具有高中心平面抗性的工業過濾織物的製作方法

2023-10-05 07:08:44

專利名稱：具有高中心平面抗性的工業過濾織物的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於捲筒式強化機(web consolidation machine)諸如造紙機的工業過濾織物。它特別涉及此種類型的織物一即使用被兩個經紗系統交織的三層緯紗構造的 織物，其中至少紙側層中的經紗包含在織物的紙側表面一起形成連續經紗路徑的至少兩根 紗的組。紙側層中的經紗還與中間緯紗交織，但不與機側層緯紗交織，並且機側層中的經紗 還與中間緯紗交織，但不與紙側緯紗交織。
背景技術：
本文所用的術語「工業過濾織物」指編織的織物，諸如用於使纖維或類似固體的分 散體(dispersion)或稀釋漿料排流、成形或另外地強化為某種程度粘合的墊(mat)或網的 織物。此類織物提供接受分散體或漿料的初始沉積的移動支撐表面，並攜帶或以其它方式 支撐它達適當的距離。穿過織物的孔可提供液體的排流，同時形成固體的初始粘合墊或網。本發明特別適用的一種工業過濾織物是「造紙織物」。此術語指用於製造紙和相似 的片層產品(sheet products)的工藝的工業紡織品；並且此類織物包括成形織物、壓榨毛 毯和乾燥部織物(dryer fabrics) 0本發明特別涉及用於形成纖維素纖維的連續網的造紙 成形織物。對於這些工業過濾織物，術語「紙側」或PS指在其上形成粘合墊或網，或者，在後 期輸送所述粘合墊或網的織物的大致平坦的表面。術語「機側」或MS指位於紙側相反方向 的表面，並且通常處於與使用其的機器的各種固定元件移動接觸，所述固定元件諸如造紙 機的排流元件、滾筒、箔和刀片。在下面的討論中，本發明的新穎織物主要是在造紙工藝環 境中描述的，但是應理解，本發明不限於此，並且本發明將在許多其它特定的工業過濾應用 中找到用途，所述工業過濾應用包括紙漿脫水和紙漿餅形成、汙水處理、非織造物成形和運 送以及類似應用。在造紙工藝中，約造紙纖維的非常稀的漿料與約99%的水和其它造紙成分 的混合物一起被從流漿箱的堰板開口(slice opening)以高速和高精確度噴射到移動的 成形織物的PS。織物被許多滾筒引導和驅動經過輔助除去穿過織物的水的多個排流箱 (drainage box)和箔，以在後面留下隨機分散的、鬆散粘合的造紙纖維的網狀物或網。在 成形部結束時，此網被轉移到壓榨部，在該部，隨著網被在壓榨織物之上或一系列壓榨織物 之間搬運，並被引導穿過一個或多個輥隙(nip)，發生通過機械壓力的進一步的水去除。然 後，現在自支撐的但仍然非常溼的網被轉移到造紙機的乾燥部，在這裡，通過蒸發去除剩餘 的水。然後，在得到的紙製品被最終纏繞到捲軸、裁定尺寸和包裝發運之前，其可經受各種 處理。已得到廣泛承認，成形織物在紙幅的初始形成中起關鍵作用。成形織物需要同時 滿足多種物理要求。它必須是粗糙的，以在其被驅動經過成形部的各種固定接觸表面時，隨 時間抵抗其下(機側)表面所暴露於的連續移動接觸。它必須是穩定的，以便在操作過程 中不起皺或歪斜。同時，它必須提供適當的PS表面，對於光滑的紙製品來說，該表面需要是 非常細密的，儲備漿料中的各個纖維，以及任何添加的細屑和填充料在該表面沉積以形成平面網，該平面網在於造紙機的下遊部中去除水之後將被最終強化為連續的片層。造紙工 藝中使用的織物的細度(即紗的尺寸、網目中的開口和織物提供的每單位面積的支撐點的 數目)將部分受儲備料中使用的造紙纖維的長度支配，部分受成形的紙製品的最終用途要 求的支配。還已知，增加織物的紗細度，即通過減小它們的直徑，同時增加紗支數，提供對於 較短的造紙纖維的增加的支撐；但是這導致在提供織物的充足機械穩定性方面的問題。使 用較小的紗直徑的另一個問題是它可提供更加開放的織物結構，以致片層在離開成形部末 端的伏輥時更加乾燥。
造紙纖維越來越多地是從回收的材料獲得的，而此類纖維一般比從原始來源獲得 的纖維在長度上更短，如回收纖維為0. 5-1. 5mm，相比之下，原始來源的為2_4mm。造紙儲備 料越來越多地含有顯著百分比的此類回收的纖維，如果它們要在造紙工藝中提供益處，則 它們必須被它們沉積的織物的網目支撐。造紙纖維的增加的支撐只能通過減小從中編織織 物的紗的橫截面面積和增加網目(即每個織物方向的紗的密度或數目)來提供。細網目將 為造紙纖維提供更多的支撐點，但是細網目也將造成比用更大的紗編織的相當的織物粗糙 度降低的編織結構。因此，在這些織物中使用更細的紗得到更薄的織物結構，其機械穩定性 更差，並具有降低的抗磨性，導致需要尋找提供所需的穩定性和抗磨性的其他手段。所有造紙機共有並且可對網的成形性質具有不利影響的另一問題是「衝擊排流 (impingement drainage) 」的問題，即將過量的儲備料在織物的衝擊點或附近排流進入或 穿過移動的成形織物，如下文所討論的。在成形部(具有或不具有初始的開放表面部分)的初始部分，高度含水的儲備料 的無支撐射流從流漿箱堰板被高速噴射到移動成形織物的開放的PS表面上，或者在雙網 成形裝置的情況下，噴射進入兩個移動成形織物之間的大致會聚的楔形空間。射流在於衝 擊點衝擊成形織物的PS表面之前將通常橫動短距離。儲備料射流的直線軸和在其上造紙 的成形織物的PS表面之間形成的衝擊角通常非常小。在長網造紙機中，該角通常最高為約 4°，但是對於槳葉間隙成形裝置(blade gap former)，該角最高為約6°，並且在現代輥隙 成形裝置(modern roll gap former)中，該角可最高為約10°。由於衝擊角不能為零，即 與雙網造紙機(twin fabric paper making machine)中的織物表面相切，至少部分是因為 儲備料射流在流漿箱堰板和衝擊點之間的空間中在與織物表面垂直的方向上加寬，儲備射 流施加到成形織物上的壓力可被分解為兩個分量一個分量基本上與織物表面相切，而一 個分量基本上垂直於織物表面，兩個分量在聯合時對衝擊排流速率具有可觀的影響。這一衝擊排流問題，並且特別是對於在更高速度下和用更大衝擊角操作的 機器的增加的重要性在以下中討論Danby，Roger和Dale Johnson, Float Forming, Proceedings (浮法成形進展)，PAPTAC 第 92 屆年會，2006，Montreal, QC，2006 年 2 月，第 C141-C148 頁。如那些作者指出的，衝擊角越高，衝擊速度越大。這些力與成形織物在機器方向移 動的速度成正比即隨著機器速度增加，衝擊力也增加。影響衝擊特性的另一因素是造紙機 自身的機械幾何學。如上文指出的，較新的造紙機上使用的現代輥軋成形裝置具有比大多 數先前使用的成形部構造中更大的衝擊角，並因此具有更大的衝擊速度，這又導致了包括 以下的問題更差的細屑保留、片層包埋和通常降低的成形品質。
在成形織物可以IOOkph或更快的速度移動的現代高速造紙機中，垂直於織物表 面的較小的壓力分量對成形織物施加了顯著水平的力，這可造成在成形部的初始部分中過 度的衝擊產生的儲備料排流。此壓力分量(「衝擊壓力」)，其在一些機器中較小但是在許 多較新的機器中具有增加的重要性，和固定排流元件產生的湍流力，連同增加的特定填充 料和更短的造紙纖維的使用，具有降低首次通過保留和增加早期的網的初始層向成形織物 的紙側表面的包埋的不期望的效應。眾所周知，在任何造紙機上，在啟動條件下並從流漿箱堰板遞送不含造紙纖維的 正常造紙的水體積到成形織物上，此水將在非常短的距離內排乾，該距離為大約12英寸 (30cm)或小於典 型的成形部的總計可用的排流長度的1%。這表明，沒有纖維，所有成形織 物具有遠遠超出造紙所需的排流能力。但是，一旦引入造紙纖維，排流就以由纖維的長度、 纖維的量、成形織物的造紙表面的支撐特性和由阻擋和阻滯衝擊排流的力決定的速率被阻 滯。這也是長網造紙機的開放表面上安裝的初始成形板如此成功的原因。在一些更現代的 雙網成形裝置諸如空隙成形裝置中，衝擊靴起到此功能。但是，由於輥軋成形裝置的機械構 造造成缺乏空間，衝擊靴不能用於輥軋成形裝置中。鑑於大多數新機器是輥軋成形裝置，這 是一個重要的問題。還眾所周知，衝擊排流可造成片層印記(sheet marking)，成形織物對造紙纖維、 細屑和填充料的低保留(即低的首次通過保留)，和成形織物的紙側層的堵塞(即片層密 封)。除非成形織物的結構被設計為允許它管理和控制衝擊排流，否則機器速度和/或造紙 機效率的進一步增加可被限制，或者在空隙成形裝置的情況下，直接依賴於成形靴或成形 板構造的改進。相似地，對於上面指出的其他工業過濾目的，衝擊排流將對過濾織物實現使用其 的特定目的的效率具有不利影響。纖維越短，並且來自織物的纖維支撐越低，過濾效率就越 低。造紙工業的未來需求將毫無疑問地是針對日益減輕的定量的片層，其製造將需要 使用因回收而造成的日益減低的纖維長度，並使用更高的造紙機速度以降低生產成本。為 了實現這一點，將需要比現在可得的更細的造紙織物結構，其將使用橫截面面積日漸減小 的紗來進行編織或以其他方式進行裝配。所得的織物結構比使用相對較大尺寸的紗編織的 那些更薄並且更不穩定。如果採用造紙機速度的此類增加和較新的高速造紙機的機械設 計，這將需要更大的織物穩定性，特別是在機器橫向上，以產生均一定量的紙片層。因此，存在對滿足這些新要求、降低的纖維長度的問題和克服上文討論的使用更 細的紗的缺點的織物編織設計的需要。現有技術的討論造紙織物生產商已認識到這些相互矛盾的需要，並已採用各種方式來試圖解決它 們。從Seabrook 等人的 US 5，826，627 和 Barrett 等人的 US 6，334，467 得知，使用成 對的內在緯粘合紗(binder yarn)提供粘合於相對粗糙的和穩定的機器接觸結構的非常細 的紙側網目，織物還包括兩層緯紗，一層位於織物的紙側表面，另一層位於機側表面。還從Johnson 等人的 US 6，202, 705 ；Stone 等人的 US 6，240, 973 Johnson 等人的 US 6，581，645 ；和Stone的US 7，108，020得知，使用成組的三經紗(三重線)將紙側和機側表面的兩個緯層粘合在一起。相似地，從Danby等人的US 7，426，944得知，使用成對的經紗粘合兩層緯紗。在 這些參考文獻的每一篇的織物中，每兩根或三根紗一組的經紗一起在織物的紙側表面形成
單一聯合路徑。 還已知提供以不同方式被經紗粘合在一起的三層緯紗。例如，Tsuneo的US 4，640，741公開了包括交織的兩層經紗和三層緯紗的造紙成形織物，其中上層的經紗與上 層和中間層緯紗中的紗交織，而下層經紗與下層和中間層緯紗中的紗交織。兩層經紗是單 獨即不是成組諸如雙重線(pair)或三重線排列的，並且不同時與相同的中間層緯紗交織。 此外，參考文獻沒有教導適宜獲得平織紙側表面的任何方式，而平織紙側表面對於產生高 質量紙張目的是特別有利的。已知平織紙側表面結構提供編織結構中纖維支撐的最高可能 水平，在其中儲備料中包括了較短的纖維的造紙場合下，這將優化保留。相似地，Westerkamp在US 6，530, 398中公開了三緯層成形織物，其包括上織物 層、下織物層和位於這兩層之間的另外的層，以增加空隙體積和⑶硬度。經紗被單獨排列， 紙側層經紗在從紙側向中間層轉換時沿著陡峭路徑；上層和下層的經紗不與相同的中間層 緯紗交錯(interlace)；並且粘合紗是緯紗。還已知使用通過單一經紗系統粘合在一起的三層緯紗；例如，Rougvie等人的 US 7，008，512 ;Fleischer 的 US 5，169，709 ;Taipale 的 US 4，941，514 ；和 MacBean 的 US 4，379，735。這些參考文獻均未教導經紗的任何可能成組，也沒教導適宜獲得平織紙側表面 的任何方式。還從Kovar的US 5，358，014得知，提供14-梭口額外支撐成形織物，其中上(紙 側)層中的每4根緯紗、中層中的每2根和機側(機側)層中的所有緯紗形成被穿過上兩 層的經紗和穿過全部三層的其他經紗維持在一起的紗組。還從Danby等人的US 7，426，944得知，通過在織物的中心平面即紙側層和機側 層之間的大致平行於紙側層的概念平面中提供高水平抗性的編織圖案，可實現排流性質的 改進，特別是降低與引入更現代的非常高速的輥軋成形裝置相關的高衝擊速度對衝擊排流 的不利影響。這一增加的中心平面抗性(CPR)可由層之間更長的內部浮紗有利地提供，因 此提供單一中心平面中增加的紗存在，如由Danby和Johnson，op cit.，同上所進一步討論 的。現在已發現，三緯層類型的成形織物，其中至少紙側表面的經紗被成組排列如雙 重線或三重線，可在具有非常粗糙和穩定的機側表面，以及非常細的優選地平織紙側表面 的織物中提供，其將提供更高數量的纖維支撐點以優化片層成形。紙側經紗組的單根紗，即 雙重線或三重線，以單一聯合路徑交織，以便彼此補充，每個紗線成員沿著彼此形成「不間 斷的」紙側層編織圖案，並且又各自單獨向下穿到中間層以與中間緯紗交錯。進一步發現，如果各紙側經紗與中間緯紗的交織點與機側層經紗與相同的中間緯 紗交錯的每個位置一致，以便紙側層和機側層的經紗各自在相同的中間層緯紗周圍纏繞或 繞過，則是特別有利的，這是現有技術未公開的特徵。如上文指出的，Danby等人在US 7，426，944中顯示使用經紗增強單一中心平面中 的排流抗性。在本發明的織物中，可鑑定各自與紙側表面的平面大致平行的兩個不同的中 心平面，即紙側層和通過中間緯紗的平面之間的第一概念性中心平面；以及機側層和通過中間緯紗的平面之間的第二概念性中心平面。這兩個中心平面的存在和協同進一步增強了織物的排流抗性。中心平面抗性(CPR)不需在兩個中心平面的每一個中都相同，並且將取 決於選擇的編織圖案。本發明的編織圖案通過提供尤其是下列優點而解決了現有技術的問題，包括上文 討論的那些問題。由於紙側層和機側層編織圖案彼此完全不同，因此織物設計者在選擇織物的每個 表面的設計上具有更大的自由度，以滿足織物的期望最終用途的特定要求。例如，對於用於 高質量紙的成形織物，提供非常細網目的紙側表面和非常粗糙的機側表面的矛盾目標可通 過引入第三(中間)層緯紗得到調解和同時實現。如果織物中央的中間層中的緯紗被用作經紗的轉向點(turning point)，即通過 在每個點同時交織紙側層和機側層經紗，則將向織物提供進一步的強度和穩定性。相似地，紙側層和機側層編織圖案完全不同的事實還允許對兩層經紗使用不同的 材料，或不同的橫截面構造。使用組合為如雙重線或三重線的成組經紗允許紙側層的平織圖案。另外，當對或 組的一個成員作為平織在紙側表面進行編織時，浮在第一或第二中心平面中的相應平面內 的其他紗，在扎入中間緯紗之前和之後，提供有利的CPR，由此降低通過織物的衝擊排流。機側層經紗可比紙側表面的那些更粗(即具有更大的橫截面面積)。此外，取決於 織物的期望最終用途，機側層的編織圖案可容易地提供成組編織的機側層經紗，如雙重線 或三重線，而不要求對紙側層的優選編織圖案進行任何修改。因此，本發明的織物可被編織 為將紙側層的雙重線或三重線與作為單獨的紗或成組為雙重線或三重線的機側層紗的任 何期望編織圖案組合。用於本發明織物的紗的材料可選自適合用於此類型的工業紡織品和基於織物的 期望最終用途的任何已知材料。紗可以是單絲或多絲的，以任何合適的橫截面構造塑形。 任選地，中間緯紗可以是植絨紗，並且一些中間紗可用不鏽鋼構造。最重要的，由於紙側層 和機側層中每一層的紗不穿過另一層，因此就不存在對兩層的材料之間的相容性的通常需 要，所以可使用非常廣範圍內的材料、尺寸和構造，以使特定的紗在它們被編織的位置處的 特性最大化。如本文所用，下列術語具有下列含義CD支撐長度(mm/mm2或in/in2)織物的PS上暴露的並且可用於支撐造紙纖維的 每單位面積的CD朝向的紗的量的量度。這是基於PS表面中的支撐部分，所以不受紗的直 徑的影響。CD/MD支撐比CD支撐長度與MD支撐長度的比。具有相對較高的CD/MD支撐比的 織物將提供對於造紙儲備料中通常MD朝向的纖維的更好支撐。機器橫向(CD)垂直於MD並與MD在同一平面中的方向，即橫跨所述網。中心平面位於PS和MS表面之間並與它們大致平行的通過織物的層的概念性平 面。在使用三層緯紗和至少兩個經紗系統編織的、每個經紗系統與兩層緯紗交織的本發明 的織物中，PS層和MS層中的每一個將具有各自平行於PS和MS表面的中心平面。中心平面抗性(CPR)織物編織圖案的一個重複中「直通」(即從PS到MS)連續排 流開口的數量，表示為完整表面面積的百分比。它是交織的組成紗的存在造成的對通過平行於PS和MS的織物中的概念性中心平面的液體排流的抗性的量度(關於此參考Danby等 人的US 7426944)。由於在所述新穎織物結構中，每層經紗與該層的緯紗和兩層之間的中間 緯紗交織，根據本發明的織物具有兩個不同的中心平面，每個中心平面具有其自身的CPR， 機側層和紙側層各有一個所述中心平面。這造成各層中的經和緯彼此偏離，因此遮掩了否 則將直接從PS層開通到MS層的任何孔。通過本發明的織物的絕大多數排流開口是偏離的， 並因此斜穿過織物。纖維I撐指數(F. S. I.)定量織物為片層提供的支撐的數字，其考慮在上面形成 紙的片層的紗表面的支撐長度，並強調CD支撐。該數字通常沒有或不使用單位，它是根據 Beran 描述的方法計算的，並總結於 Danby，R. & Perrault，J.，"Weaves of Papermaking Wires and Forming Fabrics」(造紙網和成型織物的編織)，Montreal, QC, PAPTAC[加拿 大紙漿和造紙技術協會]，rev. 2005年5月，第2_3頁，並且其提供了給定織物編
權利要求
一種平織的工業過濾織物，具有具有紙側表面的紙側層，和具有機側表面的機側層，該織物根據第一重複編織圖案編織並包含(a)紙側層緯紗；(b)機側層緯紗；(c)位於紙側層和機側層之間的中間緯紗；(d)第一經紗；和(e)第二經紗，其中(i)所述第一經紗包含至少兩個成員的組，並且根據第二重複編織圖案與所述紙側層緯紗和所述中間緯紗交織，其中每個組的成員一起形成在所述織物的紙側表面的單一聯合路徑，並且(ii)所述第二經紗根據第三重複編織圖案與所述機側層緯紗和所述中間緯紗交織。
2.根據權利要求1所述的織物，其中(i)在第一經紗與中間緯紗交織的每個位置，第二經紗與相同的中間緯紗交織，並且( )在第二經紗與中間緯紗交織的每個位置，第一經紗與相同的中間緯紗交織。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的織物，其中所述第二經紗各自沿著分別的路徑。
4.根據權利要求1或權利要求2所述的織物，其中所述第二經紗包含雙重線，並且對於 每對雙重線，兩個成員沿著與彼此相同的路徑。
5.根據權利要求1或權利要求2所述的織物，其中所有的所述第二經紗包含雙重線，並 且對於每對雙重線，成員一起在所述織物的所述機側表面形成單一聯合路徑。
6.根據權利要求1或權利要求2所述的織物，其中所有的所述第二經紗包含三重線的 組，並且對於每個組，成員一起在所述織物的所述機側表面形成單一聯合路徑。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的織物，其中所有的所述第一經紗包含三重線的組。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的織物，其中所述第二重複編織圖案選自由平織 和2上1下圖案組成的組。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的織物，其中每根紙側層緯紗所具有的橫截面面 積小於每根機側層緯紗和中間緯紗的橫截面面積。
10.根據權利要求1至8中任一項所述的織物，其中至少一些中間層緯紗所具有的橫截 面面積大於每根紙側層緯紗和機側層緯紗的橫截面面積。
11.根據權利要求10所述的織物，其中每根中間層緯紗所具有的橫截面面積大於每根 紙側層緯紗和機側層緯紗的橫截面面積，並且每根機側層緯紗的橫截面面積至少等於每根 紙側層緯紗的橫截面面積。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的織物，其中每根第二經紗所具有的橫截面面 積至少等於每根第一經紗的橫截面面積。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的織物，其中每根第二經紗在所述第一重複編 織圖案的每個重複中與至少一根機側層緯紗交織。
14.根據權利要求1至12中任一項所述的織物，其中每根第二經紗在所述第一重複編 織圖案的每個重複中與至少一根中間層緯紗交織。
15.根據權利要求1至14中任一項所述的織物，其中第三層緯紗的緯紗是植絨紗，每根 植絨紗包含沿其長度外周被多根突出纖絲圍繞的縱向芯線，每根纖絲具有第一自由末端和 固定於所述芯線的第二末端。
16.根據權利要求1至15中任一項所述的織物，其中所述中間緯紗由不同於所述紙側 層緯紗和所述機側層緯紗的材料構造而成。
17.根據權利要求16所述的織物，其中所述紙側層緯紗由不同於所述機側層緯紗的材 料構造而成。
18.根據權利要求1至17中任一項所述的織物，其中將所述織物編織成圖案需要織機 中有至少12個梭口。
19.根據權利要求18所述的織物，其中將所述織物編織成圖案需要織機中有至少24個梭口。
20.根據權利要求1至17中任一項所述的織物，其中所述織物具有所述紙側層緯紗和 所述中間緯紗之間的第一中心平面抗性以及所述中間緯紗和所述機側層緯紗之間的第二 中心平面抗性，並且所述第一中心平面抗性和所述第二中心平面抗性各自介於5%和25% 之間。
21.根據權利要求20所述的織物，其中所述第一中心平面抗性大致等於所述第二中心 平面抗性。
22.根據權利要求20所述的織物，其中所述第一中心平面抗性不同於所述第二中心平 面抗性。
23.根據權利要求22所述的織物，其中所述第一中心平面抗性大於所述第二中心平面 抗性。
24.根據權利要求1至23中任一項所述的織物，包括造紙織物。
25.根據權利要求24所述的織物，包括成形織物。
26.根據權利要求24所述的織物，包括壓榨織物。
全文摘要
平織的工業過濾織物，包含三層緯紗。第一組經紗僅與紙側層緯紗和中間緯紗交織，而第二組經紗僅與機側層緯紗和中間紗交織，第一經紗和第二經紗在共有的轉向點與相同的中間緯紗交織。第一經紗包含在紙側表面形成單一聯合路徑的內在的粘合紗的組，而第二經紗作為單獨的紗或成組如雙重線或三重線編織。紙側層和機側層的不同性質增加了優化各層特性的編織圖案的可用組合，並且三層之間的不同中心平面提供了改進的排流控制。
文檔編號D03D25/00GK101952496SQ200980105964
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月20日 優先權日2008年2月22日
發明者D·B·詹森, R·丹比 申請人:阿斯頓詹森公司