專利名稱：由毛毯層和光敏樹脂層構成的紙幅構圖裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有毛毯層和光敏樹脂層的紙幅構圖裝置以及制造該裝置的一種方法。
紙張，如衛生紙、紙巾、化妝紙，都已廣泛地應用于整個民用和工業領域。為使這些紙制品更加被消費者所喜愛，人們做了許多努力。在1976年11月30日授予Morgan等人的美國專利3994771中例舉了為消費者提供優先選用的具有一定松密度和柔韌性的紙制品的一種方法。提高松密度和柔韌性也可以如1980年3月4日授予Trokhen的美國專利4191609中所示的通過對紙設置雙面交錯的壓榨和非壓榨區的方式來實現。
為消費者提供優先選用的薄頁紙制品的另一種方法是對紙張進行干燥處理以提高紙制品的松密度、抗拉強度和脆裂強度。在1987年1月20日授予Trokhan的美國專利4637859中列舉了以這種方法生產的紙張的一些實例。另外。如1985年4月30日頒布的美國專利4514345中所示，不使用大量纖維素纖維，而是通過設置不同的定量的區就可使紙張結構更結實。
造紙廠也努力通過提供紙制品的美學外觀使紙制品更加吸引消費者。例如，在紙制品被干燥后對紙制品進行壓花處理已是很普遍的了。在1976年3月9日授予Appleman的美國專利239137中列舉了由Procter and GambleCompany公司銷售的纖維素紙巾制品上所出現的一種壓花圖案。在1971年1月19日授予Nystrand的美國專利3556907、1975年2月18日授予Nystrand的美國專利3867225和1968年12月3日授予Wells的美國專利3414459中也都對壓花工藝進行了闡述。
然而，壓花工藝一般是以犧牲紙張的其它性能為代價來改進紙的外觀，特別是對已干燥的紙幅進行壓花處理破壞了纖維結構中纖維之間的結合，這種破壞的發生是因為纖維之間的結合是在干燥初始纖維漿時形成和固定的。經過干燥后的紙張結構，由于壓花使纖維垂直于紙張結構的平面移動破壞了纖維之間的結合。纖維之間結合的破壞導致了干燥紙幅的抗拉強度的降低。另外，通常是對來自干燥烘缸的干燥紙幅進行起皺處理后才進行壓花處理。起皺處理后進行壓花處理則會破壞已加工在紙幅上的起皺圖案。例如，因為壓實或伸展起皺圖案，壓花處理會消除紙幅的一部分起皺圖案，這樣的結果是不希望出現的，因為起皺圖案提高了干燥紙幅的柔軟性和柔韌性。
另外，對紙張結構進行干燥壓花會延伸或拉長紙在壓花部位的周長。結果，相對于沒有壓花的紙幅部分，壓花部位周圍的紙張結構的厚度變薄。
造紙中使用的毛毯已為大家所熟知。在授予Justus的美國專利3537954中提出了用帶有沿毛毯外表面機器垂直方向走向的紗線的毛毯對紙幅賦予起皺圖案。在授予Hulit等人的美國專利4309246中提出了在毛毯和印模織布之間擠壓紙幅。在授予Turunen等人的美國專利4144124中提出了帶有一對環形織物的的雙長網造紙機，該雙長網可以是毛毯。其中一個環形織物把紙幅送至壓榨部，壓榨部包括把紙幅送至壓榨部的環形織物、另一環形織物和對紙幅進行圖案加工的網線。1993年12月20日以Ampulski等人的名字申請的美國專利申請編號08/170140，題目為“紙頁壓模方法”(“Method of Pressingand Molding a Paper Sheet”)提出了一種采用脫水毛毯進行紙幅成形和脫水的工藝。
授予Eklund的美國專利4446187提出了一種可用于成型、壓榨和干燥的多孔網帶的片狀部件，包括可用作壓榨毛毯和干燥毛毯。這種片狀部件還包括一個薄膜及粘接在一起的加強結構。該薄膜可以由帶孔的塑料制成。Eklund指出希望生產的網帶要盡可能地平坦以形成均勻的壓力分布，從而避免成品紙形成粗糙的表面結構。Eklund還指出通過在薄膜上采用適宜的孔徑和孔的布置，可以獲得具有非常均勻壓力分布的脫水網帶。
授予Lefkowitz的美國專利4740409提出了一種非紡織網帶，該非紡織網帶有與機器方向平行的紗線和環繞機器方向紗線的互連的垂直于機器方向的聚合材料。這些垂直于機器方向的聚合材料帶有貫穿網帶的互相隔開的細孔。
于1992年10月15日以Buchanar等人的名字在專利合作條約(PCT)出版物上發表并轉讓給SCAPA集團的專利PCT公開號WO 92/17643提出了一種用于生產造紙網帶的基布，該基布包括呈網孔狀的熱塑材料的疊置層。Buchanan指出基布可包括在壓印毛毯中。
于1991年10月3日以Sayers等人的名字在專利合作條約(PCT)出版物上發表并轉讓給SCAPA集團的專利PCT公開號PCT公開號WO 91/14558提出了一種通過固化光輻射可固化的聚合材料制造造紙用多孔聚合樹脂材料的方法。Sayers等人指出這種多孔結構可以和紡織品結合起來制成造紙脫水毛毯。1985年4月30日授予Johnson等人的美國專利4514345指出了一種生產帶有光敏樹脂的多孔部件的方法。
1991年7月19日以Rasch等人的名義申請的美國專利申請編號No07/718452，題目為“大張、圖案清晰、美觀的紙頁及其生產裝置”(Tissue PaperHaving Large Scale，Aesthetically Discernible Patterns and Apparatus for MakingSame”)，提出了一種帶有至少三個肉眼可辨別的區的單層紙。Rasch等人指出這三個區可通過起皺頻率、高度或不透明度等感光性能清晰分辨出來。Rasch等人指出不透明度隨著某一區域的密度的增加而增加。Rasch等人還指出相鄰二區域之間的高度差可以通過相鄰塑變部件的頂端高度差施加給紙頁。盡管Rasch等人的紙結構比壓花紙張結構有了改進，但還需要使紙產品具有比Rasch等人所研究的結構更清晰的圖案。因此，造紙領域所關注的一直是尋求生產圖形清晰美觀而又不損害紙幅性能的造紙方法。
相應地，本發明的一個目的就是提供一種適合于生產具有清晰圖案紙的紙幅構圖裝置。
本發明的另一個目的就是提供帶有脫水毛毯層和光敏樹脂層的紙幅構圖裝置。
本發明的又一個目的就是提供一種制造紙幅構圖裝置的方法。
本發明包括一種用于生產造紙纖維的紙幅的裝置。該裝置包括具有第一高度的面對紙幅的第一毛毯表面及在其反面的第二毛毯表面的脫水毛毯層，和由光敏樹脂組成的紙幅構圖層。該紙幅模型層滲入到第一毛毯表面內，并從第一毛毯表面延伸，形成不同于第一毛毯表面的第一高度的第二高度的紙幅接觸的頂表面。
本發明還包括制造帶有毛毯層和紙幅構圖層的紙幅支承裝置的方法。該方法包括以下步驟提供帶有第一毛毯表面和在其反面第二毛毯表面的脫水毛毯層；提供液態光敏樹脂；提供光輻射源；把液態光敏樹脂加到脫水毛毯的第一表面上；對脫水毛毯的第一表面上的一部分液態光敏樹脂用光輻射進行曝光；固化至少一部分光敏樹脂以形成具有預定圖案且從脫水毛毯的第一表面延伸出來的樹脂層。
盡管本說明書的權利要求特別指出并明確給出了本發明權利要求范圍，但參照附圖所進行的下述說明可以對本發明予以更好的理解，其中相同部件都用同一參數標明。
圖1是造紙用裝置的平面圖，該裝置包括脫水毛毯層和與脫水毛毯層相連并有連續網狀紙幅接觸頂表面的紙幅構圖層。
圖2是圖1中裝置的剖面圖，它表明脫水毛毯層具有第一高度的面對紙幅的第一毛毯表面和在其反面的第二毛毯表面，同時表明紙幅構圖層滲入第一毛毯表面而不貫穿脫水毛毯層的整個厚度，紙幅構圖層從第一毛毯表面延伸出來形成不同于第一高度的第二高度的接觸紙幅的頂表面。
圖3是另一造紙裝置實施方案的平面圖，該裝置包括帶有面對紙幅第一表面的脫水毛毯層和滲入第一毛毯表面的紙幅構圖層，該紙幅構圖層從第一毛毯表面延伸出來，且具有不連續的接觸紙幅的頂表面。
圖4是一造紙用裝置實施方案的照相平面圖，該裝置包括帶有面對紙幅的第一表面的脫水毛毯層和滲入第一毛毯表面的紙幅構圖層，紙幅構圖層帶有許多離散的紙幅構圖部件。
圖5是根據本發明所生產的紙張結構的剖面圖，該紙張結構有把處于不同高度的第一區和第二區連接起來的過渡區，其中過渡區的厚度大于第二區的厚度、大于或等于第一區的厚度。
圖6A是根據本發明所生產的紙張結構的剖面顯微照相圖。
圖6B是圖6A的顯微照相圖，它標明了高度參照線。
圖7是根據本發明所生產的紙張結構的照相圖。
圖8是根據本發明所生產紙張結構的的照相平面圖，它相對于圖7進行了放大，并顯示了一個可變的起皺頻率區。
圖9是本發明的造紙工藝流程示意圖。
圖10是一被支撐在紙幅支承裝置上呈撓曲狀且沒有壓實的非單平面的紙幅示意圖，該支承裝置由毛毯層和紙幅構圖層組成，這樣形成第一高度的通常未壓實的第一紙幅區，和不同于第一高度的第二高度的通常未壓實的第二紙幅區。
圖11是表示通過使紙幅支承裝置的第一毛毯表面相對于紙幅構圖層的紙幅接觸表面撓曲，紙幅緊靠在干燥缸表面被壓實的示意圖。
圖12是制造帶有脫水毛毯層和由光敏樹脂制成的紙幅構圖層的紙幅支承裝置的機器的示意圖。
圖13是一紙幅支承裝置的平面圖，其中紙幅構圖層包括一個網絡和許多離散分布在該網絡孔穴內的紙幅構圖單元。
圖14是用圖13裝置制造的紙張結構的平面。
圖1-圖4和圖13是由脫水毛毯層220和紙幅構圖層250組成的紙幅支承裝置200的實施方案。圖5-圖8和圖14是表示本發明的紙張結構20，這種紙張結構帶有一個過渡區，它把處于不同高度的第一區和第二區連接起來，其中過渡區的厚度大于第二區的厚度，而且大于或等于第一區的厚度。圖9-圖11表示了一種使用圖4所示的裝置200生產紙張結構20的方法。圖12是一種制造紙幅支承裝置200的工藝流程圖，該紙幅支承裝置具有由光敏樹脂在脫水毛毯層220上固化而形成的紙幅構圖層250。
紙幅支承裝置圖1、圖2、圖3和圖4是紙幅支承裝置200的不同實施方案，紙幅支承裝置包括干燥用和賦予紙幅圖案用的連續干燥帶(圖9)。該紙幅支承裝置200有面對紙幅的第一表面202和在其反面的第二表面204。通過圖1、圖3和圖4中，將面對紙幅的第一表面202朝向觀察者觀察紙幅支承裝置200。
紙幅支承裝置200包括脫水毛毯層220，該脫水毛毯層220具有位于第一高度231處的面對紙幅的第一毛毯表面230和與在其反面的第二毛毯表面232。紙幅支承裝置200還包括與面對紙幅的第一毛毯表面230相連的紙幅構圖層250。如圖2所示，紙幅構圖層250是從第一毛毯表面230延伸出來，以具有不同于第一高度231的第二高度261的紙幅接觸頂表面260。第一高度231和第二高度261之差262至少約為0.05毫米，最好是在0.1～2.0毫米之間。
脫水毛毯層220是可透水的，且還能夠吸收和容納從造紙纖維的濕紙幅壓榨出來的水。紙幅構圖層250是不透水的，也不能吸收或容納從造紙纖維的濕紙幅壓榨出來的水。紙幅構圖層250可以如圖1所示為連續狀的，也可以如圖3和圖4所示為不連續狀的。
紙幅構圖層250最好包括光敏樹脂，該光敏樹脂就可以以液態方式布置在第一表面230上，隨后被輻射固化，從而一部分紙幅構圖層250滲入第一毛毯表面230并與其牢牢結合在一起。紙幅構圖層最好不是貫穿毛毯層220的整個厚度，而是延伸至毛毯層220大約不到一半的厚度，以保持紙幅支承裝置的柔韌性和可壓縮性，尤其是毛毯層220的柔韌性和可壓縮性。固化深度可以通過許多不同的方法進行控制，可以是單一方法或是結合方法，如改變光輻射的強度和時間；改變毛毯層220的厚度。在第一毛毯表面230下面的光敏樹脂可以被固化，從而紙幅構圖層250滲入第一毛毯表面但又不貫穿整個毛毯層的厚度。因此，紙幅構圖層250與毛毯層220牢牢地結合在一起，同時又保持了毛毯層220和紙幅支承裝置200的柔韌性。
適宜的脫水毛毯層220包括針織制成的天然纖維或合成纖維棉胎240，它與由織造長絲244編織成的支承結構結合在一起。用來制成棉胎240的合適材料包括但不限于象羊毛這樣的天然纖維和象聚酯、尼龍這樣的合成纖維。用于編織棉胎240的纖維具有旦數大約在每9000米長絲長度3～20克。
毛毯層220可具有層狀結構，并可由各種類型和尺寸的纖維混合物構成。毛毯層220是要促進從紙幅吸收的水離開第一毛毯表面230并送往第二毛毯表面232。毛毯層220帶有相對致密堆積的靠近第一毛毯表面230布置的精細纖維。同緊靠第二毛毯表面232的毛毯層220的密度和孔徑相比，最好毛毯層220在靠近第一毛毯表面230處具有相對高的密度和相對小的孔徑，這樣進入第一表面230的水就可以從第一表面230被送走。
脫水毛毯層220的厚度大約為2毫米到5毫米、定量大約為每平方米800～2000克、平均密度(定量除以厚度)大約為每立方厘米0.35～0.45克、透氣性大約為每分鐘5～50標準立方英尺(scfm)，這里以每分鐘標準立方英尺為單位的透氣性就是測量在穿過毛毯層220的厚度的壓力降為0.5英寸水柱下空氣通過一個平方英尺面積毛毯層220的每分鐘立方英尺數。透氣性是采用從芬蘭Valmet Corp.of Pansio公司購買的Valmet透氣性測量儀(型號為Model Wigo Taifun Type 1000)進行測量的。紙幅支承裝置200的透氣性小于或等于毛毯層220的透氣性，且大約等于毛毯層220的透氣性乘以紙幅支承裝置200沒有被紙幅構圖層250所覆蓋的投影面積的分數。
美國威斯康星州Appleton Mills Company of Appleton公司制造的Amflex2型壓榨毛毯是一種合適的毛毯層220，該毛毯層220厚度大約為3毫米、定量大約是1400克/平方米、透氣性大約為每分鐘30標準立方英尺、并具有雙層支承結構，該結構由一3股復絲頂底經線和一4股纜狀的單絲緯線編織而成。在第一表面230處棉胎240是由3但尼爾的聚脂纖維制成，而位于第一表面230下面的棉胎基底但尼爾數大約為10～15。
紙幅構圖層250最好是通過把液態光敏樹脂層施用到第一毛毯表面230上制成，并至少把一部分液態光敏樹脂在光輻射源下進行曝光，使某些樹脂固化以形成帶有預定圖案的固態樹脂的紙幅構圖層250，并把沒有固化的樹脂從脫水毛毯層220上清除掉。光敏樹脂是屬聚合物一類的材料，它們在光輻射(通常是紫外線)的作用下固化或交聯。1985年4月30日授予Johnson等人的美國專利4514345中提出了一些適宜的樹脂，將該專利引入以供參考。
樹脂在固化后其硬度大約不超過60肖氏D硬度，該硬度是在和紙幅構圖層250處于同樣條件下固化的1英寸×2英寸×0.025英寸的沒有圖案的光聚合樹脂試樣上進行測量的。對樹脂的硬度測量是在85℃下進行的，并在肖氏D硬度計探針與樹脂開始接觸10秒后讀數。希望固化樹脂有這樣的硬度以便紙幅構圖層250是柔韌且可變形的。為生產下述紙張結構20希望紙幅構圖層250具有一定的柔韌性和可變形性。
樹脂最好具有抗氧化性，并在70華氏度下具有大約5000～15000厘泊的粘度，以促進在樹脂固化之前向毛毯層220的滲透。適宜的液態光敏樹脂包括美國特拉華州Hercules Incorporated of Wilmington公司生產的Merigraph樹脂系列，這些樹脂中加入一些抗氧化劑以提高紙幅構圖層250的使用壽命。
紙幅支承裝置200可以采用圖12所示的工藝進行制造。在圖12中，轉鼓式成形設備1513具有工作面1512，成形設備1513是由一沒有在圖中標明的驅動裝置帶動旋轉的。底襯薄膜1503從輥1513引出，并被輥1532所接受，在輥1531和1532中間，底襯薄膜1503被安裝在成形設備1513的工作面1512上。底襯薄膜的作用就是保護成形設備1513的工作面并促使沒有全部定型的紙幅支承裝置200脫離成形設備1513。底襯薄膜1503可以由任何適宜的材料制成，而不僅僅限于聚丙烯，且厚度大約0.01～0.1毫米。
在圖12中呈連續帶狀的脫水毛毯層220被輸送通過放置在靠著第一毛毯表面230的預涂層噴嘴1420，噴嘴1420把液態光敏樹脂薄膜1402擠壓到第一毛毯表面230上，以均勻覆蓋第一毛毯表面。擠壓出的薄膜1402浸濕了表面230，這樣有助于在向第一毛毯表面230隨后施加附加的樹脂時防止在第一毛毯表面230上形成氣泡。
然后，脫水毛毯層220被置于靠近底襯薄膜1503，這樣底襯薄膜1503就被插入脫水毛毯層220和成形設備1513之間，從而脫水毛毯層220的第二毛毯表面232就緊靠著底襯薄膜1503。如圖2所示，呈連續網帶狀的脫水毛毯層220環繞轉向輥1511、成形設備1513、轉向輥1514和1515輸送。
液態光敏樹脂1502被涂在薄膜1402上面。液態光敏樹脂1502的涂層可以以任何適宜方式涂在第一毛毯表面上。在圖12中，樹脂1502涂層是由噴嘴1520進行噴涂的，樹脂1502涂層厚度被控制到預選數值，該預選數值對應于第一毛毯表面230的高度231和紙幅構圖層250的與紙幅接觸的頂表面260高度261之間的高度差262。在圖12中樹脂1502涂層厚度是通過機械方式控制壓輥1541和成形設備1513之間的壓區來控制的。與遮罩1504和遮罩導向輥1542相連的壓輥1541有助于平整樹脂1502表面、控制其厚度和把液態樹脂分布于整個毛毯層下220的厚度。
遮罩1504可以由任何適宜的材料制成，這些材料具有透明的和不透明的部分。透明的部分被安排成相應于紙幅構圖層250的圖案位置。天然撓性膠片材料就是一種合適的材料。不透明的部分可以以膠片、影印、曲面印刷或圓筒篩印刷等適宜方式施加于遮罩1504上。遮罩1504可以是一環形帶，或是從供給輥送出由接受輥接收。如圖12所示，遮罩1504是環繞輥1541和1542傳動，并在輥1541和1542的中間和樹脂1502的表面相接觸。
通過遮罩1504光敏樹脂1502經活性波長的光輻射曝光，使和遮罩1504透明部分對齊的那部分樹脂層1502固化，從而形成部分固化的樹脂層1521。在圖12中，具有活性波長的輻射是由第一曝光燈1505提供的。活性波長是樹脂1502的特性，且活性波長可以由任何適宜的發光源來提供，如水銀燈、脈沖式氙氣燈、無電極燈和熒光燈。樹脂的部分固化表現為與遮罩1504透明部分對齊的樹脂凝固，而與遮罩1504不透明部分對齊的沒有曝光的樹脂1502部分保持液態。
制造裝置200的下一道工序是從脫水毛毯層220上去除全部未固化的液態樹脂。用表面活性劑和水的混合物沖洗毛毯層220就可以從毛毯層220上去除未固化的液態樹脂。在緊靠輥1542處，遮罩1504和底襯薄膜1503與毛毯層220和已部分固化的樹脂層1521相分離。這種毛毯層220和已部分固化的樹脂層1521的復合體通過第一脫除樹脂真空槽，在這里對第二毛毯表面232施以真空以去除未固化的樹脂。然后，毛毯層220和已部分固化的樹脂層1521的復合體通過上沖洗噴頭1524A和下沖洗噴頭1524B，噴頭1524A、B噴射出洗滌劑體積濃度為0.01～0.1％的表面活性劑和水的沖洗混合物。適宜的表面活性劑是由美國俄亥俄州The Procter and Gamble Company ofCincinnati公司生產的TOP JOB牌洗滌劑。噴頭1524A、B在大約60℃下用扇形噴嘴噴射沖洗混合液，如帶有直徑大約為0.062英寸的小孔的SpraySystem nozzles mumber SS 2506型噴嘴。上噴頭1524A的噴射壓力大約為140磅/平方英寸，下噴頭1524B的噴射壓力大約為100磅/平方英寸。噴頭1524A、B和毛毯層220可以相互橫移，以免產生溝紋并在整個毛毯層220寬度內均勻去除液態樹脂。
然后，毛毯層220和樹脂層1521的復合體通過真空槽1600，在這里對第二毛毯表面232施加真空以去除未固化的液態樹脂和沖洗混合物。然后毛毯層220和樹脂層1521的復合體通過水浴1620。在毛毯層220和樹脂層1521的復合體通過水浴1620時要關閉位于水浴1620上方的二次固化燈1605。離開水浴1620后，由真空槽1626對第二毛毯表面232施加真空以去除未固化的樹脂和毛毯層220里的水。
使毛毯層220通過真空槽1523、在噴頭1524A、B處用洗滌混合液沖洗毛毯層220、使毛毯層220通過真空槽1600、使毛毯層220通過盛有水的水浴1 620、使毛毯層220通過真空槽1626等一系列洗滌工序要反復4～6次，直到從毛毯層220上去除所有的未固化的液態樹脂。通過毛毯層220和樹脂層1521的復合體環繞輥1514、1515、1511和1513構成的環路來重復該洗滌工序。在每次重復洗滌的過程中，要關閉第一固化燈1505和二次固化燈1605。
一旦未固化的液態樹脂從毛毯層220上去除，毛毯層220就用水漂洗以去除毛毯層220上的洗滌混合物。在去除毛毯層上的殘留洗滌混合物后，就用二次固化燈1605完成對沒有完全固化的樹脂層1521的固化。
為了去除毛毯層上的洗滌混合物，毛毯層220和樹脂層1521的復合體首先通過真空槽1523以去除洗滌混合物。然后，毛毯層220和樹脂層1521的復合體通過噴頭1524A、B和二次漂洗噴頭1525，它只用水漂洗以去除多余的洗滌混合物。為了完成樹脂層1521的固化，毛毯層220和樹脂層1521的復合體被浸入事先已排空又重新注入水的水浴1620中，在打開二次固化燈1605的狀態下使毛毯層220和樹脂層1521的復合體通過水浴1620，水浴1620中的水能使光輻射從二次固化燈1605到樹脂層1521上，這期間要排除能夠阻止游離基聚合反應的氧。在二次固化操作之前和期間，從噴頭1524A、B、1525噴射出來的水和水浴1620的水都不允許含有表面活性劑。因為表面活性劑的存在可以阻止光輻射通過水浴1620到樹脂層1521上。離開水浴1620后，毛毯層1220和樹脂層1521的復合體通過真空槽1526以去除毛毯層220中的水。
使毛毯層220和樹脂層1521的復合體通過真空槽1523，通過噴頭1524A、B、1525，在打開二次固化燈1605時通過水浴600，和真空槽1626的一系列二次固化過程可以反復1～3次，直到樹脂層1521不再發粘。這時，毛毯層220和固化的樹脂一起形成了紙幅支承裝置200，該紙幅支承裝置200帶有由固化樹脂形成的紙幅構圖層250。使毛毯層220和樹脂層1521的復合體在關閉燈1505的狀態下環繞由輥1514、1515、1511、1513構成的環路重復該二次固化過程。
在一實施方案中，遮罩1504帶有連續網狀的透明部分，這種遮罩是用于提供如圖1所示的帶有紙幅構圖層250的紙幅支承裝置200，這里紙幅構圖層呈現為連續網狀紙幅接觸頂表面260，該紙幅接觸頂表面上有許多離散的開孔270。每個離散的開孔270通過在紙幅構圖層250上形成的通道和第一毛毯表面230連通。合適的開孔270形狀包括但不限于圓形、沿機器方向(圖1中的MD方向)伸長的橢圓形、多邊形、不規則形或這些形狀的混合形。如圖1所示，呈連續網狀的紙幅接觸頂表面260的投影面積大約占紙幅支承裝置200投影面積的5～75％，而最好如圖1所示的占紙幅支承裝置200的投影面積的20～60％。
在圖1所示的實施方案中，連續網狀的頂表面260在每平方英寸的紙幅支承裝置200的投影面積上有不到約700個離散的開孔270，且最好如圖1所示在每平方米英寸的紙幅支承裝置的投影面積內有70～700個離散的開孔270。在連續網狀的頂表面上的每個離散的開孔270都有一個約為0.5～3.5毫米的有效自由間距，這里有效的自由間距被定義為開孔270的面積除以開孔270的1/4周長。有效自由間距可以達到高度差262的0.6～6.6倍。帶有開孔270這種圖案的裝置可以用作制造帶有圖案的紙張結構的造紙機上的干燥織物或壓榨纖維，這種印花紙在對應于接觸面260的位置有壓實的相對密度高的連續網狀區域，和在該連續的網狀區域里分布的許多沒有壓實的離散拱頂，而這些拱頂又對應于表面260上的開孔270位置。離散的開孔270好象1987年1月20日頒布的美國專利4637859中所提出的沿機器方向(MD)和垂直機器方向(CD)雙面交錯，將該專利引入以供參考。在圖1所示的實施方案中，開孔270是重疊和相互錯開的，其中開孔尺寸一定并相互隔開，因此，不論沿機器方向還是垂直機器方向，開孔270的邊緣都是互相延伸出去，故不論是平行于機器方向還是平行于垂直機器方向畫的一些線都將穿過至少一些開口270。
在圖3所示的實施方案中，紙幅構圖層250有一不連續的紙幅接觸頂表面260。紙幅構圖層250由許多離散的突出部分275組成，突出部分275可以是任何適宜的形狀，包括但不限于圓形、橢圓形、多邊形、不規則形和這些形狀的混合形。裝置200在其每平方英寸的投影面積上有50～500個突出部分275，且每個突出部分275都被第一毛毯表面230所包圍。如圖3所示，頂表面260的表面面積大約占裝置200的投影面積的20％～60％，且每個突出部分的最大寬度約為0.6～3.0毫米，兩個相鄰突出部分275之間的最大間距不超過2毫米。具有這種突出部分275分布的裝置200可以用作造紙機上的干燥帶或壓榨織物以生產具有離散的壓實區域的帶有圖案的紙幅，這里離散的壓實區域是與每個突出部分275的離散表面260相對應的。在這種結構中，離散的壓實區，可以是具有相對高密度的區域，被離散分布于整個連續且未壓實的網絡中，該網絡可以是相對密度低的網狀區域。每個離散的突出部分275任選地有一個貫穿突出部分275的通道277，該通道與第一毛毯表面230相鄰。
在另一實施方案中，與紙幅接觸的頂表面260投影面積大約為紙幅支承裝置200投影面積的5％～20％，最好為5％～14％。紙幅構圖層250內切有許多第一毛毯表面230的圓形部分，每個內切的圓形部分的投影面積至少為10平方毫米，優選20平方毫米，更優選為100平方毫米。
如上所述，具上述范圍的投影面積的紙幅接觸頂表面260且內切第一毛毯表面230相對大的部分的紙幅支承裝置200可用于生產具有過渡區域的紙張結構20，過渡區把處于不同高度的第一區和第二區連接起來，其中過渡區的厚度大于第二區的厚度，且大于或等于第一區的厚度。
在圖4所示的實施方案中，紙幅構圖層.250包含有許多與毛毯層220相連的呈離散分布的紙幅構圖元素280。每個離散分布的紙幅構圖元素280都是從第一毛毯表面230延伸出來，從而具有離散的紙幅接觸頂表面260。至少一些相鄰元素280之間的間距(圖4中DA)大約至少為8毫米，優選大約為第一毛毯表面230的第一高度231與紙幅接觸頂表面的第二高度261之差的10倍。假如在兩個元素之間畫一條最短的直線不與第三個元素相交，則這兩個元素280就被認為是相鄰的。
參照圖4，至少一些相鄰的紙幅構圖元素280優選內切許多第一毛毯表面230的圓形部分CA，其投影面積至少為20平方毫米，優選為20平方毫米，更優選為100平方毫米。在圖4所示的實施方案中，離散的紙幅構圖元素280被第一毛毯表面230包圍。每個紙幅構圖元素280都封閉一個獨立的開孔285，每個獨立的閉合開孔285都和不同于表面260高度的表面相連通。圖4中所示的離散的紙幅構圖元素280包括花形構圖元素。
與由相同的基底毛毯層但有較大百分比的表面被紙幅構圖層覆蓋的支承裝置相比，具有上述投影面積的紙幅構圖層250并且布置成內切上述面積的第一毛毯表面的一些部分的支承裝置200的柔韌性相對較大。這種柔韌性使第一毛毯表面230相對紙幅構圖層250的紙幅接觸頂表面進行撓曲以形成具有如下所述的不同高度的按透視法按縮小的區的紙張結構20。
圖13是紙幅支承裝置200的另一實施方案。圖13是紙幅支承裝置200的平面圖，其中紙幅構圖層250是由網絡290和分布在由網絡290構成的網格292內的離散的紙幅構圖元素280組成。圖13中網絡290是由互相隔開的帶294與互相隔開的帶296相交構成，從而形成網格292。帶294和/或帶296可以是連續的，或者，也可以由短的互相隔開的段構成。在圖13中，帶294是連續的且通常沿機器方向延伸，帶296也是連續的且通常沿垂直機器方向延伸。紙幅構圖層250有紙幅接觸頂表面260，該頂表面260包括由相交的帶294、296構成的連續網狀紙幅接觸頂表面和由離散的元素280構成的不連續的紙幅接觸頂表面。
紙張結構將根據本發明所生產的紙張以單層紙從紙幅支承裝置200上取下來，這種單層紙可由單層或多層纖維構成。盡管未必需要，本發明所生產的紙在干燥后可以二層或多層疊合在一起形成多層紙制品。此處所使用的“區段”指紙張結構的相鄰部分。此處所使用的“區域”指具有共同性能和特性，如密度、厚度、高度或起皺圖案的紙張結構的一個部分或多個部分。一個區域可以包括一個或多個區段，且可以是連續的或是不連續的。
參照圖5～圖8，根據本發明生產的紙張結構20包括具有位于第一高度32且具有第一厚度31的第一非壓花區30、位于不同于第一高度32的第二高度52且具有第二厚度51的第二非壓花區50、把第一非壓花區30和第二非壓花區50連接在一起的第三過渡區70的薄頁紙幅。過渡區具有厚度71。厚度71大于第二厚度51，且大于或等于第一厚度31。在圖5、圖6A、圖6B所示實施方案中，厚度71大于厚度31和厚度51中的任意一個。厚度71最好至少比厚度31和厚度51中的任意一個大1.5倍。
第一高度32和第二高度52的高度差由圖5中的62標明。差62最好至少為0.05毫米。這樣的高度差對提高第一區30和第二區50的視覺差別是理想的。厚度31、51、71和高度差62可以參照圖6A和圖6B采用如下所述的程序進行測量。
如下所述，可以通過對造紙纖維的濕紙幅進行選擇性地撓曲和壓實來形成第一區30和第二區50。對于具有恒定定量且厚度31和51小于厚度71的紙幅，第一區30和第二區50的特征就在于屬相對高密度區，而過渡區70屬相對低密度區。
第一區30和第二區50是按透視法縮小繪制的。如下所述，透視法縮小繪制圖是通過用一刮漿刀對紙幅進行起皺而完成的。紙張結構20按透視法縮小的部分的特征就在于具有一定起皺頻率的起皺圖案。第一區30的起皺圖案用參數35表示，其特征就在于沿垂直機器方向延伸的一系列波峰和波谷。在圖中，機器方向和垂直機器方向分別表示為MD和CD。第二區50的起皺圖案用參數55表示，其特征就在于一系列波峰和波谷。起皺圖案的起皺頻率被定義為沿機器方向測量的紙張結構表面上的給定直線距離內波峰產生的次數。
第一區30和第二區50具有以不同高度排列的按透視法縮小的部分，這樣，至少一部分起皺圖案35就位于與起皺圖案55不同的高度處。至少一部分構圖的第二區50與沒有起皺的區段或與起皺頻率不同于第二區50的區段相鄰。在圖5中，把第二區50和第一區30連接起來的過渡區70可以是未起皺的或其起皺頻率具有不同于第二區50的起皺頻率。
參照圖7和圖8，至少一部分構圖的第二區50可以由變頻起皺區界定。相對于起皺區35和55的至少一個的起皺頻率，該變頻起皺區具有相對較低的起皺頻率。在圖7和圖8中可以觀察到的變頻起皺區為沿垂直機器方向延伸的皺紋92。變頻起皺區的皺紋92從第二區50的邊界開始延伸，在第一區30中終止。起皺圖案35和55的頻率至少為皺紋92的頻率的1.5倍。
皺紋92和過渡區70與第二區50的一部分相鄰接，因此有助于使第二區50和第一區30在視覺上相偏離。
參照圖7和圖8，第二區50有許多離散的區段54(圖8示出了一個離散的區段54)，這里每個離散的區段54都對應于圖4中的紙幅構圖元素280。第一區30包括具有許多被第一區包圍的離散的區段54的連續網絡。每個離散的區段54都是通過過渡區和第一區30相連，其中過渡區70的一些離散的部分環繞離散的區段54。
相鄰的離散區段54可以內切第一區30中的若干圓形區段C。圖7中示出了一個內切的區段C。一些內切的圓形區段C的投影面積至少為10平方毫米，優選約20平方毫米，更優選約100平方毫米。第二區50中相鄰離散區段54之間的間距D至少為8毫米，最好至少是第一高度32和第二高度52之差62的10倍。
參照圖7和圖8，離散的區段54封閉一個或幾個離散區130，該離散區130與紙幅構圖元素280里的開孔285是相對應的。每個離散的封閉區130都有不同于第二區50的第二高度51的高度131。如圖5和圖8所示，每個封閉區130都有起皺圖案135。
圖14是根據本發明生產的紙張結構20的又一實施方案。如圖14所示，第二區50包括有限定方格1052和若干離散區段54的網絡1050，離散的區段54被分布在至少一些由網絡1050限定的方格1052內。
圖14所示的網絡1050包括有互相隔開的帶1054，互相隔開的帶1054與互相隔開的帶1056交叉形成方格1052。帶1054和/或帶1056可以是連續的，或者也可以由短互相隔開的段構成。在圖14中，帶1054和1056是連續的，帶1054通常沿機器方向延伸，帶1056通常沿垂直機器方向延伸。相互交叉、連續的帶1054和1056形成連續網絡1050。
根據本發明生產的紙張結構20的定量最好在每3000平方英尺7磅(大約11克/平方米)至每3000平方英尺35磅(57克/平方米)之間，該定量范圍對提供適用于浴紙和面巾紙制品的紙張結構20是理想的。紙張結構20的定量是通過在73華氏度、相對濕度50％條件下切取8個單層紙張結構20的試樣來測量的，其中每個試樣為4英寸×4英寸(0.0103平方米)。這8個4英寸×4英寸試樣被互相撂在一起稱重(精確到0.0001克)，8個試樣的定量(克/平方米)是以克為單位的8個試樣重量總和除以試樣面積0.0103平方米。8個試樣的定量之和除以8就得到紙張結構20的定量。
造紙方法說明根據本發明的紙張結構20可以采用圖9～11所示的造紙設備生產。參照圖9，生產本發明紙張結構20的工藝是首先把流漿箱500中的造紙纖維漿沉積到帶孔的液體能夠通過的成形裝置上，如成形運輸帶542，接著形成由成形運輸帶542支承的造紙纖維543的初始紙幅。成形運輸帶542可以由本領域所熟知的連續的長網或各種雙長網成型器的任何一種構成。
可以預料各種各樣的木漿通常可以構成本發明使用的造紙纖維。但是，可以使用棉麻、甘蔗渣、人造纖維等其它纖維漿且并不排除任何一種。可用于本文的木紙漿中包括牛皮紙漿、亞硫酸鹽漿、硫酸鹽漿等化學漿以及包括磨木漿、熱機械漿、預浸預熱木片磨木漿(CTMP)的機械漿。也可以使用衍生于闊葉木和松柏樹的紙漿。
可以使用硬木漿和軟木漿以及二種木漿的混合物。通常硬木漿屬于由闊葉樹(被子植物)木質制成的纖維漿，而軟木漿是屬于由松柏樹(裸子植物)木質制成的纖維漿。如具有平均纖維長度1.00毫米的桉樹類硬木漿特別適合于下文所述的紙幅，此處柔軟性是重要的；而對強度有要求時，則平均纖維長度為2.5毫米的北方軟木牛皮紙漿是優選的。來源于廢紙的纖維也適用于本發明，這種廢紙含有上述的任意一種或所有各種纖維材料以及其它用于方便最初造紙的非纖維材料，如填料、粘合劑。
紙漿配料包括各種添加劑，包括但不限于纖維粘合劑，如濕強度粘合劑、干強度粘合劑和化學軟化組合物。適宜的濕強度粘合劑包括由美國特拉華州Hercules Inc.，Wilmington公司以Kymene商品名銷售的聚酰胺-表氯醇樹脂。適宜的暫時濕強度粘合劑包括由美國紐約州國家淀粉與化學品公司(National Starch Chemical Corporation)銷售的National Starch 78-0080改進型淀粉粘合劑。適宜的干強度粘合劑包括羧甲基纖維素材料和如ACCO711陽離子聚合物。ACCO系列干強度粘合劑可以從美國新澤西州AmericanCyanamid Company of Wayne公司購買。1994年1月18日授予Phan等人的美國專利5279767提出了適宜的化學軟化組合物。1994年5月17日授予Phan等人的美國專利5312522提出了適宜的可生物降解的化學軟化組合物。
初始紙幅543是由造紙纖維的含水懸浮液制成，盡管可利用除水之外的液體中的懸浮液。纖維分散在載體液體中以形成約0.1～0.3％的濃度。懸浮液、淤漿、紙幅或其它系統的懸浮液的百分濃度定義為所研究的系統中的干燥纖維重量除以系統的總重量所得的商乘以100。纖維重量總是由絕干纖維為基準來表示。
如圖9所示，初始紙幅543可以由連續式造紙工藝生產或間歇式工藝生產，如手抄紙生產工藝。在造紙纖維的懸浮液沉積在成形輸送帶542上后，初始紙幅543就通過本領域技術人員所熟知的技術對含水的分散介質進行脫水而形成。通常這種初始紙幅是單平面的。真空箱、成形板、擋水板及同類設施在有效去除懸浮液中的水是有用的。初始紙幅543由成形輸送帶542送至轉向輥502，從而到達紙幅支承裝置200附近。
生產紙張結構20的下一個步驟是把初始紙幅543由成形輸送帶542送至紙幅支承裝置200，且把初始紙幅543支承在紙幅支承裝置的第一面202上。在將紙幅送至紙幅支承裝置200處的初始紙幅的濃度至少為8％。在輸送初始紙幅543的同時，可以對紙幅543進行撓曲。或者，對紙幅543的一部分進行撓曲的步驟可以接著紙幅的輸送步驟而進行。
把初始紙幅543輸送到紙幅支承裝置200上和對初始紙幅543進行撓曲的步驟至少部分是在對初始紙幅543施加不同的壓力下進行的。例如，初始紙幅543可以通過圖9中所示的真空源600(如真空槽或真空輥)，從成形輸送帶542送至紙幅支承裝置200處。同時可在初始紙幅的領紙處的下游設置一個或多個附加的真空源620。
參照圖9和圖10，撓曲紙幅543的步驟包括在第一步驟中，將疊置在第一毛毯表面230上的一部分紙幅543進行撓曲以形成非單平面的紙幅545，紙幅545具有支承在第一紙幅接觸表面230上的第一未壓實紙幅區547和支承在紙幅接觸表面260上的第二未壓實紙幅區549。第一撓曲步驟優選在紙幅濃度為8～30％、更優選約8～20％時進行，從而在紙幅543的纖維相對流動時對紙幅進行撓曲，這樣對紙幅進行撓曲就不會導致纖維之間結合的實質破壞。真空源600所施加的壓差可在10～25英寸汞柱之間。1985年7月16日授予Trokhan的美國專利4529480引入本文以供參考，目的是說明通過施加不同的壓力對初始紙幅進行輸送和撓曲。
在對初始紙幅543輸送和撓曲以形成非單平面的紙幅545后，如圖11所示，通過壓實表面875和壓縮元件的可變形的壓縮表面910之間的壓區800將紙幅545送至紙幅支承裝置200上。該壓縮元件可以是輥900。將紙幅545定位在壓實表面875附近及紙幅支承裝置200的靠近可變形的壓縮表面910的第二側面202，使紙幅545通過壓區800。紙幅545進入壓區800的濃度最好為20～50％。
與可變形的壓縮表面910相比，壓實表面875的特征優選在于有相對高的硬度且相對不可壓縮。適宜的表面是鋼質或鐵質的加熱烘缸880的表面。表面875可由位于壓區800上游的噴嘴890噴出或由一模印輥(沒有示出)涂上一層起皺粘合劑。或通過任何適宜的施膠方法將起皺粘合劑加到壓榨紙幅546上。1975年12月16日授予Bates的美國專利3926716提出了一種適宜的起皺粘合劑，將該專利引入以供參考。
參照圖11，輥900有內芯902和外層906。輥900直徑約為1～3英尺，烘缸880的直徑約為12～18英尺。可變形的壓縮表面910被放置在外層906上，外層906是由P&J硬度小于120 P&J、且最好是30～100 P&J的材料制成。在一實施方案中，內芯902是由鋼一類的材料制成，而包括表面910的外層906是由天然橡膠或其它的通常是彈性材料制成。
輥900可由真空壓力輥構成，適宜的真空壓力輥帶有鉆孔或刻有溝紋的表面910，通過它對紙幅支承裝置200的背面202抽真空，從而在壓區800對紙幅進行脫水。實施的真空范圍約為0～15英寸汞柱，最好是3～12英寸汞柱。
生產紙張結構20的下一道工序是在擠壓面910和壓實表面875之間壓榨紙幅支承裝置200和非單表面的紙幅545，產生的平均壓區壓力可達100磅/平方英寸，最好達到200磅/平方英寸，壓區壓力是施加到壓區的合力除以壓區面積，施加給壓區的合力可以從與基于設備結構的力平衡分析耦合的液壓表上的讀數確定。壓區寬度可在裝置200和表面875之間放置一張白紙和一張復寫紙于壓區900處，這樣，復寫紙就在白紙上印下了壓區寬度。
在壓區800處對紙幅支承裝置200和紙幅545進行壓榨產生了第二撓曲工序。第二撓曲工序包括相對于紙幅接觸頂表面260對第一毛毯表面230進行撓曲。特別是如圖11所示，通過可變形的擠壓面910，第一紙幅接觸表面230朝著壓實表面875撓曲，從而暫時減少甚至暫時消除了一部分第一毛毯表面230和表面260之間的高度差262。
相對于第二紙幅接觸表面260對第一紙幅接觸表面230進行撓曲提供了第一未壓實紙幅區547相對于第二未壓實紙幅區549的撓曲，從而暫時降低了紙幅第一區547和第二區549之間的高度差。特別是，通過第一毛毯表面230使一部分紙幅第一區547朝著壓實表面875撓曲，從而暫時消除了紙幅的第一未壓實區547和第二未壓實區549之間的高度差，第二撓曲工序優選在紙幅濃度為20～80％、更優選約30～70％時進行。
在壓區800對紙幅支承裝置200和紙幅545進行壓榨形成了紙幅壓實工序。對紙幅的一個區的壓實降低了該區紙幅的厚度。紙幅壓制工序包括將紙幅的第一未壓實區547對著壓實表面875進行壓實以形成第一壓實紙幅區530；將紙幅的第二未壓實區549對著壓實表面875進行壓實以形成第二壓實紙幅區550。具體說，在第一毛毯表面230和壓實表面875之間對第一未壓實紙幅區547進行壓實，在紙幅構圖層250的紙幅接觸頂表面260和壓實表面875之間對第二未壓實紙幅區549進行壓實。在壓實工序結束時第一壓實紙幅區530和第二壓實紙幅區550之間的高度差已基本為零，如圖11所示，區域530和550都被壓榨而緊緊地貼在烘缸880的壓實表面875上。
在第二撓曲工序，第一毛毯表面230和紙幅構圖層250的紙幅接觸頂表面260的相對撓曲是通過紙幅支承裝置200和具有所要求特性的結合的擠壓表面910完成的。能夠進行這種相對撓曲的一個特性是紙幅支承裝置200的彎曲柔韌性。
紙幅支承裝置200的彎曲柔韌性是脫水毛毯層220的柔韌性和紙幅構圖層250賦予裝置200的硬挺性的函數。與具有大部分被樹脂覆蓋的表面的結構相比，具有上述的投影面積的頂表面并排列成內切毛毯表面230的大部分的紙幅支承裝置200具有紙幅構圖層250的柔韌性相對較大。這種柔韌性允許第一毛毯表面230相對于表面260發生撓曲。另外，相對高度差262而言，較大的相鄰紙幅構圖元素280之間的間距降低了處于元素280中間的毛毯層220的彎曲柔韌性，并允許處于元素280中間的毛毯層220被撓曲，從而第一未壓實紙幅區547被壓榨成緊緊貼在壓實表面875上。
影響表面230和260相對撓曲的另一因素是紙幅構圖層250的硬度。固化后具有低硬度的樹脂在壓區800處被擠壓到一定程度，從而降低了表面260和230之間的高度。通過降低擠壓表面910的硬度，表面260和230之間的相對撓曲也加大了。相對低硬度的擠壓表面910與第二毛毯表面232是相貼合的，從而在紙幅構圖元素280中間施加一個擠壓力以將第一毛毯表面230和第一未壓實紙幅區547朝著壓實表面875進行壓榨。
影響表面230和260相對撓曲的另一因素是紙幅構圖層250通過毛毯層220的滲透程度。一般來說，貫穿不到毛毯層220一半厚度的紙幅構圖層250對加大表面230和260的相對撓曲是理想的。
如圖11所示，對第一未壓實紙幅區547和第二未壓實區549進行壓實以形成壓實紙幅區530和550的工序還包括把至少一部分第一壓實紙幅區530和第二壓實紙幅區550粘貼于壓實表面875上。把壓實區紙幅530和550粘貼于表面875上是通過噴嘴890向表面875上施加起皺粘合劑來進行的。擠壓工序完成后，紙幅在加熱的表面875上被干燥以使其濃度達到85％以上。
生產紙張結構20的最后一道工序是至少恢復一些在第二撓曲工序所失去的紙幅區547和549之間的高度差。這個恢復工序在第一高度32處形成第一區30(對應于第一壓實紙幅區530)，在第二高度52處形成第二區50(對應于第二壓實紙幅區550)。
至少恢復一些在第二撓曲工序中所失去的高度差的工序最好是將紙幅從壓實表面875釋放出來。在一優選實施方案中，恢復一些紙幅高度差的工序是在將紙幅從壓實表面875釋放出來的同時，使紙幅按透視法縮小。釋放和按透視法縮小紙幅的工序包括如圖9所示用刮刀從表面875處使紙幅起皺。
此處所使用的按透視法縮小指紙幅長度的減少，它是在將能量以使紙幅長度沿機器方向減少的方式施加到干燥紙幅上時而發生的。使紙幅按透視法縮小可以由幾種方法完成，而最普通也是最佳的使紙幅按透視法縮小的方法是起皺。用刮刀1000將粘貼于壓實表面875上的紙幅從壓實表面875上脫離下來。通常，刮刀的坡口角度為25度，相對于揚克式烘缸放置以提供約81度的沖擊角。
分析方法厚度及高度的測量纖維結構20試樣的30～70各區域的厚度和高度是由紙張結構20的橫截面制得的切片來測量的。首先制取一個2.54厘米×5.1厘米(1英寸×2英寸)的試樣，并將其卡在剛性卡紙架上。卡紙架置于硅模中，紙樣浸在如Hercules，Inc.公司生產的Meringraph牌光聚合物樹脂中。
然后試樣被固化而使樹脂混合物變硬，從硅模中取出試樣。在試樣浸入光聚合物中之前，用參考點對試樣進行標記，以準確地確定所取切片的位置。在纖維結構20的試樣平面圖和各剖面圖中最好都使用同一參考點。
試樣被放置在型號為860的切片機上并放平，該切片機是由美國紐約州American Optical Company of Buffalo公司銷售的。用切片機切下試樣邊部，直到顯現平齊的斷面。
從試樣上切下足夠數量的切片，以便準確地再現30～70的各區域。對于本文所述的實施方案，從平齊斷面上切取的每個切片的厚度均為60微米。需要許多切片，以便確定31、51、71區域的厚度。
用油和蓋板將試樣切片放置到顯微鏡載物臺。顯微鏡載物臺和試樣被放置在透光顯微鏡下并放大40倍進行觀測。對切片拍攝顯微照片，將每個顯微照片按順序排列，從而再現了切片的形狀。如圖6A和6B所示，從再現的形狀即可確定試樣的厚度和高度。根據所掌握的各區域的相對定量以及相應的厚度，即可確定各區域的密度。為了描述紙張結構的各區域微觀定量，在此引入1994年1月11日授予Phan等人的美國專利5277761以供參考。
區域31～71之間的厚度可以使用Hewlett Packard ScanJet IIC型彩色平板掃描儀來確定。Hewlett Packard掃描軟件是Deskscan II 1.6版本。該掃描裝置的設定類型為黑白圖像。路徑是Laser Writer NT，NTX。亮度對比度設定為125。比例是100％。將文件掃描并將其貯存在Macintosh IICi計算機的圖形文件格式中。該圖形文件由適當的圖形軟件包或計算機輔助設計程序(例如Power Draw 5.0版本)來打開。
參照圖6B，每個區域的厚度通過劃被該區域內切的圓來確定。該處的區域的厚度是在該切片試樣內在該區所能畫的最小圓的直徑再乘以適當的比例系數。該比例系數是顯微照片的放大倍數乘以掃描圖像的放大倍數。該內切圓可以使用任意合適的繪圖軟件包來繪制，如由美國北卡羅來納州工程軟件(Engineered Software of North Carolina)生產的Power Draw，5.0版本軟件。
如圖6B所示，通過在切片試樣的區域50中繪制最小的內切圓以及繪制被區域30內切的兩個圓來測定高度差62。所繪制的第一條直線L1是被區域30內切的兩個圓的切線，所繪制的第二條直線L2是平行于第一條直線L1且又是被區域50內切的圓的切線。第一條直線和第二條直線之間的距離乘以適當的比例系數就是高度差62。
投影面積的測量紙幅接觸的表面260的投影面積可根據以下步驟進行測量。第一，紙幅接觸表面260用黑色標記器(Sanford Sharpie)涂黑以增加對比度。第二，用Hewlett Packard ScanJet Flatbed掃描儀獲得紙幅構圖裝置200的三組量化圖像。所選擇的掃描儀性能設置如下亮度198，對比度211，黑白照片清晰度100 DPI，比例100％。第三，包括紙幅接觸表面260的紙幅支承裝置200的投影面積的百分數則使用合適的圖像分析軟件系統，如Bioscan，Incorporated，Edmonds，WA公司生產的Optimas軟件來確定。灰度值為0～62(對應于紙幅接觸表面260)的像素數比率除以掃描圖像的總像素數乘以100以測定具有紙幅接觸表面260的紙幅支承裝置200的投影面積的百分數。
紙幅支承裝置高度的測量第一毛毯表面的高度231與紙幅接觸表面260的高度261之間的高度差262用以下方法測量。紙幅支承裝置被支承在水平表面上，且紙幅構圖層朝上。圓形接觸面積為1.3mm2、垂直長度為3mm的探測頭安裝在FederalProducts測量儀上(帶有EMD-4320 W1分離探測器的改進的432B-81型放大器)，此測量儀是由美國羅得艾蘭州Federal Products Company ofProviderce公司生產的。通過確定已知厚度的兩個精密墊片之間的電位差來對該儀器進行校正，這樣來確定高度差。為保證不限制探測頭的移動，在略低于第一毛毯表面230的高度處將儀器調零。將探測頭放置在所需的高度的上方，并下降以便進行測量。在測量點處探測頭施加0.24克/平方毫米的壓力。在每個高度處至少要進行三次測量。每個高度231和261的平均測量值之差即為高度差262。
P&J硬度測量輥900的表面硬度是采用加拿大魁北克省Dominion Engineering WorksLTD of Lachine公司生產的P&J塑性儀2000型進行測量的。球印桿上有一個3.17毫米的球。在三個不同位置測量硬度一點在輥的中間，一點在距輥的一端6英寸處，一點在距輥的另一端6英寸處。其P&J硬度為這三個測量讀數的平均值。這些數據是根據塑性儀制造商提供的方法，將輥控制在21℃的溫度下測得的。
權利要求
1.一種用于生產造紙纖維的紙幅的裝置，該裝置包括一個脫水毛毯層，它具有位于第一高度的面對紙幅的第一毛毯表面及在其反面的第二毛毯表面；以及一個紙幅構圖層，它是由光敏樹脂制成的，其特征在于紙幅構圖層滲入第一毛毯表面，并從第一毛毯表面延伸出來，從而形成在第二高度處的紙幅接觸頂表面，該第二高度不同于第一毛毯表面的第一高度。
2.如權利要求1中所述的裝置，其特征在于該裝置包括一連續帶。
3.如權利要求1和2中所述的裝置，其特征在于紙幅接觸的頂表面的投影面積約為該裝置投影面積的5～75％。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于紙幅接觸的頂表面的投影面積約為該裝置投影面積的20～60％。
5.如權利要求3所述的裝置，其特征在于紙幅接觸的頂表面的投影面積約為該裝置投影面積的5～20％。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于紙幅接觸的頂表面的投影面積約為該裝置影面積的5～14％。
7.根據權利要求1～6中所述的裝置，其特征在于第一高度和第二高度之間的高度差約為0.05～2.0毫米。
8.如權利要求1中所述的裝置，其特征在于紙幅構圖層的紙幅接觸的頂表面呈連續網狀。
9.如權利要求1所述的裝置，其特征在于紙幅構圖層的紙幅接觸的頂表面呈不連續狀。
10.如權利要求1中所述的裝置，其特征在于紙幅構圖層內切許多第一毛毯表面的圓形部分，且第一毛毯表面的每一個內切圓的面積至少約為10平方毫米。
11.如權利要求1中所述的裝置，其特征在于紙幅構圖層延伸至第一毛毯表面和第二表面中間，而不貫穿毛毯層的整個厚度。
12.如權利要求11中所述的裝置，其特征在于紙幅構圖層貫穿毛毯層的整個厚度的不到一半。
13.制造具有紙幅構圖層的脫水毛毯的方法，該方法包括以下步驟提供具有第一表面和在其反面的第二表面的脫水毛毯；提供液態光敏樹脂；提供光輻射源；把液態光敏樹脂加到脫水毛毯的第一表面上；對脫水毛毯的第一表面上的至少一部分液態光敏樹脂用光輻射進行曝光；固化至少一部分光敏樹脂，形成具有預定圖案的且從脫水毛毯的第一表面延伸出來的樹脂層；將未固化的液態樹脂從毛毯上去除掉。
14.如權利要求13中所述的方法，其特征在于固化至少一部分光敏樹脂的步驟還包括將第一毛毯表面和第二表面之間的光敏樹脂進行固化，以形成滲入第一毛毯表面的固化的樹脂層。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于固化光敏樹脂的步驟包括固化第一毛毯表面和第二表面之間的樹脂，以形成貫穿不到整個毛毯厚度一半的固化樹脂層。
16.如權利要求13、14和15中所述的方法，還包括提供遮罩，此遮罩有不透輻射區和透輻射區；將液態光敏樹脂涂到脫水毛毯的第一表面上；將遮罩放置在輻射源和液態光敏樹脂的涂層之間；通過遮罩，將液態光敏樹脂的涂層經光輻射曝光，使與遮罩透明部分對齊的光敏樹脂固化；將未固化的光敏樹脂從脫水毛毯上去掉。
17.如權利要求16中所述的方法，其特征在于去除未固化的光敏樹脂的步驟是用水和表面活性劑的混合物來沖洗脫水毛毯。
18.如權利要求17中所述的方法，其特征在于用光輻射使液態光敏樹脂曝光的步驟包括在用水和表面活性劑的混合物沖洗脫水毛毯之前用光輻射使液態光敏樹脂曝光，以使樹脂部分固化，并在用水和表面活性劑的混合物沖洗脫水毛毯后，在二次固化時再次用光輻射對液態光敏樹脂曝光。
19.如權利要求18中所述的方法，還包括在進行二次固化之前，漂洗脫水毛毯以去除表面活性劑。
全文摘要
本發明包括用于生產造紙纖維的紙幅的裝置(200)。該裝置包括脫水毛毯層(220)，它具有位于第一高度處的面對紙幅的第一毛毯表面(230)及在其反面的第二毛毯表面(232)，以及由光敏樹脂制成的紙幅構圖層(250)。紙幅構圖層(250)滲入第一毛毯表面(230)，并從第一毛毯表面延伸出來，從而在不同于第一高度的第二高度處形成與紙幅相接觸的頂表面(260)。本發明還包括生產具有毛毯層和紙幅構圖層的紙幅支承裝置的方法。
文檔編號A47K10/16GK1155308SQ95194555
公開日1997年7月23日 申請日期1995年6月2日 優先權日1994年6月29日
發明者保羅·D·特羅克漢, 迪安·V·費恩 申請人:普羅克特和甘保爾公司