ES2212296T3 - Medio de secado con orificios limitantes, aparato para producirlo y estructuras de fibras celulosicas producidas con el mismo. - Google Patents

Abstract

Un medio de secado generalmente plano (40), comprendiendo dicho medio de secado (40) una pluralidad de capas (41-46), unidas entre sí en relación cara a cara, caracterizado porque dicho medio tiene una resistencia a la fatiga por flexión de al menos 48, 7 N/cm (25 libras por pulgada), y una caída de presión de menos de 174, 36 hPa (70 pulgadas de agua) a una tasa de flujo de 22, 65 m3/min por 929 cm2) (800 pies cúbicos normales por minuto por pie cuadrado).

Description

Medio de secado con orificios limitantes, aparato para producirlo y estructuras de fibras celulósicas producidas con el mismo.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato para secado por paso de aire, particularmente a un aparato que limita el flujo de aire de secado a través de una estructura fibrosa celulósica y a bandas embrionarias absorbentes que se secan por paso de aire a través de ellas en el mismo.

Antecedentes de la invención

Las bandas embrionarias absorbentes son un producto básico de la vida cotidiana. Las bandas embrionarias absorbentes incluyen estructuras fibrosas celulósicas, espumas absorbentes, etc. Las estructuras fibrosas celulósicas se han convertido en un objeto de la vida cotidiana. Las estructuras fibrosas celulósicas se encuentran en el papel tisú facial, en el papel tisú higiénico y en las toallas de papel.

En la fabricación de estructuras fibrosas celulósicas, se deposita una banda embrionaria húmeda de fibras celulósicas dispersas en un portador líquido sobre una malla de conformación. La banda embrionaria húmeda puede ser secada por cualquiera de los diversos medios conocidos o por combinaciones de varios medios conocidos. Cada uno de estos medios de secado conocidos afectará a las propiedades de la estructura fibrosa celulósica resultante. Por ejemplo, los medios de secado y el proceso de secado pueden influir en la suavidad, calibre, resistencia a la tracción y absorbencia de la estructura fibrosa celulósica resultante. En forma importante, los medios y el proceso usados para secar la estructura fibrosa celulósica afectan también a la velocidad a la cual se puede fabricar, sin que la velocidad sea limitada por tales medios y procesos de secado.

Un ejemplo de un medio de secado son las cintas de fieltro. Las cintas de secado de fieltro se han usado desde largo tiempo para deshidratar una estructura fibrosa celulósica embrionaria a través del flujo capilar del portador de líquido a un medio de fieltro permeable mantenido en contacto con la banda embrionaria. Sin embargo, deshidratar una estructura fibrosa celulósica con una cinta de fieltro da lugar a una compresión uniforme general y a la compactación de la banda de estructura fibrosa celulósica embrionaria a secar.

El secado por cinta de fieltro puede ser asistido por un vacío, o puede ser asistido por rodillos de prensado opuestos. Los rodillos de prensado maximizan la compresión mecánica del fieltro contra la estructura fibrosa celulósica. Ejemplos de secado por cinta de fieltro se ilustran en la Patente U.S. 4.329.201 otorgada el 11 de mayo de 1982 a Bolton y en la Patente U.S. 4.888.096 otorgada el 19 de diciembre de 1989 a Cowan y otros.

También es conocido en la técnica secar una estructura fibrosa celulósica por medio de flujo capilar, usando un cilindro poroso que tiene tamaños de poro preferentes. Ejemplos de técnicas de secado por flujo capilar de este tipo se ilustran en las Patentes U.S. 4.556.450 otorgada el 3 de diciembre de 1985 a Chuang y otros, 5.598.643, otorgada el 4 de febrero de 1997 a nombre de Chuang y otros y en la Patente U.S. 4.973.385 otorgada el 27 de noviembre de 1990 a Jean y otros.

Es conocido en la técnica el secado de estructuras fibrosas celulósicas mediante deshidratación al vacío, sin ayuda de cintas de fieltro. La deshidratación al vacío de la estructura fibrosa celulósica elimina mecánicamente la humedad de la estructura fibrosa celulósica usando zapatas de vacío y cajas de vacío. El vacío flexiona regiones discretas de la estructura fibrosa celulósica en la cinta de secado. Preferiblemente la cinta de secado es una cinta de secado con paso transversal de aire que tiene una complexión en relieve resinosa con conductos de desviación a través de la misma, como se describe en la Patente U.S. cedida comúnmente 4.637.859 otorgada a Trokham. La deshidratación al vacío sobre una cinta de este tipo produce una estructura fibrosa celulósica de regiones múltiples que tiene una red esencialmente continua de densidad elevada y regiones discretas de baja densidad distribuidas en la misma.

La deshidratación con una cinta de este tipo produce una estructura fibrosa celulósica que tiene diferentes cuantías de humedad en las dos regiones anteriormente mencionadas. Las diferentes cuantías de humedad en las diversas regiones de la estructura fibrosa celulósica pueden limitar en velocidad el proceso de fabricación de papel. Tal limitación se produce debido a que las dos regiones se secarán a velocidades diferentes. La región que posee la velocidad de secado más baja controlará entonces la velocidad general del proceso de fabricación de papel.

En otro proceso de secado más, se ha logrado un éxito considerable por el secado mediante el paso de aire a través de una banda embrionaria de una estructura fibrosa celulósica. En un proceso típico de secado por paso de aire, una cinta permeable al aire con orificios soporta la banda embrionaria que se va a secar. El flujo de aire pasa a través de la estructura fibrosa celulósica y a través de la banda permeable. El flujo de aire seca principalmente la banda embrionaria por evaporación. Las regiones coincidentes con los orificios de la cinta permeable al aire y deflectadas en los mismos se secan preferentemente y el calibre de la estructura fibrosa celulósica resultante se aumenta. Las regiones coincidentes con los nudillos de la cinta permeable al aire se secan en menor medida.

Se han conseguido en la técnica varias modificaciones y mejoras en las cintas permeables al aire para secado por paso de aire. Por ejemplo, la cinta permeable al aire puede estar hecha con un área abierta relativamente alta. O, se puede hacer la cinta de forma que tenga una permeabilidad al aire reducida. Se puede conseguir la permeabilidad al aire reducida mediante la aplicación de una mezcla resinosa para obturar los intersticios entre los hilos tejidos de la cinta. Se puede impregnar la cinta con partículas metálicas para aumentar su conductividad térmica y reducir su emisividad. Preferiblemente, la cinta de secado se construye a partir de una resina fotosensible que comprende una red continua. La cinta de secado puede estar especialmente adaptada para flujos de aire a temperatura elevada. Ejemplos de tecnologías de secado por paso de aire de este tipo se encuentran en la Patente U.S. Re. 28.459 otorgada nuevamente el 1 de julio de 1975 a Cole y otros; la patente U.S. 4.172.910, otorgada el 30 de octubre de 1979 a Rotar; la Patente U.S. 4.251.928, otorgada el 24 de febrero de 1981 a Rotar y otros; la Patente U.S. 4.528.239, comúnmente cedida otorgada el 9 de julio de 1985 a Trokhan; y la patente U.S. 4.921.750, otorgada el 1 de mayo de 1990 a Todd.

Adicionalmente, se han hecho en la técnica varios intentos para regular el perfil de secado de la estructura fibrosa celulósica mientras se encuentra todavía en una banda embrionaria para ser secada. Tales intentos pueden usar bien la cinta de secado, o bien un secador de infrarrojos en combinación con una caperuza Yankee. En la Patente U.S. 4.583.302, otorgada el 22 de abril de 1986 a Smith y en la Patente U.S. 4.942.675, otorgada el 24 de julio de 1990 a Sundovist se ilustran ejemplos de secado según el perfil deseado.

La técnica anterior, incluso la específicamente dirigida al secado por paso de aire, no trata los problemas que se encuentran cuando se procede al secado de una estructura fibrosa celulósica con regiones múltiples. Como se hizo notar anteriormente, regiones diferentes de papel secado por paso de aire tienen contenidos de humedad diferentes. Pero una primera región de la estructura fibrosa celulósica, que tiene una densidad menor o peso base menor que una segunda región, tendrá típicamente un flujo de aire relativamente mayor a través de la misma que el que tendrá la segunda región. Este relativamente mayor flujo de aire se produce porque la primera región de menor densidad o peso base presenta proporcionalmente menor resistencia de flujo al aire que pasa a través de la banda embrionaria que la segunda región. Un flujo de aire diferencial de este tipo no compensa, y puede que aumente incluso, los contenidos de humedad diferenciales de las diferentes regiones.

Este problema se exacerba cuando la estructura fibrosa celulósica de regiones múltiples a secar se transfiere a un tambor de secado Yankee. En un tambor de secado Yankee, sólo determinadas regiones de la estructura fibrosa celulósica entran en contacto con la circunferencia de un cilindro calentado. Típicamente, el contacto más íntimo con el tambor de secado Yankee se produce en las regiones de alta densidad o de alto peso base. Estas regiones tienen mayor humedad que las regiones de baja densidad o de bajo peso base.

Se puede introducir aire caliente de una caperuza en la superficie de la estructura fibrosa celulósica opuesta al cilindro calentado. Se produce un secado preferente de esta superficie de la estructura fibrosa celulósica por transferencia convectiva del calor desde el flujo de aire en la caperuza del tambor de secado Yankee. Para permitir que se produzca un secado completo de las regiones de alta densidad y alto peso base de la estructura fibrosa celulósica y para evitar que se chamusquen o quemen las regiones ya secas de baja densidad o de bajo peso base por el aire de la caperuza,, se debe disminuir la temperatura del aire de la caperuza Yankee y/o se debe aumentar, el tiempo de residencia de la estructura fibrosa celulósica en la caperuza Yankee, bajando la velocidad de producción. En consecuencia, la velocidad de producción de la estructura fibrosa celulósica debe disminuir, para compensar la mayor humedad en las regiones de alta densidad o de alto peso base.

Una mejora en la técnica que trata este problema se ilustra en la patente U.S. 5.274.930 comúnmente cedida, otorgada el 4 de enero de 1994 a Ensign y otros, y que describe el secado por orificios limitantes de estructuras fibrosas celulósicas conjuntamente con el secado por paso de aire (se puede encontrar una descripción correspondiente en el documento WO 94/00636). Esta patente muestra un aparato que utiliza un medio de secado microporoso que tiene una resistencia al flujo mayor que los intersticios entre las fibras de cada región de la estructura fibrosa celulósica. El medio microporoso es el orificio limitante en el proceso de secado por paso de aire, de forma que se logra en el proceso de secado una distribución de la humedad más uniforme.

Una mejora todavía al aparato descrito por Ensign y otros '930 es el aparato descrito en la Patente U.S. comúnmente cedida 5.581.906 otorgada el 10 de diciembre de 1996 a Ensign y otros. El documento '906 de Ensign y otros describe un aparato de secado de microporos que tiene múltiples zonas y el cual seca más eficientemente la estructura fibrosa celulósica que los tipos de aparatos descritos en la técnica anterior.

Los aparatos de secado de microporos precedentes deberían proporcionar deseablemente un medio que tanto limite el flujo de aire a través de la estructura fibrosa celulósica como tenga suficiente resistencia a la fatiga por flexión para resistir la carga cíclica inherente a la fabricación de papel con el aparato reivindicado. Por ejemplo, el medio puede ser ejecutado como el cubrimiento de un rodillo giratorio axialmente. Conforme se hace girar al rodillo y al medio, cualquier porción del medio recibe alternativamente cargas de presión tanto positivas como negativas. El medio debe resistir la inversión de la carga de los ciclos positivos a los negativos con una tensión alterna. Así, el medio debe tener resistencia a la fatiga por flexión adecuada para resistir estas cargas cíclicas.

Una solución al problema de proporcionar una resistencia adecuada a la fatiga por flexión puede ser simplemente hacer más fuerte el medio. Sin embargo, esta solución sin más trae otros problemas. Conforme el medio se hace más fuerte, se hace típicamente más grueso y puede tener menos área abierta. Un medio que tenga menor área abierta encuentra una mayor caída de presión que un medio que tenga relativamente mayor área abierta. Los beneficios de reducir al mínimo la caída de presión son conocidos y tratados en la mencionada patente '906 de Ensign y otros. Además, conforme el medio se hace más grueso, también se hace más difícil de fabricar.

En consecuencia, es un objeto de esta invención proporcionar un medio para su uso con un aparato de microporos, particularmente el aparato de las patentes antes mencionadas '906 y '930 de Ensign y otros. También es un objeto de la presente invención proporcionar un medio utilizable con el aparato de deshidratación capilar, tal como los aparatos de la antes mencionada patente '450 de Chuang y otros o la antes mencionada solicitud '305 de Chuang y otros. También es un objeto de la presente invención proporcionar un medio utilizable con la deshidratación de fieltro convencional y el secado por paso de aire.

Un objeto adicional de esta invención es proporcionar un medio de este tipo que ofrezca tanto una resistencia a la fatiga por flexión adecuada como una caída de presión relativamente pequeña. Particularmente, es un objeto proporcionar un medio de este tipo que tiene una caída de presión relativamente pequeña.

Resumen de la invención

La invención comprende un medio de secado generalmente plano. El medio de secado comprende una pluralidad de capas yuxtapuestas juntas en una relación de cara a cara. El medio tiene una resistencia a la fatiga por flexión de al menos 43,7 N/cm (25 libras por pulgada) y una caída de presión inferior a 174,36 hPa (70 pulgadas de agua) a un flujo de 22,65 m^{3}/min por 929 cm^{2} (800 pies cúbicos normales por minuto por pie cuadrado).

El medio puede comprender una primera capa fina. La primera capa fina puede ser una tela metálica tejida. La primera capa puede tener un tejido de ligamento cruzado holandés. La primera capa puede tener un tamaño nominal de poro de 20 micras o menos, Opuesta a la primera capa se encuentra la capa más gruesa del medio. La capa más gruesa del medio puede comprender también una tela tejido o ser una placa metálica perforada. Intermedia entre las placas primera y más gruesa se encuentran, al menos una, capas intermedias. Las capas intermedias pueden comprender un tejido cruzado.

Descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en alzado lateral esquemático de un aparato según la presente invención.

La Figura 2 es una vista fragmentaria en planta desde arriba de un medio de acuerdo con la presente invención, mostrado con desprendimiento parcial.

Descripción detallada de la invención

Haciendo referencia a la Figura 1, la presente invención comprende un medio de secado microporoso 40 para un aparato 20 de secado por paso de aire de orificio limitante. El aparato 20 y el medio 40 pueden ser hechos y operados generalmente de cuerdo con las patentes anteriormente mencionadas cedidas comúnmente U.S. 5.274.930 y 5.581.906. El aparato 20 elimina la humedad de una banda embrionaria 21. El aparato 20 puede comprender un cilindro permeable 32. El medio microporoso 40 circunscribe tal cilindro permeable 32 y está unido preferiblemente al mismo con un ajuste estrecho, un ajuste apretado, sujetadores roscados, soldadura, etc. Se reconocerá que son factibles otras ejecuciones del aparato 20 y del medio 40. Por ejemplo, el aparato 20 puede comprender una ranura de vacío compartimentada o el medio 40 puede comprender una cinta sin fin.

Un miembro de soporte 28 tal como una cinta de secado por paso de aire, envuelve el cilindro permeable 32 desde un rodillo de entrada 34 a un rodillo de salida 36, abarcando un arco que define un segmento circular. Este segmento circular puede ser subdividido en múltiples zonas que tienen presiones diferenciales mutuamente diferentes respecto a la presión atmosférica ambiente. La banda 21 a secar está emparedada entre el miembro de soporte 28 y el medio 40.

El medio microporoso 40 según la presente invención puede comprender un laminado de capas múltiples 41-46. Se tratará más adelante un medio 40 que tiene seis capas 41-46, aunque debe entenderse que la invención no esta limitada de tal modo. Un medio que tiene cualquier pluralidad de capas 41-46 y que satisfaga la resistencia a la fatiga por flexión y los criterios de caída de presión tratados a continuación es adecuado para la presente invención.

El medio 40 de acuerdo con la presente invención tiene una resistencia a la fatiga por flexión de al menos 25 libras por pulgada (43,7 N/cm), preferiblemente al menos 50 libras por pulgada (87,4 N/cm), y más preferiblemente al menos 75 libras por pulgada (131,1 N/cm). La resistencia a la fatiga por flexión se mide de acuerdo con el siguiente procedimiento.

Se proporciona una muestra que tiene las dimensiones de 1 pulgada (25,4 mm) de ancho por 2 pulgadas (50,8 mm) de largo. La dirección larga de la muestra corresponde a la dirección de la máquina durante la fabricación de papel. La muestra se marca, en la dirección de la anchura, a través del centro de la primera capa 41. El marcado se efectúa con un punzón Scratchall de punta de carburo, usando presión manual. La línea de marcado debería estar aproximadamente a la mitad del espesor de la primera capa 41.

Se dispone un aparato de ensayo a flexión de tres puntos. El aparato tiene un dispositivo que comprende dos soportes orientados verticalmente sobre los cuales se coloca la muestra a ensayar. El aparato además tiene una cabeza transversal desplazable capaz de aplicar una carga hacia abajo en una posición a medio camino entre los dos soportes. Los soporte tienen una anchura mínima de al menos 1 pulgada (25,4 mm) y un radio de 1/8 de pulgada (3,18 mm). Los soportes tienen una luz libre de 0,750 pulgadas (19,05 mm) entre ellos.

La muestra a ensayar se coloca en el aparato y se orienta de forma que la primera capa 41 esté en tensión y colocada a distancia de la cabeza que aplica la carga variable hacia abajo. La muestra está simplemente apoyada en los dos soportes. La línea marcada se centra entre los soportes. Se aplica una carga variable hacia abajo a la muestra, en el punto medio entre los soportes y directamente enfrente de la línea marcada.

La carga se aplica en forma de onda senoidal a una frecuencia de 3 Hertzios. La carga es sometida a ciclo entre un valor de carga máximo y un valor de 1/10 del máximo, para proporcionar una relación R de 0,10. Se usan tres valores de carga máxima diferentes. Las magnitudes de los valores de carga máxima dependen del 0,2 por ciento de desviación de la resistencia a la flexión de la muestra.

Se mide la flecha de la muestra bajo el primer ciclo de carga en la prueba de resistencia a la fatiga por flexión. La flecha se puede medir por un extensómetro y un calibre de esfera como es conocido en la técnica. Se fabrica un equipo adecuado por Mechanical Testing Systems Company de Edon Prairie, Minnesota y se vende como el Modelo MTS 632. Se considera que la muestra a ensayar ha fallado cuando la flecha en cualquier ciclo dado es el doble de la flecha del primer ciclo.

La desviación del 0,2 por ciento de la resistencia a la flexión se puede hallar generalmente de acuerdo con la norma ASTM D 790-92, Método 1, modificado como sigue. Se obtiene una muestra de 1 x 2 pulgadas (25,4 x 50,8 mm) del medio 40. La muestra (sin línea marcada) se carga en el aparato de ensayo de tres puntos antes mencionado y se ensaya una vez a flexión a una velocidad transversal de 0,02 pulgadas por minuto (0,5 mm/minuto) hasta que se produce la deformación plástica.

Se halla entonces la resistencia a la flexión para una desviación del 0,2 por ciento. Se halla entonces la resistencia a la flexión para una desviación del 0,2 por ciento trazando una línea recta paralela a la porción lineal de la curva tensión/deformación, y la desviación desde el origen, en la abscisa de 0,0015 pulgadas (0,036 mm) (el 0,2 por ciento de la luz de 0,750 pulgadas (19,05 mm)). Se halla la resistencia a la flexión para la desviación del 0,2 por ciento, como la intersección de esta línea y la curva de carga de flexión en función de la flecha. Se ensayan de esta manera las tres muestras, y se promedian los resultados para dar un único punto de dato de resistencia a la flexión para una desviación del 0,2 por ciento.

Se encuentran los valores correspondientes al 60, 85 y 110 por ciento de la resistencia a la flexión para desviación del 0,2 por ciento. Así, se utilizan tres valores para los valores máximos de la carga en la determinación de la resistencia a la fatiga por flexión, es decir 0,60, 0,85 y 1,10 de la resistencia a la flexión para una desviación del 0,2 por ciento.

Se realizan tres ensayos de fatiga hasta la rotura, en la forma antes descrita. Cada uno de los ensayos de fatiga utiliza uno de los tres valores de carga máximos antes mencionados, siendo cada carga un múltiplo de 0,60, 0,85 y 1,10 de la resistencia a la flexión para una desviación del 0,2 por ciento. En cada una de las tres cargas especificadas se ensayan tres muestras, con un total de nueve muestras. Para cada valor de carga máximo, se promedian los tres puntos de datos a fin de dar un único punto de datos.

Se representan los tres puntos de dato resultantes en una curva semilogarítmica que representa la carga en función del número de ciclos, como se conoce en la técnica. La resistencia a la fatiga por flexión es entonces la asíntota de la curva trazada por esos tres puntos de datos. La curva toma la forma general de Y = AX^{-0,5} + B, donde B es esta asíntota. La asíntota de la curva corresponde a la resistencia a la fatiga por flexión para los tres puntos de datos que se consideran. Aunque alguien de experiencia normal conocerá técnicas matemáticas para resolver la ecuación correspondiente a B, se encuentra la resistencia a la fatiga por flexión con mayor facilidad usando cualquier programa de regresión común a la mayoría de los programas de software para ingeniería. Un programa adecuado es el Excel, vendido por Microsoft Corporation de Redmont, Washington.

El medio 40 de acuerdo con la presente invención tiene también una caída de presión seca de menos de 70, preferiblemente menos de 50, y más preferiblemente menos de 30 pulgadas de agua (respectivamente 174,36, 124,54 y 74,72 hPa). La pérdida de presión se mide de la forma siguiente:

Se sujeta una muestra del medio 40 en una cámara de ensayo de forma que se exponga una sección de 4 pulgadas (101,6 mm) de medio 40 al paso de flujo de aire a través de la misma. El aparato de ensayo comprende un tramo de tubo de 7 pulgadas (178 mm) de largo y con un diámetro interior nominal de dos pulgadas (50 mm). El diámetro interior del tubo presenta entonces una conicidad con un ángulo incluido de 7º a lo largo de un tramo de 16 pulgadas (406 mm) con un diámetro interior nominal de 4 pulgadas (100 mm). Se sujeta entonces la muestra del medio 40 en la porción diámetro interior nominal de 4 pulgadas (100 mm) del aparato. Aguas abajo de la muestra 40 el aparato de nuevo presenta conicidad con un ángulo incluido de 7º desde e un diámetro interior nominal de 4 pulgadas (100 mm) a un diámetro interior nominal de 2 pulgadas (50 mm). Esta sección de diámetro interior nominal de 2 pulgadas (50 mm) es también al menos de 7 pulgadas (178 mm) de largo y recta. El medio 40 está orientado de forma que la primera capa 41 está frente al lado de alta presión (aguas arriba) del flujo de aire.

Se aplica a través del medio 40 un flujo de aire de 800 pies cúbicos normales por minuto por pie cuadrado (378 l/s por 929 cm^{2}) equivalente a un total de 70 SCFM (pies cúbicos normales por minuto) (33 l/s) para la muestra aquí descrita. Se mide la presión estática a través de la muestra mediante un manómetro, un par de transductores de presión u otros medios adecuados conocidos en la técnica.

En la Tabla 1 a continuación se realiza una comparación de diversos medios de la técnica anterior y uno (o más) medios 40 de acuerdo con la presente invención.

TABLA 1

1

2

Si se toma la Técnica Anterior I, de la Tabla I como punto de partida, podría ser fácil creer que el problema de baja resistencia a la fatiga por flexión se puede resolver añadiendo una placa perforada como la última capa 45, dando lugar a la Técnica Anterior II. Sin embargo, la Técnica Anterior II ilustra el compromiso entre resistencia a la fatiga por flexión y caída de presión. Conforme aumenta la resistencia a la fatiga por flexión, lo hace también la caída de presión -dando lugar a resultados de funcionamiento inaceptables. En contraste, la Técnica Anterior III tiene una caída de presión aceptable pero una resistencia a la fatiga por flexión inaceptable.

Así, sólo mediante la presente invención se consigue una combinación aceptable de resistencia a la fatiga por flexión y caída de presión. resistencia a la fatiga por flexión. Preferiblemente no se trataría de lograr una caída de presión y una resistencia a la fatiga por flexión aceptables usando una capa primera 41 muy abierta y una placa perforada relativamente gruesa con un área abierta baja para la última capa 46. Una realización de este tipo puede proporcionar una deshidratación o un soporte de hoja inaceptable. La comparación de la Técnica Anterior III con la Presente Invención I indica que añadir una placa perforada para lograr una resistencia a la fatiga por flexión aumenta también la caída de presión aproximadamente en 21 pulgadas de agua (52,3 hPa). Sólo con la presente invención, cuando se va del medio 40 de 4 capas de la Técnica Anterior III al medio 40 de 6 capas de la presente invención, la caída de presión permanece constante mientras la resistencia a la fatiga por flexión se eleva a un valor aceptable. Se espera que la Presente Invención I tenga una resistencia a la fatiga por flexión al menos tan grande como la mostrada en la Técnica Anterior II. De acuerdo con la presente invención, la combinación de capas 42-46 después de la primera capa 41 no añade más de 1245 Pa (5 pulgadas de agua) a la caída de presión a través del medio 40 a 800 pies cúbicos normales por pie cuadrado (378 l/s por 929 cm^{2}).

Como se muestra anteriormente, el medio 40 comprende una pluralidad de capas que van desde una primera capa 41 a una última capa 46. Las capas 41-46 del medio 40 realizan tres funciones diferentes: soporte para la banda 21 hecha sobre la misma, resistencia y como conexiones entre las capas de soporte y las capas de resistencia. Las capas de conexión son necesarias porque la primera capa 41 es tan fina y deformable, que se deformaría en el interior de los intersticios de las capas de resistencia 45-46 sin las capas intermedias 42-44 como elementos de conexión entre las mismas. Tal deformación rompería la conexión hidráulica entre la primera capa 41 y la banda 21. Las capas intermedias 401 mantienen la configuración generalmente plana de la primera capa 41.

Las capas 41-46 están dispuestas, preferiblemente desde la capa más fina 41 a la capa más gruesa 46. La capa más fina 41 proporciona soporte como se trató anteriormente. La capa más gruesa 46 y posiblemente una o dos capas adyacentes a la capa más gruesa 46 proporcionan resistencia. Las capas 42-44 intermedias entre la primera capa 41 y las capas de resistencia 45-46 proporcionan conexión hidráulica entre las mismas y soporte para la primera capa 41 sobre ellas. Es importante que cada capa 41-45 del medio 40, por encima de la placa perforada 46, sea capaz de proporcionar tanto flujo de fluido perpendicular como lateral. Preferiblemente cuando las capas 40-46 se consideran como un conjunto unitario para el medio 40, el medio 40 presenta las propiedades de caída de presión y de resistencia a la fatiga por flexión aquí descritas.

La primera capa 41 del medio 40 está en contacto con la banda 21. La primera capa 41 es típicamente la capa más fina del medio 40 y tiene poros u otros canales de flujo intersticiales más finos que la mediana de los intersticios de las banda 21 a secar. Preferiblemente, los poros de la primera capa 41 tienen un tamaño nominal de 20 micras o menos, más preferiblemente 15 micras o menos y más preferiblemente, 10 micras o menos. El tamaño de poro se deduce de la Norma SAE ARP 901 publicada el 1 de marzo de 1968, e incorporada aquí a título de referencia.

La capa primera 41 según la presente invención puede tener un tejido de ligamento cruzado holandés. Se puede tejer un tejido de ligamento cruzado holandés con poros suficientemente pequeños para proporcionar un orificio limitante para el flujo de fluido a través del mismo conforme se seca el papel hecho sobre el mismo durante la fabricación de papel. También, un tejido de ligamento cruzado holandés se puede tejer para proporcionar un tamaño de poro suficientemente pequeño para que se produzca la deshidratación capilar. Un tejido de ligamento cruzado holandés tiene tanto trama como urdimbre con paso alternativo sobre dos y bajo dos hilos en cada dirección. Alternativamente, se puede usar proféticamente un tejido cruzado, aunque puede no tener poros suficientemente pequeños.

También proféticamente se puede usar un tejido entrelazado amplio ZZ. Tales tejidos se ilustran en la literatura de Haver y Boecker y en la patente U.S. Nº 4.691.744, otorgada el 8 de septiembre de 1987 a Haver y otros.

La capa más gruesa 46 del medio 40 puede ser una placa perforada o una tela metálica tejida. La capa 46 es la más apartada de la banda 21. Se prefiere una placa que tenga una red de soporte continua para el camino de carga, a fin de resistir las cargas aplicadas diametralmente y las tensiones de zunchado que se encuentran cuando se usa el medio 40 para la fabricación de papel.

El espesor de la capa más gruesa 46 es preferiblemente de unos 0,020 a 0,030 pulgadas (0,51 a 0,76 mm) para las aplicaciones aquí descritas. Si la capa más gruesa 46 es demasiado gruesa, la fabricación puede hacerse más difícil. Si se usa una placa perforada para el medio más grueso 46, y la placa es demasiado delgada, probablemente no será capaz de cumplir los requisitos en cuanto a resistencia a la fatiga por flexión aquí establecidos. Una porción de la resistencia a la fatiga por flexión no proporcionada por la capa más gruesa 46 puede ser compensada disponiendo capas intermedias 42-45 más fuertes. No es generalmente deseable una disposición de este tipo puesto que aumenta la caída de presión y puede interferir el camino del flujo para el flujo de fluido a través del medio 40. La placa perforada puede tener un área abierta que va del 20 al 40% y más preferiblemente del 30 al 37%.

Las capas 42-45 entre la primera capa más fina 41 y la capa más gruesa 46 se denominan capas intermedias 401. Las capas intermedias 401 son preferiblemente tejidas. Si las capas intermedias 401 son tejidas, preferiblemente el tejido específico proporciona un canal no obstruido de flujo, es decir, un poro, en la dirección perpendicular al plano de dicha capa 401 a través de toda la capa 401. Un tejido preferido para esta capa 401 es un tejido cruzado, aunque también sería suficiente un tejido de ligamento cruzado. Un tejido de ligamento cruzado tiene aberturas cuadradas y urdimbres que pasan sobre dos y bajo una o dos tramas en un modelo diagonal.

Un tejido cruzado tiene los hilos de trama y de urdimbre tejidos en un modelo de uno sobre uno o uno bajo uno. En el caso degenerado los hilos de trama y de urdimbre tienen diámetro idéntico. El recuento de malla de un tejido cruzado es el mismo en ambas direcciones, y el camino de flujo es atravesante directo, en la dirección perpendicular al plano de la capa 401. Se prefiere un tejido cruzado para las capas intermedias 401, porque un tejido cruzado proporciona el mejor equilibrio de flujo de fluido en dos fases en las direcciones perpendicular y lateral a dicha capa 401. Comparado con un tejido cruzado de idéntico recuento de malla, el tejido de ligamento cruzado puede utilizar hilos de mayor diámetro para obtener una mayor densidad y resistencia. Un tejido holandés simple utiliza un modelo de tejido cruzado con tramas de mayor diámetro que las urdimbres. Un tejido holandés simple invertido es también factible, y tiene un modelo de tejido cruzado con urdimbres de mayor diámetro que las tramas.

Contrariamente a las enseñanzas de la técnica anterior, se prefiere que ninguna de las capas intermedias 401 tenga un tejido holandés simple. Los tejidos tales como el ligamento cruzado holandés, el holandés simple y el holandés simple invertido, cuando se usan para capas intermedias 401 tienden a restringir indudablemente el flujo de aire a través del medio 40. En contraste, los tejidos cruzados simples proporcionan un drenaje mejorado para la deshidratación de la banda 21. El drenaje mejorado se debe al área abierta proyectada más elevada del tejido simple. Si se desea, se pueden utilizar también otros tipos de tejidos, con tal de que la capa 401 tenga un flujo de aire tanto perpendicular al medio 401 como lateral, es decir, dentro de la capa 401.

Las capas 41-46 se pueden unir entre sí para formar un medio unitario 40 como sigue. En primer lugar, se calandran las capas intermedias 401 individualmente. Opcionalmente, se puede calandrar también la primera capa 41. El calandrado debe ser suficiente para proporcionar un área de nudillos adecuada, pero sin aglomerar las fibras o reducir indebidamente el área abierta de los poros. El calandrado es suficiente para reducir el espesor de las capas 41.45 a aproximadamente 65 al 80 por ciento de su espesor original. Se reconocerá por alguien de experiencia normal que se puede usar un intervalo considerable de niveles de calandrado para proporcionar el área de nudillos deseada. El área de nudillos es importante para proporcionar una resistencia adecuada al desprendimiento entre las capas.

A continuación se ponen las capas 41-46 una encima de otra en la secuencia deseada. Como se indicó arriba preferiblemente, pero no necesariamente, las capas son dispuestas monotónicamente en orden desde la capa 41 que tiene el menor tamaño de poro a la capa 46 que tiene el mayor tamaño de poro.

Las capas 41-46 se sinterizan a continuación para unir cada capa a las capas adyacentes 41-46. La sinterización se puede realizar de acuerdo con los procesos usados por los normalmente experimentados para hacer medios de filtro, tal como se conoce en la técnica. La operación de sinterización produce un medio laminado 40 como el aquí descrito.

Presente invención I

A continuación se describe el medio 40 recogido en la lista como Presente Invención I, en la Tabla I precedente. Las capas 41-45 del medio 40 se hicieron de acero inoxidable 304L o 316L. La última capa 46 se hizo de acero inoxidable 304. La primera capa 41 del medio 40 es muy fina, a fin de proporcionar los microporos que limitan el flujo de aire a través del medio 40 y la banda embrionaria absorbente 21. La primera capa 41 comprendía una pantalla metálica tejida según un tejido de ligamento cruzado holandés de 165 x 1400. La malla estaba hecha con hilos de trama de 0,0028 pulgadas (0,07 mm) de diámetro e hilos de urdimbre de 0,0016 pulgadas (0,04 mm) de diámetro. Como se observó anteriormente, no se prefiere para la primera capa 41 un tejido cruzado, de forma que la primera capa tendrá poros suficientemente pequeños para proporcionar un soporte adecuado a la banda, conexiones hidráulicas adecuadas y un orificio limitante para el flujo de aire a través de la banda 21.

La segunda capa 42 del medio 40 es subyacente a la primera capa 41. La segunda capa 42 comprende una tela metálica tejida que tiene un tejido cruzado de 150 x 150 con hilos de 0,0026 pulgadas (0,066 mm) de diámetro, a fin de proporcionar un soporte adecuado a la primera capa 41.

La tercera capa 43 del medio 40 es subyacente a la segunda capa 42. La tercera capa 43 comprende una tela metálica tejida que tiene un tejido cruzado de 60 x 60 con hilos de 0,0075 pulgadas (0,13 mm) de diámetro.

La cuarta capa 44 del medio 40 es subyacente a la tercera capa 43. La cuarta capa 44 comprende una tela metálica tejida que tiene un tejido cruzado de 30 x 30 con hilos de 0,016 pulgadas (0,40 mm) de diámetro.

La quinta capa 45 del medio 40 es subyacente a la cuarta capa 44. La quinta capa 45 comprende una tela metálica tejida que tiene un tejido cruzado de 16 x 16 con hilos de 0,028 pulgadas (0,71 mm) de diámetro.

La capa más gruesa 46 del medio 40 proporciona soporte para el equilibrio del medio 40. La capa más gruesa 46 es una placa metálica perforada. Para la realización aquí descrita, se encontró que funcionaba bien una sexta capa 46 que comprende una placa de acero de galga 24 con un espesor de 0,0239 pulgadas (0,60 mm), y aproximadamente un 37 por ciento de área abierta. El aproximadamente 37 por ciento de área abierta estaba proporcionado por orificios de 0,080 pulgadas (2,03 mm) de diámetro bilateralmente al tresbolillo a 60 grados con un paso de 0,125 pulgadas (3,17 mm). El modelo de los orificios es al tresbolillo en un camino paralelo a la dirección de la máquina. Como se reconocerá por alguien de experiencia normal, generalmente es preferible para áreas abiertas equivalentes un modelo que proporcione un mayor número de orificios más pequeños que un modelo de orificios que comprenda un menor número de orificios relativamente mayores.

La capa más gruesa 46 del medio 40 era la sexta capa de la realización aquí descrita. Sin embargo, se debe reconocer que el medio 40 según la presente invención se puede hacer disponiendo de tres a nueve capas.

Alternativamente, la capa más gruesa 46 puede comprender un género tejido. Si la capa más gruesa 46 es un género tejido, puede comprender un tejido cruzado de 12 x 12 de hilos de 0,032 pulgadas (0,81 mm) de diámetro. Se entiende que la descripción 12 x 12 designa que hay 12 hilos por pulgada en dirección tomada perpendicularmente a la longitud mayor de los hilos y la primera dirección es la dirección de la trama.

El medio 40 anteriormente mencionado es útil para el secado de una banda embrionaria 21 que tiene una resistencia de filtración de pasta (PFR) de 5 a 20,y preferiblemente de 10 a 11. La resistencia de filtración de pasta se mide de acuerdo con el procedimiento establecido en la patente U.S. cedida comúnmente 5.228.954 otorgada el 20 de julio de 1993 a Vinson y otros.

Tal como se usa aquí, una "banda" o "estructura fibrosa celulósica" se refiere a estructuras tales como el papel, que comprenden al menos un cincuenta por ciento de fibras celulósicas, y un complemento de fibras sintéticas, rellenos orgánicos, rellenos inorgánicos, espumas, etc. Se pueden encontrar estructuras fibrosas celulósicas adecuadas para su uso con la presente invención en las patentes U.S. cedidas comúnmente 4.191.609 otorgada el 4 de marzo de 1980 a Trokhan, 4.637.859 otorgada el 20 de enero de 1987 a Trockhan y 5.245.025 otorgada el 14 de septiembre de 1993 a Trokhan y otros. Tal como se usa aquí, se considera que una banda es "absorbente" si puede contener y retener agua, o eliminar agua de una superficie.

La tasa de eliminación de agua para el aparato 20 de acuerdo con la presente invención se mide en términos de libras de agua eliminadas por libra de fibra dividida por el tiempo que las fibras se someten al proceso. Matemáticamente, esto se puede expresar como velocidad de eliminación de agua = (libras de agua eliminadas/libras de fibra)/tiempo en segundos.

La tasa de eliminación de agua se averigua midiendo la consistencia de la banda embrionaria 21 antes y después del aparato 20 usando pesado gravimétrico y secado conectivo para lograr la línea base absolutamente seca.

Aunque el medio 40 y el aparato 20 según la presente invención se han tratado conjuntamente con el secado por paso de aire de una banda embrionaria 21, se debe reconocer que la invención descrita y reivindicada aquí no se limita de esta manera. La presente invención se puede usar también en conjunción con el secado de fieltro o con los dispositivos de secado capilares igualmente.

Claims (10)

1. Un medio de secado generalmente plano (40), comprendiendo dicho medio de secado (40) una pluralidad de capas (41-46), unidas entre sí en relación cara a cara, caracterizado porque dicho medio tiene una resistencia a la fatiga por flexión de al menos 48,7 N/cm (25 libras por pulgada), y una caída de presión de menos de 174,36 hPa (70 pulgadas de agua) a una tasa de flujo de 22,65 m^{3}/min por 929 cm^{2}) (800 pies cúbicos normales por minuto por pie cuadrado).

2. Un medio (40) según la reivindicación 1, en el que dicha resistencia a la fatiga por flexión es al menos de 87,4 N/cm (50 libras por pulgada).

3. Un medio (40) según la reivindicación 2, en el que dicha resistencia a la fatiga por flexión es al menos de 121,1 N/cm (75 libras por pulgada).

4. Un medio (40) según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que dicha pérdida de presión es menos de 124,54 hPa (50 pulgadas de agua).

5. Un medio (40) según la reivindicación 4, en el que dicha pérdida de presión es menos de 74,72 hPa (30 pulgadas de agua).

6. Un medio de secado (40) generalmente plano que tiene dos caras opuestas, comprendiendo dicho medio de secado una pluralidad de capas (41-46), una primera capa (41), estando dispuesta dicha primera capa (41) sobre una cara de dicho medio (40), una capa muy gruesa (46), estando dispuesta dicha capa muy gruesa (46) sobre dicha cara opuesta de dicho medio (40), y una pluralidad de capas (42-45) intermedias entre dicha primera capa (41) y dicha capa muy gruesa (46), caracterizado porque cada una de dicha pluralidad de capas intermedias (42-45) comprende un tejido que tiene un canal de flujo no obstruido perpendicular al plano de dichas capas intermedias (42-45).

7. Un medio (40) según la reivindicación 6, en el que al menos una de dichas capas intermedias (42-45) comprende un tejido cruzado.

8. Un medio (40) según las reivindicaciones 6 y 7, en el que dicha primera capa (41) comprende un tejido de ligamento cruzado holandés.

9. Un medio (40) según las reivindicaciones 6, 7 y 8, en el que dicha capa muy gruesa (46) comprende una placa metálica perforada, y preferiblemente dicha placa metálica perforada tiene un área abierta del 20 al 40 por ciento.

10. Un medio (40) según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9, en el que al menos una capa (41;...; 46) de dicho medio (40) que tiene un tamaño de poro de 20 micras o menos y preferiblemente dicha capa (41;...;46) con dicho tamaño de poro de 20 micras o menos es una capa exterior (41) de dicho medio (40) y entra en contacto con una banda (21) durante la fabricación de papel.