至少有三个区的纸张结构

1、一种纸张结构，包含：
以第一高度排列并具有第一厚度的第一区；
以不同于第一高度的第二高度排列并具有第二厚度的第二区；和
与第一和第二区连接的第三过渡区，第三区具有第三厚度，第三厚度大 于第二厚度且大于第一厚度。
2、根据权利要求1的纸张结构，其中，第三厚度至少为第二厚度的1.5 倍。
3、根据权利要求2的纸张结构，其中，第三厚度至少为第一厚度的1.5 倍。
4、根据权利要求1的纸张结构，其中，第一和第二区至少之一按透视 法缩小。
5、根据权利要求4的纸张结构，其中，第一和第二区均按透视法缩小。
6、根据权利要求5的纸张结构，其中，至少部分第二区与不同起皱频 率区邻接。
7、根据权利要求1的纸张结构，其中，其定量在11克/平方米和57克/ 平方米之间。
8、根据权利要求1的纸张结构，其中，第一高度和第二高度间的差至 少为0.05毫米。
9、根据权利要求1的纸张结构，其中，第一和第二区之一包含连续的 网格。
10、一种纸张结构，包括：
第一区；
第二构图区；
与第一和第二区连接的过渡区；和
不同起皱频率区；不同起皱频率区邻接至少部分第二构图区，并且不同起 皱频率区从构图的第二区的边缘伸出并在第一区中结束，其中，第一区有第一厚度，第二区有第二厚度，过渡区有第三厚度，并 且第三厚度大于第一厚度和第二厚度。
11、根据权利要求10的纸张结构，其中，第一和第二区以不同的高度 排列。

本发明涉及一种纸张结构，如具有与以不同高度排列的、相对较薄的区 连接的过渡区的薄页纸幅。制备这种纸幅的支承装置和方法也构成本发明的 一部分。
纸张结构，如卫生纸、毛巾纸和搽面纸已广泛地在家庭和工业上使用。 为了使这类薄页纸产品更受消费者的亲睐，业已作出了许多尝试。US3, 994,771(1976年11月30日授权予Morgan等人)中阐明了一种方法，该方 法提供了一种具有松厚性和柔韧性的消费者爱用的薄页纸产品。改善的松厚 性和柔韧性还可通过相互交错的压榨区和非压榨区来提供，如US4,191, 609(1980年3月4日授权予Trokhan)中所示。
另一种使薄页纸更受消费者亲睐的方法是，对纸张结构进行干燥，从而 赋予薄页纸产品以更大的松厚性、抗张强度和耐破应力。用这种方法制得的 纸张结构的例子阐明于US4637859(1987年1月20日授权予Trokhan)中。另 外，如在US4514345(1985年4月30日授权)中阐明的，通过含不同定量的 区，在不使用更多的纤维素纤维下可使得纸张结构更为强韧。
另外，薄页纸制造者还作出了通过改善产品的美学外观而使消费者对薄 页纸产品更为亲睐的尝试。例如，通常是在薄页纸产品干燥后在薄页纸产品 中形成压花花纹。在外观设计专利US239,137(1976年3月9日授权予 Appleman)中阐明了由Procter and Gamble公司销售的出现在纤维素毛巾纸产 品中的一种压花图案。压花还阐明于US3,556,907(1971年1月19日授 权予Nystrand)；US3,867,225(1975年2月18日授权予Nystrand)；以及 US3,414,459(1968年12月3日授权予Wells)中。
然而，压花方法通常以牺牲该结构的其它性能为代价而赋予该纸张结构 以特定的美学外观。特别是，对干燥的纸幅进行压花将破坏纤维素结构中纤 维之间的键。由于这些键是在对初期纤维浆液进行干燥时形成和固定的，因 此压花将发生这种破坏作用。在对纸张结构进行干燥后，通过压花而使与纸 张结构平面垂直的纤维的移动将破坏纤维与纤维间的键。对这些键的破坏将 导致干燥纸幅的抗张强度下降。此外，压花通常是在取自烘缸的干燥纸幅起 皱后进行。在起皱后进行压花会破坏赋予纸幅的起皱图案。例如，通过对起 皱图案的压实或展开，压花可在纸幅的某些部位消除起皱图案。因为起皱图 案改善了干燥纸幅的柔软性和柔韧性，因此这样的结果是不希望的。
此外，对纸张结构进行干压花起着沿压花区的周边对纸张结构进行展开 或拉伸的作用。因此，相对于纸幅的未压花部分而言，沿压花区周边的纸张 结构将具有减小的厚度。
用于造纸的毛毯也是熟知的。US3,537,954(授权予Justus)披露了 用毛毯赋予纸幅以起皱图案，所述的毛毯具有沿毛毯的外表面在机器横向穿 越的纱。US4,309,246(授权予Hulit等人)披露了在毛毯和压印织物之间 对纸幅进行压榨。US4,144,124(授权予Turunen等人)披露了带一对无 端织物的双网成形器的造纸机，所述织物可以是毛毯。其中一条无端织物将 纸幅带至压榨区。压榨区可包括将纸幅带至压榨区的无端织物、另一条无端 织物以及使纸幅构图用的网。美国专利申请流水号08/170140，题目为 “Method of Pressing and Molding a Paper sheet”，Ampulski等人于1993年12 月20日申请，披露了使用脱水毛毯对纸幅进行模压和脱水的方法。
US4,446,187(授权予Eklund)披露了可用作成形网、压榨部合成网 套和干燥部合成网的多孔毛毯，包括用作压榨毛毯和干燥毛毯的纸页成套设 备。该纸页成套设备包括案板和结合在一起的加强结构。案板可由塑料制 成，并加工通孔。Eklund指出，为了提供平均的压力分布并避免成品纸的粗 糙表面结构，生产具有尽可能平坦表面的毛毯织物是所希望的。Eklund指 出，通过匹配案板中孔的直径和位置，能获得具有非常平均压力分布的脱水 毛毯。
US4,740,409(授权予Lefkowitz)披露了具有平行纵向纱和围绕纵向 纱连接的横向聚合物材料的无纺织物。横向聚合物材料含有有一定间隔的穿 过织物的小孔。
PCT公布号WO92/17643(1992年10月15日以Buchanan等人的名义出 版，并转让给SCAPA集团)披露了一种用于生产造纸织物的基础织物。该基 础织物包括呈网状的、叠合的热塑性材料层。Buchanan指出，该基础织物 可埋在标志毛毯中。
PCT公布号WO91/14558(1991年10月3日以Sayers等人的名义出版， 并转让给SCAPA集团)披露了通过对辐射可固化的聚合材料进行固化而制造 用于造纸的带孔聚合树脂材料的方法。Sayers等人指出，该带孔结构可与纺 织絮垫结合形成造纸脱水毛毯。US4,514,345(1985年4月30日授权予 Johnson等人)指出了一种带光敏树脂的多孔部件的制备方法。
US专利申请流水号07/718,452，题目为“Tissue Paper Having Large Scales，Aesthetically Dispersible Patterns and Apparatus for Making Same”， 1991年6月19日以Rasch等人的名义申请，披露了至少有三个肉眼可识别的 区的单层纸张结构。Rasch等人指出，通过光学强度性质如起皱频率、高度 或不透明度，这三个区是用肉眼可区分的。Rasch等人指出，通过增加区的 密度可增加不透明度。Rasch等人还指出，通过相邻流送元素末端高度的不 同，可将相邻区之间的高度差赋予纸张结构。尽管Rasch等人的结构提供了 优于压花纸张结构的改进，但是仍需提供优于Rasch等人所述的纸张结构、 具有改善的肉眼可识别图案的薄页纸产品。因此，在造纸领域中的人们一直 在探索各种途径，以便在不损害纸幅所希望的性能下制备出具有极易识别的 美学图案的纸张结构。
因此，本发明的一个目的是提供一种具有肉眼可识别的图案的纸张结 构，无需对干燥的纸幅进行压花。
本发明的另一个目的是，在不破坏所希望的纸幅性能(如抗张强度和纸页 柔韧性)下，提供一种具有肉眼可识别的图案的纸张结构。
本发明的另一个目的是提供具有增加的松厚度的纸张结构。
本发明的另一个目的是，提供具有与排列成不同高度的第一和第二区连 接的过渡区的纸张结构，其中，过渡区的厚度大于第二区的厚度，并大于或 等于第一区的厚度。
本发明的另一个目的是，提供具有排列成不同高度的第一区和第二区的 纸张结构，其中，第一区和第二区通过如起皱而按透视法缩小。
本发明的另一个目的是提供制备这种纸张结构的装置和方法。
本发明的另一个目的是，提供包含脱水毛毯层和纸幅构图层的纸幅构图 装置，所述构图层包含渗入毛毯层的光敏树脂。
本发明的另一个目的是，提供一种将光敏树脂的纸幅构图层铸塑在脱水 毛毯层上的方法。
本发明涉及用于制备造纸纤维纸幅的装置。该装置可包括纸幅支承装置 并包括具有第一高度的面对纸幅的第一表面和反面的第二毛毯表面的脱水 毛毯层，和与脱水毛毯层的面对纸幅的第一表面连接的纸幅构图层。该纸幅 构图层从第一毛毯表面伸出并具有不同于第一高度的第二高度的接触纸幅 的顶表面。
接触纸幅的顶表面可是连续的或不连续的，并具有占该装置投影面积约 5-75％的投影表面积。第一高度和第二高度间的差至少为约0.05毫米，优选 在约0.1-2.0毫米之间。纸幅构图层可包含在脱水毛毯层上固化以渗入面对纸 幅的第一表面的光敏树脂。纸幅构图层可沿小于脱水毛毯层的整个厚度进行 贯穿。
在一个实施方案中，纸幅构图层具有其中带许多不连续开口的、连续的 网状接触纸幅的顶层。该连续的网状接触纸幅的顶层可具有该装置投影面积 的约20-60％的投影面积，和每平方英寸该装置的投影面积小于约700个不连 续的开口，优选每平方英寸该装置的投影面积有约70-700个不连续的开口。 这样的纸幅构图层适于形成具有连续的、相对高密度的网状区和在整个网状 区分散的、许多相对低密度的穹面的纸幅结构。
在另一实施方案中，在规定的负载下，第一毛毯表面可相对于纸幅构图 层的接触纸幅的顶表面挠曲，从而减少并优选基本消除第一和第二高度之间 的差。纸幅构图层的纸幅接触表面的投影面积为该装置投影面积的约5- 20％，更优选为约5-14％。纸幅构图层与许多第一毛毯表面的圆形部分内切， 每个内切的圆形部分的投影面积至少为约10平方毫米，更优选至少为约20 平方毫米，最优选至少为约100平方毫米。具有这样的脱水毛毯层和纸幅构 图层的纸幅支承装置适于制备这样的纸张结构，该结构具有与以不同高度排 列的第一和第二区连接的过渡区，其中，过渡区的厚度大于第二区的厚度， 且大于或等于第一区的厚度。这样的纸幅支承装置也适于制备具有以不同高 度按透视法缩小的区的、大量肉眼可识别的图案的纸张结构。
本发明还包括这样的纸张结构，该结构具有与以不同高度排列的第一和 第二区连接的过渡区，其中，过渡区的厚度大于第二区的厚度，且大于或等 于第一区的厚度。第一区和第二区可如通过起皱而按透视法缩小，并且，第 一和第二按透视法缩小的区之间的高度差至少为约0.05毫米。在本发明的一 个实施方案中，可变频率的起皱区至少沿构图的第二区的边界部分伸出并在 第一区中结束，由此增加了第二区的肉眼可识别能力。
本发明还包含纸张结构的制备方法，该方法包括如下步骤：
提供通常是未压实的(通常是单层的)造纸纤维的湿纸幅；
在第一挠曲步骤中，使浓度为约8-30％的纸幅发生挠曲，从而提供具有 第一高度的第一区和具有第二高度(不同于第一高度)的第二区的非单平面纸 幅；
在第二挠曲步骤中，将第一区相对于第二区挠曲以减少在约20-80％纸 幅浓度时第二挠曲步骤中第一纸幅区和第二纸幅区之间的高度差；
压实约20-80％浓度的第一纸幅区的至少一部分，以提供压实的第一纸 幅区；
压实约20-80％浓度的第二纸幅区的至少一部分，以提供压实的第二纸 幅区；
至少恢复第一纸幅区和第二纸幅区之间的一些高度差，从而提供以第一 高度排列的、压实的第一纸幅区和以第二高度(不同于第一高度)排列的、压 实的第二纸幅区。
本发明还包括具有脱水毛毯层和纸幅构图层的纸幅支承装置的成形方 法。该方法包括如下步骤：
提供具有第一表面和反面的第二表面的脱水毛毯；
提供液体的光敏树脂；
提供光化辐射源；
将液体光敏树脂施加至脱水毛毯的第一表面上；
将脱水毛毯第一表面上的至少一些液体光敏树脂暴露至光化辐射中；
固化至少一些光敏树脂，从而提供具有预定图案并从脱水毛毯的第一表 面伸出的树脂层；
从毛毯上除去未固化的液体树脂。
尽管说明书以特别指出的和清楚地限定本发明的权利要求来结束，但 是，根据结合相应附图的下述说明可更好地理解本发明；在附图中，相同的元 素用相同的参考号数来表示。
图1示出了造纸用装置的平面图，该装置包括脱水毛毯层和连接脱水毛 毯层并具有连续的网状的纸幅接触顶层的纸幅构图层。
图2是图1装置的横截面图，该图示出了具有面对纸幅的第一毛毯表面 和反面的第二毛毯表面的脱水毛毯层，并示出了渗入第一毛毯表面以贯穿小 于脱水毛毯层整个厚度的纸幅构图层，该纸幅构图层从第一毛毯表面伸出， 从而形成不同于第一高度的第二高度的纸幅接触顶层。
图3示出了造纸用装置的另一实施方案的平面图，该装置包括具有面对 纸幅的第一毛毯表面的脱水毛毯层和渗入第一毛毯表面的纸幅构图层，该纸 幅构图层从第一毛毯表面伸出并具有不连续的纸幅接触顶表面。
图4是造纸用装置的实施方案的照相平面图，该装置包括具有面对纸幅 的第一毛毯表面的脱水毛毯层和渗入第一毛毯表面的纸幅构图层，该纸幅构 图层具有许多不连续的纸幅构图元素。
图5是本发明纸张结构的横截面图，该纸张结构具有与以不同高度排列 的第一和第二区连接的过渡区，其中，过渡区的厚度大于第二区的厚度，且 大于或等于第一区的厚度。
图6A是本发明纸张结构横截面的显微照片。
图6B是显示高度参考线的6A的显微照片。
图7是本发明纸张结构的照相平面图。
图8是相对于图7放大的本发明纸张结构的照相平面图，并显示了可变 的起皱频率区。
图9是本发明纸张结构制备方法的示意图。
图10是支承在纸幅支承装置上的被挠曲的、非单平面的、通常是未压 实的纸幅的图示，该装置包括毛毯层和纸幅构图层，以提供第一高度的通常 是未压实的第一纸幅区和第二高度(不同于第一高度)的、通常是未压实的第 二纸幅区。
图11是通过将纸幅支承装置的第一毛毯表面相对于纸幅构图层的纸幅 接触表面挠曲，而将纸幅相对于烘缸表面进行压榨的图示。
图12是制备纸幅支承装置的机器，所述装置具有毛毯脱水层和由光敏 树脂形成的纸幅构图层。
图13是纸幅支承装置的平面图，其中，纸幅构图层包括有网格和许多 不连续的分布在网格的开口内的纸幅构图元素
图14是用图13的装置制备的纸张结构的平面图。
图1-4和13阐明了包含脱水毛毯层220和纸幅构图层250的纸幅支承 装置200的实施方案。图5-8和14阐明了本发明的纸张结构20，该纸张结 构具有与以不同高度排列的第一和第二区连接的过渡区，其中，过渡区的厚 度大于第二区的厚度，且大于或等于第一区的厚度。图9-11阐明了如在图4 中示出的、制备纸张结构20用的装置200的使用方法。图12是纸幅支承装 置200制备方法的流程图，所述装置具有在脱水毛毯层220上固化的、并由 光敏树脂组成的纸幅构图层250。
纸幅支承装置
图1-4示出了纸幅支承装置200不同的实施方案，它们可包含对纸幅进 行干燥并赋予图案的连续的干燥带(图9)。该纸幅支承装置200有面对纸幅的 第一表面202和反面的第二表面204。在图1、3和4中，用面对纸幅的第 一表面202对着观看者来观察纸幅支承装置200。
纸幅支承装置200包含具有以第一高度231排列的面对纸幅的第一毛毯 表面230和反面的第二毛毯表面232的脱水毛毯层220。该纸幅支承装置200 还包括与面对纸幅的第一表面230连接的纸幅构图层250。如图2所示，纸 幅构图层250从第一毛毯表面230伸出，从而具有不同于第一高度231的第 二高度261的纸幅接触顶层260。第一高度231和第二高度261之间的差262 至少为约0.05毫米，优选在约0.1毫米和约2.0毫米之间。
脱水毛毯层220是水可渗透的，并能接收和包含从湿的造纸纤维纸幅中 压榨出的水。纸幅构图层250是水不可渗透的、且不能接收或包含从湿的造 纸纤维纸幅中压榨出的水。如图1所示，纸幅构图层250可是连续的，或如 图3和4所示是不连续的。
纸幅构图层250优选包含光敏树脂，所述树脂可以液体形式沉积在第一 表面230上，然后通过辐射而固化，结果是，纸幅构图层250的一部分发生 渗透，并因此牢固地结合至第一毛毯表面230上。纸幅构图层250优选不贯 穿毛毯层220的整个厚度，而是贯穿小于约毛毯层220一半的厚度，以便维 持纸幅支承装置200的柔韧性和压缩性，特别是毛毯层220的柔韧性和压缩 性。通过一种方法或多种不同方法的组合，如通过改变光化辐射的强度和持 续时间；改变毛毯层220的厚度，可控制固化深度。然后可固化第一毛毯层 230下面的光敏树脂，以致使纸幅构图层250渗入第一毛毯表面但不贯穿毛 毯层的整个厚度。由此，在维持毛毯层220和纸幅支承装置220柔韧性的同 时，纸幅构图层250牢固地结合至毛毯层220上。
合适的脱水毛毯层220包含如通过针刺法而连接至由纺织长丝244形成 的支承结构上的天然或合成纤维的絮垫240。形成絮垫240的合适的材料包 括但不限于天然纤维，如羊毛和合成纤维(如聚酯和尼龙)。构成絮垫240的 纤维的旦数为每9000米丝长约3-20克。
毛毯层220可有成层的结构，并可包含不同类型和尺寸的纤维的混合 物。形成这样的毛毯层220，以促进从纸幅接收的水离开第一毛毯表面230 并朝第二毛毯表面232传递。毛毯层220可具有在邻近第一毛毯表面230处 分布的细小且相对致密的填充纤维。与邻近第二毛毯表面232的毛毯层220 的密度和孔径相比，在邻近第一毛毯表面230处，毛毯层220优选具有相对 较高的密度和相对较小的孔径，结果是进入第一表面230的水被带离第一表 面230。
脱水毛毯层220的厚度是约2-5毫米，定量是约800-2000克/平方米， 平均密度(定量除以厚度)是约0.35-0.45克/立方厘米，透气度在约5-50标准 立方英尺/分(scfm)，其中，以scfm表示的透气度是在横穿毛毯层220厚度的 压差等于约0.5英寸水柱时，每分钟通过一平方英尺面积毛毯层220的空气 的立方英尺数的量度。使用得自Valmet Corp.of Pansio，Finland的Valmet 透气度测量装置(Model Wigo Taifun Type 1000)测量透气度。纸幅支承装置 200的透气度小于或等于毛毯层220的透气度并约等于毛毯层220的透气度 乘以未被纸幅构图层250覆盖的装置200投影面积的百分率。
合适的毛毯层220是由Appleton Mills Company(Appleton，Wisconsin) 制造的Amflex 2压榨毛毯。这种毛毯层220的厚度约为3毫米，定量约为 1400克/平方米，透气度约为30scfm，并具有3股复丝顶、底经纱和4股缆 单丝纬纱织纹的双层支承结构。絮垫240可包含聚酯纤维，在第一表面230 处该聚酯纤维的旦数约为3，在第一表面230下面的絮垫基体中其旦数约在 10-15之间。
优选通过将液体光敏树脂层施加至第一毛毯表面230上，将至少一些液 体光敏树脂暴露至光化辐射源中，将一些树脂进行固化以提供具有预定图案 的固体树脂的纸幅构图层250，并从脱水毛毯层220中除去未固化的树脂， 而制得纸幅构图层250。光敏树脂是在光化辐射、通常是紫外(UV)光下固化 或交联的材料，如聚合物。合适的树脂披露于US4,514,345(1985年4 月30日授权予Johnson等人)中，该专利在此引入作为参考。
当固化时，该树脂应具有不小于约60的肖氏D硬度。通过对在与纸幅 构图层250相同条件下固化的约1英寸×2英寸×0.025英寸、未构图的光 致聚合物树脂试样进行测量而测量该硬度。硬度测量是在85℃进行的，并 且是在肖氏D硬度计测头与树脂开始接触10秒钟后读取的。在固化时具有 这样的硬度的树脂是所希望的，以致使纸幅构图层250有点柔韧和可变形。 对于制备下述纸张结构20而言，纸幅构图层250的柔韧性和变形性是所希 望的。
优选该树脂是耐氧化的，并且在70时的粘度为约5000-15000厘泊， 以促进固化前树脂对毛毯层220的渗透。合适的液体光敏树脂包括由 Hercules Incorporated(Wilmington，Delaware)制备的Merigraph树脂系列， 该树脂包含抗氧剂以提高纸幅构图层250的寿命。
可用图12中简单说明的方法制备纸幅支承装置200。在图12中，提供 具有工作表面1512、呈圆筒状的成形机构1513。该成形机构1513通过未 示出的驱动装置转动。由辊1531提供衬膜1503，并通过辊1532拉紧。在 辊1531和1532中间，衬膜1503被加至成形装置1513的工作表面1512上。 衬膜的作用是保护成形装置1513的工作表面，并促进部分完成的纸幅支承 装置200从成形装置1513上移去。所述衬膜1503可由任何合适的材料制成， 它们包括但不限于聚丙烯，并且其厚度在约0.01-0.1毫米之间。
在图12中，将以连续带的形式示出的毛毯脱水层220通过相对第一毛 毯表面230布置的预涂喷嘴1420传送。喷嘴1420将液体光敏树脂的薄膜 1402挤出至第一毛毯表面230上以均匀地覆盖第一毛毯表面。挤出的薄膜 1402湿润表面230，并且当随后将另外的树脂加至第一表面230上时，有助 于防止在第一毛毯表面230上形成气泡。
然后，将毛毯脱水层220布置成与衬膜1503邻接，以致使衬膜1503插 在毛毯脱水层220和成形装置1513之间，并且毛毯脱水层220的第二毛毯 表面232与衬膜1503邻接。如图12所示，呈连续带形式的毛毯脱水层220 绕转向辊1511、成形装置1513、转向辊1514和1515传送。
在薄膜1402上施加液体光敏树脂涂层1502。可用任何合适的方式将液 体光敏树脂涂层1502施加至第一毛毯表面上。在图12中，通过喷嘴1520 来施加树脂涂层1502。将树脂涂层1502的厚度控制在与第一毛毯表面230 的高度231和纸幅构图层250的纸幅接触顶表面260的高度261之间所希望 的高度差相应的预选值。在图12中，通过机械地控制压辊1541和成形装置 1513之间的间隙来控制树脂涂层1502的厚度。压辊1541连同面罩1504和 面罩导辊1542一起往往会使树脂的表面1502变得平滑和控制其厚度，以及 贯穿毛毯层220的整个厚度分布液体树脂。
面罩1504可由任何能提供不透明和透明部分的材料制成。将透明部分 以与纸幅构图层250所希望的图案相一致的图案进行排列。具有柔性照相底 片性质的材料是合适的。能用任何合适的方法，如照相、印刷、凹版印刷， 或旋转式丝网印刷，将不透明部分加至面罩1504上。面罩1504可以是无端 带，或者可由供给辊给出并由导出辊接纳。如图12所示，面罩1504绕辊1541 和1542传送，并且在辊1541和1542中间面罩1504与树脂1502的表面接 触。
将光敏树脂1502暴露至通过面罩1504的活性波长的光化辐射中，由 此，引发与面罩1504的透明部分对齐的树脂层1502中的树脂1502的部分 固化，从而形成部分固化的树脂层1521。在图12中，通过第一曝光灯1505 而提供具有活性波长的辐射。该活性波长为树脂1502特有的，并能通过任 何合适的照射源(如汞弧灯、脉冲灯、无极灯以及荧光灯)来提供。通过与面 罩1504透明部分对齐的树脂的固化作用而显现出部分固化的树脂，而与面 罩1504不透明部分对齐的未固化的树脂部分1502仍保持液态。
形成装置200的下一个步骤包括，将基本上所有未固化的液体树脂从毛 毯脱水层220中除去。可通过用表面活性剂和水的混合物洗涤毛毯层220而 从毛毯层220中除去未固化的液体树脂。在邻近辊1542处，面罩1504和衬 膜1503与毛毯层220和部分固化的树脂层1521分开。将复合毛毯层220和 部分固化的树脂层1521送至除去树脂的第一真空槽1523，在该处将真空施 加至第二毛毯表面232以除去未固化的树脂。然后，使复合毛毯层220和部 分固化的树脂层1521通过上部洗涤的喷头1524A和下部洗涤的喷头 1524B。喷头1524A、B喷出水和表面活性剂的洗涤混合物，其中，表面活 性剂的体积浓度为约0.01-0.1％。合适的表面活性剂是由Procter and Gamble Company(Cincinnati，Ohio)制造的TOP JOB牌洗涤剂。使用鼓风式喷头， 如喷口直径约0.062英寸的Spray Systems nozzles number SS2506，喷头 1524A、B于约160℃输送洗涤混合物。喷头的输送压力为：上部喷头1524A 约140磅/英寸2，下部喷头1524B约100磅/英寸2。喷头1524A、B和毛 毯层220可相互横向移动，从而避免品质不均匀并能在毛毯层220的横向上 均匀地除去液体树脂。
然后将复合毛毯层220和树脂层1521通过其中将真空施加至第二毛毯 表面232上的真空槽1600，从而除去未固化的液体树脂和洗涤混合物。然 后，使复合毛毯层220和树脂层1521通过水浴1620。在复合毛毯层220和 树脂层1521通过水浴1600时，关闭排列在水浴1600上的后固化灯。在离 开水浴1600后，通过真空槽1626将真空施加至第二毛毯表面232上，从而 从毛毯层220中除去未固化的液体树脂和水。
重复洗涤过程至少约4-6次，直到从毛毯层220中除去所有未固化的液 体树脂为止；所述洗涤过程为：使毛毯层220通过真空槽1523，在喷头 1524A、B处用洗涤混合物洗涤毛毯层，使毛毯层220通过真空槽1600， 使毛毯层220通过含水浴1600，并使毛毯层220通过真空槽1626。通过将 复合毛毯层220和树脂层1521绕辊1514、1415、1511和1513提供的回 路4-6次，可重复该洗涤过程。在每个重复的洗涤过程中，均要关闭固化灯 1505和后固化灯1605。
在从毛毯层220中除去未固化的树脂后，应立即用水洗涤毛毯层220， 以从毛毯层220中除去洗涤混合物。在残余洗涤混合物从毛毯层中除去之 后，用后固化灯1605来完成部分固化树脂层1521的固化。
为从毛毯层220中除去洗涤混合物，首先将复合毛毯层220和树脂层 1521通过真空槽1523，以除去洗涤混合物。然后使复合毛毯层220和树脂 层1521通过喷头1524A、B以及只用水洗涤毛毯层220的第二洗涤喷头 1525，以除去任何过量的洗涤混合物。为完成树脂层1521的固化，将复合 毛毯层220和树脂层1521浸于先排空并再填充只含水的浴1620中。在后固 化灯1605打开时，使复合毛毯层220和树脂层1521通过浴1620。浴1620 中的水能使后固化灯1605的光化辐射传至树脂层1521，与此同时，还能排 除能终止游离基聚合反应的氧。正好在后固化操作之前和在后固化操作之 间，从喷头1524A、B和1525中喷出的水以及浴1620中的水不应包括表 面活性剂，这是因为表面活性剂的存在会阻碍光化辐射通过浴1620并传至 树脂层1521。在从浴1620排出后，将复合毛毯层220和树脂层1521送至 真空槽1526，以从毛毯层220中除去水。
可重复后固化过程1-3次，直到树脂层1521不再发粘为止；所述后固化 过程为：将复合毛毯层220和树脂层1521通过真空槽1523，通过喷头 1524A、B和1525，通过开着后固化灯1605的浴1600，以及通过真空槽 1626。这时，毛毯层220和固化的树脂一起形成了具有由固化树脂形成的纸 幅构图层250的纸幅支承装置。通过将复合毛毯层220和树脂层1521绕辊 1514、1415、1511和1513提供的回路1-3次，可重复该后固化过程，在 该过程中关闭后固化灯1505。
在一个实施方案中，可用连续网的形式来形成面罩1504的透明部分。 这样的面罩可用来提供如图1中所示的纸幅支承装置200；该装置包括有具有 连续网状纸幅接触顶表面260的纸幅构图层250，在构图层中有许多不连续 的开口270。每个不连续的开口270通过纸幅构图层250中形成的通道与第 一毛毯表面230连通。合适的开口270形状包括但不限于圆形、纵向(图1 的MD)伸长的椭圆形、多边形、不规则形，或这些形状的组合。如图1所示， 连续的网状顶表面260的投影表面积可在纸幅支承装置200投影面积的约 5-75％之间，优选在约20-60％之间。
在图1所示的实施方案中，如图1所示，每平方英寸该纸幅支承装置200 的投影面积，连续的网状顶表面260可有小于约700个不连续的开口270， 优选有约70-700个不连续的开口270。在连续的网状顶表面中的每个不连续 的开口270均可有约0.5-3.5毫米的有效自由间距，其中，该有效自由间距等 于开口270的面积除以开口270周长的四分之一。有效自由间距可为高度差 262的约0.6-6.6倍。具有这种开口270图案的装置可用作制备构图纸张结构 的造纸机上的干燥网带或压榨部的合成网套，所述纸张结构具有相应于纸幅 接触表面260的、被压实的、相对高密度区和许多通常是未压实的、在整个 连续网状区分散的穹面，所述穹面相应于表面260中开口270的位置。如 US4,637,859(1987年1月20日授权)中所述，不连续的开口270最好是 双面相互交错的，该专利在此引入作为参考。在图1所示的实施方案中，开 口270是重叠和双面相互交错的，其开口大小和间距这样确定以致使在纵向 和横向开口270的边缘相互能延伸通过，并且平行于纵向或横向画出的任何 线条都将穿过至少一些开口270。
在图3所示的实施方案中，纸幅构图层250有一不连续的纸幅接触顶表 面260。纸幅构图层250包含许多不连续的凸出部分275。该凸出部分275 可有任何合适的形状，它们包括但不限于圆形、椭圆形、多边形、不规则形 和这些形状的组合。该装置200每平方英寸投影面积可有约50-500个凸出部 分275，每个凸出部分275均被第一毛毯表面230包围。如图3所示，顶表 面260的表面积可为装置200投影面积的约20-60％，每个凸出部分275的 最大宽度在约0.6-3.0毫米之间，相邻凸出部分275间的最大间距不大于约 2.0毫米。具有如此排列凸出部分275的装置200可用作制备构图纸张结构 的造纸机上的干燥网带或压榨部的合成网套，所述纸张结构具有相应于每个 凸出部分275的不连续表面260的不连续的压实区。在这种结构中，为相对 高密度区的不连续压实区在整个连续的相对未压实网状区中分散，所述网状 区为相对低密度的网状区。另外，每个不连续的凸出部分275还可包括贯穿 凸出部分275的通道277，该通道与第一毛毯表面230邻接。
在另一实施方案中，纸幅接触顶表面260的投影表面积为纸幅支承装置 200投影面积的约5-20％，更优选为约5-14％。纸幅构图层250与许多第一 毛毯表面230的圆形部分内切，每个内切的圆形部分的投影面积至少约10， 优选约20，并且更优选至少约100平方毫米。
如上所述，具有上述范围投影面积和内切相当大部分第一毛毯表面230 的纸幅接触表面260的纸幅支承装置200可用来制备具有与以不同高度排列 的第一和第二区相连的过渡区的纸张结构20；其中过渡区的厚度大于第二区 的厚度，并大于或等于第一区的厚度。
在图4所示的实施方案中，纸幅构图层250包含许多与毛毯层220相连 的、不连续的纸幅构图元素280。每个不连续的纸幅构图元素280从第一毛 毯表面230伸出，从而有一不连续的纸幅接触顶表面260。至少在某些相邻 元素280间的间距(图4中的DA)至少可为约8毫米，优选至少为第一毛毯表 面230的第一高度231和纸幅接触顶表面260的第二高度261之间差值的10 倍。如果在两个元素之间能画的最短的直线不能横断第三个元素的话，那么 这两个元素280就被认为是相邻的。
参考图4，优选至少一些相邻的纸幅构图元素280可与许多第一毛毯表 面230的圆形部分CA内切；所述圆形部分的投影表面积至少为约10，优选 约20，更优选约100平方毫米。在图4所示的实施方案中，许多不连续的 纸幅构图元素280被第一毛毯表面230包围。许多纸幅构图元素280各自围 起不连续的开口285。每个不连续的封闭的开口285与具有不同于表面260 的高度的表面连通。优选每个封闭的开口285与第一毛毯表面230连通。图 4中示出的某些不连续的纸幅构图元素280包含花形的构图元素。
与由相同的底层毛毯层但用纸幅构图层覆盖其较大百分比的表面的网 带相比，网带装置200是相对柔软的，所述装置200具有带上述投影面积的 纸幅构图层250以及排列成与具有上述面积的第一毛毯表面230的部分内 切。这种柔韧性是使第一毛毯表面230能相对于纸幅构图层250的纸幅接触 顶表面260发生挠曲，以形成如下所述的、具有以不同的高度按透视法缩小 的区的纸张结构的一个因素。
图13示出了纸幅支承装置200的另一实施方案。图13是纸幅支承装置 200的平面图，其中，纸幅构图层250包含网格290和排列在由网格290形 成的许多网眼292的至少一些中的许多不连续的纸幅构图元素280。在图13 的网格290中包含有一定间距的带294，该带与有一定间距的带296相交而 形成网眼292。带294和/或带296可是不间断的，或者可由许多短间距的片 断构成。在图13中，带294是不间断的并通常沿纵向延伸，并且带296是 不间断的并通常沿横向延伸。纸幅构图层250具有纸幅接触顶表面260，所 述表面260包含由带294和296相交而形成的连续的网状纸幅接触顶表面和 由不连续的元素280形成的不连续的纸幅接触顶表面。
纸张结构
从纸幅支承装置200上取下的本发明的纸张结构是具有一层或多层纤维 结构层的单层纸页。尽管不是必须是，但可将本发明的两层或多层纸张结构 在干燥后连接在一起，从而形成多层纸产品。在此所用的“区域”(zone)指 的是纸张结构的连续部分。在此所用的“区”(region)指的是具有相同性能或 特性，如密度、厚度、高度或起皱图案的纸张结构部分。区可包含一个或多 个区域，并可是连续的或不连续的。
参考图5-8，本发明的纸张结构20包含：具有未压花的第一区30、未 压花的第二构图区50以及与第一和第二未压花区30和50相连的第三过渡 区70的薄页纸；其中第一区以第一高度32排列并具有第一厚度31；第二区以 第二高度52排列并具有第二厚度51。过渡区70的厚度为71。厚度71大 于第二厚度51，并且厚度71大于或等于第一厚度31。在图5和6A、B 中所示的实施方案中，厚度71大于厚度31和51。优选厚度71至少为厚度 31和51的1.5倍。
在图5中，第一高度32和第二高度52之间的差标示为62。该差值62 优选至少为约0.05毫米。为了增强第一和第二区30和50的肉眼视差，这样 的高度差是所希望的。参考图6A和6B，使用下述步骤，可测量厚度31、 51和71以及高度差62。
如下所述，通过选择性地对造纸纤维进行挠曲和压实，可形成第一和第 二区30和50。对于具有通常是恒定定量、厚度31和51小于厚度71的纸 幅而言，第一和第二区30和50的特征在于：它们是相对高密度区，而过渡 区70为相对低密度区。
第一和第二区30和50是按透视法缩小的。如下所述，通过用刮刀对纸 幅进行起皱可提供按透视法缩小作用。纸张结构20的按透视法缩小部分的 特点是具有起皱频率的起皱图案。第一区30的起皱图案用参考号数35来表 示，其特征在于：具有通常沿横向延伸的一系列峰和谷。在各图中，纵向和 横向分别用MD和CD表示。第二区50的起皱图案用参考号数55来表示， 其特征在于：具有一系列峰和谷。对于在纵向测量的一给定的线性距离而 言，起皱图案的起皱频率等于纸张结构表面上产生的峰数。
第一和第二区30和50有以不同高度排列的按透视法缩小的部分，因此 至少部分起皱图案35以不同于起皱图案55的排列高度的高度进行排列。至 少部分构图的第二区50可与未起皱区域或具有起皱频率不同于第二区50的 起皱频率的区域邻接。在图5中，将第二区50和第一区30连接的过渡区70 可以是未起皱的，或其起皱频率不同于第二区50的起皱频率。
参考图7和8，至少部分构图的第二区50可邻接不同频率的起皱区。 相对于起皱图案35和55至少之一的起皱频率，不同频率起皱区具有降低的 起皱频率。在图7和8中，不同频率起皱区是肉眼可观察的，如在横向延伸 的皱纹92。不同频率起皱区的皱纹92从第二区50的边缘部分伸出，并在 第一区30结束。起皱图案35和55的起皱频率至少为皱纹92起皱频率的约 1.5倍。
皱纹92和过渡区70与一部分第二区50邻接，由此有助于用肉眼判断 第二区50与第一区30的偏离。
参考图7和8，第二区50可包含许多不连续的区域54(在图8中示出 了单个不连续的区域54)，其中，每个不连续的区域54与纸幅构图元素280 相对应，如图4所示。第一区30可包含连续的网，以及许多被第一区30包 围的不连续的区域54。每个不连续的区域54通过过渡区70与第一区30相 连，该区的不连续部分可包围不连续的区域54。
相邻的不连续区域54可与许多第一区30的圆形区域C内切。图7中 示出了一个内切的区域C。某些内切的圆形区域C的投影面积至少约10， 优选约20，更优选至少约100平方毫米。在第二区50的至少某些相邻的不 连续区域54之间的间距D至少约为8毫米，优选至少约为第一高度32和第 二高度52间差值62的10倍。
参考图7和8，许多不连续的区域54可包围一个或多个与纸幅构图 元素280中的开口285相对应的不连续的区域130。每个不连续的、封闭的 区域130可具有不同于第二区50的第二高度51的高度131。如图5和8所 示，每个封闭的区域130可具有起皱图案135。
图14阐明了本发明纸张结构20的另一实施方案。如图14所示，第 二区50可包含限定网眼1052的网格1050和许多不连续的区域54。不连续 的区域54可排列在网格1050的至少一些网眼1052中。
在图14中示出的网格1050包含有一定间距的带1054，该带与有一定 间距的带1056相交而形成网眼1052。带1054和/或带1056可是不间断的， 或者可由许多短间距的片断构成。在图14中，带1054和1056是不间断的。 带1054通常沿纵向延伸，带1056通常沿横向延伸。由此，横断的、不间断 的带1054和1056构成连续的网格1050。
本发明纸张结构20的定量优选在约7磅/3000平方英尺(约11克/平方米) 和约35磅/3000平方英尺(57克/平方米)之间，对于提供适于用作浴巾纸和搽 面纸产品的纸张结构20而言，该定量范围是所希望的。通过在73°F和50％ 相对湿度的条件下切取纸张结构20的八个单层试样，并取每个试样的大小 为4×4英寸2(0.0103平方米)而测量纸张结构20的定量。将八个4×4英 寸2的试样依次叠置并精确至0.0001克进行称重。八个试样的定量(克/平方 米)为八个试样的以克数表示的总重量除以0.0103平方米的试样面积。将该 八个试样的总定量除以8而得到纸张结构20的定量。
造纸方法的说明
本发明的纸张结构20可用图9-11中示出的造纸装置来制备。参考图9， 通过将来自网前箱500的造纸纤维悬浮液沉积在带孔的、液体可渗透的成形 元件如成形网带542上，然后形成由成形网带542支承的造纸纤维的胚纸543 而开始本发明纸张结构20的制备方法。成形网带542可包含连续的长网， 或可以是任何现有技术中已知的各种双网成形器。
可以预料，所有种类的木浆通常将包含本发明中使用的造纸纤维。然 而，其它纤维素纤维的纸浆，如棉短绒、甘蔗渣、人造纤维等均可使用而没 有任何限制。可用于本发明的木浆包括化学浆(如硫酸盐浆和亚硫酸盐浆)， 以及机械浆(如磨木浆、热磨机械浆和化学热磨机械浆(CTMP))。由针叶树和 阔叶树得到的纸浆均可使用。
可使用硬木浆和软木浆以及两种浆的混合物。在此所用的术语硬木浆指 的是由阔叶树(被子植物)的木材得到的纤维浆，而软木浆是由针叶树(裸子植 物)的木材得到的纤维浆。具有平均纤维长度约1.00毫米如桉树属的硬木浆 特别适合于下面所述的柔软度十分重要的薄页纸，而具有平均纤维长度约2.5 毫米的北方软木硫酸盐浆优选用在需要强度的场合。另外，从废纸得到的纤 维也可用于本发明，废纸可含有上述种类的任意一种或所有种类，以及其它 非纤维素材料(如用来促进原纸制备的填料和粘结剂)。
纸张配料可含有助剂，它们包括但不限于纤维粘结材料，如湿强度粘结 材料、干强度粘结材料和化学柔软组合物。合适的湿强度粘结剂包括，但不 限于如由Hercules Inc.，(Wilmington，Delaware)以商品名Kymene557H 出售的聚酰胺-表氯醇树脂类。合适的暂时湿强度粘结剂包括但不限于改性淀 粉粘结剂，如由National Starch Chemical Corporation(New York)出售的 National Starch 78-0080。合适的干强度粘结剂包括，如羧甲基纤维素这样的 材料和如ACCO711的阳离子聚合物。ACCO类的干强度材料可得自 American Cyanamid Company(Wayne，New Jersey)。合适的化学柔软组合物 披露于US5,279,767(1994年1月18日授权予Phan等人)中。合适的可 生物降解的化学柔软组合物披露于US5,312,522(1994年5月17日授权 予Phan等人)中。
尽管可用除水以外的液体分散体，但优选由造纸纤维的水分散体来制备 胚纸543。分散在承载液体中的纤维的浓度为约0.1-0.3％。分散体、悬浮液、 纸幅或其它体系的百分浓度等于所考虑的体系中干纤维重量除以体系的总 重量得到的商的100倍。纤维重量总是以绝干纤维为准来表示的。
如图9所示，可用连续的造纸方法形成胚纸543，或可用间歇法如手抄 纸法来形成胚纸543。在将造纸纤维分散体沉积在成形网带542上之后，通 过本领域熟练技术人员熟知的工艺除去部分含水分散介质而形成胚纸543。 胚纸通常可是单平面的。真空箱、成形板、脱水板等等可用来从分散体中脱 水。胚纸543与成形网带542一起绕转向辊502运行，并与纸幅支承装置200 贴近。
制备纸张结构20的下一步骤包括将胚纸543从成形网带542转移至纸 幅支承装置200上，并在纸幅支承装置的第一面202上支承胚纸543。在转 移至纸幅支承装置200处，胚纸的浓度优选至少为8％。胚纸543的领纸步 骤可同时包括部分胚纸543的挠曲步骤。另外，部分胚纸543的挠曲步骤也 可在纸幅领纸步骤之后进行。
通过给胚纸543施加不同的液压，至少可部分提供胚纸543转移至纸幅 支承装置200的步骤和部分胚纸543的挠曲步骤。例如，通过图9中所示的 真空源600(如真空槽或真空辊)，可将胚纸543从成形网542真空转移至纸 幅支承装置200上，在递纸位置的下游，还可提供一个或多个辅助的真空源 620。
参考图9和10，纸幅543的挠曲步骤包括：在第一挠曲步骤对叠加在 第一毛毯表面230上的纸幅543部分进行挠曲以形成具有支承在第一纸幅接 触表面230上的未压实的第一纸幅区547和支承在纸幅接触表面260上的未 压实的第二纸幅区549的非单平面的纸幅545。优选在约8-30％、更优选在 约8-20％的纸幅浓度下进行第一挠曲步骤，以便在纸幅543的纤维处于相对 易移动时发生纸幅的挠曲作用，并且以便挠曲不会导致纤维-纤维键的大量断 裂。真空源600提供的压差可为约10-25英寸汞柱。为说明通过施加不同液 压而使胚纸发生转移和挠曲，在此将US4,529,480(1985年7月16日授 权予Trokhan)引入作为参考。
在胚纸543进行转移和挠曲以形成非单平面纸幅545后，使支承在纸幅 支承装置200上的纸幅545通过在压实表面875和压榨元件的可变形的压缩 表面910之间提供的压区800，如图11所示。压榨元件可包含辊900。以 纸幅545贴近压实表面875，并且纸幅支承装置200的第二表面202贴近可 变形的压缩表面910使纸幅545通过压区800。优选在约20-50％的浓度时 纸幅545进入压区800。
优选压实表面875的特征在于：与可变形的压缩表面910相比，具有相 对高的硬度并且是相对不可压缩的。合适的表面875是钢或铁制加热烘缸880 的表面。该表面875可用从位于压区800上游的喷嘴890喷出的起皱粘结剂 进行涂布，或通过印刷辊(未示出)进行涂布。另外，还可通过任何合适的涂 胶方法，将起皱粘结剂涂至压榨过的纸幅546上。合适的起皱粘结剂披露于 US3,926,716(1975年12月16日授权予Bates)中，该专利在此引入作为 参考。
参考图11，辊900可有内芯902和外层906。辊900的直径可为约1- 3英尺，烘缸880的直径约为12-18英尺。优选将可变形的压缩表面910定 位于由P&J硬度小于约120P&J，并且优选在约30-100P&J之间的材料形成 的层906上。在一个实施方案中，内芯902可由如钢的材料构成，而包含表 面910的外层906可由天然橡胶或其它常用的弹性材料构成。
辊900可构成真空压辊。合适的真空压辊具有钻孔或开槽的表面910， 通过此表面真空施加至纸幅支承装置200的反面202上，以对压区800中的 纸幅进行脱水。所加的真空度在约0-15英寸汞柱，优选在3-12英寸汞柱。
形成纸张结构20的下一个步骤包括：在压缩表面910和压实表面875 之间对纸幅支承装置200和非单平面的纸幅545进行压榨，以提供至少为约 100磅/英寸2、优选至少约200磅/英寸2的平均压区压力。压区压力等于施 加至压区的总力除以压区面积。施加至压区的总力可根据液压计读数结合基 于设备构形的力平衡分析来确定。压区宽度通过在压区900加载白纸页和在 装置200和表面875之间放置复写纸，以便复写纸在白纸上提供压区宽度的 压印来确定。
在压区800中对纸幅支承装置200和纸幅545进行压榨提供了第二挠曲 步骤。第二挠曲步骤包括相对于纸幅接触顶表面260挠曲第一毛毯表面 230。特别是，如图11所示，通过可变形的压缩表面910而使第一纸幅接触 表面230朝压实表面875进行挠曲，由此暂时减小并优选暂时基本消除了部 分第一毛毯表面230和表面260之间的高度差。
将第一纸幅接触表面230相对于第二纸幅接触表面260进行挠曲提供了 未压实的第一纸幅区547相对于未压实的第二纸幅区549的挠曲，由此暂时 减小了第一和第二纸幅区547和549之间的高度差。特别是，第一纸幅区547 部分通过第一毛毯表面230朝压实表面875进行挠曲，由此暂时基本消除了 第一和第二未压实的纸幅区547和549之间的高度差。优选在约20-80％、 更优选在约30-70％的纸幅浓度下进行第二挠曲步骤。
在压区800中对纸幅支承装置200和纸幅545的压榨还提供了纸幅压实 步骤。对纸幅区的压实减小了该纸幅区的厚度。纸幅区压实步骤包括：将部 分通常是未压实的第一纸幅区547对着压实表面875进行压实以形成压实的 第一纸幅区530，和将至少部分来压实的第二纸幅区549对着压实表面875 进行压实以形成压实的第二纸幅区550。特别是，纸幅区547在第一毛毯表 面230和压实表面875之间被压实，而纸幅区549在纸幅构图层250的纸幅 接触顶表面260和压实表面875之间被压实。如图11所示，由于区530和 550两者被压成与烘缸880的压实表面875接合，因此在压实步骤结束时， 压实的第一和第二纸幅区530和550之间的高度差基本为零。
利用纸幅支承装置200和具有希望的特征相结合的压缩表面910，完成 了第二挠曲步骤中第一毛毯表面230和纸幅压印层250的纸幅接触顶表面 260之间的相对挠曲。使这样的相对挠曲能进行的一个特征是纸幅支承装置 200的弯曲挠性。
纸幅支承装置200的弯曲挠性是脱水毛毯层220的柔韧性和通过纸幅构 图层250而赋予装置200的挺度的函数。与被树脂以大百分比覆盖其表面的 结构相比，具有带顶表面260且有如上所述投影面积的纸幅构图层250和排 列成内切大部分毛毯表面230的纸幅支承装置200是相对柔软的。这样的柔 软性使得第一毛毯表面230能相对于表面260进行挠曲。此外，相对于高度 差262是相当大的相邻纸幅构图元素280之间的间距降低了元素280中间毛 毯层220的弯曲挺度，并使元素280中间的毛毯层220能被挠曲，结果是未 压实的第一纸幅区547能压成与压实表面875接合。
影响表面230和260进行相对挠曲的另一个因素是纸幅构图层250的硬 度。当固化时是低硬度的树脂在压区800中将受到一定程度的压缩，由此减 小了表面260和230之间的高度差。通过降低压缩表面910的硬度，还可增 强表面230和260的相对挠曲。相对低硬度的压缩表面910能与第二毛毯表 面232相贴合，由此在纸幅构图元素280中间提供一压缩负载，以便将第一 毛毯表面230和未压实的第一纸幅区547对着实表面875进行压榨。
使表面230和260进行相对挠曲的再一个因素是纸幅构图层250渗入毛 毯层220的程度。为增强表面230和260的相对挠曲，通常纸幅构图层250 贯穿小于毛毯层220约一半厚度是所希望的。
如图11所示，将未压实的第一和第二纸幅区547和549压实以形成压 实的纸幅区530和550的步骤优选还包括：将至少部分压实的第一和第二纸 幅区530和550粘结至压实表面875上的粘结步骤。借助通过喷嘴890施加 至表面875上的起皱粘结剂，可将压实的纸幅区530和550粘结至表面875 上。压实步骤后，在加热的表面875上，将纸幅干燥至大于约85％的浓度。
形成纸张结构20的最后步骤包括：至少恢复一些在第二挠曲步骤中丧 失的纸幅区547和549之间的高度差。本恢复步骤提供了第一高度32的第 一区30(相应于压实的第一纸幅区530)和第二高度52的第二区50(相应于压 实的第二纸幅区550)。
恢复一些在第二挠曲步骤中丧失的纸幅高度差的恢复步骤优选包括从 压实表面875上剥离纸幅。在优选的实施方案中，恢复一些纸幅高度差的恢 复步骤包括，在从压实表面875上剥离纸幅的同时，使纸幅按透视法缩小。 如图9所示，剥离和按透视法缩小纸幅的步骤最好包括用刮刀1000从表面 875上使纸幅起皱。
在此所用的按透视法缩小指的是纸幅长度的减少，当将能量以纸幅长度 在纵向缩小的方式施加至干纸幅上时将产生这种作用。可用若干方法之一来 完成按透视法缩小。最常用和优选的使纸幅按透视法缩小的方法是起皱。借 助刮刀1000将粘结至压实表面875上的纸幅从其上取下。通常，刮刀的斜 角约为25度，并相对于扬克式烘缸排列以提供约81度的冲击角(impact angle)。
分析方法
厚度和高度的测量
根据纸张结构20的横截面制成的切片，测量纤维结构20试样各区30- 70的厚度和高度。提供约2.54厘米×5.1厘米(1英寸×2英寸)的试样，并 固定在刚性纸板架上。将该纸板架置于硅模具中。将纸样浸于树脂(如由 Hercules，Inc.制造的Merigraph光聚合物)中。
固化该试样以使树脂混合物变硬。从硅模具中取出试样。在将试样浸入 光聚合物中前，对试样标记参考点，以便精确测量制作好切片的位置。在纤 维结构20试样的平面图和各个截面图中，优选使用相同的参考点。
将试样置于由American Optical Company(Buffalo，New York)出售的 860型切片机中并放平。借助切片机从片状试样中除去试样的边缘，直至出 现平滑表面为止。
从试样中取出足够数量的切片，以致使各区30-70可精确再现。对于在 此所述的实施方案而言，从平滑表面取每片约60微米厚的切片。需要多片 切片，以致使可确定厚度31、51和71。
用油和盖板将样片固定在显微镜滑板上。将滑板和试样固定在透光式显 微镜中并以约40倍的放大倍数进行观察。测取切片的显微照片，并将各显 微照片依次排列，以再现切片的断面。如图6A和6B所示，根据再现的断面 可确定厚度和高度。通过识别各区的相对定量以及各区相应的厚度，可确定 各区的密度。为了描述纸张结构的各区的微定量，在此将US5,277, 761(1994年1月11日授权予Phan等人)引入作为参考。
通过使用Hewlett Packard ScanJet IIC彩色平床扫描仪可确定区31-71间 的厚度。Hewlett Packard Scanning软件是DeskScan II版本1.6。扫描仪设 定类型为黑白照片。路径为LaserWriter NT，NTX。亮度和对比度设定为 125。比例为100％。在Macintosh IICi计算机上用图象文件格式对文件进行 扫描和保存。用合适的光成象软件包或CAD程序，如PowerDraw版本5.0 打开图象文件。
参考图6B，借助画被区内切的圆可测定每个区的厚度。在该处的区的 厚度为可在该区(在切片试样中)中画的最小圆的直径乘以适当的比例系数。 比例系数为显微照片的放大率乘以扫描图象的放大率。使用任何合适的绘图 软件包，如得自Engineered Software（North Carolina)的PowerDraw，版本 5.0，可绘制圆。
如图6B所示，借助绘制被区50(在切片试样中)内切的最小的圆和借助 绘制两个被区30内切的圆，测量高度差62。第一线L1画成与被区30内切 的两个圆相切。第二线L2画成与第一线L1平行并与被区50内切的圆相切。 第一线和第二线间的距离乘以适当的比例系数即为高度差62。
投影面积的测量
纸幅接触表面260的投影面积是根据下述步骤测量的。首先，用标识器 (Sanford Sharpie)将纸幅接触表面260涂黑以提高对比度。接着，使用Hewlett Packard ScanJet IIc平床扫描仪得到三个纸幅构图装置200的数字图象。扫描 仪的选项设定如下：亮度198，对比度211，黑白照片分辩率100DPI，比例 100％。第三步是，使用合适的图象分析软件系统如得自Bioscan， Incorporated(Edmonds，WA)的Optimas测定包含纸幅接触表面260的纸幅 支承装置200投影面积的百分数。将灰度值在0-62(相应于纸幅接触表面260) 的象素数除以扫描图象中的象素总数的比值乘以100，以确定包含纸幅接触 表面260的纸幅支承装置200投影面积的百分数。
纸幅支承装置高度的测量
使用下述步骤，测量第一毛毯表面的高度231和纸幅接触表面260的高 度261之间的高度差262。将纸幅支承装置支承在水平表面上，纸幅构图层 面朝上。将具有约1.3平方毫米圆接触表面和约3毫米垂直长度的探头安装 在Federal Products Company(Providence，Rhode Island)制造的Federal Products dimensioning gauge(432B-81型放大器改性的、供EMD-4320 W1断 开探头用)上。通过测定提供已知高度差的已知厚度的两片精确垫片间的电压 降，来校正该仪器。在稍低于第一毛毯表面230的高度处将仪器调零，以保 证探头的自由移动。将探头放在所考虑高度以上并放低以进行测量。在测量 位置，探头的压力约为0.24克/平方毫米。在每个高度处至少进行三次测量。 将各个高度231和261的平均测量值之差作为高度差62。
P&J硬度的测量
使用Dominion Engineering Works LTD(Lachine，Quebec，Ontario)制 造的2000型P&J塑性计，测量辊900的表面硬度。硬度试验压头的轴有3.17 毫米的球。在三个不同的位置测取硬度：一处是在辊的中间，一处是离辊一端 6英寸处，一处是离辊另一端6英寸处。P&J硬度是这三个读数的平均值。 这些读数是在将辊控制在21℃按照塑性计制造者提供的方法读取的。
实施例
提供下述实施例来说明本发明的造纸过程。
实施例1
使用常规的碎浆机，制备3％重量的北方软木硫酸盐(NSK)纤维的含水 浆。轻柔地(不加载)精磨该NSK浆液并以干纤维重量0.02％的速率，将2％ 的暂时湿强度树脂液，即由National Starch and Chemical Corporation of New-York(New York)出售的National Starch 78-0080加至NSK浆管中。在混 合浆泵中，将NSK浆稀释至约0.2％的浓度。第二步是，使用常规的碎浆机， 制备3％重量的桉树属纤维的含水浆。在混合浆泵中，将桉树属浆稀释至约 0.2％的浓度。
将三种分别处理过的料液(料液1＝100％NSK，料液2＝100％桉树属浆， 料液3＝100％桉树属浆)单独通过网前箱并沉积在长网上，以形成包含外层为 桉树属层和中间层为NSK层的三层胚纸。通过长网并在挡板和真空箱的帮 助下进行脱水。该长网是在纵向和横向每英寸分别有110和95根丝的5-梭 道、缎纹组织构形。
在纤维浓度约8％的递纸位置，将湿胚纸从长网转移至具有脱水毛毯层 220和光敏树脂纸幅构图层250的纸幅支承装置200上。
脱水毛毯220是由Appleton Mills(Appleton，Wisconsin)制造的Amflex 2 Press Felt。该毛毯220含有聚酯纤维的絮垫。该絮垫的旦数在表面为3， 在基材中为10-15。毛毯层220的定量为1436克/平方米、厚度约3毫米、 透气度约30-40scfm。
如图4所示，纸幅构图层250含有花形的、不连续的纸幅构图元素280。 纸幅构图层250的投影面积约等于纸幅支承装置200投影面积的10％。纸幅 接触顶表面260和第一毛毯表面230之间的高度差262约为0.025英寸(0.633 毫米)。
将胚纸递至纸幅支承装置200上并在第一挠曲步骤中进行挠曲，以形成 通常是未压实的、非单平面的纸幅545。在压差约20英寸汞柱的真空递纸 位置提供了递纸和挠曲作用。进一步的脱水通过真空辅助的脱水来完成，直 至纤维浓度约25％为止。将纸幅545送至压区800。辊900有一硬度约40P&J 的压缩表面。然后，通过将纸幅545和纸幅支承装置200在压力约200磅/ 平方英寸的压缩表面910和扬克式烘缸880之间进行压榨而将纸幅545对着 扬克式烘缸880的压实表面875进行挠曲和压实。使用聚乙烯醇基的起皱粘 结剂将压实的纸幅粘结至扬克式烘缸上。在用刮刀对纸幅进行干起皱之前， 将纤维浓度增加到至少约90％。该刮刀具有约25度的斜角并相对于扬克式 烘缸排列，以提供约81度的冲击角；扬克式烘缸以约800英尺/分(约244米/ 分)的速度运行。干燥纸幅的卷取速度为650英尺/分(200米/分)。
将纸幅变为成三层的单层卫生纸。该单层卫生纸的定量约为18磅/3000 英尺，并含有约0.02％的暂时湿强度树脂。得到的单层薄页纸是柔软、吸水 的，并适于用作卫生纸。
实施例2
使用常规的碎浆机，制备3％重量的北方针叶木硫酸盐(NSK)纤维的含水 浆。轻柔地(不加载)精磨该NSK浆液并以干纤维重量0.02％的速率，将2％ 的永久湿强度树脂液，即由Hercules Incorporated(Wilmington，Delaware) 出售的Kymene557H)加至NSK浆管中，然后在混合浆泵前以干纤维重量 的0.08％的速率将1％的干强度树脂，即由Hercules Incorporated(Wilmington， Delaware)出售的CMC加至NSK浆中。在混合浆泵中，将NSK浆稀释至约 0.2％的浓度。第二步是，使用常规的碎浆机，制备3％重量的桉树属纤维的 含水浆。在混合浆泵中，将桉树属浆稀释至约0.2％的浓度。
将二种处理过的料液(料液1＝100％NSK，料液2＝100％桉树属浆)单独通 过网前箱并沉积在长网上，以形成桉树属层和NSK层。通过长网并在挡板 和真空箱的帮助下进行脱水。该长网是在纵向和横向每英寸分别有110和95 根丝的5-梭道、缎纹组织构形。
在纤维浓度约8％的位置，将湿胚纸从长网转移至具有脱水毛毯层220 和光敏树脂纸幅构图层250的纸幅支承装置200上。
脱水毛毯220是由Appleton Mills(Appleton，Wisconsin)制造的Amflex 2Press Felt。如图4所示，纸幅构图层250含有花形的、不连续的纸幅构图 元素280。纸幅构图层250的投影面积约等于纸幅支承装置200投影面积的 10％。纸幅接触顶表面260和第一毛毯表面230之间的高度差262约为0.025 英寸(0.633毫米)。
将胚纸递至纸幅支承装置200上并在第一挠曲步骤中进行挠曲，以形成 通常是未压实的、非单平面的纸幅545。在压差约20英寸汞柱的真空递纸 位置提供了递纸和挠曲作用。进一步的脱水通过真空辅助的脱水来完成，直 至纤维浓度约25％为止。通过纸幅支承装置200将纸幅545送至压区800。 辊900有一硬度约40P&J的压缩表面。然后，通过将纸幅545和纸幅支承装 置200在压力至少约200磅/平方英寸下在压缩表面910和扬克式烘缸880 之间进行压榨而将纸幅545对着扬克式烘缸880的压实表面875进行挠曲和 压实。使用聚乙烯醇基的起皱粘结剂将压实的纸幅粘结至扬克式烘缸上。在 用刮刀从烘缸880的表面对纸幅进行干起皱之前，将纤维浓度增加到至少约 90％。该刮刀具有约25度的斜角并相对于扬克式烘缸排列，以提供约81度 的冲击角；扬克式烘缸以约800英尺/分(约244米/分)的速度运行。干燥纸幅 的卷取速度为650英尺/分(200米/分)。
将纸幅转变成每层含两层的双层搽面纸。该双层搽面纸的每一层的定量 约为10磅/3000英尺，并含有约0.02％的永久湿强度树脂和约0.08％重量的 干强度树脂。得到的双层薄页纸是柔软、吸水的，并适于用作搽面纸。
本申请是普罗克特和甘保尔公司于1995年6月19日提交的发明名称为 “至少有三个区的纸张结构及制造该结构的装置和方法”的中国专利申请号 是95193844.4的分案申请。