CN100441904C - 用于带式分离装置的连续的传送带的成形方法及传送带 - Google Patents

Abstract

这份申请揭示一种用热塑性片材的第一(52)和第二(54)部分制成的传送带，这两个部分分别包括为了沿着热塑性片材的第一和第二部分对应的第一和第二边缘定义众多第一和第二开口(50)而被隔开的众多第一和第二凸出部(56)，其中众多第一凸出部与众多第二凸出部结合，以便将第一边缘和第二边缘结合起来。另外还揭示了用来形成热塑性材料的传送带的方法，其中包括在热塑性片材的第一部分的第一边缘上和在热塑性片材的第二部分的第二边缘上形成角，分别在热塑性片材的第一和第二部分中形成众多第一和第二开口，把第一和第二边缘放在一起使它们重叠，以及使热塑性片材的第一个和第二部分结合在一起。

Description

用于带式分离装置的连续的传送带的成形方法及传送带

技术领域

本发明涉及可以在带式分离装置中用来基于粒子的带电情况把粒子混合物分开的传送带，更明确地说，涉及改进的传送带和制造传送带的方法。

背景技术

带式分离系统(BSS)被用来基于表面接触(即，摩擦电效应)使不同的成份带电把粒子混合物的各种成份分开。图1展示带式分离系统10，例如，在共同拥有的美国专利第4,839,032和4,874,507号中揭示的那种系统，在此通过引证将它们全部并入。带式分离系统10的一个实施方案包括为了定义纵向中线18按纵向安排的被隔开的平行电极12和14/16，和在被隔开的电极之间纵向行进的与纵向中线平行的传送带20。传送带20形成一个由一对末端滚筒22、24驱动的连续的环。粒子混合物在电极14和16之间的加料区26被加载到传送带20上。传送带20包括用来沿着电极12和14/16的长度传送粒子混合物的各种成份的按相反方向移动的逆流行进的一段传送带28和30。

作为唯一的移动部份，传送带20是BSS的关键部件。传送带20在极端磨损的环境中以高速(例如，大约每小时40英里)移动。两个一段传送带28、30与中线18平行地按相反的方向移动，因此，如果它们进入接触，相对速度是大约每小时80英里。相关技术的传送带先前是用耐磨单丝材料编织而成的。这些传送带相当昂贵而且并且只能持续大约5小时。故障模式通常是由于纵向起皱造成的纵向磨损斑纹，这将磨损传送带上纵向的孔，以致它将崩溃并且附着在它自身上。要素当它们在通过分离器的移动中横向移动和弯曲时也将磨损。申请人在试图寻找寿命较长的编织材料已尝试用不同的材料和不同的织法改进这样的传送带。这些尝试是不成功的。

当前在BSS10中使用的传送带是用挤出材料制成的，这种材料与编织带相比有较好的耐磨性而且可能持续大约20小时左右。这种传送带的挤出是在题为“Separation System Belt Construction(分离系统传送带构造)”的共同拥有的美国专利第5,819,946号中描述的，在此通过引证将其并入本文。

参照图2，在那里举例说明一段传送带40(例如，当前在图1的BSS中使用的)的示意图。尽管控制传送带的几何形状是符合需要的，但是用挤出传送带难以实现。

在BSS中使用的传送带的一个实例可能包括由纵向要素42【即，在传送带运动方向(如箭头41所示)上沿着传送带的水平长度安排的要素】和横向要素46【即，实质上与纵向要素垂直的要素】形成的结构，如图2所示。横向要素46可能被加工成有特殊形状的传送带前缘43。纵向要素46运送负载(即，各种成份的混合物)，同时经受以大约每秒6个滚筒的速率在末端滚筒22、24(见图1)上通过的挠曲。

当前制作用于BSS的传送带的挤出工艺必然是包括所用聚合物的选择、添加剂的选择、挤出设备的、挤出工艺所用的温度和挤出速率的许多因素的折衷。依照一个实例，当前用来制造挤出传送带的挤出工艺的操作如下。基本聚合物和添加剂的适当的混合物(优选预先混合在一起)被喂入挤出机，在螺杆的机械运动把材料加热到它的塑化温度的情况下，而且挤出机把塑料向下移动通过机筒进入模具。模具有圆形的横截面，而且有许多与连续的纵向要素42相对应的轴线平行的凹槽。每条横向要素46是通过这样移动模具内部的零件使装满材料的环形凹槽腾空形成横向要素46生产的。控制传送带的几何形状主要是通过在形成每个个别横向要素46期间调整瞬时的挤出速率完成的。终止在横向要素中的材料对于纵向要素不是可用的，反之亦然。所以，为了调整横向要素的几何形状改变挤出速率的同时避免改变纵向要素的横截面是困难的。在纵向要素和横向要素的网作为圆形截面成形之后，它被冷却，例如，通过在水浴中浸渍，然后切开和展平形成平坦的网。

疲劳强度是在BSS中使用的传送带的一个重要方面。为了得到好的疲劳强度，在要素横截面变化处的应力集中应该被避免。然而，维持横截面的一致性是困难的，因此，挤出传送带的疲劳寿命往往是棘手的问题。

传送带被广泛地用于传送材料，而且传统的传送带得到很好的发展。通常传送带是用有织物增强筋的弹性体构成的。通常的实践是使用没有孔眼的连续的固体传送带。这样的传送带不适合现在的申请，因为对在BSS中通过传送带传送的材料的要求。

如同在共同拥有的美国专利第5,904,253号(在此通过引证将其并入本文)中描述的那样，控制传送带的几何形状也是重要的。参照作为图1的BSS的局部放大图的图3，反方向行进的一段传送带28、30的方向分别用箭头34和36表示。如图3所示，传送带40的预期的几何形状的一个实例是在横向要素46的前缘43(见图2)有一个锐角44。

在现在的挤出实践中，前缘的几何形状是通过调整聚合物组成、所用的添加剂和挤出条件控制的。改变这些参数对传送带的其它性质和它在BSS中的性能也有影响。此外，在挤出工艺中，能用来制造这样的传送带的聚合物也受到限制。有许多聚合物不能挤出加工，因此不是通过挤出制造传送带的备选聚合物。此外，为了通过挤出工艺实现传送带预期的性质，需要大量的挤出添加剂。然而，许多添加剂的出现使挤出工艺复杂化和可能造成相容性问题，尤其是对于食物级的应用。许多尺寸控制需要的添加剂也起增塑剂的作用，而且增加蠕变速率和降低传送带的耐磨性。往往以一种方式改变一种性质将对其它性质有不利的影响。

因此，已知的制造用于BSS的传送带的方法受限制能用于构成传送带的材料的挤出工艺的限制，而且连累能获得的几何形状。当前的传送带没有预期的长磨损寿命、好的疲劳强度而且不像预期的那样容易制造。

发明内容

根据本发明的一个实施方案，一种用来使热塑性片材的第一部分的第一边缘和热塑性片材的第二部分的第二边缘彼此结合的方法，该方法包括：在热塑性片材的第一部分的第一边缘和热塑性片材的第二部分的第二边缘上形成匹配角，以致第一边缘和第二边缘相对于热塑性片材的表面是匹配并且倾斜的；在热塑性片材的第一部分中形成众多第一开口，这些开口横向延伸到热塑性片材的第一部分的第一边缘，以致形成凹槽；在将与热塑性片材的第一部分结合的热塑性片材的第二部分中形成众多第二开口，这些开口横向延伸到热塑性片材的第二部分的第二边缘，以致形成凹槽；把热塑性片材的第一和第二部分的匹配并且倾斜的第一和第二边缘稍微交迭的放在一起，以致热塑性片材的第一和第二部分配合在一起并且包括交叠部分；以及把热塑性片材的第一和第二部分结合在一起；众多的第一开口横向延伸越过热塑性片材第一部分的高热影响区的边界58，热塑性片材的第二部分的众多的第二开口横向延伸越过热塑性片材第二部分的高热影响区的边界60。

根据本发明的另一个实施方案，一种传送带，其中包括：热塑性片材的第一部分，第一部分包括相对于传送带的表面倾斜的第一边缘以及众多沿着热塑性片材的第一部分的第一边缘的第一开口以形成凹槽；以及热塑性片材的第二部分，第二部分包括相对于传送带的表面倾斜的第二边缘以及众多沿着热塑性片材的第二部分的第二边缘的第二开口以形成凹槽；其中第一和第二倾斜的边缘带有重叠的被接合在一起以形成交叠部分；以及众多的第一开口横向延伸越过热塑性片材第一部分的高热影响区的边界58，和众多的第二开口横向延伸越过热塑性片材第二部分的高热影响区的边界60。

附图说明

本发明上述的和其它的特征、目的和优势从下面参照相似的参考数字在不同的视图中处处表示相似的要素的附图的描述将变得显而易见。在这些仅仅为了举例说明的目的提供的而不倾向于定义本发明的限制的附图中：

图1是带式分离系统(BSS)的一个实例的示意图；

图2是用在BSS中的挤出传送带的一部分的放大视图；

图3是BSS的包括两个电极和一段传送带的部分的放大视图；

图4是依照本发明的一个实施方案将结合在一起的两部分传送带的视图；

图5是依照本发明的一个实施方案将结合在一起的两段传送带的侧视图；

图6是依照本发明的若干方面用来制造传送带的方法的一个实例的流程图；

图7是依照本发明的若干方面将结合在一起的两段传送带的端视图；

图8是依照本发明的若干方面一部分传送带的平面图。

具体实施方式

某些诸如包含至少一种烯烃单体的聚合产物的热塑材料、热塑性片材和热塑弹性体之类的材料是具有适合BSS传送带的性质的材料。可能有用的热塑性材料的一个实例是尼龙，另一个是超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。UHMWPE是具有使它变成用于BSS传送带的理想材料的性质的优良材料的一个实例。它极耐磨，例如，它比类似的应用中其次的最佳材料耐磨大约一个数量级，它摩擦系数低，无毒，是优良的电介质，而且容易得到。令人遗憾的是它不能挤塑成形，所以不能使用已知的挤出技术用它制造传送带。

UHMWPE在摄氏138度熔融。熔点是在不透明的白色材料变得完全透明的时候凭视力测定的。熔融UHMWPE的粘度是如此高，以致它在熔融时不流动，而且其制品即使在完全熔融的时候也保有它们的形状。UHMWPE熔融时极高的粘度导致熔融UHMWPE冷却时在形成晶畴方面相当大的延迟，因此，UHMWPE的结晶不是瞬间的。和所有的聚合物材料一样，UHMWPE的热膨胀系数高。它在熔融时也有相当可观的膨胀。这种在热循环期间和之后的膨胀和收缩给UHMWPE的热处理带来实质上的困难。传统的结构模塑材料(例如，金属)有比UHMWPE低得多热膨胀。因此，在UHMWPE冷却期间的收缩在模塑材料之间、在不同温度的UHMWPE区段之间、甚至在不同结晶度的UHMWPE区段之间造成相当大热应变。结晶度是密度并因此是UHMWPE零件的任何特定部分的体积的决定因素。

依照制造UHMWPE制品的方法的一个实例，UHMWPE是作为粉末合成的。这种粉末可以在高温和高压下被压塑成厚坯料，后者可以在灼热的时候被切成所需厚度的片材。UHMWPE是作为厚坯料模塑的，因为在温度、结晶度、密度方面并因此在比容方面的梯度相对于坯料的尺寸很小，从而导致小的热应变。在厚坯料中，模塑表面上的应力与本体材料的收缩应力之比比较低。反之，薄的部分这个比值比较高，而且更可能通过裂纹表现欠佳或不对称地屈服，从而导致残余应力。

依照一个实例，BSS传送带是薄的，例如，大约1/8英寸，而且是大约45英寸宽的。用来形成BSS传送带的材料长度可能是大约60英尺。UHMWPE片材是市场上购买的，片材尺寸为4英尺乘8英尺或4英尺乘10英尺。因此，BSS传送带可能是通过把几块这样的片材结合在一起形成的，下面将予以更详细的讨论。作为替代，BSS传送带可能用单一的UHMWPE片材制成，其末端可能要结合在一起才能形成连续的传送带。在另一个实例中，一些狭窄的片材可能要沿着片材的长度结合在一起才能形成宽的拼合片材，然后其末端可能要结合在一起以便形成连续的传送带。

数块UHMWPE焊接(或结合)在一起在相关技术中没有达到任何重要程度的经验，这在很大程度上是因为难以处理所产生的热应变。因此，当UHMWPE被广泛地用于钢材的表面的磨蚀保护的时候，它被用作机械地封合到被保护的钢材表面上的独特片材。当传统的热封合型设备被用来尝试使用适合其它聚合物的技术焊接UHMWPE的时候，结果是不满意的。焊接区变成液体(这是通过它变得光亮指示的)，而且如果两个液体块被压在一起它们将会粘合。然而，当制品被冷却的时候，高热影响区大幅度收缩，从而导致片材实质性的翘曲。这种翘曲随着制品继续结晶逐渐增大，而且片材在冷却时往往会裂纹。例如，被加热的材料在它灼热时由于塑性变形适应热应变。然后，随着逐渐冷却的材料收缩，它变得太硬无法塑性变形，于是它弯曲或裂纹。人们能看到片材在刚刚从焊接装置上取下来并且冷却到室温时是平坦的，仅仅一天之后由于继续结晶和收缩发生翘曲。

UHMWPE的硬度也是结晶程度的敏感函数。较少结晶的材料比较软，而且有比较低的模量。然而，当BSS的传送带运行的时候，该材料每秒弯曲许多次。这种挠曲有引起传送带的材料进一步结晶的趋势，从而导致尺寸和硬度进一步改变。

BSS的传送带通过狭窄的间隙高速移动，例如，大约每秒20米。在这个速度下，如果它抓住某物或撞击颠簸材料，传送带可能很快地损坏。使传送带脱离电极平面的翘曲是无法接受的，因为那样传送带被推向电极和在BSS的电极之间穿越的传送带的其它区段，这将逐渐增加负荷，而且也能导致传送带在加料处“抓住”它自己或“抓住”电极中的开口。传送带“抓住”能导致传送带严重损坏。传送带还可能变成纵向完全断裂的毫不相干的两块。当传送带的两个残留片段继续在BSS中运行的时候，一种不受欢迎的情形产生，因为在两个移动部分之间存在停滞的静止区域，在那里传导性材料能够堆积并且引起高压电极短路。

为了避免传送带抓住开口，传送带的翘曲必须保持小于电极12、16之间的间隙31的宽度的一半(见图3)。对传送带施加张力可能是想改正任何翘曲。然而，事实上，如果外加足够的张力，每种材料都将翘曲。所有的材料都有某个泊松比，它要求材料在一个方向拉伸时在所有的垂直方向收缩。例如，薄的传送带材料不能支持这个横跨其宽度的压缩负荷，所以它起皱，从而造成纵向的皱纹。在某些编织传送带上已观察到的故障模式是导致传送带的一些部份隆起被磨掉的纵向起皱。在大多数BSS应用中，磨掉传送带的翘曲部分是不能接受的。

理论上，每次加热和冷却一些整段的传送带或许使焊接这些段传送带变成可能的。然而，在实践中，即使那种途径也是棘手的。引起翘曲的是热膨胀的梯度，它导致不同的热应变从而在材料中导致不同的应力。材料的热膨胀是由温度变化和相位变化两者造成的。相位变化不是完全一致的和各向同性的。因此，对整段传送带施加一致的温度不一定引起材料相等的膨胀和收缩。在熔点以上，材料是粘弹性的，在这种情况下应力取决于应变率。此外，同时给整段传送带加热和冷却将需要一个非常大的模具，而且因为合乎需要的传送带相当薄，所以传送带在冷却时接触刚性的金属模具将有可能裂纹。

在把二片材料焊接在一起时发生的翘曲起源于在加热和冷却循环期间发生的不可逆的变形。UHMWPE必须被加热到正好在熔点以上，以达到足够的迁移率，使表面分子在冷却之时相互扩散形成强键。UHMWPE在加热期间膨胀，总体积变化大约为10％，而且灼热材料的屈服应力比未加热的材料低很多。靠近高热影响区的凉的材料制止灼热材料屈服。当灼热材料冷却的时候，它收缩，而且随着它变得比较凉和比较硬，屈服应力逐渐增加，而且它能够对未加热的材料施加充份的应力，引起挠曲或变形。使焊接区变得比较薄使冷却期间被加热的材料中的累积应力超过正在冷却的材料的强度，而且它由于裂纹而损坏。使焊缝非常薄还将降低焊缝的强度。

用UHMWPE制作的传送带的变形或翘曲是借助高热影响区的收缩和周围材料的起皱决定的。任何数量的翘曲都取决于总应变，后者取决于焊缝的总长度。例如，在40英寸宽的传送带中，10％的应变(起因于前面讨论过的10％的体积变化)对于冷的材料造成+2英寸的变形，对于灼热的材料造成-2英寸的变形。灼热材料有一些屈服，但是即使2.5％的长度变化(每40英寸1英寸)导致相当大的翘曲。在传送带平面范围外的翘曲对于BSS传送带可能是关键的参数，而且取决于翘曲的波长。如果翘曲作为单一的正弦波被拉紧，在平面范围外的总变形可以用下式近似计算：

d²＝(λ/4*1.025)²-(λ/4)²(1)

其中d＝变形，λ＝波长。

因此，如果正弦波的波长是80英寸(40英寸焊缝长度的两倍)，等式(1)得到4.5英寸的总变形(d)。这大太多以致在大多数系统中无法适应，因为，依照前面的讨论，如果为了避免传送带抓住开口传送带的翘曲必须保持在小于电极之间的间隙宽度的一半，那么4.5英寸的变形意味着电极之间的间隙宽度应该至少是9英寸。这对于BSS有效的操作是太宽的电极分离宽度。反之，如果在2英寸的翘曲波长下采取同样的百分比应变，那么用等式(1)给出的在平面之外的变形(d)现在是0.1英寸。这个数量小于BSS的电极之间的正常间隙。在实践中，这个变形的大部分是塑性和弹性的，所以实际的翘曲可能比0.1英寸小得多。

如上所述，变形的波长决定传送带/片材从平面隆起的幅度。经历压缩热应变的那部份片材起皱，因为压缩负荷对于不起皱能耐受的临界负荷。造成起皱的临界负荷在最长的变形波长下最低而且随着波长减少迅速增加。这个临界负荷可以使用欧拉公式进行计算：

P_cr＝π²*E*A/L²(2)

其中E是材料的模量，A是柱的惯性矩，而L是焊缝长度。

应变在由UHMWPE形成的传送带的焊接部分的高热影响区和非高热影响区之间累积，而且引起变形。翘曲变形的波长可以通过形成自由端把在焊缝末端用于应力和应变的边界条件设定为零而得到控制。短焊缝导致较高的起皱临界负荷，而且在这个较高的负荷下，通过非起皱变形适应大部分热应变。如果焊缝变短，所有的翘曲都将在焊缝之内得到适应，而且波长将最多是焊缝长度的两倍(正弦波的一半)。因此，通过使焊缝变短(大约1英寸)，任何在平面之外的翘曲分量都将是小的。

所以，本发明的片材焊接方法的一个方面是提供开口，例如，在将被焊接的UHMWPE之类的材料的某些区段中的切口，以致焊缝的长度是比较短的，而且高热影响区在用开口形成边界的区域之内。这允许热应变在材料的高热影响区和非高热影响区中有弹性地继续。例如，已借助本发明的工艺结合起来的片材可能是大约10英尺或120英寸长。高热影响区是大约1.2英寸宽，或近似为片材长度的1％。在这些条件下焊接UHMWPE片材确实在传送带中产生一些孔，然而，在BSS中大部分传送带是孔洞区域，而且在接缝周围的附加开口不是有害的。在最终的焊接片材中任何翘曲都非常小而且不隆起到传送带平面之外。人们将领会到个别的小片材可以被这样结合形成拼合片材，而且单一的片材或拼合片材能自己对接形成首尾相接的环。

参照图4，在那里举例说明准备依照本发明焊接的片材边缘的一个示范部分。人们将领会到结合可以是通过热焊接完成的，也可以是借助熟悉这项技术的人已知的其它的塑料焊接方法(例如，超声波法、介电热封法、红外法)完成的。依照前面的讨论，开口50是在要结合成传送带的UHMWPE的每个第一段(或片材)52和第二段(或片材)54上形成的。人们将理解UHMWPE的区段52和54可能是要结合在一起的不同的片材，或者可能是要结合起来形成连续的传送带的同一块片材或拼合片材的边缘。开口50是在形成接缝之前在片材上制作的。材料中在接缝处的开口50起两种作用。首先，提供空间，在那里用切口将材料除去，以便在加热期间膨胀时适应UHMWPE的自由膨胀。其次，相邻的结合部分56(材料的凸出部)彼此不连接，以致在冷却和收缩期间在一个部分中产生的热应变不加到毗邻的部分上，而且不沿着接缝的长度这样累加。在加热时适应膨胀和允许在冷却时收缩防止热应变横跨传送带宽度累加和在焊接工艺期间引起传送带翘曲。

线58和60划出在结合过程中高热影响区范围的边界。人们能看到开口50越过高热影响区这样延伸，以致高热影响区在受开口约束的区域内。这允许热应变如同前面讨论的那样在高热影响区和非高热影响区的材料中有弹性地继续。在举例说明的实例中，开口有圆弧形表面。防止在开口底部应力集中是符合要求的，因此使用圆弧形刀具形成开口是符合要求的，然而，其它形状的开口也可以使用。依照一个实例，传送带的宽度(材料要结合的部分)可能是大约40英寸，而形成焊缝材料的材料凸出部56是大约1英寸宽。开口50的宽度不是关键的，只要来自毗邻凸出部56的材料在焊接过程中不膨胀横越开口50而且不破坏无应力和应变的边缘边界条件。

如同举例说明的那样，把焊缝分解成许多较短的焊缝段而且在它们之间有开放间隔(即，开口50)还有这样的好处，即开发间隔起裂纹终结者的作用。裂纹迅速地穿过坚硬的材料蔓延，因为应力集中在裂纹的尖上。足以使裂纹的应力能有弹性地分布在开口周围的大开口是有效的裂纹终结者。

BSS传送带的关键参数可能是其厚度的一致性和缺乏来自当传送带穿过BSS时能抓住电极中的或传送带的面对区段上的开口的表面的隆起。依照前面的讨论，在有许多短熔接点的片材之间形成接缝处理翘曲问题，但是熔接程序也不应该产生隆起。对接焊缝(例如，平面的表面焊缝)没有足够的强度耐受正在运行的BSS中的正常的拉伸负荷而且在材料的刚性方面存在横跨这样的接缝的不连续性。在分离器的多样滚筒上通过期间(以大约每秒6个滚筒的速率)，接缝遭受多重正反向弯曲循环。这种周期性的来回弯曲导致在对接焊缝中接合处的破损。反之，通过简单的材料交叠制作的接缝可能导致接缝和传送带的厚度过大。通过限制加热压板之间的焊缝限制厚度可能引起过多的材料被挤出去。UHMWPE在这些情况下不塑性变形，而是材料裂纹。裂纹是有向本体材料内部蔓延的潜力的应力集中的前提。温度历史方面的不连续性也能引起结晶程度方面的不连续性和材料模量方面的不连续性。这种在模量方面的不连续性也能导致应力集中和裂纹。

因此，为了避免上述问题，依照本发明的一个实施方案可能使用使将要结合的部分呈现尖端变薄的焊缝准备。图5依照本发明的一个实施方案举例说明焊缝的横截面。如图5所示，材料的每个凸出部56(见图4)都可能以角度70逐渐变薄。在一个实施方案中，实质上相匹配角度可能是在将要结合的两块片材(或两个边缘)中的每一个上形成的，以致当片材被略有重叠地放在一起的时候，实质上角度相匹配的边缘如图所示结合在一起。结合部逐渐变薄是特别重要的。这种逐渐变薄允许发生在焊接材料中的任何模量方面的不连续性在比较长的空间上展开并因此减少任何应力集中的倾向。

开口区域比较大的百分比在BSS传送带中是符合需要的，而且“强壮的”传送带也是符合需要的。因此，需要优化这两个特征之间的折衷方案。焊缝的强度取决于那个接缝的横截面。焊缝处高热影响材料的强度低于本体材料的强度。然而，为了准备对于适当的BSS操作必不可少的开口区域，大部分本体材料被除去。所以，焊缝仅仅需要与传送带剩余部分的变弱材料一样强壮。这可以通过使用比传送带剩余部分的横截面大的焊缝横截面来实现。增大焊缝区域允许接缝提高材料的整体强度，即使焊缝本身有较低的强度也是如此。采用逐渐变薄的接缝(例如，在图5中举例说明的)还减少在材料性质方面能导致应力集中和最后损坏的不连续性。

再一次参照图5，如同前面讨论的那样，焊缝可以是通过按照相匹配锐角机械加工两个将要结合的末端52、54形成的。在一个实例中，这个角度可以小于大约30度。角度越小，焊缝横截面越大。传送带上的拉伸负荷借助剪切通过这个焊缝转移。在一个实例中，采用15度的角度(70)，而且正常工作。与未经机械加工的材料横截面相比，这个角度把用来借助剪切转移拉伸负荷的结合区域横截面增加大约4倍。在另一个实例中，可以采用10到45度的范围。如果角度太大，重叠部分有限，而且就边缘准备而言必要的准确性可能变得过高。同样，当角度太小的时候，这些部分变得非常薄而且焊缝宽度可能变得过宽。

接缝的强度超过本体材料的强度，即使焊缝的强度是基本材料强度的1/3。然而，接缝确实代表传送带中变弱的部分，而且需要得到照料，因为故障不是在一点开始而是通过疲劳扩散到其它区域。这是通过保证开口部分充份打开使剩余材料能在焊接期间自由膨胀和通过保证在高热影响材料中没有表面裂纹之类可能引起疲劳裂纹扩散的表面缺陷完成的。如果在焊接过程中形成任何这样的裂纹，在使用传送带之前切除有裂纹的材料是符合需要的。

参照图6，在那里举例说明用来依照本发明的若干方面制造传送带的方法的一个实施方案的流程图。依照前面的讨论，第一个步骤100，可以提供将要结合在一起的一块或多块热塑性片材。在一个实例中，两块以上片材可能被结合在一起，以便提供比较大的可能最后形成连续的传送带的拼合片材。单一片材或拼合片材的相对边缘可以对接起来形成连续的传送带。接下来的方法适用于分开的片材或同一片材相对的边缘的对接。

在下一个步骤202中，如同前面讨论的那样，将要对接的边缘可能被逐渐变薄，而且形成开口50(见图4)(步骤204)。在步骤206和208中，可以通过确定片材52，54的两个末端在用平坦的压板76、78把片材经过加工的末端压在一起使它们重叠(如图5所示)的焊接机中的方向，开始生产边缘的焊缝。在步骤210中可以通过引入衬垫元素72和74控制压板之间的间隔。在使用足够硬的压板的时候，衬垫可以配置在末端，如图所示。如果使用不够硬的压板，衬垫可以沿着内部空间插入，例如，在开口50在材料的凸出部之间提供的开口空间56中(见图4)。这些衬垫的位置是在展示在压板76、78之间的片材52、54的端视图的图7中举例说明的。衬垫元素72、74可能有实质上与传送带的厚度相等的厚度，而且是用在所用的温度下不变软的材料制成的。

然后，如同在步骤212中指出的那样，将压板76、78合拢，对压板施加压力而且通过压板转移到片材52、54上。在下一个步骤214中，用电或更方便地用循环的热流体给压板加热。在加热和冷却的时间周期里保持焊缝上的压力。在一个实例中，温度增加到大约395F°(或202℃)并且保持大约30分钟之久。然后停止加热，而且冷却流体循环起来，将焊缝冷却到接近环境温度。焊缝被这样冷却，以致把它从焊接机上取下时不变形。传送带应该在焊缝做成之后在UHMWPE继续结晶的一段时间里保持适度地平坦的构型。聚乙烯的玻璃化转变温度是153K。高于那个温度，它将随着时间的推移继续结晶。

依照前面的讨论，在一个实施方案中，塑料通过直接接触加热压板被带到焊接温度。加热的替代方法是已知的，例如，通过超声波或红外辐射加热。这些替代方法可以被使用，只要在焊接期间控制材料温度并且施加压力以保证接缝的厚度实质上等于母体材料的厚度。

使用逐渐变薄的焊缝还允许焊缝在焊接过程中遭受重大的压力。有时，要焊接的二块材料不精确地对齐，而且有轻微的“干涉”配合81，如图5所示。在焊接过程中，材料被保持在两块加热压板76、78之间。压板提供基准表面并且决定焊缝的厚度。提供重叠保证在焊缝处有足够的材料，而且一些材料可以流到所提供的开口空间。重叠的程度可以通过将焊接之前接缝部位的厚度(尺寸80)与母体材料的厚度(尺寸82)进行比较来定量。母体材料(82)和重叠部位(81)的尺寸之和等于焊接前的厚度尺寸(80)。重叠的分数程度是(80-82)/82。为了把重叠的分数程度表示成百分比，分数值乘以100。在一个实例中，重叠是大约10％。在另一个实例中，采用60％的重叠而且正常工作，但是其它的数值也可以使用。重叠还起降低加工配合表面之时需要的准确程度的作用。在焊接过程中把熔融表面压在一起可能是特别重要的。如果在机械加工过程中有错误存在于两个表面中以致它们不接触，那些表面将不形成令人满意的焊缝。通过提供重叠，单一的固定的平坦压板和单一的可动的平坦压板能被用来把两个表面压在一起。

人们将领会到加热和冷却周期在达到的温度和在不同温度下的时间两个方面是重要的。业已发现边缘效应对于在焊接过程中与传送带之间的热量转移是重要的。这些边缘效应可以通过在稍后可以从传送带上切除并丢弃的传送带边缘使用牺牲材料把边缘效应从传送带边缘移动到用完即弃的构件之内得以克服。这个构件还可能方便地作为把压板的间隔控制在适合传送带的预期厚度的那个间隔的衬垫。

潜在的故障模式是焊缝起皮。传送带在以每秒数十米的速度接触电极的一个表面上遭受相当大的修剪。由于裸露部分磨损和有时凸出部分抓住加料口造成的向后剥皮可能导致传送带严重损坏。这种故障模式的影响范围可以通过选择焊缝重叠部分的取向使逐渐变薄的焊缝的薄的部分在那传送带的拖拉边缘上得以减小。采用这种取向没有边缘向后剥皮和传送带坏损开始出现并横越接缝扩散的趋势。焊缝边缘相对于横向立面46的前缘的取向在图5中可以看到。传送带可以这样安装在机器中，即让表面88面对电极并且让表面90面对另一段传送带。然后，让传送带相对于静止的电极的行进方向如箭头92所示。

以这种方式从经过机械加工的UHMWPE片材生产传送带考虑到利用在通过引证被并入的美国专利第5,904,253号中讨论的轮廓。方便的方法的一个实例是使用多轴工作母机。采用这种装置，片材被装载到工作台上并且横越片材移动刀具头，而且可以个别地切割传送带上的每个开口。通过适当地选择切割工具，那些孔洞可以依照需要具有预期的前缘和拖拉边缘特征。人们将领会到预期的前缘几何形状可以通过成形方法获得，例如模塑、冲压、机械加工、水射流切割、激光切割等。

再一次参照图6，在制造传送带的方法的这个实施方案的步骤216中，结合起来的区段的总长度可以通过评估确定它的长度是否足以形成适合预期的应用的完整的传送带。如果不是，可以如同在步骤218中指出的那样通过重复步骤208-214焊接附加的片材，形成所需长度的拼合片材。然后，如同在步骤220-224中指出的那样，可以把拼合片材相对的边缘结合在一起形成连续的传送带。

本文中揭示的传送带制造方法也能被用来生产适合其它应用的传送带。在其它的许多应用中，传送带上的孔洞可能是不需要的。如上所述，依照一个实施方案，焊缝处的材料可以被除去，以便把焊缝分解成若干短的独立区段。在完成了这项操作和焊接之后，孔洞可以用材料填补，以得到无孔的传送带。然而，考虑到焊缝周围的应力分布和保持焊缝结构独立可能是符合需要的。做到这一点的一种途径是用聚乙烯薄膜或泡沫塑料之类的低模量材料填充孔洞。泡沫塑料容易变形而且将适应焊接期间产生的实质上的热应变。

在有能力把UHMWPE的片材焊接成首尾相连的连续的传送带的情况下，能够在传送带的几何形状方面实现灵活性。片材可以被保持在工作台上，而孔洞可以在片材上机械加工出来。在选择横向立面和纵向立面的几何形状方面有充分的灵活性。纵向立面能被设计成有极好的疲劳寿命，而横向立面可以有极好的分立几何形状。因此，在本文中描述的制造方法和材料能被用来实现寿命较长的能顺从较好的几何形状控制的传送带。以这种方式生产BSS传送带还考虑到将被并入的附加特征。

人们将领会到BSS传送带是在困难的环境中使用的。飞尘是磨蚀性的而且往往充满外来杂质。石头、焊条、螺钉、手套、耐火材料和各种式样的外来杂质都已在飞尘中被发现，而且许多传送带故障就起因于外来杂质。如果外来物体大于电极之间的间隙，该物体将不进入机器但是将保留在加料点，直到它被磨碎或直到传送带被破坏为止。在本发明的传送带的一个实施方案中，周期性的强力横向要素可以在传送带中提供。展示这样的强力要素100、101、102、103的一段传送带的例证被展示在图8中。传送带能挂住这些强力要素之一并且被停止，以致可以打开机器、清除外来杂质。依照一个实例，可以通过在传送带上周期性地省略机械加工孔洞106提供强力要素。这个作为焊缝一部份的增强段100往往是有用的。人们可以看到传送带在撕裂到达终止撕裂的焊缝之前一直沿纵向撕开。于是传送带能经受住若干次发生在传送带上的不同位置的这样的事件，然而采用现有技术的传送带，单一的事件就将导致把传送带的整个长度纵向撕裂并且这样破坏它。人们将领会到这些无孔区域可以如同在任一条纵向线中那样(例如，沿着边缘104)编组。作为替代，强度构件101可以是作为或按对角线安排的(例如，区域102)或随机安排的(例如区域103)或按规则图案安排的横跨传送带宽度的无孔部分提供的。

至此已描述了各种不同的说明性实施方案和及其各个方面，修正方案和替代方案对于熟悉这项技术的人可能是显而易见的。例如，本文揭示的片材焊接方法可能被用来焊接不同于UHMWPE的材料，例如高密度聚乙烯、尼龙、聚酯，而且热塑性片材包括任何热塑性材料的有孔的和无孔的片材两者。这样的修正方案和替代方案倾向于被包括在这份以举例说明为目的不倾向于作为限制的揭示之中。本发明的范围应该是依据适当诠释权利要求书及其等价文件确定的。

Claims (46)

1.一种用来使热塑性片材的第一部分的第一边缘和热塑性片材的第二部分的第二边缘彼此结合的方法，该方法包括：

在热塑性片材的第一部分的第一边缘和热塑性片材的第二部分的第二边缘上形成匹配角，以致第一边缘和第二边缘相对于热塑性片材的表面是匹配并且倾斜的；

在热塑性片材的第一部分中形成众多第一开口，这些开口横向延伸到热塑性片材的第一部分的第一边缘，以致形成凹槽；

在将与热塑性片材的第一部分结合的热塑性片材的第二部分中形成众多第二开口，这些开口横向延伸到热塑性片材的第二部分的第二边缘，以致形成凹槽；

把热塑性片材的第一和第二部分的匹配并且倾斜的第一和第二边缘稍微交迭的放在一起，以致热塑性片材的第一和第二部分配合在一起并且包括交叠部分；以及

把热塑性片材的第一和第二部分结合在一起；

众多的第一开口横向延伸越过热塑性片材第一部分的高热影响区的边界(58)，热塑性片材的第二部分的众多的第二开口横向延伸越过热塑性片材第二部分的高热影响区的边界(60)。

2.根据权利要求1的方法，其中结合过程包括把热塑性片材的第一和第二部分焊接在一起的过程。

3.根据权利要求1的方法，其中形成匹配角的过程包括在第一边缘和第二边缘上形成实质上匹配的锐角。

4.根据权利要求1的方法，其中结合过程包括：

在压力作用下至少将塑性片材部分的第一和第二部分的交叠部分加热到热塑性片材的第一和第二部分的熔融温度以上，以致热塑性片材的第一和第二部分的交叠部分被结合在一起；以及

至少将热塑性片材的第一和第二部分的交叠部分冷却。

5.根据权利要求1的方法，其中结合过程包括：

将第一和第二边缘压在一起；

将第一和第二边缘加热到热塑性片材的熔融温度以上；

在预定的时间周期里维持第一和第二边缘之间的接触；以及

将第一和第二边缘冷却，以致它们被结合在一起。

6.根据权利要求4或5的方法，其中加热过程包括通过直接接触热压板进行加热。

7.根据权利要求4或5的方法，其中冷却过程包括通过直接接触冷压板进行冷却。

8.根据权利要求5的方法，其中将第一和第二边缘压在一起的过程包括用一对压板把第一和第二边缘压在一起。

9.根据权利要求8的方法，其中那对压板中每个压板的宽度是大约1.5英寸。

10.根据权利要求1的方法，其中热塑性的材料是超高分子量聚乙烯。

11.根据权利要求1的方法，进一步包括给热塑性片材的第一和第二部分打孔。

12.根据权利要求11的方法，其中给热塑性片材的第一和第二部分打孔的过程包括给热塑性片材的第一和第二部分这样打孔，以致打孔片材的孔眼面积超过打孔片材总面积的50％。

13.根据权利要求11的方法，其中给热塑性片材的第一和第二部分打孔的过程包括为了制造带锐角的传送带前缘而形成孔眼。

14.根据权利要求1 3的方法，其中打孔过程包括为了制造带小于60度的锐角的孔的前缘而形成孔眼。

15.根据权利要求1的方法，其中把热塑性片材的第一和第二部分放在一起的过程包括被热塑性片材的第一和第二部分这样放在一起，以使交叠部分创造了重叠，重叠具有比热塑性片材的第一部分的厚度厚大约10％的厚度。

16.根据权利要求15的方法，其中开口实质上延伸超过重叠。

17.根据权利要求1的方法，其中形成开口的过程包括这样形成开口，以致开口之间的间隔是大约1英寸。

18.根据权利要求1的方法，其中形成开口的过程包括形成宽度大于大约1/8英寸的开口。

19.根据权利要求1的方法，其中形成开口的过程包括形成长度大约为2英寸的开口。

20.根据权利要求1的方法，其中热塑性片材是尼龙。

21.根据权利要求1的方法，被用来使第一种热塑性片材的第一边缘和第二种热塑性片材的第二边缘彼此结合。

22.根据权利要求1的方法，其中将热塑性片材的第一和第二部分结合在一起的过程包括将相同的热塑性片材的第一边缘和第二边缘结合在一起，以便提供连续的传送带。

23.根据权利要求1的方法，进一步包括用至少一种附加的热塑性片材将热塑性片材的第一和第二部分结合起来，以形成拼合片材。

24.根据权利要求23的方法，进一步包括把拼合片材相对的边缘结合在一起，形成连续的传送带。

25.根据权利要求1的方法，其中热塑性材料包含至少一种烯烃单体的聚合产品。

26.根据权利要求1的方法，其中形成开口的过程包括形成延伸实质上超过由加热过程创造的第一和第二匹配的倾斜的边缘的加热区域的开口。

27.一种传送带，其中包括：

热塑性片材的第一部分，第一部分包括相对于传送带的表面倾斜的第一边缘以及众多沿着热塑性片材的第一部分的第一边缘的第一开口以形成凹槽；以及

热塑性片材的第二部分，第二部分包括相对于传送带的表面倾斜的第二边缘以及众多沿着热塑性片材的第二部分的第二边缘的第二开口以形成凹槽；

其中第一和第二倾斜的边缘带有重叠的被接合在一起以形成交叠部分；以及

众多的第一开口横向延伸越过热塑性片材第一部分的高热影响区的边界(58)，和众多的第二开口横向延伸越过热塑性片材第二部分的高热影响区的边界(60)。

28.根据权利要求27的传送带，其中热塑性片材包括尼龙。

29.根据权利要求27的传送带，其中热塑性片材包括超高分子量聚乙烯。

30.根据权利要求27的传送带，其中热塑性片材包括至少一种烯烃单体。

31.根据权利要求27的传送带，其中第一和第二倾斜边缘的每一个部是逐渐变薄的。

32.根据权利要求27的传送带，热塑性片材的第一和第二部分包括单一的热塑性片材，而且第一和第二边缘结合在一起，形成连续的传送带。

33.根据权利要求27的传送带，进一步包括至少一个与热塑性片材的第一和第二部分当中的至少一个部分结合形成拼合热塑性片材的附加的热塑性片材部分。

34.根据权利要求33的传送带，其中拼合片材相对的边缘结合在一起，形成连续的传送带。

35.根据权利要求27的传送带，进一步包括强度构件。

36.根据权利要求35的传送带，其中传送带是穿孔的。

37.根据权利要求36的传送带，其中穿孔的传动带的孔眼的面积超过传送带面积的50％。

38.根据权利要求36的传送带，其中传送带中的穿孔包括具有锐角的前缘。

39.根据权利要求35的传送带，其中强度构件包括热塑性片材位于第一和第二边缘附近的无孔段。

40.根据权利要求36的传送带，其中强度构件包括沿着传送带的纵向边缘安排的传送带无孔段。

41.根据权利要求27的传送带，其中开口实质上延伸超过第一和第二匹配的倾斜的边缘的加热的区域。

42.根据权利要求27的传送带，其中交叠部分限定了厚度超过第一热塑性片材大约10％的重叠。

43.根据权利要求42的传送带，其中开口实质上延伸超过重叠。

44.根据权利要求27的传送带，其中众多的第一和第二开口之间的间距接近1英寸。

45.根据权利要求27的传送带，其中众多的第一和第二开口具有大约超过1/8英寸的宽度。

46.根据权利要求27的传送带，其中众多的第一和第二开口具有大约超过2英寸的长度。

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