專利名稱：造紙輥面包覆層及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及造紙領域，具體地說涉及一種制造輥面包覆層的方法以及用于造紙機和造紙過程的輥面包覆層。本發(fā)明涉及把表面特征及功能性賦予輥面包覆層。
背景技術：
某些造紙應用在造紙機上使用壓榨壓區(qū)，其中所形成的紙幅接觸兩種不同的表面壓榨織物表面及一個壓榨輥表面。在過去，這種壓榨壓區(qū)包括一對反向旋轉(zhuǎn)的鋼輥或與反向旋轉(zhuǎn)的花崗石輥或其類似物共同操作的鋼輥。
由于輥筒是平滑的，所以在紙制品與此輥筒接觸期間，不會在紙制品的表面形態(tài)中產(chǎn)生圖案或變化。輥筒也可具有某些其他功能，例如促使紙如同在壓光機中一樣平滑。輥筒也可為壓榨輥。就壓榨輥來說，紙幅在壓榨壓區(qū)前與輥筒表面接觸一段距離，壓榨壓區(qū)由兩個輥筒及脫水媒介例如壓榨織物形成。紙幅在離開壓榨壓區(qū)后，還與輥筒表面接觸一段距離。此安排不僅提高了紙的平滑度，而且易于使紙幅順利且均勻地從輥筒表面脫離。如果使之分離所需的力太大，則濕紙幅被過度拉伸而使MD伸長降低，并且濕紙幅會變窄。在極端的狀況下，如果施加的力大于纖維素纖維的纖維與纖維之間的結(jié)合力，則會使紙幅撕裂或斷裂，該纖維素纖維構(gòu)成紙。這造成紙張生產(chǎn)損失并增加成本。
在某些應用中，已發(fā)現(xiàn)用包覆層覆蓋壓榨壓區(qū)的輥筒有利于改善得到的經(jīng)壓榨的紙幅的表面特征。雖然多種橡膠組合物已用于制造輥面包覆層(roll cover)，但聚合材料已非常成功地用于這種輥面包覆層的制造。上述聚合材料可以用織造織物或無紡織物增強，并且可由單層或多層構(gòu)成。
輥面包覆層使用多種材料以多種方法制造而成，材料例如橡膠狀材料或金屬合金。通用的制造輥面包覆層的方法包括將未固化的成片復合物部分“層疊”到輥筒主體上，有時用織物增強。這樣就形成了幾部分輥面包覆物，其通過加熱固化而完成，以形成連續(xù)的包覆層。研磨這種包覆層，并且可進行其他表面修整步驟。另一種用來形成輥面包覆層的方法是將半固態(tài)樹脂螺旋纏繞在輥筒主體上，接著對其進行固化及表面修整。也可將鋼條螺旋纏繞至輥筒基底上，以形成輥面包覆層。
另一種方法是將樹脂-纖維系統(tǒng)澆鑄或塑模到心軸或輥筒主體上而形成復合系統(tǒng)。其他包覆層可由樹脂混合物(即，樹脂“合金”)、金屬與樹脂的混合物、金屬與陶瓷的混合物，及其類似物所形成。輥面包覆層可用熱涂覆技術進行涂覆，例如電弧噴鍍法、粉末化的火焰(powdered flame)噴涂法、高速火焰噴涂法(HVOF)及等離子噴涂法。(參見例如“Beloit Partner”小冊子，p.25(1995)。電弧噴鍍法主要用于以一種或多種金屬來涂覆或“電鍍”表面?？筛淖冸娀婂兊膮?shù)以提供所需的表面性能，例如硬度、多孔性、熱傳導性及結(jié)合強度。粉末化的火焰噴鍍法是等離子噴涂法經(jīng)濟的替代方法，可用于需要大于平均抗腐蝕性及耐磨性的地方。粉末化的火焰噴鍍可用于涂覆剝離涂層(release coating)。等離子涂覆法使用高溫及適度的噴射速度來制造廣泛范圍的涂層。揚克式烘缸(Yankeee Dryer)、纏繞鼓(winder drum)及后部烘缸外殼(after dryer shell)都是此方法極好的應用。基于HVOF法的涂層應用在使用高噴射速度來制造具有獨特性能涂層的方法中。HVOF噴射極致密，這意味著涂覆的涂層可研磨出精細等級的平滑度。已開發(fā)出HVOF制造陶瓷金屬(由陶瓷及金屬制成)涂層的能力，陶瓷金屬涂層結(jié)合了陶瓷的硬度及低孔隙度與金屬的彈性。
在此技術中，氧氣和燃料在HVOF噴射槍內(nèi)混合。氧氣和燃料一旦結(jié)合，就燃燒而產(chǎn)生超音速的燃氣流，其會以最高4830公里/小時的速度傳播且溫度大約為2816℃。用此方法所獲得的表面平滑度的水平高于用任何其他熱噴射類型或金屬制造方法所獲得的。另外，通過噴射多組分粉末可使HVOF涂層呈現(xiàn)出不同的性能。HVOF涂層的結(jié)合強度也是極好的。
由于用于造紙過程中的輥筒極重且非常長，因此它們趨向于在輥筒的中間處下垂。本領域技術人員通過在輥筒的中央?yún)^(qū)域構(gòu)建冠狀物以對此進行補償，此處輥筒的直徑可比規(guī)定的輥簡直徑大到6至8英寸。此外，為了確保負荷橫貫輥筒長度均勻分布，因此將輥筒的末端錐形化。一般來說，在涂覆輥面包覆層后，通常通過研磨及其他表面處理來制造冠狀物及錐形的末端外形。
最好能開發(fā)出一種形成輥面包覆層的方法，該方法可在涂覆輥面包覆層材料期間橫貫輥筒的長度而提供不同的直徑，從而消除或明顯減少涂覆材料后的后處理步驟，例如研磨。
通用的剝離輥包括天然形成的花崗石?；◢徥哂蟹浅：玫募堩搫冸x性能、耐化學腐蝕性、抗刮刀磨損性，并且能在研磨之間運行較長時間。然而，其無法在壓區(qū)負荷高的情況下運行，對溫度敏感，且僅能重新研磨有限的次數(shù)，然后就必須更換整個輥筒。由于花崗石天然形成的缺點及存在重大故障的危險，所以現(xiàn)有的輥面包覆層為含有不同材料的混合物的復合或合金包覆層，該不同材料的混合物組成包覆層。由于該輥面包覆層非均質(zhì)的本性，其可使紙頁以足夠低的力剝離而避免撕裂紙頁。也使用昂貴的陶瓷制品來形成優(yōu)良的剝離輥面包覆層。這種混合物及涂覆方法假定了材料分散的相當均勻。然而這是無法預料的，并且相同混合物的兩個輥面包覆層絕不會因此而“完全地”相似。
這些包覆層中的大多數(shù)具有滿足所需性能的有效(即，功能性)表面，所需性能例如改善紙頁剝離性能。例如，參見美國專利6,136,157。對造紙工來說，紙頁剝離性能是一種相當重要的性能，因為濕紙幅在離開壓榨壓區(qū)后，傾向于跟隨最平滑或最濕的表面，通常為輥面包覆層表面。當紙幅離開壓區(qū)時，濕紙幅將跟隨輥面包覆層一段距離，該距離與輥面包覆層的部分周長相等。由于相鄰的下游位置以較高速度運行，所以紙幅會從輥筒表面完全剝離。當速度提高時，剝離紙幅所需的力變得更為重要。
當輥面包覆層必須提供所需性能，例如紙頁剝離性能時，重要的是需均勻涂覆。應該理解的是，至少在一些上述技術中，涂覆并不均勻，以至于必須進行修整步驟，例如表面研磨。
在壓榨壓區(qū)如此安排，以致于所形成的紙幅接觸兩種不同的表面，即壓榨織物表面及一個壓榨輥表面的情況下，可使用輥面包覆層的表面特征向所形成的紙幅壓花。也就是說，可在輥面包覆層上形成具有高度、寬度及深度尺寸的圖案，當其在高壓下與所形成的紙幅接觸時，就將圖案賦予紙幅。在壓榨壓區(qū)中，通常在一個或多個輥筒上形成圖案或開口，以輔助水處理。在這點上，可在輥筒的外表面上鉆孔或開槽，以輔助將水導離壓榨壓區(qū)。另外，在壓榨壓區(qū)下游，輥面包覆層已用于紙幅的壓光。
現(xiàn)有技術描述了在表面上形成圖案的方法。例如，美國專利4,312,009描述了一種將墨滴噴射到媒介上來印出圖案的裝置。使用有孔的平板在媒介上制成圖案。圖案由平板上孔的排列來決定。
美國專利4,383,495描述了一種用于涂覆基片表面的裝置。將指狀物插入基片的孔洞中，并將油墨涂覆至基片表面上。在從基片除去指狀物時，油墨滲入基片涂層及其側(cè)壁。
美國專利5,135,515描述了一種通過分層堆積兩種不同材料的液滴而制成的三維物。第一種材料形成三維物。第二種材料則提供支撐，稍后將其除去。
美國專利5,733,608描述了一種用來涂覆基片的系統(tǒng)。基片移動穿過涂覆站，在其中將涂層及傳送層涂覆至基片上。然后除去傳送層，僅留下涂層。
美國專利5,817,374描述了一種通過將粒子沉積到表面上來制造圖案化物品的方法。粒子穿過篩網(wǎng)、掩?；蛳灠娉练e至表面上?？自诤Y網(wǎng)、掩?；蛳灠嬷械呐帕袥Q定了所制成的圖案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對一種制造輥面包覆層的方法，其中將至少一種材料直接涂覆至輥筒主體的表面或涂覆至由基片或底布形成的織物增強體的表面上。在第一實施例中，以單一材料作為流動相涂覆，該流動相通過計算機控制的一個或多個壓電噴射型噴嘴進行輸送。將該材料的均勻涂層涂覆至輥筒主體上，并在通過例如冷卻、固化或其他方式定形該材料時，在輥筒表面上形成平滑耐久的輥面包覆層。通過改變涂覆材料的量可使輥筒主體橫貫其長度具有不同的直徑。在另一個實施例中，將至少兩種流動相的材料涂覆至輥筒表面上。第一材料可為犧牲的、可除去的第一材料，其通過計算機控制的噴嘴或壓電噴嘴(一個或多個)方式以預選圖案涂覆至輥面包覆層的表面上，從而形成模型。在涂覆犧牲材料后，將第二材料例如功能性聚合樹脂涂覆至輥面包覆層表面上沒有填充犧牲樹脂的一個或多個空隙內(nèi)，同樣可通過計算機控制的也可為壓電噴射型噴嘴的裝置或其他適合于此目的的裝置進行涂覆。犧牲材料可為蠟或水溶性材料，或某些在第二材料定形后容易除去的其他材料。在犧牲材料是蠟或水溶性材料的情況下，它們可通過加熱或浸入水中的方式除去。在第三實施例中，材料的涂覆通過計算機控制的一個或多個噴嘴以周期性方式逐層完成，以制成具有所需厚度的所需圖案。在此實施例中，避免了使用犧牲材料。在第四實施例中，正像第二實施例中一樣涂覆兩種或更多種材料，但不是把犧牲材料作為第一材料涂覆，而是涂覆了不同的功能性材料。這樣，輥面包覆層可由兩種或更多種不同的材料形成，每種材料都賦予其不同的性能。例如，可向輥面包覆層提供具有親水或疏水性質(zhì)的特性區(qū)域。
本發(fā)明形成輥面包覆層的原位方法具有優(yōu)于現(xiàn)有技術方法的優(yōu)勢?？蛇x擇性地涂覆多種材料以制成不同材料的離散區(qū)域，這可用于使所需的功能性能局部化?？芍瞥砷_槽的包覆層表面，或可使表面圖案化，以制造壓花的紙巾、面巾或紙張/紙板制品及圖案化的無紡織物。使用本發(fā)明，樹脂可以高分辨率選擇性地定位于三維涂層母體內(nèi)，從而控制其功能性。
具體實施例方式
輥面包覆層可直接在輥筒主體本身上形成，或輥面包覆層可包括基底，其可為任何在本領域中所公知的常規(guī)輥筒基底，包括機織物、無紡織物或針織物，由任何種類的紗線例如單絲紗線、捻合單絲紗線、復絲紗線、捻合復絲紗線或短纖維紗線構(gòu)成。為了方便，在本文的說明中，兩種方法都將使用術語輥面包覆層基底。本發(fā)明的輥面包覆層可通過使用類似于在美國專利5,506,607及5,740,051中所描述的裝置來制造，其名稱分別為“3-D模型制造機”及“3-D模型制造”，上述專利所披露的內(nèi)容以引用方式并入本文。對本發(fā)明來說，該裝置具有(A)支撐裝置，用于在制造輥面包覆層期間支撐輥筒；(B)按需噴滴的壓電噴射裝置或其他適合此目的的裝置，用于將樹脂或其他材料噴射或沉積至輥面包覆層基底上，材料為(1)第一材料，以及在必要時，(2)第二材料；(C)安裝裝置，用來安裝按需噴滴的噴射裝置，以在X、Y及Z坐標系的至少二個方向上相對于輥筒表面同步地移動；以及(D)控制裝置，以控制在X、Y及Z方向上的移動并控制從按需噴滴裝置噴射或沉積第一及第二材料。在所描述的一個實施例中，如果必要時，該裝置還需要(E)用來除去第一材料的裝置，以及選擇性地需要(F)用來固化第二材料的裝置。
本發(fā)明可使用美國專利5,506,607所披露的按需噴滴的壓電噴嘴。當然，如果適合于此目的，也可使用其他沉積材料的裝置，壓電噴射僅為用來闡明實施本發(fā)明的一種方法。
可由熟練技工來選擇是使用一個噴嘴還是使用多個噴嘴。但是優(yōu)選使用多個噴嘴。如果技術允許的話，則實施時可使用多達256個壓電噴嘴或更多的陣列。噴嘴可相對于輥面包覆層或造紙機的橫機器方向以平行或交錯的圖案進行排列。
本發(fā)明的可除去或犧牲樹脂可為任何能粘附至輥面包覆層基底并且在稍后可除去的材料，稍后是指在將第二材料涂覆在圖案中并且定形后。之前在此披露內(nèi)容中提到的兩種材料為蠟及水溶性材料，例如水溶性樹脂。合適的可溶于溶液的材料包括水溶性材料，例如糖類、鹽類、聚乙烯醇、二元醇類及多糖類。溶液也可基于有機溶劑及可溶于其中的材料，例如氯仿或丙酮中的聚碳酸酯。
第二材料在其使用期間保持在輥筒上。第二材料賦予輥面包覆層表面特征，例如具有三維的圖案或溝槽，及/或也可賦予其功能性，例如更好的紙頁剝離性能?？捎米鞯诙牧系牟牧蠟橐訳V輻射固化的感光聚合物，例如由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反應性丙烯酸酯單體及丙烯酸酯低聚物；包括丙烯酸樹脂與聚氨酯的水性膠乳和水性分散物以及微粒填充混合物；填充的膠乳，在彼此共存時反應的兩組分體系，例如環(huán)氧樹脂及聚氨酯；熱熔性材料及水氣固化的熱熔性材料。對成本有效的使用壽命來說，這些材料必須能夠經(jīng)受住輥面包覆層在其操作環(huán)境中所承受的旋轉(zhuǎn)力及/或壓縮力，也必須能夠抵抗任何由滯后(hystersis)、熱、濕氣或化學物質(zhì)引起的降解。
可選擇第二材料以賦予輥面包覆層功能性。例如，可選擇合適的載體樹脂，以攜載填料或其類似物。填料可為云母，當其沉積在輥面包覆層上時，可賦予輥面包覆層所需的疏水度及微粗糙度。在這點上，可參考名稱為“Press Belt and Press Roll Cover for Papermaking”的美國專利6,136,151，其所披露的內(nèi)容以引用方式并入本文，該專利提供了具有這種特征的輥面包覆層?？梢灶A見，可根據(jù)本發(fā)明來制造該類型及其他類型的輥面包覆層。
同樣，還可沉積第三材料。第三材料可涂覆在第一及第二材料尚未涂覆處。第三材料可不包括填料，或包括比第二材料更少量的填料，以提供不同程度的微粗糙性及疏水性。
可使用其他具有包覆層的宏觀上平滑的輥筒作為紙支撐輥筒或織物支撐輥筒，換句話說，用在除了壓榨壓區(qū)的位置上。在這些位置上，紙頁剝離性能不如包覆層的耐用性重要。可選擇能賦予其改善的耐用性的功能性樹脂用于這些種類的輥筒。
通過本發(fā)明所披露內(nèi)容明顯的是，在沒有可除去的第一材料時，可使用單一材料來制造平滑整體性的輥面包覆層，該材料是例如前述的第二材料之一或其組合。這樣，可逐層累積平滑表面的輥面包覆層，優(yōu)選通過沉積具有10μ(10微米)或更大直徑的液滴來累積。通過控制按需噴滴的壓電噴嘴，可在三個平面(x、y及z)上，以受控方式，按所控制的幾何形態(tài)，將相對較大量的材料(或較少量，根據(jù)具體情況而定)涂覆至所需的輥面包覆層區(qū)域。這就允許形成作為部分輥面包覆層的冠狀物，及形成輥面包覆層在沿著輥筒長度的橫機器方向的直徑上的其他變化。使用此技術，消除了涂覆后處理步驟，例如研磨，或可顯著減少涂覆后處理時間。
在第二實施例中，將可除去的第一材料，例如，水溶性材料，以預選圖案沉積至輥面包覆層基底上。材料通過計算機控制的壓電噴嘴進行沉積?？刂茋娮?，使得材料根據(jù)預選的長度、寬度、高度或深度尺寸(x、y及z尺寸或方向)僅沉積至預選的位置上，而形成三維圖案。在第一材料定形后，將第二材料以預選圖案沉積。由于第二材料可以以精確性低于犧牲材料的方式進行涂覆，因此通過計算機控制的噴嘴或通過任何其他適合于此目的的裝置沉積第二材料，例如UV固化的感光聚合物樹脂，其他適合于此目的的裝置例如大量噴嘴(bulk nozzles)、刮刀涂覆或刮除。如果通過噴嘴進行涂覆，也可控制噴嘴，使得材料根據(jù)預選的長度、寬度及深度尺寸僅沉積至預選的位置上，而形成三維圖案。通過控制噴嘴，第二材料僅沉積至沒有第一材料的那些位置上。
在涂覆第二材料后，可進行固化步驟，在第二材料是UV固化的感光聚合物樹脂的情況下，將輥面包覆層暴露于UV輻射。在固化后，通過浸沒、噴涂或其他合適的技術將其暴露于水而發(fā)生作用，從而除去第一材料。然后根據(jù)公知的方法對輥面包覆層進行修整。這種方法能夠制成具有圖案化的三維樹脂層的輥面包覆層。
在此實施例中所描述的各種輥筒可在輥筒表面上呈現(xiàn)出圖案。在壓榨部內(nèi)，具有圖案化排列的包覆層包覆抽吸輥，在該處，孔洞圖案以全程貫穿包覆層的方法鉆成，以允許流體(水及空氣)通過包覆層；盲孔，其中的孔洞看起來像抽吸孔，但是僅部分進入包覆層厚度，盲孔可用來暫時儲存流體；以及溝槽，其中以可重復的圖案在包覆層表面切入環(huán)形通道，溝槽也可增強液體的運送。這些輥也可位于由另一個輥或靴形物形成的壓榨壓區(qū)內(nèi)。輥總是位于壓榨織物內(nèi)，壓榨織物阻止?jié)窦埛苯咏佑|這些輥。否則，會出現(xiàn)有害的紙頁印痕或紙頁的局部破損，從而引起紙張生產(chǎn)損失。
在本發(fā)明的第三實施例中，避免了使用犧牲材料。考慮到這點，將可為聚合樹脂的材料以預定圖案沉積至輥面包覆層基底上。如果使用基底，聚合樹脂材料滲入基底，并在需要時，以預定圖案在基底上形成所需厚度的層。圖案可為連續(xù)的網(wǎng)絡，連續(xù)網(wǎng)絡基本沿貫穿基底表面的二維方向延伸，并且形成離散的開放區(qū)域的陣列，該陣列是對應的貫穿所制包覆層的離散孔洞陣列的最終位置，或位于基底的表面上。離散的開放區(qū)域可形成所需圖案的外形或其他圖像。
或者，材料可以半連續(xù)網(wǎng)絡進行沉積，例如，基本在基底上以大致呈線性的方式延伸的半連續(xù)圖案，從而形成通常平行并且彼此均勻間隔分開的線。線可為直的、彎曲的、鋸齒形的或其他圖形。更通常的是，半連續(xù)網(wǎng)絡包括直線或曲線，或兼具直線部分及曲線部分，它們彼此間隔分開并且彼此不相交。
在這種情況下，材料滲入基底，并在需要時，于其沉積的位置上，在基底的表面上突起至預定高度。這樣，材料最終可完全位于基底的表平面內(nèi)，甚至滲入基底的表平面或位于基底的表平面上。
此外，在第四實施例中，可使用壓電噴嘴在一段時間沉積一種聚合樹脂材料，而在另一段時間則沉積不同的聚合樹脂材料，以制造具有一種以上類型的聚合樹脂材料的微區(qū)表面。如果使用壓電噴嘴陣列，則一些噴嘴可輸送一種材料，而另一些可同步地輸送另一種材料。這樣，輥面包覆層可由兩種(或更多種)可賦予其不同性能(例如親水性區(qū)域及疏水性區(qū)域)的不同材料形成。
另一種表面形態(tài)的輥面包覆層為這樣的包覆輥其表面形態(tài)在造紙過程的某部分將傳給紙幅。這些印花輥的制造成本昂貴。印花輥可提供于造紙機的干燥部或整飾部中。在某些例子中，可在造紙機的成形部中發(fā)現(xiàn)這些輥筒用作水印輥，以賦予紙幅所需的“水印”。這些輥甚至可用于離線或單獨壓光操作中。這些印花輥用于制造藝術紙板、封面紙、賀卡、紙巾及面巾產(chǎn)品。其也可用于制造圖案化的無紡織物，例如尿布襯墊、衛(wèi)生巾襯墊及其類似物。本發(fā)明可用來制造這種輥面包覆層。
如上所述，材料可通過一個或多個壓電噴嘴或通過其他適合于此目的的裝置進行涂覆，各壓電噴嘴都由計算機控制。
為了制成圖案，所以用重復的方式逐層沉積材料，以累積所需的量及/或形狀，優(yōu)選以極小的液滴形式來沉積，其額定直徑優(yōu)選為10μ(10微米)或更大，例如50μ(50微米)或100μ(100微米)。
噴頭在沉積材料時的精確度將根據(jù)所形成結(jié)構(gòu)的尺寸及形狀而定。使用的噴頭類型及涂覆材料的粘度也將影響所選噴頭的精確度。
在本發(fā)明中，使用一個或多個壓電噴嘴將聚合樹脂材料沉積至基片表面所選擇的區(qū)域上或這些區(qū)域內(nèi)，聚合樹脂材料的選擇受下述需求所限制在輸出時，即聚合樹脂材料在壓電噴頭的噴嘴內(nèi)準備沉積時，其粘度應為100cps(100厘泊)或更小，從而使各噴頭能以固定的液滴輸送速度來提供聚合樹脂材料。
在這點上，犧牲材料在輸送點的粘度與噴頭尺寸共同確定了在輥筒(或基底)上所形成液滴的尺寸及形狀，并且最終及時獲得了圖案分辨率。限制聚合樹脂材料的選擇的第二要求為在其作為液滴從壓電噴頭落至輥面包覆層基底期間、或在其落在基底上之后，必須部分定形，以防止聚合樹脂材料流動，并且保持對聚合樹脂材料在x、y、z方向上的控制，以確保其沉積在所需圖案中。滿足這些標準的合適的聚合樹脂材料為1.熱熔性材料及水氣固化的熱熔性材料；2.基于聚氨酯及環(huán)氧樹脂的兩組分反應體系；3.由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反應性丙烯酸酯單體和丙烯酸酯低聚物組成的感光聚合物組合物；以及4.包括丙烯酸樹脂與聚氨酯的水性膠乳和水性分散物以及微粒填充混合物。
如上所述，只要聚合樹脂材料的粘度小于100cps(100厘泊)，壓電噴嘴就能以極小的液滴形式來供應該聚合樹脂材料，該液滴的平均直徑為10μ(10微米)或更大。此外，壓電噴頭陣列可以以高精確度的一次一層或分層堆積的方式沉積聚合樹脂材料，以控制沉積材料的高度或深度(z-方向或尺寸)，因此不必研磨由該樹脂材料所形成的涂層表面，就能達到均勻的厚度(或冠狀物)，并使本領域中的普通技術人員能夠控制涂層的z方向幾何形狀。也即是說，壓電噴嘴能精確沉積聚合樹脂材料，使表面不必研磨就十分平坦，或者作為另一種替代方案，該表面會具有某種預定的三維結(jié)構(gòu)。
注意，圖案可為隨機圖案、重復的隨機圖案，或在包覆層與包覆層之間重復的圖案，以控制質(zhì)量。
雖然本發(fā)明根據(jù)其特定的實施例加以描述，但是對于本領域技術人員來說，可以容易地對上述實施方案進行多種修改和改進，或應用于其他領域，而不偏離本發(fā)明的目的、精神和范圍。所有這些改動均在本發(fā)明權利要求范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種制造輥面包覆層的方法，該輥面包覆層用在制造紙及紙制品用的輥筒上，所述方法包括以下步驟a)提供在其上形成所述輥面包覆層的表面；b)以受控方式將聚合樹脂材料沉積至所述表面上，以控制沉積的所述材料的x、y、z尺寸，從而以液滴的預定圖案制成輥面包覆層；以及c)至少部分定形所述聚合樹脂材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述輥筒具有外圓周表面，以及所述外部表面是在其上沉積所述聚合樹脂材料的表面。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述表面包括基底。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的方法，進一步包括以受控方式將所述聚合樹脂材料沉積至所述表面上，以向所述聚合樹脂材料提供均勻的厚度及平滑的、肉眼可見的單面表面。
5.根據(jù)權利要求1、2或3所述的方法，進一步包括以受控方式將所述聚合樹脂沉積至所述表面上，以向所述聚合樹脂材料提供不均勻的厚度，該厚度在所述輥面包覆層的中央處最厚，并且遠離中央逐漸變薄，從而制成冠狀的輥面包覆層。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在步驟b)中，所述預定圖案包括多個以預定陣列形成的離散位置。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在步驟b)中，所述預定圖案包括連續(xù)網(wǎng)絡，該連續(xù)網(wǎng)絡以預定陣列形成多個離散的開放區(qū)域。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在步驟b)中，所述預定圖案包括半連續(xù)網(wǎng)絡。
9.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，在步驟b)中，所述聚合樹脂材料滲入所述基底。
10.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，在步驟b)中，所述聚合樹脂材料在所述基底上形成所需厚度的均一或隨機圖案層。
11.根據(jù)權利要求1、2或3所述的方法，其中，在步驟b)中，所述聚合樹脂材料通過計算機控制的壓電噴嘴裝置進行沉積。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述壓電噴嘴裝置包括多個以陣列形式排列的壓電噴嘴，各壓電噴嘴分別由計算機控制。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述聚合樹脂材料選自由以下材料組成的組1.熱熔性材料及水氣固化的熱熔性材料；2.基于聚氨酯及環(huán)氧樹脂的兩組分反應體系；3.由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反應性丙烯酸酯單體及丙烯酸酯低聚物組成的感光聚合物組合物；以及4.包括丙烯酸樹脂與聚氨酯的水性膠乳和水性分散物以及微粒填充混合物。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，沉積第一聚合樹脂材料，以及還沉積與所述第一聚合樹脂材料不同的第二聚合樹脂材料。
15.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述聚合樹脂材料以具有單面表面的均勻厚度層進行沉積。
16.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述聚合樹脂材料以具有三維結(jié)構(gòu)表面的不均勻厚度層進行沉積。
17.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括這樣的步驟用大量噴嘴以所述預定圖案將聚合樹脂材料沉積至所述基底結(jié)構(gòu)上，以加速所述輥面包覆層的制造。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述沉積步驟在權利要求1所述的步驟b)之前進行。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述沉積步驟與權利要求1所述的步驟b)同步進行。
20.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述基底選自由單絲紗線、捻合單絲紗線、復絲紗線、捻合復絲紗線及短纖維紗線構(gòu)成的機織物、無紡織物及針織物所組成的組。
21.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直徑。
22.一種制造輥面包覆層的方法，該輥面包覆層用在制造紙及紙制品用的輥筒上，所述方法包括以下步驟a)提供在其上形成所述包覆層的表面；b)以受控方式將犧牲材料沉積至所述表面上，以控制沉積的所述材料的x、y、z尺寸，從而制成液滴的預定圖案；c)將聚合樹脂材料沉積至具有所述犧牲材料的所述表面上，以填充其不具有所述犧牲材料的區(qū)域；d)至少部分定形所述聚合樹脂材料；以及e)從所述表面除去所述犧牲材料。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述輥筒具有外圓周表面，以及所述外部表面為在其上沉積所述聚合樹脂材料的表面。
24.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述表面包括基底。
25.根據(jù)權利要求22、23或24所述的方法，進一步包括以受控方式將所述聚合樹脂材料沉積至所述表面上，以向所述聚合樹脂材料提供均勻的厚度及平滑的、肉眼可見的單面表面。
26.根據(jù)權利要求22、23或24所述的方法，進一步包括以受控方式將所述聚合樹脂沉積至所述表面上，以向所述聚合樹脂材料提供不均勻的厚度，該厚度在所述輥面包覆層的中央處最厚，并且遠離中央逐漸變薄，從而制成冠狀的輥面包覆層。
27.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中，在步驟b)中，所述預定圖案包括多個以預定陣列形成的離散區(qū)域。
28.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中，在步驟b)中，所述預定圖案包括連續(xù)網(wǎng)絡，該連續(xù)網(wǎng)絡以預定陣列形成多個離散的開放區(qū)域。
29.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中，在步驟b)中，所述預定圖案包括半連續(xù)網(wǎng)絡。
30.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，在步驟b)中，所述犧牲材料滲入所述基底。
31.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，在步驟b)中，所述犧牲材料在所述基底結(jié)構(gòu)上形成所需厚度的均一或隨機圖案層。
32.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中在步驟b)中，所述犧牲材料通過計算機控制的壓電噴嘴裝置進行沉積。
33.根據(jù)權利要求32所述的方法，其中所述壓電噴嘴裝置包括多個以陣列形式排列的壓電噴嘴，各壓電噴嘴分別由計算機控制。
34.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中所述犧牲材料為可通過加熱除去的蠟。
35.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述犧牲材料為可用溶劑除去的材料。
36.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中，在步驟c)中，所述聚合樹脂材料在所述表面上形成所需厚度的層。
37.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述聚合樹脂材料選自由以下材料組成的組1.熱熔性材料及水氣固化的熱熔性材料；2.基于聚氨酯及環(huán)氧樹脂的兩組分反應體系；3.由聚氨酯、聚酯、聚醚和硅酮所衍生的反應性丙烯酸酯單體及丙烯酸酯低聚物組成的感光聚合物組合物；以及4.包括丙烯酸樹脂與聚氨酯的水性膠乳和水性分散物以及微粒填充混合物。
38.根據(jù)權利要求34所述的方法，其中所述除去步驟通過加熱來進行。
39.根據(jù)權利要求35所述的方法，其中所述除去步驟通過適當溶劑的作用來進行。
40.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中，在步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過大量噴頭陣列沉積至所述表面上。
41.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中，在步驟c)中，所述聚合樹脂材料用壓電噴頭陣列沉積至所述表面上，通過所述壓電噴頭陣列將所述聚合樹脂材料以平均直徑為10μ(10微米)或更大的液滴進行沉積。
42.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中，在步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過噴涂進行沉積。
43.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中，在步驟c)中，所述聚合樹脂材料通過刮涂或刮除沉積至所述表面上。
44.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中沉積第一聚合樹脂材料，以及還沉積與所述第一聚合樹脂材料不同的第二聚合樹脂材料。
45.根據(jù)權利要求41所述的方法，其中將所述聚合樹脂材料以具有單面表面的均勻厚度層沉積至所述表面上。
46.根據(jù)權利要求41所述的方法，其中將所述聚合樹脂材料以具有三維結(jié)構(gòu)表面的不均勻厚度層沉積至所述表面上。
47.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中所述基底選自由單絲紗線、捻合單絲紗線、復絲紗線、捻合復絲紗線及短纖維紗線構(gòu)成的機織物、無紡織物及針織物所組成的組。
48.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述犧牲材料選自由糖、鹽、聚乙烯醇、二元醇及多糖、有機溶劑及可溶于其中的材料組成的組。
49.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直徑。
50.一種用在制造紙及紙制品用的輥筒上的輥面包覆層，所述輥面包覆層以包括以下步驟的方式制得
50.一種用在制造紙及紙制品用的輥筒上的輥面包覆層，所述輥面包覆層以包括以下步驟的方式制得a)提供在其上形成所述輥面包覆層的表面；b)以受控方式將聚合樹脂材料沉積至所述表面上，以控制沉積的所述材料的x、y、z尺寸，從而制成液滴的預定圖案；以及c)至少部分定形所述聚合樹脂材料。
51.根據(jù)權利要求50所述的輥面包覆層，其中所述表面包括基底。
52.根據(jù)權利要求50所述的輥面包覆層，進一步包括以受控方式將所述聚合樹脂材料沉積至所述表面上，以向所述聚合樹脂材料提供均勻的厚度及平滑的、肉眼可見的單面表面。
53.根據(jù)權利要求50所述的輥面包覆層，進一步包括以受控方式將所述聚合樹脂沉積至所述表面上，以向所述聚合樹脂材料提供不均勻的厚度，該厚度在所述輥面包覆層的中央處最厚，并且遠離中央逐漸變薄，從而制成冠狀的輥面包覆層。
54.根據(jù)權利要求50所述的輥，其中，在步驟b)中，所述聚合樹脂材料通過計算機控制的壓電噴嘴裝置進行沉積。
55.根據(jù)權利要求54所述的輥面包覆層，其中所述壓電噴嘴裝置包括多個以陣列形式排列的壓電噴嘴，各壓電噴嘴分別由計算機控制。
56.根據(jù)權利要求50所述的輥面包覆層，其中所述基底選自由單絲紗線、捻合單絲紗線、復絲紗線、捻合復絲紗線及短纖維紗線構(gòu)成的機織物、無紡織物及針織物所組成的組。
57.根據(jù)權利要求50所述的輥面包覆層，其中沉積第一聚合樹脂材料，以及沉積與所述第一聚合樹脂材料不同的第二聚合樹脂材料。
58.根據(jù)權利要求50所述的輥面包覆層，其中所述液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直徑。
59.一種用在制造紙及紙制品用的輥筒上的輥面包覆層，所述輥面包覆層以包括以下步驟的方式制得a)提供在其上形成所述包覆層的表面；b)以受控方式將犧牲材料沉積至所述表面上，以控制沉積的所述材料的x、y、z尺寸，從而制成液滴的預定圖案；c)將聚合樹脂材料沉積至具有所述犧牲材料的所述表面上，以填充其不具有所述犧牲材料的區(qū)域；d)至少部分定形所述聚合樹脂材料；以及e)從所述表面除去所述犧牲材料。
60.根據(jù)權利要求59所述的輥面包覆層，其中所述表面包括基底。
61.根據(jù)權利要求59所述的輥面包覆層，進一步包括以受控方式將所述聚合樹脂材料沉積至所述表面上，以向所述聚合樹脂材料提供均勻的厚度及平滑的、肉眼可見的單面表面。
62.根據(jù)權利要求59所述的輥面包覆層，進一步包括以受控方式將所述聚合樹脂沉積至所述表面上，以向所述聚合樹脂材料提供不均勻的厚度，該厚度在所述輥面包覆層的中央處最厚，并且遠離中央逐漸變薄，從而制成冠狀的輥面包覆層。
63.根據(jù)權利要求60所述的輥面包覆層，其中，在步驟b)中，所述犧牲材料滲入所述基底。
64.根據(jù)權利要求59所述的輥面包覆層，其中，在步驟b)中，所述犧牲材料在所述基底結(jié)構(gòu)上形成所需厚度的層。
65.根據(jù)權利要求59所述的輥面包覆層，其中，在步驟b)中，所述犧牲材料通過計算機控制的壓電噴嘴裝置進行沉積。
66.根據(jù)權利要求65所述的輥面包覆層，其中所述壓電噴嘴裝置包括多個以陣列形式排列的壓電噴嘴，各壓電噴嘴分別由計算機控制。
67.根據(jù)權利要求59所述的輥面包覆層，其中所述基底選自由單絲紗線、捻合單絲紗線、復絲紗線、捻合復絲紗線及短纖維紗線構(gòu)成的機織物、無紡織物及針織物所組成的組。
68.根據(jù)權利要求59所述的輥面包覆層，其中所述液滴具有10μ(10微米)或更大的平均直徑。
全文摘要
本發(fā)明為一種用來制造輥面包覆層的方法及一種輥面包覆層，其中將至少一種材料涂覆至輥筒表面或基底表面上。在第一實施例中，以單一材料作為流動相進行涂覆。將該材料的均勻涂層涂覆至輥筒上，并在通過例如冷卻、固化或其他方式定形該材料時，在輥筒表面上形成平滑耐久的輥面包覆層。在另一個實施例中，將至少兩種流動相的材料涂覆至輥筒表面上。第一材料可為犧牲的、可除去的第一材料，將其以預選圖案涂覆至輥面包覆層表面上。涂覆犧牲材料后，將例如功能性樹脂的第二材料涂覆至輥面包覆層表面上，該輥面包覆層具有在第二材料定形后除去的犧牲材料。在另一個實施例中，避免使用犧牲材料并且以預定圖案涂覆材料。在第四實施例中，涂覆兩種或更多種不同的材料。
文檔編號D21F3/08GK1732308SQ200380107573
公開日2006年2月8日 申請日期2003年11月13日 優(yōu)先權日2002年12月31日
發(fā)明者法蘭西斯·L·戴凡波特, 毛里斯·帕昆 申請人:阿爾巴尼國際公司