DE69905702T2 - Papiermachergewebe mit verbesserter trocknungsleistung für cellulosehaltige faserstrukturen - Google Patents

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft die Papierherstellung, und insbesondere Bänder, die bei der Papierherstellung verwendet werden. Die Bänder der vorliegenden Erfindung können den Energieverbrauch reduzieren und die Trocknungsrate verbessern, die für das thermische Trocknen von Papierfasern auf einem dreidimensionalen Band notwendig ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Zellulosefaserstrukturen, wie Papierhandtücher, Gesichtstücher, Damenbinden und Klopapier, sind Stapelware des alltäglichen Lebens. Die große Nachfrage nach diesen Konsumprodukten und deren konstante Verwendung hat eine Forderung nach verbesserten Versionen dieser Produkte und ebenso nach einer Verbesserung bei den Verfahren zu ihrer Herstellung bewirkt. Solche Zellulosefaserstrukturen werden durch das Ablagern eines wässrigen Breis von einem Auflaufkasten auf ein Fourdrinier-Drahtgitter oder eine Doppelsiebblattpapiermaschine hergestellt. Jedes solches Formungsgitter ist ein endloses Band, durch das eine anfängliche Entwässerung auftritt und eine Faserneuanordnung stattfindet. Häufig tritt ein Faserverlust durch Fasern, die zusammen mit dem flüssigen Träger aus dem Auflaufkasten durch das Formungsdrahtgitter hindurch fließen, auf.
• Nach der anfänglichen Ausbildung der Bahn, die später zur Zellulosefaserstruktur wird, transportiert die Papierherstellungsmaschine die Bahn zum trockenen Ende der Maschine. Im trockenen Ende einer konventionellen Maschine komprimiert ein Pressfilz die Bahn in einer einzigen Region zu einer Zellulosefaserstruktur mit gleichförmiger Dichte und gleichförmigen Basisgewicht vor dem endgültigen Trocknen. Das endgültige Trocknen wird gewöhnlicherweise durch eine erhitzte Trommel, wie eine Yankee-Trocknungstrommel, erreicht.
• Eine der vorher erwähnten wesentlichen Verbesserungen im Herstellungsverfahren, das zu einer wesentlichen Verbesserung bei den sich ergebenden Konsumprodukten führt, ist die Verwendung einer Durchlufttrocknung, um die konventionelle Entwässerung mit einem Pressfilz zu ersetzen. Bei der Durchlufttrocknung beginnt wie beim Trocknen mit einem Pressfilz die Bahn auf einem Formungsdrahtgitter, das einen wässrigen Brei mit weniger als einem Prozent Konsistenz (der Gewichtsprozentsatz der Fasern im wässrigen Brei) aus einem Auflaufkasten empfängt. Das anfängliche Entwässern findet auf dem Formungsdrahtgitter statt. Vom Formungsdrahtgitter wird die Bahn auf ein luftdurchlässiges Durchlufttrocknungsband überführt. Diese "nasse" Überführung findet an einem Aufnahmeschuh (PUS) statt, wobei an diesem Punkt die Bahn zuerst der Topographie des Durchlufttrocknungsbandes angepasst werden kann.
• Zusätzliche Verbesserungen bei Bahnherstellungsverfahren umfassen einen Mikroporentrocknung, bei der die Trocknung primär durch die kapillare Anziehung und die gleichförmige Verteilung eines Luftstroms angetrieben wird. Die Mikroporentrocknung, die auch als eine Durchlufttrocknung mit begrenzter Öffnung bekannt ist, ist insbesondere für das Entfernen von Porenwasser aus der Bahn nützlich. Die Mikroporentrocknung umfasst typischerweise zwei Trocknungsphasen. In der ersten Phase wird die kapillare Anziehung zwischen dem Wasser und den Fasern in der Bahn durch ein durch Vakuum induziertes kapillares Saugen, das das Wasser in das feine Kapillarnetz der Mikroporentrocknungsoberfläche zieht, überwunden. In der zweiten Phase hilft das feine Kapillarnetz der Mikroporentrocknungsoberfläche die Luft, die durch die Papierbahn geführt wird, gleichförmig zu verteilen. Die Mikroporentrocknung ist beispielsweise im US-Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung 5,274,930, das am 4. Januar 1994 an Ensign et al. erteilt wurde, und 5,625,961, das am 6. Mai 1997 an Ensign et al. erteilt wurde, beschrieben.
• Die Trocknungseffizienz stellt einen Punkt bei allen Vortrocknungsverfahren dar. Beispielsweise wird im Verfahren, das im US-Patent 5,625,961 beschrieben ist, die heiße Luft zuerst durch das Trocknungsband und dann durch das Blatt geführt. Wasser, das durch das Trocknungsband befördert wird, wird teilweise verdampft, um somit die Trocknungseffizienz des Blatts zu reduzieren. Die Produktionsraten werden somit durch die Wasser befördernde Eigenschaft des Trocknungsbands beeinträchtigt.
• Im allgemeinen trocknet das Durchlufttrocknen die Bahn vorzugsweise zwischen einer nassen Überführung und einer "trockenen Überführung". Bei einer trockenen Überführung wird das Band auf eine erhitzte Trommel, wie eine Yankee-Trocknungstrommel, für das endgültige Trocknen überführt. Während dieser Überführung werden Teile der Bahn durch ein Eindrücken verdichtet, um eine Struktur mit mehreren Regionen zu erhalten. Viele solcher Strukturen mit mehreren Regionen haben als bevorzugte Konsumprodukte eine breite Akzeptanz gefunden.
• Mit der Zeit wurden weitere Verbesserungen notwendig. Eine wesentliche Verbesserung bei Durchlufttrocknungsbändern ist die Verwendung eines harzförmigen Rahmenwerks auf einer Verstärkungsstruktur. Das harzförmige Rahmenwerk weist im allgemeinen eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche und Ablenkkanäle, die sich zwischen diesen Oberflächen erstrecken, auf. Die Ablenkkanäle liefern Gebiete, in welche die Fasern der Bahn abgelenkt und neu angeordnet werden können. Diese Anordnung gestattet es, Trocknungsbänder mit kontinuierlichen Mustern oder Mustern in jeder gewünschten Form statt nur mit den diskreten Mustern, die durch die gewobenen Bänder des Stands der Technik erzielbar waren, zu erzielen. Beispiele solcher Bänder und der damit hergestellten Zellulosefaserstrukturen kann man in den US-Patenten 4,514,345, das am 30. April 1985 an Johnson et al. erteilt wurde, 4,528,239, das am 9. Juli 1985 an Trokhan erteilt wurde, 4,529,480, das am 16. Juli 1985 an Trokhan erteilt wurde, und 4,637,859, das am 20. Januar 1987 an Trokhan erteilt wurde, finden. Die vorangehenden vier Patente zeigen bevorzugte Konstruktionen von Durchluftrocknungsbändern des Typs mit einem gemusterten harzförmigen Rahmenwerk und einer Verstärkung, und die darauf hergestellten Produkte. Solche Bänder wurden verwendet, um sehr erfolgreich Konsumprodukte, wie Bounty-Küchentücher und Charmin Ultra Toilettenpapier, die beide vom vorliegenden Anmelder produziert und verkauft werden, herzustellen.
• Wie oben angegeben wurde, verwenden gemusterte harzförmige Durchlufttrocknungsbänder eine Verstärkungsstruktur, wobei die Verstärkungsstruktur vorzugsweise ein verwobenes Textilgebilde ist. Die Verstärkungs- Struktur liefert dem Band vorzugsweise eine ausreichende Steifigkeit, um es für die Papierherstellung dauerhaft zu machen. Ohne eine ausreichende Steifigkeit ist die Lebensdauer des Papierherstellungsbandes beeinträchtigt, was einen häufigen Wechsel des Bandes notwendig macht. Die Kosten für das Ersetzen der Bänder als auch die Kosten für die begleitenden Ausfallzeiten der Papierherstellungsmaschine sind für eine kommerzielle Papierherstellung nicht akzeptabel.
• Die Verstärkungsstruktur weist auch eine wichtige Funktion für die Abstützung der Fasern, die in die oben erwähnten Ablenkkanäle des harzförmigen Rahmenwerks vollständig abgelenkt wurden, auf, um somit die Bahneigenschaften zu verbessern, beispielsweise das feine Ausbilden von Löchern in der Bahn zu minimieren. Die Faserabstützung wird durch einen Faserunterstützungsindex oder FSI gekennzeichnet, und Verstärkungsstrukturen, die einen FSI von nur 40 aufweisen, haben sich als nützlich erweisen. Um jedoch das Ausbilden feiner Löcher zu minimieren und eine gleichförmigere Bahnoberfläche zu liefern, weist der FSI vorzugsweise mindestens einen Wert von ungefähr 68 auf. Der Ausdruck "Faserunterstützungsindex", wie er hier verwendet wird, wird definiert in Robert L. Beran, "The Evaluation and Selection of Forming Fabrics", Tappi April 1979, Band 62, Nr. 4.
• Zusätzlich weist die Verstärkungsstruktur idealerweise ein niedriges Lückenvolumen auf, um somit nur wenig Wasser zu tragen. Durch das Verwenden einer Verstärkungsstruktur, die nur wenig Wasser trägt, kann mehr der Trocknungsenergie für das Trocknen der Papierbahn verwendet werden, und es muss weniger davon für das Trocknen des Durchlufttrocknungsbandes verwendet werden. Während das Lückenvolumen und die Wassertragekapazität nicht per fekt korrelieren, so wird im allgemeinen die Wassertragekapazität inhärent durch das verfügbare Lückenvolumen begrenzt. Somit wird durch ein Mimmieren des Lückenvolumens der Verstärkungsstruktur die Wasserträgekapazität notwendigerweise auch minimiert.
• Frühere Durchlufttrocknungsbänder, die ein einlagiges feinmaschiges Verstärkungselement verwenden, weisen ungefähr fünfzig Fäden in Maschinenrichtung und 50 Fäden in Quermaschinenrichtung pro Inch auf. Während ein solch feines Netz im Hinblick auf eine niedrige Wassertragekapazität und die Steuerung der Faserablenkung in das Band akzeptabel war (das heißt, einen akzeptablen Faserunterstützungsindex ergeben hat, wie das oben beschrieben wurde), könnte sie nicht der Umgebung in einer typischen Papierherstellungsmaschine widerstehen. Beispielsweise war ein solches Band so flexibel, das zerstörerische Falten und Knitter oft auftreten. Die feine Fäden lieferten nicht eine passende Saumfestigkeit und brannten oft bei den hohen Temperaturen, auf die man bei der Papierherstellung stößt.
• Eine neue Generation Durchlufttrocknungsbänder mit einem gemusterter harzförmigen Rahmenwerk und einer Verstärkungsstruktur gehen einige dieser Probleme an. Diese Generation verwendet eine doppellagige Verstärkungsstruktur, die zwei Lagen von Fäden in Maschinenrichtung aufweisen. Ein einzelnes Fadensystem in Quermaschinenrichtung verbindet die beiden Lagen der Fäden in Maschinenrichtung miteinander. Die zweilagige Verstärkungsstruktur lieferte eine zusätzliche Steifigkeit und führte zu einem viel dauerhafteren Band, das der vorher erwähnten Umgebung einer typischen Papierherstellungsmaschine widerstehen kann. Durch die Natur der Bindung nehmen die Dicke des Bandes und das Lückenvolumen zu, was bewirkt, dass das Band viel mehr Wasser im Trocknungsverfahren trägt, was zu einer ineffizienten Trocknung während der Papierherstellung führt. Durch das Gewebemuster auf der oberen Schicht liefert die zweilagige Verstärkungsstruktur nicht immer eine passende Faserabstützung (das heißt einen nicht akzeptablen Faserunterstützungsindex, wie das unten beschrieben wird), was zu einer zusätzlichen Entwicklung führt, um unerwünschte Papiereigenschaften, wie das Ausbilden feiner Löcher, zu verhindern.
• Die EP 211 426 beschreibt einen Papierherstellungsstoff, der eine erste Schicht von Kettfäden und eine zweite Schicht von Kettfäden, die vertikal von der ersten Schicht beabstandet ist, aufweist, wobei ein einziges Schussfadensystem mit den ersten und zweiten Kettfadenschichten in einem ausgeglichenen Webmuster verwoben ist, dass die Kettfäden der jeweiligen Schichten gestapelt hält. In der EP 211 426 ist jedoch keine Angabe in Bezug auf einen Faserunterstützungsindex oder ein N-faches Muster, bei dem N größer als vier ist, gegeben.
• Dreilagige Verstärkungsstrukturen wurden entwickelt, wobei die dreilagigen Bänder im wesentlichen aus einer zweilagigen Struktur bestehen, wobei jede Lage Fäden in Maschinenrichtung und Fäden quer zur Maschinenrichtung (das heißt Kettfäden und Schussfäden) umfasst. In bevorzugten Ausführungsformen weist die obere Schicht (das heißt die bahnseitige Schicht) ein quadratisches Muster auf. Die Verwendung der bahnseitigen Schicht mit einem quadratischen Muster liefert eine verbesserte Faserabstützung und eine erhöhte Steifigkeit des Bandes im Vergleich zu den doppellagigen Bändern. Das Lückenvolumen ist jedoch höher als bei doppellagigen Bändern, was zu Durchlufttrocknungsbändern führt, die viel Wasser tragen. Wiederum führt der hohe Wassergehalt wäh rend der Verarbeitung zu zusätzlichen Energiekosten beim Trocknen der Papierbahn. Bevorzugte dreitägige Bänder sind im US-Patent 5,496,624, das an Stelljes et al. am 5. März 1996 erteilt wurde, und im US-Patent 5,500,277, das an Trokhan et al. am 19. März 1996 erteilt wurde, beschrieben.
• Somit liefern mehrlagige Strukturen eine ausreichende Bandsteifigkeit und sie können eine ausreichende Faserabstützung liefern, aber sie enthalten im allgemeinen große Lückenvolumen im Band, was zu einer hohen Wassertragekapazität führt. Dieser Wassergehalt macht das Trocknen im Papierherstellungsverfahren aufwendiger. Das durch das Band getragene Wasser erniedrigt die Effizienz der Durchlufttrocknungsverfahren, insbesondere der Mikroporentrocknung, bei der erhitzte Luft typischerweise auf das durch das Band getragene Wasser trifft bevor es die Papierbahnen trocknen kann. Eine wesentliche Menge der Energie wird vor oder während des Trocknens der Papierbahn verwendet, um das Wasser zu entfernen, das im Porenlückenvolumen des Bandes gefangen ist.
• Das Problem des durch das Band getragenen Wassers und die sich ergebenden Ineffizienzen beim Trocknen können durch das Hinzufügen von mehr Fäden pro Inch des Gewebes im selben Muster, durch die Verwendung einschichtiger Verstärkungsstrukturen, durch die Verwendung von Monofilamenten nur kleinerem Durchmesser im Gewebe oder durch Kombinationen dieser Maßnahmen minimiert werden. Beispielsweise können feinmaschige einschichtige Strukturen durch ihre geringe Dicke und ihr minimales Lückenvolumen nur wenig Wasser tragen. Wie oben jedoch erwähnt wurde, sind solche Strukturen für die kommerzielle Papierherstellung nicht robust genug. Sie sind durch ihre relativ schwache Steifigkeit im allgemeinen nicht fähig, der Umgebung einer typi schen Papierherstellungsmaschine zu widerstehen. Ohne eine gewisse minimale Größe der Steifigkeit neigt das Band dazu, sich zu falten, zu wölben, so dass zerstörerische Falten und Fältelungen an verschiedenen Punkten im kontinuierlichen Pfad während der Papierherstellung oft auftreten. Das konstante Biegen, Knicken und lokale Biegen bewirkt schnell einen vorzeitigen Ausfall des Bandes.
• Zweilagige Strukturen bieten eine ausreichende Steifigkeit, was zu einer verbesserten Lebensdauer des Bandes führt, und sie werden tatsächlich aktuell für die kommerzielle Papierproduktion verwendet. Wie jedoch vorher schon erwähnt wurde, neigen zweilagige Bänder dazu, relativ große Lückenvolumen in der Verstärkungsstruktur aufzuweisen, um somit übermäßige Mengen von Wasser durch das Trocknungsverfahren zu tragen. Die übermäßige Menge des Wassers erhöht die allgemeinen Energiekosten beim Trocknen durch das Begrenzen der Trocknungsraten. Dreilagige oder andere mehrlagige Konfigurationen zeigen auch Verstärkungsstrukturen, die viel Wasser tragen.
• Somit erfordert der Stand der Technik einen Kompromiss zwischen einem niedrigen Lückenvolumen (um eine niedrige Wassertragekapazität zu erzielen) und einer Biegesteifigkeit (für ein langes Leben des Bandes). Zusätzlich erfordert der Stand der Technik einen Kompromiss zwischen dem offenen Gebiet (für eine bessere Durchlufttrocknung) und einer Bindung der Verstärkungsstruktur mit einer feinmaschigen Oberfläche (die eine monoplanare bahnseitige Oberfläche für eine bessere Faserabstützung bildet).
• Die vorher erwähnten Lösungen waren beim Erzielen einer erwünschten Balance zwischen dem Lückenvolumen des Bandes, der Faserabstützung und der Bandsteifigkeit nicht vollständig erfolgreich. Es wird somit offensichtlich eine andere Lösung benötigt. Die notwendige Lösung erkennt, dass die bahnseitigen Fäden eine maximale Faserabstützung bieten sollten, während die maschinenseitigen Fäden so konfiguriert sein sollten, dass sie eine passende Steifigkeit für die Lebensdauer des Bandes bieten, wobei sie nur minimal das gesamte Lückenvolumen beeinflussen sollen.
• Somit würde es wünschenswert sein, ein Papierherstellungsband zu liefern, das den Energieverbrauch beim Papierherstellungsverfahren reduzieren kann.
• Zusätzlich würde es wünschenswert sein, ein gemustertes harzförmiges Durchlufttrocknungsband, das den Kompromiss zwischen der Bandlebensdauer und der reduzierten Wassertragekapazität überwindet, bereit zu stellen.
• Zusätzlich würde es wünschenswert sein, ein verbessertes gemustertes harzförmiges Durchlufttrocknungsband, das einen ausreichende Faserabstützung, um das Ausbilden feiner Löcher in einer Papierbahn zu minimieren, eine geringere Wassertragefähigkeit und eine ausreichende Dauerhaftigkeit aufweist, um den Belastungen bei der kommerziellen Papierherstellung zu widerstehen, bereit zu stellen.
• Weiterhin würde es wünschenswert sein, ein energieeffizientes gemustertes harzförmiges Durchlufttrocknungsband, das ästhetisch akzeptable Konsumprodukte, die eine Zellulosefaserstruktur aufweisen, erzeugt, bereit zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Papierherstellungsband, das zwei primäre Elemente umfasst: eine Verstärkungsstruktur und eine Musterschicht. Die Verstärkungsstruktur umfasst eine bahnseitige erste Oberfläche von miteinander verwobenen ersten Maschinenrichtungsfäden und Quermaschinenrichtungsfäden, wobei die erste Oberfläche einen FSI von mindestens ungefähr 68 aufweist. Die Verstärkungsstruktur weist eine maschinenseitige zweite Oberfläche auf, die zweite Maschinenrichtungsfäden umfasst, die nur mit den Quermaschinenrichtungsfäden in einem N-fachen Muster binden, wobei N größer als vier ist, wobei die zweiten Maschinenrichtungsfäden nur eine Verbindung mit einem der Quermaschinenrichtungsfäden pro Vorgang eingeht. Die Musterschicht erstreckt sich außerhalb der ersten Oberfläche, wobei die Musterschicht eine die Bahn berührende Oberfläche, die von der ersten Oberfläche nach außen weist, liefert, wobei sich die Musterschicht zumindest teilweise zur zweiten Oberfläche erstreckt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine Aufsicht mit teilweise weggeschnittenen Teilen eines Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung, das erste und zweite Maschinenrichtungsfäden aufweist.
• Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, wobei die Musterschicht aus Gründen der Klarheit teilweise entfernt wurde.
• Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 1, wobei die Musterschicht aus Gründen der Klarheit teilweise entfernt wurde.
• Fig. 4 ist eine typische graphische Darstellung der Ausgangsgrößen eines Biegesteifigkeitstests.
• Fig. 5 ist eine typische graphische Darstellung der linearen Regressionslinien, die für einen Biegesteifigkeitstest erzeugt werden.
• Fig. 6 ist eine typische graphische Darstellung repräsentativer Kraftversatzkurven für Proben, die im Biegesteifigkeitstest getestet wurden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Betrachtet man die Fig. 1 bis 3, so ist das Band 10 der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein Endlosband, und es kann Zellulosefasern, die von einem Auflaufkasten abgegeben werden, aufnehmen oder eine Bahn der Zellulosefasern zu einer Trocknungsvorrichtung, typischerweise einer erhitzten Trommel, wie einer (nicht gezeigten) Yankee-Trocknungstrommel, tragen. Somit kann das Endlosband 10 entweder als ein Formungsgitter, ein Band für Halbmondformer, ein Pressfilz, ein Durchlufttrocknungsband oder ein Durchlufttrocknungsband mit Begrenzungsöffnung ausgebildet sein. Das Band 10 ist vorzugsweise ein gemustertes harzförmiges Durchlufttrocknungsband, das für das Reduzieren der Entwässerungsenergiekosten bei Durchlufttrocknungsvorgängen der Papierherstellung verwendet werden kann.
• Das Band 10 der vorliegenden Erfindung umfasst zwei primäre Elemente: eine Verstärkungsstruktur 12 und eine Musterschicht 30. Die Verstärkungsstruktur 12 ist eine Struktur, die aus miteinander verwobenen ersten Maschinenrichtungsfäden (FMD-Fäden) 120, zweiten Maschinenrichtungsfäden (SMD-Fäden) 220 und Quermaschinenrichtungsfäden (CD-Fäden) 122 besteht. Die ersten Maschinenrichtungsfäden 120 und die Quermaschinenrichtungsfäden 122 bilden eine bahnseitige erste Oberfläche 16. Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 und die Quermaschinenrichtungsfäden 122 bilden eine maschinenseitige zweite Oberfläche 18.
• Das gemusterte harzförmige Band 10 weist zwei entgegengesetzte Oberflächen, eine die Bahn berührende Oberfläche 40, die auf der nach außen weisenden Oberfläche der Musterschicht 30 angeordnet ist, und eine entgegengesetzte Rückseitenoberfläche 42 auf. Die die Bahn berührende Oberfläche 40 kann auch als bahnseitige Oberfläche bezeichnet werden. Die Rückseitenoberfläche 42 des Bands 10 berührt die Papierherstellungsmaschinerie während des Vorgangs der Papierherstellung und kann somit als die maschinenseitige Oberfläche des Papierherstellungsbandes bezeichnet werden. Die (nicht gezeigte) Papierherstellungsmaschinerie umfasst Vakuumaufnahmeschuhe, Vakuumkästen, verschiedene Walzen und dergleichen.
• Die Musterschicht 30 wird aus einem lichtempfindlichen Harz gegossen, wie das vollständiger in den vorher erwähnten Patenten, die hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen werden, angegeben ist. Das bevorzugte Verfahren für das Aufbringen des lichtempfindlichen Harzes, das die Musterschicht 30 bildet, auf die Verstärkungsstruktur 12 im gewünschten Muster besteht darin, die Verstärkungsschicht mit dem lichtempfindlichen Harz in flüssiger Form zu be schichten. Chemisch aktive Strahlung, die eine Aktivierungswellenlänge aufweist, die zu den Aushärteigenschaften des Harzes passt, bestrahlt das lichtempfindliche Harz durch eine Maske, die transparente und undurchsichtige Regionen aufweist. Die chemisch aktive Strahlung geht durch die transparenten Regionen hindurch und härtet, das heiß verfestigt, das darunter befindliche Harz im gewünschten Muster. Das flüssige Harz, das von den undurchsichtigen Regionen der Maske abgeschirmt wird, wird nicht ausgehärtet, das heißt, es bleibt flüssig, und wird weggewaschen, wobei es die Kanäle 44 in der Musterschicht 30 übrig lässt.
• Der Ausdruck "Fäden 100", wie er hier verwendet wird, ist ein allgemeiner Begriff und schließt die ersten Maschinenrichtungsfäden 120 der ersten Oberfläche 16, die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 der zweiten Oberfläche 18 als auch die Quermaschinenrichtungsfäden 122, die Teile der ersten und zweiten Oberflächen einnehmen, ein. Der Ausdruck "Maschinenrichtung" bezieht sich auf die Richtung, die parallel zum Hauptfluss der Papierbahn durch die Papierherstellungsvorrichtung verläuft. Die "Quermaschinenrichtung" verläuft rechtwinklig zur Maschinenrichtung und liegt in der Ebene des Bandes 10. Ein "Höcker" auf der bahnseitigen ersten Oberfläche 16 ist die Kreuzung eines Maschinenrichtungsfadens 120 oder 220 und eines Quermaschinenrichtungsfadens 122. Die "Fachzahl" ist die minimale Anzahl von Fäden 100, die notwendig sind, um eine sich wiederholende Einheit in der Hauptrichtung des betrachteten Fadens 100 herzustellen.
• In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die ersten Maschinenrichtungsfäden 120 in der ersten Oberfläche 16 mit den Quermaschinenrichtungsfäden 122 verwoben, so dass sie einen FSI von mindestens ungefähr 68, noch besser von mindestens 80 und am besten von mindestens ungefähr 95 aufweisen. Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 werden mit den Quermaschinenrichtungsfäden 122 in einem N-fachen Muster verbunden, wobei N > 4 ist. In einer bevorzugteren Ausführungsform, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, kann die erste Oberfläche 16 ein zweifaches quadratisches Gewebe bilden, und die maschinenseitige Oberfläche 18 kann ein 8-faches Muster darstellen. Wie gezeigt ist, so werden die Maschinenrichtungsfäden 220 unter sieben und über einem Quermaschinenrichtungsfaden 122 in einem sich wiederholenden Muster platziert.
• Die Maschinenrichtung wird auch als "Kette" bezeichnet, und die zweiten Maschinenrichtungsfäden 120 der vorliegenden Erfindung werden durch ihren langen Verlauf oder ihre "Rückseitenflottierung" in der maschinenseitigen Oberfläche 18, die als Läufer für die Verstärkungsstruktur dient, auch als "Kettenläufer (warp runners)" bezeichnet. Somit kann die Verstärkungsstruktur der vorliegenden Erfindung auch als "Kettenläufer-Verstärkungsstruktur" bezeichnet werden. Durch die Verwendung einer quadratischen Bindung in der ersten Oberfläche 16 der Kettenläufer-Verstärkungsstruktur in einem Band der vorliegenden Erfindung wird die Ablenkung des Papiers in Kanäle 44 (die ausführlicher weiter unten beschrieben wird) gesteuert und die Papierqualität, beispielsweise eine Reduktion der Ausbildung kleiner Löcher, wird gehalten. Weiterhin werden durch die Verwendung einer zweiten maschinenseitigen Oberfläche 18, die zweite Maschinenrichtungsfäden 220 mit relativ langen freien Fadenstücken auf der Rückseite, das heißt ein ununterbrochener Verlauf unter mindesten 4 Quermaschinenrichtungsfaden 122 pro Vorgang, aufweist, die Banddicke und das Lückenvolumen beide reduziert.
• Während die Figuren die Maschinenrichtungsfäden 120 und 220 in einer vertikal gestapelten Konfiguration zeigen, soll die tatsächliche Konfiguration der Verstärkungsstruktur nicht darauf beschränkt sein. Die Maschinenrichtungsfäden können, insbesondere während der Herstellung der Verstärkungsstruktur, so wie es gezeigt ist, vertikal gestapelt sein, aber beim Gebrauch können sie wesentlich von der dargestellten Position abweichen.
• Obwohl die oben beschriebene Kettenläufer-Verstärkungsstruktur eine verminderte Dicke gegenüber existierenden zweilagigen Bändern als auch eine verminderte Wassertragekapazität zeigt, so ist sie, wenn sie allein verwendet wird, für eine kommerzielle Papierherstellung nicht dauerhaft genug. Das ergibt sich durch die langen freien Fäden 20 auf der Rückseite, mit denen das gesamte Band einen Kontakt mit der Papierherstellungsmaschinerie herstellt, wobei sie direkt gegen die Maschinerie, wie Vakuumkästen, gerieben werden. Die freien Fäden der Rückseite reiben sich relativ schnell ab und verschleißen, bis sie brechen, wobei zu dieser Zeit das gesamte Band versagt. Weiterhin erniedrigen die langen, nicht unterbrochenen freien Fäden der Rückseite die Anzahl der verriegelnden Krimppunkte, was das Gewebe zu "schwach" oder "locker" macht, so dass das Gewebe leicht durch die Handhabung oder sogar sein eigenes Gewicht zerstört wird, wenn es nicht abgestützt wird. Die Lockerheit wird als die Eigenschaft des Bandes, eine Scherverformung zu erleiden, wenn es Scherkräften in der Ebene ausgesetzt wird, bezeichnet. Ein zu großer Pegel der Lockerheit trägt zu einem frühzeitigen Versagen des Bandes bei der kommerziellen Papierherstellung bei.
• Es wurde überraschenderweise herausgefunden, dass die Dauerhaftigkeit der Verstärkungsstruktur 12 stark durch das Gießen einer harzförmigen Muster- Schicht 30 auf die Verstärkungsstruktur 12, um das Band 10 der vorliegenden Erfindung auszubilden, verbessert wird. Die Musterschicht 30 dringt in die Verstärkungsstruktur 12 ein und wird durch das Bestrahlen des flüssigen Harzes mit einer chemisch aktiven Strahlung durch eine binäre Maske, die undurchsichtige Abschnitte und transparente Abschnitte aufweist, in jedem gewünschten Muster ausgehärtet. Die ausgehärtete harzförmige Musterschicht 30 erhöht die Steifigkeit und reduziert die Lockerheit, was beides die Dauerhaftigkeit des Bandes 10 erhöht. Die Dauerhaftigkeit des Bandes wird auch durch den Schutz, der durch das gegossene Harz auf der bahnseitigen Oberfläche der Verstärkungsstruktur geliefert wird, erhöht. Das Harz liefert eine dauerhafte Abnutzoberfläche, was dem Band 10 eine zusätzliche Abriebfestigkeit verleiht.
• Das harzförmige Muster des Bandes 10 kann weiter Kanäle 44 umfassen, die sich von der die Bahn berührenden Oberfläche 40 der Rückseitenoberfläche 42 des Bandes 10 erstrecken und mit dieser in Fluidverbindung stehen. Die Kanäle 44 gestatten die Ablenkung der Zellulosefasern senkrecht zur Ebene des Bandes 10 während des Papierherstellungsverfahrens.
• Die Kanäle 44 können einzeln ausgebildet sein, wie das gezeigt ist, wenn eine im wesentlichen kontinuierliche Musterschicht 30 ausgewählt wird. Alternativ kann die Musterschicht 30 einzeln ausgebildet sein, und die Kanäle können im wesentlichen kontinuierlich sein. Eine solche Anordnung kann sich ein Fachmann als im allgemeinen entgegengesetzt zu der, die in Fig. 1 gezeigt ist, leicht vorstellen. Eine solche Anordnung, die eine diskrete Musterschicht 30 und einen im wesentlichen kontinuierlichen Kanal 44 aufweist, ist in Fig. 4 des vorher erwähnten US-Patents 4,514,345, das an Johnson et al. erteilt wurde, und das hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, gezeigt.
• Andere Beispiele von Musterschichtkonfigurationen umfassen halb kontinuierliche Muster, wie sie im US-Patent 5,714,041, das an Ayers et al. erteilt wurde, beschrieben sind, und Konfigurationen, die visuell erkennbare Muster großen Maßstabs erzeugen, wie die, die im US-Patent 5,431,786, das an Rasch et al. erteilt wurde, beschrieben sind, wobei beide Patente hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen werden. Das Band der vorliegenden Erfindung kann auch so ausgebildet werden, dass es Zonen mit unterschiedlichem Fließwiderstand aufweist, wie das im US-Patent 5,503,715, das an Trokhan et al. erteilt wurde und das hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, beschrieben ist. Andere Muster und Konfigurationen können in einem Band der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei die aufgelisteten Muster und Konfigurationen nur beispielhaft und nicht einschränkend sein sollen. Natürlich wird erkennbar, dass auch irgend eine Kombination von diskreten und kontinuierlichen Mustern gewählt werden kann.
• Zusätzlich zur Aufbringung eines harzförmigen Musters auf ein foraminöses Band aus gewobenen Einzelfäden, wie es oben beschrieben wurde, kann ein Band der vorliegenden Erfindung weiter ein Entwässerungsfilz umfassen. Verfahren zur Aufbringung aushärtbaren Harzes, wie lichtempfindlichen Harzes, auf ein Substrat, wie ein Entwässerungsfilz der Papierherstellung, sind im US- Patent 5,629,052, das am 13. Mai 1997 an Trokhan et al. erteilt wurde, und im US-Patent 5,674,663, das am 7. Oktober 1997 an Farland et al. erteilt wurde, beschrieben, wobei der Inhalt beider Patente hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
• Gemusterte harzförmige Durchlufttrocknungsbänder, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, weisen eine niedrigere Stärke (Dicke) als Bänder des Stands der Technik für gleiche Mengen einer Deckschicht und vergleichbarer Maschenzahlen und Fadendurchmesser in der Verstärkungsstruktur auf. Der Ausdruck "Deckschicht (overburden)" bezieht sich auf die Menge des Stärkezunahme nur durch das ausgehärtete Harz, das ist die Distanz zwischen der oberen Ebene 46 und der die Bahn berührenden Oberfläche 40. Die verminderte Dicke ergibt sich durch die Verminderung der Dicke der Verstärkungsstruktur, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Eine Verstärkungsstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt vorzugsweise eine Reduktion der Dicke von mindestens ungefähr 25% gegenüber gemusterten harzförmigen Bändern, die aktuelle doppellagige Verstärkungsstrukturen verwenden. Natürlich hängt die Dicke vom Durchmesser und der Maschenzahl der Fadenfilamente ab, wie das detaillierter weiter unten beschrieben wird.
• Die geringere Dicke der erfindungsgemäßen Bänder zusammen mit einem bevorzugten Gewebemuster der darunter liegenden Verstärkungsstruktur trägt zu einem Band bei, das ein niedriges Lückenvolumen, eine akzeptable Steifigkeit und einen hohen FSI hat. Das niedrige Lückenvolumen und die niedrige Dicke tragen auch zu der damit in Verbindung stehenden niedrigen Wassertragekapazität bei, um somit die Trocknungseffizienz zu erhöhen und die Energiekosten zu erniedrigen.
• Somit wird durch das Gießen einer Musterschicht auf die Verstärkungsstruktur 12 ein dauerhaftes, kommerziell verwendbares Band 10 der vorliegenden Erfindung ausgebildet. Das Band 10 liefert einen verminderten Energieverbrauch beim Papierherstellungsverfahren, da es den Kompromiss zwischen der Le bensdauer des Bandes und der reduzierten Wassertragekapazität des Stands der Technik überwindet. Es ist wichtig, dass das Band 10 wegen seines hohen FSI auch ein ästhetisch akzeptables Konsumprodukt, das eine Zellulosefaserstruktur aufweist, erzeugt. Eine detaillierte Darstellung und Lehre bevorzugter Ausführungsformen ist unten angegeben.
Verstärkungsstruktur
• Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine bevorzugte Verstärkungsstruktur der vorliegenden Erfindung. Die ersten Maschinenrichtungsgarne 120 und die Quermaschinenrichtungsgarne 122 sind miteinander zu einer bahnseitigen ersten Oberfläche 16 verwoben. Wie gezeigt ist, so weist die erste Oberfläche vorzugsweise ein quadratisches Bindungsmuster, eins darüber, eins darunter, auf. Vorzugsweise sind die ersten Maschinenrichtungsfäden 120 und die Quermaschinenrichtungsfäden 122, die die erste Oberfläche 16 bilden, im wesentlichen gegenüber chemisch aktiver Strahlung transparent. Die Fäden 120 und 122 werden als im wesentlichen transparent angesehen, wenn chemisch aktive Strahlung durch den größten Teil der Querschnittsabmessung der Fäden 120 und 122 in einer Richtung, die im allgemeinen rechtwinklig zur Ebene des Bandes 10 verläuft, hindurchgehen können und noch in ausreichendem Maß darunter befindliches lichtempfindliches Harz aushärten.
• Auf der entgegengesetzten Oberfläche der Verstärkungsstruktur sind zweite Maschinenrichtungsfäden 220, die auch als sogenannte "Kettenläufer (warp runner) bezeichnet werden, zu einer maschinenseitigen zweiten Oberfläche 18 verwoben, wobei diese mit den Quermaschinenrichtungsfäden 122 in einem N- fachen Muster verbunden sind, wobei N > 4 ist. Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 stellen eine Bindung mit einem Quermaschinenrichtungsfaden 122 einmal pro Vorgang her, um somit nicht unterbrochene freie Fadenstücke zwischen den Vorgängen herzustellen. Alle diese Fäden können gleiche Durchmesser aufweisen, aber in einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Quermaschinenrichtungsfaden 122 vorzugsweise einen größeren Durchmesser als die ersten Maschinenrichtungsfäden 120 und die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 auf (wenn Fäden mit einem runden Querschnitt verwendet werden). Beispielsweise können die Maschinenrichtungsfäden 120 und 220 einen Durchmesser von 0,15 bis 0,22 mm aufweisen, und die Quermaschinenrichtungsfaden 122 können einen Durchmesser von 0,17 bis 0,28 mm aufweisen.
• Die Fäden 100 sind vorzugsweise aus einem Polymermaterial hergestellt. Insbesondere sind in einer bevorzugten Ausführungsform die ersten Maschinenrichtungsfäden 120 und die Quermaschinenrichtungsfaden 122 aus Polyester, beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt, und sie sind im wesentlichen gegenüber einer chemisch wirksamen Strahlung, die verwendet wird, um die Musterschicht 30 auszuhärten, transparent. Die Fäden 120, 122 werden als im wesentlichen transparent angesehen, wenn die chemisch wirksame Strahlung durch die größte Querschnittsabmessung der Fäden 120, 122 in einer Richtung, die im allgemeinen rechtwinklig zur Ebene des Bandes 10 verläuft, hindurchgehen und noch in ausreichendem Maße das darunter befindliche lichtempfindliche Harz aushärten können.
• Die Verstärkungsstruktur der vorliegenden Erfindung weist ein relativ geringes Lückenvolumen auf, um somit nur wenig Wasser zu tragen. Durch die Ver wendung einer nur wenig Wasser tragenden Verstärkungsstruktur kann ein größerer Teil der Trocknungsenergie für das Trocknen der Papierbahn verwendet werden, und ein geringerer Teil wird für das Trocknen des Durchlufttrocknungsbandes verwendet. Während das Lückenvolumen und die Wassertragekapazität nicht perfekt korrelieren, wird im allgemeinen die Wassertragekapazität inhärent durch das verfügbare Lückenvolumen begrenzt. Somit wird durch das Mimmieren des Lückenvolumens der Verstärkungsstruktur die Wassertragekapazität notwendigerweise ebenfalls minimiert. Repräsentative Lückenvolumen der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend in Tabelle 1 in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen gezeigt.
• Zusätzlich ist das normierte Lückenvolumen NG eine dimensionslose Zahl, die für die Kennzeichnung des Lückenvolumens einer Verstärkungsstruktur in Bezug auf die Fadendurchmesser nützlich ist. NG wird durch das Teilen des Lückenvolumens pro Gebietseinheit durch die größte vorstehende Querschnittsabmessung des größten MD-Fadens, beispielsweise den Durchmesser eines runden Querschnitts der gewobenen Verstärkungsstruktur, berechnet. Verstärkungsstrukturen der vorliegenden Erfindung weisen ein NG von weniger als ungefähr 2,8, noch besser von weniger als ungefähr 2,4 und am besten von weniger als ungefähr 2,0 auf.
• Undurchsichtige Fäden können verwendet werden, um einen Teil der Verstärkungsstruktur 12 zwischen solchen undurchsichtigen Fäden und der Rückseitenoberfläche 42 des Bands 10 zu maskieren, um eine Rückseitentextur zu schaffen. In der vorliegenden Erfindung können zweite Maschinenrichtungsfäden 220 der zweiten Oberfläche 18 beispielsweise durch das Beschichten der Außenseite solcher Fäden oder durch das Hinzufügen von Füllstoffen, wie Ruß oder Titandioxyd etc., undurchsichtig gemacht werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 aus Polyester (PET) oder Polyamid hergestellt. In Abhängigkeit vom speziell gegossenen Muster ist es vorteilhaft, wenn die ersten Maschinenrichtungsfäden 120 und die Querrichtungsfäden 122 sich in ihrer Abmessung nicht zu stark unterscheiden, um eine Instabilität zu vermeiden. Normalerweise weisen sie dieselben Abmessungen auf, wobei aber, wenn für sie unterschiedliche Materialien verwendet werden, unterschiedliche Abmessungen verwendet werden können, um eine Kompensation der unterschiedlichen Materialeigenschaften zu erreichen.
• Eine wichtige Eigenschaft einer Verstärkungsstruktur der vorliegenden Erfindung ist ihre höhere Faserabstützung, die durch ihren Paserunterstützungsindex (FSI) angezeigt wird. Durch "höhere Faserabstützung" ist gemeint, dass die Verstärkungsstruktur der vorliegenden Erfindung einen FSI von mindestens ungefähr 68 aufweist. Der FSI, wie er hier verwendet wird, wird durch Robert L. Beran in "The Evaluation and Selection of Forming Fabrics", Tappi, April 1979, Band 62, Nr. 4 definiert. Ein FSI von mindestens ungefähr 68 ermöglicht die Abstützung der Papierherstellungsfasern, so dass sie vollständig in die Kanäle 44 abgelenkt werden, und sie dennoch nicht durch das Band 10 geblasen werden. Somit sind die Fäden 120, 122 der ersten Oberfläche 16 vorzugsweise in einer Bindung von N darüber und N darunter verwoben, wobei N eine positive ganze Zahl 1, 2, 3 ... ist. Eine bevorzugte Bindung, um einen hohen FSI zu erhalten, ist eine quadratische Bindung, die ein N von 1 aufweist, das heißt ein 2-faches Muster mit einer hohen Maschenzahl. (Im allgemeinen Fach = N + 1).
• Eine Maschenzahl von ungefähr 45 · 49 (Maschinenrichtungsfäden 120 · Quermaschinenrichtungsfäden 122) in einem 2-fachen Muster stellt eine aktuell bevorzugte Konfiguration der ersten Oberfläche 16 in einem Band 10 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Diese Bindung zeigt einen FSI von ungefähr 95. Eine Maschenzahl von ungefähr 37 · 37 in einem 2-fachen Muster wird aktuell ebenfalls bevorzugt, wobei sie einen FSI von ungefähr 72 zeigt. Es wird erwogen, dass andere Bindungen, die beispielsweise "Holländischer Twill (Dutch Twill)" oder umgekehrter Holländischer Twill und andere Bindungen, die passende FSI liefern, das heißt FSI größer als 68, aufweisen, für die bahnseitige erste Oberfläche 16 verwendet werden können.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der zweite Maschinenrichtungsfaden 220 in einer Bindung von 1 darüber, N darunter verwoben werden, wobei N eine positive ganze Zahl größer als vier ist, um somit ein langes freies Fadenstück 20 auf der Rückseite auszubilden. Eine bevorzugte Bindung ist 1 darüber und zwischen 4 und 12 darunter (5-fach bis 13-fach), eine noch mehr bevorzugte Bindung ist 1 darüber und zwischen 5 und 9 darunter (6-fach bis 10- fach), und eine am meisten bevorzugte Bindung ist 1 darüber und 7 darunter (8- fach). Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass wenn N so gewählt wird, dass es kleiner als fünf ist, das Ergebnis eine kürzere freie Fadenlänge auf der Rückseite aufweisen wird, was eine geringere Maschinenrichtungsverstärkung der zweiten Oberfläche als auch ein erhöhtes Lückenvolumen und eine erhöhte Dicke liefert.
• Es ist wünschenswert, dass die erste Oberfläche 16 mehr und dichter beieinander liegende Quermaschinenrichtungsfäden 122 aufweist, um eine ausreichende Faserabstützung zu liefern. Im allgemeinen treten die zweiten Maschi nenrichtungsfäden 220 der zweiten Oberfläche 18 mit einer Frequenz auf, die mit der der Maschinenrichtungsfäden 120 der ersten Oberfläche 16 zusammenfällt, um die Nahtstärke zu bewahren und die Steifigkeit des Bands zu verbessern. Es kann jedoch erwogen werden, dass die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 mit einer Frequenz auftreten, die kleiner als die der Maschinenrichtungsfäden 120 ist, beispielsweise in einem Verhältnis von 1 : 2 steht, so dass jeder andere erste Maschinenrichtungsfaden 120 einen entsprechenden zweiten Maschinenrichtungsfaden 220 aufweist.
• Es wird erwogen, dass das N-fache Verbindungsmuster der zweiten maschinenseitigen Oberfläche der Verstärkungsstruktur irgend eine Kettfaden/Schussfaden-Sequenz aufweist. Der Ausdruck "Kettfaden-Schußfaden-Sequenz" bezieht sich auf die Sequenz der Handhabung der Maschinenrichtungskettfäden in einer Schlaufe, um einen Stoff zu weben, wenn der Schlitten quer zurück und vor bewegt wird, und die Querrichtungsschussfäden legt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, so kann die Kettfaden/Schussfaden-Sequenz 1, 4, 7, 2, 5, 8, 3, 6 betragen, was zu einem Delta der Kettfaden/Schussfaden-Sequenz von 3 führt. Mit Delta der Kettfaden/Schussfaden-Sequenz ist die numerische Differenz zwischen irgend welchen zwei aufeinander folgenden Kettfadenbezeichnungen in der Kettfaden/Schussfaden-Sequenz gemeint. Bei einer konstanten Kettfaden/Schussfaden-Sequenz (wie sie in Fig. 1 gezeigt ist), wird das Delta der Kettfaden/Schussfaden-Sequenz durch das Subtrahieren der ersten Anzahl von der zweiten Anzahl in der Kettfaden/Schussfaden-Sequenz bestimmt. Es können andere Kettfaden/Schussfaden-Sequenzen mit alternativen Bindungen ähnlich der Bindung, die in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Kettfaden/Schussfaden- Sequenz wird detaillierter im US-Patent 4,191,609, das an Trokhan am 4. März 1980 erteilt wurde, bestimmt.
• Im Gegensatz zu vielen Bindungsmustern, die im Stand der Technik angegeben sind, reduziert die stabilisierende Wirkung der Musterschicht 30 die Lockerheit des Stoffs und ermöglicht die Verwendung hochfachiger Muster auf der zweiten Oberfläche 18 mit ihrer inhärenten geringen Dicke und dem niedrigen Lückenvolumen. Das ergibt sich daraus, dass die Musterschicht 30 die erste Oberfläche 16 relativ zur zweiten Oberfläche 18, wenn das Gießen beendet ist, und durch das Papierherstellungsverfahren hindurch stabilisiert. Somit wird angenommen, dass Fachmuster von 10-fach oder größer für die maschinenseitige zweite Oberfläche 18 verwendet werden können.
• Die Verstärkungsstruktur 12 gemäß der vorliegenden Erfindung sollte einen ausreichenden Luftfluss rechtwinklig zur Ebene der Verstärkungsstruktur 12 erlauben. Die Verstärkungsstruktur 12 weist vorzugsweise eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 800 Normkubikfuß pro Minute pro Quadratfuß, vorzugsweise mindestens 850 Normkubikfuß pro Minute pro Quadratfuß und noch besser mindestens 900 Normkubikfuß pro Minute pro Quadratfuß auf. Unter gewissen Umständen, wie bei der Verwendung einer Trocknung mit begrenzter Öffnung, kann eine Verstärkungsstruktur mit geringere Luftdurchlässigkeit mit akzeptablen Ergebnissen verwendet werden. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass dies die Verwendung von höheren Maschenzahlen ermöglicht, was wiederum den FSI erhöhen würde und das Lückenvolumen reduziert. Es wird erwogen, dass ein FSI von 80 oder sogar von 95 auf diese Weise erreicht werden kann. Natürlich wird die Musterschicht 30 die Luftdurchlässigkeit des Bandes 10 gemäß dem speziell gewählten Muster reduzieren.
• Die Luftdurchlässigkeit einer Verstärkungsstruktur 12 wird unter einer Spannung von 15 Pfund pro 2,54 cm (pro linearem Inch) unter Verwendung einer Valmet-Durchlässigkeitsmeßvorrichtung der Valvet Company aus Helsinki, Finnland mit einem Differenzdruck von 100 Pascal gemessen. Wenn irgend ein Teil der Verstärkungsstruktur 12 die Grenzen der vorher erwähnten Luftdurchlässigkeit erfüllt, so wird angenommen, dass die gesamte Verstärkungsstruktur 12 diese Grenzen erfüllt.
• In einer nochmals anderen Ausführungsform kann die Verstärkungsstruktur 12 weiter ein Filz, das auch als ein Pressfilz bezeichnet wird, wie es bei der konventionellen Papierherstellung ohne die Durchlufttrocknung verwendet wird, umfassen. In dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig, dass die beteiligten Fäden gegenüber einer chemisch aktiven Strahlung transparent sind. Die Musterschicht 30 kann auf die das Filz enthaltende Verstärkungsstruktur 12 aufgebracht werden, wie das durch die US-Patente des Anmelders der vorliegenden Anmeldung 5,556,509, das am 17. September 1996 an Trokhan et al. erteilt wurde, 5,580,423, das am 3. Dezember 1996 an Ampulski et al. erteilt wurde, 5,609,725, das am 11. März 1997 an Phan erteilt wurde, 5,629,052, das am 13. Mai 1997 an Trokhan et al. erteilt wurde, 5,637,194, das am 10. Juni 1997 an Ampulski et al. erteilt wurde, und 5,674,663, das am 7. Oktober 1997 an McFarland et al. erteilt wurde, beschrieben ist.
Musterschicht
• Die Musterschicht 30 wird aus dem lichtempfindlichen Harz gegossen, wie das oben und in den vorher erwähnten Patenten, die hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen werden, beschrieben ist.
• Die Musterschicht 30 erstreckt sich vorzugsweise von der Rückseitenoberfläche 42 der zweiten Schicht 18 der Verstärkungsstruktur 12 nach außen von der ersten Oberfläche 16 der Verstärkungsstruktur 12 und über diese hinaus. Die Musterschicht 30 erstreckt sich auch jenseits und außerhalb der oberen Oberfläche 46 in einer Distanz von ungefähr 0,00 Inch (0,00 Millimeter) bis ungefähr 0,050 Inch (1,3 Millimeter), noch besser in einer Distanz von ungefähr 0,002 Inch bis ungefähr 0,030 Inch. Die Abmessung der Musterschicht 30 rechtwinklig zu und über die erste Oberfläche 16 (die Deckschicht) nimmt im allgemeinen zu, wenn das Muster gröber wird.
• Vorzugsweise bildet die Musterschicht 30 ein vorbestimmtes Muster, das ein ebensolches Muster auf das Papier, das mit dem Band 10 hergestellt wird, eindrückt. Ein speziell bevorzugtes Muster für die Musterschicht 30 des Trocknungsbands, das im Trocknungsabschnitt einer Papiermaschine verwendet wird, ist ein im wesentlichen kontinuierliches Netzwerk. Wenn das bevorzugte im wesentlichen kontinuierliche Netzwerkmuster für die Musterschicht 30 ausgewählt ist, so werden sich diskrete Ablenkkanäle 44 zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche des Bandes 10 erstrecken. Das im wesentlichen kontinuierliche Netzwerk umgibt und definiert die Ablenkkanäle 44.
• Die Musterschicht 30 eines Bandes 10 der vorliegenden Erfindung kann auch ein diskontinuierliches oder halb kontinuierliches Muster darstellen. Beispiels weise kann die Musterschicht so aufgebracht werden, wie das im US-Patent des Anmelders der vorliegenden Anmeldung Nr. 5,714,041, das an Ayers et al. am 3. Februar 1998 erteilt wurde, beschrieben ist. Diskontinuierliche Musterschichten können speziell dann verwendet werden, wenn das Band 10 der vorliegenden Erfindung als ein Formungsgitter im Formungsabschnitt einer Papiermaschine verwendet wird, wie das im US-Patent 4,514,345, das am 30. April 1985 an Johnson et al. erteilt wurde, beschrieben ist.
• Das Papierherstellungsband 10 ist gemäß der vorliegenden Erfindung makroskopisch monoplanar. Die Ebene des Papierherstellungsbands 10 definiert seine X-Y-Richtungen. Rechtwinklig zu den X-Y-Richtungen und der Ebene des Papierherstellungsbands 10 verläuft die Z-Richtung des Bands 10. Ebenso kann das Papier, das mit einem Band gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, als makroskopisch monoplanar und in der X-Y-Ebene liegend angesehen werden. Rechtwinklig zu den X-Y-Richtungen und der Ebene des Papiers verläuft die Z-Richtung des Papiers.
• Die erste Oberfläche 40 des Bands 10 berührt das darauf getragene Papier. Während der Papierherstellung kann die erste Oberfläche 40 des Bands 10 ein Muster auf das Papier drucken, das dem Muster der Musterschicht 30 entspricht.
• Die zweite Oberfläche oder Rückseitenoberfläche 42 des Bands 10 ist die die Maschine berührende Oberfläche des Bands 10. Die Rückseitenoberfläche 42 kann mit einem Rückseitennetzwerk, das Durchgänge aufweist, die sich von den Ablenkkanälen 44 unterscheiden, hergestellt werden. Die Durchgänge liefern Unregelmäßigkeiten der Textur der Rückseite der zweiten Oberfläche des Bands 10. Die Durchgänge erlaubten ein Austreten von Luft in der X-Y-Ebene des Bands 10, wobei die austretende Luft nicht notwendigerweise in der Z- Richtung durch die Ablenkkanäle 44 des Bands 10 fließt.
• Das Band 10 gemäß der vorliegenden Erfindung kann gemäß irgend einem der folgenden US-Patente des Anmelders der vorliegenden Anmeldung hergestellt werden: US-4,514,345, das am 30. April 1985 an Johnson et al. erteilt wurde, US-4,528,239, das am 9. Juli 1985 an Trokhan erteilt wurde, US-5,098,522, das am 24. März 1992 erteilt wurde, US-5,260,171, das am 9. November 1993 an Smurkoski et al. erteilt wurde, US-5,275,700, das am 4. Januar 1994 an Trokhan erteilt wurde, US-5,328,565, das am 12. Juli 1994 an Rasch et al. erteilt wurde, US-5,334,289, das am 2. August 1994 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,431,786, das am 11. Juli 1995 an Rasch et al. erteilt wurde, US-5,496,624, das am 5. März 1996 an Stelljes Jr. et al. erteilt wurde, US-5,500,277, das am 19. März 1996 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,514,523, das am 7. Mai 1996 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,554,467, das am 10. September 1996 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,566,724, das am 22. Oktober 1996 an Trokhan et al. erteilt wurde, US-5,624,790, das am 29. April 1997 an Trokhan et al. erteilt wurde, und US-5,628,876, das am 13. Mai 1997 an Ayers et al. erteilt wurde.
Beispiele bevorzugter Ausführungsformen
• Zwei Beispiele der vorliegenden Erfindung, Aktuelle Erfindung I und Aktuelle Erfindung II, sind unten angegeben, wobei wichtige Eigenschaften in nachfolgender Tabelle 1 gezeigt sind.
Aktuelle Erfindung I
• Die Aktuelle Erfindung 1 umfasst eine Verstärkungsstruktur, die erste Maschinenrichtungsfäden 120 und Quermaschinenrichtungsfäden 122 aus Polyester aufweist. Die Fäden 120 und 122 weisen im allgemeinen kreisförmige Querschnitte mit nominalen Durchmessern von 0,15 mm beziehungsweise 0,20 mm auf, und sie sind miteinander in einer quadratischen Bindung, eines darüber, eines darunter, verwoben, um eine 2-fachige erste Oberfläche 16 zu bilden. Die ersten Maschinenrichtungsfäden 120 und die Quermaschinenrichtungsfäden 122, die die erste Oberfläche 16 bilden, sind im wesentlichen transparent gegenüber einer chemisch wirksamen Strahlung, die verwendet wird, um die Musterschicht 30 auszuhärten.
• Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 sind in die maschinenseitige zweite Oberfläche 18 verwoben, wobei sie eine Bindung mit den Quermaschinenrichtungsfäden 122 einmal pro Vorgang in einem 8-fach Muster in einer Kettfaden/Schussfaden-Sequenz von 1, 4, 7, 2, 5, 8, 3, 6 und einem Delta der Kettfaden/Schussfaden-Sequenz von drei, eingehen. Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220, die einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt mit einem nominalen Durchmesser von 0,15 mm aufweisen, stellen eine Verbindung mit einem Quermaschinenrichtungsfäden 122 pro Vorgang dar. Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 sind aus Polyester, das Ruß enthält, und das gegenüber einer chemisch wirksamen Strahlung undurchsichtig ist, hergestellt. Das Vorhandensein der undurchsichtigen Fäden der zweiten Oberfläche erlaubt eine höhere Vorhärtungsenergie (chemisch wirksame Strahlung) und ein besse res Anhaften (Verzahnen) des Harzes mit der Verstärkungsstruktur, während eine passendes Leckverhalten der Rückseite aufrecht gehalten wird.
• Die Fäden, die die erste Oberfläche 16 bilden, sind in einer quadratischen Bindung verwoben, wobei sie eine Maschenzahl von 45 ersten Maschinenrichtungsfäden 120 pro Inch (2,54 cm) und 49 Querrichtungsfäden 122 pro Inch (2,54 cm) aufweist. Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 der zweiten Oberfläche 18 sind mit 45 Fäden pro Inch (2,54 cm) entsprechend den ersten Maschinenrichtungsfäden 120 verwoben.
• Die Aktuelle Erfindung I liefert eine Struktur, die eine akzeptable Steifigkeit und einen FSI von 95 aufweist. Die gesamte Dicke (Stärke) der Verstärkungsstruktur der Aktuellen Erfindung I beträgt 0,046 cm (0,018 Inch, 18 Milliinch), das Lückenvolumen beträgt 0,033 cm³/cm² (0,013 in³/n²), und das NG (normiertes Lückenvolumen) beträgt ungefähr 2, 2, und eine CD-Steifigkeit liegt bei 80,16 · 10&supmin;&sup5; Nm²/m (9,20 gfcm²/cm). Diese Parameter, das heißt die Steifigkeit, der FSI, die Dicke und das Lückenvolumen, werden durch die Testverfahren, die weiter unten beschrieben sind, gemessen, und sie sind überraschenderweise denen von Bändern des Stands der Technik überlegen. Das normierte Lückenvolumen wird durch das Teilen des Lückenvolumen pro Flächeneinheit durch die projizierte Querschnittsabmessung des größten MD-Fadens, beispielsweise den Durchmesser eines runden Querschnitts, der gewobenen Verstärkungsstruktur berechnet. Aus Vergleichsgründen zeigt die nachfolgende Tabelle 1 diese Parameter für alternative Bandgestaltungen und für die Aktuelle Erfindung. Die Aktuelle Erfindung I sollte mit der Einlage I, der Doppellage I und der Dreifachlage I der Bandausgestaltungen wegen ihrer ähnlichen Maschenzahlen und Fadendurchmesser verglichen werden.
Aktuelle Erfindung II
• Die Aktuelle Erfindung II umfasst eine Verstärkungsstruktur, die erste Maschinenrichtungsfäden 120 und Quermaschinenrichtungsfäden 122 aus Polyester aufweist. Die Fäden 120 und 122 weisen im allgemeinen kreisförmige Querschnitte mit nominalen Durchmessern von 0,20 mm beziehungsweise 0,28 mm auf, und sie sind miteinander in einer quadratischen Bindung, eines darüber, eines darunter, verwoben, um eine 2-fachige erste Oberfläche 16 zu bilden. Die ersten Maschinenrichtungsfäden 120 und die Quermaschinenrichtungsfäden 122, die die erste Oberfläche 16 bilden, sind im wesentlichen transparent gegenüber einer chemisch wirksamen Strahlung, die verwendet wird, um die Musterschicht 30 auszuhärten.
• Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 sind in die maschinenseitige zweite Oberfläche 18 verwoben, wobei sie eine Bindung mit den Quermaschinenrichtungsfäden 122 einmal pro Vorgang in einem 8-fach Muster in einer Kettfaden/Schussfaden-Sequenz von 1, 4, 7, 2, 5, 8, 3, 6 und einem Delta der Kettfaden/Schussfaden-Sequenz von drei, eingehen. Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220, die einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt mit einem nominalen Durchmesser von 0,22 mm aufweisen, stellen eine Verbindung mit einem Quermaschinenrichtungsfäden 122 pro Vorgang her. Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 sind aus Polyester, das Ruß enthält, und das gegenüber einer chemisch wirksamen Strahlung undurchsichtig ist, hergestellt. Das Vorhandensein der undurchsichtigen Fäden der zweiten Oberfläche erlaubt eine höhere Vorhärtungsenergie (chemisch wirksame Strahlung) und ein besse res Anhaften (Verzahnen) des Harzes mit der Verstärkungsstruktur, während eine passendes Leckverhalten der Rückseite aufrecht gehalten wird.
• Die Fäden, die die erste Oberfläche 16 bilden, sind in einer quadratischen Bindung verwoben, wobei sie eine Maschenzahl von 34 ersten Maschinenrichtungsfäden 120 pro Inch und 37 Querrichtungsfäden 122 pro Inch aufweist. Die zweiten Maschinenrichtungsfäden 220 der zweiten Oberfläche 18 sind mit 34 Fäden pro Inch entsprechend den ersten Maschinenrichtungsfäden 120 verwoben.
• Die Aktuelle Erfindung II liefert eine Struktur, die eine akzeptable Steifigkeit und einen FSI von 72 aufweist. Die gesamte Dicke (Stärke) der Verstärkungsstruktur der Aktuellen Erfindung II beträgt 0,027 Inch (27 Milliinch), das Lückenvolumen beträgt 0,0173 in³/n², und das NG (normiertes Lückenvolumen) beträgt ungefähr 2,0. Diese Parameter, das heißt die Steifigkeit, der FSI, die Dicke und das Lückenvolumen, werden durch die Testverfahren, die weiter unten beschrieben sind, gemessen, und sie sind überraschenderweise denen von Bändern des Stands der Technik überlegen. Das normierte Lückenvolumen wird durch das Teilen des Lückenvolumen pro Flächeneinheit durch die projizierte Querschnittsabmessung des größten MD-Fadens, beispielsweise den Durchmesser eines runden Querschnitts, der gewobenen Verstärkungsstruktur berechnet. Aus Vergleichsgründen zeigt die nachfolgende Tabelle 1 diese Parameter für alternative Bandgestaltungen und für die Aktuelle Erfindung. Für Vergleichszwecke ist die Aktuelle Erfindung II mit der Bandgestaltung Doppellage II vergleichbar Tabelle 1 Vergleich der Verstärkungsstrukturen
• Wie man durch die in Tabelle 1 gezeigte Daten sehen kann, so hat eine einschichtige Ausgestaltung einen hohen FSI und das niedrigste Lückenvolumen, das das normierte Lückenvolumen einschließt, um somit eine erhöhte Trocknungseffizienz zu liefern, wobei es aber eine relativ niedrige Steifigkeit aufweist, was zu einer geringen Lebensdauer des Bandes bei der Papierherstellung führt. Beide doppellagigen Ausgestaltungen weisen eine höhere Steifigkeit auf, aber sie haben ein sehr hohes Lückenvolumen, das das normierte Lückenvolumen einschließt, und eine relativ große Dicke, was große Wassertragekapazitäten ergibt und somit die Trocknungseffizienz verschlechtert. Die Dreifachlage ergibt die höchste relative Steifigkeit und einen sehr guten FSI, aber auch ein hohes Lückenvolumen und normiertes Lückenvolumen und eine hohe Dicke, was zu sehr hohen Wassertragekapazitäten führt und somit zu einer niedrigen Trocknungseffizienz. Die Struktur beider Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefert erstaunlicherweise eine sehr gute Steifigkeit (nur zweilagige zu dreitägigen Bändern), einen sehr guten FSI, ein niedriges Lückenvolumen und eine geringe Dicke. Es ist wichtig, dass die Verstärkungsstrukturen sowohl für die Aktuelle Erfindung I als auch die Aktuelle Erfindung II normierte Lückenvolumen nahe 2,0 aufweisen, die sich dem normierten Lückenvolumen einer einlagigen Ausgestaltung annähern. Somit liefert die Struktur der vorliegenden Erfindung, wenn sie zu einem gemusterten harzförmigen Papierherstellungsband geformt wurde, ein Papierherstellungsband, das nur wenig Wasser trägt, eine gute Dauerhaftigkeit, eine ausgezeichnete Faserabstützung und eine verbesserte Trocknungseffizienz aufweist.
Testverfahren Steifigkeit Ausrüstung
• Die Steifigkeit der Verstärkungsstrukturen wurde unter Verwendung eines reinen Biegetestes mit einer KES-FB2 Biegetestvorrichtung gemessen, um die Biegesteifigkeit zu bestimmen. Die Reinbiegungstestvorrichtung ist ein Instrument in der KES-FB Serie der Kawabata Evaluation System. Die Einheit ist ausgebildet, um grundsätzliche mechanische Eigenschaften von textilen Erzeugnissen, Vliesstoffen, Papieren und anderen filmartigen Materialien zu messen, und sie ist von der Kato Tekko Co. Ltd., Kyoto, Japan erhältlich.
• Die Biegeeigenschaft ist wichtig für das Auswerten von Verstärkungsstrukturen und ist eines der wertvollen Verfahren zur Bestimmung der Steifigkeit. Das Auslegerverfahren (cantilever method) wurde in der Vergangenheit für das Messen der Eigenschaften verwendet. Die KES-FB 2-Testvorrichtung ist ein Instrument, das für reine Biegungstests verwendet wird. Im Gegensatz zum Auslegerverfahren weist dieses Instrument ein spezielles Merkmal auf. Die gesamte Probe der Verstärkungsstruktur wird genau in einem Bogen mit einem konstanten Radius gebogen, und der Krümmungswinkel wird kontinuierlich geändert.
Verfahren
• Die Verstärkungsstrukturen wurden auf ein Maß von ungefähr 1,6 · 7,5 cm in der Maschinenrichtung und der Quermaschinenrichtung geschnitten. Die Breite der Probe wurde auf eine Toleranz von 0,0245 mm (0,001 Inch) unter Verwen dung eines Ziffern anzeigenden Starret Messschiebers gemessen. Die Breite der Probe wurde in Zentimeter umgewandelt. Die erste (bahnseitige) Oberfläche und die zweite (maschinenseitige) Oberfläche jeder Probe wurden identifiziert und markiert. Jede Probe wurde wiederum in den Klemmen der KES-FB2 platziert, so dass sich die Probe zuerst so biegt, dass die Blattseite einer Dehnung und die Nicht-Blattseite einer Komprimierung unterworfen wird. In der Ausrichtung der KES-FB2 zeigt die erste Oberfläche nach rechts und die zweite Oberfläche zeigte nach links. Die Distanz zwischen der vorderen sich bewegenden Klemme und der hinteren stationären Klemme betrug 1 cm. Die Probe wurde im Instrument in der folgenden Art befestigt.
• Zuerst wurde die vordere sich bewegende Klemme und die hintere stationäre Klemme geöffnet, um die Probe aufzunehmen. Die Probe wurde mitten zwischen den oberen und unteren Klemmbacken eingeschoben. Die hintere stationäre Klemme wurde dann geschlossen, indem die oberen und unteren Flügelschrauben gleichförmig geschlossen wurden, bis die Probe eng eingespannt aber nicht übermäßig eingezwickt war. Die Klemmbacken der vorderen stationären Klemme wurden in ähnlicher Weise geschlossen. Die Probe wurde so eingestellt, dass sie eine Winkelhaltigkeit in der Klemme aufweist, dann wurden die vorderen Klemmbacken geschlossen, um zu gewährleisten, dass die Probe sicher gehalten wurde. Die Distanz (d) zwischen der vorderen Klemme und der hinteren Klemme betrug 1 cm.
• Das Ausgangssignal des Instruments ist die Druckzellenspannung (Vy) und die Krümmungsspannung (Vx). Die Druckzellenspannung wurde in ein Biegemoment, das für die Probenbreite (M) normiert wurde, in der folgenden Weise umgewandelt:
• Moment (M, gf·cm/cm) = (Vy·Sy·d)/W
• wobei Vy die Druckzellenspannung ist, Sy die Empfindlichkeit des Instruments in gf·cm/V, d die Distanz zwischen den Klemmen und W die Breite der Probe in Zentimeter ist.
• Der Empfindlichkeitsschalter des Instruments wurde auf 5 · 1 eingestellt. Unter Verwendung dieser Einstellung wurde das Instrument unter Verwendung von zwei Gewichten mit 50 Gramm kalibriert. Jedes Gewicht wurde an einem Gewinde aufgehängt. Das Gewinde wurde um den Stab am unteren Ende der hinteren stationären Klemme gewickelt und in einen Stift eingehakt, der sich von vorderen und hinteren Teil des Zentrums des Stabs erstreckt. Ein Gewichtgewinde wurde um das vordere Teil gewickelt und in den hinteren Stift eingehakt. Das andere Gewichtgewinde wurde um das hintere Teil des Stabs gewickelt und in den vorderen Stift eingehakt. Zwei Rollen wurde am Instrument auf der rechten und linken Seite angebracht. Der obere Teil der Rollen war horizontal zum Zentralstift. Beide Gewichte wurden dann zur gleichen Zeit über die Rollen gehängt (eines links, eines rechts). Die Vollskalenspannung wurde auf 10 V eingestellt. Der Radius des zentralen Stabs betrug 0,5 cm. Die sich so ergebende volle Skalenempfindlichkeit (Sy) für die Momentachse betrug 100 gf·0,5 cm/10 V (5 gf·cm/V), das heißt 98 · 10&supmin;&sup6; N·0,5 cm/10 V (4,9 · 10&supmin;&sup6; N·cm/V).
• Das Ausgangssignal für die Krümmungsachse wurde kalibriert, indem der Messungsmotor gestartet und die sich bewegende Klemme manuell gestoppt wurde, wenn die Anzeige 1,0 cm&supmin;¹ erreicht. Die Ausgangsspannung (Vx) wurde auf 0,5 Volt eingestellt. Die sich ergebende Empfindlichkeit (Sx) für die Krümmungsachse war 2/(Volt·cm). Die Krümmung (K) wurde in der folgenden Weise erhalten:
• Krümmung (K, cm&supmin;¹) = Sx·Vx
• wobei Sx die Empfindlichkeit der Krümmungsachse und Vx die Ausgangsspannung ist.
• Für die Bestimmung der Biegesteifigkeit wurde die sich bewegende Klemme von einer Krümmung von 0 cm&supmin;¹ auf +1 cm&supmin;¹ bis -1 cm&supmin;¹ bis 0 cm&supmin;¹ bei einer Rate von 0,5 cm&supmin;¹/Sekunde zyklisch bewegt. Jede Probe wurde zyklisch kontinuierlich bewegt, bis man vier vollständige Zyklen erhalten hat. Die Ausgangsspannung des Instruments wurde in einem digitalen Format unter Verwendung eines Personalcomputers aufgezeichnet. Eine typische Ausgangskurve ist in Fig. 4 gezeigt. Am Beginn des Tests wurde auf die Probe keine Dehnung ausgeübt. Wenn der Test begann, so begann die Druckzeile eine Belastung zu erfahren, wenn die Probe gebogen wird. Die anfängliche Rotation verlief im Uhrzeigersinn, wenn man von oben auf das Instrument herunter schaut.
• Bei der Vorwärtsbiegung wird die erste Oberfläche des Textilerzeugnisses so beschrieben, dass sie sich unter Zug befindet, und so dass die zweite Oberfläche komprimiert wird. Die Last nimmt weiter zu, bis die Biegungskrümmung ungefähr +1 cm&supmin;¹ erreicht (dies ist die Vorwärtsbiegung FB, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist). Bei ungefähr +1 cm&supmin;¹ wurde die Richtung der Rotation umgekehrt. Während der Rückführung nimmt der Messwert der Druckzelle ab. Dies ist die Vorwärtsbiegungsrückführung (FR). Wenn die rotierende Klemme die 0 passiert, so beginnt die Krümmung in der entgegengesetzten Richtung, das heißt, die Blattseite wird nun komprimiert und die Nicht-Blatt-Seite dehnt sich. Die Rückwärtsbiegung (BB) erstreckt sich bis ungefähr -1 cm&supmin;¹, wo die Richtung der Rotation umgekehrt wird, und die Rückwärtsbiegungsrückführung (BR) erhalten wird.
• Die Daten wurden in der folgenden Weise analysiert. Eine lineare Regressionslinie wurde zwischen ungefähr 0,2 und 0,7 cm&supmin;¹ für die Vorwärtsbiegung (FB) und die Vorwärtsbiegungsrückführung (FR) erhalten. Eine lineare Regressionslinie wurde zwischen ungefähr -0,2 und -0,7 cm&supmin;¹ für die Rückwärtsbiegung (BB) und die Rückwärtsbiegungsrückführung (BR) erhalten, wie das in Fig. 5 gezeigt ist, die die linearen Regressionslinien zwischen 0,2 und 0,7 cm&supmin;¹ für die Vorwärtsbiegung (FB), die Vorwärtsbiegungsrückführung (FR) und zwischen -0,2 und -0,7 cm&supmin;¹ für die Rückwärtsbiegung (BB) und die Rückwärtsbiegungsrückführung (BR) zeigt. Die Neigung der Linie ist die Biegesteifigkeit (B). Sie hat die Einheit gf·cm²/cm.
• Dies wurde für jeden der vier Zyklen für jedes der vier Segmente erhalten. Die Neigung jeder Linie wurde als die Biegesteifigkeit (B) aufgezeichnet. Sie weist die Einheit 9,8 · 10&supmin;&sup6; N·m²/m (gf·cm²/cm) auf. Die Biegesteifigkeit der Vorwärtsbiegung wurde als BFB angegeben. Die einzelnen Segmentwerte für die vier Zyklen wurden ausgemittelt und als mittlere BFB, BFR, BBF, BBR angegeben. Zwei getrennten Proben wurden in der MD und der CD durchlaufen gelassen. Die Werte der beiden Proben wurden zusammen ausgemittelt. MD und CD Werte wurden getrennt angegeben. Die Werte sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Biegesteifigkeitswerte (Steifigkeitswerte)
• Ein repräsentatives Beispiel der Vorwärtsbiegung der fünf MD Proben ist in Fig. 6 dargestellt.
Dicke
• Die Stärke oder Dicke t der Verstärkungsstruktur 12 wird unter Verwendung eines digitalen Mikrometers Emveco Modell 210A, das von der Emveco Company aus Newburg, Oregon hergestellt wird, oder einer ähnlichen Vorrichtung unter Verwendung einer Belastung von 20,6841 kPa (3,0 psi), die durch einen runden Fuß mit einem Durchmesser von 2,2225 cm (0,875 Inch) aufgebracht wird, gemessen. Die Verstärkungsstruktur 12 wird bis zu einer Last von 3,57 kg pro cm (20 Pfund pro linearem Inch) in der Maschinenrichtung belastet, während die Dickenmessung durchgeführt wird. Die Verstärkungsstruktur 12 sollte während des Tests bei ungefähr 21,1ºC (70ºF) gehalten werden.
Lückenvolumen
• Das Lückenvolumen der Verstärkungsstruktur vor dem Aufbringen der Musterschicht wird nach dem folgenden Verfahren bestimmt. Ein quadratisches Stück mit der Seitenlänge von vier mal 2,54 cm (4 Inch) und einer Fläche von 103,2 cm² (16 in²) der Verstärkungsstruktur wird in seiner Dicke (nach dem oben angegebenen Verfahren) gemessen und gewogen. Die Dichte der es bildenden Fäden wird bestimmt, wobei die Dichte der Lückenräume als 0 gm/cc angesehen wird. Für Polyester (PET) wird eine Dichte von 1,38 gm/cc verwendet. Das Quadrat mit der Seitenlänge von vier mal 2,54 cm wird gewogen, um somit die Masse der Testprobe zu erhalten. Das Lückenvolumen pro Quadratinch der Verstärkungsstruktur wird dann durch die folgende Formel berechnet (wobei Umwandlungen von Einheiten vorgenommen wurden, wo es passend erscheint):
• Lückenvolumen = Vgesamt - VFäden = (t · A) - (m/p)
• wobei
• Vgesamt = Gesamtvolumen der Testprobe
• VFäden = Volumen der es bildenden Fäden allein
• t = Dicke des Testprobe
• A = Fläche der Testprobe
• m = Masse der Testprobe
• ρ = Dichte der Fäden
• Das Lückenvolumen pro Quadratinch der Verstärkungsstruktur wird dann durch das Teilen des berechneten Lückenvolumens durch die Fläche (16 in²) der Testprobe berechnet (wobei man darauf achtet, dass alle Einheiten umgewandelt werden und konsistent sind).
• Während andere Ausführungsformen der Erfindung unter Berücksichtigung der gegebenen verschiedenen Kombinationen und Permutationen der vorangegangenen Lehren denkbar sind, ist es nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung nur auf das, was oben gezeigt und beschrieben wurde, zu begrenzen.

Claims (10)

1. Papier machendes Band (10) mit:

- einer Verstärkungstruktur (12) mit:

einer bahnseitigen ersten Oberfläche (16) aus miteinander verwobenen ersten Maschinenrichtungfäden (120) und Quer-Maschinenrichtungfäden (122), und

einer maschinenseitigen zweiten Oberfläche (18) mit zweiten Maschinenrichtungfäden (220), welche nur einen der Quermaschinenrichtungfäden (122) pro Vorgang binden; und

- einer Musterschicht (30), die von der ersten Oberfläche (16) nach außen gerichtet ist, in welcher die Musterschicht (30) eine bahnberührende Oberfläche (40) schafft, die von der ersten Oberfläche (16) nach außen gerichtet ist, wobei sich die Musterschicht wenigstens teilweise zu der zweiten Oberfläche (18) hin erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß

die erste Oberfläche (16) einen Faserunterstützungsindex von wenigstens etwa 68 hat, und wobei die zweiten Maschinenrichtungfäden (220) mit den Quermaschinenrichtungfäden (122) nur in einem N-Fach-Muster binden, wobei N größer als 4 ist.

2. Papier machendes Band (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bahnseitige erste Oberfläche (16) einen Faserunterstützungsindex von wenigstens 80 und vorzugsweise wenigstens 95 hat.

3. Papier machendes Band (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Maschinenrichtung- und Quermaschinenrichtungfäden (102; 122) der ersten Oberfläche (16) ein quadratisches Muster aufweisen.

4. Papier machendes Band (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maschinenseitige zweite Oberfläche (18) zweite Maschinenrich tungfäden (220) aufweist, die einmal pro Vorgang nur mit den Quermaschinenrichtungfäden (122) in einem N-Fach-Muster binden, wobei N größer als 7 it.

5. Papier machendes Band (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstruktur (12) ein normiertes Lückenvolumen NG von weniger als etwa 2, 8 hat.

6. Papier machendes Band (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Maschinenrichtungfäden (120) und die Quermaschinenrichtungfäden (122) aus Polyester hergestellt sind und für eine chemisch wirksame Strahlung im wesentlichen durchlässig sind.

7. Papier machendes Band (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das N-Fach-Muster eine Kettfaden/Schußfaden-Sequenz von 1, 4, 7, 2, 5, 8, 3, 6 hat.

8. Papier machendes Band (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Musterschicht eine harzartige Musterschicht ist.

9. Papier machendes Band (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Musterschicht aus einem lichtempfindlichen Harz gegossen ist.

10. Papier machendes Band (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Formgebungsdraht, einem Band für Halbmondformer, einem Preßfilz, einem mit Durchluft trocknenden Band und einem mit Durchluft trocknenden Band mit Begrenzungsöffnung.