PL171010B1

PL171010B1 - Celulozowa jednowarstwowa struktura wlóknista oraz sposób wytwarzania celulozowej jednowarstwowej struktury wlóknistej PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL171010B1
Application number: PL92301945A
Authority: PL
Inventors: Paul D Trokhan; Dean Van Phan
Original assignee: Procter & Gamble
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1997-02-28
Also published as: SK147993A3; AU667192B2; ATE158357T1; IE922098A1; EP0591435B1; US5277761A; PT101127A; WO1993000475A1; JP3504261B2; US5843279A; CA2111873A1; NO934810L; PT101127B; DE69222308T2; US5443691A; CA2111873C; SG68557A1; CZ290288B6; US5804281A; FI935865A0

Abstract

1 . Celulozowa jednowarstwowa struktura wlóknista skla dajaca sie z co najmniej trzech obszarów rozmieszczonych wedlug uporzadkowanego, powtarzajacego sie wzoru i rózniacych sie miedzy soba co najmniej jednym parametrem intensywnym, znam ienna tym, ze parametry intensywne sa wybrane sposród gramatury, gestosci i przecietnego wymiaru rzutów porów, przy czym gramatura lub gestosc co najmniej jednego z obsza rów (24, 26, 28) rózni sie od gramatury lub gestosci innego obszaru (24, 26, 28) o co najmniej 25 procent 5. Sposób wytwarzania celulozowej jednowarstwowej stru ktury wlóknistej polegajacy na osadzaniu zawiesiny wlókien na prze puszczalnym dla plynów zatrzymujacym wlókna zespole formujacym posiadajacym powierzchnie o zróznicowanych topograficznie obsza rach, a nastepnie suszeniu zawiesiny wlókien, znamienny tym ze zawiesine wlókien osadza sie na zespole formujacym w dwóch obszarach rózniacych sie co najmniej jednym parametrem intensyw nym, wybranym sposród gramatury, gestosci i przecietnego wymiaru rzutów porów, odpowiadajacych obszarom topograficznym zespolu formujacego, a nastepnie dziala sie róznica cisnien na wybrane ob szary zawiesiny wlókien uzyskujac trzy, rózniace sie co najmniej jednym z wymienionych parametrów intensywnych, obszary FIG. 2 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazkujest celulozowajednowarstwowa struktura włóknista oraz sposób wytwarzania celulozowej jednowarstwowej struktury włóknistej.

Celulozowe struktury włókniste, takie jak papier, są bardzo dobrze znane w technice. Często pożądane jest, żeby w tym samym wyrobie z włókien celulozowych były obszary o różnych gramaturach. Dwa obszary tego typu w znanych dotychczas papierach służyły różnym celom. Obszary o wyższej gramaturze nadawały strukturze włóknistej wyższą wytrzymałość na rozciąganie. Natomiast obszary o niższej gramaturze można stosować w celu ekcnomiczniejszego zużycia surowców, zwłaszcza włókien stosowanych w procesie produkcji papieru, oraz do nadawania strukturom włóknistym chłonności. W skrajnej sytuacji obszarami o małej gramaturze mogą być perforacje lub otworki w strukturze włóknistej. Jednakże obszary o małej gramaturze niekoniecznie muszą być perforowane.

Takie własności jak chłonność i wytrzymałość mechaniczna, a także miękkość, stają się istotne z punktu widzenia zastosowań danej struktury włóknistej do określonego celu. Opisane tu struktury włókniste mogą być używane zwłaszcza w chusteczkach higienicznych, papierach toaletowych i ręcznikach papierowych; każdy z tych wyrobów jest obecnie często używany. Warunkiem spełniania przez te wyroby swoich funkcji oraz szerokiej akceptacji przez użytkowników jest wykazywanie przez nie odpowiednich i możliwie maksymalnych, omówionych powyżej własności fizycznych. Wytrzymałość na rozciąganie determinuje możliwość zachowania odpowiedniej zwartości fizycznej struktury włóknistej podczas użytkowania. Chłonność jest tą własnością struktury włóknistej, która umożliwia jej zatr-zymywanie stykających się z nią płynów. Podczas oceny jednego ze wspomnianych powyżej wyrobów użytkowych należy brać pod uwagę zarówno bezwzględną ilość wchłoniętego przez daną strukturę płynu jak i szybkość jego wchłaniania. Ponadto wyroby papierowe tego typu są stosowane w wyrobach chłonnych jednorazowego użytku, takich jak podpaski higieniczne i pieluchy.

Podjęto juz kilka prób w celu opracowania skutecznego i ekonomicznego sposobu wytwarzania papieru o dwóch różnych gramaturach. Jedną z bardzo wczesnych prób tego typu ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 795 719. Przedstawiono w mm przepuszczane pomiędzy dwoma walcami płaskie sito maszyny papierniczej zaopatrzone w sterczące występy. Jedno z usprawnień rozwiązania Motza ujawniono w opisie patentowym

171 010

Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 025 585; przedstawiono w nim taśmę ze stożkowymi występami, zmieniającymi układ osadzanych na nich włókien

W maszynach papierniczych stosowano występy o różnych kształtach, umożliwiające wytwarzanie obszarów o zróżnicowanych gramaturach, a także obszarów o różnych gramaturach i rożnych kształtach. Na przykład, w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 034 180 ujawniono występy w kształcie ostrosłupów, krzyży, etc. W roli sterczących występów można również., wykorzystać węzły sita płaskiego, jak ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 159 530.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 549 742 ujawniono, zamiast otworków, perforowany człon drenażowy z elementami ^^«^i^i^jącymi przepływem, wystającymi nad powierzchnię członu drenażowego na odległość mniejszą od grubości uformowanej na nim struktury włóknistej, przy czym powstała struktura włóknista mogła być później zagęszczona w odpowiednio ciasnej szczelinie chwytowej. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 322 617 ujawniono technikę rozprowadzania koncentracji włókien w obszarach struktury włóknistej umożliwiającą - w zależności od długości włókien - wytwarzanie obszarów wyspowych o bardzo małym przekroju poprzecznym

Wreszcie, znane są próby skonstruowania usprawnionego zespołu perforowanego do wytwarzania takich celulozowych struktur włóknistych; jedną z najważniejszych ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 514 345. W rozwiązaniu tym zastosowano elementy sześciokątne przymocowane do ramy używanej w procesie wsadowego powlekania cieczowego

Natomiast jednym z aktualnych problemów w produkcji papieru przytoczonymi powyżej sposobami jest wytrzymałość takiego papieru na rozciąganie, limitowana wytrzymałością jego obszarów o dużej gramaturze. Rezultatem zwiększenia wytrzymałości obszarów o dużej gramaturze poprzez dodanie do nich większej ilości włókien jest nieekonomiczne zużycie surowców.

Innym problemem w produkcji papieru przytoczonymi powyżej sposobami jest to, ze jego chłonność jest limitowana przez obszary o małej gramaturze. Obszary o małej gramaturze są uważane za obszary o stałej gęstości i grubości, więc ograniczeniem takiego papieru jest jego chłonność z punktu widzenia użytkownika.

Ograniczone parametry papieru produkowanego znanymi sposobami można wytłumaczyć tym, ze - jak ujawniono w przytoczonych powyżej opisach patentowych - podczas całego procesu produkcji papieru są obecne wspomniane występy. Po wylaniu na sito płaskie zawiesiny włókien, z której jest wytwarzany papier o różnych gramaturach, wszystkie następne operacje, takie jak suszenie, etc., odbywają się w takim układzie obszarów o małej i dużej gramaturze, jaki został wytworzony na początku.

Jedna z prób zmiany gęstości papieru produkowanego dotychczasowymi sposobami polega na łączeniu ze sobą dwóch warstw papieru i gofrowaniu typu występ-występ, w wyniku czego powstaje laminat, sposób ten ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 414 459. Co prawda operacja ta zwiększa gęstość w obszarach gofrowanych, natomiast nie ma żadnego wpływu na gramaturę i wymaga zastosowania w produkcji papieru dodatkowego etapu obróbki.

W związku z tym, celem niniejszego wynalazku jest rozwiązanie występujących aktualnie problemów tego typu, a zwłaszcza rozwiązanie takich problemów w odniesieniu do pojedynczej warstwy papieru Celem niniejszego wynalazku jest zwłaszcza opracowanie papieru o zwiększonej wytrzymałości na rozciąganie poprzez wytworzenie bardziej wytrzymałych obszarów o dużej gramaturze, bez konieczności znaczniejszego zwiększania liczby włókien przeznaczonych do wytworzenia takiego obszaru. Celem niniejszego wynalazkujest również wytwarzanie obszarów o małej gramaturze i zwiększonej chłonności, polegające na wytwarzaniu w takich obszarach o małej gramaturze miejsc o wielu gęstościach i/lub wielu przeciętnych wymiarach rzutów porów Następnym celem niniejszego wynalazku jest wytwarzanie wielu gęstości i/lub wielu różnych przeciętnych wymiarów rzutów porów, bez konieczności stosowania specjalnej operacji, na przykład gofrowania Celem mniejszego wynalazku jest również zrealizowanie powyższych

171 010 zadań bez konieczności radykalnej zmiany konstrukcji istniejących maszyn papierniczych i technik produkcji papieru.

Wspomniane powyżej cele można osiągnąć wprowadzając do procesu formowania celulozowych struktur włóknistych według wynalazku operacje polegające na selektywnej obróbce pewnych obszarów tych struktur, przy czym wybrane do obróbki obszary nie pokrywają się z obszarami charakteryzującymi się różnymi gramaturami lub gęstościami W szczególności strukturę włóknistą można poddać wybiórczemu działaniu różnicy ciśnień w obszarach nie pokrywających się z obszarami o różnych gramaturach lub gęstościach. Taka niezgodność może pojawić się jako różnica wymiarów, niedopasowanie wzoru, lub ich kombinacje, pomiędzy obszarami o początkowo uformowanych gramaturach i gęstościach a obszaiami, poddanymi selektywnej obróbce za pomocą różnicy ciśnień.

Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista składająca się z co najmniej trzech obszarów rozmieszczonych według uporządkowanego, powtarzającego się wzoru i różniących się między sobą co najmniej jednym parametrem intensywnym odznacza się według wynalazku tym, ze parametry intensywne są wybrane spośród gramatury, gęstości i przeciętnego wymiaru rzutów porów, przy czym gramatura lub gęstość co najmniej jednego z obszarów różni się od gramatury lub gęstości innego obszaru o co najmniej 25 procent.

Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista składająca się z trzech obszarów zawierająca ciągłą sieć włókien o pierwszej gramaturze i pierwszej gęstości, z rozmieszczonymi według uporządkowanego powtarzającego się wzoru dyskretnymi obszarami, rozrzuconymi po całej ciągłej sieci, charakteryzuje się według wynalazku tym, że zawiera obszary dyskretne rozmieszczone według pierwszego, uporządkowanego, powtarzającego się wzoru mające gramaturę o co najmniej 25 procent mniejszą od pierwszej gramatury obszaru ciągłej sieci lub gęstość o co najmniej 25 procent mniejszą od pierwszej gęstości obszaru ciągłej sieci, i obszary o większej gęstości rozmieszczone według drugiego, uporządkowanego, powtarzającego się wzoru rozrzucone po całej ciągłej sieci, mające gęstość o co najmniej 25 procent większą od pierwszej gęstości obszaru ciągłej sieci, przy czym obszar ciągłej sieci i obszary o większej gęstości mają gramatury o zbliżonych wartościach, oraz obszary o większej gęstości, rozmieszczone według drugiego wzoru, zawierają obszary mające mechanicznie sprasowane włókna

Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista składająca się z czterech obszarów rozmieszczonych według uporządkowanego, powtarzającego się wzoru dwóch, sąsiadujących ze sobą obszarów o stosunkowo dużej gramaturze, każdego o pierwszej gramaturze, w zasadzie równej gramaturze drugiego obszaru, pierwszego obszaru o stosunkowo dużej gramaturze, mającego pierwszą gęstość, i drugiego obszaru o stosunkowo dużej gramaturze, mającego gęstość o co najmniej 25 procent mniejszą od pierwszej gęstości pierwszego obszaru o stosunkowo dużej gramaturze, oraz z dwóch sąsiadujących ze sobą obszarów o stosunkowo małej gramaturze, odznacza się według wynalazku tym, że każdy z obszarów o stosunkowo małej gramaturze ma drugą gramaturę w zasadzie równą gramaturze drugiego obszaru, mniejszą co najmniej o 25 procent od pierwszej gramatury obszarów o stosunkowo dużej gramaturze, przy czym pierwszy obszar o stosunkowo małej gramaturze ma pierwszą gęstość, a drugi obszar o stosunkowo małej gramaturze ma gęstość co najmniej o 25 procent mniejszą od pierwszej gęstości pierwszego obszaru o stosunkowo małej gramaturze.

Korzystnie drugi obszar o stosunkowo dużej gramaturze ma większą grubość od pierwszego obszaru o stosunkowo dużej gramaturze, i drugi obszar o stosunkowo małej gramaturze ma większą grubość od pierwszego obszaru o stosunkowo małe] gramaturze, przy czym pierwszy obszar o stosunkowo dużej gramaturze ma większą grubość od drugiego obszaru o stosunkowo małej gramaturze i pierwszy obszar o stosunkowo dużej gramaturze jest w zasadzie ciągłą siecią.

Sposób wytwarzania celulozowej jednowarstwowej struktury włóknistej polegający na osadzaniu zawiesiny włókien na przepuszczalnym dla płynów, zatrzymującym włókna zespole formującym posiadającym powierzchnię o zróżnicowanych topograficznie obszarach, a następnie suszeniu zawiesiny włókien, odznacza się według wynalazku tym, ze zawiesinę włókien osadza się na zespole formującym w dwóch obszarach różniących się co najmniej jednym

171 010 parametrem intensywnym, wybranym spośród gramatury, gęstości i przeciętego wymiaru rzutów porów, odpowiadających obszarom topograficznym zespołu formującego, następnie działa się różnicą ciśnień na wybrane obszary zawiesiny włókien uzyskując trzy, różniące się co najmniej jednym z wymienionych parametrów intensywnych, obszary.

Korzystnie, działa się różnicą ciśnień na wybrane obszary zawiesiny włókien, nie pokrywające się z dwoma różniącymi się topograficznie obszarami zespołu formującego, i w czasie działania różnicą ciśnień na obszary zawiesiny włókien mechanicznie prasuje się włókna w wybranych obszarach zawiesiny włókien, przy czym w etapie prasowania mechanicznego włókien przenosi się zawiesinę włókien z zespołu formującego na zespół współpracujący przy działaniu różnicą ciśnień, posiadający występy nie pokrywające się z obszarami topograficznymi zespołu formującego; oraz prasuje się zawiesinę włókien pomiędzy występami a sztywną powierzchnią, uzyskując mechaniczne sprasowanie wybranych części zawiesiny włókien.

Korzystnie, osadza się zawiesinę włókien na zespole formującym tak, że na obu różniących się topograficznie obszarach powierzchni zespołu formującego pozostawia się zawiesinę włókien i działa się różnicą ciśnień na wybrane obszary zawiesiny włókien zmniejszając ich gęstość, przy czym wybiera się obszary zawiesiny włókien nie pokrywające się z obszarami topograficznymi zespołu formującego. Korzystnie, powoduje się różnicę ciśnień, działając ciśnieniem płynu na wybrane obszary zawiesiny włókien, przy czym stosuje się różnicę ciśnień w postaci podciśnienia.

Wyrób według niniejszego wynalazku jest pojedynczą warstwą, płaskiej makroskopowo, celulozowej struktury włóknistej. Celulozowa struktura włóknista ma co najmniej trzy rozróznialne obszary, które mogą się różnić pomiędzy sobą parametrami intensywnymi i występują w uporządkowanym, powtarzającym się układzie. W stosowanym tu znaczeniu, parametr jest uważany za intensywny, jeżeli jego wartość nie zależy od łącznej sumy wszystkich jego wartości w strukturze włóknistej. Natomiast wartości zależące od łącznej sumy różnych wartości podukładów lub elementów struktury włóknistej są uważane za ekstensywne. W szczególności, do parametrów intensywnych, które można wykorzystać do identyfikacji i odróżnienia poszczególnych obszarów struktury włóknistej, należą gramatura, grubość, gęstość i/lub przeciętny wymiar rzutów porów.

W zalecanym przykładzie wykonania celulozowa struktura włóknista zawiera ciągłą sieć włókien. Ciągła sieć włókien ma pierwszą gramaturę i pierwszą gęstość. Na całej ciągłej sieci znajdują się, rozrzucone w sposób nieprzypadkowy, regularny i według powtarzającego się wzoru, nieciągłe obszary, których gramaturajest mniejsza od gramatury ciągłej sieci lub gęstość jest mniejsza od gęstości ciągłej sieci. Wewnątrz ciągłej sieci znajdują się rozróżnialne obszary o większej grubości lub gęstości, korzystnie większej o co najmniej 25 procent, od pierwszej gęstości ciągłej sieci. Obszary te można również rozróżnić jako obszary o mniejszych przeciętnych wymiarach rzutów porów, korzystnie o co najmniej 25 procent mniejszych

W drugim przykładzie wykonania w strukturze włóknistej mogą znajdować się cztery obszary. Dwa z nich sąsiadują ze sobą i mają w zasadzie równe stosunkowo duże gramatury Pierwszy z obszarów o stosunkowo dużej gramaturze ma pierwszą grubość lub gęstość, a drugi z obszarów o stosunkowo dużej gramaturze ma drugą grubość lub gęstość, mniejszą od pierwszej grubości lub gęstości sąsiadującego z nim pierwszego obszaru o stosunkowo dużej gramaturze. Pozostałe dwa sąsiadujące ze sobą obszary mają w zasadzie równe, stosunkowo małe gramatury. Pierwszy obszar o stosunkowo małej gramaturze ma pierwszą grubość lub gęstość, natomiast drugi obszar o stosunkowo małej gramaturze ma drugą grubość lub gęstość, mniejszą od pierwszej grubości lub gęstości sąsiadującego z nim pierwszego obszaru o stosunkowo małej gramaturze. Korzystnie, różnice grubości lub gęstości pomiędzy obszarami o dużej i małej gramaturze wynoszą co najmniej około 25 procent.

Alternatywnie, dwa sąsiadujące ze sobą obszary o dużej gramaturze można rozróżnić po względnych różnicach w przeciętnych wymiarach rzutów porów. Podobnie, sąsiadujące ze sobą obszary o małej gramaturze można rozróżnić po względnych różnicach przeciętnych wymiarów rzutów porów.

Korzystnie, drugi obszar o stosunkowo dużej gramaturze i małej gęstości odpowiada pozycyjnie obszarowi działania różnicy ciśnień na części obszaru macierzystego, które były określonymi częściami pierwszego obszaru o stosunkowo dużej gramaturze. Podobnie, korzystnie drugi obszar o stosunkowo małej gramaturze i małej gęstości odpowiada pozycyjnie obszarowi działania różnicy ciśnień na części obszaru macierzystego, które były określonymi częściami pierwszego obszaru o stosunkowo małej gramaturze.

Opisane powyżej celulozowe struktury włókniste można wytwarzać z zawiesiny włókien na urządzenia, w którego skład wchodzą: przepuszczalny dla płynów, zatrzymujący włókna zespół formujący z dwoma, znajdującymi się po jednej stronie, różnymi pod względem topograficznym obszarami, to znaczy różniącymi się ukształtowaniem powierzchni, położeniem lub inną cechą, naturalną lub nadaną przez człowieka, przy czym różniące się od siebie topograficznie obszary mają w kierunku ortogonalnym różną odległość od przeciwległej powierzchni zespołu formującego; zespół do osadzania zawiesiny włókien na zespole formuj ącym; zespół do działania różnicą ciśnień na wybrane części zawiesiny włókien; oraz zespół do suszenia zawiesiny włókien. Zawiesina włókien jest osadzana na zespole formującym, a następnie jej wybrane obszary są poddawane działaniu różnicy ciśnień, przy czym wspomniane wybrane obszary nie pokrywają się z dwoma różnymi pod względem topograficznym obszarami zespołu formującego. Następnie zawiesina włókien jest osuszana, w wyniku czego powstaje wspomniana wcześniej dwuwymiarowa struktura włóknista. Korzystnie, różnice grubości lub gęstości pomiędzy obszarami o dużej i małej gramaturze wynoszą co najmniej około 25 procent.

Alternatywnie, dwa sąsiadujące ze sobą obszary o dużej gramaturze mogą się różnić przeciętnymi wymiarami rzutów porów. Podobnie, dwa sąsiadujące ze sobą obszary o małej gramaturze mogą się różnić przeciętnymi wymiarami rzutów porów.

Selektywne działanie różnicą ciśnień może polegać na mechanicznym prasowaniu, w wyniku którego powstaje uporządkowany, powtarzający się, zakłócony mechanicznie układ włókien. Zawiesina włókien może być przenoszona na drugą taśmę z wystającymi występami nie pokrywającymi się z obszarami topograficznymi zespołu formującego. Występy na drugiej taśmie są następnie dociskane do stosunkowo sztywnej powierzchni, na przykład do bębna suszącego Yankee.

Alternatywnie, selektywne, uporządkowane, powtarzające się według wzoru, działanie różnicą ciśnień, może polegać na stosowaniu podciśnienia działającego na wskroś przez zawiesinę włókien. Korzystnie, etap ten można realizować poprzez przenoszenie zawiesiny włókien z zespołu formującego na drugą taśmę. Na drugiej taśmie znajdują się obszary, przez które może działać podciśnienie, nie pokrywające się z dwoma obszarami topograficznymi zespołu formującego. Następnie przez przepuszczalne obszary drugiej taśmy działa podciśnienie, które zmniejsza gęstość i zwiększa przeciętne wymiary rzutów porów w wybranych obszarach struktury włóknistej, rozmieszczonych w sposób uporządkowany według powtarzającego się wzoru.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania, na rysunku na którym fig. 1 przedstawia w rzucie głównym poziomym stosowaną dotychczas celulozową strukturę włóknistą o dwóch gramaturach, fig. 2 przedstawia w rzucie głównym poziomym celulozową strukturę włóknistą według niniejszego wynalazku o trzech obszarach o różnych parametrach intensywnych, charakteryzującą się ciągłą siecią o dużej gramaturze z dyskretnymi obszarami o dużej gęstości i dyskreitiymi obszarami o małej gramaturze; fig. 3A przedstawia w rzucie głównym poziomym marszczoną strukturę włóknistą według niniejszego wynalazku z czterema obszarami różniącymi się parametrami intensywnymi, widzianą od tej jej strony, która jest zwrócona ku taśmie, przy czym struktura ta ma dwa obszary o dużej gramaturze i dwa obszary o małej gramaturze, a w każdym z obszarów o danej gramaturze obszar o dużej gęstości sąsiadujący z obszarem o małej gęstości; fig. 3B przedstawia w rzucie głównym poziomym drugą stronę struktury włóknistej pokazanej na fig. 3A; fig. 4 przedstawia schematycznie we fragmencie przekroju czteroobszarową strukturę włóknistą według niniejszego wynalazku, z pofalowaną powierzchnią o różnych grubościach, przy czym obszary o małej gramaturze odpowiadają pozycyjnie występom na taśmie formującej, natomiast obszary o małej gęstości odpowiadają pozycyjnie tym obszarom na drugiej taśmie, które nie pokrywają się z obszarami działania

171 010 podciśnienia, fig. 5 przedstawia schematycznie w jednym z przykładów wykonania maszynę papierniczą o działaniu ciągłym, do realizacji sposobu według niniejszego wynalazku, przy czym taśma formująca i wtórna maszyny papierniczej są zaopatrzone, odpowiednio w występy i wypukłości, których nie pokazano ze względu na czytelność rysunku, fig. 6 przedstawia fragmentarycznie w rzucie głównym poziomym taśmę maszyny papierniczej z fig. 5; fig. 7 przedstawia fragmentarycznie w przekroju pionowym poprowadzonym wzdłuz linii 7-7, taśmę z fig. 6 w powiększeniu; fig. 8 przedstawia w rzucie głównym marszczoną strukturę włóknistą według stanu techniki, na fotografii wykonanej w miękkich promieniach rentgenowskich; fig. 9 pizedstawia w rzucie głównym poziomym marszczoną strukturę włóknistą według mniejszego wynalazku, a zwłaszcza strukturę włóknistą pokazaną na fig. 3A i 3B, na fotografii wykonanej w miękkich promieniach rentgenowskich; fig. 10 przedstawia w rzucie głównym poziomym strukturę włóknistą z fig. 9, na fotografii wykonanej w miękkich promieniach rentgenowskich, na której pokazano tylko obszary o małej gramaturze; fig. 11 przedstawia w rzucie głównym poziomym strukturę włóknistą z fig. 9, na fotografii wykonanej w miękkich promieniach rentgenowskich, na której pokazano tylko obszary przejściowe; fig. 12 przedstawia w rzucie głównym poziomym strukturę włóknistą z fig. 9, na fotografii wykonanej w miękkich promieniach rentgenowskich, na której pokazano tylko obszary o duzej gramaturze; fig. 13 przedstawia w rzucie głównym poziomym strukturę włóknistą z fig. 9, na fotografii wykonanej w miękkich promieniach rentgenowskich, na której pokazano tylko obszary o małej i duzej gramaturze, z wyłączeniem obszarów przejściowych; fig. 14 przedstawia w rzucie głównym poziomym strukturę włóknistą z fig; 9, na fotografii wykonanej w miękkich promieniach rentgenowskich, na której pokazano obszary o małej gramaturze, obszary przejściowe i obszary o duZej gramaturze; fig. 15A przedstawia jedną powierzchnię marszczonej struktury włóknistej według niniejszego wynalazku, zwłaszcza powierzchnię stykającą się z taśmą formującą, na rysunku warstwicowym; fig. 15B przedstawia na rysunku warstwicowym drugą stronę struktury włóknistej pokazanej na fig. 15A; fig. 16A przedstawia transformatę Fouriera rysunku warstwicowego z fig. 15A, fig. 16B przedstawia transformatę Fouriera rysunku warstwicowego z fig. 15B; fig. 17 przedstawia rysunek warstwicowy wynikający z arytmetycznego odjęcia fig. 15B od fig; 15 A; oraz fig 18 przedstawia transformatę Fouriera rysunku warstwicowego z fig. 17

Podobne elementy oznaczono na rysunku takimi samymi liczbami, a elementy analogiczne wyróżniono dodając symbol prim

Celulozowa struktura włóknista 20’ jest materiałem włóknistym, makroskopowo dwuwymiarowym i planarnym, chociaż niekoniecznie płaskim, i wygląda tak jak na fig. 1. Celulozowa struktura włóknista 20’ma pewną grubość w trzeć i m wymiarze. Jednakże jej grubość w trzecim wymiarze jest bardzo mała w porównaniu z rzeczywistymi dwoma pierwszymi wymiarami lub w porównaniu z możliwością wytworzenia struktury włóknistej 20’ o stosunkowo bardzo duzych wymiarach w pierwszych dwóch kierunkach. Wewnątrz struktury włóknistej 20’ znajdują się różne obszary 24’ i 26’ różniące się własnościami, na przykład gramaturą, gęstością, przeciętnymi wymiarami rzutów porów lub grubością.

Dwuwymiarowe struktury włókniste 20’ składają się z włókien, które są w przybliżeniu tworami liniowymi. Elementami dwuwymiarowej struktury włóknistej 20’ są włókna o jednym wymiarze bardzo dużym (wzdłuż podłużnej osi włókna) w porównaniu z pozostałymi dwoma, stosunkowo bardzo małymi wymiarami (prostopadłymi do siebie, a także promieniowymi i prostopadłymi do osi podłużnej włókna), w wyniku czego ich kształtjest w przybliżeniu liniowy. Badania mikroskopowe włókien mogą co prawda wykazać, że ich pozostałe dwa wymiary są małe w porównaniu z ich wymiarem głównym, ale niekoniecznie równe lub stałe na całej ich długości osiowej Istotne znaczenie ma tylko to, żeby włókno było w stanie zginać się wokół swojej osi oraz wiązać się z innymi włóknami.

Włókna mogą być syntetyczne, na przykład poliolefinowe lub poliestrowe; korzystnie celulozowe, na przykład linters bawełniany, sztuczny jedwab lub wytłoki z trzciny cukrowej, a korzystniej ścier drzewny, na przykład z drzew iglastych (nagozalązkowych lub szyszkorodnych) lub liściastych (okrytozalążkowych lub zrzucających liście); albo tez mogą stanowić mieszankę warstwową wspomnianych powyżej włókien. W stosowanym tu znaczeniu, struktura

171 010 włóknista 20 lub 20’ jest uważana za celulozową jeżeli w jej skład wchodzi co najmniej około 50% wagowo lub co najmniej około 50% objętościowo włókien celulozowych, na przykład, ale nie wyłącznie takich jak wymieniono powyżej Stwierdzono, ze dobre parametry mają opisane powyżej struktury włókniste 20 składające się z mieszanki włókien ścieru drzewnego z drzew iglastych o długości od około 2.0 do około 4,5 milimetra i średnicy od około 25 do uSułu 50 mikrometrów, i włókien z drzew liściastych o długości poniżej około 1 milimetra i średnicy od około 12 do około 25 mikrometrów.

Nie jest konieczne, ani nawet prawdopodobne, żeby w różnych obszarach 24’ i 26’ struktury włóknistej 20’ rozkład włókien z drzew liściastych i iglastych był taki sam lub równomierny. Natomiast, prawdopodobnie, obszar 26’ o małej giamaturze będzie miał wyższy procent włókien z drzew iglastych niż obszar 24’ o dużej gramaturze. Ponadto włókna z drzew liściastych i iglastych mogą układać się warstwami na grubości celulozowej struktury włóknistej 20’

Jeżeli do wyrobu struktury włóknistej 20 wybrano ścier drzewny, to włókna można wyprodukować dowolną techniką roztwarzania, na przykład sposobem chemicznym, takim jak roztwarzanie siarczynowe, roztwarzanie siarczanowe, lub roztwarzanie sodowe; oraz sposobem mechanicznym, na przykład w ścieralni mechanicznej. Alternatywnie, włókna można wytwarzać sposobem kombinowanym, stanowiącym połączenie roztwarzania chemicznego z mechanicznym lub tez można stosować włókna z odzysku. Z punktu widzenia mniejszego wynalazku typ, sposób łączenia i przetwarzania włókien stosowanych w niniejszym wynalazku nie są istotne

Struktura włóknista 20 według mniejszego wynalazku jest tworem jednowarstwowym, nawet jeżeli istnieje w niej wiele warstw włókien Natomiast dopuszcz się możliwość łączenia powierzchniowego dwóch pojedynczych warstw w celu uformowania jednolitego laminatu. Strukturę według mniejszego wynalazku uważa się za jednowarstwową jeżeli jest zdejmowana z omawianego powyżej zespołu formującego jako pojedynczy arkusz o grubości, po wysuszeniu, nie zmieniającej się, o ile nie zostaną do niego dodane lub usunięte włókna. W razie potrzeby, celulozowa struktura włóknista 20 może być później gofrowana lub pozostawiona bez gofrowama.

Jak widać na fig. 1, z dotychczasowego stanu techniki wynika, że dwuobszarową strukturę włóknistą 20’ według staniu dotychczasowego można zdefiniować jako twór posiadający rozróżnialne obszary 24’ i 26’ o różnych parametrach intensywnych Na przykład, jak podano w tabeli 1, parametrem intensywnym różniącym oba obszary 24’ i 26’ struktury włóknistej 20’ jest ich gramatura. Oba obszary 24’ i 26’ mogą być obszarami macierzystymi, z których są tworzone inne obszary struktury włóknistej 20 pokazane na fig. 3 A i 3B.

Tabela 1

Obszar	Gramatura względna	Gęstość względna
24’	Duża	Średnia
26’	Mała	Średnia

Rozumie się samo przez się, ze do rozróżniania obu obszarów 24’ i 26’ można zamiast gramatury używać innego parametru intensywnego, na przykład gęstości lub przeciętnych wymiarów rzutów porów.

Jak widać na fig. 2, celulozowa struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku ma co najmniej trzy różniące się obszary 24, 26 i 28. Obszary 24, 26 i 28 struktury 20 różnią się między sobą parametrami intensywnymi. Do przykładów parametrów intensywnych należą gramatura, gęstość, przeciętny wymiar rzutów porów, temperatura, ciepło właściwe, współczynnik sprężystości objętościowej i wzdłużnej, etc., struktury włóknistej 20. Do przykładów parametrów ekstensywnych, w stosowanym tu znaczeniu, należą waga, masa, objętość, pojemność cieplna i liczba moli struktury włóknistej 20

Parametry intensywne i ekstensywne można dalej klasyfikować jako intensywne i ekstensywne w dwóch wymiarach odpowiadających płaszczyźnie struktury włóknistej 20 lub ekstensywne w trzech wymiarach, w zależności od tego czy włókna można czy tez nie można gromadzić w dwóch lub trzech wymiarach, bez wpływania na dany parametr. Na przykład, jeżeli włókna są dołączane do celulozowej struktury włóknistej 20 w jej płaszczyźnie, w wyniku czego pokrywa ona większą powierzchnię, to nie ma to wpływu najej grubość. Natomiast, jeżeli włókna są gromadzone na jednej z odsłoniętych powierzchni celulozowej struktury włóknistej 20, to ma to wpływ na jej grubość. Zatem grubość jest dwuwymiarowym parametrem intensywnym. Natomiast dodanie włókien do celulozowej struktury włóknistej 20 w dowolny przedstawiony powyżej sposób nie wpływa na wytrzymałość na rozciąganie odniesioną do jednostki pola powierzchni w przekroju poprzecznym celulozowej struktury włóknistej 20. W związku z tym, wytrzymałość na rozciąganie odniesiona do jednostki pola powierzchni przekroju poprzecznego jest trójwymiarowym parametrem intensywnym.

Struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku ma obszary 24,26i 28 o co najmniej dwóch różnych gramaturach, podzielonych na co najmniej dwa rozróżnialne segmenty, określane, tutaj jako obszary struktury włóknistej 20. W stosowanym tu znaczeniu, gramatura jest ciężarem, mierzonym w gramach siły, jednostki pola powierzchni struktury włóknistej 20, mierzonej w jej płaszczyźnie. Wymiary jednostki pola powierzchni, z której jest wyznaczana gramatura, zależą od względnych i bezwzględnych wymiarów obszarów 24,26i 28 o zróżnicowanych gramaturach.

Każdy profesjonalista orientuje się, że w danych obszarach 24, 26 lub 28 mogą występować zwyczajne i spodziewane fluktuacje i zmiany gramatury, pomimo że taki obszar jest traktowany jako obszar o jednej gramaturze. Na przykład, w przypadku pomiaru na poziomie mikroskopowym gramatury szczeliny uzyskuje się pozorną gramaturę o wartości zerowej, kiedy w rzeczywistości gramatura w takich obszarach 24, 26 lub 28 jest większa od zera, oczywiście pod warunkiem, ze nie mierzy się jej w obszarze perforacji struktury włóknistej 20. Takie fluktuacje i zmiany są normalnym i oczekiwanym skutkiem procesu produkcji.

Uważa się, że gramatury dwóch obszarów 24, 26 lub 28 struktury włóknistej 20 są różne, jeżeli gramatura obszarów 24, 26 i 28 zmienia się o co najmniej około 25 procent w stosunku do gramatury o wyższej wartości. W strukturze włóknistej 20 według niniejszego wynalazku różnice gramatur pomiędzy obszarami 24, 26 i 28 występuj ą według uporządkowanego powtarzającego się wzoru, odpowiadającego wzorowi w opisanym dokładniej poniżej, przepuszczalnym dla płynów, zatrzymującym włókna zespole formującym. W innym przypadku, jeżeli zmiany w obszarach 24, 26 lub 28 analizowanej struktury włóknistej 20 wynoszą mniej niż około procent, to obszar 24,26 lub 28 jest uważany zajeden obszar 24,26 lub 28 ojednej i określonej gramaturze z odchyleniami rzędu ± 12,5 procenta od wartości średniej.

Nie ma wcale potrzeby dokładnego wyznaczania granic sąsiadujących ze sobą obszarów 24, 26 lub 28 o różnych gramaturach, ani też ostrego odgraniczania ich od siebie. Istotne znaczenie ma tylko to, żeby w różnych miejscach struktury włóknistej 20 były różne rozkłady włókien na jednostkę pola powierzchni oraz to, żeby takie różne rozkłady występowały według uporządkowanego, powtarzającego się wzoru.

Każdy profesjonalista orientuje się, że mogą istnieć małe obszary przejściowe o gramaturze pośredniej w stosunku do gramatur sąsiadujących ze sobą obszarów 24, 26 lub 28, przy czym z natury rzeczy takie obszary przejściowe nie mogą być na tyle znaczące powierzchniowo, żeby można je było uważać za obszary o gramaturze różnej od gramatur każdego z obszarów sąsiednich 24, 26 lub 28. Obszary przejściowe tego typu zaliczają się do normalnych odchyleń produkcyjnych, stanowiących znane i nieodłączne zjawisko w procesie produkcji struktury włóknistej 20 według niniejszego wynalazku.

Obszary 24, 26 i 28 struktury włóknistej 20 różniące się parametrami intensywnymi, na przykład obszary 24, 26 lub 28 o różnych gramaturach, są rozmieszczone po całej strukturze włóknistej 20 według uporządkowanego, powtarzającego się wzoru. Ułożone według określonego wzoru obszary 26 i 28 mogą być obszarami dyskretnymi, w wyniku czego sąsiednie obszary lub 28 o takiej samej gramaturze nie łączą się z nimi. Alternatywnie, obszar 24 o jednej gramaturze na całej powierzchni struktury włóknistej 20 może być obszarem ciągłym, w wyniku czego taki obszar 24 rozciąga się na całej powierzchni struktury włóknistej 20 w jednym lub obu jej głównych kierunkach. Obszary 24, 26 i 28 o zróżnicowanych parametrach intensywnych są uporządkowane, a więc ich położenie daje się przewidzieć i może wynikać ze znanych i

171 010 określonych parametrów urządzenia stosowanego w procesie produkcji. Pod pojęciem powtarzający się należy rozumieć, że w strukturze włóknistej 20 dany wzór jest formowany więcej niż jeden raz.

Oczywiście, rozumie się samo przez się, że jeżeli wyprodukowana struktura włóknista 20 ma bardzo duże wymiary, a w porównaniu z jej wymiarami podczas produkcji obszary 24, 26 i 28 są bardzo małe, np. różnią się o kilka rzędów wielkości, to absolutna przewidywalność dokładnego rozmieszczenia i wzoru różnych obszarów 24, 26 i 28 może być bardzo trudna a nawet niemożliwa. Natomiast istotne jest to, żeby takie różniące się parametrami intensywnymi obszary 24,26 lub 28 były rozmieszczone według wzoru, umożliwiającego uzyskanie struktury włóknistej 20 o własnościach zgodnych z jej przeznaczeniem.

Gęstość wzoru struktury włóknistej 20 może być zmienna od około 1,5 do około 388 dyskretnych obszarów 26 na centymetr kwadratowy, korzystnie od około 11,6 do około 155 dyskretnych obszarów 26 na centymetr kwadratowy, a bardziej korzystnie od około 23,3 do około 116 dyskretnych obszarów 26 na centymetr kwadratowy. Dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, ze w miarę zagęszczania wzoru (stosowania większej liczby obszarów na centymetr kwadratowy) należy zwiększać procent włókien o mniejszych wymiarach z drzew liściastych, z jednoczesnym odpowiednim zmniejszaniem zawartości procentowej włókien o większych wymiarach z drzew iglastych.

W przypadku użycia zbyt wielkiej ilości włókien o dużych wymiarach, nie będą one w stanie dostosować się do topografii opisanego poniżej urządzenia do wytwarzania struktury włóknistej 20. Jeżeli włókna nie przybiorą odpowiedniego kształtu, to mogą zawierać różne obszary topograficzne urządzenia, w wyniku czego powstanie struktura włóknista 20 o chaotycznym wzorze. Stwierdzono, że odpowiednie własności z punktu widzenia uformowania struktury włóknistej mającej od około 31,0 do około 46,5 dyskretnych obszarów na centymetr kwadratowy ma mieszanina zawierająca od około 0 do około 40 procent włókien z rosnących na północy drzew iglastych i od około 100 do około 60 procent włókien z drzew liściastych, roztwarzanych kombinowanym sposobem chemiczno-termomechanicznym.

Jak widać na fig. 1 i 2, obszary 24, 24’, 26 i 26’ o różnych gramaturach mogą być rozmieszczone w strukturze włóknistej, odpowiednio, 20 i 20’, w taki sposób, ze obszar 24 o stosunkowo większej (jeżeli w strukturze włóknistej 20’ znajdują się obszary 24’ i 26’ o dwóch różnych gramaturach, jak na fig. 1) lub największej (jeżeli w strukturze włóknistej 20 znajdują się obszary 24, 26 i 28 o trzech lub więcej różnych gramaturach, jak na fig; 2) gramaturze jest obszarem ciągłym w co najmniej jednym kierunku na całej powierzchni struktury włóknistej 20 Korzystnie, kierunek, w którym obszar ten jest ciągły, jest równoległy do oczekiwanego kierunku działania obciążenia rozciągającego w gotowym wyrobie według niniejszego wynalazku.

Jeżeli pokazana na fig. 2 struktura włóknista 20 ma być stosowana jako wyrób użytkowy, na przykład jako ręcznik papierowy lub papier toaletowy, to korzystnie, jej obszar o dużej gramaturze powinien być ciągły w jej płaszczyźnie w dwóch ortogonalnych kierunkach. Takie ortogonalne kierunki nie muszą być równoległe i prostopadłe do krawędzi gotowego wyrobu ani tez nie muszą być równoległe i prostopadłe do kierunku wytwarzania wyrobu, natomiast istotne jest, żeby wyrób uzyskał tylko odpowiednią wytrzymałość na rozciąganie w dwóch ortogonalnych kierunkach taką, żeby odpowiednio łatwo reagował na każde przyłożone obciążenie rozciągające, nie pękając przedwcześnie w wyniku jego działania.

Jeżeli obszary 24, 26 lub 28 o szczególnej gramaturze tworzą powtarzający się regularny wzór na całej co najmniej części struktury włóknistej 20, to uważa się że, struktura ta ma w zasadzie ciągłą sieć obszarów 24, 26 lub 28 w obszarze takiej swojej części, uznając, że odstępstwa od wzoru można tolerować, chociaż nie zaleca się, tak długo dopóki nie wpływają w istotny sposób na własności materiału w tej części struktury włóknistej 20. Przykładem w zasadzie ciągłej sieci jest obszar 24 o dużej gramaturze znajdujący się w strukturze włóknistej 20’ z fig. 2. Inne przykłady dwuobszarowych struktur włóknistych 20’ o w zasadzie ciągłej sieci ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 637 859, przytaczanym tu w celu pokazania struktury włóknistej 20’ o w zasadzie ciągłej sieci

171 010

Ponadto, dzięki ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze można zintensyfikować suszenie kontaktowe struktury włóknistej 20. Oczywiście, zintensyfikowane suszenie kontaktowe wymaga żeby w zasadzie ciągła sieć obszarów 24 o dużej gramaturze leżała na i stanowiła granicę jednej z odsłoniętych powierzchni struktury włóknistej 20.

Natomiast w odróżnieniu od powyższego, obszary 26 o małej gramaturze mogą być obszarami dyskretnymi rozrzuconymi po całym obszarze 24 w zasadzie ciągłej sieci o dużej gramaturze. Obszary 26 o małej gramaturze można traktować jako wyspy otoczone przyległym do ich obrzeza obszarem 24 w zasadzie ciągłej sieci o dużej gramaturze Dyskretne obszary 26 o małej gramaturze są również rozmieszczone w sposób uporządkowany, według powtarzającego się wzoru Dyskretne obszary 26 o małej gramaturze mogą być rozmieszczone w układzie przestawionym lub liniowym wzdłuż jednego lub obu wspomnianych powyżej dwóch ortogonalnych kierunków Korzystnie, ciągła sieć obszarów 24 o dużej gramaturze tworzy według pewnego wzoru siatkę stykającą się z dyskretnymi obszarami 26 o małej gramaturze, chociaż, jak wspomniano wcześniej, mogą również istnieć pewne niewielkie obszary przejściowe.

W przypadku zdegencrowanym, obszary 26 o małej gramaturze mają w przyblizeniu lub dokładnie gramaturę równą zeru i są wówczas otworami w ciągłej sieci struktury włóknistej 20. Uznaje się, ze otwory mogą mieć gramaturę prawie równą zeru, będąc nadal traktowane jako otwory Jak wiadomo, w zależności od długości włókien, wymiaru poprzecznego omawianych poniżej występów 59 (patrz fig. 6-7) stosowanych do formowania obszarów 26 o małej gramaturze, oraz przemieszczenia zawiesiny włókien podczas osadzania względem przepuszczalnego dla płynów i zatrzymującego włókna zespołu formującego, na którym jest ona osadzana, niektóre włókna mogą zawierać perforowane obszary 26 o małej gramaturze, wskutek czego ich gramatura jest różna od zera. Takie niewielkie odchylenia są znane w technice i należy się ich spodziewać; nie wykluczają one powstawania, ani funkcjonowania gotowej celulozowej struktury włóknistej 20 jako materiału perforowanego.

Na przeciwległym końcu oczekiwanego przedziału wartości gramatur, obszary 26 o małej gramaturze mają maksymalne gramatury wynoszące około 75 procent gramatury obszarów 24 i 28 o dużej gramaturze. Jeżeli gramatura obszarów 26 o małej gramaturze jest większa od około 75 procent gramatury obszarów 24 i 28 o dużej gramaturze, to uważa się, ze parametry struktury włóknistej 20 leżą w spodziewanym przedziale zmienności dla struktury włóknistej 20 o jednej gramaturze

Jak widać na fig. 2, gramatura obszarów 26 o małej gramaturze w odniesieniu do gramatury obszarów 24 o dużej gramaturze zależy od określonych pożądanych parametrów technicznych gotowego wyrobu oraz od odpowiedniego wykorzystania dostępnych, materiałów w możliwie ekonomiczny sposób, w zależności od pożądanych parametrów gotowego wyrobu Na przykład, co prawda z punktu widzenia najbardziej ekonomicznego wykorzystania surowców można zastosować obszary perforowane 26 o gramaturze zero, czyli będące otworami, ale potencjalny użytkownik może negatywnie zareagować na taki perforowany wyrób jak na przykład ręcznik papierowy lub papier toaletowy. Natomiast z powodzeniem można zastosować w takim wyrobie obszary 26 o małej gramaturze w celu uzyskania obszarów o zwiększonej chłonności i zatrzymywaniu płynów, które osiadają lub w inny sposób stykają się ze strukturą włóknistą 20. Ponadto, obszary o małej gramaturze są obszarami o zmniejszonym wskaźniku wytrzymałości, dzięki czemu struktura włóknista 20 jest bardziej podatna i miękka w dotyku dla użytkownika.

Korzystnie, obszary 26 o małej gramaturze stanowią od około 20 do około 80 procent całkowitego pola powierzchni struktury włóknistej 20, a korzystniej od około 30 do około 50 procent całkowitego pola powierzchni struktury włóknistej 20. Resztę pola powierzchni struktury włóknistej stanowią opisane poniżej skupienia dwóch obszarów 24 i 28 o stosunkowo dużej gramaturze. Jak już wspomniano w odniesieniu do trzyobszarowej struktury włóknistej 20, warunkiem większej wytrzymałości na rozciąganie gotowego wyrobu jest stosunkowo wysoki udział pól powierzchni dwóch obszarów 24 i 28 o dużej gramaturze. I na odwrót, warunkiem zwiększonej chłonności i miękkości gotowego wyrobu jest zwiększenie procentowego udziału pól powierzchni obszarów 26 o małej gramaturze.

171 010

Każdy obszar 24, 26 i 28 struktury włóknistej 20 ma charakterystyczną gęstość W stosowanym tu znaczeniu, gęstość odnosi się do stosunku gramatury do grubości (mierzonej w kierunku normalnym do płaszczyzny struktury włóknistej 20) obszaru 24, 26 lub 28 rozważanej struktury włóknistej 20. Gęstość jest niezależna od gramatury różnych obszarów 24, 26 lub 28 struktury włóknistej 20, ale odnoszona do niej Zatem, dwa obszary 24,26 lub 28 o różnych gramaturach mogą mieć taką sarną gęstość, albo dwa obszary 24, 26 lub 28 o takiej samej gramaturze mogą mieć różne gęstości.

W razie konieczności gęstość można wyznaczyć pośrednio za pomocą innego parametru intensywnego, a mianowicie przeciętnego wymiaru porów. Generalnie, przeciętny wymiar porów i gęstość są do siebie odwrotnie proporcjonalne Natomiast należy zdawać sobie sprawę z tego, ze w miarę wzrostu gramatury wybranego obszaru 24, 26 lub 28 poza pewną wartość, kapilary będą zamykane przez nachodzące na nie włókna, w wyniku czego będą wyglądały mniejsze.

W kierunku normalnym do płaszczyzny struktury włóknistej 20 przeciętny wymiar porów w obszarach 28 o większej gęstości jest zazwyczaj mniejszy w rzucie w dwóch kierunkach niż w obszarach 24 i 26 o mniejszej gęstości, bez względu na gramaturę takich obszarów 24, 26 lub 28

Jak widać na fig. 2, obszary 24 i 26 o określonej i opisanej gramaturze można dalej dzielić pod względem parametrów intensywnych i opisywać w zależności od różnic gęstości jakie pojawiają się w takich, określonych parametrem intensywnym, jakim jest gramatura, obszarach 241 26 Różnice gęstości mogą występować w obszarach 26 o małej gramaturze, ale w przypadku struktur włóknistych 20 z trzema obszarami 24, 26 i 28 istotniejsze jest, żeby takie różnice gęstości występowały w obszarach 24 i 28 o dużych gramaturach.

Jest to uzasadnione tym, że w miarę wzrostu gęstości obszarów 24 i 28 o dużej gramaturze (lub obszarów 26 o małej gramaturze, jeżeli o me chodzi) rośnie również stopień związania nachodzących na siebie włókien, co powoduje wzrost wytrzymałości danego obszaru na rozciąganie Wytrzymałość na rozciąganie struktury włóknistej 20 zależy głównie od ciągłej sieci 24 o dużej gramaturze, w związku z czym ważniejsze jest zwiększanie gęstości (a tym samym i wytrzymałości na rozciąganie) w takiej ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze niż w obszarach 26 o małej gramaturze, ponieważ zwiększanie gęstości ( a tym samym wytrzymałości na rozciąganie) w takich obszarach 26 struktury włóknistej 20 charakteryzujących się małą gramaturą ma mały wpływ na wytrzymałość na rozciąganie całej struktury włóknistej 20 Obszary 28 o zwiększonej gęstości mogą być obszarami ciągłymi, tworzącymi wtórną sieć, wchodzącą w skład ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze lub, jak pokazano na fig. 2, mogą być obszarami dyskretnymi.

Warunkiem uzyskania odpowiednich wyników, ocenianych na podstawie dającego się zmierzyć wzrostu wytrzymałości na rozciąganie, jest co najmniej około 25 procentowa, a korzystnie co najmniej około 35 procentowa, różnica gęstości pomiędzy dyskretnymi obszarami 28 o większej gęstości, rozproszonymi w całej w zasadzie ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze, a pozostałą częścią w zasadzie ciągłej sieci 24 o dużej gramaturze. A zatem, różnica gęstości pomiędzy obszarem 28 o dużej gęstości, a obszarami 24 i 26 o małej gęstości powinna wynosić co najmniej około 25 procent, a korzystnie co najmniej około 35 procent. Jeżeli wspominania różnica gęstości jest mniejsza niż około 25 procent, to można je potraktować jako normalne spodziewane odchyłki podczas produkcji wyrobów włóknistych, w związku z czym, z dużym prawdopodobieństwem, można nie uzyskać znaczącej, ilościowej różnicy wytrzymałości na rozciąganie.

Jak juz wspomniano w odniesieniu do obszarów 24, 26 i 28 o różnych gramaturach, nie jest wcale konieczne, żeby obszary 24, 26 i 28 o różnych gęstościach miały dokładnie określone granice lub żeby sąsiednie obszary 24, 26 i 28 o różnych gęstościach były oddzielone od siebie dokładnymi liniami demarkacyjnymi. Warunkiem koniecznym jest tylko wzrost powiązania włókien w taki sposób, żeby zminimalizować pękanie wiązań pomiędzy włóknami podczas działania obciążeń rozciągających. Również, jak wspomniano wcześniej w odniesieniu do sąsiadujących ze sobą obszarów o różnych gramaturach, pomiędzy sąsiadującymi ze sobą obszarami 24 i 28 o różnych gęstościach istnieją małe strefy przejściowe, nie mające niekorzystnego wpływu na pożądane własności struktury włóknistej 20.

Zatem w strefie włóknistej 20, wytwarzanej według niniejszego wynalazku, znajdują się trzy obszary 24, 26 i 28 o różnych parametrach intensywnych. Jak przedstawiono w tabeli 2, obszary pierwszy i trzeci, 24 i 28, mają stosunkowo dużą i w zasadzie zbliżoną do siebie gramaturę. Obszar drugi 26 ma stosunkowo małą gramaturę. Gęstość obszaru pierwszego 24 jest pośrednia pomiędzy gęstościami obszaru drugiego i trzeciego 26 i 28. Gęstość obszaru 28 jest większa niż gęstość obszaru pierwszego 24 lub drugiego 26. Obszar pierwszy 24 tworzy ciągłą sieć, natomiast obszary drugi i trzeci, 26 i 28, są obszarami dyskretnymi.

Tabela 2

Obszar	Gramatura względna	Gęstość względna
24	Duża	Średnia
26	Mała	Mała
28	Duża	Duża

Jak widać na fig. 3A i 3B, możliwe jest również wytworzenie struktury włóknistej 20 z czterema obszarami o różnych parametrach intensywnych. W skład takiej czteroobszarowej struktury włóknistej 20 mogą wchodzić dwa obszary 30 i 32 o w zasadzie zbliżonych do siebie i stosunkowo małych gramaturach oraz dwa obszary 34 i 36 o w zasadzie zbliżonych do siebie i st^tosi.un^(owo dużych gramaturach. Jak pokazano w tabeli 3, oba obszary 30 i 32, wyróżniające się małą wartością parametru intensywnego jakim jest gramatura, są dalej różnicowane wskutek tego, że mają różne gęstości, będące mniejszymi dwiema gęstościami struktury włóknistej 20. Podobnie, obszary 34 i 36, wyróżniające się stosunkowo dużą wartością parametru intensywnego jakim jest gramatura, są dalej różnicowane wskutek tego, że mają różne gęstości, będące większymi dwiema gęstościami struktury włóknistej 20.

Tabela 3

Obszar	Gramatura względna	Gęstość względna
30	Mała	Mała
32	Mała	Bardzo mała
34	Duża	Duża
36	Duża	Średnia

Jak widać na fig. 3A i 3B, obszar 34 o dużej gramaturze i dużej gęstości ma postać w zasadzie ciągłej sieci, co stanowi zaletę, ponieważ zwiększa powiązanie włókien ze sobą (ze względu na stosunkowo dużą gęstość), oraz ma dużą gramaturę, dzięki czemu znajduje się w nim stosunkowo duża liczba włókien rozprowadzających obciążenia rozciągające. Obszar 34 zazwyczaj decyduje o wytrzymałości struktury włóknistej 20 na rozciąganie.

Obszary 36 o dużej gramaturze i średniej gęstości mają zazwyczaj charakter obszarów dyskretnych, chociaż, w przypadku nadania im odpowiedniej wielkości względem pozostałych trzech obszarów 30, 32 i 34, mogą również tworzyć w zasadzie ciągłą sieć, niezależnie od tego czy taką w zasadzie ciągłą sieć tworzy dowolny inny obszar 30, 32 lub 34. Bez względu na to, czy oba obszary o dużej gramaturze 34 i 36 mają charakter dyskretny czy też w zasadzie ciągły, a także czy są oddzielne czy też połączone, są rozmieszczone według uporządkowanego, powtarzającego się wzoru. Zazwyczaj oba obszary o dużych gramaturach 34 i 36, sąsiadują ze sobą, co wynika z opisanych poniżej czynników związanych z procesem produkcji.

Dwa obszary 30 i 32 o małej gramaturze są zazwyczaj i korzystnie obszarami dyskretnymi. Korzystnie, obszary 32 o małej gramaturze i bardzo małej gęstości, zajmują większe procentowo pole powierzchni struktury włóknistej 20 niż obszary 30 o małej gramaturze i małej gęstości; dzięki takiemu rozwiązaniu istnieje możliwość maksymalnego zaoszczędzenia na zużyciu surowców. Bez względu na to, czy oba obszary o małej gramaturze 30 i 32 mają charakter

171 010 dyskretny czy też w zasadzie ciągły, a także czy są oddzielne czy też połączone, są rozmieszczone według uporządkowanego, powtarzającego się wzoru.

Cztery obszary 30, 32, 34 i 36, określone parametrami intensywnymi o różniących się wartościach, me muszą mieć takiej samej gruoosci, ani też wspomniano cztery ouszary 30, 32, 341 36 nie muszą mieć grubości ograniczonych do dwóch lub nawet trzech wartości. Na przykład, ze względu na czynniki związane z opisanym poniżej procesem produkcji, zazwyczaj obszary 32 struktury włóknistej 20, charakteryzujące się małą gramaturą i bardzo małą gęstością, mają większą grubość od obszarów 30 struktury włóknistej 20, charakteryzujących się małą gramaturą i małą gęstością. Podobnie, ze względu na te same czynniki związane z opisanymi poniżej procesem produkcji, zazwyczaj obszary 36 struktury włóknistej 20, charakteryzujące się dużą gramaturą i średnią gęstością, mają większą grubość od obszarów 34 struktury włóknistej 20, charakteryzujących się dużą gramaturą i dużą gęstością.

Ponadto obszary 34 o dużej gramaturze i dużej gęstości mogą mieć mniejszą grubość od obszarów 32 o małej gramaturze i bardzo małej gęstości. Natomiast grubość obszarów 36 o dużej gramaturze i średniej gęstości względem obszarów 32 o małej gramaturze i bardzo małej gęstości oraz grubość obszarów 34 o dużej gramaturze i dużej gęstości względem obszarów 30 o małej gramaturze i małej gęstości może zmieniać się w sposób utrudniający określenie z góry, że jeden z tych obszarów 36 lub 32 jest zawsze grubszy lub cieńszy od drugiego z nich, 34 lub 30.

Na przykład, jak widać w tabeli 3, zazwyczaj obszar 34 o dużej gramaturze i dużej gęstości będzie miał większą gęstość niż obszar 36 o dużej gramaturze i średniej gęstości. Ponadto obszar 30 o małej gęstości i małej gramaturze będzie miał większą gęstość od obszaru 32 o małej gramaturze i bardzo małej gęstości. Natomiast gęstość obszaru 36 o dużej gramaturze i średniej gęstości może być większa, mniejsza lub równa gęstości obszaru 30 o małej gramaturze i małej gęstości. Względna różnica gęstości pomiędzy obszarami 36 i 30 zależy od stosunku ich gramatur do ich grubości.

Różnice grubości pomiędzy obszarami 30,32,341 36 można uzyskać, jak opisano poniżej, poprzez prasowanie włókien w obszarach 30 i 34 o mniejszych grubościach, albo poprzez rozszerzanie włókien w obszarach 32 i 36 o większej grubości, w kierunku normalnym do płaszczyzny struktury włóknistej 20. Natomiast należy zwrócić uwagę, ze zazwyczaj iloczyny grubości i gęstości dla każdego z dwóch obszarów 30 i 32 o małych gramaturach będą wzajemnie równoważne. Podobnie, iloczyny wynikające z pomnożenia grubości i gęstości dla każdego z obszarów 34 i 36 o dużych gramaturach będą równoważne. W przypadku obszarów 30, 32, 34 i 36 posiadających równe gramatury, girdicośc: 1 gęstość są odwrotnie proporcjonalne.

Korzystnie, całkowite pole powierzchni rzutu dwóch obszarów 30 i 32 o małych gramaturach stanowi od około 20 do około 80 procent całkowitego pola powierzchni struktury włóknistej 20, a korzystnie od około 30 do około 50 procent całkowitego pola powierzchni rzutu struktury włóknistej 20. Łączne pole powierzchni rzutu dwóch obszarów 34 i 36 o stosunkowo dużej gramaturze stanowi pozostałą część pola powierzchni rzutu struktury włóknistej 20. Jak juz wspomniano powyżej w odniesieniu do trzyobszarowej struktury włóknistej z fig. 2, jeżeli potrzebny jest wyrób końcowy o większej wytrzymałości na rozciąganie, to łączna powierzchnia obu obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze powinna być stosunkowo duża. I na odwrót, jeżeli potrzebny jest wyrób o zwiększonej chłonności lub bardziej miękki, to należy zwiększyć łączną powierzchnię dwóch obszarów 30 i 32 o małej gramaturze.

W strukturach włóknistych 20 według niniejszego wynalazku można wprowadzić kilka zmian. Na przykład, struktury włókniste 20 nie muszą mieć gramatur ograniczonych do dwóch wartości, jak przedstawiono powyżej, ani czterech gęstości, również jak przedstawiono powyżej. Istnieje możliwość wykonania struktur włóknistych 20 według niniejszego wynalazku z trzema lub więcej obszarami o określonych gramaturach, a także z większą niż cztery liczbą obszarów o określonych gęstościach. W związku z tym liczba kombinacji i permutacji obszarów, wynikająca z mnożenia obszarów o różnych gramaturach i różnych gęstościach, jest prawie nieograniczona, ale wynosi co najmniej trzy i cztery, jak wspomniano powyżej, a może być większa, jak wykazano poniżej.

171 010

Istnieją również inne, opisane poniżej, sposoby zwiększania wytrzymałości na rozciąganie struktur włóknistych według niniejszego wynalazku oraz intensyfikacji suszenia zawiesiny włókien w celu uzyskania struktury włóknistej 20. Na przykład, w celu zwiększenia wytrzymalości struktury włóknistej 20 na rozciąganie, można zamiast, luo oprócz, ouszaiow 20 o zwiększonej gęstości, rozrzuconych po ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze, w dyskretnych miejscach tej w zasadzie ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze dodać środek wzmacniający, na przykład spoiwo lateksowe lub klej.

Wytrzymałość na rozciąganie można również zwiększyć poprzez nadanie włóknom w wybranych miejscach, na całej w zasadzie ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze, bardziej równomiernej orientacji lub równoległości Ponadto, zamiast zwiększania gęstości, można w różnych miejscach w zasadzie ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze zwiększyć gramatur ię, w wyniku czego wzrośnie w nich ilość włókien, a tym samym zwiększy się liczba wiązań umożliwiających przenoszenie i rozprowadzanie obciążeń rozciągających. I w końcu, istnieje możliwość intensyfikacji powiązania włókien ze sobą w dyskretnych miejscach w zasadzie ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze. Wszystkie takie modyfikacje w zasadzie ciągłej sieci obszarów 24 o dużej gramaturze przyczyniają się do usprawnienia rozprowadzania obciążeń rozciągających działających na strukturę włóknistą 20

Gramaturę struktury włóknistej 20 według mniejszego wynalazku można określać jakościowo poprzez jej oglądanie (w razie potrzeby w powiększeniu) w kierunku w przybliżeniu normalnym do jej płaszczyzny. Uporządkowane, powtarzające się według regularnego wzoru występowanie różnic w ilości włókien, zwłaszcza ich ilości w przypadku obserwacji wzdłuż dowolnej linii normalnej do wspomnianej płaszczyzny, można w zasadzie uznać za występowanie różnic gramatury według podobnego wzoru.

Szczególnie przydatną do określania gramatury dowolnego wybranego obszaru 24, 26 lub 28 lub różnic w gramaturze pomiędzy dwoma dowolnymi obszarami 24, 26 lub 28, jest ocena ilości włókien spiętrzonych na górze innych włókien. Generalnie, o różnicach gramatur pomiędzy różnymi obszarami 24, 26 lub 28 świadczą odwrotnie proporcjonalne różnice w ilości światła przechodzącego przez takie obszary 24, 26 lub 28.

W razie konieczności dokładniejszego określenia gramatury jednego z obszarów 24, 26 lub 28 w stosunku do innego obszaru 24,26 lub 28, wielkości wspomnianych różnic względnych można wyznaczyć ilościowo wykonując fotografię próbki w miękkich promieniach rentgenowskich, a następnie analizując uzyskany obraz. Dzięki fotografii w miękkich promieniach rentgenowskich i technikom analizy obrazów można porównać próbkę danej struktury włóknistej 20 z zestawem próbek wzorcowych o znanych gramaturach. W analizie stosuje się trzy maski, jedną w celu pokazania dyskretnych obszarów 26 o małej gramaturze, jedną w celu pokazania w zasadzie ciągłej sieci obszarów 24 i obszarów 28 o dużej gramaturze oraz jedną do pokazania obszarów przejściowych 33 Poniższy opis jest ilustrowany fig. 9-14 Rozumie się samo przez się, że fig. 9-14 dotyczą określonej próbki, natomiast zamieszczony poniżej opis sposobu wyznaczania gramatury nie jest ograniczony tylko do tego przypadku

Podczas analizy porównawczej, próbki wzorcowe i próbka badana są równocześnie napromieniane miękkimi promieniami rentgenowskimi w celu określenia i kalibracji skali szarości obrazu badanej próbki. Następnie wykonuje się fotografię próbki w miękkich promieniach rentgenowskich, rejestrując natężenie obrazu na błonie proporcjonalnie do wielkości masy, reprezentującej ilość włókien w strukturze włóknistej 20, znajdujących się na drodze promieni rentgenowskich.

W razie potrzeby fotografię w miękkich promieniach rentgenowskich można wykonać za pomocą aparatury rentgenowskiej Hewlett Packard Faxitron, sprzedawanej przez firmę Hewlett Packard Company z Palo Alto, California Do zrobienia i wywołania opisanej poniżej fotografii próbki można z powodzeniem zastosować błonę NDT 35 do fotografii rentgenowskich, sprzedawaną przez firmę E.I. DuPont Nemours& Co z Wilmington, Delaware oraz rotacyjne urządzenie JOBO do obróbki błon filmowych.

W związku ze znanymi i powszechnie spotykanymi różnicami pomiędzy poszczególnymi aparatami rentgenowskimi, operator musi ustalić optymalne warunki naświetlania dla każdego

171 010 urządzenia rentgenowskiego. Stosowana w tym przypadku aparatura FaKitron miała następujące parametry wymiary źródła promieniowania rentgenowskiego około 0,5 milimetra, okienko berylowe o grubości 0,64 milimetra oraz prąd stały o natężeniu trzech miliamperów Odległość błony od źródła promieniowania wynosiła oku’łu 6Ί centymetrów, a napięcie szczytowe około 8 kV Jedynym parametrem zmiennym był czas napromieniania, który ustalano w taki sposób, żeby kontrast obrazu cyfrowego, z którego wykonywano w opisany poniżej sposób histogram, był maksymalny.

Wycinano matrycowo próbkę o wymiarach około 2,5 na około 7,5 centymetrów W razie potrzeby próbkę odpowiednio znakowano w celu umożliwienia dokładnego określania położeń obszarów 24, 26 i 28 o rozróżnialnych gramaturach. Odpowiednie znaki można wprowadzić do próbki poprzez matrycowe wycięcie w mej trzech otworków za pomocą małego punktaka. W opisanym tu przykładzie wykonania stwierdzono, ze najlepsze wyniki uzyskano za pomocą punktaka o średnicy około 1,0 milimetra. Otworki mogą leżeć wzdłuż jednej linii albo tez w wierzchołkach trójkąta.

Wspomniane znaki można wykorzystać, jak opisano poniżej, do zestrojenia obszarów 24, 26 i 28 o określonej gramaturze z obszarami 24, 26 i 28 odróżniającymi się innymi parametrami intensywnymi, na przykład grubością i/łub gęstością. Po wprowadzenia wspomnianych znaków, próbka jest ważona na wadze analitycznej z dokładnością do czterech miejsc znaczących.

Do aparatury rentgenowskiej Faxitron wkładano błonę NDT 35 firmy DuPont zwróconą emulsją do góry, a na nią kładziono wyciętą próbkę. Równocześnie wkładano również do aparatury rentgenowskiej około pięć próbek wzorcowych o wymiarach 15 milimetrów x 15 milimetrów o znanych gramaturach (zblizonych wartościowo do gramatur różnych obszarów 24, 26 i 28 próbki) i znanych polach powierzchni, co podczas każdego naświetlania i wywoływania fotografii próbki umożliwia uzyskanie dokładnej zależności gramatury od skali szarości. Następnie do aparatury Faxitron wpuszczano na około 5 minut hel pod wyregulowanym ciśnieniem około 6896 Pa, w wyniku czego usuwano z niego powietrze, a tym samym minimalizowano możliwość absorpcji przez nie promieni rentgenowskich. Czas napromieniania próbki był ustawiany na około 2 minuty

Po przepłukaniu komory badawczej helem, próbkę napromieniano miękkimi promieniami rentgenowskimi Po zakończeniu napromieniania błona była przenoszona do odpowiedniej kasety ochronnce, a następnie wywoływana w standardowych warunkach zalecanych przez firmę E I DuPont Nemours & Co., w wyniku czego otrzymywano gotową fotografię radiograficzną.

Wspomniane powyżej czynności powtarzano przy czasach napromieniania około 2,2,2,5, 3,0; 3,5 i 4,0 minut. Następnie wykonane z różnymi czasami napromieniania fotografie poddawano obróbce cyfrowej za pomocą skanera liniowego o wysokiej rozdzielczości do fotografii rentgenowskich, produkowanego przez Vision Ten of TOTrence, California, działającego w trybie 8 bitowym. Fotografie można przetwarzać cyfrowo z rozdzielczością 1024 x 1024 punktów, odpowiadających fotografii rentgenowskiej o wymiarach 8,9 x 8,9 centymetra. Odpowiednim do tego cełu programem jest Radiographic Imaging Transmisslun and Archive(RITA) opracowany przez Vision Ten Następnie wykonano histogramy fotografii w celu zarejestrowania częstotliwości występowania każdej wartości skali szarości. Dla każdego czasu napromieniania zaleJesίIluwano odchylenie standardowe.

W całym dalszym postępowaniu korzystano z czasu naświetlania, dla którego uzyskano maksymalne odchylenie standardowe W przypadku kiedy zastosowane czasy naświetlania nie umożliwiają uzyskania maksymalnego odchylenia standardowego należy je rozszerzyć poza podany powyżej przedział wartości. Odchylenia standardowe związane z fotografiami uzyskanymi przy czasach naświetlania z rozszerzonego przedziału wartości powinny być przeliczone Postępowanie to należy powtarzać do czasu uzyskania wyraźnego maksymalnego odchylenia standardowego. Maksymalne odchylenie standardowe jest wykorzystywane do maksymalizacji kontrastu uzyskiwanego wskutek rozrzucenia danych. W przypadku próbek pokazanych na fig.

8-14 za optymalne uznano czasy napromieniania od około 2,5 do około 3.0 minut

Następnie optymalny rentgenogram przetwarzano cyfrowo w trybie 12 bitowym, używając do tego celu skanera liniowego o wysokiej rozdzielczości, za pomocą którego rzutowano obraz

171 010 na monitor 1024 x 1024 w stosunku jeden do jednego; do przechowywania, pomiarów i wyświetlania obrazów używano programu Radiographic Imaging Transmission and Archive firmy Vision Ten. Układ optyczny skanera ustawiano na pole widzenia o wymiarach około 8,9 centymetra na 1024 pikseli. Następnie radiogram skanowano w trybie 12 bitowym, uśredniając wartości zarówno liniowo jak i według tabel wartości skrajnych w celu powrotnego przetworzenia go na tryb ośmiobitowy.

Uzyskany obraz wyświetlano na monitorze liniowym 1024x 1024 Następnie analizowano wartości poziomów szarości wyznaczając wszystkie gradienty na napromienionym obszarze radiogramu nie związane z badaną próbką lub próbkami wzorcowymi. Radiogram uznawano za dopuszczalny pod warunkiem spełnienia jednego z następujących trzech kryteriów w tle radiogramu me ma gradientów poziomów szarości w kierunku z boku na bok; w tle radiogramu nie ma gradientów poziomów szarości w kierunku z góry na dół, istnieje tylko gradient w jednym kierunku, tj., różnica szarości z jednego boku na drugi w górnej części radiogramu odpowiada takiej samej różnicy gradientu w dolnej części radiogramu.

Jednym z uproszczonych sposobów określenia możliwości spełnienia trzeciego warunku jest zbadanie poziomów szarości pikseli znajdujących się w czterech narożach radiogramu, których odpowiedniki sąsiadują z fotografią próbki.

Pozostałe czynności można wykonać za pomocą procesora obrazów Gould Model IP9545 firmy Gould Inc. z Fremont, California, współpracującego z komputerem VAX 8350 firmy Digitized Equipment Corporation z oprogramowaniem Library of Image Processor Software (LIPS).

Za pomocą algorytmu do pobierania interesujących obszarów próbek wybierano część tła błony spełniającą podane powyżej kryterium . Nattępm e pobann e obzarry oowiękzann o o o wymiarów 1024 x 1024 piksele w celu symulowania tła błony. Wygładzanie uzyskanego obrazu ęrzί'ęrowadz,ono za pomocą filtru Gaussa (wymiary matrycy 29 x 29) Uzyskany w ten sposób obraz, zdefiniowany jako obraz bez elementów badanej próbki i próbek wzorcowych, był następnie zapamiętywany jako tło błony.

Uzyskane w ten sposób tło błony odejmowano cyfrowo od części obrazu zawierającej obraz próbki na tle błony uzyskując nowy obraz. Przyjęto następujący algorytm odejmowania cyfrowego: wartościom poziomów szarości od 0 do 128 przypisywano wartość 0, natomiast wartościom poziomów szarości od 129 do 255 przypisywano skorygowane wartości od 1do 127 (stosowano wzór x-128). Zadaniem korekcji była eliminacja wyników ujemnych, jakie mogły pojawić się w obrazie powstającym wskutek odejmowania. Dla każdego pola obrazu rejestrowano wartości maksymalne, minimalne, odchylenie standardowe, wartość środkowa, wartość średnią oraz pole powierzchni piksela.

Nowy obraz, na którym znajdowały się tylko informacje dotyczące badanej próbki i próbek wzorcowych, zapamiętywano w celu dalszej obróbki. Następnie przedstawiony algorytm wykorzystywano do selektywnego ustalania indywidualnie określonych pól obrazu dla każdego z pól obrazu, w którym znajdowały się próbki wzorcowe. Dla każdej próbki wzorcowej mierzono histogram poziomu szarości. Następnie wykonywano histogramy takich indywidualnie zdefiniowanych pól.

Następnie na podstawie danych z histogramów z poprzedniego etapu opracowywano równanie regresyjne opisujące związek masy z poziomem szarości oraz obliczano współczynniki tego równania. Zmienną niezależną był średni poziom szarości. Zmienną zależną była masa przypadająca na piksel w każdej próbce wzorcowej. Ponieważ poziomowi szarości zero przypisano wartość masy równą zeru, więc równanie regresji musi przechodzić przez zero. Uzyskane równanie może być wykorzystane w dowolnym programie typu arkusza kalkulacyjnego i można z niego korzystać na zwykłym komputerze osobistym.

Następnie przedstawiony algorytm zastosowano do obróbki pola obrazu zawierającego tylko badaną próbkę. Uzyskany obraz, pokazany na fig. 9, jest zapamiętywany do dalszej obróbki, i jest również klasyfikowany pod względem liczby przypadków występowania każdego poziomu szarości. Następnie równanie regresji jest wykorzystywane w powiązaniu ze sklasyfikowanymi danymi obrazowymi do wyznaczenia łącznej masy obliczeniowej. Równanie regresji ma następującą postać:

Y=AxXxN gdzie Y jest masą odpowiadającą każdej grupie poziomów szarości; A jest współczynnikiem wyznaczonym z analizy regresyjnej; X jest poziomem szarości (z przedziału 0-255); a N równa się liczbie pikseli w każdej grupie (wyznaczonej na podstawie obrazu sklasyfikowanego). Suma wszystkich wartości Y stanowi łączną masę obliczeniową. W celu zwiększenia dokładności wartość ta jest następnie porównywana z rzeczywistą masą próbki uzyskaną podczas jej ważenia.

Następnie kalibrowany obraz z fig. 9 jest wyświetlany na monitorze, a jego obszar o wymiarach 256 x 256 pikseli poddawany analizie za pomocą algorytmu. Dany obszar jest następnie równomiernie powiększany sześciokrotnie w każdym kierunku. Wszystkie następne obrazy są tworzone z tego obrazu wynikowego.

W razie potrzeby, w celu podziału na segmenty różnych obszarów 30,32,34 lub 36, istnieje możliwość wybrania pola obrazu wynikowego, pokazanego na fig. 14, zawierającego około dziesięć miejsc o uporządkowanym, powtarzającym się wzorze różnych obszarów 30, 32, 34 i 36. Rozumie się samo przez się, że jeżeli różnice gramatur pomiędzy obszarami 30, 32, 34 i 36 są stosunkowo małe, to w celu zapewnienia statystycznej wiarygodności wyników może być konieczna analiza więcej niż dziesięciu miejsc Pokazany na fig. 14 obraz wynikowy jest zapamiętywany do dalszej obróbki. Obszary przejściowe pomiędzy obszarami 34 i 36 o dużej gramaturze, a obszarami 32 i 30 o małej gramaturze można określić za pomocą blatu z przetwornikiem cyfrowym, wyposażonego w pióro świetlne oraz dialogowej, graficznej procedury maskowania. Operator powinien według swojego uznania zaznaczyć ręcznie za pomocą pióra świetlnego dyskretne obszary 30 i 32 prowadząc linie w środku odległości pomiędzy dyskretnymi obszarami 30 i 32 a obszarami ciągłymi 34 i 36. a następnie wypełnić je. Operator powinien tak prowadzić linie rozgraniczające, żeby zamykały się wokół każdego z obszarów dyskretnych 30 lub 32. W wyniku tego zabiegu, wokół i pomiędzy obszarami dyskretnymi 30 i 32 powstają granice, które można zróżnicować w zależności od zmian natężenia poziomu szarości.

Następnie powstała w poprzednim kroku maska graficzna jest kopiowana bitowo w celu nadania wszystkim maskowanym wartościom (tak jak w obszarze 30 lub 32) wartości zero, a wszystkim wartościom nie maskowanym (takimjak w obszarach 34 i 36) wartości 128. Uzyskana maska jest zapamiętywana do dalszego wykorzystania. Maska ta, pokrywająca obszary dyskretne 30 i 32, jest następnie rozrzedzana na zewnątrz na szerokości czterech pikseli wokół obwodu każdego maskowanego obszaru 30 lub 32.

Następnie wspomniany powyżej powiększony obraz z fig. 14 jest kopiowany przez rozrzedzoną maskę. W wyniku tego zabiegu powstaje obraz pokazany na fig. 12, na którym znajduje się wyłącznie ciągła sieć zmniejszonych obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze. Pokazany na fig. 12 obrazjest zapamiętywany do dalszej obróbki oraz klasyfikowany pod względem liczby przypadków występowania każdej wartości poziomu szarości.

Uzyskana maska jest przetwarzana za pomocą tablicy kodowej umożliwiającej zamianę wartości poziomów szarości z układu 0-128 na 128-0. Wynikiem takiego przeliczenia jest odwrócenie maski. Następnie odwrócona maska jest rozrzedzana do wewnątrz na szerokości czterech pikseli wokół granic zakreślonych przez operatora. Skutkiem takiego działania jest erozja obszarów dyskretnych 30 f 32.

Powiększony obraz z fig. 14 jest następnie kopiowany przez drugą rozrzedzoną maskę, w wyniku czego powstają zmniejszone obszary 30 i 32 o małej gramaturze. Pokazany na fig. 10 obraz wynikowy jest następnie zapamiętywany do dalszej obróbki i klasyfikowany pod względem liczby przypadków występowania każdego poziomu szarości.

W celu uzyskania pikselowych wartości obszarów przejściowych, którymi są dwa obszary o szerokości czterech pikseli wnikające zarówno w obszary o dużej jak i małej gramaturze 30, 32, 34 i 36, należy połączyć dwa zmniejszone obszary otrzymane po przetworzeniu za pomocą rozrzedzonych masek, pokazane na fig. 10 i 12. Proces łączenia polega na załadowaniu najpierw jednego ze zmniejszonych obrazów dojednego kanału pamięci, a następnie drugiego do drugiego kanału pamięci

Następnie obraz pokazany na fig. 10 jest kopiowany na obraz z fig. 12 za pomocą maski jaką stanowi obraz z fig. 10. Ponieważ drugi obraz z fig. 12 został wykorzystany jako kanał maskujący, więc na obraz z fig 12 zostaną skopiowane tylko piksele o wartości różnej od zera Wynikiem tej procedury jest powstanie obrazu zawierającego zmniejszone obszary 34 i 36 o dużej gramaturze oraz zmniejszone obszary 301 32 o małej gramaturze, natomiast nie będzie na nim szerokich na dziewięć pikseli obszarów przejściowych 33 (cztery piksele będące rezultatem każdego rozrzedzania i jeden piksel znajdujący się na linii nakreślonej przez operatora podczas zaznaczania obszarów 30 i 32) Uzyskany obraz, pokazany na fig. 13, nie zawierający obszarów przejściowych, jest zapamiętywany do dalszej obróbki

Wszystkie wartości pikselowe obszarów przejściowych 33 na obrazie obszarów przejściowych z fig 13 są zerowe, aponadto wiadomo, że na obrazie tym me może być wartości poziomów szarości większych niż 127 (co wynika z algorytmu odejmowania), więc wszystkim wartościom zerowym jest przypisywana wartość 255. Natomiast wszystkim w-artoścurm mezerowym w zmniejszonych obszarach o dużej i małej gęstości 30,32,34 i 36 na obrazie z fig. 13 jest nadawana wartość zerowa. W wyniku tego postępowaniapowstaje obraz zapamiętywany z przeznaczeniem do dalszej obróbki

W celu uzyskania wartości poziomów szarości obszarów przejściowych 33, obraz z fig. 14 jest kopiowany za pośrednictwem obrazu z fig. 13, dzięki czemu powstaje obraz tylko obszarów przejściowych 33 o szerokości dziewięciu pikseli. Obraz ten, pokazany na fig. 11, jest zapamiętywany z przeznaczeniem do dalszej obróbki oraz klasyfikowany pod względem liczby przypadków występowania poszczególnych poziomów szarości.

W celu umożliwienia pomiaru względnych różnic gramatury w obszarach 30 i 32 o małej gramaturze, w obszarach 34 i 36 o dużej gramaturze oraz w obszarach przejściowych 33, dane uzyskane ze wszystkich powyżej sklasyfikowanych obrazów pokazanych , odpowiednio na fig. 10, 12 i 11, są następnie wprowadzane do równania regresji wyprowadzonego podczas analizy próbek wzorcowych Całkowita masa każdego z obszarów 24, 26, 28 lub 33 jest wyznaczana na drodze sumowania mas dla każdej grupy poziomów szarości z histogramu obrazu . Gramatura, jest wyliczana z dzielenia wartości mas przez pola powierzchni pikseli z uwzględnieniem powiększenia.

Sklasyfikowane dane obrazowe (częstotliwość) dla każdego obszaru obrazów z fig. 10-12 i 14 można wyświetlić w postaci histogramu i wykreślić w funkcji masy (poziom szarości), przy czym rzędną jest rozkład częstotliwości. Jeżeli powstała krzywa jest krzywą jednowartościową, to wybór pól i subiektywne poprowadzenie masek zostało prawdopodobnie wykonane w sposób właściwy. Uzyskane obrazy można również pokolorować w taki sposób, żeby każdy kolor odpowiadał wąskiemu przedziałowi gramatur; poniżej zamieszczono tabelę z sugerowaną mapą barw.

Uzyskany w poprzednich etapach obraz można następnie pokolorować w zależności od przedziałów wartości poziomów szarości. Stwierdzono, że w przypadku memarszczonych próbek celulozowych struktur włóknistych 20 odpowiedni zestaw barw dla różnych poziomów szarości powinien wyglądać tak jak w tabeli 4A:

Tabela 4A

Przedział poziomów szarości	Możliwe kolory
0	Czarny
1-5	Ciemno niebieski
6-10	Jasno niebieski
11-15	Zielony
16-20	Żółty
21-25	Czerwony
26+	Biały

171 010

Próbki marszczone mają zazwyczaj większe gramatury niż podobne próbki niemarszczone Stwierdzono, ze w przypadku marszczonych próbek celulozowych struktur włóknistych 20 odpowiedni zestaw barw dla różnych poziomów szarości powinien wyglądać tak jak w tabeli 4B:

Tabela 4B

Przedział poziomów szarości	Możliwe kolory
0	Czarny
1-7	Ciemno niebieski
8-14	Jasno niebieski
15-21	Zielony
22-28	Żółty
29-36	Czerwony
36+	Biały

Powstały obraz można wydrukować na drukarce lub wykreślić na ploterze. W razie potrzeby na każdym ze wspomnianych powyżej obrazów można poprowadzić linię, a następnie wykreślić istniejący wzdłuż niej profil poziomów szarości. Powtarzający się na takim profilu wzórjest dodatkowym świadectwem, że gramatura próbki struktury włóknistej 20 jest rozłożona w sposób uporządkowany według powtarzającego się wzoru

W razie potrzeby różnice gramatur można wyznaczyć za pomocą urządzenia z wiązką elektronową, zamiast wspomnianego aparatu rentgenowskiego. W razie potrzeby określenia i zobrazowania gramatury za pomocą wiązki elektronowej, można posłużyć się odpowiednią procedurą przedstawioną w europejskim zgłoszeniu patentowymi 393 305 opublikowanym 24 października 1990 w imieniu Lunera i innych, na które powołano się tutaj w celu pokazania odpowiedniego sposobu wyznaczania różnic gramatur w różnych obszarach 30, 32, 34 i 36 struktury włóknistej 20.

Gęstości względne danych obszarów 30, 32, 34 lub 36 stn^iktury włóknistej 20 można rozróżnić jakościowo w podany poniżej sposób. Należy pobrać próbki struktury włóknistej o powierzchni co najmniej około 2,5 centymetra na 5,1 centymetra. Należy wziąć pod uwagę, ze w pewnych przypadkach, w zależności od względnych wymiarów obszarów 30, 32, 34 lub 36, mogą być potrzebne próbki większe albo alternatywnie mniejsze Następnie należy zaopatrzyć się w znak emulsyjny, na przykład czerwony znak Berol #8800, i zabarwić nim ręcznie próbki. Próbki należy suszyć w temperaturze pokojowej i przy 50% wilgotności względnej przez co najmniej około 1 godzinę.

Wysuszone próbki włożyć i zacisnąć pomiędzy dwoma uprzednio oczyszczonymi szkiełkami przedmiotowymi mikroskopu. Następnie próbki umieścić w mikroskopie stereoskopowym, na przykład takim jak Nikon model MZ-2T, pochodzącym z firmy Frank E.Feyer Company z Carpenterville, Illinois, w taki sposób, ze wszelkie odchylenia od płaszczyzny głównej próbki są skierowane ku dołowi w kierunku podstawy mikroskopu. Powiększenie mikroskopu ustawić w przybliżeniu na wartość 18x, w zależności od względnych wymiarów obserwowanych obszarów Próbkę oświetlić w zasadzie od dołu, przy czym oświetlenie powinno być wyregulowane w taki sposób, żeby zmaksymalizować pozorny kontrast pomiędzy obszarami 24 i 26 o małej gęstości a obszarami 28 o dużej gęstości.

Jeżeli w próbce występują obszary 28 o dużej gęstości rozłożone według powtarzającego się uporządkowanego wzoru, to prawdopodobnie będą one miały stosunkowo jaśniejsze zabarwienie czerwone. I na odwrót, obszary 241 26 o stosunkowo mniejszej gęstości ujawnią się barwą ciemnobrązową. Takie różnice kolorów wynikają z różnic gęstości. W razie potrzeby można zrobić kolorowe fotografie próbek w celu późniejszego potwierdzenia ustaleń dokonanych podczas badania za pomocą mikroskopu stereoskopowego.

Alternatywny sposób jakościowego bądź ilościowego określania różnic gęstości polega na wyznaczeniu różnic gramatur różnych obszarów 30, 32, 34 lub 36 struktury włóknistej 20 i

171 010 odniesieniu ich do grubości obszarów 30, 32, 34 lub 36 struktury włóknistej 20, co pozwala wyznaczyć różnice gęstości. Sposób wyznaczania grubości podano poniżej.

Przedstawiono kilka sposobów wyznaczania grubości, ale zaleca się stosowanie sposobu opisanego w powiązaniu z fig. 15A-18, za pomocą którego wyznaczono wszystkie przytaczane tu wartości. Dopuszcza się również pomiar grubości struktury włóknistej 20 dowolnym innym, odpowiednio dokładnym i precyzyjnym sposobem.

Zalecany sposób wyznaczania grubości różnych obszarów 30, 32, 34 i 36 struktury włóknistej 20 polega na topograficznym pomiarze wysokości po jej każdej odsłoniętej stronie. Rezultatem takich pomiarów jest szereg izobat po jednej st:K^^ie struktury włóknistej 20 oraz szereg poziomic po drugiej stronie, co pokazano na fig. 15A i 15B. Uzyskane w ten sposób podwójne dane liczbowe można złożyć ze sobą, tak jak to opisano poniżej, a następnie na tej podstawie wyznaczyć grubość struktury włóknistej 20.

W razie potrzeby próbkę można oznakować trzema lub więcej znakami w taki sposób, jak opisano powyżej w odniesieniu do pomiarów gramatury. Odpowiednimi do tego celu znakami są wycięte otwory. Na przykład, jeden z takich otworów pokazano na fig. 15A, 15B i 17 w miejscu o współrzędnych 2,50; 3,75.

Wycięte otwory umożliwiają zestrojenie grubości różnych obszarów 30, 32, 34 i 36 z gramaturami tych samych obszarów 24, 26 i 28 pod warunkiem, ze w obu pomiarach stosowana jest ta sama próbka, oraz przed i podczas pomiarów grubości są ze sobą zestrojone odpowiednie przeciwległe strony tej samej próbki. Oba warunki są możliwe do realizacji, ponieważ zarówno analiza rentgenowska jak i skanowanie topograficzne są badaniami całkowicie nieniszczącymi.

Pomiary topograficzne można wykonać za pomocą profllumerru Federal Products Series 432 ze wzmacniaczem Model EAS-2351, czujnikiem oderwania Model EPT-01049, końcówką pomiarową i płaskim poziomym stołem, sprzedawanymi przez Federal Esterline Company z Providence, Rhode Island W opisanych tu badaniach stosowano końcówkę pomiarową o promieniu 2,54 mikrometra oraz pionową siłę obciążającą o wielkości 200 miligramów. Dokładność płaskości powierzchni stołu pomiarowego wynosiła 0,2 mikrometra.

Próbkę przeznaczonej do pomiarów struktury włóknistej 20 należy umieścić na poziomym stole, po czym wygładzić na niej wszystkie zauważalne nierówności. Próbka może być utrzymywana w miejscu za pomocą pasków magnetycznych. Skanowanie próbki odbywa się wzdłuż linii falistej prostokątnej z prędkością 60,0 milimetrów na minutę lub 1,0 milimetra na sekundę. Szybkość powtarzania cyfrowego wynosi 20 punktów na milimetr, a więc odczyt jest realizowany co 50 mikrosekund.

Próbkę należy przeszukiwać w jednym kierunku na odcinku o długości 30 milimetrów, a następnie przesuwać ręcznie podczas ruchu o 0,1 milimetra w kierunku poprzecznym. Procedurę tę powtarza się do czasu przeszukania wymaganego obszaru próbki. Korzystnie, przeszukiwanie rozpoczyna się od jednego z wyciętych otworów, co ułatwia zestrojenie izogram po przeciwległych stronach próbki, jak opisano poniżej

Uzyskane dane cyfrowe są przetwarzane za pomocą dowolnego programu umożliwiającego analizowanie wyników za pomocą transformat Fouriera. Stwierdzono, ze odpowiednim do tego celu programem jest pakiet analityczny Proc Spectra opracowany przez firmę SAS z Princeton, New Jersey. Wynikiem obróbki danych dotyczących każdej powierzchni struktury włóknistej 20 za pomocą transformacji Fouriera jest obraz tej powierzchni w postaci uporządkowanego układu podziałek według powtarzającego się wzoru, pokazany na fig. 16A i 16B.

Na przykład, transformaty Fouriera z fig. 16A, 16B i 18 przedstawiają podziałki (reprezentowane pikami na wykresach tych figur) przypadków występowania danych wartości na milimetr, podanych poniżej w tabeli 5. W celu ułatwienia porównań, w tabeli 5 podano również wartości podziałek dla omawianej poniżej fig. 18.

171 010

Tabela 5

Fig 16A	Fig. 16B	Fig. 18
0,117	0,156	0,156
0,352	0,234	0,234
0,469	0,391	0,391
0,625	0,625	0,625
0,859	0,859	0,859
1,250	1,133	1,132
1,406	1,250	1,250
1,523	1,445	1,406
1.758	1,719	1,523

Przedstawione podziaiki dotyczą wymiaru i rozkładu różnych obszarów 30, 32, 34 i 36 w uporządkowanym, powtarzającym się wzorze. Znajomość podziałek i wymiarów różnych obszarów 30, 32, 34 i 36 upraszcza przebieg dalszej analizy, ponieważ prowadząca badania osoba zna skalę wymiarową obszarów 30, 32, 34 i 36 oraz odległości pomiędzy nimi.

Grubości obszarów 30, 32, 34 i 36 można wyznaczyć nakładając na siebie cyfrowo oba przedstawione izogramy; dokładne zestrojenie pozycyjne uzyskuje się dzięki znakom. Do kontroli poziomu zestroSenla można wykorzystać różne pojedyncze linie znakujące, chociaż czasami wymaga to postępowania metodą prób i błędów, ze względu na dyskretny charakter skończonej odległości pomiędzy liniami znakującymi. Następnie nałożone na siebie dane są odejmowane cyfrowo. Różnica pomiędzy wartościami dla jednej i drugiej strony odpowiada grubości próbki w danym miejscu. W związku z tym, że grubość jest wyznaczana dla obu powierzchni oddzielnie, więc nie ma znaczenia, która z tych wartości jest odjemną, a która odjemmkiem, ponieważ grubość jest wartością bezwzględną tej różnicy.

Wyniki pomiarów grubości można wykreślić w postaci linii o stałej wartości, jak pokazano na fig. 17, co umożliwia wzrokową ocenę powtarzalności lub niepowtarzalności uporządkowanego układu. Oczywiście linie stałej grubości można również poddać analizie Fouriera, jak pokazano na fig. 18 i podano w tabeli 5 powyżej. Piki w danych odnoszących się do podziałek podanych w tabeli 5 dobitnie świadczą o obecności uporządkowanego powtarzającego się wzoru.

Grubości różnych obszarów 30, 32,34 i 36 próbki struktury włóknistej 20 można również wyznaczyć za pomocą stereoskopowego mikroskopu skaningowego. W badaniach tego typu można zastosować dowolny mikroskop przystosowany do kwantyfikacji wymiarów wysokościowych struktury w kierunku normalnym do jej płaszczyzny. Odpowiednim do tego celu mikroskopem jest stereoskopowy elektronowy mikroskop skaningowy Cambridge 3—D Model 360, produkowany przez Leica Company, Chicago, Illinois.

Wybrano w tym celu mikroskop ze specjalnie skonstruowanym stolikiem przedmiotowym z centralnym zagłębieniem otoczonym płaską powierzchnią pierścieniową. Zagłębienie zapobiega zmianom położenia środka próbki, od którego są wykonywane kolejne pomiary grubości. Próbkę należy położyć na stoliku przedmiotowym posmarowanym klejem przewodzącym w taki sposób, żeby klej znajdował się tylko na obwodziejego górnej powierzchni, natomiast nie znalazł się w cent:^rarpym zagłębieniu ani też z nim nie stykał.

Następnie na odsłoniętą powierzchnię kleju położyć delikatnie płat bibułki i docisnąć ją do podłoża. Należy zapewnić, żeby próbka zachowała płaskość, nie miała zmarszczek i była równoległa do górnej płaskiej i pierścieniowej powierzchni stolika przedmiotowego mikroskopu. Każdy pomiar grubości wymaga dwukrotnego położenia próbki. Pierwsza próbka jest kładziona w taki sposób, że jedna jej powierzchnia jest zwrócona ku górze, natomiast za drugim razem powierzchnia ta jest zwrócona ku dołowi.

Następnie należy próbkę oglądać pod mikroskopem i wyznaczyć z grubsza liczbę charakterystycznych, uporządkowanych w powtarzający się sposób grubości. Następnie każda ze zidentyfikowanych grubości powinna być określona ilościowo.

171 010

Na figurze 4 przedstawiono przykład próbki z czterema obszarami o różniących się grubościach, oznaczonych A-B, C-D, E-F i G-H. Wyznaczenie czterech odpowiednich grubości A-B, C-D, E-F i G-H polega na położeniu próbki z jedną powierzchnią zwróconą ku górze i zmierzeniu wysokości, na której znajdują się punkty B, D, F i H nad górną płaską pierścieniową powierzchnią stolika przedmiotowego Rozumie się samo przez się, ze płaska powierzchnia pierścieniowa stolika przedmiotowego pokrywa się z położeniem wysokościowym punktów A i E Pomiar ten można zrealizować wykorzystując w tym celu trójwymiarowe możliwości mikroskopu Badając drugą próbkę, w której odpowiednia powierzchnia jest skierowana w dół, można wyznaczyć położenia wysokościowe punktów G i C względem położenia wysokościowego punktu A lub E

Obie wymienione powyżej czynności powtarza się w co najmniej dziesięciu charakterystycznych miejscach (lub więcej, jeżeli jest to konieczne w celu zapewnienia reprezentacji statystycznej) w każdym obszarze, a następnie wszystkie podobne dane są uśredniane. Nie jest konieczne badanie dokładnie tych samych miejsc na każdej powierzchni. Przypadkowy wybór dziesięciu (lub więcej) miejsc na każdej próbce daje jej reprezentatywną charakterystykę

Grubość w każdym obszarze jest określana jako względna różnica położeń pionowych zarejestrowanych punktów od płaskiej powierzchni pierścieniowej i może być wyznaczona poprzez odjęcie wspomnianych powyżej położeń wysokościowych. Na przykład, grubość A-B jest określana jako różnica położenia wysokościowego punktu A i położenia wysokościowego punktu B. Podobnie, grubość E-Fjest określana jako różnica położenia wysokościowego punktu E i położenia wysokościowego punktu F.

Grubość C-D jest określana jako różnica położenia wysokościowego punktu A i położenia wysokościowego punktu D (z pierwszej próbki). Od uzyskanej wartości należy odjąć różnicę położeń wysokościowych punktu C i punktu A (z drugiej próbki). Podobnie z grubością G-H, którą wyznacza się jako różnicę położenia wysokościowego punktu E i położenia wysokościowego punktu G (z pierwszej próbki).Od uzyskanej wartości należy odjąć różnicę położeń wysokościowych punktu H i punktu E (z drugiej próbki).

W przypadku kiedy stosowanie stereoskopowego mikroskopu skaningowego nie jest wskazane, grubości różnych obszarów próbki można zmierzyć za pomocą współogniskowego laserowego mikroskopu skaningowego. Do pomiarów tym sposobem można stosować dowolny współogniskowy mikroskop skaningowy przystosowany do mierzenia odległości w kierunku normalnym do płaszczyzny próbki. Stwierdzono, ze odpowiednim do tego celu urządzeniemjest mikroskop Phoibos Model 1000 firmy Sarastro Inc., Ypsilanti, Michigan

We współogniskowym mikroskopie skaningowym Sarastro, na górnej powierzchni szkiełka przedmiotowego należy umieścić próbkę struktury włóknistej 20 o wymiarach około 2 centymetry na około 6 centymetrów. Następnie umieścić szkiełko przedmiotowe pod obiektywem i oglądać próbkę przy stosunkowo małym powiększeniu (około 40x) Dzięki takiemu powiększeniu pole widzenia zwiększa się w stopniu wystarczaiącym do maksymalizacji liczby charakterystycznych cech badanej powierzchni. Oglądanie próbki przy takim małym powiększeniu umożliwia zogniskowanie mikroskopu na jej najwyższej części.

Korzystnie, za pomocą pokrętła dokładnej regulacji ogniskowej i wyświetlanej na monitorze wartości Z, istnieje możliwość obniżania stolika przedmiotowego mikroskopu o około 100 mikrometrów. Otrzymywany w mikroskopie obraz optyczny jest przenoszony z okularow do ławy optycznej. Umożliwia to przenoszenie zmian obrazu widzianego przez operatora na czujnik w mikroskopie.

Dzięki komputerowi sterującemu mikroskopem możliwe jest wprowadzenie danych dotyczących wielkości kroku i liczby przekrojów Stwierdzono, że dla próbek pokazanych na fig 1-3B odpowiednimi parametrami była wielkość kroku wynosząca 40 mikrometrów i liczba przekrojów równa 20. Parametry o takich wartościach umożliwiają uzyskanie 20 warstw optycznych XY w odstępach co 40 mikrometrów, co daje głębokość całkowitą 800 mikrometrów w kierunku normalnym do płaszczyzny próbki.

Przytoczone parametry umożliwiają uzyskanie przekrojów optycznych od poziomu znajdującego się nieco ponad górną powierzchnią próbki struktury włóknistej 20, do poziomu

171 010 znajdującego się nieco poniżej jej powierzchni dolnej. Każdy profesjonalista orientuje się oczywiście, ze w razie konieczności uzyskania większej rozdzielczości istnieje możliwość ustawienia mniejszego kroku i większej liczby kroków.

Po ustawieniu przytoczonych wartości rozpoczyna się proces skanowania. Sterujący mikroskopem komputer zbiera dane z odpowiedniej liczby warstw z zadanym krokiem. Przetworzone cyfrowo dane dotyczące każdej warstwy są zapisywane w pamięci mikroskopu.

W celu uzyskania potrzebnych pomiarów, należy każdą warstwę obejrzeć na monitorze komputera i określić, która z nich jest najbardziej reprezentatywnym obrazem potrzebnej cechy charakterystycznej, w tym przypadku grubości próbki. Podczas oglądania warstwy próbki, na której najlepiej widać jej różne grubości, należy poprowadzić linię przechodzącą przez dany interesujący obszar 30, 32, 34 lub 36 próbki, podobny do pokazanego na fig. 2. Funkcja XY mikroskopu umożliwia wyświetlenie przekroju poprzecznego poprowadzonego wzdłuż nakreślonej linii. Uzyskany przekrój poprzeczny przechodzi przez wszystkie warstwy próbki

W celu zmierzenia grubości należy wprowadzić dwa interesujące punkty na osi Z. Na przykład, w celu zmierzenia grubości obszaru 30,32, 34 lub 36, należy wprowadzić dwa punkty, po jednym na każdej przeciwległej powierzchni próbki.

Jeżeli nie jest wskazane stosowanie do pomiaru grubości próbki stereoskopowego mikroskopu skaningowego ani wsęółngplskowngn laserowego mikroskopu skaningowego, to odpowiednie pomiary można przeprowadzić za pomocą mikrotomów różnicowych. W celu wyznaczenia różnic grubości struktury włóknistej 20 za pomocą mikrotomów różnicowych należy przygotować próbkę o wymiarach około 2,54 centymetra na około 5,1 centymetra i przymocować zszywkami do sztywnego uchwytu kartonowego, który należy następnie włożyć do silikonowej formy. Przygotować w zlewce mieszaninę o składzie sześć części żywicy Versamid, cztery części żywicy Epon 812 i trzy części 1,1l1-ttrJchlornntanu. Następnie mieszaninę żywic należy umieścić w wolnobieżnym eksykatorze próżniowym i usunąć z niej pęcherzyki.

Uzyskaną mieszaninę wlać do silikonowej formy z umieszczonym w niej kartonowym uchwytem z próbką w taki sposób, żeby dokładnie zwilżyła i pokryła próbkę. Próbkę należy zostawić do utrwalenia na okres co najmniej 12 godzin do czasu stwardnienia mieszaniny. Następnie próbkę wyjąć z silikonowej formy i odłączyć od kartonowego uchwytu.

Na próbkę należy nanieść punkt odniesienia umożliwiający dokładną identyfikację kolejnych miejsc, w których będą dokonywane pomiary. Korzystnie, należy ten sam punkt odniesienia stosować zarówno w rzucie głównym jak i w różnych przekrojach próbki struktury włóknistej 20.

Do zaznaczenia punktu odniesienia można wykorzystać wzorzec do kontroli rozdzielczości Wzorzec do kontroli rozdzielczości może być w przybliżeniu płaski; można go położyć na górnej powierzchni próbki przed utrwaleniem żywicy i/lub sfotografowaniem. Odpowiednim do tego celu urządzeniem jest wzorzec z wyróżniającymi się liniami biegnącymi promieniowo na zewnątrz i korzystnie, rozszer^ącymi się w kierunku stycznym. Stwierdzono, ze szczególnie nadaje się do tego celu wzorzec rozdzielczości produkowany przez Stouffer Graphic Arts Equlęmnnt Co. z South Bend, Indiana. Wzorzec rozdzielczości należy położyć na próbkę i zorientować w ten sposób żeby, korzystnie, główne osie linii wskaźnikowych pokrywały się z krawędziami próbki lub z jej dowolnym charakterystycznym wzorem.

Następnie próbkę należy umieścić w mikrotomie model 860 sprzedawanym przez American Optical Company z Buffalo, New York, i wypoziomować. Usuwać plasterkami za pomocą mikrotomu krawędzie próbki do pojawienia się gładkiej powierzchni.

Z próbki należy pobrać tyle plasterków, żeby można było dokładnie odtworzyć różne obszary 30, 32, 34 i 36. W przedstawionym tu przykładzie wykonania, zdejmowano plasterki o grubości około 100 mikrometrów, począwszy od gładkiej powierzchni. Różnice grubości struktury włóknistej 20 można ocenić pod warunkiem zdjęcia co najmniej około 10 do 20 plasterków.

Następnie trzy do czterech próbek zdjętych za pomocą mikrotomu umieszczano obok alnOin na szkiełku przedmiotowym w oleju i przykrywano szkiełkiem przykrywkowym Szkiełko przedmiotowe wraz z próbką umieszczano w transmisyjnym mikroskopie optycznym i badano

171 010 przy powiększeniu około 40x. W celu odtworzenia profilu próbki fotografowano seryjnie wszystkie 10 do 20 plasterków. Analiza poszczególnych fotografii próbek mikrolomowych umożliwia ocenę różnic grubości w miarę odtwarzania profilu topografii struktury włóknistej. Dzięki znajomości gramatury względnej w punkcie odniesienia i w obszarach dyskretnych 30, 32, 34 lub 36 w kierunku promieniowym od punktu odniesienia oraz znajomości różnic grubości, można wyznaczyć jakościowe różnice gęstości.

Różnice grubości pomiędzy obszarami 30,32,34 i 36 można łatwo wyznaczyć fotografując dowolny reprezentatywny plasterek próbki ze znajdującą się w fotografowanym polu podziałką. Porównując podziałkę z granicznymi wartościami próbki na każdej zorientowanej na zewnątrz powierzchni struktury włóknistej 20 można łatwo oszacować grubości analizowanych obszarów 30, 32, 34 lub 36. Po sfotografowaniu rzutu głównego poziomego próbki ze wzorcem rozdzielczości można określić orientację oraz jedną z szerokości lub odstępów pomiędzy wskaźnikami w dowolnym położeniu na próbce i dopasować je do mikrotomów, co pozwoli zidentyfikować obszar 30, 32, 34 lub 36, którego grubość została zmierzona. Wzorzec rozdzielczości można również wykorzystać we wspomnianej powyżej procedurze fotografowania w miękkich promieniach rentgenowskich, co uniemożliwia precyzyjne wyznaczenie grubości obszarów 30, 32, 34 lub 36, zamiast całej struktury włóknistej.

Alternatywnie, różnice grubości można wyznaczyć za pomocą stereoskopowego mikroskopu skaningowego sposobem podanym w jednym z następujących artykułów: A Dynamic Real Time 3-JD Measurement Technique for IC Inspection (Dynamiczna przestrzenna technika kontroli układów scalonych w czasie rzeczywistym) autorstwa Bretona i innych, opublikowanym w Microelectronic Engineering (541-545 1986); Integrated Circuit Metrology. Inspection and Process Control (Metrologia, kontrola i sterowanie produkcją układów scalonych), Breton i inni, opublikowanym w Proceedings of SPIE-Intemational Society for Optical Engineering (Vol. 775, marzec 1987); lub Real Time 3D SEM Imaging and Measurement Technique (Technika przestrzennego obrazowania i pomiarów SEM w czasie rzeczywistym) Bretona i innych, opublikowanym w European Journal of Cell Biology (Vol. 48, Supp. 25 1989); powyższe artykuły przytoczono tu w celu pokazania alternatywnych technik wyznaczania różnic grubości.

Technika wyznaczania względnych różnic gęstości pomiędzy różnymi obszarami 30, 32, 34 i 36 w strukturze włóknistej polega na wykorzystaniu dwóch innych znanych parametrów intensywnych. Dotyczy to zwłaszcza wyznaczania stosunku gramatury obszarów 34 i 36 o dużych gramaturach do gramatury obszarów 30 i 32 o małych gramaturach, który można określić opisanym powyżej sposobem. W podobny, opisany powyżej sposób można wyznaczyć stosunek grubości obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze do grubości obszarów o małej gramaturze.

W związku z tym, dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, że stosunek gramatur podzielony przez stosunek grubości daje w wyniku stosunek gęstości w obszarach 28 o dużej gęstości do gęstości w obszarach 24 i 26 o małej gęstości, pod warunkiem, że struktura włóknista 20 jest przygotowana zgodnie z niniejszym wynalazkiem. Zależności te można przedstawić algebraicznie w następujący sposób:

Gęstość = Gramatura/Grubość r_bw _ Gratnafiiba obsz3rów f o ΐ ż6 o dużej eramaturze Gbamutura obszarów ma o małej gramutrrze gdzie Rbw jest stosunkiem gramatur.

Podobnie, r , Grubość obszarów 34 i 36o dużej gramaturze

Gmbość oWszarów żż o aoślej jżżmaturza gdzie Rt jest st<^>si^uikiem grubości obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze i obszarów 30 i 32 o małej gramaturze. A stąd,

Ra = Rbw/Rt

171 010 gdzie Ra jest stosunkiem gęstości obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze do gęstości obszarów 30 i 32 o małej gramaturze.

Dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, że skutkiem utrzymywania gramatury na stałym poziomie w danych obszarach 30,32,34 lub 36 jest równość stosunku grubości i stosunku gęstości w tych obszarach. A zatem, jeżeli zostanie ustalone, ze w obszarach 30, 32, 34 i 36 gramatura jest stała, głównie poprzez ustalenie stosunku grubości, jak opisano powyżej, to równocześnie zostanie ustalony stosunek gęstości, Ra Jeżeli stosunek Ra jest mniejszy niż 0,75 lub większy niż 1,33, to gęstości będą się zmieniały o więcej niż 25%.

Do liczbowego określania różnic w przeciętnych wymiarach rzutów porów można zastosować mikroskop stereoskopowy Nikon model SMZ-2T sprzedawany przez firmę Nikon Company, New Y ork, w połączeniu z równolegle zainstalowaną kamerą telewizyjną Dage MTI model NC-70. Obraz z mikroskopu może być oglądany stereo jaojpjw(j przez okulary lub w postaci dwuwymiarowej na monitorze komputerowym. Dane z obrazu analogowego, uzyskanego za pomocą połączonej z miSrosSupem kamery, mogą być przetwarzane cyfrowo za pomocą karty wizyjnej firmy Data Translation z Marlboro, Massachusetts i analizowane na komputerze Macintosh IIx firmy Apple Computer Co, z CupetoM, California Odpowiednim do przetwarzania i analizy cyfrowej programem jest IMAGE wersja 1.31, dostępna w firmie National Institute of Health, Washington

Próbkę ogląda się przez okulary, a stereoskopowe możliwości mikroskopu są wykorzystywane do określania tych jej obszarów, w których włókna znajdują się w zasadzie w jej płaszczyźnie oraz innych obszarów próbki, w których włókna odchylają się w kierunku normalnym do jej płaszczyzny. Należy się spodziewać, ze gęstość w tych obszarach, w których włókna odchylają się w kierunku normalnym do płaszczyzny próbki, będzie mniejsza niż w obszarach, w których leżą głównie w jej płaszczyźnie. Do dalszej analizy należy wybierać dwa obszary, po jednym reprezentatywnym, dla każdego ze wspomnianych powyżej rozkładów włókien.

W celu ułatwienia identyfikacji obszarów interesującej próbki, można stosować ręczną nieprzezroczystą maskę z przezroczystym okienkiem o powierzchni nieco większej niż powierzchnia analizowanego obszaru. Próbkę należy położyć na stoliku przedmiotowym mikroskopu w taki sposób, żeby interesujący obszar znajdował się w jego centrum. Następnie na próbkę należy położyć maskę w taki sposób, żeby okienko było wycentrowane i obejmowało analizowany obszar Wspomniany obszar i okienko należy wycentrować naekranie monitora. Następnie należy usunąć maskę, co eliminuje możliwość wpływu przezroczystego okienka na wyniki analizy.

Leżącą na stoliku przedmiotowym próbkę należy oświetlić z dołu w taki sposób, żeby uwidoczniły się nawet najdrobniejsze włókna. Następnie należy wyznaczyć progowe poziomy szarości i dostosować je do kapilar o mniejszych wymiarach. Jak już wspomniano wcześniej, stwierdzono, że dobre wyniki uzyskuje się stosując 256 poziomów szarości, przy czym poziom 0 odpowiada całkowitej bieli a poziom 255 całkowitej czerni. W przypadku opisanych tu próbek, stwierdzono, że dobre wyniki w wykrywaniu kapilar uzyskiwano stosując progowe poziomy szarości wynoszące w przybliżeniu od 0 do 125.

Następnie cały wybrany obszar należy zabarwić dwoma kolorami w taki sposób, że pierwszy kolor odpowiada wykrytym kapilarom w postaci dyskretnych cząstek, natomiast obecność nie wykrytych włókien jest reprezentowana cieniowaniem na szaro. Cały wybrany obszarjest wycinany i odłączany od otaczającej części próbki; można to zrobić za pomocą myszy lub odpowiedniego prostokątnego wzornika znajdującego się w programie Dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu można łatwo stablicować liczbę cząstek o progowym poziomie szarości, odpowiadających rzutom kapilar przechodzących przez całą grubość próbki oraz ich przeciętne wymiary (w jednostkach pola powierzchni). Jako jednostki wymiaru cząstek można stosować piksele lub, w razie potrzeby, mikrometry przeliczone w taki sposób, żeby umożliwiały określenie rzeczywistego pola powierzchni poszczególnych kapilar.

Opisaną procedurę należy powtórzyć dla drugiego interesującego obszaru. Drugi obszar jest centrowany na monitorze, następnie odpowiednio wycinany i odłączany od pozostałej części próbki, w razie potrzeby, za pomocą ręcznej maski. I znowu, liczone są cząstki progowe,

171 010 odpowiadające rzutom kapilar przechodzących przez całą grubość próbki, a ich przeciętne wymiary tablicowane.

Teraz obliczane są wszystkie różnice przeciętnych wymiarów rzutów porów. Jeżeli przeciętne wymiary cząstek w dwóch analizowanych obszarach róznią się o więcej niż 25%, to uważa się, ze parametry intensywne w tych obszarach zmieniają się o więcej niż 25%.

Znając wymiary i wartości liczbowe parametrów w różnych obszarach 30, 32, 34 i 36 !óżniących się gramaturą i grubością (a tym samym gęstością lub przeciętnymi wymiarami rzutów porów) można określić czy struktura włóknista 20 ma budowę opartą na uporządkowanym powtarzającym się wzorze, czy też nie, co wystarcza do zdefiniowania co najmniej trzech różnych obszarów 30, 32, 34 i 36 Jeżeli wymiary lub podziałki grubości i gramatury są różne w różnych obszarach, to istnieją co najmniej trzy obszary 30, 32, 34 i 36.

Jeżeli wymiary lub podziałki są takie same, to istnieją co najmniej trzy obszary 30, 32, 34 i 36 pod warunkiem, ze parametry te nie są zestrojone ze sobą pozycyjnie w st.mkt.urze włóknistej 20, natomiast jeżeli są zestrojone, to istnieją tylko dwa obszary 24' i 26’ Zestrojenie pozycyjne można zazwyczaj wyznaczyć podczas badania wzrokowego próbki w powiększeniu. W razie konieczności dokładniejszego lub ilościowego wyznaczenia parametrów, można skorzystać ze wspomnianych powyżej wskaźników gwarantujących odpowiednie zestrojenie pozycyjne próbek

Oczywiście, należy przyjąć, że wspomniane powyżej procedury analityczne są tylko propozycjami procedur, które można zastosować do rozpoznawania różnic parametrów intensywnych w danej analizowanej strukturze włóknistej 20. Każdy profesjonalista orientuje się, ze może istnieć wiele innych procedur analitycznych, a wybór takiej, która będzie nadawała się w dane] sytuacji zależy od stanu techniki jaką można zastosować w odniesieniu do danej próbki.

Opisana powyżej struktura włóknista 20 może być wykonana za pomocą urządzenia przedstawionego na fig. 5 sposobem składającym się z następujących etapów: zapewnienia zawiesiny włókien, zapewnienia przepuszczalnego dla płynów, zatrzymuj ącego włókna, zespołu formującego, który utrzymuje włókna w układzie w zasadzie płaskim, zapewnienia zespołu 44 do osadzania zawiesiny włókien na zespole formującym, zapewnienia zespołu do działania różnicą ciśnień na wybrane części zawiesiny włókien we współpracy z zespołem współpracującym przy działaniu różnicą ciśnień oraz zapewnienia urządzenia 50a i/lub 50b do suszenia zawiesiny włókien Sposób ten można zrealizować za pomocą odpowiednio zmodyfikowanej maszyny papierniczej z taśmą formującą 42, będącą przepuszczalnym dla płynów, zatrzymującym włókna elementem formującym. Z osadzonej zawiesiny włókien może powstać jedna ze wspomnianych powyżej struktur włóknistych 20 pokazanych na fig. 2 lub 3 A i 3B.

Wspomniana zawiesina włókien składa się z mieszanki zawierającej, w razie potrzeby, włókna celulozowe i nie celulozowe, roztworzone w płynie nośnym. Korzystnie, ale niekoniecznie, płynem nośnym jest roztwór wodny. Zazwyczaj zawiesina włókien jest jednorodna o stężeniu od około 0,1 do około 0,3 procenta włókien. W stosowanym tu znaczeniu, termin stężenie oznacza stosunek masy suchych włókien zawartych w całej substancji do całkowitej masy całej substancji pomnożony przez 100. W miarę kolejnej realizacji opisanych poniżej etapów procesu stężenie mieszaniny w zasadzie rośnie. Rozumie się samo przez się, ze oczywiście niektóre włókna, zwłaszcza krótsze, mogą przedostawać się przez zespół formujący wraz z płynem nośnym, ale zespół formujący nadal należy traktować jako zatrzymujący włókna. Zjawisko to nie wpływa w istotny negatywny sposób na przebieg tego etapu. Zespołem formującym mogą być perforowane folie, walce lub płyty. Szczególnie zalecany zespół formujący ma postać ciągłej taśmy formującej 42 pokazanej na fig. 6

Jeżeli wybranym zespołem formującym jest taśma formująca 42, to ma ona dwie, znajdujące się po przeciwległych stronach powierzchnie, pierwszą 53 i drugą 55, jak pokazano na fig. 7. Pierwsza powierzchnia 53 jest tą powierzchnią taśmy formującej 42, która styka się z włóknami formowanej struktury włóknistej 20 Pierwsza powierzchnia 53 nazywana jest w tej dziedzinie techniki powierzchnią taśmy formującej 42 stykającą się z papierem. Na pierwszej powierzchni 53 można wyróżnić dwa zróżnicowane topograficznie obszary 53a i 53b. Obszary 53a i 53b różnią się wielkością odległości ortogonalnej od drugiej,

171 010 przeciwległej powierzchni 55 taśmy formującej 42. Wspomniane odległości ortogonalne uważa się za biegnące w kierunku Z. W stosowanym tu znaczeniu, kierunek Z odnosi się do kierunku na zewnątrz od taśmy formującej 42 i prostopadle do niej, zakładając, że jest ona płaską strukturą dwuwymiarową.

Taśma formująca 42 powinna być odporna na wszystkie znane narażenia i warunki eksploatacyjne w jakich są przetwarzane i produkowane celulozowe struktury dwuwymiarowe'. Szczególnie zalecana taśma formująca 42 może być wytwarzana sposobem ujawnionym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 514 345, a zwłaszcza sposobem przedstawionym na fig· 5 tego opisu, który przytoczono tu w celu pokazania szczególnie przydatnego w niniejszym wynalazku zespołu foimującego i sposobu jego wytwarzania

Taśma formująca 42 jest przepuszczalna dla płynów co najmniej w jednym kierunku, zwłaszcza w kierunku od swojej pierwszej powierzchni 53, przez swoją strukturę, do drugiej powierzchni 55 W stosowanym tu znaczeniu, termin przepuszczalna dla płynów odnosi się do takiego stanu, w którym płynny nośnik zawiesiny włókien może przenikać przez taśmę formującą 42 bez szczególnych przeszkód. Oczywiście, może okazać się pomocne, lub nawet konieczne, wytwarzanie niewielkiej różnicy ciśnień, intensyfikującej przenikanie płynu przez taśmę formującą 42, a tym samym gwarantującej jej odpowiedni stopień przepuszczalności

Natomiast nie jest konieczne, a nawet pożądane, żeby cała powierzchnia taśmy formującej 42 była przepuszczalna dla płynów. Jedynym warunkiem jest łatwość usuwania płynnego nośnika z zawiesiny włókien i możliwość powstawania na pierwszej powierzchni 53 taśmy formującej 42 związków struktury włóknistej 20, składających się z osadzonych włókien

Taśma formująca 42 jest również zespołem zatrzymującym włókna. W stosowanym tu znaczeniu, zespół jest zespołem zatrzymującym włókna jeżeli zatrzymuje większość osadzonych na nim włókien według określonego makroskopowo wzoru lub geometrii, bez względu na orientację lub osadzanie poszczególnych włókien. Oczywiście, nie należy oczekiwać, ze zespół zatrzymujący włókna będzie zatrzymywał sto procent osadzanych na nim włókien (zwłaszcza kiedy wycieka z niego płynny nośnik włókien) ani też, ze zatrzymywanie to będzie miało charakter stały Warunkiem koniecznym jest wyłącznie zatrzymywanie włókien na taśmie formującej 42, lub innym zespole zatrzymujący-yn włókna, przez okres czasu wystarczający do zadowalającego zakończenia realizacji etapów tego procesu.

Taśma formująca 42 (lub dowolny inny zespół formujący) musi również być dostosowana do współpracy z zespołem działającym różnicą ciśnień na wybrane części zawiesiny włókien Współpraca tego typu pomaga w formowaniu opisanej powyżej struktury włóknistej 20 z co najmniej trzema zróżnicowanymi pod względem parametrów intensywnych obszarami 24, 26 i 28, jak pokazano na fig. 2, lub z co najmniej czterema zróżnicowanymi pod względem parametrów intensywnych obszarami 30, 32, 34 i 36, jak pokazano na fig. 3A i 3B W związku z powyższym, taśma formująca 42, we współpracy z pozostałą częścią urządzenia, powinna być przystosowana do tworzenia struktury włóknistej 20 o zróżnicowanych gramaturach i gęstościach, rozłożonych w sposób uporządkowany i według regularnego wzoru, chociaż, jak przedstawiono dalej, takie i ozłożone według wzoru różnice mogą być również wytwarzane za pomocą innych podzespołów stosowanego w tym procesie produkcji urządzenia.

W stosowanym tu znaczeniu, termin związki stir^iktury włóknistej z włókien odnosi się do włókien osadzanych na taśmie formującej 42, dających się łatwo odkształcać w kierunku Z, które mogą być rozproszone, i najczęściej są, w płynnym nośniku o wysokim udziale procentowym w całej substancji. Dzięki utrzymywaniu stężenia związków struktury włóknistej 20 na poziomie od około 2 do około 35 procent, osadzone włókna są bardziej podatne i łatwiej dają się przemieszczać w kierunku Z

Jak widać na fig. 6, na taśmie formującej 42 można wyróżnić strukturę nośną 57 oraz uformowany według pewnego wzoru układ występów 59, połączonych czołowo ze strukturą nośną 57, w wyniku czego tworzą się dwie przeciwległe powierzchnie 53 i 55. Strukturę nośną 57 może stanowić materiał perforowany, na przykład tkane sito lub inna konstrukcja perforowana Struktura nośna 57 jest w zasadzie przepuszczalna dla płynów i utrzymuje występy 59 w odpowiednich położeniach według wzoru Odpowiednią perforowaną strukturą nośną 57 jest sito o gęstości od około 6 do około 50 włókien na centymetr w rzucie na płaszczyznę poziomą, ale często stosuje się włókna osnowowe stanowiące drugą warstwę piętrową, co podwaja podane powyżej dane dotyczące liczby włókien. Otworki pomiędzy włóknami mogą być w zasadzie kwadratowe, jak pokazano, lub o dowolnym innym przekroju poprzecznym. Włókna mogą być wykonane z przędzy z tworzywa sztucznego, z tkaniny lub włókniny.

Jedna powierzchnia 55 struktury nośnej 57 może być makroskopowo utworem w zasadzie monoplanamym zawierającym zorientowaną na zewnątrz powierzchnię 53 taśmy formującej 42 Zorientowana do wewnątrz powierzchnia taśmy formującej 42 jest często określana jako jej podkład i, jak wspomniano powyżej, styka się co najmniej z pozostałą częścią urządzenia stosowanego do produkcji papieru. Przeciwległa, zorientowana na zewnątrz, powierzchnia 53 struktury nośnej 57 może być określana jako powierzchnia taśmy formującej 42 stykająca się z włóknami, ponieważ wspomniana powyżej zawiesina włókien jest osadzana na tej właśnie powierzchni 53 taśmy formującej 42.

Korzystnie, jak pokazano na fig. 7, połączony ze strukturą nośną układ występów 59, ułożonych według pewnego wzoru, składa się z pojedynczych występów 59 połączonych z bliższą, zorientowaną na zewnątrz, powierzchnią 53 struktury nośnej 57 i wybiegających na zewnątrz z tej powierzchni. Występy 59 można również uważać za elementy stykające się z włóknami, ponieważ na ich rozmieszczony według pewnego wzoru układ jest nakładana zawiesina osadzana na taśmie formującej 42, a w rzeczywistości układ występów 59 jest nią przykrywany.

Występy 59 mogą być połączone ze strukturą nośną w dowolny znany sposób, przy czym szczególnie zalecane jest ich łączenie techniką seryjną z zastosowaniem utwardzalnej, fotoczułej żywicy polimerowej zamiast pojedynczego łączenia każdego występu 59, wchodzącego w skład ułożonego według pewnego wzoru układu występów 59, ze strukturą nośną 57. Korzystnie, ułożony według wzoru układ występów 59 jest wytwarzany poprzez obróbkę w masie materiału o konsystencji w zasadzie płynnej w taki sposób, żeby po zakrzepnięciu powstały materiał był integralnym przedłużeniem i stanowił część występów 59 i co najmniej częściowo otaczał strukturę nośną 57 stykając się z nią, jak pokazano na fig. 7.

Rozmieszczony według wzoru układ występów 59 powinien być usytuowany w taki sposób, żeby ze swobodnych końców 53b występów 59 wybiegały w kierunku osi Z liczne kanaliki, w które mogą wchodzić włókna zawiesiny; kanaliki te biegną ku obszarowi 53ablizszej części zorientowanej na zewnątrz powierzchni 53 struktury nośnej 57. Rozwiązanie tego typu umożliwia wytworzenie taśmy formującej 42 o określonej strukturze topograficznej oraz pozwala płynowi nośnemu wraz z zawartymi w nim włóknami wpływać do struktury nośnej 57 (lub innej konstrukcji nośnej, z którą połączony jest rozmieszczony według wzoru układ występów 59), skąd płyn może być odprowadzany na zewnątrz, a układ włókien może być zmieniony wskutek działającej później różnicy ciśnień.

Występy 59 są tworami dyskretnymi i korzystnie, rozmieszczonymi w regularnych odstępach w taki sposób, żeby w zasadzie ciągłej sieci obszarów 24 struktury włóknistej 20 me powstawały duże obszary o osłabionej wytrzymałości. Pomiędzy sąsiednimi występami 59 znajdują się kanaliki, przez które może odpływać do struktury nośnej 57 płyn nośny z włóknami. Korzystniej, występy 59 są rozmieszczone według określonego, uporządkowanego i powtarzającego się wzoru w taki sposób, żeby w zasadzie ciągła sieć obszarów 24 struktury włóknistej 20 (uformowanej wokół występów 59) bardziej równomiernie rozprowadzała po jej całej powierzchni obciążenia rozciągające. Najkorzystniej, występy 59 są rozmieszczone w układzie przestawionym, w taki sposób, żeby sąsiadujące ze sobą w gotowej strukturze włóknistej obszary 26 o małej gramaturze nie leżały na liniach odpowiadających jednemu z kierunków głównych, wzdłuż których może działać obciążenie rozciągające.

Jak widać na fig. 7, stojące pionowo występy 59 łączą się swoimi bliższymi końcami ze zorientowaną zewnętrznie powierzchnią 53 struktury nośnej 57 i biegną w kierunku od tej powierzchni ku dalszemu lub swobodnemu końcowi 53b, znajdującemu się w najdalszej odległości ortogonalnej rozmieszczonych według wzoru występów 59 od zewnętrznie zorientowanej powierzchni 53 struktury nośnej 57. W związku z tym, zewnętrznie zorientowana powierzchnia taśmy formującej 42 ma dwa poziomy. Obszar 53a stanowiący bliższy poziom zewnętrznie zorientowanej powierzchni 53 wyznacza ta powierzchnia struktury nośnej 57, z którą połączone są bliższe końce 53a występów 59, oczywiście po uwzględnieniu całego materiału występów 59 otaczającego strukturę nośną 57 po zakrzepnięciu. Poziom dalszy zewnętrznie zorientowanej powierzchni 53 wyznaczają swobodne końce 53b rozmieszczonych według wzoru występów 59. Przeciwległą i skierowaną do wewnątrz powierzchnię 55 taśmy formującej 42 tworzy druga strona struktury nośnej 57, oczywiście po uwzględnieniu całego materiału występów 59 otaczającego strukturę nośną 57 po zakrzepnięciu; powierzchnia ta leży po przeciwnej stronie w stosunku do kierunku biegu występów 59.

Występy 59 mogą biec ortogonalnie do płaszczyzny taśmy formującej 42 w kierunku na zewnątrz od bliższego poziomu zorientowanej na zewnątrz powierzchni 53 struktury nośnej 57 na odległość od około 0 milimetrów (zatykanie się otworków pomiędzy włóknami) do około 1,3 milimetra, a korzystnie od około 0,15 do około 0,25 milimetra. Jeżeli występy 59 mają zerową długość w kierunku Z, to powstaje struktura włóknista 20 o prawie stałej gramaturze. W razie potrzeby produkcji perforowanej st^i^iktury włóknistej 20, lub struktury włóknistej 20 o stosunkowo dużej gramaturze całkowitej, występy 59 powinny generalnie biec na dalszą odległość od obszaru 53a zewnętrznie zorientowanej powierzchni 53 struktury nośnej 57 oraz powinny mieć większy wymiar w kierunku Z. I na odwrót, w razie konieczności zminimalizowania różnic gramatur w sąsiednich obszarach struktury włóknistej 20, należy stosować w zasadzie krótsze występy 59.

Występy 59 silnie wpływają na możliwości przenoszenia obciążeń rozciągających przez w zasadzie ciągłą sieć. Korzystnie, występy 59 nie powinny mieć ostrych naroży, zwłaszcza w płaszczyźnie XY; dzięki temu unika się możliwości powstawania koncentracji naprężeń w tworzonych przez nie w strukturze włóknistej 20 obszarach o dużych gramaturach 24 i 28 z fig. 2 oraz 34 i 36 z fig. 3A i 3B. Szczególnie korzystny występ 59 ma kształt krzywoliniowo romboedryczny o przekroju poprzecznym przypominającym romb z zaokrąglonymi narożami.

Bez względu na pole przekroju poprzecznego występów59 ich boki mogą być generalnie równoległe do siebie i ortogonalne do płaszczyzny taśmy formującej 42. Alternatywnie, boki występów 59 mogą być lekko zbieżne, co nadaje występom kształt stożków ściętych.

Wysokości występów 59 nie muszą być jednakowe ani też ich swobodne końce 53b nie muszą znajdować się w jednakowej odległości od bliższego poziomu 53a zorientowanej zewnętrznie powierzchni 53 struktury nośnej 57. W razie konieczności zastosowania struktury włóknistej 20 o bardziej skomplikowanymi wzorze od tego, który tu pokazano, dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, że można to zrealizować stosując pionowo stojące występy 59 o topografii określonej na kilku poziomach w kierunku osi Z - skutkiem działania takiego układu jest zróżnicowana gramatura w obszarach struktury włóknistej 20, odpowiadających pozycyjnie występom o różnych poziomach. Alternatywnie, innym sposobem osiągnięcia tego samego celu jest zastosowanie taśmy formującej 42 z zorientowaną zewnętrznie powierzchnią 53 o więcej niż dwóch poziomach uzyskanych za pomocą innych środków, na przykład, zaopatrzoną w jednakowej wielkości występy 59 połączone ze strukturą nośną 57 o znacznie zmieniającej się płaskości w stosunku do rozciągłości występów 59 w kierunku Z.

Korzystnie, udział procentowy pola powierzchni rzutu układu rozmieszczonych według wzoru występów 59, odniesiony do całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42, może zmieniać się w przedziale od wartości minimalnej rzędu 20 procent całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42 do wartości maksymalnej stanowiącej około 80 procent całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42, przy czym pozostałą część pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42 stanowi struktura nośna 57. Stosunek pola układu rozmieszczonych według wzoru występów 59 do całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42 jest określany jako s^ma pól powierzchni rzutów wszystkich występów 59 na maksymalnej odległości w kierunku ortogonalnym do zewnętrznie zorientowanej powierzchni 53 struktury nośnej 57.

171 010

Należy wziąć pod uwagę, że w miarę zmniejszania się stosunku pól występów 59 do całkowitego pola powierzchni rzutu taśmy formującej 42 zwiększa się wspomniana wcześniej w zasadzie ciągła i o wysokiej gramaturze sieć obszarów 24 struktury włóknistej 20, co zmniejsza ekonomiczne wykorzystanie surowców. Ponadto, w miarę wzrostu długości włókien należy zwiększyć pole powierzchni rzutu pomiędzy sąsiednimi występami 59 na poziomie blizszym stan owiącym obszar 53a taśmy formującej 42, ponieważ w przeciwnym przypadku włókna mogą me pokryć występów 59 i nie wnikać do kanalików pomiędzy sąsiednimi występami 59, prowadzących do struktury nośnej 57 wyznaczonej przez pole powierzchni rzutu obszaru 53a

Druga powierzchnia 55 taśmy formującej 42 może mieć określoną i widoczną topografię albo tez może być makroskopowo w zasadzie płaska. W stosowanym tu znaczeniu, sfori-nutowanie w zasadzie makroskopowo płaska odnosi się do geometrii taśmy formującej 42 po jej umieszczeniu w układzie dwuwymiarowym, w którym wykazuje tylko niewielkie i dopuszczalne odchylenia od całkowitej płaskości, przy czym odchylenia te nie wpływają negatywnie na parametry taśmy formującej 42 z punktu widzenia opisanego powyżej i zastrzeżonego dalej procesu produkcji struktury włóknistej 20. Każda geometria drugiej powierzchni 55, topograficzna lub w zasadzie makroskopowo płaska, jest dopuszczalna pod warunkiem, ze nie narusza w istotny sposób topografii pierwszej powierzchni 53 taśmy formującej 42, oraz pod warunkiem, ze taśma formująca 42 może być zastosowana w opisanych tu etapach procesu produkcji. Druga powierzchnia 55 taśmy formującej 42 może stykać się z urządzeniami stosowanymi w procesie wytwarzania struktury włóknistej 20 i jest nazywana w tej dziedzinie technik powierzchnią maszynową taśmy formującej 42.

Na figurze 5 pokazano również zespół 44 do osadzania zawiesiny włókien na przepuszczalnej dla płynów taśmie formującej 42, a zwłaszcza na powierzchni 53 taśmy formującej 42 z dyskretnymi, stojącyml pionowo występami 59, w taki sposób, ze struktura nośna 57 i występy 59 są całkowicie pokryte zawiesiną włókien, chyba ze jest potrzebna struktura włóknista 20 z utwolSami w obszarach 26 o małej gramaturze - w takim przypadku układ topograficzny wyznaczony przez wolne końce 53b występów 59 nie powinien być pokryty osadzaną zawiesiną włókien Do tego celu można z powodzeniem zastosować skrzynię wlewową, która jest dobrze znanym urządzeniem w tej dziedzinie. W technice znane są różne typy skrzyń wlewowych, ale stwierdzono, że dobre wyniki uzyskiwano stosując konwencjonalne skrzynie wlewowe Fourdnmera, podające i osadzające w zasadzie w sposób ciągły zawiesinę włókien na zorientowaną zewnętrznie powierzchnię 53 taśmy formującej 42.

Zespół 44 do osadzania zawiesiny włókien i taśma formująca 42 są przesuwne względem siebie, co umożliwia osadzanie zawiesiny na taśmie formującej 42 w procesie ciągłym w ilościach w zasadzie stałych. Alternatywnie, zawiesina może być osadzana na taśmie formującej 42 partiami. Korzystnie, zespół 44 do osadzania zawiesiny włókien na przepuszczalnej taśmie formującej 42 może być regulowany w taki sposób, żeby w miarę zwiększania lub zmniejszania szybkości względnego przemieszczania się taśmy formującej 42 i zespołu osadzającego 44, można było osadzać na taśmie formującej 42 odpowiednio większą lub mniejszą ilość zawiesiny włókien w jednostce czasu.

W skład urządzenia wchodzą również zespoły 50a i/lub 50b do suszenia zawiesiny włókien w taki sposób, żeby z związków struktury włóknistej 20 w postaci włókien powstała dwuwymiarowa struktura włóknista 20 o stężeniu co najmniej 90 procent. Do suszenia zawiązków struktury włóknistej 20 w postaci zawiesiny włókien można zastosować dowolne, odpowiednie do tego celu zespołu suszące 50a i/lub 50b, dobrze znane w technice produkcji papieru. Na przykład, odpowiednimi i dobrze znanymi urządzeniami do tego celu są filce prasujące, termiczne komory kołpakowe, promienniki podczerwone, suszarki przedmuchowe i bębny suszące Yankee, stosowane oddzielnie lub łącznie z innymi. Szczególnie zaleca się suszenie za pomocą suszarki przedmuchowej 50a i bębna suszącego Yankee 50b, umieszczonych jedno za drugim.

W skład urządzenia wchodzi również zespół do działania różnicą ciśnień na wybrane części struktury włóknistej 20. Skutkiem działania różnicy ciśnień może być zagęszczenie lub rozrzedzenie obszarów 28, 32 i 36 (fig. 2, 3A i 3B) struktury włóknistej 20 Różnica ciśnień może być stosowana do struktury włóknistej 20 na każdym etapie procesu zanim zostanie z niej odprawa171010 dzona zbyt duża ilość płynnego nośnika; korzystnie, należy ją stosować do struktury włóknistej 20 jeszcze wtedy kiedy jest ona w postaci zawiązków. Możliwym skutkiem usunięcia nadmiernej ilości płynnego nośnika przed działaniem różnicy ciśnień jest nadmierne zesztywnienie włókien i niemożliwość ich dostosowania się do topografii ułożonych według wzoru występów 59, a tym samym wytworzenie struktury włóknistej 20 pozbawionej określonych obszarów o różnych gramaturach.

W stosowanym tu znaczeniu, termin różnica ciśnień oznacza różnicę sił netto na jednostkę pola powierzchni po przeciwległych stronach dwuwymiarowej struktury włóknistej 20 i, korzystnie, działającą pomiędzy przeciwległymi powierzchniami 53 i 55 taśmy formującej 42. Różnica ciśnień działa chwilowo i nie jest równomierna na całej powierzchni dwuwymiarowej struktury włóknistej 20, ale działa wyłącznie na wybrane obszary 28, 32 i 36 (fig. 2, 3A i 3B) struktury włóknistej 20.

Istotne znaczenie ma to, żeby wybrane obszary 28, 32 i 36 (odpowiednio na fig. 2, 3A i 3B) struktury włóknistej 20, na które działa różnica ciśnień, nie pokrywały się z obszarami macierzystymi 24 i 26 (fig. 2); lub 30 i 34 (fig. 3A i 3B) struktury włóknistej 20, wyznaczonymi przez obszary topograficzne 53a i 53b taśmy formującej 42. Takie wybrane obszary 28, 32 i 36 nie powinny zwłaszcza pokrywać się z topografią wyznaczoną przez dwa poziomy obszarów 53a i 53b zorientowanej zewnętrznie powierzchni 53 taśmy formującej 42, a tym samym nie powinny pokrywać się z obszarami o różnych gramaturach struktury włóknistej 20, przy czym meęokrywapie się z topografią taśmy formującej 42 powinno polegać na różnicach pod względem wymiarów, podziałki, wzoru (lub dowolnej kombinacji wymiarów, podziałki i wzoru).

Na przykład, jeżeli wybrane obszary 28, 32 i 36 (fig. 2, 3A i 3B), na które działają różnice ciśnień, są takie same pod względem wymiarów przekrojów poprzecznych układu rncminsccznnych według wzorów występów 59, określonych na swobodnych końcach 53b występów 59, ale są przesunięte w kierunku maszynowym lub poprzecznym do maszynowego, albo w obu, oznacza to, że miejsca działania różnie ciśnień nie pokrywają się z obszarami topograficznymi 53a i 53b ustalonymi dla taśmy formującej 42. Podobnie, jeżeli pola powierzchni wybranych obszarów 28, 32 i 36 (fig. 2, 3A i 3B), na które działają różnicn ciśnień, są większe niż pola powierzchni przekrojów poprzecznych występów 59 na ich swobodnych końcach 53b. oznacza to, ze takie wybrane obszary 28, 32 i 36 (fig. 2, 3A i 3B) nie pokrywają się z obszarami topograficznymi 53a ustalonymi dla taśmy formującej 42.

Należy oczywiście zauważyć, ze jeżeli pola powierzchni wybranych obszarów 28, 32 i 36 (fig. 2, 3A i 3B), na które działają różnice ciśnień, są większe niż pola powierzchni swobodnych końców 53b występów 59, to takie wybrane obszary 28, 32 i 36 zachodzą na w zasadzie ciągłą sieć 24 z fig. 2 i sieć 34 z fig. 3A i 3B oraz na obszary 26 i 32 o małej gramaturze, pokazane na fig. 2, 3A i 3B. Takie zachodzenie nie jest w zasadzie szkodliwe dla przebiegu opisanego tu procesu oraz powstającej w jego wyniku struktury 20. W związku z tym nie jest konieczne podejmowanie specjalnych kroków mających na celu jego eliminację.

Działająca na strukturę włóknistą 20 różnica ciśnień może mieć charakter prasowania mechanicznego, powodowanego przez działającą na dwuwymiarową strukturę włóknistą 20 w kierunku Z sztywną przeszkodę Zazwyczaj taka działająca w kierunku Z przeszkoda zmniejsza grubość i powoduje zagęszczenie w zakłócanych obszarach 28, na które taka różnica ciśnień selektywnie działała. Jak widać na fig. 5, jeden ze sposobów działania na wybrane obszary 28, 32 i 36 (fig. 2, 3A i 3B) struktury włóknistej 20 różnicą ciśnień powodującą prasowanie i zagęszczanie, polega na stosowaniu układu rncmlnschcnnyhn według wzoru pionowo stojących występów 59.

Dla każdego profesjonalisty jest oczywiście jasne, że warunkiem wytworzenia różnicy ciśnień jest istnienie w urządzeniu odpowiedniego zespołu oporowego - w innym przypadku włókna, na które działa różnica ciśnień mogą zostać wypchnięte ze struktury włóknistej 20, pozostawiając po sobie niepożądane otwory lub pęknięcia. Element opierający się selektywnie działającej różnicy ciśnień w celu zagęszczenia lub rozrzedzenia wybranych obszarów 28, 32 i 36 (fig. 2, 3A i 3B) struktury włóknistej 20 jest nazywany zespołem współpracującym przy działaniu różnicą ciśnień. Jak wspomniano poniżej, zespół współpracujący przy działaniu

171 010 różnicą ciśnień może być gładką sztywną powierzchnią, taką jakajest na walcach tłoczących 64, bębnie suszącym Yankee 50b, albo tez może to być inna taśma 46 o określonej topografii.

Jak wspomniano powyżej, istotne znaczenie ma selektywne działanie różnicy ciśnień na obszary 28. 32 i 36 struktury włóknistej 20, nie pokrywające się dokładnie z obszarami macierzystymi 24 i 26 z fig. 2; łub z obszarami macierzystymi 30 i 34 struktury włóknistej 20 z fig. 3A i 3B, o różnych gramaturach, dzięki czemu pojawia się ich niezgodność pozycyjna. W celu zagwarantowania, że nie pojawi się zgodność pozycyjna natomiast wystąpi niezgodność, może okazać się konieczne przeniesienie struktury włóknistej 20 z taśmy formującej 42 (lub innego zespołu formującego), na której była osadzana zawiesina włókien, na inny zespół, który może wytwarzać niezgodną pozycyjnie, działającą wybiórczo różnicę ciśnień.

Jednym z zalecanych zespołów tego typu jest pokazana na fig. 4 taśma pomocnicza 46 z obszarami 63, przez które może działać podciśnienie, i występami 61, nie pokrywającymi się pozycyjnie z rozmieszczonymi według wzoru występami 59 na taśmie formującej 42, na której jest osadzana zawiesina włókien, a tym samym nie pokrywającymi się pozycyjnie z obszarami 24 i 26 z fig. 2; lub z obszarami 30 i 34 z fig. 3A i 3B, stanowiącymi te miejsca zawiązków struktury włóknistej 20, które mają różne gramatury. Występy 61 na taśmie pomocniczej 46 mogą mieć charakter ciągły lub dyskretny i mogą być połączone ze strukturą nośną 57. Swobodne końce 53b występów 61 można użyć do dociskania wybranych obszarów 28 struktury włóknistej 20 z fig. 2 do taśmy formującej 42, w wyniku czego następuje zagęszczenie w nich materiału w stosunku do sąsiednich, charakteryzujących się dużą gramaturą, obszarów 24 dwuwymiarowej struktury włóknistej 20 z fig. 2.

Dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, że charakteryzujące się małą gramaturą obszary 26 struktury włóknistej 20, odpowiadające występom 61 na taśmie pomocniczej 46, nie zostaną zagęszczone w takim samym stopniu jak obszary 28 o większej gramaturze, odpowiadające i pokrywające się z charakteryzuj ącymi się dużą groτaαturą obszarami 24 struktury włóknistej 20, ponieważ w takich obszarach 26 o mniejszej gramaturze znajduje się mniej włókien, a w związku z czym są one bardziej podatne, a tym samym mogą się odkształcać dostosowując swój kształt do topografii narzuconej przez występy 61 i zespół współpracujący przy działaniu różnicą ciśnień, bez znaczniejszego zagęszczania, a nie są w niego wgniatane.

Dobrze znana w technice taśma pomocnicza 46 z węzłami na zorientowanej zewnętrznie powierzchni 53, wykonanej z zachodzących na siebie włókien osnowy i wątku, umożliwia wytwarzanie w strukturze włóknistej 20 rozmieszczonych według wzoru występów 61, przy czym, statystycznie, powstający wzór nie pokrywa się wymiarowo ani pozycyjnie z wzorem, według którego są rozmieszczone charakteryzujące się małą gramaturą obszary 26 i 30 struktury włóknistej 20 z fig. 2, 3A i 3B, wytwarzane wskutek działania występów 59 na pierwszej taśmie formującej 42. Odpowiednią do tego celu taśmę pomocniczą 46 ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 301 746, który przytoczono tutaj w celu pokazania odpowiedniego zespołu współpracującego przy działaniu różnicą ciśnień, przeznaczonego do działαnie różnicą ciśnień na dwuwymiarową strukturę włóknistą 20. Oczywiście, bardzo niewielka zmiana wymiarów lub podziałki rozmieszczenia występów 61 na taśmie pomocniczej 46 w stosunku do wymiarów i podziałki występów 59 na taśmie formującej 42, na której jest osadzana zawiesina włókien, gwarantuje w zasadzie, że oba wzory nigdy nie będą się pokrywały i zostanie osiągnięta niezgodność.

Alternatywnie, taśma pomocnicza 46 może być wykonana w taki sposób, że znajduje się na niej rozmieszczony według wzoru układ występów 61 oraz inne odpowiednie elementy konstrukcyjne i struktura nośna 57, podobne lub takie same jak na pierwszej taśmie formującej 42. W jeszcze innym alteiru^a^t^^^^^nym przykładzie wykonania, występy 61 na pomocniczej taśmie 46 mogą tworzyć w zasadzie ciągłą sieć, jak ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 528 239, przytoczonym tu w celu pokazania innej taśmy pomocniczej 46 nadającej się do stosowania jako zespół współpracujący przy działaniu różnicą ciśnień.

Pole powierzchni występów 61 na taśmie pomocniczej 46 może być mniejsze od pola powierzchni stojących pionowo występów 59 na taśmie formującej 42 (lub innym zespole

171 010 formującym), na której początkowo jest osadzana zawiesina włókien. Dzięki mniejszemu polu powierzchni sterczących do góry występów 61 na taśmie pomocniczej 46 w stosunku do pola powierzchni występów 59 na taśmie formującej 42 (lub innym zespołe formującym), charakteryzujące się większą gęstością dyskretne obszary 28 struktury włóknistej 20 z fig. 2 nie będą prawdopodobnie zawierały obszarów 24 w zasadzie ciągłej sieci, zapewniając giętkość stniktury włóknistej 20. Alternatywnie, jeżeli pole powierzchni występów 61 na taśmie pomocniczej 46 jest większe od pola powierzchni występów 59 na pierwszej taśmie formującej 42, to należy się spodziewać powstania większych obszarów 28 o większej gęstości oraz zazwyczaj struktury włóknistej 20 o większej wytrzymałości na rozciąganie ale o mniejszej elastyczności.

Podobnie, podziałka występów 61 na taśmie pomocniczej 46 powinna być mniejsza od podziałki występów 59 na taśmie formującej 42 lub innym zespole formującym. Jeżeli podziałka występów 61 na taśmie pomocniczej 46 jest mniejsza od podziałki występów 59 na taśmie formującej 42 lub innym zespole formującym, to w wyniku powstanie ciaśniejszy wzór rozmieszczenia obszarów 28 o większej gęstości oraz struktura włóknista 20 o w zasadzie wyższej wytrzymałości na rozciąganie W zasadzie nie jest pożądane, żeby cała, w zasadzie ciągła, o dużej gramaturze, sieć obszarów 24 struktury włóknistej 20 miała większą gęstość, ponieważ wskutek tego powstaje struktura włóknista 20 o większej sztywności i mniejszej chłonności

Struktura włóknista 20 może być bezpośrednio przenoszona z taśmy formującej 42 na taśmę pomocniczą 46 za pomocą konwencjonalnych i dobrze znanych technik. Następnie znajdujące się na taśmie pomocniczej 46 występy 61 dociskają wybrane obszary 28 struktury włóknistej 20 do zespołu współpracującego przy działaniu różnicą ciśnień W rozwiązaniu tego typu można zastosować dobrze znaną w technice szczelinę chwytową 62, utworzoną pomiędzy walcem tłoczącym 64 a znajdującym się obok bębnem suszącym Yankee 50b z gładką powierzchnią. Struktura włóknista 20 przechodzi przez szczelinę chwytową 62, utworzoną pomiędzy walcem tłoczącym 64 a bębnem suszącym Yankee 50b. W szczelinie 62 występy na taśmie pomocniczej 46 dociskają obszary 28 struktury włóknistej 20, pokrywające się pozycyjnie z występami 61, do sztywnej powierzchni bębna suszącego Yankee 50b, w wyniku czego zwiększa się gęstość takich pokrywających się pozycyjnie obszarów 28 struktury włóknistej 20.

Ponadto, korzystnie, etapy działania różnicą ciśnień na wybrane obszary 28, 32 i 36 struktury włóknistej 20 (fig. 2,3A i 3B) oraz etapy suszenia struktury włóknistej 20 można łączyć ze sobą. Zwłaszcza w przypadku stosowania do suszenia struktury włóknistej 20 bębna suszącego Yankee 50b, jego powierzchnię można wykorzystać również do działania różnicą ciśnień na wybrane obszary struktury włóknistej 20.

W celu równoczesnego działania różnicą ciśnień i suszenia, dwuwymiarowa struktura włóknista 20 jest przenoszona na taśmę pomocniczą 46 o topografii różnej od taśmy formującej 42, na której początkowo jest osadzana zawiesina włókien, dzięki czemu osiąga się niezgodność pozycyjną. Taśma pomocnicza 46 może biec obok bębna suszącego Yankee 50b, w wyniku czego powstaje pomiędzy nimi szczelina chwytowa 62. Struktura włóknista 20 przechodzi przez szczelinę 62, gdzie jest prasowana w wybranych obszarach 28, jak to opisano powyżej, z równoczesnym przenoszeniem jej na bęben suszący Yankee 50b, na którym jest suszona.

Jeżeli zastosowano proces, składający się dalej z etapów przenoszenia dwuwymiarowej struktury włóknistej 20 na taśmę pomocniczą 46, lub inny zespół współpracujący przy działaniu różnicą ciśnień, również pod warunkiem, że topografia takiej taśmy pomocniczej nie pokrywa się wzorem z topografią taśmy formującej 42, to można wytwarzać strukturę włóknistą 20 z czterema obszarami o różnych parametrach intensywnych, jak pokazano na fig. 3A, 3B i 4. Taka struktura włóknista 20 powstaje dzięki działaniu płynu, w którym istnieje różnica ciśnień, na wybrane obszary 32 i 36 struktury włóknistej 20. Zamiast opisanej powyżej różnicy ciśnień uzyskiwanej za pomocą elementów mechanicznych, można zastosować ciśnienie płynu, na przykład nadciśnienie powietrza, pary wodnej, lub pewnych innych płynów, działające na zewnętrznie zorientowaną powierzchnię dwuwymiarowej struktury włóknistej 20, znajdującej się na taśmie formującej 42.

171 010

Alternatywnie, ciśnienie płynu może być mniejsze od atmosferycznego. Jeżeli ciśnienie płynu jest mniejsze od atmosferycznego, to może ono mieć charakter podciśnienia działającego na strukturę włóknistą 20. Podciśnienie może działać na wewnętrznie zorientowaną powierzchnie 55 struktury nośnej 57 w przepuszczalnych dla niego obszarach 63 na taśmie pomocniczej 46, jak pokazano na fig. 5. Jako urządzenie działające różnicą ciśnień na strukturę włóknistą 20 można z powodzeniem zastosować dobrze znaną w technice skrzynię próżniową 47. Dodatkową korzyścią z zastosowania do tego celu skrzyni próżniowej 47 jest odchylanie włókien zawiązków struktury włóknistej 20 w taki sposób, żeby dostosowały się do topografii taśmy pomocniczej 46

Skutkiem działania, płynu, w którym istnieje różnica ciśnień, zwłaszcza płynu o ciśnieniu mniejszym od atmosferycznego, na wybrane obszary 32 i 36 struktury włóknistej 20 z fig. 3A i 3B, jest zmniejszenie gęstości w obszarach 32 i 36 w wyniku rozluźnienia struktury włókien odpowiednio w obszarach macierzystych 30 i 34, w kierunku Z. Skutkiem tego zabiegu jest powstanie grubszej, bardziej miękkiej i bardziej chłonnej celulozowej struktury włóknistej 20.

Jak juz wspomniano, istotne znaczenie ma działanie różnicy ciśnień na te obszary 32 i 36 dwuwymiarowej struktury włóknistej 20, które nie pokrywają się dokładnie z opisanymi powyżej macierzystymi obszarami 34 o dużej gramaturze (lub obszarami 30 o małej gramaturze), co pozwala na zachowanie niezgodności pozycyjnej. W związku z tym, może okazać się niezbędne przeniesienie struktury włóknistej 20 na zespół współpracujący przy działaniu różnicą ciśnień, na przykład na taśmę pomocniczą 46, z obszarami 63, przez które może działać podciśnienie, na przykład w postaci otworów, które nie są zgodne pozycyjnie, co najmniej z punktu widzenia jednego z takich czynników jak wymiary, wzór lub podziałka, ze wspomnianymi powyżej obszarami macierzystymi 30 i 34 .struktury włóknistej 20, charakteryzującymi się dużą i małą gramaturą.

Istniejąca w płynie różnica ciśnień jest przenoszona na strukturę włóknistą 20 przez znajdujące się na taśmie pomocniczej 46 niezgodne pozycyjnie obszary 63, przez które może działać podciśnienie. Korzystnie, takie obszary 63, przez które może działać podciśnienie, są obszarami dyskretnymi, dzięki czemu nie powstaje w zasadzie ciągła sieć obszarów 32 i 36 o małej gęstości, co zapobiega spadkowi wytrzymałości na rozciąganie struktury włóknistej 20. Takie obszary 63, taśmy 46, przez które może działać podciśnienie, powinny być również rozmieszczone w sposób uporządkowany, według powtarzającego się wzoru, co minimalizuje zmiany wytrzymałości na rozciąganie w strukturze włóknistej 20.

Jeżeli zespołem współpracującym przy wytwarzaniu różnicy ciśnień jest taśma pomocnicza 46, to można ją zaopatrzyć we w zasadzie nieciągłą, rozmieszczoną według wzoru, sieć obszarów, przez które może działać podciśnienie, w taki sposób, że wspomniany wzór może być przenoszony na formowaną czteroobszarową strukturę włóknistą 20, w wyniku czego następuje dalszy wzrost jej wytrzymałości na rozciąganie. W przypadku wprowadzenia tego następnego etapu obróbki do procesu, można urządzenie wyposażyć w ujawnioną w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 528 239, bardzo odpowiednią do tego celu taśmę pomocniczą 46, na którą można przenosić strukturę włóknistą 20; wspomniany patent przytoczono tu w celu pokazania szczególnie przydatnego podciśnieniowego zespołu współpracującego przy działaniu różnicą ciśnień.

Dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, ze ze statystycznego punktu widzenia obszary struktury włóknistej 20, o dużej gramaturze 34 i małej gramaturze 30, przenoszone na taśmę pomocniczą 46 nie pokryją się z obszarami taśmy pomocniczej 46 przez które może działać podciśnienie Działające na znajdującą się na taśmie pomocniczej 46 strukturę włóknistą 20 podciśnienie lub dodatnia różnica ciśnień, działa przez te jej obszary 63, które pokrywają się pozycyjnie z obszarami .struktury włóknistej 20 zarówno o dużej 36, jak i o małej 32 gramaturze, w wyniku czego następuje rozrzedzenie takich obszarów 36 i 32, jak pokazano na strukturze włóknistej 20 z fig. 3A i 3B.

W wyniku realizacji tego etapu powstaje czteroobszarowa struktura włóknista 20 (nawet bez realizacji wspomnianego powyżej etapu prasowania różnicą ciśnień wybranych obszarów 28 struktury włóknistej 20). Dwa z czterech obszarów 30 i 32, pochodzą od macierzystych

1721010 obszarów 30 struktury włóknistej 20 mających małą gramaturę tj. odpowiednio, obszary 32 o małej gramaturze, naktóre działała si^eel^tywnie różnica ciśnień, i obszary 30 o małej gramaturze, na które ta różnica nie działała. Dwa z czterech obszarów 34 i 36, pochodzą od macierzystych obszarów 34 struktury włóknistej 20 mających dużą gramaturę, tj. odpowiednio, obszary 36 o’ dużej gramaturze, na które działała selektywnie różnica ciśnień, i obszary 34 o dużej gramaturze, na które ta różnica nie działała.

Dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, ze można urządzenie wyposażyć w więcej skrzyń próżniowych 47 ustawionych jedna za drugą, działających na strukturę włóknistą 20 płynami o różnych podciśnieniach, co umożliwia wytwarzanie więcej niż czterech (na przykład sześciu, ośmiu, etc) obszarów o różnych gęstościach i gramaturach. Oczywiście, w przypadku formowania struktury włóknistej 20 z więcej niż dwoma obszarami rozrzedzonymi, należy ją przesunąć względem znajdujących się na taśmie pomocniczej 46 obszarów 63, przez które działa podciśnienie, na przykład przenosząc ją na inną taśmę pomocniczą 46. Opcjonalnie, w celu dalszego zwiększenia w strukturze włóknistej 20 całkowitej liczby obszarów 30, 32, 34 i 36 o różniących się parametrach intensywnych, można przed lub po etapie działania płynem, w którym istnieje różnica ciśnień, wprowadzić kolejny etap prasowania innych wybranych części struktury włóknistej 20.

W związku z tym, dla każdego profesjonalisty jest oczywiste, że skutkiem działania różnicy ciśnień na wybrane obszary 28, 32 i 36 struktury włóknistej 20 z fig. 2, 3A i 3B może być wytworzenie dyskretnych lub w zasadzie ciągłych obszarów o gęstości większej (obszar 28) lub mniejszej (obszary 32 i 36) od obszarów macierzystych 24, 30 lub 34, na które działa taka różnica ciśnień - w zależności od tego czy selektywnie działająca różnica ciśnień ma charakter prasujący (jak w przypadku elementów mechanicznych) czy tez wyciąga włókna z płaszczyzny struktury włóknistej 20 (jak to ma miejsce w przypadku ciśnienia płynu).

W razie potrzeby, w skład urządzenia może jeszcze wchodzić walec emulsyjny 66, jak pokazano na fig. 5. Jego zadaniem jest nakładanie podczas opisanego powyżej procesu odpowiedniej ilości substancji chemicznej na taśmę formującą 42 lub, w razie potrzeby, na taśmę pomocniczą 46. Substancja chemiczna może działać jako środek abhezyjny zapobiegający niepożądanemu przywieraniu struktury włóknistej 20 do taśmy formującej 42 lub do taśmy pomocniczej 46 Ponadto walec emulsyjny 66 może być wykorzystany do osadzania środka chemicznego zabezpieczającego taśmę formującą 42 lub taśmę pomocniczą 46, a tym samym przedłużającego ich żywotność. Korzystnie, etmulsjajest nakładana na zorientowane zewnętrznie powierzchnie topograficzne 53 taśmy formującej 42 lub taśmy pomocniczej 46, przed zetknięciem się wspomnianych taśm, formującej 42 i pomocniczej 46, ze strukturą włóknistą 20. Zazwyczaj zachodzi to po przeniesieniu struktury włóknistej 20 z taśmy formującej 42 na taśmę pomocniczą46, albo z taśmy pomocniczej 46 nabęben suszący Yankee 50b, w miejscu, w którym taśma formująca 42 lub taśma pomocnicza 46 biegną w kierunku powrotnym.

Do zalecanych środków chemicznych przeznaczonych na emulsje należą substancje zawierające wodę, olej do turbin szybkobieżnych znanyjako Olej Szlachetny, sprzedawany przez Texaco Oil Company z Houston, Texas, pod numerem katoluguwym R&O 68 Code 702; dwumetylo dwustearylo chlorek amonu sprzedawany przez Sherex Chemical Company, Inc. z Rolling Meadows, Illinois pod nazwą ADOGEN TA100; alkohol cetylowy produkowany przez firmę Procter & Gamble Company z Cincinnati, Ohio; oraz środek przeciwutleniający na przykład taki jaki jest sprzedawany przez American Cyanamid z Wayne, New Jersey pod nazwą Cyanox 1790.

W razie potrzeby, w skład urządzenia mogą również wchodzić spryskiwacze lub natryski zmywające (nie pokazane) przeznaczone do zmywania z taśmy formującej 42 i taśmy pomocniczej 46 włókien i innych pozostałości po przeniesieniu struktury włóknistej 20 na bęben suszący Yankee 50b lub schodzącej w taki sam sposób z dowolnego elementu formującego i dowolnego zespołu współpracującego przy działaniu różnicą ciśnień.

Opcjonalnym, ale bardzo zalecanym etapem każdego ze wspomnianych wcześniej procesów formowania celulozowej struktury włóknistej 20 z co najmniej trzema obszarami 24, 26 i 28 lub z co najmniej czterema obszarami 30, 32, 34 i 36 (fig. 2, 3A i 3B) jest jej skracanie po wysuszeniu. W stosowanym tu znaczeniu, termin skracanie odnosi się do etapu zmniejszania długości struktury włóknistej 20 poprzez zmianę układu włókien i zerwanie wiązań pomiędzy włóknami. Skracanie można zrealizować w dowolny sposób spośród kilku dobrze znanych, z których najbardziej popularnym i zalecanym jest krepowanie.

Etap krepowania można połączyć z etapem suszenia, używając do tego wspomnianego wcześniej bębna suszącego Y ankee 50b. Proces krepowania polega na przywieraniu celulozowej struktury włóknistej 20 do jakiejś powierzchni, korzystnie do bębna suszącego Yankee 50b, a następnie jej zdejmowaniu z tej powierzchni za pomocą listwy zgarniającej 68 w wyniku ruchu listwy zgarniającej 68 względem powierzchni, do której struktura włóknista przywiera. Listwa zgarniająca 68 jest zorientowana w ten sposób, że jej składowa jest prostopadła do kierunku ruchu wspomnianej powierzchni względem listwy 68 i korzystnie, jest w zasadzie prostopadła do tej powierzchni.

Rozumie się samo przez się, że istnieją różnice możliwości kombinacji, permutacji, porządku i kolejności realizacji i ustawiania wspomnianych etapów sposobu i struktur, przy czym wszystkie mieszczą się w zakresie wynalazku objętym zastrzeżeniami. Na przykład, istnieje możliwość połączenia powierzchniami dwóch warstw celulozowych struktur włóknistych 20 w celu wytworzenia dwuwarstwowego laminatu włókien celulozowych. Alternatywnie, istnieje możliwość połączenia powierzchniami jednowarstwowej struktury włóknistej 20 według niniejszego wynalazku z warstwą struktury włóknistej 20’ wytworzoną znanymi dotychczas sposobami (lub z warstwą jeszcze nie znaną) w celu wytworzenia dwuwarstwowego laminatu z włókien celulozowych. Wszystkie takie laminaty ssanowią odmiany przykładów wykonania według niniejszego wynalazku . Ponadto struktura włóknista 20 według niniejszego wynalazku może być perforowana lub cięta, pozostając nadal w zakresie ujętym w załączonych zastrzeżeniach.

Poniżej przedstawiono nie ograniczające w niczym przykłady wykonania dwóch celulozowych struktur włóknistych 20' i 20. Na przykładach tych widać różnice w gramaturach i wzorach jakie tworzą (lub brak wzorów) w celulozowej strukturze włóknistej 20 według niniejszego wynalazku oraz celulozowej strukturze włóknistej 20' według stanu dotychczasowego.

Na figurze 8 przedstawiono w rzucie głównym poziomym, na fotografii w miękkich promieniach rentgenowskich, dostępny w handlu ręcznik papierowy marki Bounty, produkowany i sprzedawany przez firmę The Procter and Gamble Company z Cincinnati, Ohio. Różne kolory oznaczają obszary o różnych gramaturach struktury 20', natomiast z fotografii nie wynika jednoznacznie czy są one rozmieszczone w sposób uporządkowany, według powtarzającego się wzoru.

Pokazany na fig. 8 fragment struktury włóknistej 20' ma wymiary około 8,66 centymetra na 8,66 centymetra oraz około 1 048 576 pikseli w polu widzenia. W polu widzenia stwierdzono 1 048 547 piksele o wartości różnej od zera oraz 29 pikseli o wartości równej zenu. Rzeczywista masa próbki określona za pomocą ważenia wynosi 0,0573 grama. Masa obliczeniowa wyniosła 0,0576 grama, co daje błąd na poziomie 0,5 procenta. Przeciętna gramatura została określona na 0,0185 kg/m² z odchyleniem standardowym 0,0005 kg/m². Zastosowano krzywą regresji o czterech stopniach swobody.

Na figurze 9 przedstawiono fotografię w miękkich promieniach rentgenowskich struktury włóknistej 20 z fig. 3A i 3B. Należy zwrócić uwagę na to, że wyraźnie widać uporządkowany, powtarzający się wzór dyskretnych, ciemniejszych obszarów 30 i 32 o małej gramaturze, wskazujących, ze takie obszary 30 i 32 o małej gramaturze mają mniejszą gramaturę od ^^ssadujących z nimi obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze, o barwie nieco jaśniejszej.

Pole powierzchni i gęstość pikselowa próbki z fig. 9 są takie same jak dla próbki z fig. 8. Rzeczywista masa próbki z fig. 9 wynosi 0,073 grama, a masa obliczeniowa 0,072 grama, co daje błąd w granicach 2 procent. Liczba pikseli o wartości różnej od zera w obszarach 34 i 36 z fig. 9 wynosi 52 743, przeciętna gramatura 0,0376 kg/πΓ, a odchylenie standardowe 0,0090 kg/m2. Liczba pikseli o wartości różnej od zera w obszarach 30 i 32 o małej gramaturze z fig. 9 wynosi 35 406, przeciętna gramatura 0,0144 kg/m2, a odchylenie standardowe 0,0063 kg/m2. Pomiędzy obszarami o małej gramaturze 30 i 32 a obszarami o dużej gramaturze 34 i 36 znajdują się obszary przejściowe 33, w których znajduje się łączna liczba 3 128 290 pikseli, przeciętna ich gramatura wynosi 0,0273 kg/m² (w przybliżeniu średnia wartość pomiędzy gramaturami obszarów 30 i 32 o małej gramaturze a obszarami 34 i 36 o dużej gramaturze) a odchylenie standardowe 0,0093 kg/m .

Stosunek gramatur w obszarach 34 i 36 o dużych gramaturach do gramatur w obszarach 30 i 32 o małych gramaturach wynosi 2,6. Stosunek ten jest większy niż stosunek minimalny wynoszący w przybliżeniu 1,33 (25 procent) niezbędny do uznania istnienia powtarzających się według wzoru różnic gramatur. W drugim intcre.sLy^ącym obszarze (nie pokazanym) struktury włóknistej 20, z której została pobrana próbka pokazana na fig. 9, znajdują się obszary 34 i 36 o dużej gramaturze, w których przeciętna wartość gramatury wynosi 0,0308kg/m2, obszary przejściowe 33 o gramaturze 0,0219 kg/m? oraz obszary 30 i 32 o małej gramaturze, w których wartość gramatury wynosi 0,0098 kg/m2. Stosunek przeciętnych gramatur w obszarach 34 i 36 o dużej gramaturze do przeciętnych gramatur w obszarach 30 i 32 o małej gramaturze w drugim mteresuJącym obszarze wynosi około 3,2.

Jak można zauważyć, wyniki uzyskane dla każdego z interesujących obszarów struktury włóknistej 20 według niniejszego wynalazku, obszaru pokazanego na fig. 9 i nie pokazanego, są niespodziewanie zbliżone do siebie jak na ten poziom dokładności jaki można osiągnąć dla tego typu pomiarów. Taka korelacja wyników pozwala ufać zastosowanej technice pomiarowej.

Na figurze 10 przedstawiono w powiększeniu rzut główny poziomy struktury włóknistej 20 z fig. 9. Na fotografiach zamaskowano obszary 34 i 36 o dużej gęstości oraz obszary przejściowe 33 pomiędzy obszarami 34 i 36 o dużej gęstości a obszarami 30 i 32 o małej gęstości. W wyniku maskowania pozostał bardzo wyraźny uporządkowany powtarzający się wzór, według którego rozmieszczone są obszary 30 i 32 o małej gramaturze. Można zauważyć, że obszary 30 lub 32 o małej gramaturze są obszarami dyskretnymi w układzie przedstawionym dwuosiowo. Poszczególne obszary 30 lub 32 o małej gramaturze nie muszą koniecznie być takie same pod względem kształtu jak inne obszary 30 lub 32 o małej gramaturze. Ponadto nie jest konieczne, żeby dyskretne obszary struktury włóknistej 20 miały małą gramaturę, natomiast warunkiem niezbędnym jest ich rozkład według uporządkowanego, powtarzającego się wzoru.

Na figurze 11 przedstawiono w powiększeniu rzut główny poziomy, podobny do pokazanego na fig. 10, struktury włóknistej z fig. 9 z zamaskowanymi zarówno obszarami 30 i 32 o małej gramaturzejak i obszarami 34 i 36 o dużej gramaturze. Pozostały tylko obszary przejściowe oddzielające i rozdzielające obszary 301 32 o małej gramaturze od obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze. Jak się należało spodziewać, obszary przejściowe 33 otaczają dookoła obszary 30 i 32 o małej gramaturze oraz odróżniają się od przestawionych dwuosiowo i sąsiadujących z nimi innych obszarów przejściowych 33.

Na figurze 12 przedstawiono w powiększeniu rzut główny poziomy, podobny do pokazanego na fig. 10 i 11, struktury włóknistej 20 z fig. 9. W tym przypadku zamaskowano obszary 30 i 32 o małej gramaturze i obszary przejściowe 33 z fig. 11, pozostawiając w zasadzie ciągłą sieć obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze. W wyniku tego zabiegu pozostała bardzo wyraźna, uporządkowana powtarzająca się według wzoru w zasadzie ciągła sieć obszarów 341 36 o dużej gramaturze z pustymi miejscami, gdzie znajdowały się zamaskowane obszary 30 i 32 o małej gramaturze i obszary przejściowe 33. Nie jest konieczne, żeby dowolna wybrana część obszarów i 36 o dużej gramaturze miała gramaturę o takiej samej wartości jak inna dowolna część tych obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze - konieczne jest tylko występowanie uporządkowanego, powtarzającego się wzoru rozmieszczenia tych obszarów.

Na figurze 13 przedstawiono w powiększeniu rzut główny poziomy, podobny do pokazanego na fig. 10-12, struktury włóknistej z fig. 9 z zamaskowanymi obszarami przejściowymi 33, oddzielającymi obszary 30 i 32 o małej gramaturze od obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze. Wyraźnie widać, że w zasadzie dyskretne obszary 30 i 32 o małej gramaturze ponownie tworzą powtarzający się wzór izolowanych, przestawionych dwuosiowo obszarów na tle ciągłej sieci obszarów 34 lub 36 o dużej gramaturze.

171 010

Na figurze 14 przedstawiono w powiększeniu rzut główny poziomy, podobny do pokazanego na fig. 9, ilustrujący wszystkie obszary 30, 32, 34 i 36 bez maskowania. Po połączeniu wszystkich obszarów 30, 32, 34 i 36 wyraźnie widać uporządkowany, powtarzający się wzór. Izolowanie obszarów przejściowych 33 i stosowanie wspomnianych powyżej zabiegów maskujących w celu oddzielenia obszarów 30 i 32 o małej gramaturze od obszarów 34 i 36 o dużej gramaturze pomaga profesjonalistom w określeniu czy w strukturze włóknistej 20 istnieje uporządkowany, powtarzający się wzór.

171 010

FIG 3B

171 010

Fig. 5

171 010

Fig.6

Fig. 7

171 010

STAN TECHNIKI FIG 8

171 010

FIG 1Q

FIG 11

171 010

FIG. 12

30,32

FIG. 13

171 010

FIG 14

Fig.f5A

15.00 ai‘.

50

15.00

Kierunek poprzeczny do maszynowego

Odchylenia poniżej płaszczyzny odniesienia

0.025 0 250 0 350

Wszystkie wymiary w milimetrach

200

300

0.400

Kierunek maszynowy

Fig. 15B

i ¹ - ' ' -* -a*yi i *11 ui χ. πιω u., ****** *· - a-uu-^u^ *

00 3.75 7.50 11.25 15.00

Kierunek poprzeczny do maszynowego

Odchylenia powyżej “SSo -- oioo płaszczyzny odniesienia —-0.350 —0400

Wszystkie wymiary w milimetrach

Ε 0.080.05= 0.04 a. _ Ε 0.03< 0.02-

y r j iir r » j ι ι ίί i i ί i ι ι i 7

Częstotliwość (występowanie /milimetr)

Fig. 16A

171 010

Fig. 16B

171 010

Kierunek maszynowy

Fig.17

I 3.75 7.50 11.25

Kierunek poprzeczny do maszynowego ^ . . . ... , , - 0.200 - 0.250

Grubość w milimetrach -0300--0.350

--- 0.400 “-” 0.475

Wszystkie wymiary w milimetrach

171 010

0.33-+ 0.2:= 0.31 = 0.30: 0.29-: 0.28=: 0.27=: 0.26=: 0.25=:: 0.24=: 0.23=: 0.22=: 0.21 = : 0.20=: 0.19=: 0.18=:

ω

Ε

Ε σ

Ό

Ξ)

α. 0.05-^:Ε 0.04=: < 0.03=:

0.02ο.οι=: 0.00= i

0123 4 56789 ίο

Częstotliwość (występowanie/milimetr)

Fig. 18

171 010

FIG 2

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz

Cena 6,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista składająca się z co najmniej trzech obszarów rozmieszczonych według uporządkowanego, powtarzającego się wzoru i różniących się między sobą co najmniej jednym parametrem intensywnym, znamienna tym, ze parametry intensywne są wybrane spośród gramatury, gęstości i przeciętnego wymiaru rzutów porów, przy czym gramatura lub gęstość co najmniej jednego z obszarów (24,26,28) różni się od gramatury lub gęstości innego obszaru (24, 26, 28) o co najmniej 25 procent.
2. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista składająca się z trzech obszarów, zawieiająca ciągłą sieć włókien o pierwszej gramaturze i pierwszej gęstości, z rozmieszczonymi według uporządkowanego powtarzającego się wzoru dyskretnymi obszarami, rozrzuconymi po całej ciągłej sieci, znamienna tym, że zawiera obszary dyskretne (26) rozmieszczone według pierwszego, uporządkowanego, powtarzającego się wzoru mające gramaturę o co najmniej 25 procent mniejszą od pierwszej gramatury obszaru (24) ciągłej sieci lub gęstość o co najmniej 25 procent mniejszą od pierwszej gęstości obszaru ciągłej sieci i obszary (28) o większej gęstości rozmieszczone według drugiego, uporządkowanego, powtarzającego się wzoru rozrzucone po całej ciągłej sieci, mające gęstość o co najmniej 25 procent większą od pierwszej gęstości obszaru (24) ciągłej sieci, przy czym obszar (24) ciągłej sieci i obszary (28) o większej gęstości mają gramatury o zbliżonych wartościach, oraz obszary (28) o większej gęstości rozmieszczone według drugiego wzoru zawierają obszary mające mechanicznie sprasowane włókna.
3. Celulozowa jednowarstwowa struktura włóknista składająca się z czterech obszarów rozmieszczonych według uporządkowanego powtarzającego się wzoru, dwóch, sąsiadujących ze sobą obszarów o stosunkowo dużej gramaturze, każdego o pierwszej gramaturze, w zasadzie równej gramaturze drugiego obszaru, pierwszego obszaru o stosunkowo dużej gramaturze, mającego pierwszą gęstość, i drugiego obszaru o stosunkowo dużej gramaturze, mającego gęstość o co najmniej 25 procent mniejszą od pierwszej gęstości pierwszego obszaru o stosunkowo dużej gramaturze, oraz z dwóch sąsiadujących ze sobą obszarów o stosunkowo małej gramaturze, znamienna tym, że każdy z obszarów o stosunkowo małej gramaturze ma drugą gramaturę w zasadzie równą gramaturze drugiego obszaru, mniejszą co najmniej o 25 procent od pierwszej gramatury obszarów o stosunkowo dużej gramaturze, przy czym pierwszy obszar o stosunkowo małej gramaturze ma pierwszą gęstość, a 'drugi obszar o stosunkowo małej gramaturze ma gęstość co najmniej o 25 procent mniejszą od pierwszej gęstości obszaru o stosunkowo małej gramaturze.
4. Struktura włóknista według zastrz. 3, znamienna tym, ze drugi obszar (36) o stosunkowo dużej gramaturze ma większą grubość od pierwszego obszaru (34) o stosunkowo dużej gramaturze i drugi obszar (32) o stosunkowo małej gramaturze ma większą grubość od pierwszego obszaru (30) o stosunkowo małej gramaturze, przy czym pierwszy obszar (34) o stosunkowo dużej gramaturze ma większą grubość od drugiego obszaru o stosunkowo małej gramaturze i pierwszy obszar (34) o stosunkowo dużej gramaturze jest w zasadzie ciągłą siecią.
5. Sposób wytwarzania celulozowej jednowarstwowej struktury włóknistej polegający na osadzaniu zawiesiny włókien na przepuszczalnym dla płynów, zatrzymującym włókna zespole formującym posiadającym powierzchnię o zróżnicowanych topograficznie obszarach, a następnie suszeniu zawiesiny włókien, znamienny tym, że zawiesinę włókien osadza się na zespole formującym w dwóch obszarach różniących się co najmniej jednym parametrem intensywnym, wybranym spośród gramatury, gęstości i przeciętnego wymiaru rzutów porów, odpowiadających obszarom topograficznym zespołu formującego, a następnie działa się różnicą ciśnień na

171 010 wybrane obszary zawiesiny włókien uzyskując trzy, różniące się co najmniej jednym z wymienionych parametrów intensywnych, obszary.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że działa się różnicą ciśnień na wybrane obszary zawiesiny włókien, nie pokrywające się z dwoma różniącymi się topograficznie obszarami zespołu formującego, i w czasie działania różnicą ciśnień na obszary zawiesiny włókien mechanicznie prasuje się włókna w wybranych obszarach zawiesiny włókien, przy czym w etapie prasowania mechanicznego włókien przenosi się zawiesinę włókien z zespołu formującego na zespół współpracujący przy działaniu różnicą ciśnień, posiadający występy nie pokrywające się z obszarami topograficznymi zespołu formującego; oraz prasuje się zawiesinę włókien pomiędzy występami a sztywną powierzchnią, uzyskując mechaniczne sprasowanie wybranych części zawiesiny włókien
7. Sposób według zastrz. 5, albo 6, znamienny tym, że osadza się zawiesinę włókien na zespole formującym tak, że na obu różniących się topograficznie obszarach powierzchni zespołu formującego pozostawia się zawiesinę włókien i działa się różnicą ciśnień na wybrane obszary zawieśmy włókien zmniejszając ich gęstość, przy czym wybiera się obszary zawiesiny włókien nie pokrywające się z obszarami topograficznymi zespołu formującego
8 Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że powoduje się różnicę ciśnień, działając ciśnieniem płynu na wybrane obszary zawiesiny włókien, przy czym stosuje się różnicę ciśnień w postaci podciśnienia.