專利名稱：制造帶狀物的方法,以及用于制造膨松面紙和紙巾、以及非織造物和非織造織物的帶狀物的制作方法
技術領域：
本發明涉及造紙技術，更具體地說，本發明涉及面紙和紙巾的制造，它們可統稱為膨松薄紙。本發明還涉及以例如水刺法制造非織造物和非織造織物的技術。更具體地說，本發明涉及一種具有功能性聚合樹脂材料的帶狀物，樹脂材料沉積在帶狀基礎結構上的精確預定的區域，以填充該區域，且在需要時，在帶狀物基礎結構上形成所需的厚度層。此類型的帶狀物用于制造膨松面紙與紙巾，以及非織造物和非織造織物。
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。雖然有許多方法可用來制造此類產品，但概括而言，其制造過程首先是在造紙機成形部中形成胚料紙幅。然后通過氣流將胚料紙幅移送到空氣穿透干燥(TAD)織物上，該氣流由真空或抽氣造成，使紙幅彎曲，并迫使其至少部分順應于TAD織物的表面形態。從移送點下游開始，TAD織物上所攜載的紙幅通過空氣穿透干燥器，在該處，熱氣流直接吹向紙幅并穿過TAD織物，將紙幅干燥至所需程度。最后，為了進一步且完全干燥，從空氣穿透干燥器下游開始，紙幅會粘附在楊克式烘缸(Yankee dryer)的表面，并由TAD織物的表面在其上壓印。然后，用刮刀將已完全干燥的紙幅從楊克式烘缸的表面刮下，使紙幅縮短或皺縮并增加其松厚度。然后，縮短的紙幅卷在輥筒上以供后續處理，包括包裝成適合運輸及供消費者購買的形式。
如上所述，有許多方法可用來制造膨松的面紙制品，應該理解的是，上述說明是一些方法所通用的一般步驟的概述。例如，在特定條件下不需要皺縮，或者已采用其它方式，如“濕化起縐”來皺縮紙幅時，并不總是需要使用楊克式烘缸。
本申請至少部分涉及TAD織物，該織物用于膨松面紙機的空氣穿透干燥器上。以往，TAD織物由單絲紗織成，其織造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。當紙幅從成形織物移送到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。因此，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，最終賦予膨松面紙產品柔軟性和吸收性。隨后，當壓力由TAD織物傳送至楊克式烘缸表面時，TAD織物的紙幅接觸面上的結節壓印位于其上的紙幅部分，并使該部分密實化。而這種密實化又會整體增強膨松面紙制品。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，從而增加紙幅與楊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紙制品，并使其干燥更完全。
由于消費者喜歡較軟、較吸水且較強韌的膨松面紙制品，所以研發初期集中在用來制造TAD織物的組織圖案上。例如，在已到期的Trokhan的美國專利4,191,609及4,239,065中(該專利轉讓給Ohio，Cincinnati的Procter&Gamble公司)，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織物能制成膨松面紙制品，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，各區域以樁狀表面形態為界，包括密集纖維及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。
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，聚合樹脂材料使TAD帶具有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。為了制成TAD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預定厚度，并使阻罩或底片與液態感光樹脂的表面接觸，該阻罩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阻罩的光化學輻射。輻射通常是光譜的紫外(UV)部分，使樹脂透過阻罩曝光的部分固化，但阻罩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織物，其中聚合樹脂材料在其表面上形成許多離散的凸體。也就是說，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。此類帶可用于膨松面紙機的成形部，以制成胚料紙幅，該紙幅在相對較高基本重量的連續背景中具有較低基本重量的離散區域，例如Procter&Gamble公司Van Phan等人的美國專利5,277,761所示。此類帶還能用來制造非織造物和非織造織物，該非織造物和非織造織物具有通過例如水刺法所形成的離散區域，其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，還披露了一種用來制造軟性膨松紙幅的造紙織物，其中的紙幅接觸表面為三維的多孔非織造材料。此材料可呈纖維墊或網絡、擠出的網絡狀物或發泡物的形式。該多孔非織造材料的固接可通過層合、擠壓、粘接、熔接、纏結、焊接、針縫、嵌套或層接來完成。
除了多孔織造元件上的離散(不連續)及連續性的聚合樹脂材料網絡之外，Johnson等人的美國專利4,514,345中所披露的方法，也可用來制造具有半連續性的聚合樹脂材料網絡的織物。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，術語“半連續”是指各凸體以近乎直線的方式延伸基本遍及該帶，且各凸體與相鄰凸體間隔分開。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。
在某些膨松面紙的制造中，會使用這樣的壓榨織物在其紙幅接觸表面上具有連續、半連續或離散的聚合樹脂材料網絡。術語“壓榨織物”是指通常用于造紙機的壓榨部上的織物，該織物包括底布或其他支撐結構，且在其至少一面上附有一層或多層短纖材料。例如，Procter&Gamble公司Trokhan等人的美國專利5,556,509示出一種“壓榨織物”，在其紙幅接觸表面上具有連續和離散的聚合材料網絡，用于制造膨松面紙產品。
美國專利4,514,345中所披露的方法，以及后續的Procter&Gamble公司的美國專利中所披露對其進行改良的方法，都相當復雜且耗時。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，本發明是一種用來生產膨松面紙、紙巾及非織造物和非織造織物的帶的制造方法。該方法包括第一步驟為帶提供基材。
然后，以精確的預定圖案將犧牲材料沉積在基材上，該預定圖案將會轉印在該帶所制成的產品上。犧牲材料滲入基材中，且在需要時，在基材上形成所需厚度的層，從而在基材內，或需要時在基材上形成模型。然后，將功能性聚合樹脂材料沉積在基材上，該樹脂填入或在需要時覆蓋之前未被所需厚度的犧牲材料層所覆蓋的區域，即填充由犧牲材料所形成的模型。然后，以適當方式將聚合樹脂材料定形或固定。
最后，除去剛由基材制成的帶上的犧牲材料。通常，犧牲材料通過使用適當的溶劑或加熱來除去。在除去犧牲材料之前或之后，可選擇研磨所沉積的聚合樹脂材料，使其具有均勻的厚度及平滑的肉眼可見的單面表面(monoplanar surface)，或在需要時，使任何已被聚合樹脂材料所覆蓋的犧牲材料暴露出來，以供之后除去。
現將參照以下附圖對本發明進行更完整詳細的說明。
圖1為依據本發明方法制造帶所用裝置的示意圖；圖2為基材從圖1裝置的成像/修補站離開時的平面圖；圖3為基材從圖1裝置的聚合物沉積站離開時的平面圖；圖4為成品帶從圖1裝置的模型元件去除站及研磨站離開時的平面圖；圖5為如圖4所取的剖視圖；圖6為帶的第二實施例的平面圖；圖7為帶的第三實施例的平面圖；圖8為對圖4所示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9為沉積材料的各種代表性形狀的立體圖。
具體實施例方式
依據本發明來制造帶的方法由提供基材開始。通常，基礎結構或基材是由單絲紗線所織成的織物。但更廣泛地，基材也可為機織物、非織造織物或針織織物，由任何用來制造紙機織物的紗線構成，或由用來制造非織造物及非織造織物生產用帶的紗線構成，例如單絲紗線、捻合單絲紗線、復絲紗線和捻合復絲紗線。該紗線可由本技術領域中的普通技術人員在制造用于造紙機織物的紗線時常用的聚合樹脂中的任意一種擠出而成。所以，各種聚酰胺、聚酯、聚氨酯、芳香族聚酰胺、聚烯烴族的樹脂，及其它樹脂都可使用。
或者，基材也可由網眼織物構成，例如在共同轉讓的Johnson的美國專利4,427,734中所示，其披露內容在此以引用方式并入本文。基材還可為多個美國專利中所示出的各種螺旋鏈結帶，例如Gauthier的美國專利4,567,077，其所教導內容在此也以引用方式并入本文。
此外，基材還可依據共同轉讓的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、針織或網眼織物條來制成，該專利所披露內容以引用方式并入本文。因此，基材包括螺旋纏繞的條狀物，其中各螺旋捻圈由連續接縫與下一個捻圈接合，從而使該基材沿縱長方向形成環狀形式。
基材并非僅有上述幾種可能形式。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。
當提供基材之后，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毛層附于基材的一面或兩面上。最公知及最常用的方法可為針刺法，此方法中由多個往復動作的刺針將毛層內的個別短纖維驅入基材內。或者，也可通過水刺法將短纖維附于基材上，在此方法中，細的高壓水柱發揮如同前述的往復刺針的相同作用。應該了解的是，由任意一種上述方法，或本領域中的普通技術人員所知的其它方法，將短纖毛層附在基材上之后，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。
或者，基材也可為例如空氣和水的流體不能滲透的結構，具有聚合樹脂材料涂層，至少有部分樹脂材料滲入該結構中，并在兩面中的一面上形成所需厚度的層。本發明利用不可滲透的基材，來制造如美國專利6,340,413中所示的各種壓花帶，其所教導內容以引用方式并入本文。該專利所披露的壓花帶基本上是不可滲透的，并包括背面層與紙幅接觸層，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，用于在通過造紙機的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，不論是否可滲透，此類型的結構都會具有隨機的表面形態。此表面形態可在結構物內重復，或顯然可知，也會在后續結構物中重復，這種后續結構物制造以用于紙張、面紙或非織造物的同一生產機器。美國專利6,080,691及6,120,642教導了此類織物，其所披露內容在此以引用方式并入本文。
依據本發明所制成的帶可用于造紙機的成形部、壓榨部或空氣穿透干燥部上，尤其是那些生產面紙或紙巾制品的造紙機，或以例如水刺法來制造非織造物及非織造織物的機器。那些基材具有針刺毛層的帶最適合用于壓榨部，而沒有短纖毛層的帶則可使用于任何上述機器或部段上。在某些情況下，必須在施加樹脂之后，將初始層或附加毛層施加于結構物上。在這種情況下，圖案化樹脂會貼在一層毛層纖維底下。
不論是否附加有短纖毛層材料，一旦提供基材后，就將其安裝在圖1所示的裝置10上。應該了解的是，基材在安裝于造紙機上的過程中，可為環狀形式或可縫成環狀形式。因此，圖1所示的基材12應理解為基材12的整體長度的較短部分。若基材12為環狀形式，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中的普通技術人員所熟知。在此情況下，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。但是，不論是否為環狀，在制造過程中優選將基材12置于適當的張力下。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。
現在更具體地參照圖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包括一連串的數個站，基材12可逐步通過各站而制成帶。
在第一站中，即模型元件沉積站14中，壓電噴頭陣列16安裝在橫軌18、20上，并在橫軌上沿橫交于基材12通過裝置10的運動方向移動，也可在橫軌之間平行于基材12的運動方向來移動，可利用該陣列以重復步驟沉積，使基材12上以預定圖案累積所需量的犧牲材料。或者，如后所述，實施本發明所需的沉積小液滴的其它裝置也為本領域普通技術人員所公知，或將來可開發出來，并可用來實施本發明。此外，犧牲材料的沉積不必僅橫交于基材的移動方向，還可平行于此移動方向，或旋交于其運動方向，或以任何其它適合于此目的的方式來實施。
犧牲材料滲入基材中，且需要時在基材上以預定圖案形成所需厚度的層。該圖案可為離散位置所形成的陣列，該位置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帶，帶由基材12制成，或者圖案會形成在基材12制成的帶的表面上。在帶是不可滲透的情況下，犧牲材料沉積在離散位置并固接在該處，犧牲材料稍后在帶的制造過程中會除去，并不出現在成品帶中；若基材12是可滲透的，則犧牲材料會阻塞其中的通道，并會在基材12的表面上凸出成預定高度及/或形狀。總而言之，具有犧牲材料的離散位置會形成模型，隨后用功能性聚合樹脂材料填充該模型，稱為功能性樹脂是因為該樹脂在制造完成后會成為帶的功能部件。
應該了解的是，上段所述的離散位置，可以如下方式設置犧牲材料，使其形成例如熟悉物體的外觀，例如云、花、天鵝、樹葉，或公司或企業的標志，該外觀將會以所需陣列呈現在該帶所制成的產品上。此外，造型陣列也可疊設在較小的離散孔洞的背景陣列上。
或者，犧牲材料也可沉積成半連續網絡，例如，以大致呈直線方式延伸基本遍及基材12的半連續圖案，使犧牲材料沿著通常互相平行且等距分開的線而固接在基材12上。線可為曲線、直線或呈鋸齒狀。一般來說，半連續網絡包括直線或曲線，或兼具直線部分及曲線部分，它們互相間隔分開而不相交。
又或者，犧牲材料還可沉積成連續網絡，該網絡基本貫穿基材12表面的二維方向而延伸，并以預定陣列形成許多離散的開放區域。最后，這些離散的開放區域用聚合樹脂材料填充，并成為該帶表面上由樹脂材料所填充的離散區域的最終位置。在此情況下，應該了解的是，離散的開放區域可形成熟悉物體的形狀，例如云、花、天鵝、樹葉或公司或企業的標志，該形狀呈現在該帶所制成的產品上。此外，造型陣列也可疊設在由聚合樹脂材料所填充的較小離散區域的背景陣列上。
壓電噴頭陣列16至少包括一個但優選包括多個由電腦控制的獨立的壓電噴頭，各噴頭發揮泵的作用，其動作構件為壓電元件。若技術上許可，則實施時可利用多達256個壓電噴頭或更多噴頭所組成的陣列。動作構件為晶體或陶瓷，通過施加電訊號使之物理性地變形。此變形能使該晶體或陶瓷發揮泵的作用，在每次接收到適當的電訊號時就會機械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訊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。所用的噴頭類型和所噴涂材料的粘度也會影響所選噴頭的精確度。
再參照圖1，壓電噴頭陣列16從基材12的邊緣開始，或優選從縱向延伸于其中的基準線開始，貫穿基材12進行縱向和橫向移動，而基材12則靜止不動，將犧牲材料以10μ(10微米)或更大如50μ(50微米)或100μ(100微米)的極小液滴沉積成前述圖案中的一種。壓電噴頭陣列16相對于基材12的縱向與橫向移動，以及從陣列16的各壓電噴頭噴出的犧牲材料液滴的沉積，都是由電腦以受控方式來控制的，使得在基材12長、寬和深或高(x、y、z維度或方向)的三個平面內，及需要時也可在基材12上，以受控的形狀制成犧牲材料的預定圖案。在基材12之上可使壓電噴頭陣列16通過一次或多次，以沉積所需量的犧牲材料，并制成所需形狀。在此情況下，沉積物可采用如圖9概括示出的任何一種形狀。該形狀可為方形、圓錐形、矩形、卵形、梯形等具有較粗的底部而向上逐漸變細的形狀。當噴頭重復通過沉積區域時，依照所選的設計方案而定，所沉積的材料量會以遞減的方式層疊。
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該預定圖案。以此重復方式，可在整個基材12上提供預定圖案。
或者，壓電噴頭陣列16仍從基材12的邊緣開始，或優選從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的縱向條帶中將犧牲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會在橫軌18、20上橫向移動與該縱向條帶等寬的量，并重復上述程序，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。以此重復方式，可在整個基材12上提供預定圖案。
在橫軌18、20的一端，設有噴頭檢查站22，以檢測從各噴頭噴出的犧牲材料的流量。在該處凈化和清潔噴頭，從而使任何有故障的噴頭單元自動恢復操作。
犧牲材料為固體材料，在加熱時迅速熔融，并在冷卻時固化，從而與基材12牢固連接。犧牲材料可由加熱貯存器來供應，犧牲材料在貯存器內保持為液態，并通過加料管線抽到壓電噴頭中。犧牲材料在輸送點的粘度以及噴頭尺寸，對基材12上形成的液滴的形狀和大小，以及最后所達成的圖案的分辨率都十分重要。
犧牲材料可為非水性并可用溶劑除去的蠟，或水溶性的蠟，例如水溶性聚乙二醇或聚乙烯醇。一般而言，犧牲材料可為任何能由壓電噴頭以極小液滴來傳輸的材料，該液滴的尺寸范圍如前文所述，且最后可通過不會傷及基材12和基材上的任何功能性聚合樹脂材料的方式，從基材12上除去犧牲材料。除了這些要求之外，為了控制犧牲材料在基材內的滲入和基材上的分布，即，為了將犧牲材料控制并限制在基材12的所需范圍內，以防止不需要的滲漬和散布，犧牲材料還必須能盡快地在基材12中或之上固定或定形。通過將液滴沉積成重復圖案，即通過將液滴疊層于另一滴之上，還能控制犧牲材料層在基材上的高度或z方向，該高度或z方向可為均勻的、不同的或按需調整。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，或隨機的帶與帶之間重復的圖案，以控制品質。
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，相機可橫貫基材12的寬度移動，修補噴頭陣列可橫貫基材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檢查所沉積的犧牲材料，以找到半連續或連續圖案中的任何故障或遺漏的離散模型元件，或者類似的不規則處，該圖案由犧牲材料在基材12內制成，以及需要時可在基材上制成。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，將添加的犧牲材料沉積在檢出有故障或遺漏的模型元件上。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噴頭單元自動恢復操作。
在第三站，聚合物沉積站36中，橫軌38、40支撐計量裝置，例如大量噴頭(bulk-jet)陣列42，該裝置能以橫交于基材12通過裝置10運動的方向而在基材上移動，并能沿平行于基材12的運動方向在橫軌之間移動，而基材12保持不動。大量噴頭陣列42用于將功能性聚合樹脂材料沉積在基材12之上或之內的除填充有犧牲材料以外的區域，從而在基材12之內且需要時在基材12上填充犧牲材料所形成的模型，以在其上形成一層所需厚度的樹脂。該樹脂可為聚氨酯或感光樹脂，以及其它來自同樣可用壓電噴頭陣列來沉積的類別的樹脂。大量噴頭陣列42填充基材12，且在需要時，在基材12上留下一層均勻厚度的功能性聚合樹脂材料，優選等于或小于基材12上的可除去材料區的厚度。因此，最后聚合樹脂材料完全位于基材12的表面內或基材12表面之上。該表面通常是與所要制造的紙、面紙、紙巾或非織造產品相接觸的表面。可以想象，某些產品/工藝需要將樹脂主要設在非產品接觸表面上。在此情況下，當帶與所制產品接觸時所產生的流體流量差或機械壓力差，仍會造成局部密度差異或組織差異。
如果需要將所用的聚合樹脂材料定形或固定，則在橫軌38、40上安裝定形裝置44，并在大量噴頭陣列42之后橫越基材12，以定形所沉積的材料。定形裝置44可為熱源，例如紅外線、熱空氣、微波或激光源；或為冷空氣；或紫外線，或可見光源，根據所用聚合樹脂材料的需要進行選擇。
應該理解的是，功能性聚合樹脂材料在沉積于基材上之后，也需要固定于基材12上或其內。用來定形或固定功能性聚合樹脂材料的方式取決于其本身的物理及/或化學要求。感光聚合物用光來固化，而熱熔材料則通過冷卻來定形。水性膠乳和分散物先干燥再加熱固化，而反應性體系則受熱固化。因此，功能性聚合樹脂材料能通過固化、冷卻、干燥或其任意組合來定形。
為了控制功能性聚合樹脂材料在基材12內的滲入及分布，即，將該材料控制并限制于基材12的預定范圍內，必須將其適當固定。這種控制對防止基材12表面底下的滲漬與擴散是極為重要的，即，防止功能性聚合樹脂材料散布于之前所沉積的犧牲材料底下。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。也可在具有一定開孔度的基材上使用某些材料來實現控制，這種材料具有已知或明確的固化或反應時間，因此功能性樹脂還來不及擴散超出基材12的所需范圍，就已經定形。
同樣，在橫軌38、40的一端，設有大量噴頭檢查站46，以檢測由各大量噴頭噴出的材料流量。在該處凈化和清潔各大量噴頭，從而使任何有故障的噴頭單元自動恢復操作。
或者，聚合樹脂材料也可通過下述方法來沉積在基材12上或其內噴涂、刮涂、單次螺旋涂布(SPS)、多次薄層涂布的方法(MTP)，或任何本領域中公知的可將液體材料施加于紡織基材上的其它方法。
第四站為模型元件去除站48。在該處，通過適當的方式除去原來在模型元件沉積站14中沉積的犧牲材料。例如，若犧牲材料為蠟，則模型元件去除站48可包括適當溫度的熱源，以熔化蠟，使其能從基材12上流掉。另一方面，若犧牲材料為可用溶劑除去的材料，則模型去除站48可用例如水的適當溶劑提供處理，通過例如噴灑或浸漬處理。實際上，可將基材12沿彎曲路徑導入及導出溶劑槽，使基材能得到沖洗，從而更有效地除去犧牲材料。或者，該彎曲路徑也可完全位于攪動的溶劑槽內。通過提高該槽的溫度，能更有效地進行犧牲材料的除去操作。總之，犧牲材料的除去以不會傷及基材12及其上的功能性聚合樹脂材料的方式來進行，并在基材12上留下所需圖案的功能性樹脂。
最后，可選的第五站即最末站為研磨站50，在該處使用適當的研磨裝置使聚合樹脂材料具有均勻的厚度，及平滑且肉眼可見的單面表面。應該理解的是，研磨站50也可設在模型元件去除站48之前，使任何會被聚合樹脂材料所覆蓋的犧牲材料暴露出來。在任何一種情況下，可選的研磨站50都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，以確保研磨能得到均勻厚度且平滑而肉眼可見的單面表面。
舉例而言，現在參照圖2，其為可滲透基材12的平面圖，該基材包括相互交織的縱向(MD)紗系統52和橫向(CD)紗系統54。所示的基材12是其從成像/修補站24離開時的狀態。如圖所示，基材12包括多個模型元件56，該模型元件由犧牲材料以離散位置的陣列形式排成預定圖案，該離散位置將成為離散通道的最后位置，離散通道貫穿所制造的帶。
圖3為基材12從聚合物沉積站36離開時的平面圖。此時，該基材可恰當地稱為中間產品帶58，即，意味著帶處在其制造過程的中間階段。聚合樹脂材料60填入基材12中由犧牲材料的模型元件56所占據位置以外的區域。
圖4為成品帶62從模型元件去除站48與可選的研磨站50離開時的平面圖。在之前由犧牲材料模型元件56所占據位置以外的區域，帶62都含有功能性聚合樹脂材料60，除去犧牲材料會留下聚合樹脂材料60，以及多個排成預定圖案的離散通道64。由于本實例中的基材12可滲透空氣和水等流體，因此離散通道64為基材12提供穿過該基材的路徑。在本實例中，在各分開的離散通道64內可看見基材12的部分。
圖5為成品帶62沿圖4所示截線所取的剖視圖。在本實例中，在基材12上除了由離散通道64所代表以外的區域，聚合樹脂材料60形成所需厚度層。
可替代的帶的實施例示于圖6和圖7中。圖6為帶66的平面圖，其基材12具有多個由聚合樹脂材料排成預定陣列的離散區域68。這種帶66可用于造紙機的成形部中。
圖7為帶70的平面圖，在其表面上具有聚合樹脂材料的半連續網絡。半連續網絡基本上呈直線的方式延伸幾乎遍及整個帶70。半連續網絡的各部分72基本呈直線延伸，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均為聚合樹脂材料。
圖8為對圖4所示實例進行變化的帶80的平面圖，其在離散通道82的圖案上疊設附加圖案。附加圖案84為標志，但也可為熟悉的物體，該附加圖案也會在帶80上以所需陣列重復。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，模型元件沉積站14，成像/修補站24及聚合物沉積站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，模型元件沉積站14、成像/修補站24及聚合物沉積站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44底下時，聚合物沉積站36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，在壓電噴頭陣列16以所需圖案將犧牲材料沉積在環繞基材12的縱向條帶中時，成像/修補站24及聚合物沉積站36也可保持在與壓電噴頭陣列16對齊的固定位置，而基材12在其下移動，使成品帶中的所需圖案施加于環繞基材12的縱向條帶上。當該縱向條帶完成后，壓電噴頭陣列16、成像/修補站24及聚合物沉積站36橫向移動與縱向條帶等寬的量，并在與之前已完成條帶相鄰的新的縱向條帶上重復進行該過程。以此重復方式，能將整體基材12完全加工成帶。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帶，也可為例如在Rexfelt的美國專利5,360,656中所披露的材料條，然后再制成全寬度的帶，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，條帶可為未纏繞的，并將其卷在一組輥上。可收存這些制帶材料卷，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。
功能性聚合樹脂材料的性能，例如耐磨性和抗氧化性，對帶的耐用性非常重要。除了前文所述的功能性聚合樹脂材料的固化、定形或反應時間的重要性之外，如前所述，樹脂材料在輸送至帶時的粘度也很重要。更具體地說，在本發明的另一個實施例中，聚合物沉積站36包括取代大量噴頭陣列42的第二壓電噴頭陣列。在該處，使用壓電噴頭陣列將聚合樹脂沉積于基材12上或其內的除了填充有犧牲材料的區域以外的區域，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送速度來提供聚合樹脂材料。
可用壓電噴頭陣列或大量噴頭陣列來施加的聚合樹脂材料包括以下四類1.熱熔性材料及水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。
如前所述，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所形成的涂層表面，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-方向幾何形態。也即是說，壓電噴頭陣列能精確沉積聚合樹脂材料，使表面不必研磨就十分平坦，或者作為另一種替代方案，該表面會具有某種預定的三維結構。此外，在此實施例中，壓電噴頭陣列中的單獨的壓電噴頭中的部分可用來沉積聚合樹脂材料，而其它噴頭可用來沉積另一種不同的聚合樹脂材料，以制成具有一種以上的聚合樹脂材料微區的表面。
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，或應用于其它領域，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。尤其是，雖然以上披露了壓電噴頭用來在基材的預定位置上沉積犧牲材料，且也可用來沉積功能性聚合樹脂材料，但實施本發明所需的沉積小液滴的其它裝置也為普通技術人員所公知，或將來可開發出來，并且這種裝置可用來實施本發明。例如，在需要較大尺度圖案以使最后元件形如圓凸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
1.一種帶的制造方法，所述的帶用于制造膨松面紙和紙巾、以及非織造物和非織造織物，所述方法包括以下步驟a)提供所述帶的基材；b)以受控方式將犧牲材料沉積到所述基材上，以控制所述材料的x、y、z尺寸，所述材料以液滴沉積，以制成預定圖案；c)將聚合樹脂材料沉積到具有所述犧牲材料的所述基材上，以填充其沒有所述犧牲材料的區域；d)至少部分定形所述聚合樹脂材料；以及e)從所述基材除去所述犧牲材料。
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)至e)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)至e)在縱向延伸環繞所述基材的連續條帶上依次進行。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟b)至e)螺旋環繞所述基材而進行。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述的預定圖案包括多個以預定陣列形成的離散位置。
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，所述的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，所述犧牲材料滲入所述基材內。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述犧牲材料在所述基材上形成所需厚度的均一圖案或隨機圖案。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述的犧牲材料由壓電噴頭裝置進行沉積。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，在所述步驟b)中，所述犧牲材料由壓電噴頭陣列沉積，所述壓電噴頭陣列包括多個由電腦控制的獨立壓電噴頭。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述犧牲材料是可通過加熱除去的蠟。
14.根據權利要求1所述的方法，其中所述犧牲材料是可用溶劑除去的材料。
15.根據權利要求1所述的方法，在所述步驟b)與c)之間，進一步包括以下步驟i)檢查所述犧牲材料的實際圖案，以測出所述實際圖案和所述預定圖案的一致性；以及ii)修補所述犧牲材料的所述實際圖案，以消除其與所述預定圖案的偏差。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述檢查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。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述修補步驟通過與所述FPR處理器連接的修補噴頭陣列進行。
18.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料在所述基材上形成所需厚度的層。
19.根據權利要求1所述的方法，其中所述聚合樹脂材料為聚氨酯。
20.根據權利要求1所述的方法，其中所述聚合樹脂材料為感光樹脂。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述定形步驟通過將所述感光樹脂暴露于光化學輻射而進行。
22.根據權利要求1所述的方法，其中所述定形步驟通過將所述聚合樹脂材料暴露于熱源而進行。
23.根據權利要求1所述的方法，其中所述定形步驟通過將所述聚合樹脂材料暴露于冷空氣而進行。
24.根據權利要求1所述的方法，其中所述定形步驟通過將所述聚合樹脂材料暴露于光化學輻射而進行。
25.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下列材料組成的組1.熱熔性材料及水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。
26.根據權利要求1所述的方法，其中所述除去步驟通過加熱進行，或通過適當溶劑的作用進行。
27.根據權利要求1所述的方法，該方法包括所述提供基材的步驟，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、網眼織物或材料條組成的組，所述的材料條最終纏繞形成寬度大于所述條的寬度的帶。
28.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過大量噴頭陣列沉積在所述基材上。
29.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過噴涂沉積。
30.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過刮涂沉積在所述基材上。
31.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過單次螺旋(SPS)涂布沉積在所述基材上。
32.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過多次薄層(MTP)涂布沉積在所述基材上。
33.根據權利要求28所述的方法，其中所述聚合樹脂材料用壓電噴頭陣列進行沉積。
34.根據權利要求1所述的方法，其中沉積第一聚合樹脂材料，還沉積第二聚合樹脂材料，所述的第二聚合樹脂材料與所述的第一聚合樹脂材料不同。
35.根據權利要求28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沉積在所述基礎織物上。
36.根據權利要求28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沉積在所述基礎織物上。
37.根據權利要求1所述的方法，進一步包括對填充所述基材的所述聚合樹脂材料進行研磨的可選步驟，以為所述聚合樹脂材料提供均勻的厚度以及平滑的、肉眼可見的單面表面。
38.一種用于制造膨松面紙和紙巾、以及非織造物和非織造織物的帶，所述的帶通過包含下列步驟的方法制成a)提供所述帶的基材；b)以受控方式將犧牲材料沉積到所述基材上，以控制所述材料的x、y、z尺寸，所述材料以液滴沉積，以制成預定圖案；c)將聚合樹脂材料沉積到具有所述犧牲材料的所述基材上，以填充其沒有所述犧牲材料的區域；d)至少部分定形所述聚合樹脂材料；以及e)從所述基材除去所述犧牲材料。
39.根據權利要求38所述的帶，其中所述液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直徑。
40.根據權利要求38所述的帶，其中所述步驟b)至e)在橫向延伸貫穿所述基材的連續區帶上依次進行。
41.根據權利要求38所述的帶，其中所述步驟b)至e)在縱向延伸環繞所述基材的連續條帶上依次進行。
42.根據權利要求38所述的帶，其中所述步驟b)至e)螺旋環繞所述基材而進行。
43.根據權利要求38所述的帶，所述，在所述步驟b)中，所述的預定圖案包括多個以預定陣列形成的離散位置。
44.根據權利要求38所述的帶，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開放區域。
45.根據權利要求38所述的帶，其中，在所述步驟b)中，所述的預定圖案包括基本遍布所述基材延伸的半連續網絡。
46.根據權利要求38所述的帶，其中，在所述步驟b)中，所述犧牲材料滲入所述基材內。
47.根據權利要求38所述的帶，其中，在所述步驟b)中，所述犧牲材料在所述基材上形成所需厚度的均一圖案或隨機圖案。
48.根據權利要求38所述的帶，其中，在所述步驟b)中，所述犧牲材料由電腦控制的壓電噴頭裝置進行沉積。
49.根據權利要求47所述的帶，其中，所述壓電噴頭裝置包括多個壓電噴頭，各壓電噴頭由電腦獨立控制。
50.根據權利要求38所述的帶，其中所述犧牲材料是可通過加熱除去的蠟。
51.根據權利要求38所述的帶，其中所述犧牲材料是可用溶劑除去的材料。
52.根據權利要求38所述的帶，其中所述聚合樹脂材料選自由下列材料組成的組1.熱熔性材料及水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。
53.根據權利要求38所述的帶，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過大量噴頭陣列沉積在所述基材上。
54.根據權利要求38所述的帶，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料用壓電噴頭陣列沉積在所述基材上，通過所述壓電噴頭陣列將所述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。
55.根據權利要求38所述的帶，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過噴涂沉積。
56.根據權利要求38所述的帶，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過刮涂沉積在所述基材上。
57.根據權利要求38所述的帶，其中，在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過單次螺旋(SPS)涂布沉積在所述基材上。
58.根據權利要求38所述的帶，其中在所述步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過多次薄層(MTP)涂布沉積在所述基材上。
59.根據權利要求38所述的帶，其中沉積第一聚合樹脂材料，還沉積第二聚合樹脂材料，所述的第二聚合樹脂材料與所述的第一聚合樹脂材料不同。
60.根據權利要求54所述的帶，其中所述聚合樹脂材料以具有單面表面的均勻厚度層沉積在所述基礎織物上。
61.根據權利要求54所述的帶，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沉積在所述基礎織物上。
62.根據權利要求38所述的帶，進一步包括對填充所述基材的所述聚合樹脂材料進行研磨的可選步驟，以為所述聚合樹脂材料提供均勻的厚度以及平滑的、肉眼可見的單面表面。
63.根據權利要求38所述的帶，進一步包括提供基材的所述步驟，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、網眼織物或材料條組成的組，所述的材料條最終纏繞形成寬度大于所述條的寬度的帶。
全文摘要
一種制造帶的方法，以及用于制造膨松面紙和紙巾、以及非織造物和非織造織物的帶，需要將犧牲材料以預定圖案施加到基材上，該圖案將轉印到用該帶生產的產品上。犧牲材料以受控的液滴方式沉積，以控制所沉積材料的x，y，z尺寸，并優選使液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直徑。然后將聚合樹脂材料沉積在基材上除了之前已施加有犧牲材料以外的所有區域。然后以適合于聚合樹脂材料組合物的方式使之定形，并除去犧牲材料。然后可選地，可研磨聚合樹脂材料，使帶具有均勻的厚度、以及平滑的肉眼可見的單面表面。
文檔編號B29C39/18GK1732310SQ200380107432
公開日2006年2月8日 申請日期2003年10月14日 優先權日2002年12月31日
發明者查爾斯·E·克拉瑪, 喬瑟夫·G·歐康納, 毛里斯·帕昆 申請人:阿爾巴尼國際公司