[发明专利]均匀缠绕具有高松密度的软棉纸卷

说明书

发明的背景

在各类棉纸产品，例如面巾纸、浴巾纸、纸巾和类似产品的制造过程中，自棉纸机上下来的干燥的纸幅或纸张首先要卷到一母卷上，并暂时存放供进一步加工。有时该母卷随后要进行退卷并将纸张改制为最终产品的形式。

在将棉纸纸幅缠绕成一大母卷时，重要的是该卷的缠绕方式要能防止卷中产生大的缺陷，以便能高效率地将该纸卷改制为最终产品，无论是装入盒中的面巾纸、成卷的浴巾纸、成卷的压花纸巾和类似产品。理想情况下，该母卷具有基本呈圆柱的形状，有一个光滑的圆柱主表面和两个光滑、平坦、平行的端面。该圆柱主表面和端面应没有皱纹、凸起、波纹、偏心、皱褶等，或换句话说，该卷必须“尺寸正确”。同样，纸卷的形状必须稳定，使其在存放或日常运输过程中不失去其圆柱形状，或换句话说，该卷应“尺寸稳定”。对于高速改制，如果处理不当，这些缺陷可能造成整卷废品。

许多缺陷均可由缠绕不当引起，特别是在缠绕高松密度、易压缩的软棉纸幅时。在W.J.Gilmore的文章“卷缺陷术语报告-TAPPICA1228”，1973年精加工会议会议录，Tappi，Atlanta，GA，1973，pp5-19中对大量这类缺陷进行了讨论并以照片示出。靠近卷轴的芯部的纸幅强度的不足可能造成卷的外部区域向内压缩，导致星形塌陷，通常称为“星形化”，如James K.Good的“卷缠绕的科学”(《造纸产品》，1993年9月于牛津召开的第十届基础研究研讨会会刊，Ed.C.F.Baker.Vol.2，Pira International Leatherhead，英格兰，1993，pp.855-881)中所述。再者，星形化造成芯部周围的纸幅的张力松弛，该张力一般为芯部和相邻纸幅层之间提供充足的摩擦。此摩擦的损失可导致芯部“松脱”或“塔型”，这种情况下，卷的大部分(除芯部周围的几层和最外区的几层外)相对于卷的轴线整体向一侧移动，使卷不稳定。

如T.Svandquist所著“软棉纸的卷筒设计”中所述的，1991年棉纸制造技术交流会，Karlstad，瑞典，目前已有工业应用的带中心辅助驱动型硬咬入卷筒已经成功地用于缠绕松密度达每克约8至10立方厘米的可压缩棉纸纸幅，同时通过减小咬入力和主要依靠通过芯轴的中心辅助驱动的调节控制入卷纸幅的张力，避免了上述缠绕问题。但是当采用这种方法，缠绕高松密度的棉纸纸张，例如松密度为每克9立方厘米或更大，以及柔软度水平较高，例如由MD Max Slope来表征的柔软度为每76.2mm(3英寸)试样宽度约10千克或更低时，这些问题仍将发生。当试图缠绕直径自约1778mm至约3180mm(70英寸至约150英寸)或更大的大卷，特别是在高速的情况下时，这些缠绕问题会加重。

不希望受限于理论，一般认为当纸幅进入母卷和压力辊之间形成的咬入时，除了入卷纸幅的张力之外，影响缠绕后纸卷内部最终应力的有两个主要因素。第一，母卷处于咬入点的部分会变形，其半径要小于未变形母卷的半径。母卷自其变形后半径向未变形半径的膨胀对纸幅有拉伸，且导致内部张力相对于纸幅进入咬入点的设定张力有明显的增加。另一个因素有时称之为“二次缠绕”效应。一部分纸幅在首先通过母卷和压力辊之间的咬入点之后添加在卷上。而后它在母卷的各次转动中重复经过咬入点，使更多层纸添加在外径上。由于靠近卷的表面的各点重新进入咬入点，纸幅在咬入压力下受到压缩，致使纸幅间隙中的空气排入层间。这足以减弱层间的摩擦，使纸层绕内层滑动得更紧，即如Erickkson等人在《纸卷的变形》，pp.55-61和Lemke等人在“在双卷筒上缠绕大直径新闻纸卷所涉及的因素”中所述，pp.79-87，第一届缠绕技术国际会议会议录，1987。随着各层添加到母卷上，各层的张力造成一由外层向其下层施加的压缩力，因此自外层压缩的累积效果一般将导致在芯部周围区域的纸幅具有最高的内层压力。二次缠绕进一步增加了这种压力。众所周知，软棉纸在受到压缩时会凹陷，将增加的压力吸收一些，达到其丧失变形能力的程度。结果，此累积的压力可以急剧的速度升高到过高的水平，造成自母卷上退卷的纸张的性能变化范围很大。

不幸的是，在成功地防止了产生尺寸稳定性问题的同时，在传统缠绕的母卷中沿半径存在着内部压力和纸幅张力梯度，造成了所不希望有的纸幅性能的变化。有些区域的张力大，致使在缠绕过程中产生某些机器方向的拉伸，而内部压力高会导致松密度的损失。在退卷时，处于咬入点和在其之后由于张力大而拉伸较多的区域因为纸幅的纵向拉伸而具有较低的基础重量。纸幅关键性能的这些改变造成产品质量的多变性和改制操作的困难。