造纸机和工业织物接缝的制造方法和由该方法制造的接缝的制作方法

专利名称：造纸机和工业织物接缝的制造方法和由该方法制造的接缝的制作方法
技术领域：
本文公开的发明涉及使用激光能量来熔接或熔合造纸机织物(“PMC”)和其它工 业和工程织物中的选定位置。通过引用并入文中涉及的所有专利、专利申请、文件和/或参考文献均以引用的方式并入本文， 并且可以用于本发明的实施中。
背景技术：
本发明涉及造纸领域，通常包括在造纸机的成型、压榨和干燥部中所用的织物和 带，并且涉及工业加工织物和带、TAD织物、工程织物和带，以及波纹带。本文涉及的织物和带可以包括尤其是在诸如纸和纸板的湿法成网制品以及通过 空气干燥工艺制成的卫生纸和毛巾制品的生产中也使用的织物和带；用于制造瓦楞纸板的 波纹带以及用于生产湿法和干法纸浆的工程织物；用于造纸相关工艺例如使用污泥过滤器 和化学洗净器的工艺中使用的织物和带；以及在通过水刺(湿法)、熔喷、纺粘、气流成网或 者针刺法生产的非织造制品的生产中使用的织物和带。这样的织物和带包括但不限于用 于生产非织造品的工艺中所用的压纹、传送和支撑织物和带；过滤织物和过滤布；以及用 于诸如压延和制革的纺织品整理工艺的织物和带。这样的带和织物经历实现所需功能特性的各种条件。例如，在造纸过程中，通过将 纤维浆料即纤维素纤维的水分散体沉积到在造纸机的成型部中的移动成型织物上形成纤 维素纤维网。通过成型织物从浆料中排出大量的水，在成型织物的表面上留下纤维素纤维 网。应当理解，诸如造纸机织物(PMC)的这些工业织物例如成型织物、压榨织物和干 燥织物，在造纸机上都采取封闭环的形式并且以传送带的方式工作。这样的织物结构通常是通过常规的纺织品加工方法例如机织由合成纤维和单丝 构成的。经常希望选择性地修饰织物结构的表面、本体或者边缘，来实现或者提高对于例如 造纸机重要的性能特性，例如织物寿命、纸张形成、运行性能或者纸张性质。对于例如用于纸和棉纸产品的成型或者用于棉纸/毛巾或通过空气干燥的“TAD” 织物的生产的织物而言，这样的织物多是通过接缝连接的。在该情况下，织物通常是由纱线 通常是单丝来平织的。各织物边缘具有纵向(“MD”)纱线的“须边”。该须边与横向(“CD”) 纱线以与织物体相同的基本图案再次机织。该成环的接缝方法对于本领域技术人员而言是 已知的。接缝区因此包含MD纱线端头。接缝的强度取决于MD纱线的强度、所用的MD和⑶ 纱线的数目以及在一定程度上将自身物理“锁”在CD纱线周围的MD纱线自身中的卷曲。然而，当织物在例如造纸机或棉纸/毛巾制造机上处于运行张力下时，那些MD纱线端头差不 多可以彼此滑过并被拉出。然后“端头”自身突起超出织物平面，在纸/棉纸产品中导致小 孔或者可能最终完全滑出使得织物接缝最终失效以及织物撕开。通常，使用常规技术形成 的沿MD测量的接缝区的宽度例如在约3. 5 20英寸范围内或者甚至更宽。为使此问题最小化，通常对接缝中的纱线喷雾或涂覆粘合剂。不幸的是，这可能改 变接缝区的流体运送性，而且粘合剂也可能被磨损和耗损。

尽管已经考虑施加热以使接缝区的纱线部分地相互熔接或熔合，但是使用热通常 可能导致接缝区的流体运送性发生不可接受的变化，这是因为所有纱线都受到影响并且接 缝可能例如得到不同于织物体的透气性。现有技术中的其它缺点在于，因为在MD中所用的 纱线数量或者因为所用的纱线尺寸，通过常规的接缝方法，即使是额外使用胶水/粘合剂， 也不能获得充分的接缝强度。在造纸机织物和/或工业织物领域中已知利用热能将纱线熔合在一起以在例如 纵向(MD)和横向(CD)纱线的平织织物中形成接缝。保持接缝区中的纱线性质和织物性质的要求是极为重要的。在PMC和其它工业织 物中使用的纱线是由取向的聚合物如聚酯制成的并且具有期望的形状和尺寸。有必要在施 加热能后基本保持纱线的尺寸、形状和特性。然而，热可能以多种不利的方式影响这些材 料。例如热可能导致(a)在热塑性材料的玻璃转化点以上软化，这导致尺寸变化，或者(b) 通过在熔融转化点以上熔化而流动。接缝的开放性应当保持不导致接缝区的纱线严重变形。此外，应当保持高的纱线 拉伸强度，尤其是在MD纱线中保持高的纱线拉伸强度，否则所得的接缝强度将是不可接受 的。尽管某些“熔体流”需要使两根相邻纱线的至少一部分彼此接合和/或接合到与 之交叉的CD纱线，但是不应当出现纱线的严重变形。因此，如图1所示，存在相对于吸收热 能的量和位置来平衡期望纱线、接缝和织物性质的需求。聚合物的热熔接是通过，例如将待熔接在一起的两根MD纱线搭接一段距离，或者 两根纱线的尾尾熔连，或者这些中的任一种连同熔合织物的另一方向上取向的纱线，例如 至少一根⑶纱线。熔接也可这样只是一根MD纱线和⑶纱线在交叉点处熔接。已经尝试使用激光将热塑性材料熔接在一起，但是材料的“熔接质量”以及过度熔 合令人怀疑。这样的“过度熔合”对于在预想的织物应用中所用的纱线而言是无法接受的。激光技术已经取得进步，产生了更好控制和集中热能的激光类型。基于透射(某些激光波长对聚合物材料例如聚酯如聚对苯甲酸乙二酯(PET)和 聚酰胺是透明的)和吸收原理的进一步进展是在聚合物基质内使用辐射吸收性材料或 者将其施加到例如在期望热熔合或熔接的离散位置处的聚合物纱线的表面。转让给The Welding Institute的美国专利申请US 2004/0056006A1举例说明了该技术。然而，在该申 请中没有解决例如在成型织物或其它工业织物的接缝中对相邻纱线使用类似方法的要求。在转让给EI Dupont De Numours and Company 的 PCT 申请 W002/057353A2 中教 导了使用激光能量和激光吸收材料的另一实例。然而，当使用取向的聚合物纱线时，该教导 是用于接合通过注射成型而成形的材料，而没有解决制造织物和在这样的织物中制造改进 的接缝的要求。
转让给Heimbach GMBH&Co.，KG的加拿大专利申请2，552，009涉及一种用于造纸 机的纸张成型部中的成型织物，该织物具有或含有纺织品平面结构，其中为了提高固有稳 定性，相交纱线在交叉点相互接合并且纱线还相互熔合，其特征在于所述平面结构包括相 交的第一和第二纱线，第一纱线具有吸收激光能量并且至少在表面可以被吸收的激光能量 升温至熔化温度的性质；并且第一和第二纱线至少在某些它们的交叉点处相互熔合。该申请教导了两种纱线之一含有激光能量吸收材料。此外，当解决织造织物的接缝区时，该申请教导了在接缝区应当存在横向上延伸的第一纱线(其含有激光能量吸收材 料)并且其与纵向延伸的第二纱线熔接。为了在此处达到特别高的接缝强度，第一纱线在 接缝区中存在的浓度应当高于其在成型织物的其它区域中的浓度，并且第一和第二织物 (原文如此)应当在尽可能多的交叉点处相互熔接。然后，在缝纫过程中以正确的织造方式 分别嵌入相对的尾部的纵向纱线熔合到第一纱线上。这产生了缩短接缝区而不由此弱化接 缝强度的可能性。以此方式，接缝区可以从例如在纵向区域中IOOmm的通常延伸量降低到 例如60mm，即接缝区在纵向上可以被缩短20 60%。然而，该方法的明显的主要不足之处在于接缝的其它性质，例如其渗透性、纸张支 撑点的数目和纤维支撑指数(FSI)将不同于主织物体，这是因为在CD上的尾部支数将不 同。因此，本发明的主题是通过聚焦的激光能量来熔合或熔接合成聚合物纱线，特别 是在机织织物的接缝区中的那些纱线，而不导致纱线性质的显著损失；大幅改变纱线的尺 寸和/或形状；使接缝具有类似于织物体的性质；如果接缝与常用接缝在MD上的长度相 同，则接缝具有较高的耐久性以及等于或高于未熔合或未熔接接缝的强度；并且如果接缝 在MD上的长度比常用接缝的短，则当安装并使用在造纸机或其它工业机器上时，强度足以 使织物运行使用期限。

发明内容
出乎意料的是，下述本发明的目的克服了本领域的不足本发明的一个目的是提供一种用于造纸机或其它工业织物或带的改进的接缝。另一个目的是提供一种用于造纸机或其它工业织物或带的改进的接缝，该接缝具 有与织物体基本相同的性质，例如强度、耐久性、开放性、足够数量的支撑点和FSI。本发明的另一个目的是提供一种织物中的改进的接缝，其具有最小化的端纱尾部 回抽和接缝尾端磨损。本发明的另一个目的是提供一种用于纱线织造结构的接缝，其允许产生使用常规 接缝方法不具有足够强度的接缝和所述织造结构。本发明的另一个目的是使得由于用常规的接缝技术不能产生具有足够强度的接 缝因而尚未被商业化的织物设计成为可能。本发明的另一个目的是在期望的位置处提供充当激光能量吸收剂的适当材料。本发明的另一个目的是提供一种在期望的位置处施加适当的激光能量吸收材料 的方法。本发明的另一个目的是形成具有耐久接缝的织物，其中在MD上测量的接缝宽度 是使用常规技术形成的相等强度的接缝或正常接缝的宽度的一部分。该部分为0. 7以下，优选0. 5以下，最优选0. 3以下。例如，如果“X”是根据现有实践或者常规接缝方法的在MD 上的接缝宽度，那么根据本发明形成的接缝宽度为例如0. 7X以下，优选0. 5X以下，最优选 0. 3X以下并且同时具有相等的强度。本发明的另一个目的是提供含有纱线的接缝，所述纱线具有凹槽以进一步改善熔 合/接合用以提高接缝强度。


现在将参考附图对本发明进行更全面详细地说明，其中相同的附图标记代表相同 的元件和部件，其说明如下图1是例举激光能量的吸收量对聚合物单丝纱线强度以及对熔合在一起的两种 聚合物单丝的接合强度的影响的图；图2 (a)-(d)显示与常规织造的接缝形成相关的问题之一；图3是使用本发明的一个实施方案制造的成型织物及其接缝区的图；图4(a)_(e)是通常在织物的已被激光微熔接的区域内的纱线的SEM图；图5(a)和(b)是对比非水的和水性的激光染料的效果的纱线照片；图6 (a) - (d)显示相同的接缝终端对，并且也示出了当相邻的MD纱线交叉或者在 边缘CD单丝纱线下方时，应力是如何通过接缝分布到相邻的MD纱线的；图7(a)_(c)示出由两个经纱尾部组成的接缝端，并且也示出了应力是如何分布 在两侧上的；图8是在接缝区内的MD和CD纱线的程式化的描述图，点代表纱线尾端的位置；图9显示根据本发明一个实施方案的100%熔接；图10示出根据本发明一个方面的一组⑶熔接条纹；图11示出根据本发明一个方面的一组点熔接；图12示出一种优选的熔接图案，其中实现了无熔接织物的连续路径并且所有的 经纱尾端都被熔接；图13(a)_(c)示出根据本发明的一个实施方案，在熔接的编织结构中的单丝、熔 接的编织结构和交叉点；和图14(a)_(b)是根据本发明的一个实施方案的熔接织物的截面图。
具体实施例方式本发明涉及利用激光能量来改善造纸机织物和其它工业织物中的接缝。本发明尤 其涉及在造纸机的成型、压榨和干燥部中所用的带，并且涉及工业加工织物和带、TAD织物、 工程织物和波纹带。在本发明的一方面，存在对制造强度更强和/或更耐久的接缝的需求。 在另一方面，又存在对提供具有足够强度而在MD上比常用接缝更短的接缝的需求。又一方 面是能够提供一种由于使用常规的接缝技术不能提供足够的接缝强度而迄今为止还不能 够生产的机织织物结构。本发明还涉及用这种改进的接缝所生产的织物。本发明还涉及制造这种改进的接缝和织物的方法。尽管大多数的讨论都将是针对用于平织织物的接缝，但是其它类型的接缝，例如公知的针接缝或者内嵌式螺旋接缝(其也需要将MD纱线重新织入织物体中并因此也具有因纱线滑移和脱出导致受损的可能性)，也可以通过本文中所述的激光熔接技术来进行改 善。在这样的接缝中，形成接缝环的MD纱线本身可以被熔接或者熔合到CD纱线上，以防止 它们在使用中在工作张力下脱出。设想了各种不同的方法来产生这些接缝。一种方法是使激光聚焦在离散位置处， 例如在织物接缝中的接缝端点处。吸收材料在各位置的存在可能是必需的，这是因为大多 数聚合物材料不吸收激光能量。否则，在织物中纱线上的激光能量聚焦处，激光能量可能导 致过度熔化和/或分子取向的丧失。引入吸收剂的一种方法是使其成为纱线自身的挤出过程中所用聚合物树脂的一 部分。然后，激光可以聚焦在各个期望的离散位置处以产生局部熔合和熔接。引入吸收剂的另一方法是在将纱线织成织物之前用吸收材料涂覆纱线。在这种情 况下，激光能量吸收材料，例如特定的染料，通过在将纱线织成织物之前在纱线上的染料涂 覆来施加或者在织物进行织造和接缝之后以受控的精确图案喷涂在其上。在随后的操作 中，使激光聚焦在各个期望的位置，由此引起局部熔合。引入吸收材料的另一方法是将其施加在织物中的期望的离散位置处。在共同转让 的美国公报No. 2004/0126569中教导了一种在离散位置中施加树脂材料的方法，其中可以 将激光能量吸收材料以受控方式沉积在织物上，以产生预定的沉积物图案。另一方法是在期望位置处，例如机织接缝织物的接缝区处的CD条带中喷涂吸收 材料。使用激光能量吸收材料的基本原理是提供一种在期望位置处利用能量源加热纱 线表面而不明显加热纱线芯的手段。以这种方式，可以加热纱线表面使得表面可以熔合到 另一纱线而不熔融整个纱线截面。如图3所示，机织接缝织物的接缝区10中的两根相邻纱 线，例如CD纱线14和MD纱线20，在它们的表面上具有激光能量吸收材料并且相互接触，它 们在纱线暴露于适当控制的激光源时将熔合或熔接在一起。如果激光提供过多的能量，则 纱线将破坏性地熔化或蒸发。如果提供的能量过少，则纤维表面将不会变得足够热因而不 能熔化和熔合在一起。当提供适量的能量时，纱线将熔合在一起，同时纱线不会丧失基本的 强度。图4(a)是多层成型织物的SEM照片，所述织物的一个截面上涂覆有分散在溶剂中 的激光能量吸收材料。在溶剂干燥之后，将织物暴露于225伏特的1毫秒脉冲的YAG激光 中。激光的聚焦光束的直径为约300微米。该单脉冲在激光束的区域内和周围的整个结构 中产生多个熔接点。在纵向和横向的单丝之间明显地形成微熔接。该照片中的单丝由聚对 苯二甲酸乙二醇酯(PET)构成。图4(b)示出脉冲长度增加到1. 1毫秒的织物。注意由于增加的脉冲长度而导致 的损伤28。图4(c)示出第三样品，其由类似于第一样品的方式制造，区别在于用已被丙酮润 湿的布来擦拭已涂覆织物的顶面和底面。该擦拭行为从织物样品的顶面和底面上除去了大 量的激光能量吸收材料。结果，在结构中的纱线发生内部熔接并且在织物的外表面上几乎 没有熔化。这样的熔接的截面图示于图14(a)和14(b)中，其中可以看到在结构内的内部 熔接以及在织物外表面的几乎没有熔化或熔接。
在本发明的一个实施方案中，将该技术应用于由具有凹槽的PET单丝50构成的编 织结构100中。在直径测量为6mm的一根聚烯烃管上形成编织结构100。有凹槽的PET单 丝50的截面示于图13(a)中。 所述有凹槽的PET单丝的标称直径为9. 27mm。单丝中的凹槽允许激光染料进入在 编织结构100中相互交叉的两根单丝之间的区域。这种交叉非常类似于机织织物中出现的 交叉。在由单丝制成的普通纺织品结构中，单丝通常具有圆形或矩形的截面而没有任何凹 槽(表面光滑)。有凹槽的单丝被用作一种捕集激光能量吸收材料的手段。表面光滑的单 丝具有较小的捕集涂层的面积和表面体积。此外，当表面光滑的单丝用于交叉的纺织品设 计例如机织织物中时，在两根表面光滑的单丝之间存在很少的或者不存在自由空间，并且 激光能量吸收材料例如特定的染料将不可能渗透到单丝之间的区域。相反，由于涂层沿凹 槽流动而占据单丝之间的空间，使得施加在两根有凹槽的单丝之间或者有凹槽的单丝和表 面光滑的单丝之间的交叉处的任何染料都有可能渗透到单丝之间的区域。因此，通过使用 有凹槽的单丝能够将激光染料置于两根交叉的单丝之间的空间中。如上所述，将该技术应用于如图13(b)所示的由有凹槽的单丝50构成的编织结构 100中。在激光熔接之后，发现结构中的交叉点60被稳固地熔接(示于图13(c)中)。沿 其轴压缩和拉伸编织物产生的结构弯曲不会导致任何熔接点的失效。作为对比，使用表面 光滑的PET单丝制造类似的编织结构。使熔接的结构也经受沿其轴的压缩和拉伸。由于该 压缩和拉伸，导致交叉点处的许多接合断裂。从这些熔接失效中观察到，有凹槽的单丝可以 被用来形成比使用表面光滑的单丝形成的微熔接更为耐久的微熔接。上述的微熔接的类型也可以用来提高例如成型织物接缝的强度和/或耐久性。常 规的接缝依赖于纤维/纱线的卷曲和摩擦来将接缝保持在一起。通过在这种接缝中将纵向 和横向的单丝熔接在一起，可以提高接缝的强度和/或耐久性。该类型的微熔接也可以使新的织物设计能够商业化。在过去，所谓“直经纱”的织 物机织设计已被考虑。具有直经纱的设计是有问题的，这是因为接缝中的MD纱线缺乏将接 缝保持在一起所需要的足够的卷曲和摩擦。另一方面，直经纱设计非常有吸引力，因为它们 能够使织物设计形成高强度的接缝，所述织物设计相对于具有充分卷曲的卷曲纵向单丝的 常规成型织物设计而言具有提高的拉伸模量。另一实例是“直线”概念，其涉及位于多层织 物中间的直经纱。该经纱不具有用于形成接缝的足够的卷曲和摩擦。通过利用本文所述的 微熔接，可以使接缝能够利用直经纱织物设计来制造。在纵向和横向单丝之间的微熔接使 得应力能够转移绕过和越过织物结构的接缝中的端部。在MD或CD中利用非常细的纱线的 其它设计或者使用相对低的纱线支数(指粗糙织物)的设计，不可能具有足够的接缝强度， 除非接缝通过激光微熔接来增强。如上所述，进行微熔接的另一方法也利用激光染料或激光颜料。在这种情况下， 激光染料或激光颜料被分散在含有单丝的材料中。通常，激光染料或激光颜料的浓度小于 0. 4%。激光染料或激光颜料的存在使得人们能够制造在能量源频率下的“能量吸收”的单 丝。优选地，激光能量源被用作激光器，该激光器被设计成将精确量的能量传送到特定位 置。图4(d)示出含有0.3%的激光染料(来自Epolin公司的Epolight 2057)的聚酯单丝 14，其已经与“非吸收性”的聚酯单丝20相接合。两根单丝被铺设成以90度角相互接触。 将两根单丝的交叉点暴露于223伏特的1毫秒脉冲的YAG激光中。激光的聚焦光束的直径为约300微米。该单脉冲将两根单丝熔接在一起。“非吸收性”的单丝20制成为不含任何 激光染料或颜料，因此单丝在能量源的频率下将是非吸收性的。在另一情形中，将含有0. 4%激光吸收剂的⑶PET单丝14作为磨损侧单丝织进织 物中。织物中的所有其它单丝由“非吸收性”的PET单丝20组成。将300微米直径区域的 织物暴露于225伏特下运行的YAG激光中1毫秒。所暴露的区域为CD单丝和两根纵向单 丝之间的交叉点。如图4(e)中所示，⑶单丝14与纵向单丝20熔合并接合。如果在机织织物的接缝区中采用文中上述的任意技术，则实质上消除了在接缝区 中的接缝末端尾部回抽和/或成孔之类的问题。图2(a) (d)示出该不利现象，其中两块 织物边缘的末端尾部在接缝区“重叠”并且确认临界点12(图2(a))，在临界点12处这些尾 部可能在MD上“回抽”并且尾部自身可能突出于纸侧表面。最后如箭头所示的那样，由于 织物中局部应力的增大使得在重叠区的滑移增加(图2(b))，以及在织物接缝区的重叠区 域存在完全滑移并且出现孔洞16(图2(c))。因此，接缝的重叠区通常通过手动胶合18来 增强(图2(d))以提高其强度；然而，胶合是既费力又费时的过程。由于其精度低，也难以 使胶水仅限于重叠的纱线。此外，胶水最终会由于织物的弯曲和/或磨损而失去作用。
对于激光能量吸收材料存在多种选择。最早的实例为炭黑。材料的选择、材料量 以及材料的位置都决定了所得到的熔合连接的特性。如上所述，纱线的熔化发生在涂覆有激光能量吸收材料并随后暴露于适当的激光 能量源的任意表面上。为了控制熔化的区域或者程度，已经发现使用某些水溶性染料是有益的。当将这样的染料由水溶液向织物施涂并使之干燥时，染料迁移到相互接触的单丝 之间的空隙中。这与仅溶于有机溶剂中的其它激光染料形成对比。这些非水性染料沉积在 单丝的整个表面上，导致单丝的整个表面熔化。图5(a)说明了使用非水性激光染料所发生的情形。注意，单丝20的整个表面在 暴露于激光能量之后都已被熔化。这一点可以通过单丝20的斑驳表面对比未熔化单丝30 的光滑有光泽的表面而观察到。在该情况下使用的染料为从丙酮溶液中施涂的Epolight 2057。图5(b)说明了使用水性激光染料(Epolight E2340)所发生的情形。注意，单丝 20的表面光滑而有光泽，同时单丝之间的空隙含有激光染料并且在暴露于激光能量之后被 接合。与非水性激光染料相比，产生显著且未预料到的改进结果。对于成型织物接缝而言， 使用水性激光染料导致的单丝熔化减少在接缝区产生较少的变形，这进而又减少了由于激 光熔接而导致的任何潜在的纸张印痕。然而，选择使用什么类型的染料是一个问题。例如，MD和⑶纱线之间的填充交叉 对于例如成型和TAD织物是有利的，这是因为在熔合期间通过材料流动而引起的填充交叉 由于毛细作用力而降低了通常将保留在那儿的水量。载水量的减少降低了造纸的能量成 本。填充交叉还有利于减少在MD和CD纱线形成的交叉之间的夹点中的灰尘积累。明显地，激光熔接接缝在强度和尺寸稳定性上优于常规生产的接缝。该技术在能 够使接缝强度更高的同时，该技术还能够利用常规成型织物图案来产生新的特点。这是通 过熔接接缝技术对标准的热固定实践的影响来实现的。由于在尺寸稳定性和接缝强度之间 的权衡，常规的热固定实践是有限制性的。如果使用导致织物大幅拉伸(MD单丝中的卷曲消失)的苛刻热固定条件，则所得到的产品将具有低的接缝强度，但是有高的尺寸稳定性。 通常，不使用苛刻的热固定条件，因为它们导致接缝强度过低。使用激光熔接缝技术，则可 以使用更苛刻的热固定条件，这是因为熔接接缝强度补偿了通常的低接缝强度。这意味着 所得到的结构将具有比常规织物更好的尺寸稳定性。这同样意味着在MD和CD单丝之间将 产生更大的平面差。这对于磨损侧而言是优点，因为这允许提高织物的耐磨损性，而无需借 助于使用大直径的单丝。而且，这保持了织物的低厚度，并且例如降低了成型织物的载水
Mo 如上所述，已经考虑了不同方法来经由激光熔接或熔合来微熔接织造结构中的交 叉点或者在织造结构中相邻纱线之间的接触点。熔接可以使纵向应力转移绕过或者越过接缝区中的末端，而不使接缝的完整性都 依赖于接缝区中纱线的摩擦和卷曲。已经以不同图案进行了熔接，包括整个接缝区的完全 (100%)熔接、规则阵列的点熔接和成组的CD熔接条带。也可以形成这些熔接的组合，例 如点熔接和CD熔接条带组的组合。例如，由于造纸机上的未对齐辊，因此成型织物接缝区 的机械性质必须允许歪斜。在这一方面，在用于造纸工艺过程时，接缝必须能够处理织物平 面中的剪切力，而不导致诸如织物的弯折或皱缩之类的问题。整体熔接(接缝100%熔接) 的接缝区硬并且高度耐受平面内剪切变形。例如，对于成型织物接缝的理想熔接图案达到两个目标。第一，该图案确保在接缝 区中的每一根端接的经纱单丝末端尾部都与纬纱单丝熔接，使得纵向应力可以经由接缝中 的匹配或对应的端接经纱尾部周围的熔接缝和连续的单丝被转移。作为替代方案，可以沿 着单纱(例如分别与多根纬纱和多根经纱交叉的经纱或纬纱)的长度产生多个熔接，由此 在交叉点处与大量的纬纱或经纱分担相同的载荷，从而消除织物中的任何变形。这些熔接 产生了在造纸机上非常耐久的接缝。第二，该图案确保在纵向上存在从接缝的一侧延伸到 接缝的另一侧的未熔接的经纱和纬纱的连续路径。未熔接织物的这些连续路径使接缝的面 内剪切性能能够类似于织物体的面内剪切性能。该特征使得含有接缝的织物能够成功地处 理可能由造纸机上的未对齐辊引起的应力分布不均。如果织物不能处理应力分布不均，则 织物会在造纸机上弯折或皱缩。优选地，未熔接经纱的连续路径关于纵向对称。该特征确保了面内剪切性能关于 纵向对称。下面意图更加详细地解释该图案。熔接接缝中的应力转移假定每个末端尾部必须 沿着其长度被熔接在某处(优选在各末端处或各末端附近)，以使得纵向应力经由织物中 的熔接接缝和连续单丝转移绕过所述末端。尽管在常规织造接缝中的应力转移利用了经纱 和纬纱单丝之间的单丝卷曲和摩擦，但是该类型的应力转移被忽略。图6(a)示出了两根经 纱尾14的单末端，图6(b)示出在该末端两边上的两个点熔接。图6(c)说明了应力转移绕过或者越过该末端的最短路径。各路径是由连续的单 丝和将单丝接合在一起的熔接缝的组合来限定的。在图6(c)中，注意存在两条等长的路径。图6(b)中所示的点熔接位置的替代方案示于图6(d)中。在该图中，点熔接进一 步远离实际的末端。图6(d)中说明了绕过末端转移应力的最短路径。如上面图中所说明 的应力转移的逻辑可以应用于任意的点熔接图案。只要存在从接缝的一侧到接缝的另一侧的连续路径，并且该路径由连续的单丝以及连接经纱和纬纱单丝的点熔接组成，就将会产 生绕过末端的成功的应力转移。作为替代方案，末端可以由如图7(a)所示的相互经过的两根经纱尾14组成。尽 管该末端可以以等同于图6(b)或图6(d)中所示的方式来进行熔接，但也可以如图7(b)中 所示将两根经纱尾14熔接在一起。在这种情况下，应力可以沿如图7(c)中所示的从一根 经纱单丝到另一根经纱单丝14的直接路径进行转移。根据本发明的一个实施方案，图8示出了用于本发明一个实施方案的支撑纬纱粘 合剂(“SSB”)成型织物的末端的图案24。该图中的垂直方向与纵向相同。图中的每一个 点都表示单一的端接经纱尾部。注意图案是规则的并且末端分布在大区域上。在纵向上， 接缝长度侧量为约3英寸。接缝的两侧由在图8的顶部和底部的虚线来表示。在图8的接缝中，可以通过接缝区的完全(100%)熔接26、点熔接阵列和⑶熔接 条带组进行熔接。以下描述这些当中的每一种。在图9中首先示出的是100%熔接26。明 显地，该熔接图案没有提供在纵向上从接缝的一侧延伸到接缝的另一侧的未 熔接经纱和纬 纱的任何连续路径。该图案使织物变硬，导致在造纸机上运行时，面内剪切硬度增加以及织 物耐弯折或皱缩的能力降低。但是，该熔接图案的确确保了接缝中的每一根端接的经纱单 丝与纬纱单丝相熔接，使得纵向应力可以经由接缝中匹配或对应的端接经纱尾部周围的熔 接接缝和连续的单丝被转移。这使得接缝非常耐久。接下来的图10示出CD熔接条带组26。尽管该熔接图案并没有提供在纵向上从接 缝的一侧延伸到接缝的另一侧的未熔接经纱和纬纱的任何连续路径，但是该熔接图案的确 确保了接缝中的每一根端接的经纱单丝与纬纱单丝相熔接，使得纵向应力可以经由接缝中 匹配或对应的端接经纱尾部周围的熔接接缝和连续的单丝被转移。然而，要注意的是，熔接 条带之间的未熔合条带能够在某些程度上使织物歪斜或使织物变形。实验已经表明，诸如 这样的图案具有在期望的接缝性质和加工复杂性以及成本之间的极好平衡。因此，对于在多个CD条带中具有激光能量吸收材料的织物的基本加工步骤为1.制备接缝的、未整理的织物；2.清洁接缝；3.将织物装载到适当的设备中并且张紧到规定的水平；4.根据设计的特定配方以受控的方式用激光染料对接缝进行喷涂，并且可以除去 过量的染料；5.根据设计的特定配方将接缝进行熔接；6.将织物裁剪至一定的宽度；7.对边缘进行整理；以及8.对织物进行包装并装运。尽管在上面已经列出了用于形成在CD条带中具有激光能量吸收材料的织物的方 法中所包括的步骤的顺序，但是其中的顺序纯粹是示例性的，并不限制本发明的范围。然而，如上所述，可以利用各个位置的点熔接。接下来的图11示出了一组点熔接 26。该熔接图案的确提供了在纵向上从接缝的一侧延伸到接缝的另一侧的未熔接经纱和纬 纱的连续路径。该图案使得织物在存在点熔接处局部变硬。这些局部变硬的熔接不会大幅 提高接缝区中的面内剪切硬度。结果，该接缝设计在造纸机上运行时能够最好地耐弯折或皱缩。然而，该特殊的点熔接图案不确保接缝中的每一根端接的经纱单丝与纬纱单丝相熔 接以使得纵向应力能够经由接缝中匹配或对应的端接经纱尾部周围的熔接缝和连续的单 丝进行转移。发生该情形是因为，接缝在纵向上以熔接接缝的各纵向列之间一定的间距进 行排列。因此，部分接缝依赖于摩擦来将纵向应力从接缝的一侧转移到另一侧。这降低了 接缝的耐久性。图12示出了一种优选的熔接图案26，其中实现了未熔接经纱的连续路径，并且所 有的经纱尾端都被熔接。该图案实现了面内剪切性和接缝耐久性的期望组合。为达到期望 的结果，每一种织物设计和接缝图案都将需要程式化的和特定的点熔接图案。
尽管可以仅仅通过激光能量自身来实现点熔接，但是一种优选的方法是使用沉积 在期望的精确位置处的激光能量吸收剂，这将使得纱线变形和形成纱线的聚合物的分子取 向的损失最小化。因此，可以总结出本发明的优点如下>接缝的强度和耐久性>接缝坚固性_耐受例如造纸过程中使用的高压喷淋和磨料之类的研磨条件的能 力> MD上较短的接缝>允许产生可被接缝的新的织物结构>织物在诸如造纸环境的湿环境中更干燥地运行>拓宽诸如热固定的工艺窗口，以提高织物特性因此，使用激光熔接产生对于在MD上相同长度的接缝而言强度更高和/或更耐久 的接缝。作为替代方案，优选地，在MD上测量的接缝宽度是使用常规技术形成的相等强度 的接缝或者正常接缝的宽度的一部分。该部分为0. 7以下，优选0. 5以下，最优选0. 3以下。 例如，如果“X”是根据常规接缝方法的现有实践在MD上的接缝宽度，那么根据本发明形成 的接缝宽度为例如0. 7X以下，优选0. 5X以下，最优选0. 3X以下并且同时具有与“X”长度 的接缝相等的强度。虽然已经讨论了对于平织织物的接缝，但是本发明的激光熔接技术可 以应用于其它的接缝类型，例如针接缝或内嵌接缝，其中形成接缝环本身且被回织进织物 体的MD纱线可以与CD纱线熔接或者熔合，以防止它们在使用中于工作张力下抽出，从而改 善在应力或者载荷分配中的接缝强度和均勻性。实施例实施例I用含有激光能量吸收材料的纱线来织造并接缝双层织物。将织物接缝的一个区域 暴露于激光能量源，而保持另一个区域不熔合。然后从相应的接缝区取出样品，测量断裂强 度。报告的断裂强度增加了 53%。实施例II织造不同设计的三层SSB织物，而且接缝具有存在于期望位置的激光能量吸收材 料。在接缝的一个区域暴露于激光之后，从未熔合和熔合的接缝区取出样品。报告的接缝 强度增加了高达129%。实施例III在另一个实验中，将在纱线中含有激光能量吸收材料的具有较短(MD上)接缝的三层SSB织物的部分接缝暴露于激光能量。测试接缝的熔合和未熔合区域的样品，报告的断裂强度增加了 47%。实施例IV织造并接缝在接缝区的期望位置存在激光能量吸收材料的SSB织物。将接缝暴露 于适当的激光能量源。然后使织物在以SOOmpm制造45gsm新闻纸的试验机上在间隙成型 机的传送位置运行。改变试验条件，例如织物张力、对刃载荷和真空水平。在所采用的整个 条件范围下都没有检测到来自接缝的纸张排水印痕。因此，本发明实现了其目的和优点，尽管文中已经详细公开并描述了优选的实施 方案，但是其范围和目的不应当由此受到限制；相反其范围应当由所附权利要求来确定。
权利要求
一种用于熔接工业织物的一部分的方法，包括以下步骤向所述织物提供激光能量吸收材料，将激光源聚焦在所述织物上的离散位置处，由此在所述离散位置处使所述织物部分熔化并且永久熔接。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述离散位置是纱线交叉点或者所述织物接缝中的 接缝末端点，或者是二者的组合。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述激光能量吸收材料以受控的方式沉积在所述织 物上，以形成预定的沉积物图案。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述激光能量吸收材料包含在形成纱线的聚合物基 质中，所述纱线用于形成所述工业织物。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述激光能量吸收材料是施涂在形成所述织物的纱 线上的涂层。
6.如权利要求5所述的方法，其中通过在所述纱线被织造成所述织物之前在所述纱线 上进行染料涂覆或者通过在所述织物被织造并且接缝之后以受控的精确图案喷涂在所述 织物上来施加所述涂层。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述离散位置在所述织物的接缝区中并且其中在MD 上测量的所述接缝区的宽度是使用常规技术形成的相等强度的接缝或者正常接缝的宽度 的一部分，所述部分为0.7以下，优选0.5以下，最优选0.3以下。
8.如权利要求3、4或5所述的方法，其中所述激光能量吸收材料是以并非每一个接缝 端点都被覆盖的图案进行施加的。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述熔接是在所述织物的横向上作为条带来进行的。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述激光能量吸收材料是水基染料。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述激光能量吸收材料是溶剂基或水基染料，以分 别在熔接过程中在所述纱线上获得织构化的或光滑的表面。
12.—种工业织物中的改进的接缝，其包含在所述织物的接缝区中的多个熔接点，其中在所述熔接区中的熔接通过以下方法形成施加激光能量吸收材料，并且使激光 源聚焦在所述材料上，由此在所述部分处使所述织物部分熔化和永久熔接，以及其中所述熔接形成在纱线表面上。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述接缝具有与织物体相同或基本相同的性质， 例如开放性、接触点和纤维支撑指数(FSI)。
14.如权利要求12所述的方法，其中如果所述接缝具有相同的设计以及该特定设计通 常所用的长度，则所述接缝具有大于通常的接缝的强度和耐久性。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述接缝在MD上测量的宽度是使用常规技术形成 的接缝或者正常接缝的宽度的一部分，所述部分为0.7以下，优选0.5以下，最优选0.3以 下。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述熔接的接缝区消除了末端尾部的回抽。
17.如权利要求12所述的方法，其中通过在所述纱线被织造成所述织物之前在所述纱线上进行染料涂覆或者通过在所述织物被织造并且接缝之后以受控的精确图案喷涂在所 述织物上来施加所述激光能量吸收材料。
18.如权利要求12所述的方法，其中所述熔接为在所述织物的横向上的条带形式。
19.如权利要求12所述的方法，其中所述激光能量吸收材料是水基染料。
20.如权利要求12所述的方法，其中所述激光能量吸收材料是溶剂基或水基染料，以 分别在熔接过程中获得织构化的或光滑的纱线表面。
21.如权利要求12所述的方法，其中所述纱线的形状、尺寸、性质与未熔接纱线的相同 或者基本相同。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述离散位置为沿单一经纱或纬纱的长度的多个 交叉点。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述熔接是以点熔接和在所述织物横向上的条带 的组合来进行的。
24.如权利要求12所述的方法，其中所述部分为沿单一经纱或纬纱的长度的多个交叉点ο
25.如权利要求12所述的方法，其中所述熔接是以点熔接和在所述织物横向上的条带 的组合来进行的。
26.如权利要求1所述的方法，其中所述织物包含有凹槽的纱线。
27.如权利要求2或7所述的方法，其中所述接缝为针接缝或内嵌式螺旋接缝。
28.如权利要求12所述的方法，其中所述织物包含有凹槽的纱线。
29.如权利要求12所述的方法，其中所述接缝为针接缝或内嵌式螺旋接缝。
全文摘要
文中所公开的发明涉及使用激光能量来熔接或者熔化造纸机织物(“PMC”)和其它工业和工程织物中的选定位置。本发明还涉及一种用于造纸机或其它工业织物的改进接缝，所述接缝具有与织物体基本相同的性质，例如强度、耐久性、开放性、适当的支撑点数量和纤维支撑指数(FSI)。本发明还涉及一种具有耐久接缝的织物，其中在MD上测量的接缝宽度是使用常规技术形成的相等强度的正常接缝的宽度的一部分。
文档编号D21F7/12GK101848801SQ200880114591
公开日2010年9月29日 申请日期2008年9月4日 优先权日2007年9月5日
发明者达纳·伊格尔斯 申请人:阿尔巴尼国际公司