DE69903452T2

DE69903452T2 - Papiermachergewebe und verfahren und vorrichtung zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69903452T2
Application number: DE69903452T
Authority: DE
Inventors: Stanley Ampulski
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2019-08-14
Also published as: JP2002522270A; AU5488199A; AU752604B2; KR20010072387A; DE69903452D1; ZA200100774B; CA2339158C; US6099781A; CN1313807A; EP1105273A1; BR9915103A; US6561781B1; ATE225701T1; NZ509558A; EP1105273B1; MY133952A; WO2000009308A1; CN1116974C; CA2339158A1; ES2181466T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren für das Herstellen von Papier machenden Bändern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für das Herstellen eines Bandes, das eine Verstärkungsstruktur und einer harzartiges, damit verbundenes Rahmenwerk aufweist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Im allgemeinen umfassen Durchlufttrocknungsverfahren mehrere Schritte. Eine wässrige Dispersion von Papier machenden Fasern wird zu einer embrionischen Bahn auf einem foraminiferen Element, wie einem Fourdrinier-Drahtgitter ausgebildet. Diese embrionische Bahn wird mit einem Ablenkelement, das eine makroskopisch ebene und vorzugsweise nicht zufällig gemusterte Netzwerkoberfläche aufweist, die im Ablenkelement eine Vielzahl von fluiddurchlässigen Ablenkkanälen bildet, verbunden. In einem kontinuierlichen Verfahren zur Papierherstellung liegt dieses Ablenkelement in Form eines endlosen Papier machenden Bandes vor. Wenn die gemusterte Netzwerkoberfläche des Ablenkelements im wesentlichen kontinuierlich ist, so umfasst die Vielzahl der Ablenkkanäle diskrete Kanäle, die voneinander isoliert sind. Wenn die gemusterte Netzwerkoberfläche des Ablenkelements eine Vielzahl von einander isolierter Vorsprünge umfasst, bilden die vielen Kanäle eine im wesentlichen kontinuierliche Fläche. Die Papier machenden Fasern werden in die Ablenkkanäle abgelenkt, und Wasser wird durch die Ablenkkanäle entfernt, wodurch eine Zwischenbahn ausgebildet wird. Die Zwischenbahn wird dann getrocknet und, sofern es gewünscht wird, durch Kreppen verkürzt.
Das Papier machende Band, das das Ablenkelement umfasst, ist in mehreren US-Patenten des Anmelders der vorliegenden Anmeldung beschrieben: US- 4,514,345, das am 30. April 1985 an Johnson et al. erteilt wurde, US- 4,528,239, das am 9. Juli 1985 an Trokhan erteilt wurde, US-5,098,522, das am 24. März 1992 erteilt wurde, US-5,260,171, das am 9. November 1993 an Smurkoski erteilt wurde, US-5,275,700, das am 4. Januar 1994 an Trokhan erteilt wurde, US-5,328,565, das am 12. Juli 1994 an Rasch et al. erteilt wurde, US-5,334,289, das am 2. August 1994 an Trokhan et al. erteilt wurde, US- 5,431,786, das am 11. Juli 1995 an Rasch et al. erteilt wurde, US-5,496,624, das am 5. März 1996 an Stelljes Jr. et al. erteilt wurde, US-5,500,277, das am 19. März 1996 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,514,523, das am 7. Mai 1996 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,554,467, das am 10. September 1996 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,566,724, das am 22. Oktober 1996 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,624,790, das am 29. April 1997 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,628,876, das am 13. Mai 1997 an Ayers et al. erteilt wurde, US-5,679,222, das am 21. Oktober 1997 an Rasch et al. erteilt wurde, und US-5,714,041, das am 3. Februar 1998 an Ayers et al. erteilt wurde, wobei der Inhalt dieser Patente hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Die Ablenkung der Papier machenden Fasern in die Ablenkkanäle des Ablenkelements kann beispielsweise durch die Aufbringung eines unterschiedlichen Fluiddrucks auf die embrionische Bahn veranlasst werden. Ein bevorzugtes Verfahren für das Aufbringen des Differentialdrucks umfasst das Aussetzen der embrionischen Bahn einem Vakuum durch die Ablenkkanäle des Ablenkelements. Eine plötzliche Aufbringung des Differentialfluiddrucks auf die Fasern neigt dazu, einige der Fasern, die in die Ablenkkanäle abgelenkt werden, von der Bahn und voneinander zu lösen. Zusätzlich könnte als Ergebnis einer plötzlichen Aufbringung des Druckdifferentials auf die Bahn eine gewisse Anzahl der teilweise entwässerten Fasern, die von der embrionischen Bahn getrennt wurden, vollständig durch die Kanäle des Ablenkelements hindurch gehen. Dieses Phänomen verursacht die Ausbildung sogenannter feiner Löcher (pinholes) in der fertigen Papierbahn, und es kann auch zu einem Verstopfen der Vakuumentwässerungsmaschinerie mit den Fasern, die von der Bahn getrennt sind, führen.
Die unerwünschte Ausbildung von feinen Löchern kann durch das Bereitstellen eines Lecks zwischen dem Ablenkelement und der Papier machenden Ausrüstung, die das Fluiddruckdifferential schafft, gemildert werden. Ein Weg, um ein solches Leck zu schaffen, besteht darin, Oberflächentexturunregelmässigkeiten im Netzwerk der Rückseite des Ablenkelements zu schaffen. Die US- Patente des Anmelders der vorliegenden Anmeldung US-5,098,522, das am 24. März 1992 an Smurkoski et al. erteilt wurde, und US-5,364,504, das am 15. November 1994 an Smurkoski et al. erteilt wurde, beschreiben ein Verfahren für das Herstellen eines auf der Rückseite texturierten Bandes, das das Formen eines lichtempfindlichen, harzartigen Materials über und durch eine Verstärkungsstruktur, während sich die Verstärkungsstruktur über eine texturierte Arbeitsfläche bewegt, umfasst. Das US-Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung US-5,275,700, das am 4. Januar 1994 an Trokhan et al. erteilt wurde, beschreibt ein Verfahren für das Herstellen eines auf der Rückseite texturierten Bandes, das das Aufbringen einer Beschichtung eines lichtemp findlichen Harzes auf die Verstärkungsstruktur und das Pressen der Verstärkungsstruktur in eine verformbare Oberfläche, so dass die verformbare Oberfläche Vorsprünge ausbildet, die das Harz von gewissen Gebieten ausschließen, um so eine texturierte Rückseite des Bandes zu schaffen, umfasst. Das US-Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung US-5,334,289, das am 2. August 1994 an Trokhan et al. erteilt wurde, beschreibt ein Verfahren für das Herstellen eines auf der Rückseite texturierten Bandes, das das Aufbringen einer Beschichtung eines lichtempfindlichen Harzes auf eine Verstärkungsstruktur, die undurchsichtige Teile aufweist, und das anschließende Aussetzen des Harzes einer Aushärtungsstrahlung durch die Verstärkungsstruktur umfasst. Die vorangehenden Patente werden hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
Ein anderer Weg, die unerwünschte Ausbildung von feinen Löchern zu mildern, der durch den vorliegenden Anmelder entwickelt wurde, umfasst das Herstellen des Bandes, das Ablenkkanäle aufweist, in einer Weise, dass ein wesentlicher Teil jedes Kanals nicht weniger als ungefähr 45 Milliinch in jeder der Abmessungen des Kanals (gemessen in der allgemeinen Ebene des Bandes, das ist eine X-Y-Ebene) aufweist, wie das im US-Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung US-5,679,222, das am 21. Oktober an Rasch et al. erteilt wurde, beschrieben ist, und das hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Die Suche nach verbesserten Produkten hat sich dennoch fortgesetzt.
Die vorliegende Erfindung liefert ein neues Verfahren für das Herstellen eines verbesserten Papier machenden Bandes, das eine Verstärkungsstruktur und ein damit verbundenes harzartiges Rahmenwerk umfasst. Ein Vorteil der vorlie genden Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren für das Herstellen eines auf der Rückseite texturierten Papier machenden Bandes bereit zu stellen. Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein neues Verfahren für das Herstellen eines Papier machenden Bandes, bei dem die Tiefe des Eindringens des Harzes in die Verstärkungsstruktur steuerbar ist, so dass das Harz in einen vorbestimmten Teil der Dicke der Verstärkungsstruktur eindringt, um eine akzeptable Verbindung des Harzes mit der Verstärkungsstruktur zu liefern, während die Flexibilität der Verstärkungsstruktur als auch ihre Durchlässigkeit gegenüber Luft und Wasser aufrecht gehalten wird, liefert. Ein nochmals anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein Verfahren für das Reduzieren der Menge des harzartigen Materials, die für das Herstellen des Papier machenden Bandes erforderlich ist, liefert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Papier machendes Band, das durch ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, umfasst eine Verstärkungsstruktur und ein damit verbundenes gemustertes harzartiges Rahmenwerk. Die Verstärkungsstruktur weist eine erste Seite und eine entgegengesetzte zweite Seite auf. Das harzartige Rahmenwerk weist eine Oberseite und eine Unterseite auf, wobei die Ober- und Unterseiten den ersten und zweiten Seiten der Verstärkungsstruktur entsprechen. Das harzartige Rahmenwerk und die Verstärkungsstruktur sind so miteinander verbunden, dass ein wesentlicher Teil der Unterseite des harzartigen Rahmenwerks über der zweiten Seite der Verstärkungsstruktur angehoben ist. Das heißt, das Band weist eine Distanz auf, die zwischen der zweiten Seite der Verstärkungsstruktur und dem wesentlichen Teil der Unterseite des harzartigen Rahmenwerks gebildet wird. Während eines Papierherstellungsverfahrens liefert diese Distanz ein Leck zwischen dem Band und der entwässernden Papier machenden Ausrüstung, um somit eine plötzliche Aufbringung einer Fluiddruckdifferenz auf eine Papierbahn, die auf dem Band angeordnet ist, zu eliminieren, und um ein Phänomen, das als "Ausbilden feiner Löcher" bekannt ist, zu mildern. Die Distanz zwischen der zweiten Seite der Verstärkungsstruktur und der Unterseite des harzartigen Rahmenwerks kann sich über der Ebene des Bandes unterscheiden.
Eine Vorrichtung für das Herstellen des Papier machenden Bandes umfasst eine Arbeitsfläche, die ein Muster von Aussparungen aufweist, eine Vorrichtung für das Anordnen der Verstärkungsstruktur im Muster der Aussparungen der Arbeitsfläche, eine Vorrichtung für das Aufbringen eines fluiden harzartigen Materials auf die Verstärkungsstruktur, die in den Aussparungen der Arbeitsoberfläche angeordnet ist, und eine Vorrichtung für das Verfestigen des fluiden harzartigen Materials, um ein gemustertes harzartiges Rahmenwerk, das mit der Verstärkungsstruktur verbunden ist, zu liefern. Das Muster der Aussparungen ist strukturiert und so gestaltet, dass es zumindest teilweise die Verstärkungsstruktur aufnimmt. In einem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren umfasst die Vorrichtung weiter eine Einrichtung für das kontinuierliche Bewegen der Verstärkungsstruktur in Maschinenrichtung.
Ein Verfahren für das Herstellen des Bandes umfasst die folgenden Schritte. Ein fluides, harzartiges Material wird bereitgestellt. Das fluide, harzartige Material wird vorzugsweise aus eine Gruppe ausgewählt, die besteht aus Epoxiden, Siliconen, Urethanen, Polystyrenen, Polyolefinen, Polysulfiden, Nylons, Butadienen, Photopolymeren und beliebigen Kombinationen daraus. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das fluide harzartige Material ein lichtempfindliches Harz. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst das fluide harzartige Material ein wärmeempfindliches Harz. Vorzugsweise wird das fluide harzartige Material in einem flüssigen Zustand bereitgestellt.
Der nächste Schritt umfasst das Bereitstellen einer Verstärkungsstruktur, die eine erste Seite, eine zweite Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, und eine Dicke, die dazwischen definiert ist, aufweist. Vorzugsweise wird eine fluiddurchlässige Verstärkungsstruktur verwendet, so wie beispielsweise eine Gewebeverstärkungsstruktur. Die Verwendung einer Verstärkungsstruktur, die nicht fluiddurchlässig ist, kann bei der vorliegenden Erfindung auch betrachtet werden. Vorzugsweise weist die Verstärkungsstruktur zwischen ihren ersten und zweiten Seiten Lücken auf, wobei die Lücken durch das fluide harzartige Material durchdrungen werden können.
Der nächste Schritt umfasst das Bereitstellen einer Arbeitsfläche. Die Arbeitsfläche umfasst eine äußere Oberfläche und ein darin angebrachtes Muster von Aussparungen. Die Aussparungen weisen eine Tiefe auf und sind so strukturiert und ausgebildet, dass sie die Verstärkungsstruktur aufnehmen.
Der nächste Schritt umfasst das mindestens teilweise Anordnen der Verstärkungsstruktur in den Aussparungen der Arbeitsfläche. Verschiedene Einrichtungen, wie Stützwalzen und Druckwalzen können verwendet werden, um das Anordnen der Verstärkungsstruktur in den Aussparungen zu erleichtern. Durch die flexible Natur der Verstärkungsstruktur kann die Verstärkungsstruktur nur teilweise in den Aussparungen angeordnet werden. In einigen Ausführungsformen ist die Verstärkungsstruktur im Muster der Aussparungen so angeord net, dass sie sich über die äußere Oberfläche der Arbeitsfläche erstreckt. In diesen Fallen ist es vorteilhaft, wenn sich zumindest ein Teil der Lücken, die durch das fluide harzartige Material durchdrungen werden können, über die äußere Oberfläche der Arbeitsfläche erstreckt.
Der nächste Schritt umfasst das Aufbringen des fluiden, harzartigen Materials auf der Verstärkungsstruktur. Vorzugsweise belegt das harzartige Material zumindest einen Teil der Lücken in der Verstärkungsstruktur, um so in Teile der Verstärkungsstruktur "einzuhaken" oder diese "einzuschließen", um wirksam eine Verbindung zwischen ihnen zu bilden. Alternativ kann das harzartige Material an der Verstärkungsstruktur befestigt werden, ohne sich in Teile von ihr einzuhaken. Im letzteren Fall weist die erste Seite der Verstärkungsstruktur vorzugsweise eine ausreichende Rauhigkeit oder/und ein Haftmittel auf, was durch eine spezielle Behandlung der Verstärkungsstruktur erzielt werden kann.
Das fluide harzartige Material kann auf die Verstärkungsstruktur in Form einer im wesentlichen gleichförmigen Lage oder, alternativ, gemäß einem vorbestimmten Muster aufgebracht werden. Die erste Ausführungsform ist insbesondere für lichtempfindliche aushärtbare harzartige Materialien relevant, während die letztere Ausführungsform für die Verfahren, die eine gemusterte Formungsoberfläche, um das harzartige Material auf der Verstärkungsstruktur abzusetzen, aufweisen, relevant ist. Im letzteren Fall umfasst das Verfahren ferner die Schritte der Bereitstellung einer gemusterten Oberfläche neben der Verstärkungsstruktur und das Ablagern des fluiden, harzartigen Materials in die Formungstaschen der Formungsoberfläche. Die Formungsoberfläche weist ein Muster von Formungstaschen auf, wobei die Taschen strukturiert und gestaltet sind, um das fluide, harzartige Material aufzunehmen, und es dann auf der Ver stärkungsstruktur abzulagern. Die Vielzahl der Formungstaschen kann ein im wesentlichen kontinuierliches Muster, ein Muster aus diskreten Taschen oder ein halb-kontinuierliches Muster, das eine Kombination des im wesentlichen kontinuierlichen Musters und des Musterns der diskreten Taschen umfasst, aufweisen. Die Formungsoberfläche kann eine Oberfläche einer drehbaren Formungswalze oder eine Oberfläche eines endlosen Formungsbandes umfassen.
Der nächste Schritt umfasst das Verfestigen des fluiden, harzartigen Materials, um ein gemustertes harzartiges Rahmenwerk, das mit der Verstärkungsstruktur verbunden ist, auszubilden. Die Natur des harzartigen Materials diktiert das Verfahren zu seiner Verfestigung. Vorzugsweise umfasst das Verfestigen ein Aushärten (das heißt, ein Verfahren, das ein Vernetzen einschließt) des harzartigen Materials. Die lichtempfindlichen harzartigen Materialien können durch ein Aushärten, typischerweise mit UV-Strahlung, ausgehärtet werden. Einige der wärmeempfindlichen harzartigen Materialien können auf natürliche Weise während einer gewissen Zeitdauer aushärten. Nachdem das harzartige Material ausgehärtet ist, bildet es ein harzartiges Rahmenwerk, das sicher mit der Verstärkungsstruktur verbunden ist, um so das Papier machende Band auszubilden.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Während die Beschreibung mit den Ansprüchen abschließt, die die vorliegende Erfindung speziell darstellen und eindeutig beanspruchen, wird die Erfindung aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeich nungen, in denen gleiche Elemente mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind, besser verständlich.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens für das Herstellen einer Papierbahn mit einem Papier machenden Band gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Teilaufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform des Papier machenden Bandes, das gemäß einem Verfahrender vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, wobei das Band eine Verstärkungsstruktur und ein kontinuierliches harzartiges Rahmenwerk, das mit der Verstärkungsstruktur verbunden ist, umfasst.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linien 3-3 der Fig. 2.
Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für das Herstellen eines Papier machenden Bandes, das ein aushärtbares lichtempfindliches harzartiges Material umfasst, zeigt.
Fig. 4A ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linien 4A-4A der Fig. 4.
Fig. 4B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linien 4B-4B der Fig. 4A.
Fig. 4C ist eine schematische und detaillierter Querschnittsansicht eines Elements des Musters der Aussparungen der Arbeitsfläche, die in Fig. 4B gezeigt ist.
Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht, die eine andere Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für das Herstellen eines Papier machenden Bandes zeigt, wobei die Vorrichtung ein Formungselement umfasst.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In der repräsentativen Papierherstellungsmaschine, die schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, könnte das Papier machende Band gemäß der vorliegenden Erfindung in Form eines Endlosbandes, eines Papier machenden Bandes 10 hergestellt werden. Das Papier machende Band 10 weist eine die Bahn berührende Seite 11 und eine Rückseite 12 entgegengesetzt zur die Bahn berührenden Seite 11 auf. Das Papier machende Band 10 trägt eine Papierbahn (oder "Faserbahn") 27 durch verschiedene Stufen des Papierherstellungsverfahrens. Die Verfahren der Ausbildung von embrionischen Bahnen sind in verschiedenen Dokumenten, wie beispielsweise dem US-Patent 3,301,746, das an Sanford und Sisson am 31. Januar 1974 erteilt wurde, und im US-Patent 3,994,771, das an Morgan und Rich am 30. November 1976 erteilt wurde, beschrieben, wobei beide Patente hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen werden.
Das Papier machende Band 10 bewegt sich in der Richtung, die durch den Richtungspfeil B bezeichnet ist, um die Umlenkwalzen 19a und 19b, die Ein druckquetschwalze 19k, die Umkehrwalzen 19c, 19d, 19e und 19f und eine Emulsionsverteilungswalze 19g. Die Schleife, in der sich das Papier machende Band 10 bewegt, umfasst eine Einrichtung für das Aufbringen einer Fluiddruckdifferenz auf die embrionische Bahn 27, wie einen Vakuumaufnahmeschuh 18a und einen mehrschlitzigen Vakuumkasten 18b. In Fig. 1 bewegt sich das Papier machende Band auch um eine Vortrocknungsvorrichtung, wie eine Durchlufttrocknungsvorrichtung 33, und durch einen Spalt, der zwischen der Eindruckquetschwalze 19k und einer Trocknungstrommel, wie einer Yankee-Trocknungstrommel 28 ausgebildet ist.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform des Papier machenden Bandes 10 in Form eines Endlosbandes, das in Fig. 1 gezeigt ist, ausgebildet ist, kann das Band 10 in verschiedenen anderen Formen, die beispielsweise stationäre Platten für die Verwendung bei der Herstellung von Handstücken (hand sheets) oder rotierende Trommeln für die Verwendung mit anderen Typen kontinuierlicher Verfahren umfassen, hergestellt werden. Unabhängig von der physikalischen Form, die das Papier machende Band 10 annehmen kann, weist das Band 10 im allgemeinen gewisse physikalische Eigenschaften auf, die nachfolgend angegeben werden.
Wie am besten in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist das Band 10 im wesentlichen makroskopisch eben, und es weist die die Bahn berührende Seite 11 und die Rückseite 12 entgegengesetzt zur Bahn berührenden Seite 11 auf. Das Papier machende Band 10 wird als makroskopisch eben angesehen, da wenn ein Teil des Bands 10 in einer ebenen Konfiguration angeordnet wird, die die Bahn berührende Seite 11 als Ganzes gesehen im wesentlichen in einer Ebene liegt. Sie wird als im "wesentlichen" makroskopisch eben bezeichnet, um die Tatsa che zu berücksichtigen, das Abweichungen von der absoluten Ebenheit tolerierbar sind, wenn sie auch nicht bevorzugt werden, so lange die Abweichungen nicht so groß sind, dass sie die Leistung des Bands 10 für die Zwecke eines speziellen Papierherstellungsverfahrens beeinträchtigen.
Das Papier machende Band 10, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden kann, umfasst im allgemeinen zwei Hauptelemente: ein Rahmenwerk 50a (vorzugsweise ein gehärtetes Polymerharzrahmenwerk, das aus einem fließfähigen harzförmigen Material 50 hergestellt ist) und eine Verstärkungsstruktur 40. Die Verstärkungsstruktur 40 weist eine erste Seite 41 und eine zweite Seite 42 entgegengesetzt zur erste Seite 41 auf. Die erste Seite 41 kann Papier machende Fasern während des Papierherstellungsverfahrens kontaktieren, während die zweite Seite 42 typischerweise die Papier machende Einrichtung, wie beispielsweise einen Vakuumaufnahmeschuh 18a und einen mehrschlitzigen Vakuumkasten 18b (die beide in Fig. 1 gezeigt sind), berührt.
Die Verstärkungsstruktur 40 kann eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Formen annehmen. Sie kann ein Gewebeelement, ein nicht gewobenes Element, ein Gitter, ein Netz, ein Band, eine Platte etc. umfassen. Die bevorzugte Verstärkungsstruktur 40 ist luftdurchlässig, aber es sollte verständlich sein, dass eine luftundurchlässige Verstärkungsstruktur 40 in der vorliegende Erfindung auch in Betracht kommt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verstärkungsstruktur 40 ein Gewebeelement, das durch eine Vielzahl von Garnen in Maschinenrichtung, die mit einer Vielzahl von Garnen in Quermaschinenrichtung verwoben sind, gebildet wird, wie das in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Insbesondere kann die Gewebeverstärkungsstruktur 40 ein foraminiferes Gewebeelement, wie es im US-Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung US-5,334,289, das an Trokhan et al. am 2. August 1994 erteilt wurde, und das hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, beschrieben ist. Die Verstärkungsstruktur 40 kann ein Gewebeelement umfassen, das aus einer oder mehreren Lagen der miteinander verwobenen Garne gebildet wird, wobei die Lagen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und sich Seite an Seite berührend miteinander verbunden sind. Das US-Patent 5,679,222 des Anmelders der vorliegenden Anmeldung, das an Rasch et al. am 21. Oktober 1997 erteilt wurde, wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen. Das US- Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung US-5,496,624, das am 5. März 1996 an Stelljes Jr. et al. erteilt wurde, wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen, um eine geeignete Verstärkungsstruktur 40 zu zeigen.
Die Verstärkungsstruktur 40 des Bandes 10 verstärkt das harzartige Rahmenwerk 50a und weist vorzugsweise eine geeignete projizierte Fläche auf, auf die die Papier machenden Fasern unter Druck abgelenkt werden können. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Verstärkungsstruktur 40 fluiddurchlässig. Der Ausdruck "fluiddurchlässig", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Zustand der Verstärkungsstruktur 40, der es Fluiden, wie Wasser und Luft, gestattet, durch die Verstärkungsstruktur 40 in zumindest einer Richtung hindurch zu gehen. Wie ein Fachmann leicht erkennen wird, so werden die Bänder, die eine fluiddurchlässige Verstärkungsstruktur aufweisen, typischerweise in Durchlufttrocknungsverfahren beim Herstellen einer Papierbahn verwendet.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, so ist die Verstärkungsstruktur 40 mit dem harzartigen Rahmenwerk 50a verbunden. Das harzartige Rahmenwerk umfasst ein verfestigtes und vorzugsweise gehärtetes harzartiges Material 50, das heißt, das harzartige Rahmenwerk 50 ist eine feste Phase des fluiden harzartigen Materials 50a. In diesem Sinn können die Ausdrücke "harzartiges Material 50" und "harzartiges Rahmenwerk 50a", wo es passend ist, im Kontext dieser Anmeldung austauschbar verwendet werden. Das harzartige Rahmenwerk 50a weist eine Oberseite 51 und eine Unterseite 52 entgegengesetzt zur Oberseite 51 auf. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Ausdrücke "oben" und "unten" hier konventionell zur Definition verwendet werden, und im vorliegenden Zusammenhang nur insofern beschreibend sind, als das Band 10 in der Fig. 3 dargestellt wird. Während des Papierherstellungsverfahrens berührt die Oberseite 51 des Rahmenwerks 50a die Papier machenden Fasern, um somit das Muster der hergestellten Papierbahn zu definieren. Im fertigen Band 10 umfasst die die Bahn berührenden Seite 11 die Oberseite 51 des harzartigen Rahmenwerks 50a. In einigen Ausführungsformen können Teile der Unterseite 52 des Rahmenwerks und der zweiten Seite 42 der Verstärkungsstruktur in derselben Ebene angeordnet sein. In diesen Fällen können die Teile der Unterseite 52 des Rahmenwerks 50a die Papier machende Ausrüstung berühren. Gemäß der vorliegenden Erfindung berührt ein wesentlicher Teil der Unterseite 52 des Rahmenwerks 50a nicht die Papier machende Ausrüstung. Stattdessen ist der wesentliche Teil der Unterseite 52 über der Oberfläche der Papierherstellungsausrüstung erhaben, so dass eine Distanz Z dazwischen ausgebildet wird, wie das detaillierter weiter unten beschrieben wird. Der wesentliche Teil der Unterseite 52 liegt zwischen den ersten und zweiten Seiten 41, 42 der Verstärkungsstruktur 40. Der Ausdruck "wesentlicher Teil" bezieht sich auf einen Teil der Unterseite 52, wobei dieser Teil nicht in derselben Ebene, in der die zweite Seite 42 der Verstärkungsstruktur 40 angeordnet ist, angeordnet ist, und eine relative Größe dieses Teiles ist als ein vorstehendes Gebiet des Teils auf der allgemeinen Ebene des Bands 10 definiert. Das heißt, der wesentliche Teil der Unterseite 52 des harzartigen Rahmenwerks 50a ist über die zweite Seite 42 der Verstärkungsstruktur 40 erhaben (wie das in Fig. 3 gezeigt ist), und die Distanz Z (die variieren kann) ist dazwischen ausgebildet. Somit berührt während des Papierherstellungsverfahrens ein wesentlicher Teil der Unterseite des harzartigen Rahmenwerks 50a nicht die Oberfläche der Entwässerungseinrichtung der Papierherstellungsvorrichtung. Der wesentliche Teil der Unterseite 52 (gesehen als eine Fläche, die auf die allgemeine Ebene des Bands 10 projiziert wird) beträgt vorzugsweise mindestens ungefähr 45%, noch besser mindestens ungefähr 65% und am besten vorzugsweise mindestens ungefähr 85% des gesamten projizierten Gebiets der Unterseite 52. Es sollte verständlich sein, dass projizierte Flächen, die durch die Garne der Verstärkungsstruktur 40 gebildet werden, nicht gezählt werden.
Es sollte verständlich sein, dass sich die Distanz Z in den unterschiedlichen Teilen des fertigen Bandes 10 unterscheidet (was nicht gezeigt ist). Eine gewünschte Größe des wesentlichen Teils der Unterseite 52 wird durch die relative Geometrie des Bands 10 und der Entwässerungseinrichtung, dem Ausmaß der Distanz Z und anderen Parametern eines speziellen Papierherstellungsverfahrens definiert. Bei einem speziellen Band 10 sollte der wesentliche Teil der Unterseite 52 ausreichen, um ein Leck zwischen der Oberfläche der Papierherstellungsausrüstung, die die Fluiddruckdifferenz schafft, und der Unterseite 12 des Papier machenden Bandes 10 herzustellen.
Die gewünschte Größe des wesentlichen Teils wird im wesentlichen durch das gewünschte Leck zwischen dem Band 10 und der Papierherstellungsausrüstung, die die Fluiddruckdifferenz während des Papierherstellungsverfahrens liefert, definiert. Ein Leck von mindestens ungefähr 35 Marlatt bei einer Druckdifferenz von 7 Inch Quecksilbersäule wird bevorzugt. Eine Umwandlung von Marlatt in Normkubikzentimeter/Minute kann durch das Einfügen der Messung, die in Marlatt erfolgte, in die folgende Gleichung erfolgen, wobei x das Messergebnis in Marlatt ist, und wobei y der entsprechende Wert in Normkubikzentimeter/Minute ist:
y = 36,085 + 52,583x - 0,07685x².
Diese Gleichung für das Umwandeln von Marlatt in Normkubikzentimeter/Minute wurde durch das Kalibrieren des Flussmessgeräts auf Normkubikzentimeter/Minute unter Verwendung eines optischen Seifenblasenmessgeräts "Buck Optical Soap Bubble Meter" entwickelt. Das US-Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung 5,334,289 beschreibt im Detail die Testverfahren und eine Vorrichtung, die verwendet wird, um die Messungen des Lecks durchzuführen (US-Patent 5,334,289 bei 65 : 8 bis 68 : 7). Die Vorrichtung, die im US-Patent 5,334,289 beschrieben ist, kann verwendet werden, um das Leck der Textur der Rückseite des Papier machenden Bandes 10, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, zu messen.
Die Ablenkkanäle 60 (Fig. 2 und 3) erstrecken sich zwischen der Oberseite 51 und der Unterseite 52 des harzartigen Rahmenwerks 50. In einer bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist die Vielzahl der diskreten Ablenkkanäle in einem vorgewählten, nicht zufälligen Muster über das im wesentlichen kontinuierliche harzartige Rahmenwerk 50a verteilt. Die Muster der Verteilung der Kanäle als auch die Form der Kanäle kann variieren, wie das ein Fachmann verstehen wird.
Eine andere (nicht gezeigte) Ausführungsform des Bands 10 umfasst einen im wesentlichen kontinuierlichen (entgegengesetzt zum diskreten) Kanal 60, der eine Vielzahl von diskreten Teilen des harzartigen Rahmenwerks 50a umfasst. Im letzteren Fall umfasst die Vielzahl der diskreten Teile des harzartigen Rahmenwerks 50a vorzugsweise eine Vielzahl von Vorsprüngen, die sich von der ersten Seite 41 des Verstärkungsstruktur 40 nach außen erstrecken, und die im im wesentlichen kontinuierlichen Kanal 60 in einem vorgewählten, nicht zufälligen Muster verteilt sind. Ein Muster wird hier als "im wesentlichen kontinuierlich" bezeichnet, um anzuzeigen, dass kleinere Abweichungen von einer absoluten Kontinuität toleriert werden können, so lange, wie diese Abweichungen die Leistung und die gewünschten Qualitäten des endgültigen Produkts, des Papier machenden Bandes 10, nicht nachteilig beeinflussen. Das Papier machende Band 10, das eine Kombination der beiden vorangehenden Ausführungsformen umfasst (das heißt, die die Vielzahl der diskreten Kanäle und den im wesentlichen kontinuierlichen Kanal umfassen) wird in der vorliegenden Erfindung auch berücksichtigt. Das US-Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung US-5,245,025, das am 14. September 1993 im Namen von Trokhan et al. erteilt wurde, wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
Das Rahmenwerk 50a kann die Unterseite 52 umfassen, die ein Netzwerk von Durchlässen, die die Unregelmäßigkeiten der Textur der Oberfläche der Unterseite bilden, umfasst, wie das im US-Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung US-5,275,700, das am 4. Januar 1994 an Trokhan erteilt wurde, das hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, beschrieben ist. Die beiden Ausführungsformen des Rahmenwerks 50a - die eine weist die Distanz Z zwischen der Unterseite 52 des Rahmenwerks 50 auf, und die andere weist die Unregelmäßigkeiten der Textur der Unterseite auf, liefern ein erwünschtes Leck zwischen dem Band 10, einer Oberfläche der Papierherstellungsausrüstung, die die Fluiddruckdifferenz schafft. Das Leck reduziert eine plötzliche Aufbringung des Vakuumdrucks auf die Papierbahn, und kann diese sogar eliminieren, um somit ein Phänomen, das als "Ausbilden feiner Löcher" bekannt ist, zu mildern.
Das Rahmenwerk 52a, das relativ zur ersten Oberfläche 41 der Verstärkungsstruktur 40 "gewinkelt" angeordnet ist, wird in der vorliegenden Erfindung betrachtet. Der Ausdruck "gewinkelt" in Verbindung mit dem "Rahmenwerk 50a" bezieht sich auf ein Rahmenwerk 50a, in welchem, wenn man es im Querschnitt betrachtet, spitze Winkel zwischen der ersten Oberfläche 41 der Verstärkungsstruktur 40 und den Längsachsen jeder der diskreten Ablenkkanäle im Fall des kontinuierlichen Rahmenwerks 50a oder den diskreten Vorsprüngen im Fall des Rahmenwerks 50a, das eine Vielzahl diskreter Vorsprünge umfasst, ausgebildet werden. Diese Ausführungsformen sind in den Patentanmeldungen des Anmelders der vorliegenden Anmeldung mit den Seriennummern 98/858,661 und 98/858,662, die beide den Titel "Cellulosic Web, Method and Apparatus For Making the Same Using Papiermaking Belt Having Angled Cross-sectional Structure and Method Of Making the Belt" aufweisen, und die im Namen von Larry L. Huston am 19. Mai 1997 eingereicht wurden, und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, beschrieben.
Ein erster Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines Papier machenden Bandes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Bereitstellen eines fließfähigen harzartigen Materials 50. Der Ausdruck "fließfähiges, harzartiges Material", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine breite Vielzahl von Polymerharzen und ähnlichen Materialien, die unter gewissen Bedingungen einen fluiden Zustand erzielen und aufrecht halten können, der ausreicht, dass sie auf der Verstärkungsstruktur 40, die Lücken aufweist, abgesetzt werden können und zumindest teilweise in diese Lücken eindringen, so dass die Verstärkungsstruktur 40 und das harzartige Material miteinander verbunden werden können. Das fliesfähige harzartige Material 50 kann sich unter gewissen Bedingungen verfestigen, und vorzugsweise kann das fließfähige harzartige Material 50 ausgehärtet werden. Der Ausdruck "aushärten" bezieht sich auf eine Verfestigung des fluiden harzförmigen Materials 50a, wobei während dieser Verfestigung eine Vernetzung auftritt. Das fließfähige, harzartige Material 50 der vorliegenden Erfindung kann ein Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die besteht aus Epoxiden, Siliconen, Urethanen, Polystyrenen, Polyolefinen, Polysulfiden, Nylons, Butadienen, Photopolymeren und beliebigen Kombinationen daraus.
Die Beispiele geeigneten flüssigen harzartigen Materials 50 umfassen Silicone, die in nicht einschränkender Weise "Smooth Sil 900", "Smooth-Sil 905", "Smooth-Sil 910" und "Smooth-Sil 950" umfassen. Die Beispiele der geeigneten flüssigen harzartigen Materialien 50 umfassen Polyurethane, die in nicht einschränkender Weise "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" und "PMC- 790" umfassen. Alle die obigen beispielhaften Materialien sind kommerziell von Smooth-On, Inc., 2000 St John Street, Easton, PA 18042 erhältlich. Andere Beispiele des flüssigen, harzartigen Materials 50 umfassen Mehrkomponentenmaterialien, wie beispielsweise einen flüssigen Zweikomponentenkunst stoff "Smooth-Cast 300" und eine flüssige Gummiverbindung "Clear Flex 50", die beide kommerziell von Smooth-On, Inc. erhältlich sind.
Lichtempfindliche Harze können auch als das harzartige Material 50 verwendet werden. Eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens, das das lichtempfindliche Harz als harzartiges Material 50 verwendet, ist in Fig. 4 gezeigt. Die lichtempfindlichen Harze sind gewöhnlicherweise Polymere, die unter dem Einfluss von Strahlung, typischerweise Ultraviolettlicht (UV-Licht), aushärten oder sich vernetzen. Dokumente, die mehr Information über flüssige lichtempfindliche Harze enthalten, umfassen Green et al. "Photocross-Linkage Resin Systems", J. Macro-Sci. Revs Machro Chem. C21(2), 187-273 (1981-82); Bayer, "A Review of Ultraviolet Curing Technology", Tappi Paper Synthetics Conf. Proc., Sept. 25-27, 1978, Seiten 167-172; und Schmidle "Ultraviolet Curable Flexible coatings", J. Of Coated Fabrics, 8, 10-20 (Juli 1978). Alle drei vorhergehenden Dokumente werden hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen. Speziell bevorzugte flüssige lichtempfindliche Harze sind in der Merigraph-Serie der Harze, die von Hercules Incorporated, Wilmington, Del. hergestellt werden, eingeschlossen. Das am meisten bevorzugte Harz ist das Merigraph-Harz EPD 1616.
Die Beispiele der wärmeempfindlichen Harze, die das harzartige Material 50 der vorliegenden Erfindung bilden können, umfassen in nicht einschränkender Weise eine Gruppe von thermoplastischen Elastomeren Hytrel® (wie Hytrel® 4056, Hytrel®7246 und Hytrel®8238) und Nylon Zytel® (wie Zytel®101L und Zytel®132F), die kommerziell von der DuPont Corporation aus Wilmington, DE erhältlich sind.
Vorzugsweise wird das fließfähige harzartige Material 50 in einer flüssigen Form bereit gestellt. Die Erfindung berücksichtigt jedoch auch die Verwendung von fließfähigem harzartigen Material 50, das in einer festen Form bereit gestellt wird. Im letzteren Fall ist ein zusätzlicher Schritt der Verflüssigung des harzartigen Materials 50 erforderlich. Das fließfähige, harzartige Material 50 wird vorzugsweise zu einer Quelle 55 geliefert, die die passenden Eigenschaften aufweist (beispielsweise die Temperatur), um das harzartige Material 50 in einem fluiden Zustand zu halten. Der Ausdruck "fluid", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Bedingung, einen Zustand oder eine Phase des harzartigen Materials 50, in welchem Zustand das harzartige Material 50 fließen kann, und der es ermöglicht, dass das harzartige Material 50 auf einer dreidimensional strukturierten Oberfläche abgelagert werden kann, so dass das harzartige Material 50 im wesentlichen sich einem dreidimensionalen Muster der strukturierten Oberfläche anpasst. Wenn thermoplastische oder thermisch aushärtbare Harze als harzartige Material 50 verwendet werden, so wird typischerweise eine Temperatur, die leicht über dem Schmelzpunkt des Materials liegt, gewünscht, um das Harz in einem fluiden Zustand zu halten. Das Material wird dann als am oder über dem "Schmelzpunkt" befindlich angesehen, wenn sich das Material insgesamt im fluiden Zustand befindet. Eine geeignete Quelle 55 ist ein Wanne, die schematisch in mehreren Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung gezeigt ist. Die Wanne kann geschlossene untere Seiten, Endseiten und Seitenwände und eine äußere Seitenwand aufweisen. Die Seitenwand innerhalb der Wanne kann offen sein, um es dem fließfähigen harzartigen Material 50, das darin angeordnet ist, zu ermöglichen, in freien Kontakt und Verbindung mit einem Formungselement 70 (Fig. 5) zu treten, wie das nachfolgend beschrieben wird. Wenn das harzartige Material ein thermoplastisches Harz umfasst, so werden die Quelle 55 und das Formungselement 70 vorzugsweise erwärmt, um eine vorzeitige Verfestigung des flüssigen, harzartigen Materials 50 zu verhindern.
In der Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist eine geeignete Quelle 55 eine Wanne. Die Wanne kann einen geschlossenen unteren Boden und geschlossene Seitenwände und eine äußere Seitenwand aufweisen. Die innere Seitenwand der Wanne kann offen sein, um es dem fließfähigen harzartigen Material 50, das darin angeordnet ist, zu ermöglichen, mit dem Formungselement 70 in freien Kontakt und freie Verbindung zu treten, wie das nachfolgend beschrieben wird. In der Ausführungsform der Verfahrens, das in Fig. 4 gezeigt ist, wird eine Schicht des fließfähigen, harzartigen Materials 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 durch die Quelle, die eine Düse umfasst, aufgebracht.
Der zweite Schritt des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Bereitstellen einer Verstärkungsstruktur 40. Wie oben erläutert wurde, ist die Verstärkungsstruktur 40 ein Substrat, das eine Vielzahl unterschiedlicher Formen, wie beispielsweise ein Gewebe, ein Netz, ein Band, annehmen kann. Ein detaillierter Beschreibung der Verstärkungsstruktur 40, insbesondere einer Struktur, die ein Gewebeelement umfasst, kann man im US-Patent 5,275,700 des Anmelders der vorliegenden Anmeldung, das hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, finden. Im ausgeformten Papier machenden Band 10 weist die Seite 41 zu den Papier machenden Fasern während des Papierherstellungsverfahrens (und kann diese in einer Ausführungsform sogar kontaktieren), während die zweite Seite 42, entgegengesetzt zur ersten Seite 41, zur Papierherstellungsausrüstung weist (und diese typischerweise berührt). Die Ausdrücke "erste Seite 41" und "zweite Seite 42" der Verstärkungsstruktur 40 wer den konsistent verwendet, unabhängig vom Einschluss (das heißt vor, während und nach dem Einschluss) der Verstärkungsstruktur 40 in das Papier machende Band 10.
Eine Distanz zwischen der ersten Seite 41 und der zweiten Seite 42 der Verstärkungsstruktur 40 definiert seine Dicke und wird hier als "h" bezeichnet ( Fig. 3). Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die bevorzugte Verstärkungsstruktur 40 Lücken 49 zwischen der ersten Seite 41 und der zweite Seite 42 auf, wie das in Fig. 3 gezeigt ist. In der Verstärkungsstruktur 40, die ein Gewebeelement umfasst (wie das in Fig. 3 gezeigt ist), können die Lücken 49 natürlicherweise im Gewebemuster auftreten. Die Lücken 49 sind so ausgebildet, dass das fluide harzartige Material 50 in die Lücken 49 eindringen kann, so dass das harzartige Material 50 und die Verstärkungsstruktur 50 sicher miteinander verbunden sind, nachdem das harzartige Material 50 sich verfestigt hat und in das harzartige Rahmenwerk 50a umgewandelt wurde. Das heißt, die Kombination der Viskosität des fluiden, harzartigen Materials 50 und der Abmessungen und der Formen der Lücken 49 ermöglichen es vorzugsweise, dass das fluide, harzartige Material 50 in die Lücken 49 eindringt und sich um zumindest einige Teile der Verstärkungsstruktur 40 "legt", um wirksam eine Verbindung mit der Verstärkungsstruktur 40 zu bilden.
Während eine Verstärkungsstruktur 40, die Lücken 49 aufweist, bevorzugt wird, berücksichtigt die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer Verstärkungsstruktur, die keine solche Lücken aufweist, oder die Lücken aufweist, in die das flüssige harzartige Material 50 nicht eindringen kann. In diesem Fall ist die Verstärkungsstruktur 40, insbesondere ihre erste Seite 41, so ausgebildet, dass das harzartige Material 50 daran anhaften kann, um die Ver stärkungsstruktur 40 in ausreichendem Maß zu verbinden. Für diesen Zweck weist die Verstärkungsstruktur 40, insbesondere ihre erste Seite 41, vorzugsweise eine ausreichende Rauhigkeit auf, die entweder inhärent oder als Ergebnis einer speziellen Behandlung vorliegt. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Seite 41 der Verstärkungsstruktur mit einem geeigneten Haftmittel behandelt werden, um die Anhaftung des harzartigen Materials 50 an der Verstärkungsstruktur 40 zu bewirken.
In einem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren der vorliegenden Erfindung bewegt sich die Verstärkungsstruktur 40 kontinuierlich in Maschinenrichtung, die in mehreren Figuren als "MD" bezeichnet ist. Die Verwendung des Ausdrucks "Maschinenrichtung" ist hier konsistent mit der gebräuchlichen Verwendung des Ausdrucks bei der Papierherstellung, wo sich der Ausdruck auf eine Richtung bezieht, die parallel zur Bewegung der Papierbahn durch die Papierherstellungsausrüstung verläuft. Der Ausdruck "Maschinenrichtung", wie er hier verwendet wird, ist eine Richtung parallel zur Bewegung der Verstärkungsstruktur 40 während des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Jede Einrichtung, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, und die für ein vorgegebenes Verfahren geeignet ist, kann verwendet werden, um die kontinuierliche Bewegung der Verstärkungsstruktur 40 zu erzielen. Da einige Typen des harzartigen Materials 50 im Vergleich zur "Topfzeit", das heißt der Zeit, während der das harzartige Material 50 in einem flüssigen Zustand gehalten werden kann, eine relativ längere Zeit benötigen, um auszuhärten, kann die Bewegung der Verstärkungsstruktur 40, wenn es gewünscht wird, weitergeschaltet werden, so dass das Band 10 Teil um Teil konstruiert wird, wie das ein Fachmann leicht erkennen wird.
Der nächste Schritt umfasst das Bereitstellen einer Arbeitsfläche 21. Der Ausdruck "Arbeitsfläche", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Oberfläche eines Arbeitselements 20, das strukturiert und gestaltet ist, um eine Abstützung der Verstärkungsstruktur 40 zu liefern, wenn die Verstärkungsstruktur 40 das fließfähige harzartige Material 50 auf sich empfängt. Das Arbeitselement 20 kann verschiedene Strukturen umfassen. Fig. 4 zeigt das Arbeitselement 20 in Form einer drehbaren Walze 20a, die sich in einer Richtung dreht, die durch einen Richtungspfeil "A" bezeichnet ist, während in Fig. 5 das Arbeitselement 20 ein endloses Band 20b umfasst, das sich in Maschinenrichtung MD bewegt.
Unabhängig von der speziellen Ausführungsform des Arbeitselements 20 besitzt die Arbeitsfläche 21 gemäß der vorliegenden Erfindung gewisse Eigenschaften. Am wichtigsten ist es, wie das die Fig. 4A und 4B zeigen, dass die Arbeitsfläche 21 ein Muster von Aussparungen 24 aufweist, die die Verstärkungsstruktur 40 aufnehmen können. Das Muster der Aussparungen 49 ist so strukturiert und gestaltet, dass die Verstärkungsstruktur 40 mindestens teilweise in den Aussparungen 24 aufgenommen werden kann, wie das am besten in Fig. 4B gezeigt wird. Die Aussparungen 49 können durch jedes aus dem Stand der Technik bekannte Mittelausgebildet werden, beispielsweise durch ein Gravieren, Formen, Extrusion etc. Der Ausdruck "Arbeitsfläche" 21, wie er hier verwendet wird, ist ein allgemeiner Ausdruck, der sich auf alle freigelegten Oberflächen, die sich in Kontakt mit der Verstärkungsstruktur 40 befinden, bezieht, wobei die äußere (oder am meisten erhabene) Oberfläche 22 und eine oder mehrere Oberflächen der Aussparungen 24 eingeschlossen sind. Die Aussparungen 24 weisen konventionell ausgedrückt einen "Boden" 25 und "Wände" 26 auf, wie das schematisch in Fig. 4C gezeigt ist. In Fig. 4A um fasst die Arbeitsfläche 21 eine äußere Oberfläche 22a (oder eine Oberfläche, die einem größeren Durchmesser der Walze 20a entspricht) und innere Oberfläche 23a der Aussparungen 24. In Fig. 5 umfasst die Arbeitsfläche 21b eine äußere Oberfläche 22b und inneren Oberfläche 23b der Aussparungen 24 im Band 20b. Es wird gesagt, dass die Verstärkungsstruktur 40 "zumindest teilweise" im Muster der Aussparungen 24 aufgenommen ist, um kenntlich zu machen, dass durch die Flexibilität der Verstärkungsstruktur 40 in einigen Ausführungsformen es sein kann, dass Teile der Verstärkungsstruktur 40 sich nicht vollständig in den Aussparungen 24 befinden, was tolerierbar sein kann, so lange dies das Verfahren und das endgültige Produkt der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig beeinträchtigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weisen die Aussparungen 24 mindestens eine Tiefe "D" (Fig. 4B und 4C) auf, die vorzugsweise kleiner als die Dicke h der Verstärkungsstruktur 40 ist. Die Differenz zwischen der Dicke h der Verstärkungsstruktur 40 und der Tiefe D der Aussparungen 24 gewährleistet, dass sich die Verstärkungsstruktur 40 über (oder "oberhalb" in Bezug auf Fig. 4B) die Arbeitsfläche 21 erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich die Verstärkungsstruktur über die äußere Oberfläche 22 der Arbeitsfläche 21, so dass mindestens ein Teil der Lücken 49, in die das fluide harzartige Material 50 eindringen kann, sich auch über die äußere Oberfläche 22 der Arbeitsfläche 20 erstrecken, wie das am besten in Fig. 4B gezeigt ist. Nur zur Erläuterung bezeichnet in Fig. 4B ein Symbol "V" schematisch eine "vertikale" Abmessung eines Typs der Lücken 49 zwischen den Garnen der Gewebeverstärkungsstruktur 40 und der äußeren Oberfläche 22a der Arbeitsfläche 21a. Das heißt, wenn die Verstärkungsstruktur 40 ein Gewebeelement umfasst, so existiert vorzugsweise ein Abstand zwischen dem mindestens obersten Garn der Verstärkungsstruktur 40 und der äußeren Oberfläche 22 der Arbeitsfläche 21, wie das am besten in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist. Wenn es gewünscht wird, so können die Aussparungen 49 unterschiedliche Tiefen aufweisen.
Es sollte verständlich sein, dass während die Ausführungsform, in der die Tiefe D der Aussparung 49 kleiner als die Dicke h der Verstärkungsstruktur 40 ist, bevorzugt wird, dies keine Notwendigkeit darstellt. In der vorliegenden Erfindung werden Ausführungsformen betrachtet, in welchen die Tiefe D der Aussparungen 49 gleich oder sogar größer als die Dicke h der Verstärkungsstruktur 40 ist, wie das nachfolgend detaillierter erläutert wird.
Der nächste Schritt im Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Ablagern der Verstärkungsstruktur 40 in den Aussparungen 49 der Arbeitsfläche 20. Alle Mittel, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, können für diesen Schritt verwendet werden. In Fig. 5 erleichtern eine Druckwalze 27 und eine Vielzahl von Stützwalzen 27a die Ausrichtung der Verstärkungsstruktur 40 in den Aussparungen 24 der Arbeitsfläche 21a. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann weitergeschaltet werden, um es so zu ermöglichen, einen Teil der Verstärkungsstruktur 40, die die Arbeitsfläche 20 berührt, auszurichten, und dann die Arbeitsfläche 21, die den aufgenommenen Teil der Verstärkungsstruktur aufweist, zum nächsten Ort zu bewegen, wo das fluide harzartige Material 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 angewandt wird, wobei das Verfahren dann wiederholt wird. Diese Ausführungsform ist nicht speziell dargestellt, aber ein Fachmann kann sie sich anhand der Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung leicht vorstellen.
Der nächste Schritt umfasst das Aufbringen des fluiden, harzartigen Materials 50 auf die Verstärkungsstruktur 40. In Abhängigkeit von einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann das fluide, harzartige Material 50 unter Verwendung einer Vielzahl von Mitteln aufgebracht werden. In der Ausführungsform der Fig. 4 wird das fluide harzartige Material 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 durch eine Düse 55, die eine Lage des fluide harzförmigen Materials 50 ausbildet, aufgebracht. In diesem Fall ist es sehr vorteilhaft, wenn das harzartige Material 50 gleichförmig über der Breite der Verstärkungsstruktur 40 aufgebracht wird, um somit eine im wesentlichen gleichförmige Lage des harzförmigen Materials, das die Verstärkungsstruktur 40 berührt, zu erzielen. In Fig. 4 bewegt sich die Verstärkungsstruktur 40 in der Maschinenrichtung MD um, über und um die drehbare Walze 20a und die Umkehrwalzen 29a, 29b und 29c herum. Die Dicke des harzartigen Materials 50, das auf die Verstärkungsstruktur 40 aufgebracht wird, kann auf einen vorgewählten Wert gesteuert werden, in Abhängigkeit von der erwarteten Verwendung des hergestellten Bandes 10. Jedes geeignete Mittel für das Steuern der Dicke kann verwendet werden. Beispielsweise ist in Fig. 4 eine Walze 28a neben dem Arbeitselement 20 angeordnet, die die Walze 20a umfasst, um einen Spalt dazwischen auszubilden. Ein Abstand zwischen der Walze 28a und der Arbeitsfläche 21a der Walze 20a kann mechanisch durch nicht gezeigte Mittel gesteuert werden.
Wenn das harzartige Material 50 aus den lichtempfindlichen Harzen ausgewählt wird, so kann eine Maske 15 neben der Lage des harzförmigen Materials 50 verwendet werden, um gewisse Gebiete des flüssigen lichtempfindlichen Harzes gegenüber einer Belichtung mit einer aushärtenden Strahlung abzuschirmen, wie das in den US-Patenten 4,514,345 und 5,275,700 des Anmelders der vorliegenden Anmeldung, die hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen werden, und auf die oben Bezug genommen wurde, beschrieben ist. In Fig. 4 bewegt sich die Maske, die vorzugsweise eine endlose Schleife umfasst, in der Richtung, die durch den Richtungspfeil D1 angezeigt ist, um die Walzen 28a und 28b. In der Ausführungsform, die in Fig. 4 gezeigt ist, finden die Steuerung der Dicke des harzartigen Materials 50, das auf die Verstärkungsstruktur 40 aufgebracht wird, und die Anordnung der Maske 15 relativ neben dem harzartigen Material 50 gleichzeitig statt.
Fig. 5 zeigt die Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, in welcher das fluide, harzartige Material 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 durch ein Formungselement 70 aufgebracht wird. Der Ausdruck "Formungselement" 70, wie er hier verwendet wird, bezeichnet eine gemusterte Struktur, die gestaltet ist, um zuerst das fluide, harzartige Material 50 zu empfangen, und somit ein vorbestimmtes Muster des harzartigen Materials 50 darin auszubilden, und dann das harzartige Material 50 auf die Verstärkungsstruktur in einem vorbestimmten Muster zu übertragen. In einem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren kann das Formungselement 70 eine Vielzahl verschiedener Ausführungsformen umfassen. In der Ausführungsform, die in Fig. 5 gezeigt ist, umfasst das Formungselement 70 ein endloses Band, von dem sich ein Teil neben der Verstärkungsstruktur 40 und der Arbeitsoberfläche 20 bewegt. Ein Fachmann wird jedoch verstehen, dass das Formungselement 70 eine (nicht gezeigte) drehbare Walze umfassen kann. Unabhängig von seiner Ausführungsform umfasst das Formungselement 70 eine Formungsoberfläche 71, die ein dreidimensionales Muster aufweist. Die Formungsoberfläche 71 ist eine Oberfläche auf/in die das fluide harzartige Material 50 abgesetzt wird. Die Formungsoberfläche 71 ist strukturiert und gestaltet, um das fließfähige, harzartige Material 50 zu empfangen, so dass das fließfähige harzartige Material 50 im wesentlichen dem dreidimensionalen Muster der Formungsoberfläche 71 entspricht. Vorzugsweise umfasst die Formungsoberfläche 71 ein vorgewählte s Muster von darin ausgebildeten Formungstaschen 72. In einem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren der vorliegenden Erfindung bewegt sich das Formungselement 70 kontinuierlich mit einer Transportgeschwindigkeit, um somit das harzartige Material darin zu befördern. Ein Fachmann wird leicht erkennen, dass in den Ausführungsformen, die die drehbare Formungswalze oder die Formungswalzen aufweisen, die Transportgeschwindigkeit eine Oberflächengeschwindigkeit, die am Umfang der Formungsoberfläche gemessen wird, umfasst. In der Ausführungsform der Fig. 5, die das Formungselement 70 in Form des endlosen Bands umfasst, ist die Transportgeschwindigkeit eine Geschwindigkeit des Bandes.
Der Ausdruck "Formungstaschen" 72, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Muster von Vertiefungen oder Hohlräumen in der Formungsoberfläche 71, die gestaltet sind, um darin das fluide, harzartige Material 50 von einer Quelle 55 aufzunehmen, und dann das fluide, harzartige Material 50 zur Verstärkungsstruktur 40 zu befördern, um so das fluide, harzartige Material 50 auf der Verstärkungsstruktur 40 in einem vorbestimmten Muster abzulagern. Die Formungstaschen 72 können ein im wesentlichen kontinuierliches Muster in der Formungsoberfläche 71 umfassen; in diesem Fall wird das harzförmige Material 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 in einem im wesentlichen kontinuierlichen Muster übertragen, um ein im wesentlichen kontinuierliches harzartiges Rahmenwerk 50a auszubilden, wie das oben beschrieben wurde. Alternativ können die Formungstaschen 72 ein Muster diskreter Vertiefungen oder Hohlräume aufweisen. In diesem letzteren Fall wird das harzartige Material 50 von den Formungstaschen 72 auf die Verstärkungsstruktur 40 in einem Muster, das eine Vielzahl diskreter Vorsprünge umfasst, übertragen, wie das oben beschrieben wurde. Ein (nicht gezeigtes) Muster, das eine Kombination dieser im wesentlichen kontinuierlichen Formungstaschen und der diskreten Formungstaschen (das heißt, ein sogenanntes "halb-kontinuierliches" Muster) umfasst, wird durch die vorliegende Erfindung ebenfalls berücksichtigt.
Das Rahmenwerk 50a, das relativ zur ersten Oberfläche 41 der Verstärkungsstruktur 40 "gewinkelt" ist, wird in der vorliegenden Erfindung betrachtet. Der Ausdruck "gewinkeltes" Rahmenwerk 50a bezieht sich auf ein Rahmenwerk 50a, in welchem, wenn man es im Querschnitt betrachtet, spitze Winkel zwischen der ersten Oberfläche 41 der Verstärkungsstruktur 40 und den Längsachsen jeder einzelnen Ablenkkanäle im Falle des kontinuierlichen Rahmenwerks 50a, oder einzelner Vorsprünge, im Falle des Rahmenwerks 50a, das eine Vielzahl von einzelnen Vorsprüngen umfasst, ausgebildet werden. Diese Ausführungsformen sind in den Patentanmeldungen des Anmelders der vorliegenden Anmeldung mit der Seriennummer 08/858,661 und der Seriennummer 08/858,662, die beide den Titel tragen "Cellulosic Web, Method and Apparatus For Making the Same Using Papermaking Belt Having Angled Cross-secitional Structure, and Method of Making the Belt", die im Namen von Larry L. Huston am 19. Mai 1997 eingereicht wurden, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, beschrieben.
Die Formungstaschen 72 weisen mindestens eine Tiefe auf. In der Ausführungsform, die in Fig. 5 gezeigt ist, definiert die Tiefe der Formungstaschen 72 im allgemeinen eine Dicke des harzartigen Materials 50, das von den Formungstaschen 72 auf der Verstärkungsstruktur 40 abgesetzt wurde. Der Aus druck "Tiefe" der Formungstaschen 72, wie er hier verwendet wird, bezeichnet das Ausmaß der geometrisch getrennten Vertiefungen im Formungselement 70. Eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Formen der Formungstaschen 72 und ihren Permutationen, die verschiedene Tiefen aufweisen, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. "Gewinkelte" Konfigurationen der Formungstaschen 72 können verwendet werden, um das "gewinkelte" Muster des harzartigen Rahmenwerks 50a auszubilden, wie das hier oben erläutert wurde. Die Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung, die in Fig. 5 dargestellt ist, gestattet es einem, in vorteilhafter Weise nahezu jede gewünschte Form des harzartigen Rahmenwerks 90 durch das Bereitstellen der entsprechend geformten Formungsoberfläche 71 zu schaffen.
Das Muster der Formungstaschen 72 kann durch jedes Verfahren, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, das in nicht einschränkender Weise Gravieren und Formen/Gießen einschließt, hergestellt werden. Die Formungsoberfläche 71 kann unter Verwendung eines existierenden Papier machenden Bandes 10, das ein gewünschtes Muster des harzartigen Rahmenwerks 50a aufweist, konstruiert werden. In diesem Fall wird das Band 10 als eine Form verwendet, auf die ein geeignetes Formungsmaterial aufgebracht werden kann, um nach seinem Festwerden eine Formungsoberfläche 71 auszubilden. Das heißt, die Formungsoberfläche 71 kann am Formungselement 70 durch jedes geeignete aus dem Stand der Technik bekannte Mittel befestigt werden. Natürlich kann, wo dies anwendbar ist, das gesamte Formungselement so konstruiert werden, wie das oben beschrieben wurde. Ein nicht einschränkendes Beispiel von Formungsmaterialien, die verwendet werden können, ist "Brush-On 50", das kommerziell von Smooth-On, Inc. erhältlich ist.
In Fig. 5 wird das fließfähige, harzartige Material 50 auf den Formungstaschen 72 der Formungsoberfläche 71 abgesetzt, indem im allgemeinen zuerst die Formungsoberfläche 71 mit dem fließfähigen, harzartigen Material 50 in Berührung gebracht wird, und dann das überschüssige harzartige Material 50 von der Formungsoberfläche 71 entfernt wird, wenn sich die Formungsoberfläche 71 bewegt. Vorzugsweise wird das überschüssige, fließfähige harzartige Material 50 wieder in die Quelle (die Wanne in Fig. 5) 55 gegeben, um somit eine Verschwendung des harzartigen Materials 50 zu reduzieren oder zu eliminieren. Jede geeignete Ablagerungsvorrichtung, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann in der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um diesen Schritt auszuführen. Das Entfernen des überschüssigen harzartigen Materials 50 von der Formungsoberfläche 71 kann durch ein Wischen und/oder Kratzen des überschüssigen Materials von der Formungsoberfläche 71 erfolgen.
In Fig. 5 umfasst der Schritt der Aufbringung des fluiden, harzartigen Materials 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 das kontinuierliche Transportieren der Verstärkungsstruktur 40 mit der Transportgeschwindigkeit, so dass ein Teil der Verstärkungsstruktur 40 sich Seite an Seite mit einem Teil der Formungsoberfläche 71 befindet, und das Übertragen des fließfähigen, harzartigen Materials 50 von den Formungstaschen 72 der Formungsoberfläche 71 auf die Verstärkungsstruktur 40 im vorgewählten Muster. Wenn es gewünscht wird, so können die Formungstaschen 72 mit einem Lösungsmittel 60 vor dem Schritt des Ablagerns des harzartigen Materials 50 in die Formungstaschen 72 behandelt werden, um die Überführung des harzartigen Materials 50 von den Formungstaschen 72 auf die Verstärkungsstruktur 40 zu erleichtern.
In Fig. 5 bewegt sich das Arbeitselement 20, das das Band 20b umfasst, in Richtung der Maschinenrichtung MD um die Stützwalzen 29a und 29b, die sich in der Richtung drehen, die durch den Richtungspfeil "A" bezeichnet ist. Die Verstärkungsstruktur 40 kommt in Kontakt mit der Arbeitsoberfläche 72 und wird in der Arbeitsoberfläche 21 an einem Spalt, der zwischen der Stützwalze 29a und eine Druckwalze 27 ausgebildet ist, aufgenommen. In Fig. 5 wird die Verstärkungsstruktur 40 auch durch Walzen 27a abgestützt. Das Formungselement 70 bewegt sich um die Stützwalzen 79a, 79b, 29b, 79c, 79d und 79f. Die Verstärkungsstruktur 40 kommt Seite an Seite mit der Formungsoberfläche an einem Spalt zu liegen, der zwischen der Stützwalze 79b und dem Band 20b ausgeformt wird. Die entsprechenden Teile der Verstärkungsstruktur 40, die in den Vertiefungen der Arbeitsoberfläche 21 und der Formungsoberfläche 71 aufgenommen sind, bewegen sich, beginnend an diesem Punkt Seite an Seite, vorzugsweise in Kontakt miteinander, während einer vorbestimmten Zeitdauer, die ausreicht, um zu bewirken, dass das harzartige Material 50, das von den Formungstaschen 72 der Formungsoberfläche 71 auf die Verstärkungsstruktur 40 übertragen wird, zumindest teilweise aushärtet, um somit die Form zu halten, nachdem die Formungsoberfläche 71 von den Verstärkungsstruktur getrennt wurde. In der Ausführungsform der Fig. 5 wird die Übertragung des harzartigen Materials 50 von der Formungsoberfläche 71 auf die Verstärkungsstruktur 40 vorzugsweise durch die Schwerkraft unterstützt, zumindest an einem Punkt, an dem sich die Formungsoberfläche 71 über der Verstärkungsstruktur 40 befindet. Es sollte verständlich sein, dass das harzartige Material 50 teilweise aushärten kann, während es mit der Formungsoberfläche 71 verbunden ist, und bevor das harzartige Material 50 von der Formungsoberfläche 71 auf die Verstärkungsstruktur 40 übertragen wird. In einigen Ausführungsformen wird eine Änderung der Viskosität des harzartigen Materials 50 vor seiner Ablagerung auf die Verstärkungsstruktur 40 in Betracht gezogen. Wie vorher oben ausgeführt wurde, sollte jedoch das harzartige Material 50 eine Viskosität beibehalten, die ausreicht, dass das harzartige Material 50 und die Verstärkungsstruktur 40 sich miteinander verbinden.
Vorzugsweise berührt der Teil der Verstärkungsstruktur 40, der zur Formungsoberfläche 71 weist, die Formungsoberfläche 71 für eine vorbestimmte Zeitdauer. Das Verfahren, das die Formungsoberfläche 71 verwendet, das prinzipiell in Fig. 5 dargestellt wurde, ist detaillierter in der parallelen Anmeldung des Anmelders der vorliegenden Anmeldung mit dem Titel "Papermaking Belt and Process for Making the Same", die im Namen von Ampulski am selben Datum wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde, beschrieben, wobei diese Anmeldung durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Unabhängig vom speziellen Verfahren für das Aufbringen des harzartigen Materials 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 wiest in der bevorzugten Ausführungsform des fluide, harzartige Material 50 eine Viskosität auf, die es dem fluide, harzartigen Material 50 gestattet, in zumindest einen Teil der Lücken 49 der Verstärkungsstruktur 40 einzudringen. Gemäß der vorliegenden Erfindung muss ein Teil des fluiden, harzartigen Materials 50 über die erste Seite 41 der Verstärkungsstruktur 40 hinaus gehen, um die Lücken 49 zu erreichen, um zumindest teilweise Teile der Verstärkungsstruktur 40 zu umschließen oder "zu verriegeln" und somit eine sichere Verbindung zwischen dem harzartigen Rahmenwerk 50a und der Verstärkungsstruktur 40 im fertig gestellten Band 10 zu ermöglichen.
In der bevorzugten Ausführungsform, in der die Verstärkungsstruktur 40 ein Gewebeelement umfasst, muss das harzartige Material 50 zumindest teilweise die Garne, die die erste Oberfläche 41 bilden, umschließen, um eine sichere Verbindung zwischen ihnen zu gewährleisten. In der Ausführungsform, in der sich ein Teil der Lücken 49 über die äußere Oberfläche 22 des Arbeitselements 20 erstreckt, füllt das fluide, harzartige Material 50 leicht die offenen Lücken 49, um somit die entsprechenden Teile der Verstärkungsstruktur 40 zu umschließen. Es wird jedoch angenommen, dass in den Ausführungsformen, in denen die Dicke h der Verstärkungsstruktur 40 gleich oder sogar kleiner als die Tiefe D der Vertiefungen 49 ist, die Viskosität des fluiden, harzartigen Materials 50 so gewählt werden könnte, dass sie es dem harzartigen Material 50 ermöglicht, teilweise in die Aussparungen 24 einzudringen, um somit die Lücken 49 zu füllen. Durch die gewobene Natur der Verstärkungsstruktur 40 existieren einige leere Räume zwischen den Garnen der Verstärkungsstruktur 40 und den Wänden der Aussparungen 24. Somit kann für eine ausreichende Viskosität des fluiden, harzartigen Materials 50 das fluide harzartige Material 50 zwischen die Garne der Verstärkungsstruktur 40 und die Wände der Aussparungen 24 als auch zwischen die einzelnen, miteinander verwobenen Garne der Verstärkungsstruktur 40 eindringen.
In den Ausführungsformen der Fig. 4B-5, in welchen Teile der Lücken 49, in die das fluide, harzartige Material 50 eindringen kann, sich über die äußere Oberfläche 22 des Arbeitselements 20 erstrecken, kann ein wesentlicher Teil des fluiden, harzartigen Materials 50 nicht über die äußere Oberfläche 22 der Arbeitsfläche 20 hinaus gelangen. Somit wird, nachdem sich das harzartige Material 50 verfestigt hat, eine Distanz Z zwischen der zweiten Seite 42 der Verstärkungsstruktur 40 und der Unterseite 51a des harzartigen Rahmenwerks 50a ausgebildet. Natürlich kann es sein, dass relativ kleine Mengen des fluiden, harzartigen Materials 50 dennoch in einigen Ausführungsformen zwischen die einzelnen Garne der Verstärkungsstruktur 40 und zwischen die Garne der Verstärkungsstruktur 40 und die Wände der Aussparungen 24 dringen und sogar den "Boden" der Aussparungen 49 erreichen. Ein Fachmann wird verstehen, dass durch ein solches Eindringen des fluiden, harzartigen Materials 50 in die Aussparungen zwischen den Garnen der Verstärkungsstruktur 40 und/oder die Wände der Aussparungen 49 die Distanz Z sich in der Ebene des konstruierten Bandes 10 unterscheidet, was akzeptabel ist, solange die mittlere Distanz Z ausreicht, um ein Leck zwischen dem Band 10 und der Vakuumausrüstung zu liefern, um das plötzliche Aufbringen des Vakuumdrucks auf die Bahn, die auf dem Band 10 angeordnet ist, zu eliminieren, wie das oben ausgeführt wurde.
Der nächste Schritt im Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Festwerden des fluiden, harzartigen Materials 50. Der Ausdruck "Festwerden", wie er hier verwendet wird, und Ableitungen dieses Begriffs beziehen sich auf ein Verfahren der Änderung eines fluiden in einen festen Zustand. Typischerweise umfasst das Festwerden eine Phasenänderung von einer flüssigen Phase in eine feste Phase. Der Ausdruck "Aushärten" bezieht sich auf ein Festwerden, bei dem ein Vernetzen auftritt. Vorzugsweise umfasst das Festwerden des harzartigen Materials 50 ein Aushärten. Das Verfahren für das Verfestigen des harzartigen Materials 50 hängt von dessen Natur ab. Beispielsweise können lichtempfindliche Harze durch UV-Strahlung ausgehärtet werden, wie das in den US-Patenten des Anmelders der vorliegenden Anmeldung US-5,334,289, US-5,275,700, US-5,364,504, 5,098,522, 5,674,663 und 5,629052, die alle hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen werden, beschrieben ist. Die wärmeplastischen und wärmeaushärtenden Harze erfordern eine gewisse Tempe ratur für die Verfestigung. Das harzartige Material 50 umfasst Mehrkomponentenharze oder Kunststoffe, die natürlich aushärten während einer gewissen Zeitdauer, indem sie miteinander gemischt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren des Festwerdens des harzartigen Materials 50 schon direkt, nachdem das fluide harzartige Material 50 auf der Formungsoberfläche 71 (Fig. 5) abgesetzt wurde, beginnen. Vorzugsweise setzt sich das Festwerden fort, während sich die Verstärkungsstruktur 40 und die Formungsoberfläche 71 Seite an Seite befinden. Beispielsweise zeigt Fig. 5 schematisch eine Aushärtungsvorrichtung 80, die neben der Oberfläche gegenüber der Arbeitsfläche 21b des Bandes 20b angeordnet ist. Ein Fachmann wird verstehen, das in Abhängigkeit von der Natur des harzartigen Materials 50 und seinem Verfahren zum Festwerden die Aushärtvorrichtung 80 an anderen Orten angeordnet sein kann. Die Beispiele der Aushärtvorrichtung 80 umfassen in nicht einschränkender Weise eine Heizvorrichtung für das Erhöhen der Vernetzungsreaktionsraten oder der Kondensierraten für Kondensationspolymere, eine Kühlvorrichtung für das Aushärten von Thermoplasten, verschiedene Vorrichtung, die eine Infrarotaushärtstrahlung, eine Mikrowellenaushärtstrahlung oder eine Ultraviolettaushärtstrahlung liefern, und dergleichen.
In der beispielhaften Ausführungsform der Fig. 4 wird ein lichtempfindliches, harzartiges Material 50 ausgehärtet, indem es einer Aushärtstrahlung, das ist das Licht der aktivierenden Wellenlänge durch die Maske ausgesetzt wird, um somit eine Aushärtung des harzartigen Materials 50 in solchen Teilen zu bewirken, die nicht durch die nicht transparenten Regionen der Maske 15 abgeschirmt sind. Eine Aushärtvorrichtung 80, die eine Quelle der Aushärtstrahlung 16 einschließt, kann eine Beleuchtungslampe, die eine Beleuchtung vorzugs Weise innerhalb der Wellenlänge, die ein Aushärten des flüssigen, lichtempfindlichen Harzes 50 bewirkt, umfasst, aufweisen. Jede geeignete Beleuchtungsquelle, wie eine Quecksilberbogenlampe, eine gepulste Xenonlampe, elektrodenlose und fluoreszierende Lampen, können verwendet werden. Die Patentanmeldung des Anmelders der vorliegenden Anmeldung mit der Seriennummer 08/799,852 mit dem Titel "Apparatus for Generating Parallel Radiation For Curing Photosensitive Resin", die im Namen von Trokhan am 13. Februar 1997 eingereicht wurde, und die Patentanmeldung des Anmelders der vorliegenden Anmeldung mit der Seriennummer 08/858,334 mit dem Titel "Apparatus for Generating Controlled Radiation For curing Photosensitive Resin", die im Namen von Trokhan et al. am 13. Februar 1997 eingereicht wurde, und ihre Continuation-Anmeldung 08/958,540, die am 24. Oktober 1997 eingereicht wurde, werden hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen, um verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung für die Aushärtungsstrahlung 16, die für das Festwerden des harzartigen Materials 50, das ein lichtempfindliches Harz umfasst, verwendet werden können, zu zeigen.
In der Ausführungsform der Fig. 4 kann vorzugsweise ein Schritt der Entfernung der Verstärkungsstruktur 40 im wesentlichen das Entfernen des gesamten nicht ausgehärteten Materials 50, das heißt, des harzartigen Materials 50, das durch die nicht transparenten Regionen der Maske 15 gegen ein Ausgesetztsein der Aushärtungsstrahlung abgeschirmt wurde, umfassen. Es kann ein Vakuum von einer Vakuumvorrichtung 18a auf den Verbund der Verstärkungsstruktur 40 und das teilweise ausgehärtete harzartige Material 50 ausgeübt werden, um eine wesentliche Menge des flüssigen (das heißt nicht ausgehärteten) harzartigen Materials 50 vom Verbund zu entfernen. Dann kann eine Dusche 17 verwendet werden, um die Reste des nicht ausgehärteten harzartigen Materials 50 aus dem Verbund zu waschen. Dann kann das Vakuum von einer Vakuumvorrichtung 18b erneut angewandt werden, um restliches flüssiges harzförmiges Material 50 und Duschflüssigkeit zu entfernen. Wahlweise kann es ein zweites (nicht gezeigtes) Offenlegen des harzförmigen Materials 50 gegenüber der Aushärtstrahlung geben, um das Aushärten des harzartigen Materials 50 zu vollenden und um die Härte und Dauerhaftigkeit des harzartigen Rahmenwerks 50a des konstruierten Bands 10 zu erhöhen. Das Verfahren setzt sich fort, bis die gesamte Länge der Verstärkungsstruktur 40 behandelt und in das Band 10 umgewandelt wurde.
Das wärmeempfindliche harzartige Material 50 kann auf natürliche Weise bei Raumtemperatur verfestigt werden. In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform kann der Schritt der Verfestigung des fluiden, harzartigen Materials 50a durch das Halten des harzartigen Materials 50, das mit der Verstärkungsstruktur 40 verbunden ist, und der gemusterten Formungsoberfläche 71 für eine vorbestimmte Zeitdauer, ausgeführt werden. Während dieser Zeit wird das harzartige Material 50 ausreichend fest, so dass es seine gewünschte Form halten kann, nachdem es von der Formungsoberfläche 70 getrennt wurde. In der Ausführungsform der Fig. 5 kann das Verfahren des Festwerdens des harzartigen Materials 50, direkt nachdem das fluide harzartige Material 50 auf die Formungsoberfläche 71 abgesetzt wurde, beginnen. Das Hartwerden setzt sich fort, während die Verstärkungsstruktur 40 und die Formungsoberfläche 71 Seite an Seite liegen, beginnend am Spalt, der zwischen der Stützwalze 79b und dem Band 20b ausgebildet wird. Von diesem Punkt an bewegen sich die entsprechenden teile der Verstärkungsstruktur 40, die in den Aussparungen der Arbeitsfläche 21 aufgenommen sind, und die Formungsoberfläche 71 Seite an Seite während eine vorbestimmten Zeitdauer, die ausreicht, zu bewirken, dass das harzartige Material 50, das von den Formungstaschen 72 der Formungsoberfläche 71 auf die Verstärkungsstruktur 40 übertragen wird und zumindest teilweise aushärtet, um die Form zu halten, nachdem die Formungsoberfläche 71 von der Verstärkungsstruktur getrennt wurde.
Wahlweise können Verfestigungsbeschleuniger verwendet werden, um das Verfahren der Verfestigung des harzartigen Materials 50 zu beschleunigen. Der Ausdruck "Verfestigungsbeschleuniger", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Materialien, die wenn sie dem harzartigen Material 50 hinzugefügt werden, die Zeit verkürzen, die notwendig ist, um das harzartige Material 50 zu verfestigen und vorzugsweise auszuhärten. Solche Verfestigungsbeschleuniger sollten vorzugsweise nicht die endgültigen physikalischen Eigenschaften des harzartigen konstruierten Rahmenwerks 50a beeinträchtigen. Beispiele solcher Verfestigungsbeschleuniger umfassen in nicht einschränkender Weise: "SO- CURE Cure Accelerator" ("C-1506", "C-1508", "C-1509" und "C-1511" und "KICK-IT Cure Accelerator" ("PMC-724", "PMC-726", "PMC-121/30", "PMC-121/50", "PMC-744" und "PMC-780", die alle kommerziell von Smooth-On, Inc., 2000 St. John Street, Easton, PA, 18042 erhältlich sind.
Wahlweise kann ein Schritt der Steuerung der Dicke des Bandes 10 im Verfahren der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein. Die Dicke kann durch das Steuern der Tiefe der Aussparungen 24 in der Arbeitsfläche 21 gesteuert werden. Ein anderer Weg für das Steuern der Dicke umfasst das Ändern der Dicke des harzartigen Materials 50, nachdem das harzartige Material 50 ausreichend mit der Verstärkungsstruktur 40 verbunden wurde, und nachdem das harzartige Rahmenwerk 50a zumindest teilweise ausgebildet wurde. Beispielsweise kann die Dicke des harzartigen Materials 50 durch eine mechanische Einrichtung, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, und deswegen hier nicht gezeigt wird, eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Paar einander gegenüber liegender Walzen, die zwischen sich einen Spalt bilden, verwendet werden, um die Dicke des Bandes 10 zu steuern. Durch das Einstellen der Spaltgröße zwischen den Walzen, kann man die Dicke des herzustellenden Bandes 10 steuern. Alternativ oder zusätzlich kann die Dickensteuervorrichtung eine sich drehende Schleifwalze, eine Abziehklinge, einen Laser oder andere Einrichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, und die für ein Steuern der Dicke des Bandes 10 geeignet sind, umfassen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Papier machenden Bandes (10) mit, einer Verstärkungsstruktur (40) und einem damit verbundenen harzartigen Rahmenwerk 50a), wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

(a) Bereitstellen eines fluiden harzartigen Materials (50);

(b) Bereitstellen einer Verstärkungsstruktur (40) mit einer ersten Seite (41), einer zweiten Seite (42), die der ersten Seite (41) entgegen gesetzt ist, und einer Dicke (h), die zwischen diesen definiert ist, wobei die Verstärkungsstruktur (40) vorzugsweise Lücken (49) zwischen der ersten Seite (41) und der zweiten Seite (42) hat, wobei die Lücken (49) durch das fluide harzartige Material (50) durchdringbar sind;

(c) Bereitstellen einer Arbeitsfläche (21) zum Abstützen der Verstärkungsstruktur (40);

(d) Anordnen der Verstärkungsstruktur (40) an der Arbeitsfläche (21), derart, daß die Verstärkungsstruktur (40) durch die Arbeitsfläche (21) abgestützt wird;

(e) Anlegen des fluiden harzartigen Materials (50) an der Verstärkungsstruktur (40), wobei das harzartige Material (50) vorzugsweise wenigstens einige der Lücken (49) in der Verstärkungsstruktur (40) einnimmt; und

(f) Verfestigen des fluiden harzartigen Materials (50), um ein gemustertes harzartiges Rahmenwerk (50) zu bilden, das mit der Verstärkungsstruktur (40) verbunden ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Schritt des Bereitstellens der Arbeitsfläche. (21) die Arbeitsfläche (21 eine äußere Oberfläche (22) und ein Muster von Aussparungen (24) darin umfaßt, wobei das Muster von Aussparungen (24) eine Tiefe (D) hat und so strukturiert und konfiguriert ist, daß dieses die Verstärkungsstruktur (40) darin aufnimmt, und

der Schritt des nebeneinander Anordnens der Verstärkundsstruktur (40) an der Arbeitsfläche (21) ein Anordnen der Verstärkungsstruktur (40) in den Aussparungen (24) der Arbeitsfläche (21) umfaßt, derart, daß sich die Verstärkungsstruktur 40) teilweise über die äußere Oberfläche (22) der Arbeitsfläche (21) hinaus erstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem sich wenigstens ein Bereich der Lücken (49) der Verstärkungsstruktur (40), die durch das fluide harzartige Material (50) durchdringbar sind, über die äußere Oberfläche (22) der Arbeitsfläche (21) hinaus erstreckt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, in welchem im Schritt (b) die Verstärkungsstruktur (40) ein Gewebeelement umfaßt.

4. Verfahren nach den Ansprüche 1, 2 und 3, in welchem in dem Schritt (a) das Fluide harzartige Material (50) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxiden, Siliconen, Urethanen, Polystyrolen, Polyolefinen, Polysulfiden, Nylons, Buta- diene, Photopolymere und Kombinationen davon.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, in welchem in dem Schritt (a) das fluide harzartige Material (50) ein lichtempfindliches Harz, eine wärmeempfindli- ches Harz oder eine Kombination davon umfaßt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt (e) das fluide harzartige Material (50) an der Verstärkungsstruktur (40) in einem vorgewählten, nicht zufälligen Muster angelegt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, ferner mit einem Schritt eines im wesentlichen Veränderns einer Viskosität von wenigstens einem Teil des fluiden harzartigen Materials (50), das an die Verstärkungsstruktur (40) angebracht ist, und zwar vor dem Schritt des Befestigens des fluiden harzartigen Materials (50).

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, in welchem die Verstärkungsstruktur (40) wenigstens eine Mehrzahl von maschinengerichteter Fäden umfaßt, die wenigstens einer Mehrzahl von in Quermaschinenrichtung gerichteter Fäden verwebt sind.

9. Vorrichtung zum Herstellen eines Papier machenden Bandes (10) mit einer Verstärkungsstruktur (40) mit Lücken (49) darin und einer Dicke und einem harzartigen Rahmenwerk (50a), das mit der Verstärkungsstruktur (40) verbunden ist, wobei die Vorrichtung umfaßt:

(a) eine Arbeitsfläche (21), die so strukturiert und konfiguriert ist, daß diese eine Verstärkungsstruktur (40) aufnimmt und abstützt;

(b) ein Mittel zum Aufbringen eines fluiden harzartigen Materials (50) auf die Verstärkungsstruktur (40), die an der Arbeitsfläche (21) angeordnet ist,

(c) ein Mittel zum Verfestigen des fluiden harzartigen Materials (50), um ein gemustertes harzartiges Rahmenwerk (50a) zu schaffen, das mit der Verstärkungsstruktur (40) verbunden ist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß

die Arbeitsfläche (21) eine äußere Oberfläche (22) und darin ein Muster von Aussparungen (24) umfaßt, die so strukturiert und ausgebildet sind, daß sie wenigstens teilweise die Verstärkungsstruktur (40) darin aufnehmen, derart, daß sich nur ein Teil der Verstärkungsstruktur (40) über die äußere Oberfläche (22) der Arbeitsfläche (21) hinaus erstreckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aufbringen des fluiden harzartigen Materials (50) auf die auf der Arbeitsfläche 21) angeordneten Verstärkungsstruktur (40) ein Formgebungselement (70) umfaßt, das in Muster von Formungstaschen (72) darin aufweist, um das fluide harzartige Material (50) darin aufzunehmen, wobei das Formgebungselement (70) eine drehbare Walze, ein Endlosband oder eine Kombination davon umfaßt.