用于工业纺织品的加强构件的制作方法

本公开涉及工业纺织品领域。特别地，本公开涉及用于制造过滤和运输用工业纺织品的加强构件。

背景技术：

如本文所用，术语“织物”、“纺织品”和“工业纺织品”是同义词。工业用纺织品是大长度(多达100米或更长)和宽度(15米或更小)的带状物，它们是织造或非织造结构。这种纺织品在造纸应用中是众所周知的，其中它们通过造纸机用于形成、输出和运送纸幅。

非织造工业纺织品可以由较小的切口的嵌板和成型聚合物薄膜制成，这些薄膜可以组装以提供具有所需最终尺寸的织物。随后可以在每个相对的宽度方向的端部处安装接缝，以允许这些端部连接在一起，使得织物形成环形带。接缝构造应该是这样的，即它可以打开和闭合，以允许纺织品被移除或安装在待用的机器上。可以通过将同样由聚合物薄膜制成的缝合构件焊接到织物的相对端，并使用销或栓将缝合构件连接在一起来提供接缝。此外，这种缝合件也可用于织造工业纺织品的构造中。

这些嵌板和缝合构件统称为工业纺织品的“部件”，它们已在us8563114、us2012/0040150、wo2014/121373、wo2011/127594、wo2013/023272、wo2013/086609、wo2013/181748、wo2013/188964、wo2014/053055、wo2015/024107、wo2015/081417和wo2015/081418中公开，所有这些申请都是共同转让的并且通过引用并入本文。

特别地，前述参考文献公开了包含至少单层双轴取向的热塑性聚合物薄膜的部件，其随后根据需要切割和成形。当部件中聚合物薄膜层的数量是两层或多层时，这些层可以是相容的或不相似的。在聚合物材料不相同的情况下，所谓的“连接层”可以位于相邻的不同聚合物材料层之间，以防止层分离并提供一体的膜结构。另外，每个单独的聚合物薄膜层必须在制造时拉伸和取向，以便增加和最大化其弹性模量、拉伸强度和其他物理性能。这些薄膜在共同转让的wo2013/071419和wo2013/177670中公开，它们通过引用并入本文。

为了适合用作工业纺织品的部件，例如造纸或类似的加工织物，形成部件的薄膜通常具有约100μm至500μm，或约250μm至350μm的厚度。整个厚度通常是均匀的。具有这种厚度并且根据上述公开内容制造的部件具有约350至525n/cm或约200至300pli(磅/英寸)的最大拉伸强度，否则部件在负荷下可能会破裂。然而，对于造纸应用而言，这些部件的理想拉伸强度应至少为300pli。具有较高拉伸强度同时保持部件形成过程所需的柔韧性的材料是非常需要的。

由于这些部件由至少一层聚合物薄膜制成(与多根纱线或纤维相反)，每个单独的薄膜层应具有足够和均匀的性能，以使得所得的工业纺织品既坚固到足以承受某些工业用途，如造纸、过滤和运送应用的严苛要求，并且其各种物理特性均衡，如强度、平面性、渗透性等。遗憾的是，许多这些已知薄膜层的均匀性通常低于所希望的。这种性质的变化可能导致部件的过早失效，从而导致工业纺织品在使用中过早失效。

如此构成的纤维加强聚合物薄膜和纺织品是已知的。参见例如us5759927((meeker)，其公开了将一层玻璃纤维施加到聚合物网(膜)上，然后通过加热将它们包封并将它们压缩到网中，或者利用例如带式压力机叠加、加热和压制第二层聚合物膜。

us2005/0170720(christiansen等人)描述了一种制造防风雨膜的方法，其中加强织物或非织造织物位于两个聚合物膜箔之间，并且将所得到的结构层压在一起，同时对相反的边缘施加边缘处理。

us4740409(lefkowitz)公开了一种非织造造纸用织物，其包括基本上共面的经向(md)纱线和维向(cd)纱线的阵列，该阵列由包含垂直设置的流体流动通道的聚合物基质包封；由多孔纤维或泡沫构成的表面层通过熔融粘合连接到织物上。

us4541895(albert)公开了一种造纸带，其由多个非织造片材(薄膜)组装而成，所述非织造片材(薄膜)通过例如超声波焊接层压在一起；通过激光钻孔使片材成为多孔的，并且在层压期间使md加强纱线任选地定位于薄膜层之间。

us2010/0230064(mourad等人)公开了一种由螺旋缠绕的聚合物条带形成的非织造造纸用织物；将螺旋条带的相邻边缘激光焊接以形成所得到的织物。us9169598(straub等人)公开了一种造纸用织物，该织物由多个薄膜状织带形成，所述薄膜状织带在其侧边缘处彼此连接，并且其端部彼此偏移地连接；当由非取向聚合物形成时，可以任选地通过将螺旋缠绕的纱线结合到薄膜中以加强薄膜条带的拉伸强度。

us7871497(westerkamp)公开了一种造纸带，其包括至少两层聚氨酯薄膜，在所述聚氨酯薄膜之间包括加强织物；网孔尺寸使得两个相邻的聚氨酯层可以接触并粘合在一起。

us5609936(kohler等人)公开了一种造纸机干燥器织物，其由至少一层由相互平行的热塑性长丝(优选聚酯)形成的线复合物形成，所述热塑性长丝粘合在一起然后粘合到薄片上，例如切口反应性聚氨酯片。

期望加强这些部件的物理性质，使得它们能够承受更高的载荷，从而最终获得更坚固的嵌板(用于非织造工业纺织品)和更坚固的缝合构件。

现在已经发现，可以通过由加强的膜状或片状平面构件形成部件来满足这些需求。

技术实现要素：

首先将描述一般形式的加强构件，然后将在下文详细描述其在实施方案中的实施方式。这些实施方案旨在说明加强构件的原理和实施方式。然后，在本说明书所附的每个单独的权利要求中，将进一步描述和定义最广泛和更具体形式的加强构件。

在本发明的一个方面中，提供了一种用于构造和组装工业纺织品的加强构件，该构件包括由热塑性聚合物基质包封的纤维加强材料，其中：所述热塑性聚合物基质包括非晶态聚酯、低结晶聚酯、聚苯硫醚(pps)或它们的混合物；所述纤维加强材料包括选自由热塑性聚合物长丝、热固性聚合物长丝、玻璃纤维及其混合物所组成的组中的连续长丝，使得大部分连续长丝沿第一方向取向，其余的连续长丝沿第二方向取向，该第二方向通常垂直于所述第一方向；非晶态聚合物基本上进入液态的温度或低结晶聚酯的熔点比连续长丝的熔点低至少10℃；并且聚合物基质和纤维加强材料对约800nm至约1200nm范围内的辐射激光能量基本上是透明的。

在本发明的另一方面中，提供了一种制造上述加强构件的方法，该方法包括对平面编织前体材料施加热和压力，其中：所述编织前体材料包括复合纱线；每根纱线包括第一组连续单丝状纤维，其与第二组连续单丝状纤维混合；第一组纤维形成热塑性聚合物基质，第二组纤维形成纤维加强材料；并且所述平面编织前体由复合纱线的不平衡编织图案组成。

另外，非晶态聚合物基本上进入液态的温度或低结晶聚酯的熔点比热塑性聚合物长丝的熔点低至少50℃。

该构件的拉伸强度可以在525n/cm(300磅/英寸)至2000n/cm(1140磅/英寸)之间，或者例如在700n/cm(400磅/英寸)至1750n/cm(1000磅/英寸)之间。另外，该构件的拉伸应力可以在200mpa至600mpa之间，或者例如在250mpa至500mpa之间。

例如，热塑性聚合物基质可包括pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或pps(聚苯硫醚)。另外，形成热塑性聚合物基质的一部分的非晶态或半结晶聚酯可以是水解稳定的。例如，聚合物或单体碳二亚胺可用于使非晶态或半结晶聚酯水解稳定。

纤维加强材料可以包括玻璃纤维、液晶聚合物(lcp)、高韧度聚萘二甲酸乙二醇酯(ht-pen)或pbo(聚[对亚苯基]-2,6-苯并双唑])。另外，纤维加强材料可以包括单轴取向的半结晶聚合物。

任选地，加强构件还可以包括nir激光能量吸收材料，例如(但不限于)炭黑。激光能量吸收材料可以设置一个层中，该层的总厚度占加强构件厚度的0.05:1至0.15:1。此外，当激光能量吸收材料是炭黑时，其可以以占所述层总重量约0.1％w/w至1.0％w/w的量提供在所述层中。

总体上，构件可以具有100μm至500μm的厚度，或者例如250μm至350μm的厚度。

另外，加强构件可以包括在纤维加强构件的一个或两个外表面上的热塑性聚合物基质层。

加强构件可以用作(例如)纺织品嵌板或缝合构件。纺织品嵌板可以是成型和/或有切口的。

工业纺织品可包括一个或多个上述加强构件。这种工业纺织品可用作造纸用织物。

上述方法可包括对平面编织前体材料施加热和压力，其中：所述编织前体材料包括复合纱线；每根纱线包括第一组连续单丝状纤维，其与第二组连续单丝状纤维混合；第一组纤维形成热塑性聚合物基质，第二组纤维形成纤维加强材料；平面编织前体由复合纱线的不平衡编织图案组成。

另外，可以使平面编织前体材料通过双带压机。为了在加强构件上赋予轮廓，双带式压力机的带可以是成型的。

本发明的制造方法还可以包括在构件的一个或两个外部平坦表面上添加一个或多个层，其中所述一个或多个层包括激光能量吸收材料，该材料吸收近红外(或“nir”，范围例如为800nm到1200nm)和中红外(或“mir”，范围例如为1500nm到2000nm)的能量。所述一个或多个层可以是在对平面编织前体施加热和压力期间或之后层压到加强构件的一个或两个外部平坦表面上的薄膜层。或者，所述一个或多个层可以是以织造纤维形式提供的基质材料，在向平面编织前体施加热和压力的过程中加入；或在对平面编织前体施加热和压力之后，将其层压到平面编织前体的一个或两个外部平面上。

在该方法中，还可以将一层或多层热塑性聚合物基质添加到加强构件的一个或两个外部平坦表面上。该热塑性聚合物基质附加层可以是薄膜形式或织造纤维形式。

如本文所用，术语“激光器”是指提供足够功率的nir(近红外)激光辐射以能够焊接聚合物材料的装置。例如，nir激光器包括800nm至1200nm的波长范围，其适用于存在可焊接材料附加层的情况。还可以选择其他激光器以提供更长波长的光，例如，从大约1500nm到2000nm(这是mir范围)，以实现无吸收焊接。在这种情况下，构件的外表面上不需要nir激光能量吸收添加剂也能使各种构件焊接在一起，或者能够焊接到其他热塑性部件如纱线或薄膜上。

以上总结了加强构件的主要特征及其一些可选的方面。通过以下实施方案的描述可以进一步理解加强构件。

在本说明书中值的任何范围都是参考值，除非另有说明，否则其中的子范围旨在包括在加强构件的范围内。除非另有说明，否则特性归因于加强构件的一个或另一个变体，这些特征旨在适用于所述其他变体，其中这些特性适合或与这些其他变体兼容。

附图说明

图1示出了加强构件的实施方案。

图2示出了图1中所示实施方案的详细俯视平面图。图2a和2b示出了图2中所示的平面视图的不同截面视图。

图3示出了用作缝合构件的加强构件的另一个实施方案。

图4示出了由图3中所示的实施方案形成的缝合构件。图4a示出了图4的一部分的放大视图。

图5示出了图4中所示的缝合构件的俯视平面图。图5a示出了图5的一部分的放大视图。

图6示出了图5中所示的缝合构件的截面视图。

图7示出了通过将图4至6中所示的缝合构件连接到编织纺织品嵌板所形成的工业纺织品的一部分。

图8示出了通过连接两个纺织品嵌板形成的工业纺织品；每个嵌板由加强构件的实施方案形成。每个嵌板的详细横截面视图已在图2a中示出。

具体实施方式

该构件包括至少一层纤维加强材料，其完全包封在热塑性基质中。此外，可以任选地使该构件稳定化以抵抗水解降解。纤维加强材料可包含单轴取向的半结晶热塑性长丝。加强材料具有拉伸性能，从而使得最终复合材料具有所需的拉伸强度，而热塑性聚合物基质可以是非晶态的或低结晶性的。另外，基质材料基本上进入液态的温度低于加强材料的熔点，例如，低50℃或更多。选择这两种材料以在固结后在基质和加强纤维之间提供良好的粘合性。大多数连续热塑性聚合物长丝可以具有md或cd中的一种取向。

该构件的总厚度可以为100μm至500μm，或者例如为250μm至350μm。例如，当构件具有约350μm的厚度时，其具有至少700n/cm(400lbs/英寸)的极限拉伸强度，以及至少200mpa的极限拉伸应力。这些强度和应力值可以根据构件中大部分和少数加强纤维的方向性而变化。此外，该构件可以定位成使得大部分加强纤维沿长度、或最终产品(例如工业纺织品或缝合构件)的经向(md)取向，因为在使用时该方向将经受最大拉力。

该构件可以对近红外(nir)激光能量基本透明，并且可选地在至少一个外表面上包括在nir和mir范围内吸收能量的薄层材料，以使得能够用聚合物激光焊接设备将该构件焊接到其本身或其他聚合物例如纱线或嵌板上。或者，可以在不使用nir激光能量吸收材料的情况下激光焊接该构件。该构件还可任选地在一个或两个外表面上包括薄的纯基质材料层，以获得所需的表面性质。与现有技术相比，由该构件制成的部件(例如工业纺织品、缝合构件等)表现出改善的强度和均匀性。

热塑性聚合物基质可包含聚酯，例如pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或pps(聚苯硫醚)。由于它们的韧性，非晶态或低结晶聚合物可用于该构件。与半结晶聚合物相比，非晶态和低结晶聚合物还表现出改善的流动性和润湿性，从而允许它们中的每一种在制造过程中完全包封第二组纤维。任选地，热塑性聚合物基质的聚酯可包括增加耐水解降解性的材料。例如，这种材料可以是聚合的或单体的碳二亚胺。

纤维加强材料的长丝可包括(例如)液晶聚合物、玻璃纤维或pbo(聚[对亚苯基-2,6-苯并二恶唑])。

编织前体

该构件最初由包含复合纱线的平面编织前体材料形成。每根复合纱线由多根第一连续单丝状纤维和多根第二连续单丝状纤维组成。第一组纤维最终形成包封聚合物基质，而第二组纤维最终被聚合物基质包封。第二组纤维在掺入复合纱线之前可以是单轴取向的。通过在先的混合工艺将第一和第二组纤维紧密地混合在一起以形成复合纱线。

复合纱线中第一组纤维与第二纤维的重量比可为约50/50，但可根据需要调节该比例，以获得成品构件的某些所需性能。

第一组纤维可由非取向的非晶态聚酯聚合物或聚苯硫醚(pps)形成。可以形成第一组纤维的非晶态聚酯聚合物的实例包括：lpet(低熔点或低结晶pet[聚对苯二甲酸乙二醇酯])；pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯；和pc(聚碳酸酯))。

取决于预期的最终用途，可以对第一组纤维的非晶态聚酯(最终形成热塑性聚合物基质)进行稳定以降低对水解降解的敏感性。稳定剂的实例包括碳二亚胺。(可购自rheinchemierheinaugmbhofmannheim，germany)是一个实例。此外，可以使用该材料的聚合物形式，因为它似乎降低了最终构件的脆性，使得所述最终构件与使用稳定剂的单体形式的类似构件相比不易破裂和失效。

第二组纤维可由单轴取向的半结晶热塑性聚合物、热固性聚合物或玻璃形成。第二组纤维的实例包括lcp(液晶聚合物)、ht-pen(高韧度聚萘二甲酸乙二醇酯)、pbo(聚[对亚苯基-2,6-苯并双唑])和玻璃纤维。

通过按照“不平衡”编织图案交织多根复合纱线来提供平面编织前体材料。选择交织图案，使得前体中的大部分复合纱线沿第一方向取向，并且少数复合纱线沿垂直于第一方向的第二方向取向，同时保持在前体材料的平面内。沿第一方向取向的大多数复合纱线可占前体中复合纱线的51％至90％，而沿第二方向取向的少数纱线可占前体中复合纱线的10％至49％。作为另一个例子，约80％的复合纱线可以沿第一方向取向，而约20％的复合纱线可以沿第二方向(垂直于第一方向)取向。作为另一个例子，可以使用由生产的复合纱线组成的前体编织材料。

制造

使用例如钢制双带式热压机(例如美国专利no.5,141,583或美国专利no.4,826,560中所公开的)或类似装置，通过将平面编织前体材料(由复合纱线形成)暴露于特定的温度和压力中一段规定的时间，来制造该构件。当前体材料暴露于所需的压力水平时，通过压机的钢带施加足以获得液态第一组纤维的非晶态聚酯的热量。热和压力足以使第一组纤维的非晶态聚合物材料成为液态，并且“润湿”或完全包封第二组纤维，同时使构件的外表面平滑。根据需要通过调节温度、压力、退绕张力和皮带速度等参数监控和调节构件的厚度。

双带压机允许在单道次(singlepass)中连续生产片状或薄膜状构件。当所述构件(例如平面编织前体材料，加上至少一层可激光焊接的薄膜或基质材料)位于两个连续钢带之间时，通过压力机将其引导在一起。材料通过等压机中的加热和冷却区；选择停留时间以使第一组纤维的热塑性聚合物流动或熔化，从而包封第二组纤维。连续带也可以成型为赋予构件表面图案，根据需要切割和成形从而由该构件形成最终部件。

在此过程中，按照不平衡的编织图案纤维加强材料的长丝保持取向。结果获得了加强的平面构件，其包括位于热塑性聚合物基质内的加强纤维(根据不平衡的编织图案取向)。该构件可以布置成使得大部分加强纤维按工业纺织品的md取向。

在一种方法中，形成一个或多个薄膜层，其包含均匀分散在基质聚合物中的nir激光能量吸收材料。nir激光能量吸收材料的实例包括颗粒炭黑。使用热和压力将一个或多个薄膜层层压到平面构件的一个或两个外部平坦表面上。这可以在构件形成期间完成(即，当平面编织前体暴露于双带式压力机上的热和压力时提供一个或多个薄膜层)以熔化薄膜层并且将它们粘合到构件的外表面。或者在形成构件之后层压一个或多个薄膜层。

在另一种方法中，以编织纤维形式提供至少一个基质材料附加层(类似于纤维加强材料)，并且在构件形成期间与热塑性聚合物基质和纤维加强材料连接或者在构件形成之后层压。形成基质材料附加层的连续纤维的聚合物包括nir激光能量吸收材料。nir激光能量吸收材料的实例包括细颗粒炭黑、clearweld^tm(购自crysta-lynchemicalcompany，binghamton，ny)和lumogen^tm(购自basfcorp.)。

类似于激光吸收层的制造，也可以以薄膜层或织造纤维形式提供薄的纯基质材料层，并且层压到热塑性聚合物基质和纤维加强材料的一个或两个外表面上。

以这样的量来提供的附加层(一个层或多个层)，使得在构件中每个附加层(一个层或多个层)的厚度与构件的总厚度之比在0.05:1至0.15:1之间。例如，当构件的总厚度为100μm至500μm时，附加层(一个层或多个层)的厚度可以在5μm和75μm之间。当炭黑用作辐射能吸收剂时，基于至少一个附加层的总重量，它可以以约0.1％w/w(重量份)至1.0％w/w的量存在该于附加层(一个层或多个层)中。

组装后，可以切割和成形平面构件以提供用于构造非织造工业纺织品的所需部件。

通过控制编织前体材料的编织图案和固结条件，通过选择包封基质形成用聚合物(即，形成第一组纤维的聚合物)、纤维加强材料(即，用于形成第二组纤维的聚合物)，可以形成具有易于调节的均衡物理性质的期望厚度的工业纺织品部件。本发明构件的一个优点在于增强了构件而不是单独的聚合物薄膜层的拉伸强度。构件是可以激光焊接的，使其能够使用激光能量粘合到其他热塑性塑料上，例如其他部件或聚合物纱线或薄膜。

图1至图8示出了上文所讨论的一些实施方案。

例如，图1示出了加强构件的实施方案的卷(10)。图2示出了图1所示实施方案的一部分(15)的详细俯视平面图，其中大部分加强纤维(20a)普遍地处于垂直方向上，而少数纤维(20b)普遍地处于水平方向(即大致垂直于大部分纤维(20a)的方向)。这就是所谓的不平衡编织。垂直方向是加强构件(15)的td方向。

图2a和2b示出了图2中所示的平面图的不同截面视图。具体而言，图2a是md截面；它提供了td取向的加强纤维的视图。图2b是td截面；它提供了md取向的加强纤维的视图。

图3示出了用作缝合构件(25)的加强构件的另一个实施方案。在此，加强构件已被切割以提供孔(45)和环(40)。另外，在一个表面上添加了能量吸收层(35)。

图4示出了由图3所示实施方案形成的缝合构件(25)。能量吸收层(35)位于缝合构件(25)的内表面上。图4a示出了图4的一部分的放大视图，其中示出了加强纤维(45)。对于缝合部件(25)，td取向的纤维处于环的方向。

图5示出了图4中所示的缝合构件(25)的俯视平面图。图5a示出了图5的一部分的放大视图，其中加强纤维(45)沿环的方向示出。

图6示出了图5中所示的缝合构件(25)的截面视图。

图7示出了通过将(图4至图6的)缝合构件(25)附接到编织纺织品嵌板(50)而形成的工业纺织品的一部分。加强纤维(45)沿环的方向示出。

图8示出了通过连接多个纺织品嵌板形成的工业纺织品(100)的一部分。在该图中，示出了两个纺织品嵌板(55、65)连接的部分。每个板(55、65)由加强构件的实施方案形成。每个嵌板(55、65)还包括能量吸收材料层(70)。每个嵌板的详细横截面视图已在图2a中示出。

本领域技术人员将理解，前述公开内容构成了具体实施方案的描述，示出了如何应用和使用加强构件。这些实施方案仅是示例性的，并不意味着将本公开限制于上文特别示出和描述的内容。在不脱离本公开的范围的情况下，根据上述教导可以进行各种修改和变化。在随附的权利要求中进一步描述和限定了加强构件。