工业织物以及使用超声波焊接来焊接接缝区域的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业织物，并且更具体地，涉及一种使用超声波焊接来焊接工业织物的接缝区域的方法。
[0002]以引用方式并入
[0003]本文所提及的所有专利、专利申请、文件和/或参考资料以引用方式并入，并且可以在本发明的实践中采用。
【背景技术】
[0004]在造纸过程中，在造纸机成形部，通过将纤维浆沉积到移动的成形织物上形成纤维素纤维网，纤维浆也就是纤维素纤维的水分散体。浆体中大部分的水通过成形织物排出，而纤维素纤维网则留在成形织物的表面。
[0005]刚成形的纤维素纤维网从成形部进入压榨部，压榨部包括一系列压榨压区。纤维素纤维网被压榨织物支撑，或者通常情况下位于两层这样的压榨织物之间，穿过压榨压区。在压榨压区中，纤维素纤维网受到压缩力的作用，该压缩力从其中将水挤出，并使网中的纤维素纤维彼此粘附，使得纤维素纤维网转变为纸幅。水由该一层压榨织物或多层压榨织物所吸收，并且理想的情况是不回到纸幅中去。
[0006]纸幅最终进入干燥部，干燥部包括至少一个可转动的干燥转鼓系列或烘筒系列，这些转鼓或烘筒由蒸汽在内部进行加热。干燥织物引导刚成形的纸幅以弯曲路径依次绕行该系列中的每个转鼓，且干燥织物将纸幅紧贴在转鼓的表面。加热的转鼓通过蒸发作用降低纸幅的含水量至所需的水平。
[0007]应当了解的是，成形织物、压榨织物及干燥织物在造纸机上都采取无端环的形式，并且都起到传送带的作用。应当进一步了解的是，纸张生产是一种以相当快的速度进行的连续过程。也就是说，在成形部，纤维浆连续地沉积到成形织物上，而刚生产出的纸张在离开干燥部后就被连续地卷绕到辊筒上。
[0008]还应当了解的是，成形织物、压榨织物和干燥织物的绝大部分为无端环形式的织造织物，或至少包括一部分，该织造织物在纵向环绕测量时具有规定的长度，而在横向跨越测量时具有规定的宽度。因为造纸机的结构变化很多，因此造纸机织物制造商必须将成形织物、压榨织物和干燥织物做成所需要的尺寸，以配合客户所用造纸机成形部、压榨部和干燥部中的具体位置。毋庸多说，因为每一织物通常必须按定单制作，因此这个需求使生产流程很难流水化。
[0009]织造基底织物自身采取许多不同的形式。例如，它们可以为织造无端环，或者它们可以使用一个或多个机器方向(“MD”)和机器横向(“CD”)的纱线层平织，而随后用织造的接缝成为无端环的形式。可替代地，可以通过通常称为改进的无端环织造的加工处理来生产它们，其中，基底织物的宽度方向边缘设置有使用其MD纱线的缝合环。在此处理中，MD纱线连续地在织物的宽度边缘之间来回织造，在各边缘折回并形成缝合环。在安装在造纸机上时，以此方式生产的基底织物布置为无端环的形式，并由于此原因被称之为可机上缝合织物。为了将这样的织物布置为无端环的形式，将两个宽度方向的边缘聚在一起，在两个边缘处的缝合环彼此交错，将接合销或栓引导穿过由交错的缝合环所形成的通道。
[0010]在任何情况中，织造基底织物为无端环的形式，或者为可缝合成无端环的形式，在纵向环绕测量时具有规定的长度，而在横向跨越测量时具有规定的宽度。因为造纸机的结构变化很多，因此造纸机织物制造商要求生产压榨织物以及其他造纸机织物，以配合其客户所用造纸机的具体位置，因此各织物通常必须按定单制作。
[0011]现代造纸机的织物宽度可为5英尺到33英尺以上，长度可为40英尺到400英尺以上，重量则可为100镑左右到3，000镑以上。这些织物会磨损并需要更换。织物更换通常包括停机、移除磨损的织物、准备安装织物以及安装新织物。虽然许多织物是环状的，但当前使用的多种织物是可机上缝合形式。此类织物的安装包括牵引织物本体至造纸机并将该织物的端部相连以形成无端环状带。
[0012]在例如造纸以及在非织造物的生产中，接缝在工业织物或皮带的功能和使用中显示出明显的问题。接缝的厚度(thickness或caliper)不同于接缝连接处的工业织物边缘的厚度，以及，接缝与织物边缘之间的厚度变化，这些会导致承载在皮带上的产品留痕。如果接缝区域的厚度大于织物边缘，由于接缝变得暴露于机器组件并导致磨损或摩擦，还会导致缝合失效。如果皮带可透过流体(空气和/或水)，接缝区域与织物本体之间的可透过性/孔隙度的差异还会导致使用织物所制造的产品上具有令人反感的痕迹，或者其他操作性问题。
[0013]因此，无论工业织物为成形织物、压榨织物、干燥织物、空气穿透干燥(TAD)织物，或者在通过例如熔喷、纺粘或水力缠结的加工过程制造非织造物中使用的工程织物，或者用于例如DNT皮带或淤浆过滤带等的湿法加工的工程织物，或者纺织整理带，接缝的均匀性以及完整性的性能是关键的。
[0014]当织物承受机器方向(MD)的拉伸时在造纸机、纸板机或薄纸/纸巾或其他工业设备上运转，织造或交织以形成接缝的织物接缝末端或纱线端部容易受到影响而回拉。为了减小这种接缝“回拉”，常规地，使用粘合剂将接缝中的纱线末端与相邻纱线粘合。然而，粘合剂不能完全耐受机器运转条件，随时间仍会发生回拉或纱线滑移。同样，在使用其他增强方法(例如缝合造纸机织物(PMC)、TAD或工业织物的末端)的情况下使用粘合剂，也不能获得理想的接缝完整性或均匀性。
[0015]此外，在MD测量时，使用常规技术形成的接缝区域的宽度通常为例如3.5英寸至20英寸之间的值或更高。因此由于多种原因，期望能够减小此接缝区域的MD长度。
[0016]图l(a-d)示出了与用于TAD织物的常规接缝形成技术有关的问题，例如，其中，两个织物边缘的末端重新织入织物，在接缝区域“重叠”，以及标识出关键点512 (图1a)，在这些点处，这些端部会在机器方向“回拉”，并且端部本身会突出于纸张侧表面。最终，如箭头所示，由于织物内的局部应力增加，导致在重叠区域的滑移增加(图lb)，并且在织物的接缝区域内出现了完全滑移及孔洞516(图1c)。因此，接缝的重叠区域通常通过人工胶合518 (图1d)来加强，从而增加其强度；然而，胶合是费时费力的过程。由于其较低的精度，还会难以将胶料仅仅限制在重叠纱线上。另外，当织物在造纸机上运转时，胶料最终会由于织物的挠曲而脱落以及/或者磨损。
[0017]因此，需要不同或改进的方式强化接缝纱线末端，并因此强化接缝强度。
[0018]一种可用于强化织物的接缝纱线末端的技术为热焊接，例如超声波焊接。超声波是指超过人类听觉范围(即>20，OOOHz)的声音，以及，超声波焊接是指使用声波将材料熔合。许多尝试致力于使用超声波能量将织物边缘连接在一起，即，将织物段连接为无端环状形式，以生产无端环状皮带。
[0019]然而，超声波焊接经常产生不可接受的接缝形成结果，例如纱线过度熔融、接缝的可透过性降低和由于局部收缩而引起的织物扭曲变形，产生这些一定程度上是由于常规超声波焊接是基于更改时间、能量以及距离的多个参数。
【发明内容】
[0020]因此，本领域仍然需要能获得具有可接受的表面平滑度、均匀性、孔隙率、开放性、强度以及耐久性的织物接缝的方法，该方法可应用于较大范围的织物类型。
[0021]据此，本发明为一种通过使用超声波能量将一个织物边缘结合至另一织物边缘的方法。织物由合成聚合树脂的MD纱线和⑶纱线织造而成。可以重新织造平织织物的⑶边缘中的MD纱线和CD纱线，以形成接缝区域，并且，该接缝区域可以暴露于超声波能量，将MD纱线端部彼此结合，以及/或者结合至一个或多个CD端部，以形成无端环状织物或皮带。
[0022]在另一个实施例中，一段带有两个⑶边缘的平织织物，可以使该织物的各⑶边缘(其包括这些相同的MD和⑶纱线)与另一个在MD重叠一定距离并且相结合，以使该平织织物形成为无端环状织物或皮带。
[0023]还可以将平织织物的两个⑶边缘在各端折回至织物本体之上。一些⑶纱线可以散开，露出一段MD纱线，其可以形成环。来自各CD织物边缘的环之后彼此相互交错而形成通道，以及，销或栓插入通道中而形成接缝。通过在各CD边缘将一段织物围绕销折回，将折叠处的多根CD纱线拆散，使得当织物端部折回时，散开区域允许MD纱线形成环，并且折回的织物段通过以上描述的超声波焊接而附接至本体，从而可以形成该缝合环。折回部分可以在5-30cm范围内。该折回式接缝可以用于固定缝合线圈(一个或至每边缘一个)，该缝合线圈插入在MD纱线环之间，并与销或栓连接以形成螺旋连接接缝。在任一种情况中，通过实践本发明，折回区域可以在环相互交错之前便连结至织物本体。
[0024]可替代地，平织织物的接缝可以形成为本领域技术人员已知的“针缝”，其要求将MD纱线再织入各CD边缘的织物本体内，并在各CD边缘形成环。来自各CD边缘的环之后彼此互相交错，而销或栓插入该空间中以形成针缝。可替代地，螺旋线圈可以通过栓或销连接至环，形成本领域技术人员所知的螺旋连接接缝。这样的织物还可以通过本文描述的超声波焊接技术得以改善。在这样的接缝中，形成缝合环自身的MD纱线可以在环相互交错之前便焊接或熔接至CD纱线，以防止它们在使用的运行张力下被拉出。
[0025]进一步，美国专利N0.