专利名称：用于制造绒毛组件的方法和设备以及由此而得到的产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法、设备和/或具有完全由细长绒毛子组件形成的绒毛组件的物品。本发明特别涉及一种在不使用诸如粘结剂和单独预制的支撑结构的附加材料的情况下制造绒毛组件的方法和设备。本发明还涉及由细长绒毛子组件制成的物品或者产品，诸如刷辊、用于各种输送形式的内面板和铺地物品。
背景技术：
下面所披露的内容可能与本发明的各个方面相关并且可被概述如下形成具有预制的芯的油漆辊在本领域是已知的。例如，将绒毛材料带卷绕在单独的塑料或者纸板管周围，或可选择地卷绕热塑性带接着使它们熔合在一起以形成芯，然后利用粘结剂或者其他装置使绒毛带附于芯上是已知的形成油漆辊的方法。
Garcia等人的美国专利US 5,397,414披露了一种由热塑性管芯和从织物基底直立的绒毛材料带制成的油漆辊。利用热塑性粘结剂将织物覆盖层热粘合到热塑性芯上使热织物带被粘合到管芯上。
Chambers等人的美国专利US 6,175,985B1披露了一种包括由丛毛绳制成的芯管的油漆辊。至少一个丛毛绳被螺旋地卷绕在芯管周围并且粘结或者粘合到芯管上。或者，使丛毛绳附在衬底材料上以形成绒毛带，接着将绒毛带附在预制芯上。
Mokhtar等人的美国专利US 5,470,629披露了制造绒毛“丛毛绳”，其中通过将纱线卷绕在支撑绳束被转移到其上的心轴周围制造每一个丛毛绳。随着支撑绳束移动，它将纱线“卷”输送到使卷与支撑绳束相连的超声波焊接器。粘合的卷进一步被输送到切割卷并由此形成丛毛绳的切条机工位上。丛毛绳包括两排直立的支线或者丛毛，直立的支线或者丛毛在它们的基部处被附在支撑绳束上。Mokhtar等人的纱线是复丝、卷曲的、松散的纱线，最好由热塑性聚合物，诸如尼龙或者聚丙烯制成。支撑绳束同样最好由一种热塑性聚合物制成，从而当在超声波焊接器下方通过时，纱线和支撑绳束熔化以在它们之间形成粘合。
希望在不使用单独预制的管或者支撑片的情况下形成或者产生具有绒毛表面的物品，从而无需昂贵的附加材料，诸如粘结剂和预制的支撑结构。在现有技术中，预制的支撑结构的使用需要至少两个步骤形成或者供给支撑结构的第一步骤和将绒毛结构粘合到支撑结构上的第二步骤。取消预制的支撑结构能够减少成本并且提高产生诸如刷辊、用于各种输送形式的内面板和铺地物品的物品的效率(例如，取消一个步骤)。还希望提供一种消除由于绒毛带接合而造成的损耗的连续工艺。
发明内容
概括地，根据本发明的一个方面，本发明提供一种用于形成绒毛组件的方法，所述方法包括将至少一个细长的绒毛子组件引导到具有表面的心轴上，所述至少一个细长的绒毛子组件包括基底元件，所述基底元件具有从其上延伸的至少一个丛毛；将所述至少一个细长的绒毛子组件的所述基底元件卷绕到心轴的表面上形成围绕所述心轴表面的所述基底元件的多个毗连卷，同时所述基底元件具有在毗连卷之间并且直接接触心轴表面的表面；加热所述基底元件的毗连卷以使交替的卷的所述基底元件至少部分熔化，至少部分熔体在毗连梁卷之间形成桥；使毗连卷的至少部分熔体的熔体桥冷却以在毗连卷的毗连梁之间形成熔合的接头并且进一步形成连续的管状基底，细长的绒毛子组件的至少一个丛毛从管状基底向外延伸；以及切割连续管状基底以形成至少一个绒毛覆盖段。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种用于形成绒毛组件的设备，所述设备包括用于将至少一个细长的绒毛子组件引导到具有表面的心轴上的装置，所述至少一个细长的绒毛子组件具有基底元件和附在其上的丛毛；用于将所述至少一个细长的绒毛子组件的所述基底元件卷绕到心轴的表面上以形成多个毗连基底元件卷的装置，每一个卷的基底元件具有同时毗连心轴表面和肩并肩地毗连相邻卷的其他表面的表面；用于加热所述基底元件的毗连卷以使交替的卷的所述基底元件至少部分熔化的装置；用于桥接在毗连基底元件卷之间的熔体的装置；用于使毗连基底元件卷的熔体桥冷却以在毗连的基底元件之间形成熔合的接头并且进而形成连续的管状基底的装置，细长的绒毛子组件的丛毛从管状基底向外延伸；以及用于切割连续管状基底以形成至少一个绒毛覆盖段的装置。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种用于形成绒毛组件的设备，所述设备包括用于将至少一个细长的绒毛子组件引导到心轴上的装置，所述至少一个细长的绒毛子组件具有基底元件和附在其上的丛毛；用于将所述至少一个细长的绒毛子组件的所述基底元件卷绕到心轴的表面上的装置；用于向前指引每一个卷以形成多个毗连基底元件卷的装置，以使每一个基底元件同时毗连心轴表面；用于从在心轴内将聚合物熔体挤出到周向排出狭槽的装置；用于在指引的基底元件卷下方形成聚合物熔体连续管的装置；用于使熔体的连续管冷却以在基底元件卷之间形成熔合的连接部并且形成连续的实心管状基底的装置，细长的绒毛子组件的丛毛从管状基底向外延伸；以及用于切割连续管状基底以形成至少一个绒毛覆盖段的装置。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种绒毛组件，所述绒毛组件包括以螺旋的方式卷绕在心轴周围的至少一个细长的绒毛子组件，每一个螺旋卷沿着相邻卷的一个毗连的垂直表面接合，形成连续基底材料。
从下面结合附图的详细描述中可以更好地理解本发明，在附图中图1A是本发明的一个设备的主视图，其中示出了具有加热区域和导入环的心轴；图1B是图1A中的细长的绒毛子组件的截面图；图2A是导入环的顶视图；图2B是导入环的透视图；图3是处于毗邻接触状态的相邻的细长绒毛子组件卷的截面图；图4A是细长绒毛子组件梁的内径向部分的加热/熔化的视图；图4B是当细长的绒毛子组件沿着心轴表面平移时拖在细长的绒毛子组件后短段纤维或者根部的视图；
图5是本发明的一个设备的主视图，其中示出了超声波源作为加热元件；图6A是导入环的顶视图，其中示出了超声波喇叭；图6B是本发明的一个实施例的导入环的透视图；图7A是用于本发明的一个实施例中的超声波喇叭的示意图；图7B是超声波喇叭顶端的端视图；以及图8是互锁梁实施例的示意图。
尽管将结合优选实施例对本发明进行描述，但是应该理解的是，本发明不限于该实施例。相反，本发明覆盖所有可能包含在由附属的权利要求所限定的本发明保护范围内的替换、变型和等同形式。
具体实施例方式
定义对于说明书和权利要求中使用的一些术语，提供下列定义作为参考。
1.束(例如基底元件)由一种或者多种材料构成的细长的带、股线、绳、纱线、线、丝或者弦，具有一种或者多种单独的构件，每一个构件具有其自身的限定和可辨别的形状。
2.旦尼尔每9,000米纤维、长丝或者纱线的质量，用克表示。
3.细长绒毛子组件一个细长绒毛子组件指的是沿着梁的长度连接或者粘合的几个细长绒毛子组件(例如，丛毛绳或者带根的丛毛绳)中任何一个。梁基本上垂直于诸如纱线的绒毛形成材料的长度。
4.纤维织物原始材料，通常以柔性、细度和长度与厚度的高比率为特征。
5.长丝无限长度的纤维。
6.长丝纱线通常为连续长丝。由基本上沿着纱线的整个长度延伸的一个或者多个长丝构成的纱线。一个或者多个长丝的纱线通常分别被称为“单丝”或“复丝”。
7.绒毛组件具有绒毛表面的物品。例如，刷辊或者铺地物品。
8.丛毛诸如在丛毛绳或者带根的丛毛绳中从连接点突出的纱线段。纱线段可是切割段或者环段。
9.丛毛绳与至少一个由一种或者多种长丝构成的纱线段相连的梁段，每一个纱线的直径是用旦尼尔为单位表示的而不是用千分之一英寸(密耳)表示的。丛毛绳具有多种可描述的形状，诸如带根部的丛毛绳(如在本发明中所述的)或者V形(即，用于单丝刷毛部件)或者U形。
10.带根部的丛毛绳使用其非粘合纱线纤维端部的一部分与其他物品相连的丛毛绳。丛毛绳具有被垂直粘合到纱线端部的梁相互分离的两个端部。一个端部形成绒毛，相对的端部形成“根”并且用于使丛毛绳附在物品或者基底材料上。绒毛端是比根端长的束段，根端是较短的束段。
11.纱线由加捻或者不加捻的纤维和/或长丝构成的很长并且横截面较小的产品。
现参照附图对本发明进行详细描述。本发明涉及一种无需使用附加的材料，诸如预制芯和粘结剂即可利用细长绒毛子组件制造绒毛覆盖刷辊芯或者其他支撑结构(诸如铺地物品)的方法和设备。现参见图1A，其中示出了用于形成诸如刷辊或者其他绒毛物品的绒毛组件的方法所用的设备102的正视图。在本发明的该实施例中，细长的绒毛子组件(例如，多个丛毛绳)100被螺旋卷绕在心轴110上。细长的绒毛子组件的丛毛绳100可以多种已知的方法被制造并且具有多种可描述的形状(包括U形、V形或者带根部的丛毛绳)。U形和V形丛毛绳在本领域是公知的。(见描述这些形状的美国专利US5,547,732、US 6,269,514和US 6,096,151)。在未审定的并且同时提出的申请DuPont Docket No.AD6827，(美国临时专利申请No.60/336,226)描述了带根部的丛毛绳。在本发明中，本发明中螺旋卷绕在心轴上的细长绒毛子组件最好具有“根部”(例如，带根部的丛毛绳)。与其他丛毛绳相比，由“根部”提供的牢固锚定导致了这种优选方式。
这里所述的方法描述了供给单一细长绒毛子组件以形成绒毛组件物品。但是，为了达到较高的生产率、或者为了提供丛毛颜色、丛毛纱线组分、丛毛高度或者本领域已知的其他变量的组合、或者为了在细长绒毛子组件之间引入间隔装置以减少绒毛组件物品的绒毛密度，多个细长绒毛子组件可被类似地供给。在本发明中，具有矩形梁的细长绒毛子组件是优选的，但其他横截面形状也可被成功使用。
继续参见图1A，细长绒毛子组件100从适合的供给源在张力作用下(未示出)通过导入环130的导槽106被供给。细长绒毛子组件100被固定的导入环130设置在转动的心轴表面104上以使细长绒毛子组件丛毛绳的基部120自身相对于转动心轴110的表面104定向，从而使形成丛毛的绒毛从心轴表面径向向外突出。(或者，导入环可围绕固定心轴转动)。心轴沿着如箭头108所示的方向转动并且被与适合的驱动系统(未示出)接合的滑轮和带系统、齿轮或者其他这样的装置驱动。导槽106的宽度在细长绒毛子组件的丛毛绳的基底区域120和导槽106的壁之间提供足够的间隙以便当细长绒毛子组件100通过导槽106时使摩擦阻力和丛毛的扭曲达到最小。引导斜坡106切向地并且以小于垂直于心轴110转动轴线的角度离开导入环。引出角112最好不小于45度，最好大于80度，为85度更好，这适于几个细长的绒毛子组件梁组合。细长绒毛子组件100的基底元件117(例如，梁)的刚度较大，引入角112必须比较垂直，以便在不严重干扰卷107(即，使卷的相邻抵靠相互干扰并且中断卷的底表面与心轴表面的接触)的情况下转移到螺旋线160上。相反，细长绒毛子组件的梁越柔软，引入角112的选择则不太重要。
现参见图2A，导槽106被进一步描述为具有底部103的沟槽，底部103与导入环130的内径105相切。尽管图2A中示出了导槽106的12点时钟切向位置，但是具有底部103的沟槽或者狭槽的其他切向位置也是适合的。狭槽底部103应该是这样设置的，即，使其切向地与内径105相交以避免分配细长绒毛子组件丛毛绳的基部120以使其从狭槽106的出口114处从心轴表面104(图1)移动。
轴承(未示出)或者其他适合的降低摩擦装置可被结合在导入环130中以为心轴提供支撑并且还使导入环被固定。利用适合的机构，诸如紧固件使导入环130相对于支撑组件(未示出)被定位以防止导入环130转动并且在位置上使其围绕心轴110轴向固定。当利用导入环130使引入的细长绒毛子组件被分配(例如设置)到心轴表面104上时，提供张力以确保细长绒毛子组件的基部区域120在心轴表面104上施加适合的压力以防止在芯形成过程中出现下游的径向移动。
现参见图1B，其中示出了图1的细长绒毛子组件的截面图。在本发明中，当每一个细长绒毛子组件卷形成时，在位置上形成的卷代替在前的卷因而置换在前的卷。代替和置换定位是这样的，即，在接触区域113a和113b处在相邻的卷之间没有间隙。
现参见图2B，其中示出了通过开口170并且相对于螺旋线160的表面101以及在位于导入环130的中心孔165中的心轴上分配细长绒毛子组件的导入环130。如通过梁和纱线的密实部分(对于带根部的丛毛绳)测量的，螺旋线160的螺距为1并且等于细长绒毛子组件的横截面宽度118(图1B)。螺旋线160是通过对导入环30的整个30度面机加工而成的。“较快的”螺距可相对于卷107产生非均匀移动力，从而可使卷绕的细长绒毛子组件相对于心轴破坏性地接合。由螺旋线160产生的移动力压迫细长的绒毛子组件与相邻的细长绒毛子组件卷紧密接触并且使细长绒毛子组件卷堆积以对于每一个连续的卷沿着心轴110平移一个细长绒毛子组件宽度118。
如上所述，多个细长绒毛子组件可通过导槽被供给。当这样多个细长绒毛子组件被分配到心轴上时，最好通过等间隔的特定导槽106供给每一个单独的细长绒毛子组件(即，仅一个细长绒毛子组件被供给到每一个狭槽中)。螺旋线160的螺距接着可是被供给到心轴中的细长绒毛子组件的数量的倍数。例如，当两种细长绒毛子组件，一种红色和一种白色，通过导槽被供给到心轴上，最好在12点时钟位置处供给一种(例如，红色)，在6点时钟位置处供给另一种(例如，白色)。螺旋线在导入环130的360度面上的螺距将是2。
继续参见图2B，导入环130的凸缘面161从螺旋面101开槽。凹槽的功能是减少丛毛与凸缘面161的接触，从而提供基本上不受限制的空间以使丛毛在通过导槽106后和在被沿着顺序卷绕的细长绒毛子组件的接触区域113a和113b(图1B)被邻接压缩之前能够返回比较松弛的位置。导槽106可被蓬松纱线限制或者特别是与蓬松纱线接合，使它们沿着与细长绒毛子组件的移动方向相反的方向回送。最好，丛毛在进入加热区域(熔体形成部分)140(图1A)之前可松弛回到比较正交的径向取向，在加热区域140，该“贫乏部分(lean)”可能呈现一种永久定形。螺旋面101和导入环凸缘面161之间的开槽距离是根据丛毛纱线的体积和梁117的宽度决定的。一般地，已经发现，0.100英寸的开槽(例如，凹凸不平的部分)距离能够很好工作。其他类似的用于分配细长绒毛子组件的机构也可用于本发明中。
再次参见图1A，每一个细长绒毛子组件卷107与另一个相邻的细长绒毛子组件卷107在接触表面113a和113b(图1B)处充分接触。特别如图3中所示，细长绒毛子组件121、123对准以使细长绒毛子组件121的垂直梁表面122与细长绒毛子组件123的梁表面124粘合的纤维纱线相邻并接触。梁的顶面和底面126、127和128、129分别对准。达到和通过熔体形成部分140保持这样的对准是重要的，从而不能出现未对准。这样的未对准可导致梁以这样一种方式接触心轴，即，出现不均匀熔化和梁的不良粘合。本发明的细长绒毛子组件卷107沿着接触区域113a、113b相互之间保持恒定的接触并且保持足够的压力阻止接触区域113a、113b相互之间出现偏移。压力是当细长绒毛子组件沿着心轴110平移时细长绒毛子组件卷107和心轴表面104之间产生的界面摩擦或者制动力的函数。界面摩擦受到许多变量的影响，包括卷绕张力、细长绒毛子组件的组分、心轴表面状况和材料以及任何润滑物质的存在(或者缺乏)。
继续参见图1A，在本发明中，细长绒毛子组件卷107通过心轴110的熔体形成部分140平移到并且经过热能量源。热能量源足以部分地熔化梁117的内径向部分、纱线长丝或者两者，使聚合物熔体流动并且与相邻细长绒毛子组件卷107的熔体混合。利用在熔体形成部分140的两轴向端上的绝热隔壁145能够减少从熔体形成部分140纵向流出并且流到心轴110的相邻部分的热能量流。在本领域已知的热能量源可用于本发明中。例如，电加热器是一种简单有效的热能量源。另一种用于熔体形成部分140的热能量源是热油。为了使心轴部分150和158的所需温度保持适中或者较低的水平，可使用诸如水的冷却介质。用于加热的电能和冷却水流可在图1A中所示的心轴端部135处并且通过集电环和转动组件被提供。
对于大多数梁，特别是由热塑性单丝材料制成的梁，在它们被加热时将出现收缩。将热塑性聚合物处理成单丝至少具有一个拉丝步骤，其中当单丝被拉伸时将直径拉得较小。单丝的调节将减少收缩率但不能消除收缩。对于单丝的调节，收缩可能沿着细长方向(纵向)出现，从而单丝的长度将变短。由于该收缩出现在熔体形成部分140中，因此通过一个适合的锥度以适应该收缩。
在图1A中，熔体形成部分140包括两个较短的部分151和152。在加热过程中在梁收缩是一种因素的情况下，部分151沿着平移卷的方向渐缩到较小的直径。根据梁所选用的材料及其收缩率来确定总锥度。例如，尼龙6材料梁当被加热到175℃时可收缩高达18％，而聚丙烯材料梁在100℃可收缩高达2％。利用细长绒毛子组件卷107沿着心轴110平移的速率或者速度确定圆锥率。在梁收缩出现后，熔体形成部分140的进一步变细不再是优点。部分152在其长度上具有恒定直径并且如图4A中所示的细长绒毛子组件的内径向部分继续加热/熔化。
为了使细长绒毛子组件在心轴110的整个长度上平移，避免过度加热，特别是避免熔体形成部分140中的梁117过度熔化是重要的。继续参见图4A，梁117的适合“固态”外径向部分146必须被保持，同时使内径向部分143熔化。固态的外部146保持箭头141所示的定向“推动”，该定向“推动”使卷107(图1A)平移离开导入环130(图2B)并且由导入环130的螺旋线160产生的。固态部分146还包含并且防止聚合物熔体144移动到绒毛纱线119中。利用卷107平移的速率以及熔体形成部分140的表面温度来控制具有适合的熔体144和梁146的未熔化部分的良好机械完整性之间的平衡。由于热塑性材料一般都是不良的热导体，因此最好使快速的平移速度与高的表面温度结合。
聚合物熔体在平移经过熔体形成部分140时在细长绒毛子组件之间流动和混合。梁的平移的固态部分146以及固定(相对于卷107)的心轴使熔体流动和混合(如圆形箭头147所示)。当梁的固态的未熔化部分146和绒毛纱线119持续以恒定的速度通过加热区域140(图1A)时，熔体与加热的心轴表面(由箭头153表示)接触的边界层经受一些剪切混合。导入并且还未熔化的卷149用作熔体密封和泵以使熔体以等于平移的细长绒毛子组件的速率移动。由于梁的上径向部分和致密纤维束保持固态并且浮在熔体上，因此在熔化过程中保持使卷107沿着心轴110平移的移动力。
再次参见图1A，热能量源在熔体形成部分140以外被移除，因此聚合物熔体开始将热量释放到周围部分特别是释放到心轴部分180。当从熔体层移除热能量时，聚合物熔体再次冷却到固态，从而形成连续的管芯，并且细长绒毛子组件被锚固和/或粘合到管上以及相互锚固和/或粘合。
当加热的细长绒毛子组件和熔体的流体层冷却时，相对于心轴的收缩作用力可能再次产生。为了适应这种收缩，心轴直径在冷却部分180(图1A)上渐缩以防止新形成的管接合到心轴110上。在部分180中的渐缩端部处的心轴直径可略小于本发明的目前连续芯的最终内径。略小的直径大大减小管相对于心轴110的任何附加阻力。
在未审定的并且同时提出的申请DuPont Docket No.AD6827，(美国临时专利申请No.60/336,226)描述的带根部的丛毛绳对于本发明是有益的。参见图4B，当细长绒毛子组件沿着心轴表面104平移时，短段纤维或者根部192拖在细长绒毛子组件的后部。在利用聚丙烯梁和尼龙纱线长丝制成的带根部的丛毛绳中，由聚丙烯制成的梁将在尼龙纤维的熔化温度下很好熔化，从而保持尼龙纤维的许多性能。这是所希望的带根部的丛毛绳材料组合。附着在部分熔化的梁193上的位于部分熔化的梁193上方和下方的短段纤维根部192位于相邻的前进的上游卷191下方。当梁的底部熔化时，根部192的有效长度增大，从而扩展纤维根部区域。因此，每一个细长绒毛子组件的纤维根部与邻近的连续卷交叠并且掺杂，从而在强化的纤维冷却后，在两个相邻的卷之间形成熔合的聚合物接头。
再次参见图1A，堆积部分185和心轴110的终端200在心轴部分180后面。本领域已知的切条机刀(未示出)或者其他任何切割机构位于略微超出终端的位置处并且被定时以与连续绒毛覆盖管接合，以便将连续管切割成预定长度的段。在以油漆辊的形式包装绒毛覆盖管之前可在其上执行其他操作，诸如斜切端部。本发明方法在形成绒毛覆盖辊中的一个特别的优点是，绒毛高度很均匀，从而无需对绒毛修整使绒毛高度相同。这取消了一个处理步骤并且消除了在其他方法中出现的抛弃纤维废料。
或者，连续绒毛覆盖管可沿着连续绒毛覆盖管的长度被螺旋切开接着压平形成平的绒毛组件，诸如铺地物品。最好在将管从心轴移除之前并且在刚通过心轴加热区域之后进行螺旋切割，从而无需重新加热和去除否则可能提供的螺旋装置。梁材料选择和厚度是在本发明中形成平的绒毛组件的考虑因素。
根据材料性能确定心轴110的实际尺寸。根据梁117所用的材料性能完成的绒毛覆盖管所需的最终内径确定每一个心轴部分的直径。图1A中所示的部分150、140、180和185的长度基本上相等，但是，它们的长度不一定必须相等。
熔体形成部分140和冷却部分180可覆盖有一种非粘贴的高温材料，诸如DuPont TeflonTM或者KaptonTM作为一种润滑剂。这能够降低聚合物熔体粘结、削弱和干扰平移的细长绒毛子组件卷的可能性。
图5、图6A、图6B、图7A和图7B中示出了本发明的另一个实施例。图5示意性地示出了本发明所涉及的利用一个或者多个连续细长绒毛子组件形成连续绒毛覆盖管的一种可选择的设备实施例。在该实施例中，该工艺使用超声波组件(未示出)的超声波喇叭190作为用于使卷107的垂直表面122、124熔化和熔合在一起的能量源。现参见图6A、图6B、图7A和图7B，喇叭顶端195位于导入环130内以使限定喇叭面197的平面与螺旋线160A的面101A共面并且喇叭顶端的内边缘205(图7B)与导入环的内径105A相切。当单个细长绒毛子组件100被供给到该设备中时，超声波组件处于在心轴的转动方向上与引导出口114(图6A)保持至少250度但不大于290度的优选位置处。需要至少250度以确保带粘合的卷(即，预粘合的卷)随着先前粘合的卷而出现适合的张紧和压缩。大于290度的位置不是优选的，这是由于这会干扰细长绒毛子组件通过导槽106A的路径。
当待粘合的卷与接通的喇叭面197(图7B)接触时，机械能从喇叭190被转移到待粘合的卷上使其振动。先前的卷相互熔合以形成基本上不“振动”的大质量。待粘合的卷的振动垂直表面与不振动的先前卷的垂直表面接触。在该界面(没有附在其上的一个梁侧的垂直表面和其他具有与其粘合的纱线致密部分的梁的相对垂直表面)处产生摩擦热并且使至少一个，最好两个表面熔化。当连续卷的给定段转过喇叭表面时出现的，当移除能量时，熔体立即凝结(例如，冷却成固体)并且与两个表面熔合在一起。
图6A、图6B、图7A和图7B中示出了喇叭顶端195的优选几何形状。喇叭顶端195的侧面205(图7B)是弯曲的，并且其曲率半径等于导入环130的表面105A的曲率半径。弯曲表面扩展了喇叭面197(图7B)中与卷的梁部接触的区域，从而增加了喇叭能够将能量转移到卷上的焊接时间。相反，具有矩形表面的喇叭仅具有与卷的梁部接触的固定区域，而与制造的喇叭面有多大无关。定制弯曲的喇叭的接触区域的能力提供了另一个能够控制将卷超声波熔合在一起的工艺的变量(例如，其他变量包括功率设定和粘合力)。
当利用超声波能量使卷相互熔合时，心轴的驱动端208(图5)的直径必须减小以不影响整个超声波喇叭组件(未示出)。本实施例的心轴110A的复杂程度小于前面所述的实施例。由于没有对细长绒毛子组件卷的梁进行过度加热，因此没有设计时需要考虑的收缩，因此没有锥形部分。另外，超声波组件提供了仅足以使接触的垂直表面熔合在一起的能量，因此无需热量去除(冷却)系统。此外，心轴的缩短的总长度形成了与先前在图1A中所述的类似的堆积部分。超声波工艺需要熔合的卷避免有效振动，这样，作为减小卷在其上平移的阻力的方法，缩短的心轴的直径不应被减小。心轴110A的缩短的长度控制总阻力。
本发明的设备的另一个实施例包括从结合在心轴表面中的圆形压型供给聚合物熔体。该挤出物与细长绒毛子组件卷粘合并且熔合在一起并且当其冷却和凝固时形成芯。图1A的部分140可被这样一种压型组件替代并且部分180将提供上述冷却。
在利用上述发明的一种形式制造的绒毛覆盖芯已经形成后，连续绒毛覆盖芯可被切开或者切割成预定长度的段，例如用作油漆刷辊。市场上获得的油漆刷辊的内径(ID)标称为1.5英寸。为了利用上述本发明的芯形成细长绒毛子组件方法提供具有该内径尺寸的辊，使用一种圆柱形心轴。再次参见图1A，心轴尺寸略大于部分150的尺寸并且心轴具有锥形部分151和180以适应卷在加热和冷却循环中的收缩，以及具有堆积部分185和排出端200。根据在每一个处理部分上的卷的总收缩以及最终产品所需的直径确定建立卷107的起始直径的部分150的直径大小。
在标准尺寸的油漆辊(1.5″内径×9″长)的常用的芯的厚度通常并且最好在0.050英寸和0.065英寸之间。但是，芯厚度可在0.020英寸和0.200英寸之间变化并且最好在0.020英寸和0.100英寸之间。参见图1B，细长绒毛子组件的梁117形成上述支撑芯结构。利用这种生产油漆辊的方法，梁的高度可在0.020英寸和0.200英寸之间。最好，梁的高度应该在0.020英寸和0.100英寸之间，最好在0.050英寸和0.065英寸之间。但是，大于0.020英寸的高度是令人满意的。细长绒毛子组件梁所选择的材料和抵抗压碎的芯的所需强度是选择梁高度的主要因素。较厚的梁将产生具有较大的抗压碎性能的绒毛覆盖芯，而较薄的梁将产生具有能够降低抗压碎性能但将更好地贴合非平面表面的表面的辊(例如，绒毛覆盖芯)。如图1B中所示的用于形成绒毛覆盖芯的梁的宽度(W)是由至少两个因素选择的1)所需的丛毛或者绒毛密度(尽管这仅是一个用于控制绒毛密度的装置)；以及2)容纳油漆能力。
增大细长绒毛子组件梁的横截面积，丛毛的螺旋阵列进一步被隔离，从而减小了单位表面积上的丛毛密度。一种可替代的方案是卷绕，或者，没有附于其上的纱线的梁作为分隔装置。对于给定的绒毛高度和每英寸的丛毛绳丛毛，利用丛毛排之间的间隔和纱线纤维的“顶盖”作为油漆的储放室(见图3的137)可使辊容纳和释放油漆的能力达到最佳。较大的基绳将使丛毛进一步分开，产生了较大的收集油漆的空腔。
具有横截面为矩形的梁的细长绒毛子组件是优选的。沿着梁的长度，矩形梁的两个垂直表面中的一个具有附于其上的纱线段。每一个垂直表面与一个相邻的细长绒毛子组件的相对垂直侧表面是成对的。在每一对梁的两个垂直接触表面是平的并且平行于螺旋面101的情况下，由螺旋形160产生的移动力完全平行于心轴表面并且集中在螺旋面101上。更重要的是，当表面被螺旋线160相互压靠时不产生提升力，在使用平的、相对于螺旋面101非平行的表面时通常是这样的。提升力会破坏卷的纵向移动，导致不规则形状的芯形成。为了有助于梁侧面对准，梁的底部的表面平面垂直于两个侧面。梁的横截面的顶部不影响梁的对准并且可具有一个或者多个直的或者弯曲的表面。具有一个平行于底表面并且垂直于垂直侧面的顶表面的梁特别容易制造并且对称性将在处理梁以形成细长绒毛子组件的过程中提供较大的柔性。符合具有垂直侧面和垂直于垂直侧面的底部的标准的其他的梁的横截面几何形状，诸如六边形和八边形也可使用，但不太稳定，这是由于跨过平部的距离较短。也可使用椭圆形或者圆形的其他梁的横截面形状，但上述垂直移动是比较难控制的。
本发明的另一个实施例是使用具有互锁形状的梁，诸如200(图8)。互锁特征使梁200相互连接并且在互锁特征连接之前，丛毛210可沿着梁的垂直表面或者仅沿着底部没有开槽的垂直区域215(这是优选的)、顶部没有开槽的垂直区域220或者两个没有开槽的区域附着。但是，在制造细长绒毛子组件的同时保留互锁特征是很难的。
细长绒毛子组件梁的垂直接触界面的几何形状的另一个要求是，它提供密封以包含在梁的未熔化部分和心轴表面之间的聚合物熔体。具有比圆形表面更多接触区域的平表面也更适合这种功能。
油漆辊的芯结构所用的优选聚合物是聚丙烯。聚丙烯对于存在于油漆和其他表面处理流体中的许多溶剂，诸如着色剂和防腐剂是化学抵抗的。可使用从包括脂组聚酰氨、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、含氟聚合物、聚氨酯、聚偏二氯乙烯和苯乙烯共聚物和共聚物混合物的组中选择的其他材料。本发明的细长绒毛子组件梁是该芯形成技术的唯一的最大部分，最好是上面所列的材料中的其中一种。最好，基绳是由聚丙烯制成的单丝。
当其上没附于纱线的梁用作在细长绒毛子组件卷之间的分隔装置时，梁的材料可从上面所限定的材料组或者用于其他粘结剂性能的附加材料组中选择。
本发明的细长绒毛子组件最好由在远高(例如大于30℃)于梁的温度下熔化的纱线纤维构成。本发明的细长绒毛子组件最好由聚丙烯材料梁和尼龙纱线或者聚酯纱线或者尼龙纱线和聚酯纱线的丛毛构成。最好，本发明中所用的细长绒毛子组件是如在未审定的并且同时提出的申请DuPont Docket No.AD6827，(美国临时专利申请No.60/336,226)描述的带根部的丛毛绳，该带根部的丛毛绳由聚丙烯材料梁和尼龙纱线或者聚酯纱线或者尼龙纱线和聚酯纱线的丛毛构成。在本发明中，当梁最好熔化时，短纤维段在处理温度下保留其许多物理性能，并且短纤维段足够长以在延伸到纤维没有附在其上的相邻梁下方，在聚合物熔体冷却时形成纤维强化粘合。
在本发明中，用于辊，诸如油漆刷辊的制造方法利用热塑性聚合物作为可与其他的相容的材料或者元件重新熔化和熔合在一起的梁具有较大的效率。该方法取消了几个处理步骤(特别是制造预制纤维带)和大大减少了在制造油漆辊、铺地物品和其他绒毛组件物品的常规方法中存在的许多原材料(例如，粘结剂、织物背衬和芯主体)的需要，从而提供降低原始组分的费用和库存要求而带来进一步节省。
因此，显然本发明提供了一种在不使用预制芯和诸如粘结剂的附加材料的情况下制造细长绒毛子组件的方法和设备以及物品并且能够满足上述的目的和优点。尽管结合特定实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员显然可进行许多替换、变型和改进。因此，所有这样的替换、变型和改进都落入附属权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种用于形成绒毛组件的方法，所述方法包括将至少一个细长的绒毛子组件引导到具有表面的心轴上，所述至少一个细长的绒毛子组件包括基底元件，所述基底元件具有从其上延伸的至少一个丛毛；将所述至少一个细长的绒毛子组件的所述基底元件卷绕到心轴的表面上形成围绕所述心轴表面的所述基底元件的多个毗连卷，同时所述基底元件具有在毗连卷之间并且直接接触心轴表面的表面；加热所述基底元件的毗连卷以使交替的卷的所述基底元件至少部分熔化，至少部分熔体在毗连梁卷之间形成桥；使毗连卷的至少部分熔体的熔体桥冷却以在毗连卷的毗连梁之间形成熔合的接头并且进一步形成连续的管状基底，细长的绒毛子组件的至少一个丛毛从管状基底向外延伸；以及切割连续管状基底以形成至少一个绒毛覆盖段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切割步骤还包括使其上具有连续管状基底的心轴转动；以及沿着由产生该连续管状基底的毗邻的梁之间的粘合接头所形成的粘合线螺旋地切割转动的连续管状基底以形成平的绒毛覆盖段。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切割步骤还包括将连续管状基底绒毛切割成至少一个管状绒毛覆盖段，所述至少一个管状绒毛覆盖段的长度小于连续管状基底。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引导步骤还包括利用具有螺旋楔的引导件使定向的细长绒毛子组件在心轴的表面上纵向移动，其中所述心轴转动以使至少一个细长绒毛子组件围绕所述心轴卷绕。
5.一种用于形成绒毛组件的方法，所述方法包括将至少一个细长的绒毛子组件引导到具有表面的心轴上，所述至少一个细长的绒毛子组件包括基底元件，所述基底元件具有从其上延伸的至少一个丛毛；将所述至少一个细长的绒毛子组件的所述基底元件卷绕到心轴的表面上围绕所述心轴表面形成所述基底元件的多个相邻毗连卷，所述基底元件具有毗连的相对垂直表面，所述基底元件同时具有在毗连卷的相对垂直表面之间并且直接接触心轴表面的表面；向前指引每一个毗连卷以形成多个毗连基底元件卷，以使每一个基底元件具有同时毗连心轴表面和用于邻近毗连卷的其他表面；从心轴内将聚合物熔体提供到周向排出狭槽；在指引的基底元件卷下方利用聚合物熔体形成连续管；使聚合物熔体的连续管冷却以在基底元件卷之间形成熔合的连接部以形成连续的管状基底，细长的绒毛子组件的丛毛从管状基底向外延伸；以及切割连续管状以形成至少一个绒毛覆盖段。
6.一种用于形成绒毛组件的设备，所述设备包括用于将至少一个细长的绒毛子组件引导到具有表面的心轴上的装置，所述至少一个细长的绒毛子组件具有基底元件和附在其上的丛毛；用于将所述至少一个细长的绒毛子组件的所述基底元件卷绕到心轴的表面上以形成多个毗连基底元件卷的装置，每一个卷的基底元件具有同时毗连心轴表面的表面和肩并肩地毗连相邻卷的其他表面的表面；用于加热所述基底元件卷以使交替的卷的所述基底元件至少部分熔化的装置；用于使熔体在毗连基底元件卷之间桥接的装置；用于使毗连基底元件卷的熔体桥冷却以在毗连的基底元件之间形成熔合的接头并且进形成连续的管状基底的装置，细长的绒毛子组件的丛毛从管状基底向外延伸；以及用于切割连续管状基底以形成至少一个绒毛覆盖段的装置。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，用于引导至少一个具有基底元件和丛毛的细长绒毛子组件的装置包括一种引导件，所述引导件具有使心轴沿着彼此相对的方向伸出的孔；用于防止引导件相对于心轴转动和轴向移动的装置；以及用于使细长绒毛子组件的基底元件定向和排出到心轴表面上以使丛毛从心轴表面向外伸出的沟槽。
8.一种用于形成绒毛组件的设备，所述设备包括用于将至少一个细长的绒毛子组件引导到心轴上的装置，所述至少一个细长的绒毛子组件具有基底元件和附在其上的丛毛；用于将所述至少一个细长的绒毛子组件的所述基底元件卷绕到心轴的表面上的装置；用于向前指引每一个卷以形成多个毗连基底元件卷的装置，以使每一个基底元件同时毗连心轴表面；用于从心轴内将聚合物熔体挤出到周向排出狭槽的装置；用于在指引的基底元件卷下方形成聚合物熔体连续管的装置；用于使熔体的连续管冷却以在基底元件卷之间形成熔合的连接部并且形成连续的实心管状基底的装置，细长的绒毛子组件的丛毛从管状基底向外延伸；以及用于切割连续管状基底以形成至少一个绒毛覆盖段的装置。
9.一种绒毛组件，所述绒毛组件包括以螺旋的方式卷绕在心轴周围的至少一个细长的绒毛子组件，每一个螺旋卷沿着相邻卷的一个毗连的垂直表面接合，形成连续基底材料。
10.一种细长绒毛子组件包括具有与至少一个其他梁相连的互锁形状的梁；所述梁具有第一和第二表面；至少一个沿着所述梁的第一表面附着的丛毛以使至少一个丛毛从形成绒毛的所述梁向外延伸。
全文摘要
本发明提供一种在不使用诸如粘结剂和预制芯的附加材料的情况下制造绒毛组件(100)的设备和方法以及由此所制造的产品/物品。该方法和设备使用细长绒毛子组件的梁或基底材料(丛毛绳或带根的丛毛绳)形成连续管状芯。该方法和/或设备可用于形成诸如刷辊、用于各种输送形式的内面板和铺地物品的物品。沿着心轴表面(104)彼此相邻的梁的熔体流形成连续基底材料。在刷辊的情况下，该基底材料形成芯，用于刷辊的绒毛从芯径向延伸。以这样的方式制造刷辊或者其他物品取消了绒毛纱线通常需要的芯粘结剂和织物支撑材料。也可使用一种心轴形成用于本发明的芯的各种几何形状。
文档编号B05C17/02GK1578636SQ02821449
公开日2005年2月9日 申请日期2002年10月24日 优先权日2001年10月29日
发明者M·S·爱德华兹, R·M·布朗, W·H·舍曼 申请人:纳幕尔杜邦公司