具有由至少两种顶层纬纱之间的平面差异限定的囊袋区域的多层造纸织物

摘要

一种多层面巾纸成形织物，构成为可使顶成形表面具有以至少两种顶纬纱(400，410)之间的平面差异加以测量的形态差异。平面差异——两种纬纱之间的高度差异——必须大于零。利用定位在成形表面中的相同等高线的至少两种不同直径、大小或形状的纬纱造成此平面差异，并限定了面巾纸成形织物成形表面中的囊袋区域。囊袋区域具有可在形成的面巾纸、餐巾纸或纸巾中产生蓬松度、横向抗张力、吸收力以及柔软度的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及造纸领域。更具体地说，本发明涉及用于造纸机成形部的成形织物。

背景技术

在造纸过程中，在造纸机成形部，通过将纤维浆沉积到移动的成形织物上形成纤维素纤维网，纤维浆也就是纤维素纤维的水分散体。浆体中大量的水通过成形织物排出，而纤维素纤维网则留在成形织物的表面。

刚形成的纤维素纤维网从成形部进入压榨部，压榨部包括一系列压榨压区。纤维素纤维网被压榨织物支撑，或者通常情况下位于两层这样的压榨织物之间，穿过压榨压区。在压榨压区中，纤维素纤维网受到压缩力的作用，该压缩力将网中的水挤出，并使网中的纤维素纤维彼此粘附，使得纤维素纤维网转变为纸幅。水由一层压榨织物或多层压榨织物所吸收，并且理想的情况是不回到纸幅中去。

纸幅最终进入干燥部，干燥部至少包括一个可转动干燥转鼓系列或可转动干燥转筒系列，这些转鼓或转筒由蒸汽在内部进行加热。干燥织物引导刚形成的纸幅以弯曲路径依次绕行该系列中的每个转鼓，干燥织物将纸幅紧紧地贴在转鼓的表面。加热的转鼓通过蒸发作用使纸幅的含水量降至所需水平。

应该了解的是，成形、压榨以及干燥织物都在造纸机上采用无端环(endless loop)的形式，并且都起到传送带的作用。应该进一步了解的是，纸张生产是一种以相当快的速度进行的连续过程。也就是说，在成形部，纤维浆连续地沉积到成形织物上，而刚生产出的纸张在离开干燥部后就被连续地卷绕到辊筒上。

对多种供用于所需用途的产品而言，特别是当纤维素纤维制品是面巾纸或卫生纸、纸巾、卫生巾以及纸尿裤时，吸收性能以及强度、柔软度以及美观特性是重要的特性。

这些产品可使用多种加工方法制造。常规造纸机包括将纤维素纤维悬浮液输送至成形织物之上或夹于两个成形织物之间的运送操作。然后将此部分脱水的纸幅移送至压榨织物，该压榨织物在将该纸幅移送至大型杨克式烘缸(Yankee dryer)时，使该纸幅进一步脱水。当完全干燥的纸页从杨克式烘缸表面移除时，可以有绉褶或无绉褶，其被卷绕到辊筒上，以供更进一步加工。

一种可替代的加工方法使用空气穿透干燥(TAD)单元，该单元以另一种织造织物来取代上述压榨织物，该织造织物将纸幅从成形织物运送至空气穿透干燥织物。用此织造织物将纸幅运送到空气穿透干燥(TAD)滚筒，在该滚筒处，吹送热空气穿透湿的纤维素纸幅，同时干燥纸幅，并提高纸幅的松厚度以及柔软度。

织造织物采取许多不同的形式。例如，可将其织成环形、或者先平织然后用接缝将其转变为环状形式。

本发明具体涉及在成形部使用的成形织物。在纸张生产过程中，成形织物起到关键的作用。如上所示，其功能之一是形成所生产的纸产品并运送至压榨部。

然而，对成形织物还需要考虑除水处理以及纸幅形成效果问题。即，成形织物被设计成可使水穿过(即控制排水速率)，而同时防止纤维以及其它固体随水穿过。如果排水发生得过快或过慢，纸片品质以及机器效率都会受影响。为了控制排水，因此成形织物中用于排水的空间必须经过适当的设计，该空间通常称为空隙容积。

当前的成形织物采用广泛、多样的形式设计来制造，以满足造纸机需要，根据制造的纸张的等级，将其安装在造纸机上。通常，成形织物包括底布，底布由单丝织成，并且可以是单层或多层。纱线通常由在造纸机布料技术领域中的普通技术人员为此目的而使用的几种合成聚合树脂中的任一种挤出而成，例如聚酰胺树脂以及聚酯树脂。

成形织物设计还包括兼顾所需要的纤维支撑性与织物稳定性。细网孔织物可提供所需的纸张表面和纤维支撑性，但此种设计缺乏所需的稳定性，造成织物使用寿命短。比较而言，粗网孔织物在牺牲纤维支撑性并可能产生印痕的情况下，提供织物稳定性并延长使用寿命。为了最小化设计折衷、并达到最佳的支撑性以及稳定性，因此研发出多层织物。例如，在双层以及三层织物中，成形面被设计用来提供支撑性，而磨面为了稳定性而设计。

本领域内的技术人员了解的是：织物为织成的，且具有一种织造图案，该织造图案于经纱或机器方向(MD)以及纬纱或横机器方向(CD)都进行重复。还应当理解的是：所制织物的外观必须是均匀的；即在织造图案中，不存在造成所形成纸张中不希望特性的骤然变化。由于织造图案的重复本质，因此常见的织物缺陷是在织物中的特性斜线。此外，赋予所形成面巾纸的任何图案标记都会影响到纸的特征。

为了在纸张中产生蓬松度、横向抗张力、吸收力以及柔软度，经常将织物构成为使顶表面表现出股段之间的平面差异。例如，通常以成形表面的平面中两相邻纬纱(横向)股段之间的高度差异来测量的平面差异。当生产面巾纸、餐巾纸以及纸巾时，蓬松度、横向抗张力、吸收力以及柔软度为特别重要的特征。因此，面巾纸成形织物较佳在成形面中表现出平面差异。

美国专利5,456,293示出一种提供平面差异的尝试。′293专利示出一种单层TAD织物，其中MD纱线互织以产生锯齿效应。然而，如同′293专利的发明摘要所陈述的，此图案具有以交替方式斜向延伸过其宽度的囊袋阵列。虽然′293专利的确分布有这些囊袋，但最好尽量地降低任何可分辨的囊袋图案化的影响。

此外，数件其它专利披露具有平面差异的单层织物；例如，美国专利5,806,569、美国专利5,839,478以及美国专利5,853,547。虽然所有这些专利描述在成形面中具有平面差异的织物，其单层设计并不能获得如同多层织物所提供的支撑与稳定性之间最佳平衡。

因此，需要一种在成形面中具有平面差异的面巾纸成形织物，籍以在面巾纸中产生蓬松度、横向抗张力、吸收力以及柔软度，同时尽量降低强变化限定的斜向囊袋图案的不利影响。

进一步，需要提供一种具有更高横向稳定性以及硬挺性的织物，藉以防止横向织物收缩、改善纸张形成以及外观并可能增加使用寿命。

本发明为多层面巾纸成形织物，其具有不同直径、大小、或形状的纬纱股段，以在成形面上产生平面差异。本发明提供一种解决方案，提供具有平面差异的织物图案，同时维持良好的纸幅纤维支撑以及织物稳定性。

发明内容

为此，本发明为多层成形织物，但其亦可应用在造纸机的成形部、压榨部以及干燥部中。

本发明为一种在成形表面中具有平面差异且维持良好纸幅纤维支撑以及织物稳定性质的多层织物。为了获得这些特征，织物在成形表面中使用位于相同等高线的至少两种不同直径、尺寸、或形状的纬纱股段，来在面巾纸成形织物中产生成形面平面差异。成形表面中的此平面差异在此织物所形成的面巾纸中产生蓬松度、横向抗张力、吸收力以及柔软度。

本发明的第一实施例为用来生产面巾纸、餐巾纸以及纸巾的多层成形织物。此织物包含横机器方向(CD)纬纱顶层、CD纬纱底层、以及与CD纬纱顶层以及底层互织的机器方向(MD)纱线系统。顶层具有定位在层中相同等高线的至少两种不同直径、尺寸或形状的纬纱，以在织物的成形表面中产生平面差异。成形表面中的此平面差异在此织物所形成的面巾纸中产生蓬松度、横向抗张力、吸收力以及柔软度。CD纱线顶层形成织物的成形面，而CD纱线底层形成织物的磨面。顶层产生成形表面压印，明显降低了由于囊袋图案化造成的常见问题。

较佳地，在织物的此实施例中，各MD纱线在与底层交叉而织造在图案中之前，于一小直径CD纬纱上方、一相邻大直径CD纬纱以及下个小CD纬纱下方、以及下个大CD纬纱上方，而织造在顶层中。顶层中的CD纬纱可与底层中的CD纬纱垂直地堆叠。

本发明可包括位于顶层与底层之间且与该MD纱线系统互织的CD纬纱中间层。或者，这些中间层CD纬纱可与底层中的CD纬纱垂直地堆叠，以形成TSS(三重堆叠纬纱双层)织物。请注意在本文中术语“纬纱(shute)”以及“纬纱(weft)”用语可以互换。

本发明的另一实施例为一造纸织物，此造纸织物包含：纬纱顶层，纬纱具有至少两种不同直径、尺寸或形状，定位在相同等高线，并与经纱系统互织；以及纬纱底层，其与该经纱系统互织。纬纱以及经纱限定顶层表面中的囊袋区域。顶层具有由最大直径纬纱与经纱之间的平面差异所产生的至少三种位准。这些位准限定对应于囊袋区域的囊袋深度。

本发明的另一实施例为一造纸织物，此造纸织物包含：纬纱顶层，纬纱具有至少三种不同直径、尺寸或形状，定位在相同等高线并与经纱系统互织；纬纱底层，其与该经纱系统互织；以及结合纬纱，其用以将顶层以及底层结合在一起，以形成织物。具有较大两种直径的纬纱以及经纱限定顶层表面中的大囊袋区域。具有最小直径的纬纱、结合纬纱以及经纱限定顶层表面中的小囊袋区域。顶层具有藉由最大直径纬纱与经纱之间的平面差异所产生的至少三种位准。这些位准限定对应于大囊袋区域以及小囊袋区域的囊袋深度。

本发明的其它方面包括：MD纱线以及CD纬纱最好是单丝纱线。并且，至少部分MD纱线以及部分CD纬纱最好为聚酯、聚酰胺或成形织物领域技术人员已知的其它聚合材料之一。MD纱线以及CD纬纱可具有圆形横截面、矩形横截面或非圆形横截面形状。当纱线具有非圆形横截面时，例如矩形，其通常织造为使得较大维度(MD/CD纵横比在CD维度中较大)始终呈相同定向，亦即纱线未扭转。本发明一个方面中，可让纱线在织造时产生扭转，且此扭转赋予织物随机式外观。简言之，扭曲的纱线产生导致随机式标记图案的纹路状织物。

现在将参照附图更完整详细地描述本发明。

附图说明

为了更完整地了解本发明，现在参照附图进行下文描述，附图内容如下：

图1为根据本发明教导的织物图案的CD方向示意性剖视图；

图2为根据本发明教导所织造织物的示意性成形面(俯)视图；

图3示出根据本发明教导织物图案MD方向的两个示意性剖视图；

图4示出分别根据a)现有技术，以及b)本发明教导，横越不同尺寸CD纱线的面巾纸的形成过程；

图5为根据本发明教导所织造织物的成形面视图以及成形面压印；

图6为根据本发明教导所限定囊袋区域的成形面视图；

图7为示出根据本发明教导囊袋区域内的主要经纱的成形面视图；

图8为根据本发明教导织物的MD方向剖视图；

图9为示出根据本发明教导所限定微观以及大囊袋区域的成形面视图；

图10示出横越对应于图6以及图7所示织物图案不同尺寸CD纱线的面巾纸的形成过程；

图11示出横越对应于图8以及图9所示织物图案不同尺寸CD纱线的面巾纸的形成过程；以及

图12示出横越对应于图8以及图9所示另一织物图案不同尺寸CD纱线的面巾纸的形成过程。

具体实施方式

图1为根据本发明原理织物图案实例的CD方向示意性剖视图。如图所示，本发明为多层面巾纸成形织物，其构造为，使顶成形表面具有以两种顶纬纱之间的平面差异加以测量的形态差异。平面差异——两种相邻纬纱之间的高度差异——必须大于零。本发明使用至少两种不同直径的CD纬纱100、110，并将其定位在成形表面中的相同等高线中，来生成面巾纸成形织物中的成形面平面差异。成形表面中的平面差异在面巾纸、餐巾纸或纸巾中产生蓬松度、横向抗张力、吸收力以及柔软度。本发明较佳为一种双层或三重堆叠纬纱(TSS)双层织物。然而，本发明适用于任何多层织物样式，包括双层、双层支撑(堆叠)纬纱(DLSS)、TSS以及三层织物。

如图1所示的较佳实施例中，各MD纱线120在与底层交叉而与底层CD纬纱130编织在图案中之前，穿过成形面中一较小纬纱140上方、相邻的较大纬纱以及下个较小纬纱下方、以及下个较大纬纱150上方。

图2为图1所示织物的示意成形面(俯)视图。请注意水平为机器方向。如图1(应为图2)所示，各MD纱线在交叉至底层之前，穿过成形面中一较小纬纱240上方、相邻的较大纬纱以及下个较小纬纱下方、以及下个较大纬纱250上方。MD纱线如图所示呈现交错，且每八根纱线重复图案。所示图案只是本发明的一实施例。本发明不应视为局限于此示范例图案。

图3示出根据本发明原理织物图案的MD方向的两个示意剖视图。上图示出较大直径的顶CD纬纱300，其垂直地堆叠在底层CD纬纱330上方。一个完整图案中，单一MD纱线350在一个位置穿过此二CD纬纱两者上方。此结节350对应于图1的结节150以及图2的结节250。图3的下图示出较小直径的顶CD纬纱310。一个完整图案中，单一MD纱线340在一个位置穿过小CD纬纱310上方。此结节340对应于图1的结节140以及图2的结节240。并且，本发明不应视为局限于所示的范例图案。

图4示出根据：4a)现有技术以及4b)本发明原理的织物图案实例顶层的CD方向交错式示意剖视图。图4b图示出面巾纸460的形成过程，由位于相同等高线中的两种不同尺寸CD纬纱400、410产生的织物成形表面中的平面差异所形成。相反地，在现有技术的图4a中，两种不同尺寸的CD纬纱400、410定位在不同等高线中，使其在相同平面对准，以产生均匀的成形表面。如前述所述，成形表面中的平面差异在面巾纸、餐巾纸或纸巾中产生蓬松度、横向抗张力、吸收力以及柔软度。

图5为根据本发明原理织成织物的成形面视图以及该织物所制成的成形面压印。重要的是，织物的压印显示出所限定的囊袋，其使斜向图案化最小化。这是本发明的织物图案优于现有技术的面巾纸成形织物的优点。

本发明还具有的特征是织物的纹路状成形表面中的纱线图案所限定的囊袋区域。藉由对准位于织物层相同等高线中的不同尺寸纬纱且籍由选择适当的织造图案，可使囊袋深度、面积以及容积最大化。此外，可使用两种以上纱线直径、尺寸或形状，来限定具有多种深度位准以及尺寸的囊袋。可将这些囊袋可换一种方式描述为成形表面中具有不同尺寸以及深度的多种框架。

多种位准的囊袋深度以及尺寸导致限定较少的的宏观表面。本发明此实施例采用多种位准(由纬纱造成)的纹路，其目的在于在织物的成形表面中产生具有不同位准以及尺寸的小囊袋，而有利于所形成的面巾纸、餐巾纸或纸巾的整体蓬松度。这还可增强吸收能力，同时维持面巾纸中的CD抗张力以及柔软度。

本发明的另一实施例中，面巾纸成形织物的纸幅侧表面构造方式为，使得顶表面具有三种或更多位准的形态差异(藉由各顶纬纱以及相邻经纱之间的平面差异加以测量)。经由选择参考经纱以及参考纬纱，并找出限定囊袋区域的最远相邻纬纱，来限定囊袋(的正方形区域)。

图6为根据本发明原理所限定囊袋区域的成形面视图。图6中添加了矩形用来示出囊袋区域的轮廓。为了限定囊袋区域的边界，首先选择参考经纱结节C1。从此参考结节C1，在机器方向(图中的上下方向)追踪此经纱，直到抵达第一相邻纬纱浮点为止(点C2以及C2a)。然后，在横机器方向移动，追踪此纬纱直到产生较大囊袋区域的方向中出现另一经纱结节为止(点C3以及C3a)。因此，自点C2，最长的不间断纬纱浮点从左往右移动，且自点C2a，最长不间断纬纱浮点从右往左移动。囊袋的边际随后沿着最长的不间断纬纱移动，直到抵达下个相邻的经纱结节为止，亦即点C3以及C3a。自点C3以及C3a，在点C1与C2(或C1与C2a)之间行程的相反移行方向中，追踪囊袋的边际，直到抵达最近的相邻纬纱浮点为止(点C4以及点C4a)。藉由形成一条连接点C4或C4a与参考点C1的线，来包围囊袋。如图所示，顶囊袋区域主要由纬纱610、620以及630限定。

除了囊袋的表面积之外，亦可使囊袋深度达成最佳化。结合囊袋面积与囊袋深度限定了囊袋容积。由于织物固有的织造本质，各个所限定囊袋将具有一或多根经纱位于织物表面平面以下特定深度处。较佳使囊袋中主要的经纱位于相同平面，并使这些主要经纱尽可能深入织物表面底下。这样将为囊袋提供大的容积。

图7为示出囊袋内主要经纱的成形面视图。如图所示，添加的矩形对应于囊袋区域的边界。在此囊袋内具有两个主要经纱710以及720。藉由(经由控制囊袋大小与深度)使囊袋容积达到最佳化，可提高所形成面巾纸、餐巾纸或纸巾的性质。

图10示出经过对应于图6以及图7所示织物图案的不同尺寸CD纱线的面巾纸成形过程。此图类似于图4中的图4b，并可与图4a所示的现有技术形成对比。

图8为织物的MD剖视图，其中主要经纱1100以及1200在相同等高线位于织物表面以下一段预定距离。用于此囊袋区域的参考结节1001类似于图6所示参考结节C1。表面纬纱浮点1010为成形表面上长的不间断纬纱浮点。藉由增加纬纱1010的直径，可增大纬纱顶部与囊袋底部之间的垂直距离。然而，如果纬纱1010直径增加太大，纬纱厚度将减小囊袋的面积；因此抵销了由囊袋深度提供的任何获益。

显著的大纬纱1010还可能扭曲整体的织造图案。一种避免或尽量减少此扭曲的方法是改变所使用纱线的性质。例如，聚合单丝可由硬质或软质材料制成。软质纬纱材料将更容易在经纱周围挠曲，因此提供比较硬质纬纱材料更高的结节。在此例中，可使用较柔软的单丝来进一步使囊袋深度最佳化，而不扭曲织造图案。

本发明另一方面为可藉由选择织造图案来限定微观以及大囊袋。在此例中，微观以及大囊袋都具有增强表面形态以及所形成面巾纸特征的作用。图9为具有经限定的微观以及大囊袋区域的本发明另一实施例的成形面视图。此实施例中，使用不同直径纬纱来生成微观以及宏观形态压印。

如图9所示，本织物包括成形纬纱W1、W2以及W3；结合纱群组C；小囊袋A1；以及大囊袋A2。成形纬纱W1、W2以及W3较佳具有不同直径，而结合纱群组C的纱线则具有与成形纬纱W2相同的直径。成形与结合纬纱的此种布置产生与图6所示囊袋区域相似的小囊袋A1。此布置亦产生表面积明显大于小囊袋的大囊袋A2。由于此表面积差异，大囊袋以不同于小囊袋的方式影响最终纸张表面。例如，小囊袋足够小而足以影响纸张成形过程所使用的长度较小的纤维，而大囊袋可影响纸张成形过程所使用的较长纤维。不同于小囊袋，正是最大直径或尺寸纬纱与最小直径或尺寸纬纱之间的平面差异决定了大囊袋的深度。亦请注意，各大囊袋可包含多个小囊袋。此特性具有将各囊袋类型的效果加以混合的作用。

图11以及图12示出经过两示范性织物图案不同尺寸CD纱线的面巾纸的成形过程，其中各示范性织物图案对应于图8以及图9所示的织物。并且，这些图类似于图4的图4b，并可与图4a中的现有技术进行比较。

如上所述，虽然附图所示范例为三层织物，但本发明不受此限制。如同本领域技术人员所了解的，本多层织物可为：双层织物、双层支撑纬纱织物、具有常规CD结合物三层织物、具有成对CD结合物的三层织物、具有常规经纱结合物的三层织物、具有成对经纱结合物的三层织物、以及任何其它适当类型的多层织物织造图案。

并且，本成形织物中，各织物的顶层以及底层可由结合纬纱、结合经纱、或整体经纱或纬纱结合物结合在一起。

根据本发明的织物较佳只包含单丝纱线。特别地，纱线可为聚酯、聚酰胺或其它聚合物单丝。CD以及MD纱可具有一或多种不同直径的圆形横截面形状。并且，除了圆形横截面形状之外，一或多根纱线可具有其它横截面形状，诸如矩形横截面形状或非圆形横截面形状。

对本领域技术人员来说，可容易地对本发明进行修改，但不会使对本发明所作修改脱离本发明的范围和精神。所附权利要求应视为涵盖这些修改。