通过单层织造织物的超声波间隙焊接形成织物接缝的方法

专利名称：通过单层织造织物的超声波间隙焊接形成织物接缝的方法
技术领域：
本发明涉及在单层织造工业织物(例如PMC织物、空气穿透干燥(TAD)织物、工程 织物、用于织品整饰加工(例如输送)的织物/带、或制革工艺中的带)，本发明涉及在其中 形成接缝的方法。该方法包括本文中称为超声波间隙焊接的超声波焊接，其包括下列步骤 设定焊头和砧座之间的距离；将待焊接的材料置于焊头和砧座之间；以及使用超声波能量 焊接该材料的局部，直到到达止动部件，然后在厚度没有进一步损失的条件下，在该间隙处 连续焊接预定的时间，或直到预定量的能量被吸收。 本发明的目的是在纱线之间形成可靠的结合，该结合比仅仅使用常规缝合方法获 得的结合更坚固。本发明的另一目的是在织物内形成更好的接缝完整性，其焊接的接缝区 域在机器方向比对应的常规接缝窄，甚至窄于通过胶合增强的接缝。 本发明的另一目的是，在机器方向对于相同长度的接缝而言，提供具有更坚固和/ 或更耐久的接缝的织物。优选地，在机器方向测定的接缝宽度为通常接缝或使用相同强度 的常规技术形成的接缝的宽度的小于1的比率。该比率可以为0. 7或更小，优选为0. 5或 更小，最优选为0. 3或更小。例如，如果"X"为根据现有技术或常规缝合方法形成的在机 器方向的接缝的宽度，则在相同强度的条件下，根据本发明形成的接缝的宽度为，例如0. 7X 或更小，优选为0. 5X或更小，最优选为0. 3X或更小。 本发明的另一个目的是使用本发明的超声波间隙焊接技术来增强诸如工业织物 (例如造纸布，特别是干燥织物)中使用的销接缝和直列式螺旋缝。销接缝(其还需要将机 器方向纱线重新编织进织物本体，从而具有由于纱线滑移和脱出而失效的可能)也可通过 本文所述的超声波焊接技术来改善。在这种接缝中，形成接缝环本身的机器方向纱线可被焊接或熔合至机器横向纱线，从而防止它们在使用中经受操作张力而脱出。 通过消除与常规超声波焊接法有关的缺点，本发明的超声波间隙焊接技术能够获
得具有足够强度的光滑的织物接缝，并且有益于通过点焊或沿着织物末端形成织物接缝。
本发明还涉及通过超声波间隙焊接形成织物接缝，所述超声波间隙焊接包括设
置机械止动部件以控制焊头的焊嘴和砧座之间的距离，使单层织造缝合和结合的织物的纱
线末端对齐，将对齐的纱线末端置于焊头和砧座之间的接缝中，将焊头和砧座之间的距离
调节到固定的预定间隙，以及在该间隙处，在纱线或织物的厚度没有进一步损失的条件下，
使用超声波能量以预定的时间焊接织物的纱线末端，或直到预定量的能量被纱线吸收。 本发明包括使织物的纱线末端回拉和接缝末端磨损最小化的方法，该方法包括使
用超声波焊接织物的接缝末端。 本发明还涉及使用所述的方法在使本文中所述的经纱重叠最小化至没有经纱重 叠的情况下将织物的相邻经纱的两端彼此焊接和/或与它们横越的机器横向纱线焊接。
附图
简要说明 现在将参照附图来更加完整详细地描述本发明，其中下面标出的同样的参考标号 表示同样的元件和部件。
图l(a)-l(d)示出了与常规接缝形成有关的问题； 图2(A)示出了根据本发明的实施方案的超声波间隙焊接的方法； 图2(B)示出了根据本发明的实施方案的超声波间隙焊接的方法； 图3是使用根据本发明的一个方面的超声波间隙焊接来制备织物的实施例； 图4是根据本发明的实施方案的织物的剖视图； 图5是示出接缝和互锁位置的原理的图； 图6比较了常规胶合的织物和由根据本发明的一个实施方案的超声波间隙焊接 形成的不同互锁长度处的织物接缝的断裂强度；以及 图7A和7B示出了使用本发明实施方案获得接缝厚度的保持和改善的接缝强度。
发明详述 本发明涉及本文中称为超声波间隙焊接的超声波焊接方法，该方法包括下列步 骤通过(例如)设置机械止动部件或利用其他方式控制焊头和砧座之间的距离，从而控制 焊接深度，将待焊接的材料置于焊头和砧座之间；以及使用超声波能量焊接该材料局部，直 到焊头到达预定深度或间隙，然后在该间隙距离处，在纱线厚度没有进一步损失的条件下， 以预定的时间继续焊接，或直到预定量的能量被吸收。在间隙焊接中，机械止动部件(未示 出)可用于控制焊头能够到达砧座的最近距离。换句话说，机械止动部件控制超声波焊头 可以穿入待焊接的织物的深度。该焊头和砧座之间的距离为间隙。当焊头到达机械止动部 件时，在纱线或织物厚度没有进一步损失的条件下，其继续在该间隙处焊接一定时间或施 加预定的能量。当施加超声波能量时，该材料保持压縮状态。这抑制了纱线坍塌，并允许更 多能量进入焊接中，但不会过度焊接、厚度减小、过热，并且不会导致纱线材料性能(例如 分子取向)的损失。例如，如果织物厚度为1. Omm，则可设定机械止动部件，使得焊头的焊嘴 和砧座之间留有的间隙为0. 4mm。然后将0. 6mm的焊头焊接到织物中。这允许使用时间或 能量模式来使得焊接中能量增加。然而，该任务能控制焊头穿入的深度或砧座穿入的深度。 在任何情况下，砧座和焊头的焊嘴之间的间隙确定了这样形成的焊缝深度和焊缝强度。还必须考虑焊头运动(振动)的振幅来计算间隙。 图2(A)示出了根据本发明的一个实施方案的超声波间隙焊接。就此而言，应用超 声波焊头IO，其使用高频超声波能量来焊接织物。使用砧座20作为支承装置，其上放置待 焊接的织物30。基于待焊接的织物的厚度和需要焊接的深度，将超声波焊头10降低至预 定水平。图2(B)进一步示出本发明的超声波焊接中使用的装置。该装置包括超声波焊或 本领域中通常称为超声波组件装置14(或声组件装置)的装置。组件装置14由三部分构 成，即转换器22、增压器24和焊头26。在组件装置14中，围绕增压器的环28夹在组件装 置支承器25内。设定机械止动器15，以防止支承组件装置中点(neutral point)或增压 器的环的组件装置支承器25或夹子从所需的点进一步向下移动。当超声波焊开启时，焊头 的焊嘴在该设定点的上面和下面以一定的振幅振动。然而，当超声波焊关闭时，机械止动器 15为焊头10和砧座20之间设定固定距离。例如，如果要使部件1和2焊接在一起，基于 部件的厚度和所需焊接的深度，将止动器15设定为具有预定高度。当组件装置14开始向 下移动时，超声波焊嘴关闭，在焊头接触样品后很快就达到预定负载值。该负载是通过(例 如)安装在组件装置外壳上的压力传感器(例如测压元件)来测定的。在该点超声波能量 被打开。应注意，组件装置外壳(此处由夹入其中的增压器24的环28来表示)在该点没 有接触止动器15。随着焊接的继续，焊接产生的热结合焊头在部件上的向下压力而产生的 热，引起焊接区域中的材料厚度降低，直到组件装置外壳25撞击到止动器15为止，从而防 止纱线或织物厚度的进一步降低。然而，超声波能量保持为开启，并且继续进行焊接。在超 声波能量关闭后，焊接部分通常在压力下保持预定时间，以使它们能够冷却并固化在一起， 这获得改善的物理性能，例如强化焊接区域。然后收回组件装置14，从而完成间隙焊接。
使用时间、能量或距离来控制标准焊接。例如，如果满足特定的触发力，机器按照 设定的时间、或设定的能量、或进入织物中某一距离进行焊接。超声波间隙焊接技术能够产 生更坚固的结合和可接受的纱线变形，并且允许在织物的整个宽度上持续焊接(因为所有 的焊接参数都被固定)，以及允许增加附加程度的控制，其在更大的可接受的加工条件的窗 口下有助于更坚固的加工。 本发明在形成单层织造工业织物的接缝中具有特别应用，单层织造工业织物为例 如PMC、 TAD织物、工程织物、或用于诸如轧光的织品整饰处理的织物/带或皮革带。然而， 其他应用也是可行的。就此而言，图3为使用根据本发明的超声波间隙焊接技术焊接织物 30的实施例。如果纱线末端位于织物的织造接缝内，则焊接发生。 一些织物具有10，000或 更多个这样的纱线末端。参见图4中织物30的剖视图，其示出了焊接的纱线末端和与机器 横向纱线的焊接。被焊接于其中的织物30的厚度为0. 9mm，并且将砧座和超声波焊头之间 的间隙设定为O. 4mm。从图3和图4可以看出，本发明的技术使焊接工艺具有精确度和厚度 均匀性。 焊头和砧座之间的间隙也通过待焊接的材料测定。在本发明的一个实施方案中， 待焊接的材料为织物，并且焊头和砧座之间的间隙为织物厚度的约30%至约55%。在本发 明的进一步的实施方案中，焊头和砧座之间的间隙为初始织物厚度的约40 % 。还可以想像 适用于所述目的的其他间隙距离。 注意，在造纸机布中，初始织物厚度可位于约0. 5-3. 5mm的范围内。对于工程织 物，初始厚度可以位于约0. 8mm至6. Omm、或更大的范围内。
例如，如图5所示，在机器方向各焊缝的实际长度取决于各互锁区域中平行节的 数量、以及经纱和讳纱的尺寸、和它们的密度(数量和间隔)。然而，这仅仅示出了接缝和互 锁位置的原理。实际图案取决于布的本体中的编织图案和与此相关的端点的可能分布。各 焊缝的宽度还取决于细丝直径和纬纱或机器方向纱线间隔。焊缝可制得尽可能小，以保持 织物的特性和相关纸张或其他制得的产品的特性。 对于通过本文中所述的方法形成织物接缝，由于TAD织物的性能，使用TAD织物是 优选实施方案。织物接缝并不沿其自身折回；而是织物接缝与常规单层织造和缝合的织物 类似，在缝合织物中，织物纱线的末端被编织进入对面的织物(例如销接缝织物)的对应
丄山顺。 不论单层织造织物为TAD织物或是为工程织物，接缝强度和均匀性的性能以及纱 线末端在织物的背侧上或机器运行侧上的位置，对于用于它们期望目的的许多产品都是很 重要的。 根据本发明形成的织物接缝末端可以是任何长度和/或宽度，其取决于焊头的尺 寸。末端尺寸可以随着新产品而改变，并且还存在下列事实目标为使末端更短，并且机器 方向的接缝区域本身尽可能小。与在织物的机器方向相同长度的常规接缝相比，使用本发 明的超声波焊接方法的结果是能够形成更坚固和/或更耐久的接缝。优选地，在机器方向 测定的接缝宽度为通常接缝或使用相同强度的常规技术形成的接缝的宽度的小于1的比 率。该比率可以为0.7或更小，优选为0.5或更小，并且最优选为0.3或更小。例如，如果 "X"为根据现有技术或常规缝合方法而形成的在机器方向的接缝的宽度，则在相同强度的 条件下，根据本发明形成的接缝的宽度为(例如)0. 7X或更小，优选为0. 5X或更小，最优选 为O. 3X或更小。 在本发明的一个实施方案中，焊缝仅由各互锁中的两个纱线末端构成，并且局部 结合至互锁区域中的机器横向纱线。 注意，单层织造织物(例如TAD织物和工程织物)通常包括单丝股线或聚合物纱 线，例如聚酯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。 如上所述，在单层织造织物中，接缝纱线末端易于在机器运转状况下回拉。用于粘 合纱线接缝末端的标准粘合剂还允许一定程度的纱线回拉随时间发生。超声波焊接利用比 标准胶合方法高两倍或三倍的强度来锁定接缝末端。可接受的是，超声波焊接能够导致织 物厚度至多55%的减少和获得坚固的结合。然而，不可接受的结果是，焊接区域太大、纱线 的过度熔融、和织物的整体变形，因此需要设定合适的参数。 注意，本文中所述的超声波间隙焊接技术产生更坚固的织物接缝，其具有可接受 的变形量。例如，图7A是在80X的焊头运动的振幅下使用基于时间的通常的超声波焊接技 术和本发明的0. 4mm的超声波间隙焊接技术的比较，示出了 TAD织物随时间变化的厚度保 持。图7B比较了分别通过两种技术形成的两种织物的拉伸强度。图7A和7B示出使用本 发明的超声波间隙焊接技术来获得的改善的接缝强度，由此保持了织物厚度并且提高了接 缝强度。 还要注意，本发明能够使接缝纱线末端的磨损降低。接缝末端通常比织物本体磨 损更快，因为它们易于比织物平面更高凸出。通过将末端降低并保持在织物平面之下，本文 中所述的超声波间隙焊接方法有利地减少了纱线末端先于织物本体磨损的可能性。
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另外，本发明包括使织物中的接缝末端的末端接缝回拉最小化的方法，该方法包 括超声波间隙焊接。 本发明还涉及使用本文中所述的方法来改善接缝强度。通过所述超声波间隙焊接 工艺形成的接缝具有下列益处接缝更短(在机器方向测定)，并更坚固，由此降低纸张产 生纸痕的可能性，例如，或防止纱线末端移位造成面巾/纸巾中形成孔洞。
本发明还涉及改善接缝的完整性。例如，在使用织物时，重要的是织物在(例如) 生产面巾纸或纸巾的机器上运转时，接缝区域能够保持其完整性。每个纱线末端都是重要 的，本发明建议的方法可用于特定位置的具有预定图案的特定纱线。使用该方法的结果是， 其所制得接缝纱线末端相对于胶合的纱线末端更不易失效。例如，可将接缝纱线末端区域 按照需要制成厚度低于初始织物。保持织物接缝的完整性能够增加织物的有效运转寿命。 尽管已经讨论了单层织造织物的接缝，但是本发明的超声波焊接技术可用于其它类型的接 缝，例如销接缝，其中形成接缝环本身的机器方向纱线可被焊接或熔合至机器横向纱线，从 而防止它们在使用中的操作张力下回拉，因此改善了接缝强度以及应力或负载分布的均匀 性。 下面将通过非限制性实施例来进一步描述本发明。 实施例 实施例1 使用40kHz超声波间隙焊，在40微米的振幅下将TAD织物暴露达500ms的焊接时 间和1秒的保持时间(即，在焊接后以及使焊头提升之前，焊头在焊接位置停留1秒)。接 缝区域上的测量压力为144kPa，触发力(TRS)为111N。 处理的结果为，使TAD织物具有强化的接缝纱线末端(参见图3)，其在造纸机上进 行的试验运转中经历最小的接缝纱线末端回拉。另外，所得TAD织物的接缝末端具有比胶 合接缝大的多的强度。 图6比较了胶合和超声波间隙焊接织物的接缝在互锁区域的不同长度织物接缝
的断裂强度。明显地，与常规胶合的织物接缝、特别是在接缝中互锁的胶合的机器方向长度
为中等或较短时，使用本发明的超声波间隙焊接方法焊接的织物具有更高的强度。 因此实现了本发明的目的和优点，尽管本文中公开和详细描述了优选的实施方
案，但是其范围和目的不应受限于此；而是其范围应理解为受到所附权利要求的限制。
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权利要求
一种焊接具有接缝区域的工业织物的方法，该方法包括下列步骤确定焊接过程中焊头和砧座之间的预定间隙；在所述焊头和所述砧座之间放置待焊接的织物接缝区域的末端；将所述焊头和所述砧座之间的距离调节至所述预定间隙；以及通过施加预定时间的能量或直到预定量的能量被所述接缝区域末端吸收，在所述预定间隙处，对所述织物的所述接缝区域进行焊接。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中所述织物选自PMC织物、TAD、工程织物、用于诸如 轧光的织品整饰处理的织物以及制革的织物。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述焊头和所述砧座之间的间隙为被焊接的织物 的初始厚度的30%至55%。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述织物为单层织造织物。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述预定间隙由机械止动部件控制。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中与通常接缝或使用常规技术形成在所述织物的机 器方向长度相等的接缝相比，所述焊接的接缝区域更坚固和/或更耐久。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中在机器方向测定的所述接缝区域的宽度占通常接 缝或使用相同强度的常规技术形成的接缝的宽度的比值为0. 7或更小，优选为0. 5或更小， 并且最优选为0.3或更小。
8. —种降低织物中接缝末端区域磨损的方法，该方法包括下列步骤 超声波焊接所述织物的纱线末端，通过将焊头的穿入限制到预定间隙，以及确保所述纱线末端在所述织物平面下，所述焊接被控制到所述焊头和砧座之间的所述预定间隙。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述织物的纱线末端焊接在一起，具有最少的经 纱重叠。
10. 根据权利要求8所述的方法，其中所述织物选自PMC织物、TAD、工程织物、用于诸 如轧光的织品整饰处理的织物/带、以及用于制革的织物/带。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中所述焊头穿入被焊接的织物的初始厚度的30% 至55%。
12. 根据权利要求8所述的方法，其中所述织物为单层织造织物。
13. 根据权利要求8所述的方法，其中与通常接缝或使用常规技术形成在所述织物的 机器方向长度相等的接缝相比，所述焊接的接缝末端区域更坚固和/或更耐久。
14. 根据权利要求8所述的方法，其中在机器方向测定的所述接缝末端区域的宽度占 通常接缝或使用相同强度的常规技术形成的接缝的宽度的比值为0. 7或更小，优选为0. 5 或更小，并且最优选为0. 3或更小。
15. 根据上述方法形成的工业织物中的接缝，该方法包括下列步骤 确定焊接过程中焊头和砧座之间的预定间隙； 在所述焊头和所述砧座之间放置待焊接的织物接缝区域的末端； 将所述焊头和所述砧座之间的距离调节至所述预定间隙；以及通过施加预定时间的能量或直到预定量的能量被所述接缝区域末端吸收，在所述预定 间隙处，对所述织物的所述接缝区域进行焊接。
16. 根据权利要求15所述的接缝，其中所述织物选自PMC织物、TAD、工程织物、用于诸如轧光的织品整饰处理的织物/带、以及用于制革的织物/带。
17. 根据权利要求15所述的接缝，其中所述焊头和所述砧座之间的间隙为被焊接的织 物的初始厚度的30%至55%。
18. 根据权利要求15所述的接缝，其中所述织物为单层织造织物。
19. 根据权利要求15所述的接缝，其中所述预定间隙由机械止动部件控制。
20. 根据权利要求15所述的接缝，其中所述织物的末端焊接在一起，具有最少的经纱 重叠。
21. 根据权利要求15所述的接缝，其中与通常接缝或使用常规技术形成的在所述织物 的机器方向长度相等的接缝相比，所述焊接的接缝区域更坚固和/或更耐久。
22. 根据权利要求15所述的接缝，其中在机器方向测定的所述接缝的宽度占通常接缝 或使用常规技术形成的接缝的宽度的比值为0. 7或更小，优选为0. 5或更小，并且最优选为 0. 3或更小。
23. 根据权利要求15所述的接缝，其中所述末端在所述织物平面下。
24. 根据权利要求1所述的方法，其中所述接缝为销接缝或直列式螺旋缝。
25. 根据权利要求15所述的接缝，其中所述接缝为销接缝或直列式螺旋缝。
26. 根据权利要求8所述的方法，其中所述接缝为销接缝或直列式螺旋缝。
全文摘要
本发明涉及单层织造织物的超声波间隙焊接。具体而言，本发明涉及一种使用可控间隙来超声波焊接织物的纱线接缝末端的方法。基于焊接深度和焊接能量，机械止动部件(15)用于将焊头(26)和砧座之间的距离或间隙控制到预定水平。通过增加另一程度的控制，本发明的超声波间隙焊接技术能够获得比常规接缝、甚至使用胶合改善的那些接缝更坚固的织物接缝，并且有益于通过点焊或沿着织物纱线的末端形成织物接缝。
文档编号B29C65/00GK101796248SQ200880105926
公开日2010年8月4日 申请日期2008年8月27日 优先权日2007年9月5日
发明者珍妮弗·L·鲍登, 约瑟夫·博特略, 约翰·J·拉冯德, 莱恩·F·克洛尔 申请人:阿尔巴尼国际公司