DE69921152T2

DE69921152T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer papiermaschinenbespannung

Info

Publication number: DE69921152T2
Application number: DE69921152T
Authority: DE
Inventors: Stanley Robert 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: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2019-08-14
Also published as: CN1314961A; WO2000009803A1; JP2002522663A; BR9915102A; ATE279573T1; KR20010072386A; EP1105562A1; EP1105562B1; CN1150367C; US6149849A; CA2339161C; ZA200100776B; AU752589B2; TW498123B; DE69921152D1; AU5488099A; AR021192A1; US6358030B1; CA2339161A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Papiermacherbänder, die bei den Papierherstellungsmaschinen nützlich sind, um starke, weiche, absorbierende Papierprodukte herzustellen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen solcher Papiermacherbänder. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Papiermacherbänder mit einem harzhaltigen Rahmenwerk und einer damit verbundenen Verstärkungsstruktur.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Allgemeinen umfasst ein Papierherstellungsverfahren mehrere Schritte. Typischerweise wird ein wässriger Brei aus Papiermacherfasern auf einem foraminösen Element in eine embryonische Bahn geformt, wie beispielsweise auf einen Fourdrinier-Sieb. Nach der anfänglichen Formung der Papierbahn auf dem Fourdrinier-Sieb oder Formungsdrähten, wird die Papierbahn durch einen oder mehrere Trocknungsverfahren auf einem anderen Teil eines Papiermachertuches in Form eines Endlosbandes transportiert, wie es häufig von dem Fourdrinier-Sieb oder den Formungsdrähten unterscheidet. Dieses andere Tuch wird im Allgemeinen als ein Trocknungstuch oder -band bezeichnet. Obwohl sich die Bahn auf dem Trocknungstuch befindet, kann der Trocknungs- und Entwässerungsprozess eine Vakuum-Entwässerung, eine Trocknung durch ein Blasen von erhitzter Luft durch die Bahn, eine mechanische Verarbeitung oder eine Kombination derselben umfassen.
Bei Verfahren der Durchlufttrocknung, wie von dem gegenwärtigen Übertragenen entwickelt und wirtschaftlich einsetzbar gemacht worden sind, kann das Trocknungstuch ein sogenanntes Umbiegeelement mit einer mikroskopisch monoplanaren, kontinuierlichen und vorzugsweise gemusterten und nicht zufälligen Netzwerkoberfläche aufweisen, welche eine Mehrzahl von diskreten, voneinander isolierten Umbiegekanälen bildet. Alternativ kann das Umbiegungselement eine Mehrzahl von diskreten Protuberanzen aufweisen, die voneinander durch einen im Wesentlichen kontinuierlichen Umbiegekanal getrennt sind oder halb kontinuierlich sind (das heißt, eine Kombination aus einem kontinuierlichen und einem diskreten Netzwerk aufweisen). Die embryonische Bahn ist dem Umbiegeelement zugeordnet. Während des Papierherstellungsverfahrens werden die Papiermacherfasern in der Bahn in die Umbiegekanäle gebogen und wird Wasser aus der Bahn durch die Umbiegekanäle abgeführt. Die Bahn wird dann durch Kreppen getrocknet und vorgekürzt, falls dies erwünscht ist. Die Umbiegung der Fasern in die Umbiegekanäle des Papiermacherbandes kann zum Beispiel durch die Aufbringung eines Differenz-Fluiddruckes auf die embryonische Papierbahn eingeleitet werden. Ein bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen eines Differenzdruckes ist das Aufbringen einer Fluiddruckdifferenz durch den Trocknungsstoff mit dem Umbiegeelement hindurch auf die Bahn.
Mit Durchluft getrocknete Papierbahnen können hergestellt werden gemäß den allgemein übertragenen und hier durch Bezugnahme mit aufgenommenen US Patenten: No. 4,529,480, veröffentlicht für Trokhan am 16. Juli 1985; Nr. 4,637,859, veröffentlicht für Trokhan am 20. Januar 1987; Nr. 5,364,504, veröffentlicht für Smurkoski et al. am 15. November 1994; Nr. 5,259,664, veröffentlicht für Trokhan et al. am 25. Juni 1996 und Nr. 5,679,222, veröffentlicht für Rasch et a. am 21. Oktober 1997.
Ganz allgemein umfasst ein Verfahren zum Herstellen des Umbiegeelements ein Aufbringen einer Beschichtung eines flüssigen lichtempfindlichen Harzes auf eine Oberfläche eines foraminösen Elements, das Regulieren der Dicke der Beschichtung auf einen vorgewählten Wert, das Belichten der Beschichtung des flüssigen lichtempfindlichen Harzes mit Licht in einer aktivierenden Wellenlänge durch eine Maske hindurch, wodurch eine Aushärten der ausgewählten Bereiche des lichtempfindlichen Harzes verhindert oder reduziert wird. Dann werden die ungehärteten Bereiche des lichtempfindlichen Harzes typischerweise durch Duschen weg gespült.
Mehrere allgemein übertragenen US Patente offenbaren Verfahren zum Herstellen von Papiermacherbändern: 4,514,345, veröffentlicht am 30. April 1985 für Johnson et al.; 4,528,239, veröffentlicht am 09. Juli 1985 für Trokhan; 5,098,522, veröffentlicht am 24. März 1992; 5,260,171, veröffentlicht am 09. November 1993 für Smurkoski et al.; 5,275,700, veröffentlicht am 04. Januar 1994 für Trokhan; 5,328,565, veröffentlicht am 12. Juli 1994 für Rasch et al.; 5,334,289, veröffentlicht am 02. August 1994 für Trokhan et al.; 5,431,786, veröffentlicht am 11. Juli 1995 für Rasch et al.; 5,496,624, veröffentlicht am 05. März 1996 für Stelljes, Jr. et al.; 5,500,277, veröffentlicht am 19. März 1996 für Trokhan et al.; 5,514,523, veröffentlicht am 07. Mai 1996 für Trokhan et al.; 5,554,467, veröffentlicht am 10. September 1996 für Trokhan et al.; 5,566,724, veröffentlicht am 22. Oktober 1996 für Trokhan et al.; 5,624,790, veröffentlicht am 29. April 1997 für Trokhan et al.; 5,628,876, veröffentlicht am 13. Mai 1997 für Ayers et al; 5,679,222, veröffentlicht am 21. Oktober 1997 für Rasch et al. und 5,714,041, veröffentlicht am 03. Februar für Ayers et al.
Die PCT-Anmeldung WO 86105220 offenbart ein Verfahren zum Bilden eines texturierenden Musters auf einem Faserfilzsieb, umfassend ein Gießen einer positiven Form auf ein Texturmuster mit einer Vielzahl von Hohlräumen, Ausbreiten des Harzvorläufers über die Form, um die Hohlräume verfüllen, ein teilweises Aushärten des Harzvorläufers, um einen konvexen Gießspiegel über jedem Hohlraum zu bilden, ein Drücken des Faserfilzsiebes in den Harzvorläufer, der aus den Hohlräumen vorsteht, Aushärten des Harzes und Separieren des Siebes und des daran gebundenen Harzes von der positiven Form. Obwohl das in dieser PCT-Anmeldung offenbarte Verfahren für ein Herstellen eines Siebes zum Herstellen einer Faserplatte geeignet sein kann, erwähnt es nicht die Herstellung von endlosen Papiermacherbändern, die beim Herstellen von faserigen Bahnen verwendet werden.
US Patent Nr. 4,111,634 offenbart eine Vorrichtung zum Befestigen einer Mehrzahl von diskreten Wulsten an einem Papiermacherfilz, mit Mitteln zum Abstützen eines Papiermacherfilzes mit einer Arbeitsoberfläche und Mitteln zum Aufbringen in dis kreten Wulsten einer plastischen Unterlage. Die diskreten Wulste erstrecken sich von der Arbeitsoberfläche weg und haben obere Abschnitte, welche voneinander entlang der Arbeitsfläche in Abstand liegen, so dass Kanäle für einen Flüssigkeitsfluss gebildet werden.
Obwohl sich das Aushärten des lichtempfindlichen Harzes als ein effektiver Weg zum Herstellen des Papiermacherbandes erwiesen hat, wurde die Suche nach verbesserten Verfahren und Produkten fortgesetzt. Nun wird angenommen, dass das Umbiegeelement durch wenigstens einige andere Verfahren hergestellt werden kann, welche nicht notwendigerweise die Verwendung der Härtungsstrahlung erfordern.
Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines Papiermacherbandes zu schaffen, indem zuerst ein gewünschtes Muster eines fluiden Harzes in einem Formungselement gebildet wird und dann das Harz von dem Formungselement zu der Verstärkungsstruktur übertragen wird und das gemusterte Harz verfestigt wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, welches die Menge des Harzes verringert, die benötigt wird, um das Papiermacherband mit einer Verstärkungsstruktur und einem gemusterten harzhaltigen Rahmenwerk zu konstruieren. Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung mit einem Formungselement zum Formen eines gewünschten Musters des Harzes zu schaffen und nachfolgend das gemusterte Harz auf die Verstärkungsstruktur des konstruierten Bandes zu übertragen.
Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden leichter offensichtlich, wenn sie mit Bezug auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
ZUSAMMENFASSSUNG DER ERFINDUNG
Ein Papiermacherband, das durch ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, umfasst eine Verstärkungsstruktur und ein gemustertes harzhaltiges Rahmenwerk, das damit verbunden ist. Die Verstärkungsstruktur hat eine erste Seite und eine entgegen gesetzte zweite Seite. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, umfasst die Verstärkungsstruktur ein fluiddurchlässiges Element, wie zum Beispiel einen Gewebestoff oder ein Sieb mit einer Mehrzahl von offenen Durchgangsbereichen. Die Verstärkungsstruktur kann auch ein Filz umfassen. Das harzhaltige Rahmenwerk hat eine Oberseite und eine Unterseite, wobei die Ober- und Unterseite mit der ersten bzw. zweiten Seite der Verstärkungsstruktur korrespondieren. Das harzhaltige Rahmenwerk kann ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster, ein diskretes Muster oder eine Kombination davon haben (das heißt, ein "halb kontinuierliches Muster").
Ein Verfahren zum Herstellen des Bandes umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Verstärkungsstruktur mit einer ersten Seite, einer zweiten Seite entgegen gesetzt zur ersten Seite, und einer dazwischen ausgebildeten Dicke; das Bereitstellen eines fließfähigen harzhaltigen Materials, das Bereitstellen wenigstens eine Formungselements mit einer Formungsoberfläche, die ein vorgewähltes Muster aus regelmäßig geformten Formtaschen umfasst, die so strukturiert und ausgebildet sind, dass sie das fließfähige harzhaltige Material darin transportieren, ein kontinuierliches Bewegen der Formungsoberfläche bei einer Transportgeschwindigkeit; das Abscheiden des fließfähigen harzhaltigen Materials in die Formtaschen der Formungsoberfläche; ein kontinuierliches Transportieren der Verstärkungsstruktur bei der Transportgeschwindigkeit, derart, dass wenigstens ein Bereich der Verstärkungsstruktur sich mit wenigstens einem der Bereich der Formungsoberfläche in einer seitenweisen Beziehung befindet; ein Überführen des fließfähigen harzhaltigen Materials von den Formtaschen der Formungsoberfläche auf die Verstärkungsstruktur; Veranlassen des fließfähigen harzhaltigen Materials und der Verstärkungsstruktur, sich miteinander zu verbinden; und ein Verfestigen des harzartigen Materials, wodurch das mit der Verstärkungsstruktur verbundene harzhaltige Rahmenwerk gebildet wird. Das harzhaltige Material wird von den Formtaschen auf die Verstär kungsstruktur in dem vorbestimmten Muster entsprechend dem Muster der Formtaschen übertragen. Vorzugsweise wird ein Schritt zum Behandeln der Formungsoberfläche mit einem Ablösemittel vorgesehen, bevor das harzhaltige Material auf/in die Formungsoberfläche abgeschieden wird. Wenn die Verstärkungsstruktur sich mit der Formungsoberfläche in einer seitenweisen Beziehung befindet, berührt vorzugsweise die Verstärkungsstruktur das fließfähige harzhaltige Material, das in den Formtaschen angeordnet ist, für eine vorbestimmte Zeitspanne. die ausreicht, dass sich das fließfähige harzhaltige Material und die Verstärkungsstruktur wenigstens teilweise miteinander verbinden. Die Überführung des harzhaltigen Materials von der Formungsoberfläche auf die Verstärkungsstruktur kann unterstützt werden durch ein Pressen der Formungsoberfläche und der Verstärkungsstruktur relativ zueinander.
Eine Vorrichtung zum Herstellen des Papiermacherbandes hat eine Maschinenrichtung und umfasst ein Formungselement mit einer gemusterten Formungsoberfläche, die eine Mehrzahl von regelmäßig geformten Formtaschen aufweist. Die Formtaschen sind so strukturiert und ausgebildet, dass sie darin das fließfähige harzhaltige Material transportieren. In einer Ausführungsform umfasst das Formungselement eine drehbare Formungsrolle mit einem Umfang und einer Dreh-Längsachse senkrecht zur Maschinenrichtung. Der Umfang der Formungsrolle weist die Formungsoberfläche auf. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Formungselement ein endloses Formungsband, das so ausgebildet ist. dass sich dieses kontinuierlich in der Maschinenrichtung bewegt.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein Mittel zum Abscheiden des fließfähigen harzhaltigen Materials in die Formtaschen der Formungsoberfläche, ein Mittel zum Bewegen der Verstärkungsstruktur in der Maschinenrichtung, derart, dass wenigstens ein Bereich der Verstärkungsstruktur sich mit wenigstens einem Bereich der Formungsoberfläche in einer seitenweisen Beziehung befindet, und ein Mittel zum Bewegen des Formungselement in der Maschinenrichtung, derart, dass das fließfähige harzhaltige Material von den Formungstaschen auf die Verstärkungsstruktur in ei nem vorgewählten Muster übertragen wird. Die Vorrichtung umfasst ferner vorzugsweise ein Mittel zum Verfestigen des fließfähigen harzhaltigen Materials, um so das harzhaltige Rahmenwerk zu bilden, das mit der Verstärkungsstruktur verbunden ist.
In einer Ausführungsform bilden die Formungstaschen der Formungsoberfläche ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster, wobei in diesem Fall das harzhaltige Rahmenwerk auf die Verstärkungsstruktur in einem im Wesentlichen kontinuierlichen Muster übertragen wird. In einer weiteren Ausführungsform bilden die Formungstaschen der Formungsrolle in Muster aus diskreten Formtaschen, wobei in diesem Falle das harzhaltige Material auf die Verstärkungsstruktur in einem Muster mit diskreten Harz-Protuberanzen übertragen wird. Eine Ausführungsform kommt in Betracht, in welcher die Formtaschen der Formungsoberfläche eine Kombination des im Wesentlichen kontinuierlichen Musters und des diskreten Musters bilden, also ein sogenanntes "halb kontinuierliches" Muster.
Das harzhaltige Material kann sich in einigen Ausführungsformen von der ersten Seite der Verstärkungsstruktur nach außen erstrecken, nachdem das harzhaltige Material auf der Verstärkungsstruktur abgelagert worden ist. Die Formtaschen haben eine Tiefe darin, welche in verschiedenen Teilen der Formungsoberfläche unterschiedlich sein kann. Die vorliegende Erfindung erlaubt es, das Band herzustellen, in welchem das harzhaltige Rahmenwerk eine unterschiedliche Dicke in der Ebene des Bandes hat. Gleichzeitig erlaubt die vorliegende Erfindung, das Band zu konstruieren, in welchem die obere Seite des harzhaltigen Rahmenwerks und die erste Seite der Verstärkungsstruktur in im Wesentlichen der gleichen Ebne liegen.
Das fließfähige harzhaltige Material wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxys, Siliconen, Urethanen, Polystyrolen, Polyolefinen, Polysulfiden, Nylons, Butadienen, Photopolymeren und Kombination davon. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das fluide harzhaltige Material ein lichtempfindliches Harz. Das fluide harzhaltige Material kann ein wärmeempfindliches Harz, wie ein bei Wärme fixierendes oder ein bei Wärme plastisches Material, umfassen. Vorzugsweise wird das fluide harzhaltige Material in einem flüssigen Zustand bereit gestellt. Das fluide harzhaltige Material kann auf/in die Formungsoberfläche abgeschieden werden, indem zuerst die Formungsoberfläche mit dem fließfähigen harzhaltigen Material in Berührung kommt und zweitens ein Überschuss des fließfähigen harzhaltigen Materials von der Formungsoberfläche entfernt wird, wenn sich die Formungsoberfläche bewegt.
Die Vorrichtung kann ferner ein Mittel zum Pressen der Verstärkungsstruktur und der Formungsoberfläche in Bezug zueinander für eine vorgestimmte Zeitspanne umfassen, wodurch die Überführung des harzhaltigen Materials von der Formungsoberfläche auf die Verstärkungsstruktur erleichtert wird. In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Unterlagewalze, die neben der Formungsoberfläche angeordnet ist, so dass ein Spalt zwischen diesen gebildet wird. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Ungerlage, die neben der Formungsoberfläche angeordnet ist. Die Unterlage ist so strukturiert und ausgebildet, dass sie sich in einer seitenweise berührenden Beziehung mit wenigstens einem Bereich der Verstärkungsstruktur bewegt. Vorzugsweise ist die Unterlage gespannt.
In einer Ausführungsform umfasst die Formungsoberfläche ein vorbestimmtes Muster von Ausnehmungen. Die Ausnehmungen sind so strukturiert um ausgebildet, dass sie darin die Verstärkungsstruktur aufnehmen. Die Ausführungsform liefert das Band, in welchem ein wesentlicher Bereich der Bodenseite des harzhaltigen Rahmenwerks über die zweite Seite der Verstärkungsstruktur angehoben ist. Das heißt, das Band hat einen Abstand, der zwischen der zweiten Seite der Verstärkungsstruktur und dem wesentlichen Bereich der Bodenseite des harzhaltigen Rahmenwerks gebildet wird. Während eines Papierherstellungsverfahrens sorgt dieser Abstand für eine Leckage zwischen dem Band und einer entwässernden Papiermachereinrichtung, wodurch eine plötzliche Aufbringung einer Fluiddruckdifferenz auf eine Papierbahn, die auf dem Bahn angeordnet ist, ausgeschlossen wird und ein Phänomen, das als "Nadellochung" bekannt ist, mildert. Der Abstand zwischen der zweiten Sei te der Verstärkungsstruktur und der Bodenseite des harzartigen Rahmenwerks kann über die Ebene des Bandes unterschiedlich sein.
Die Vorrichtung kann ferner ein Mittel zum Verfestigen des fließfähigen harzhaltigen Materials umfassen, wie zum Beispiel eine Aushärteeinrichtung mit einer Quelle für eine UV-Strahlung, zum Aushärten des harzhaltigen Materials, das ein lichtempfindliches Harz umfasst. Optional kann ein Schritt und ein Mittel zum Regulieren einer Dicke des harzhaltigen Materials, das mit der Verstärkungsstruktur verbunden ist, auf wenigstens einen vorgewählten Wert vorgesehen sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische hervor gehobene Seitenansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens und einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei das gezeigte Verfahren ein Mehrschrittverfahren umfasst, das in 1 gezeigt ist.
2 ist eine schematische hervor gehobene und detailliertere Seitenansicht eines Bruchteils 2 von 1, das das Papiermacherband zeigt, das an einem ersten Schritt des in 1 gezeigten Mehrschritt-Verfahrens konstruiert wird.
2A ist eine vereinfachte Draufsicht entlang von Linen 2A-2A in 2.
3 ist eine schematische hervor gehobene und detailliertere Seitenansicht eines Bruchteils 2 von 1, das ein Papiermacherband zeigt, das an einem zweiten Schritt des in 1 gezeigten Mehrschritt-Verfahrens konstruiert wird.
3A ist eine vereinfachte Draufsicht entlang Linien 3A-3A. in 3.
4 ist eine schematische und teilweise hervor gehobene Seitenansicht einer Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, die eine Formungsrolle und ein gerade konstruiertes Band zeigt.
5 ist eine schematische und teilweise hervor gehobene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung einen Formungsspalt aufweist, der zwischen der Formungswalze und einer Trägerwalze gebildet wird.
6 ist eine schematische und teilweise hervor gehobene Seitenansicht noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung zwei Trägerwalzen und eine Stützlage umfassen, die um die Formungswalze herum gewickelt ist.
7 ist eine schematische hervor gehobene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, die eine Verstärkungsstruktur zeigt, welche um einen Bereich des Umfangs der Formungswalze gewickelt ist und vollständig in dieser aufgenommen ist.
7A ist eine schematische und detaillierte Ansicht eines Bruchteils 7A aus 7, die das Papiermacherband zeigt, das gerade unter Verwendung des in 7 gezeigten Verfahrens und der Vorrichtung konstruiert wird.
7B ist eine bruchstückhafte und schematische planare Darstellung einer Ansicht in Richtung des Pfeiles 7B aus 7, die eine beispielhafte Ausführungsform des Umfangs der Formungswalze zeigt, mit einem Muster von Formtaschen zum Aufnehmen eines fließfähigen Harzes und einem Muster von Ausnehmungen zum Aufnehmen der Verstärkungsstruktur, wobei zwei Muster wechselweise zwischen einander angeordnet sind und gleiche Tiefen haben.
8 ist eine schematische und teilweise hervor gehobene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, die die Verstärkungsstruktur zeigt, die sich um einen Bereich des Umfangs der Formungswalze herum wickelt und teilweise darin aufgenommen ist, wobei die Vorrichtung drei Trägerwalzen aufweist, die neben der Formungswalze angeordnet sind und die Verstärkungsstruktur berühren.
8A ist eine schematische und detailliertere hervor gehobene Seitenansicht eines Bruchteils 8A aus 8.
8B ist eine bruchstückhafte und schematische planare Darstellung einer Ansicht entlang der Linien 8B-8B in 8A, welche eine beispielhafte Ausführungsform des Umfangs der Formungswalze zeigt, mit einem Muster von Formtaschen zum Aufnehmen eines fließfähigen Harzes und einem Muster von Ausnehmungen zum Aufnehmen der Verstärkungsstruktur, wobei zwei Muster wechselweise zwischen einander angeordnet sind, wobei die Formtaschen eine Tiefe haben, die größer ist als diejenige der Ausnehmungen der Verstärkungsstruktur.
9 ist eine schematische teilweise Schnittansicht entlang Linien 9-9 in 9A von einer beispielhaften Ausführungsform des Papiermacherbandes, welche unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, wobei das Band ein im Wesentlichen kontinuierliches Rahmenwerk aufweist, das mit der Verstärkungsstruktur und einer Mehrzahl von diskreten Umbiegungskanälen verbunden ist.
9a ist eine schematische Draufsicht entlang Linien 9A-9A in 9.
10 ist eine schematische teilweise Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform der Formungswalze der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von Formtaschen mit unterschiedlichen Tiefen.
10A ist eine schematische planare Darstellung einer Draufsicht entlang Linien 10A-10A in 10.
11 ist eine schematische teilweise Schnittansicht entlang Linien 11-11 in 11A einer beispielhaften Ausführungsform des Papiermacherbandes, welches unter Verwendung der in 10 gezeigten Formungswalze hergestellt werden kann, wobei das Band eine Mehrzahl von diskreten Protuberanzen mit unterschiedlichen Abhüben aufweist.
11A ist eine schematische Draufsicht entlang Linien 11A-11A in 11.
12 ist eine schematische hervor gehobene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung ein endloses Formungsband umfasst.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein repräsentatives Papiermacherband 90, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, ist schematisch in den 9, 9A, 11 und 11A gezeigt. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Papiermacherband" oder einfach "Band" auf eine im Wesentlichen mikroskopisch monopla nare Struktur, die so ausgebildet ist, dass sie während wenigstens einer Stufe eines Papierherstellungsverfahrens eine Bahn abstützt und vorzugsweise transportiert. Typischerweise nutzen moderne Industrie-Verfahren die endlosen Papiermacherbänder, es ist aber so zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung auch zum Herstellen von diskreten Abschnitten des Bandes 90 oder von stationären Platten, welche für das Herstellen von Bahn-Einzelblättern, Drehtrommeln, etc. verwendet werden können.
Wie die 9 und 11 zeigen, hat die Bahn 90 eine bahnberührende Seite 91 und eine Rückseite 92, entgegen gesetzt zur bahnberührenden Seite 91. Das Papiermacherband 90 wird als mikroskopisch monoplanar bezeichnet, weil es, wenn ein Bereich des Bandes 90 in einer planaren Konfiguration angeordnet wird, die Bahnseite 91, als Ganzes betrachtet, im Wesentlichen in einer Ebene liegt. Es wird als "im Wesentlichen" monoplanar bezeichnet, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass Abweichungen von der absoluten Planarität tolerierbar sind, obwohl sie nicht bevorzugt werden, solange die Abweichungen nicht so erheblich sind, dass sie die Leistungsfähigkeit des Bandes 90 für die Zwecke eines speziellen Papierherstellungsverfahrens nachteilig beeinflussen.
Das Papiermacherband 90, welches in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, umfasst im Allgemeinen zwei primäre Elemente: ein Rahmenwerk 50A (vorzugsweise ein gehärtetes polymeres harzhaltiges Rahmenwerk aus einem fließfähigen polymeren Harzmaterial 50) und eine Verstärkungsstruktur 40. Die Verstärkungsstruktur 40 hat eine erste Seite 41 und eine zweite Seite 42 entgegen gesetzt zur ersten Seite 41. Die erste Seite 41 kann während des Papierherstellungsverfahrens Papier machende Fasern berühren, während die zweite Seite 42 typischerweise die Papiermachereinrichtung berührt, wie zum Beispiel einen Vakuum-Aufnahmeschuh und einen Mehrschlitz-Vakuumkasten (beide nicht gezeigt).
Die Verstärkungsstruktur 40 kann eine Anzahl unterschiedlicher Formen annehmen. Sie kann ein Gewebeelement, ein Vliesstoffelement, ein Sieb, ein Netz, ein Band, eine Platte, etc. umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verstärkungsstruktur 40 ein Gewebeelement, das durch eine Mehrzahl von Fäden in Maschinenrichtung gebildet wird, die mit einer Mehrzahl von Fäden in Quermaschinenrichtung verwoben sind, wie es in den 9 und 9A gezeigt ist. Insbesondere kann die gewebte Verstärkungsstruktur 40 ein foraminöses Gewebeelement umfassen, wie dies offenbart ist in dem allgemein übertragenen US Patent Nr. 5,334,289, veröffentlicht im Namen von Trokhan et al. am 02. August 1994. Die Verstärkungsstruktur 40 mit einem Gewebeelement kann durch eine oder mehrere Schichten von miteinander verwobenen Fäden gebildet werden, wobei die Fäden im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und in einer sich berührenden seitenweisen Beziehung miteinander verbunden sind. Das allgemein übertragene US Patent 5,496,624, veröffentlicht am 05. März 1996 in den Namen von Stelljes Jr. et al., zeigt eine geeignete Verstärkungsstruktur 40. Das Papiermacherband 90 kann auch hergestellt werden, indem die Verstärkungsstruktur 40 mit einem Filz verwendet wird, zum Beispiel wie dies ausgeführt wird in der allgemein übertragenen Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 08/391,372, eingereicht am 15. Februar 1995 im Namen von Trokhan et al., und unter der Bezeichnung "Method of Applying a Curable Resin to Substrate for Use in Papermaking".
Die Verstärkungsstruktur 40 des Bandes 90 verstärkt das harzartige Rahmenwerk 50a und hat vorzugsweise eine geeignete projizierte Fläche, in welche die Papiermacherfasern sich unter Druck einbiegen können. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Verstärkungsstruktur 40 fluiddurchlässig wie auch nicht fluiddurchlässig sein. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "fluiddurchlässig" auf einen Zustand der Verstärkungsstruktur 40, wobei dieser Zustand Fluiden, wie Wasser und Luft, erlaubt, durch die Verstärkungsstruktur 40 in wenigstens einer Richtung hindurch zu gehen. Wie der Fachmann des Standes der Technik ohne Weiteres erkennen wird, werden die Bänder mit fluiddurchlässigen Verstärkungsstrukturen typischerweise bei Durchluft-Trocknungsverfahren zum Herstellen einer Papierbahn verwendet. Ein Beispiel einer nicht fluiddurchlässigen Verstärkungsstruktur 40 ist in den 11 und 11A gezeigt.
Wie in den 9, 9a, 11, 11a gezeigt, ist die Verstärkungsstruktur 40 mit dem harzhaltigen Rahmenwerk 50a verbunden. Das harzhaltige Rahmenwerk 50a umfasst ein verfestigtes harzhaltiges Material 50, das heißt, das harzhaltige Rahmenwerk 50 ist eine feste Phase des fluiden harzhaltigen Materials 50a. In diesem Sinne können die Ausdrücke "harzhaltiges Material 50" und das "harzhaltige Rahmenwerk 50a" untereinander austauschbar verwendet werden, wenn dies im Kontext der Beschreibung geeignet ist. Das harzhaltige Rahmenwerk 50a hat eine Oberseite 51 und eine Bodenseite 52, entgegen gesetzt zur Oberseite 51. Während des Papierherstellungsverfahrens berührt die Oberseite 51 des Rahmenwerks 50a die Papiermacherfasern und bildet somit das Muster der Papierbahn, die gerade hergestellt wird. Die Bodenseite 52 des Rahmenwerks 50a kann in einigen Ausführungsformen ( 7 und 7a) die Papiermachereinrichtung berühren, wobei in diesen Ausführungsformen die Bodenseite 52 des Rahmenswerks und die zweite Seite 42 der Verstärkungsstruktur in der gleichen Makroebene angeordnet sein können. Alternativ kann ein Abstand Z zwischen der Bodenseite 52 des Rahmenwerks 50a und der zweiten Seite 42 der Verstärkungsstruktur gebildet sein (8A).
Eine weitere Ausführungsform (nicht gezeigt) des Rahmenwerks 50a kann die Bodenseite 52 so aufweisen, dass diese ein Netzwerk von Durchgängen hat, die Texturunregelmäßigkeiten auf der rückseitigen Oberfläche bilden, wie dies beschrieben ist im allgemein übertragenen US Patent 5,275,700, veröffentlicht am 04. Januar 1994 für Trokhan. Die zwei letzteren Ausführungsformen des Rahmenwerks 50a – eines mit dem Abstand Z zwischen der Bodenseite 52 des Rahmenwerks 50a und das andere mit den rückseitigen Texturunregelmäßigkeiten – sorgen in günstiger Weise für eine Leckage zwischen dem gegenseitigen Berühren der Bodenseite 52 des Rahmenwerks 50 und einer Oberfläche der Papiermachereinrichtung. Die Leckage verringert oder beseitigt sogar insgesamt eine plötzliche Beaufschlagung des Vakuum-Druckes auf die Papierbahn, wodurch ein als Nadellochung bekanntes Phänomen gemildert wird.
Ein erster 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 Varietät unterschiedlicher Formen umfassen kann, wie zum Beispiel eine Gewebestoff, einen Filz, ein Sieb, ein Band, etc. Eine detailliertere Beschreibung der Verstärkungsstruktur 40, insbesondere von einer mit einem Gewebeelement, ist in dem allgemein übertragenen US Patent 5,275,700 zu finden. Ungeachtet dieser spezifischen Ausführungsform hat die Verstärkungsstruktur 40 eine erste Seite 41 und eine zweite 42, wie dies am besten in den 4, 7, 7A und 11 zu sehen ist. In dem geformten Papiermacherband 90 ist die erste Seite 41 während des Papierherstellungsverfahrens der Papiermacherfasern zugewandt (und kann in einigen Ausführungsformen diese berühren), während die zweite Seite 42, entgegen gesetzt zur ersten Seite 41, der Papiermachereinrichtung zugewandt ist (und diese typischerweise berührt). Wie hier verwendet, werden die erste Seite 41 und die zweite Seiten 42 der Verstärkungsstruktur 40 fortlaufend durch diese jeweiligen Namen bezeichnet, ungeachtet des Einbaues (das heißt, vor, während und nach dem Einbau) der Verstärkungsstruktur 40 in das Papiermacherband 90. Ein Abstand zwischen der ersten Seite 41 und der zweiten Seite 42 der Verstärkungsstruktur bildet eine Dicke der Verstärkungsstruktur, die hier als "h" bezeichnet wird (9). In dem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren der vorliegenden Erfindung bewegt sich die Verstärkungsstruktur 40 kontinuierlich in einer Maschinenrichtung, die in mehrere Figuren als "MD" angegeben ist. Die Verwendung des Ausdrucks "Maschinenrichtung" erfolgt hier übereinstimmend mit der üblichen Verwendung des Ausdrucks bei der Papierherstellung, in welcher dieser Ausdruck eine Richtung bezeichnet, welche parallel zu dem Fluss der Papierbahn durch die Papiermachereinrichtung verläuft. Wie hier verwendet, ist die "Maschinenrichtung" eine Richtung parallel zu dem Fluss der Verstärkungsstruktur 40 während des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
Der nächste Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfasst das Bereitstellen eines fließfähigen Harzmaterials 50. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "fließfähiges Harzmaterial" auf eine breite Varietät von polymeren Harzen und Kunststoffen, die unter bestimmten Bedingungen und/oder für eine bestimmte Zeitdauer einen fluiden oder flüssigen Zustand erreichen und beibehalten können, der ausreicht, dass sie in eine Struktur mit einer gewünschten Konfiguration eingeformt werden, und sich dann verfestigen und vorzugsweise aushärten, so dass das Rahmenwerk 50a gebildet wird, wie es oben erläutert wurde. Das fließfähige Harzmaterial 50 der vorliegenden Erfindung kann ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Expoxys, Siliconen, Urethanen, Polystyrolen, Polyolefinen, Polysulfiden Nylons, Butadienen, Photopolymeren und einer Kombination derselben umfassen.
Die Beispiele des geeigneten flüssigen Harzmaterials 50, das Silicone aufweist, umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf: Smooth-Sil 900", "Smooth-sil 905", "Smooth-Sil 910" und "Smooth-Sil 950". Die Beispiele des geeigneten flüssigen Harzmaterials, die Polyurethane aufweisen, umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf 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", "PM-780", "PMC-790". Alle die obigen beispielhaften Materialien sind Handel erhältlich von Smooth-On, Inc. 2000 St. John Street, Easton, PA, 18042. Weitere Beispiele des flüssigen Harzmaterials 50 umfassen Mehrkomponente-Materialien, wie beispielsweise einen Zweikomponenten-Flüssigkunststoff "Smooth-Cast 300", und eine flüssige Gummiverbindung "Clear Flex 50", die beide im Handel erhältlich sind von Smooth-On, Inc.
Lichtempfindliche Harze können auch als das Harzmaterial 50 verwendet werden. Die lichtempfindlichen Harze sind üblicherweise Polymere, die unter dem Einfluss von Strahlung, typischerweise ultravioletten (UV) Licht aushärten oder vernetzen. Druckschriften, die mehr Information über flüssige lichtempfindliche Harze enthal ten, 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 Papier Synthetics Conf. Proc., September 25-27, 1978, Seiten 167-172; und Schmidle, "Ultraviolet Curable Flexible Coatings", J. of Coated Fabrics, 8, 10-20 (Juli 1978). Besonders bevorzugte flüssige lichtempfindliche Harze sind enthalten den Merigraph-Reihen von Harzen, die hergestellt werden durch Hercules Incorporated, Wilmington, Del. Ein am meisten bevorzugtes Harz ist das Merigraph Harz EPD 1616.
Die Beispiele von wärmeempfindlichen Harzen, welche das Harzmaterial 50 der vorliegenden Erfindung umfassen kann, enthalten, sind aber nicht beschränkt darauf: eine Gruppe von thermoplastischen Elastomeren Hytrel^® (wie Hytrel^® 4056, Hytrel^® 7246 und Hytrel^®8238); und Nylon Zytel^® (wie Zytel^®101L und Zytel^®132F), im Handel erhältlich von DuPont Corporation aus Wilmington, DE.
Vorzugsweise wird das fließfähige Harzmaterial 50 in einer flüssigen Form bereit gestellt. Die vorliegende Erfindung zieht jedoch die Verwendung des fließfähigen Harzmaterials 50 in Betracht, welches in einer festen Form bereit gestellt wird. Im letzteren Fall wird ein zusätzlicher Schritt des Fluidisierens des Harzmaterials 50 benötigt. Das fließfähige Harzmaterial wird vorzugsweise an eine Quelle 55 geliefert, welche die richtigen Bedingungen (wie beispielsweise die Temperatur) bereit stellt, um das Harzmaterial 50 in einem fluiden Zustand zu halten. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Fluid" auf eine Bedingung, einen Zustand oder eine Phase des Harzmaterials 50, in welcher/welchen das Harzmaterial 50 in der Lage ist, zu fließen und welche/welcher dem Harzmaterial 50 erlaubt, auf einer dreidimensional gemusterten Oberfläche derart abgeschieden zu werden, dass das Harzmaterial 50 sich im Wesentlichen an ein dreidimensionales Muster der gemusterten Oberfläche anpasst. Falls thermoplastische oder thermofixierende Harze als Harzmaterial 50 verwendet werden, wird typischerweise eine Temperatur leicht über dem Schmelzpunkt des Materials erwünscht, um das Harz in einem fluiden Zustand zu halten. Das Material wird als an oder über dem "Schmelzpunkt" liegend angesehen, wenn sich das Material vollständig im flüssigen Zustand befindet. Eine geeignete Quelle 55 ist ein in einigen Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung ein schematisch gezeigter Trog. Der Trog kann eine geschlossene Unterseite und geschlossene Seitenwände und eine außen liegende Seitenwand aufweisen. Die innen liegende Seitenwand des Troges kann offen sein und dem darin befindlichen fließfähigen Harzmaterial 50 erlauben, das Formungselement 20 frei zu berühren und mit diesem zu kommunizieren, wie dies hier unten beschrieben wird. Falls das Harzmaterial ein thermoplastisches Harz umfasst, werden die Quelle 55 und die Formungsoberfläche 21 vorzugsweise erhitzt, um eine frühzeitige Verfestigung des flüssigen Harzmaterials 50 zu vermeiden.
Der nächste Schritte des Verfahrens umfasst das Bereitstellen eines Formungselements 20. Wie hier verwendet, ist das "Formungselement" 20 eine Struktur, die so ausgebildet ist, dass sie das fluide Harzmaterial 50 aufnimmt und dann das Harzmaterial 50 auf die Verstärkungsstruktur in einem vorbestimmten Muster überträgt. In dem bevorzugten kontinuierlichen Verfahren kann das Formungselement 20 eine Varietät von unterschiedlichen Ausführungsformen umfassen. In der in den 1, 4-8 und 10 gezeigten Ausführungsformen umfasst das Formungselement 20 eine Formungswalze 20a, während in einer in 12 gezeigten Ausführungsform das Formungselement 20 ein Formungsband 20b aufweist. Ungeachtet seiner Ausführungsform hat das Formungselement 20 eine Formungsoberfläche 21 mit einem darauf befindlichen dreidimensionalen Muster. Vorzugsweise umfasst die Formungsoberfläche 21 ein vorgewähltes Muster von darin ausgewählten Formtaschen 22, wie dies am besten gezeigt ist in den 4, 7, 7B 8 und 10. Wie hier verwendet, ist die "Formungsoberfläche" 21 ein genereller Ausdruck, der sich auf alle frei liegenden Oberflächen des Formungselements 20 bezieht, einschließlich einer inhärenten Oberfläche, wie beispielsweise einer äußeren (die am meisten erhöhte) Oberfläche des Bandes 20b (12) oder einem äußeren (entsprechend einem größeren Durchmesser) Umfang 21a (4, 8, 10) der Walze 20a, sowie inneren Oberflächen der Taschen 22 (4, 7, 8, 10). Die Formungsoberfläche 21 ist eine Oberfläche, auf welche das fluide Harzmaterial 50 abgeschieden wird. In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bewegt sich das Formungselement 20 kontinuierlich mit einer Transportgeschwindigkeit, wodurch das Harzmaterial 50 befördert wird. Der Fachmann des Standes der Technik wird ohne Weiteres erkennen, dass in den Ausführungsformen (1-8 und 10), welche eine drehbare Formungswalze oder Formungswalzen 20a (20a') umfassen, die Transportgeschwindigkeit eine Oberflächengeschwindigkeit gemessen an einem der Umfänge der Formungsoberfläche 21 umfasst. In den 1, 4-7 und 8 ist eine Drehrichtung der/die Formungswalze(n) 20a (20a') durch einen Pfeil "A" angegeben. In der Ausführungsform (12) mit dem Formungsband 20b wird die Transportgeschwindigkeit des Bandes 20b zwischen den Stützwalzen 25 und 26 gemessen.
Wie hier verwendet, beziehen sich "Formungstaschen" 22 auf ein Muster von Vertiefungen oder Hohlräumen der Formungsoberfläche 21, welche so ausgebildet sind, dass sie das fluide Harzmaterial 50 von der Quelle 55 zu der Verstärkungsstruktur 40 übertragen und das fluide Harzmaterial 50 auf der Verstärkungsstruktur 40 in einem vorbestimmten Muster abscheiden. Die Formtaschen 22 können ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster in der Formungsoberfläche 21 aufweisen, wie das am besten in 7B zu sehen ist; in diesem Fall wird das Harzmaterial 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 in einem im Wesentlichen kontinuierlichen Muster übertragen. Wie hier verwendet, wird ein Muster als "im Wesentlichen" kontinuierlich bezeichnet, um damit anzugeben, dass geringe Abweichungen von der absoluten Kontinuität toleriert werden können, solange diese Abweichungen nicht das Verfahren der vorliegenden Erfindung und die Leistungsfähigkeit und die gewünschten Qualitäten des Endproduktes – des Papiermacherbandes 90, nachteilig beeinflussen. Die 2A und 9A zeigen zwei unterschiedliche beispielhafte Ausführungsformen des Papiermacherbandes 90 mit einem im Wesentlichen kontinuierlichen harzhaltigen Rahmenwerk 50a, das unter Verwendung des kontinuierliche Musters von Formtaschen 22 hergestellt wurde.
Alternativ können die Formtaschen 22 ein Muster von diskreten Vertiefungen oder Hohlräumen umfassen. Im letzteren Fall wird das Harzmaterial 50 von den Formta schen 22 zu der Verstärkungsstruktur 40 in einem Muster mit einer Mehrzahl von diskreten Protuberanzen übertragen. Ein beispielhaftes Papiermacherband 90 mit dem harzhaltigen Rahmenwerk 50a mit einer Mehrzahl von diskreten Protuberanzen, die sich von der ersten Seite 41 der Verstärkungsstruktur 40 nach außen erstrecken, ist schematisch gezeigt in den 10, 11 und 11A. Ein Muster (nicht gezeigt) mit einer Kombination der im Wesentlichen harzhaltigen Formtaschen 22 und den diskreten Formtaschen 22 wird auch durch die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen.
Das Rahmenwerk 50a, welches in Bezug zu der ersten Oberfläche 41 der Verstärkungsstruktur 40 "angewinkelt" ist, wird in der vorliegenden Erfindung berücksichtigt. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "angewinkeltes" Rahmenwerk 50a auf ein Rahmenwerk 50a, in welchem – wenn es im Querschnitt betrachtet wird – spitze Winkel zwischen der ersten Oberfläche 41 der Verstärkungsstruktur 40 und den Längsachsen beider diskreten Umbiegekanäle gebildet werden und zwar im Falle des kontinuierlichen Rahmenwerks 50a, oder aber diskrete Protuberanzen im Falle des Rahmenwerks 50a mit einer Mehrzahl von diskreten Protuberanzen. Diese Ausführungsformen sind offenbart in den allgemein übertragenen Patentanmeldungen, amtliche Aktenzeichen Nr. 08/858,661 und amtliches Aktenzeichen Nr. 08/858,662, wobei beide Anmeldungen bezeichnet sind mit "Cellulosic Web, Method and Apparatus For Making the Same Using Papiermaking Belt Having Angled Cross-sectional Structure, and Method Of Making the Belt", und eingereicht im Namen von Larry L. Huston am 19. Mai 1997.
Die Formtaschen 22 haben wenigstens eine Tiefe, die hier durch ein Symbol "D" bezeichnet wird. Die Tiefe D definiert ganz allgemein eine Dicke des Harzmaterials 50, das aus den Formtaschen 22 auf die Verstärkungsstruktur 40 abgeschieden wird. Wie hier verwendet, gibt der Ausdruck "Tiefe" der Formtasche(n) 22 ein Maß der geometrisch unterscheidbaren Vertiefungen) in das Formungselement 20 an. Als ein Beispiel zeigen die 10 und 10A ein Bruchstück des Formungselements 20 mit einer Formungswalze 20a, die eine Vielzahl von diskreten Formungstaschen 22 aufweist. Ein inhärenter Bereich 21a der Formungsoberfläche 21 ist der Bereich des äußeren Umfangs der Walze, welcher nicht durch die Formtaschen 22 beeinflusst wird, typischerweise ein Bereich des Umfangs der Walze, der dem größeren Durchmesser der Walze entspricht. In den 10 und 10A ist der inhärente Bereich 21a ein kontinuierlicher Bereich des äußeren Umfang, der die diskreten Formtaschen 22 beinhaltet. Die 10 und 10A zeigen auch, dass jede Formtasche zwei geometrisch unterscheidbare Vertiefungen aufweist, eine erste Vertiefung 22a (relativ größer) mit einer Form eines Rhombus und eine zweite Vertiefung 22b (relativ kleiner) mit einer form eines Kreises, wie dies in 10A am besten gezeigt ist. Die erste Vertiefung 22a hat die erste Tiefe D1 und die zweite Vertiefung 22b hat die zweite Tiefe D2 größer als die erste Tiefe D1, und folglich haben die Formtaschen 22 zwei Tiefen D1 und D2, wie dies in 10 gezeigt. Es sollte so verstanden sein, dass die vorstehenden Beispiele nur für darstellende Zwecke gedacht sind und nicht für Zwecke der Beschränkung. Tatsächlich kann eine unbegrenzte Anzahl von Schritten und Permutationen der Formtaschen 22 mit unterschiedlichen Tiefen in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Obwohl die 10 und 10A die geometrisch symmetrischen Formtaschen 22 zeigen, sei dies so zu verstehen, dass geometrisch asymmetrische Konfigurationen (in Draufsicht wie auch im Querschnitt) bedarfsweise verwendet werden können (nicht gezeigt). "Angewinkelte" Konfigurationen der Formtaschen 22 können verwendet werden, um das "winkelige" Muster des harzhaltigen Rahmenwerks 50a zu erzeugen, wie dies hier vorstehend erläutert wurde. Ferner können Ausführungsformen (nicht gezeigt) existieren von Formtaschen 22, in welchen die Beziehung zwischen einer spezifischen Tiefe D und einer geometrisch unterscheidbaren Konfiguration nicht offensichtlich ist, oder sogar unmöglich zu erreichen ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erlaubt es einem in vorteilhafter Weise fast jede gewünschte Form des harzhaltigen Rahmenwerks 90 zu erzeugen, indem die entsprechend geformte Formungsoberfläche 21 bereit gestellt wird.
Der nächste Schritt der vorliegenden Erfindung umfasst das Abscheiden des fließfähigen Harzmaterials 50 in die Formtaschen 22 der Formungsoberfläche 21. Im Allgemeinen umfasst in einem bevorzugten kontinuierlichen Prozess dieser Schritt zunächst das Berühren der Formungsoberfläche 21 mit dem fließfähigen harzartigen Material 60 und dann das Entfernen von Überschuss von Harzmaterial 50 von der Formungsoberfläche 21, wenn sich die Formungsoberfläche 21 bewegt. Vorzugsweise wird der Überschuss des fließfähigen Harzmaterials 50 in die Quelle (Trog) 55 des Harzmaterials 50 entfernt, wodurch Ausschuss des Harzmaterials 50 reduziert oder sogar ganz weg fällt. Ein geeignetes Abscheidungsmittel, das im Stand der Technik bekannt ist, kann in der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um diesen Schritt durchzuführen. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Abscheidungsmittel" auf irgendetwas, was in der Lage ist, das fluide Harzmaterial 50 von einer Füllmenge zu der Formungsoberfläche 21 in einer benötigten Dosierung zu übertragen. Der Ausdruck "Abscheidung" bezieht sich auf eine Übertragung des fluiden Harzmaterials 50 von der Füllform (z.B. im Trog 55 bereit gestellt, wie oben beschrieben) und eine Dosierung des fluiden Harzmaterials 50 auf die Formungsoberfläche 21 und/oder in die Formtaschen 22. derart, dass das fluide Harzmaterial 50 die Formtaschen 22 in einer im Wesentlichen gleichförmigen Weise füllt. Das Entfernen des Überschusses von Harzmaterial 50 von der Formungsoberfläche 21 kann herbei geführt werden, indem das Überschussmaterial von der Formungsoberfläche 21 gewischt und/oder geschabt wird.
Die nächsten zwei Schritte umfassen einen kontinuierlichen Transport der Verstärkungsstruktur 40 bei einer Transportgeschwindigkeit, derart, dass wenigstens ein Bereich der Verstärkungsstruktur 40 sich in einer seitenweisen Beziehung mit wenigstens einem Bereich der Formungsoberfläche 20 befindet, und ein Übertragen des fließfähigen Harzmaterials 50 von den Formtaschen 22 der Formungsoberfläche 20 auf die Verstärkungsstruktur 40 in dem vorgewählten Muster. Vorzugsweise berührt der Bereich der Verstärkungsstruktur 40, der der Formungsoberfläche 20 zugewandt ist, die Formungsoberfläche 20 für eine vorbestimmte Zeitspanne. In den Ausführungsformen, in welchen das Formungselement 20 die Formungswalze 20a umfasst, wird die vorbestimmte Zeitspanne, während welcher die Formungsoberfläche die Verstärkungsstruktur 40 berührt, durch die Transportgeschwindigkeit, ei nem Durchmesser der Formungswalze 20a und einen Wickelwinkel λ definiert, wie in den 1 und 4-6 gezeigt sind. Mit Bezug auf 4, wie hier verwendet, definiert der Ausdruck "Wickelwinkel" einen eingeschlossenen Winkel λ, der zwischen zwei imaginären Radien r1 und r2 gebildet wird, wobei der Radius r1 die Längsachse (oder ein Rotationszentrum) F der Formungswalze 20a und einen Punkt f1 verbindet, an welchem die Verstärkungsstruktur 40 zuerst die Formungsoberfläche 21 berührt, und der Radius r2 die Längsachse (oder das Rotationszentrum) F der Formungswalze 20a und einen Punkt f2 verbindet, an welchem die Verstärkungsstruktur 40 die Formungsoberfläche 21 zuletzt berührt. Ein Teil des Umfangs zwischen dem Punkt f1 und dem Punkt f2 begrenzt eine sich daraus resultierende Kontaktzone K, das heißt, eine Kontaktfläche zwischen der Formungsoberfläche 21 und der Verstärkungsstruktur 40. In der Ausführungsform von 12, in welcher das Formungselement 20 das Band 20a umfasst, weist die resultierende Kontaktzone K eine erste (umfängliche) Kontaktzone K1 und eine zweite (planare) Kontaktzone K2 auf. Die resultierende Kontaktzone K umfasst vorzugsweise ein Verfestigungssegment des Verfahrens, das heißt, ein Segment, an welchem sich das Harzmaterial 50 verfestigt, um so die Verstärkungsstruktur 40 ausreichend zu verbinden und ihre Form nach Lösung von der Formungsoberfläche 21 beizubehalten. Das Harzmaterial 50 muss sich nicht vollständig in dem Verfestigungssegment verfestigen und kann eine gewissen Fließfähigkeit zurück behalten, nachdem es das Verfestigungssegment verlassen hat, solange das Harzmaterial 50 in der Lage ist, seine Form ausreichend beizubehalten, die es angenommen hat, während das Harzmaterial 50 mit den Formtaschen 22 in Verbindung war.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Harzmaterial 50 vor seiner Abscheidung auf der Formungsoberfläche 21 in einem ausreichend fluiden Zustand gehalten. Vorzugsweise sollte das Harzmaterial 50 fluidförmig genug sein, um die Formtaschen 22 gleichförmig zu füllen. In einigen Ausführungsformen kann die Verfestigung des Harzmaterials 50 beginnen, unmittelbar nachdem das Harzmaterial 50 die Formtaschen 22 gefüllt hat. In 4 zeigt ein Winkel α schematisch ein Vorverfestigungssegment der Formungsoberfläche 21 an, nachdem das Harzmaterial 50 auf der Formungsoberfläche 21 abgeschieden worden ist und bevor die Verstärkungsstruktur 40 und die Formungsoberfläche 21 sich in einer seitenweisen Beziehung (vor dem Erreichen des Punktes f1) treffen. Der Fachmann des Standes der Technik wird leicht erkennen, dass für ein gegebenes Harzmaterial 50 der gewünschte Grad an Viskosität des Harzmaterials 50 vor dem Erreichen des Punktes f1 definiert wird durch mehrere Faktoren, einschließlich der Gestaltung und der Transportgeschwindigkeit der Formungsoberfläche 21, der relativen Geometrie der Verstärkungsstruktur 40 und der Formungsoberfläche 21, der Länge der resultierenden Kontaktzone K und weiteren Bedingungen des Verfahrens und Parametern der Vorrichtung 10. Vorzugsweise ist die Viskosität des Harzmaterials 50 größer an dem Vorverfestigungssegment der Formungsoberfläche 21, definiert durch den Winkel α, in Bezug zur Viskosität des Harzmaterials im Trog 55, insbesondere dann, wenn das Harzmaterial 50 den Punkt f1 erreicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kommt eine Ausführungsform in Betracht, in welcher das Harzmaterial 50, das in den Formtaschen 22 abgelagert ist, sich derart verfestigt, dass die Oberfläche des Harzmaterials 50, welche sich in direktem Kontakt mit der innenseitigen Oberfläche der Formtaschen 22 befindet, zuerst verfestigt, wenn der Rest des Harzmaterials 50, das in den Formtaschen 22 abgelagert ist, sich noch in dem fluiden Zustand befindet. Dann funktioniert die Oberfläche des Harzmaterials 50, welche wenigstens teilweise verfestigt ist, als ein Mantel für den Rest des Harzmaterials 50, welches noch fluidförmig ist. Diese Ausführungsform kann besonders günstig sein im Verfahren unter Verwendung der Verstärkungsstruktur 40, die Lückenräume darin aufweist, wie zum Beispiel eine gewebte Verstärkungsstruktur 40. Wenn die Verstärkungsstruktur 40 das Harzmaterial 50 berührt, kann ein Druck dazu verwendet werden, die Verstärkungsstruktur 40 und das Harzmaterial relativ zueinander zusammen zu drücken, wodurch das Harzmaterial 50 durch die Fäden der Verstärkungsstruktur 40, welche seine erste Seite 41 bilden, und in die Verstärkungsstruktur 40 "geschubst" werden, ohne die Form des Harzmaterials 50, das auf der Verstärkungsstruktur 40 abgeschieden wurde, in unerwünschter Weise zu zerstören.
Vorzugsweise sollte die Zeit, während welcher die Formungsoberfläche 20 der Verstärkungsstruktur 40 zugewandt ist (und diese vorzugsweise berührt) ausreichend sein, damit das Harzmaterial 50 von den Formtaschen 22 auf die Verstärkungsstruktur 40 übertragen wird. Insbesondere sollte diese Zeit für das Harzmaterial 50 ausreichend sein, sich wenigstens teilweise mit der Verstärkungsstruktur 40 in einem vorgewählten Muster zu verbinden (entsprechend dem Muster der Formungsoberfläche 21). Für die erfolgreiche Übertragung des Harzmaterials 50 von den Formtaschen 22 auf die Verstärkungsstruktur 40 kann eine Varietät von Mitteln alleine oder in Kombination gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Vorzugsweise ist eine Oberflächenenergie der Formtaschen 22 geringer als eine Oberflächenenergie der Verstärkungsstruktur 40. Es gibt mehrere Wege, eine Oberflächenenergiedifferenz zwischen den Formtaschen 22 und der Verstärkungsstruktur 40 zu erzeugen. Ein Material, das die Formungsoberfläche 21 umfasst, kann inhärent eine relativ geringe Oberflächenenergie haben oder kann so behandelt werden, dass seine Oberflächenenergie gesenkt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Formungsoberfläche 21 mit einem Ablösemittel 60 vor dem Schritt des Abscheidens des Harzmaterials 50 in die Formtaschen 22 behandelt werden. Beispiele des Ablösemittels 60 umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf: "Ease Release^TM", "Permarelease^TM", "Aqualease^TM" und "Actilease^TM", erhältlich von Smooth-On, Inc. Obwohl eine Quelle 65 des Ablösemittel 60 schematisch als ein Trog in mehreren Zeichnungen gezeigt ist, sei dies so zu verstehen, dass das Ablösemittel 60 auf die Formungsoberflächen gebürstet, gesprüht oder gewischt werden kann, wobei in diesen Fällen die Quelle 65 eine Bürste, eine Düse oder irgendein eine andere geeignete Einrichtung, die im Stand der Technik bekannt ist, umfassen kann. 4 zeigt zum Beispiel die Quelle 65 mit einer Düse. In einigen Anwendungen könnte es notwendig sein, zwei oder mehr Beschichtungen des Ablösemittels 60 auf die Formungsoberfläche 21 aufzubringen. In einigen Ausführungsformen, in welchen die Formungsoberfläche darin mikroskopische Poren aufweist, kann es wünschenswert sein, das Ablösemittel 60 und/oder die Formungsoberfläche 21 zu erhitzen, um eine Durchdringung des Ablösemittels 60 in die Formungsoberfläche 21 zu erleichtern, wodurch die Poren vor dem Abscheiden des Harzmaterials 50 auf die Formungsoberfläche 21 dicht verschlossen werden.
Weitere Wege, das Harzmaterial 50 dazu zu veranlassen, sich wenigstens teilweise mit der Verstärkungsstruktur 40 zu verbinden, umfassen das Aufbringen einer Druckdifferenz, um die Verstärkungsstruktur 40 relativ zur Formungsoberfläche 21 in der Kontaktzone K zu pressen, wie beispielsweise deshalb, um einen ausreichenden Eingriff zwischen dem Harzmaterial 50 und der Verstärkungsstruktur 40 zu veranlassen. Typischerweise, obwohl nicht notwendigerweise, "haftet" das Harzmaterial 50 nicht an der Verstärkungsstruktur 40 an, sondern muss sich um strukturelle Elemente der Verstärkungsstruktur 40 herum legen (wie zum Beispiel einzelne Fäden in einer gewebten Verstärkungsstruktur 40), um sich um diese herum zu "verhakeln", wodurch wenigstens einige von diesen teilweise umschlossen werden. Der Druck erleichtert die Eindringung des Fluids oder des teilweise verfestigten Harzmaterials 50 zwischen die strukturellen Elemente der Verstärkungsstruktur 40. 5 zeigt zum Beispiel eine Unterlagewalze 30, die neben der Formungswalze 20a angeordnet ist, so dass ein Spalt 23 dazwischen gebildet wird. Die Verstärkungsstruktur 40 bewegt sich durch den Spalt 23 hindurch und wird vorzugsweise durch die Unterlagewalze 30 gegen die Formungsoberfläche 21 der Formungswalze 20a gepresst. Vorzugsweise dreht sich die Unterlagewalze 30 mit einer Oberflächengeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der Transportgeschwindigkeit der Verstärkungsstruktur 40 an dem Spalt 23. Diese Ausführungsform kann in günstiger Weise mit der Formungswalze 20a verwendet werden, die die Formungsoberfläche 21 mit einem verformbaren und vorzugsweise konstantes Volumenmaterial aufweist, wie dies beschrieben ist in dem allgemein übertragenen US Patent 5,275,700. Mit vorzugsweise konstantem Volumen liefert einen wirksamen Kontakt zwischen der Verstärkungsstruktur 40 und dem Harzmaterial 50, weil die Verstärkungsstruktur 40 unter Druck in die Formungsoberfläche 21 "eingedrückt" werden kann, wodurch ein Verbinden des Harzmaterials 50 und der Verstärkungsstruktur 40 erleichtert wird.
Alternativ kann ein Umfang der Unterlagewalze 30 eine Schicht (nicht gezeigt) eines verformbaren Materials mit konstantem Volumen umfassen. Ein Barrierenfilm 70 kann vorgesehen sein, wie in 5 gezeigt, um die Oberfläche der Unterlagewalze 30 davor zu schützen, mit dem Harzmaterial 50 verunreinigt zu werden. Der Barrierenfilm 70 kann auch ein verformbares Material mit vorzugsweise konstantem Volumen umfassen. Alternativ ist der Barrierenfilm 70 ein flexibles, glattes und planares Material, das sich leicht an die durch die Unterlagewalze 30 und die Stützwalzen 70a und 70b, um welche sich der Barrierenfilm 70 in die durch einen Pfeil "C" angegebene Richtung bewegt, anpasst. Der Barrierenfilm ist in ausreichendem Detail beschrieben im allgemein übertragenen US Patent 5,275,700.
In den 6 und 12 wird die Verstärkungsstruktur 40 gegen die Formungsoberfläche 21 durch eine Unterlageschicht 77 unter Spannung gedrückt. In der Ausführungsform aus 6 legt sich die Unterlageschicht 77 um einen Abschnitt der Formungswalze 20a herum. In der Ausführungsform aus 12 ist die Unterlageschicht 77 im Wesentlichen planar und bewegt sich innerhalb der zweiten Kontaktzone K2. In beiden Ausführungsformen (von 6 und 12), wird die Unterlageschicht 77 durch Stützwalzen 77a, 77b, 77c, 77d abgestützt und um diese in einer durch eine Pfeil "C" angegebenen Richtung herum bewegt. In diesen Ausführungsformen können ein oder mehrere zusätzlich Stützwalzen (nicht gezeigt) zwischen den Walzen 77a und 77b für eine zusätzliche Abstützung der Unterlageschicht 77 vorgesehen sein, und/oder um die Verstärkungsstruktur 40 zusätzlich gegen die Formungsoberfläche 21 zu pressen.
Die 7 und 8 zeigen weitere beispielhafte Ausführungsformen mit zwei ( 7) und drei (8) Unterlagewalzen 30. In solchen Ausführungsformen mit mehr als einer Unterlagewalze 30 kann der auf die Verstärkungsstruktur 40 aufgebrachte Druck unter den Unterlagewalzen unterschiedlich sein. Zum Beispiel bringt in 7 eine erste Unterlagewalze 30a einen ersten Druck P1 an einem ersten Spalt 23a auf und bringt eine zweite Unterlagewalze 30b einen zweiten Druck P2 an einem zweiten Spalt 23b auf die Verstärkungsstruktur 40 auf. Falls es erwünscht ist, kann der Druck P2 größer sein als der Druck P1 oder umgekehrt. Analog können in 8 die Unterlagewalzen 30a, 30b und 30c einen Differenzdruck auf die Verstärkungsstruktur 40 an den jeweiligen Spalten 23a, 23b, 23c aufbringen.
Die 7-8B zeigen zwei beispielhafte Ausführungsformen der Vorrichtung 10, in welchen die Verstärkungsstruktur 40 in der Formungsoberfläche 21 aufgenommen ist. Die in den 7-8B gezeigten Formungsoberflächen 21 haben vorbestimmte Ausnehmungsmuster 24 zum Aufnehmen der Verstärkungsstruktur 40. In der Ausführungsform aus den 7-7B ist die Verstärkungsstruktur 40 vollständig in den Ausnehmungen 24 der Formungsoberfläche 21 aufgenommen, wobei die Ausnehmungen 24 eine Tiefe von nicht weniger als und vorzugsweise gleich der Dicke h der Verstärkungsstruktur 40 haben. In der Ausführungsform der 7-8B ist die Verstärkungsstruktur 40 nur teilweise in den Ausnehmungen 24 aufgenommen, wobei die Tiefe der Ausnehmungen 24 zum Aufnehmen der Verstärkungsstruktur geringer als die Dicke h der Verstärkungsstruktur 40 ist. Das Muster der Formtaschen 22 zum Aufnehmen des fließfähigen Harzmaterials 50 ist überlagert durch das Muster von Ausnehmungen 24 zum Aufnehmen der Verstärkungsstruktur 40. In den 7-8B ist ein Bereich der Formungsoberfläche 21, welcher eine Abstützung für die Verstärkungsstruktur 40 liefert, mit 21R bezeichnet; und ein Bereich der Formungsoberfläche 21, der eine Abstützung für das Harzmaterial 50 liefert, ist mit 21S bezeichnet. Vorzugsweise wird ein Schritt des Ausrichtens der Verstärkungsstruktur 40 mit den Ausnehmungen 24 in den Ausführungen durchgeführt, die prinzipiell in den 7-8A dargestellt sind.
Die Ausführungsform des in den 7-7B gezeigten Verfahrens liefert einen neuartigen und effektiven Weg zum Konstruieren eines Papiermacherbandes 90 mit "Null-Überstand". Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Überstand" auf das Maß einer Hervorhebung des harzhaltigen Rahmenwerks 50 in Bezug zu der Verstärkungsstruktur 40. Insbesondere umfasst der Überstand eine zwischen der Oberseite 51 des harzhaltigen Rahmenwerks 50 und der ersten Seite 41 der Verstärkungsstruktur 40 gebildeten Abstands, wie dies am besten in 9 gezeigt ist, in welcher der Überstand als "OB" bezeichnet ist, die Dicke der Verstärkungsstruktur 40 mit "h" bezeichnet ist und eine Stärke des Papiermacherbandes 90 mit "H" bezeichnet ist. Wenn sich das harzhaltige Rahmenwerk 50a von der Verstärkungsstruktur 40 nach außen erstreckt, wird gesagt, dass das Band den Überstand hat. Der Ausdruck "Null-Überstand" gibt an, dass die bahnberührende Seite 41 des harzhaltigen Rahmenwerks 50 und die erste Seite 42 der Verstärkungsstruktur 40 in der gleichen Ebene liegen. Weil in der Ausführungsform der 7-7B die Ausnehmungen 24 die gleiche Tiefe haben wie die Formtaschen 22, sind die Oberflächenbereiche 21S und 21R in Bezug zu dem größeren Außenumfang 21a (oder relativ zu der Längsachse der Rotation) der Formungswalze 20 gleichmäßig angeordnet. Deshalb kann sich das harzhaltige Material 50, wenn die Verstärkungsstruktur 40 mit den Ausnehmungen 24 ausgerichtet ist und das Harzmaterial 50 in den Formtaschen 22 abgeschieden ist, nicht über den Oberflächenbereich 21R hinaus erstrecken und kann sich somit nicht über die erste Seite 21 der Verstärkungsstruktur 40 in den gerade hergestellten Band 90 hinaus erstrecken, wie dies in 7A gezeigt ist.
Die 8-8B zeigen einen weiteren Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung bereit gestellt wird. Weil in der Ausführungsform der 8-8B die Verstärkungsstruktur 40 teilweise innerhalb der Ausnehmungen 24 aufgenommen ist, gibt es einen Abstand "Z", der zwischen der zweiten Seite 42 der Verstärkungsstruktur 40 und der Rückseite des harzhaltigen Rahmenwerks 50 gebildet wird, wenn das Band 90 geformt ist. In einem mit Durchluft trocknenden Papiermacherband erzeugt der Abstand "Z" eine Leckage zwischen der rückseitigen Oberfläche 82 des Bandes, welche die Papiermacheranlage berührt (wie zum Beispiel eine Vakuum-Kasten oder einen Aufnahmeschuh) und der bandberührenden Oberfläche einer solchen Anlage. Die Leckage mildert eine plötzliche Beaufschlagung mit einem Vakuum-Druck auf die Papierbahn, die auf dem Band 90 abgelegt ist, und reduziert somit eine sogenannte Nadellochung, wenn sie diese nicht sogar vollständig beseitigt. Der Fachmann des Standes der Technik wird erkennen, dass der Ausdruck "Nadellochung" sich auf eine Formation von Nadelloch-großen Löchern oder "Na dellöchern" in der entwässerten Bahn bezieht, die als Ergebnis der plötzlichen Beaufschlagung des Vakuum-Drucks auf die Bahn und einer sich daraus ergebenden Trennung einer bestimmten Menge von Fasern aus der Bahn ergeben. Einige der Fasern können vollständig durch das Papiermacherband hindurch gelangen, wodurch zusätzlich zur Nadellochung ein Verstopfen der Vakuum-Entwässerungsanlage mit den Papiermacherfasern bewirkt wird. Die allgemein übertragenen US Patente offenbaren verschiedene Wege zum Mildern und Beseitigen einer Nadellochung: US Patent 5,776,311, veröffentlicht am 07. Juli 1998 im Namen von Trokhan et al., US Patent 5,744,007, veröffentlicht am 28. April 1998 im Namen von Trokhan et al., US Patent 5,741,402, veröffentlicht am 21. April 1998 im Namen von Trokhan et al., US Patent 5,718,806, veröffentlicht am 17. Februar 1998 im Namen von Trokhan et al. und US Patent 5,679,222, veröffentlicht am 21. Oktober 1998 im Namen von Rasch et al., sind Beispiele solcher Patente. Die vorliegende Erfindung liefert ein weiteres effektives Mittel zum Mildern der unerwünschten Nadellochung.
Ein Fachmann des Standes der Technik wird erkennen, dass das Muster des Harzmaterials 50, das von der Formungsoberfläche 21 auf die Verstärkungsstruktur 40 übertragen wird, das Muster der Formungsoberfläche 21 reflektiert. Falls somit die Formungsoberfläche 21 ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster der Formtaschen 22 aufweist, wie dies in den 7B und 8B gezeigt ist, wird das Harzmaterial 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 in einem im Wesentlichen kontinuierlichen Muster überführt. Falls andererseits die Formungsoberfläche 21 eine Mehrzahl von diskreten Formtaschen 22 aufweist, wie dies am besten in 10A gezeigt ist, wird das Harzmaterial 50 auf die Verstärkungsstruktur 40 in einem Muster mit einer Mehrzahl von Harz-Protuberanzen überführt, 11A.
Der nächste Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfestigen des Harzmaterials 50, das mit der Verstärkungsstruktur 40 verbunden ist. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Verfestigung" und Abweichungen davon, auf ein Verfahren zum Verändern eines Fluides in einen festen oder teilweise festen Zustand. Typischerweise umfasst die Verfestigung eine Phasenveränderung von einer flüssigen Phase zu einer festen Phase. Der Ausdruck "Aushärten" bezieht sich auf eine Verfestigung, in welcher eine Vernetzung auftritt. Zum Beispiel können lichtempfindliche Harze durch eine UV-Strahlung ausgehärtet werden, wie dies beschrieben ist in den allgemein übertragenen US Patent 5,334,289; 5,275,700; 5,364,504; 5,098,522; 5,674,663 und 5,529,052. Die thermoplastischen und thermofixierenden Harze benötigen eine bestimmte Temperatur zur Verfestigung. Vorzugsweise umfasst der Schritt der Verfestigung ein Aushärten des harzhaltigen Materials 50.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren der Verfestigung des Harzmaterials 50 schon sehr früh beginnen, und zwar unmittelbar nachdem das fluide Harzmaterial 50 auf die Formungsoberfläche 21 abgeschieden worden ist. Vorzugsweise setzt sich die Verfestigung fort, während sich die Verstärkungsstruktur 40 und die Formungsoberfläche 21 in einer seitenweisen Beziehung befinden (schematisch gezeigt als die resultierende Kontaktfläche K in der beispielhaften Ausführungsform von 4 und als die Kontaktflächen K1 und K2 in der beispielhaften Ausführungsform von 12). Ein Verfahren zum Verfestigen des Harzmaterials 50 hängt von seiner Natur ab. Falls ein thermoplastisches oder thermofixierendes Harz verwendet wird, umfasst ein Verfestigen ein Abkühlen des Harzmaterials 50, das auf die Verstärkungsstruktur 40 übertragen wird. Photopolymerharze können durch ein Verfahren des Aushärtens ausgehärtet werden, das beschrieben ist in den allgemein übertragenen US Patenten 4,514,345 und 5,275,700, die oben genannt wurden. Das Harzmaterial 50 mit Mehrkomponentenharzen oder Kunststoffen kann natürlich verfestigt werden, während einer bestimmten vorbestimmten Zeitspanne, und zwar aufgrund dessen, dass sie zusammengemischt werden.
Als ein Beispiel zeigen die 6 und 12 schematisch eine Aushärteeinrichtung 79, die neben der zweiten Seite 42 der Verstärkungsstruktur 40 angeordnet ist. Der Fachmann des Standes der Technik wird verstehen, dass in Abhängigkeit von der Natur des Harzmaterials 50 und dem Verfahren seiner Verfestigung die Aushärte einrichtung 79 an anderen Stellen liegen kann, zum Beispiel neben dem harzhaltigen Rahmenwerk 50a, wie dies schematisch in 4 gezeigt ist. Die Beispiele der Aushärteeinrichtung 79 umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf: eine Heizeinrichtung zum Erhöhen der Vernetzungs-Reaktionsraten oder -Kondensationsraten für kondensierende Polymere; eine Kühleinrichtung zum Verfestigen von thermoplastischen Stoffen; verschiedene Vorrichtungen zum Bereitstellen einer Infrarot-Aushärtungsstrahlung, einer Mikrowellen-Aushärtungsstrahlung oder einer Ultraviolett-Aushärtungsstrahlung und dergleichen. Die allgemein übertragene Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 08/799,852 unter der Bezeichnung "Apparatus for Generating Parallel Radiation For Curing Photosensitive Resin", eingereicht im Namen von Trokhan vom 13. Februar 1997, die allgemein übertragene Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen Nr. 08/858,334 unter der Bezeichnung "Apparatus für Generating Controlled Radiation For Curing Photosensitive Resin", eingereicht in den Namen von Trokhan et al. am 13. Februar 1997 und ihre Continuation 08/958,540, eingereicht am 24. Oktober 1997 zeigen mehrere Ausführungsformen der Aushärteeinrichtung 79, welche zum Verfestigen des Harzmaterials 50, das ein lichtempfindliches Harz umfasst, verwendet werden kann.
Optional kann ein Schritt zum Kontrollieren der Dicke H (9) des Bandes 90 in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein. Die Dicke H kann auf einen vorgewählten Wert reguliert werden, indem der Überstand OB reguliert wird, wie dies hier oben erläutert wurde. Die Dicke H kann auch durch Regulieren der Tiefe der Ausnehmungen 24 für die Verstärkungsstruktur 40 (8A) reguliert werden. Ein anderer Weg zum Regulieren der Dicke H umfasst ein Verändern der Dicke des Harzmaterials 50, nachdem das Harzmaterial 50 von der Formungsoberfläche 21 zu der Verstärkungsstruktur 40 übertragen worden ist und nachdem das harzhaltige Rahmenwerk wenigstens teilweise geformt worden ist. Zum Beispiel kann die Dicke des Harzmaterials 50 durch mechanische Mittel eingestellt werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Die 1 und 5 zeigen schematisch eine Dicken-Regulierungseinrichtung 80 mit zwei nebeneinander angeordneten Walzen, die eine Lücke 88 zwischen sich bilden. Durch Einstellen der Lücke 88 zwischen den Walzen der Einrichtung 80 kann man die Dicke des gerade konstruierten Bandes regulieren. In den Ausführungsformen, in welchen das harzhaltige Rahmenwerk 50a nur teilweise verfestigt ist, nachdem es zwischen der Formungsoberfläche 21 und der Verstärkungsstruktur geformt worden ist, kann die Dicke des teilweise geformten Bandes leicht eingestellt werden, indem das teilweise geformte Band durch die Lücke 88 hindurch bewegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Dicken-Regulierungseinrichtung eine drehende Schleifwalze, Hobelmesser, einen Laser oder ein anderes Mittel umfassen, das im Stand der Technik bekannt ist und für die Zwecke zum Regulieren der Dicke des Bandes 90 geeignet ist.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung reduzieren signifikant die Menge des fließfähigen Harzes, die benötigt wird, um beim Konstruieren des Bandes 90 verwendet zu werden, und liefert somit einen ökonomischen Vorteil. Die Verfahren des Standes der Technik zum Herstellen des Bandes unter Verwendung eines lichtempfindlichen Harzes und einer Aushärtungsstrahlung benötigen die Aufbringung einer Beschichtung des lichtempfindlichen Harzes auf die Verstärkungsstruktur, ein Aushärten ausgewählter Bereiche der Harzbeschichtung und dann ein Entfernen (typischerweise Auswaschen) ungehärteter Bereiche des harzhaltigen Überzugs. Die Menge des ausgewaschenen Harzes beträgt etwa 25% bis 75% in Bezug zu der Menge der gesamten Harzbeschichtung. In der vorliegenden Erfindung wird die genaue Menge des Harzmaterials 50, welche für das harzhaltige Rahmenwerk 50a benötigt wird, in ein vorbestimmtes Muster der Formtaschen 22 des Formungselements 20 geformt. Der Überschuss des Harzmaterials 50, der auf der äußeren (inhärenten) Oberfläche 21a des Formungselements 20 abgeschieden wird, kann (und wird vorzugsweise) durch irgendein Mittel, das im Stand der Technik dazu bekannt ist, in die Quelle 55 des Harzmaterials 50 zurück geführt werden, wodurch Ausschuss des Harzmaterials 50 vollständig vermieden wird. Ferner erlaubt das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung einem, eine tatsächlich unbeschränkte Anzahl von dreidimensionalen Mustern des harzhaltigen Rahmenwerks 50a zu erzeugen.
Das Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann zwei oder mehrere Schritte haben. 1 zeigt schematisch ein Zweischritt-Verfahren. An einem ersten Schritt wird ein Harzmaterial 50 auf einer ersten Formungsoberfläche 21 eines ersten Formungselements 20a abgeschieden und dann auf die Verstärkungsstruktur 40 überführt, um so das erste harzhaltige Rahmenwerk 50a zu bilden (am besten in den 2 und 2A gezeigt). Optional kann die Dicke des gerade hergestellten Bandes durch die Dicken-Regulierungseinrichtung 80 eingestellt werden. An dem zweiten Schritt wird ein Harzmaterial 50' auf einer zweiten Formungsoberfläche 21' eines zweiten Formungselements 20a' abgeschieden und dann auf die bahnberührende Oberfläche 51 des harzhaltigen Rahmenwerks 50a überführt, um so ein zweites harzhaltiges Rahmenwerk 50a' zu bilden (am besten in den 3 und 3A gezeigt). Die Schritte können bedarfsweise wiederholt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Papierherstellungs-Bandes (90) umfassend eine Verstärkungsstruktur (40) und ein mit dieser verbundenes, harzhaltiges Rahmenwerk (50a), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer Verstärkungsstruktur (40) mit einer ersten Seite (41), einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite (42) und einer zwischen diesen gebildeten Dicke; b) Bereitstellen eines fließfähigen harzhaltigen Materials (50); c) Bereitstellen eines Formelementes (20) mit einer Formfläche (21), die ein vorbestimmtes Muster gleichmäßig geformter Formtaschen (22) aufweist, die strukturiert und ausgebildet sind, um das fließfähige harzhaltige Material (50) darin mitzuführen; d) Ablagern des fließfähigen harzhaltigen Materials (50) in den Formtaschen (22) der Formfläche (21); e) In-Kontakt-Bringen des fließfähigen harzhaltigen Materials (50) mit der Verstärkungsstruktur (40); f) Verbinden des harzhaltigen Materials (50) und der Verstärkungsstruktur (40) miteinander; und g) Verfestigen des harzhaltigen Materials (50), wobei sich die Verstärkungsstruktur (40) und die Formfläche (21) kontinuierlich mit einer Transportgeschwindigkeit derart bewegen, dass sich mindestens ein Abschnitt der Verstärkungsstruktur (40) in einer gegenüberliegenden Beziehung zu mindestens einem Abschnitt der Formfläche (21) befindet, und wobei das fließfähige harzhaltige Material (50) von den Formtaschen (22) der Formfläche (21) auf die Ver stärkungsstruktur (40) in einem vorbestimmten Muster entsprechend dem Muster der gleichmäßig geformten Formtaschen (22) überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte: Bereitstellen mindestens einer Gegenwalze (30), die benachbart zu der Formfläche (21) angeordnet ist, um dazwischen einen Walzenspalt (23) zur Aufnahme der durch diesen sich bewegenden Verstärkungsstruktur (40) zu bilden, und Versetzen der Gegenwalze (30) in Rotation mit einer Oberflächengeschwindigkeit, die im Wesentlichen der Transportgeschwindigkeit der Verstärkungsstruktur (40) bei dem Walzenspalt (23) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Schritt des Steuerns einer Dicke des mit der Verstärkungsstruktur verbundenen harzhaltigen Materials auf mindestens einen vorbestimmten Wert.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das harzhaltige Material (50) auf die Verstärkungsstruktur (40) in einem im Wesentlichen kontinuierlichen Muster überführt wird, um ein im Wesentlichen kontinuierliches harzhaltiges, mit dieser verbundenes Rahmenwerk zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Verstärkungsstruktur (40) umfasst ein flüssigkeitsdurchlässiges Element und vorzugsweise ein Gewebe oder ein Sieb mit einer Vielzahl durch dieses gehender offener Bereiche.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Verstärkungsstruktur (40) einen Filz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, wobei das fließfähige harzhaltige Material (50) ein Material umfasst, das gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen, Silikonen, Urethanen, Polystyrolen, Polyolefinen, Polysulfiden, Nylons, Butadienen, Photopolymeren und beliebigen Kombinationen davon.
Vorrichtung (10) zur Herstellung eines Papierherstellungs-Bandes (90) umfassend eine Verstärkungsstruktur (40) und ein mit dieser verbundnes harzhaltiges Rahmenwerk (50a), wobei die Vorrichtung eine Maschinenrichtung aufweist und umfasst: ein Formelement (20) mit einer profilierten Formfläche (21), die eine Vielzahl gleichmäßig geformter Formtaschen (22) aufweist, die ausgebildet sind, um ein fließfähiges harzhaltiges Material (50) darin mitzuführen; ein Mittel zum Ablagern des fließfähigen harzhaltigen Materials (50) in den Formtaschen (22) der Formfläche (21); Mittel zum Bewegen der Verstärkungsstruktur (40) und der Formfläche (21) in der Maschinenrichtung derart, dass sich mindestens ein Abschnitt der Verstärkungsstruktur (40) in einer gegenüberliegenden Beziehung zu mindestens einem Abschnitt der Formfläche (21) befindet, um das fließfähige harzhaltige Material (50) zu veranlassen von der Formfläche (21) auf die Verstärkungsstruktur (40) überzugehen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Mittel zur Verfestigung des fließfähigen harzhaltigen Materials (50), um das mit der Verstärkungsstruktur (40) verbundene harzhaltige Rahmenwerk (50a) zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Formtaschen (22) der Formfläche (21) ein im Wesentlichen kontinuierliches Muster, ein Muster einzelner Formtaschen oder eine Kombination davon bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei mindestens einige der Formtaschen (22) unterschiedliche Tiefen darin aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, ferner umfassend ein Mittel zum Pressen der Verstärkungsstruktur (40) und der Formfläche (21) relativ zueinander für eine vorbestimmte Zeitdauer, und vorzugsweise ferner umfassend mindestens eine Gegenwalze (30), die zu der Formfläche (21) benachbart ist, um einen Walzenspalt dazwischen zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9, 10, 11 oder 12, ferner umfassend eine Trägerlage (77), die benachbart zu der Formfläche (21) ist, wobei die Trägerlage (77) strukturiert und ausgebildet ist, um sich in einer gegenüberliegenden berührenden Beziehung mit mindestens einem Abschnitt der Verstärkungsstruktur (40) zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9, 10, 11, 12 oder 13, ferner umfassend eine Dicken-Steuer-Einheit, die ausgebildet ist, um eine Dicke des Bandes zu steuern, das gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9, 10, 11, 12, 13 oder 14, wobei die Formfläche (21) ferner ein vorbestimmtes Muster von Ausnehmungen (24) zur Aufnahme der Verstärkungsstruktur (40) darin umfasst.