專利名稱：較低濕壓降的限制小孔干燥介質(zhì)及以此制造紙張的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于吸濕性初期紙幅的裝置，初期紙幅通過空氣穿透式干燥形成纖維素纖維結(jié)構(gòu)，特別涉及一種在空氣穿透式干燥過程中可節(jié)能的裝置。
背景技術(shù)：
吸濕紙幅包括纖維素結(jié)構(gòu)、吸濕泡沫材料等。纖維素纖維結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為日常生活用品的主要成分。在面巾紙、衛(wèi)生紙和紙手巾中都可以找到纖維素纖維結(jié)構(gòu)。
在纖維素纖維結(jié)構(gòu)的制造過程中，將分散在液體載體中的纖維素纖維漿沉淀在成型絲網(wǎng)上以制成初期紙幅。制成的潮濕初期紙幅可以通過已知裝置中的任一種或幾種的組合進(jìn)行干燥，但這些已知方法都會(huì)影響制成的纖維素纖維結(jié)構(gòu)的特性。例如，干燥裝置和過程可能影響制成的纖維素纖維結(jié)構(gòu)的柔軟性、紙張厚度、抗拉強(qiáng)度和吸濕性。用于干燥纖維素纖維結(jié)構(gòu)的方法和裝置也影響制造該結(jié)構(gòu)的速度，而這種速度是不應(yīng)該受到這種干燥方法和裝置限制的。
一種干燥裝置的實(shí)例是毛氈帶。毛氈干燥帶被長(zhǎng)期使用，通過液體載體的毛細(xì)流動(dòng)滲透進(jìn)與初期紙幅保持接觸的可滲透毛氈介質(zhì)來完成對(duì)初期纖維素纖維結(jié)構(gòu)的脫水。然而，將纖維素纖維結(jié)構(gòu)脫水到毛氈帶中以及使用毛氈帶脫水會(huì)導(dǎo)致要被干燥的初期纖維素纖維結(jié)構(gòu)總體上處于均勻壓縮和壓實(shí)狀態(tài)。制成的紙張通常較硬且觸摸起來不柔軟。
毛氈帶干燥也可以輔之以真空裝置或者一對(duì)相對(duì)的壓力輥。壓力輥使得與纖維素纖維結(jié)構(gòu)相對(duì)的毛氈的機(jī)械壓縮達(dá)到最大。毛氈帶干燥實(shí)例在1982年5月11日授予Bolton的4，329，201號(hào)美國專利和1989年12月19日授予Cowan等的4，888，096號(hào)美國專利中都有說明。
通過真空脫水且不使用毛氈帶干燥纖維素纖維結(jié)構(gòu)的方法為本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所熟知。纖維素纖維結(jié)構(gòu)的真空脫水是當(dāng)水分以液體形式存在時(shí)機(jī)械地從纖維素纖維結(jié)構(gòu)中去除水分。而且，如果與模塑型板帶一起使用，真空就使得纖維素纖維結(jié)構(gòu)中各分離區(qū)域偏轉(zhuǎn)到干燥帶偏轉(zhuǎn)吸管中，從而使纖維素纖維結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域具有了不同的水分。類似地，通過真空裝置并輔之以利用具優(yōu)選孔尺寸的多孔烘缸形成的毛細(xì)管滲流來干燥纖維素纖維結(jié)構(gòu)也是本領(lǐng)域中技術(shù)人員所熟知的。這種真空驅(qū)動(dòng)的干燥技術(shù)實(shí)例在具有共同受讓人的1985年12月3日授予Chuang等的4，556，450號(hào)美國專利和1990年11月27日授予Jean等的4，973，385號(hào)美國專利中都有說明。
在另一種干燥工藝中，通過空氣穿透式干燥法干燥纖維素纖維結(jié)構(gòu)的初期紙幅已經(jīng)取得巨大成功。在典型的空氣穿透式干燥方法中，帶孔的透氣干燥帶支撐著要被干燥的初期紙幅。熱氣流穿過纖維素纖維結(jié)構(gòu)然后通過透氣帶，或者相反。氣流主要通過蒸發(fā)來干燥初期紙幅。與透氣帶中的小孔相重合并被偏轉(zhuǎn)吸入小孔中的區(qū)域得以優(yōu)先干燥。與透氣帶中的凸起部分相重合的區(qū)域被氣流干燥的程度要輕些。
對(duì)用于空氣穿透式干燥法中的透氣帶所作的幾項(xiàng)改進(jìn)已經(jīng)在本領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了。例如，透氣帶可被制成為具有高開放區(qū)，例如至少40％?；蛘撸芍瞥赏笟庑越档偷膸ё??？赏ㄟ^添加樹脂混合物以堵塞帶子上織紗之間縫隙的方式來降低透氣性?？梢詫⒏稍飵Ыn上金屬顆粒以增強(qiáng)其導(dǎo)熱性并降低其熱輻射系數(shù)，或者還有一種方法，用包含連續(xù)網(wǎng)格的光敏樹脂制成干燥帶。干燥帶特別應(yīng)適應(yīng)高溫氣流，至少達(dá)815攝氏度(1500華氏度)。這類空氣穿透式干燥技術(shù)的實(shí)例在下列專利中都可以找到1975年7月1日再頒給Cole等的Re．28，459號(hào)美國專利；1979年10月30日授予Rotar的4，172，910號(hào)美國專利；1981年2月24日授予Rotar等的4，251，928號(hào)美國專利；1985年6月9日授予Torkhan且具有共同受讓人的4，528，239號(hào)美國專利，該專利包括在此處的參考文獻(xiàn)中；1990年5月1日授予Todd的4，921，750號(hào)美國專利。另外，為了調(diào)整還處于等待干燥的初期紙幅狀態(tài)的纖維素纖維結(jié)構(gòu)，在本領(lǐng)域中已經(jīng)做了幾項(xiàng)嘗試。這些嘗試使用干燥帶或者帶有Yankee罩的紅外干燥器。干燥方法的實(shí)例在1986年4月22日授予Smith的4，583，302號(hào)美國專利和1990年6月24日授予Sundovist的4，942，675號(hào)美國專利中都有說明。
上述技術(shù)、甚至是特別針對(duì)空氣穿透式干燥的技術(shù)都解決不了干燥多區(qū)域纖維素纖維結(jié)構(gòu)時(shí)所遇到的問題。例如，纖維素纖維結(jié)構(gòu)的第一區(qū)與第二區(qū)相比具有較小的絕對(duì)濕度、密度或定量，但與第二區(qū)相比就具有相對(duì)較高的空氣流動(dòng)能力。這種相對(duì)較高的空氣流動(dòng)能力的產(chǎn)生是因?yàn)榈谝粎^(qū)的較小絕對(duì)濕度、密度或定量為空氣穿過該區(qū)提供了與之相稱的較低流阻。
當(dāng)一種等待干燥的多區(qū)域、多凸起纖維素纖維結(jié)構(gòu)傳送到Y(jié)ankee干燥鼓上時(shí)問題變得更為嚴(yán)重。在Yankee干燥鼓上，纖維素纖維結(jié)構(gòu)的各自獨(dú)立的分離區(qū)域與受熱烘缸的外周緊密接觸，來自罩板的熱空氣進(jìn)入與受熱烘缸相對(duì)的纖維素纖維結(jié)構(gòu)的表面。然而，典型情況是與Yankee干燥鼓上接觸最緊密的區(qū)域是高密度或高定量區(qū)。當(dāng)從纖維素纖維結(jié)構(gòu)去除部分水分后，高密度或高定量區(qū)與低密度或低定量區(qū)干燥程度不一樣。低密度區(qū)的優(yōu)選干燥是通過Yankee干燥鼓罩上氣流的對(duì)流傳熱實(shí)現(xiàn)的。于是，纖維素纖維結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)率必須放慢，以便補(bǔ)償處理高密度或高定量區(qū)的較多水分。要完成纖維素纖維結(jié)構(gòu)高密度和高定量區(qū)的干燥且要防止已干燥低密度或低定量區(qū)被來自罩板的空氣燒焦或燃燒，Yankee罩板的空氣溫度必須降低并且纖維素纖維結(jié)構(gòu)在Yankee罩板上滯留的時(shí)間必須延長(zhǎng)，即降低生產(chǎn)率。
現(xiàn)有技術(shù)中的各方法(不包括使用機(jī)械擠壓方式，例如毛氈帶)還有另一個(gè)缺點(diǎn)，各方法都依賴于支撐等待干燥的纖維素纖維結(jié)構(gòu)。氣流先流過纖維素纖維結(jié)構(gòu)，并隨后流過支撐帶，或者通過干燥帶流向纖維素纖維結(jié)構(gòu)。通過干燥帶或通過纖維素纖維結(jié)構(gòu)的流阻的差別放大了纖維素纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分分布的差別，以及／或者在先前不存在水分分布差異的區(qū)域產(chǎn)生差異。
針對(duì)這個(gè)問題作的一項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)在1994年1月4日授予Ensign等且具有共同受讓人的5，274，930號(hào)美國專利中有說明，并揭示了與空氣穿透式干燥法共同使用的纖維素纖維結(jié)構(gòu)的限制小孔干燥法，該專利包括在此處的參考文獻(xiàn)中。該專利教導(dǎo)了一種使用微孔干燥介質(zhì)的裝置，該介質(zhì)具有的流阻比纖維素纖維結(jié)構(gòu)的纖維間隙流阻要大。微孔介質(zhì)因此就成為空氣穿透式干燥法中的限制小孔，以致在干燥過程中就可以獲得相同或者至少比較均勻的水分分布。
解決干燥問題的另一項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)在具有共同受讓人的1995年8月1日授予Ensign等的5，543，107號(hào)美國專利、1996年12月19日授予Ensign等的5，584，126號(hào)美國專利、1996年12月17日授予Ensign等的5，584，128號(hào)美國專利中都有說明，這些專利所揭示的內(nèi)容在此處引作參考。Ensign等的’126號(hào)、’128號(hào)專利揭示了多種用于空氣穿透干燥纖維素纖維結(jié)構(gòu)的區(qū)域限制小孔裝置。不過，Ensign等的’126號(hào)、’128號(hào)和’930號(hào)專利并未揭示當(dāng)遇到液體或兩相流時(shí)如何使通過微孔干燥介質(zhì)的壓降最小。壓降的量值非常重要。隨著給定流速下穿過介質(zhì)時(shí)壓降的減小，驅(qū)動(dòng)用于吸取氣流穿過裝置的風(fēng)扇所需馬力也就越小。降低風(fēng)扇馬力是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施。反過來說，在相同的馬力和壓降下就可以吸取更多的氣流穿過纖維素纖維結(jié)構(gòu)，從而提高干燥速度。干燥速度提高就提高了造紙機(jī)的產(chǎn)量。
Ensign等關(guān)于限制小孔空氣穿透式干燥裝置的’127號(hào)專利闡述了使一或多個(gè)區(qū)域具有低于大氣壓的壓力或具有正壓力以促使氣流雙向流動(dòng)的方法。
申請(qǐng)人意想不到地發(fā)現(xiàn)了一種處理現(xiàn)有技術(shù)裝置的微孔干燥介質(zhì)的方法，以便在恒定的液體或兩相流流量情況下減少壓降，或者在恒定壓降的情況下增加液體或兩相流流量。而且，還發(fā)現(xiàn)在不作重大改動(dòng)的前提下本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有微孔干燥裝置有改進(jìn)。
本發(fā)明中的裝置可以被用于造紙。紙張可通過空氣穿透方式干燥。如果采用空氣穿透方式干燥紙張，可采用下面專利中所述內(nèi)容實(shí)施空氣穿透式干燥具有共同受讓人的1980年3月4日授予Trokhan且具有共同受讓人的4，191，609號(hào)美國專利和前述4，528，239號(hào)專利，這些專利所揭示的內(nèi)容在此處引作參考。如果采用常規(guī)方式干燥紙張，可根據(jù)1997年5月13日授予Trokhan等且具有共同受讓人的5，629，052號(hào)美國專利所述內(nèi)容實(shí)施常規(guī)干燥，該專利所揭示的內(nèi)容在此處引作參考。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有有微孔介質(zhì)且可用于生產(chǎn)纖維素纖維結(jié)構(gòu)的限制小孔空氣穿透式干燥裝置。而且，本發(fā)明的目的還包括提供一種可減少初期紙幅必要滯留時(shí)間且／或與先前技術(shù)相比需要更少能量的限制小孔空氣穿透式干燥裝置。最后，本發(fā)明的目的還包括提供一種具有微孔介質(zhì)的限制小孔空氣穿透式干燥裝置，該裝置可與現(xiàn)有的相關(guān)裝置一起使用，該裝置優(yōu)選至少包含一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域具有大于穿透壓力的差別壓力。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種微孔介質(zhì)。該微孔介質(zhì)可以與空氣穿透干燥式造紙裝置一起使用，所述介質(zhì)還為穿過的氣流形成了限制小孔。在流速為40scfm／0．087平方英尺下穿過微孔介質(zhì)的濕壓降小于或等于4．0英寸汞柱 當(dāng)流速增加到60和80scfm／0．087平方英尺時(shí)，穿透介質(zhì)的濕壓降分別增加到5．0和6．0英寸汞柱。
在流速和壓降之間的關(guān)系可以通過下述公式給出即以英寸汞柱為單位的濕壓降小于或等于0．048×流速(單位為scfm／0．087平方英尺)+2．215。
本發(fā)明的另一方面包括以微孔介質(zhì)造紙。紙是通過下述步驟制造的即制備初期紙幅；并提供具有預(yù)定孔尺寸的微孔介質(zhì)。孔尺寸是對(duì)流過初期紙幅的氣流的限制小孔。孔尺寸最好小于或者等于20微米。穿過微孔介質(zhì)有濕壓降。所述濕壓降隨著穿過的流速的增大而增大。
初期紙幅設(shè)置在微孔介質(zhì)上?？諝獯┻^初期紙幅和微孔介質(zhì)，由此空氣在以一定的流速穿過初期紙幅和介質(zhì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)濕壓降。所述濕壓降與所述流速的關(guān)系用下列公式表示Y≤0．048X+2．215，其中Y是濕壓降，單位為英寸汞柱；X是流速，單位為scfm／0．087平方英尺。所述公式在從大約35scfm／0．087平方英尺到大約95scfm／0．087平方英尺的整個(gè)流速范圍內(nèi)都成立；特別是，所述公式在從40scfm／0．087平方英尺到80scfm／0．087平方英尺的整個(gè)流速范圍內(nèi)成立。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是配備在可滲透烘缸上的本發(fā)明實(shí)施例的微孔介質(zhì)的示意性側(cè)視圖，為清晰起見介質(zhì)厚度被放大；圖2是顯示不同片層的本發(fā)明的微孔介質(zhì)的俯視圖；圖3為夾具的示意圖，用于測(cè)試本發(fā)明；圖4為流速和濕壓降之間關(guān)系的曲線圖。
發(fā)明詳述參看圖1，本發(fā)明包括限制小孔空氣穿透式干燥裝置20及微孔介質(zhì)40。裝置20和介質(zhì)40可以根據(jù)前面提到的5，274，930號(hào)、5，543，107號(hào)、5，584，126號(hào)、5，584，128號(hào)美國專利以及以Ensign等人的名義于6月16日提交且具有共同受讓人的序列號(hào)為08／878，794的美國專利申請(qǐng)來制備，上述公開的內(nèi)容在此處引作參考。裝置20包括可滲透烘缸32。微孔介質(zhì)40包裹著可滲透烘缸32，諸如空氣穿透式干燥帶或壓力帶之類的支撐元件28在導(dǎo)入輥34到導(dǎo)出輥36之間圍繞著可滲透烘缸32，形成界定弧形區(qū)的拱形?；⌒螀^(qū)可分成相對(duì)大氣壓具有不同壓差的幾段。或者，裝置20可以包括分段的真空口、平的或弧形真空吸盤或者環(huán)形帶。裝置20從初期紙幅21上除去水分參看圖2，根據(jù)本發(fā)明的微孔干燥介質(zhì)40包括多個(gè)片層41-46。本發(fā)明的微孔介質(zhì)40具有與初期紙幅21最接近并相接觸的第一片層41。第一片層41最好是編織的，更優(yōu)選的是編織成荷蘭斜紋圖案或BMT ZZ編織形式。
在第一片層41下面的可以是一或多個(gè)其他片層42-46。下面的片層42-46對(duì)片層41-45提供支撐和疲勞強(qiáng)度。由于下面的片層42-46是接近的，片層41-46上的孔尺寸為除去透過的水分而逐漸增大。至少第一片層41，更具體地說是與初期紙幅21接觸的表面具有下面將描述的低表面能?；蛘撸鶕?jù)本發(fā)明構(gòu)成介質(zhì)40的其他及所有片層41-46可被處理為具有下面將描述的低表面能。盡管在圖2中示出了六個(gè)片層，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到在介質(zhì)40中可以采用任何合適數(shù)量的片層。
片層41-46各具有兩個(gè)表面，第一表面和與其相對(duì)的第二表面。第一和第二表面通過兩者之間的小孔液體流通。
本發(fā)明的介質(zhì)40的孔尺寸小于或等于20微米。介質(zhì)40在流速為40scfm／0．087平方英尺的流速下的濕壓降小于4．0英寸汞柱，優(yōu)選的是小于3．5英寸汞柱，更優(yōu)選的是小于3．0英寸汞柱。本發(fā)明的介質(zhì)40在流速為60scfm／0．087平方英尺的流速下的濕壓降小于5．0英寸汞柱，優(yōu)選的是小于4．5英寸汞柱，更優(yōu)選的是小于4．0英寸汞柱。本發(fā)明的介質(zhì)40在流速為80scfm／0．087平方英尺的流速下的濕壓降小于6．0英寸汞柱，優(yōu)選的是小于5．5英寸汞柱，更優(yōu)選的是小于5．0英寸汞柱。本發(fā)明的介質(zhì)40的這些特性在表1中示出。
表1流速(scfm／0．087sq．ft．)40 60 80最大濕壓降(英寸汞柱) 4．05．0 6．0優(yōu)選濕壓降(英寸汞柱) 3．54．5 5．5更優(yōu)選濕壓降(英寸汞柱) 3．04．0 5．0
此處所用的scfm指的是標(biāo)準(zhǔn)立方英尺的空氣在70°F和29．92英寸汞柱下的流速。
參照?qǐng)D4，流速和濕壓降之間的關(guān)系在40到80scfm／0．087平方英尺的流速范圍內(nèi)是近似線性關(guān)系，可以通過在35到95scfm／0．087平方英尺的流速范圍內(nèi)的線性關(guān)系近似得出某些值。具體地說，壓降和流速的關(guān)系用下面的公式給出Y≤0．048X+2．215，更優(yōu)選的是Y≤0．048X+2．015，其中X流速，單位為scfm／0．087平方英尺；Y是濕壓降，單位為英寸汞柱。
本發(fā)明的示例性介質(zhì)40的干燥性能與未涂敷介質(zhì)40進(jìn)行比較。為了使試驗(yàn)條件更加嚴(yán)格，本發(fā)明的介質(zhì)40中第一片層41采用的孔尺寸比未涂敷介質(zhì)40中第一片層41的更細(xì)小。具體地說，本發(fā)明的介質(zhì)40采用200×1400荷蘭斜紋編織形式的介質(zhì)40，第一片層41涂有如上所述的KRYTOXDF。未涂敷介質(zhì)40具有165×1400荷蘭斜紋編織的第一片層41。
對(duì)兩種介質(zhì)40上的初期紙幅在不同滯留時(shí)間下測(cè)試了薄層稠度。該試驗(yàn)在4．3英寸汞柱的恒定濕壓降下進(jìn)行。在滯留時(shí)間為50毫秒時(shí)，稠度提高2％。滯留時(shí)間增加到150毫秒，稠度提高7％。滯留時(shí)間增加到250毫秒，稠度提高9％。這些結(jié)果在表2中示出。
表2滯留時(shí)間(毫秒)比未涂敷介質(zhì)的稠度提高量(％)502150 7250 9可以看出，本發(fā)明在整個(gè)滯留時(shí)間范圍內(nèi)改善了干燥。
參照?qǐng)D2，本發(fā)明相對(duì)較低的壓降可以如下獲得。根據(jù)本發(fā)明，面向氣流或水流高壓端或上游端的第一表面應(yīng)該具有下面描述的低表面能。另外，在第一和第二表面之間的孔，特別是在流動(dòng)路徑中提供限制小孔的那些孔也應(yīng)該設(shè)置具有如下所述的低表面能表面。
低表面能可以利用表面涂層來形成?？梢栽谄瑢?1-46粘合并燒結(jié)在一起之后施加涂層，以避免加工操作對(duì)涂覆操作的不良影響或者避免涂覆對(duì)加工操作過程的不良影響。
根據(jù)本發(fā)明，介質(zhì)40被敷以涂層是為了降低液體或兩相流體穿過時(shí)的壓降。具體說涂層降低了介質(zhì)40的表面能，使其疏水性更強(qiáng)。盡管給微孔干燥介質(zhì)40的第一片層41敷以涂層被證明是降低表面能的一種特別有效的方法，任何降低微孔介質(zhì)40表面能的涂層或其他處理都適用于本發(fā)明。最好將表面能降低到小于46達(dá)因／厘米，優(yōu)選為小于36達(dá)因／厘米，更優(yōu)選為小于26達(dá)因／厘米。
表面能指的是為增大固體表面上液體的表面積所需做的功。通常，對(duì)固體表面而言，其上液體接觸角的余弦與液體的表面張力之間為單調(diào)函數(shù)。隨著接觸角接近零，固體表面變得更加潤(rùn)濕。如果接觸角為零，固體表面變得完全潤(rùn)濕。隨著接觸角接近180度，表面也逐漸接近不可潤(rùn)濕狀態(tài)。已認(rèn)識(shí)到無論水的零度或180度接觸角都觀察不到，本發(fā)明中液體漿液采用的物質(zhì)也是如此。在此使用的術(shù)語表面能指的是固體表面的臨界表面張力，可通過液體表面張力與其在所附著的特定表面上的接觸角之間的關(guān)系外推而得。因此，固體表面的表面能通過其上液體的表面張力間接測(cè)量所得。有關(guān)表面能的進(jìn)一步討論參見W．A．Zisman所著“現(xiàn)代化學(xué)”，Ser No．43(1964)和ArthurW．Adamson所著的“表面物理化學(xué)”，第十五版(1990)，這兩本書均在這里引作參考。
表面能通過低表面張力溶液(例如異丙醇／水或者甲醇／水混合劑)測(cè)量。具體而言，將一個(gè)已校準(zhǔn)的達(dá)因筆放置在待研究的介質(zhì)40的表面測(cè)量表面能。施用長(zhǎng)度至少應(yīng)為一英寸以便確保獲得正確讀數(shù)。測(cè)量表面的溫度應(yīng)為70°±5°F。可以從伊里諾斯州芝加哥市的Control-Cure公司購得達(dá)因筆。
另一種方案是，倘若要針對(duì)片層41-46的表面外形修正結(jié)果則要使用測(cè)角儀。通常，隨著表面變得粗糙，顯現(xiàn)出的接觸角將小于實(shí)際的接觸角。如果表面多孔，例如本發(fā)明中的41-46片層，由于液體和空氣的接觸面積增大，顯現(xiàn)出的接觸角大于實(shí)際接觸角。
有助于降低表面能的適合涂層的非限制和說明性示例包括流體和干膜潤(rùn)滑劑。適合的干膜潤(rùn)滑劑包括氟代調(diào)聚物，例如特拉華州Wilmington市杜邦公司生產(chǎn)的KRYTOXDF。干膜潤(rùn)滑劑膜可以分散在氟里昂族的氟化溶劑中，例如1，1-二氯-1-二氟代乙烷或者1，1，2-三氯-1，2，2-三氟代乙烷或者異丙醇等。為熔化KRYTOXDF潤(rùn)滑劑優(yōu)選對(duì)其進(jìn)行加熱處理。根據(jù)本發(fā)明發(fā)現(xiàn)在600°F下加熱處理30分鐘對(duì)介質(zhì)40很適合。
另外的方案是，涂層材料可以包含懸浮在液體載體中的其他低表面能顆粒?？梢灶A(yù)言的是，適合的顆粒包括石墨和二硫化鉬。
或者，涂層材料可以包含流體。聚二甲基硅氧烷流體，例如從康涅狄格州Fairfield市的通用電氣公司購得的GE Silicones DF 581，在占重量的1％時(shí)是一種適合的流體涂層材料。聚二甲基硅氧烷流體可以被分散在異丙醇或己烷中。2-乙基-1-己醇也被發(fā)現(xiàn)是適合于本發(fā)明使用的載體。在施用于介質(zhì)40之后，為了通過交聯(lián)增大其摩爾質(zhì)量和蒸發(fā)載體，聚二甲基硅氧烷被加熱處理。根據(jù)本發(fā)明發(fā)現(xiàn)在500°F下處理1個(gè)小時(shí)適合于介質(zhì)40。
涂層材料(干膜或流體)均可通過噴、印、刷、滾的方式添加到介質(zhì)40上。或者，介質(zhì)40還可被浸入涂層材料中。相對(duì)均勻的涂層是優(yōu)選的。干薄膜涂層材料優(yōu)選以相對(duì)較低的濃度施用，例如重量百分比為0．5-2．0％。為防止堵塞微孔介質(zhì)40的片層41-46上的小孔，低濃度非常重要。硅酮流體涂層可以濃度大約為0．5-10％(重量百分比)施用，優(yōu)選濃度為1-2％(重量百分比)。
可以預(yù)言的是，被稱為奧莫色(ormocer)的有機(jī)改性陶瓷材料可被用于降低介質(zhì)40的表面能。奧莫色可根據(jù)1996年4月16日授予Allum等的5，508，095號(hào)美國專利中所教的方法制作，該專利被引作參考。很顯然，多種干膜潤(rùn)滑劑、多種流體涂層、多種奧莫色以及上述各類物質(zhì)的混合物都可被用于降低介質(zhì)40的表面能。
如果涂層用于使微孔干燥介質(zhì)40疏水性更強(qiáng)并降低其表面能，則涂層不堵塞片層41-46的小孔是非常重要的，尤其是介質(zhì)40的第一片層41的小孔。片層41-46，特別是第一片層41的小孔在任何方向上的尺寸都小于或等于20微米，甚至小于或等于10微米。孔尺寸是由SAE APP 901確定的，其在這里被引作參考。從第一片層41到最后一個(gè)片層46，疊層41-46上小孔的尺寸逐漸增大，最后一個(gè)片層46的位置距第一片層41最遠(yuǎn)。前面提及的干膜和流體涂層都能很好地使用而且也不堵塞片層41-46。嚴(yán)重堵塞介質(zhì)40的小孔的涂層不適用。例如，如果涂層厚度和／或濃度太大就不適用。
不象上面那樣在介質(zhì)40的一或多個(gè)片層41-46的表面敷以涂層來降低表面能，可以預(yù)言的是可用本身就具有低表面能的材料制造介質(zhì)40。盡管在所包括的專利中說明不銹鋼適合制造片層41-46，不過片層41-46，尤其是第一片層41也可以由低表面能材料制成或浸有這類低表面能材料，諸如四氟乙烯(特拉華州Wilmingtom市的杜邦公司出售這類材料，商品名為TEFLON))，或者低表面能擠壓塑料，例如聚酯或聚丙烯。很顯然，本身具有較低表面能的材料也可以象上面那樣敷以涂層，以提供更低的表面能。
在另一個(gè)實(shí)施例中，裝置20僅需要具備空氣穿透式干燥區(qū)且可以不要毛細(xì)作用干燥區(qū)。這樣的裝置20與本發(fā)明相結(jié)合也認(rèn)為是很有用的。
在另一個(gè)變形實(shí)施例中，中間片層42-45中的某一個(gè)可以具有最小的孔。在該實(shí)施例中確定介質(zhì)40流阻的是具有最小孔的某中間片層42-45而不是第一片層41。在這個(gè)實(shí)施例中，具有最大流阻的中間片層42-45具有上述低表面能是非常重要的。可以看出，與上述實(shí)施例相類似的是低表面能表面僅需要配置在高壓(即上游)端和片層41-45上各孔的限制小孔內(nèi)。
參照?qǐng)D3，如下測(cè)量干壓降。制備合適尺寸的介質(zhì)40的用品，從而使介質(zhì)40的圓形、4英寸直徑的部分暴露出來使流體通過。制備試驗(yàn)夾具50。試驗(yàn)夾具50包括一段7英寸長(zhǎng)、標(biāo)稱直徑2英寸的管子。管子隨后與漸縮管60相接，漸縮管60為16英寸長(zhǎng)，標(biāo)稱內(nèi)徑為2英寸。漸縮管60的該內(nèi)徑以以7°的傾角在16英寸的長(zhǎng)度上形成錐度而達(dá)到4英寸的標(biāo)稱內(nèi)徑。
介質(zhì)40的樣品設(shè)置在試驗(yàn)夾具50的4英寸標(biāo)稱內(nèi)徑部分上。介質(zhì)40的第一片層41朝向氣流的高壓(上游)端。試驗(yàn)夾具50關(guān)于介質(zhì)40的樣品對(duì)稱。
介質(zhì)40的樣品的下游，試驗(yàn)夾具50又通過漸縮管60形成錐度，以7°的傾角從4英寸的標(biāo)稱內(nèi)徑至2英寸的標(biāo)稱內(nèi)徑。這種漸縮管60也與管子相連。這種管子也是7英寸長(zhǎng)，直管，標(biāo)稱內(nèi)徑為2英寸。
800scfm／0．087平方英尺的氣流通過介質(zhì)40，則通過所述樣品的氣流總量為70scfm／0．087平方英尺。氣流保持在75+2°F。穿過介質(zhì)40的靜壓用氣壓表、一對(duì)壓力變換器、或其它本領(lǐng)域公知的合適裝置測(cè)量。這種靜壓是介質(zhì)40的干壓降。
為了測(cè)量濕壓降，設(shè)置如上所述的夾具50和樣品。此外，設(shè)置噴嘴55，并將其安裝在介質(zhì)40的樣品的上游。噴嘴55是噴散系統(tǒng)(Cincinnati，OH)型TG全錐形噴嘴55(1／4 TTG 0．3)，帶有0．020英寸的孔和100篩網(wǎng)或等同物。噴嘴55安裝在介質(zhì)40的樣品上游5英寸處。噴嘴55以58°全錐度噴射角供應(yīng)壓力為40psi的水0．06gpm。水以72±2°F噴射。這種噴射完全覆蓋介質(zhì)40的樣品并增加壓降。以不同的流速測(cè)量濕壓降。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明裝置20可以與造紙帶一起使用，該造紙帶生產(chǎn)一種具有多種密度和／或多種定量的纖維素纖維結(jié)構(gòu)。造紙帶和纖維素纖維結(jié)構(gòu)可以根據(jù)下列具有共同受讓人的任一美國專利制備1980年3月4日授予Trokhan的4，191，609號(hào)專利、1985年4月30日授予Johnson等的4，514，345號(hào)專利、1985年7月9日授予Trokhan的4，528，239號(hào)專利、1985年7月16日授予Trokhan的4，529，480號(hào)專利、1993年9月14日授予Trokhan等的5，245，025號(hào)專利、1994年1月4日授予Trokhan的5，275，700號(hào)專利、1994年7月12日授予Rasch等的5，328，565號(hào)專利、1994年8月2日授予Trokhan等的5，334，289號(hào)專利、1995年11月15日授予Smurkoski等的5，364，504號(hào)專利、1996年6月18日授予Trokhan等的5，527，428號(hào)專利、1996年9月18日授予Trokhan等的5，554，467號(hào)專利、1997年5月13日授予Ayers等的5，628，879號(hào)專利。
在另一個(gè)實(shí)施例中，造紙帶可以是毛氈，也被稱作本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知以及下面專利和中請(qǐng)所揭示的壓榨氈具有共同受讓人的1996年9月17日授予Trokhan等的5，556，509號(hào)專利和1996年1月11日以Trokhan等的名義公布的PCT申請(qǐng)WO 96／00812，專利和申請(qǐng)所揭示的內(nèi)容被引作參考。
另外，根據(jù)本發(fā)明在微孔介質(zhì)40上烘干的紙張可以具有多種定量，正如在具有共同受讓的人1996年7月9日授予Trokhan等的5，534，326號(hào)專利和1996年4月2日授予Trokhan等的5，503，715號(hào)專利所揭示的內(nèi)容一樣，這些內(nèi)容在這里被引作參考，或者參照1996年11月7日以Kamps等名義公布的WO 96／35018號(hào)歐洲專利申請(qǐng)中的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明，在微孔介質(zhì)40上干燥的紙張也可使用其它造紙帶制備。例如，可以預(yù)言的是，1997年7月10日以Kaufman等名義公布的WO 97／24487號(hào)歐洲專利申請(qǐng)和1995年10月18日以Wendt等名義公布的0 677 612 A2號(hào)歐洲專利申請(qǐng)中所描述的帶子也可以使用。另外，其他造紙技術(shù)也可以與造紙機(jī)械裝置以及根據(jù)本發(fā)明的微孔介質(zhì)40制備的紙張一起應(yīng)用?？梢灶A(yù)言的是，其他適合的造紙技術(shù)包括下列專利和專利申請(qǐng)所揭示的內(nèi)容1995年5月2日授予Hermans等的5，411，636號(hào)專利、1997年2月11日授予Krzysik等的5，601，871號(hào)專利、1997年3月4日授予Farrington，Jr等的5，607，551號(hào)專利和1994年9月28日以Hyland等名義公布的0 617 164號(hào)歐洲專利申請(qǐng)。
根據(jù)本發(fā)明的初期紙幅在試驗(yàn)夾具50上可以被完全烘干?；蛘?，正如本領(lǐng)域中技術(shù)人員所知的那樣初期紙幅最終可以在Yankee干燥鼓上被烘干。另外，纖維素纖維結(jié)構(gòu)可以不使用Yankee干燥鼓箱而最終得以烘干。
正如本領(lǐng)域中技術(shù)人員所知的那樣纖維素纖維結(jié)構(gòu)也可以被收縮。正如本領(lǐng)技術(shù)人員所熟知的那樣，收縮過程可以利用Yankee干燥鼓或者其他烘缸通過以刮片刀起皺的方式完成。起皺過程可以根據(jù)具有共同受讓人的1992年4月24日授予Sawdai的4，919，756號(hào)美國專利來完成，該專利公開的內(nèi)容在這里被引作參考。另一中方案或作為附加的，收縮也可以通過濕微縮方法來完成，方法參見具有共同受讓人的1984年4月3日授予Wells等的4，440，597號(hào)美國專利，該專利公開的內(nèi)容被引作參考。
權(quán)利要求
1．一種用于與空氣穿透干燥式造紙裝置一起使用的微孔介質(zhì)，所述介質(zhì)的孔尺寸小于或等于20微米，所述微孔介質(zhì)在流速為40scfm／0．087平方英尺下的濕壓降小于或等于4．0英寸汞柱，優(yōu)選的是濕壓降小于或等于3．5英寸汞柱，更優(yōu)選的是濕壓降小于或等于3．0英寸汞柱。
2．一種用于與空氣穿透干燥式造紙裝置一起使用的微孔介質(zhì)，所述介質(zhì)的孔尺寸小于或等于20微米，所述微孔介質(zhì)在流速為80scfm／0．087平方英尺下的濕壓降小于或等于6．0英寸汞柱，優(yōu)選的是濕壓降小于或等于5．5英寸汞柱，更優(yōu)選的是小于或等于5．0英寸汞柱。
3．一種用于與空氣穿透干燥式造紙裝置一起使用的微孔介質(zhì)，所述介質(zhì)的孔尺寸小于或等于20微米，并具有穿過介質(zhì)的濕壓降，所述濕壓降隨著穿過的流速的增大而增大，所述濕壓降與所述流速的關(guān)系用下列公式表示Y≤0．048X+2．215，其中X是流速，單位為scfm／0．087平方英尺；Y是濕壓降，單位為英寸汞柱，優(yōu)選的是，所述濕壓降與所述流速的關(guān)系用下列公式表示Y≤0．048X+2．015，其中X是流速，單位為scfm／0．087平方英尺；Y是濕壓降，單位為英寸汞柱，更優(yōu)選的是，在從35 scfm／0．087平方英尺到95 scfm／0．087平方英尺的整個(gè)流速范圍內(nèi)，所述濕壓降都成所述公式的關(guān)系。
4．一種制造薄紙的方法，所述方法包括下列步驟制備初期紙幅；提供微孔介質(zhì)，所述微孔介質(zhì)的孔尺寸為穿過初期紙幅的氣流提供了限制小孔，所述介質(zhì)的孔尺寸小于或等于20微米，并具有穿過介質(zhì)的濕壓降，所述濕壓降隨著穿過的流速的增大而增大，所述濕壓降與所述流速的關(guān)系用下列公式表示Y≤0．048X+2．215，其中X流速，單位為scfm／0．087平方英尺；Y是濕壓降，單位為英寸汞柱；將所述初期紙幅設(shè)置在所述微孔介質(zhì)上；使空氣穿過所述初期紙幅和所述微孔介質(zhì)，其中所述微孔介質(zhì)為氣流形成了限制小孔，氣流穿過所述初期紙幅以從所述初期紙幅中除去水分；從所述微孔介質(zhì)中除去所述除去紙幅的水分；優(yōu)選的是，所述濕壓降與所述流速的關(guān)系用下列公式表示Y≤0．048X+2．015，其中X流速，單位為scfm／0．087平方英尺；Y是濕壓降，單位為英寸汞柱，更優(yōu)選的是，所述公式在從35scfm／0．087平方英尺到95scfm／0．087平方英尺的整個(gè)流速范圍內(nèi)都成立，最優(yōu)選的是，所述公式在從40scfm／0．087平方英尺到80scfm／0．087平方英尺的整個(gè)流速范圍內(nèi)成立。
全文摘要
本發(fā)明提供一種干燥纖維素纖維結(jié)構(gòu)的裝置。該裝置包括具有穿透的孔的微孔介質(zhì)?？诪楦稍镞^程中氣流的限制小孔。穿過微孔介質(zhì)有較低的壓降。較低的壓降降低了干燥過程中的能量消耗,且/或以一定的能量消耗獲得更高的干燥效果。
文檔編號(hào)D21F11/14GK1278880SQ98811014
公開日2001年1月3日 申請(qǐng)日期1998年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月18日
發(fā)明者小邁克爾·G·斯特爾杰斯, 保羅·D·特羅克漢, 唐納德·E·恩賽因 申請(qǐng)人:寶潔公司