用于安全器件到基底的表面施加的方法與流程

相關申請

本申請要求保護2015年2月11日提交的美國臨時專利申請序列號62/114,699的優先權，其通過引用以其整體并入在本文中。

本發明一般涉及一種具有表面施加的安全器件的片材，并且涉及用于制備此類片材的方法。更特別地，本發明涉及通過在其中纖維幅被充分固結（諸如，當基于纖維幅的總重量，纖維幅的水和/或水分含量按重量計小于98%時）的造紙過程的濕階段期間將安全器件引入到纖維幅進行的安全器件到片材的表面施加。本發明還涉及由所產生的纖維片材制成的文件。

背景技術：

形式為帶條、帶、線、或緞帶的安全器件廣泛用于安全和重要文件中，提供用于驗證這些文件的真實性的視覺和/或機械手段。這些安全器件可以完全嵌入或部分嵌入在文件中，或者安裝在其表面上。

至少部分嵌入的安全器件可以通過在造紙過程的濕階段期間將安全器件引入到纖維幅中而施加于成形纖維幅。然而，在此階段中安全器件到纖維幅中的引入，雖然適合于嵌入和部分嵌入的安全器件，但迄今為止對于表面施加的安全器件而言是不切實際的，因為所產生的片材或文件將易于降低耐久性。在此階段，成形纖維幅的成分由紙漿或纖維以及水和/或其他水分構成。基本上為濕的纖維幅使得：按紙漿或纖維的重量計，紙漿或纖維的量的范圍從約百分之0.2到約百分之2.0（%），而按水分或水的重量計，水或水分的量的范圍從約99.8%到約98.0%。例如，在濕階段施加中，安全器件可以在長網造紙機或雙網造紙機的濕端處被引入到成形纖維幅上或成形纖維幅中，或在成形缸的該部分被浸入紙漿或配料中之前抵住圓網造紙機中的纖維幅成形缸而被引入到成形纖維幅上或成形纖維幅中。

已經發現，在安全器件到成形纖維幅的濕階段引入期間，纖維中的一些被移位，因為當安全器件被壓榨到纖維幅中時它們在安全器件周圍流動。這導致相當的纖維的移位，從子區域（即，纖維幅的位于安全器件下面或下方的區域）和鉸接區（即，纖維幅的緊挨著安全器件的邊緣或側面定位的區域），那足以影響安全器件與纖維幅或與所產生的片材或文件的基底的相互作用。子區域和鉸接區中的所產生的纖維濃度小于體區域中纖維濃度。這導致片材或文件的基底和安全器件的界面處的弱連接相互作用，并且特別地導致安全器件的交接表面和/或邊緣處的弱連接相互作用。在所產生的文件的使用或流通期間，這些弱區域產生在片材或文件中沿著安全器件和基底之間的交接邊緣的撕裂，或產生鉸接效應（即，交接邊緣之間的分離區域）。此外，文件傾向于展現背面透印；即，當施加在纖維幅的一側上時所施加的安全器件將產生從纖維幅、任何產生的纖維片材、或任何產生的文件的相對側可觀察到的陰影效應。這通常需要使用背面偽裝涂層來解決問題。還觀察到所述所產生的片材或文件展現出橫向（cd）拉伸強度中的降低。

用于獲得表面施加的安全器件的一種替換方案是將安全器件施加于完全成形纖維基底的表面。然而，到完全成形纖維基底的施加伴有其他基本限制。例如，這限制可以使用的安全器件的厚度范圍。一般來說，表面施加被限制于小于15微米的最最薄的安全器件。較厚的安全器件一般被從在此類施加排除，這至少部分是因為所產生的片材上的所產生的紙厚差影響下游處理。如本文中使用的，術語“紙厚差”指的是安全器件的上表面與纖維片材的直接鄰接體區域的上表面之間的高度中的差。由于隨著較厚的安全器件產生的紙厚差，所述安全器件在造紙過程的干階段或后期施加過程中引入，下游過程諸如卷繞、壓片、堆疊、切割以及通過atm的處理在時間和成本方面受到影響。重要的是，這種方式產生的堆疊不是壓榨就緒的或印刷就緒的。

鑒于以上情況，仍然需要帶有不管厚度如何的表面施加的安全器件的改進片材，以及能夠產生這些片材的改進過程。

技術實現要素：

本發明通過提供一種用于安全器件到纖維片材或文件的表面施加的方法來解決以上需求中的至少一個，所述表面施加通過在造紙的濕階段期間將安全器件引入成形纖維幅而進行。所述方法包括在其中纖維幅被充分固結的造紙過程的濕階段期間將安全器件引入到成形纖維幅上或成形纖維幅中。在一個實施例中，當基于纖維幅的總重量，纖維幅具有按重量計小于98%的水和/或水分含量時，纖維幅被充分固結。優選地，當纖維幅處于或靠近造紙機的伏輥或類似工具時，纖維幅被充分固結。本發明還提供通過以上過程產生的纖維片材，以及包括纖維片材的所產生的文件。纖維片材具有在纖維基底上的相對表面、其一個表面中的至少一個凹進部分，設置在凹進部分下面或下方的纖維子區域和緊挨著凹進部分和子區域設置的纖維體區域；設置在凹進部分中的表面施加的安全器件；以及在表面施加的安全器件和一個表面之間的界面；其中在纖維子區域和在纖維體區域中有纖維，其以基本相等的量存在。

出人意料地，已發現，表面施加的安全器件可以在其中纖維幅被充分固結為例如完全成形的濕幅的濕階段期間被引入。通過在造紙過程的這個濕階段引入安全器件，可以充分促使安全器件到纖維幅中，以進一步固結子區域中的纖維，而不是使它們移位。這進而有助于在纖維和表面施加的安全器件之間提供增加的連接相互作用。結果，改進了耐久性、油墨附著力、橫向（cd）拉伸強度和背面透印中的至少一個。這些出人意料的優點避免要求進一步的處理步驟來改進油墨附著力、改進拉伸強度或偽裝背面透印。此外，因為安全器件在其中纖維幅被充分固結的濕階段期間被引入，所以變得可能的是促使安全器件到纖維幅中，從而由于較厚的安全器件的紙厚差可以大大降低而實現它們的使用。所產生的紙厚差從而對下游過程具有較小的影響。

通過在本文中提供的方法，申請人還意外地發現，表面施加的安全器件可被施加成與纖維幅、纖維片材或所產生的文件中的至少一個其他特征配準。此外，因為在纖維幅制造過程的濕階段期間引入安全器件，所以可能在造紙過程期間調整配準。因此，避免另外的處理步驟，否則將需要所述另外的處理步驟來校正安全器件與其他特征的未對準。以連續的方式引入安全器件也避免對載體基底的要求，因為安全器件可以用單個引入設備（intro-device）來切割/沖壓并引入到纖維幅。如本文中使用的，術語“引入設備”指的是用于在濕階段期間切割/沖壓安全器件并且還將安全器件引入纖維幅的設備。在本文中進一步描述適合的引入設備。

本領域的普通技術人員將能夠通過遵循詳細描述和附圖來辨別本發明的其他特征和優點。除非另有定義，否則本文中使用的所有技術和科學術語具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。本文中提及的所有出版物、專利申請、專利和其他參考文獻通過引用以其整體被并入。如果有沖突，則本說明書（包括定義）將起支配作用。此外，材料、方法和示例僅是圖示性的而不意圖是限制性的。此外，本文中明確記載的所有范圍也隱含地覆蓋所有子范圍。

附圖說明

參考以下附圖可以更好地理解本公開。附圖中的組件不一定按比例，而是將重點放在清楚地圖示本發明的原理上。雖然結合附圖公開了示例性實施例，但是并不意圖將本公開限制于本文中公開的一個或多個實施例。相反，意圖是覆蓋所有的替代方案、修改和等同物。

通過參考附圖來圖示所公開發明的特定特征，在所述附圖中：

圖1是通過在其中纖維幅未充分固結的造紙的濕階段期間將安全器件引入纖維幅中所產生的纖維片材的橫截面側視圖；

圖2是通過在造紙的干階段期間或之后當水分含量太低而不允許將安全器件壓榨到基底中來進一步固結纖維時將安全器件引入纖維幅上所產生的纖維片材的橫截面側視圖；

圖3是本發明的纖維片材與它的表面施加的安全器件的示例性實施例的橫截面側視圖，其中安全器件在纖維幅被充分固結時被引入到纖維幅中或纖維幅上；

圖4是長網造紙機的示意圖，其中形式為連續幅的安全器件在濕線之后和伏輥之前被引入到線上的成形纖維幅；

圖5是根據本發明的文件的示例性實施例的俯視圖，其具有施加到其上的多個不連續表面施加的安全器件（補片和帶條）；

圖6是根據本發明的文件的另一示例性實施例的俯視圖，其具有與文件中的另一特征（諸如水印）配準地施加的多個不連續表面施加的安全器件（補片）；

圖7a是在纖維片材或文件已經經受通過流通模擬測試的一（1）個周期之后的纖維片材或文件的正面的平面視圖，該纖維片材或文件是通過在造紙的濕階段期間在纖維幅未充分固結時將安全器件引入到成形纖維幅而產生的；

圖7b是在纖維片材或文件已經經受通過流通模擬測試和展示的一（1）個周期之后的纖維片材或文件的背面的平面視圖，該纖維片材或文件是通過在造紙的濕階段期間在纖維幅未充分固結時將安全器件引入到纖維幅而產生的；

圖8a是在纖維片材或文件已經經受通過流通模擬測試的一（1）個周期之后的根據本發明的纖維片材或文件的示例性實施例的正面的平面視圖，該纖維片材或文件是通過在造紙的濕階段期間在纖維幅充分固結時將安全器件引入到成形纖維幅而產生的；

圖8b是在纖維片材或文件已經經受通過流通模擬測試的一（1）個周期之后的根據本發明的纖維片材或文件的示例性實施例的背面的平面視圖，該纖維片材或文件是通過在造紙的濕階段期間在纖維幅充分固結時將安全器件引入到纖維幅而產生的；

圖9a是在纖維片材或文件已經經受通過流通模擬測試的三（3）個周期之后的纖維片材或文件的正面的平面視圖，該纖維片材或文件是通過在造紙的濕階段期間在纖維幅未充分固結時將安全器件引入到成形纖維幅而產生的；

圖9b是在纖維片材或文件已經經受通過流通模擬測試的三（3）個周期之后的纖維片材或文件的背面的平面視圖，該纖維片材或文件是通過在造紙的濕階段期間在纖維幅未充分固結時將安全器件引入到成形纖維幅而產生的；

圖10a是在纖維片材或文件已經經受通過流通模擬測試的三（3）個周期之后的根據本發明的纖維片材或文件的示例性實施例的正面的平面視圖，該纖維片材或文件是通過在造紙的濕階段期間在纖維幅充分固結時將安全器件引入到纖維幅而產生的；以及

圖10b是在纖維片材或文件已經經受通過流通模擬測試的三（3）個周期之后的根據本發明的纖維片材或文件的示例性實施例的背面的平面視圖，該纖維片材或文件是通過在造紙的濕階段期間在纖維幅充分固結時將安全器件引入到纖維幅而產生的。

具體實施方式

通過以下細節將進一步理解本發明，所述細節被提供作為對要求保護的發明的某些示例性實施例的描述。

通過本發明的方法，提供一種包括表面施加的安全器件的纖維片材。在本發明的第一方面中，提供一種用于安全器件到纖維片材的表面施加的方法。該方法包括在造紙期間將安全器件引入纖維幅中或纖維幅上。通過在造紙過程期間引入安全文件，已知的處理步驟未被中斷并且消除了附加的處理步驟。此外，通過在造紙過程的濕階段期間引入安全器件，可以據此施加比在造紙的干階段中可以施加的安全器件更厚的安全器件。

在一個實施例中，該方法還包括進一步固結子區域中的纖維。為了進一步固結子區域中的纖維，將表面施加的安全器件壓榨到充分固結的纖維幅中。纖維在此區域中致密化以使得：盡管子區域的體積減小，但此區域中的所述量的纖維不移位，至少不以任何顯著的量移位。

如本文中使用的，術語“充分固結”相對于本公開將被本領域的普通技術人員理解為意味著纖維幅處于完全成形的濕幅狀態。在這種濕幅階段中，纖維幅包括小于98%的水和/或水分。因此，纖維幅包括大于2%的纖維和/或紙漿。在另一實施例中，纖維幅包括小于95%的水和/或水分，其中剩余的5%的組分是纖維和/或紙漿。在更優選的實施例中，纖維幅中的水和/或水分的范圍從約60%至小于98%，或從約60%至約95%。申請人已經發現，當引入安全器件時，高于98%的水和/或水分含量導致纖維的移位。纖維的顯著移位（尤其是在基底的子區域中）導致安全器件與基底中的纖維之間的弱相互作用。特別地，纖維的移位降低基底的耐久性和強度，并降低在子區域和鉸接區中提供的偽裝效果。如本文中指出的，這些弱相互作用（尤其在安全器件的交接邊緣處）導致以上標識的問題。相應地，也已經發現，在纖維幅具有小于60%的水和/或水分的情況下，在造紙過程期間安全器件的引入不能充分允許安全器件的凹進以容納更厚的安全器件同時仍然維持低的紙厚差。此外，在低于60%的水和/或水分下，子區域中的纖維不進一步足夠固結以將纖維固定在安全器件的交接邊緣附近。如本文中使用的，術語“凹進”指的是將安全器件壓榨到纖維幅中以在纖維片材的基底表面中形成凸部/凹進部分，以使得至少安全器件的最高部分被凹進在體區域的表面高度之下，而安全器件的頂部或上表面區域保持暴露。

濕階段，如以上限定的，可以被調整到沿著造紙機的各種位置處，并且本發明設想了所有那些可能性。然而，在優選實施例中，安全器件在造紙過程的濕階段期間在纖維幅構成充分固結的或完全成形的濕幅（即，基于纖維幅的總重量，具有占纖維幅重量的低于98%的水或水分水平，優選地占纖維幅重量的從約60%至小于98%，或更優選地占纖維幅重量的從約60%至約95%；或占纖維幅重量的從約60%至約90%）時，諸如例如在造紙機的伏輥或類似工具處或附近，被施加到成形纖維幅中或成形纖維幅上。抽吸箱通常剛好位于伏輥之前，以在幅離開機器的濕端之前去除盡可能多的水分，以便最小化機器的干燥器區段上的負擔。類似地，在離開圓網造紙機的缸部分時（和在伏輥之后），纖維幅將優選地由從約75%至約95%的水和/或水分以及從約5%至約25%的紙漿或纖維制成。

雖然在長網造紙機上的造紙的幾個階段被設想提供纖維幅的充分固結（如本文中定義的），但是在優選實施例中，其中安全器件被引入纖維幅的造紙的階段直接在濕線之后和伏輥之前。這是在其處不再有在纖維幅的上側上明顯的表面水的點。在替換實施例中，安全器件在濕端中的真空箱上或其之前被引入到纖維幅，這有利地有助于將器件設置到幅中。優選地，安全器件經由輸送輪、輥或觸靴（contactingshoe）直接放置到纖維幅的面。

在一個實施例中，當移動經過或進一步超過伏輥時，隨著它前進至造紙機的干端，纖維幅處于具有表面施加的安全器件的完全成形的幅的狀態中，所述干端由壓榨區段和干燥器區段二者組成。

在兩種類型的造紙機的壓榨區段中，通過在輥和氈之間壓縮濕紙來去除水和/或水分，以將水和/或水分含量降低至期望水平。申請人已意外地發現，具有表面施加的安全器件的完全成形的濕幅的壓縮使子區域（即，引入的安全器件以下或下方的纖維幅的區域）中的纖維被進一步固結，因為它們被致密化而非被移位。結果，改進了所產生的纖維片材或所產生的文件的強度特性以及背面不透明性，這提供安全器件的偽裝以降低背面透印。

本發明的安全器件可以具有各種厚度。然而，已經發現，本發明的過程有利地允許在厚度譜的較厚端上的安全器件的表面施加。在一個實施例中，安全器件具有高達100微米（μm）的厚度。在另一個實施例中，安全器件具有范圍從5至75μm，或者更優選地從10至50μm的厚度。安全器件的寬度僅由纖維片材的寬度限制。在優選實施例中，寬度范圍為0.25至20毫米（mm）；更優選地從0.5至15mm。

通過在造紙的濕階段期間引入安全器件，可以將這些安全器件壓榨到纖維幅中，以在所產生的纖維片材的表面中產生凹進部分。所產生的纖維片材包括表面施加的安全器件，其具有不導致以上標識的缺點的紙厚差。如本文中使用的，術語“紙厚差”指的是安全器件的上表面與纖維片材的直接鄰接的體區域的上表面之間的高度中的差。紙厚差可以為負或正，或為零。當直接鄰接的體區域的上表面的高度大于安全器件的上表面的高度時，提供負的紙厚差。替換地，當安全器件的上表面的高度大于直接鄰接體區域的上表面的高度時，提供正的紙厚差。在一個實施例中，紙厚差被相對于安全器件的厚度表示。在這種實施例中，紙厚差的絕對值的范圍從安全器件的厚度的0%至約80%。

在一個實施例中，紙厚差的范圍從-10至約50μm。更優選地，紙厚差的范圍從-5至30μm，或從0至25μm。

在某些實施例中，器件足夠厚以使得將安全器件壓榨到纖維濕幅中的結果是負的紙厚差（即，安全器件的厚度或高度小于體區域的厚度或高度）。在此類實施例中，紙厚差最好由紙厚差的絕對值相對于安全器件的厚度的參考來表征。例如，在一個實施例中，安全器件的厚度小于25μm，以使得當安全器件被壓榨到纖維幅中時，表面施加的安全器件的紙厚差的絕對值的范圍從安全器件厚度的0%至約50%；更優選地從安全器件厚度的0%至約30%；甚至更優選地為安全器件厚度的約0%至約10%。在一個其他實施例中，安全器件的厚度再次小于25μm，以使得通過將安全器件壓榨到纖維幅中引起的對子區域的進一步固結產生范圍從-10至15μm（優選地，-5至10μm）的紙厚差。

替換地，在一個實施例中，安全器件的厚度大于25μm，以使得通過將安全器件壓榨到纖維幅中引起的對子區域的進一步固結產生范圍從-10至50μm，優選地從-5至25μm或從0至15μm的紙厚差。在其中安全器件也具有大于25μm的厚度的一個其他實施例中，相對于安全器件的厚度的紙厚差的絕對值范圍從0%至約50%。優選地，紙厚差的絕對值范圍從安全器件的厚度的0%至約20%。

“伏輥”將被本領域的普通技術人員理解為用于長網造紙機上的長網線的引導或轉動輥，其定位在紙幅離開線（即，濕端或紙成形區段）以及線返回到胸輥的地方。伏輥在其中長網線部分已被缸部分取代的圓網造紙機上用于相同的目的。具體地，當幅離開缸部分并朝向伏輥行進時，伏輥引導并轉動幅。

盡管還設想就水和/或水分含量和纖維含量而言，整個纖維幅具有均勻的一致性，但是纖維幅不均勻地充分固結也在本發明的范圍內。例如，在一個實施例中，纖維幅僅在引入點處或沿著引入點充分固結。如本文中使用的，“引入點”指的是纖維幅處或沿著纖維幅至少部分被安全器件覆蓋的區域。在另一實施例中，纖維幅僅部分地充分固結或按梯度或矩陣圖案充分固結，以使得在引入點處纖維不顯著分散以引起所標識的缺點。可以例如通過在沿著成形纖維幅的位置處選擇性抽真空來提供充分固結的梯度或矩陣圖案。替換地，在一個實施例中，通過施加輻射源（即，熱）以去除沿著成形纖維幅的所選位置處的頂表面水來按梯度或矩陣圖案去除水分含量。

安全器件到纖維幅的引入形成安全器件與基底纖維幅、所產生的纖維片材、或所產生的文件之間的界面。如本文中使用的術語“界面”可以通過安全器件和基底之間的直接或間接接觸來形成。在界面是直接的情況下，安全器件與基底中的纖維直接接觸。然而，設想安全器件沿著一些或所有底表面和側表面與基底形成間接界面。例如，界面可以包括安全器件和基底之間的其他材料。雖然設想各種材料，但是另外的纖維材料或聚合物材料（例如，從自然來源諸如植物來源獲得的或者從聚合物熔體成分等紡成的單組分和/或多組分纖維，單獨或組合地）是特別適合的。此外，粘合劑材料優選用于形成間接界面。可以使用可活化的粘合劑來將安全器件錨定或接合到纖維幅的凹進表面上或其內。適合的粘合劑并不限定，并且包括但不限于：水活化的、熱活化的、和/或壓力活化的粘合劑，其在造紙機的干燥器區段中活化（其中溫度達到100℃與160℃之間）。這些涂層可以以基于溶劑的聚合物溶液或水溶液或分散體的形式來施加。適合的分散體從組中選擇，該組由以下組成：丙烯酸樹脂水分散體、環氧樹脂分散體、天然膠乳分散體、聚氨酯樹脂分散體、聚醋酸乙烯樹脂分散體、聚乙烯醇樹脂分散體、脲醛樹脂分散體、醋酸乙烯樹脂分散體、乙烯-醋酸乙烯樹脂分散體、乙烯-乙烯醇樹脂分散體、聚酯樹脂分散體及它們的混合物。當移動經過伏輥時，具有表面施加的安全器件的完全成形的濕幅前進到由壓榨區段和干燥器區段二者組成的造紙機的干端。粘合劑可以替換地形成安全器件的一部分，并且在此類實施例中，具有范圍從5到約50μm（優選地，從5到約20μm）的厚度。

適合于本發明的安全器件包括通常在本領域中由普通技術人員使用來提供防偽造或偽制的安全性的安全器件。安全器件可以是適合于替換地或附加地將美學特性施加于基底的安全器件。適合的安全器件可以顯示人類可直接或借助于設備而感知的信息，或者可以顯示附加地或替換地由機器可感知的信息。安全器件可以采用以下特征中的一個或多個：脫金屬化的或者選擇性金屬化的、磁性的、組合磁性和金屬的、或浮凸的區域或層；由色移、虹彩的、液晶、光致變色和/或熱致變色材料制成的顏色改變涂層；發光和/或磁性材料的涂層；全息和/或衍射安全特征；及微光學安全特征。在優選實施例中，安全器件提供安全性，以使得可以容易地鑒定安全文件或重要文件。在一個實施例中，安全器件包括聚焦元件陣列和圖像圖標陣列，其中聚焦元件陣列和圖像圖標被布置成使得提供一個或多個合成圖像。適合于此的聚焦元件包括柱面透鏡和非柱面透鏡（即微透鏡）二者。

在示例性實施例中，安全器件是基于微透鏡的安全器件。此類器件通常包括（a）透光聚合物基底、（b）位于聚合物基底上或聚合物基底內的微尺寸圖像圖標的布置、以及（c）聚焦元件（例如，微透鏡）的布置。圖像圖標和聚焦元件布置被配置為使得當通過聚焦元件的布置來查看圖像圖標的布置時，一個或多個合成圖像被投影。這些被投影的圖像可以示出許多不同光學效果。能夠呈現此類效果的材料構造在以下中描述：steenblik等人的美國專利號7,333,268、steenblik等人的美國專利號7,468,842、steenblik等人的美國專利號7,738,175、commander等人的美國專利號7,830,627、kaule等人的美國專利號8,149,511、kaule等人的美國專利號8,878,844、kaule等人的美國專利號8,786,521、kaule等人的歐洲專利號2162294、以及kaule的歐洲專利申請號08759342.2（或歐洲公開號2164713）。這些參考文獻據此以其整體被并入。

在優選實施例中，通過本發明的方法表面施加的安全器件包括但不限于微光學安全器件，諸如（例如，在美國專利號7,333,268中描述的）motion^tm微光學安全器件、rapid^tm微光學安全器件、全息安全器件（例如，金屬化全息器件）。這些器件可從美國馬薩諸塞州的cranecurrencyus，llc獲得。其他適合的器件包括但不限于光學可變器件（ovd）諸如kinegram^tm光學數據載體和色移安全器件。

雖然安全器件可以以將要引入到纖維幅的各種形式來呈現，但是已經發現最有利的是提供以連續幅的形式的安全器件。通過提供以連續幅的形式的安全器件，已經發現安全器件可以以連續的方式被引入纖維幅。然后連續幅被分區或分成多個不連續的安全器件。可以通過各種切割和/或沖壓方法來完成連續幅到不連續安全器件的分區。在優選實施例中，方法是在造紙機上的制造期間在不使用載體膜的情況下的多個不連續的安全器件到纖維幅的直線施加過程。該方法包括：提供以連續幅的形式的安全器件；以連續方式切割或沖壓連續幅以形成不連續的安全器件，每個具有期望的形狀和尺寸；然后在造紙期間將不連續的安全器件以連續方式施加到纖維幅上。

本文中設想，可以通過表面施加、部分嵌入或完全嵌入來將附加的安全器件施加于纖維片材。例如，在一個實施例中，將附加的安全器件施加于纖維片材的表面。所述附加的器件可在表面施加的安全器件被引入之前被引入纖維幅，或者在引入表面施加的安全器件之后被施加到纖維幅。附加的安全器件可以不同于或類似于表面施加的安全器件。例如，在一個實施例中，當不連續的安全器件之一具有25μm或更小的厚度時，設想當按重量計水分含量小于60%（優選地，范圍從約90%到0%）時，將其引入纖維幅。例如，當纖維幅在第一干燥器區段和施膠壓榨之間行進通過造紙機時，安全器件被引入纖維幅，并可選地再潤濕以將水和/或水分含量增加到約4%和約7%之間。

安全器件可以采取各種尺寸、形狀或顏色。例如設想，以不連續安全器件的形式的安全器件采取帶條、帶、線、緞帶或補片的非限制性的形式。這些器件在總寬度方面可以是從約2至約25毫米（mm）（優選從約6至約12mm），并且在總厚度方面是從約10至約50微米（優選地，從約20至約40微米）。在優選實施例中，安全器件是帶條或補片。如本文中使用的“帶條”指的是具有基本長于其橫向寬度尺寸的縱向長度尺寸的安全器件。相比之下，“補片”可以具有基本上相等的縱向和橫向長度，并且可以具有均勻或各種不均勻的形狀。本文中設想各種形狀和尺寸的帶條和補片。然而，雖然帶條或補片可以延伸到纖維片材或文件或產生的文件的邊緣，但是在優選實施例中，帶條或補片位于纖維片材或文件的周邊內，并且不延伸到片材或文件的邊緣。

如指出的，設想安全器件的各種尺寸為適合于發明的方法和纖維片材。在一個實施例中，總長度尺寸范圍從約5至約75毫米（mm），優選地從約15mm至約40mm；并且總寬度尺寸范圍從約2mm至約50mm，優選地從約6mm至約25mm；并且總厚度尺寸范圍從約10至約50微米，優選地從約15微米至約40微米。本文中指出的所有范圍包括所有子范圍，包括整數和分數。

如指出的，也為安全器件設想各種形狀：例如補片、帶條或線、幾何形狀諸如星形、平行四邊形、多邊形（例如六邊形、八邊形等）形狀、數字、字母以及各種符號。還設想簡單和復雜的非幾何設計為適合的。這些形狀和設計可以用旋轉模具過程來切割。

在發明的方法的一個實施例中，將安全器件引入成形纖維幅中，以使得其與纖維幅、纖維片材或所產生的文件的基底上或其中的至少一個其他特征配準。在某些實施例中，引入安全器件以使得安全器件內的特定特征與纖維幅、所產生的纖維片材或文件中的另一特征配準。至少一個其他特征可以根據需要相對于應用而變化。例如，至少一個其他特征是水印、印刷圖像、凸部結構、另一安全器件或紙載特征。在將安全器件引入纖維幅以使其處于配準時，設想首先以連續幅形式呈現的安全器件被遞送到一件設備或系統（在本文中稱為引入設備），該設備或系統可用于將連續幅切割/沖壓成不連續的安全器件。雖然可能使用單獨的設備來切割安全器件然后將安全器件施加于纖維幅，但是優選地，用于形成不連續的安全器件的系統也用于將安全器件施加到纖維幅中或其上。使用單個設備，可能更精確地配準地施加安全器件，因為它需要更少的移動部分。

在優選實施例中，其中將連續幅切割成不連續的安全器件，其然后通過相同的引入設備被引入纖維幅中或纖維幅上，還設想，安全器件的放置可通過引入設備調整以使得未配準（其中至少一個其他特征未對準）的安全器件可以連續的方式來調整以處于配準。通過使用單個引入設備來在造紙過程原位切割、施加和調整配準，致使用來調整放置的附加處理是不必要的。例如，在造紙過程期間配準的施加和調整消除在印刷之前對所產生的片材或文件進行二次處理的需要。

適合的引入設備對于該公開的后見之明中的普通技術人員來說將是明顯的。然而，在優選實施例中，引入設備是采用光學或纖維密度傳感器的系統，該傳感器檢查安全器件與纖維幅、纖維材料或所產生的文件中的至少一個其他特征之間的配準。鑒于安全器件的標識或計算的位置或安全器件和至少一個其他特征的相對位置，引入設備用來做出安全器件的放置中的調整。為了做出這樣的調整，引入設備使用控制連續幅上的張力的可變速度推進設備（例如，具有伺服驅動器的電動伺服機構），以使得不連續的安全器件可以根據需要被配準地施加。由此通過調制連續幅上的張力來連續地調整安全器件的引入點。替換地，引入設備可以是諸如在標簽行業中用于配準地施加標簽的旋轉模具切割和轉移設備。

在本發明的另一方面中，提供了纖維片材。如本文中描述的纖維片材從在安全器件被引入纖維幅之后對該纖維幅的進一步處理產生。所述進一步處理可選地包括在將安全器件壓榨到纖維幅之前或之后施加的干燥步驟。安全器件到纖維幅中的壓榨產生具有纖維體區域和纖維子區域的纖維片材。

所產生的纖維片材，其具有相對的表面和一個相對表面中的凹進部分，包括：設置在凹進部分中的表面施加的安全器件；設置在凹進部分下方的纖維子區域；緊挨著安全器件（設置在凹進部分中）和子區域設置的纖維體區域；以及安全器件與纖維片材的至少一個表面之間的界面。如本文中使用的，對緊挨著安全器件的體區域的參考指示在橫截面視圖中，體區域是沿著x軸與安全器件鄰近的區域。如本文中使用的，對安全器件下方的子區域的參考指示在橫截面視圖中子區域是沿y軸的安全器件的至少一部分覆蓋的區域。子區域的厚度小于體區域的厚度，以使得表面施加的安全器件具有小于安全器件的厚度的80%或如以上描述的那樣在規定范圍以及暗示子范圍內的紙厚差。

在一個實施例中，子區域中的纖維被進一步固結，以使得子區域中的纖維的量基本等于至少直接鄰接的體區域中的纖維的量。在一個其他實施例中，子區域中的纖維的量基本等于體區域中纖維的量。如本文中使用的，術語“基本等于”，如對體區域和子區域中的纖維的量的參考，指的是每個區域中纖維的量在另一個區域中的量的80%至100%（優選地，90%至100%）之內，如通過纖維的每平方米克數（gsm）來表征。在優選的實施例中，子區域中的纖維的量等于范圍從體區域（特別是直接鄰接的體區域）的80%至約100%的量。

如本文中指出的，各種厚度可以歸因于適合的安全器件。因此，也設想各種紙厚差。在纖維片材的一個實施例中，安全器件具有范圍從約10至約75微米的厚度。紙厚差范圍從約-10至約30微米；優選地從0至約25微米；優選約0至約15μm。

在一個實施例中，纖維片材展現以下中的至少一個：（1）改進的耐久性；（2）可接受的油墨附著力；（3）高橫向（cd）拉伸強度；或（4）降低的背面透印。如本文中使用的，改進的耐久性通過以下中的至少一個表征：（a）當與在纖維幅未充分固結時產生的此類片材相比時在界面處的最小或減少的損害，或者（b）幾乎沒有鉸接效應。這些效應可以通過模擬文件的流通效果的已知工業技術進行量化或證明合格。例如，可以用耐久性測試來模擬鈔票的流通。一個此類適合的耐久性測試是“流通模擬”測試（cst）。這是一種磨損和撕裂測試，其被設計成近似由鈔票通過其流通生命周期所經歷的機械降級和光學降級。該測試通過將每個重7.5克的橡膠墊圈附接到鈔票的四個角，然后將被稱重的鈔票放置在以校準至60轉每分鐘（pm）的速度的搖滾滾筒中持續30分鐘的固定持續時間（一（1）個周期）。由被稱重的鈔票經歷的翻滾動作引發機械降級和光學降級。然后將控制量的液體和固體弄臟劑（例如，大豆油和泥土）添加到搖滾滾筒中以模擬鈔票在其生命周期期間通常將接觸的油和污垢的影響。在每輪模擬降級之前和之后，針對機械惡化（例如，以孔、撕裂、切口、鉸接、分離部分和粗糙不平邊緣形式的表面和邊緣損害，拉伸強度損失，折疊忍耐性，抗撕裂性和穿孔抗性），光學惡化（例如，印刷油墨顏色性質中的惡化）和弄臟來對鈔票進行測試。在界面處的鉸接效應和撕裂是特別適合于此耐久性試驗的機械降級的示例。

對于可接受的油墨附著力的測試對于本領域普通技術人員是已知的。例如，可以通過本領域普通技術人員已知的方法來定量測量反印，該反印是在多個纖維片材或文件的堆疊形式中從一片轉移到另一片的油墨量。類似地，拉伸強度和背面透印可以通過對于本領域普通技術人員已知的方法來量化。例如，可以通過已知的光反射率或透射率測試來對透印進行量化。在使用例如instron?張力測試儀或拉力測試儀的cd拉伸強度測試中，并且如以下在本文中的表2中示出的，根據本發明制成的紙展現出cd拉伸強度中的增加，其中測試的性質在與安全器件到完全成形纖維幅的常規缸施加相比具有范圍從約90%至約100%的增加值。

如指出的，纖維片材具有在安全器件下方的纖維子區域以及緊挨著安全器件和子區域的纖維體區域。因為安全器件在纖維幅被充分固結時引入，所以與片材中的子區域對應的纖維幅的區域中的纖維不被以導致所標識的缺點的量移位。照此，纖維子區域中的纖維的量基本等于至少直接鄰接的體區域中的纖維的量。如本文中使用的，術語“直接鄰接的體區域”指的是體區域中毗鄰安全器件的凹進部分和子區域的區域。該直接鄰接的體區域從凹進部分和子區域徑向延伸到在橫截面x軸中等于子區域的x軸長度的距離。鑒于直接鄰接的體區域和子區域之間的體積差，子區域中的纖維的密度大于直接鄰接的體區域中的纖維的密度。緊鄰的體區域和子區域中的纖維的量基本相等，以使得考慮到兩個區域的體積中的差，子區域中的密度大于直接鄰接的體區域中的密度。在一個示例性實施例中，體區域中的纖維的量范圍從88.55gsm至90.15gsm，而子區域中的纖維的量范圍從87.26gsm至90.69gsm。如本文中使用的，“密度”指的是體積中的纖維的平均量。

如本文中指出的，適合于本發明的安全器件是眾多的。然而，在一個實施例中，纖維片材包括具有柱面和/或非柱面聚焦元件的陣列以及與聚焦元件光學相互作用以產生至少一個合成圖像的圖像圖標的陣列的安全器件。在優選實施例中，聚焦元件排它地是柱面透鏡或非柱面透鏡（例如，微透鏡）。然而，本文中設想，透鏡的陣列包括二者按各種比例的混合。

如本文中指出的，安全器件可以以帶條或補片或其他形狀或幾何形狀的形式。在一個實施例中，安全器件存在于片材中與片材中的至少一個其他特征配準。本文描述了適合的其他特征。

在另一方面中，本發明是包括纖維片材的文件。本發明設想了各種文件。例如，適合的文件包括但不限于鈔票、債券、支票、旅行者的支票、身份證、彩票、護照、郵票、股票證書、以及非安全文件（諸如文具項和標簽以及用于美學的項）。可以將多個安全器件引入到纖維幅中，并且因此可以發現多個安全器件被施加于纖維片材和任何所產生的文件。替換地，在一個實施例中，文件包括至少一個表面施加的安全器件和至少一個其他安全器件（諸如嵌入的或部分嵌入的安全器件或安全特征）。表面施加的安全器件可以與文件的其他特征（諸如其他安全器件或安全特征或裝飾性特征）配準。

適合于在本發明中使用的纖維片材是紙或紙狀片材。作為單層或多層片材的這些片材可以由一系列纖維類型制成，所述纖維類型包括合成或天然纖維或兩者的混合物。例如，這些片材可以由諸如蕉麻、棉、亞麻、木漿、及其混合物的纖維制成。如本領域技術人員熟知的，棉和棉/亞麻或棉/合成纖維共混合物對于鈔票是優選的，而木漿通常用于非鈔票的安全文件中。

如以上指出的，被設想供本發明使用的安全器件可以采取許多不同的形式，包括但不限于：帶條、帶、線、緞帶或補片（例如，基于微透鏡的、全息的、和/或色移安全線）。

將通過對表示示例性實施例的附圖的以下描述來幫助對所要求保護的發明的進一步理解。

常規技術在圖1和圖2中被描繪。一般地，如圖1中示出的，安全器件（11）在造紙的濕階段中被引入以將器件（11）嵌入在纖維片材或文件（10）中。當使用該方法來表面施加安全器件時，所產生的纖維片材遭受低流通耐久性、差的cd拉伸強度和高的背面透印。如本文中其他地方提及的，這已被發現部分歸因于當安全器件（11）被引入成形纖維幅時纖維（15）從子區域（12）的移位。可以看到，鉸接區（14）中的纖維的量顯著減少。這導致安全器件和纖維片材或文件（10）的基底（18）之間的界面（17）處的弱相互作用。這在界面邊緣（17a）處尤其明顯。

在圖2中示出的常規實施例中也發現缺點，在圖2中安全器件（21）在造紙的干階段中或者在造紙之后當紙完全固結時被引入。這里，子區域（22）中的纖維（25）被如此完全地固結以使得安全器件（21）不能被壓榨到基底（28）中。結果，紙厚差為高。高紙厚差與到片材或文件（20）的差油墨施加相關聯。因此，對于其中在干階段中添加安全器件的實施例，安全器件必須非常薄以便具有適合的紙厚差。

這些缺點中的至少一個由本發明來解決。圖3描繪了本發明的一個實施例。這里，與圖1和圖2中不同，在濕階段中在纖維幅被充分固結時引入安全器件（31），以使得當安全器件被壓榨到纖維片材（30）的基底（38）中時，大量的纖維（35）未從子區域（32）移位。相反，在安全器件（31）下面和鉸接區（34）中的纖維（35）被進一步固結或致密化。這導致在界面（37）處，并且特別地在界面邊緣（37a）處的強纖維相互作用。此外，由于安全器件（31）在濕階段被引入，所以可以將其壓榨到基底（38）中以提供低的紙厚差。

可以使用各種方法和技術將安全器件（41）引入纖維幅（49）。在如圖4中示出的優選實施例中，安全器件（41）以連續幅（41）的形式呈現，并且在濕線（42）之后和伏輥（44）之前并且在真空箱（45a、45b）（其幫助將安全器件設置到纖維幅（49）中）之間直接連續地施加到長網造紙機（40）上的成形纖維幅（49）。

圖5和6描繪了具有多個表面施加的安全器件（52a、52b、53、63a、63b）的本發明的纖維片材或所產生的文件（50、60）。這里以不同尺寸和形狀的補片（53、63a、63b）和帶條（52a、52b）的形式呈現器件（52a、52b、53、63a、63b）。雖然在安全器件（52a、52b、53、63a、63b）的放置的位置方面不如此限制，但是在本發明的一個實施例中，安全器件（例如，53、63a、63b）在造紙期間通過引入設備（未示出）被切割或沖壓并且施加到纖維幅（55），以使得其與纖維幅、纖維片材或所產生的文件（60）中的至少一個其他特征（例如，水印（61））配準。圖6描繪了其中將施加為補片（63a、63b）的多個安全器件施加為與水印（61）配準的實施例。第一補片（63a）被施加為與水印（61）橫向配準，而第二補片（63b）被施加為與水印（61）縱向配準。還設想安全器件（63a、63b）與水印（61）配準，以使得補片（63a、63b）中的至少一個特征（未示出）與纖維幅、纖維片材、或所產生的文件（60）中的水印（61）或其他特征配準。文件（50、60）具有邊緣（59、69），其盡管這里描繪為平行四邊形的側，但是也可以描繪為具有其他角度的其他形狀。安全器件（52a、52b、53、63a、63b）被施加到纖維幅、纖維片材或文件，以使得其不延伸超出文件（50、60）的邊緣（59、69）。在優選實施例中，安全器件被設置在表面上，以使得其處于與邊緣遠離而不接觸的地方。

示例

比較性示例1：當纖維幅未充分固結時的表面施加的安全器件的單周期耐久性測試。

在第一比較性示例中，根據常規濕階段過程制造纖維片材，其中安全器件在造紙過程期間當纖維幅的水和/或水分含量大于98%時被引入到纖維幅。作為纖維移位的結果，鉸接區（74）和子區域中的纖維被移位，這導致安全器件（71）與在那些區中的纖維片材（70）的纖維基底（78）的減小的相互作用。在通過流通模擬測試的單個周期（30分鐘）之后，根據該過程形成的纖維片材（70）在圖7a中被描繪。作為該單個周期的結果，纖維片材（70）展現出差的耐久性，至少如通過如在鉸接區（74）中示出的鉸接效應的發展所限定的。安全器件（71）在沿著界面邊緣（77a）的點處從纖維片材（70）的基底（78）脫離。

此外，表面施加的安全器件展現了背面透印。一組五（5）個人（p1、p2、p3、p4、p5）被要求從1到5對背面透印的程度評級，其中5具有最高的透印，并且1具有最低的透印。小組成員p1和p4將背面透印評級為4；小組成員p2、p3和p5將背面透印評級為5。圖7b描繪了示出背面透印的纖維片材（70）。這將需要某種背面偽裝涂層來解決這個問題。

纖維片材的橫向（cd）拉伸強度也使用型號5965的inston^?張力測試儀測量。將紙樣品切割成125mm寬乘15mm高的尺寸，其中線垂直穿過樣品的中心延伸。然后將樣品放置在instron（型號5965）拉伸測試儀的鉗口中，其中一套鉗口在它們之間具有40mm間距，并且線在間隙中定心。然后將樣品以38mm/分鐘的速率拉長直到樣品斷裂。該過程重復5次，并且5個值的平均值是報告的測試結果。結果表明，cd拉伸強度范圍從5.4至6.3kg。

發明的示例1：當纖維幅充分固結時的表面施加的安全器件的單周期耐久性測試。

在第一發明的示例中，根據本文中公開的本發明制造纖維片材（80），其中安全器件（81）在造紙過程期間當纖維幅的水分含量小于98%時被引入纖維幅。作為從鉸接區的降低的纖維移位以及子區域中的增加的纖維固結的結果，存在安全器件（81）與纖維片材（80）的基底（88）的充分相互作用。在通過流通模擬測試的單個周期之后，根據該過程形成的纖維片材（80）在圖8a中被描繪。顯然，纖維片材（80）相對于比較性示例1中產生的纖維片材具有改進的耐久性。這里，纖維片材（80）沒有示出沿著纖維片材（80）的基底（88）和安全器件（81）的界面邊緣（87a）的鉸接效應或者損害或分離。纖維片材（80）保持完整，這展現出改進的耐久性。

此外，與比較性示例1相比，表面施加的安全器件（81）展現出更少的背面透印。一組五（5）個人（p1、p2、p3、p4、p5）被要求從1到5對背面透印的程度評級，其中5具有最高的透印，而1具有最低的透印。小組成員p2將背面透印評級為1；小組成員p1、p3、p4和p5將背面透印評級為2。圖8b描繪了示出背面透印的纖維片材。替換地，背面透印由對跨線灰度密度的測量來表征。在已使用it8參考目標校準的epsonv750完美平板掃描儀上掃描紙樣品。紙在反射光中以600dpi掃描為灰度圖像，其中樣品后面是黑色背景。一旦掃描被捕獲，就生成所選區密度分布圖。使用此功能，我們選擇跨越線的區域，在那里針對該特定測試，軟件捕獲針對所選區域中每個像素的灰度值，其中線垂直穿過所選區域的中心延伸，軟件將區域內的垂直像素進行平均并報告針對每個水平像素的垂直平均數據點（例如，如果區域是20像素高乘200像素寬，則對于每個水平位置，對應的垂直像素值將被平均并將導致200個數據點的輸出）。然后將所產生的數據繪制在圖表中，以示出在采樣區內的灰度值中是否有任何顯而易見的移位。密度測量結果在表1中提供。發明的示例的結果由頂線提供，而比較性示例的結果提供在下線中，其指示當測量設備橫過安全器件的相對側時在纖維密度測量中大幅下降。較低的值表示高背面透印。如可以看出的，利用發明的方法（<90%的水和/或水分），跨纖維片材的密度值保持相對恒定，而對于比較性示例（>98%的水和/或水分），密度值遭受值中的經確認并大幅的減小。比較性示例（>98%的水）的平均跨線灰度密度為214；而對于發明的示例（<90%的水）的均值跨線灰度密度為226。

纖維片材（80）的橫向（cd）拉伸強度也使用型號5965的instron^?張力測試儀來測量。在這里重復了與以上相同的過程。結果表明，cd拉伸強度優于在比較性示例1中展現的cd拉伸強度。將比較性示例的結果描繪為表2中的第一條（>98%的水），而發明的示例的結果（<90%的水）被描繪為表2中的第二條。

跨線灰度密度測量

表1

cd拉伸強度的平均增加為25%

表2。

比較性示例2：當纖維幅未充分固結時的表面施加的安全器件的三周期耐久性測試。

在第二比較性示例中，根據常規濕階段過程制造纖維片材（90），其中安全器件在造紙過程期間當纖維幅的水分含量大于98%時被引入纖維幅。作為纖維移位的結果，鉸接區和子區域中的纖維在安全器件（91）的引入期間被移位，從而導致安全器件（91）與那些區中的纖維片材（90）的纖維基底（98）的減小的相互作用。在通過流通模擬測試的三個周期之后，根據該過程形成的纖維片材（90）在圖9a中被描繪。作為這三個周期的結果，纖維片材（90）展現出差的耐久性，至少如通過片材中沿界面邊緣（97a）的撕裂的發展所限定的。纖維片材（90）沿界面邊緣（97a）被撕裂成兩片。

此外，表面施加的安全器件（91）展現了背面透印。一組五（5）個人（p1、p2、p3、p4、p5）被要求從1到5對背面透印的程度評級，其中5具有最高的透印，并且1具有最低的透印。小組成員p1和p5將背面透印評級為5；小組成員p2、p3和p4將背面透印評級為4。圖9b描繪了示出撕裂和背面透印的纖維片材（90）。這將需要某種背面偽裝涂層來解決這個問題。

發明的示例2：當纖維幅充分固結時的表面施加的安全器件的三周期耐久性測試。

在第二發明的實例中，根據本文中公開的本發明制造纖維片材（100），其中安全器件（101）在造紙過程期間當纖維幅的水分含量小于98%時被引入纖維幅。作為從鉸接區的降低的纖維移位以及子區域中的增加的纖維固結的結果，相對于比較性示例1中的結果，存在安全器件與纖維片材（100）的基底（108）的充分相互作用。在通過流通模擬測試的三個周期之后，根據該過程形成的纖維片材（100）在圖10a中被描繪。顯然，纖維片材（100）相對于比較性示例2中產生的纖維片材具有改進的耐久性。這里，纖維片材（100）示出很少到沒有的沿著纖維片材（100）的基底（108）和安全器件（101）的界面邊緣（107a）的鉸接效應或損害。纖維片材（100）保持完整，這展現出改進的耐久性。

此外，與比較性示例2相比，表面施加的安全器件（101）展現出更少的背面透印。一組五（5）個人（p1、p2、p3、p4、p5）被要求從1到5對背面透印的程度評級，其中5具有最高的透印，而1具有最低的透印。小組成員p1將背面透印評級為2；小組成員p2、p4和p5將背面透印評級為1；并且小組成員p3將背面透印評級為3。圖10b描繪了示出改進的背面透印的纖維片材。

雖然上文已經描述了本發明的各種實施例，但是應該理解，它們僅僅通過示例而非限制的方式呈現。因此，本發明的廣度和范圍不應該受任何示例性實施例限制。