DE60125573T2

DE60125573T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines papierproduktes in rollenform

Info

Publication number: DE60125573T2
Application number: DE60125573T
Authority: DE
Inventors: Richard Cumming WOLKOWICZ; Mark Oshkosh BURAZIN
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: AU2002241781A1; MXPA03003602A; WO2002040260A2; US20030066616A1; US6613193B2; EP1332258A2; WO2002040260A3; CA2425834C; CA2425834A1; US6746569B1; DE60125573D1; EP1332258B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Papierprodukte wie zum Beispiel Toilettenpapier, Papierhandtücher und ähnliches werden typischerweise während der Herstellung sowohl für die Verwendung beim Konsumenten, als auch für den gewerblichen Gebrauch auf Spulenkerne gewickelt. Viele (Papier-) Spender benutzen Produkte in Rollenform, und die gerollte Ausführung hat sich für solche Einsätze als sehr brauchbar erwiesen.
Verbraucher neigen dazu, Papierprodukte in Rollenform zu bevorzugen, die bauschig sind und einen großen Rollendurchmesser haben, jedoch nicht notwendigerweise über eine große Rollen- oder Bahnlänge verfügen. Andererseits neigen gewerbliche Verwender dazu, Rollen zu bevorzugen, die über eine große Bahnlänge verfügen, aber andere Eigenschaften, wie zum Beispiel Rollendurchmesser, Bauschigkeit und Dicke der Rolle sind nur sekundäre Gesichtspunkte. Dies ist darauf zurückzuführen, dass gewerbliche Verbraucher danach streben, die Häufigkeit des „Zu-Ende-Gehens", wobei die Rolle zu Ende ist, bevor eine Wartungsperson die Spenderrolle ersetzen kann, zu verringern.
Folglich ist es ein Ziel von Herstellern, für gewerbliche Verwendungen eine große Rollenlänge zu erreichen, ohne den bauschigen und wünschenswerten Griff des Papierprodukts zu opfern. Typischerweise hat eine Bahn von verringerter Stärke (d. h. verringerter Bahndicke) eine größere Rollenlänge zur Folge, dies jedoch auf Kosten von Qualitätsanmutung und Bauschigkeit des Produkts.
Ein Produkt und ein Verfahren zur Herstellung eines Produkts, das eine große Rollen-(Bahn-) Länge und einen kleineren Rollendurchmesser zum Ergebnis hat, ohne dass Qualität und Griff der Bahn geopfert werden, ist wünschenswert. Ein Handtuch oder Tuch, das gewerblichen Verbrauchern einen bauschigen (dicken) Griff bietet, und das dennoch eine große Rollenlänge aufweist, ist äußerst erstrebenswert.
Ein Herstellungsverfahren für ein weiches Tuch beim Stand der Technik wird in US 5 932 068 offen gelegt.
Übersicht über die Erfindung
Bei einem Aspekt der Erfindung wird ein geschachteltes Papierprodukt in Rollenform (jede Papierlage greift in das Profil der jeweils benachbarten Lagen ein) zur Verfügung gestellt, das eine lang gestreckte Bahn von gerolltem Fasermaterial umfasst. Ferner sind in der Fasermaterialbahn tief liegende Bereiche ausgebildet, wobei die tief liegenden Bereiche durch Trocknen des Papierprodukts auf einem Trocknungsgewebe, das erhabene und tief liegende Abschnitte aufweist, gebildet werden. Typischerweise sind die tief liegenden Bereiche der lang gestreckten Bahn so eingerichtet, dass sie in der Bahn Rillen bilden. Die Rillen sind passgenau ausgerichtet, wenn die lang gestreckte Bahn aufgerollt ist, dabei wird ein geschachteltes Papierprodukt gebildet, das eine kompakte äußere aufgerollte Abmessung, aber für Verbraucher einen wünschenswerten bauschigen Griff hat, wenn die Bahn von der Rolle abgerollt wird. Das Produkt in Rollenform kann Rillen in der Maschinenrichtung der Bahn enthalten. Bei vielen Ausführungsformen enthält das Produkt in Rollenform Rillen in der Querrichtung der Bahn. Abhängig von der verwendeten geometrischen Anordnung können beim Produkt in Rollenform Rillen vorhanden sein, die sowohl in der Maschinen-, als auch in der Querrichtung passgenau ausgerichtet sind.
Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Produkt in Rollenform zu Verfügung, bei welchem das Produkt ein mehrlagiges Schichtmaterial umfasst. Gewöhnlich wird ein zweilagiges Schichtmaterial verwendet, aber Schichtmaterialien, die drei, vier oder mehr Lagen haben, sind mögliche Anwendungen der Erfindung. Die tief liegenden Bereiche sind manchmal quadratisch geformt, können aber rechteckig, oval, kugelförmig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig, achteckig sein, oder jede andere Gestaltung aufweisen, die die Fähigkeit zum passgenauen Ausrichten hat.
Bei einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Papierprodukts in kompakter Rollenform zur Verfügung gestellt. Bei einem Verfahren besteht ein erster Schritt darin, eine wässrige Suspension zu bilden, die Papierfasern enthält. Als ein nächster Schritt wird die Suspension verdünnt, um Papierfasern fein zu verteilen. Die Fasersuspension wird auf einem Formersiebdraht verteilt und entwässert, um ein Nassgewebe zu bilden. Das Nassgewebe wird auf ein Transportsieb befördert, das mit einer geringeren Geschwindigkeit läuft als der Formersiebdraht. Auf diese Weise verleiht der Schritt der Beförderung von Formersiebdraht auf das Transportsieb der Bahn Elastizität in Maschinenrichtung. Die Bahn wird dann zum Trocknungsgewebe befördert. Das Trocknungsgewebe (oder Durchtrocknungsgewebe, manchmal ein „TAD" Gewebe, through air dry fabric, genannt) umfasst erhabene und tief liegende Abschnitte. Das Nassgewebe wird der Topologie des Trocknungsgewebes angepasst. Das Nassgewebe wird getrocknet, um eine Bahn zu bilden, die durch Ausbildung von Rillen in der Bahn ein Spiegelbild der erhabenen und tief liegenden Bereiche des Trocknungsgewebes aufweist. Im Allgemeinen sind die tief liegenden Bereiche in Maschinenrichtung in ihrer Längenausdehnung und in einer Querrichtung, die senkrecht zur Maschinenrichtung ist, ausgerichtet. Darauf wird die Bahn aufgerollt, um ein Papierprodukt in Rollenform zu bilden, und die Rillen sind passgenau ausgerichtet, wenn sich die Bahn im aufgerollten Zustand befindet, dabei wird ein geschachteltes Papierprodukt in Rollenform gebildet, das einen kompakten äußeren Durchmesser hat.
Bei einigen Anwendungen der Erfindung wird ein Papierprodukt, das durch das oben beschriebene Verfahren gebildet wird, zur Verfügung gestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In dieser Patentbeschreibung wird eine vollständige und ermächtigende Offenlegung dieser Erfindung, einschließlich des einem normalen Kenner der Technik gezeigten besten Verfahrens, dargelegt. Die folgenden Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung:
1 ist ein schematisches Fertigungsflussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, ungekreppte, durchgetrocknete Bahnen herzustellen, die nach der Erfindung Rillen aufweisen;
2 zeigt ein Papierprodukt in Rollenform, das unter Verwendung des in 1 gezeigten Verfahrens hergestellt wurde;
3A stellt einen abgetrennten Abschnitt eines Durchtrocknungsgewebes dar, das tief liegende Abschnitte in seiner Oberseite aufweist;
3B zeigt einen breiteren Abschnitt eines Durchtrocknungsgewebes, das tief liegende Abschnitte in Viereckform quer über das Gewebe in der Querrichtung aufweist;
3C zeigt ein Durchtrocknungsgewebe, das tief liegende Abschnitte in elliptischer, ovaler Form aufweist;
4A zeigt ein Papierprodukt, das auf dem in 3B gezeigten Trocknungsgewebe hergestellt wurde;
4B ist eine Schnittzeichnung eines Abschnitts des in 4A gezeigten Papierprodukts, genommen entlang der Linie 4-4 der 4A;
4C ist eine ähnliche Schnittzeichnung eines mehrlagigen Produkts;
5 ist eine perspektivische Ansicht eines kompakten Rollenprodukts der Erfindung, das Rillen in der Maschinenrichtung aufweist;
6 ist eine perspektivische Ansicht eines kompakten Rollenprodukts der Erfindung, das Rillen in der Querrichtung aufweist; und
7 zeigt, wie geformte Stärke (Dicke) gemessen wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Jetzt wird auf die Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, eines oder mehrere Beispiele davon werden unten dargelegt. Jedes Beispiel wird zur Erläuterung der Erfindung gebildet, nicht als eine Einschränkung der Erfindung. Tatsächlich ist es für Kenner der Technik offensichtlich, dass bei dieser Erfindung verschiedene Modifikationen und Veränderungen ausgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel können als Teil einer Ausführungsform veranschaulichte oder beschriebene Eigenschaften bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform hervorzubringen. Auf diese Weise ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Veränderungen, wie sie innerhalb des Rahmens der anhängenden Ansprüche und ihrer Äquivalente stattfinden, abdeckt. Andere Ziele, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung offen gelegt oder durch sie offensichtlich. Ein normaler Kenner der Technik versteht, dass die vorliegende Erörterung nur eine Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist, und nicht beabsichtigt, die weiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung einzuschränken, wobei die weiteren Aspekte in den beispielhaften Ausführungen konkretisiert werden.
Bei einem Aspekt der Erfindung wird ein Handtuch mit einem Durchströmtrocknungs-(TAD) Gewebe mit großen Erhebungen hergestellt, das ein Muster von großer Stärke in die Bahn einprägt. Das Muster wird durch das Trocknen des Nassgewebes, indem es während der Herstellung des Produkts in eine Bahn gepresst wird, ausgebildet. Bei vielen Anwendungen bewirkt ein auf diese Weise hergestelltes Produkt, dass der Verbraucher oder Verwender dieses Produkts glaubt, ungeachtet des Flächengewichts des Handtuchs, ein dickes Handtuch zu haben. Die Gestaltung des TAD Gewebes ist eine solche, dass sie bewirkt, dass die Lagen oder Schichten des Handtuchs geschachtelt sind oder jeweils aufeinander passen, wenn das Papier auf sich selbst aufgerollt ist, um ein Endprodukt zu bilden. Auf diese Weise kann eine beträchtliche Handtuchlänge auf eine einzige Rolle gewickelt werden. Bei einem Gewebemuster ist es möglich, einheitliche Längsrillen so in der Papierbahn zu erzeugen, dass die Bahnen geschachtelt sind oder zusammenpassen, wenn sie auf einen Spulenkern gewickelt werden. Die Länge der Bahn auf der Rolle kann durch Verwendung einer Kalanderwalze mit dem gleichen Rillenmuster wie das der Papierbahn, um das Papier auf eine solche Weise zu komprimieren, dass die Schicht zwischen den Lagen verringert wird, vergrößert werden. Trotzdem wird bei einem solchen Produkt die von Spitze zu Spitze der Rillen gemessene Stärke beibehalten.
Bei einigen Anwendungen werden TAD Gewebe so gestaltet, dass die auf ihnen gebildete Papierbahn eine große Stärke aufweist, da das Papier der Topographie des Gewebes unter Anwendung von Unterdruck, Druckluft, oder einer Gummi-Quetschwalze nachgeformt wird. Das TAD Gewebe muss so gestaltet sein, dass sich die Papierbahn verschachtelt, während sie sich um eine Rolle wickelt. Viele Gestaltungen sind denkbar und verschiedene geometrische Anordnungen und Größen von tief liegenden Abschnitten auf dem Gewebe, mit den entsprechenden tief liegenden Bereichen auf dem Papierprodukt, sind möglich. Eine verhältnismäßig einfache Gestaltung ist zum Beispiel, ein TAD Gewebe zur Verfügung zu stellen, das einheitliche Längsrillen erzeugt, die sich verschachteln, während sie um eine Rolle gewickelt werden. Wenn man das Handtuch oder Papierprodukt im zu den Rillen diagonalen Querschnitt betrachtet, sieht man das Muster als eine Sinuswelle.
Es gibt zahlreiche Gestaltungen, die zum Verschachteln geeignet sind. Es kann zum Beispiel ein Gewebe so gestaltet sein, dass es Vertiefungen im Papier erzeugt, die sich ineinander verschachteln, wie sich zum Beispiel Eierkartons ineinander verschachteln würden, wenn sie gestapelt wären. Auf diese Art und Weise ist es möglich, von einem minimalen Flächengewicht Gebrauch zu machen, und dennoch die Länge eines Hand tuchs von großer Stärke auf einer Rolle mit einem vorgegebenen Durchmesser zu maximieren.
Im Allgemeinen ist es ein Ziel der Erfindung, ein Papierprodukt von verhältnismäßig großer Stärke zu erzeugen, das dennoch Qualität und ein hervorragender Griff für den Verwender kennzeichnet. Im Allgemeinen werden bei Toilettenpapier- und Papierhandtuchprodukten Bahnen von üppiger Bauschigkeit bevorzugt, weil sie dem Produkt für die meisten Verbraucher ein Gefühl von Masse verschaffen. Es ist möglich, eine Bahn von üppiger Bauschigkeit zu erhalten, indem man eine Bahn nach dem Trocknen prägt (gaufriert). Ein Nachteil des Prägens einer Bahn ist jedoch, dass Prägen im Allgemeinen die Bahn verdichtet und oftmals die Bahn entfestigt, was ungünstig ist.
Im Gegensatz dazu wird eine unter Verwendung des TAD Gewebes gestaltete Bahn ohne Druck getrocknet, und der Rohbahn wird eine geformte Stärke verliehen, ohne die Dichte der Bahn zu vergrößern. Geformte Stärke ist die Stärke einer einzelnen Bahn, von den Spitzen auf der Oberseite der Bahn zu den Spitzen auf der Unterseite gemessen. Geformte Stärke wird erzeugt, indem die Rohbahn beim Trocknen den Konturen des TAD Gewebes folgt. Die Dichte der Bahn bleibt konstant, da sie ohne Druck trocknet. Stärke wird unten im Zusammenhang mit 7 vollständiger beschrieben.
Überraschenderweise hat man jedoch bei dieser Erfindung entdeckt, dass es, wenn geometrische Muster oder Formen auf der Oberfläche der Bahn in einer vorher festgelegten Anordnung vorhanden sind, möglich ist, die Länge des Papiers, das man auf einer Rolle mit einem gegebenen Durchmesser anordnen kann, tatsächlich zu vergrößern. Das heißt, durch Anwendung der Erfindung ist es möglich, bei der Herstellung der Papierrolle das Formen durch das TAD Gewebe anzuwenden, um ein Produkt von großer Stärke zu erzeugen, ohne die Dichtestruktur einer Bahn zu erhöhen. Es ist zum Beispiel möglich, die gleiche Bahnlänge auf einer Rolle mit einer geformten Stärke (0,41 mm bis 0,76 mm (16 bis 30 mils)), wenn das Muster auf der Rolle verschachtelt ist, zu erzielen, wie vergleichsweise mit einem Gewebe von geringerer Stärke (0,20 mm bis 0,30 mm (8 bis 12 mils)), das geformt ist, sich jedoch nicht verschachtelt, wobei beide Bahnen auf dem Formersiebdraht die gleiche Dichte aufweisen. Das heißt, die Rillen oder Täler der Bahn sind ineinander geschachtelt, und die Hügel oder erhabenen Abschnitte der Bahn sind ebenso ineinander geschachtelt, wenn die Bahn um eine Rolle gewickelt ist. Im Allgemeinen muss man bei der Herstellung von Papiertuchprodukten, wie zum Beispiel einem Toilettenpapier, auf eine breite Vielfalt von Produkteigenschaften achten, um ein Endprodukt mit der passenden Kombination von Merkmalen zur Verfügung zu stellen, das sich für den beabsichtigten Zweck des Produkts eignet. Unter diesen vielfältigen Merkmalen findet sich die Verbesserung der Weichheit des Produkts, was immer ein Hauptziel für hochwertige Produkte war. Hauptbestandteile von Weichheit umfassen Steifigkeit und Bauschigkeit (Stärke), mit weniger Steifigkeit und höherer Bauschigkeit wird im Allgemeinen die empfundene Weichheit des Produkts verbessert.
Herkömmlicherweise wurden Papiertuchprodukte unter Anwendung eines Nasspress-Verfahrens hergestellt, in welchem vor dem abschließenden Trocknen eine signifikante Menge Wasser aus einem gerippten Nassgewebe durch Pressen oder Quetschen von Wasser aus dem Gewebe entfernt wird. Im Besonderen wird das Gewebe, während es von einem saugfähigen Papiermaschinenfilz getragen wird, zwischen den Filz und die Oberfläche einer rotierenden erhitzten Walze (Yankee-Trockner) gequetscht, wobei eine Druckwalze verwendet wird, während das Gewebe zum abschließenden Trocknen zur Oberfläche des Yankee-Trockners transportiert wird. Das getrocknete Gewebe wird danach vom Yankee-Trockner durch Kreppen abgelöst, was dazu dient, die Bindungen im getrockneten Gewebe teilweise zu zerstören, indem viele der vorher während der Nasspress-Phasen des Verfahrens gebildeten Bindungen getrennt werden. Kreppen verbessert im Allgemeinen die Weichheit des Gewebes, wenn es auch mit einer signifikanten Einbuße bezüglich der Festigkeit des Endprodukts verbunden ist.
In letzter Zeit hat sich Durchströmtrocknung (TAD, through air drying) zu einem weiter verbreiteten Mittel, Papiertuchgewebe zu trocknen, entwickelt. Durchströmtrocknung stellt ein verhältnismäßig druckarmes Verfahren zur Verfügung, durch Strömung heißer Luft durch das Gewebe Wasser aus dem Gewebe zu entfernen, bis es trocken ist. Im Besonderen wird ein geripptes Nassgewebe vom Formgewebe zu einem groben, in hohem Maß durchlässigen TAD Gewebe transportiert, und es verbleibt auf dem TAD Gewebe, bis es trocken ist. Das entstehende getrocknete Gewebe ist weicher und bauschiger als eine nass gepresste, ungekreppte, getrocknete Bahn, weil weniger Papierbindungen ausgebildet werden und weil das Gewebe weniger dicht ist. Quetschen von Wasser aus dem Gewebe fällt weg, obwohl man sich dennoch des nachfolgenden Transports des Gewebes zum Kreppen zu einem Yankee Trockner bedient, um das entstehende Papiertuch abschließend zu trocknen und/oder weich zu machen.
Im Allgemeinen können die Produkte dieser Erfindung einlagige Produkte oder mehrlagige, wie zum Beispiel zweilagige, dreilagige, vierlagige oder noch mehr Lagen aufwei sende Produkte sein. Einlagige Produkte sind manchmal auf Grund ihrer geringeren Herstellungskosten vorteilhaft, wohingegen mehrlagige Produkte von vielen Verbrauchern bevorzugt werden. Für mehrlagige Produkte ist es nicht notwendig, dass alle Lagen des Produkts gleich sind, vorausgesetzt, dass wenigstens eine Lage nach der Erfindung gestaltet ist.
Für Zwecke dieser Erfindung brauchbare Papierfasern umfassen alle beliebigen Zellulosefasern, die als für die Papierherstellung brauchbar bekannt sind, besonders jene Fasern, die zum Herstellen von Papieren mit verhältnismäßig geringer Dichte, wie zum Beispiel Kosmetiktücher, Toilettenpapier, Papierhandtücher, Papierservietten und ähnliches, brauchbar sind. Geeignete Fasern umfassen neue Nadelholz- und Hartholzfasern, ebenso wie Sekundärfaserstoffe oder wieder aufbereitete Zellulosefasern, und Mischungen daraus. Besonders geeignete Hartholzfasern umfassen Eukalyptus- und Ahornfasern. Wie hierin verwendet, bedeutet „Sekundärfaserstoff" jede beliebige Zellulosefaser, die vorher von ihrem ursprünglichen Grundgerüst über physikalische, chemische oder mechanische Mittel separiert wurde, und zusätzlich in ein Fasergewebe geformt, bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 10 Masseprozent oder weniger getrocknet, und im Anschluss daran wieder von ihrem Gewebe-Grundgerüst durch gewisse physikalische, chemische oder mechanische Mittel separiert wurde.
Eine Schlüsselkomponente bei der Weichheit von Papiertüchern ist Steifigkeit der Bahn oder Falzwiderstand. Vorausgehende Prozesse verringern Steifigkeit über Kreppen, Schichten, der Struktur entsprechendes Anbringen am Yankee-Trockner, oder irgendeine Kombination davon. Weder der erste, noch der letzte Prozess sind bei einem Durchtrocknungsverfahren ohne Kreppen möglich. Folglich erwartet man, dass das Schichten eine Schlüsselrolle bei der Verringerung der Steifigkeit der Bahn unter Erhalt der erforderlichen Gesamt-Zerreißfestigkeit spielt. Idealerweise würde eine sehr dünne Schicht (für geringe Steifigkeit), die behandelt wurde, um ihr sehr große Festigkeit oder großen Elastizitätsmodul (eventuell durch Mahlen oder einen chemischen Prozess) zu verleihen, die gewünschte Gesamt-Festigkeit mit sich führen. Die übrige(n) Schicht(en) würde(n) Fasern umfassen, die behandelt wurden, um ihre Festigkeit (ihren Elastizitätsmodul) signifikant zu reduzieren. Der Schlüssel, geringe Steifigkeit bei erforderlicher Gesamt-Festigkeit zu erreichen, liegt darin, die Fasern auf eine solche Weise zu behandeln oder zu modifizieren, dass der Unterschied der Schichten, was Festigkeit (Elastizitätsmodul) betrifft, maximiert wird. Eine ideale Modifikation der weicheren Schicht würde gleichzeitig die Zerreißfestigkeit verringern und die Bauschigkeit erhöhen, während dies den Elastizitätsmodul in höchstem Maße verringern würde.
Jetzt auf das Papiertuch-Herstellungsverfahren dieser Erfindung Bezug nehmend, kann das Formverfahren ein herkömmliches sein, wie es in der Papierindustrie wohl bekannt ist. Solche Formverfahren umfassen Fourdrinier (Langsieb), Dachformer (wie zum Beispiel Brustsaugwalze), und Spaltformer (wie zum Beispiel Doppelsiebformer, Sichelformer), etc. Für den Betrieb mit höherer Geschwindigkeit bevorzugt man einen Doppelsiebformer. Stofflaufkästen, die verwendet werden, die Fasern auf dem Formgewebe abzusetzen, können geschichtet sein oder nicht, obwohl geschichtete Stofflaufkästen vorteilhaft sind, weil die Eigenschaften des Papiertuchs durch Verändern der Zusammensetzung der verschiedenen Schichten fein abgestimmt werden können.
Im Besonderen wird bevorzugt, für ein einlagiges Produkt ein dreischichtiges Papiertuch zur Verfügung zu stellen, das verteilte Fasern sowohl auf der „Luftseite", was sich auf die Papiertuchseite bezieht, die während des Trocknens nicht in Kontakt mit dem Gewebe ist, als auch auf der „Gewebeseite", was sich auf die gegenüber liegende Seite des Papiertuchs bezieht, die während des Trocknens in Kontakt mit dem Durchtrocknungsgewebe ist, aufweist. Die Mitte umfasst vorzugsweise gewöhnliche Nadelholzfasern oder Sekundärfaserstoffe, die nicht verteilt wurden, um dem Papiertuch hinreichende Festigkeit zu verleihen. Es liegt jedoch innerhalb des Rahmens dieser Erfindung, wenn sich in allen Schichten verteilte Fasern befinden. Für ein zweilagiges Produkt bevorzugt man, verteilte Fasern auf der Gewebeseite der Papiertuchbahn zur Verfügung zu stellen, und die zwei Papiertuchbahnen so aufeinander zu schichten, dass die Schichten mit verteilten Fasern zu den nach außen schauenden Flächen des Produkts werden. Nichtsdestoweniger können die verteilten Fasern (neue Fasern oder Sekundärfaserstoffe) in irgendeiner oder in allen Schichten vorhanden sein, abhängig von den gewünschten Bahneigenschaften. In allen Fällen kann das Vorhandensein von verteilten Fasern Bauschigkeit erhöhen und Steifigkeit verringern. Die Menge der verteilten Fasern in irgendeiner Schicht kann irgendeine Menge von 1 bis 100 Masseprozent sein, im Besonderen etwa 20 Masseprozent oder mehr, etwa 50 Masseprozent oder mehr, oder etwa 80 Masseprozent oder mehr. Es wird bevorzugt, die verteilten Fasern, wie hierin beschrieben, mit einem Bindungslöser zu behandeln, um die Bauschigkeit weiter zu verbessern und die Steifigkeit zu verringern.
Bei der Herstellung der Papiertücher der Erfindung sieht eine Ausführungsform so aus, dass sie ein Übertragungsgewebe beinhaltet, um die Glätte der Bahn zu verbessern und/oder ihr ausreichende Elastizität zu verleihen. Wie hierin verwendet, ist "Übertragungsgewebe" ein Gewebe, das zwischen der Formpartie und der Trocknungspartie des Gewebeherstellungsverfahrens angeordnet ist.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung würde das Übertragungsgewebe weglassen und das Fasergewebe direkt vom Formgewebe zum Durchströmtrocknungs-Gewebe übertragen. Andere Ausführungsformen sind ebenso möglich.
Übertragungsgewebe umfassen Einschicht-, Mehrschicht- oder gemischte wasserdurchlässige Strukturen. Bevorzugte Gewebe haben wenigstens eines der folgenden Merkmale:

(1) Auf der Seite des Übertragungsgewebes, die in Kontakt mit dem Nassgewebe ist (die Oberseite), beträgt die Anzahl von Fasern in Maschinenrichtung (MR) pro Zoll (Masche) von etwa 10 bis etwa 200 (4 bis 80 pro Zentimeter), und die Anzahl der Fasern in Querrichtung zur Maschinenrichtung (QR) pro Zoll (Faserdichte) beträgt ebenfalls von etwa 10 bis etwa 200. Der Faserdurchmesser ist typischerweise kleiner als 0,050 Zoll (1,3 Millimeter); und
(2) auf der Oberseite beträgt der Abstand zwischen dem höchsten Punkt der MR-Schlaufe und dem höchsten Punkt der QR-Schlaufe von etwa 0,001 bis etwa 0,02 oder 0,03 Zoll (0,025 bis etwa 0,5 oder 0,75 Millimeter). Zwischen diesen beiden Levels kann es entweder von MR- oder QR-Fasern gebildete Schlaufen geben, die der Topographie eine dreidimensionale Eigenart geben.

Um Elastizität für das Papiertuch zur Verfügung zu stellen, ist zwischen Geweben an einer oder mehr Stellen, an denen das Nassgewebe transportiert wird, ein Unterschied in der Geschwindigkeit vorhanden. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Formgewebe und dem Übertragungsgewebe kann bei einem Wert von etwa 5 bis etwa 75 Prozent oder mehr, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 35 Prozent, und noch mehr vorzugsweise von etwa 15 bis etwa 25 Prozent liegen, basiert auf der Geschwindigkeit des langsameren Übertragungsgewebes. Der optimale Unterschied in der Geschwindigkeit hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich dem speziellen Typ des hergestellten Produkts. Wie vorher erwähnt, ist die Zunahme der dem Gewebe verliehenen Elastizität proportional zum Geschwindigkeitsunterschied. Obwohl das Verleihen von Elastizität für die Bahn eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung ist, stützt sich diese Erfin dung nicht auf Elastizität, und einige Anwendungen der Erfindung verleihen unter Umständen keine zusätzliche Elastizität. Alle Gewebe können sich mit identischen Geschwindigkeiten bewegen.
Das Trocknungsverfahren kann jedes drucklose Trocknungsverfahren sein, das darauf gerichtet ist, die Bauschigkeit oder Dicke des Nassgewebes zu bewahren, einschließlich, ohne Einschränkung, Durchtrocknung, Infrarotstrahlung, Mikrowellen-Trocknung, usw. Weil es handelsüblich und praktisch ist, ist Durchtrocknen wohl bekannt, und es ist ein bevorzugtes Mittel zum drucklosen Trocknen des Gewebes für Zwecke dieser Erfindung. Das Gewebe wird vorzugsweise bis zur endgültigen Trockenheit auf dem Durchtrocknungsgewebe getrocknet, ohne gegen die Oberfläche eines Yankee-Trockners gepresst zu werden, und ohne nachfolgendes Kreppen. Dies liefert, verglichen mit Produkten, die durch ein Verfahren hergestellt wurden, in dem das Gewebe noch nass gegen einen Yankee-Trockner gepresst wurde, und von dem Durchtrocknungsgewebe oder einem anderen Gewebe getragen wurde, oder verglichen mit im Luftstromverfahren gelegten Produkten mit Punktbindung, ein Produkt von verhältnismäßig einheitlicher Dichte. Obwohl das Erscheinungsbild des Endprodukts und die Bauschigkeit vom Design des Durchtrocknungsgewebes dominiert wird, wird die Elastizität im Gewebe in Maschinenrichtung hauptsächlich vom Übertragungsgewebe zur Verfügung gestellt, folglich erhält dadurch das Verfahren dieser Erfindung größere Prozessflexibilität.
Wendet man sich jetzt 1 zu, wird eine Einrichtung zum Ausführen des Verfahrens der Erfindung gezeigt. Aus Gründen der Einfachheit werden die verschiedenen Spannwalzen, die benutzt werden, die einzelnen Gewebeläufe zu bestimmen, gezeigt, jedoch nicht nummeriert. Es ist zu erkennen, dass vom in 1 veranschaulichten Mechanismus und Verfahren Variationen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gezeigt wird ein Doppelsiebformer, der einen in Schichten aufgebauten Papiererzeugungs-Stofflaufkasten 10 hat, der einen Strom 11 einer wässrigen Suspension von Papierfasern auf das Formgewebe 13 spritzt oder aufträgt, das dazu dient, das neu gebildete Nassgewebe zu tragen und im Verfahren weiter vorwärts zu transportieren, während das Gewebe bis zu einer Konsistenz von etwa 10 Prozent Trockenmasse teilweise entwässert wird. Zusätzliche Entwässerung des Nassgewebes, wie zum Beispiel durch Vakuumabsaugung, kann ausgeführt werden, während das Nassgewebe von den Formgeweben getragen wird.
Das Nassgewebe (die Bahn) wird dann vom Formgewebe auf ein Übertragungsgewebe 17 transportiert, das sich mit einer langsameren Geschwindigkeit als das Formgewebe bewegt, um dem Gewebe erhöhte Elastizität in Maschinenrichtung zu verleihen. Die Bahn wird unter Benutzung einer Saugabnahme, die dem Gewebe ein Spiegelbild der Topologie des TAD-Gewebes verleiht, zum TAD-Gewebe transportiert. Das Gewebe wird auf dem TAD-Gewebe getrocknet, was im Gewebe die Topologie fixiert. Das TAD-Gewebe läuft normalerweise mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Transportgewebe, man kann es jedoch mit einer geringeren Geschwindigkeit laufen lassen, um dem Gewebe zusätzliche Elastizität in Maschinenrichtung zu verleihen. Bei einer Ausführungsform umfasst die Topologie des TAD-Gewebes parallele Hügel und Täler, die entweder in der Maschinenrichtung oder senkrecht zur Maschinenrichtung (d. h. in der Querrichtung) in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Das Gewebe nimmt das Spiegelbild der Topologie des TAD-Gewebes an, dadurch wird ein Gewebe erzeugt, das ebenso Hügel und Täler aufweist. Wenn die Bahn auf eine Rolle gewickelt wird, und passgenaue Ausrichtung der Hügel und Täler beibehalten wird, verschachteln sich die Hügel mit den Tälern (d. h. die Hügel greifen in die Täler ein). Dies erzeugt ein geschachteltes Papierprodukt in Rollenform mit einem kompakten äußeren Durchmesser.
Transport wird vorzugsweise mit der Hilfe eines Vakuumschuhs 18 und einem festen Spalt oder Raum zwischen dem Formgewebe und dem Transportgewebe oder durch einen Transport mit leichter Berührung (kiss transfer) ausgeführt, um Komprimierung des Nassgewebes zu vermeiden.
Bei einer Ausführungsform wird das Gewebe dann mit der Hilfe einer Unterdruck-Transportwalze 20 oder eines Unterdruck-Transportschuhs vom Transportgewebe zum Durchtrocknungsgewebe (19) befördert, wobei, wie vorher beschrieben, optional wieder ein Transport mit einem festen Spalt zum Einsatz kommt. Das Durchtrocknungsgewebe kann sich im Verhältnis zum Transportgewebe mit etwa der gleichen Geschwindigkeit oder einer anderen Geschwindigkeit bewegen. Wenn man es wünscht, kann man das Durchtrocknungsgewebe mit einer geringeren Geschwindigkeit laufen lassen, um die Elastizität weiter zu verbessern. Transport wird vorzugsweise mit Hilfe von Unterdruck durchgeführt, um Formanpassung der Bahn an das Durchtrocknungsgewebe sicherzustellen, und folglich gewünschte Bauschigkeit und gewünschtes Erscheinungsbild hervorzubringen.
Das Muster im TAD-Gewebe wird normalerweise durch die Webart des Musters erzeugt. Hügel und Täler können erzeugt werden, während die Faserstränge in das Gewebe gewoben werden, und ebenso auf eine solche Weise, dass man das Faser-Denier in Kette und Schuss verändert, um das gewünschte Muster von Hügeln und Tälern zu erzeugen. Ein TAD-Gewebe kann auch durch Drucken einer Polymer-Beschichtung mit einem gewünschten Muster auf die Oberfläche eines Trägergewebes und dann Vernetzung der Polymer-Beschichtung erzeugt werden, um ein erhabenes, undurchlässiges Muster auf dem Gewebe zu schaffen. Dadurch können Täler erzeugt werden, die von etwa 0,13 mm (5 mils) bis etwa 3,18 mm (125 mils) tief sind.
Zum Beispiel kann ein nicht komprimiertes 42 gsm durchgetrocknetes Gewebe mit einer Dichte von 0,2 g/cc erzeugt werden, das eine Stärke von etwa 0,25 mm (10 mils) aufweist, wenn die Bahn auf einem feinen TAD-Gewebe mit kleinen oder in engen Abständen angeordneten Tälern getrocknet wird. Die Stärke dieses 0,2 g/cc Gewebes kann auf 0,51 bis 1,27 mm (20 bis 50 mils) vergrößert werden, wenn man ein TAD-Gewebe mit Vertiefungen von 0,13 bis 1,52 mm (5 bis 60 mils), die nicht in engen Abständen angeordnet sind (weniger als 50 Gewebemaschen), verwendet. Im Allgemeinen führt Vergrößern der Stärke zu einer Zunahme des Durchmessers der Rolle, wenn die Bahnlänge beibehalten wird, es sei denn, das Gewebe erzeugt eine geschachtelte Topographie. Das Gitter muss gewöhnlich so geflochten sein, so dass es Vertiefungen zur Verfügung stellt, wie zum Beispiel Hügel und Täler, die passgenau ausgerichtet werden können, um eine Bahn zu bilden, die geeignete Verschachtelung eines mehrlagigen Produkts bietet.
Das für den Gewebetransport angewandte Unterdruck-Niveau kann von etwa 10 bis 50 kPa (etwa 3 bis etwa 15 Zoll Quecksilber), vorzugsweise etwa 17 kPa (etwa 5 Zoll Quecksilber) betragen. Der Vakuum-Schuh (Unterdruck) kann ergänzt oder ersetzt werden, indem man von der gegenüber liegenden Seite des Gewebes Überdruck anwendet, um das Gewebe an das nächst liegende Gewebe zu blasen, als Ergänzung oder als einen Ersatz des Saugens des Gewebes an das nächst liegende Gewebe mit Vakuum. Ebenso können eine oder mehrere Saugwalzen verwendet werden, um den/die Unterdruckschuh(e) zu ersetzen.
Während es vom Durchtrocknungsgewebe getragen wird, wird das Gewebe vom Durchströmtrockner 21 bis zu einer Konsistenz von etwa Prozent oder mehr getrocknet, und danach zu einem Trägergewebe 22 transportiert. Die getrocknete Rohbahn 23 wird unter Verwendung von Trägergewebe 22 und einem optionalen Trägergewebe 25 zur Spule 24 transportiert. Eine optionale Drehwalze 26 mit innerem Überdruck kann verwendet werden, um Transport des Gewebes von Trägergewebe 22 zu Gewebe 25 zu transportieren.
2 zeigt ein typisches Produkt in Rollenform, das nach der Erfindung erzeugt wurde. Eine Rolle 28 wird gezeigt, die eine in 2 als „W" bezeichnete Breite aufweist. Darüber hinaus werden ein Rollenende 29 und ein Spulenkern 30 gezeigt. Der Spulenkern hat einen mit „Y" bezeichneten Radius, und der Radius der Rolle wird als „R" bezeichnet.
In 3A wird ein abgetrennter Abschnitt eines Durchströmtrocknungs-(TAD) Gewebes 19 gezeigt, das auf der Oberfläche 36 des TAD-Gewebes tief liegende Abschnitte 35 aufweist.
In 3B wird eine Draufsicht des TAD-Gewebes gezeigt, die deutlich die tief liegenden Abschnitte 35 quer über das Gewebe zeigt. In 3B wird das Gewebe mit der im Bild von links nach rechts verlaufenden Querrichtung gezeigt. Im Allgemeinen hängt die Anzahl tief liegender Abschnitte quer über das Gewebe von dem speziell gewünschten geometrischen Muster ab.
3C zeigt eine andere Geometrie eines TAD-Gewebes 40 mit tief liegenden Bereichen 41, die als ovale Strukturen auf der Oberfläche des Gewebes gezeigt werden. Darüber hinaus wird eine Grundfläche 42 des Gewebes gezeigt.
4A zeigt eine erste Papierbahn 45, die unter Verwendung des in 3B gezeigten TAD-Gewebes erzeugt wurde. In 4A werden tief liegende Bereiche gezeigt, wie zum Beispiel tief liegender Bereich 46a und tief liegender Bereich 46b.
4B zeigt einen Querschnitt der in 4A gezeigten Papierprodukte, bei dem eine Seitenansicht des Querschnitts entlang der Linien 4-4 der 4A genommen wurde. In 4B werden die tief liegenden Bereiche 46a und 46b gezeigt.
4C zeigt zwei geschachtelte Lagen eines Papierprodukts, das eine erste Papierbahn 45 und eine zweite Papierbahn 48 aufweist, und deren Zwischenraum 49. Wie man in 4C sieht, sind die tief liegenden Bereiche 46b und 46a der ersten Papierbahn 45 mit den tief liegenden Bereichen 50a und 50b der zweiten Papierbahn 48 jeweils passgenau ausgerichtet.
5 zeigt einen Aspekt der Erfindung, bei dem Rillen 54 in Reihen entlang der Maschinenrichtung der Rolle vorhanden sind. Ein Rollenende 55 wird auf einem Spulenkern 56 gezeigt.
6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der die Rillen in der Querrichtung liegen. In 6 hat die Rolle 60 einen Spulenkern 61, um den ein Papierprodukt gerollt ist, das Rillen 62 in der Querrichtung der Bahn enthält.
7 zeigt, wie für Zwecke der Erfindung Stärke gemessen wird.
Die in der Bahn vorhandenen Rillen können in der Maschinenrichtung oder in der Querrichtung vorhanden sein, oder in einigen Fällen für bestimmte geometrische Muster können die Rillen sowohl in der Maschinen-, als auch in der Querrichtung passgenau ausgerichtet sein. In einigen Fällen können die Rillen in einem Winkel vorhanden sein, in dem die Rillen weder genau in der Maschinenrichtung, noch in der Querrichtung verlaufen, sondern statt dessen in einem Winkel (dazu). In vielen Fällen liegt die Anzahl der Rillen pro Zentimeter (Zoll) zwischen etwa 4 und 20 Rillen pro Zentimeter (etwa 10 und 50 Rillen pro Zoll). Es ist wünschenswert, dass nicht zu viele Rillen pro Zentimeter (Zoll) vorhanden sind, und ein Übermaß von etwa 20 Rillen pro Zentimeter (etwa 50 Rillen pro Zoll) stellt wahrscheinlich keine ausreichende Verschachtelung zur Verfügung, um die Vorteile der Erfindung zu verwirklichen.
Für der Erfindung entsprechend hergestellte Produkte gilt, dass eine typische Handtuchrolle etwa 20 Zentimeter (etwa 8 Zoll) im Durchmesser und etwa 20 Zentimeter (etwa 8 Zoll) in der Breite (d. h. „W", wie in 2 gezeigt, ist etwa 20 Zentimeter (etwa 8 Zoll)) aufweist. Der Durchmesser des Spulenkerns kann bei vielen Anwendungen etwa 3,8 Zentimeter (etwa 1,5 Zoll) betragen.
Bei einigen Anwendungen der Erfindung liegt die geformte Stärke eines 42 gsm Gewebes von Spitze zu Spitze bei etwa 0,76 mm (etwa 30 mils). Die ungeformte Stärke kann bei etwa 0,25 mm (etwa 10 mils) liegen. Man hat herausgefunden, dass viele verschiedene Muster eine gewisse Fähigkeit zum Verschachteln zeigen können. Diese Muster erlauben bei gegebenem Durchmesser ungefähr 10 bis 20 Prozent mehr Bahnlänge auf einer Rolle.
Als ein Beispiel könnte eine 0,76 mm (30 mils) dicke Bahn mit einer von 44 m (144 Fuß) auf etwa 91 m (etwa 300 Fuß) vergrößerten Länge zur Verfügung gestellt werden, die den gleichen Durchmesser von 20 cm (8 Zoll) mit einem Verschachtelungsfaktor von 2,2 hat (siehe unten, Beispiele 4A, 4B). Bei der Anwendung der Erfindung ist es möglich, Produkte und TAD-Gewebesiebe, die diese Produkte erzeugen, herzustellen, die sich zwischen 50 und 100 Prozent der theoretischen Verschachtelungsfähigkeit verschachteln. Das heißt, bei 100 Prozent Verschachtelung wäre die geformte 0,76 mm (30 mils) Bahn mit einer ungeformten Bahnstärke von 0,25 mm (10 mils) auf einer 20 cm (8 Zoll) Rolle 123 m (404 Fuß) lang (siehe unten, Beispiel 6).
Ein Verschachtelungsfaktor kann als das Verhältnis des Volumens der von der Rolle abgewickelten zu der auf der Rolle aufgewickelten Bahn definiert werden.
Das Volumen der von der Rolle abgewickelten Bahn:
= (Bahnstärke) (Rollenlänge) (Bahnbreite)
= c × l × w = V_S
Das Volumen der auf der Rolle aufgewickelten Bahn kann, wie unten ersichtlich, festgelegt werden: Vr = w × π(D2/4 – d2/4)wobei

d: = Durchmesser des Spulenkerns
D: = Durchmesser der gesamten Rolle.
N.F.: = Verschachtelungsfaktor = V_s/V_r

Im Allgemeinen hat eine vollständig nicht verschachtelte Rolle V_s = V_r und N.F. = 1,0.
Im Gegensatz dazu hat eine vollständig ungeschachtelte, locker gewickelte Rolle V_r größer als V_s und N.F. ist kleiner als 1,0.
Im Allgemeinen ist es so, dass der Grad von Verschachtelung auf der Rolle umso größer ist, je höher der Verschachtelungsfaktor (N.F.) ist.
Die Stärke der Rohbahn auf dem Formersiebdraht beruht auf der Dichte der Bahn. Wenn eine 42 gsm Bahn mit einer Dichte von 0,2 g/cc auf dem Formersiebdraht drucklos getrocknet würde, könnte die Stärke der Bahn in einigen Fällen etwa 0,20 mm (etwa 8 mils) („l" in 7) betragen. Diese gleiche, drucklos auf einem TAD mit kräftiger Topographie getrocknete Bahn könnte eine geformte Stärke („c" in 7) von mehr als 0,76 mm (30 mils) (2- bis 5mal so viel wie auf dem Formersiebdraht) aufweisen.
Stärke oder Bauschigkeit ist die Maßeinheit der Dicke einer Papierbahn. Sie kann gemessen werden, indem man das Prüfstück für 24 Stunden auf 23 +/– 1 °C bei 50 +/– 2 % relative Feuchtigkeit konditioniert und dann die Dicke des Prüfstücks mit einem Emveco Modell 200-A Microgage misst. Der Fuß hat einen Durchmesser von 56,42 mm und beschwert das Prüfstück mit 2 kPa +/– 2 % mit einer Senkgeschwindigkeit von 0,8 mm/s. Die Druckhaltezeit auf dem Prüfstück beträgt 3 +/– 1 Sekunden. Dies misst die Dicke der Bahn von Spitze zu Spitze unter einem Druck von 2 kPa.
Die Stärke der Bahn auf dem Formersiebdraht steht mit der Dichte der Bahn auf dem Formersiebdraht in Beziehung. Eine 42 gsm drucklos getrocknete Bahn mit einer Dichte von 0,2 g/cc hätte eine Stärke von 0,20 mm (8 mils), wenn sie nicht geformt wäre. Wenn diese Bahnen auf einem TAD Gewebe getrocknet werden, kommt es zu geformter Bauschigkeit oder geformter Stärke. Ein TAD Gewebe hat Spitzen und Täler in seiner Topographie, die eine Zunahme in der Stärke erzeugen. Dies hat Bahnen von verhältnismäßig großer Stärke („relatively high caliper") mit 2- bis 4fach so großen Stärken als die der Bahn auf dem Formersiebdraht zur Folge (in diesem Beispiel 0,41 bis 0,81 mm (16 bis 32 mils)), und in einigen Fällen können TAD Gewebe Bahnen von sehr großer Stärke („very high calipers") mit einer mehr als 4fachen Stärke als derjenigen der Bahn auf dem Formersiebdraht (0,81 mm oder mehr (32 mils oder mehr)) erzeugen.
Rollenlängen sind durch Aufwickeln der Rollen unter Zugbelastung und auch Kalandrieren der Handtuchbahn maximiert. Dies führt dazu, dass ein Papiertuch von geringerer Stärke erzeugt wird. Der Verwender betrachtet das Papiertuch von geringer Stärke unabhängig von seiner Fähigkeit, Hände zu trocknen, als ein Papiertuch von geringerer Qualität.
Im Allgemeinen umfasst die Erfindung dieser Anwendung Produkte, die Verschachtelungsfaktoren aufweisen, die größer als etwa 2,0 sind, und die im Besonderen in den meisten Fällen größer als 2,5 sind. Ferner wendet man die Erfindung auf Produkte an, die unter Verwendung eines TAD, das eine Rillen und/oder erhabene Abschnitte mit Vertiefungen umfassende Topographie aufweist, durchgetrocknet wurden. In vielen Fällen weisen die Produkte dieser Erfindung eine Stärke auf, die größer als etwa 0,38 mm (et wa 15 mils) ist. Im Besonderen liegt in vielen Fällen der Stärkebereich für Produkte dieser Erfindung zwischen etwa 0,38 und etwa 1,02 mm (etwa 15 und etwa 40 mils).
Bei den meisten Anwendungen der Erfindung ist die verwendete Rohbahn nicht komprimiert und hat typischerweise eine Wasser-Aufnahmefähigkeit, die größer als etwa 4 Gramm Wasser pro Gramm Faser ist. Die Messung der Wasser-Aufnahmefähigkeit wird unten zur Verfügung gestellt.
Bei der Anwendung der Erfindung hat man den folgenden Test der Wasser-Aufnahmefähigkeit benutzt.
Test der Wasser-Aufnahmefähigkeit
Ein Probestück von 10 cm × 10 cm (4 Zoll × 4 Zoll) wird mit einem Schneideisen (erhalten von Testing Machines Inc. Amityville, N.Y 11701) so geschnitten, dass eine Seite parallel zur Maschinenrichtung des Papierprobestücks ist.
Das Probestück wird 24 Stunden bei 23 +/– 1 Grad Celsius und 50 +/– 2 % relativer Feuchtigkeit konditioniert.
Das Probestück wird auf 0,01 g genau ausgewogen und dann für 3 Minuten +/– 5 Sekunden in destilliertes Wasser mit 23 +/– 2 Grad Celsius gelegt.
Das Probestück wird aus dem Wasser entfernt und in ein Gestell eingesetzt, das 3 Bulldog-Klemmen (Hunt/Boston Bulldog clips: Office Product Catalog Nr. HUN02004) verwendet, um drei Ecken des Blattes so zu halten, dass es senkrecht entlang einer seiner Diagonalen abtropft.
Man lässt das Blatt während 3 Minuten +/– 5 Sekunden abtropfen.
Das Probestück wird gelöst und in eine Wiegeschale gegeben, und das Gewicht von Probestück und Wasser wird auf 0,01 g genau gemessen. Die Wasser-Aufnahmefähigkeit (g/g) = [(Gewicht des nassen Probestücks) – (Gewicht des trockenen Probestücks)]/Gewicht des trockenen Probestücks)
Im Folgenden handelt es sich in Beispielen 1 bis 4 um Vergleiche handelsüblicher Handtücher und ihrer jeweiligen Verschachtelungsfaktoren. Beispiele 5 bis 7 stellen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung.
Beispiel 1: Stand der Technik
Kleenex^® Markenzeichen 108

l = 130 m (425 Fuß) = 12.954 cm (5.100 Zoll)
w = 20,3 cm (8,0 Zoll)
c = 0,033 cm (0,013 Zoll) = 0,33 mm (13 mils)
D = 20,1 cm (7,9 Zoll)
d = 3,8 cm (1,5 Zoll)
Vr = π (D2/4 – d2/4) w = [(20,1)2/4 – (3,8)2/4] × 20,3 = 6.194 cm3
Vs = c × l × w = 0,033 × 12.954 × 20,3 = 8.685 cm3
N.F. = Vs/Vr = 8.685/6.194 = 1.40

Beispiel 2: Stand der Technik
Kleenex^® Markenzeichen 104

l = 244 m (800 Fuß) = 24.384 cm (9.600 Zoll)
c = 0,022 cm (0,0087 Zoll)
D = 20,0 cm (7,87 Zoll)
d = 3,8 cm (1,5 Zoll)
w = 20,3 cm (8,0 Zoll)
V_r = 6.145 cm³ (375 cu. in.)
Vs = c × l × w = 0,022 × 24.384 × 20,3 = 10.947 cm3
N.F. = 10.947/6.145 = 1,78

Beispiel 3: Stand der Technik
Kleenex^® Markenzeichen 1000
Diese Rolle ist hoch komprimiert.

l = 305 m (1.000 Fuß) = 30.480 cm (12.000 Zoll)
c = 0,020 cm (0,0078 Zoll) = 0,20 mm (7,8 mils)
D = 20,0 cm (7,87 Zoll)
d = 3,8 cm (1,5 Zoll)
w = 20,3 cm (8,0 Zoll)
V_r = 6.145 cm³ (375 cu. in.)
V_s = 12.274 cm³ (749 cu. in.)
N.F. = 1,99

Weitere Beispiele werden unten gezeigt.
Beispiel 4A: Stand der Technik

BW = 42 gsm
c = 0,76 mm (30 mils)
l = 41 m (135 Fuß)
D = 20,3 cm (8,0 Zoll)
d = 3,8 cm (1,5 Zoll)
w = 20,3 cm (8,0 Zoll)
Dichte (p) = 0,2 g/cc
N.F. = 0 = Vs/Vr = 6.358/6.358

Beispiel 4B: Stand der Technik
(24 % Verschachtelung)

BW = 42 gsm
c = 0,76 mm (30 mils)
l = 61 m (200 Fuß)
D = 20,3 cm (8,0 Zoll)
d = 3,8 cm (1,5 Zoll)
w = 20,3 cm (8,0 Zoll)
Dichte = 0,2 g/cc
N.F. = 1,49 = Vs/Vr = 9.439/6.358

Beispiel 5: Erfindung
(Erste Ausführungsform)
(61 % Verschachtelung)

BW = 42 gsm
c = 0,76 mm (30 mils)
l = 91 m (300 Fuß)
D = 20,3 cm (8,0 Zoll)
d = 3,8 cm (1,5 Zoll)
w = 20,3 cm (8,0 Zoll)
Dichte = 0,2 g/cc
N.F. = 2,2 = Vs/Vr = 14.158/6.358

Beispiel 6: Erfindung
(Zweite Ausführungsform)
(Vollständige Verschachtelung)

BW = 42 gsm
c = mm (mils)
l = 123m(404 Fuß)
D = 20,3 cm (8,0 Zoll)
d = 3,8 cm (1,5 Zoll)
w = 20,3 cm (8,0 Zoll)
Dichte = 0,2 g/cc
N.F. = 3,6 = Vs/Vr = 22.844/6.358

Beistpiel 7: Erfindung
(Dritte Ausführungsform)

l = 130 m (425 Fuß) = 12.954 cm (5.100 Zoll)
c = 0,066 cm (0,026 Zoll) = 0,66 mm (26 mils)
D = 20,3 cm (8,0 Zoll)
d = 3,8 cm (1,5 Zoll)
w = 20,3 cm (8,0 Zoll)
V_r = 6.194 cm³ (378 cu. in.)
Vs = c × l × w = 0,066 × 12.954 × 20,3 = 17.370 cm3
N.F. = 2,81

Ein normaler Kenner der Technik versteht, dass die vorliegende Erörterung nur eine Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist, und nicht beabsichtigt, die weiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung einzuschränken, wobei diese weiteren Aspekte in den beispielhaften Ausführungen konkretisiert werden. Die Erfindung wird mit Hilfe eines Beispiels in den beigefügten Ansprüchen gezeigt.

Claims

Geschachteltes Papierprodukt in Rollenform (jede Papierlage greift in das Profil der jeweils benachbarten Lage ein), das umfasst: (a) eine lang gestreckte Bahn von gerolltem Fasermaterial, wobei die Bahn eine Maschinenrichtung hat, die lang gestreckt ist, und eine zur Maschinenrichtung senkrechte Querrichtung; und (b) erhabene und tief liegende Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) in der Fasermaterialbahn, wobei die tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) durch Trocknen des Papierprodukts auf einem Durchtrocknungsgewebe (19), das ein Muster von erhabenen und tief liegenden Abschnitten (35, 36; 41, 42) aufweist, gebildet sind; dadurch gekennzeichnet, dass die tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) der lang gestreckten Bahn so eingerichtet sind, dass sie Rillen (54; 62) in der Bahn bilden, wobei die Rillen (54; 62) passgenau ausgerichtet sind, wenn sich die lang gestreckte Bahn im gerollten Zustand befindet, dadurch wird ein geschachteltes Papierprodukt in Rollenform gebildet, das eine kompakte äußere Rollenabmessung hat.
Produkt in Rollenform nach Anspruch 1, bei welchem die Rillen (54) in der Maschinenrichtung der Bahn verlaufen.
Produkt in Rollenform nach Anspruch 1, bei welchem die Rillen (62) in der Querrichtung der Bahn verlaufen.
Produkt in Rollenform nach Anspruch 1, bei welchem die Rillen sowohl in der Maschinen-, als auch in der Querrichtung passgenau ausgerichtet sind.
Produkt in Rollenform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Papierprodukt in Rollenform ein mehrlagiges Schichtmaterial umfasst.
Produkt in Rollenform nach Anspruch 5, bei welchem das Papierprodukt in Rollenform ein zweilagiges Schichtmaterial umfasst.
Produkt in Rollenform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a 50b) im Allgemeinen pyramidenförmig sind.
Produkt in Rollenform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) im Allgemeinen eine mehreckige Form aufweisen.
Produkt in Rollenform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) im Allgemeinen kugelförmig sind.
Produkt in Rollenform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) im Allgemeinen oval sind.
Produkt in Rollenform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) im Allgemeinen fünfeckig sind.
Produkt in Rollenform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) im Allgemeinen sechseckig sind.
Produkt in Rollenform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) im Allgemeinen siebeneckig sind.
Verfahren zum Herstellen eines kompakten Papierprodukts in Rollenform, das umfasst: a) Zur Verfügung Stellen eines Nassgewebes (45, 48) von Fasermaterial für ein Trocknungsgewebe (19), wobei das Trocknungsgewebe (19) erhabene und tief liegende Abschnitte (35, 36; 41, 42) von einer Beschaffenheit hat, die bewirkt, dass sich das Nassgewebe (45, 48) dem Trocknungsgewebe (19) anpasst; b) Trocknen des Nassgewebes (45, 48), um eine Bahn zu bilden, die erhabene und tief liegende Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) hat, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabenen und tief liegenden Bereiche (46a, 46b, 50a, 50b) der Bahn in der Bahn Rillen (54; 62) bilden, wobei die Bahn eine Maschinenrichtung in ihrer Längenausdehnung und eine zur Maschinenrichtung senkrechte Querrichtung aufweist, wodurch erhabene Bereiche in der Bahn geeignet sind, mit tief liegenden Bereichen (46a, 46b, 50a, 50b) in der Bahn zusammenzupassen, wenn sie in einer vorher festgelegten Weise ausgerichtet sind; und c) Aufrollen der Bahn, um ein Papierprodukt in Rollenform zu bilden; und d) in welchem die Rillen (54; 62) passgenau ausgerichtet sind, wenn sich die Bahn im gerollten Zustand befindet, dabei wird ein geschachteltes Papierprodukt in Rollenform gebildet, das einen kompakten äußeren Durchmesser aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, in welchem vor Schritt a) mit dem Nassgewebe aus Fasermaterial (45, 48) ein schneller Transferschritt ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, in welchem der Schritt des Aufrollens zusätzlich ein Ausrichten erhabener Bereiche mit tief liegenden Bereichen (46a, 46b, 50a, 50b) in der Bahn umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, in welchem der Schritt des Aufrollens zusätzlich Ausrichten von Rillen in einer verschachtelten Passform entlang der Maschinenrichtung der Bahn umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, in welchem der Schritt des Aufrollens zusätzlich Ausrichten von Rillen in einer verschachtelten Passform entlang der Querrichtung der Bahn umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, in welchem vor Schritt a) die folgenden Schritte ausgeführt werden: Bilden einer wässrigen Suspension von Papierfasern; Verteilen der Fasern in der wässrigen Suspension; Verdünnen der Suspension; Zuführen der Suspension an einen Formgebungsabschnitt; Entwässern der verdünnten Suspension, um ein Nassgewebe (45, 48) zu bilden.