СПОСОБ НАЛОЖЕНИЯ ЗАЩИТНОГО УСТРОЙСТВА НА ПОВЕРХНОСТЬ ПОДЛОЖКИ
METHOD OF APPLYING PROTECTIVE DEVICE ON SUBSTRATE SURFACE

[0001] Эта заявка испрашивает приоритет по предварительной патентной заявке США под регистрационным номером 62/114,699, поданной 11 февраля 2015 г., которая включена в настоящее описание в полном объеме путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к листовому материалу, на поверхность которого наложено защитное устройство, и ко способу изготовления такого листового материала. Более конкретно изобретение относится к наложению защитного устройства на поверхность листового материала путем помещения защитного устройства на волокнистое полотно во время влажной стадии процесса производства бумаги, когда волокнистое полотно достаточно уплотнено; например, когда содержание воды и/или влажность волокнистого полотна составляет менее 98% по массе из расчета на общую массу волокнистого полотна. Настоящее изобретение также относится к документу, изготовленному из полученного волокнистого листового материала.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Защитные устройства в виде полос, лент, нитей или тесьм широко используются в защищаемых и ценных документах, обеспечивая визуальные и/или механические средства проверки подлинности этих документов. Эти защитные устройства могут быть полностью либо частично включены в документы или же установлены на их поверхности.
[0004] По меньшей мере частично включенные защитные устройства могут быть наложены на формирующееся волокнистое полотно путем введения защитного устройства в волокнистое полотно во время влажной стадии процесса производства бумаги. Однако введение защитных устройств в волокнистое полотно на этой стадии, будучи пригодным для включенных и частично включенных защитных устройств, ранее было непрактичным для накладываемых на поверхность защитных устройств, поскольку получаемый листовой материал или документ был бы подвержен уменьшению износостойкости. На этой стадии композиция формирующегося волокнистого полотна состоит из пульпы или волокон и воды и/или другой влаги. Достаточно влажным волокнистым полотном считается такое, в котором количество пульпы или волокон варьируется от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,0 процентов (%) пульпы или волокон по массе, тогда как количество воды или влаги варьируется от приблизительно 99,8 до приблизительно 98,0% воды или влаги по массе. К примеру, при наложении на влажной стадии защитные устройства могут быть помещены на или в формируемое волокнистое полотно на влажном конце столовой или двухсеточной бумагоделательной машины, либо же на формирующий волокнистое полотно цилиндр в цилиндровой бумагоделательной машине до погружения этой части формирующего цилиндра в пульпу или бумажную массу.
[0005] Было обнаружено, что во время введения защитного устройства в формируемое волокнистое полотно на влажной стадии некоторые волокна смещаются, обтекая защитное устройство, вжимаемое в волокнистое полотно. Это приводит к смещению некоторого количества волокон из нижележащей области (т.е., области волокнистого полотна, расположенной ниже или под защитным устройством) и зон отгиба (т.е., областей волокнистого полотна, расположенных рядом с краями или сторонами защитного устройства), достаточному, чтобы повлиять на взаимодействие защитного устройства с волокнистым полотном или подложкой полученного листового материала или документа. В результате концентрация волокон в нижележащей области и зонах отгиба меньше, чем концентрация волокон в основной части. Это приводит к слабому соединительному взаимодействию защитного устройства и подложки листового материала или документа и, в частности, приводит к слабому соединительному взаимодействию на поверхности стыка и/или краях защитного устройства. Во время использования или обращения полученных документов эти слабые области служат причиной разрывов листовых материалов или документов по стыкующимся краям защитного устройства и подложки, или же дают эффект отгиба (т.е., отделенные области между стыкующимися краями). Более того, документ склонен проявлять просвечивание с изнаночной стороны; то бишь наложенное на одну сторону волокнистого полотна защитное устройство дает эффект тени, наблюдаемый с противоположной стороны волокнистого полотна, любого полученного волокнистого листового материала или любого полученного документа. По этой причине для решения проблемы с изнаночной стороны часто необходимо применять маскирующее покрытие. Также наблюдалось, что указанный получаемый листовой материал или документ демонстрирует снижение прочности на разрыв в поперечном направлении (ПН).
[0006] Одной из альтернатив для получения наложенного на поверхность защитного устройства является наложение защитного устройства на поверхность полностью сформированной волокнистой подложки. Однако наложение на полностью сформированную волокнистую подложку сопровождается другими существенными ограничениями. К примеру, это ограничивает возможный диапазон толщин защитного устройства. В целом наложение на поверхность ограничено самыми тонкими защитными устройствами, менее 15 микрон. По меньшей мере частично такое наложение более толстых защитных устройств обычно исключено из-за того, что полученный перепад толщин влияет на дальнейшую обработку. Здесь и далее термин "перепад толщин" относится к разности высот верхней поверхности защитного устройства и верхней поверхности непосредственно прилегающей к нему основной части волокнистого листового материала. По причине перепада толщин, получаемого с более толстыми защитными устройствами, вводимыми как на сухой стадии процесса производства бумаги, так и в последующем процессе наложения, страдают в плане времени и затрат дальнейшие процессы, такие как намотка, нарезание листов, укладка в стапель, обрезка и обработка в ATM. Немаловажно то, что полученные таким образом стапеля не готовы к печати.
[0007] В свете вышеизложенного остается необходимость в улучшенных листовых материалах с наложенными на поверхность защитными устройствами безотносительно толщины и в улучшенных способах, которыми можно изготавливать такие листовые материалы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Настоящее изобретение разрешает по крайней мере одну из вышеприведенных потребностей предоставлением способа наложения защитного устройства на поверхность волокнистого листового материала или документа путем введения защитного устройства в формируемое волокнистое полотно во время влажной стадии производства бумаги. Способ включает введение защитного устройства на или в формируемое волокнистое полотно во время влажной стадии процесса производства бумаги, где волокнистое полотно достаточно уплотнено. В одном из вариантов осуществления волокнистое полотно достаточно уплотнено, когда содержание воды или влажность волокнистого полотна составляет менее 98% по массе из расчета на общую массу волокнистого полотна. Предпочтительно волокнистое полотно достаточно уплотнено, когда волокнистое полотно находится на или поблизости от гауч-вала или аналогичной детали бумагоделательной машины. Настоящее изобретение также предоставляет волокнистый листовой материал, изготовленный вышеописанным способом, и полученный в результате документ, включающий волокнистый листовой материал. Волокнистый листовой материал имеет противоположные поверхности на волокнистой подложке, по меньшей мере одно углубление в одной ее поверхности, волокнистую нижележащую область, расположенную ниже или под углублением, а также волокнистую основную область, расположенную рядом с углублением и нижележащей областью; наложенное на поверхность защитное устройство, расположенное в углублении; и поверхность раздела между наложенным на поверхность защитным устройством и одной поверхностью; при этом в волокнистой нижележащей области и в волокнистой основной области волокна присутствуют в по сути эквивалентных количествах.
[0009] Неожиданно было обнаружено, что наложенное на поверхность защитное устройство может быть введено во время влажной стадии, где волокнистое полотно достаточно уплотнено, как, например, полностью сформированное влажное полотно. При введении защитного устройства на этой влажной стадии процесса производства бумаги можно надлежащим образом вдавить защитное устройство в волокнистое полотно, чтобы еще больше уплотнить волокна в нижележащей области, вместо того, чтобы смещать их. Это, в свою очередь, помогает обеспечить лучшее соединительное взаимодействие волокон и наложенного на поверхность защитного устройства. В результате улучшается по меньшей мере одно из: износостойкости, адгезии чернил, прочности на разрыв в поперечном направлении и просвечивания с изнаночной стороны. Эти неожиданные преимущества устраняют необходимость дальнейших стадий обработки для улучшения адгезии чернил, прочности на разрыв или маскировки просвечивания с изнаночной стороны. Более того, поскольку защитное устройство вводят на влажной стадии, где волокнистое полотно достаточно уплотнено, становится возможным вдавить защитное устройство в волокнистое полотно, делая возможным применение более толстых защитных устройств, так как можно значительно уменьшить перепад их толщин. Полученный в результате перепад толщин, таким образом, оказывает меньшее влияние на дальнейшие процессы.
[0010] Посредством предлагаемых здесь способов Заявитель также неожиданно обнаружил, что наложенные на поверхность защитные устройства могли быть наложены с ориентированием относительно не менее чем одного другого компонента в волокнистом полотне, волокнистом листовом материале или полученном в результате документе. Более того, так как защитное устройство вводят на влажной стадии процесса производства волокнистого полотна, то возможно регулирование выравнивания во время процесса производства бумаги. Таким образом, можно избежать дальнейших стадий обработки, которые иначе были бы необходимы для поправки неправильного выравнивания защитного устройства относительно других компонентов. Непрерывное введение защитного устройства также устраняет необходимость в несущей подложке, так как защитное устройство может быть нарезано/наштамповано и введено в волокнистое полотно с помощью одного устройства ввода. Здесь и далее термин "устройство ввода" обозначает устройство, используемое для нарезки/штамповки и введения защитного устройства в волокнистое полотно на влажной стадии. Подходящее устройство ввода описано далее.
[0011] Обычные специалисты в данной области смогут понять другие компоненты и преимущества изобретения из нижеследующего детального описания и чертежей. Если не указано иное, все технические и научные термины использованы здесь и далее в значении, которое, как правило, подразумевается под ними обычным специалистом в области техники, к которой принадлежит это изобретение. Все публикации, патентные заявки, патенты и другие ссылки, упомянутые здесь, включены в заявку путем ссылки в полном объеме. В случае конфликта настоящее описание, включая определения, имеет преимущественную силу. Кроме того, материалы, способы и примеры являются исключительно иллюстративными и не предназначены для ограничения. Более того, все точно указанные здесь диапазоны также косвенно подразумевают все под диапазоны.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] Настоящее описание можно лучше понять со ссылкой на следующие чертежи. Детали на чертежах не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого упор сделан на ясное иллюстрирование принципов настоящего изобретения. В то время как примеры вариантов осуществления описаны в связи с чертежами, это не является намерением ограничить настоящее открытие исключительно вариантом или вариантами осуществления, описанными здесь. Напротив, намерение состоит в том, чтобы охватить все альтернативы, модификации и эквиваленты.
[0013] Отдельные компоненты описываемого изобретения проиллюстрированы ссылками на сопроводительные чертежи, где:
[0014] ФИГ. 1 является видом сбоку в поперечном разрезе волокнистого листового материала, изготовленного введением защитного устройства в волокнистое полотно на влажной стадии производства бумаги, где волокнистое полотно недостаточно уплотнено;
[0015] ФИГ. 2 является видом сбоку в поперечном разрезе волокнистого листового материала, изготовленного введением защитного устройства на волокнистое полотно во время или после сухой стадии производства бумаги, когда влажность слишком низка для возможности вдавливания защитного устройства в подложку с целью дальнейшего уплотнения волокон;
[0016] ФИГ. 3 является видом сбоку в поперечном разрезе примерного варианта осуществления волокнистого листового материала согласно настоящему изобретению с наложенным на его поверхность защитным устройством, где защитное устройство ввели в или на волокнистое полотно, когда волокнистое полотно было достаточно уплотнено;
[0017] ФИГ. 4 представляет собою схематическое изображение столовой бумагоделательной машины, на которой защитное устройство в виде непрерывного полотна вводят в формируемое волокнистое полотно на сетке после влажной линии и перед гауч-валом;
[0018] ФИГ. 5 является видом сверху примерного варианта осуществления документа согласно настоящему изобретению, на который наложено множество отдельных наложенных на поверхность защитных устройств (накладок и полос);
[0019] ФИГ. 6 является видом сверху другого примерного варианта осуществления документа согласно настоящему изобретению, имеющего множество отдельных наложенных на поверхность защитных устройств (накладок), которые взаимно сориентированы с другим компонентом документа, таким, как водяной знак;
[0020] ФИГ. 7а является видом спереди волокнистого листового материала или документа, изготовленного введением защитного устройства в формируемое волокнистое полотно на влажной стадии производства бумаги, когда волокнистое полотно недостаточно уплотнено, после того, как волокнистый листовой материал или документ был подвергнут 1 (одному) циклу испытания моделированием обращения;
[0021] ФИГ. 7b является видом сзади волокнистого листового материала или документа, изготовленного введением защитного устройства в формируемое волокнистое полотно на влажной стадии производства бумаги, когда волокнистое полотно недостаточно уплотнено, после того, как он был подвергнут 1 (одному) циклу испытания моделированием обращения и показу;
[0022] ФИГ. 8а является видом спереди примерного варианта осуществления волокнистого листового материала или документа согласно настоящему изобретению, изготовленного введением защитного устройства в формируемое волокнистое полотно на влажной стадии производства бумаги, когда волокнистое полотно достаточно уплотнено, после того, как волокнистый листовой материал или документ был подвергнут 1 (одному) циклу испытания моделированием обращения;
[0023] ФИГ. 8b является видом сзади примерного варианта осуществления волокнистого листового материала или документа согласно настоящему изобретению, изготовленного введением защитного устройства в формируемое волокнистое полотно на влажной стадии производства бумаги, когда волокнистое полотно достаточно уплотнено, после того, как волокнистый листовой материал или документ был подвергнут 1 (одному) циклу испытания моделированием обращения;
[0024] ФИГ. 9а является видом спереди волокнистого листового материала или документа, изготовленного введением защитного устройства в формируемое волокнистое полотно на влажной стадии производства бумаги, когда волокнистое полотно недостаточно уплотнено, после того, как волокнистый листовой материал или документ был подвергнут трем (3) циклам испытания моделированием обращения;
[0025] ФИГ. 9b является видом сзади волокнистого листового материала или документа, изготовленного введением защитного устройства в формируемое волокнистое полотно на влажной стадии производства бумаги, когда волокнистое полотно недостаточно уплотнено, после того, как волокнистый листовой материал или документ был подвергнут трем (3) циклам испытания моделированием обращения;
[0026] ФИГ. 10а является видом спереди примерного варианта осуществления волокнистого листового материала или документа согласно настоящему изобретению, изготовленного введением защитного устройства в формируемое волокнистое полотно на влажной стадии производства бумаги, когда волокнистое полотно достаточно уплотнено, после того, как волокнистый листовой материал или документ был подвергнут трем (3) циклам испытания моделированием обращения; и
[0027] ФИГ. 10b является видом сзади примерного варианта осуществления волокнистого листового материала или документа согласно настоящему изобретению, изготовленного введением защитного устройства в формируемое волокнистое полотно на влажной стадии производства бумаги, когда волокнистое полотно достаточно уплотнено, после того, как волокнистый листовой материал или документ был подвергнут трем (3) циклам испытания моделированием обращения.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] Изобретение можно более глубоко понять по следующим деталям, которые представлены как описания некоторых примерных вариантов осуществления заявленного изобретения.
[0029] Посредством способа согласно настоящему изобретению обеспечивается волокнистый листовой материал, включающий наложенное на поверхность защитное устройство. В первом аспекте изобретения обеспечен способ наложения защитного устройства на поверхность волокнистого листового материала. Способ включает введение защитного устройства в или на волокнистое полотно во время производства бумаги. Благодаря введению защитного устройства во время процесса производства бумаги известные стадии обработки не прерываются, а дополнительные стадии обработки исключены. Более того, благодаря введению защитного устройства на влажной стадии процесса производства бумаги могут быть применены более толстые защитные устройства, нежели те, которые могли быть применены на сухой стадии производства бумаги.
[0030] В одном из вариантов осуществления способ дополнительно включает дальнейшее уплотнение волокон в нижележащей области. Для дальнейшего уплотнения волокон в нижележащей области наложенное на поверхность защитное устройство вдавливают в достаточно уплотненное волокнистое полотно. Волокна в этой области уплотняются таким образом, что хотя объем нижележащей области и уменьшается, но содержащиеся в этой области волокна не смещаются; по крайней мере не в каких-либо значительных количествах.
[0031] Здесь и далее термин "достаточно уплотненный" в отношении настоящего описания для специалиста в данной области означает, что волокнистое полотно находится в состоянии полностью сформированного влажного полотна. В этом состоянии влажного полотна волокнистое полотно содержит менее чем 98% воды и/или влаги. Соответственно, волокнистое полотно содержит более чем 2% волокна и/или пульпы. В другом варианте осуществления волокнистое полотно содержит менее чем 95% воды и/или влаги, а оставшиеся 5% составляющих являются волокном и/или пульпой. В более предпочтительном варианте осуществления содержание воды и/или влаги в волокнистом полотне находится в диапазоне от приблизительно 60% до менее чем 98%, или же от приблизительно 60% до приблизительно 95%. Заявитель обнаружил, что содержание воды и/или влажность выше 98% приводит к смещению волокон при введении защитного устройства. Значительное смещение волокон, особенно в нижележащей области подложки, приводит к слабым взаимодействиям защитного устройства и волокон подложки. В частности, смещение волокон снижает износоустойчивость и прочность подложки и ослабляет маскирующий эффект в нижележащей области и зоне отгиба. Как здесь отмечено, эти слабые взаимодействия, особенно на стыкующихся краях защитного устройства, приводят к вышеобозначенным проблемам. Соответствующим образом было также обнаружено, что если волокнистое полотно содержит менее 60% воды и/или влаги, то введение защитного устройства во время процесса производства бумаги не позволяет углубить защитное устройство в достаточной мере, чтобы разместить более толстые защитные устройства при одновременном сохранении низкого перепада толщин. Более того, если воды и/или влаги менее 60%, волокна в нижележащей области не уплотняются дополнительно до такой степени, чтобы закрепить волокна рядом со стыкующимися краями защитного устройства. Здесь и далее термин "углубление" означает вдавливание защитного устройства в волокнистое полотно для образования рельефа/углубления в поверхности-подложке волокнистого листового материала, так что по меньшей мере часть высоты защитного устройства утоплена ниже высоты поверхности основной области, тогда как верхняя поверхность защитного устройства остается открытой.
[0032] Влажная стадия согласно определению выше может быть задана так, чтобы иметь место на разных участках бумагоделательной машины, и настоящее изобретение рассматривает все эти возможности. Однако в предпочтительном варианте осуществления защитное устройство накладывают в или на формируемое волокнистое полотно на такой влажной стадии процесса производства бумаги, как, например, на или поблизости от гауч-вала или аналогичной детали бумагоделательной машины, когда волокнистое полотно является достаточно уплотненным, или полностью сформированным влажным полотном (т.е., имеет уровень воды или влажность менее 98% по массе волокнистого полотна, предпочтительно от приблизительно 60% до менее 98% по массе волокнистого полотна; или более предпочтительно от приблизительно 60% до приблизительно 95% по массе волокнистого полотна; либо же от приблизительно 60% до приблизительно 90% по массе волокнистого полотна, из  расчета на общую массу волокнистого полотна). Непосредственно перед гауч-валом обычно расположены отсасывающие ящики, удаляющие как можно больше влаги до выхода полотна с влажного конца машины, чтобы минимизировать нагрузку на сушильную часть машины. Аналогично после выхода из цилиндровой части цилиндровой бумагоделательной машины (и после гауч-вала) волокнистое полотно будет предпочтительно состоять из от приблизительно 75% до приблизительно 95% воды и/или влаги и от приблизительно 5% до приблизительно 25% пульпы или волокна.
[0033] Хотя в качестве обеспечивающих достаточную уплотненность (согласно определению) волокнистого полотна рассматриваются несколько стадий производства бумаги на столовой бумагоделательной машине, в предпочтительном варианте осуществления стадия производства бумаги, на которой в волокнистое полотно вводят защитное устройство, расположена сразу за влажной линией и перед гауч-валом. Это точка, в которой на верхней стороне волокнистого полотна перестает быть видна поверхностная вода. В альтернативном варианте осуществления защитное устройство вводят в волокнистое полотно на или перед вакуумным ящиком на влажном конце, что помогает установить устройство в полотне. Предпочтительно защитное устройство размещают прямо на лицевой стороне волокнистого полотна с помощью подающего колеса, валика или контактной колодки.
[0034] В одном варианте осуществления после продвижения мимо или за гауч-вал волокнистое полотно находится в состоянии полностью сформированного полотна с наложенным на поверхность защитным устройством и продвигается к сухому концу бумагоделательной машины, состоящему из прессовой части и сушильной части.
[0035] В прессовой части обоих типов бумагоделательных машин воду и/или влагу удаляют сжатием влажной бумаги между валами и сукном для понижения содержания воды и/или влажности до желаемого уровня. Заявитель неожиданно обнаружил, что сжатие полностью сформированного влажного полотна с наложенным на поверхность защитным устройством заставляет волокна в нижележащей области (т.е., зоне волокнистого полотна, находящейся ниже или под введенным защитным устройством) дополнительно сцепляться, так как вместо того, чтобы смещаться, они уплотняются. В результате улучшаются прочностные характеристики полученного волокнистого листового материала или полученного документа, равно как и непрозрачность изнанки, обеспечивающая маскировку защитного устройства для уменьшения просвечивания с изнаночной стороны.
[0036] Защитные устройства согласно настоящему изобретению могут иметь различную толщину. Однако было обнаружено следующее преимущество предлагаемого изобретенного способа: он позволяет наложение на поверхность защитных устройств, находящихся в более толстом конце диапазона толщин. В одном из вариантов осуществления защитные устройства имеют толщины до 100 микрон (мкм). В другом варианте осуществления защитное устройство имеет толщину от 5 до 75 мкм, либо более предпочтительно от 10 до 50 мкм. Ширина защитного устройства ограничена только шириной волокнистого листового материала. В предпочтительном варианте осуществления ширина находится в диапазоне от 0,25 до 20 миллиметров (мм); более предпочтительно от 0,5 до 15 мм.
[0037] При введении защитного устройства на влажной стадии процесса производства бумаги можно вдавить эти защитные устройства в волокнистое полотно, чтобы образовать углубление в поверхности полученного волокнистого листового материала. Полученный волокнистый листовой материал включает наложенное на поверхность защитное устройство, перепад толщины которого не приводит к вышеобозначенным недостаткам. Здесь и далее термин "перепад толщин" относится к разности высот верхней поверхности защитного устройства и верхней поверхности непосредственно прилегающей к нему основной части волокнистого листового материала. Перепад толщин может быть отрицательным, положительным или нулевым. Отрицательный перепад толщин обеспечивается, когда высота верхней поверхности непосредственно прилегающей основной области больше, чем высота верхней поверхности защитного устройства. Альтернативно положительный перепад толщин обеспечивается, когда высота верхней поверхности защитного устройства больше, чем высота верхней поверхности непосредственно прилегающей основной области. В одном из вариантов осуществления перепад толщин выражен относительно толщины защитного устройства. В этом варианте осуществления абсолютная величина перепада толщин находится в диапазоне от 0% до приблизительно 80% толщины защитного устройства.
[0038] В одном из вариантов осуществления перепад толщин находится в диапазоне от -10 до приблизительно 50 мкм. Более предпочтительно перепад толщин находится в диапазоне от -5 до 30 мкм; либо от 0 до 25 мкм.
[0039] В некоторых вариантах осуществления устройство достаточно толстое для того, чтобы вдавливание защитного устройства в волокнистое влажное полотно приводило к отрицательному перепаду толщин (т.е., толщина или высота защитного устройства меньше, чем толщина или высота основной области). В подобных вариантах осуществления перепад толщин лучше всего характеризовать абсолютной величиной перепада толщин относительно толщины защитного устройства. Например, в одном из вариантов осуществления толщина защитного устройства меньше, чем 25 мкм, так что когда защитное устройство вдавливают в волокнистое полотно, абсолютная величина перепада толщин наложенного на поверхность защитного устройства находится в диапазоне от 0% до приблизительно 50%; более предпочтительно от 0% до приблизительно 30%; еще более предпочтительно от приблизительно 0% до приблизительно 10% от толщины защитного устройства. В еще одном варианте осуществления толщина защитного устройства опять-таки меньше, чем 25 мкм, так что дальнейшее уплотнение нижележащей области вдавливанием защитного устройства в волокнистое полотно дает перепад толщин от -10 до 15 мкм; предпочтительно от -5 до 10 мкм.
[0040] Альтернативно в одном из вариантов осуществления толщина защитного устройства больше, чем 25 мкм, так что дальнейшее уплотнение нижележащей области вдавливанием защитного устройства в волокнистое полотно дает перепад толщин от -10 до 50 мкм; предпочтительно от -5 до 25 мкм или от 0 до 15 мкм. В еще одном варианте осуществления, где толщина защитного устройства также больше 25 мкм, абсолютная величина перепада толщин относительно толщины защитного устройства находится в диапазоне от 0% до приблизительно 50%. Предпочтительно абсолютная величина перепада толщин находится в диапазоне от 0% до приблизительно 20% толщины защитного устройства.
[0041] "Гауч-вал" для специалиста в данной области означает направляющий или поворотный вал длинной сетки на столовой бумагоделательной машине, расположенный там, где бумажное полотно покидает сетку (т.е., влажный конец или бумагоформирующую часть), и где сетка возвращается на грудной вал. Гауч-вал служит той же цели и на цилиндровой бумагоделательной машине, в которой длинная сетка заменена цилиндрической частью. Более конкретно, когда полотно покидает цилиндрическую часть и идет в направлении гауч-вала, последний направляет и поворачивает полотно.
[0042] Хотя рассматривается и вариант, в котором все волокнистое полотно имеет однородную консистенцию по содержанию воды и/или влажности и содержанию волокна, в объем настоящего изобретения также включен вариант, где волокнистое полотно не везде достаточно уплотнено. Например, в одном из вариантов осуществления волокнистое полотно достаточно уплотнено только в или по месту введения. Здесь и далее термин "место введения" обозначает участок на волокнистом полотне или вдоль него, который по крайней мере частично покрыт защитным устройством. В другом варианте осуществления волокнистое полотно достаточно уплотнено лишь частично или же достаточно уплотнено по схеме градиента или матрицы, так что в месте введения волокна не рассеяны настолько, чтобы привести к вышеобозначенным недостаткам. Достаточно уплотненную по схеме градиента или матрицы структуру можно обеспечить, например, выборочным вакуумированием участков вдоль формируемого волокнистого полотна. Альтернативно в одном из вариантов осуществления влажность понижают по схеме градиента или матрицы, применяя источник излучения (т.е., тепла), с целью удаления поверхностной воды в выбранных участках вдоль формируемого волокнистого полотна.
[0043] Введение защитного устройства в волокнистый материал создает поверхность раздела между защитным устройством и подложкой - волокнистым полотном, полученным волокнистым листовым материалом или полученным документом. Поверхность раздела здесь и далее может быть образована прямым либо опосредованным контактом защитного устройства и подложки. Если поверхность раздела непосредственная, то защитное устройство находится в прямом контакте с волокнами подложки. Однако предусмотрено и то, что защитное устройство образует с подложкой опосредованную поверхность раздела на некоторых или всех нижних и боковых поверхностях. Например, поверхность раздела может включать между защитным устройством и подложкой другие материалы. В то время как предусмотрены различные материалы, особенно подходят дополнительные волокнистые или полимерные материалы, например, однокомпонентные и/или многокомпонентные волокна, полученные из естественных источников, таких как растительные источники, или спряденные из композиций полимерных расплавов и т.д., по отдельности или в комбинации. Кроме того, для создания опосредованных поверхностей раздела предпочтительны клейкие материалы. Для прикрепления или связывания защитного устройства на или внутри углубления в поверхности волокнистого полотна могут использоваться активируемые адгезивы. Подходящие адгезивы не ограничены и включают, не ограничиваясь ими, активируемые водой, теплом и/или давлением адгезивы, которые активируются в сушильной части бумагоделательной машины, где температура достигает от 100°С до 160°С. Такие покрытия могут быть нанесены в виде растворов полимеров на основе растворителей, водных растворов или дисперсий. Подходящие дисперсии выбраны из группы дисперсий акриловых смол, дисперсий эпоксидных смол, дисперсий натурального латекса, дисперсий полиуретановых смол, дисперсий поливинилацетатных смол, дисперсий поливинилспиртовых смол, дисперсий карбамидоформальдегидных смол, дисперсий винилацетатных смол, дисперсий сополимера этилена и винилацетата, дисперсий сополимера этилена и винилового спирта, дисперсий полиэфирных смол, а также их смесей. После продвижения за гауч-вал полностью сформированное влажное полотно с наложенным на поверхность защитным устройством движется на сухой конец бумагоделательной машины, состоящий из прессовой части и сушильной части. Адгезив может альтернативно являться частью защитного устройства и в таких вариантах осуществления имеет толщину от 5 до приблизительно 50 мкм; предпочтительно от 5 до приблизительно 20 мкм.
[0044] Подходящие для настоящего изобретения защитные устройства включают те, которые обычно используются в данной области специалистами для защиты от фальсификаций или подделок. Защитные устройства могут подходить для того, чтобы альтернативно или дополнительно придавать подложке эстетические свойства. Подходящие защитные устройства могут отображать информацию, воспринимаемую человеком как напрямую, так и с помощью устройства, или же могут отображать информацию, которая альтернативно или дополнительно воспринимается машиной. В защитном устройстве может быть использован один или более из следующих компонентов: деметаллизированные или выборочно металлизированные, магнитные, комбинированные магнитные и металлические, либо же тисненые области или слои, изменяющие цвет покрытия, выполненные из цветопеременных, переливчатых, жидкокристаллических, фотохромных и/или термохромных материалов, покрытия из люминесцентных и/или магнитных материалов, голографические и/или дифракционные защитные компонента, а также микрооптические защитные компонента. В предпочтительном варианте осуществления защитное устройство обеспечивает такую защиту, чтобы можно было легко подтвердить подлинность защищенного или ценного документа. В одном из вариантов осуществления защитное устройство включает матрицу фокусирующих элементов и матрицу пиктограмм изображений, где матрицы фокусирующих элементов и пиктограмм изображений расположены так, чтобы обеспечивать одно или более синтетических изображений. Подходящие для этого фокусирующие элементы включают как лентикулярные, так и нецилиндрические линзы (т.е., микролинзы).
[0045] В примерном варианте осуществления защитное устройство является защитным устройством на основе микролинз. Подобные устройства в общем включают (а) светопропускающую полимерную подложку, (b) структуру пиктограмм изображений микроразмера, расположенную на или внутри полимерной подложки, и (с) структуру фокусирующих элементов (напр., микролинз). Структуры пиктограмм изображений и фокусирующих элементов сконфигурированы таким образом, что при наблюдении структуры пиктограмм изображений через структуру фокусирующих элементов проецируются одно или более синтетических изображений. Подобные спроецированные изображения могут демонстрировать множество различных оптических эффектов. Материальные конструкции, способные давать такие эффекты, описаны в патенте США №7,333,268, выданном Steenblik и др., патенте США №7,468,842, выданном Steenblik и др., патенте США №7,738,175, выданном Steenblik и др., патенте США №7,830,627, выданном Commander и др., патенте США №8,149,511, выданном Каше и др.; патенте США №8,878,844, выданном Каше и др.; патенте США №8,786,521, выданном Каше и др.; Европейском патенте №2162294, выданном Каше и др.; и Европейской патентной заявке №08759342.2 (опубликованной под №2164713), поданной Каше. Эти ссылки включены в настоящее описание во всей их полноте.
[0046] В предпочтительном варианте осуществления защитное устройство, накладываемое на поверхность по предлагаемому изобретенному способу, включает, но не ограничивается ими, микрооптические защитные устройства, такие как микрооптическое защитное устройство MOTION™, описанное, например, в патенте США №7,333,268, микрооптическое защитное устройство RAPID™, голографические защитные устройства (напр., металлизированные голографические устройства). Эти устройства можно получить от Crane Currency US, LLC, Массачусетс, США. Другие подходящие устройства включают, но не ограничиваются ими, оптически изменчивые устройства (ОИУ), такие как оптический носитель данных KINEGRAM™, а также изменяющие цвет защитные устройства.
[0047] В то время как защитное устройство для введения в волокнистое полотно может быть представлено в различных видах, было обнаружено, что наиболее выгодно обеспечивать защитное устройство в виде непрерывного полотна. Было обнаружено, что благодаря обеспечению защитного устройства в виде непрерывного полотна защитное устройство можно вводить в волокнистое полотно непрерывно. Непрерывное полотно затем подразделяют или делят на множество отдельных защитных устройств. Разделение непрерывного полотна на отдельные защитные устройства может быть достигнуто различными методами нарезки и/или штамповки. В предпочтительном варианте осуществления способ является поточным процессом наложения множества отдельных защитных устройств без использования несущей пленки на волокнистое полотно во время производственного процесса бумагоделательной машины. Этот способ включает обеспечение защитного устройства в виде непрерывного полотна; непрерывную нарезку или штамповку непрерывного полотна для образования отдельных защитных устройств, каждое из которых имеет желаемую форму и размер; и затем непрерывное наложение отдельных защитных устройств на волокнистое полотно во время производства бумаги.
[0048] Предусмотрено, что с волокнистым листовым материалом могут быть применены дополнительные защитные устройства; как наложением на поверхность, так и частичным включением или полным включением. Например, в одном из вариантов осуществления на поверхность волокнистого листового материала наложено дополнительное защитное устройство. Указанное дополнительное устройство может быть введено в волокнистое полотно до введения наложенного на поверхность защитного устройства или же наложено после введения наложенного на поверхность защитного устройства. Дополнительное защитное устройство может быть аналогичным наложенному на поверхность защитному устройству или отличаться от него. Например, в одном из вариантов осуществления, когда одно из отдельных защитных устройств имеет толщину 25 мм или меньше, предусмотрено его введение в волокнистое полотно, когда влажность меньше 60%; предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 90% до 0% по массе. Например, защитное устройство вводят в волокнистое полотно, когда оно проходит по бумагоделательной машине между первой сушильной частью и клеильным прессом, также его необязательно смачивают для повышения содержания воды и/или влажности до от приблизительно 4% до приблизительно 7%.
[0049] Защитные устройства могут иметь различные размеры, формы или цвета. К примеру, предусмотрено, что защитное устройство, в виде отдельного защитного устройства, имеет (не ограничиваясь ею) форму полосы, ленты, нити, тесьмы или накладки. Эти устройства могут иметь общую ширину от приблизительно 2 до приблизительно 25 миллиметров (мм) (предпочтительно от приблизительно 6 до приблизительно 12 мм) и общую толщину от приблизительно 10 до приблизительно 50 микрон (предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 40 микрон). В предпочтительном варианте осуществления защитное устройство является полосой или накладкой. "Полоса" здесь и далее означает защитное устройство, продольный размер которого в длину значительно больше, чем поперечный размер в ширину. Продольный и поперечный размеры "накладки", наоборот, могут быть по сути эквивалентными, и она может принимать ровные или различные неровные формы. Здесь рассмотрены разные формы и размеры полос и накладок. Однако хотя полоса или накладка может простираться до края волокнистого листового материала или полученного документа, в предпочтительном варианте осуществления полоса или накладка расположена внутри периметра волокнистого листового материала или документа и не простирается до края листового материала или документа.
[0050] Как уже упоминалось, в качестве подходящих для изобретенного способа и волокнистого листового материала рассматриваются различные размеры защитных устройств. В одном из вариантов осуществления размер варьируется от приблизительно 5 до приблизительно 75 миллиметров (мм), предпочтительно от приблизительно 15 мм до приблизительно 40 мм по общей длине, от приблизительно 2 мм до приблизительно 50 мм, предпочтительно от приблизительно 6 мм до приблизительно 25 мм по общей ширине и от приблизительно 10 до приблизительно 50 микрон, предпочтительно от приблизительно 15 микрон до приблизительно 40 микрон по общей толщине. Все упомянутые здесь диапазоны включают все поддиапазоны, включая целые и дробные числа.
[0051] Как указано, для защитных устройств также предусмотрены различные формы; например, накладки, полосы или нити, геометрические формы, такие как звезды, параллелограммы, многоугольные формы (напр., шестиугольники, восьмиугольники и т.д.), цифры, буквы и различные символы. Также в качестве подходящих рассматриваются простые и сложные негеометрические рисунки. Эти формы и рисунки могут быть вырезаны методом ротационной штамповки.
[0052] В одном из вариантов осуществления изобретенного способа защитное устройство вводят в формируемое волокнистое полотно так, чтобы оно было взаимно сориентировано с не менее чем одним другим компонентом на или в подложке - волокнистом полотне, волокнистом листовом материале или полученном документе. В некоторых вариантах осуществления защитное устройство вводят так, что с другим компонентом в волокнистом полотне, полученном волокнистом листовом материале или документе взаимно сориентирован некий конкретный компонент в защитном устройстве. Упомянутый не менее чем один другой компонент может быть разным в зависимости от применения. Например, упомянутый не менее чем один другой компонент является водяным знаком, печатным изображением, рельефной структурой, другим защитным устройством или деталью на бумажной основе. При введении защитного устройства в волокнистое полотно с соблюдением взаимной ориентации предусмотрено, что защитное устройство, поначалу находящееся в виде непрерывного полотна, подают на аппарат или систему (здесь и далее именуется устройством ввода), которые могут использоваться для нарезки/штамповки непрерывного полотна на отдельные защитные устройства. Хотя для нарезки и последующего наложения защитного устройства на волокнистое полотно можно использовать отдельные устройства, предпочтительно, чтобы система, используемая для формирования отдельных защитных устройств, также использовалась и для наложения защитных устройств на или в волокнистое полотно. С помощью единого устройства можно более точно соблюсти ориентацию защитного устройства, поскольку при этом нужно меньше подвижных деталей.
[0053] В предпочтительном варианте осуществления, в котором непрерывное полотно нарезают на отдельные защитные устройства, которые затем вводят в или на волокнистое полотно с помощью одного и того же устройства ввода, также предусмотрено, что укладку защитного устройства можно поправлять с помощью устройства ввода, так что неправильно сориентированное (не выровненное относительно не менее чем одного другого компонента) защитное устройство можно поправить до взаимной ориентации, не прерывая процесса. При использовании единого устройства ввода для нарезки, наложения и поправок укладки in situ в процессе производства бумаги устраняется необходимость в дополнительной обработке для поправки укладки. К примеру, наложение с соблюдением ориентации и поправка в процессе производства бумаги устраняют необходимость вторичной обработки полученного листового материала или документа перед печатью.
[0054] Подходящие устройства ввода будут очевидны специалисту в данной области по просмотру данного описания. Однако в предпочтительном варианте осуществления устройство ввода является системой, использующей оптический датчик либо датчик плотности волокон, проверяющий взаимную ориентацию защитного устройства и не менее чем одного другого компонента в волокнистом полотне, волокнистом материале или полученном документе. С учетом определенного или рассчитанного положения защитного устройства либо относительных положений защитного устройства и не менее чем одного другого компонента устройство ввода используют для поправок укладки защитного устройства. Для осуществления таких поправок устройство ввода использует устройство-вариатор скорости движения (напр., электрический сервомеханизм с сервоприводом), контролирующее натяжение непрерывного полотна так, чтобы отдельное защитное устройство можно было накладывать с желаемой ориентацией. Место введения защитного устройства, таким образом, непрерывно корректируется путем регулирования натяжения непрерывного полотна. Альтернативно устройство ввода может быть устройством для ротационной штамповки и переноса, таким, как используемое при этикетировании для наложения этикеток с правильной ориентацией.
[0055] В другом аспекте изобретения предоставлен волокнистый листовой материал. Волокнистый листовой материал согласно настоящему описанию получают в результате дальнейшей обработки волокнистого полотна после введения защитного устройства. Указанная дальнейшая обработка необязательно включает этап сушки, применяемый до или после вдавливания защитного устройства в волокнистое полотно. Вдавливание защитного устройства в волокнистое полотно дает волокнистый листовой материал, имеющий волокнистую основную область и волокнистую нижележащую область.
[0056] Полученный волокнистый листовой материал, имеющий противоположные поверхности и углубление в одной из противоположных поверхностей, включает: наложенное на поверхность защитное устройство, расположенное в углублении; волокнистую нижележащую область, расположенную под углублением; волокнистую основную область, расположенную рядом с защитным устройством (расположенным в углублении) и нижележащей областью; а также поверхность раздела между защитным устройством и по меньшей мере одной поверхностью волокнистого листового материала. Здесь и далее ссылка на основную область, находящуюся рядом с защитным устройством, обозначает, что в поперечном разрезе основная область является областью, прилегающей к защитному устройству по оси абсцисс. Здесь и далее ссылка на нижележащую область, находящуюся под защитным устройством, обозначает, что в поперечном разрезе нижележащая область является областью по оси ординат, по крайней мере часть которой покрыта защитным устройством. Толщина нижележащей области меньше, чем толщина основной области, настолько, чтобы наложенное на поверхность защитное устройство имело перепад толщин меньше 80% от толщины защитного устройства, либо такой, как описано выше в указанных диапазонах и следующих из них поддиапазонах.
2
[0057] В одном из вариантов осуществления волокна в нижележащей области дополнительно уплотнены так, что количество волокон в нижележащей области по сути эквивалентно количеству волокон по крайней мере в непосредственно прилегающей основной области. В другом варианте осуществления количество волокон в нижележащей области по сути эквивалентно количеству волокон в основной области. Здесь и далее термин "по сути эквивалентно" в ссылках на количество волокон в основной и нижележащей областях обозначает, что количество волокон в каждой области находится в рамках от 80% до 100% количества в другой; предпочтительно от 90% до 100%, выраженное в граммах волокон на квадратный метр (г/м). В предпочтительном варианте осуществления количество волокон в нижележащей области эквивалентно количеству в диапазоне от 80% до приблизительно 100% такового в основной области; в особенности в непосредственно прилегающей основной области.
[0058] Как уже упоминалось, подходящее защитное устройство может иметь различные толщины. Следовательно, рассматриваются также и различные перепады толщин. В одном из вариантов осуществления волокнистого листового материала толщина защитного устройства находится в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 75 микрон. Перепад толщин находится в диапазоне от приблизительно -10 до приблизительно 30 микрон; предпочтительно от 0 до приблизительно 25 микрон; предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 15 мкм.
[0059] В одном из вариантов осуществления волокнистый листовой материал демонстрирует хотя бы одно из следующих: (1) улучшенную износостойкость, (2) приемлемую адгезию чернил, (3) повышенную прочность на разрыв в поперечном направлении (ПН), или (4) ослабленное просвечивание с изнаночной стороны. Здесь и далее улучшенная износостойкость характеризуется хотя бы одним из следующих: (а) минимальное или сниженное повреждение поверхности раздела по сравнению с волокнистыми материалами, изготовленными при недостаточной уплотненности волокнистого полотна, или (b) почти отсутствующий эффект отгиба. Эти эффекты можно количественно или качественно оценить известными в области методами, моделирующими влияние обращения на документы. Например, обращение банкноты можно смоделировать испытанием износостойкости. Одним из таких подходящих испытаний износостойкости является испытание "моделированием обращения" (ИМО). Это тест на износ, предназначенный для имитации механической и оптической деградации банкноты в течение цикла ее обращения. Испытание проводят, прикрепляя резиновые втулки, весящие каждая по 7,5 грамм, к четырем углам банкноты и затем помещая утяжеленную банкноту в галтовочный барабан на скорости 60 оборотов в минуту (об/мин) на установленный интервал 30 минут (один (1) цикл). Переворачивающее действие, испытываемое утяжеленной банкнотой, вызывает механическую и оптическую деградацию. Затем в галтовочный барабан добавляют контролируемые количества жидких и твердых загрязняющих веществ (напр., соевого масла и глины) для моделирования влияния масел и грязи, с которыми обычно контактирует банкнота в течение своего жизненного цикла. До и после каждого цикла смоделированной деградации банкноту проверяют на механическую порчу (напр., повреждения поверхности и краев в виде дыр, разрывов, надрезов, отгибов, отделившихся частей и рваных неровных краев, утрата прочности на разрыв, прочности при складывании, сопротивляемости разрыву и пробиванию), оптическую порчу (напр., ухудшение цветовых свойств типографской краски) и загрязнение. Особенно подходят для этого испытания износостойкости такие примеры механической деградации, как эффекты отгиба и разрывы поверхности раздела.
[0060] Испытания на приемлемую адгезию чернил известны специалистам в данной области. Например, отмарывание, являющееся количеством чернил, перенесенных с одного листа на другой в стопке, сложенной из множества волокнистых листовых материалов или документов, поддается количественной оценке методами, известными обычным специалистам в данной области. Аналогично прочность на разрыв и просвечивание с изнанки поддаются количественной оценке методами, известными обычным специалистам в данной области. К примеру, просвечивание можно оценить известными тестами на отражательную способность или пропускаемость света. При испытании прочности на разрыв в ПН с использованием, например, измерителя натяжения INSTRON либо измерителя тягового усилия, и как показано в Таблице 2 ниже, изготовленная согласно настоящему изобретению бумага продемонстрировала повышенную прочность на разрыв в ПН, причем повышенное значение испытуемого свойства находилось в диапазоне от приблизительно 90% до приблизительно 100% по сравнению с обычным наложением защитного устройства с помощью цилиндра на полностью сформированное волокнистое полотно.
2
2
2
2
[0061] Как упоминалось, волокнистый листовой материал имеет волокнистую нижележащую область под защитным устройством, а также волокнистую основную область рядом с защитным устройством и нижележащей областью. Так как защитное устройство ввели, когда волокнистое полотно уже было достаточно уплотнено, то волокна в области волокнистого полотна, соответствующей нижележащей области листового материала, не сместились в количестве, приводящем к вышеобозначенным недостаткам. Поэтому количество волокон в волокнистой нижележащей области по сути эквивалентно количеству волокон по крайней мере в непосредственно прилегающей основной области. Здесь и далее термин "непосредственно прилегающая основная область" обозначает участок основной области, граничащий с нижележащей областью и утопленной частью защитного устройства. Эта непосредственно прилегающая основная область отходит в радиальном направлении от утопленной части и нижележащей области на расстояние по оси абсцисс в поперечном разрезе, эквивалентное длине нижележащей области по оси абсцисс. Ввиду разности объемов непосредственно прилегающей основной области и нижележащей области плотность волокон в нижележащей области больше, чем плотность волокон в непосредственно прилегающей основной области. Количества волокон в непосредственно прилегающей основной области и нижележащей области по сути эквивалентны настолько, что, принимая в расчет разность объемов двух областей, плотность в нижележащей области больше, чем плотность в непосредственно прилегающей основной области. В одном примерном варианте осуществления количество волокон в основной области находится в диапазоне от 88,55 г/м до 90,15 г/м, тогда как количество волокон в нижележащей области находится в диапазоне от 87,26 г/м до 90,69 г/м. Здесь и далее "плотность" обозначает среднее количество волокон в некотором объеме.
[0062] Как уже упоминалось, существует множество пригодных для данного изобретения защитных устройств. Однако в одном из вариантов осуществления волокнистый листовой материал включает защитное устройство, имеющее матрицу цилиндрических и/или нецилиндрических фокусирующих элементов, а также матрицу пиктограмм изображений, которые оптически взаимодействуют с фокусирующими элементами для создания по меньшей мере одного синтетического изображения. В предпочтительных вариантах осуществления фокусирующие элементы являются либо только цилиндрическими линзами, либо только нецилиндрическими линзами (напр., микролинзами). Однако предусмотрено и то, что матрица линз включает сочетание обоих в различных пропорциях.
[0063] Как упоминалось, защитное устройство может быть в виде полосы или накладки либо других форм или конфигураций. В одном варианте осуществления защитное устройство помещено в листовом материале во взаимной ориентации с не менее чем одним другим компонентом в листовом материале. Подходящие другие компоненты описаны здесь.
[0064] В другом аспекте изобретение является документом, включающим волокнистый листовой материал. Настоящим изобретением рассмотрены различные документы. Например, подходящие документы включают, но не ограничиваются ими, банкноты, бонды, чеки, дорожные чеки, идентификационные карты, лотерейные билеты, паспорта, почтовые марки, акционерные сертификаты, равно как и незащищаемые документы, такие как канцелярские принадлежности, этикетки и предметы эстетики. В волокнистое полотно может быть введено множество защитных устройств, и, следовательно, на волокнистый листовой материал и любой полученный документ может быть наложено множество защитных устройств. Альтернативно в одном варианте осуществления документ включает по меньшей мере одно наложенное на поверхность защитное устройство и по меньшей мере одно отличающееся защитное устройство, такое как включенное либо частично включенное защитное устройство или защитный компонент. Наложенное на поверхность защитное устройство может быть взаимно сориентированным с другими компонентами документа, такими как другие защитные устройства либо защитные или декоративные компоненты.
[0065] Волокнистые листовые материалы, пригодные для использования в настоящем изобретении, являются бумагой или бумагоподобными листовыми материалами. Эти листовые материалы, являющиеся однослойными или многослойными листовыми материалами, могут быть изготовлены из ряда видов волокна, включая синтетические или натуральные волокна или их смеси. Например, эти листовые материалы могут быть сделаны из таких волокон, как абака, хлопок, лен, древесная пульпа и их смеси. Как хорошо известно специалистам в данной области, для банкнот предпочтительно используют волокна хлопка и смеси хлопок/лен или хлопок/синтетическое волокно, тогда как для защищаемых документов, банкнотами не являющихся, обычно используют древесную пульпу.
[0066] Как отмечено выше, защитные устройства, рассматриваемые для применения с настоящим изобретением, могут принимать множество различных форм, включая, но не ограничиваясь следующими: полосы, ленты, нити, тесьмы или накладки (напр., защитные нити на основе микролинз, голографические и/или цветопеременные).
[0067] Дальнейшему пониманию заявленного изобретения призвано поспособствовать нижеприведенное описание чертежей, которые представляют примеры осуществления.
[0068] Обычные технологии показаны на ФИГ. 1 и ФИГ. 2. В большинстве случаев, как показано на ФИГ. 1, защитное устройство (11) вводят на влажной стадии производства бумаги с целью включения устройства (11) в волокнистый материал или документ (10). Когда этот способ применяют для наложения защитного устройства на поверхность, полученный волокнистый листовой материал страдает низкой устойчивостью к износу при обращении, малой прочностью на разрыв в ПН и сильным просвечиванием с изнанки. Как здесь уже упоминалось, было обнаружено, что это происходит частично из-за смещения волокон (15) из нижележащей области (12), когда защитное устройство (11) вводят в формируемое волокнистое полотно. Как можно увидеть, количество волокон в зоне отгиба (14) значительно снижено. Это приводит к слабым взаимодействиям на поверхности раздела (17) между защитным устройством и подложкой (18) волокнистого листового материала или документа (10). Это особенно очевидно по кромкам раздела (17а).
[0069] Недостатки обнаруживаются и у обычного варианта осуществления, показанного на ФИГ. 2, в котором защитное устройство (21) вводят на сухой стадии производства бумаги или после производства бумаги, когда бумага полностью уплотнена. Здесь волокна (25) в нижележащей области настолько полно сцеплены, что защитное устройство (21) невозможно вдавить в подложку (28). Результатом становится высокий перепад толщин. С высоким перепадом толщин связано плохое наложение чернил на листовой материал или документ (20). Вследствие этого для вариантов осуществления, в которых защитное устройство добавляют на сухой стадии, защитное устройство должно быть очень тонким, чтобы обладать приемлемым перепадом толщин.
[0070] Настоящее изобретение устраняет по крайней мере один из этих недостатков. На ФИГ. 3 изображен один из вариантов осуществления настоящего изобретения. Здесь, в отличие от ФИГ. 1 и ФИГ. 2, защитное устройство (31) вводят на влажной стадии, когда волокнистое полотно достаточно уплотнено, так что значительное количество волокон (35) не смещается из нижележащей области (32) при вдавливании защитного устройства в подложку (38) волокнистого листового материала (30). Наоборот, волокна (35) под защитным устройством (31) и в зоне отгиба (34) дополнительно сцепляются или уплотняются. Это приводит к сильным взаимодействиям волокон на поверхности раздела (37), в особенности на кромках раздела (37а). Более того, так как защитное устройство (31) вводят на влажной стадии, его можно вдавить в подложку (38) для обеспечения низкого перепада толщин.
[0071] Защитное устройство (41) может быть введено в волокнистое полотно (49) с помощью различных способов и техник. В предпочтительном варианте осуществления, показанном на ФИГ. 4, защитное устройство (41) представлено в виде непрерывного полотна (41) и непрерывно накладывается на формируемое волокнистое полотно (49) на столовой бумагоделательной машине (40) непосредственно после влажной линии (42) и перед гауч-валом (44), а также между вакуумными ящиками (45а, 45b), что помогает установить защитное устройство в волокнистое полотно (49).
[0072] На ФИГ. 5 и 6 показаны волокнистые листовые материалы или полученные документы (50, 60) согласно заявленному изобретению, имеющие множество наложенных на поверхность защитных устройств (52а, 52b, 53, 63а, 63b). Устройства (52а, 52b, 53, 63а, 63b) представлены в виде накладок (53, 63а, 63b) и полос (52а, 52b) различных размеров и форм. Хотя положение укладки защитного устройства (52а, 52b, 53, 63а, 63b) в принципе не ограничено, в одном варианте осуществления настоящего изобретения защитные устройства (напр., 53, 63а, 63b) вырезаны или отштампованы и наложены с помощью устройства ввода (не показано) на волокнистое полотно (55) во время производства бумаги так, чтобы они были взаимно сориентированы с не менее чем одним другим компонентом (напр., водяным знаком (61)) в волокнистом полотне, волокнистом листовом материале или полученном документе (60). На ФИГ. 6 показан вариант осуществления, в котором множество защитных устройств, наложенных как накладки (63а, 63b), взаимно сориентированы с водяным знаком (61). Первая накладка (63а) наложена с поперечной ориентацией относительно водяного знака (61), тогда как вторая накладка (63b) наложена с продольной ориентацией относительно водяного знака (61). Предусмотрено также то, что защитное устройство (63а, 63b) выровнено относительно водяного знака (61) так, что по крайней мере один компонент (не показан) в накладке (63а, 63b) взаимно сориентирован с водяным знаком (61) или другим компонентом в волокнистом полотне, волокнистом листовом материале или полученном документе (60). Документ (50, 60) имеет края (59, 69), которые, хотя изображены здесь как стороны параллелограмма, могут также быть показаны в других формах под другими углами. Защитные устройства (52а, 52b, 53, 63а, 63b) наложены на волокнистое полотно, волокнистый листовой материал или документ так, что не выходят за края (59, 69) документа (50, 60). В предпочтительном варианте осуществления защитное устройство уложено на поверхности так, чтобы находиться вдали от края, не касаясь его.
ПРИМЕРЫ
Сравнительный пример 1: Испытание износостойкости защитного устройства, наложенного на поверхность, когда волокнистое полотно недостаточно уплотнено, в течение одного цикла
[0073] В первом сравнительном примере волокнистый листовой материал изготавливают по обычному влажностадийному способу, где защитное устройство вводят в волокнистое полотно во время процесса производства бумаги, когда содержание воды и/или влажность волокнистого полотна выше 98%. В результате смещения волокон волокна в зоне отгиба (74) и в нижележащей области смещаются, приводя к ослабленному взаимодействию защитного устройства (71) с волокнистой подложкой (78) волокнистого листового материала (70) в этих зонах. Полученный по этому способу волокнистый листовой материал (70) после прохождения одного цикла (30 мин.) испытания моделированием обращения изображен на ФИГ. 7а. По результатам этого одного цикла волокнистый листовой материал (70) показал плохую износостойкость, по крайней мере по определенному развитию эффекта отгиба, показанного в зоне отгиба (74). Защитное устройство (71) отделяется от подложки (78) волокнистого листового материала (70) в точках вдоль кромок раздела (77а).
[0074] Более того, наложенное на поверхность защитное устройство проявило просвечивание с изнаночной стороны. Группу из пяти (5) людей (P1, Р2, Р3, Р4, Р5) попросили оценить степень просвечивания с изнанки по шкале от 1 до 5, где 5 - самое сильное просвечивание и 1 - самое слабое просвечивание. Участники Р1 и Р4 оценили просвечивание с изнанки как 4; участники Р2, Р3 и Р5 оценили просвечивание с изнанки как 5. На ФИГ. 7b показан волокнистый листовой материал (70), проявляющий просвечивание с изнанки. Это потребует какого-то маскирующего покрытия с изнаночной стороны для решения проблемы.
[0075] Также измеряли прочность волокнистого листового материала на разрыв в поперечном направлении (ПН), используя измеритель натяжения INSTRON модели 5965. Образец бумаги отрезают по размеру 125 мм в ширину и 15 мм в высоту, так, чтобы нить проходила вертикально через центр образца. Затем образец помещают в зажимы измерителя натяжения Instron (модель 5965), при этом зажимы устанавливают на расстоянии 40 мм от нити, находящейся по центру промежутка. Образец растягивают со скоростью 38 мм/минуту до разрыва образца. Процесс повторяют 5 раз и в качестве результата испытания берут среднее арифметическое 5 значений. Результаты показали, что прочность на разрыв в ПН находилась в диапазоне от 5,4 до 6,3 кг.
Пример изобретения 1: Испытание износостойкости защитного устройства, наложенного на поверхность, когда волокнистое полотно достаточно уплотнено, в течение одного цикла
[0076] В первом примере изобретения волокнистый листовой материал (80) изготавливают согласно описанному здесь изобретению, где защитное устройство (81) вводят в волокнистое полотно во время процесса производства бумаги, когда влажность волокнистого полотна меньше 98%. В результате уменьшения смещения волокон из зоны отгиба и повышенной уплотненности волокон в нижележащей области достигают достаточного взаимодействия защитного устройства (81) с подложкой (88) волокнистого листового материала (80). Полученный по этому способу волокнистый листовой материал (80) после прохождения одного цикла испытания моделированием обращения изображен на ФИГ. 8а. Очевидно, что износостойкость волокнистого листового материала (80) по сравнению с таковым, изготовленным в сравнительном примере 1, улучшена. Здесь волокнистый листовой материал (80) не проявляет эффекта отгиба и повреждений либо отделения по кромке раздела (87а) защитного устройства (81) и подложки (88) волокнистого листового материала (80). Волокнистый листовой материал (80) остается невредим, демонстрируя улучшенную износостойкость.
[0077] Более того, наложенное на поверхность защитное устройство (81) проявило более слабое просвечивание с изнанки по сравнению со сравнительным примером 1. Группу из пяти (5) людей (P1, Р2, Р3, Р4, Р5) попросили оценить степень просвечивания с изнанки по шкале от 1 до 5, где 5 - самое сильное просвечивание и 1 - самое слабое просвечивание. Участник Р2 оценил просвечивание с изнанки как 1; участники Р1, Р3, Р4 и Р5 оценили просвечивание с изнанки как 2. На ФИГ. 8b показан волокнистый листовой материал, проявляющий просвечивание с изнанки. Альтернативно просвечивание с изнаночной стороны определяли измерением плотности оттенков серого в направлении поперек нити. Образец бумаги сканировали на планшетном сканере Epson V750 perfection, откалиброванном по эталонной мишени IT8. Бумагу сканировали с разрешением 600 dpi как изображение в оттенках серого в отраженном свете, поместив образец на черном фоне. После снятия сканограммы генерировали профиль плотности выбранного участка. С помощью этой функции выбирали охватывающий нить участок, при этом программа определяла значение оттенка серого для каждого пикселя на выбранном участке, для данного конкретного теста с нитью, проходящей вертикально через центр выбранного участка, программа подсчитывала среднее значение вертикальных пикселей на участке и выдавала среднюю по вертикали точку данных для каждого горизонтального пикселя (напр., если участок имеет размер 20 пикселей в высоту и 200 пикселей в ширину, то для каждого горизонтального положения находили бы среднее из соответствующих значений пикселей по вертикали, получая на выходе 200 точек данных). Полученные данные затем наносили на график для определения любого заметного смещения значений оттенков серого на участке, взятом как образец. Результаты измерений плотности приведены в Таблице 1 (см. в графической части). Результаты примера изобретения приведены по верхней линии, а результаты сравнительного примера приведены по нижней линии, показывая значительное падение измеренной плотности волокон во время прохождения измерительного устройства по противоположной стороне защитного устройства. Более низкие значения указывают на сильное просвечивание с изнанки. Как можно заметить, в изобретенном способе (<90% воды и/или влаги) значения плотности по волокнистому листовому материалу остаются относительно постоянными, тогда как в сравнительных примерах (>98% воды и/или влаги) значения плотности проявляют явное и значительное падение. Средняя плотность оттенков серого в направлении поперек нити в сравнительных примерах (>98% воды) составила 214; тогда как средняя плотность оттенков серого в направлении поперек нити в примерах изобретения (<90% воды) составила 226.
[0078] Также измеряли прочность волокнистого листового материала (80) на разрыв в поперечном направлении (ПН), используя измеритель натяжения INSTRON модели 5965. Повторяли тот же процесс, что и выше. Результаты показали, что прочность на разрыв в ПН была лучше, чем показанная в сравнительном примере 1. Результаты сравнительного примера показаны в первых столбцах (>98% воды) Таблицы 2 (см. в графической части), тогда как результаты примера изобретения (<90% воды) показаны во вторых столбцах.
Сравнительный пример 2: Испытание износостойкости защитного устройства, наложенного на поверхность, когда волокнистое полотно недостаточно уплотнено, в течение трех циклов
[0079] Во втором сравнительном примере волокнистый листовой материал (90) изготавливают по обычному влажностадийному способу, где защитное устройство вводят в волокнистое полотно во время процесса производства бумаги, когда влажность волокнистого полотна выше 98%. В результате смещения волокон волокна в зоне отгиба и в нижележащей области во время введения защитного устройства (91) смещаются, приводя к ослабленному взаимодействию защитного устройства (91) с волокнистой подложкой (98) волокнистого листового материала (90) в этих зонах. Полученный по этому способу волокнистый листовой материал (90) после прохождения трех циклов испытания моделированием обращения изображен на ФИГ. 9а. По результатам этих трех циклов волокнистый листовой материал (90) показал плохую износостойкость, по крайней мере по определенному развитию разрыва волокнистого материала вдоль кромки раздела (97а). Волокнистый листовой материал (90) порван на две части вдоль кромки раздела (97а).
[0080] Более того, наложенное на поверхность защитное устройство (91) проявило просвечивание с изнаночной стороны. Группу из пяти (5) людей (P1, Р2, Р3, Р4, Р5) попросили оценить степень просвечивания с изнанки по шкале от 1 до 5, где 5 - самое сильное просвечивание и 1 - самое слабое просвечивание. Участники Р1 и Р5 оценили просвечивание с изнанки как 5; участники Р2, Р3 и Р4 оценили просвечивание с изнанки как 4. На ФИГ. 9b показан волокнистый листовой материал (90), проявляющий разрыв и просвечивание с изнанки. Это потребует какого-то маскирующего покрытия с изнаночной стороны для решения проблемы.
Пример изобретения 2: Испытание износостойкости защитного устройства, наложенного на поверхность, когда волокнистое полотно достаточно уплотнено, в течение трех циклов
[0081] Во втором примере изобретения волокнистый листовой материал (100) изготавливают согласно описанному здесь изобретению, где защитное устройство (101) вводят в волокнистое полотно во время процесса производства бумаги, когда влажность волокнистого полотна меньше 98%. В результате уменьшения смещения волокон из зоны отгиба и повышенной уплотненности волокон в нижележащей области по сравнению с таковой в сравнительном примере 1 достигают достаточного взаимодействия защитного устройства с подложкой (108) волокнистого листового материала (100). Полученный по этому способу волокнистый листовой материал (100) после прохождения трех циклов испытания моделированием обращения изображен на ФИГ. 10а. Очевидно, что износостойкость волокнистого листового материала (100) по сравнению с таковым, изготовленным в сравнительном примере 2, улучшена. Здесь волокнистый листовой материал (100) не проявляет либо проявляет небольшие эффект отгиба или повреждения по кромке раздела (107а) защитного устройства (101) и подложки (108) волокнистого листового материала (100). Волокнистый листовой материал (100) остается невредим, демонстрируя улучшенную износостойкость.
[0082] Более того, наложенное на поверхность защитное устройство (101) проявило более слабое просвечивание с изнанки по сравнению со сравнительным примером 2. Группу из пяти (5) людей (P1, Р2, Р3, Р4, Р5) попросили оценить степень просвечивания с изнанки по шкале от 1 до 5, где 5 - самое сильное просвечивание и 1 - самое слабое просвечивание. Участник Р1 оценил просвечивание с изнанки как 2; участники Р2, Р4 и Р5 оценили просвечивание с изнанки как 1; и участник Р3 оценил просвечивание с изнанки как 3. На ФИГ. 10b показан волокнистый листовой материал, проявляющий улучшение просвечивания с изнанки.
[0083] В то время как выше описываются различные варианты осуществления предлагаемого изобретения, следует понимать, что они приведены только как примеры, а не ограничения. Таким образом, широта и суть настоящего изобретения не ограничиваются никаким из примерных вариантов осуществления.