CN1732310A - 制造带状物的方法,以及用于制造膨松面纸和纸巾、以及非织造物和非织造织物的带状物 - Google Patents

Abstract

一种制造带的方法，以及用于制造膨松面纸和纸巾、以及非织造物和非织造织物的带，需要将牺牲材料以预定图案施加到基材上，该图案将转印到用该带生产的产品上。牺牲材料以受控的液滴方式沉积，以控制所沉积材料的x，y，z尺寸，并优选使液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直径。然后将聚合树脂材料沉积在基材上除了之前已施加有牺牲材料以外的所有区域。然后以适合于聚合树脂材料组合物的方式使之定形，并除去牺牲材料。然后可选地，可研磨聚合树脂材料，使带具有均匀的厚度、以及平滑的肉眼可见的单面表面。

Description

制造带状物的方法，以及用于制造膨松面纸和纸巾、以 及非织造物和非织造织物的带状物

技术领域

本发明涉及造纸技术，更具体地说，本发明涉及面纸和纸巾的制造，它们可统称为膨松薄纸。本发明还涉及以例如水刺法制造非织造物和非织造织物的技术。更具体地说，本发明涉及一种具有功能性聚合树脂材料的带状物，树脂材料沉积在带状基础结构上的精确预定的区域，以填充该区域，且在需要时，在带状物基础结构上形成所需的厚度层。此类型的带状物用于制造膨松面纸与纸巾，以及非织造物和非织造织物。

背景技术

在现代化工业社会中，一次性的软质吸水纸制品，例如面巾纸、浴纸及纸巾，是当代生活的普遍用品。虽然有许多方法可用来制造此类产品，但概括而言，其制造过程首先是在造纸机成形部中形成胚料纸幅。然后通过气流将胚料纸幅移送到空气穿透干燥(TAD)织物上，该气流由真空或抽气造成，使纸幅弯曲，并迫使其至少部分顺应于TAD织物的表面形态。从移送点下游开始，TAD织物上所携载的纸幅通过空气穿透干燥器，在该处，热气流直接吹向纸幅并穿过TAD织物，将纸幅干燥至所需程度。最后，为了进一步且完全干燥，从空气穿透干燥器下游开始，纸幅会粘附在杨克式烘缸(Yankee dryer)的表面，并由TAD织物的表面在其上压印。然后，用刮刀将已完全干燥的纸幅从杨克式烘缸的表面刮下，使纸幅缩短或皱缩并增加其松厚度。然后，缩短的纸幅卷在辊筒上以供后续处理，包括包装成适合运输及供消费者购买的形式。

如上所述，有许多方法可用来制造膨松的面纸制品，应该理解的是，上述说明是一些方法所通用的一般步骤的概述。例如，在特定条件下不需要皱缩，或者已采用其它方式，如“湿化起绉”来皱缩纸幅时，并不总是需要使用杨克式烘缸。

本申请至少部分涉及TAD织物，该织物用于膨松面纸机的空气穿透干燥器上。以往，TAD织物由单丝纱织成，其织造图案形成具有结节的纸幅支撑表面，结节相对高于表面上的其他区域，并且有较长的浮纱。当纸幅从成形织物移送到TAD织物的纸幅接触表面时，至少部分胚料纸幅会呈现该表面的表面形态。因此，胚料纸幅在各结节之间弯曲的部分变得比位于结节之上的部分更为稀疏，最终赋予膨松面纸产品柔软性和吸收性。随后，当压力由TAD织物传送至杨克式烘缸表面时，TAD织物的纸幅接触面上的结节压印位于其上的纸幅部分，并使该部分密实化。而这种密实化又会整体增强膨松面纸制品。密实化通常由下述方法来增强：磨光或砂磨TAD织物的纸幅接触表面，以形成具有平坦表面的结节，从而增加纸幅与杨克式烘缸之间的接触面积，并增大结节印痕以进一步增强膨松面纸制品，并使其干燥更完全。

由于消费者喜欢较软、较吸水且较强韧的膨松面纸制品，所以研发初期集中在用来制造TAD织物的组织图案上。例如，在已到期的Trokhan的美国专利4,191,609及4,239,065中(该专利转让给Ohio，Cincinnati的Procter&Gamble公司)，示出用具有非依数性的连续经纬纱序列的组织图案所织成的TAD织物。所披露的组织图案使TAD织物主体的纸幅支撑表面具有许多柳条篮子状的凹穴，该凹穴以双向交错的阵列排布，各凹穴以织物顶平面上的结节为界。TAD织物能制成膨松面纸制品，该制品具有间隙较密的、未压缩的枕头状区域的图案化阵列，各区域以桩状表面形态为界，包括密集纤维及较不密集纤维交替间设的区域，并由顶面平面上的结节所形成。

二十世纪八十年代，开发出另一种制造具有等同于柳条篮子状凹穴结构的TAD织物的方法。有关该方法的最早的美国专利文件包括Procter&Gamble公司的美国专利4,528,239；4,529,480以及Trokhan的美国专利4,637,859，其示出包含多孔织造元件的TAD带，多孔织造元件即在预定区域具有聚合树脂材料涂层的织造底布。更具体地说，聚合树脂材料使TAD带具有肉眼可见的单面图案化的连续网络表面，这种表面能在TAD带中形成许多独立离散的弯曲管道或孔洞，而非柳条篮状凹穴。为了制成TAD带，需要在多孔织造元件的整个顶面上，用液态感光树脂涂覆至预定厚度，并使阻罩或底片与液态感光树脂的表面接触，该阻罩或底片具有形成所需图案的不透光及透光区，然后该树脂接受透过阻罩的光化学辐射。辐射通常是光谱的紫外(UV)部分，使树脂透过阻罩曝光的部分固化，但阻罩所遮蔽的部分不会固化。然后，洗掉未固化的树脂，从而在多孔织造元件上留下由固化树脂所形成的具有所需图案的涂层。

披露此方法的原创美国专利是Procter&Gamble公司Johnson等人的美国专利4,514,345。除了披露前段所述的TAD带的制造方法之外，该专利还示出了这样一种织物，其中聚合树脂材料在其表面上形成许多离散的凸体。也就是说，该图案为具有孔洞的连续网络的反转图案。取而代之地，该图案是聚合树脂材料在开放的多孔织造元件中所封闭或阻塞的离散区域。此类带可用于膨松面纸机的成形部，以制成胚料纸幅，该纸幅在相对较高基本重量的连续背景中具有较低基本重量的离散区域，例如Procter&Gamble公司Van Phan等人的美国专利5,277,761所示。此类带还能用来制造非织造物和非织造织物，该非织造物和非织造织物具有通过例如水刺法所形成的离散区域，其中的纤维密度低于相邻区域。在Kimberly-Clark的美国专利6,080,691及6,120,642中，还披露了一种用来制造软性膨松纸幅的造纸织物，其中的纸幅接触表面为三维的多孔非织造材料。此材料可呈纤维垫或网络、挤出的网络状物或发泡物的形式。该多孔非织造材料的固接可通过层合、挤压、粘接、熔接、缠结、焊接、针缝、嵌套或层接来完成。

除了多孔织造元件上的离散(不连续)及连续性的聚合树脂材料网络之外，Johnson等人的美国专利4,514,345中所披露的方法，也可用来制造具有半连续性的聚合树脂材料网络的织物。例如Procter&Gamble公司Ayers等人的美国专利5,714,041披露了一种可用来作为TAD织物的带，这种带具有排列成半连续性图案的凸体结构，从而形成弯曲通道的半连续性图案，术语“半连续”是指各凸体以近乎直线的方式延伸基本遍及该带，且各凸体与相邻凸体间隔分开。这样，该凸体可形成互相平行且等距分开的线，通常为直线，或者可形成互相平行且等距分开的锯齿状。

在某些膨松面纸的制造中，会使用这样的压榨织物：在其纸幅接触表面上具有连续、半连续或离散的聚合树脂材料网络。术语“压榨织物”是指通常用于造纸机的压榨部上的织物，该织物包括底布或其他支撑结构，且在其至少一面上附有一层或多层短纤材料。例如，Procter&Gamble公司Trokhan等人的美国专利5,556,509示出一种“压榨织物”，在其纸幅接触表面上具有连续和离散的聚合材料网络，用于制造膨松面纸产品。

美国专利4,514,345中所披露的方法，以及后续的Procter&Gamble公司的美国专利中所披露对其进行改良的方法，都相当复杂且耗时。在相关产业中长久以来一直在追求一种更直接的方法，以提供成形、压榨或TAD织物，或用于以例如水刺法制造非织造物和非织造织物的织物，这些织物具有呈连续、半连续或离散网络的聚合树脂材料涂层。本发明可满足这种长久企盼的需求。

发明内容

因此，本发明是一种用来生产膨松面纸、纸巾及非织造物和非织造织物的带的制造方法。该方法包括第一步骤：为带提供基材。

然后，以精确的预定图案将牺牲材料沉积在基材上，该预定图案将会转印在该带所制成的产品上。牺牲材料渗入基材中，且在需要时，在基材上形成所需厚度的层，从而在基材内，或需要时在基材上形成模型。然后，将功能性聚合树脂材料沉积在基材上，该树脂填入或在需要时覆盖之前未被所需厚度的牺牲材料层所覆盖的区域，即填充由牺牲材料所形成的模型。然后，以适当方式将聚合树脂材料定形或固定。

最后，除去刚由基材制成的带上的牺牲材料。通常，牺牲材料通过使用适当的溶剂或加热来除去。在除去牺牲材料之前或之后，可选择研磨所沉积的聚合树脂材料，使其具有均匀的厚度及平滑的肉眼可见的单面表面(monoplanar surface)，或在需要时，使任何已被聚合树脂材料所覆盖的牺牲材料暴露出来，以供之后除去。

现将参照以下附图对本发明进行更完整详细的说明。

附图说明

图1为依据本发明方法制造带所用装置的示意图；

图2为基材从图1装置的成像/修补站离开时的平面图；

图3为基材从图1装置的聚合物沉积站离开时的平面图；

图4为成品带从图1装置的模型元件去除站及研磨站离开时的平面图；

图5为如图4所取的剖视图；

图6为带的第二实施例的平面图；

图7为带的第三实施例的平面图；

图8为对图4所示带进行变化的实例的平面图，其具有附加图案，叠设在离散的通道图案上；以及

图9为沉积材料的各种代表性形状的立体图。

具体实施方式

依据本发明来制造带的方法由提供基材开始。通常，基础结构或基材是由单丝纱线所织成的织物。但更广泛地，基材也可为机织物、非织造织物或针织织物，由任何用来制造纸机织物的纱线构成，或由用来制造非织造物及非织造织物生产用带的纱线构成，例如单丝纱线、捻合单丝纱线、复丝纱线和捻合复丝纱线。该纱线可由本技术领域中的普通技术人员在制造用于造纸机织物的纱线时常用的聚合树脂中的任意一种挤出而成。所以，各种聚酰胺、聚酯、聚氨酯、芳香族聚酰胺、聚烯烃族的树脂，及其它树脂都可使用。

或者，基材也可由网眼织物构成，例如在共同转让的Johnson的美国专利4,427,734中所示，其披露内容在此以引用方式并入本文。基材还可为多个美国专利中所示出的各种螺旋链结带，例如Gauthier的美国专利4,567,077，其所教导内容在此也以引用方式并入本文。

此外，基材还可依据共同转让的Rexfelt等人的美国专利5,360,656所示的方法，通过螺旋缠绕织造、非织造、针织或网眼织物条来制成，该专利所披露内容以引用方式并入本文。因此，基材包括螺旋缠绕的条状物，其中各螺旋捻圈由连续接缝与下一个捻圈接合，从而使该基材沿纵长方向形成环状形式。

基材并非仅有上述几种可能形式。任何在纸机织物及相关技术领域中的普通技术人员所使用的各种基材都可替代其而使用。

当提供基材之后，可通过本领域中的普通技术人员所熟知的方法，可选地将一层或多层短纤毛层附于基材的一面或两面上。最公知及最常用的方法可为针刺法，此方法中由多个往复动作的刺针将毛层内的个别短纤维驱入基材内。或者，也可通过水刺法将短纤维附于基材上，在此方法中，细的高压水柱发挥如同前述的往复刺针的相同作用。应该了解的是，由任意一种上述方法，或本领域中的普通技术人员所知的其它方法，将短纤毛层附在基材上之后，其结构会类似于压榨织物，即一般在造纸机的压榨部用来将湿纸幅脱水的各种压榨织物。

或者，基材也可为例如空气和水的流体不能渗透的结构，具有聚合树脂材料涂层，至少有部分树脂材料渗入该结构中，并在两面中的一面上形成所需厚度的层。本发明利用不可渗透的基材，来制造如美国专利6,340,413中所示的各种压花带，其所教导内容以引用方式并入本文。该专利所披露的压花带基本上是不可渗透的，并包括背面层与纸幅接触层，纸幅接触层具有大量均匀分布的凹痕以及位于其间的表面部分，用于在通过造纸机的压榨部的纤维纸幅上形成相应的凸纹图案。压花带还将已压花的纤维纸幅移送至造纸机的干燥部。

此外，不论是否可渗透，此类型的结构都会具有随机的表面形态。此表面形态可在结构物内重复，或显然可知，也会在后续结构物中重复，这种后续结构物制造以用于纸张、面纸或非织造物的同一生产机器。美国专利6,080,691及6,120,642教导了此类织物，其所披露内容在此以引用方式并入本文。

依据本发明所制成的带可用于造纸机的成形部、压榨部或空气穿透干燥部上，尤其是那些生产面纸或纸巾制品的造纸机，或以例如水刺法来制造非织造物及非织造织物的机器。那些基材具有针刺毛层的带最适合用于压榨部，而没有短纤毛层的带则可使用于任何上述机器或部段上。在某些情况下，必须在施加树脂之后，将初始层或附加毛层施加于结构物上。在这种情况下，图案化树脂会贴在一层毛层纤维底下。

不论是否附加有短纤毛层材料，一旦提供基材后，就将其安装在图1所示的装置10上。应该了解的是，基材在安装于造纸机上的过程中，可为环状形式或可缝成环状形式。因此，图1所示的基材12应理解为基材12的整体长度的较短部分。若基材12为环状形式，则最实用的方法是将其绕装在一对辊上，辊虽未示于图中，但为纸机织物技术领域中的普通技术人员所熟知。在此情况下，装置10设在基材12的两个走向中的其中一个上，最方便的是顶部走向上，基材位于两个辊之间。但是，不论是否为环状，在制造过程中优选将基材12置于适当的张力下。此外，为了避免松垂，基材12在穿过装置10时，可用水平支撑件从底下对其进行支撑。

现在更具体地参照图1，其中在实施本发明的方法时，基材12示为以向上的方向穿过装置10，装置10包括一连串的数个站，基材12可逐步通过各站而制成带。

在第一站中，即模型元件沉积站14中，压电喷头阵列16安装在横轨18、20上，并在横轨上沿横交于基材12通过装置10的运动方向移动，也可在横轨之间平行于基材12的运动方向来移动，可利用该阵列以重复步骤沉积，使基材12上以预定图案累积所需量的牺牲材料。或者，如后所述，实施本发明所需的沉积小液滴的其它装置也为本领域普通技术人员所公知，或将来可开发出来，并可用来实施本发明。此外，牺牲材料的沉积不必仅横交于基材的移动方向，还可平行于此移动方向，或旋交于其运动方向，或以任何其它适合于此目的的方式来实施。

牺牲材料渗入基材中，且需要时在基材上以预定图案形成所需厚度的层。该图案可为离散位置所形成的阵列，该位置为对应的离散孔或通道阵列的最终位置，孔或通道供流体穿过带，带由基材12制成，或者图案会形成在基材12制成的带的表面上。在带是不可渗透的情况下，牺牲材料沉积在离散位置并固接在该处，牺牲材料稍后在带的制造过程中会除去，并不出现在成品带中；若基材12是可渗透的，则牺牲材料会阻塞其中的通道，并会在基材12的表面上凸出成预定高度及/或形状。总而言之，具有牺牲材料的离散位置会形成模型，随后用功能性聚合树脂材料填充该模型，称为功能性树脂是因为该树脂在制造完成后会成为带的功能部件。

应该了解的是，上段所述的离散位置，可以如下方式设置牺牲材料，使其形成例如熟悉物体的外观，例如云、花、天鹅、树叶，或公司或企业的标志，该外观将会以所需阵列呈现在该带所制成的产品上。此外，造型阵列也可叠设在较小的离散孔洞的背景阵列上。

或者，牺牲材料也可沉积成半连续网络，例如，以大致呈直线方式延伸基本遍及基材12的半连续图案，使牺牲材料沿着通常互相平行且等距分开的线而固接在基材12上。线可为曲线、直线或呈锯齿状。一般来说，半连续网络包括直线或曲线，或兼具直线部分及曲线部分，它们互相间隔分开而不相交。

又或者，牺牲材料还可沉积成连续网络，该网络基本贯穿基材12表面的二维方向而延伸，并以预定阵列形成许多离散的开放区域。最后，这些离散的开放区域用聚合树脂材料填充，并成为该带表面上由树脂材料所填充的离散区域的最终位置。在此情况下，应该了解的是，离散的开放区域可形成熟悉物体的形状，例如云、花、天鹅、树叶或公司或企业的标志，该形状呈现在该带所制成的产品上。此外，造型阵列也可叠设在由聚合树脂材料所填充的较小离散区域的背景阵列上。

压电喷头阵列16至少包括一个但优选包括多个由电脑控制的独立的压电喷头，各喷头发挥泵的作用，其动作构件为压电元件。若技术上许可，则实施时可利用多达256个压电喷头或更多喷头所组成的阵列。动作构件为晶体或陶瓷，通过施加电讯号使之物理性地变形。此变形能使该晶体或陶瓷发挥泵的作用，在每次接收到适当的电讯号时就会机械地喷出一滴液体材料。这样，使用压电喷头响应电脑控制的电讯号来重复地供应所需材料液滴，从而以所需形状累积所需量材料的方法，通常称为“按需喷滴”法。

喷头沉积材料的精确度将取决于所要形成的结构的尺寸和形状。所用的喷头类型和所喷涂材料的粘度也会影响所选喷头的精确度。

再参照图1，压电喷头阵列16从基材12的边缘开始，或优选从纵向延伸于其中的基准线开始，贯穿基材12进行纵向和横向移动，而基材12则静止不动，将牺牲材料以10μ(10微米)或更大如50μ(50微米)或100μ(100微米)的极小液滴沉积成前述图案中的一种。压电喷头阵列16相对于基材12的纵向与横向移动，以及从阵列16的各压电喷头喷出的牺牲材料液滴的沉积，都是由电脑以受控方式来控制的，使得在基材12长、宽和深或高(x、y、z维度或方向)的三个平面内，及需要时也可在基材12上，以受控的形状制成牺牲材料的预定图案。在基材12之上可使压电喷头阵列16通过一次或多次，以沉积所需量的牺牲材料，并制成所需形状。在此情况下，沉积物可采用如图9概括示出的任何一种形状。该形状可为方形、圆锥形、矩形、卵形、梯形等具有较粗的底部而向上逐渐变细的形状。当喷头重复通过沉积区域时，依照所选的设计方案而定，所沉积的材料量会以递减的方式层叠。

当已经在横轨18、20之间的区带中横贯基材12完成该图案时，基材12则纵向前进与该区带等宽的量，并重复上述过程，从而在与之前已完成的区带相邻的新区带上制成该预定图案。以此重复方式，可在整个基材12上提供预定图案。

或者，压电喷头阵列16仍从基材12的边缘开始，或优选从纵向延伸于其中的基准线开始，并相对于横轨18、20保持在固定位置，而基材12则在该阵列之下移动，从而在环绕基材12的纵向条带中将牺牲材料沉积成所需图案。当完成该纵向条带后，压电喷头阵列16会在横轨18、20上横向移动与该纵向条带等宽的量，并重复上述程序，从而在与之前已完成的条带相邻的新的纵向条带中制成该预定图案。以此重复方式，可在整个基材12上提供预定图案。

在横轨18、20的一端，设有喷头检查站22，以检测从各喷头喷出的牺牲材料的流量。在该处净化和清洁喷头，从而使任何有故障的喷头单元自动恢复操作。

牺牲材料为固体材料，在加热时迅速熔融，并在冷却时固化，从而与基材12牢固连接。牺牲材料可由加热贮存器来供应，牺牲材料在贮存器内保持为液态，并通过加料管线抽到压电喷头中。牺牲材料在输送点的粘度以及喷头尺寸，对基材12上形成的液滴的形状和大小，以及最后所达成的图案的分辨率都十分重要。

牺牲材料可为非水性并可用溶剂除去的蜡，或水溶性的蜡，例如水溶性聚乙二醇或聚乙烯醇。一般而言，牺牲材料可为任何能由压电喷头以极小液滴来传输的材料，该液滴的尺寸范围如前文所述，且最后可通过不会伤及基材12和基材上的任何功能性聚合树脂材料的方式，从基材12上除去牺牲材料。除了这些要求之外，为了控制牺牲材料在基材内的渗入和基材上的分布，即，为了将牺牲材料控制并限制在基材12的所需范围内，以防止不需要的渗渍和散布，牺牲材料还必须能尽快地在基材12中或之上固定或定形。通过将液滴沉积成重复图案，即通过将液滴叠层于另一滴之上，还能控制牺牲材料层在基材上的高度或z方向，该高度或z方向可为均匀的、不同的或按需调整。要注意的是，该图案可为随机的图案，在基材上重复的随机图案，或随机的带与带之间重复的图案，以控制品质。

在第二站，成像/修补站24中，横轨26、28支撑数码成像相机30和修补喷头阵列32，相机可横贯基材12的宽度移动，修补喷头阵列可横贯基材12的宽度移动并可在两根横轨26、28之间纵向移动，而基材12保持不动。

数码相机30检查所沉积的牺牲材料，以找到半连续或连续图案中的任何故障或遗漏的离散模型元件，或者类似的不规则处，该图案由牺牲材料在基材12内制成，以及需要时可在基材上制成。与数码相机30配合操作的图案快速识别(FPR)处理器对实际图案和所需图案进行对比。FPR处理器将信号传给修补喷头阵列32，将添加的牺牲材料沉积在检出有故障或遗漏的模型元件上。如前所述，在横轨26、28的一端也设有修补喷头检查站34，以检测由各修补喷头喷出的材料流量。在该处净化和清洁喷头，从而使任何有故障的喷头单元自动恢复操作。

在第三站，聚合物沉积站36中，横轨38、40支撑计量装置，例如大量喷头(bulk-jet)阵列42，该装置能以横交于基材12通过装置10运动的方向而在基材上移动，并能沿平行于基材12的运动方向在横轨之间移动，而基材12保持不动。大量喷头阵列42用于将功能性聚合树脂材料沉积在基材12之上或之内的除填充有牺牲材料以外的区域，从而在基材12之内且需要时在基材12上填充牺牲材料所形成的模型，以在其上形成一层所需厚度的树脂。该树脂可为聚氨酯或感光树脂，以及其它来自同样可用压电喷头阵列来沉积的类别的树脂。大量喷头阵列42填充基材12，且在需要时，在基材12上留下一层均匀厚度的功能性聚合树脂材料，优选等于或小于基材12上的可除去材料区的厚度。因此，最后聚合树脂材料完全位于基材12的表面内或基材12表面之上。该表面通常是与所要制造的纸、面纸、纸巾或非织造产品相接触的表面。可以想象，某些产品/工艺需要将树脂主要设在非产品接触表面上。在此情况下，当带与所制产品接触时所产生的流体流量差或机械压力差，仍会造成局部密度差异或组织差异。

如果需要将所用的聚合树脂材料定形或固定，则在横轨38、40上安装定形装置44，并在大量喷头阵列42之后横越基材12，以定形所沉积的材料。定形装置44可为热源，例如红外线、热空气、微波或激光源；或为冷空气；或紫外线，或可见光源，根据所用聚合树脂材料的需要进行选择。

应该理解的是，功能性聚合树脂材料在沉积于基材上之后，也需要固定于基材12上或其内。用来定形或固定功能性聚合树脂材料的方式取决于其本身的物理及/或化学要求。感光聚合物用光来固化，而热熔材料则通过冷却来定形。水性胶乳和分散物先干燥再加热固化，而反应性体系则受热固化。因此，功能性聚合树脂材料能通过固化、冷却、干燥或其任意组合来定形。

为了控制功能性聚合树脂材料在基材12内的渗入及分布，即，将该材料控制并限制于基材12的预定范围内，必须将其适当固定。这种控制对防止基材12表面底下的渗渍与扩散是极为重要的，即，防止功能性聚合树脂材料散布于之前所沉积的牺牲材料底下。例如，这种控制可通过将基材12保持在一定温度而实现，这种温度会使功能性树脂材料在接触时快速定形。也可在具有一定开孔度的基材上使用某些材料来实现控制，这种材料具有已知或明确的固化或反应时间，因此功能性树脂还来不及扩散超出基材12的所需范围，就已经定形。

同样，在横轨38、40的一端，设有大量喷头检查站46，以检测由各大量喷头喷出的材料流量。在该处净化和清洁各大量喷头，从而使任何有故障的喷头单元自动恢复操作。

或者，聚合树脂材料也可通过下述方法来沉积在基材12上或其内：喷涂、刮涂、单次螺旋涂布(SPS)、多次薄层涂布的方法(MTP)，或任何本领域中公知的可将液体材料施加于纺织基材上的其它方法。

第四站为模型元件去除站48。在该处，通过适当的方式除去原来在模型元件沉积站14中沉积的牺牲材料。例如，若牺牲材料为蜡，则模型元件去除站48可包括适当温度的热源，以熔化蜡，使其能从基材12上流掉。另一方面，若牺牲材料为可用溶剂除去的材料，则模型去除站48可用例如水的适当溶剂提供处理，通过例如喷洒或浸渍处理。实际上，可将基材12沿弯曲路径导入及导出溶剂槽，使基材能得到冲洗，从而更有效地除去牺牲材料。或者，该弯曲路径也可完全位于搅动的溶剂槽内。通过提高该槽的温度，能更有效地进行牺牲材料的除去操作。总之，牺牲材料的除去以不会伤及基材12及其上的功能性聚合树脂材料的方式来进行，并在基材12上留下所需图案的功能性树脂。

最后，可选的第五站即最末站为研磨站50，在该处使用适当的研磨装置使聚合树脂材料具有均匀的厚度，及平滑且肉眼可见的单面表面。应该理解的是，研磨站50也可设在模型元件去除站48之前，使任何会被聚合树脂材料所覆盖的牺牲材料暴露出来。在任何一种情况下，可选的研磨站50都包括具有研磨表面的辊以及设在基材12的另一面上的另一个辊或支撑表面，以确保研磨能得到均匀厚度且平滑而肉眼可见的单面表面。

举例而言，现在参照图2，其为可渗透基材12的平面图，该基材包括相互交织的纵向(MD)纱系统52和横向(CD)纱系统54。所示的基材12是其从成像/修补站24离开时的状态。如图所示，基材12包括多个模型元件56，该模型元件由牺牲材料以离散位置的阵列形式排成预定图案，该离散位置将成为离散通道的最后位置，离散通道贯穿所制造的带。

图3为基材12从聚合物沉积站36离开时的平面图。此时，该基材可恰当地称为中间产品带58，即，意味着带处在其制造过程的中间阶段。聚合树脂材料60填入基材12中由牺牲材料的模型元件56所占据位置以外的区域。

图4为成品带62从模型元件去除站48与可选的研磨站50离开时的平面图。在之前由牺牲材料模型元件56所占据位置以外的区域，带62都含有功能性聚合树脂材料60，除去牺牲材料会留下聚合树脂材料60，以及多个排成预定图案的离散通道64。由于本实例中的基材12可渗透空气和水等流体，因此离散通道64为基材12提供穿过该基材的路径。在本实例中，在各分开的离散通道64内可看见基材12的部分。

图5为成品带62沿图4所示截线所取的剖视图。在本实例中，在基材12上除了由离散通道64所代表以外的区域，聚合树脂材料60形成所需厚度层。

可替代的带的实施例示于图6和图7中。图6为带66的平面图，其基材12具有多个由聚合树脂材料排成预定阵列的离散区域68。这种带66可用于造纸机的成形部中。

图7为带70的平面图，在其表面上具有聚合树脂材料的半连续网络。半连续网络基本上呈直线的方式延伸几乎遍及整个带70。半连续网络的各部分72基本呈直线延伸，并平行于组成网络的其它部分，直线可曲折至一定程度。各部分72均为聚合树脂材料。

图8为对图4所示实例进行变化的带80的平面图，其在离散通道82的图案上叠设附加图案。附加图案84为标志，但也可为熟悉的物体，该附加图案也会在带80上以所需阵列重复。在各通道82中以及在附加图案84中，能看见可渗透基材12的部分。

在本发明的可替代实施例中，模型元件沉积站14，成像/修补站24及聚合物沉积站36，也可调整为以螺旋技术由基材12制成带，而非如前文所述的沿CD方向进行。在螺旋技术中，模型元件沉积站14、成像/修补站24及聚合物沉积站36从基材12的一个边缘开始，例如，图1的左侧边缘，并在基材12沿图1所示方向移动时，逐渐地横越基材12进行移动。将各站14、24、36及基材12的移动速率设成，使成品带上的所需图案以连续方式在基材12上螺旋。在此可替代的方案中，当各螺圈通过定形装置44底下时，聚合物沉积站36所沉积的聚合树脂材料可部分定形或固定，并在基材12全部通过装置10处理后，完全定形。

或者，在压电喷头阵列16以所需图案将牺牲材料沉积在环绕基材12的纵向条带中时，成像/修补站24及聚合物沉积站36也可保持在与压电喷头阵列16对齐的固定位置，而基材12在其下移动，使成品带中的所需图案施加于环绕基材12的纵向条带上。当该纵向条带完成后，压电喷头阵列16、成像/修补站24及聚合物沉积站36横向移动与纵向条带等宽的量，并在与之前已完成条带相邻的新的纵向条带上重复进行该过程。以此重复方式，能将整体基材12完全加工成带。此外，在加工材料时，整个装置可保持在固定位置。应该理解的是，该材料并不需要是全宽度的带，也可为例如在Rexfelt的美国专利5,360,656中所披露的材料条，然后再制成全宽度的带，该专利所披露内容在此以引用方式并入本文。在完全加工后，条带可为未缠绕的，并将其卷在一组辊上。可收存这些制带材料卷，然后可采用例如刚刚提到的上述美国专利中的教导内容，来制成环状的全宽度结构物。

功能性聚合树脂材料的性能，例如耐磨性和抗氧化性，对带的耐用性非常重要。除了前文所述的功能性聚合树脂材料的固化、定形或反应时间的重要性之外，如前所述，树脂材料在输送至带时的粘度也很重要。更具体地说，在本发明的另一个实施例中，聚合物沉积站36包括取代大量喷头阵列42的第二压电喷头阵列。在该处，使用压电喷头阵列将聚合树脂沉积于基材12上或其内的除了填充有牺牲材料的区域以外的区域，聚合树脂材料的选择受下述需求所限制：在输出时，即聚合树脂材料在压电喷头的喷嘴内准备沉积时，其粘度应为100cps(100厘泊)或更小，从而使各喷头能以固定的液滴输送速度来提供聚合树脂材料。

可用压电喷头阵列或大量喷头阵列来施加的聚合树脂材料包括以下四类：

1.热熔性材料及水气固化的热熔性材料；

2.基于聚氨酯及环氧树脂的两组分反应体系；

3.由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反应性丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物组成的感光聚合物组合物；以及

4.包括丙烯酸树脂与聚氨酯的水性胶乳和水性分散物以及微粒填充混合物。

如前所述，只要输送时聚合树脂材料的粘度小于100cps(100厘泊)，压电喷头阵列就能以极小的液滴形式来供应该聚合树脂材料，该液滴的平均直径为10μ(10微米)或更大。此外，压电喷头阵列可以以高精确度的一次一层的方式沉积聚合树脂材料，因此不必研磨由该树脂材料所形成的涂层表面，就能达到均匀的厚度，并使本领域中的普通技术人员能够控制涂层的z-方向几何形态。也即是说，压电喷头阵列能精确沉积聚合树脂材料，使表面不必研磨就十分平坦，或者作为另一种替代方案，该表面会具有某种预定的三维结构。此外，在此实施例中，压电喷头阵列中的单独的压电喷头中的部分可用来沉积聚合树脂材料，而其它喷头可用来沉积另一种不同的聚合树脂材料，以制成具有一种以上的聚合树脂材料微区的表面。

对于本领域技术人员来说，可以容易地对上述实施方案进行多种修改和改进，或应用于其它领域，而不偏离本发明的目的、精神和范围。所有这些改动均在本发明权利要求范围内。尤其是，虽然以上披露了压电喷头用来在基材的预定位置上沉积牺牲材料，且也可用来沉积功能性聚合树脂材料，但实施本发明所需的沉积小液滴的其它装置也为普通技术人员所公知，或将来可开发出来，并且这种装置可用来实施本发明。例如，在需要较大尺度图案以使最后元件形如圆凸半球体的制造过程中，较大型，甚至单独的树脂沉积喷嘴，也可用来构成整个喷头阵列。使用这种装置也在本发明的权利要求范围内。

Claims (63)

1.一种带的制造方法，所述的带用于制造膨松面纸和纸巾、以及非织造物和非织造织物，所述方法包括以下步骤：

a)提供所述带的基材；

b)以受控方式将牺牲材料沉积到所述基材上，以控制所述材料的x、y、z尺寸，所述材料以液滴沉积，以制成预定图案；

c)将聚合树脂材料沉积到具有所述牺牲材料的所述基材上，以填充其没有所述牺牲材料的区域；

d)至少部分定形所述聚合树脂材料；以及

e)从所述基材除去所述牺牲材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直径。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤b)至e)在横向延伸贯穿所述基材的连续区带上依次进行。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤b)至e)在纵向延伸环绕所述基材的连续条带上依次进行。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤b)至e)螺旋环绕所述基材而进行。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤b)中，所述的预定图案包括多个以预定阵列形成的离散位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤b)中，所述预定图案包括连续网络，所述连续网络以预定阵列形成多个离散开放区域。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤b)中，所述的预定图案包括基本遍布所述基材延伸的半连续网络。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤b)中，所述牺牲材料渗入所述基材内。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤b)中，所述牺牲材料在所述基材上形成所需厚度的均一图案或随机图案。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤b)中，所述的牺牲材料由压电喷头装置进行沉积。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述步骤b)中，所述牺牲材料由压电喷头阵列沉积，所述压电喷头阵列包括多个由电脑控制的独立压电喷头。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述牺牲材料是可通过加热除去的蜡。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述牺牲材料是可用溶剂除去的材料。

15.根据权利要求1所述的方法，在所述步骤b)与c)之间，进一步包括以下步骤：

i)检查所述牺牲材料的实际图案，以测出所述实际图案和所述预定图案的一致性；以及

ii)修补所述牺牲材料的所述实际图案，以消除其与所述预定图案的偏差。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述检查步骤由与数码成像相机配合操作的图案快速识别(FPR)处理器进行。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述修补步骤通过与所述FPR处理器连接的修补喷头阵列进行。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料在所述基材上形成所需厚度的层。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合树脂材料为聚氨酯。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合树脂材料为感光树脂。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述定形步骤通过将所述感光树脂暴露于光化学辐射而进行。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述定形步骤通过将所述聚合树脂材料暴露于热源而进行。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述定形步骤通过将所述聚合树脂材料暴露于冷空气而进行。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述定形步骤通过将所述聚合树脂材料暴露于光化学辐射而进行。

25.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合树脂材料选自由下列材料组成的组：

1.热熔性材料及水气固化的热熔性材料；

2.基于聚氨酯及环氧树脂的两组分反应体系；

3.由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反应性丙烯酸酯单体及丙烯酸酯低聚物组成的感光聚合物组合物；以及

4.包括丙烯酸树脂与聚氨酯的水性胶乳和水性分散物以及微粒填充混合物。

26.根据权利要求1所述的方法，其中所述除去步骤通过加热进行，或通过适当溶剂的作用进行。

27.根据权利要求1所述的方法，该方法包括所述提供基材的步骤，所述基材取自基本由机织物、非织造物、螺旋形成物、螺旋链结物、针织物、网眼织物或材料条组成的组，所述的材料条最终缠绕形成宽度大于所述条的宽度的带。

28.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过大量喷头阵列沉积在所述基材上。

29.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过喷涂沉积。

30.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过刮涂沉积在所述基材上。

31.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过单次螺旋(SPS)涂布沉积在所述基材上。

32.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过多次薄层(MTP)涂布沉积在所述基材上。

33.根据权利要求28所述的方法，其中所述聚合树脂材料用压电喷头阵列进行沉积。

34.根据权利要求1所述的方法，其中沉积第一聚合树脂材料，还沉积第二聚合树脂材料，所述的第二聚合树脂材料与所述的第一聚合树脂材料不同。

35.根据权利要求28所述的方法，其中所述聚合树脂材料以具有单面表面的均匀厚度层沉积在所述基础织物上。

36.根据权利要求28所述的方法，其中所述聚合树脂材料以具有三维结构表面的非均匀厚度层沉积在所述基础织物上。

37.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对填充所述基材的所述聚合树脂材料进行研磨的可选步骤，以为所述聚合树脂材料提供均匀的厚度以及平滑的、肉眼可见的单面表面。

38.一种用于制造膨松面纸和纸巾、以及非织造物和非织造织物的带，所述的带通过包含下列步骤的方法制成：

a)提供所述带的基材；

b)以受控方式将牺牲材料沉积到所述基材上，以控制所述材料的x、y、z尺寸，所述材料以液滴沉积，以制成预定图案；

c)将聚合树脂材料沉积到具有所述牺牲材料的所述基材上，以填充其没有所述牺牲材料的区域；

d)至少部分定形所述聚合树脂材料；以及

e)从所述基材除去所述牺牲材料。

39.根据权利要求38所述的带，其中所述液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直径。

40.根据权利要求38所述的带，其中所述步骤b)至e)在横向延伸贯穿所述基材的连续区带上依次进行。

41.根据权利要求38所述的带，其中所述步骤b)至e)在纵向延伸环绕所述基材的连续条带上依次进行。

42.根据权利要求38所述的带，其中所述步骤b)至e)螺旋环绕所述基材而进行。

43.根据权利要求38所述的带，所述，在所述步骤b)中，所述的预定图案包括多个以预定阵列形成的离散位置。

44.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤b)中，所述预定图案包括连续网络，所述连续网络以预定阵列形成多个离散开放区域。

45.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤b)中，所述的预定图案包括基本遍布所述基材延伸的半连续网络。

46.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤b)中，所述牺牲材料渗入所述基材内。

47.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤b)中，所述牺牲材料在所述基材上形成所需厚度的均一图案或随机图案。

48.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤b)中，所述牺牲材料由电脑控制的压电喷头装置进行沉积。

49.根据权利要求47所述的带，其中，所述压电喷头装置包括多个压电喷头，各压电喷头由电脑独立控制。

50.根据权利要求38所述的带，其中所述牺牲材料是可通过加热除去的蜡。

51.根据权利要求38所述的带，其中所述牺牲材料是可用溶剂除去的材料。

52.根据权利要求38所述的带，其中所述聚合树脂材料选自由下列材料组成的组：

1.热熔性材料及水气固化的热熔性材料；

2.基于聚氨酯及环氧树脂的两组分反应体系；

3.由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反应性丙烯酸酯单体及丙烯酸酯低聚物组成的感光聚合物组合物；以及

4.包括丙烯酸树脂与聚氨酯的水性胶乳和水性分散物以及微粒填充混合物。

53.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过大量喷头阵列沉积在所述基材上。

54.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料用压电喷头阵列沉积在所述基材上，通过所述压电喷头阵列将所述聚合树脂材料以平均直径为10μ(10微米)或更大的液滴进行沉积。

55.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过喷涂沉积。

56.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过刮涂沉积在所述基材上。

57.根据权利要求38所述的带，其中，在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过单次螺旋(SPS)涂布沉积在所述基材上。

58.根据权利要求38所述的带，其中在所述步骤c)中，所述聚合树脂材料通过多次薄层(MTP)涂布沉积在所述基材上。

59.根据权利要求38所述的带，其中沉积第一聚合树脂材料，还沉积第二聚合树脂材料，所述的第二聚合树脂材料与所述的第一聚合树脂材料不同。

60.根据权利要求54所述的带，其中所述聚合树脂材料以具有单面表面的均匀厚度层沉积在所述基础织物上。

61.根据权利要求54所述的带，其中所述聚合树脂材料以具有三维结构表面的非均匀厚度层沉积在所述基础织物上。

62.根据权利要求38所述的带，进一步包括对填充所述基材的所述聚合树脂材料进行研磨的可选步骤，以为所述聚合树脂材料提供均匀的厚度以及平滑的、肉眼可见的单面表面。

63.根据权利要求38所述的带，进一步包括提供基材的所述步骤，所述基材取自基本由机织物、非织造物、螺旋形成物、螺旋链结物、针织物、网眼织物或材料条组成的组，所述的材料条最终缠绕形成宽度大于所述条的宽度的带。

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