纖維素纖維組織的多區限制孔乾燥及其裝置及由該裝置製成的纖維素纖維組織的製作方法
2023-12-01 06:46:46 2
專利名稱：纖維素纖維組織的多區限制孔乾燥及其裝置及由該裝置製成的纖維素纖維組織的製作方法
技術領域：
本發明涉及由空氣乾燥的吸溼原始織品，具體地說，涉及由空氣乾燥的纖維素纖維組織。
吸溼原始織品是一種常用的原料。它包括纖維素纖維組織，吸溼泡沫等等。纖維素纖維組織已成為一種常用的原料。該纖維組織用於面巾紙，衛生紙及紙巾。
在纖維素纖維組織的生產中，由分散在液體載體中的纖維素纖維組成的溼的原始織品沉澱在成形網上。該溼的原始織品可用任一種熟知的裝置或若干熟知裝置的組合來乾燥，每一種乾燥裝置都會影響最終纖維素織品的特性。例如，乾燥的裝置和過程可影響最終纖維素纖維組織的柔軟度，內徑，拉伸強度及吸收性。同樣，用於乾燥纖維素纖維組織的裝置和方法也影響著該纖維組織的生產速率。
氈帶是一種用於乾燥的裝置。氈毛乾燥帶一直長期用於原始纖維素纖維組織的脫水，它使所述液體載體的毛細流從纖維素纖維組織中流入一與原始織物保持接觸的可滲透的毛氈介質。然而，用氈帶脫水會導致被乾燥的原始纖維素纖維織品在乾燥過程中整體承受相同的壓力和相同的收縮。
氈帶乾燥可藉助於真空，或也可藉助於對置的壓輥。壓輥增加了纖維素纖維組織貼合氈帶的機械壓力。關於氈帶乾燥的範例見美國專利號4,329,201，於1982年5月11日授予Bolton，和美國專利號4,888,096，於1989年12月19日授予Cowan等人。
通過真空脫水乾燥纖維素纖維組織，不用氈帶的方法也為該領域熟知。纖維素纖維組織的真空脫水將纖維素纖維組織中的液體狀態的水分機械地抽出。此外真空使所述纖維素纖維組織的分散區域偏移到乾燥帶的偏斜管道從而使該纖維素纖維組織的不同區域具有不同的水份含量。類似地，用真空輔以毛細流，用一種帶有優選的孔隙的多孔筒使纖維素纖維組織乾燥的方法也為該領域所熟知。這種真空驅動乾燥技術的範例見1985年12月27日授予Chuang的美國專利4,556,450，和1990年11月27日授予Jean等人的美國專利4,973,385。
另一種用空氣乾燥原始纖維素纖維組織的方法也獲得了巨大成功。在一種典型的透氣乾燥過程中，一種多孔透氣帶支撐所述待乾燥的原始織品。熱氣流穿過該纖維素纖維後再穿過透氣帶，反之亦然。該氣流主要是通過蒸發乾燥該原始織品。與透氣帶孔隙重合或偏斜的區域得到很好的乾燥，最終的纖維素纖維組織的內徑增大。而與透氣帶內的關節部位重合的區域的乾燥程度較差。
對用於透氣乾燥的透氣帶的幾種改進已在該領域內完成。例如，該透氣帶可做成帶有大的開放面(至少40％)。或該透氣帶可做成具有低的透氣性。可通過採用混合樹脂堵塞該帶中織好的紗線間隙來降低其透氣性。該乾燥帶也可摻入金屬顆粒以增加其導熱性以減少其幅射力，或該乾燥帶可由具有連續網絡的光敏樹脂製成。該乾燥帶特別適於可達攝氏815度(華氏1500度)的高溫氣流。這種透氣乾燥技術的範例見1975年7月1日授予Cole等人的美國專利Re.28,459；1979年10月30日授予Rotar的美國專利4,172,910，1981年2月24日授予Rotar等人的美國專利4,251,928；熟知的美國專利4,528,239，1985年7月9日授予Trokhan；以及美國專利4,921,750，1990年5月1日授予Todd。除此以外，在該領域內還做過一些嘗試，即當纖維素纖維組織仍處於原始織品並有待乾燥時，調節該纖維組織的乾燥形狀。這種嘗試運用乾燥帶或一種結合楊琪罩(Yankee hood)的紅外乾燥器。調節形狀乾燥的範例說明見美國專利4,583,302，1986年4月22日授予Smith及美國專利4,942,675，1990年7月24日授予Sundovist。
所述技術，即使是透氣乾燥，均沒有談到在纖維素纖維組織的多區乾燥時所碰到的問題。例如，具有比第二區相對少的絕對水分、密度或比重的纖維素纖維組織的第一區，通常擁有比第二區大的氣流通過。這種相對大的氣流的出現是因為具有相對少的絕對水分、密度或比重的第一區呈現相應較小的抵抗氣流通過該區域的阻尼。
這一問題在待乾燥的多區纖維素纖維組織被輸送到一種楊琪乾燥鼓時變的尤為嚴重。在楊琪乾燥鼓上，隔離的、不連續的纖維素纖維組織區域與熱筒的圓周緊密貼合，來自於一罩上的熱空氣被引導至與熱筒貼合的纖維素纖維表面。然而，通常與楊琪乾燥鼓貼的最緊的區域為高密度或高比重的區域，該區域的乾燥情況不如低密度或低比重的區域。在低密度區域，通過楊琪乾燥鼓罩內的氣流熱交換可達到最好的乾燥效果。因而，必須降低該纖維素纖維組織的生產效率，以便補償高密度或高比重區域的更多的水份。為了完全乾燥纖維素纖維組織的高密度及高比重的區域同時又防止來自該罩的熱氣烤焦或燒毀已經乾燥的低密度或低比重區域，必須降低該楊琪罩的氣溫，而在楊琪罩內的纖維素纖維組織的滯留時間必須增加，因而降低了生產效率。
在該領域內的現有技術的另一些缺點(除那些使用機械加壓，比如氈帶)是每種方法都是用支撐纖維素纖維組織的辦法使其乾燥。氣流被導向纖維素纖維組織並穿過支撐帶，或者是，氣流通過乾燥帶進入纖維素纖維組織。通過纖維素纖維組織或通過乾燥帶的不同的氣流阻尼加大了纖維素纖維組織中的水分分布的差別，和/或產生了原來不存在的水分分布差別。然而，在該技術領域，使氣流適應纖維素纖維組織的不同區域的嘗試未曾有過。
在該技術領域內的一項改進項目談及這個問題，該說明見美國專利5,274,930，1994年1月4日授予Ensign等人，它公開了纖維素纖維的限制孔乾燥與透氣乾燥結合的技術，該項專利將在此作為參照。該專利涉及一種利用一種微孔乾燥介質的裝置，該介質具有比纖維素纖維組織中的縫隙更大的流量阻尼。因此，該微孔介質是一種透氣乾燥過程中的限制孔，在乾燥過程中可實現一種相同的或更均勻的水分分布。
由Enslgn等人發明的限制孔透氣乾燥設備的專利涉及一個或多個具有正壓力或負壓力的區域，可促使氣流沿不同方向流動。
這一專利(817-26)表明當原始織品的比重增加時，按道理，在微孔介質上的滯留時間需要加長。特別是，它表明一般面巾紙的比重(每3,000平方英尺12鎊)所需的在微孔介質上的滯留時間至少為約250毫秒。
發明人意外地發現所需的在第一區的滯留時間可減少，其前題是限制孔的透氣乾燥裝置可分為多個區域。進而，又意外地發現利用合適的區域可減少該裝置的整個能量消耗。特別是，若所述區域的尺寸及選擇得當，只需要較少的風扇馬力。通過使用本發明，風扇馬力可在所述Ensign等人發明的原裝置上減少百分之十至百分之十五。從每年公布的每年每馬力的運行費用為$200至$250的角度來看，其潛在的節省是相當可觀的。
因此，本發明的目的在於提供一種限制孔透氣乾燥裝置，該裝置帶有一種用於透氣乾燥的微孔介質，用於加工纖維素纖維組織。本發明的另一目的在於提供一種限制孔透氣乾燥裝置，該設備減少原有技術所需的滯留時間及能量損耗。
本發明包括一限制孔透氣乾燥裝置以及在其內含有水份分布的原始織品。該原始織品可包含有纖維素纖維組織。該原始織品的密度至少為百分之十八。該裝置進而還包括一組不同的區域，按順序至少應有第一區和第二區。該區域具有相對於大氣壓力相互不同的壓力。
在一種實施例中，該裝置在第二區的脫水率至少為每磅原始織品每秒脫水5磅。在第二種實施例中，該裝置在第二區的脫水率至少為第一區的0.1倍，第二區的脫水率至少為每磅原始織品每秒脫水5磅。在第三個實施例中，該裝置在第一區具有少於約35毫秒的滯留時間。
以下結合附圖詳細描述本發明的實施例。其中，
圖1是根據本發明的微孔介質結合在其內具有負壓力的透氣圓筒的側視工作原理圖；圖2是密度與在本發明裝置上的滯留時間的關係曲線；圖3是本發明的能量消耗和脫水情況與時間的關係曲線(CC)，現有技術的微孔乾燥裝置曲線(BB)，和根據熟知的美國專利4,556,450(1985，12，3日授予Chuang等人)的該技術裝置的曲線(AA)。
參考圖1，本發明包括一限制孔透氣乾燥裝置20與微孔介質30。該裝置20和介質30的製作可參照所述的美國專利5,274,930，在此引作參考。該裝置20包括一透氣筒32和與該透氣筒32外接的微孔介質30。一支撐件28，諸如透氣乾燥帶，從進入輥34處開始纏繞該透氣筒32直到脫開輥36處，對應一圓弧段40。該圓弧段40可再分為具有相對於大氣壓力彼此不同氣壓的多區域41、42。另外，該裝置20可包括一隔離的真空槽或一無端頭的帶。該裝置20從原始織品中脫去水分。
根據本發明的限制孔透氣乾燥裝置20可被分為多個區域。優選裝置20具有兩個區域，第一區41和第二區42。原始織品先是經過第一區41，再經過第二區42，若有的話再依次經過其他區域。第一區41保持比裝置20的穿透壓力低的氣壓。而第二區42保持比裝置20的穿透壓力高的氣壓。該穿透壓力是根據自動工程協會在1968年3月1日公布的空間推薦慣例901而制定，並命名為氣泡點測試方法經修改使用50毫米侵入深度的壓力，該範例在此作為參照。
第一區41和第二區42合起來所對應的弧為約180度至270度，更好的角度為210度至240度。第一區41最多包含了整個第一區41和第二區42所對應弧度的60度，更好的情況是20至30度。
支撐件28向該裝置20傳送吸溼原始織品，並使原始織品以一種速率經過區41，42，在第一區41的滯留時間為少於35毫秒，最好是小於25毫秒，更好為小於15毫秒。經過第二區42的時間應至少為125毫秒，最好為175毫秒。
這裡用到的「吸溼性原始織品」含有一種纖維素纖維組織，或其他帶有潮溼沉積的並必須使其脫去水分變為乾燥狀態以供使用的織品。這裡所指的「吸溼性」即可保持或存住水分，或可從一表面上脫去水分。這裡用到的「纖維素纖維組織」指的是一種組織如紙，它至少含有百分之五十的纖維素纖維及合成纖維，有機填充物，無機填充物泡沫等。本發明所用的適合的纖維素纖維組織可見熟知的美國專利5,245,025，1993年9月14日授予Trokhan等人，該專利在此作為參照。
通過提供兩個不同區域41，42，在所述滯留時間內第一區41具有比限制孔乾燥裝置20的穿透壓力小的壓力和第二區42具有比限制孔乾燥裝置20的穿透壓力大的壓力，發現所需的用於提供不同壓力的風扇功率明顯減少。發明人無意中發現，增加在第一區41的所述滯留時間並沒有使其乾燥程度以及密度有明顯增加，如圖2所示。
通過合理地選用第一區41的滯留時間，然後將所述原始織品傳送至第二區42，其乾燥過程的效率可達到最大，風扇功率隨之降低。對於在此描述的和申請的本發明，該裝置20在第二區的脫水率至少為每磅原始織品每秒脫水5磅，最好為7磅。
第一區41和第二區42之間的理想轉接點為第二區42的脫水率超過第一區41的脫水率的點。實際的轉接點為經過裝置20的(與大氣壓力不同的)壓力從小於穿透壓力到大於穿透壓力的點。該系統的最好情況是實際轉接點與理想轉接點吻合。已知轉接點與吸溼原始織品的孔隙度、排水能力、微孔介質流量特性及孔隙尺寸以及其他因素有關。
第二區42可分為一個或多個子區域，每個區域設有一專用風扇，或根據需要不予分割使用一大風扇。另外，單個區域41或42可由兩個或更多的風扇產生不同的壓力。該風扇可以串行的形式安裝或以並行的形式安裝。一般認為當兩個較小的風扇和一個較大的風扇的總功率相同時其作用是相同的，這一點與本發明是一致的。
因為在低於穿透壓力的情況下經過第一區41，所以它不需風扇，可很好地運用真空泵。這樣根據本發明，第一區41在裝置20上將消耗很小的能量。在此所指的功率僅涉及在裝置20產生不同的壓力的所需功率，不包括用來傳送原始織品至裝置20所需的功率。
對於這裡描述的和申請的本發明，第二區42與第一區41的乾燥率之比，即每單位馬力、每磅原始織品在每秒內所脫去的水，至少為0.1，最好至少為0.12。當然，這個比值會因為在第一區41的低效率的運作而人為地升高。本發明的目的是使第一區41的脫水率至少為每磅原始織品每秒脫水40磅。因為第一區41是在低於穿透壓力下靠毛細管脫水，而不是靠風扇產生高於穿透壓力的氣流，因此，第一區在該脫水++-------率下脫水所需的功率最小。
所述的滯留時間對於具有5至20的紙漿滲透阻尼(PFR)的原始織品是有利的，更有利的是10至11的紙漿滲透阻尼。紙漿滲透阻尼的測量依據熟知的美國專利5,228,954(於1993年7月20日授予Vinson等人)公開的方法，在此作為參照。
參考圖2，第一區的乾燥率的變化與PFR有關，第二區42的乾燥率對三個曲線A、B和C均相同。圖2所示的曲線A、B和C的PFR按順序依次升高。
通常，已發現，在裝置20上的最佳滯留時間與紙漿滲透阻尼成正比關係。輸入的原始織品的密度至少為百分之十八，和可能至少為百分之十九。
根據本發明的裝置20在給定的紙漿滲透阻尼下具有比現存已有的(其說明見於1985年12月3日授予Chuang的美國專利4,556,450)通過毛細管的吸力和保持低於穿透壓力狀態乾燥織品的透氣筒技術更高的脫水能力，所述已有專利將在此作為參照；包括已有技術的編織支撐件28，已有技術的光敏樹脂支撐件28。
脫水率是指每磅纖維在該乾燥過程中脫去的水的磅數被該過程的所需時間除。
脫水率＝(脫水磅數/纖維磅數)/時間(秒)在利用重力重壓和對流乾燥達到完全乾燥的狀態時，通過測量原始織品在區41、42的前後的密度來確定脫水率。在知道了原始織品經過區41、42的路徑長度及速度後，其滯流時間可容易地計算。
參照圖3，注意到根據本發明的裝置在區2的脫水率明顯地高於所述Chuang等人發明的乾燥筒技術的脫水率。
在第二區42，根據本發明的裝置20的脫水率至少達到每磅原始織品每秒脫水5磅，更好的情況達到每磅原始織品每秒脫水至少7磅。在第一區41，根據本發明的裝置20的脫水率至少達到每磅原始織品每秒脫水40磅，更好的情況達到每磅原始織品每秒脫水至少50磅。
在第一區41，根據本發明的裝置20在處理原始織品所消耗的功率為，每處理一平方英尺該織品所需功率少於5馬力，更好的情況少於4馬力。在第二區42，根據本發明的裝置20每處理一平方英尺該織品的所需功率少於18馬力，更好的情況少於16馬力。
權利要求
1.一種限制孔透氣乾燥的造紙裝置和一種含有分布水分的吸溼原始織品，所述裝置包括一用於使氣流穿過所述原始織品的限制孔，其中所述裝置還包括多個不同的區域，按順序至少包括一個第一區和一個第二區，所述不同的區域具有相對於大氣壓力彼此不同的壓力，由此使所述原始織品在所述第一區的滯留時間少於35毫秒，更好的情況為少於25毫秒，最好是少於15毫秒，優選其特徵在於，所述多個區域包括兩個區域，一個第一區，一個第二區。
2.一種限制孔透氣乾燥裝置，和一種含有分布水分的吸溼原始織品，其密度至少為百分之十八，所述裝置包括一用於使氣流穿過所述原始織品的限制孔，其中所述裝置還至少包括兩個不同區域，一個第一區和一個第二區，所述第一區和第二區具有相對於大氣壓力彼此不同的壓力，所述裝置在所述第二區內的脫水率至少為所述第一區的0.10倍，其中所述的第二區的脫水率至少為每磅原始織品每秒脫水5磅，所述的第二區的脫水率最好至少是所述第一區的脫水率的0.12倍，優選其特徵在於，所述多個區域包括兩個區域，一個第一區，一個第二區。
3.一種限制孔透氣乾燥造紙裝置和一種含有分布水分的吸溼原始織品，所述裝置包括一使氣流穿過所述原始織品的限制孔，其中所述裝置還包括至少兩個不同的區域，按順序為一個第一區，一個第二區，所述區域具有相對於大氣壓力彼此不同的壓力，所述裝置在第二區的脫水率至少為每磅原始織品每秒脫水5磅，最好為每磅原始織品每秒脫水至少7磅，優選其特徵在於，所述多個區域包括兩個區域，一個第一區，一個第二區。
4.根據權利要求1、2和3所述的裝置，其特徵在於，所述第一區具有小於所述裝置的穿透壓力的壓力差，優選其特徵在於，所述第二區具有大於所述裝置的穿透壓力的壓力差。
5.根據權利要求1、2、3和4所述的裝置，其特徵在於，所述第一區的功率消耗為每平方英尺原始織品小於5馬力，更好的情況為每平方英尺原始織品小於7馬力。
6.根據權利要求1、2、3、4和5所述的裝置，其特徵在於，所述裝置在所述第二區每平方英尺原始織品消耗功率低於20馬力，更好的情況為每平方英尺原始織品消耗功率低於18馬力，最好的情況為每平方英尺原始織品消耗功率低於16馬力。
7.一種限制孔透氣乾燥纖維素纖維組織的方法，所述方法包括以下步驟提供一種含有分布水分的有待乾燥的吸溼原始織品；提供一種使氣流穿過所述原始織品的裝置；提供一種用以支撐所述原始織品的支撐件；在所述原始織品與所述支撐件相對的一面提供一種限制孔透氣乾燥裝置，使所述原始織品被夾在所述支撐件與所述裝置之間，其中所述裝置作為所述的氣體流動的限制孔，所述的裝置具有多個供氣流流動的不同區域，所述區域具有相對於大氣壓力彼此不同的壓力；將所述的原始織品安裝在所述支撐件上；使氣流通過所述原始織品和所述裝置；將所述原始織品相對所述裝置進行傳送，被傳送的所述原始織品經過所述第一區的滯留時間少於35毫秒，更好為少於25毫秒，最好是少於15毫秒。
8.一種限制孔透氣乾燥吸溼原始織品的方法，所述包括下述步驟提供一種含有分布水分的，有待乾燥的原始織品，該原始織品的密度至少為百分之十八；提供一種使氣流通過所述原始織品的裝置；提供一種支撐件以支撐所述原始織品；在所述原始織品與所述支撐件相對的一面提供一種用於限制孔乾燥的裝置，使所述原始織品被夾在所述支撐件與所述裝置之間，其中所述裝置作為限制孔，用於所述的氣體流動，所述裝置具有多個供氣流流動的不同區域，所述具有相對於大氣壓力彼此不同的壓力；將所述原始織品安裝在所述支撐件上；使氣流通過所述原始織品和所述裝置；所述原始織品在所述第二區的脫水率為每磅原始織品每秒至少脫水5磅。
9.一種經過權利要求1，2，3，4，5，和6所述的裝置製成的纖維素纖維組織。
10.一種經過權利要求7和8所述的裝置製成的纖維素纖維組織。
全文摘要
一種用於造紙或其他吸溼原始織品的限制孔透氣乾燥裝置。該裝置具有一個第一區(41)和一個第二區(42)。該第一區(41)保持小於穿透壓力的壓力差,而該第二區(42)保持大於穿透壓力的壓力差。所述將由該裝置乾燥的原始織品經過該裝置第一區的滯留時間最好保持小於35毫秒。使用所述的雙區系統可以減小該裝置在運行中的整個所需功率。
文檔編號D21F5/18GK1192255SQ96195746
公開日1998年9月2日 申請日期1996年6月3日 優先權日1995年6月7日
發明者唐納德·E·恩塞因, 小麥可·G·斯特爾傑斯, 保羅·D·特羅克漢 申請人:普羅克特和甘保爾公司