DE60019416T2

DE60019416T2 - Papiermachergewebe

Info

Publication number: DE60019416T2
Application number: DE60019416T
Authority: DE
Inventors: Stanley Robert AMPULSKI
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: DE60019416D1; JP2003501565A; US6358594B1; BR0011353A; EP1183421A1; MXPA01012656A; CN1354814A; EP1183421B1; AR020569A1; PE20010433A1; ATE293183T1; WO2000075424A1; CA2374077A1; AU5450300A; CA2374077C; KR20020047043A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Papierherstellungsbänder, die in Papierherstellungsmaschinen zur Herstellung von festen, weichen, absorbierenden Papierprodukten nützlich sind. Die Erfindung betrifft insbesondere Papierherstellungsbänder, die ein Harzrahmenwerk und ein damit verbundenes Verstärkungselementumfassen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Papierherstellungsverfahren umfasst im Allgemeinen mehrere Schritte. Üblicherweise wird ein wässriger Brei von Papierherstellungsfasern auf einem porösen Element, wie zum Beispiel einem Fourdrinier-Sieb, zu einer embrionischen Bahn geformt. Nach der anfänglichen Formung der Papierbahn auf dem Fourdrinier-Sieb oder auf Formungssieben wird die Papierbahn auf einem anderen Teil einer Papierherstellungsbespannung in Form eines Endlosbands, das sich oftmals von dem Fourdrinier-Sieb oder von Formungssieben unterscheidet, durch einen oder mehrere Trocknungsprozesse befördert. Diese andere Bespannung wird üblicherweise als Trocknungsgewebe oder -band bezeichnet. Während sich die Bahn auf dem Trocknungsband befindet, kann der Trocknungs- oder Entwässerungsprozess Vakuumentwässerung, Trocknung durch Blasen von Warmluft durch die Bahn, eine mechanische Verarbeitung oder eine Kombination davon umfassen.
Bei Durchströmtrocknungsverfahren, die von dem derzeitigen Rechtsnachfolger entwickelt und vermarktet werden, kann das Trocknungsgewebe ein so genanntes Ablenkelement umfassen, das eine makroskopisch monoplanare, kontinuierliche und vorzugsweise gemusterte und nicht zufallsbedingte Netzwerkoberfläche aufweist, durch die eine Vielzahl von diskreten, voneinander getrennten Ablenkkanälen festgelegt wird. Als Alternative kann das Ablenkelement eine Vielzahl von diskreten Vorsprüngen aufweisen, die durch einen im Wesentlichen kontinuierlichen Ablenkkanal voneinander getrennt sind, oder semi-kontinuierlich sein. Die embrionische Bahn ist mit dem Ablenkelement verbunden. Während des Papierherstellungsverfahrens werden die Papierherstellungsfasern in der Bahn in die Ablenkkanäle abgelenkt, und Wasser wird durch die Ablenkkanäle aus der Bahn entfernt. Anschließend wird die Bahn getrocknet und kann verkürzt werden, beispielsweise durch Kreppen. Die Ablenkung der Fasern in die Ablenkkanäle des Papierherstellungsbands kann beispielsweise durch die Anwendung eines Differenzfluiddrucks auf die embrionische Papierbahn induziert werden. Ein bevorzugtes Verfahren der Anwendung eines Differenzdrucks besteht darin, die Bahn einer Fluiddruckdifferenz durch das Trocknungsgewebe mit dem Ablenkelement auszusetzen.
Durch Durchströmtrocknung getrocknete Papierbahnen können gemäß beliebigen auf gewöhnliche Weise übertragenen US-Patenten hergestellt werden:
Nr. 4,529,480, erteilt an Trokhan am 16. Juli 1985, Nr. 4,637,859, erteilt an Trokhan am 20. Jan. 1987, Nr. 5,364,504, erteilt an Smurkoski et al. am 15. Nov. 1994, Nr. 5,259,664, erteilt an Trokhan et al. am 25. Juni 1996 und Nr. 5,679,222, erteilt an Rasch et al. am 21. Okt. 1997.
Ein Verfahren zur Herstellung des Ablenkelements umfasst im Allgemeinen das Auftragen einer Beschichtung aus flüssigem fotoempfindlichem Harz auf eine Oberfläche eines porösen Elements, das Kontrollieren der Dicke der Beschichtung anhand eines vorausgewählten Werts, das Belichten der Beschichtung aus dem flüssigen fotoempfindlichen Harz durch Licht mit einer aktivierenden Wellenlänge durch eine Maske, wobei die Aushärtung ausgewählter Teile des fotoempfindlichen Harzes verhindert oder verringert wird. Anschließend werden die nicht ausgehärteten Teile des fotoempfindlichen Harzes üblicherweise durch Brausen abgespült. Mehrere auf gewöhnliche Weise übertragene US-Patente offenbaren Papierherstellungsbänder und Verfahren zur Herstellung der Bänder: 4,514,345, erteilt am 30. April 1985 an Johnson et al., 4,528,239, erteilt am 9. Juli 1985 an Trokhan, 5,098,522, erteilt am 24. März 1992, 5,260,171, erteilt am 9. Nov. 1993 an Smurkoski et al., 5,275,700, erteilt am 4. Jan. 1994 an Trokhan, 5,328,565, erteilt am 12. Juli 1994 an Rasch et al., 5,334,289, erteilt am 2. Aug. 1994 an Trokhan et al., 5,431,786, erteilt am 11. Juli 1995 an Rasch et al., 5,496,624, erteilt am 5. März 1996 an Stelljes Jr. et al., 5,500,277, erteilt am 19. März 1996 an Trokhan et al., 5,514,523, erteilt am 7. Mai 1996 an Trokhan et al., 5,554,467, erteilt am 10. Sept. 1996 an Trokhan et al., 5,566,724, erteilt am 25. Okt. 1996 an Trokhan et al., 5,624,790, erteilt am 29. April 1997 an Trokhan et al., 5,628,876 erteilt am 13. Mai 1997 an Ayers et al., 5,679,222, erteilt am 21. Okt. 1997 an Rasch et al. und 5,714,041, erteilt am 3. Febr. 1998 an Ayers et al. Insbesondere beschreibt US-A-4514345 ein Papierherstellungsband, umfassend ein Verstärkungselement und ein gemustertes Harzrahmenwerk, das mit dem Verstärkungselement verbunden ist und sich von dort nach außen erstreckt, wobei das Harzrahmenwerk eine Vielzahl von darin enthaltenen Ablenkkanälen aufweist.
Eine Suche nach besseren Verfahren und Produkten dauerte an. Heute wird angenommen, dass das Ablenkelement durch mindestens mehrere andere Verfahren hergestellt werden kann. Durch die vorliegende Erfindung werden ein neuartiges Verfahren und ein Apparat zur Herstellung eines Papierherstellungsbands durch Extrudieren eines fluiden Harzmaterials auf das Verstärkungselement gemäß einem gewünschten vorbestimmten Muster und anschließendes Verfestigen des gemusterten Harzmaterials bereitgestellt. Außerdem werden durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein Apparat bereitgestellt, durch die die Menge des Harzmaterials, die zur Herstellung des Papierherstellungsbands, umfassend ein Verstärkungselement und ein gemustertes Harzrahmenwerk, erforderlich ist, bedeutend verringert wird.
Diese und andere erfindungsgemäße Aufgaben werden bei Betrachtung unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen leichter offensichtlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Papierherstellungsband, das durch ein erfindungsgemäßes Verfahren und einen erfindungsgemäßen Apparat hergestellt werden kann, umfasst ein Verstärkungselement und ein damit verbundenes gemustertes Harzrahmenwerk. Das Verstärkungselement besitzt eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite. Das Verstärkungselement umfasst vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, ein fluiddurchlässiges Element, wie zum Beispiel ein Gewebe oder ein Sieb mit einer Vielzahl von dadurch verlaufenden offenen Bereichen. Das Verstärkungselement kann auch ein Filz umfassen, wie zum Beispiel in den auf gewöhnliche Weise übertragenen US-Patenten 5,629,052 und 5,674,663 offenbart. Das Harzrahmenwerk besitzt eine Oberseite und eine Unterseite, wobei die Ober- und die Unterseite der ersten bzw. der zweiten Seite des Verstärkungselements entsprechen. Das Harzrahmenwerk kann ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster, ein diskretes Muster oder ein semi-kontinuierliches Muster aufweisen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Papierherstellungsbands umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Verstärkungselements, Bereitstellen eines extrudierbaren Harzmaterials, Bereitstellen mindestens eines ersten Extrusionswerkzeugs, Zuführen des Harzmaterials in das Extrusionswerkzeug und Extrudieren des Harzmaterials auf das Verstärkungselement, so dass sich das Harzmaterial und das Verstärkungselement miteinander verbinden, wobei das Harzmaterial vorzugsweise ein vorausgewähltes Muster auf dem Verstärkungselement bildet, und Verfestigen des mit dem Verstärkungselement verbundenen Harzmaterials. Als Alternative zum direkten Extrudieren des Harzmaterials auf das Verstärkungselement kann das Harzmaterial auf eine Formungsoberfläche extrudiert und anschließend auf das Verstärkungselement übertragen werden.
In seiner bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren kontinuierlich und umfasst einen Schritt der kontinuierlichen Bewegung des Verstärkungselements oder der Formungsoberfläche in eine Maschinenlaufrichtung mit einer Transportgeschwindigkeit und einen Schritt der kontinuierlichen Bewegung des mindestens ersten Extrusionswerkzeugs relativ zu dem Verstärkungselement oder der Formungsoberfläche. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Extrusionswerkzeugen bereitgestellt, wobei jedes Extrusionswerkzeug dazu ausgelegt ist, sich gemäß einem vorbestimmten Muster relativ zu dem Verstärkungselement zu bewegen. Vorzugsweise ist jedes Extrusionswerkzeug so strukturiert, dass eine Vielzahl von Kügelchen des Harzmaterials auf ein Verstärkungselement extrudiert wird. Die auf das Verstärkungselement extrudierten Harzkügelchen können eine allgemeine Ausrichtung in die Maschinenlaufrichtung oder in die Richtung aufweisen, die im Wesentlichen orthogonal zur Maschinenlaufrichtung verläuft, einschließlich einer beliebigen Richtung, die einen spitzen Winkel mit der Maschinenlaufrichtung bildet. In dem letzteren Fall wird durch die kombinierte Bewegung des Verstärkungselements (oder der Formungsoberfläche) und des Extrusionswerkzeugs oder der Extrusionswerkzeuge vorzugsweise ein resultierender Geschwindigkeitsvektor erzeugt, der eine Maschinenlaufrichtungskomponente und eine Cross-Machine-Direction-Komponente aufweist. Die Bewegung des Verstärkungselements (oder der Formungsoberfläche) und die Bewegung der Extrusionswerkzeuge sind dazu ausgelegt, wechselseitig so zusammenzuwirken, dass das auf das Verstärkungselement extrudierte Harzmaterial ein vorausgewähltes, vorzugsweise sich wiederholendes Muster bildet. Die Kügelchen können eine Wellenkonfiguration aufweisen oder gerade verlaufen. Außerdem können die Kügelchen eine unterschiedliche Höhe aufweisen.
Die Extrusionswerkzeuge können dazu ausgelegt sein, sich in eine im Wesentlichen orthogonal zur Maschinenlaufrichtung verlaufende Richtung zu bewegen. In einer Ausführungsform des bevorzugten kontinuierlichen Verfahrens bewegen sich mindestens zwei Extrusionswerkzeuge reziprok in die orthogonal zur Maschinenlaufrichtung verlaufende Richtung. Abhängig von einem spezifischen vorausgewählten Muster des Harzrahmenwerks können sich das Extrusionswerkzeug oder die Extrusionswerkzeuge im Wesentlichen über die gesamte Breite des Verstärkungselements oder – als Alternative – über einen beliebigen Teil der Breite erstrecken.
In einigen Ausführungsformen können das Extrusionswerkzeug oder die Extrusionswerkzeuge eine komplexe Bewegung aufweisen, beispielsweise eine erste reziproke Bewegung in die orthogonal zur Maschinenlaufrichtung verlaufende Richtung und eine zweite reziproke Bewegung in die Maschinenlaufrichtung. Eine Amplitude der ersten reziproken Bewegung ist vorzugsweise größer als die Amplitude der zweiten reziproken Bewegung. Das resultierende Muster des auf das Verstärkungselement extrudierten Harzmaterials umfasst dann eine Vielzahl von Harzkügelchen mit einer wellenförmigen oder sinusförmigen (oder oszillierenden) Konfiguration.
In der am meisten bevorzugten Ausführungsform bewegt sich die Formungsoberfläche (oder das Verstärkungselement) kontinuierlich in die Maschinenlaufrichtung, während sich die Extrusionswerkzeuge reziprok in die Cross-Machine-Direction bewegen.
In einer Ausführungsform werden eine erste Vielzahl der Kügelchen und eine zweite Vielzahl der Kügelchen in einer solchen Weise auf die Formungsoberfläche oder das Verstärkungselement extrudiert, dass sich die erste und die zweite Vielzahl der Kügelchen miteinander verbinden, wenn sie auf der Formungsoberfläche oder dem Verstärkungselement angeordnet werden, und dabei das im Wesentlichen kontinuierliche Harzrahmenwerk bilden. Die Kügelchen können sich überkreuzen und dabei „Super-Höcker" bilden, die sich vom Verstärkungselement aus nach außen erstrecken. Anschließend können die Super-Höcker unter Druck in das Verstärkungselement gepresst werden, so dass sich das Verstärkungselement und die Super-Höcker miteinander verbinden. Der Rest des Harzrahmenwerks muss nicht mit dem Verstärkungselement verbunden sein, wodurch dem Band vorteilhaft eine ausreichende „Schrägstellbarkeit" des Verstärkungselements relativ zum Harzrahmenwerk verliehen wird. In einer solchen Ausführungsform ist das Harzrahmenwerk sicher mit dem Verstärkungselement verbunden und gleichzeitig auch teilweise relativ zu der Verstärkungsstruktur beweglich.
In der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Harzmaterialien berücksichtigt, die relativ zueinander chemisch aktiv sind. Wenn sich anschließend die erste Vielzahl von Harzkügelchen, umfassend ein erstes Harzmaterial, und eine zweite Vielzahl von Harzkügelchen, umfassend ein zweites Harzmaterial, bei der Anordnung auf dem Verstärkungselement oder der Formungsoberfläche an Kontaktpunkten miteinander verbinden (durch Überkreuzen oder anderweitig), werden das erste und das zweite Harzmaterial an den Kontaktpunkten gegenseitig vernetzt.
Der Schritt der Verfestigung des mit der Verstärkungsstruktur verbundenen Harzrahmenwerks kann je nach der Art des Harzrahmenwerks auf eine beliebige dem Fachmann bekannte Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Harzrahmenwerk, das ein fotoempfindliches Harz umfasst, durch UV-Strahlung ausgehärtet werden, während wärmehärtbare Harze üblicherweise durch eine bestimmte Temperatur ausgehärtet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin einen Schritt der Kontrolle einer Dicke des Harzrahmenwerks anhand mindestens eines vorausgewählten Werts umfassen. Dies kann durch Kalandrieren des Verstärkungselements in Kombination mit dem Harzrahmenwerk, Schleifen mindestens einer Seite des Verbundstoffs, Spanen der Verstärkungsstruktur mit einem Messer oder Laserstrahl oder auf eine beliebige andere dem Fachmann bekannte Weise erfolgen.
Die vorliegende Erfindung offenbart auch einen Apparat zur Herstellung des Bands, wobei der Apparat eine Formungsoberfläche, ein Mittel zum Bewegen der Formungsoberfläche in die Maschinenlaufrichtung, mindestens ein Extrusionswerkzeug, welches so strukturiert ist, dass es sich relativ zur Formungsoberfläche bewegt, wie oben beschrieben, und ein Mittel zum Erzeugen der Verbindung zwischen dem Harzrahmenwerk und dem Verstärkungselement umfasst. Der Apparat kann auch ein Mittel zur Kontrolle der Dicke des Harzrahmenwerks umfassen.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bands umfasst mindestens eine erste Vielzahl von Harzkügelchen mit einer ersten Dicke und eine zweite Vielzahl von Harzkügelchen mit einer zweiten Dicke, wobei die erste und die zweite Vielzahl der Harzkügelchen mindestens teilweise an Kontaktpunkten überlappen und dadurch Super-Höcker darin bilden, wobei die Super-Höcker eine dritte Dicke aufweisen, die größer ist als die erste und die zweite Dicke. Falls erwünscht, kann sich die erste Dicke von der zweiten Dicke unterscheiden. Die Ablenkkanäle sind zwischen den Kontaktpunkten angeordnet. Die Super-Höcker sind vorzugsweise in einem vorausgewählten Muster über das gesamte Verstärkungselement verteilt, und mehr bevorzugt weist das gemusterte Harzrahmenwerk ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster auf. Als Alternative kann das gemusterte Harzrahmenwerk ein semi-kontinuierliches Muster oder ein Muster aufweisen, das außerdem eine dritte Vielzahl von diskreten Vorsprüngen umfasst, die sich von dem Verstärkungselement aus nach außen erstrecken.
Die Harzkügelchen umfassen vorzugsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden, Silikonen, Urethanen, Polystyrolen, Polyolefinen, Polysulfiden, Nylons, Butadienen, Photopolymeren und beliebigen Kombinationen davon.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens und eines erfindungsgemäßen Apparats.
2 ist eine schematische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens und eines erfindungsgemäßen Apparats, die ein Stützband umfasst.
3 ist eine Querschnitt-Teilansicht eines Fragments 3 von 2.
4 ist eine schematische Draufsicht, die eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Apparats zeigt.
5 ist eine schematische Draufsicht, die derjenigen ähnelt, die in 3 gezeigt ist, und eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und Apparats zeigt.
6–8 zeigen schematisch im Fortschritt eine der Hauptausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
6A ist eine schematische Darstellung eines resultierenden Geschwindigkeitsvektors mit einer in die Maschinenlaufrichtung ausgerichteten Geschwindigkeitskomponente und einer Cross-Machine-Direction-Komponente.
9 ist eine schematische Draufsicht einer beispielhaften Ausführungsform des Papierherstellungsbands,umfassend ein Harzrahmenwerk mit einem semikontinuierlichen Muster.
10 ist eine schematische Draufsicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform des Papierherstellungsbands, umfassend ein Harzrahmenwerk mit einem kontinuierlichen Muster und einem Muster, das eine Vielzahl von diskreten Vorsprüngen umfasst.
11 ist eine schematische Draufsicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform des Papierherstellungsbands,umfassend ein Harzrahmenwerk mit einem kontinuierlichen Muster.
12 ist eine schematische Draufsicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform des Papierherstellungsbands,umfassend ein Harzrahmenwerk mit einem kontinuierlichen Muster.
13 ist eine Querschnitt-Teilansicht eines Fragments 13 von 2, die überlappende Harzkügelchen zeigt, die Super-Höcker bilden.
14 ist eine schematische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens und eines erfindungsgemäßen Apparats, die eine Kalandriervorrichtung umfasst.
15 ist eine Querschnitt-Teilansicht eines Fragments 15 von 14.
16 ist eine Querschnitt-Teilansicht eines Fragments 16 von 14.
17 ist eine schematische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens und eines erfindungsgemäßen Apparats, wobei der Apparat eine von einem Verstärkungselement getrennte Formungsoberfläche umfasst.
18 ist eine Querschnitt-Teilansicht eines Fragments 18 von 17.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Papierherstellungsband
Ein typisches Papierherstellungsband oder eine Bespannung, auch als „Formvorlage" bekannt, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, ist in 4, 5 und 9–13 schematisch gezeigt. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Papierherstellungsband", oder einfach „Band", auf eine im Wesentlichen makroskopisch-monoplanare Struktur, die dazu konzipiert ist, eine darauf befindliche Bahn während mindestens einer Stufe eines Papierherstellungsverfahrens zu tragen und vorzugsweise zu befördern. Bei modernen Verfahren im industriellen Maßstab werden üblicherweise Endlos-Papierherstellungsbänder eingesetzt, jedoch versteht es sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung zur Herstellung diskreter Teile des Bands oder stationärer sowie rotierender Platten verwendet werden kann, die zur Herstellung von Bahn-Handmustern, rotierenden Trommeln usw. verwendet werden können.
Wie 13 zeigt, besitzt das Band 90 eine bahnberührende Seite 91 und eine Rückseite 92 gegenüber der bahnberührenden Seite 91. Das Papierherstellungsband 90 wird als makroskopisch-monoplanar bezeichnet, weil sich dann, wenn ein Teil des Bands 90 in einer planaren Konfiguration platziert wird, die Bahnseite 91, als Ganzes betrachtet, im Wesentlichen in einer einzigen Ebene befindet. Es wird als „im Wesentlichen" monoplanar bezeichnet, um die Tatsache zu berücksichtigen, dass Abweichungen von absoluter Planarität tolerierbar sind, obwohl sie nicht bevorzugt sind, solange diese Abweichungen nicht wesentlich genug sind, um sich nachteilig auf die Leistung des Bands 90 für die Zwecke eines bestimmten Papierherstellungsverfahrens auszuwirken. Auf mikroskopischer Ebene ist das Band 90 jedoch nicht planar. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Band 90 eine Vielzahl von Super-Höckern 160 auf, wie weiter unten beschrieben.
Das Papierherstellungsband 90, das erfindungsgemäß hergestellt werden kann, umfasst im Allgemeinen zwei Hauptelemente: ein Rahmenwerk 300 aus einem fließfähigen und extrudierbaren polymeren Harzmaterial und ein Verstärkungselement, oder Verstärkungselement, 50. Das Verstärkungselement 50 und das Harzrahmenwerk 300 sind miteinander verbunden. Das Verstärkungselement 50 kann erfindungsgemäß teilweise mit dem Harzrahmenwerk 300 verbunden sein (16 und 18), d. h., nur Teile des Harzrahmenwerks 300 sind mit dem Verstärkungselement 50 verbunden, wodurch eine hohe Flexibilität zwischen dem Verstärkungselement 50 und dem Harzrahmenwerk 300 bereitgestellt wird, deren Vorteile weiter unten ausführlicher erläutert werden.
Das Verstärkungselement 50 weist eine erste Seite 51 und eine zweite Seite 52 gegenüber der ersten Seite 51 auf (3, 13, 15 und 16). Die erste Seite 51 kann während des Papierherstellungsverfahrens mit Papierherstellungsfasern in Kontakt kommen, während die zweite Seite 52 üblicherweise mit der Papierherstellungsvorrichtung, wie zum Beispiel einer Saugabnahme und einem Saugkasten mit mehreren Schlitzen (beide nicht gezeigt), in Kontakt kommt.
Das Verstärkungselement 50 kann eine beliebige Anzahl von verschiedenen Formen annehmen. Es kann ein gewebtes Element, wie zum Beispiel ein Sieb, ein Netz usw., oder ein nicht gewebtes Element, wie zum Beispiel ein Band, eine Platte usw., umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verstärkungselement 50 ein gewebtes Element, das durch eine Vielzahl von verflochtenen Garnen gebildet wird, wie in 3, 9, 11, 12, 13, 15 und 16 gezeigt. Das gewebte Verstärkungselement 50 kann insbesondere ein poröses gewebtes Element umfassen, wie in dem auf gewöhnliche Weise übertragenen US-Patent Nr. 5,334,289, erteilt im Namen von Trokhan et al. am 2. August 1994, offenbart. Das Verstärkungselement 50, das ein gewebtes Element umfasst, kann durch eine oder mehrere Schichten von verflochtenen Garnen gebildet werden, wobei die Schichten im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und in einer direkten Kontaktbeziehung miteinander verbunden sind. Relevante Lehren werden in dem auf gewöhnliche Weise übertragenen US-Patent Nr. 5,679,222, erteilt an Rasch et al. am 21. Oktober 1997, dem auf gewöhnliche Weise übertragenen US-Patent 5,496,624, erteilt am 5. März 1996 im Namen von Stelljes Jr. et al., und der auf gewöhnliche Weise übertragenen Patentanmeldung mit der Seriennr. 08/696,712, eingereicht im Namen von Boutilier am 14. August 1996 mit dem Titel „Papermaking Belt Having Bilaterally Alternating Tie Yarns" bereitgestellt. Das Papierherstellungsband 90 kann auch mit Hilfe des Verstärkungselements 50 hergestellt werden, umfassend ein Filz, wie in der auf gewöhnliche Weise übertragenen Patentanmeldung mit der Seriennr. 08/391,372, eingereicht am 15. Februar 1995 im Namen von Trokhan et al. mit dem Titel „Method of Applying a Curable Resin to Substrate for Use in Papermaking", dargelegt.
Das Verstärkungselement 50 des Bands 90 verstärkt das Harzrahmenwerk 300 und verfügt vorzugsweise über eine geeignete vorspringende Fläche, in die die Papierherstellungsfasern während des Papierherstellungsverfahrens unter Druck abgelenkt werden können. Das Verstärkungselement 50 ist erfindungsgemäß vorzugsweise fluiddurchlässig. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „fluiddurchlässig" im Zusammenhang mit dem Verstärkungselement 50 auf einen Zustand des Verstärkungselements 50, in dem Fluide, wie Wasser und Luft, in mindestens einer Richtung durch das Verstärkungselement 50 hindurchtreten können. Wie ein Fachmann leicht erkennen wird, werden die Bänder, die ein fluiddurchlässiges Verstärkungselement umfassen, üblicherweise in Durchströmtrocknungsverfahren zur Herstellung von Papierbahnen verwendet.
Das Verstärkungselement 50 ist zumindest teilweise mit dem Harzrahmenwerk 300 verbunden. Das Harzrahmenwerk 300 umfasst ein verfestigtes Harzmaterial 300a oder 300b (14), d. h., das Harzrahmenwerk 300 ist eine feste Phase des fluiden Harzmaterials. In diesem Sinne sind die Begriffe „Harzmaterial" und „Harzrahmenwerk" im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung austauschbar. Das Harzrahmenwerk 300 wird erfindungsgemäß durch eine Vielzahl von Harzkügelchen gebildet, die mit mindestens einem Extrusionswerkzeug (in mehreren Zeichnungen als 100 oder 200 gekennzeichnet) extrudiert und anschließend verfestigt wurden. Durch die Harzkügelchen werden dazwischen liegende Ablenkkanäle 350 festgelegt, wie in 9–12 gezeigt.
Das Harzrahmenwerk 300 besitzt eine Oberseite 301 und eine Unterseite 302 gegenüber der Oberseite 301 (9, 10, 13 und 16). Während des Papierherstellungsverfahrens berührt die Oberseite 301 des Rahmenwerks 300 die Papierherstellungsfasern, wodurch das Muster der herzustellenden Papierbahn bestimmt wird. Die Unterseite 302 des Rahmenwerks 300 kann in einigen Ausführungsformen (16) die Papierherstellungsvorrichtung berühren, wobei in diesen Ausführungsformen die Unterseite 52 des Rahmenwerks 50a und die zweite Seite 42 des Verstärkungselements 40 in derselben Makroebene angeordnet sein können. Als Alternative kann ein Abstand Z zwischen der Unterseite 302 des Rahmenwerks 300 und der zweiten Seite 52 des Verstärkungselements gebildet werden, wie in 3 gezeigt.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) des Rahmenwerks 300 kann die Unterseite 302 ein Netzwerk von Durchgängen besitzen, die zu Strukturunregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Rückseite führen, wie in dem auf gewöhnliche Weise übertragenen US-Patent 5,275,700, erteilt am 4. Januar 1994 an Trokhan, beschrieben. In den beiden letztgenannten Ausführungsformen des Rahmenwerks 300 – eine Ausführungsform mit dem Abstand zwischen der Unterseite 302 des Rahmenwerks 300 und der zweiten Seite 52 des Verstärkungselements 50 und die andere Ausführungsform mit den rückseitigen Strukturunregelmäßigkeiten – wird vorteilhaft eine Ableitung zwischen der Unterseite 302 des Rahmenwerks 300 und einer Oberfläche der Papierherstellungsvorrichtung bereitgestellt. Durch die Ableitung wird eine plötzliche Anwendung des Vakuumdrucks auf die Papierbahn während des Papierherstellungsverfahrens verringert, wodurch ein als „Nadellochbildung" bekanntes Phänomen gemildert wird.
Die Fertigung des zur Herstellung von strukturiertem Papier verwendeten Papierherstellungsbands ist sehr teuer. Infolge der mit der Fertigung des Bands verbundenen hohen Kosten ist es wichtig, Ausführungen zu entwickeln, die einerseits die gewünschte Produktleistung bereitstellen und andererseits für einen maximalen Zeitraum auf einer Papiermaschine in Betrieb sind. Eine zur Herstellung von strukturiertem Papier besonders bevorzugte Ausführung ist eine Verbundstoffstruktur, umfassend ein Verstärkungselement 50 und ein gemustertes Rahmenwerk 300, wie oben beschrieben. Ein besonders bevorzugtes Verstärkungselement 50 ist ein Gewebe, das in 3, 9, 11, 12, 13 und 15-17 gezeigt ist. Gewebe sind als Verstärkungselemente aufgrund ihres Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht sowie aufgrund der Tatsache bevorzugt, dass sie potenziell schädliche, durch das Papierherstellungsverfahren induzierte Beanspruchungen wirksam verteilen, ohne zu versagen. Webmaterialien sind besonders gut in der Verteilung solcher Belastungen durch Schrägstellung, das heißt Verzerrungen in der Ebene des Gewebes ohne Verlust der Ebenheit (Furchenbildung). Ein zerfurchtes Band wird schnell zerstört, wenn es mechanische Walzenspalte durchläuft oder um Walzen mit kleinem Durchmesser gewickelt wird; sowohl die mechanischen Walzenspalte als auch die Walzen mit kleinem Durchmesser sind bei Papiermaschinen üblich.
Die Fähigkeit des gewebten Verstärkungselements zur Schrägstellung und somit zur Vermeidung der verhängnisvollen Furchenbildung wird erheblich durch die Art der Befestigung des gemusterten Rahmenwerks beeinflusst. Wenn das gemusterte Rahmenwerk kontinuierlich ist (wie zum Beispiel diejenigen, die am besten in 4, 5 und 10–12 gezeigt sind) und integral mit dem gewebten sekundären über die gesamte vorspringende Fläche vermascht ist, wird die Schrägstellbarkeit des Verbundstoffs bedeutend verringert. Dies ist besonders dann der Fall, wenn das gemusterte Netzwerk ein hochmodules Material umfasst. Die Schrägstellbarkeit des Verstärkungselements 50 wird in diesen Ausführungen verringert, weil durch das Material des kontinuierlichen und völlig durchdringenden gemusterten Rahmenwerks 300 eine unabhängige Bewegung der (üblicherweise in die Maschinenlaufrichtung ausgerichteten) Kettfilamente und der (üblicherweise in die Cross-Machine-Direction ausgerichteten) Schussfilamente, die das Gewebe bilden, verhindert wird. Dies führt dazu, dass sich das normalerweise schrägstellbare Gewebe mehr wie ein starrer homogener Papierbogen verhält.
Eine wirksame Art der Befestigung des gemusterten Rahmenwerks 300 am Verstärkungselement 50 unter gleichzeitiger Beibehaltung einer akzeptablen Schrägstellbarkeit liegt darin, Befestigungen periodisch anstatt kontinuierlich vorzunehmen, d. h., das Verstärkungselement 50 und das Harzrahmenwerk 300 teilweise zu verbinden. Ein bevorzugtes Mittel, dies durchzuführen, ist die Erzeugung eines gemusterten Rahmenwerks 300, welches auf der Seite, die mit dem gewebten Verstärkungselement 50 verbunden werden soll, nicht monoplanar ist. Die andere Seite (die Seite, die letztlich mit dem Papierbogen Kontakt hat) des Rahmenwerks 300 kann monoplanar sein.
Ein besonders bevorzugtes Mittel, dies durchzuführen, ist das Extrudieren von zwei sich periodisch überschneidenden (kreuzenden) Kügelchen eines geeigneten Materials, die ein bevorzugtes Muster ausbilden. Die überlappenden Bereiche in dem Muster sind notwendigerweise dicker als die Bereiche ohne Überschneidung, d. h., sie bilden die „Super-Höcker" 160. Die Super-Höcker 160 des gemusterten Rahmenwerks 300 werden anschließend durch geeignete Mittel in das gewebte Verstärkungselement 50 gepresst, wodurch eine periodische Verbindung zwischen dem Rahmenwerk 300 und dem Verstärkungselement 50 erzeugt wird. Ein solcher Verbundstoff weist eine angemessene Verbindbarkeit zwischen dem gemusterten Rahmenwerk 300 und dem Verstärkungselement 50 und – gleichzeitig – eine ausreichende Schrägstellbarkeit zur Vermeidung von verhängnisvollen und teuren Schäden auf.
Das Band 90 besitzt erfindungsgemäß weiterhin eine Vielzahl von Super-Höckern 160 (13 und 16). Die Super-Höcker 116 werden infolge der Überlappung einiger der Harzkügelchen gebildet. 11 und 12 zeigen beispielsweise das Harzrahmenwerk 300, welches aus der ersten Vielzahl 110 von Harzkügelchen und einer zweiten Vielzahl 120 von Harzkügelchen gebildet wird. Die erste und die zweite Vielzahl 110, 120 von Harzkügelchen sind an Kontaktpunkten miteinander verbunden. Genauer überlappen oder überschneiden sich in 11 und 12 die Harzkügelchen der ersten Vielzahl 110 mit den Harzkügelchen der zweiten Vielzahl 120 und bilden dadurch die Vielzahl der Super-Höcker 160 an den Kontaktpunkten 150 und eine Vielzahl der Ablenkkanäle 350 zwischen den Kontaktpunkten 150. Die Super-Höcker 160 sind vorzugsweise in einem vorausgewählten Muster über das gesamte Band 90 verteilt. 13 zeigt, dass die Kügelchen der ersten Vielzahl 110 eine erste Dicke A1 und die Kügelchen der zweiten Vielzahl 120 eine zweite Dicke A2 aufweisen. Die Super-Höcker 160 weisen eine dritte Dicke A3 auf, die vorzugsweise größer ist als die erste Dicke A1 und die zweite Dicke A2. Es versteht sich von selbst, dass je nach einer bestimmten Ausführung des Bands und den gewünschten Eigenschaften des Papiers die erste Dicke A1 gleich der zweiten Dicke A2 sein kann oder – als Alternative – sich davon unterscheiden kann.
Das Harzrahmenwerk 300 kann eine Vielzahl von Mustern aufweisen: ein kontinuierliches Muster, ein semi-kontinuierliches Muster, ein diskretes Muster oder eine beliebige Kombination davon. 10, 11 und 13 zeigen das Harzrahmenwerk mit einem im Wesentlichen kontinuierlichen Muster. Wie hier verwendet, wird ein Muster als „im Wesentlichen" kontinuierlich bezeichnet, um darauf hinzuweisen, dass geringfügige Abweichungen von absoluter Kontinuität toleriert werden können, solange sich diese Abweichungen nicht nachteilig auf das erfindungsgemäße Verfahren und die Leistung sowie die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts des Papierherstellungsbands 90 auswirken. 9 zeigt ein Beispiel eines semi-kontinuierlichen Musters des Harzrahmenwerks 300. Bei einem semi-kontinuierlichen Muster tritt die Kontinuität der Harzkügelchen mindestens in einer Richtung auf. Das auf gewöhnliche Weise übertragene US-Patent 5,628,876, erteilt am 13. Mai 1997 im Namen von Ayers et al., offenbart ein semi-kontinuierliches Muster des Rahmenwerks 300. 10 zeigt ein Beispiel des Rahmenwerks 300, welches außerdem eine Vielzahl von diskreten Vorsprüngen 205 umfasst, die sich vom Verstärkungselement aus nach außen erstrecken. In 10 ist der diskontinuierliche Teil, umfassend die Vorsprünge 205, des Gesamtmusters in Kombination mit dem kontinuierlichen Teil, umfassend überlappende Harzkügelchen, gezeigt.
Verfahren und Apparat
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst ein erster Schritt die Bereitstellung einer Formungsoberfläche 30. Wie hier verwendet, ist die „Formungsoberfläche" eine Oberfläche, auf der das Harzmaterial angelagert wird, um das Harzrahmenwerk 300 zu bilden. In den in 1, 2 und 14 gezeigten Ausführungsformen umfasst die Formungsoberfläche die erste Oberfläche 51 des Verstärkungselements 50. In der in 17 gezeigten Ausführungsform umfasst die Formungsoberfläche 30 eine obere Oberfläche eines Endlosbands, das sich um Walzen 21 und 22 herum bewegt. In 1, 2 und 14 wird die Formungsoberfläche 30, umfassend das Verstärkungselement 50, von einem Endlosstützband 20 gestützt. In 2 wird das Stützband 20 wiederum in der Zone, in der das Harzrahmenwerk gebildet wird, von einem Endloshilfsband 30a (das sich um Walzen 31 und 32 herum bewegt) gestützt.
Wie oben erläutert, ist das Verstärkungselement 50 ein Substrat, das eine Vielzahl von verschiedenen Formen umfassen kann, wie zum Beispiel ein Gewebe, ein Filz, ein Sieb, ein Band usw. Eine ausführlichere Beschreibung des Verstärkungselements 50, insbesondere eines Verstärkungselements, das ein gewebtes Element umfasst, findet sich in dem auf gewöhnliche Weise übertragenen US-Patent 5,275,700, welches durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist. Ungeachtet seiner spezifischen Ausführungsform besitzt das Verstärkungselement 50 eine erste Seite 51 und eine zweite Seite 52. In dem geformten Papierherstellungsband 90 zeigt die erste Seite 51 während des Papierherstellungsverfahrens üblicherweise in Richtung der Papierherstellungsfasern (und kann diese in einigen Ausführungsformen berühren), während die zweite Seite 52 in Richtung der Papierherstellungsvorrichtung zeigt (und diese üblicherweise berührt). Es versteht sich jedoch von selbst, dass bei dem Band 90 auch die erste Seite 51 des Verstärkungselements 50 in Richtung der Papierherstellungsvorrichtung und die zweite Seite 52 des Verstärkungselements 50 in Richtung der Papierherstellungsfasern zeigen kann, wie weiter unten ausreichend ausführlich erläutert wird. Wie hier verwendet, werden die erste Seite 51 und die zweite Seite 52 des Verstärkungselements 50 unabhängig von der Einbeziehung (d. h. vor, während und nach der Einbeziehung) des Verstärkungselements 50 in das Papierherstellungsband 90 konsistent mit diesen jeweiligen Bezeichnungen erwähnt. Durch einen Abstand zwischen der ersten Seite 51 und der zweiten Seite 52 des Verstärkungselements 50 wird eine Dicke des Verstärkungselements ausgebildet, die hier als „S" (3 und 16) bezeichnet wird. In dem bevorzugten kontinuierlichen erfindungsgemäßen Verfahren bewegen sich die Formungsoberfläche 30 und/oder das Verstärkungselement 50 kontinuierlich in eine Maschinenlaufrichtung, die in mehreren Figuren als „MD" gekennzeichnet ist. Der hier verwendete Begriff „Maschinenlaufrichtung" stimmt mit der herkömmlichen Verwendung des Begriffs in der Papierherstellung überein, wobei dieser Begriff sich auf eine Richtung bezieht, die parallel zu dem Lauf der Papierbahn durch die Papierherstellungsvorrichtung verläuft. Wie hier verwendet, ist die „Maschinenlaufrichtung" eine Richtung, die während des erfindungsgemäßen Verfahrens parallel zu dem Lauf des Verstärkungselements 50 verläuft. Es versteht sich von selbst, dass die Maschinenlaufrichtung ein relativer Begriff ist, der in Bezug auf die Bewegung des Verstärkungselements 40 an einem bestimmten Punkt des Verfahrens definiert wird. Daher kann sich die Maschinenlaufrichtung während eines gegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens mehrmals ändern (dies ist üblicherweise der Fall). Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff „Cross-Machine-Direction" eine Richtung, die senkrecht zur Maschinenlaufrichtung und parallel zu dem allgemeinen Plan des zu konstruierenden Papierherstellungsbands verläuft. Die Formungsoberfläche 30 weist weiterhin eine Längsrichtung und eine Querrichtung auf. Wie hier verwendet, ist die Längsrichtung eine beliebige Richtung, die innerhalb des Bereichs von weniger als ±45° relativ zur Maschinenlaufrichtung liegt, und die Querrichtung ist eine beliebige Richtung, die innerhalb des Bereichs von ±45° relativ zur Cross-Machine-Direction liegt.
In mehreren Ausführungsformen des bevorzugten kontinuierlichen Verfahrens, das in den Zeichnungen schematisch gezeigt ist, bewegen sich die Formungsoberfläche 30 und/oder das Verstärkungselement 50 in die Maschinenlaufrichtung, vorzugsweise mit einer Transportgeschwindigkeit. Die Transportgeschwindigkeit ist üblicherweise, jedoch nicht notwendigerweise, konstant. In 1, 2 und 14 wird die Formungsoberfläche 30, umfassend das Verstärkungselement 50, durch Walzen 21 und 22 getragen. Abhängig von einer spezifischen Ausführungsform des Verfahrens kann das Verstärkungselement 50 in Form eines Endloselements bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird das Verstärkungselement 50 durch eine Stütze für das Verstärkungselement 20 gestützt, die in 1, 2 und 14 in Form eines Endlosbands 20 gezeigt ist, das sich um die Walzen 21 und 22 herum bewegt. Die Hauptfunktion der Stütze 20 liegt darin, das Verstärkungselement 50 in der Zone, in der das Harzrahmenwerk geformt wird (d. h. zwischen den Walzen 21 und 22) zu stützen, so dass das Verstärkungselement 50 ein ausreichend stabiles Querschnittsprofil aufweist. Außerdem kann die Stütze 20 eine Funktion der Unterstützung des Harzmaterials haben, das auf dem Verstärkungselement 50 angelagert wird, um das Harzrahmenwerk 300 zu formen. Die oben erwähnte Hilfsformungsoberfläche 30a kann verwendet werden, um eine zusätzliche Unterstützung für das auf dem Verstärkungselement 50 angelagerte Harzmaterial bereitzustellen.
Der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Bereitstellung mindestens eines ersten extrudierbaren Harzmaterials 300a. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „extrudierbares Harzmaterial" auf eine breite Vielzahl von polymeren Harzen und Kunststoffen, die unter bestimmten Bedingungen und/oder für einen bestimmten Zeitraum einen fluiden, oder flüssigen, Zustand erreichen und beibehalten können, so dass das Harzmaterial mit einem Extrusionswerkzeug ausreichend auf die Formungsoberfläche 30 extrudiert werden kann, und sich anschließend verfestigen, um das Harzrahmenwerk 300 zu formen, wie oben erläutert. Das fließfähige erfindungsgemäße Harzmaterial kann ein Material umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Epoxiden, Silikonen, Urethanen, Polystyrolen, Polyolefinen, Polysulfiden, Nylons, Butadienen und einer beliebigen Kombination davon.
Die Beispiele für das geeignete flüssige Harzmaterial, umfassend Silikone, schließen ein, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: „Smooth-Sil 900", „Smooth-Sil 905", „Smooth-Sil 910" und „Smooth-Sil 950". Die Beispiele für das geeignete flüssige Harzmaterial, umfassend Polyurethane, schließen ein, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: „CP-103 Supersoft", „Formula 54-290 Soft", „PMC-121/20", „PL-25", „PMC-121/30", „BRUSH-ON 35", „PMC-121/40", „PL-40", „PMC-724", „PMC-744", „PMC-121/50", „BRUSH-ON 50", „64-2 Clear Flex", „PMC-726", „PMC-746", „A60", „PMC-770", „PMC-780", „PMC-790". Alle oben beispielhaft aufgeführten Materialien sind im Handel von Smooth-On, Inc., Easton, PA, 18042, erhältlich. Andere Beispiele für das flüssige Harzmaterial umfassen Mehrkomponentenmaterialien, wie zum Beispiel einen flüssigen Zweikomponentenkunststoff „Smooth-Cast 300" und eine flüssige Gummimischung „Clear Flex 50", die beide im Handel von Smooth-On, Inc., erhältlich sind.
Fotoempfindliche Harze können ebenfalls als das Harzmaterial verwendet werden. Die fotoempfindlichen Harze sind normalerweise Polymere, die unter dem Einfluss von Strahlung, üblicherweise ultraviolettem (UV-)Licht, aushärten oder vernetzen. Referenzen, die weitere Informationen zu flüssigen fotoempfindlichen Harzen enthalten, umfassen Green et al., „Photocross-Linkage Resin Systems", J. Macro-Sci. Revs Macro Chem. C21 (2), 187–273 (1981–82), Bayer, „A Review of Ultraviolet Curing Technology", TAPPI Paper Synthetics Conf. Proc., 25.–27. Sept. 1978, S. 167–172, und Schmidle, „Ultraviolet Curable Flexible Coatings", J. of Coated Fabrics, 8, 10–20 (Juli 1978). Besonders bevorzugte flüssige fotoempfindliche Harze sind in der Merigraph-Serie von Harzen eingeschlossen, die von MacDermid, Inc., aus Waterbury, CT, hergestellt wird.
Die Beispiele für wärmeempfindliche Harze, die das erfindungsgemäße Harzmaterialumfassen können, schließen ein, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: eine Gruppe von thermoplastischen Elastomeren Hytrel^® (wie Hytrel^® 4056, Hytrel^®7246 und Hytrel^®8238) und Nylon Zytel^® (wie Zytel^®101L und Zytel^®132F), die im Handel von der DuPont Corporation aus Wilmington, DE, erhältlich sind.
Das fließfähige Harzmaterial wird vorzugsweise in einer flüssigen, oder fluiden, Form bereitgestellt. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch auch die Verwendung des fließfähigen Harzmaterials, das in einer festen Form bereitgestellt wird, berücksichtigt. In dem letzteren Fall ist ein zusätzlicher Schritt der Fluidisierung des Harzmaterials erforderlich.
Es werden erfindungsgemäße Ausführungsformen berücksichtigt, bei denen das Harzmaterial chemisch aktive Komponenten umfasst. Wie hier verwendet, umfassen mindestens zwei „chemisch aktive" Materialien Materialien, die vernetzen können, wenn sie miteinander in Kontakt kommen oder vermischt werden. Während einige chemisch aktive Materialien unter den Umgebungsbedingungen vernetzen können, erfordern andere chemisch aktive Materialien zur Vernetzung einen Katalysator. Ein Fachmann wird erkennen, dass der Katalysator eine Vielzahl von Bedingungen umfassen kann, wie zum Beispiel Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Sauerstoff usw., abhängig von einer spezifischen Art der chemisch aktiven Materialien, die miteinander in Kontakt gebracht werden. Die Beispiele für chemisch aktive Harzmaterialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen vorausschauend, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, verschiedene Epoxidharze, wie zum Beispiel Epoxy System^TM 2, 3, 5, 6 und 10, erhältlich von Epoxy Systems, Inc., aus Jericho, Vermont.
Der nächste Schritt umfasst die Bereitstellung mindestens eines Extrusionswerkzeugs 100, welches so strukturiert ist, dass das Harzmaterial aufgenommen und von dort auf die Formungsoberfläche 30 extrudiert wird. Der Einfachheit halber sind zwei beispielhafte Extrusionswerkzeuge in mehreren Zeichnungen gezeigt: ein erstes Extrusionswerkzeug 100 und ein zweites Extrusionswerkzeug 200. Es versteht sich jedoch von selbst, dass der Begriff „mindestens ein Extrusionswerkzeug" eine beliebige gewünschte Vielzahl der Extrusionswerkzeuge einschließt. In der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von auf dem Fachgebiet bekannten Extrusionswerkzeugen verwendet werden. Die Beispiele für die Extrusionswerkzeuge umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, diejenigen, die in den folgenden US-Patenten offenbart sind: 3,959,057, erteilt an Smith am 25.5.76, 4,050,867, erteilt an Ferrentino et al. am 27.9.77, 4,136,132, erteilt an Poole am 23.1.79, 4,259,048, erteilt an Miani am 31.3.81 und 5,876,804, erteilt an Kodama et al. am 2.3.99. Das bevorzugte Extrusionswerkzeug ist so strukturiert, dass eine Vielzahl von Harzkügelchen auf die Formungsoberfläche 30 extrudiert wird.
Der nächste Schritt umfasst das Zuführen des ersten Harzmaterials 300a in das Extrusionswerkzeug 100 und das Extrudieren des Harzmaterials 300a von dort auf die Formungsoberfläche 30. Das Extrusionswerkzeug oder die Extrusionswerkzeuge sollten vorzugsweise die geeigneten Bedingungen (wie zum Beispiel Temperatur) bieten, um das fließfähige Harzmaterial in einem fluiden, extrudierbaren Zustand zu halten. Wie hier verwendet, beziehen sich die Begriffe „fluid" und „flüssig" auf eine Beschaffenheit, einen Zustand oder eine Phase des Harzmaterials, wobei das Harzmaterial extrudiert und auf der Formungsoberfläche 30 angelagert werden kann. Wenn thermoplastische oder wärmehärtbare Harze als das Harzmaterial verwendet werden, ist üblicherweise eine Temperatur erwünscht, die geringfügig über dem Schmelzpunkt des Harzmaterials liegt, um das Harz in einem fluiden, extrudierbaren Zustand zu halten. Das Harzmaterial wird als an oder über dem „Schmelzpunkt" befindlich angesehen, wenn das Harzmaterial vollständig in dem fluiden Zustand ist. Ein Fachmann wird verstehen, dass der Prozess des Extrudierens des Harzmaterials aus dem Extrusionswerkzeug oder den Extrusionswerkzeugen von einer spezifischen Ausführungsform des Extrusionswerkzeugs oder der Extrusionswerkzeuge und den Eigenschaften des Harzmaterials abhängt.
Das Harzmaterial wird vorzugsweise in einem vorausgewählten Muster auf die Formungsoberfläche 30 extrudiert. Das Muster kann erfindungsgemäß durch Bewegen von mindestens entweder der Formungsoberfläche 30 oder des Extrusionswerkzeugs 100 geformt werden. In einem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren bewegt sich die Formungsoberfläche kontinuierlich mit einer Transportgeschwindigkeit in die Maschinenlaufrichtung MD. Wie ein Fachmann verstehen wird, umfasst für den Fall, dass das Extrusionswerkzeug 100 stationär ist (d. h., es bewegt sich nicht), das resultierende Muster des auf der Formungsoberfläche 30 angeordneten Harzmaterials im Wesentlichen gerade Linien (nicht gezeigt). Falls sich jedoch das Extrusionswerkzeug oder die Extrusionswerkzeuge relativ zur Formungsoberfläche 30 bewegen, beispielsweise in die Cross-Machine-Direction CD, wie in 6–8 gezeigt, weist der resultierende Geschwindigkeitsvektor V der kombinierten Bewegung eine Maschinenlaufrichtungskomponente Vmd auf, die parallel zur Maschinenlaufrichtung MD verläuft, und eine Cross-Machine-Direction-Komponente Vcd, die parallel zur Cross-Machine-Direction CD verläuft (6A). 6, 7 und 8 zeigen schematisch im Fortschritt den Prozess der Erzeugung einer Ausführungsform des im Wesentlichen kontinuierlichen Harzrahmenwerks 300. Das erste Extrusionswerkzeug 100 und das zweite Extrusionswerkzeug 200 bewegen sich reziprok in die Cross-Machine-Direction CD über eine vorbestimmte Cross-Machine-Direction-Distanz (gezeigt in 6, 7, 8 als die Breite der Formungsoberfläche 30, gebildet zwischen der ersten Kante 31 und der zweiten Kante 32 davon), während sich die Formungsoberfläche 30 kontinuierlich in die Maschinenlaufrichtung MD bewegt. Das resultierende Muster der auf die Formungsoberfläche 30 extrudierten Harzkügelchen umfasst eine Vielzahl von „diagonalen" Linien, die in einem anderen Winkel als 90° relativ zur Maschinenlaufrichtung angeordnet sind. Wie ein Fachmann leicht verstehen wird, wird dieser Winkel durch relative Geschwindigkeiten der Formungsoberfläche 30 und der Extrusionswerkzeuge 100, 200 definiert. 6, 7 und 8 zeigen schematisch beispielhafte Extrusionswerkzeuge 100, 200, durch die jeweils mehrere Kügelchen des Harzmaterials geformt werden. Die durch das erste Extrusionswerkzeug 100 geformten Kügelchen sind durch das Symbol „}1" gekennzeichnet und die durch das zweite Extrusionswerkzeug 200 geformten Kügelchen sind durch das Symbol „}2" gekennzeichnet. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Anzahl der Kügelchen und deren Querschnittsform auf der Grundlage spezifischer Anforderungen des Verfahrens und des resultierenden Harzrahmenwerks 300 gewählt werden können. Außerdem versteht es sich von selbst, dass die durch das erste Extrusionswerkzeug 100 geformten Kügelchen }1 in dem fertigen Harzrahmenwerk 300 nicht nebeneinander liegend angeordnet sein müssen und dass die Kügelchen }2 zwischen den Kügelchen }1 angeordnet sein können.
Zur Veranschaulichung sind in 6, 7 und 8 das erste und das zweite Extrusionswerkzeug 100 und 200 mit einem Suffix „a" zu Beginn des Zyklus (d. h. „100a" bzw. „ 200a") und mit einem Suffix „b" am Ende des Zyklus (d. h. „100b" bzw. „200b") gekennzeichnet. In 6 beginnt das erste Extrusionswerkzeug 100 seine Bewegung in die Cross-Machine-Direction CD von der ersten Kante 31 bis zur zweiten Kante 32 der Formungsoberfläche 30, und das zweite Extrusionswerkzeug 200 beginnt seine Bewegung in die Cross-Machine-Direction CD von der zweiten Kante 32 der Formungsoberfläche 30. 6 zeigt schematisch ein teilweise geformtes Muster des Harzrahmenwerks 300 nach Abschluss des ersten Zyklus des Verfahrens. 7 zeigt schematisch die Formungsoberfläche 30 mit einem teilweise geformten Muster des Harzrahmenwerks 300 und die Positionen des ersten und zweiten Extrusionswerkzeugs 100, 200 relativ zu dem teilweise geformten Muster. Es versteht sich von selbst, dass die Bezeichnungen „das erste Extrusionswerkzeug 100" und „das zweite Extrusionswerkzeug 200" nur zu Veranschaulichungszwecken dienen. In 7 und 8 sind das erste und das zweite Extrusionswerkzeug 100, 200 leicht als gegenseitig versetzt vorstellbar. 8 zeigt die Bewegung des ersten und zweiten Extrusionswerkzeugs 100, 200 in die Gegenrichtungen kurz vor Abschluss des zweiten Zyklus des Verfahrens.
Die Formungsoberfläche 30 kann sich kontinuierlich in die Maschinenlaufrichtung bewegen, bis das gesamte Muster des Harzrahmenwerks 30 geformt ist. Als Alternative kann die Bewegung der Formungsoberfläche 30 indexiert sein. In der letzteren Ausführungsform kann das Muster des Harzrahmenwerks 300 in mehreren Zyklen geformt werden, und das Harzmaterial kann in mehreren Zyklen auf denselben in die Maschinenlaufrichtung ausgerichteten Abschnitten der Formungsoberfläche angelagert werden. Beispielsweise kann die Formungsoberfläche 30 nach jedem Zyklus für einen Zeitraum angehalten werden, der nach Bedarf eine Umpositionierung der Extrusionswerkzeuge erlaubt. Außerdem kann in Abhängigkeit von einem bestimmten Muster des herzustellenden Harzrahmenwerks 300 eine Position der Formungsoberfläche 30 nach jedem Zyklus angepasst werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Richtung der Bewegung der Formungsoberfläche 30 zu variieren; beispielsweise bewegt sich die Formungsoberfläche 30 während des ersten Zyklus in die Maschinenlaufrichtung MD, wie oben erläutert (6), während sich die Formungsoberfläche 30 während des zweiten Zyklus zurückbewegt, d. h. in eine der Maschinenlaufrichtung entgegengesetzte Richtung. Die letztere Ausführungsform des Verfahrens ist nicht gezeigt, jedoch ist sie für einen Fachmann leicht vorstellbar (basierend auf 7 und 8). Zwischen den Zyklen können die Positionen der Extrusionswerkzeuge 100 und 200 nach Bedarf angepasst werden.
Die Extrusionswerkzeuge 100, 200 können eine komplexe Bewegung aufweisen. Beispielsweise kann sich mindestens eines der in 6, 7 und 8 gezeigten Extrusionswerkzeuge 100, 200 reziprok in die Maschinenlaufrichtung MD und gleichzeitig auch in die Cross-Machine-Direction CD bewegen. Die Häufigkeit und die Amplitude der Bewegung in die Maschinenlaufrichtung sind vorzugsweise geringer als die Häufigkeit und die Amplitude der Bewegung in die Cross-Machine-Direction. Das resultierende Muster des Harzrahmenwerks 300 würde dann eine Vielzahl von Harzkügelchen mit einer wellenförmigen Konfiguration umfassen. Die Harzkügelchen können sich in Abhängigkeit von einem bestimmten Muster des Harzrahmenwerks 300 überschneiden oder nicht überschneiden. Zwei Beispiele von Mustern, in denen sich die Harzkügelchen überschneiden, sind in 11 und 12 gezeigt, in denen die Harzkügelchen die Querausrichtung und eine wellenförmige Konfiguration aufweisen. In 11 weisen die nebeneinander liegenden Harzkügelchen 110 eine erste Querausrichtung (von unten links nach oben rechts) auf. In 11 sind die Kügelchen 110, obwohl sie auf Makroebene (d. h., wenn das Harzrahmenwerk 300 als Ganzes betrachtet wird), dieselbe allgemeine Ausrichtung aufweisen, auf Mikroebene (d. h. bei Betrachtung in Bezug auf einen einzelnen Ablenkkanal 350) nicht parallel zueinander. Eine solche Ausführungsform kann geformt werden (unter Bezugnahme auf das hauptsächlich in 6, 7 und 8 gezeigte Verfahren), indem zuerst die erste Gruppe von parallelen Kügelchen 111 geformt wird und anschließend eine zweite Gruppe von parallelen Kügelchen 112, wobei sich die Kügelchen 111 und 112 gegenseitig abwechseln, d. h. jedes der Kügelchen 112 der zweiten Gruppe wird zwischen einem Paar der Kügelchen 111 der ersten Gruppe geformt, wobei die Kügelchen 111 der ersten Gruppe auf Mikroebene nicht parallel zu den Kügelchen 112 der zweiten Gruppe sind. Auf der Grundlage des hauptsächlich in 6, 7 und 8 gezeigten Verfahrens kann sich ein Fachmann vorstellen, dass die Kügelchen 111, 112 durch die Extrusionswerkzeuge mit einer reziproken Bewegung in die Maschinenlaufrichtung geformt werden können. In 12 sind die nebeneinander liegenden Harzkügelchen 110, die eine erste Querausrichtung aufweisen, sowohl auf Makroebene als auch auf Mikroebene parallel.
4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform des Verfahrens. In 4 und 5 bewegen sich das erste und das zweite Extrusionswerkzeug 100, 200 reziprok in die Cross-Machine-Direction CD, während sich die Formungsoberfläche 30 in die Maschinenlaufrichtung MD bewegt. Das resultierende Muster des Harzrahmenwerks 300 umfasst eine Vielzahl von Harzkügelchen, die allgemein in die Maschinenlaufrichtung MD ausgerichtet sind und eine wellenförmige (oder „oszillierende") Konfiguration aufweisen. Je nach relativer Geschwindigkeit und Amplitude der Extrusionswerkzeuge 100, 200 sowie der Geschwindigkeit der Formungsoberfläche 30 kann eine Vielzahl von Konfigurationen der Harzkügelchen geformt werden. In 4 und 5 berühren sich die nebeneinander liegenden Harzkügelchen an Kontaktpunkten 150 und erzeugen dadurch ein im Wesentlichen kontinuierliches Harzrahmenwerk 300. Das resultierende Harzrahmenwerk 300 umfasst eine Vielzahl von Ablenkkanälen 350, die zwischen den nebeneinander liegenden Harzkügelchen und den Kontaktpunkten 150 davon gebildet werden. In 5 überlappen die Harzkügelchen an Kontaktpunkten 150 und bilden dadurch die Super-Höcker 160, die oben beschrieben sind.
Es versteht sich von selbst, dass die in 6, 7, 8 und 11, 12 schematisch dargestellten Ausführungsformen nur Beispiele für eine große und praktisch unbegrenzte Vielzahl von möglichen Anordnungen der relativen Bewegungen des Extrusionswerkzeugs oder der Extrusionswerkzeuge und der Formungsoberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung sind. Daher müssen die hier gezeigten und beschriebenen Beispiele nicht als Beschränkungen der vorliegenden Erfindung, sondern als wichtige Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen davon behandelt werden. Ausführungsformen, in denen die Harzkügelchen sich nicht berühren und dadurch ein semi-kontinuierliches Muster des Harzrahmenwerks 300 bilden, werden in der vorliegenden Erfindung ebenfalls berücksichtigt.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung von mindestens zwei verschiedenen chemisch aktiven Harzmaterialien, wie oben definiert. In diesem Fall wird während des Verfahrens durch das erste Extrusionswerkzeug 100 die erste Vielzahl der Harzkügelchen, umfassend das erste chemisch aktive Material, und durch das zweite Extrusionswerkzeug 200 die zweite Vielzahl der Harzkügelchen, umfassend das zweite chemisch aktive Material, extrudiert. Die erste und die zweite Vielzahl der Harzkügelchen berühren sich, wenn sie auf der Formungsoberfläche 30 angeordnet werden. Bei der Berührung vernetzen das erste chemisch aktive Material, umfassend die erste Vielzahl der Kügelchen, und das zweite chemisch aktive Material, umfassend die zweite Vielzahl der Kügelchen, an den Kontaktpunkten. Es wird angenommen, dass auf diese Weise eine ausreichend sichere Verbindung zwischen der ersten und zweiten Vielzahl der Harzkügelchen gebildet werden kann.
Der nächste Schritt umfasst das Erzeugen einer Verbindung zwischen dem Harzrahmenwerk 300 und dem Verstärkungselement 50. Es ist zu beachten, dass die Formungsoberfläche 30 durch das Verstärkungselement 50 definiert werden kann oder nicht. In den in 1, 2 und 14 gezeigten Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Verstärkungselement 50 die Formungsoberfläche 30. Anders ausgedrückt, wird in 1, 2 und 14 die Formungsoberfläche 30 entweder durch die erste Seite 51 oder durch die zweite Seite 52 des Verstär kungselements 50 definiert. Als Alternative umfasst das Verstärkungselement 50 in den in 17 und 18 gezeigten Ausführungsformen ein von der Formungsoberfläche 30 unabhängiges Element. In dem letzteren Fall ist eine Oberflächenenergie der Formungsoberfläche 30 vorzugsweise geringer als eine Oberflächenenergie des Verstärkungselements 50. Es bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung einer Oberflächenenergiedifferenz zwischen der Formungsoberfläche 30 und dem Verstärkungselement 50. Ein Material, das die Formungsoberfläche 30 umfasst, kann inhärent eine relativ geringe Oberflächenenergie besitzen oder behandelt werden, um die Oberflächenenergie zu verringern. Als Alternative oder zusätzlich kann die Formungsoberfläche 30 vor dem Schritt der Anlagerung des Harzmaterials auf der Formungsoberfläche 30 mit einem Trennmittel 60 (17) behandelt werden. Beispiele für das Trennmittel umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: „Ease Release^TM", „Permarelease^TM", „Aqualease^TM" und „Actilease^TM", die von Smooth-On, Inc., erhältlich sind. In 17 ist das Trennmittel 60 schematisch als aus einer Quelle 65 auf die Formungsoberfläche 30 gesprüht gezeigt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass das Trennmittel 60 auch auf die Formungsoberfläche 30 gebürstet oder gerieben werden kann, wobei in diesen Fällen die Quelle 65 eine Bürste, eine Wanne oder eine andere auf dem Fachgebiet bekannte Vorrichtung umfassen kann.
In den Ausführungsformen, in denen das Verstärkungselement 50 die Formungsoberfläche 30 umfasst, kann der Schritt des Erzeugens der Verbindung zwischen dem Harzrahmenwerk 300 und dem Verstärkungselement 50 nahezu gleichzeitig mit dem Schritt des Extrudierens des Harzmaterials auf das Verstärkungselement 50 erfolgen. Das fluide Harzmaterial und das Verstärkungselement 50 können so gewählt werden, dass das Harzmaterial das Verstärkungselement 50 zumindest teilweise durchdringen kann, wobei es sich bei der Verfestigung damit verbindet. Ein Fachmann wird verstehen, dass in dem letzteren Fall solche Eigenschaften des extrudierbaren Harzmaterials wie Viskosität/Fluidität, Oberflächenspannung, chemische Reaktivität, Temperatur und solche Eigenschaften des Verstärkungselements 30 wie mikroskopische Geometrie und Oberflächenenergie äußerst relevant sind.
Als Alternative oder zusätzlich kann das Verstärkungselement 50 oder zumindest dessen erste Oberfläche 51 vor der Anlagerung des Harzmaterials auf dem Verstärkungselement 30 mit einem Haftmaterial 80 (1) behandelt werden. Die geeigneten Haftmaterialien umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Kontaktklebstoff Cyanoacrylat, anaerobe Haftmittel, wie zum Beispiel omniFIT und SICIMENT, die von Chicago Glue Machine und der Henkel Corporation erhältlich sind, verschiedene Schmelzklebstoffe, wie zum Beispiel ADVANTA, feuchtigkeitshärtende und UV-härtende Silikone, Epoxide, Urethane und eine beliebige Kombination davon.
Das Haftmittel 60 kann zum Beispiel durch Sprühen (1), Drucken mit einer Druckwalze (nicht gezeigt), Eintauchen des Verstärkungselements 50 in das Bad mit dem Haftmittel (nicht gezeigt) oder durch ein beliebiges anderes auf dem Fachgebiet bekanntes Mittel auf/in dem Verstärkungselement 50 angelagert werden.
Der Schritt des Erzeugens der Verbindung des Harzrahmenwerks 300 und des Verstärkungselements 50 kann das Kalandrieren des Verstärkungselements 50 in Kombination mit dem Harzrahmenwerk 300 mit der Kalandriervorrichtung 40 umfassen, wie am besten in 18 gezeigt. In dem letzteren Fall ist ein Schritt insbesondere bevorzugt, der die kontinuierliche Bewegung der Formungsoberfläche 30 und des Verstärkungselements 50 bei einer Transportgeschwindigkeitumfasst, so dass zumindest ein Teil des Verstärkungselements 50 in direkter Beziehung mit zumindest einem Teil des auf der Formungsoberfläche 30 geformten Harzrahmenwerks 300 steht. Während das Harzrahmenwerk 300 weiterhin fließfähig ist, berührt der Teil des Verstärkungselements 50, der der Formungsoberfläche 30 gegenüberliegt, das Harzrahmenwerk 300 für einen vorbestimmten Zeitraum, der ausreicht, damit sich das Harzrahmenwerk 300 mit dem Verstärkungselement 30 verbindet.
Die Formungsoberfläche 30 kann unter Verwendung einer Vielzahl von geeigneten Materialien, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, hergestellt werden. Die Beispiele umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Fluorkohlenwasserstoffpolymere, wie zum Beispiel Polytetrafluoroethylen (oder PTFE, auch als Teflon^® bekannt), GoreTex^®, im Handel erhältlich von W. L. Gore & Associates, Inc., aus Newark, DE, mikroporöse Materialien, im Handel erhältlich von Millipore Corp. aus Bedford, MA, Micropore-Bänder, hergestellt von der 3M Corporation aus St. Paul, MN, verschiedene gesinterte Materialien, wie zum Beispiel poröse Edelstahl-Drahtgitterlaminate Dynapore^®, hergestellt von Martin Kurtz & Co., Inc., aus Mineola, NY, und gesinterte Legierungen, erhältlich von National Sintered Alloys, Inc., aus Clinton, CT, und Metalldrahtgewebe, im Handel erhältlich von Haver & Boecker aus Oelde, Deutschland, und Haver Standard India Pvt. Ltd. (HAST) aus Bombay, Indien.
Eine Kalandriervorrichtung 40 kann verwendet werden, um den Schritt des Erzeugens der Verbindung zwischen dem Harzrahmenwerk 300 und dem Verstärkungselement 50 zu erleichtern, unabhängig von einer spezifischen Ausführungsform der Formungsoberfläche 30. 14 und 17 zeigen schematisch die Kalandriervorrichtung 40, umfassend drei Paare von gegenüberliegenden Kalandrierwalzen 41–41a, 42–42a und 43–43a. Diese Anordnung kann vorteilhaft eine zunehmend diskrete Anwendung eines Kalandrierdrucks durch Konstruktion eines Walzenspalts zwischen den Walzen 42–42a, der kleiner ist als der Walzenspalt zwischen den Walzen 41–41a, und eines Walzenspalts zwischen den Walzen 43–43a, der kleiner ist als der Walzenspalt zwischen den Walzen 42–42a, ermöglichen.
Die in 18 gezeigte Ausführungsform des Harzrahmenwerks 300 umfasst die Super-Höcker 160, wie oben beschrieben. 18 zeigt außerdem die Ausführungsform des Verfahrens, bei dem das Harzrahmenwerk 300 und das damit in Kontakt befindliche Verstärkungselement 50 zwischen den Walzen 51 und 52 in dem Ausmaß zusammengedrückt werden, das eine lediglich teilweise Verbindung des Verstärkungselements 50 mit dem Harzrahmenwerk 300 erlaubt, d. h., das Verstärkungselement 50 wird hauptsächlich mit den Super-Höckern 160 verbunden. Anders ausgedrückt, kann ein Walzenspalt zwischen den Kalandrierwalzen 51 und 52 so gewählt werden, dass das Verstärkungselement 50 und das Harzrahmenwerk 300 durch die mit dem Verstärkungselement 50 verbundenen Super-Höcker 160 miteinander verbunden werden. Der Rest des Harzrahmenwerks 300 kann mit dem Verstärkungselement 50 verbunden werden oder nicht. Die Vorteile einer teilweisen oder periodischen Verbindung sind oben erläutert.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, von der angenommen wird, dass sie besonders vorteilhaft ist, ist schematisch in 15 und 16 gezeigt. In 16 umfasst ein teilweise geformtes Harzrahmenwerk eine Vielzahl von Harzkügelchen 110, 210, die auf dem Verstärkungselement 50 angeordnet sind und sich darauf überkreuzen. Die Super-Höcker 160 werden an den Kontaktpunkten 150 gebildet. Das Verstärkungselement 50, umfassend ein gewebtes Element, wird durch das Stützband 20 gestützt, wie oben erläutert. Wenn das teilweise geformte Harzrahmenwerk in Verbindung mit dem Verstärkungselement mit der Kalandriervorrichtung 40 (14) kalandriert wird, werden die Harzkügelchen 110 unter Kalandrierdruck in dem Ausmaß in das Verstärkungselement 50 gepresst, das ausreicht, um eine sichere Verbindung zwischen dem Verstärkungselement 50 und dem Harzrahmenwerk bereitzustellen. Falls erwünscht, können die Harzkügelchen 110 je nach den relativen Abmessungen des Verstärkungselements 50 und der Harzkügelchen durch die gesamte Dicke des Verstärkungselements 50 gepresst werden, so dass sie das Stützband 20 berühren. In 16 sind nur die Kügelchen 110 direkt mit dem Verstärkungselement 50 verbunden, die Kügelchen 210 dagegen nicht. Wie oben erläutert, wird angenommen, dass diese Ausführungsform des Bands 90 den Vorteil bietet, ein hohes Maß an Unabhängigkeit des Harzrahmenwerks von dem Verstärkungselement und gleichzeitig eine sichere Verbindung dazwischen bereitzustellen.
Der nächste Schritt umfasst die Verfestigung des mit dem Verstärkungselement 50 verbundenen Harzrahmenwerks 300. Wie hier verwendet, beziehen sich der Begriff „Verfestigung" und Ableitungen davon auf einen Prozess der Änderung eines fluiden Zustands in einen festen oder teilweise festen Zustand. Üblicherweise umfasst die Verfestigung eine Phasenänderung von einer flüssigen Phase in eine feste Phase. Der Begriff „Aushärtung" bezieht sich auf eine Verfestigung, bei der eine Vernetzung auftritt. Beispielsweise können fotoempfindliche Harze durch UV-Strahlung ausgehärtet werden, wie in den auf gewöhnliche Weise übertragenen US-Patenten 5,334,289, 5,275,700, 5,364,504, 5,098,522, 5,674,663 und 5,629,052 beschrieben. Bei den thermoplastischen und wärmehärtbaren Harzen ist eine bestimmte Temperatur zur Verfestigung erforderlich. Der Schritt der Verfestigung umfasst vorzugsweise das Aushärten des Harzmaterials.
Die Vorverfestigung des Harzmaterials kann bereits unmittelbar beginnen, nachdem das fluide Harzmaterial auf der Formungsoberfläche 30 angelagert wurde, um darauf das Harzrahmenwerk zu formen. Ein Verfahren zur Verfestigung des Harzmaterials hängt von dessen Beschaffenheit ab. Wenn ein thermoplastisches oder wärmehärtbares Harz verwendet wird, umfasst die Verfestigung die Kühlung des Harzmaterials. Photopolymerharze können durch ein Aushärtungsverfahren ausgehärtet werden, das in den oben genannten auf gewöhnliche Weise übertragenen US-Patenten 4,514,345 und 5,275,700 beschrieben ist. Das Harzmaterial, umfassend Mehrkomponentenharze oder -kunststoffe, kann sich während eines bestimmten vorbestimmten Zeitraums durch Vermischen auf natürliche Weise verfestigen. In einigen Ausführungsformen kann die Verfestigung des Harzmaterials unmittelbar beginnen, nachdem das Harzmaterial auf die Formungsoberfläche 30 extrudiert wurde. Ein Schritt der Vorverfestigung kann erforderlich sein, um zu ermöglichen, dass die Form des auf der Formungsoberfläche 30 geformten Harzrahmenwerks 300 während des folgenden Schritts des Erzeugens der Verbindung zwischen dem Verstärkungselement 50 und dem Harzrahmenwerk 300 in ausreichendem Maße bewahrt werden kann. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Vorverfestigung" auf eine teilweise Verfestigung des Harzmaterials, so dass das Harzmaterial in der Lage ist, die gewünschte Form in ausreichendem Maße zu bewahren, und dennoch weich genug, um wirksam mit dem Verstärkungselement 50 verbunden zu werden. Der Grad der Vorverfestigung hängt von der Art des Harzmaterials und dessen Viskosität, der relativen Geometrie der Harzkügelchen und des Verstärkungselements 50, der Zeit, während der der Schritt der Verbindung durchgeführt wird, und anderen relevanten Parametern des erfindungsgemäßen Verfahrens und Apparats ab.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Ausführungsform berücksichtigt, bei der das auf der Formungsoberfläche 30 geformte Harzrahmenwerk 300 vorverfestigt wird, so dass sich die Außenoberfläche des Harzrahmenwerks 300 zuerst verfestigt, während der Rest des Harzmaterials sich weiterhin in einem im Wesentlichen fluiden Zustand befindet. Anschließend dient die Außenoberfläche der Harzrahmenwerks 300, die zumindest teilweise verfestigt ist, als Schale für den Rest des Harzrahmenwerks 300, der weiterhin zumindest teilweise fluid ist. Diese Ausführungsform kann besonders vorteilhaft in dem Verfahren sein, in dem das Verstärkungselement 50 mit dadurch verlaufenden Hohlräumen verwendet wird, wie zum Beispiel ein gewebtes Verstärkungselement, das in 3, 9 und 11–18 schematisch gezeigt ist. In dieser Ausführungsform wird das Harzmaterial, wenn der Druck auf das teilweise verfestigte Harzrahmenwerk 300 ausgeübt wird, durch die Garne zumindest der ersten Seite 51 des Verstärkungselements 50 „gedrückt", ohne dass die Form des Harzrahmenwerks 300 prohibitiv verzerrt wird, da die Form des Harzrahmenwerks 300 durch die teilweise verfestigte „Schale" erhalten wird. Das Harzrahmenwerk 300 wird üblicherweise, jedoch nicht notwendigerweise, nicht nur an dem Verstärkungselement 50 befestigt, sondern um strukturelle Elemente des Verstärkungselements 50 (wie zum Beispiel einzelne Garne in einem gewebten Verstärkungselement 50) „gewickelt", um ausreichend an diesen befestigt zu sein, wobei einige von diesen zumindest teilweise eingeschlossen werden. Der Druck bewirkt, dass das Harzmaterial zwischen die strukturellen Elemente des Verstärkungselements 50 eindringt.
Als Beispiel zeigen 1, 2, 14 und 17 schematisch den Aushärtungsapparat 400, der sich gegenüber der Formungsoberfläche 30 befindet. Je nach der Art des Harzmaterials umfassen die Beispiele für den Aushärtungsapparat 400, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: eine Heizvorrichtung zur Erhöhung der Vernetzungsreaktionsgeschwindigkeiten oder Kondensationsgeschwindigkeiten zur Kondensation von Polymeren, eine Kühlvorrichtung zur Verfestigung von thermoplastischen Kunststoffen, verschiedene Apparate, durch die eine Infrarot-Aushärtungsstrahlung, eine Mikrowellen-Aushärtungsstrahlung oder eine ultraviolette Aushärtungsstrahlung bereitgestellt werden, und dergleichen. Die auf gewöhnliche Weise übertragene Patentanmeldung mit der Seriennr. 08/799,852 und dem Titel „Apparatus for Generating Parallel Radiation For Curing Photosensitive Resin", eingereicht im Namen von Trokhan am 13. Februar 1997, und die auf gewöhnliche Weise übertragene Patentanmeldung mit der Seriennr. 08/858,334 und dem Titel „Apparatus for Generating Controlled Radiation For Curing Photosensitive Resin", eingereicht im Namen von Trokhan et al. am 13. Februar 1997, stellen eine relevante Lehre zu dem Zweck bereit, mehrere Ausführungsformen des Aushärtungsapparats 400 zu zeigen, die zur Verfestigung des Harzrahmenwerks 300, umfassend ein fotoempfindliches Harz, verwendet werden können. Die Aushärtungsvorrichtung 400 kann auch zu Zwecken der Vorverfestigung verwendet werden, wie oben beschrieben.
Wahlweise kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Schritt des Kontrollierens der Dicke des Bands ermöglicht werden. Die Dicke des Harzrahmenwerks 300 kann durch die Kalandriervorrichtung 40 kontrolliert werden, wie oben beschrieben. Die Dicke des herzustellenden Bands 90 kann anhand eines vorausgewählten Werts durch Kontrollieren des dritten Abstands A3 (13) kontrolliert werden. Außerdem kann die Dicke des herzustellenden Bands 90 durch Kontrollieren der Tiefe der Vertiefungen Z (3) kontrolliert werden. Als Alternative oder zusätzlich können solche Mittel wie eine rotierende Schleifwalze 50 (1) und/oder ein Hobelmesser und/oder ein Laser oder beliebige andere Mittel, die auf dem Fachgebiet bekannt und für den Zweck des Kontrollierens der Dicke des herzustellenden Bands 90 geeignet sind, verwendet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und den erfindungsgemäßen Apparat wird die Menge des fließfähigen Harzes, die bei der Konstruktion des Bands 90 verwendet werden muss, bedeutend verringert und somit ein wirtschaftlicher Vorteil ermöglicht. Das dem Stand der Technik entsprechende Verfahren der Herstellung des Bands unter Verwendung eines fotoempfindlichen Harzes und einer Aushärtungsstrahlung erfordert das Auftragen einer Beschichtung des fotoempfindlichen Harzes auf das Verstärkungselement, das Aushärten ausgewählter Teile der Harzbeschichtung und das anschließende Entfernen (üblicherweise Auswaschen) nicht ausgehärteter Teile der Harzbeschichtung. Die Menge des ausgewaschenen Harzes kann bis zu 75 % relativ zu der Menge der gesamten Harzbeschichtung betragen. In der vorliegenden Erfindung kann die genaue Menge des Harzmaterials, die für das Harzrahmenwerk 300 erforderlich ist, auf der Formungsoberfläche 30 geformt werden. Außerdem ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Apparat die Erzeugung einer praktisch unbegrenzten Anzahl von Mustern des Harzrahmenwerks 300.

Claims

Papierherstellungsband (90), umfassend ein Verstärkungselement (50) und ein gemustertes Harzrahmenwerk (300), das mit dem Verstärkungselement (50) verbunden ist und sich von dort nach außen erstreckt, wobei das Harzrahmenwerk weiterhin eine Vielzahl von darin enthaltenen Ablenkkanälen (350) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Harzmaterial umfasst: mindestens eine erste Vielzahl von Harzkügelchen (110) und eine zweite Vielzahl von Harzkügelchen (210), wobei die mindestens erste und zweite Vielzahl von Harzkügelchen mit dem Verstärkungselement verbunden sind, die erste Vielzahl von Harzkügelchen eine erste Dicke aufweist und die zweite Vielzahl von Harzkügelchen eine zweite Dicke aufweist, wobei die mindestens erste und zweite Vielzahl der Harzkügelchen (110, 210) zumindest teilweise an Kontaktpunkten überlappen und dadurch Super-Höcker (160) darin bilden, vorzugsweise verteilt über das gesamte Verstärkungselement (50) in einem vorausgewählten Muster, wobei die Ablenkkanäle zwischen den Kontaktpunkten angeordnet sind und die Super-Höcker eine dritte Dicke aufweisen, die größer ist als die erste Dicke und die zweite Dicke.
Band (90) nach Anspruch 1, wobei das gemusterte Harzrahmenwerk (300) ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster, ein semi-kontinuierliches Muster oder eine Kombination davon aufweist.
Band (90) nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei die Harzkügelchen (110, 210) in mindestens der ersten oder der zweiten Vielzahl eine wellenförmige Konfiguration aufweisen.
Band (90) nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, wobei das Verstärkungselement (50) ein fluiddurchlässiges Element und vorzugsweise ein Gewebe oder ein Sieb mit einer Vielzahl von dadurch verlaufenden offenen Bereichen umfasst.
Band (90) nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, wobei die erste Vielzahl der Harzkügelchen (110) ein erstes Harzmaterial und die zweite Vielzahl der Harzkügelchen (210) ein zweites Harzmaterial umfasst, wobei das erste und das zweite Harzmaterial relativ zueinander chemisch aktiv sind, wobei vorzugsweise das erste Harzmaterial und das zweite Harzmaterial an den Kontaktpunkten vernetzt sind.
Band (90) nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, wobei die Harzkügelchen (110, 210) ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden, Silikonen, Urethanen, Polystyrolen, Polyolefinen, Polysulfiden, Nylons, Butadienen, Photopolymeren und einer beliebigen Kombination davon umfassen.
Papierherstellungsband (90), umfassend: ein Verstärkungselement (50) und ein gemustertes Harzrahmenwerk (300) mit einer Vielzahl von darin enthaltenen Ablenkkanälen (350), wobei das Harzrahmenwerk (300) mindestens eine Vielzahl von in einem vorausgewählten Muster miteinander verbundenen Harzkügelchen (110) umfasst und weiterhin erste Teile und zweite Teile aufweist, wobei nur die ersten Teile der Harzkügelchen direkt mit dem Verstärkungselement (50) verbunden sind, so dass das Harzrahmenwerk (300) sicher mit dem Verstärkungselement verbunden und teilweise relativ dazu beweglich ist.
Band (90) nach Anspruch 7, wobei die Harzkügelchen (110, 210) zumindest teilweise an Kontaktpunkten überlappen und dadurch Super-Höcker (160) bilden, die die ersten Teile der Harzkügelchen umfassen, vorzugsweise in einem vorausgewählten Muster über das gesamte Verstärkungselement verteilt.
Band (90) nach den Ansprüchen 7 und 8, wobei das Harzrahmenwerk (300) eine erste Vielzahl von Kügelchen (110), umfassend ein erstes Harzmaterial, und eine zweite Vielzahl von Kügelchen (210), umfassend ein zweites Harzmaterial, umfasst und das erste und das zweite Harzmaterial relativ zueinander chemisch aktiv sind, so dass das erste und das zweite Harzmaterial an den Kontaktpunkten vernetzt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Papierherstellungsbands (90), umfassend ein Verstärkungselement (50) und ein gemustertes Harzrahmenwerk (300), das mit dem Verstärkungselement (50) verbunden ist und sich von dort nach außen erstreckt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen einer Formungsoberfläche mit einer Längsrichtung und einer Querrichtung; (b) Bereitstellen mindestens eines ersten extrudierbaren Harzmaterials; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: (c) Bereitstellen mindestens eines ersten Extrusionswerkzeugs, welches so strukturiert ist, dass das erste Harzmaterial auf die Formungsoberfläche extrudiert wird; (d) Zuführen des zumindest ersten Harzmaterials in das zumindest eine erste Extrusionswerkzeug und Extrudieren des zumindest ersten Harzmaterials aus dem zumindest ersten Extrusionswerkzeug auf die Formungsoberfläche in einem vorausgewählten Muster, so dass mindestens eine Vielzahl von Harzkügelchen (110, 210) geformt wird, die in einem vorausgewählten Muster miteinander verbunden sind und erste und zweite Teile aufweisen; (e) Erzeugen einer Verbindung zwischen dem Harzrahmenwerk (300) und dem Verstärkungselement (50), so dass nur die ersten Teile der Harzkügelchen direkt mit dem Verstärkungselement verbunden sind, und (f) Verfestigen des Harzmaterials, wobei das Harzrahmenwerk (300) sicher mit dem Verstärkungselement (50) verbunden und teilweise relativ dazu beweglich ist.