KR20010012656A - 3개의 펠트층으로 티슈 페이퍼를 습식 압축하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 습식으로 압축된 종이 웨브를 제조하는 방법을 제공한다. 제지 섬유의 초기 웨브 (120) 는 다공성 성형부재 (11) 위에 형성되어 임프린팅 부재 (240) 로 전달되고, 초기 웨브에 있는 제지 섬유의 일부를 임프린팅 부재에 있는 편향 도관안으로 굴곡된다. 웨브 (120) 및 임프린팅 부재 (240) 는 제 1 탈수 펠트층 (320), 제 2 탈수 펠트층 (350) 및 제 3 탈수 펠트층 (360) 으로 압축닙에서 압축된다.
Description
화장지, 위생지, 종이 타월 등과 같은 1회용 제품은 일반적으로 하나 이상의 페이퍼 웨브로부터 제조된다. 이 제품은 의도된 작업을 수행하게 되면 제품이 형성되는 페이퍼 위브는 일정한 물리적 특성을 가지게 된다. 이러한 특성중의 가장 중요한 것으로는 강도, 부드러움 및 흡수성이다. 강도는 사용시 본래의 물리적 상태를 유지하는 페이퍼 웨브의 능력이다. 부드러움은 사용자가 손으로 페이퍼를 구기면서 페이퍼 웨브와 손의 다양한 부분이 접촉할 때 사용자가 느끼는 만족스러운 촉감이다. 부드러움은 일반적으로 페이퍼 웨브의 뻣뻣함이 감소할 때 증가한다. 흡수성은 유체를 빨아들여 보유할 수 있는 페이퍼 웨브의 특성이다. 일반적으로, 페이퍼 웨브의 부드러움 및/또는 흡수성은 페이퍼 웨브 강도의 감소를 감안할 때 증가된다. 따라서, 페이퍼 제조방법은 원하는 강도특성을 갖으면서 부드럽고 흡수성이 있는 페이퍼 웨브를 제공하려는 시도로 개발되었다.
샌포드 등 (Sanford et al) 의 명의의 미국특허 제 3,301,746 호에는 통기건조시스템으로 미리 가열건조된 페이퍼 웨브가 개시되어 있다. 웨브의 일부는 그때 건조드럼에서 손가락관절 패턴의 직물로 채워진다. 샌포드 등의 공정은 인장강도를 떨어뜨리지 않으면서 부드러움과 흡수성을 향상시키는 것으로 나타나 있지만, 샌포드 등의 통기건조를 사용하여 물을 제거하는데 에너지가 많이 들어 비용이 많이 든다.
저스터스 (Justus) 명의의 미국특허 제 3,537,954 호에는 상부 직물과 하부 성형와이어사이에 형성된 웨브가 개시되어 있다. 웨브가 직물과 비교적 부드럽고 탄력이 있는 페이퍼 제조 펠트사이에 끼워진 닙에서 웨브에 부여된 패턴이다. 훌릿 등 (Hulit et al.) 의 명의의 미국특허 제 4,309,246 호에는 직포성분으로 제조된 직물을 임프린팅하는 오픈메시 (open mesh) 로 촘촘하지 않은 젖은 웨브를 운반하여 제 1 압축 닙에서 페이퍼 제조 펠트와 임프린팅직물사이에서 웨브를 압축하는 것이 개시되어 있다. 이 웨브는 그후 건조드럼에서 제 1 압축 닙으로부터 제 2 압축 닙으로 인장 직물에 의해서 운반된다. 터르넨 등 (Turunen et al.) 의 명의의 미국특허 제 4,144,124 호에는 한쌍의 순환 직물을 갖는 트윈 와이어 성형기가 구비된 페이퍼 기계장치가 개시되어 있다. 이 순환 직물중의 하나는 페이퍼 웨브를 압축부위로 운반한다. 이 압축부위는 페이퍼 웨브를 압축부위로 운반하는 순환 직물, 펠트일 수 있는 추가의 순환 직물 및 이 웨브를 패턴화시키는 와이어를 포함할 수 있다.
출원인이 암펄스키 등 (Ampulski et al.) 이고, 미국에서의 우선권 주장일이 1993년 12월 20일이고, 1995년 6월 29일자로 공개된 PCT 공보 WO 95/17548 호와, 출원인이 트로칸 등 (Trokhan et al.) 이고, 미국에서의 우선권 주장일이 1994년 6월 29일이고, 1996년 1월 11일자로 공개된 PCT 공보 WO 96/00813 호에는 탈수 펠트층을 사용하는 페이퍼 제조방법이 개시되어 있다.
웨브를 패턴화시키는데 엠보싱이 사용될 수 있다. 그러나, 웨브가 건조된 후 웨브를 엠보싱하는 것은 섬유 골격을 파괴시켜, 궁극적으로는 웨브의 강도를 감소시킬 수 있다. 페이퍼 웨브를 제조하는 적당한 방법이 종래의 기술에 개시되어 있지만, 페이퍼 과학자들은 경제적이면서도, 또한 부드러움과 흡수성을 감소시키지 않으면서 강도를 증가시킨 패턴화된 페이퍼 구조를 제조하는 더 나은 방법을 계속적으로 추구하고 있다.
따라서, 본 발명의 하나의 목적은 페이퍼 웨브를 탈수하여 성형하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 웨브의 압축시 웨브로부터의 물제거능력을 향상시키는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 웨브를 패턴화하고 웨브로부터의 물제거능력을 향상시키기 위하여 3개의 펠트층사이에 웨브와 임프린팅부재를 압축하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 비교적 고밀도의 연속 네트워크와 상기 연속 네트워크 전반에 걸쳐서 분산된 비교적 저밀도의 돔을 갖는 비엠보싱 패턴화된 페이퍼 웨브를 제공하는데 있다.
본 발명은 페이퍼 제조 (papermaking) 에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 압축 닙에서 페이퍼 웨브, 임프린팅부재 (imprinting member) 및 탈수 펠트층을 습식 압축함으로써 습식 압축된 티슈 페이퍼를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1 은 유공의 성형부재로부터 유공의 임프린팅부재로 페이퍼 웨브를 이동시키고, 유공의 임프린팅부재상의 페이퍼 웨브를 압축 닙으로 운반하고 나서, 압축 닙에서 유공의 임프린팅부재상에 지탱된 웨브와 3개의 펠트층을 압축하는 것을 예시하는 연속 페이퍼 제조 기계장치의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2 는 개별적으로 고립된 다수의 비연결 편향 도관의 다공성 임프린팅 부재안에서 한정하는 거시적으로 단엽인 패턴된 연속적인 네트워크 웨브 임프린팅 표면을 갖는 제 1 웨브 접촉면을 갖는 다공성 임프린팅 부재의 개략적인 평면도이다.
도 3 은 선 3-3 을 따라 자른 도 2 에 도시된 다공성 임프린팅 부재의 일부의 단면도이다.
도 4 는 웨브의 제 1 면에 인접한 제 1 탈수 펠트, 웨브의 제 2 면에 인접한 다공성 임프린팅 부재의 웨브 접촉면, 다공성 임프린팅 부재의 제 2 펠트 접촉면에 인접한 제 2 탈수 펠트, 및 제 2 펠트층에 인접한 제 3 펠트층을 도시하는, 도 1 에 도시된 압축 닙의 도식적 확대도이다.
도 5 는 본 발명에 따라 제조된 종이 웨브의 평면도이다.
도 6 은 도 5 에서 선 6-6 을 따라 자른 도 5 의 종이 웨브의 단면도이다.
도 7 은 도 6 의 일부의 확대도이다.
도 8 은 탈수 펠트의 단면도이다.
도 9 는 4개의 탈수 펠트층 및 임프린팅 부재가 닙내에 배치된 압축 닙의 도식적 확대도이다.
도 1 은 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 연속적 제지기의 일 실시예를 예시한다. 본 발명의 공정은 순차적으로 이루어지는 여러 단계 또는 작업을 구비한다. 본 발명의 공정은 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 본 발명은 핸드시이트 제조 공정과 같은 배치 (batch) 작업을 구비할 수 있다. 단계들의 바람직한 순서가, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위를 참조해 결정된다는 이해하에, 설명된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제지 섬유인 초기 웨브 (120) 은 다공성 성형 부재 (11) 상에서 제지 섬유의 수용성 분산액으로부터 형성된다. 그리고 나서, 초기 웨브 (120) 은 바람직하게는 진공 전달에 의해 웨브 임프린팅 표면 및 편향 도관부를 구비하는 제 1 웨브 접촉면 (220) 을 가지는 다공성 임프린팅 부재 (219) 에 전달된다. 초기 웨브 (120) 내의 제지 섬유의 일부는, 웨브의 밀도를 높이지 않고도, 다공성 임프린팅 부재 (219) 의 편향 도관부내로 편향되어 들어가며, 이에 의해 단면(單面)이 아닌 중간 웨브 (120A) 을 형성한다.
중간 웨브 (120A) 은 다공성 임프린팅 부재 (219) 상에서 다공성 성형 부재 (11) 로부터 압축 닙 (300) 으로 운반된다. 닙 (300) 은 기계 방향으로 약 3.0 인치 이상의 길이를 가지며, 대향하는 볼록 및 오목 압축면을 구비하는데, 볼록 압축면은 프레스 롤 (362) 에 의해 제공되며, 대향하는 오목 압축면은 슈 프레스 (shoe press) 어셈블리 (700) 에 의해 제공된다. 또는, 닙 (300) 은 2개의 프레스 롤사이에 형성될 수도 있다.
웨브 (120A) 은 임프린팅 부재 (219) 상에 지지된 닙 (300) 내로 운반된다. 압축 닙 (300) 내에는, 제 2 펠트층 (350) 의 일면이 임프린팅 부재 (219) 에 인접하게 배치되고 제 2 펠트층 (350) 의 타면이 닙 (300) 내에서 제 3 펠트층 (360) 에 인접하게 배치되도록, 제 1 탈수 펠트층 (320) 이 중간 웨브 (120A) 에 인접하게 배치되며, 제 2 탈수 펠트층 (350) 은 임프린팅 부재 (219) 에 인접하게 배치되며, 제 3 탈수 펠트 (360) 는 제 2 펠트 (350) 에 인접하게 배치된다.
그리고 나서, 웨브 임프린팅 표면과 연관된 중간 웨브 (120A) 의 부분의 밀도를 높이고 웨브의 양면으로부터의 수분의 제거에 의해 웨브을 더욱 탈수시키기 위해, 중간 웨브 (120A) 및 다공성 임프린팅 부재 (219) 를 압축 닙 (300) 에서 제 1 펠트층 (320) 과 제 2 및 제 3 탈수 펠트층들 (350 및 360) 사이에서 가압하여, 제지 섬유의 일부를 임프린팅 부재 (219) 의 편향 도관부내로 더욱 편향시키며, 이에 의해 중간 웨브 (120A) 보다 비교적 건조한 주조 웨브 (120B) 을 형성한다.
압축 닙 (300) 의 출구에서, 제 1 펠트층 (320) 은 주조 웨브 (120B) 으로부터 분리될 수 있으며, 제 2 펠트층 (350) 은 임프린팅 부재 (219) 로부터 분리될 수 있으며, 제 3 펠트층 (360) 은 제 2 펠트층 (350) 으로부터 분리될 수 있다. 따라서, 닙 (300) 에서의 가압후에, 제 1 펠트층 (320) 에 함유된 수분은 임프린팅 부재 (219) 로부터 고립되며, 제 3 펠트층 (360) 에 함유된 수분은 제 2 펠트 (350) 로부터 고립된다. 이러한 고립은, 닙의 출구에서, 제 3 펠트층내의 수분이 제 2 펠트층으로 재흡수되는 것을 방지하며, 제 2 펠트내의 수분이 부재 (219) 에 재흡수되는 것을 방지하는데, 이러한 수분은 웨브내로 재흡수될 수도 있다.
주조 웨브 (120B) 은 다공성 임프린팅 부재 (219) 상에서 압축 닙 (300) 으로부터 운반되는 것이 바람직하다. 주조 웨브 (120B) 은 관통 공기 건조기 (400) 내에서 고온의 공기가 우선 주조 웨브을 관통하도록 하고 이어서 다공성 임프린팅 부재 (219) 를 관통하도록 하여 주조 웨브 (120B) 을 더욱 건조시킴으로써 사전 건조될 수 있다. 또는, 건조기 (400) 는 생략될 수 있다.
그리고 나서, 롤 (209) 과 건조기 드럼 (510) 사이에 형성된 닙과 같은 곳에서, 다공성 임프린팅 부재 (219) 의 웨브 임프린팅 표면을 주조 웨브 (120B) 에 새겨넣어 임프린팅된 웨브 (120C)을 형성한다. 웨브 임프린팅 표면을 주조 웨브에 새겨넣음으로써 웨브 임프린팅 표면과 연관된 웨브의 부분들의 밀도를 더욱 높일 수 있다. 그리고 나서, 임프린팅된 웨브 (120C) 은 건조기 드럼 (510) 상에서 건조될 수 있으며 건조기 드럼으로부터 닥터 블레이드 (524) 에 의해 크레이프 (crepe) 로 장식될 수 있다.
본 발명에 의한 공정 단계들을 좀 더 자세히 들여다하면, 본 발명을 실시함에 있어서, 제 1 단계는 초기 웨브 (120) 을 형성하기 위해 목재 펄프로부터 얻어진 제지 섬유의 수용성 분산액을 제공하는 것이다. 본 발명에서 사용되는 제지 섬유는 일반적으로 목재 펄프로부터 얻어지는 섬유를 포함한다. 목화 린터 (linter), 버개스 (bagasse) 등과 같은 다른 셀룰로오스 섬유질 펄프 섬유가 사용될 수도 있으며, 이도 본 발명의 범위내인 것으로 의도된다. 레이온, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 섬유와 같은 합성 섬유들도 천연 셀룰로오스 섬유와 함께 사용될 수도 있다. 사용될 수 있는 하나의 예시적 폴리에틸렌 섬유가 허큘리스사 (델라웨어주 윌밍톤시) 로부터 입수 가능한 PulpexTM이다. 적용가능한 목재 펄프에는 그라운드우드 (groundwood), 열역학적 펄프 및 화학적으로 변성된 열역학적 펄프를 포함하는 역학적 펄프뿐만 아니라 크래프트 (Kraft), 아황산염 및 황산염 펄프와 같은 화학적 펄프가 포함된다. 활엽수 (이하에서 "경질목재" 로 칭함) 및 침엽수 (이하에서 "연질목재"로 칭함) 로부터 얻어진 펄프가 사용될 수도 있다. 재생 종이로부터 얻어진 섬유도 본 발명에 적용될 수 있는데, 이 재생 종이는 원래의 제지공정을 원활히 하기 위해 사용된 충전재내 접착제와 같은 비섬유질 물질뿐만 아니라 임의의 또는 모든 상기 카테고리의 것들을 함유할 수도 있다.
제지 섬유외에, 다른 성분 또는 물질이 제지 퍼니쉬 (furnish) 에 첨가될 수도 있다. 티슈 시이트의 원하는 특정한 최종 사용처에 따라 바람직한 첨가제의 종류가 결정된다. 예를 들어, 화장실용 종이, 종이 타월, 화장용 티슈 및 다른 유사한 제품과 같은 제품에서는, 높은 습윤강도가 바람직한 특성이다. 따라서, 제지 퍼니쉬에 본 기술분야에서 습윤강도 수지으로 알려진 화학적 물질을 첨가하는 것이 바람직하다.
제지 분야에서 사용되는 습윤강도 수지의 종류에 대한 일반적 논문으로는 펄프 및 제지 산업의 기술협회에서 발간한 TAPPI 모노그래프 시리즈 번호 29 인 종이 및 종이보드에서의 습윤강도 (뉴욕, 1965) 가 있다. 가장 유용한 습식 강도 수지는 일반적으로 양이온 특성을 보인다. 폴리아미드-에피클로로하이드린(epichlorohydrin) 수지는 특히 유용한 것으로 알려진 양이온의 습식 강도 수지이다. 이런 수지의 적절한 종류는 1972년 10월 24일자로 발행된 미국 특허 제 3,700,623 호 및 1973년 11월 13일자로 발행된 제 3,772,076 호에 기재되어 있는데, 양자는 모두 케임(Keim)에게 부여되었으며 참고자료에 포함되어 있다. 유용한 폴리아미드-에피클로로하이드린 수지의 상업적인 출처중의 한 곳은 이런 수지를 KymeneTM557H 라는 상표로 판매하고 있는 델라웨어 윌밍턴의 허귤러스사 (Hercules, Inc.)이다.
폴리아미드 수지도 또한 습식 강도 수지로서 유용하다고 알려져 있다. 이 수지는 1971년 1월 19일에 코시아(Coscia) 등에게 부여된 미국 특허 제 3,556,932 호 및 1971년 1월 19일에 윌리암스(Williams) 등에 부여된 제 3,556,933 호에 기재되어 있으며, 양자는 참고자료에 포함되어 있다. 폴리아미드 수지의 상업적인 출처중의 한 곳은 이런 수지를 ParezTM631NC 라는 상표로 판매하고 있는 커넥티컷 스탠포드의 아메리카 시아나미드사(American Cyanamid Co.) 이다.
본 발명에서 유용함을 발견한 다른 수용성 양이온 수지는 요소 포름알데히드 및 멜라민 포름알데히드 수지이다. 이 다기능 수지의 더욱 일반적인 기능 그룹은 질소에 부착된 아미노(amino) 그룹 및 메티롤(methylol) 그룹과 같은 그룹을 포함하는 질소이다. 폴리에틸렌계 수지도 또한 본 발명에서 유용함을 발견할 수도 있다. 또한, Caldas 10(일본 Carlit 사에 의해 제조됨) 및 CoBond 1000 (National Search 및 Chemical Company사에 의해 제조됨) 와 같은 임시 습식 강도 수지가 본 발명에 사용될 수도 있다. 상기 습식 강도 및 임시 습식 강도 수지를 펄프 설비에 부가하는 것은 본 개발의 실제 수행을 위해 필요하지 않다.
물 이외의 액체에서 섬유질의 분산이 사용될 수 있지만, 배아 웨브(120)은 제지용 섬유질의 수성 분산으로부터 준비되는 것이 바람직하다. 상기 섬유질은 물에서 분산되어 약 0.1 내지 약 0.3 퍼센트 농도를 갖는 수성 분산을 형성한다. 분산, 현탁액, 웨브, 또는 다른 시스템의 퍼센트 농도는 상기 시스템의 건조 섬유질의 중량을 시스템의 전체 중량으로 나눌 때 얻어지는 몫에 100을 곱한 것으로 정의된다. 섬유질 중량은 항상 골건조 섬유질에 기초하여 표현된다.
본 발명의 실행의 두번째 단계는 제지 섬유질의 배아 웨브(120)을 형성하는 것이다. 도 1 에 있어서, 제지용 섬유질의 수성 분산이 헤드박스(18)에 제공되는데, 이것은 어떤 편리한 설계로도 될 수 있다. 상기 헤드박스(18)로부터 제지용 섬유질의 수성 분산은 다공 성형 부재(11)에 분배되어 배아 웨브(120)을 형성한다. 상기 성형 부재(11)는 연속적인 포드리니어(Fourdrinier) 선을 구비한다. 또한 다공 성형 부재(11)는 참고 자료에 포함된 특허이며 1993년 9월 14일 Trokhan 등에게 부여된 미국 특허 제 5,245,025 호에 개시된 바와 같이 둘 이상의 구별되는 기초 중량 영역을 갖는 배아 웨브(120)을 제공하기 위해 연속적인 보강 구조물에 결합된 복수의 중합 돌기부를 구비할 수 있다. 단일 성형 부재(11)가 도 1 에 도시되어 있지만, 단일 또는 이중 와이어 성형 장치가 사용될 수도 있다. S 또는 C 랩 구조와 같은 다른 성형 와이어 구조가 사용될 수도 있다.
성형 부재(11)가 브레스트(breast) 롤(12) 및 복수의 리턴 롤에 의해 지지되는데, 그 중 두개의 리턴 롤(13 및 14) 만이 도 1 에 도시되어 있다. 상기 성형 부재(11)는 도시되지 않은 구동 수단에 의해 화살표(81)로 표시된 방향으로 구동된다. 상기 배아 웨브(120)은 상기 분산을 다공 성형 부재(11) 상에 둠으로써 제지용 섬유질의 수성 분산으로부터 형성된다. 상기 배아 웨브(120)은 다공 성형 부재(11)와 접촉하는 제 1 웨브면(122) 및 반대로 향하는 제 2 웨브면(124)을 구비한다.
상기 배아 웨브(120)은 도 1 에 도시된 것처럼 연속적인 제지 공정에서 형성될 수 있으며, 또는 핸드쉬트(handsheet) 제작 공정과 같은 일괄 공정이 사용될 수 있다. 제지 섬유질의 수성 분산이 다공 성형 부재(11) 상에 놓인 후, 배아 웨브(120)은 당업자에게 잘 알려진 기술에 의해 수성 분산 매질 부분을 제거함으로써 형성된다. 진공 박스, 성형 보드, 하이드로포일 등은 다공 성형 부재(11) 상의 수성 분산으로부터 물을 제거하는데 효과적이다. 상기 배아 웨브(120)은 상기 리턴 롤(13)에 대하여 성형 부재(11)와 함께 움직이며, 다공 각인 부재(219)와 근접하게 된다.
도 2 내지 4 를 참조하면, 상기 다공 각인 부재(219)는 제 1 웨브 접촉면(220) 및 제 2 펠트 접촉면(240)을 구비한다. 상기 웨브 접촉면(220)은 도 2 및 3 에 도시된 것처럼, 웨브 각인면(222) 및 편향 도관부(230)를 구비한다. 상기 편향 도관부(230)는 다공 각인 부재(219)를 통해 물을 운반하기 위해 적어도 제 1 면(220)에서부터 제 2 면(240)까지 신장된 연속 통로의 일부분을 형성한다. 따라서, 물이 다공 각인 부재(219)의 방향으로 제지 섬유질의 웨브으로부터 제거되면, 상기 물은 제지 섬유질의 웨브과 다시 접촉하지 않고 처분될 수 있다. 상기 다공 각인 부재(219)는 도 1 에 도시된 것처럼 무한 벨트를 구비할 수 있으며, 복수의 롤(201 내지 217)에 의해 지지될 수 있다.
상기 다공 각인 부재(219)는 구동 수단(도시되어 있지 않음)에 의해 도 1 에 도시된 방향(281)(기계 방향에 대응함)으로 구동된다. 다공 각인 부재(219)의 상기 웨브접촉면(220)은 중량의 약 90% 가 물로, 약 8% 가 석유로, 약 1%가 세틸알콜로, 및 약 1% 가 Adogen TA-100과 같은 계면 활성제로 구성된 유제(emulsion)로 분무될 수 있다. 이런 유제는 다공 각인 부재(219)로부터 건조 드럼(510)으로 웨브의 이동을 쉽게한다. 물론 다공 각인 부재(219)는 일괄 공정으로 핸드쉬트를 만드는데 사용된다면 무한 벨트를 구비할 필요가 없다.
도 2 및 3 에 도시된 실시예에서, 다공 각인 부재(219)의 제 1 웨브접촉면(220)은 수지층(221)의, 거시적으로 단일 평면이며 형식이 정해진 연속 네트워크 웨브 각인면(222)을 구비한다. 상기 연속 네트워크 웨브 각인면(222)은 다공 각인 부재(219) 내에서 복수의 불연속적인 독립된 연결되지 않은 편향 도관(230)을 형성한다. 상기 편향 도관(230)은 형상과 배치가 무작위일 수 있는 개방부(239)를 구비하는데, 그래도 상기 개방부는 균일한 형상을 구비하며 제 1 웨브접촉면(220) 상에 미리 선택된 형태로 반복하여 분배되는 것이 바람직하다. 이런 연속 네트워크 웨브 각인면(222) 및 불연속 편향 도관(230)은 참고 자료로 포함된 특허인 1985년 7월 9일자로 Trokhan에게 부여된 미국 특허 제 4,528,239 호에 개시된 것처럼, 연속적이며 비교적 고밀도인 네트워크 영역 및 상기 연속적이며 비교적 고밀도인 네트워크 영역 전체에 산재된 복수의 비교적 저밀도의 돔을 갖는 종이 구조를 형성하기 위해 유용하다.
개방부(239)에 대한 적절한 형상은 도 2 에 도시된 개방부의 형상에 원, 타원 및 다각형을 포함할 수 있지만, 이것에 한정되지는 않는다. 상기 개방부(239)는 오와 열을 맞추어 규칙적이고 고르게 정렬될 수 있다. 또한, 상기 개방부(239)는 도 2 에 도시된 것처럼 기계 방향(MD) 및 직교 방향(CD)으로 양측으로 지그재그로 되어 있으며, 여기서 기계 방향은 장비를 관통하는 웨브의 흐름에 평행한 방향을 의미하며, 상기 직교 방향은 상기 기계 방향에 직각이다. 연속 네트워크 웨브 각인 면(222) 및 불연속 독립 편향 도관(230)으로 수지층(221)을 갖는 다공 각인 부재(219)는 참고 자료에 포함된 하기 미국 특허의 기술에 따라 제조될 수 있다. 즉, 1985년 4월 30일 Johnson 등에게 부여된 미국 특허 제 4,514,345 호, 1985년 7월 16일 Trokhan 에게 부여된 미국 특허 제 4,529,480 호. 및 1992 년 3 월 24 일자로 Smurkoski 등에 부여된 미국특허 5,098,522 호 및, 1996 년 5 월 7 일자로 Trokhan 등에 부여된 미국특허 5,514,523 호가 있다.
도 2 및 도 3 에서 보면, 다공성 임프린팅부재 (219) 는 이 다공성 임프린팅부재 (219) 를 강화시키기 위한 직조 보강요소 (243) 를 포함할 수 있다. 이 보강요소 (243) 는 어떠한 편리한 직조 패턴이 사용될 수 있다고 하더라도 기계방향 보강 스트랜드 (242) 및 단면 기계방향 보강 스트랜드 (241) 를 포함할 수가 있다. 상기 스트랜드 (241,242) 간의 간극에 의해 형성된 상기 직조 보강요소 (243) 의 개구의 크기는 편향 도관 (230) 의 개구 (239) 의 크기보다 작다. 상기 직조 보강요소 (243) 의 개구 및 상기 편향 도관 (230) 의 개구 (239) 는 상기 다공성 임프린팅부재 (219) 를 통해 물을 운반하기 위해 제 1 면 (220) 으로부터 제 2 면 (240) 으로 연장하는 연속적인 통로를 함께 형성한다. 상기 보강요소 (243) 는 또한, 파이버가 상기 편향 도관 (230) 으로 편향되는 것을 제한하기 위한 지지면을 제공하고, 비교적 저밀도의 돔부 (1084) 와 같은 상기 편향 도관 (230) 과 연계된 직물의 부분에 구멍이 형성되는 것을 방지하는데 기여한다. 이와 같은 구멍 또는 핀홀은 직물을 가로질러 압력차가 존재할 때에 상기 편향 도관을 통하는 물 또는 공기의 흐름에 기인할 수 있다.
제 1 직물 접촉면 (220) 의 총면적의 백분률로서의 직물 임프린팅면 (222) 의 면적은 약 15 퍼센트 내지 약 65 퍼센트 사이, 더 바람직하게는 약 20 퍼센트 내지 약 50 퍼센트 사이이어야 한다. 상기 편향 도관 (230) 은 약 0.1 mm 와 약 1.0 mm 사이의 깊이 (232 : 도 3) 를 가질 수 있다. 또 다르게는, 상기 깊이는 실질적으로 제로일 수 있으며, 수지층 (221) 의 두께는 상기 보강요소 (243) 의 두께보다 작거나 같을 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 다공성 임프린팅부재 (219) 는 직조 필라멘트로 형성된 패브릭 벨트를 포함할 수 있다. 직물 임프린팅면 (222) 은 직조 필라멘트의 교차점에 형성된 개별의 너클로 형성될 수 있다. 다공성 임프린팅부재 (219) 로서 사용하기에 적합한 직조 필라멘트 패브릭 벨트는, 1967년 1월 31 에 샌포드 등이 특허를 받은 미국특허 제 3,301,746 호, 1975년 9월 16일에 아이어스가 특허를 받은 미국특허 제 3,905,863 호, 1980년 3월 4일에 트로칸이 특허를 받은 미국특허 제 4,191,609 호, 및 1980년 12월 16일에 트로칸이 특허를 받은 미국특허 제 4,239,065 호 (이들 특허는 여기에 참조됨) 에 개시되어 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 다공성 임프린팅부재 (219) 는 복수의 개별 분리 임프린팅면을 에워싸는 연속 패턴의 편향 도관을 포함하는 제 1 직물 접촉면 (220) 을 가질 수 있다. 이러한 다공성 임프린팅부재 (219) 는, 연속적이고 비교적 저밀도인 네트워크영역과 연속적이고 비교적 저밀도인 상기 네트워크영역을 통해 분산된 복수의 비교적 고밀도 영역을 가지는 성형 직물을 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 다공성 임프린팅부재는 1985년 4월 30일에 존슨 등이 특허를 받은 미국특허 제 4,514,345 호 (이 특허는 여기에 참조됨) 에 기재되어 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 다공성 임프린팅부재 (219) 는 복수의 반연속적인 직물 임프린팅면 (222) 을 포함하는 제 1 직물 접촉면 (220) 을 가질 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 복수의 임프린팅면 (222) 이 직물 접촉면 (220) 상에서 임의의 일방향을 따라 실질적으로 끊어짐없이 연장하고 각 임프린팅면이 편향 도관 (230) 에 의해 인접 임프린팅면 (220) 으로부터 이격된다고 하더라도, 직물 임프린팅면 (222) 의 패턴은 반연속적인 것으로 고려한다. 직물 접촉면 (220) 은 반연속적 편향 도관 (230) 에 의해 이격된 인접한 반연속적 임프린팅면 (222) 을 가질 수 있다. 반연속적 임프린팅면 (222) 은 일반적으로 기계 또는 단면-기계방향에 평행하게 연장하거나, 또는 또다르게는 기계 및 단면-기계방향에 대해서 각을 이루는 방향을 따라 연장할 수 있다. 이러한 다공성 임프린팅부재는, 1992년 8월 26일에 아이어스 등이 "반연속적 패턴과 그 위의 종이를 가지는 제지 벨트" 라는 제하로 출원한 미국 특허출원번호 07/936,954 호 (이 출원은 여기에 참조됨) 에 기재되어 있다.
본 발명의 실시에 있어서의 세번째 단계는, 다공성 임프린팅부재 (219) 의 제 1 직물 접촉면 (220) 상에 제 2 직물면 (124) 을 위치시키기 위해, 배 직물 (120) 을 다공성 형성부재 (11) 로부터 다공성 임프린팅부재 (219) 로 전달하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시에 있어서의 네번째 단계는, 배 직물 (120) 의 제지 파이버의 일부를 직물 접촉면 (220) 의 편향 도관 부분 (230) 으로 편향시키고, 이 편향 도관 부분 (230) 을 통해 상기 배 직물 (120) 로부터 물을 제거하여 제지 파이버의 중간 직물 (120A) 을 형성하는 것을 포함한다. 상기 배 직물 (120) 은, 바람직하게는, 상기 제지 파이버의 상기 편향 도관 부분 (230) 으로의 편향이 용이하도록, 전달지점에서 약 5 와 약 20 퍼센트 사이의 견고함을 갖는다.
배 직물 (120) 을 임프린팅부재 (219) 에 전달하는 단계와 상기 배 직물 (120) 의 제지 파이버의 일부를 편향 도관 부분 (230) 으로 편향시키는 단계는, 상기 배 직물 (120) 에 상이한 유체압력을 적용함으로써 적어도 부분적으로 제공될 수 있다. 예컨대, 상기 배 직물 (120) 은, 도 1 에 도시된 진공 박스 (126) 에 의해 또는 회전식 픽업 진공 롤 (도시되지 않음) 에 의해, 형성부재 (11) 로부터 임프린팅부재 (219) 에 진공으로 전달될 수 있다. 진공원 (즉, 진공 박스 (126)) 에 의해 제공된 상기 배 직물 (120) 을 가로지르는 압력차는 파이버를 편향 도관 부분 (230) 으로 편향시키고, 바람직하게는 상기 편향 도관 부분 (230) 을 통해 직물로부터 물을 제거하여 직물의 견고함을 약 18 과 약 30 퍼센트 사이까지 끌어올린다. 상기 배 직물 (120) 을 가로지르는 압력차는 약 13.5 kPa 와 약 40.6 kPa 사이 (수은의 약 4 내지 약 12 인치 사이) 일 수 있다. 진공 박스 (126) 에 의해 제공된 진공은 배 직물 (120) 을 빽빽하게 할 필요없이 상기 배 직물 (120) 을 다공성 임프린팅부재 (219) 에 전달하는 것과 파이버를 편향 도관 부분 (230) 으로 편향시키는 것을 허용한다. 중간 직물 (120A) 로부터 추가로 물을 제거하기 위해 추가의 진공 박스들이 포함될 수 있다.
도 4 에는, 중간 직물 (120A) 의 일부분이 압축 닙 (300) 의 상류부에서 편향 도관 (230) 안으로 편향되어 상기 중간 직물 (120A) 이 비-단평면으로 된 것이 도시되어 있다. 중간 직물 (120A) 은, 중간 직물 (120A) 의 일부분이 압축 닙 (300) 의 상류부에서 중간 직물 (120A) 을 국부적으로 조밀하게 하거나 빽빽하게 하지 않고서 임프린팅부재 (219) 안으로 편향되었는가를 가리키도록 압축 닙 (300) 의 상류부에서 일반적으로 균일한 두께 (제 1 직물면 (122) 과 제 2 직물면 (124) 간의 간격) 를 갖는 것으로 도시되어 있다. 배 직물 (120) 의 전달 및 배 직물의 파이버의 편향 도관 부분 (230) 으로의 편향은 실질적으로 동시에 달성될 수 있다. 배 직물을 다공성 부재에 전달하고 배 직물의 제지 파이버의 일부분을 다공성 부재에 편향시키는 방법을 교시할 목적으로, 위에서 언급한 미국특허 4,529,480 호는 여기에 참조된다.
도 1 및 도 4 에서 보면, 직물은 닙 (300) 의 상류부에서 임프린팅부재 (219) 상에 지지되도록 전달된다. 임프린팅부재 (219) 는 비교적 높은 통기성, 즉 비교적 개방된 구조를 갖는다. 임프린팅부재 (219) 의 통기성은 적어도 약 250 scfm 이다. 임프린팅부재 (219) 의 비교적 높은 통기성, 즉 개방구조 때문에, 진공 박스 (126) 는 임프린팅부재 (219) 를 통해 직물로부터 물을 효과적으로 제거할 수 있고, 직물이 임프린팅부재 (219) 에 전달된 후에는 임프린팅부재 (219) 에 물이 조금도 함유되지 않으며, 있다고 해도 적은 양이 된다. 결과적으로, 임프린팅부재 (219) 에 있어서의 물에 의한 직물의 재습이 최소화된다.
더욱이, 펠트 (320,350) 는 닙 (300) 의 상류부에서 직물과 임프린팅부재 (219) 로부터 분리된다. 딸라서, 펠트 (320, 350) 는 닙의 상류에서 웨브 또는 상기 부재 (219) 에 인접하지 않으며, 펠트 (320, 350) 는, 펠트 (320, 360) 가 웨브에 대한 효과적인 건조를 제공하기 위해 닙 (300) 안으로 들어갈 때, 상대적으로 건조될 수 있다.
본 발명의 실시예의 단계 5 에는 압축 닙 (nip, 300) 에서 젖은 중간 웨브 (120A) 를 가압시켜 성형 웨브 (120B) 를 형성하는 것을 포함하고 있다. 도 1 내지 도 4 를 참조하면, 중간 웨브 (120A) 는 다공성 형성 부재 (11) 로부터 그리고 롤의 대향 압축면 (362) 과 슈 프레스 어셈블리 (700) 사이에 형성된 압축 닙 (300) 를 통해 다공성 임프린팅 부재 (foraminous imprinting member, 219) 상으로 이동된다. 압축 닙 (300) 의 작동을 설명하기 위하여, 임프린팅 부재 (219), 탈수 펠트 (320, 350, 360), 및 종이 웨브가 롤 (362) 과 프레스 어셈블리 (700) 에 비해서 확대 도시되어 있다.
제 1 탈수 펠트 (320) 가 슈 프레스 어셈블리 (700) 에 인접한 압축 닙에 지지된 상태로 도시되어 있고, 복수의 펠트 지지 롤 (324) 을 중심으로 방향 (321) 쪽으로 구동된다. 슈 프레스 어셈블리 (700) 는 유체 불투과성 압력 벨트 (710), 압력 슈 (720), 및 압력원 (P) 을 포함한다. 압력 슈 (720) 는 일반적으로 아치형의 오목한 표면 (722) 을 갖는다. 압력 벨트 (710) 는 일반적으로 오목한 표면 (722) 과 가이드 롤 (712) 의 위쪽의 연속 경로에서 이동한다. 압력원 (P) 은 압력을 받은 유압 유체 압력 슈 (720) 의 캐버티 (도시되지 않음) 에 공급한다. 캐버티내의 가압 유체는 펠트 (320) 에 대해 압력 벨트 (710) 를 구속하고, 압축 닙 (300) 에 로딩 (loading) 을 제공한다. 슈 프레스 어셈블리는 참조 문헌으로서 소개된 미국특허, 예를 들어 Kiuchi에 허여된 미국특허 4,559,258호, Emson등에 허여된 미국특허 3,974,026호, Justus등에 허여된 미국특허 4,287,021호, Mohr등에 허여된 미국특허 4,201,624호, Cronin에 허여된 미국특허 4,229,253호, Justus에 허여된 미국특허 4,561,939, Pajula등에 허여된 미국특허 5,389,205호, Steiner등에 허여된 미국특허 5,178,732, Braun등에 허여된 미국특허 5,308,450호에 일반적으로 개시되어 있다. 하나의 적절한 슈 프레스 어셈블리는 스웨덴의 Valmet사로부터 SYM-BELTS 상품명으로 판매되는 슈 프레스 어셈블리이다.
압축 벨트 (710) 의 외면은 압력 슈 (720) 위쪽을 지나감에 따라 일반적으로 아치형의 오목한 형상으로 되어 있고, 가압 롤 (362) 에 의해 제공된 볼록한 압축면에 대해 대향하는 오목한 압축면을 제공한다. 압력 슈를 통과하는 압력 벨트 (710) 의 외부면의 이러한 부분은 도 4 에 도면부호 "711" 로 지정되어 있다. 압력 벨트 (710) 의 외면은 매끄럽게 되어 있거나 홈이 형성되어 있을 수 있다.
슈 프레스 어셈블리 (700) 에 의해 제공된 대향 오목 압축면과 결합한 압력 롤 (362) 에 의해 제공된 볼록한 압축면은 3.0인치 이상인 기계장치 방향 길이를 갖는 아치형 압축 닙을 제공한다. 하나의 실시예에서, 압축 닙 (300) 은 약 3.0 내지 20인치 사이의, 바람직하게는 4.0인치 내지 10.0인치 사이의 기계장치 방향 길이를 갖는다.
제 2 탈수 펠트 (350) 가 복수의 펠트 지지롤 (354) 을 중심으로 이동하도록 지지될 수 있으며 또한 임프린팅 부재 (219) 와 제 3 펠트 (360) 사이에 위치된 압축 닙 (300) 를 통해 이동한다. 제 3 탈수 펠트 (360) 는 복수의 펠트 지지롤 (364) 을 중심으로 이동하도록 지지되고 또한 닙 롤 (362) 과 제 2 펠트 (350) 사이에 위치된 압축 닙 (300) 를 통해 이동한다.
도 1 내지 도 4 에 대해 언급하면, 펠트 층 (320, 350, 360) 은 각각의 지지롤 (324, 354, 364) 을 중심으로 지지됨으로써 닙 (300) 의 출구에서 제 2 펠트 (350) 는 임프린팅 부재 (219) 로부터 분리될 수 있으며, 제 3 펠트는 제 2 펠트 (360) 로부터 분리될 수 있다.
펠트 탈수 장치 (370), 예를 들어 Uhle 진공상자가 각각의 탈수 펠트 (320, 350, 360) 와 결합되어 중간 웨브 (120A) 로부터 탈수 펠트까지 이송된 물을 제거할 수 있다.
가압 롤 (362) 은 일반적으로 매끄러운 표면을 갖는다. 추가적으로 롤 (362) 에는 홈이 형성되어 있거나 중간 웨브 (120A) 로부터 물을 제거하기에 용이하도록 진공원과 유체 연통하는 복수의 개구를 갖는다. 롤 (362) 은 고무 피복부 (362), 예를 들어 매끄럽고 홈이 형성되어 있으며 천공된 경화 고무 덮개를 갖는다. 도 4 에 도시된 고무 피복부 (363) 는 슈 프레스 어셈블리 (700) 에 의해 제공된 오목한 압축면 (711) 에 대해 대향하는 볼록한 압축면을 제공한다.
여기세 사용된 "탈수 펠트" 라는 용어는 흡수성, 압축성 및 가요성을 갖도록 되어 있어 임프린팅 부재 (219) 상에 비단극성 중간 웨브 (120A) 의 콘투어를 이루도록 변형가능하며, 중간 웨브 (120A) 로부터 가압된 물을 수용하고 포함할 수 있다. 탈수 펠트 (320, 360) 는 천연 재료, 합성 물질, 또는 이들의 혼합물로 제조될 수 있다.
적절한 탈수 펠트 층은, 직조한 필라멘트로 이루어진 직조된 기초 강화 구조에 바느질에 의해 결합된 자연 또는 합성 섬유의 비직조 솜을 구비한다. 도 8 은 직조된 기초 강화 구조 (3220) 에 바느질에 의해 결합된 비직조 솜 (3210) 을 갖는 탈수 펠트 층 (320) 의 단면도이다.
비직조 솜을 제조하기에 적절한 재료는 모직물과 같은 천연 섬유 뿐만 아니라 폴리에스테르와 나일론과 같은 합성 섬유도 포함한다. 비직조 배트가 형성되는 섬유들은 9000 미터의 필라멘트 길이 당 약 3 내지 40g 의 데니르를 가질 수 있다. 펠트는 층구조를 갖고 섬유형태 및 크기의 혼합물로 이루어질 수 있다.
탈수 펠트 (320) 는 상대적으로 고밀도이면서 상대적으로 작은 다공성의 크기를 갖는 제 1 표면 (325) 및 상대적으로 저밀도이면서 상대적으로 큰 다공성의 크기를 갖는 제 2 표면 (327) 을 가질 수 있다. 또한, 제 2 탈수 펠트 (350) 는 상대적으로 고밀도이면서 상대적으로 작은 다공성의 크기를 갖는 제 1 표면 (355) 및 상대적으로 저밀도이면서 상대적으로 큰 다공성의 크기를 갖는 제 2 표면 (357) 을 가질 수 있다. 유사하게, 제 3 탈수 펠트 (360) 는 상대적으로 고밀도이면서 상대적으로 작은 다공성의 크기를 갖는 제 1 표면 (365) 및 상대적으로 저밀도와 상대적으로 큰 다공성의 크기를 갖는 제 2 표면 (367) 을 가질 수 있다.
제 1 탈수 펠트 (320) 는 약 2㎜ 내지 약 5㎜ 의 두께, 평방 미터당 약 800 내지 2000 그램의 기본 중량, 입방 센티미터당 약 0.35 그램 내지 약 0.45 그램의 평균 밀도 (기본 중량을 두께로 나눔) 을 가질 수 있다.
각각의 제 1, 제 2 및 제 3 펠트층 (320, 350 및 360) 은 약 5 내지 200 scfm, 더욱이 5 내지 100 scfm 의 공기 투과성을 가질 수 있다. 공기 투과성은 펠트층/분/펠트영역의 평방 피트의 두께를 통과하는 공기의 입방 피트수의 측정이다. 공기 투과성은 탈수 펠트 두께 전역에서 0.12 kPa (물의 0.5 인치) 의 압력차에서 측정된다. 공기 투과성은 핀란드 판시오에 소재하는 발멧 주식회사로부터 이용가능한 발멧 투과성 측정 장치 (오리피스 #1 을 이용하는 모델 Wigo Taifun Type 1000) 또는 동일한 장치를 사용하여 측정된다.
1 실시예에서, 제 1 탈수 펠트 (320) 는 50 scfm 미만, 특히 약 15 내지 약 30 scfm 의 공기 투과성을 갖는다. 부가적으로, 제 1 펠트 (320) 는 표면 영역의 평방 센티미트당 적어도 약 150㎎ 의 물을 수용하는 물 보유 수용능력과, 또한 평방 센티미터당 적어도 약 100㎎ 의 작은 다공성의 수용능력을 가질수 있다. 물보유능력은 펠트의 1평방 센티미터부에서 약 5 내지 약 500 ㎛ 의 유효 반경을 갖는 다공성의내 물 보유량의 측정이다. 작은 다공성의 수용능력은 탈수 펠트의 1평방 센티미터 단면에서 상대적으로 작은 모세관 개구에 함유될 수 있는 물의 양의 측정이다. 상대적으로 작은 개구는 약 5 내지 약 75 ㎛ 의 유효 반경을 갖는 모세관 개구를 의미한다. 그러한 모세관 개구는 크기면에서 젖은 종이 웨브내의 개구와 유사하다.
펠트의 물 보유능력 및 작은 다공성의 수용능력은 미국 뉴우저지주에 소재하는 TRI/Princeton 회사로부터 이용가능한 TRI Autoporosimeter 와 같은 액체 포로시미터(porosimeter) 를 사용하여 측정된다. 물보유 수용능력 및 작은 다공성의 수용능력은 참고로 여기에 합체된 특허 출원인 트로크한등의 이름으로 1995년 6월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 08/461,832 호 "Web Patterning Apparatus Comprising a Felt Layer and a Photosensitive Resin Layer" 에 기재된 방법론에 따라 측정된다.
적당한 제 1 탈수 펠트 (320) 는 기본 비율과 배트가 1:1 (짜여진 기초 강화구조의 매 파운드에 대한 1 파운트 배트 재료) 인 AmSeam-2, Style 2732 와 3:6 배트 층구조 (3데니어 섬유:6데니어 섬유, 여기에서 3 데니어 섬유는 펠트층의 인접면 (325) 임) 이다. 그러한 펠트는 미국 위스콘시, 아프레톤에 위치한 아프레톤 밀 회사로부터 이용가능하고 약 25입방 피트/분/평방 피트의 공기 투과성을 가질 수 있다.
제 2 탈수 펠트 (350) 는 약 2㎜ 내지 약 5㎜ 의 두께, 입방 미터당 약 800 내지 약 2000 그램의 기본 중량, 및 입방 센티미터당 약 0.35그램 내지 약 0.45그램의 평균 밀도 (기본 중량을 두께로 나눔) 를 가질수 있다.
제 2 펠트 (350) 는 제 1 펠트 (320) 의 물 보유 수용능력보다 작은 물 보유 수용능력을 가질 수 있다. 제 2 펠트 (350) 는 제 1 펠트 (320) 의 작은 다공성의 수용능력보다 작은 작은 다공성의 수용능력을 또한 가질수 있다. 제 2 펠트 (350) 는 표면 영역의 평방 센티미터당 약 150 그램미만의 물 보유 수용능력 및 평방 센티미너당 약 100 그램 미만의 작은 다공성의 수용능력을 가질 수 있다.
제 2 펠트 (350) 는 적어도 30 입방 피트/분/평방 피트의 공기 투과성을 가질 수 있으며, 또한 1 실시예에서는 적어도 40 입방 피트/분/평방 피트의 공기 투과성을 가질 수 있다. 1 실시예에서, 제 2 펠트 (350) 는 약 40 내지 약 120 입방 피트/분/평방 피트의 공기 투과성을 가진다.
적당한 제 2 탈수 펠트 (350) 는 기본 비율과 배트과 1:1 인 AmFLlex-2S Style 5615 와 3:6 배트 층구조이다. 그러한 펠트는 미국 위스콘시, 아프레톤에 위치한 아프레톤 밀 회사로부터 이용가능하고 약 40입방 피트/분/평방 피트의 공기 투과성을 가질 수 있다.
제 1 펠트면 (325, 355) 의 상대적으로 고밀도이고 상대적으로 작은 다공성의 크기는 닙 (300) 에서 웨브로부터 프레스된 물의 빠른 획득을 진전시킨다. 제 2 펠트면 (327, 357) 의 상대적으로 저밀도이고 상대적으로 높은 다공성의 크기는 닙 (300) 에서 웨브로부터 프레스된 물을 저장하는 탈수 펠트내에 공간을 제공한다.
제 3 펠트층 (360) 의 표면 (365) 은 제 3 펠트층 (360) 의 표면 (367) 에 비해 비교적 높은 밀도 및 비교적 작은 기공을 갖는다. 일 실시예에서 펠트층 (360) 은 제 1 펠트층 (320) 과 유사하거나 동일한 구조를 가질 수 있다. 특히, 제 3 펠트층 (360) 은 제 2 펠트층 (350) 보다 작은 공기침투성을 가질 수 있다. 표면 (365) 은 제 2 펠트층 (350) 의 표면 (357) 에 에 비해 비교적 높은 밀도와 비교적 작은 기공을 갖는다. 표면 (365) 의 비교적 미세한 모세관 구조는 표면 (357) 의 비교적 조대한 모세관 구조로부터 물을 흡수할 수 있다고 믿어지는데, 이리 하여 제 2 펠트층 (350) 에 있는 표면 (357) 에 인접한 물은 표면 (365) 에 흡수되어 제 3 펠트층 (360) 에 저장된다.
적절한 제 3 탈수 펠트 (360) 로서는, 1:1 의 배트 대 베이스 비 (직물 베이스 보강 조직의 1 파운드당 1 파운드의 배트 재료) 및 3 오버 6 층 배트 구조 (펠트층의 표면 (365) 에 3 데니르 섬유가 있는 3 데니르 섬유 오버 6 데니르 섬유)를 갖는 AmSeam-2, Style 2732 가 있다. 이러한 펠트는 위스콘신, 애플톤의 애플톤 밀로부터 구입할 수 있으며 단위 평방 피이트에 대해 1 분당 약 25 입당 피이트의 공기 침투성을 가질 수 있다.
탈수 펠트 (320, 350, 360) 는 20 내지 80 %, 바람직하게는 30 내지 70 %, 더욱 바람직하게는 40 내지 60% 의 압축성을 가질 수 있다. 여기서 "압축성" 이란, 탈수 펠트에 하중을 가했을 때 두께 변화의 백분율을 의미하며, 압축성 측정방법은 본 명세서에서 참고로 관련되어 있으며 Ampulski 의 명의로 1995 년 6 월 29 일자로 공개된 WO/95/17548 호에 소개되어 있다. 특히, 제 2 펠트층 (350) 이 웨브 임프린팅 부재 (219) 에 있는 직물 필라멘트 (241, 242) 로 한정된 구멍에 맞도록 상기 제 2 펠트층 (350) 은 적어도 약 40 내지 60 % 의 압축성을 갖는 것이 바람직하다.
도 1, 4 을 참조하면, 제 1 탈수 펠트 (320) 가 벨트 (710) 위에서 닙 (300) 안으로 이동함에 따라 상기 제 1 탈수 펠트 (320) 의 제 1 표면 (325) 은 중간 웨브 (120A) 의 제 1 면 (122) 에 인접하게 된다. 유사하게, 제 1 탈수 펠트 (350) 가 닙롤 (362) 주위로 닙 (300) 안으로 이동함에 따라 상기 제 2 탈수 펠트 (350) 의 제 1 표면 (355) 은 다공성이 있는 임프린팅 부재 (219) 의 제 2 펠트 접촉면 (240) 에 인접하게 된다. 제 3 탈수 펠트 (360) 가 닙 (300) 안으로 이동함에 따라 상기 제 3 탈수 펠트 (360) 의 제 1 표면 (365) 은 제 2 펠트 (350) 의 제 2 표면 (357) 에 인접하고 제 3 탈수 펠트 (360) 의 제 2 표면 (367) 은 닙롤 (362) 에 인접하게 된다. 따라서, 중간 웨브 (120A) 가 압축닙 (300) 을 통하여 다공성이 있는 상기 임프린팅 부재 (219) 로 이동됨에 따라, 중간 웨브 (120A), 임프린팅 부재 (219), 및 제 1, 2, 3 탈수 펠트 (320, 350, 360) 은 닙 (300) 의 서로 대향하는 압축표면 사이에서 함께 압축된다.
압축닙 (300) 에 있는 중간 웨브 (120A) 를 누르면, 제지 섬유는 임프린팅 부재 (219) 의 편향 도관부 (230) 안으로 휘어지게 되어, 중간 웨브 (120A) 로부터 물이 빠져 성형된 웨브 (120B) 가 형성되게 된다. 웨브로부터 제거된 물은 탈수 펠트 (320, 350, 360) 에 흡수되어 거기에 함유된다.
특히, 펠트 (350) 에 흡수된 물 중 적어도 일부는 펠트 (350) 를 통과하여 펠트 (360) 에 저장될 수 있다. 따라서, 웨브로부터 펠트 (350) 에 흡수된 물 중 적어도 일부에 대해서, 펠트 (350) 는 물을 받아 들여 그 물을 펠트 (360) 에 전달하는 역할을 하며, 펠트 (360) 는 물이 탈수 장치 (370) 에 의해 제거될 때까지 물을 함유하게 된다.
중간 웨브 (120A) 는 압축닙 (300) 으로의 입구에서 약 14 내지 80% 의 견고함을 가져야 한다. 특히, 중간 웨브 (120A) 는 닙 (300) 으로의 입구에서 약 15 내지 35% 의 견고함을 갖는다. 이러한 견고함을 갖는 중간 웨브 (120A) 에 있는 제지 섬유는 섬유 본드에 대해 비교적 소수의 섬유를 가지며, 또한 제 1 탈수 펠트 (320) 에 의해 비교적 쉽게 재배열되어 편향 도관부 (230) 안으로 편향될 수 있다.
중간 웨브 (120A) 는 약 100 psi 이상, 바람직하게는 200 psi 의 닙압력으로 압축닙 (300) 에서 압축된다. 바람직한 실시예에서, 중간 웨브 (120A) 는 약 400 psi 이상의 닙압력으로 압축닙 (300) 에서 압축된다.
기계방향 닙길이는 약 3.0 내지 20.0 인치가 될 수 있다. 4.0 내지 10.0 의 기계방향 닙길이에 대해서는, 프레스 어셈블리 (700) 가 작동하여, 횡기계방향 닙폭의 단위 인치 당 약 400 내지 10000 의 파운드의 힘을 제공하게 된다. 횡기계방향 닙폭은 도 4 의 평면에 직각인 방향으로 측정한 것이다.
기계방향 길이가 적어도 약 3.0 인치인 닙에서 웨브, 펠트층 및 임프린팅 부재를 압축시키면, 웨브의 탈수를 개선시킬 수 있다. 주어진 종이기계 속도에 대해, 닙길이가 비교적 길면 닙에서 웨브 및 펠트의 주재시간이 길어지게 된다. 따라서, 더 큰 기계속도에서도 웨브로부터 물이 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.
psi 단위의 닙압력은 웨브에 가해지는 닙력을 닙 (300) 의 면적으로 나누어 얻은 것이다. 닙 (300) 에 의해 가해지는 힘은 압력장치 (P) 에 의해 제어되며, 당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 힘 또는 압력 변환기를 사용하여 계산할 수 있다. 닙 (300) 의 면적은 카본 페이퍼 시이트 및 플레인 백색지 시이트를 사용하여 측정한다.
카본 페이퍼는 플레인 페이퍼 위에 놓인다. 카본 페이퍼와 플레인 페이퍼 시이트는 탈수 펠트 (320, 350, 360) 가 있는 압축 닙 (300) 과 임프린팅 부재 (219) 위에 놓인다. 카본 페이퍼는 제 1 탈수 펠트 (320) 에 인접하여 위치되고 플레인 페이퍼는 임프린팅 부재 (219) 에 인접하여 위치된다. 다음, 슈우 프레스 어셈블리 (700) 가 작동하여 요구되는 가압력을 제공하게 되며, 이 정도의 힘을 받는 닙 (300) 의 면적은 카본 페이퍼가 플레인 백색지에 부여하는 임프린트로부터 측정된다. 마찬가지로, 기계방향 닙길이 및 횡기계방향 닙폭은 카본 페이퍼가 플레인 백색지 시이트에 부여하는 임프린트로부터 결정할 수 있다.
성형된 웨브 (120B) 는 압축닙 (300) 의 출구에서 적어도 약 30% 의 견고함을 갖도록 압축된다. 도 1 에 도시된 중간 웨브 (120A) 를 압축하여 상기 웨브를 성형하면, 웨브 임프린팅 표면 (222) 과 관련된 비교적 밀도가 높은 제 1 영역 (1083) 과 편향 도관부 (230) 와 관련된 웨브의 비교적 밀도가 낮은 제 2 영역 (1084) 가 얻어진다. 도 2-4 에 도시된 바와 같이 넓은 범위에 걸쳐 모노플래너 패턴된 연속적인 네트워크 웨브 임프린팅 표면 (222) 을 갖는 임프린팅 패브릭 (219) 상에 중간 웨브 (120A) 를 누르면, 비교적 밀도가 높은 연속적인 네트워크 영역 (1083) 에 걸쳐 비교적 밀도가 높고 또 비교적 밀도가 낮은 다수의 개별적인 돔 (1084) 을 갖는 넓은 범위에 걸쳐 모노플래너 패턴된 연속적인 네트워크 웨브 임프린팅 표면 (222) 을 갖게 된다. 이렇게 성형된 웨브 (120B) 는 도 5-7 에 도시되어 있다. 이 웨브 장점은, 연속적이고 비교적 밀도가 높은 네트워크 영역 (1083) 이 인장하중을 받을 수 있는 연속적인 하중경로를 제공한다는 것이다.
또한, 성형된 웨브 (120B) 의 특징은, 도 7 에서 보는 바와 같이, 제 1, 2 영역 (1083, 1084) 사이에서 신장된 제 3 중간 밀도 영역 (1074) 를 갖는다는데 있다. 이 제 3 영역 (1074) 은 비교적 밀도가 높은 영역 (1083) 에 인접하는 천이영역 (1073) 을 갖는다. 중간밀도 영역 (1074) 은 제 1 탈수 펠트 (320) 가 제지 섬유를 편향 도관부 (230) 안으로 끌어들임에 따라 형성되고 또한 테이펴져 있는 일반적으로 사다리꼴의 단면을 갖는다.
상기 천이영역 (1073) 은 편향 도관부 (230) 의 테두리에서 중간 웨브 (120A) 를 압착시킴으로써 형성된다. 비교적 밀도가 낮은 각각의 돔 (1084) 을 적어도 부분적으로 에워싸기 위해 영역 (1073) 이 중간밀도 영역 (1074) 을 둘러싼다. 천이영역 (1073) 의 특징은, 국소적으로 최소이고 또한 비교적 밀도가 높은 영역 (1083) 의 두께 K 보다 작은 두께 T 와, 비교적 밀도가 높은 영역 (1083) 의 밀도 보다 큰 국소 밀도를 갖는다는데 있다. 비교적 밀도다 낮은 돔 (1084) 는, 국소적으로 최소이며 또 비교적 밀도가 높은 연속적인 네트워크 영역 (1083) 의 두께 K 보다 큰 두께 P 를 갖는다. 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 천이영역 (1073) 은 웨브의 가요성을 향상시키는 힌지로서의 역할을 하는 것으로 믿어진다. 도 1 에 도시된 공정으로 형성된 성형 웨브 (120B) 의 특징은, 기본 중량과 웨브 캘리퍼 H 의 주어진 값에 대해 비교적 높은 인장강도 및 가요성을 갖는다는 것이다 (도 7).
본 발명의 실시에 있어 단계 6 은 도 1 에 보는 바와 같이 관통 공기 건조기 (400) 으로 성형 웨브 (120B) 를 미리 건조시키는 것을 포함할 수 있다. 성형된 웨브 (120B) 는 가열된 공기와 같은 건조용 가스를 상기 성형된 웨브 (120B) 에 통과시킴으로써 미리 건조될 수 있다. 일 실시예에서, 가열된 공기는 먼저 제 1 웨브면 (122) 으로부터 제 2 웨브면 (124) 으로 성형 웨브 (120B) 를 통과한 다음, 성형된 웨브가 놓이게 되는 임프린팅 부재 (219) 의 편향 도관부 (230) 를 통과하게 된다. 성형된 웨브 (120B) 를 통과한 공기는 성형된 웨브 (120B) 를 부분적으로 건조시키게 된다. 일 실시예에서, 성형된 웨브 (120B) 는 관통 공기 건조기 (400) 에 들어갈 때 약 30 내지 65% 의 견고함을 가지며 또한 관통 공기 건조기 (400) 를 떠날 때는 약 40 내지 80% 의 견고함을 갖는다.
도 1 를 참조하면, 관통 공기 건조기 (400) 는 중공 회전 드럼 (410) 을 갖는다. 성형된 웨브 (120B) 는 임프린팅 부재 (219) 위에 있는 중공 회전드럼 (410) 주위를 따라 이동하고, 가열된 공기는 중공 드럼 (410) 으로부터 반경방향 외측으로 향하여 웨브 (120B) 및 임프린팅 부재 (219) 를 통과하게 된다. 또는, 가열된 공기는 반경방향 안쪽으로 향할 수도 있다 (도시 안됨). 본 발명의 실시에 사용되는 적절한 관통 공기 건조기는 1965 년 5 월 26 일자로 특허된 Sisson 의 미국특허 제 3,303,576 호 및 1994 년 1 월 4 일자로 특허된 Ensign 등의 미국특허 제 5,274,930 호에 소개되어 있으며, 이들 특허는 본 발명에서 참고로 관련되어 있다. 또는, 닙 (300) 에서 웨브를 압축하기 전에 웨브를 부분적으로 건조시키기 위해, 하나 이상의 관통 공기 건조기 (400) 또는 다른 적절한 건조장치를 닙 (300) 의 상류에 설치할 수 있다.
본 발명을 실시함에 있어 단계 7 은, 임프린트된 웨브 (120C) 를 형성하기 위해, 다공성 임프린팅 부재 (219) 의 웨브 임프린팅 표면 (222) 을 성형된 웨브 (120B) 안으로 누르는 것을 포함할 수 있다. 웨브 임프린팅 표면 (222) 을 성형된 웨브 (120B) 안으로 누르면, 성형된 웨브의 비교적 밀도가 높은 영역 (1083) 을 밀도를 더욱 크게할 수 있어, 영역 (1083) 과 영역 (1084) 간의 밀도차를 크게 할 수 있다. 도 1 을 참조하면, 성형된 웨브 (120B) 는 임프린팅 부재 (219) 위에 놓이고 임프린팅 부재 (219) 와 닙 (490) 에 있는 임프레션 면 사이에 위치된다. 임프레션면은 가열된 건조용 드럼 (510) 의 표면 (512) 을 포함할 수 있으며, 닙 (490) 은 롤 (209) 과 건조 드럼 (510) 사이에 형성될 수 있다. 다음, 임프린트된 웨브 (120C) 는 크레핑 접착제에 의해 건조 드럼 (510) 의 표면 (512) 에 부착되어 결국에는 건조되게 된다. 건조된 임프린트된 웨브 (120C) 는, 닥터 블레이드 (524) 로 건조 드럼으로부터 임프린트된 웨브 (120C) 를 크레핑함으로써 건조 드럼 (510) 으로부터 제거되기 전에 단축될 수 있다.
본 발명의 방법은, 약 10 g/m2내지 65 g/m2의 기본 중량을 갖는 종이 웨브를 제조하는데 특히 유용하다. 이러한 종이 웨브는 단겹 또는 다중겹의 티슈 및 종이 타울 제품의 제조를 위한 사용에 특히 적합하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제 2 펠트 (350) 는, 성형된 웨브 (120B) 가 닙 (300) 으로부터 닙 (490) 으로 임프린팅 부재 (219) 에서 이동함에 따라, 임프린팅 부재 (219) 의 제 2 면 (240) 에 인접하여 위치될 수 있다. 닙 (490) 은 진공압롤과 양키 드럼 (510) 사이에서 형성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 임프린팅 부재 및 제 2 펠트층 (350) 은 개별적인 구성요소이다. 또는, 복합 펠트 임프린팅 부재를 사용할 수 있다. 이러한 복합 펠트 임프린팅 부재은 본 발명에서 참고로 관련되어 있는 다음의 미국 특허 공보 및 특허출원에 소개되어 있다: 1996 년 9 월 17 일자로 공고된 Trokhan 등의 미국특허 제 5,556,509 호; 1996 년 12 월 3 일자로 공고된 Ampulski 등의 미국특허 제 5,580,423 호; 1996 년 1 월 11 일자로 공개된 Trokhan 등의 PCT 공개 WO 96/00812 호; 1996 년 8 월 22 일자로 공개된 Trokhan 의 PCT 공개 WO 96/25547 호; 1996 년 8 월 22 일자로 출원된 Ostendorf 등의 미국툭허출원 제 08/701,600 호 및 1996 년 4 월 30 일자로 출원된 Ampulski 등의 미국특허출원 제 08/640,452 호.
도 9 에 도시된 다른 실시예에서, 제 1 펠트 (320) 가 웨브 (120A) 와 제 4 펠트 (380) 사이에 위치하도록 제 4 펠트 (380) 가 닙 (300) 에 배치될 수 있다.
상기 제 4 펠트 (380) 는 제 1 표면 (385) 및 제 2 표면 (387) 을 갖는다. 제 1 표면 (385) 은 표면 (387) 에 비해 비교적 높은 밀도와 비교적 작은 기공을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제 4 펠트 (380) 는 제 1 펠트 (320) 와 동일한 구조와 특성을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 제 4 펠트 (380) 는 제 1 펠트 (320) 보다 작은 공기 침투성을 가질 수 있으며, 제 4 펠트 (380) 는 펠트 (320) 보다 큰 물보유능력을 가질 수 있다.
본 발명의 특정 실시예를 이상으로 설명하였으나, 다음의 청구범위내에서 다른 변형 및 수정이 가능하다.
본 발명은 페이퍼 웨브를 성형하여 탈수하는 방법을 제공한다. 이 방법은 성형부재상에서 페이퍼 제조 섬유의 미발달 웨브 (embryonic web of papermaking fibers) 를 성형하는 것으로 이루어지며, 이 웨브는 제 1 면과 제 2 면을 갖는다. 이 웨브는 이때 유공의 성형부재 (foraminous forming member) 로부터 웨브 임프린팅면을 갖는 임프린팅부재로 이동된다. 이 웨브는 임프린팅부재로 편향되어 페이퍼 제조 섬유의 단일평면이 아닌 웨브를 형성한다.
임프린팅부재는 단일평면이 아닌 웨브를 압축 닙으로 운반한다. 이 웨브와 임프린팅부재는 압축 닙에서 제 1 탈수 펠트층과 제 2 탈수 펠트층중간에 위치되며, 여기서 제 1 탈수 펠트층은 웨브의 제 1 면에 인접하게 위치되고, 임프린팅부재의 웨브 임프린팅면은 웨브의 제 2 면에 인접하게 위치된다. 제 3 탈수 펠트층은 압축 닙에서 제 2 탈수 펠트층에 인접하게 위치되며, 여기서 제 2 탈수 펠트층은 임프린팅부재와 제 3 탈수 펠트층사이에 배치된다. 이 웨브는 한층 더 웨브의 섬유를 편향시키도록 압축 닙에서 압축되어 성형 웨브를 형성한다.
이론에 의해서 한정되지 않으면서, 제 2 탈수 펠트는 획득부재 (acquisition member) 로서 작용하여 웨브로부터 압축되어 임프린팅부재를 통과하는 물을 수용하는 반면에, 제 3 탈수 펠트층은 저장부로서 작용하여 제 2 펠트에 의해서 수용되고 이를 통과하는 물의 적어도 약간을 저장한다. 따라서, 본 발명은 압축 닙에서 페이퍼를 더욱 효율적으로 성형하여 건조하는데 사용될 수 있다.
본 명세서는 본 발명을 뚜렷하게 구별되게 청구하여 별개로 나타낸 청구범위로 결론지워져 있지만, 본 발명은 첨부도면과 연관시켜 취해진 하기의 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.
Claims (9)
- 젖은 종이 웨브를 제공하는 단계와,압축닙을 제공하는 단계와,임프린팅 부재를 제공하는 단계와,세개 이상의 탈수 펠트층을 제공하는 단계와,상기 종이 웨브, 임프린팅 부재 및 세개 이상의 탈수 펠트층을 압축닙에 위치시키는 단계와,종이 웨브, 임프린팅 부재 및 세개 이상의 탈수 펠트층을 압축닙에서 압축시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 종이 웨브를 가압하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 임프린팅 부재는, 개별적으로 고립된 다수의 편향 도관을 한정하는 거시적인 단엽의 연속적인 네트워크 웨브 임프린팅 표면을 지닌 웨브 접촉면을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1, 2 및 3 펠트층 각각은 섬유로 된 비직조 배트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1, 2 또는 3 항에 있어서, 제 1, 2 및 3 펠트층 각각은 5 내지 200 scfm 의 공기 침투성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1, 2, 3 또는 4 항에 있어서, 제 1 펠트층은 제 2 펠트층 보다 작은 공기 침투성을 가지며, 제 3 펠트층은 제 2 펠트층 보다 작은 공기 침투성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1, 2, 3, 4 또는 5 항에 있어서, 제 4 탈수 펠트층을 제공하는 단계와, 제 1 탈수 펠트층을 압축닙에서 제 4 펠트층과 웨브 사이에 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1, 2, 3, 4, 5 또는 6 항에 있어서,제지 섬유의 수성 분산을 제공하는 단계와,다공성 형성부재를 제공하는 단계와,상기 다공성의 형성부재에, 제 1, 2 면을 갖는 제지 섬유의 초기 웨브를 형성하는 단계와,다공성의 형성부재로부터 상기 초기 웨브를 임프린팅 부재로 옮겨, 초기 웨브의 제 2 면을 임프린팅 부재의 웨브 접촉면에 인접시키는 단계와,임프린팅 부재 위에 있는 제지 섬유의 일부를 굴곡시켜, 제지 웨브의 비단엽 중간 웨브를 형성하는 단계와,압축닙에서 웨브와 임프린팅 부재를 제 1 탈수 펠트층과 제 2 탈수 펠트층 사이에 위치시키는 단계로서, 제 1 펠트층은 중간 웨브의 제 1 면에 인접하도록 위치시키고, 임프린팅 부재의 웨브 접촉면은 중간 웨브의 제 2 면에 인접하도록 위치시키는 단계와,압축닙에서 제 3 탈수 펠트층을 제 2 탈수 펠트층에 인접하도록 위치시키는 단계로서, 제 2 탈수 펠트층은 임프린팅 부재와 제 3 탈수 펠트층 사이에 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 제 1 펠트층은 제 2 펠트층 보다 작은 공기 침투성을 가지며, 제 3 펠트층은 제 2 펠트층 보다 작은 공기 침투성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 다공성의 형성부재로부터 초기 웨브를 임프린팅 부재로 전달하는 상기 단계는, 형성부재로부터 초기 웨브를 임프린팅 부재로 진공으로 전달하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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