层压板材及由其制成的织机综框的制作方法

专利名称：层压板材及由其制成的织机综框的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由金属层和纤维增强树脂复合材料层形成的层压板材。本发明还涉及由该层压板材制成的织机综框。
狭幅带条，例如用于各种纺织品中的拉链带条通常由狭幅织机(例如象织带机或针织机)制成的。用于织造狭幅带条的方法基本上相同于用于生产普通机织织物的方法。经线的开口是由一些综框来完成的。这些综框是垂直于经线的方向平行地放置，并且其每一综框包括一些用于穿过和制动经线的综片和一个制动综片的综框。这些综框通过凸轮装置来提升和降低。例如日本U.M.公开号58-48,383揭示了一种开口装置，该装置具有横向成对的转动轴，其转动轴是在纵向方向上平行配置的一组综框之下平行地设置，每一转动轴装有为横向交错排列的综框数量一半的平板凸轮并且对应于相应的综框，这些综框支承部分分别地连接到根据相应平板凸轮转动而适合于作垂直运动的相应随动件的尾部上，其允许要求在纵向方向上排列的综框组的长度减少到通常要求其长度的一半，而不要求其平板凸轮的单位厚度的改变。
改变结构的综框已建议用于这种开口装置上，例如，日本U.M.公开号58-31,904建议综框要赋予综框杆有避免被金属或硬合成树脂制成的连接件所引起的摆动或弯曲断裂的能力，同时，在综框杆的对置自由端之间形成快速连接，并且使相同的连接件在综框的自由端与综框之间形成快速连接。日本U.M.公开号58-48,384建议综框能够限制由于综片制动件用螺栓固定于综框而引起综片的运动，这时综片制动件的侧面边缘部分保持与连接于综框的每一综片的一端相接触。
在

图1和图2中表示了普通采用的传统综框的一个实例，所构成的综框可使得一些综片固位。
综框20在其四边上具有框架件21a，21b，21c和21d。从靠近每一侧面框架件21c和21d的上下端附近一定位置处，成对的综框杆24a，24b和综框杆27a，27b向内延伸。此外，从在靠近中心框架件22的上下端附近一定距离处连接于上框架件21a和下框架件21b的中心框架件22的相对两侧处，成对的综框杆25a，25b和综框杆26a，26b向外延伸，使其面对综框杆24a，24b和综框杆27a，27b。这样，在对置成对的综框杆24a与25a，24b与25b，26a与27a，以及26b与27b的自由端之间形成有间隙。在距下框架件21b的一定位置上，有一支承件23向下延伸，这个支承件23连接到如上所述的凸轮的随动件上。
每一综片30在其中心部分处提供有综眼31以用来穿经纱并且在其综片的上端和下端附近利用插孔32a、32b在以垂直于上述综眼31的方向上穿入到综框杆上。
综片30相对于综框20上的连接是通过由树脂或橡胶制成的附件杆28提供到综框杆24a、24b，…27a，和27b的上下面上并且随后把综框杆插入通过各综片30的插孔32a，32b而完成的。附件杆28是用来吸收由在综框杆上的综片30垂直往复运动而产生的振动并且防止综片和综框杆遭受磨损。一组为12或13个的综片30连接到每对综框杆24a和24b，…27a和27b上。一个O型环29固装在每一综框杆的自由端附近以预防综片滑动。综框是通过如上所述的把一定数量的综片30(12或13个综片×4个位置)安装到综框20上而组装成的。各综片30在水平方向上是自由滑动并且综片之间的间距是通过筘和纱线喂给件来限定的。
至今为止，一直使用钢材作为织机上的各种综框包括如上所述的经纱开口装置的综框材料。近年来，已发展使用以高速转动的新型织机，并且由于固有的影响，使用在织机上的综框尺寸也随之增大。然而，增大的综框有不利的方面即增加了框架本身的重量，造成噪音问题，以及由于凸轮部件和用来传动综框的凸轮随动件而产生的摩擦使得缩短使用寿命。基于这些问题，由钢材制做的传统的综框需要通过选择新的材料来得以改善，从而减小其重量。
鉴于上述问题，在已公开的日本专利申请(早期公开)号JP-A-7-70,684中揭示了用于织机上的这样的综框(下面简单地描述JP-A-7-70,864所建议的综框)，JP-A-7-70,864揭示了一种制作拉链基材的狭幅织机，它使由合成树脂制作的螺旋线联接元件在拉链带的边缘部分上同时与织造的拉链带一起进行相互织造。图3表示了一种用于经纱开口的综框，其用来把拉链元件安装在所被织造的拉链带上之目的。图3表示了经纱开口的综框，其用来把拉链元件固装在一个被织造的拉链带上。综框40的结构包括具有侧面成对的矩形框架件42a，42b的框体41，连接于凸轮随动件(未图示)的支承件44，和一个大约成字母V形状的骨架件43，该骨架件连接于框体41和支承件44。每一综片50都分成2个部分，即一个下部构件52和一个上部构件51，其下部构件52具有快速连接于其下端部分上的针60，该针是为了制动将被用来固定其拉链元件的经纱70。每一综片50的上部构件51和下部构件52以燕尾槽连接的形式被啮合，该燕尾槽连接处具有着综框40的框架件42b(42a)的下框架件，该下框架件是被固装在形成于上部构件51的下部分上的槽53内，并且它们通过把一螺栓拧入到垂直形成在上部构件51的上部的螺孔内而稳固地固定到框架件42b(42a)上，直到其螺栓的头端紧压在框架件42b(42a)的下框架件的上端表面。
JP-A-7-70,864建议通过选用用于上述综框40和用于使用在经纱开口装置的一些综框的材料来实现上述重量的减小，其材料为一种增强复合材料，该材料采用如增强材料和合成树脂的合成材料。然而这种纤维增强复合材料对于强度和弹性来说仍有一些问题需要解决。上述问题在这种如相对大尺寸的综框中尤其变得更加突出。
因此，本发明的目的是提供一种层压板材，尽管大大减少了其本身重量，但它具有高强度和足够的弹性，并且表现出了如适于用作狭幅织机中各种综框制作材料的良好加工性能和抑制噪音的特性。
本发明的另一目的是提供一种用于狭幅织机的变化的综框，它是由上述层压板材制做的，并且由此抑制惯性现象和伴随于织机上综框，高速驱动部件的噪音，甚至在织机以高速运转时，使凸轮与用于驱动综框的凸轮随动件不会遭受磨损，并且使织机的操作速度提高到一定的程度，这样拉链带或拉链基材的生产率将会得以提高。
为实现上述目的，本发明的一个方面是提供一种层压板材，它具有一金属层和一纤维增强复合材料层作为其组成部分。
本发明该方面的一个主要实施例所提供的层压板材其特征在于它包括(a)一种复合材料层，该材料层包括树脂基质和增强纤维形成的增强层，和(b)一些金属层。每一金属层是放置在复合材料层的两相对表面上。
根据本发明的一个较佳实施例，所提供的一种层压板材其特征在于它包括一种复合材料层，该材料层具有一些由增强纤维网状编织所形成的增强层，其增强层是基本平行地嵌入在树脂基质中，和一些金属层，每一金属层是放置在复合材料层的两相对表面上。
较好的是，在本发明的层压板材中，用于金属层的材料是钢材，不锈钢材，钛质材料(钛合金)，或铝材(铝合金)，用于形成增强层的增强纤维是玻璃纤维，碳纤维，或芳族聚酰胺纤维，而树脂材料是热塑性树脂或热定形树脂，较好的是热塑性树脂。增强层最好是从由增强纤维无规垫，增强纤维布，单向取向纤维，多向取向纤维构成的组中选择出来的。
本发明的另一方面是提供一种由上述层压板材制做的织机的综框。在本发明该方面的一个较好实施例中，层压板材的总厚度范围为0.5到3.0mm，每一金属层的厚度范围为0.05至0.4mm，并且金属层的表面硬度在维氏硬度标度(HV)上不小于100DPN。
作为使用在本说明书中的术语“综框”包括各种综框，例如用于经纱开口装置的综框和用于把拉链元件固装在拉链带上之目的经线开口的综框，除非术语明显表示为一种特殊综框。
本发明的其它目的，特点和优点在结合附图的下列描述中将更加清楚，其中图1是一平面示意图，它表示了用于传统经纱开口装置的框架一个实例；图2是在图1中沿线A-A所剖的横截面图；图3是一透视图，它表示了为使开口经纱把拉链固装在拉链带之目的所使用的综框的一个实施例；图4是一局部剖面图，它表示了本发明层压板材的层状结构的一个实例；图5是一局部剖面侧视图，它表示了用于生产本发明层压板材的方法的一个实例；图6是一局部剖面图，它表示了一种用于本发明层压板材生产的模压机的金属模具的一个实例；图7是一曲线图，它表示了使用由本发明层压板材制造的综框的织机与使用由传统钢材(YG-4)制造的综框的织机所获得的转动速度与噪音之间的相对关系。
图8是一曲线图，它表示了使用由本发明层压板材制造的综框的织机与使用由传统钢材(YG-4)制造的综框的织机所获得的转动速度与用于驱动综框的凸轮表面磨损量之间的相对关系。
本发明的层压板材享有轻的重量，其呈现适度的弹性和刚性，并且擅长有吸收和抑制噪音的能力，这是因为它主要是由增强纤维树脂复合材料所构成的。由于每一金属层位于由该复合材料制成的主层的两个相对表面上，因此它富有良好的机械强度和耐磨性。本发明的层压板材不仅使对金属表面层的材料而且使这些层的表面条件和厚度以及复合材料层的种类和厚度都能做适当的选择。因此，它能应用于所需求的强度和耐磨性以及所喜欢的重量轻的各种功能的构件。
事实上，本发明的层压板材尤其被选用为织机装置的综框的材料，该综框能够由一种固体结构材料制成。因此，由层压板材制成的综框基本上没有由传统增强纤维复合材料制成的综框所存在的问题，如劣质的刚性和在框架与凸轮随动件连接处所存在经受的“跳动”现象。它们在强度和耐磨性方面还优于传统增强纤维复合材料和铝材制成的综框。它们比由金属材料制成的综框的重量要轻。这样，它们不仅拥有其本身的耐用性，而且还使凸轮、凸轮随动件，有助于驱动它们的构件等不受磨损负担。因此，由于由这种性质的层压板材来制作狭幅织机的综框，即使在织机以高速操作时，在织机中作为高速驱动部件的综框能够抑制惯性和噪音。此外，事实上可使织机以增速条件来操作，以增加拉链带或基质的生产率。
具有硬度和良好的耐磨性以及机械强度的各种金属能够适于用作本发明层压板材的金属层的材料。在适用于上述特点的其它金属中，钢材，不锈钢材，钛材(钛合金)，以及铝材(铝合金)在强度，耐磨性和重量方面证明是尤其有利的。尤其是，使用不锈钢材是十分有利的，因为它避免产生锈和超越的重复疲劳性能。金属层的厚度，表面条件(表面粗糙度和硬度)，以及其它因素可自由选择。由于金属层的表面硬度大大地影响表面耐磨性和整个综框的刚性，因此它最好超过100DPN维氏硬度(HV)。
包括层压板材的内层的复合材料是由含有增强纤维的树脂制成的。热塑性树脂和热定型树脂可用于上述的树脂。尤其是如聚酰胺(PA)，聚碳酸酯(PC)，聚丙烯(PP)，聚黄化丙烯(PPS)，聚氧化丙烯(PPO)和聚酯这样的热塑性树脂从特性和可加工性观点看证明是有利的。从材料的抗疲劳性观点看，最好使用具有如玻璃纤维，碳纤维，和由凯夫拉尔(KevlarR)纤维表示的芳族聚酰胺纤维(芳族聚酰胺纤维由杜邦公司生产)在其混合中的长度不大于1mm这样长度的纤维的热塑性树脂。特别是，良好抗疲劳性的复合材料证明是适用的，该复合材料具有由上述纤维的无规材料或布料形成的增强纤维层，纤维单向取向或多向取向形成的增强纤维层，并且把增强材料埋入于对增强纤维表现出十分令人满意的粘附性的尼龙型树脂的一个基体之中。在复合材料中增强纤维含量从如强度和刚性这样特性观点看其重量百分比最好为30-70％。
根据相适于应用材料的特殊用途，调整如上所述构成的层压板材的总厚度。例如，对于被用于综框的层压板材，其材料总厚度较好的范围约为0.5至3.0mm，最好为1.0至3.0mm。如果厚度小于0.5mm，综框将缺乏刚性(强度)。反之，如果厚度超过3.0mm，综框不仅将有非常大的重量，而且在其之间引入一大间距也是十分困难的。
放置在复合材料层的两相对表面上的每一金属层最好具有0.05至0.4mm的厚度。如果金属层的厚度小于0.05mm，金属层在强度和耐磨性方面将未能表现出需要的效果，并且不得不损失如粘附性和由于不适当小的厚度切断容易程度这样的可加工性的一些因素，以及有层压板材的成本过分增高的缺点。反之，如果厚度超过0.4mm，尽管金属层在强度和耐磨性方面显得令人满意，但结果是增加了重量，造成的问题是层压板材将失去拥有的重量轻的长处。
只要层压板材的总厚度是上述范围之内，复合材料层的厚度，如与上述金属层的厚度联同一起的中间层的厚度不作特别的限定。换句话说，层压板材的厚度可通过适当地改变复合材料层的厚度来得以调整。
当在复合材料中用于增强材料的增强纤维偶然是二维纤维时，对于有多层复合材料形成的中间层(如图4所示)比单层复合材料形成的中间层为更有利，因为生产的层压板材拥有附加强度。具体地说，中间层可由叠加如许多复合材料层而形成的，对于压制步骤之后单位复合材料层来说，其所需给出的厚度范围为0.15至0.2mm。中间层的总厚度可通过适当选择所被叠加组成的层的数量被容易控制。
当三维纤维作为增强纤维时，尽管中间层可包括一些复合材料层，该复合材料层含有三维纤维，它类似于上述的含有二维纤维的复合材料层，但含有这些三维纤维的唯一复合材料层所形成的中间层获得足够的强度。
如上所述层状结构的层压板材具有的重量小于钢板重量的二分之一，强度大约在铝板与钢板之间。
用于生产本发明的层压板材压制上述结构的方法将在下面描述。
包括两个金属层和一个居中的复合材料层的本发明的层压板材或是放入一个由在将会形成表面层的两金属片材之间混合于上述长度的纤维进行预先处理的复合材料板而生产的，或是通过在两金属片材之间交替放入叠层树脂片材和增强纤维的垫或布并促使复合材料和金属片材的粘合而生产的。
尽管这种粘合可以通过使用一种粘合剂来完成，但是它最好是借助树脂的热熔来实现。通过使用一种如所述的热塑性树脂，放入上述的复合材料，或是在两金属层之间交替地叠放热塑性树脂片材和增强纤维层，并在两金属片材的表面上以叠放方向对其施加压力时加热粘结这些层材而实现热焊生产的层压板板产品。加热温度，压力，和热处理时间是随材料，尤其是所使用的选定的树脂而变化的。对于这种处理的标准，即加热粘结层直到树脂熔融并且使得充分流动，其温度范围近似在200-550℃，并且用一压模机压制，其压力范围为3-200kg/cm2，周期约为20-60分钟。实际上，加热温度，压力以及它们的适用时间可根据关于所使用的材料的数据和对其完成最初的实验结果而被设定。
当已经受上述处理的结合层被放置冷却时，其导致具有组合层的本发明的层压板材强有力的粘合。
当金属片材在粘结层经受热焊之前用硅烷偶合剂进行表面处理时，由热焊而固定的层没有大的厚度离散，并且层压板材终究产生出良好的粘合强度。硅烷偶合剂具有的成分由通常化学分子结构式Y-CH2SiX3表示，其中X表示快速对无机物或可水解的替代物如卤素反应的烷氧基，而Y表示一乙烯基、环氧基、或氨基，其快速对有机物反应。对于硅烷偶合剂的具体实例可例举的有γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷，γ-缩水甘油丙氧基三甲氧基硅烷，γ-甲丙烯基丙氧基三甲氧基硅烷，以及乙烯三-β-甲氧乙氧基硅烷。具有适合于金属层种类和复合材料层基质的树脂种类的替代物的硅烷偶合剂可被选用。在层压板材生产之前，金属层的内表面用硅烷偶合剂进行处理，金属层和复合材料层的粘合强度能够得到提高，而无需要求使用粘合剂。
下面结合图4和图5将描述用于生产本发明层压板材所被选用方法的一个实例。
首先，一个用硅烷偶合剂预先处理的金属片材16放置在压模机的一个下模具10b上，把经处理的表面放在上侧，如图5所示。在金属片材1b上，树脂片材3和增强纤维层，较好的是玻璃纤维的平纹组织布4被交替地叠放，树脂片材3放在交替叠放层的顶部，放置一个用硅烷偶合剂处理了表面的同样的金属片材1a，把经过处理的表面放在下侧。然后，把其形成的叠加层用压模机的上模具10a和下模具10b夹在当中，并且加热到规定的温度(约200-550℃)，同时用表面压力为3-200kg/cm2以规定的时间周期来进行压制。其结果是，获得一种层压板材，该层压板材具有高粘合强度叠放在复合材料层2的两相对表面上的各金属层1a和1b，其复合材料层工具有许多布材4以平行叠层的形式(在图示情况中总数为7层)埋置在具有可完全熔融和焊接的树脂片材3的树脂基质中，如图4所示。
图6表示了压模机的金属模具的横截面，其用于制造如图3所示的具有弯曲部件的综框40。上模具11a和下模具11b的各自下表面和上表面成形曲线与综框40的形状相一致。除了使用提供有如图6所示的模具形状的压模机外，被用于制作这种形状的综框40的层压板材可用上述相同的方法进行加工。
如上所述制作的层压板材能够应用在各种成形构件中，该构件要求金属固有的刚性和强度，树脂所固有的轻的重量。例如，当其应用于上述织机的综框时，它能通过激光切割，喷射水切割，NC切割机，或压力装置而切成所要求的形状。
实例用硅烷偶合剂(γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷)预先处理厚度为0.2mm的不锈钢片材放置在压模机的下模具上，把其经处理的表面置放在上侧，如图5所示。在不锈钢片材上，7个树脂(尼龙6)片材和7片玻璃平纹组织布材交替的叠放，以致布材总重量占65％，并且一树脂片材被最后叠放。在这样获得的叠层上，放置一个用硅烷偶合剂(γ-氨丙基三乙氧基甲硅烷)预先处理表面的同样的金属片材，其厚度为0.2mm，把经过处理的表面放在下侧。然后，利用压模机的上模具10a和下模具10b，叠放层被加热到200-250℃，在10-60kg/cm2的表面压力下加压60分钟。在压制之后，所获得的组合层被放置冷却。这样，便获得厚度为1.5mm的层压板材。
这样生产的层压板材对其物理特性进行测验。相同尺寸的一块铝板和一块钢板(YG-4)进行同样的测验，测验结果表示在表1中，以便比较。
表1材料 比重 弯曲模量 弯曲强度(kg/mm2) (kg/mm2)本发明的层压板材 3.4 10,110 20铝板2.7 7,00014钢板(YG-4) 7.8 21,000 28由表1清楚地看到，上述层压板材在重量轻便方面明显低于铝板，而在弯曲模量和弯曲强度方面则经铝板好。尽管它在弯曲模量和弯曲强度方面低于钢板(YG-4)，但它的比重小于钢板比重的二分之一，并且在重量轻便方面比钢板好。可以得出结论，层压板材具有的物理特性居于铝板与钢板的物理性之间。
此外，两种综框由两种材料的每一种来制做，即目前通常使用的层压板材和钢板(YG-4)。由于一些材料使用在其综框中，两种综框之间的重量差别表示在表2中。
表2所使用的织机名称 材料 重量 重量降低比(g) (％)拉链制造装置 本发明的层压板材 137 56.5YG-4 315四臂针织机 本发明的层压板材 103 57.4YG-4 242由表2清楚地看出，由层压板材制造的综框明显地要比由传统材料制造的综框要轻，并且它们的重量总是小于传统材料的两综框重量的一半。
此外，在操作测量期间，实际上使用上述综框织机被运行并且它们发出噪音。在此获得的数据表示在图7中以进行比较。当使用由传统钢板(YG-4)制造的综框时，织机在运行比率为500至1000rpm时其发出噪音接近90dB，并且噪音值按转动速度增加的比例而增加。相反，当使用由层压板材制造的综框时，织机在运行比率为接近500至1600rpm时其发出噪音接近85dB，并且噪音值在靠近85dB变为不变值。当运行比率超过1600rpm时噪音才趋于逐渐增加。
在用于驱动综框的凸轮的使用使用方面，测量凸轮表面的磨损量，来确定转动速度与凸轮表面磨损量之间的相对关系。其结果表示在图8中。从图8中可清楚地看出，使用由本发明的层压板材制造的综框，用来驱动综框的凸轮在表面磨损量上表示出明显减小。从其结果可得知由于根据本发明的综框明显地减小了重量，作用在用于驱动综框的凸轮的负载相应的降低，这些凸轮表面磨损量从而也就减小。
尽管在此已描述了某些特定的实施例和加工实例，但本发明还可包括其它具体的形式而不脱离本发明的精神或本质特点。为此所述的实施例和实例仅是作为说明而不是限定，本发明的范围通过其权利要求会更加清楚而不是前面的描述，包括在权利要求的含义和等同范围的所有变化被确定为包含在其内。
权利要求
1.一种层压板材，其特征是它包括(a)一个复合材料层，该复合材料层包括树脂基质和由增强纤维形成的增强层，和(b)一些金属层，每一金属层叠放在复合材料层的两个相对表面上。
2.根据权利要求1所述的层压板材，其特征是所述的复合材料层具有一些增强层，该增强层是由增强纤维成网状织造而形成的，增强层是基本上平行于树脂基质而被放入的。
3.根据权利要求1或2所述的层压板材，其特征是所述的金属层是由钢材，不锈钢材，钛材，或铝材制造的，所述的增强纤维是玻璃纤维，碳纤维，芳族聚酰胺纤维，所述的树脂是一种热塑性树脂或一种热定形树脂。
4.根据权利要求1或2所述的层压板材，其特征是所述的增强纤维是长度不小于1mm的长纤维，并且所述的树脂是一种热塑性树脂。
5.根据权利要求1或2所述的层压板材，其特征是材料的总厚度为0.5-3.0mm，所述的每一金属层的厚度为0.05-0.4mm。
6.根据权利要求1或2所述的层压板材，其特征是所述金属层的表面硬度在维氏硬度表上(Hv)不小于100DPN。
7.根据权利要求1或2所述的层压板材，其特征是所述的树脂是从由聚酰胺，聚碳酸酯，聚丙烯，聚苯硫，聚苯撑氧和聚酯构成的组中选用的。
8.根据权利要求1或2所述的层压板材，其特征是所述的增强层是从由增强纤维的无规垫，增强纤维布，单向取向纤维，多向取向纤维构成的组中选用的。
9.根据权利要求1或2所述的层压板材，其特征是所述的复合材料层含有的增强纤维的重量百分比为30-70％。
10.根据权利要求1或2所述的层压板材，其特征是所述的金属层具有一个用硅烷偶合剂处理的内表面。
11.用于织机的综框，它是由权利要求1或2所述的层压板材制做的。
全文摘要
一种层压板材和由该板材制做的一种重量轻的综框。层压板材包括(a)一复合材料层，该复合材料层包括树脂基质和由增强纤维形成的增强层和(b)一些金属层，每一金属层叠放在复合材料层的两个相对表面上。在一较好模式中，树脂片材和增强纤维的增强层交替地叠放，两个金属层的每一金属层放置在叠放层的垂直相对表面上，并且加热所获得的粘结层以及用压模机压制以促使组合层的热焊。
文档编号B32B5/02GK1141236SQ961058
公开日1997年1月29日 申请日期1996年5月16日 优先权日1995年5月17日
发明者井口博一, 藤井干也, 松岛春男, 增田义典, 田中嘉治 申请人:Ykk株式会社