纖維素纖維結構限制孔乾燥方法、裝置和製得的纖維結構的製作方法
2023-05-21 11:59:41 6
專利名稱：纖維素纖維結構限制孔乾燥方法、裝置和製得的纖維結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及纖維素纖維結構，特別是具有通氣性乾燥的初始紙幅的纖維素結構。
纖維素纖維結構已經成為日常生活中的常用品，它已經應用於表面織物、衛生紙和擦手紙上。
纖維素纖維結構領域的一個最新的發展是提供多層纖維素纖維結構。多層纖維素纖維結構被認為其某一層的纖維素纖維結構與相鄰一層的纖維素纖維結構在基重(basis weight)、密度或二者上都一樣。
在應用纖維的生產中，多層纖維素纖維結構具有經濟上的優點。而且多層可以滿足纖維素纖維結構消費者想要的各種功能。例如提供吸水性、抗張強度，甚至還可以由不同層提供不透明度。
在纖維素纖維結構的生產中，分散在液體載體中的纖維素纖維溼的初始紙幅被沉積到成形線網上。溼初始紙幅可用幾種已知裝置的任意一種或其結合進行乾燥。每種乾燥裝置都將影響得到的纖維素纖維結構的性質。例如，乾燥方法和裝置可影響得到的纖維素纖維結構的柔軟性，厚度，抗張強度和吸水性。用來乾燥纖維素纖維結構的方法和裝置也會影響生產速率，這種速率並不受這些乾燥方法和裝置的限制。
一種乾燥裝置的實例是毛氈帶。毛氈乾燥帶長時被用於通過進入一個與初始紙幅保持接觸的透水毛氈介質的液體載體毛細管流來脫去纖維素纖維結構中的水分。然而把纖維素纖維結構中的水份脫到毛氈帶中和用毛氈帶去給纖維素纖維結構脫水，會導致需乾燥的纖維素纖維結構初始紙幅全部均勻的壓縮或壓實。
毛氈帶乾燥可以通過真空或對壓滾進行，對壓滾可以使毛氈帶與纖維素纖維結構之間的壓縮達到最大程度。毛氈帶乾燥的實例在Bolton的1982年5月11日公開的U.S.4,329,201及Cowan等人於1989年12月19日公開的U.S.4,888,096中已有描述。
然而，一般來說，毛氈帶不適合生產和乾燥有多層的纖維素纖維結構。由於含在不同層中的水份總量不同，還要避免前面提到的纖維素纖維結構的總體壓緊，乾燥具有多層纖維素纖維結構的其它裝置就優選考慮了。
例如通過真空脫水來乾燥纖維素纖維結構而不藉助毛氈帶在本領域中是已知的。當水是液態時，真空脫纖維素纖維結構中的水分可通過機械的方法從纖維素纖維結構中脫去水份。而且真空偏折纖維素纖維結構結構的分離層進入乾燥帶的偏折導管內。並大大促使了纖維素纖維結構不同層中含有不同量的水份。類似地，用有優選孔大小的多孔圓柱體，藉助毛細管流通過真空乾燥纖維素纖維結構在本領域中是已知的。這樣的真空驅動乾燥技術的實例在普通轉讓的1985年12月3日公開的授予Chuang等人的U.S.4,556,450和1990年11月27日公開的授予Jean等的人U.S.4,973,385中有所描述。
還有在另一種乾燥的方法中，通過通氣乾燥纖維素纖維結構的織物胚也已取得了顯著成效。在一種典型的空氣乾燥方法中，一個有小孔的透氣帶支撐要乾燥的初始紙幅。熱氣流通過纖維素纖維結構，然後通過這個滲透帶。反之亦然。
在透氣帶內疊合在一起並偏折進透氣帶中的小孔的這些層被優選乾燥，而且所得到的纖維素纖維結構的厚度會增加。在透氣帶中疊在一起的這些層的接合處被乾燥到較小的程度。通過蒸發空氣流主要乾燥初始紙幅。
在本領域中，已經實行了一些用於通氣乾燥的透氣帶的改進。例如，透氣帶被製成有大的開孔面積(至少40％)，或者製成具有減少透氣率的帶子。減少透氣率可通過採用一種樹脂混合物去填充在帶上織線之間的孔隙來完成。乾燥帶裡注入金屬微粒以提高其導熱性和減少輻射率，或另一方面，乾燥帶能以由連續網絡組成的感光樹脂構制。乾燥帶特別適於高達大約815℃(1500華氏度)的高溫氣流。這種通過氣流乾燥技術可從下處找到，它們是Cole等人於1975年7月1日再頒的U.S.Re.28459；Rotar，於1979年10月30日公開的U.S.4,172,910；Rotar等人於1981年2月24日公開的U.S.4,251,928；普通轉讓的Trokhan於1985年7月9日公開的U.S.4,528,239；和Todd於1990年5月日公開的U.S.4,921,750。
另外，當還有初始紙幅需要乾燥時，在本領域內對穩定纖維素纖維的乾燥型作了幾種嘗試。這樣的嘗試可用乾燥帶或與Yankee套相結合的紅外線乾燥器。這樣的成型乾燥實例在Smith1986年4月22日公開的U.S.4,583,302及Sundovist於1990年7月24日公開的U.S.4,942,675中有描述。
在前述領域中，特別建議通氣乾燥時沒有提到乾燥多層纖維素纖維時會遇到的問題。例如，當纖維素纖維結構的第一層比第二層具有較少的絕對溼度、密度或基重時，一般第一層比第二層將有相對大的氣流量通過。這種相對大的氣流量的產生是因為第一層具有較小的絕對溼度、密度和基重，使得通過這層的空氣流動阻力成比例減少。
當待乾燥的多層纖維素纖維結構被輸送到Yankee乾燥滾筒上，這個問題就顯得更明顯了。在Yankee乾燥滾筒上，隔離的單個纖維素纖維結構層與熱圓柱體的圓周緊密接觸，來自乾燥滾筒套內的熱空氣被引到對著熱圓柱體的纖維素纖維結構表面上。但是，一般與YanKee乾燥圓筒最緊密接觸發生在高密度或高基重層處，這些層沒有那些低密度或低基重層那樣乾燥。低密層的乾燥優選通過與YanKee乾燥滾筒套內氣流進行對流換熱來完成。因此，為補償高密度或高基重層較大溼度，纖維素纖維結構的生產率必然降低了。為了讓具有高密度和高基重的纖維素纖維結構層得到完全乾燥，為了防止從YanKee乾燥滾筒套內來的空氣把已乾燥的低密度或低基重層烤焦或燃燒，YanKee套內的空氣溼度需降低，並且在Yankee套內的纖維素纖維結構的滯留時間需增加，這樣也就降低了生產率。
在現有技術的方法中(除了由機械壓縮，如毛氈帶)另一個缺點是它們都依靠支持纖維素纖維結構來乾燥。氣流直接朝向纖維素纖維結構並被輸送通過支撐帶，或者換一種辦法，氣流通過乾燥帶到纖維素纖維結構上。通過帶或纖維素纖維結構的氣流阻力的差別使纖維素纖維結構內的水分分布的差別增大了並且/或在原來沒差別之處水份分布也產生了不均。然而在此工藝裡沒有做使氣流適合纖維素纖維的各種不同層的差別的嘗試。
特別地，在此工藝中沒有做這樣的嘗試將純淨的直接的空氣流離開需這種氣流最少量的低密度或低基重層而進入含水量相對多的高密度，或高基重層。同樣促使纖維素纖維結構每層得到均勻乾燥的嘗試也沒有做。
因此，本發明的主要目的是提供一種和限制性小孔通氣乾燥設備一起使用的微孔介質。本發明的另一目的是提供一種設備和方法使直接空氣流在限制性小孔通氣乾燥方法中基本相等的流向並通過低密度，低基重層和高密度、高基重層。這樣的設備和方法預期採用限制性小孔通氣乾燥、常規的壓力毛氈、紅外線乾燥等以及它們的結合的紙生產。本發明還有一個目的是提供一種設備和方法來減少通過空氣乾燥或YanKee滾筒乾燥製造工藝步驟生產纖維素纖維結構出現的限制速率的發生。最後，本發明的目的是用這種方法和設備來生產多層纖維素纖維結構。
本發明包括一種和限制性小孔通氣乾燥設備一起使用的微孔介質。這種微孔介質和其中有水份分布的纖維素纖維的初始紙幅結合使用並為氣流通過初始紙幅提供限制性小孔。
在一實施例中，本發明包括一種設備，它在初始紙幅的一側有空氣乾燥帶用來輸送微孔介質以及配置在初始紙幅的相反一側的微孔介質用來試圖提供基本均勻的氣流流向或通過初始紙幅。該設備還包括使氣流通過初始紙幅的裝置，其中微孔介質限制性小孔用於空氣流通過初始紙幅。在用該設備乾燥後的水分分布是相同的或更均勻。
在另一實施例中，本發明包括一種方法用於限制性小孔通氣乾燥纖維素纖維結構。此方法包括提供待乾燥初始紙幅的步驟，使氣流通過初始紙幅的裝置。從一邊支撐初始紙幅的乾燥帶和相對乾燥帶的微孔介質。使氣流通過初始紙幅，其中微孔介質是氣流裡的限制性小孔。通過這種方法乾燥後的初始紙幅內的水份分布相同或更均勻。
雖然，包括權利要求的說明特別指出了，並清楚地表述了本發明，相信從以下按照附圖的描述中會使人更好理解，在附圖中，相同的部件給出相同的代號
圖1是按本發明製得的多層纖維素纖維結構的上層平面圖像。
圖2是按本發明紙張生產機器的側視圖。
圖3A是在一可滲透水的圓柱體(內部壓力為負壓)上的一按照本發明的微孔介質的側視圖。
圖3B是在一可滲透水的圓柱體上(內部壓力是正壓)的一按照本發明的微孔介質輥的側視圖。
圖4是按照本發明所示各種薄層的微孔介質的頂面圖像。
本發明用來生產如圖1所示的纖維素纖維結構10。如上所述並由圖所示纖維素纖維結構10，可由單層12組成或優選由多層12組成。纖維素纖維結構10適用於消費品如面巾紙，衛生紙和擦手紙。
纖維素纖維結構10的纖維是一種有一很大一維尺寸(沿纖維縱軸)，其它二維與其比較尺寸相對較小(垂直於纖維縱軸的兩個徑向、且它們也互相垂直)，因此，線性是近似的。微觀檢驗纖維可顯示其它二維尺寸與纖維的第一維尺寸比較是小的，這另外的二維小尺寸在整個纖維的軸向長度上，基本上不需要相等，也不需要保持恆定。重要的是，僅要求纖維在它的軸向範圍內能夠彎曲，能夠粘結到另外的纖維上，可通過液體載體分布並且接著乾燥。
由纖維素纖維結構10組成的纖維可是合成的，如聚烯烴或聚酯；最好是纖維素如棉絨纖維，人造絲，或甘庶渣，更好是木漿如軟木(裸子植物或具松果的)或硬木(被子植物或落葉的)。木漿纖維的纖維素混合物包括由長約2.0到4.5毫米，直徑約25到50微米的軟木纖維和在本文中已描述過的已被發現加工很好的長小於1毫米，直徑約12到25微米的硬木纖維。
纖維可通過任意漿化工藝製得，這些工藝包括化學過程如亞硫酸鹽、硫酸鹽和蘇打工藝以及機械方法如磨削基木。另外，纖維可通過化學方法和機械方法結合製得或可重複利用。這裡描述的對於纖維素纖維結構10所採用的纖維的類型、組合物及方法對本發明不是關鍵的。
參照圖2以及用於造紙使用的設備15，按本發明實際工藝的第一步是提供一個纖維素纖維的含水分散體。纖維素纖維的含水分散體放入機頭箱20內，如圖所示，可用一個機頭箱20，但是為了互換作用在生產紙張過程中可用多個機頭箱20。機頭箱20或機頭箱20組和製備造紙用纖維的含水分散體的設備在普通轉讓的Morgan等人於1976年11月30日公開的U.S.3,994,771和普通轉讓的Trokhan於1985年7月16日公開的U.S.4,529,480中已充分描述了。這些專利在此作為參考引入是為了說明可用於造紙纖維的製備和分散中的設備。
造紙纖維的含水分散體，以液體載體從機頭箱20被輸送到成形帶如長網線製品帶22上。長網帶22由一個胸輥和多個迴轉輥支撐，另外，通常與長網帶22聯繫的是成形板，真空箱，張力輥，清掃指示器等，這些在本領域中是眾所周知的，在這裡不作進一步的討論和說明。
造紙纖維的含水分散體用來在長網線製品帶22上和其它成形線製品帶上形成初始紙幅。這裡應用「初始紙幅」指的是一層在以下討論的乾燥步驟之前的造紙工藝過程期間的長網帶22或其他成形帶上經受重新分布作用的纖維沉澱物。常規的真空箱26等可用來連續地從含水初始紙幅21中除去水分。
初始紙幅21被輸送到第二個造紙帶上，具體為乾燥帶28，可使用任何空氣可透過的空氣乾燥帶。一個特別挑選的乾燥帶28應用一連續的感光樹脂網。特別優選的乾燥帶28可按普通轉讓的Trokhan於1985年7月9日公開的U.S.4,528,239來製得，上述專利在這裡一併作為參考，為了適用於本發明所使用的所示的乾燥帶28。如果需要，乾燥帶28可由一個織物背部提供。優選，具有這樣一個織物背部的乾燥帶28可按照普通轉讓的Hood等人於1991年10月22日公開的U.S.5,059,283和Trokhan於1991年12月17日公開的U.S.5,073,235來製得。
通過施加不同壓力到初始紙幅21，可以將初始紙幅21從成形帶22輸送到乾燥帶28上。具體說來，初始紙幅21可通過把初始紙幅21與成形帶22分離的轉換頭24轉換，並使其偏轉進入乾燥帶28的孔內並同時脫去初始紙幅21中的水分。初始紙幅21由真空箱26固定在乾燥帶28上。不管用什麼方法，人們認為只要初始紙幅21從成形帶22被輸送到乾燥帶28上，對初始紙幅21施加不同流體壓力的其它裝置也可採用。
真空箱26提供纖維素纖維結構10的多層12的附加偏移而進入乾燥帶28的孔中。該偏移引起多層12偏移而比沒有偏移的多層12具有不同的密度和/或基重。真空箱26產生機械脫去初始紙幅21中的水分。另外，或除了真空箱26之外按照普通轉讓的Chuang等人於1985年12月3日公開的U.S.4,556,450製得的一種輥子也可採用，該專利在此引作參考，為了所示設備15可用它機械地脫去初始紙幅21的水分。
在初始紙幅21從乾燥帶28上除去之後，乾燥帶28可用水指示器(沒有表示)清潔以除去纖維素纖維結構10纖維，粘合劑以及類似的保持並粘附到乾燥帶上的雜物。乾燥帶28還可有乳濁液被用來作為釋放劑，通過降代氧剝蝕作用而延長帶的有效壽命，優選的乳濁液和分布方法公開在上述的普通轉讓的Trokhan的與1991年12月7日出版的U.S.5,073,235中。
初始紙幅具有分布於其中的、來自生產過程的水。相應初始紙幅21的重複型，水分布大體上是均勻的。但更可能的是分布不均的，初始紙幅裡的重複型是由於不同基重和/或密度層的類似型所造成的。通過軟性X射線的圖象分析或本領域中已知的其它設備，可以定性地以相應於重複型的尺度確定其水分分布。
按照本發明，乾燥帶28把初始紙幅21輸送到裝置15使通氣乾燥過程中的氣流直接的平均地流向並流過低密度和低基重層12及高密度和高基重層12。按照本發明該裝置15包括微孔乾燥介質，支撐該介質和待乾燥的胚的纖維素纖維結構10的裝置和引起氣流通過微孔乾燥介質30和胚的纖維素纖維結構10的裝置。
特別地，乾燥帶28把纖維素纖維結構10輸送到有軸向可轉動的多孔圓柱體32。按照本發明多孔圓柱體32圓周覆蓋著微孔介30。在此描述的實施例中，多孔圓柱體32的內部可以是負壓，儘管在以後的描述中多孔圓柱體可以相對於大氣壓的正壓提供。正壓一定足夠以提供流體流通過纖維素纖維結構10，最好超過在微孔介質30的臨界壓力以免任何液態水出現在孔隙中。對在此描述的方案，負壓為大約2.5到30.5釐米汞柱(1到12英寸汞柱)，已經發現滿意工況最好是17.8到25.4釐米汞柱(7到10英寸汞柱)。
對照圖3A，乾燥帶28從入口輥34到移送輥36纏繞著多孔圓柱體32並襯託一個限定著一個環節的弧。負壓使加到整個該環節上以除去初始紙幅中的水，並進入多孔圓柱體32的內部。然後基本已乾燥的初始紙幅在移送輥36處離開多孔圓柱32，優選稠度至少30％、更優選稠度是50％。
在初始紙幅21和多孔圓柱32相接觸時期內，前述的乾燥帶28在環節的外面，覆蓋著微孔介質30的多孔圓柱體32是在環節的裡面，並且初始紙幅21在外乾燥帶28和內微孔介質30之間。由於多孔圓柱體32裡面的負壓，排出氣流就穿過由乾燥帶28、初始紙幅21微孔介質30及多孔圓柱體32形成的疊層。
再參照圖2，用來生產纖維素纖維結構10的設備15還帶有套54，以供給熱空氣流來乾燥初始紙幅21。特別地，套54提供乾燥的熱氣流用於空氣流通過初始紙幅21。重要的是空氣流不能給初始紙幅21增加水分，而是通過蒸發和機械作用去除水分。值得注意的是如果只使用機械方法去水，空氣必需是飽和的。優選套54提供從室溫到290℃(500°F)的氣流，更優選大約是93℃到約150℃(200到300°F)的溫度，以用於空氣流通過初始紙幅21。
用相對低的溫度的一個優點是減少乾燥帶28和纖維素纖維結構10的過早的損壞、或燒焦、燃燒或產生惡臭的各種傾向，在生產過程期間使用較低溫度空氣流並可節省能量。按照該裝置構造並供給這樣的套，這已被本領域的專業人員了解了，因此這裡不做進一步說明。
當初始紙幅21被引進微孔介質30和多孔圓柱32時，它將有約5％到50％的稠度，根據進入的水分，纖維組分，微孔介質30的幾何形狀，初始紙幅21的基重，初始紙幅在微孔介質30裡的滯留時間，氣流量、溼含量、以及通過初始紙幅21的溫度，這種初始紙幅可以乾燥到約25％到100％的稠度。
通常，隨初始紙幅21的基重增加，它在微孔介質30中的滯留時間也增長是必須的。例如，設備15應該提供初始紙幅21在微孔介質30上的最少250毫秒的滯留時間以使初始紙幅21有大約每平方米0.02千克(每平方英尺12磅)的基重和30％到50％的稠度。
這裡用到「微孔介質」指的是那些允許氣流通過和能用來導向，製造，精製或減少氣流到另外元件的任意元件。另外元件可以是微孔介質30的上流元件或下流元件。微孔介質30通常是平的或任意的所希望的形狀元件。最好微孔介質30內的孔是比纖維素纖維結構內的孔的水力半徑較小和很好地分布以提供大致均勻的氣流到這種氣流範圍內的所有纖維素纖維結構10上。另一方面，由於氣流通過微孔介質30流動路徑(幾個轉向、節流、小管等)的阻力較高，雖然提供的限制性小孔是均勻分布的，但氣流通過微孔介質30可能仍會受影響。
參照圖4，微孔介質30產生的限制性小孔用於氣流通過乾燥帶28並特別通過初始紙幅21，這裡用到的「限制性小孔」指的是對空氣流提供最大流阻的單個元件的元件。重要的是這種氣流通過乾燥帶28，初始紙幅21，微孔介質30圓柱體的流動阻力的結合以及穿過上述的壓差，以至在這種氣流中微孔介質30是限制性小孔。通過在微孔介質30上具有對氣流的限制性小孔，相信，可提供全部各種的以及不同的纖維素纖維結構10的層12大致均勻的空氣流。儘管本發明沒有被任意的這樣原理所限制。
如圖3A所示，乾燥初始紙幅21的同樣氣流最終流過微孔介質30到多孔圓柱體32和它的內部。因此，通過微孔30的流動路徑必需有一定尺寸和形狀以提供這種氣流路徑中的限制性小孔。這裡用到「流動路徑」指的是氣流按照乾燥工藝部分直接通過的區域或各種區域結合。
微孔介質30和纖維素纖維結構10應是接觸關係，特別對於圖3B的流動布置，以防止它們之間產生強制通風的空氣流向或通過纖維素纖維結構10被其單個層12的流動阻力所限制。強制通風使氣流能橫向流向並通過初始紙幅21並妨礙所希望的均勻空氣流向並通過初始紙幅21。在這裡應用的氣流被認為是「橫向」的，當這種氣流在初始紙幅21的鄰近處時，它有一個平行於微孔介質30平面的主要輸送方向。
當初始紙幅21被微孔介質30和與之聯繫的工藝乾燥後，它裡面的水分分布是相同的或比乾燥以前更均勻了。任何情況下，按以往的工藝通氣乾燥方法所發生的水分分布不均不會產生和/或增大。再次以相應於初始紙幅21內重複型的尺度估量這種水分分布。定性的對水分分布均勻度可用軟性X射線圖像分析或能提供一個適宜尺度的相對測定值的任意其它裝置來確定。
可以預言，對圖3A的方案，纖維素纖維結構10能與微孔介質30間隔一段小的距離，提供一在它們之間密封氣流的中間網格。這樣的安排由纖維素纖維結構10能使微孔介質30的汙染及磨損減至最小。
如圖4所示的微孔介質30由層結構組成。然而使用單層微孔介質30是可行的，這取決於它的強度，特別是對於選擇的造紙工藝中所採用上述壓差和流體阻力的結合。
微孔介質30和用來生產纖維素纖維結構10的整個裝置15被認為有經緯方向。這裡用「經度」方向指的是纖維素纖維結構10的平面內並平行於整個造紙設備15的輸送方向。用「緯度」方向指的是纖維素纖維結構10胚平面垂直於經度方向的方向，並且通常是在生產中輸送的橫向。
微孔介質30的第一到第五層38,40,42,44或46，能由任意這樣材料製得，這些材料能承受造紙工藝中固有的和易發生的熱、水分和壓力，不會對纖維素纖維結構10產生有害影響或性能。重要的是微孔介質30疊層在生產過程中不能過分偏轉或變形垂直於初始紙幅21的平面，否則通過此處的所希望的均勻的氣流通過不能保持。薄層38,40,42,44和46或產生流體阻力的其他元件的組合可用於微孔介質30，所述的流體阻力是在操作中流動路徑的限制性小孔並且在操作中沒有偏轉和不大充分支撐纖維素纖維結構10。僅僅需要的是每層38,40,42,44或46由下層38,40,42,44或46支撐而不產生過量偏轉。
對這裡描述的方案，一疊層有第一個薄層38最靠近並且甚至與初始紙幅21相接觸和可用來穿過它的大約6到7微米大小的作用孔。這第一層38由金屬經線和緯線纖維的Dutch斜紋織物形成。徑向纖維直徑約0.038毫米(0.0015英寸)，緯向纖維直徑約0.025毫米(0.001英寸)。徑向和緯向纖維編織成第一薄層38有一大約0.071毫米(0.0028英寸)內徑，並在經線方向上每釐米大約有128條纖維(每英寸325條)，在緯線方向每釐米大約906條纖維(每英寸2300條纖維)。第一層38可用砑光機砑光按要求增加它的流動阻力。
對於這裡描述的方案，一疊層含第二層40是在第一層38下面並與第一層38接觸。它可有一約93微米的方孔。這樣的第2層40由金屬的徑向和緯向纖維的平的方格織物形成。徑向纖維直徑約0.076毫米(0.003英寸)，緯向纖維直徑大約也是0.076毫米(0.003英寸)徑向和緯向纖維編織成一薄層有約0.152毫米(0.006英寸)的內徑，在經線方向上每釐米有59條纖維(每英寸150條)，緯線方向上每釐米大均59條纖維(每英寸150條纖維)。
對這裡描述的方案，一疊層具有第三層42，它在第二層40下面並與第二層40接觸。它有一個約234微米(0.092英寸)的方孔，在經線方向每釐米大約有24條纖維(每英寸60條纖維)，並在緯線方向條數也一樣是適合的。這種第三層42由金屬的經線和緯線纖維編織成的光滑平面方形織物形成。徑向和緯向纖維直徑均約0.191毫米(0.075英寸)。徑向纖維和緯向纖維可編織成一薄層有約0.254毫米(0.0100英寸)的內徑，在徑向和緯向上都有約每釐米24條纖維(每英寸60條)。
對在這裡描述的方案可使用的一疊層有第四層44在第三層42下面。它有一個約265到285微米的作用孔。這樣的第四層44由金屬的徑向和緯向纖維的光滑Dutch織物形成。徑向纖維直徑約0.584毫米(0.023英寸)，緯向纖維直徑約0.419毫米(0.0165英寸)。它們編織成內徑約0.813毫米(0.032英寸)徑向約每釐米5條纖維(每英寸12條)，緯向約每釐米25條纖維(每英寸64條)的薄層。
對在此描述的方案，第五層46在第四層44下面並與多孔圓柱體32四周接觸，第五層46由一穿孔的金屬板構成。穿孔板厚約1.52毫米(0.060英寸)，上有直徑為2.38毫米(0.0938英寸)的孔，兩孔之間等距離間隔4.76毫米(0.188英寸)且按60°並相等的的交錯排列。
第一到第四層38,40,42和44由304L不鏽鋼製成。第五層46則由304不鏽鋼製成。合適的微孔介質30由Greensboro的PurolatorProducts Company,North Carolina as Poroplate part No.174218-07提供。如果需要第一層38可直接從德國的Haver Boecker of OeldeWestfalen定購325×2300 DTW 8織物，按要求用砑光機砑光高達10％。
微孔介質30可以從第五層到第一層由鎢惰性氣全熔透焊接，以形成微孔介質30希望的形狀和尺寸。一種特殊需要的形狀是圓筒殼，用於多孔圓柱32。有圓柱外殼形狀的微孔介質30通過熱裝配的方式連接到多孔圓柱32上，為實現熱裝，微孔介質30被加熱，且不被加熱裝置汙染，然後放到多孔圓柱32外側，隨著微孔介質30的冷卻，讓其熱套在多孔圓柱32周圍。熱裝必需充分以防止在微孔介質30和多孔圓柱32之間產生角度偏轉並充分地克服微孔介質30的疊層38,40,42,44和46內任意不平滑，而不會對其產生不適當的應力。
最好多孔圓柱32帶有圓周表面適於調節的圓柱形微孔介質30。圓周表面可是圓柱形的並帶有一組穿透孔和軸向定位凸緣中間孔。沿圓周方向，孔和凸緣可以是圓周相隔15.75毫米(0.620英寸)，孔的軸向間隔約有60毫米(2.362英寸)。凸緣的徑向間隔約6毫米(0.24英寸)，圓周方向的寬度3毫米(0.19英寸)。孔直徑約12毫米(0.472英寸)，到下排孔的軸向位移約12.7毫米(0.500英寸)。在凸緣底部該圓周徑向厚度約43毫米(1.69英寸)。這種布置提供圓周表面有約12％的開孔面積和近似27.1釐米(10.67英寸)型樣重複。
當然，沒有必要對前述應用的疊層38,40,42,44和46進行精確布置數量、尺寸以獲得本發明的益處。因此任何有細孔和孔的第一層38和下邊疊層38,40,42,44,46的任意結合，所述孔可提供足夠合適的流動阻力，並且足夠小以防止在上面的層偏轉進入細孔或孔內是適當的。通過纖維素纖維結構10對著多孔圓柱32環節內部是使氣流透過纖維素纖維結構10的一種裝置。這種氣流產生的裝置一般由鼓風機，風扇和真空泵組成，這些在本領域中是已知的，這裡不再作更深一步討論。
一般來說，在氣流下流方向具有增加孔尺寸的一個多層微孔介質30能增強通過微孔介質30在平行於初始紙幅21的平面內的橫向氣流。當然，重要的是主要氣流產生垂直於初始紙幅21的平面，以便附加的汽化損耗。當水仍以液態形式存在時，初始紙幅21裡的水就被除去。
特別希望液體水從初始紙幅21中除去，以便不致在蒸發過程中要去掉液體蒸發的潛能而浪費能量。因此，通過用設備15和這裡描述的方法，使液體蒸發和用機械方法去掉液體水而脫去初始紙幅21中的水，而有效利用能量。當然，由於均勻的氣流使所有前面提過的脫水發生對纖維素纖維結構10的不同層12的密度或基重沒有受破壞或偏移。
通過使用如上公開的具有每釐米128條徑向纖維和每釐米906條緯向纖維和6微米大小的孔的微孔介質30，就能保證這種微孔介質30的限制性小孔用於氣流通過一個纖維素纖維結構10初始紙幅，這個紙幅內徑為0.15到1.0毫米(0.006到0.040英寸)，基重約為每平米0.013千克到每平米0.065千克(每3000平方英寸8到40磅)。一般認為隨流過初始紙幅21和微孔介質30的壓差的增加或減少，初始紙幅21基重或密度的增加或減少，疊層38,40,42,44和46，特別是與初始紙幅21接觸的第一層38的孔的大小也隨之而調整。
再參照圖2，在纖維素纖維結構10離開有微孔介質30的多孔圓柱體32後，纖維素纖維結構10被認為得到氣流限制性小孔通氣乾燥。限制性小孔通氣乾燥過的紙幅50在乾燥帶28上從帶出輥36輸送到另外的乾燥器如透氣乾燥器，紅外乾燥器，非熱性乾燥器或Yankee乾燥筒56或動力衝擊乾燥器如套58，乾燥器可單獨使用或和另的乾燥設備聯合使用。
這裡描述的生產過程對使用YanKee乾燥筒56特別適用。當在該製造工藝中使用YanKee乾燥筒56時，由YanKee乾燥筒56圓周來的熱量傳導給與YanKee乾燥筒56圓周接觸的限制性小孔通氣乾燥過的紙幅50。藉助壓力輥52裝置或本領域中熟知其它裝置將限制性小孔通氣乾燥過的紙幅50從乾燥帶28輸送到Yankee乾燥筒56上。在輸送限制性小孔通氣乾燥過的紙幅50到YanKee乾燥筒56上之後，限制性小孔通氣乾燥過的紙幅50在Yankee乾燥筒56被乾燥，其稠度最少達95％。
通過用起縐膠粘劑可把限制性小孔通氣乾燥過的紙幅50臨時粘附在Yankee乾燥筒56上。典型的起縐膠粘劑包括聚乙烯醇基膠，例如Bates於1975年12月16日公開的U.S.3,926,716中就有記載。該專利在此作為參考引入是為了說明適於將限制性小孔通氣乾燥過的紙幅50粘結到Yankee乾燥筒56上的粘結劑。
乾燥紙幅可隨意的縮短，以便其徑向長度減少，纖維素纖維隨分斷纖維而重新排列成纖維結合。縮短纖維可通過幾種方法來完成，本領域中最普通公知並優選的是起縐，在起縐操作中，限制性小孔通氣乾燥紙幅50被粘附到一個堅硬的表面上，如YanKee乾燥筒56的表面上，然後用刮刀刀片60將其從該表面剝離。在起縐並從YanKee乾燥筒56中移去後，纖維素纖維結構10就能隨需要砑光或用其它方法轉換了。
參照圖3B，如果需要，多孔圓柱32可被提供正的內部壓力，如，以便多孔圓柱32的內部壓力高於大氣壓。在這種布置中氣流發生方向從多孔圓柱32的內部流向多孔圓柱32的外邊。
這樣的布置要求乾燥帶28被靜止地配置在初始紙幅21徑向表面以及微孔介質30被靜止地配置在初始紙幅21徑向裡面並與初始紙幅21相接觸。在圖3B布置中有正的內部壓力，氣流從微孔介質30的最粗糙的和第五薄層46流向並通過第一層38，通過第一層38流向並通過初始紙幅21，在通過初始紙幅21後，氣流繼續流動路徑通過乾燥帶28。
在圖3A和3B說明負壓和正壓多孔輥有一定優點。例如圖3A所示的負壓多孔圓柱體32有使初始紙幅21和微孔介質30緊密接觸的優點，促進氣流分布均勻，而且負壓多孔圓柱32被認為比正壓多孔圓柱32去除初始紙幅中水的效率要高。相反如圖3B所示的正壓多孔圓柱32有如下優點，在其上乾燥的並且接著進入存留在微孔介質30的有最細孔的第一層38上或裡面的，從空氣，水、或纖維素纖維結構10中產生的汙染傾向較少。
通過預測，微孔介質30可放置在多孔圓柱32的表面上，並且限制性小孔通過乾燥過的紙幅50保持在沒有分離的乾燥帶28的適當位置。當然，這種布置需要把初始紙幅乾燥到足夠的稠度使它在微孔介質30上保持接觸並優選與負壓多孔圓柱32一起使用。當限制性小孔通氣乾燥過的紙幅50基本乾燥離開微孔介質30後，或當在所希望的相對高溫氣流中時，這種布置有其特殊的優越性。
多孔圓柱32可有不同區，每區有不同壓力。這種布置為產生負壓或正壓和使氣流流向並穿過要使用的初始紙幅21而採用少的設備費用。例如，負壓多孔圓柱體32的第一區提供相對小的差壓，特別是產生比微孔介質30裡新月形限制性小孔的臨界壓低的差壓，第二區產生更大差壓，第三區產生的差壓低於或等於第一區差壓，但由於第二區有比臨界壓高的壓力，就能使氣流從此通過。例如，第一區能提供差壓約10.2到17.8釐米汞柱(4到7英寸汞柱)。第二區可提供壓差約22.9釐米汞柱(9英寸汞柱)以便使小孔裡的水充分排空。第三區可以保持在特殊系統的臨界差壓或稍低於特殊系統的臨界差壓，以便節省能量，但仍提供良好氣流。
這些區沒必要在微孔介質30上提供相同的初始紙幅21的滯留時間。特別地，為了進一步節省能量，有較大壓差的第二區圓周比第一區和第三區較小。
如果需要為一個給定的多孔10圓柱32安個有特殊壓力的區，二個或多個孔圓柱32可以被串聯使用，每個具有不同的正的或負的內部壓力。另外，還可能串聯兩個或多個多孔圓柱32，一個有負的內部壓力，另一個有正的內部壓力。
還有另一種變化(沒有表示)，上述討論的微孔介質30呈現為環形帶狀是可能的，這種環形帶平行於乾燥帶28一足夠的距離以獲得所需的滯留時間。初始紙幅21仍是微孔介質30帶和乾燥帶28的中間層。如以上討論圖3A和圖3B，這樣一種微孔介質30帶由具有網格尺寸和足夠數量的聚酯或尼龍纖維的單個薄層製成。如以上所希望的是氣流通過初始紙幅21的限制性小孔。
微孔介質30裝置纏繞在如圖2-3B的多孔圓柱32上，可預計比呈帶狀的微孔介質30有某些優越性。例如，多孔圓柱32的型式，微孔介質將預期有更大的完整性和較長的壽命，但對纖維素纖維結構10焊縫處將會有較大不同。
相反，優選地微孔介質的環形帶裝置容易清洗，因為回洗用一般的淋浴技術就可完成。再者，單個薄層聚酯帶有這樣優點更多回洗實際上是通過微孔介質30的孔均勻噴出的，這樣的裝置在微孔介質失效時比把微孔介質合併在多孔圓柱上時更容易恢復可操作性。並具有較狹窄的焊縫。在一多層微孔介質30內，如圖4所示，更多的回洗水被引入在相鄰的層38,40,42,44,46之間或通過相鄰的層38,40,42,44和46之間的側流中，部分地由於多孔圓柱32裡的圓周內孔的形狀，回洗水不太均勻地穿過最需回洗的第一層38的最細的孔。
代替上面討論的微孔介質30的編織層38,40,42和46裝置，可能的是，微孔30可以被化學侵蝕，由熱燒結的、等壓燒結的金屬製成，或按照上述共同轉讓的、1985年3月頒布給Chuang等人的美國專利4,556,450中的教導製備。
在微孔介質30的每種裝置中，如最重要的第一層38提供最大的流動阻力而且一般具有最細的孔，通過微孔介質30的一個面，特別是該微孔介質30的面保持與纖維素纖維結構10相接觸。這種布置減少側流空氣通過微孔介質30，更好地使與這種側流空氣相聯繫的不均勻空氣分布減至最小。
很顯然，本發明還有很多其他方案和變化。所有這些都在附屬的權利要求範圍之內。
權利要求
1．一種用於限制性小孔通氣乾燥纖維素纖維結構的方法，所述方法的特徵在於包括下述步驟提供待乾燥的並在其中有水分分布的纖維素初始紙幅；提供用來使氣流通過所述初始紙幅的裝置；提供乾燥帶以支撐所述初始紙幅；在與所述乾燥帶方向相反的所述初始紙幅的一側提供微孔介質，以便所述初始紙幅是所述乾燥帶和微孔介質的中間層，其中所述的微孔介質是用於所述氣流的限制性小孔；配置所述初始紙幅在所述乾燥帶上；以及使氣流通過所述初始紙幅和所述微孔介質，以便使所述水分分布在氣流通過所述初始紙幅後相同或更均勻。
2．根據權利要求1的方法，其中所述氣流通過所述初始紙幅的方向是從所述的乾燥帶到所述的微孔介質。
3．根據權利要求1的方法，其中所述氣流通過所述初始紙幅的方向是從所述的微孔介質到所述的乾燥帶。
4．用權利要求1、2或3的方法乾燥初始紙幅所產生的纖維素纖維結構，其中所述的初始紙幅的內徑為0.15-1.0毫米(0.006-0.040英寸)，基重為0.013-0.065千克/米2(8-40磅/3000平方呎)，其中在所述初始紙幅中的水分分布在用所述方法乾燥後是相同的或更均勻。
全文摘要
用於乾燥具有恆定基重和/或密度或基重和/或密度不同的多層纖維素纖維結構的方法和設備。其在用公知的方法和設備乾燥之前水分分布不均。在氣流通道內提供微孔介質使水分分布相同或更均勻,該氣流通道比纖維素纖維結構胚裡纖維之間空隙有更大的流動阻力。微孔介質在乾燥中的限制氣流的小孔,是一種多層的疊層,各薄層有尺寸相繼增加或減小的孔。其優點在於使進入下一較粗糙層的各薄層的下凹和變形減至最小並減少微孔介質和纖維素纖維結構之間的側向氣流。
文檔編號D21F11/14GK1215774SQ9710550
公開日1999年5月5日 申請日期1997年5月30日 優先權日1992年6月30日
發明者D·E·恩賽, W·R·克萊特, P·D·特羅克漢 申請人:普羅格特-甘布爾公司