, die dieses Merkmal nicht aufweisen. Solche Umlenkungselemente gehören nicht zur vorliegenden Erfindung und werden lediglich als Referenzbeispiele beschrieben. Ein einheitliches Umlenkungselement gemäß einem Referenzbeispiel kann eine Rückseite aufweisen, die eine X-Y-Ebene und eine Vielzahl von Kuppeln definiert, wobei jede Kuppel eine dreidimensionale Form hat, so dass jede Querschnittsfläche der Kuppel, die parallel zur X-Y-Ebene ist, eine gleiche oder größere Fläche als jede Querschnittsfläche der Kuppel aufweist, die über einen größeren Abstand von der X-Y-Ebene in der Z-Richtung verfügt.
Referenzbeispiele für Umlenkungselemente finden sich in den 7-10.Die Querschnittsformen der Kuppeln dieser Umlenkungselemente weisen keinen bauchigen Eindruck auf bzw. haben keinen Formungsabschnitt mit einer Breite FW, die größer als eine Breite TW des Übergangsabschnitts ist. Die Bilder von 7-10 zeigen den Querschnitt referenzbeispielsgemäßer Kuppelformen. Die Formen der Referenzbeispiele, die in den 7 bis 10 gezeigt sind, können als repräsentativ für eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Formen und Größen angesehen werden, wobei allen gemeinsam ist, dass das Umlenkungselement einheitlich ist. Das Verstärkungselement und die Kuppeln werden dabei in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt, um von einer einheitlichen Struktur zu sein. Sie werden nicht hergestellt, indem separate Komponenten zu einem Umlenkungselement zusammengefügt werden.
Wie in 7 gezeigt, die eine Kuppel 18 gemäß einem Referenzbeispiel zeigt, kann die Kuppel 18 eine allgemein glatte, abgerundete Form haben. Das Verstärkungselement 14 kann ein Gitter, eine Webart oder eine andere offene, durchlöcherte Struktur sein oder als eine solche erscheinen, bei der die Kuppeln in einem Muster angeordnet sind. Es sollte beachtet werden, dass das Verstärkungselement 14 mehrschichtig sein kann, wie oben in Bezug auf 6 beschrieben. Es soll auch beachtet werden, dass der in 7 gezeigte Querschnitt eine einzelne Kuppel zeigt, aber er kann eine Vielzahl von eng beabstandeten Kuppeln mit dem gezeigten Querschnitt aufweisen. Ferner kann der Querschnitt von einer Kuppel sein, die die Form eines Teils einer Kugel hat, wie etwa einer Halbkugel, oder sie kann eine Kuppel von einer langgestreckten, linearen Form in einem halbkontinuierlichen Muster ähnlich dem der Kuppel gemäß 1 sein.
Wie in 8 gezeigt, kann die Kuppel 18 eine allgemein spitze, gerippte oder pyramidenförmige Form haben. Das Verstärkungselement 14 kann ein Gitter, eine Webart oder eine andere offene, durchlöcherte Struktur sein, bei der die Kuppeln in einem Muster angeordnet sind. Es sollte beachtet werden, dass das Verstärkungselement 14 mehrschichtig sein kann, wie oben in Bezug auf 6 beschrieben. Es versteht sich auch, dass der in 8 gezeigte Querschnitt eine einzelne Kuppel 18 zeigt, aber es kann eine Vielzahl von eng beabstandeten Kuppeln in dem gezeigten Querschnitt geben. Ferner kann der Querschnitt auch von einer Kuppel sein, die die Form eines linearen, gerippten Elements in einem halbkontinuierlichen Muster ähnlich dem in 1 gezeigten, haben kann, oder es kann eine Kuppel mit einer Pyramidenform, wie einer drei- oder vierseitigen Pyramide, sein. Ferner kann der Querschnitt von einer Kuppel sein, die die Form eines Kegels hat.
Wie in 9 gezeigt, kann die Kuppel 18 eine allgemein spitze, gerippte oder pyramidenförmige Form haben. Das Verstärkungselement 14 kann ein Gitter, eine Webart oder eine andere offene, durchlöcherte Struktur sein, bei der die Kuppeln in einem Muster angeordnet sind. Es sollte beachtet werden, dass das Verstärkungselement 14 mehrschichtig sein kann, wie oben in Bezug auf 6 beschrieben. Es versteht sich auch, dass der in 9 gezeigte Querschnitt eine einzelne Kuppel 18 zeigt, aber es kann eine Vielzahl von eng beabstandeten Kuppeln in dem gezeigten Querschnitt geben. Ferner kann der Querschnitt von einer Kuppel sein, die die Form eines linearen, flachen, gekröpften Elements in einem halbkontinuierlichen Muster ähnlich dem in 1 gezeigten, haben kann, oder es kann eine Kuppel von einer pyramidenstumpfförmigen Form, wie beispielsweise eine flache, drei- oder vierseitige Pyramide, sein. Ferner kann der Querschnitt von einer Kuppel sein, die die Form eines Kegelstumpfes hat.
Wie in 10 gezeigt, kann die Kuppel 18 eine mehrstufige Form haben. Es werden zwei Ebenen gezeigt, von denen eine allgemein flach und die andere allgemein in einer repräsentativen Form gekrümmt ist. Das Verstärkungselement 14 kann ein Gitter, eine Webart oder eine andere offene, durchlöcherte Struktur sein, bei der die Kuppeln in einem Muster angeordnet sind. Es sollte beachtet werden, dass das Verstärkungselement 14 mehrschichtig sein kann, wie oben in Bezug auf 6 beschrieben. Es versteht sich auch, dass der in 10 gezeigte Querschnitt eine einzelne Kuppel 18 zeigt, aber es kann eine Vielzahl von eng beabstandeten Kuppeln in dem gezeigten Querschnitt geben. Ferner kann der Querschnitt auch von einer Kuppel sein, die die Form eines linearen, flachen, gekröpften Elements in einem halbkontinuierlichen Muster ähnlich dem in 1 gezeigten, haben kann, oder es kann eine Kuppel sein, die eine Reihe von zwei oder mehr allgemein konzentrischen Mehrebenenformen, wie etwa konzentrische kreisförmige Formen, aufweist.
Die in den 7-10 gezeigten Formen sind lediglich repräsentativ für die Gruppe an denkbaren Referenzbeispielen und nicht einschränkend.
Der wesentliche Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass das Umlenkungselement einheitlich geformt ist. Das Umlenkungselement weist dabei ein ein Verstärkungselement und mindestens eine Kuppel auf, wobei sich die Kuppel von dem Verstärkungselement her erstreckt. Die Umlenkungselemente der Referenzbeispiele, wie sie in den 7-10 gezeigt sind, können einen Übergangsabschnitt 32 aufweisen, wo das Umlenkungselement vom Verstärkungselement zur Kuppel übergeht. Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal für ein einheitliches Umlenkungselement besteht darin, dass im Übergangsabschnitt keine Verbindung von getrennten Abschnitten, z. B. eines härtbaren Harzes auf einem gewebten Filamentrücken, stattfindet. Das Verstärkungselement und die Kuppeln können aus einem oder mehreren Materialien bestehen, jedoch mit einer ununterbrochenen Übergangsmischung zwischen einem und dem anderen Material. Abschnitte des Verstärkungselements und der Kuppeln können sich im Materialgehalt unterscheiden, aber bei den einheitlichen Umlenkungselementen ist der Materialübergang auf unterschiedliche Materialien zurückzuführen, die in einem additiven Herstellungsverfahren verwendet werden, und nicht auf separate Materialien, die anhaften, aushärten oder anderweitig verbunden sind. Die Kuppeln des Umlenkungselements definieren Umleitungen, in denen eine Faserstruktur geformt werden kann. Die poröse Natur der Verstärkungsstruktur erlaubt die Entfernung von Wasser aus einem unfertigen Fasergewebe, wie nachstehend vollständiger beschrieben wird.
Verfahren zum Herstellen eines einheitlichen Umlenkungselements Ein einheitliches Umlenkungselement kann beispielsweise durch folgende Verfahren hergestellt werden. Diese Verfahren dienen nur zum besseren Verständnis und sind nicht einschränkend. Ein einheitliches Umlenkungselement kann durch einen 3-D-Drucker als additive Herstellungsvorrichtung hergestellt werden. Einheitliche Umlenkungselemente können unter Verwendung eines MakerBot-Replikators 2, erhältlich von MakerBot Industries, Brooklyn, NY, USA, hergestellt werden. Andere alternative Verfahren zur additiven Herstellung umfassen beispielsweise selektives Lasersintern (SLS), Stereolithographie (SLA), direktes Metall-Lasersintern oder fusioniertes Abscheidungsmodellieren (FDM, wie von Stratasys Corp., Eden Prairie, MN vertrieben), auch bekannt als Fused Filament Fabrication (FFF).
Das für das einheitliche Umlenkungselement verwendete Material ist Polymilchsäure (PLA), die in einem Filament mit 1,75 mm Durchmesser in verschiedenen Farben, zum Beispiel TruWhite und TruRed, bereitgestellt wird. Andere alternative Materialien können flüssiges Photopolymer, Filament mit hohem Schmelzpunkt (50 °C bis 120 °C über der Yankee-Temperatur), flexibles Filament (z.B. NinjaFlex PLA, erhältlich von Fenner Drives, Manheim, PA, USA) Holz-Komposit-Filament, Metall / Komposit-Filament, Nylon-Pulver, Metallpulver, schnelles Set Epoxy sein. Im Allgemeinen kann jedes Material, das für das 3-D-Drucken geeignet ist, verwendet werden, wobei die Materialwahl durch gewünschte Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit und Flexibilität bestimmt wird, was wiederum beispielsweise durch Betriebsbedingungen in einem Papierherstellungsverfahren bestimmt werden kann. Das Verfahren zum Herstellen von Fasersubstraten kann mit relativ steifen Umlenkungselementen erreicht werden.
Ein 2-D-Bild eines Wiederholungselements eines gewünschten einheitlichen Umlenkungselements, das beispielsweise in AutoCad, DraftSight oder Illustrator erstellt wurde, kann in eine 3-D-Datei wie eine Zeichnungsdatei in SolidWorks 3D CAD oder andere NX-Software exportiert werden. Die Wiederholungseinheit hat die Abmessungsparameter für die Wandwinkel, die Kuppelform und andere Merkmale des Umlenkungselements. Optional können Sie eine Datei direkt im 3 D-Modellierungsprogramm erstellen, z. B. Google SketchUp oder in anderen Solid-Modeling-Programmen, die beispielsweise eine STL-Datei (Standard Tessellation Language) erstellen können. Die STL-Datei für ein Wiederholungselement und Wiederholungselementdimensionen wurde in die MakerWare-Software, die vom MakerBot-Drucker verwendet wurde, exportiert und von dieser importiert. Optional kann die Slicr3D-Software für diesen Schritt verwendet werden.
Der nächste Schritt besteht darin, Objekte für die verschiedenen Merkmale eines Umlenkungselements, wie zum Beispiel des Verstärkungselements, der Übergangsabschnitte und der Kuppeln, zusammenzubauen, wobei jeweils Z-Richtung-Abmessungen zugewiesen werden. Sobald alle Objekte zusammengesetzt sind, werden sie importiert und verwendet, um eine x3g-Druckdatei zu erstellen. Eine x3g-Datei ist eine Binärdatei, die von der MakerWare-Maschine gelesen wird, die alle Anweisungen zum Drucken enthält. Die Ausgabe x3g-Datei kann auf einer SD-Karte gespeichert oder optional über ein USB-Kabel direkt an den Computer angeschlossen werden. Die SD-Karte mit der x3g-Datei kann in den Slot des MakerBot 3-D-Druckers eingelegt werden. Im Allgemeinen kann jede numerische Steuerdatei, wie z. B. G-Code-Dateien, wie sie im Fachgebiet bekannt sind, verwendet werden, um eine Druckdatei in das additive Herstellungsgerät zu importieren.
Vor dem Drucken kann die Bauplattform des MakerBot 3-D-Druckers vorbereitet werden. Wenn die Bauplatte nicht erwärmt ist, kann sie mit 3M Scotch-Blue Painter Tape # 2090, erhältlich von 3M, Minneapolis, MN, USA, vorbereitet werden. Für eine erhitzte Bauplatte wird die Platte unter Verwendung von Kapton-Klebeband, hergestellt von DuPont, Wilmington, DE, USA, und wasserlöslichem Klebestift-Klebstoff, Haarspray, mit einem Sperrfilm, vorbereitet. Die Bauplattform sollte sauber und frei von Öl, Staub, Flusen oder anderen Partikeln sein.
Die Druckdüse des MakerBot 3-D-Druckers, der zur Herstellung verwendet wurde, wurde auf 230 °C erwärmt.
Der Druckvorgang wird gestartet, um das Umlenkungselement zu drucken, wonach das Gerät und das Umlenkungselement abkühlen können. Sobald das Umlenkungselement ausreichend abgekühlt ist, kann es von der Bauplatte unter Verwendung eines flachen Spatels, eines Kittmessers oder eines anderen geeigneten Werkzeugs oder einer geeigneten Vorrichtung entfernt werden. Das Umlenkungselement kann dann für ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur verwendet werden, wie unten beschrieben.
11 und 12 zeigen ein einheitliches Umlenkungselement, das gemäß dem obigen Verfahren hergestellt wurde. Das einheitliche Umlenkungselement hat im Wesentlichen die gleiche Form wie das digitale Bild von 5, dessen Bilddatei bei der Herstellung des einheitlichen Umlenkungselements verwendet wurde. Das einheitliche Umlenkungselement wurde unter Verwendung eines MakerBot 3-D-Druckers, wie oben beschrieben, als ein einheitliches Element hergestellt, das ein Muster einer festen Ringform oder „Donut“-Form aufweist, wobei die Donutformen in ihrem Inneren vierunddreißig einzelne Umleitungen pro Quadratzoll definieren.
Das einheitliche Umlenkungselement 10 kann eine spezifische resultierende offene Fläche R aufweisen. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „spezifisch resultierende offene Fläche“ (R) ein Verhältnis einer kumulativen projizierten offenen Fläche (ΣR) aller Umleitungen einer gegebenen Einheit der Oberflächenfläche (A) des einheitlichen Umlenkungselements zu dieser gegebenen Fläche (A) dieser Einheit, d. h. R=ΣR/A, wobei der projizierte offene Bereich jeder einzelnen Leitung durch einen kleinsten projizierten offenen Bereich einer solchen Leitung gebildet wird, wie er in einer Ebene parallel zu der X-Y-Ebene gemessen wird. Die spezifische offene Fläche kann als Bruchteil oder als Prozentsatz ausgedrückt werden. Wenn beispielsweise eine hypothetische Schicht zweitausend einzelne Umleitungen aufweist, die über eine Einheitsfläche (A) von dreißig tausend Quadratmillimetern verteilt sind, und jede Umleitung die projizierte offene Fläche von fünf Quadratmillimetern hat, beträgt die kumulative projizierte offene Fläche (ΣR) aller zweitausend Umleitungen zehntausend Quadratmillimeter (5 mm × 2.000 = 10.000 mm²), und die spezifische resultierende offene Fläche einer solchen hypothetischen Schicht ist R = ⅓, oder 33,33 % (zehntausend Quadratmillimeter geteilt durch dreißigtausend Quadratmillimeter).
Die kumulative projizierte offene Fläche jeder einzelnen Leitung wird basierend auf ihrer kleinsten projizierten offenen Fläche parallel zu der X-Y-Ebene gemessen, da einige Umleitungen über ihre Länge oder Dicke des Umlenkungselements ungleichförmig sein können. Zum Beispiel können einige Umleitungen verjüngt sein, wie in dem gemeinsam vergebenen US-Pat. Nr. US 5 900 122 A und US 5 948 210 A beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann der kleinste offene Bereich der einzelnen Leitungen zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche des einheitlichen Umlenkungselements angeordnet sein.
Die spezifische resultierende offene Fläche des einheitlichen Umlenkungselements kann mindestens ⅕ (oder 20 %), genauer gesagt, mindestens ⅖ (oder 40 %), und noch genauer, mindestens % (oder 60 %) betragen. Die erste spezifische resultierende offene Fläche R1 kann größer als, im Wesentlichen gleich, oder kleiner als die zweite resultierende offene Fläche R2 sein.
Faserstruktur
Ein Zweck des Umlenkungselements 10 besteht darin, eine Formgebungsoberfläche bereitzustellen, auf der faserige Strukturen, einschließlich Hygienetücher-Produkten, wie Papierhandtüchern, Toilettenpapier, Gesichtstüchern, Wischtüchern, trockenen oder nassen Wischbezügen und dergleichen, geformt werden können. Wenn das Umlenkungselement 10 in einem Papierherstellungsverfahren verwendet wird, kann es am „nassen Ende“ eines Papierherstellungsverfahrens verwendet werden, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, bei dem Fasern aus einer faserigen Aufschlämmung auf der Bahnseite 22 des Umlenkungselements 10 abgelagert werden. Wie unten diskutiert, kann ein Teil der Fasern in die Umleitungen 16 des einheitlichen Umlenkungselements 10 abgelenkt werden, um zu bewirken, dass einige der abgelenkten Fasern oder Teile davon innerhalb der Hohlräume angeordnet werden, d. h. in den Umleitungen, die durch die Kuppeln 18 des einheitlichen Umlenkungselements 10 gebildet werden.
Wie aus der obigen Beschreibung verständlich ist, und wie in 13 und 14 gezeigt wird, kann die Faserstruktur 500 zu der allgemeinen Form des Umlenkungselements 10, einschließlich der Umleitungen 16, geformt werden, so dass die Form und Größe der Knöchel- und Kissenmerkmale der Faserstruktur eine enge Annäherung an Größe und Form der Kuppeln 18 und der Umleitungen 16 darstellt. Ein Querschnitt eines repräsentativen Umlenkungselements 10 wird in den 13 und 14 gezeigt. Man beachte, dass der in den 13 und 14 gezeigte Querschnitt von einem Umlenkungselement mit halbkontinuierlichen Kuppeln und Umleitungen sein kann, wie zum Beispiel dem in 1 gezeigten, oder er kann auch von einem Umlenkungselement mit einzelnen Kuppeln 18 sein, von denen jede einen im Wesentlichen zylindrischen Übergangsabschnitt 24 und einen im Wesentlichen kugelförmigen Formungsabschnitt 26 aufweist, ähnlich wie ein „Golfball auf einem T“, wie in 2 gezeigt, oder es kann auch von einem Umlenkungselement mit einer kontinuierlichen Kuppel und einzelnen Umleitungen sein.
Der dargestellte Querschnitt soll also nicht beschränkend, sondern repräsentativ sein, um die Bildung von Faserstrukturen zu erklären.
Wie in 13 dargestellt, können Fasern mit konstantem Basisgewicht über die Kuppeln und in die Umleitungen 16 gepresst oder anderweitig eingeführt werden, um Kissen 510 mit relativ geringer Dichte in der fertigen Faserstruktur zu bilden. In ähnlicher Weise können auf dem Formungsabschnitt 26 der Kuppeln 18 angeordnete Fasern allgemein Knöchel 520 mit hoher Dichte bilden. Es ist jedoch wichtig, dass die Faserstruktur, wenn sie getrocknet und aus der Umleitung entfernt wird, beispielsweise durch Abschälen in Richtung des Pfeils P in 14, die allgemeine Form von Kissen und Knöcheln beibehalten kann, die den Kuppeln 18 und den Umleitungen des Umlenkungselements 10 nahekommen. Somit, wie in 14 gezeigt, können die Kissen 510 einen Kissenübergangsabschnitt 512 mit einer Kissenübergangsbreite PTW aufweisen, die dem Mindestabstandsmaß parallel zu der X-Y-Ebene zwischen benachbarten Formungsabschnitten 12 benachbarter Kuppeln 18 entsprechen. In ähnlicher Weise können die Kissen 510 ein Kissenoberteil 514 mit einer Kissenoberteilbreite PW aufweisen, welche die minimale Abmessung ist, die zwischen benachbarten Übergangsabschnitten 24 der Kuppeln 18 gemessen wird. Die Kissen 510 können eine Kissenhöhe PH aufweisen, die der Höhe TH des Übergangsabschnitts 24 am nächsten kommt und eine Kissen-Übergangshöhe, die der Höhe FH des Formungsabschnitts 26 am nächsten kommt.
Im Allgemeinen erlaubt daher das Umlenkungselement 10 der vorliegenden Erfindung die Herstellung einer Faserstruktur mit einer Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kissen mit relativ niedriger Dichte, die sich von Knöcheln mit relativ hoher Dichte erstrecken, wobei mindestens zwei der Kissen in Größe und Form ähnlich sind, wobei das Kissen einen Kissenübergangsabschnitt aufweist, der sich von einem proximalen Ende eins Knöchels mit relativ hoher Dichte erstreckt, wobei der Kissenübergangsabschnitt eine Kissenübergangsabschnittsbreite PTW hat; und einen Kissenoberteil, der sich von einem distalen Ende des Kissenübergangsabschnitts erstreckt, wobei das Kissenoberteil eine Kissenoberteilbreite PW aufweist.
Das Umlenkungselement 10 der vorliegenden Erfindung erleichtert die Herstellung einer Faserstruktur, bei der die Kissenübergangsabschnittsbreite PTW kleiner als die Kissenübergangsbreite PW sein kann. Daher können die faserigen Kissen 510 des auf dem Umlenkungselement 10 hergestellten Papiers eine Dichte aufweisen, die niedriger ist als die Dichte des Restes der faserigen Struktur 500, wodurch das Absorptionsvermögen und die Weichheit der faserigen Struktur 500 als Ganzes ermöglicht wird. Die Kissen 510 tragen auch dazu bei, die Gesamtoberfläche der Faserstruktur 500 zu erhöhen, wodurch dessen Saugfähigkeit und Weichheit weiter gefördert werden.
Wie bei dem oben diskutierten Umlenkungselement 10 gibt es eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Formen, Größen, Abständen und Orientierungen, die für Formen und Größen der Kissen 510 gewählt werden können. Die tatsächlichen Formen, Größen, Ausrichtungen und Abstände von Kissen werden durch die Gestaltung des Umlenkungselements bestimmt und können, basierend auf einer gewünschten Struktur der Faserstruktur, spezifiziert werden. Die Verbesserung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Formen, Größen, Abstände und Ausrichtungen der Kissen 510 nicht durch die Beschränkungen von Umlenkungselementen begrenzt werden, die zuvor durch UV-Härten eines Harzes durch eine gemusterte Maske erzeugt wurden. Das heißt, die Größe, Form und Einheitlichkeit der Kissen 510 kann in einer Weise vorbestimmt und erreicht werden, die nicht durch die Verwendung von Umlenkungselementen möglich ist, die im Wesentlichen durch „Sichtlinie“ UV-Lichthärtung erzeugt werden. Wie oben diskutiert, verhindert eine derartige Sichtlinien-Lichtübertragung ein effektives Aushärten des Formungsabschnitts 26, die über eine größere X-Y-Abmessung als der Übertragungsabschnitt verfügt, insbesondere in gleichmäßiger Weise für die meisten oder alle Kuppeln.
Im Gegensatz zu den in der US 6 660 129 B1 gelehrten „faserigen freitragenden Abschnitten“, die sich in einer zweiten Höhe „lateral von den faserförmigen Kuppeln erstrecken“, können zwei oder mehr der Kissen 510 der vorliegenden Erfindung einheitlich in Größe und Form sein und können sich in einem einheitlichen Muster über eine Faserstruktur wiederholen. Das heißt, anstatt ein willkürlich verteiltes Muster von Kissen zu haben, die aufgrund der Einschränkungen des Maskendesigns und der Platzierung im Wesentlichen nicht identisch oder ähnlich sind, können die Kissen 510 der vorliegenden Erfindung über das Umlenkungselement gleichmäßig gebildet werden. In einer Ausführungsform können mindestens zwei Kissen 510 auf der Faserstruktur in Größe und Form im Wesentlichen identisch sein. Mit „im Wesentlichen identisch“ ist gemeint, dass die Entwurfsabsicht darin besteht, dass zwei oder mehr Kissen in Größe und Form identisch sind, aber aufgrund von Herstellungsbeschränkungen oder Unregelmäßigkeiten kann es geringfügige Unterschiede geben. Zwei Kissen, die die gleiche Form haben und die bezüglich des Unterschieds von Kissenoberseitenbreite PW - Kissenübergangsbreite PTW unter 5 % voneinander abweichen, gelten als im Wesentlichen identisch. Aufgrund der faserigen Natur der Kissen können PW und PTW für ein Kissen von Interesse als identisch zu der minimalen Abmessung angesehen werden, die zwischen benachbarten Übergangsabschnitten 24 der Kuppeln 18 gemessen wird, und die minimale Abmessung, die parallel zu der X-Y-Ebene zwischen benachbarten Formungsabschnitten 12 benachbarter Kuppeln 18 gemessen wird. Das heißt, aufgrund der Formungseigenschaften des Umlenkungselements 10 können die Dimensionen der Faserstruktur, die darauf hergestellt wird, Abmessungen aufweisen, die den Hohlraumabmessungen des Umlenkungselements entsprechen. In einer Ausführungsform befinden sich auf der Faserstruktur 500 mindestens zwei Kissen 510 von ähnlicher Größe und Form. Mit „ähnlich“ ist gemeint, dass die Absicht des Entwurfs darin besteht, dass die zwei oder mehr Kissen die gleiche Form oder Größe haben, aber einige Variationen können in dem gemusterten Gerüst vorhanden sein.
Verfahren zur Herstellung einer faserigen Struktur
Mit Bezug auf 15 umfasst eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Faserstruktur 500 der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte. Zuerst wird eine Vielzahl von Fasern 501 bereitgestellt und auf einem Formungsdraht einer Papierherstellungsmaschine, wie in der Technik bekannt, abgelagert.
Die vorliegende Erfindung sieht die Verwendung einer Vielzahl von Fasern vor, wie beispielsweise Zellulosefasern, synthetische Fasern oder andere geeignete Fasern und jede Kombination davon. Für die vorliegende Erfindung geeignete Papierherstellungsfasern schließen Zellulosefasern ein, die allgemein als Holzstofffasern bekannt sind. Fasern, die von Weichhölzern (Gymnospermen oder Nadelbäumen) und Harthölzern (Angiospermen oder Laubbäumen) stammen, werden zur Verwendung in dieser Erfindung in Betracht gezogen. Die besondere Baumart, aus der die Fasern stammen, ist unwichtig. Die Hart- und Weichholzfasern können gemischt oder alternativ in Lagen aufgebracht werden, um eine geschichtete Bahn bereitzustellen. Die US-Patente Nr. US 4 300 981 A , erteilt am 17. November 1981 an Carstens und US-Pat. Nr. US 3 994 771 A , erteilt am 30. November 1976 an Morgan et al. werden hierin zum Zwecke der Offenlegung der Schichtung von Hartholz- und Weichholzfasern durch Bezugnahme aufgenommen.
Die Zellstofffasern können aus dem nativen Holz durch jedes geeignete Aufschlussverfahren hergestellt werden. Chemische Verfahren wie Sulfit-, Sulfat- (einschließlich Kraft) und Sodaverfahren sind geeignet. Mechanische Verfahren wie thermomechanische (oder Asplund-) Verfahren sind ebenfalls geeignet. Zusätzlich können die verschiedenen halbchemischen und chemisch-mechanischen Prozesse verwendet werden. Sowohl gebleichte als auch ungebleichte Fasern werden zur Verwendung in Betracht gezogen. Wenn die faserige Bahn dieser Erfindung zur Verwendung in absorbierenden Produkten wie Papierhandtüchern bestimmt ist, können gebleichte nördliche Weichholz-Kraft-Zellstofffasern verwendet werden. Zellstoffe, die hierin nützlich sind, umfassen chemische Zellstoffe wie Kraft-, Sulfit- und Sulfatzellstoffe sowie mechanische Zellstoffe, einschließlich beispielsweise gemahlenes Holz, thermomechanische Zellstoffe und Chemi-ThermoMechanical Zellstoff (CTMP). Zellstoffe, die sowohl aus Laub- als auch aus Nadelbäumen gewonnen werden, können verwendet werden.
Zusätzlich zu den verschiedenen Zellstofffasern können andere Zellulosefasern, wie Baumwoll-Linters, Rayon und Bagasse, in dieser Erfindung verwendet werden. Synthetische Fasern, wie beispielsweise Polymerfasern, können ebenfalls verwendet werden. Elastomere Polymere, Polypropylen, Polyethylen, Polyester, Polyolefin und Nylon können verwendet werden. Die Polymerfasern können durch Spunbond-Verfahren, Meltblown-Verfahren und andere geeignete, auf dem Fachgebiet bekannte, Verfahren hergestellt werden. Es wird angenommen, dass dünne, lange und kontinuierliche Fasern, die durch Spunbond- und Meltblown-Verfahren hergestellt werden, vorteilhaft in der Faserstruktur der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, da angenommen wird, dass diese Fasern leicht in die Taschen des einheitlichen Umlenkungselements der vorliegenden Erfindung abgeschieden werden können.
Der Papierrohstoff kann eine Vielzahl von Additiven umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Faserbindematerialien wie Nassfestigkeits-Bindematerialien, Trockenfestigkeits-Bindematerialien und chemische Weichmacher-Zusammensetzungen. Geeignete Nassfestigkeits-Bindemittel umfassen Materialien, wie Polyamid-Epichlorhydrin-Harze, die unter dem Handelsnamen von KYMENE™ 557H von Hercules Inc., Wilmington, Del., verkauft werden, sind aber nicht darauf beschränkt. Geeignete temporäre Nassfestigkeits-Bindemittel umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, synthetische Polyacrylate. Ein geeignetes temporäres Nassfestigkeits-Bindemittel ist PAREZ™ 750, vertrieben von American Cyanamid aus Stanford, Connecticut. Geeignete Trockenstärke-Bindemittel umfassen Materialien wie Carboxymethylzellulose und kationische Polymere, wie ACCO™ 711. Die CYPRO / ACCO-Familie von Trockenfestigkeits-Materialien ist von CYTEC aus Kalamazoo, Michigan, erhältlich.
Der Papierstoff kann ein Trenn-Agens umfassen, um die Bildung von einigen Faser-zu-Faser-Bindungen zu verhindern, wenn die Bahn getrocknet wird. Das Trenn-Agens führt in Kombination mit der Energie, die durch das Trockenkreppverfahren an die Bahn geliefert wird, dazu, dass ein Teil der Bahn kompaktiert wird. In einer Ausführungsform kann das Trenn-Agens auf Fasern angewendet werden, die eine Zwischenfaserschicht bilden, die zwischen zwei oder mehr Schichten positioniert ist. Die Zwischenschicht wirkt als Trennschicht zwischen den äußeren Faserschichten. Die Kreppenergie kann daher einen Abschnitt der Bahn entlang der Trenn-Schicht kompaktieren. Geeignete Trennmittel umfassen chemische Weichmacher-Zusammensetzungen, wie diejenigen, die in US-Pat. US 5 279 767 A , erteilt am 18. Januar 1994 an Phan et al. offenbart werden, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Geeignete biologisch abbaubare chemische Weichmacher-Zusammensetzungen sind in den US-Patenten Nr. US 5 312 522 A , erteilt am 17. Mai 1994 an Phan et al., den Die US-Patente Nr. US 5 279 767 A und US 5 312 522 A , deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden, offenbart. Solche chemischen Weichmacher-Zusammensetzungen können als Trennmittel zum Hemmen der Faser-zu-Faser-Bindung in einer oder mehreren Schichten der Fasern, die die Bahn bilden, verwendet werden. Ein geeigneter Weichmacher zum Trennen der Fasern in einer oder mehreren Schichten der Fasern, die die Bahn 20 bilden, ist ein Papierherstellungszusatzstoff, der DiEster Di (Touch Hardened=Berührungsgehärtetes) Talgdimethylammoniumchlorid enthält. Ein geeigneter Weichmacher ist ADOGEN® Marken-Papierherstellungszusatz, erhältlich von Witco Company aus Greenwich, Conn.
Die unfertige Bahn kann typischerweise aus einer wässrigen Dispersion von Papierherstellungsfasern hergestellt werden, obwohl Dispersionen in anderen Flüssigkeiten als Wasser verwendet werden können. Die Fasern sind in der Trägerflüssigkeit dispergiert, um eine Konsistenz von etwa 0,1 bis etwa 0,3 Prozent zu erhalten. Alternativ und ohne theoretisch begrenzt zu sein, wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung auf feuchte Formungsvorgänge anwendbar ist, bei denen die Fasern in einer Trägerflüssigkeit dispergiert sind, um eine Konsistenz von weniger als etwa 50 Prozent zu haben. In noch einer anderen alternativen Ausführungsform und ohne theoretisch begrenzt zu sein, wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung auch auf Airlaid-Strukturen einschließlich luftgelegter Bahnen, die Zellstofffasern, synthetische Fasern und Mischungen davon umfassen, anwendbar ist.
Konventionelle Papierherstellungsfasern können verwendet werden, und die wässrige Dispersion kann auf herkömmliche Weise gebildet werden. Herkömmliche Papierherstellungsausrüstungen und -prozesse können verwendet werden, um die unfertige Bahn auf dem Fourdrinier-Draht zu bilden. Die Verbindung der unfertigen Bahn mit dem einheitlichen Umlenkungselement kann durch einfaches Überführen der Bahn zwischen zwei sich bewegenden Endlosbändern, unterstützt durch Differenz-Fluiddruck, erreicht werden. Die Fasern können in das einheitliche Umlenkungselement 10 durch Anlegen eines differentiellen Fluiddrucks, der durch ein angelegtes Vakuum induziert wird, abgelenkt werden. Jede Technik, wie die Verwendung eines Yankee-Trommeltrockners, kann zum Trocknen der Zwischenbahn verwendet werden. Eine Verkürzung kann durch irgendeine herkömmliche Technik, wie z. B. Kreppen, erreicht werden.
Die Vielzahl von Fasern kann auch in Form einer befeuchteten Faserbahn (nicht gezeigt) zugeführt werden, die vorzugsweise in einem Zustand sein sollte, in dem Abschnitte der Bahn effektiv in die Umleitungen des einheitlichen Umlenkungselements abgelenkt werden können und die Hohlräume, die zwischen den aufgehängten Abschnitten und der X-Y-Ebene gebildet werden.
In 15 wird die unfertige Bahn, die Fasern 501 umfasst, von einem Formungsdraht 23 zu einem Band 21 weitergeleitet, auf dem ein einheitliches Umlenkungselement 10 mit einer Flächenabmessung von ungefähr 20-30 Quadratzentimetern (8-12 Quadratzoll) durch Platzierung auf dem Band 21 stromaufwärts eines Vakuumschleifers 18a angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Fasern oder eine faserige Aufschlämmung direkt von einem Stoffauflauf oder auf andere Weise, einschließlich in einem Batch-Prozess, auf das einheitliche Umlenkungselement 10 (nicht gezeigt) aufgebracht werden. Das papierherstellende Band, das ein einheitliches Umlenkungselement 10 umfasst, das zwischen der unfertigen Bahn und dem Band 21 gehalten wird, läuft an den Walzen 19a, 19b, 19k, 19c, 19d, 19e und 19f in der schematisch durch Pfeil „B“ angedeuteten Richtung vorbei.
Ein Teil der Fasern 501 wird in den Umlenkungsabschnitt des einheitlichen Umlenkungselements 10 abgeschieden, um zu bewirken, dass einige der abgeschiedenen Fasern oder Teile davon innerhalb der Hohlräume angeordnet werden, die durch die hängenden Abschnitte 49 des einheitlichen Umlenkungselements 10 gebildet werden. In Abhängigkeit von dem Verfahren kann ein mechanischer und Fluid-Druckunterschied allein oder in Kombination verwendet werden, um einen Teil der Fasern 501 in die Umleitungen des einheitlichen Umlenkungselements 10 abzuscheiden. Beispielsweise kann in einem Durchluft-Trocknungsprozess eine Vakuumvorrichtung 18c ein Fluiddruck-Differential auf die unfertige Bahn aufbringen, die auf dem einheitlichen Umlenkungselement 10 angeordnet ist, wodurch Fasern in die Umleitungen des einheitlichen Umlenkungselements 10 abgeschieden werden. Der Abscheidungsvorgang kann gegebenenfalls mit zusätzlichem Vakuumdruck fortgesetzt werden, um die Fasern noch weiter in die Umleitungen des einheitlichen Umlenkungselements 10 abzuscheiden.
Schließlich kann eine teilweise geformte faserige Struktur, die dem einheitlichen Umlenkungselement 10 zugeordnet ist, von dem einheitlichen Umlenkungselement an der Walze 19k bei der Übertragung zu einem Yankee-Trockner 28 getrennt werden. Auf diese Weise wird das einheitliche Umlenkungselement 10 mit den darauf befindlichen Fasern gegen eine Druckoberfläche, wie zum Beispiel eine Oberfläche einer Yankee-Trocknungstrommel 28, gedrückt, wodurch allgemein Hochdichte-Knöchel 520 verdichtet werden, wie in den 13 und 14 gezeigt. In manchen Fällen können diese Fasern, die innerhalb der Umleitungen angeordnet sind, auch zumindest teilweise verdichtet werden.
Nach dem Abkreppen von dem Yankee-Trockner entsteht eine Faserstruktur 500 der vorliegenden Erfindung und kann, wie gewünscht, weiter verarbeitet oder umgewandelt werden.
Beispiel
Ein einheitliches Umlenkungselement 10 der vorliegenden Erfindung von dem in 5 gezeigten Typ, wird in den 11 und 12 gezeigt. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines einheitlichen Umlenkungselements und 12 ist eine Draufsicht desselben einheitlichen Umlenkungselements.
Wie man in den 11 und 12 sehen kann, hat das einheitliche Umlenkungselement im Wesentlichen die gleiche Form wie das digitale Bild von 5. In dem dargestellten Beispiel wurde das einheitliche Umlenkungselement unter Verwendung eines MakerBot 3-D-Druckers, wie oben beschrieben, als ein einheitliches Element hergestellt, das ein Muster einer festen Ringform oder „Donut“ -Form aufweist, wobei die Donutformen in ihrem Inneren vierunddreißig einzelne Umleitungen pro Quadratzoll definieren.
Die kumulative projizierte offene Fläche (ΣR) der Umleitungen betrug 1,435 Quadratzentimeter (0,565 Quadratzoll). Die spezifischen resultierenden offenen Bereiche R1 und R2 (d. h. die Verhältnisse der kumulativen projizierten offenen Fläche eines gegebenen Abschnitts, d. h. des Verstärkungselementabschnitts und der Kuppeln, zu einem gegebenen Oberflächenbereich) wurden berechnet: R = 57 %. Die Kuppeln 18 haben eine Formungselementhöhe FH von ungefähr 0,08 cm (0,03 Zoll) und eine Formungselementbreite FW (in diesem Fall die Breite des ringförmigen Abschnitts der Donutform) von ungefähr 0,08 cm (0,03 Zoll). Die Kuppeln 18 haben eine Übergangsbreite von ungefähr 0,0185 cm (0,0073 Zoll) und die Außenseite des Donuts in Draufsicht hat einen Durchmesser von ungefähr 0,04331 cm (0,01705 Zoll). Das Umlenkungselement 10 weist eine Umlenkungselementhöhe DMH von ungefähr 0,1969 cm (0,0775 Zoll) auf. Die Kuppeln 18 befinden sich auf einem 21 × 21 Gitterverstärkungselement 14 und werden damit gleichzeitig als ein einheitliches Umlenkungselement erzeugt. Das Verstärkungselement umfasst eine Schicht von beabstandeten MD-orientierten Elementen mit rechteckigem Querschnitt, auf denen eine Schicht von beabstandeten CD-orientierten, Elementen mit rechteckigem Querschnitt angeordnet ist (um das 21 × 21-Gitter zu bilden), wobei jedes rechteckige Querschnittselement 0,0368 Zentimeter (0,0145 Zoll) breit (MD oder CD) und 0,0559 Zentimeter (0,0220 Zoll) hoch (Z-Richtung) ist. Die Kuppeln erstrecken sich von der Oberseite der CD-orientierten Elemente.
Papier wurde unter Verwendung des einheitlichen Umlenkungselements 10, wie in den 11 und 12 gezeigt, an einer Papiermaschine hergestellt, wie unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Das Papier umfasste 40 % NSK (Northern Softwood Kraft), 10 % SSK (Southern Softwood Kraft), 35 % Fibria Eucalyptus (Hartholz Kraft) und 15 % Broke. Jede der Zellstoffe wurde unter Verwendung eines herkömmlichen Rotors zerkleinert. Die Zellstoffe NSK (Northern Softwood Kraft) und SSK (Southern Softwood Kraft) wurden vereinigt und 8 Minuten lang mit etwa 3,0 Gew.-% Faser zerkleinert, dann in die Vorratsbütte „D“ gebracht. Der Fibria-Eukalyptus (Hartholz-Kraft) wurde 3 Minuten lang mit etwa 3,0 Gew.-% Faser zermahlen und dann in die Vorratsbütte „B“ gebracht. Der Broke wurde 8 Minuten lang mit etwa 3,0 Gew.-% Faser zerkleinert und dann in die Vorratsbütte „A“ gebracht. Die kombinierte und homogene Aufschlämmung von NSK- und SSK-Zellstoff wird durch einen Veredler geleitet und zu einer Canadian Standard Freeness (CSF) von etwa 300 bis 500 veredelt. Dann wird, um Nassfestigkeit zu verleihen, ein Verstärkungsadditiv (z. B. Kymene ® 5221) zu dem kombinierten NSK / SSK-Fasermischungs-Vorratsrohr mit einer Geschwindigkeit von etwa 9,5 kg (21,0 Pfund) pro Tonne Gesamtfasern dazu gegeben. Alle Faseraufschlämmungen werden miteinander kombiniert, dann in Reihe als eine homogene Aufschlämmung gemischt und dann durch ein dickes Vorratsrohr geleitet. Um zusätzliche Trockenfestigkeit zu verleihen, wird Finnfix / CMC® der homogenen Dickstoffaufschlämmung vor dem Eintritt in die Gebläsepumpe zugegeben, wo es auf ungefähr 0,15 Gew.-% bis ungefähr 0,2 Gew.-% Faser verdünnt wird. Bei der Verdünnung wird die homogene Aufschlämmung dann zu dem Stoffauflauf eines Fourdrinier-Papiermaschinenformungsabschnitts gelenkt, der sich mit 4,51 Meter pro Sekunde (888 Fuß pro Minute) bewegt. Die unfertige Bahn wird von dem Formungsdraht (Microtex J76 Design, Albany International) zu dem einheitlichen Umlenkungselement 10, das sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 4,06 Metern pro Sekunde (etwa 800 Fuß pro Minute) bewegt, mit Hilfe eines Vakuumschleifers, der auf etwa 31,5 cm (12,4 Zoll) Hg eingestellt ist, übertragen.
Die Bahn wurde direkt auf dem einheitlichen Umlenkungselement 10 der vorliegenden Erfindung gebildet, abgesaugt und getrocknet. Nach dem Trocknen wurde das Blatt von dem einheitlichen Umlenkungselement 10 getrennt. Die ungekreppte Bahn ergab ein konditioniertes Flächengewicht von etwa 6,31 kg pro 914,4 m² (13,9 Pfund pro 3000 Quadratfuß) (bei 21 °C (70 °F) und 50 % RH über 2 Stunden).
Die gebildete Bahn wird in den 16 und 17 gezeigt. 16 ist eine Photographie einer Oberfläche der Faserstruktur 500, die die Topographie zeigt, die der Faserstruktur durch das einheitliche Umlenkungselement verliehen wird. 17 ist eine Mikrophotographie eines Querschnitts der in 16 gezeigten Faserstruktur 500 und zeigt Abmessungen eines Knöchel- / Kissen 510-Abschnitts der Faserstruktur 500.

Claims

Einheitliches Umlenkungselement (10) umfassend: a. ein flüssigkeitsdurchlässiges Verstärkungselement (14); und b. ein gemustertes Gerüst (12), das eine Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18) umfasst, die sich von dem Verstärkungselement (14) aus erstrecken, wobei mindestens zwei der besagten Kuppeln (18) in Größe und Form ähnlich sind, wobei jede Kuppel (18) einen Übergangsabschnitt (24) mit einer Übergangsabschnittsbreite (TW) und einen Formungsabschnitt (26) mit einer Formungsabschnittsbreite (FW) aufweist und wobei die Übergangsabschnittsbreite (TW) geringer ist als die Formungsabschnittsbreite (FW).
Das einheitliche Umlenkungselement (10) nach Anspruch 1, wobei das gemusterte Gerüst (12) eine oder mehrere Umleitungen (16) aufweist, welche Hohlräume zwischen den Kuppeln (18) sind.
Das einheitliche Umlenkungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gerüst (12) ein halbkontinuierliches Gerüst ist.
Das einheitliche Umlenkungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18) eine regelmäßige, voneinander beabstandete Konfiguration von einzelnen Einheiten ist, die in einer X-Y-Ebene angeordnet und sowohl in der MD als auch in der CD in regelmäßigen Abständen verteilt sind.
Das einheitliche Umlenkungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei der Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18) im Wesentlichen in Größe und Form identisch sind.
Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur (500) mit mindestens zwei Bereichen, die in einem nicht zufälligen sich wiederholenden Muster angeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Bereitstellen eines einheitlichen Umlenkungselements (10), wobei das einheitliche Umlenkungselement (10) umfasst: i. ein flüssigkeitsdurchlässiges Verstärkungselement (14); ii. ein gemustertes Gerüst (12), das eine Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18) umfasst, die sich von dem besagten Verstärkungselement (14) aus erstrecken, wobei der Raum zwischen den Kuppeln (18) eine Umleitung (16) darstellt, in die Fasern abschieden werden können, wobei mindestens zwei der Kuppeln (18) in Größe und Form ähnlich sind, wobei jede besagte Kuppel (18) einen Übergangsabschnitt (24) mit einer Übergangsabschnittsbreite (TW) und einen Formungsabschnitt (26) mit einer Formungsabschnittsbreite (FW) aufweist und wobei die Übergangsabschnittsbreite (TW) geringer ist als die Formungsabschnittsbreite (FW); und iii. wobei der Formungsabschnitt (26) Hohlräume angrenzend an den Übergangsabschnitt (24) zwischen dem Verstärkungselement (14) und dem Formungsabschnitt (26) definiert; b. Bereitstellen einer Vielzahl von Fasern und Abscheiden der Vielzahl von Fasern auf dem einheitlichen Umlenkungselement (10); c. Umlenken eines Teils der Vielzahl von Fasern in die Umleitungen (16), um zu bewirken, dass einige der umgelenkten Fasern oder Teile davon innerhalb der Hohlräume angeordnet werden, wodurch eine teilweise gebildete Faserstruktur gebildet wird; und d. Trennen der teilweise geformten Faserstruktur von dem einheitlichen Umlenkungselement (10), wodurch die Faserstruktur (500) gebildet wird, die eine erste Vielzahl von Mikroregionen umfasst, die durch die Fasern gebildet werden, die nicht in die Umleitungen (16) umgelenkt werden, und eine zweite Vielzahl von Mikroregionen, die durch die Fasern gebildet werden, die in die Umleitungen (16) umgelenkt werden, einschließlich faseriger freitragender Abschnitte, die durch die Fasern gebildet werden, die in die Hohlräume umgelenkt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur (500) nach Anspruch 6, ferner gekennzeichnet durch besagte Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18), die lineare Segmente sind, die entweder in der MD oder der CD voneinander beabstandet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur (500) nach Anspruch 6 oder 7, ferner gekennzeichnet durch besagte Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18), die allgemein parallel lineare Segmente sind, die sich hauptsächlich in MD oder CD erstrecken.
Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur (500) nach einem der Ansprüche 6-8, ferner gekennzeichnet durch die besagten regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18), die lineare Segmente sind, wobei die linearen Segmente eine Querschnittsform haben, wobei die Querschnittsform aus schlüssellochförmigen, pilzförmigen, kreisförmigen, ovalen, umgekehrten Dreiecken, T-förmigen, umgekehrten L-förmigen, ei- oder kieselförmigen Formen und Kombinationen davon, ausgewählt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur (500) nach einem der Ansprüche 6-9, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Gerüst ein halbkontinuierliches Gerüst ist.
Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur (500) nach Anspruch 6, ferner gekennzeichnet durch die Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18), die in einer regelmäßigen, voneinander beabstandeten Konfiguration von einzelnen Einheiten in der X - Y-Ebene angeordnet und sowohl in der MD als auch in der CD in regelmäßigen Abständen verteilt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur (500) nach Anspruch 6 oder 11, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18) einzelne Einheiten darstellen, die in einer regelmäßigen, beabstandeten Konfiguration sowohl in der MD als auch in der CD angeordnet sind, wobei jede einzelne Einheit eine Querschnittsform hat, wobei die Querschnittsform aus schlüssellochförmigen, pilzförmigen, kreisförmigen, ovalen, umgekehrten Dreiecken, T-förmigen, umgekehrten L-förmigen, ei- oder kieselförmigen Formen und Kombinationen davon, ausgewählt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur (500) nach einem der Ansprüche 6-12, ferner dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Vielzahl von regelmäßig beabstandeten Kuppeln (18) im wesentlichen in Größe und Form identisch sind.