制造皮帶的方法,以及用于制造膨松的面巾紙及紙巾、非織造物及非織造織物的皮帶的制作方法

專利名稱：制造皮帶的方法,以及用于制造膨松的面巾紙及紙巾、非織造物及非織造織物的皮帶的制作方法
技術領域：
本發明涉及造紙技術，具體地說涉及面巾紙及紙巾的制造，它們可統稱為膨松薄紙。本發明還涉及通過例如水刺法、熔噴法、紡粘法及氣流成網法(air-laid)制造非織造物及非織造織物。具體地說，本發明涉及一種具有功能性聚合樹脂材料的皮帶，該功能性聚合樹脂材料沉積于皮帶基材結構上的精確預選區域內，以填充那些區域，以及當需要時，在皮帶基材結構上形成所需厚度的層。這種類型的皮帶用于制造膨松的面巾紙及紙巾，以及制造非織造物及非織造織物。
背景技術：
在現代化工業社會中，一次性的軟質吸水紙制品，例如面巾紙、浴紙及紙巾是當代生活的普遍用品。雖然有許多制造這種制品的方法，但一般而言，其制造始于在造紙機成形部內形成胚料紙幅。然后通過氣流將胚料紙幅傳送到空氣穿透干燥織物上，該氣流由真空或抽氣產生，氣流使紙幅彎曲，并且促使其至少部分地貼合TAD織物的表面形態。從傳送位置的下游開始，由TAD織物運送的紙幅通過空氣穿透干燥烘缸，在該處，加熱氣流直接吹向紙幅并通過TAD織物，將紙幅干燥至所需程度。最后，在空氣穿透干燥烘缸的下游處，紙幅可粘附在揚克式烘缸(Yankee Dryer)的表面上，使紙幅進一步完全干燥，并且由TAD織物的表面在紙幅上留下印記。完全干燥的紙幅隨后用刮刀從揚克式烘缸的表面移除，使紙幅縮短或起皺并且增加其松厚度。縮短的紙幅隨后卷繞到輥筒上供后續加工，包括將紙幅包裝成適合裝運及顧客購買的形式。
如上所述，有許多可用來制造膨松面巾紙制品的方法，應該理解的是，上述說明是對部分方法所通用的一般步驟的概述。例如，在特定情況下，并不需要縮短或已采用其他方式，例如“濕法起皺”來皺縮紙幅時，并非總是需要使用揚克式烘缸。
本申請至少部分涉及用于膨松面巾紙機的空氣穿透干燥烘缸的TAD織物。以往，TAD織物由單絲紗織成，其組織圖案形成具有結節的紙幅支撐表面，結節相對高于表面上的其他區域，并且有較長的浮紗。當胚料紙幅從成形織物傳送至這種TAD織物的紙幅接觸表面時，至少部分胚料紙幅會呈現該表面的表面形態。結果，胚料紙幅在各結節之間彎曲的部分變得比位于結節之上的部分更為稀疏，最終賦予膨松面巾紙制品柔軟性及吸收能力。隨后，當壓力從TAD織物傳送至揚克式烘缸表面時，TAD織物的紙幅接觸表面上的結節在位于其上的紙幅部分上留下印記并且使這部分的密度增加。這種密實化又會在整體上增強膨松面巾紙制品。密實化通常由下述方法來增強磨光或砂磨TAD織物的紙幅接觸表面，以形成具有平坦表面的結節，從而增加紙幅與揚克式烘缸之間的接觸面積，并增大結節印痕，以進一步增強膨松面巾紙制品及使其干燥得更完全。
由于消費者喜歡更柔軟、更具吸水性及更堅韌的膨松紙巾，使得開發初期集中在用于制造TAD織物的組織圖案上。例如，已到期的Trokhan的美國專利4,191,609及4,239,065，該專利轉讓給俄亥俄州辛辛那提市的Procter&Gamble Company，示出用具有非依數性的連續經緯紗序列的組織圖案所織成的TAD織物。所披露的組織圖案使TAD織物主體的紙幅支撐表面具有許多柳條籃子狀的凹穴，該凹穴以雙向交錯的陣列排布，各凹穴以織物頂平面上的結節為界。TAD織物能制造膨松面巾紙制品，該制品具有間隙較密的、未壓縮的枕頭狀區域的圖案化陣列，各區域以樁狀廓形為界，包括密集纖維及相對較不密集纖維交替間設的區域，并由頂面平面上的結節所形成。
在二十世紀八十年代，開發出另一種制造具有等同于柳條籃子狀凹穴結構的TAD織物的方法。有關該方法的最早的美國專利文件包括Procter&Gamble公司的美國專利4,528,239；4,529,480以及Trokhan的美國專利4,637,859，其示出包含多孔織造元件的TAD帶，多孔織造元件即在預定區域具有聚合樹脂材料涂層的織造底布。更具體地說，聚合樹脂材料向TAD皮帶提供肉眼可見的單面圖案化的連續網絡表面，這種表面能在TAD帶中形成許多獨立離散的彎曲管道或孔洞，而非柳條籃狀凹穴。為了制造TAD皮帶，需要在多孔織造元件的整個頂面上，用液態感光樹脂涂覆至受控的厚度，并使掩模或底片與液態感光樹脂的表面接觸，該掩模或底片具有形成所需圖案的不透光及透光區，然后該樹脂接受透過掩模的光化輻射。輻射通常是光譜的紫外(UV)部分，使樹脂透過掩模曝光的部分固化，但掩模所遮蔽的部分不會固化。然后，洗掉未固化的樹脂，從而在多孔織造元件上留下由固化樹脂所形成的具有所需圖案的涂層。
披露此方法的原創美國專利是Procter&Gamble公司Johnson等人的美國專利4,514,345。除了披露前段所述的TAD帶的制造方法之外，該專利還示出了這樣一種皮帶，其中聚合樹脂材料在其表面上形成多個離散的凸體。換句話說，該圖案為具有孔洞的連續網絡的反轉圖案。取而代之地，該圖案是聚合樹脂材料在開放的多孔織造元件中所封閉或阻塞的離散區域。這種類型的皮帶可用于膨松面巾紙機的成形部，以形成胚料紙幅，胚料紙幅在相對較高基本重量的連續背景中具有相對較低基本重量的離散區域，例如Procter&Gamble公司VanPhan等人的美國專利5,277,761所示。這種類型的皮帶也可用于通過例如水刺法、熔噴法、紡粘法及氣流成網法的方法制造具有離散區域的非織造物及非織造織物，離散區域中的纖維密度低于相鄰區域。在Kimberly-Clark的美國專利6,080,691及6,120,642中，也披露了一種用于制造軟性膨松紙幅的造紙織物，其中紙幅接觸表面為三維多孔的無紡材料。這種材料可為纖維墊或纖維網、擠出的網絡狀物或發泡物的形式。多孔性無紡材料的固接可通過層合、擠壓、粘接、熔接、纏結、焊接、針縫、嵌套或層接完成。
除了多孔織造元件上離散(不連續)及連續的聚合樹脂材料網絡外，Johnson等人的美國專利4,514,345中所披露的方法，也可用于制造具有半連續的聚合樹脂材料網絡的皮帶。例如，例如Procter&Gamble公司Ayers等人的美國專利5,714,041披露了一種可用來作為TAD織物的帶，這種帶具有排列成半連續性圖案的凸體結構，從而形成彎曲通道的半連續性圖案。“半連續”是指各凸體以近乎直線的方式延伸基本遍及皮帶，并且各凸體與鄰近的凸體間留有間隔。這樣，該凸體可形成互相平行且等距分開的線，通常為直線，或者可形成互相平行且等距分開的鋸齒狀。
在某些膨松面巾紙的制造中，使用了這樣的壓榨織物在其紙幅接觸表面上具有連續的、半連續的或離散的聚合樹脂材料網絡。“壓榨織物”是指通常用于造紙機壓榨部的織物，該織物包括底布或其他支撐結構，并且在其至少一側上附有一層或多層短纖維材料。例如，Procter&Gamble公司Trokhan等人的美國專利5,556,509示出了一種“壓榨織物”，在其紙幅接觸表面上具有連續的及離散的聚合材料網絡，用于制造膨松面巾紙制品。
美國專利4,514,345所披露的方法，以及后續Procter&Gamble的美國專利所披露對其進行改良的方法，都相當復雜及費時。在相關產業中長久以來一直在追求一種更直接的方法，以提供成形、壓榨或TAD織物，或用于以例如水刺法、熔噴法、紡粘法及氣流成網法制造非織造物和非織造織物的織物，這些織物具有呈連續、半連續或離散網絡的聚合樹脂材料涂層。本發明可滿足這種長久企盼的需求。

發明內容
因此，本發明提供了一種制造皮帶的方法以及一種用于制造膨松的面巾紙及紙巾、制造非織造物及非織造織物的皮帶。本發明包括提供皮帶基材的第一步驟。
聚合樹脂材料隨后以精確的預定圖案沉積在基材上，預定圖案通過皮帶賦予所制造的產品。聚合樹脂材料滲入基材，并且當需要時，在基材上形成所需厚度層。聚合樹脂材料以具有平均直徑為10μ(10微米)或更大的液滴進行沉積，以及隨后通過適當的方式定形或固定。隨后，聚合樹脂材料的涂層可選擇地進行研磨，以向其提供均勻厚度及平滑、肉眼可見的單面表面。
現將參照以下附圖對本發明進行更完整詳細的說明。


圖1為依照本發明的方法用于制造造紙皮帶的裝置的示意圖；圖2為成品皮帶離開圖1裝置時所呈現的平面圖；圖3為如圖2所取的剖面圖；圖4為本發明皮帶第二實施例的平面圖；圖5為本發明皮帶第三實施例的平面圖；圖6為對圖2所示皮帶進行變化的實例的平面圖，其具有附加圖案，疊設在離散的通道圖案上；以及圖7為沉積材料的各種代表性形狀的立體圖。
具體實施例方式
依照本發明制造皮帶的方法始于提供基材結構或基材。通常，基材為由單絲紗線織成的織物。然而，更廣泛地說，基材可為機織物、非織造織物或針織物，其由任意一種用于制造紙機織物的紗線構成，或用于制造非織造物及非織造織物的皮帶的紗線構成，例如單絲紗線、捻合單絲紗線、復絲紗線及捻合復絲紗線。這些線紗可為金屬紗線或可由本技術領域中的普通技術人員為此目的而使用的聚合樹脂中的任意一種及/或其任意組合物擠出而成。因此，可使用下列樹脂族中的材料聚酰胺、聚酯、聚氨酯、芳香族聚酰胺、聚烯烴及其他樹脂。也可使用其他適合于此目的的材料。
或者，基材可由網眼織物構成，例如在共同轉讓的Johnson的美國專利4,427,734中所示，其所教導的內容以引用方式并入本文。基材還可為許多美國專利中示出的各種螺旋鏈結的皮帶，例如Gauthier的美國專利4,567,077，其所教導的內容以引用方式并入本文。
此外，基材還可根據共同轉讓給Rexfelt等人的美國專利5,360,656所示的方法，通過螺旋纏繞織造、非織造、針織或網眼織物的帶來制成，該專利所教導的內容以引用方式并入本文。因此，基材可由螺旋纏繞帶構成，其中各螺旋捻圈都通過連續接縫與下一個捻圈連接，使得該基材沿縱長方向形成環狀形式。
上述內容不應視為基材的唯一可能形式。任何在紙機織物及相關技術領域中的普通技術人員所使用的各種基材都可替代其而使用。
一旦提供基材，可通過本領域中的普通技術人員所熟知的方法，可選地將一層或多層短纖維毛層附于基材的單面或雙面上。也許最為人熟知且最通用的方法為針刺法，其中毛層中的個別短纖維通過多個往復的刺針驅入基材結構中。或者，短纖維也可通過水刺法附于基材上，此方法中細的高壓水柱執行與上述往復刺針同樣的功能。應了解的是，通過任一種上述方法或其他本領域技術人員所公知的方法，將短纖毛層附于基材上之后，其結構會類似于壓榨織物，即一般在造紙機的壓榨部用來將濕紙幅脫水的各種壓榨織物。
又或者，基材可為例如氣流或水流不能滲透的結構，其具有聚合樹脂材料涂層，聚合樹脂材料至少部分滲入結構中，并且在基材兩面中的一面上可形成所需厚度層。不能滲透的基材可用于本發明，以制造美國專利6,340,413所示的多種壓花皮帶，該專利所教導的內容以引用方式并入本文。其所披露的壓花皮帶基本上為不能滲透的，并且包括背層及紙幅接觸層，紙幅接觸層具有大量均勻分布的凹痕以及位于其間的表面部分，用于在通過造紙機壓榨部的纖維紙幅上形成相應的凸紋圖案。壓花帶還將已壓花的纖維紙幅移送至造紙機的干燥部。
此外，無論是否可滲透，這種類型的結構都具有隨機的表面形態。此表面形態可在結構內重復，或顯然可知，也會在后續結構物中重復，制造這種后續結構物以用于相同的造紙機、面巾紙機或非織造物生產機器。這種類型的織物在美國專利6,080,691及6,120,642中進行了教導，其所披露的內容以引用方式并入本文。
依據本發明制造的皮帶可用于造紙機的成形部、壓榨部或空氣穿透干燥部，特別可用于制造面巾紙或紙巾產品的機器，或可用于制造非織造物及非織造織物的機器，制造非織造物及非織造織物的方法例如水刺法、熔噴法、紡粘法及氣流成網法。具有針刺毛層基材的皮帶最適合用于壓榨部，而沒有短纖維毛層的皮帶可用于任何上述部段或機器上。在某些情況下，需要在施加樹脂后，向該結構中施加初始層或附加毛層。在此情況下，具有圖案的樹脂可貼在毛層纖維層之下。
不論是否附加有短纖維毛層材料，一旦提供基材后，就將其安裝在圖1示意性示出的裝置10上。應該理解的是，在基材安裝于造紙機時，可為環形的或縫合成環形的形式。同樣，圖1所示的基材12應該理解為基材12整個長度的相對較短部分。在基材12為環形的情況下，則最實用的方法是將其繞裝在一對輥上，輥雖未示于圖中，但為紙機織物技術領域的技術人員所熟知。在這種情況下，裝置10設在基材12的兩個走向中的其中一個上，最方便的是頂部走向上，基材位于兩個輥之間。然而，無論是否為環形，基材12優選在該過程中置于適當的張力水平之下。此外，為了避免松垂，基材12在穿過裝置10時，可用水平支撐件從底下對其進行支撐。
現更具體地參照圖1，其中在實施本發明的方法時，基材12示為以向上的方向穿過裝置10，裝置10包括一連串的多個站，基材12可逐步通過各站而制成帶。
在第一站，即聚合物沉積站14中，壓電噴頭陣列16安裝在橫軌18、20上，并且可在其上沿橫交于基材12穿過裝置10的方向移動，也可在平行于基材12的運動方向在橫軌之間移動，可利用該陣列以重復步驟沉積，以在基材12上以預定圖案累積所需的樹脂材料量。
或者，如下所述，實施本發明所需的其他沉積小液滴的裝置也為本領域的技術人員所公知，或在將來開發出并可用于實施本發明。另外，材料的沉積不必僅橫交于基材的運動方向，還可平行于此移動方向、螺旋于此其運動方向，或以任何適合此目的的其他方式來實施。
聚合樹脂材料滲入基材，以及當需要時，以預定圖案在基材上形成所需厚度層。該圖案可為連續網絡，連續網絡基本遍及基材12表面的兩個維度延伸，并形成離散開放區域的陣列，該陣列為對應的離散孔或通道陣列的最終位置，孔或通道供流體穿過皮帶，皮帶由基材12制成，或者該陣列會形成在基材12制成的皮帶的表面上。某些應用還期望皮帶不具有滲透性。在此情況下，該基材可為樹脂浸漬過的支撐基材，并且不具備任何流體滲透性，或該基材可為擠出的聚合物膜，或甚至為金屬帶。離散開放區域可形成常見物體的輪廓或其他代表物，例如云、花、天鵝或樹葉，或公司或企業的標志，其以所需陣列呈現在該皮帶所制造的制品上。此外，該輪廓陣列可疊加在較小的離散孔洞的背景陣列上。
或者，聚合樹脂材料可以以半連續網絡進行沉積，例如，半連續圖案大致呈線性方式延伸基本遍及基材12，因而形成通常互相平行且等距分開的線。線可為直線、曲線或鋸齒形。一般來說，半連續網絡由直線或曲線構成，或同時具有直線與曲線部分，其彼此間隔分開且不交叉。
又或者，聚合樹脂材料可以以離散位置陣列進行沉積。應該理解的是，聚合樹脂材料可以以形成常見物體的輪廓或其他代表物的方式進行沉積，常見代表物例如云、花、天鵝或樹葉，或公司或企業的標志，其以所需陣列呈現在該皮帶所制造的制品上。此外，造型陣列可疊加在較小的離散位置的背景陣列上，較小離散位置上沉積有聚合樹脂材料。
在各種情況下，聚合樹脂材料滲入并阻塞貫穿基材12的通道，以及當需要時，在基材12表面上的其沉積位置處突起至預定高度。同樣，聚合樹脂材料最終可完全存在于基材12表面內，甚至滲入基材12的表面，或在基材12表面之上。
壓電噴頭陣列16至少包括一個單獨的由計算機控制的壓電噴頭，但優選包括多個，各壓電噴頭像泵一樣運行，其動作構件為壓電元件。如果技術允許，實施時可使用多達256個或更多的壓電噴頭陣列。動作構件為晶體或陶瓷，通過施加電信號使之物理變形。這種變形能使晶體或陶瓷像泵一樣運行，每次接收到適當的電信號時，就會物理地噴出一滴液體材料。這樣，使用壓電噴頭響應電腦控制的電信號來重復地供應所需材料液滴，從而以所需形狀累積所需量材料的方法，通常稱為“按需噴滴”法。
噴頭沉積材料的精確度將取決于所要形成的結構的尺寸和形狀。所使用的噴頭的類型及所施加材料的粘度，也將影響所選噴頭的精確度。
再參照圖1，當基材12靜止時，壓電噴頭陣列16從基材12的邊緣開始，或優選從在基材上縱向延伸于其中的基準線開始，貫穿基材12進行縱向及橫向移動，以極小液滴形式沉積聚合樹脂材料形成上述圖案，液滴的額定直徑為10μ(10微米)或更大，如50μ(50微米)或100μ(100微米)。壓電噴頭陣列16相對于基材12縱向及橫向的移動，以及來自于陣列16中各壓電噴頭的聚合樹脂材料液滴的沉積都以受控方式由計算機控制，從而在基材12內且需要時也可在基材12上，以長、寬和深或高(x、y、z維度或方向)的三個平面內受控的形狀制成聚合樹脂材料的預定圖案。在基材12之上可使壓電噴頭陣列16通過一次或多次，以沉積所需材料量并制造出所需形狀。在此情況下，沉積物可采用如圖7概括示出的任何一種形狀。該形狀可為方形、圓錐形、矩形、橢圓形或梯形等具有較粗的底部而向上逐漸變細的形狀。根據所選擇的設計，當噴頭重復通過沉積區域時，所沉積的材料量可以遞減的方式層疊。
在本發明中，壓電噴頭陣列用于在基材12表面所選擇區域之上或其中沉積聚合樹脂材料，聚合樹脂材料的選擇受下述需求所限制在輸出時，即聚合樹脂材料在壓電噴頭的噴嘴內準備沉積時，其粘度應為100cps(100厘泊)或更小，從而使各噴頭能以固定的液滴輸出速度來提供聚合樹脂材料。考慮這一點，對于延遲形成在基材12上的液滴的尺寸及形狀，以及對于達到最終圖案分辨率的時間來說，聚合樹脂材料在輸送點的粘度以及噴頭的尺寸都很重要。限制聚合樹脂材料的選擇的另一個要求為在其作為液滴從壓電噴頭落向基材12時或在其落在基材12上之后，必須部分定形，以防止聚合樹脂材料流動，并且保持對聚合樹脂材料的控制，以確保其沉積成所需圖案。滿足這些要求的適用聚合樹脂材料為1.熱熔性材料及濕氣固化的熱熔性材料；2.基于聚氨酯及環氧樹脂的兩組分反應體系；3.由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反應性丙烯酸酯單體和丙烯酸酯低聚物組成的感光聚合物組合物；以及4.包括丙烯酸樹脂與聚氨酯的水性膠乳和水性分散物以及微粒填充混合物。
如上所述，只要輸送時聚合樹脂材料的粘度小于100cps(100厘泊)，壓電噴頭陣列16就能以極小的液滴形式來供應該聚合樹脂材料，該液滴的平均直徑為10μ(10微米)或更大。此外，壓電噴頭陣列16可以以高精確度的一次一層的方式沉積聚合樹脂材料，因此不必研磨由該樹脂材料在基材12上這樣形成的涂層表面，就能達到均勻的厚度，并使本領域中的普通技術人員能夠控制涂層的z-方向幾何形狀。也就是說，壓電噴頭陣列16能精確沉積聚合樹脂材料，使表面不必研磨就成為單平面，或者作為另一種替代方案，使該表面具有某種預定的三維結構。
換句話說，通過以重復圖案沉積液滴，即通過在一個液滴的上面疊層另一滴，就可控制基材12上的聚合樹脂材料的高度或z-方向，并且該高度或z-方向可為均勻的、變化的或其他依需要調整的。此外，在壓電噴頭陣列中某些單獨的壓電噴頭可用于沉積一種聚合樹脂材料，而另一些可用于沉積不同的聚合樹脂材料，以制造具有一種以上聚合樹脂材料的微區表面。也可理解，向基材12上施加所需聚合樹脂材料，需要噴頭陣列16通過一次或多次。
此外，在本發明可替代的實施例中，壓電噴頭陣列16可包括一個或多個大量噴頭(bulk jet)，其向基材12上沉積聚合樹脂材料的速率大于由壓電噴頭沉積的速率。選擇由大量噴頭沉積的聚合樹脂材料不受由壓電噴頭沉積的聚合樹脂材料粘度要求的限制。同樣，可使用大量噴頭沉積廣泛多樣的聚合樹脂材料，例如聚氨酯及感光樹脂。實際上，大量噴頭用于以較粗的分辨率向基材12上沉積“大量”聚合樹脂材料，而壓電噴頭則用于以更高的分辨率精制在基材12上由聚合樹脂材料制得的圖案的細節。大量噴頭可在使用壓電噴頭之前或與之同時使用。如此，向基材12提供聚合樹脂材料圖案的全過程能夠進行得更快且更有效率。
應該理解的是，聚合樹脂材料在基材12上沉積之后，需要固定在基材12上或其內。定形或固定聚合樹脂材料的方法取決于其本身的物理及/或化學要求。感光聚合物使用光進行固化，而熱熔性材料則通過冷卻進行定形。水性膠乳及分散物干燥之后再加熱固化，而反應性體系則通過加熱進行固化。因此，聚合樹脂材料可通過固化、冷卻、干燥或其任意結合的方式進行定形。
為了控制聚合樹脂材料在基材12內的滲入及擴散，即，將該材料控制并限制于基材12的所需范圍內，必須將其適當固定。這種控制對防止基材12表平面之下的滲漬及擴散極為重要的。例如，這種控制可通過將基材12保持在一定溫度而實現，這種溫度會使功能性樹脂材料在接觸時快速定形。該控制也可通過在具有一定開孔度的基材上使用具有已知或明確的固化或反應時間的材料而實施，使得聚合樹脂材料來不及擴散超過基材12所需體積就已經定形。
當已經在橫軌18、20之間的區帶中，橫貫基材12完成該圖案時，基材12則縱向前進與該區帶等寬的量，并重復上述過程，從而在與之前已完成的區帶相鄰的新區帶上制成預定圖案。以此重復的方式，可向整個基材12提供預定圖案。要注意的是，該圖案可為隨機的圖案，在基材上重復的隨機圖案，或帶與帶之間重復的圖案，以控制品質。
或者，壓電噴頭陣列16仍從基材12邊緣開始，或優選從在基材上縱向延伸于其中的基準線開始，并相對于橫軌18、20保持在固定位置，而基材12則在該陣列之下移動，從而在環繞基材12的縱向條帶中將聚合樹脂材料沉積成所需圖案。當完成該縱向條帶后，壓電噴頭陣列16在橫軌18、20上橫向移動與該縱向條帶等寬的量，并重復上述過程，從而在與之前已完成的條帶相鄰的新的縱向條帶中制成該預定圖案。以此重復的方式，可向整個基材12提供預定圖案。
所述表面通常為與將要制成的紙張、面巾紙、面巾或非織造織物接觸的表面。可以想見某些產品/加工過程需要這種樹脂主要位于非產品接觸面。在這種情況下，當皮帶與所制產品接觸時所產生的液體流量或機械壓力的波動，仍將造成局部密度差異或結構差異。
在橫軌18、20的一端，使用噴頭檢測站22測試各噴頭噴出的聚合樹脂材料流量。在此，噴頭可進行清洗或清潔，從而使任何有故障的噴頭單元自動恢復操作。
在第二站，成像/修補站24中，橫軌26、28支撐數碼成像相機30和修補噴頭陣列32，相機30可橫貫基材12的寬度移動，修補噴頭陣列32可橫貫基材12的寬度移動并可在兩根橫軌26、28之間縱向移動，而基材12保持不動。
數碼相機30檢查所沉積的聚合樹脂材料，以找到這樣在基材12上制得的半連續或連續圖案中的任何故障或遺漏的離散元件，或者類似的不規則處。與數碼相機30配合操作的圖案快速識別(FPR)處理器對實際圖案和所需圖案進行對比。FPR處理器將信號傳給修補噴頭陣列32，將添加的聚合樹脂材料沉積在檢出有故障或遺漏的元件上。如前所述，在橫軌26、28的一端也設有修補噴頭檢查站34，以檢測由各修補噴頭噴出的材料流量。在該處凈化和清潔噴頭，從而使任何有故障的修補噴頭單元自動恢復操作。
在第三站，選擇性的定形站36中，橫軌38、40支撐定形裝置42，該裝置在使所用的聚合樹脂材料定形時會需要。定形裝置42可為熱源，例如，紅外線、熱空氣、微波或激光源；冷空氣；或紫外光或可見光源，其選擇受限于所使用聚合樹脂材料的要求。
最后，第四站即最后一站為選擇性的研磨站44，在此采用適當的研磨，以使基材12表面上的任何聚合樹脂材料具有均勻厚度及平滑的、肉眼可見的單面表面。可選的研磨站44包括具有研磨表面的輥以及設在基材12的另一面上的另一個輥或支撐表面，以確保研磨可形成均勻厚度及平滑的、肉眼可見的單面表面。
現參照圖2的實例，其為成品皮帶50在離開裝置10的選擇性定形站36及選擇性研磨站44時所呈現的平面圖。除了預定圖案中的多個離散孔洞54外，皮帶50具有聚合樹脂材料52的涂層。滲透性基材12由機器方向(MD)紗線系統56與橫機器方向(CD)紗線系統58交織而成，從各離散孔洞54可看見部分滲透性基材12。
圖3為圖2所示的成品皮帶50的剖面圖。在這個實施例中，除了由離散通道64代表的區域外，聚合樹脂材料52在基材12上都形成所需厚度層。
皮帶的其他實施例示于圖4及圖5中。圖4為皮帶60的平面圖，其基材12在預定陣列中具有多個聚合樹脂材料的離散區域62。這種皮帶60可用于造紙機成形部。
圖5為皮帶70的平面圖，在其表面上具有聚合樹脂材料的半連續網絡。半連續網絡以近乎直線的方式延伸基本遍及皮帶70。各半連續網絡部分72以基本直線的方式延伸，并平行于組成網絡的其它部分，直線可曲折至一定程度。各部分72都具有聚合樹脂材料。
圖6為對圖2所示實例進行變化的皮帶80的平面圖，其具有在離散通道82的圖案上疊加的附加圖案84。附加圖案84可以以所需陣列在皮帶80上重復，所述圖案為標志，也可以是常見物體。在各通道82中以及在附加圖案84中，能看見可滲透基材12的部分。
在本發明的可替代實施例中，聚合物沉積站14、成像/修補站24及定形站36，也可調整為以螺旋技術由基材12制成帶，而非如前文所述的沿CD方向進行。在螺旋技術中，聚合物沉積站14、成像/修補站24及定形站36從基材12的一個邊緣開始，例如，圖1的左側邊緣，并在基材12沿圖1所示方向移動時，逐漸地橫越基材12進行移動。將各站14、24、36及基材12的移動速率設成使成品帶上的所需圖案以連續方式在基材12上螺旋。在此可替代的方案中，當各螺圈通過定形裝置42底下時，聚合物沉積站14及成像/修補站24所沉積的聚合樹脂材料可部分定形或固定，并在基材12全部通過裝置10處理后，完全定形。
或者，當壓電噴頭陣列16以所需圖案在環繞基材12的縱向條帶中沉積聚合樹脂材料時，成像/修補站24及定形站36也可保持在與壓電噴頭陣列16對齊的固定位置上，而基材12在它們之下移動，使得成品皮帶上的所需圖案施加到環繞基材12的縱向條帶上。當形成縱向條帶時，壓電噴頭陣列16、成像/修補站24定形站36橫向移動與縱向條帶等寬的量，并在與之前已完成的縱向條帶鄰近的新縱向條帶內重復該過程。以此重復方式，可完全涂覆整個基材12。
此外，在加工材料時，整個裝置可保持在固定位置。應該理解的是，該材料并不需要是全寬度的皮帶，也可為例如在Rexfelt的美國專利5,360,656中所披露的材料帶，然后再制成全寬度的皮帶，該專利所披露內容在此以引用方式并入本文。在完全加工后，帶可為未纏繞的，并將其卷在一組輥上。可收存這些成卷的制帶材料，然后可采用例如剛剛提到的上述美國專利中的教導內容，來制成環狀的全寬度結構物。
雖然本發明根據其特定的實施例加以描述，但是對于本領域技術人員來說，可以容易地對上述實施方案進行多種修改和改進，或應用于其他領域，而不偏離本發明的目的、精神和范圍。所有這些改動均在本發明權利要求范圍內。具體地說，當上述披露的壓電噴頭在基材上以預選區域沉積聚合樹脂材料時，其他在所需尺寸范圍內沉積液滴的方式，可為本領域的技術人員所公知，或在將來開發出并可用于本發明。例如，在需要較大尺度圖案以使最后元件形如圓形半球體的制造過程中，較大型，甚至單獨的樹脂沉積噴嘴，也可用來構成整個噴頭陣列。使用這種裝置也在本發明的權利要求范圍內。
權利要求書(按照條約第19條的修改)49.根據權利要求28所述的皮帶，其中所述基材由紗線構成，紗線選自包括單絲、捻合單絲、復絲以及捻合復絲的組。
50.根據權利要求49所述的皮帶，其中所述紗線由金屬、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、芳香族聚酰胺或聚烯烴構成。
權利要求
1.一種制造皮帶的方法，該皮帶用于制造膨松的面巾紙及紙巾、以及制造非織造物及非織造織物，所述方法包括以下步驟a)提供所述皮帶的基材；b)以受控方式將聚合樹脂材料沉積到所述基材上，以控制沉積的所述材料的x、y、z尺寸，所述材料以液滴沉積，以制成預定圖案；以及c)至少部分定形所述聚合樹脂材料。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直徑。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟b)及c)在橫向延伸貫穿所述基材的連續區帶上依次進行。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟b)及c)在縱向延伸環繞所述基材的連續帶上依次進行。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟b)及c)螺旋環繞所述基材進行。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述預定圖案包括多個以預定陣列形成的離散區域。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述預定圖案包括連續網絡，所述連續網絡以預定陣列形成多個離散的開放區域。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述預定圖案包括基本遍布所述基材延伸的半連續網絡。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述聚合樹脂材料滲入所述基材。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述聚合樹脂材料在所述基材上形成所需厚度的相同或隨機的圖案層。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述聚合樹脂材料通過壓電噴頭裝置進行沉積。
12.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述聚合樹脂材料通過壓電噴頭陣列進行沉積，該壓電噴頭陣列包括多個單獨的由計算機控制的壓電噴頭。
13.根據權利要求1所述的方法，在所述步驟b)與c)之間還包括以下步驟i)檢測所述聚合樹脂材料的實際圖案，以測量所述實際圖案與所述預定圖案的一致性，以測量所述實際圖案與所述預定圖案的一致性；以及ii)修補所述聚合樹脂材料的所述實際圖案，以消除其與所述預定圖案的偏差。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述檢測步驟由與數碼成像相機配合操作的圖案快速識別(FPR)處理器進行。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述修補步驟通過連接于所述FPR處理器的修補噴頭陣列進行。
16.根據權利要求1所述的方法，其中所述聚合樹脂材料選自由以下材料組成的組1.熱熔性材料及濕氣固化的熱熔性材料；2.基于聚氨酯及環氧樹脂的兩組分反應體系；3.由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反應性丙烯酸酯單體及丙烯酸酯低聚物組成的感光聚合物組合物；以及4.包括丙烯酸樹脂與聚氨酯的水性膠乳和水性分散物以及微粒填充混合物。
17.根據權利要求1所述的方法，其中所述固化步驟通過將所述聚合樹脂材料暴露于熱源而進行。
18.根據權利要求1所述的方法，其中所述固化步驟通過將所述聚合樹脂材料暴露于冷空氣而進行。
19.根據權利要求1所述的方法，其中所述固化步驟通過將所述聚合樹脂材料暴露于光化輻射而進行。
20.根據權利要求1所述的方法，其中沉積第一聚合樹脂材料，以及沉積與所述第一聚合樹脂材料不同的第二聚合樹脂材料。
21.根據權利要求10所述的方法，其中所述聚合樹脂材料以具有單面表面的均勻厚度層進行沉積。
22.根據權利要求10所述的方法，其中所述聚合樹脂材料以具有三維結構表面的非均勻厚度層進行沉積。
23.根據權利要求1所述的方法，還包括用大量噴頭以所述預定圖案將聚合樹脂材料沉積至所述基材上的步驟，以加速所述皮帶的制造。
24.根據權利要求23所述的方法，其中所述沉積步驟在所述步驟b)之前進行。
25.根據權利要求23所述的方法，其中所述沉積步驟與所述步驟b)同時進行。
26.根據權利要求1所述的方法，還包括對沉積在所述基材上的所述聚合樹脂材料進行研磨的步驟，以向所述聚合樹脂材料提供均勻厚度及平滑的、肉眼可見的單面表面。
27.根據權利要求1所述的方法，該方法包括提供基材的步驟，所述基材取自基本由機織物、非織造物、螺旋形成物、螺旋鏈結物、針織物、網眼織物或材料帶組成的組，所述的材料帶最終纏繞形成寬度大于所述帶寬的皮帶。
28.一種用于制造膨松的面巾紙及紙巾、以及制造非織造物及非織造織物的皮帶，所述皮帶以包括以下步驟的方式制得a)提供所述皮帶的基材；b)以受控方式將聚合樹脂材料沉積到所述基材上，以控制沉積的所述材料的x、y、z尺寸，所述材料以液滴沉積，以制成預定圖案；以及；c)至少部分定形所述聚合樹脂材料。
29.根據權利要求28所述的皮帶，其中所述液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直徑。
30.根據權利要求29所述的皮帶，其中，所述步驟b)及c)在縱向延伸環繞所述基材的連續帶上依次進行。
31.根據權利要求28所述的皮帶，其中，所述步驟b)及c)在縱向延伸環繞所述基材的連續帶上依次進行。
32.根據權利要求28所述的皮帶，其中，所述步驟b)及c)螺旋環繞所述基材進行。
33.根據權利要求28所述的皮帶，其中，在所述步驟b)中，所述預定圖案包括多個以預定陣列形成的離散區域。
34.根據權利要求28所述的皮帶，其中，在所述步驟b)中，所述預定圖案包括連續網絡，所述連續網絡以預定陣列形成多個離散的開放區域。
35.根據權利要求28所述的皮帶，其中，在所述步驟b)中，所述預定圖案包括基本遍及所述基材延伸的半連續網絡。
36.根據權利要求28所述的皮帶，其中，在所述步驟b)中，所述聚合樹脂材料滲入所述基材。
37.根據權利要求28所述的皮帶，其中，在所述步驟b)中，所述聚合樹脂材料在所述基材上形成所需厚度的相同或隨機的圖案層。
38.根據權利要求28所述的皮帶，其中，在所述步驟b)中，所述聚合樹脂材料通過壓電噴頭裝置進行沉積。
39.根據權利要求28所述的皮帶，其中，在所述步驟b)中，所述聚合樹脂材料通過壓電噴頭陣列進行沉積，該壓電噴頭陣列包括多個單獨的由計算機控制的壓電噴頭。
40.根據權利要求28所述的皮帶，其中所述聚合樹脂材料選自由以下材料組成的組1.熱熔性材料及濕氣固化的熱熔性材料；2.基于聚氨酯及環氧樹脂的兩組分反應體系；3.由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反應性丙烯酸酯單體及丙烯酸酯低聚物組成的感光聚合物組合物；以及4.包括丙烯酸樹脂與聚氨酯的水性膠乳和水性分散物以及微粒填充混合物。
41.根據權利要求28所述的皮帶，其中沉積第一聚合樹脂材料，以及沉積與所述第一聚合樹脂材料不同的第二聚合樹脂材料。
42.根據權利要求37所述的皮帶，其中所述聚合樹脂材料以具有單面表面的均勻厚度層進行沉積。
43.根據權利要求37所述的皮帶，其中所述聚合樹脂材料以具有三維結構表面的非均勻厚度層進行沉積。
44.根據權利要求28所述的皮帶，還包括用大量噴頭以所述預定圖案將聚合樹脂材料沉積至所述基材上的步驟，以加速所述皮帶的制造。
45.根據權利要求28所述的皮帶，其中所述沉積步驟在所述步驟b)之前進行。
46.根據權利要求28所述的皮帶，其中所述沉積步驟與所述步驟b)同時進行。
47.根據權利要求28所述的皮帶，還包括對沉積在所述基材上的所述聚合樹脂材料進行研磨的步驟，以向所述聚合樹脂材料提供均勻厚度及平滑的、肉眼可見的單面表面。
48.根據權利要求28所述的皮帶，還包括提供基材的步驟，所述基材取自基本由機織物、非織造物、螺旋形成物、螺旋鏈結物、針織物、網眼織物或材料帶組成的組，所述的材料帶最終纏繞形成寬度大于所述帶寬的皮帶。
全文摘要
在一種制造皮帶的方法以及一種用于制造膨松的面巾紙及紙巾、制造非織造物及非織造織物的皮帶中，聚合樹脂材料以精確的預定圖案施加到基材表面(12)上，該預定圖案通過皮帶賦予所制造的產品。聚合樹脂材料以平均直徑為10μ(10微米)或更大的液滴進行沉積(14)。聚合樹脂材料隨后以適于其成分的裝置(36)加以定形，并且可選擇研磨(44)，以提供具有均勻厚度及平滑的、肉眼可見的單面表面的皮帶。
文檔編號B29C41/28GK1720371SQ03825731
公開日2006年1月11日 申請日期2003年7月30日 優先權日2002年12月31日
發明者查里斯·E·克拉莫, 約瑟·G·歐康納, 約翰·史基爾頓, 莫萊斯·帕昆 申請人:阿爾巴尼國際公司