CN100523347C - 振动压缩的纤维毡及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于提高湿法成网或干法成网的纤维毡的一个或多个物理特性的方法，公开了诸如玻璃纤维、纤维素纤维或聚合纤维毡并且根据这些工艺制造纤维毡。该方法的某些实施例包括湿法成网的或干法成网的纤维毡的振动的压缩。在某些实施例中，与不进行振动压缩的毡相比，本方法制造的毡可以增加表观密度和/或抗张强度。适用于本发明公开的方法的纤维毡包括，例如，玻璃、聚烯烃、对苯二甲酸乙二醇酯、或者纤维素纤维，或者它们的混合物。对结构进行改进的玻璃、纤维素或聚合纤维网也包括在本发明公开的方法内。

Description

振动压缩的纤维毡及其制造方法
相关的申请
该申请要求在2004年10月6日提交的美国申请US10/960,628优先权，它的全部内容并入本文。
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维和/或其他材料纤维的振动压缩的纤维毡，及其制造方法。
背景技术
玻璃纤维(和/或其他纤维材料，诸如聚合纤维或纤维素纤维)毡具有多种用途，例如，用于液体或空气的过滤，蓄电池隔板，热绝缘，低温绝缘，以及电气绝缘。可以用玻璃纤维(或玻璃纤维束)生产玻璃纤维毡。从熔融玻璃制造玻璃纤维束通常包括从与一玻璃熔炉可操作性地相连接的的装置的小孔中拔细变细纤维。被挤出的玻璃纤维制成所需的直径和长度(经常通过机械的装置)并且被收集或直接加工成毡。
干法成网工艺和湿法成网工艺是将玻璃纤维制成玻璃纤维毡的方法。通常，在干法成网工艺中，玻璃纤维被切碎并且被空气吹到输送带上。在一些应用中，也加入粘合剂成毡。传统的干法成网工艺特别适合于生产具有玻璃纤维束的多孔性(例如，低密度)的毡。在湿法成网工艺中，玻璃纤维分散到水溶液中，该溶液中可以包含分散剂，粘度调节剂，消泡剂或者其他化学助剂。悬浮的纤维或纤维与粒子(例如，填充物)的的混合物，的浆沉积到移动的托网帘或者转鼓上，在这里水被除去(通常通过抽吸装置或者真空装置)。在一些情况下，加入高分子或者无机粘合剂来进一步加固片材，通过，例如，打浆添加器，或者在纤维片层半成形或者全部成形后通过喷雾、幕涂涂料器，施胶压榨或者在本领域中一般技术人员已知的其他装置添加粘合剂。添加粘合剂后接着进行真空流体除去和/或通过采用以辐射、对流或传导源的形式热烘干。
在一个干法成网工艺的实例中，玻璃纤维毡由旋转的吊锚过程(catprocess)形成，其中例如，小直径的熔融玻璃细流从熔体罐中流出，并且这些细流在纵向方向被加速，拔细到所需的纤维直径。被拔细的纤维在输送器上收集成毡，在毡中单独的纤维互相缠绕并且随机地取向。在没有施压(例如，没有或基本没有外力在毡上-负载或外力大约10kPa或更小)的情况下，这样的毡通常具有密度约5.0至约50kg/m3。在该范围中的密度较小不适合于一些商业用途(诸如蓄电池隔板，过滤介质，或某些绝缘应用)。
某些干法成网的纤维毡通过利用水刺缠结技术(例如，其中高速水针射流刺入纤维毡，引导部分纤维在水流的路径中发生取向进一步加固毡)能达到较高的密度，或者其他纤维毡经过加湿处理也已经能达到较高的密度，其中，毡用所述液体润湿，然后压缩，在毡中的流体抑制毡的自然回弹。但是，水刺缠结要求由水刺射入纤维(并且其他加湿的方法也要求毡)，然后在一个装置上被烘干，该装置与湿法成网的纤维毡所需的烘干装置相似(即，需要一个烘干托网帘或者类似物)。例如，参见PCT/US97/17187，WO98/12759。加湿纤维网或添加液体以增加由干法成网工艺制得的毡的密度的方法同样要求另外用于添加流体的设备并且要求流体保持在被压缩的纤维毡中以继续抑制纤维毡的自然回弹(即，必须保持流体以使纤维毡的密度相当高)。例如参见USPN 5,468,572。一些干法成网的毡用针刺法来增加密度。但是，仅仅用针刺法来达到干法成网的纤维毡中所期望的密度是不够的，并且这样的处理增加了毡中的孔，还需要用于处理毡产品的其他设备/步骤。
虽然湿法成网的纤维毡可以满足这样的密度要求，湿法成网工艺是更贵的并且要求另外的经常破坏纤维特性的步骤。另外，干法成网的纤维毡不受到来自制浆、抽吸、清洁、化学添加剂、和/或压力损害造成的降解，而湿法成网的纤维毡会受到这些损害。因此，理想的是：增加粘结的或者非粘结的干法玻璃纤维网的密度以制造适合于更大的使用范围。同样地，有利的是：使干法成网的纤维毡具有先前仅利用湿法成网工艺才能达到的密度，或者通过包括对具有干法成网的纤维毡进行粘合，通过向干法成网的纤维毡增加液体，或者通过水刺缠结和/或针刺步骤处理干法成网纤维网。因此，需要增强干法成网的纤维毡(和在某些情况下的湿法纤维毡)的物理特性(诸如，密度、厚度、压缩弹性和/或抗张强度)的方法。另外，理想的是：不需要用针刺、水刺缠结、和/或用流体变湿处理就能得到相对较高的密度。
发明内容
本发明公开的实施例是：包含有缠结的玻璃纤维(或其他纤维或玻璃纤维与其他类型纤维的混合物)的干法成网的纤维毡，通过振动干法成网的纤维毡来生产，以提高纤维相互缠结的程度和毡的密度，所述玻璃纤维具有平均直径，例如从约0.2μm至约30μm，其中干法成网的纤维毡基本上不需要粘合剂，在基本没有外力下具有密度至少约60kg/m3，并且其中纤维毡没有被水刺缠结或针刺。在某些实施例中，干法成网的纤维毡在基本没有外力下具有密度，至少约120kg/m3，至少约175kg/m3，至少约200kg/m3，或者更高。利用本发明公开的振动压缩方法形成这样相对高密度的纤维网。在某些实施例中，干法成网的纤维毡被轨道运转振动压缩以达到更高的密度值。
同样公开的是用于增加互相缠绕的纤维毡密度的方法，所述纤维具有直径例如从约0.2至50μm，其中该方法包括形成干法成网的纤维毡并且振动纤维毡以便增加纤维的互相缠结程度和纤维网的密度。在某些实施例中，干法成网的纤维毡被轨道运转振动压缩以达到更高的密度值。在其他实施例中，湿法纤维毡被轨道运转振动压缩以在基本不损坏纤维情况下增加毡的密度。
附图说明
图1是用于制造合适于振动压缩的干法成网纤维的装置的部分示意图。
图2是由四个并排的图表组成的图：负载为10kPa时的玻璃纤维毡的厚度与振动压缩期过程中使用的负载、毡压缩的条件(湿法或干法)、在用于振动压缩中的压盘上的接触材料的类型(粗糙或光滑)、振动的轨道直径之间的关系。
图3是由四个并排的图表组成的图：振动压缩玻璃纤维毡的抗张强度与振动压缩期过程中使用的负载、纤维毡压缩的条件(湿法或干法)、在用于振动压缩中的压盘上的接触材料的类型(粗糙或光滑)、振动的轨道直径之间的关系。
图4是由三个并排的图表组成的图：在10kPa的负载下的振动压缩毡的厚度，与纤维毡压缩的条件(湿法或干法)、在用于振动压缩中的压盘上的接触材料的类型(粗糙或光滑)、振动的轨道直径之间的关系。图5是由三个并排的图表组成的图：振动压缩毡以kg/m3的密度，相对于毡压缩的条件(湿法或干法)；在振动压缩期间使用的接触材料的类型(粗糙或光滑)；和振动的轨道直径。
图6是由三个并排的图表组成的图：振动压缩毡以kg/m3的抗张强度，相对于毡压缩的条件(湿法或干法)；在振动压缩期间使用的接触材料的类型(粗糙或光滑)；和振动的轨道直径。
图7是由两个并排的图表组成的图：振动压缩毡的在10kPa的负载下以mm的厚度，相对于振动轨道运转的直径；和毡压缩的水分含量。
图8是由两个并排的图表组成的图：公开的振动压缩的毡的一定实施例以磅为单位的抗张强度，相对于振动轨道运转的直径；和毡压缩的水分含量。
图9是振动压缩的纤维毡的几个实施例以磅为单位的抗张强度相对于这些实施例的以kg/m3为单位的密度的图表。
图10是示出在振动压缩的不同时间周期后公开的毡的一个实施例的毡厚度，在本方法的第一个实施例中，用于压缩的压盘被移动到具有直径4.76mm的轨道运转中，并且在本方法的第二个实施例中，压盘被移动到具有直径1.59mm的轨道运转中。
图11A是用于制造玻璃纤维和形成玻璃纤维层或未压缩玻璃毡的装置的示意图。
图11B是用于制造振动压缩玻璃纤维毡的一个实施例的示意图。
图12A-C是振动压缩装置的一个实施例的示意图。图12A和12B是从装置的各个平行侧面的视图；图12C是垂直于在图12A和12B所示视图的端视图。
图13A-C是一个振动压缩装置实施例的详细特征的示意图。图13A是辊子驱动电机组件；图13B是辊子支撑组件；和图13C是两个垂直相对的辊子支撑组件。
图14是轨道运转板的实施例的顶视图，表示在轨道运转运动中，轨道运转板在中心发生偏移的移动。
具体实施方式
I.术语
除非另外提及，根据传统的用法使用技术术语。与该公开密切相关的公共术语的定义可以在下面找到，McGraw-Hill Dictionary ofScientific and Technical Terms，第五版，Sybil P.Parker，Columbus，OH：McGraw Hill Education，1994和INDA Nonwovens Glossary，Cary，NC，INDA，Association of the Nonwoven Fabrics Industry(2002)。除非上下文另外清楚地指示，单数的术语“一个”和“这个”包括多个对象。相似地，除非上下文另外清楚地指示，单词“或者”目的是包括“和”。“包含”意味着“包括”。因此“包含A或B”意味着“包括A或B”，或者“包括A和B”。还应该明白，除了上下文另外要求，所有本文提供的重量(质量)、体积、密度、或者距离度量是近似的。
为了使本文公开的不同实施例的评论简单，提供下面专用名词的解释。
无纺织物：广义地定义为片或网结构通过机械、加热或化学(和通过穿孔的薄膜)的方法使住纤维或长丝发生缠结保持一起(或粘和一起)。无纺织物是平面的多孔片状，其直接由分离的纤维或由熔融的合成纤维或合成薄膜制成。无纺织物不通过织造或针织制成并且不需要将纤维纺成纱线。
基本密度：根据Tappi Test Method T258，一些物质的质量与它的体积的比率表示为质量每单位体积，诸如g/cm3，kg/m3在没有外力的情况下或基本(约10kPa或更小)没有外力情况下。当材料对预期的应用是“干的”时测量纤维毡的密度。然后将密度计算为克每立方米(或磅每立方英尺)。使用厚度计测定纤维毡的厚度，该厚度计在样本上施加额定力(约10kPa或更小)同时使用具有25.4mm的压脚；该厚度已知为T10。另一种包括零负载厚度TZ的厚度测量使用Venier测径规或者测度标。除非上下文另外指示，本文参考的纤维层(相比的或另外的)密度意思是在没有或者额定、基本相同的压力(外力)下纤维层的密度，因为，获得纤维毡有意义的密度的测定，如已知的本领域现有技术中的普通技术，需要对纤维毡施加微小数量的外力或压力(10kPa或更小)。
湿法成网：无纺纤网的形成工艺：包括在托网帘或穿孔的压盘上过滤纤维的悬浮液。
干法成网：使用干法成网的方法形成的纤维片、网、或毡，在该方法中，纤维以基本干燥的状态形成毡或网中并且由纤维缠结而结合(并且在某些实施例中包括使用粘合剂)在一起。
柔性：在导致相同密度和厚度的其他材料被破坏的条件下能够弯曲而不被破坏(诸如与具有约6mm厚度的湿法成网的纤维毡相比，在100Kg/m3和更大的密度下，其中当弯曲或折曲180°时这样的毡具有更大的被破裂的趋势，诸如当用作为蓄电池隔板)。
(每平方米)克重：用材料的每平方米克重(g/m2)来表示一种特定材料的重量。
基本重量：用材料的每令磅重来表示一种特定材料的重量。(每平方米)克重和基本重量都可以用TAPPI Test Method T410 OM98“纸和卡纸的每平方米克重(每单位面积重量)”来测量。TAPPI Test Method由Tappi Press，亚特兰大，GA 30348-5113，ISBN 0-89852-353-2出版。
电池：具有至少两个相反极性的板(表面)并且能够供应电子流动(电流)的任何电化学装置。
基本无粘合：意味着纤维毡，其中用于保持片和网在一起的主要机理是单根纤维的缠结，这与通过添加甲基纤维素获得玻璃纤维的粘合剂粘结机理相反。短语“基本上无粘合”不意味着排除纤维毡包含有利于形成一些微弱程度的离子键合的材料，例如，玻璃纤维毡包含硫酸钠以抑制枝状的成长但是这也有助于形成纤维间的微弱的离子键合；在这样的毡中的纤维仍然主要通过纤维缠结结合在一起并且该毡基本上无粘合。
绝缘板或绝缘板材料：一种，将强度与隔热和/或隔音特性结合起来(诸如，泡沫塑料、玻璃纤维、陶瓷纤维、粉末、刨花板、纤维墙板、内部纤维板)形成的完全刚性的材料。在一些实例中，绝缘板的密度范围从15kg/m3至大于约250kg/m3。其他试样的绝缘板包含100％的玻璃纤维适合于使用温度超过1000℃。
互相缠结：包含在材质中的纤维的重叠、缠结、和/或紧固配合。
振动压缩：借助于机械操作使纤维毡的表面处于外部压力和/或接触下而增加纤维毡的密度，从而使在毡里面的纤维互相缠结得程度增加以便提高纤维毡的密度。
回弹率或者弹性)：在受到外力压缩并且除去外力后，材质回复到它的初始厚度(T10)的百分比。
毡的抗张强度：材质的25mm×150mm的试样的断裂强度。毡的抗张强度可以使用Thwing-Albert model QC-1000测试。将一块25×150mm的试样放置在仪器中并且将夹具设置成10+/-0.05cm初始试验范围。十字头的速度设置为1cm/min。样品(specimen)被对准并且在上下夹头中被夹紧。抗张强度值和伸长率显示在Thwing-Albert仪器上。
振动压缩：由纤维毡的接触引起的并结合了毡的运动的振动压缩。振动压缩可以结合压力压缩，其中外力作用于纤维毡以帮助进一步压缩。
轨道运转振动压缩：使用外力或与在相对于纤维毡的轨道运转运动中旋转的纤维毡相接触的振动压缩。
所有的出版物、专利申请、专利、和本文提到的其他参考文献被全文并入作为参考。在说明书和权利要求书中，不管是否叙述单词“大约”，诸如数字范围、温度等的所有值都是近似值，除非该值明确和明显地规定为不是近似值。
II.纤维毡的振动压缩
在这里公开的是，通过振动地压缩由已知方法制成的初始毡来制造玻璃纤维毡(或者其他纤维材料毡)的方法。在一些实例中，与以相同方式但不振动压缩而生产的毡相比，振动压缩提高了成品玻璃纤维毡的至少一个物理特性(例如，密度或者抗张强度)。为了便于论述，本发明公开主要涉及玻璃纤维；但是，本发明中公开的振动压缩方法可以用于提高多种纤维毡材料的物理特性，例如聚合纤维毡或者玻璃纤维/聚合纤维混合毡或者传统的纸和纸板产品或粗梳或熔纺无纺物。
一种用于制造玻璃纤维和玻璃纤维毡(在振动压缩前)的装置在图11A中示出。玻璃毡组件单元10制造玻璃纤维的初始层、或者“松散的”玻璃纤维毡，其任选地通过卷绕组件20被卷绕成卷(roll)30。被卷绕的玻璃纤维毡30提供一种方便的存储或者运输未经压缩的玻璃纤维毡的方法。如果初始的玻璃纤维毡被卷绕成卷30，可以使用开卷组件40打开初始玻璃纤维毡并且将它喂入到振动的压缩组件50中(见图11B)。开卷组件40可以任意地包括多个辊子，用于通过增加或减少纤维层以控制纤维毡的克重。另外，多个辊子可以用于加工具有不同类型和尺寸纤维的毡。而且，能够添加不同类型的麻棉布或网丝以增加纤维毡的强度/拉伸。在特别的实施例中利用预先压缩卷以在振动压缩组件50中的纤维毡加工之前略微挤压纤维层减小毡的厚度(例如，大约从12至18厘米减小到打约10厘米)。在另一个实施例中，从玻璃毡形成组件10输出的产品能够直接地输入到振动的压缩组件50，不需要插入卷绕组件20或开卷组件40。
如在图11B中进一步示出，后压缩辊子和剪切机组件60可以用于进一步挤压纤维毡。剪切机可以被包括在某些实施例中以修剪纤维毡的外面边缘以及将毡修剪到所需宽度。在某些实施例中，可以将纤维毡切割成多个相当小宽度的片，因此可以在压缩毡的横向方向上使用多个剪切机。某些实施例也包括后压缩辊子，其用于略轻地下压由于例如剪切过程而产生的纤维毡的任何损坏的边缘。
下面详细地描述在前述方法中所包括的特定的元件。
A.纤维毡制造
可以通过本领域中已知方法中任一个生产初始的纤维毡，例如本领域中一般技术人员已知的干法成网、湿法成网或者气流成网。这些方法可以任意地对初始毡进行普通(非振动)压缩。因此，在图11A和11B中所示的示意性的玻璃纤维组件单元10中可以包含任意一个或多个设备组件，用于制造和组合初始玻璃纤维毡。
在一些实施例中，初始玻璃纤维毡通过传统的干法成网工艺制造(例如参见，美国专利2,447,161；2,714,749；2,720,005；2,738,556；2,738,557；2,748,429；2,751,633；2,810,940；2,827,668；2,931,076；3,575,749；3,581,706；3,669,778；3,692,622；3,733,234；3,764,451；3,769,115；3,776,807；3,825,381；3,976,412；4,014,635；4,060,360；4,074,393；4,335,066；4,366,111；4,375,447；4,375,448；和5,076,826)。
用于生产干法成网玻璃纤维毡的实施方法
用于制造干法成网玻璃纤维毡的传统装置在图1中示出。这种装置包括成纤器10，纺丝组件11和可转动的轴12。通过电机(未示出)使轴12以高速绕它的纵向轴13转动，所述电机可操作地连接于由轴12的上端支撑的传动带驱动的滑轮14。
与轴12一起转动的旋转器组件11包括一内部碗状物15，其具有带有多个小直径开口17的径向圆形壁16。旋转器组件11的下面包括截头圆锥(frustroconical)形的隔热板18，降低旋转器组件11的碗状物15的热损失。当旋转器组件11转动时，熔融玻璃19在成纤器10中流过滴管20到进入碗状物15中。熔融玻璃通过离心力驱动穿过开口17。
从开口17中发散出的熔融玻璃通过下方围绕旋转器组件11转动的环形喷嘴21。加热气体的持续气流被强制向下通过喷嘴21。通过在连接有耐火材料23的环形腔室22中燃烧预混合燃料气体提供热的气体。预混合燃料通过屏24供给，所述的屏防止火焰向后进入燃料供应总管25中。来自喷嘴21的气体将熔融玻璃细流拔细成微纤维26，并引导其下落。纤维从旋转器组件11中通常以纤维柱27的形状下落，已知的为纤维帘状。纤维帘27落在输送表面28上，该输送表面在成纤器下面移动。纤维帘27以一层玻璃纤维或未压缩的纤维毡29的形式收集在输送表面28上。
该装置也可包括输送管组件30，设定成向旋转器组件11的中央引导例如空气的连续气流。通过输送管组件30的空气流方向由箭头31表示。输送管组件30包括提升管32，在提升管上面装配端管33。提升管32通常形成为90°肘管，具有连接于压缩空气源(未示出)的下端34，该空气源能够在输送管组件里面被调节成各种压力。提升管32延伸穿过管状纤维帘27的下面部分并且在帘的内部向上弯曲，并且设置成提升管的上端35位于旋转器组件11的下面。端管33具有圆形横截面的上端，并且其内径略微小于碗状物15的外径。
B.振动压缩组件
通常如上所述，玻璃纤维毡被引入到振动压缩组件中，所述组件能够对毡的全部或者部分同时施加压力(和/或接触)和振动(例如，轨道运转)运动到。振动压缩组件50的一个实施例在图11B和12A-C中示意性地示出。参考图12A，振动压缩组件50包括任何结构的上压盘支撑结构100，其作为振动压缩组件50的适用元件的连接基座。支撑结构100在振动压缩组件50的操作期间可以完全固定。例如，具有至少一个上部水平构件105的台式结构可以用作合适的上压盘支撑结构100。
通过使用例如，张力弹簧110将轨道运转板120装配在上水平构件105的下方，以阻止轨道运转板120向下运动。张力弹簧110和轨道运转板120可以这样来设置：向上的连接并且/或者施加在轨道运转板120上的压力被张力弹簧110均匀抵抗并且允许轨道运转板120的轨道运转运动。在一种结构中，在靠近正方形或长方形轨道运转板120的每个角上设置一个张力弹簧110。当然也可以使用其它形状的板并且通过其他合适的装置导致拉紧。
轨道运转板120可操作地连接于轨道运转投掷组件150。特别参考图12C，轨道运转投掷组件150能够通过轨道运转投掷电机组件300而转动。轨道运转投掷组件150的转动转化为轨道运转板120和固定于它的元件的旋转的(轨道运转的)运动。这样轨道运转运动的直径由轨道运转投掷调节器160的位置决定(并且能被调节)。
固定于轨道运转板120侧面的是两个或多个压盘支撑165，以任何方式设置，以适合于将上压盘170支撑完全固定在与轨道运转板120对齐并且其下方的位置中。同样(靠近)每个角上固定于轨道运转板120两侧的是辊子支撑组件130(参见，例如辊子支撑组件的实施例的图13B)。连接于轨道运转板120的辊子支撑组件130用来稳定地装配两个辊子140在轨道运转板120下面。上压片辊子140位于或靠近轨道运转板120的两个相对的末端，并且上压片辊子140的长轴完全互相平行。连续片状的接触材料185(诸如砂纸带)围绕在两个上压片辊子140和上压盘170上，所以接触材料185的一部分与上压盘170的下表面很接近。接触材料185在任何及时给定的点与上压盘170的下表面非常接近的部分被称为“上接触表面”。在一些实例中，上接触表面与上压盘170的下表面间距为1.27cm。在一些特别实例中，上接触表面接触到上压盘170的下表面。在一些方法实施例中，接触材料185包括任何粗砂的砂纸，以某些方式粘附在接触材料上，使得在公开的方法实施例中，毡可以用振动，优选的采用轨道运转进行处理。接触材料185可以包括，例如粗糙(例如36)或者细密的(例如150)粗砂纸。或者可以使用接触材料，例如橡胶传输带，造纸机干燥毛毯(例如，从Albany InternationalDryer fabrics中购买DRI-PLAN)。接触材料应该具有合适的粗糙表面，当在振动压缩过程中，纤维毡优选地被以完全静止的方式与传送带的表面接触时，可以防止纤维毡的擦伤。接触表面能适当地夹持纤维毡，便于处理纤维毡内部纤维基体，优选地采用轨道运转运动进行处理，，由此增加纤维缠和减小的密度。
在上压盘170的下方并且与之完全对齐的是下压盘180。下压盘180通过例如压盘支撑165稳定地装配在下水平构件195上方。在(或靠近)每个角的固定于下水平构件195侧面的是辊子支撑组件130(图13B)。连接于下水平构件195的辊子支撑组件130用来在下水平构件195上方稳定地装配两个下压片辊子145。接触材料185的连续压片围绕两个下压片辊子145和下压盘180，所以接触材料185的一部分与下压盘180的上表面很接近。接触材料185在任何及时给定的点与下压盘180的上表面非常接近的部分被称为“下接触表面”。在一些实例中，下接触表面和下压盘180的上表面间隔1.27cm。在一些实施例中，下接触表面接触到下压盘180的上表面。
压力调节组件190能够用来调节下水平构件195和固定于它的元件(诸如，下压盘190、下压片辊子145和环绕它们的接触材料185)的垂直位置(例如，在地面上方的高度)。当下水平构件的垂直位置升高时，在上压盘170和下压盘180之间的距离减小。因此，在下接触表面和上接触表面之间的距离也减小。如在图12B中所示，特别是在图13A中所示，辊子驱动组件200驱动上压片辊子140和下压片辊子145朝相反的方向转动。在示出的实实例中，上压片辊子140逆时针转动，下压片辊子145顺时针转动。因此，环绕上压片辊子140的接触材料185逆时针方向移动，环绕下压片辊子145的接触材料185顺时针方向移动。垂直相对的压片辊子相向转动，将引入在它们之间的材料(例如玻璃纤维毡)拉入到振动压缩组件50。这被称作为振动压缩组件50的“进料端”。位于进料端相对一侧的垂直相对的压片辊子背离转动，帮助从进料端中引入的材料从振动压缩组件50中退出。这称作为振动压缩组件50的出口端。
在振动压缩组件50的操作中，例如玻璃或聚合纤维毡被引入到装置的进料端中。毡被夹持在由上接触面和上压盘170形成的顶部以及下接触面和下压盘180形成的底部之间。毡的上和下表面分别与上和下接触表面体接触。通过轨道运转投掷组件160的作用(上面所述的)，上接触表面以轨道运转方式运动与相应的毡的表面接触，轨道运转速度(Orbital rates)可以是任意期望的和适宜的速度诸如每分钟约1000至约15000转，约2000至约11000转，和约3000至约8000转。轨道运转运动产生的振动效果增加了玻璃纤维毡的内部结构的缠结。虽然主要根据轨道运转运动来论述振动运动，但是也可以利用其它的运动来制造被振动压缩的毡。在一个比较实施例和方法中，在毡被振动的几乎同一时间里，压盘可以对纤维毡施加作用力，以有助于毡的压缩。在一些实例中，作用力的范围从约5kg至约50kg，诸如从约7kg至40kg，从约10kg至约30kg，或者从约15kg至约25kg。
C.纤维毡的振动压缩
如前所述，公开的方法可以包括毡的振动压缩，所述毡包括玻璃纤维，非玻璃纤维毡，或者含有一定比例的非玻璃纤维的毡的玻璃纤维毡(诸如，聚合纤维、聚烯烃、聚乙烯二甲酸、碳、或纤维素纤维)。包含从约2至约98％的玻璃纤维的毡通常在没有负载或基本上没有负载情况下的典型密度，干法成网的毡从约12D至约50Dkg/m3，湿法成网的毡从约90D至约250Dkg/m3(其中“D”是非玻璃纤维材料的密度与玻璃密度的比率)。根据本发明公开的方法，在某些实施例中振动压缩增加包含约2至约100％(或基本上全部)玻璃纤维的干法成网的毡的密度至少约25％，至少约50％，或至少75％。具有从约25％至100％玻璃纤维的干法成网的纤维毡用本发明中的振动方法进行压缩可以增加约5％至75％的密度，并且包括约50％至约100％玻璃纤维的干法成网的纤维毡用本发明中的振动方法进行压缩可以增加约15％至约70％的密度值，在其他的实施例中，其中包括从约75％至约100％玻璃纤维的干法成网的毡，纤维毡的密度已经增加约35％至约60％。在其他的实例中，由一部分或全部为非玻璃纤维组成的湿法成网的毡的密度能够增加至少5％，诸如至少约10％。
公开的方法可以包括毡的振动压缩和力压缩(外表上施加的力)。在某些实施例中仅使用振动压缩，虽然在振动压缩过程期间一些名义力施加于毡。在一些实施例中，振动压缩和力压缩在基本上同时施加到毡上。在其他的实施例中，毡可以依次接受振动压缩和力压缩的处理。
如在此公开的毡的振动可以是任何用于帮助纤维毡压缩的振动运动。尽管主要论述的是轨道运转振动压缩，并且优选地用于生产具有特别厚度和/或密度的某些类型的纤维毡，所述方法不限于这样的振动运动。可以根据，例如，轨道运转速度和与毡的一个或多个表面至少部分接触的接触表面的轨道直径来表述轨道运转振动压缩的特征。在某些实施例中，轨道直径能够范围从约1.5mm至约2.5mm(约1/16至约2英寸)，从约4.76mm至约6.35mm。轨道运转速度可以是任意的制造预定的密度和厚度的毡的期望的和适宜的速度。在没有限制下典型的轨道运转速度包括，每分钟约1000至约15000转，约2000至约11000转，约3000至约8000转，或约1000至约20000转，诸如每分钟约3000至约14000转。
毡可以是力压缩的，例如，通过在两个压盘之间挤压毡。在一个实例中，一个这样的压盘也以轨道运转方式移动，使得振动压缩和力压缩同时施加到毡上。在公开的方法中施加的力范围从约5kg至约50kg，诸如，从约7kg至约40kg，从约10kg至约30kg，或者从约15kg至约25kg(或约0.5至约10psi，或约1.0至20psi，或约2至约5psi)。在该方法详细的实施例中作用到毡上的力是约9kg(诸如，9.07kg)或约27kg(诸如，27.3kg)。
有无力压缩的振动压缩被施加到纤维毡上的时间要能足以改变(通常增加)毡的至少一个物理特性(例如，表观密度或抗张强度)。如上所述，依靠振动压缩方法会产生一定量的名义作用力施加在纤维毡上。而且，振动压缩也能够伴随力压缩。在一个实施例中，振动压缩作用到毡上持续约5秒至约2分钟，包括，例如，持续约10秒至约1分，或持续约15秒至约45秒，或持续约15秒至约30秒。如本领域中的一般技术人员所清楚的那样，振动压缩时间的长短部分地依据纤维的尺寸，所需毡的密度和厚度。需要被压缩的毡的厚度越厚，(即，更多的材料要被压缩)，那么需要压缩更长时间(依据目标密度)。
纤维毡压缩的方法可以包括单振动压缩工艺，双振动压缩工艺，其中毡经过两次个振动加工(或更多次)或者被翻转后进行第二次加工。这些方法也可以包括或不包括力压缩。
III.被压缩的纤维毡
本发明公开的方法能够用来制造被压缩的湿法成网或干法成网的纤维毡。某些实施例依据所需的最终使用可以包括任何合适的类型的纤维，并且可以振动地被压缩而基本不破损，包括，例如，玻璃、聚烯烃、聚乙烯二甲酸、碳、纤维素纤维、或它们的组合物。在本发明公开的某些实例中，任意数量的不同材料的纤维毡可以多层复合在一起形成毡使用。在特定的实例中，多层毡包含粗糙的和光滑的玻璃纤维；纤维素和玻璃纤维；纤维素、碳和玻璃纤维；或具有不同玻璃化学性质的玻璃纤维，所述化学性质诸如在ASM International Volume 4Engineer Material Handbook-Ceramicand Glasses，ISBN0-87170-282-7，Fiberglass Chapter中所述，但不限于此。在某些实施例中，在毡中的玻璃或其他材料纤维的直径范围从约0.2μm至约30μm；例如，从约0.5μm至约25μm，从约1.0μm至约20μm，从约2.0μm至约15μm，从约2.0μm至约10μm，从约0.6μm至约4μm。在另外一些实施例中，纤维的表面面积大于约0.2m2/g。
压缩方法生产纤维毡，该毡具有被改变或加强的的一种或多种物理特性，诸如表观密度或抗张强度。利用本发明公开的方法，被改变或加强了性能的纤维毡用于，例如，用作或用在电池应用中，诸如在阀控式铅酸蓄电池(VRLA)中，镍氢电池，各种类型的绝缘和绝缘板(其，在一些实施例中具有约高达300kg/m3的密度同时保持柔性的而基本无破损或破裂)，电气绝缘，工业用/家用拭纸，隔音，流体吸收介质，以及过滤介质。
适合在本发明公开的方法中使用的湿法或干法成网的纤维毡能够任意地包含任何类型的树脂或在本领域已知的热纤维粘合剂。非限制的典型的粘合剂包括乳胶树脂、酚醛树脂、淀粉、聚酯、聚乙烯醇。对于干法玻璃纤维毡，诸如用于房屋绝缘，管包装，和一些电子学的应用，粘合剂可以包括现有的通常的技术中已知的任何合适的粘合剂。
一些试样方法生产具有增加了表观密度的纤维毡。不受任何特别理论限制，相信振动压缩增加纤维互相的缠结。典型的非压缩的、干法成网的玻璃纤维毡在没有外力的情况下具有约从12至约50kg/m3的表观密度，典型的非压缩的、湿法成网的玻璃纤维毡在没有或基本没有外力情况下具有约从90至约250kg/m3的密度。一些方法实施例生产的纤维毡的增加至少约5％；例如，至少约10％，约15％，约20％，约25％，约50％，约75％。在干法成网的玻璃纤维毡的特别的实例中，公开的方法生产的纤维毡的密度增加至少约10％，至少约15％，或至少约20％；虽然，密度大于约25％，或者甚至约50％或75％，但是能够取得上述控制。在具有比干法成网的玻璃纤维毡高的初始表观密度的湿法成网的玻璃纤维毡的特别实例中，密度能够被增加大约10％，约15％或约20％。
采用另一种方式，在此所公开的干法成网的振动被压缩的玻璃纤维毡在没有外力或在名义外力存在的情况下可以具有密度为，至少约60kg/m3，或至少约100kg/m3或至少约120kg/m3，或至少约175kg/m3或至少约200kg/m3，或至少约300kg/m3。也就是说，存在由于压盘和夹子材料的重量导致的名义外力(例如，在具有约4＂x6＂表面面积的毡上约2psi)。振动压缩的纤维毡的某些实施例在没有任何外力情况下具有密度高达至少约135kg/m3。在此所公开的振动压缩的干法成网的纤维毡不需要使用任何针刺工艺来增加纤维的缠结和由此增加的毡的密度。通过本方法生产的振动压缩的纤维毡的缠结度显示了均匀增强和/或较长纤维的长度保持能力(即，较少纤维断裂)，和/或抗张强度的增加。例如，公开的干法成网的振动压缩的玻璃纤维毡的某些实施例对于约6mm厚度的毡具有抗张强度，至少约0.45kg或至少约1.1kg或至少约2.2kg。振动地被压缩的纤维毡的某些实施例具有抗张强度高达至少约2.2kg和增加了网状平纹棉麻织物的纤维毡的强度大于约4.5kg。
提供下列的实例以说明某些特定的特征和/或实施例。这些实例不应该被认为是对所述特定特征或实施例公开内容的限定。
实例
实例1
轨道直径的作用和在纤维层压缩上作为时间函数的振动速率
该实例描述一种可用于诸如玻璃或聚合纤维毡的纤维毡振动压缩的装置，进一步证明使用两种不同的振动压缩方式能够将预制的玻璃纤维毡迅速地压缩(例如在少于约30秒)到约是它初始厚度的80％。即，毡的厚度增加，使得在振动压缩后总的厚度是在压缩前的厚度的约80％。
一种包括两个相对的10.2 x 15.2cm水平压盘的装置用于该实例中。第一压盘安装在防止其向下垂直移动的支架上，而第二压盘被设置在其上方，并且与第一压盘垂直排列。第二压盘自由垂直向下运动接触第一压盘。10.2 x 15.2cm的粗砂纸片连到第一和第二压盘的上表面和下表面。
具有880g/m2克重并且由具有1.4μm的平均直径的玻璃纤维组成的10.2 x 15.2cm的干法成网的玻璃纤维毡被放在粘附于第一压盘的砂纸上。然后由第二压盘压缩该毡，第二压盘被摆动并且在约5至约60秒的时间内以18.2kg的力强烈垂直朝向下方第一压盘。第二压盘的摆动是轨道运转振动，其导致它的底部表面沿圆形路径移动。在一系列的试验中，所包含的1.59mm(1/16英寸)的轨道直径的轨道运转振动每分钟13,500转。在另一系列的试验中，所包含的4.76mm(3/16英寸)的轨道直径的轨道运转振动每分钟8000转。
测试的样品由四块毡组成，其中每个毡在没有负载的情况下具有约19mm的初始厚度并且每平方米克重约220g/m2。即单独的880GSM(6mm)纤维毡由四层220GSM纤维毡形成(如在图11B所示样品号40)。在振动后，四个毡的主要表面的邻接表面互相相连，因此一个毡的纤维与邻接毡的纤维的缠结，所以四个毡形成一块毡。
玻璃纤维毡的厚度经过不同时间的摆动后在10kPa压力下测定。当圆形的路径的直径是4.76mm(3/16英寸)时，样品应该在35秒后被完全压缩。更长的时间的压缩导致毡的磨损而不是进一步压缩。
前述试验的结果(五个测定的平均值)表示在图10中。图10示出，具有4.76mm(3/16英寸)的较大轨道直径的每分钟8000转的压盘压缩毡比具有1.59mm(1/16英寸)的轨道直径的每分钟13,500转的压盘更快。能够从图10所示的结果中得出结论，在40磅向下力作用在每个压盘的条件下，能压缩800GSM到最大限度的大轨道运转3/16th比压盘具有1/16th轨道运转的方法快25秒。
实例2
振动压缩条件的比较
在满足玻璃纤维占毡的重量的大约25％，水占75％这个条件后，在实例1中描述的装置被用来压缩“干态的”(诸如在实例1中)或者“湿态的”玻璃纤维毡。对毡的调节包括在毡的表面喷水，直到达到合适的含水量。有些情况下压盘上的接触材料是粗糙的砂纸，有些情况下，是细砂纸。有些情况下，施加到第二压盘的力是9.07kg；有些情况下，力是27.2kg。在所有的情况中，毡受到20秒的振动和力(9.07kg和27.2kg)压缩。
下面表格概括在毡被压缩前的条件，使用力的数量，在第一和第二压盘上使用的砂纸类型，和第二压盘所振动的轨道运转的直径。该表格也示出“克重”(初始毡的重量以克每平方米(g/m2)为单位)和在10kPa下以及不加压时的压缩毡的厚度。
 
试样编号 毡的条件 施加的力(kg)     砂纸 轨道直径(mm)     克重(g/m<sup>2</sup>) 厚度(mm在10kPa)
1 干态 9.06 粗糙 1.59 890.9 8.29
2 干态 27.3 粗糙 1.59 804.7 7.74
3 湿态 9.06 粗糙 1.59 797.5 6.82
4 湿态 27.3 粗糙 1.59 812.8 6.77
5 干态 9.06 细 1.59 909.2 8.49
6 干态 27.3 细 1.59 900.6 8.11
7 湿态 9.06 细 1.59 856.0 8.09
8 湿态 27.3 细 1.59 923.0 8.35
9 干态 9.06 粗糙 4.76 851.2 7.86
10 干态 27.3 粗糙 4.76 891.7 7.72
11 湿态 9.06 粗糙 4.76 763.4 6.18
12 湿态 27.3 粗糙 4.76 834.6 6.05
13 干态 9.06 细 4.76 902.0 7.96
14 湿态 27.3 细 4.76 856.7 7.03
15 湿态 9.06 细 4.76 887.3 7.33
当(1)连同轨道运转振动一起当在第二压盘上的“向下”力是9.06kg时；(2)连同轨道运转振动一起当在第二压盘上的“向下”力是27.3kg时；(3)当毡是干的；(4)当毡是湿的；(5)当粗砂纸使用在压盘上；(6)当细砂纸使用在压盘上；(7)当轨道直径是1.59mm；和(8)当轨道直径是4.76mm时，从上述表格中在10kPa压力下的毡的厚度的数据计算平均值，以mm为单位。，平均值表示在图2中，9.06kg的向下力与27.3kg的向下力相比；湿态的毡与干态的毡相比；粗糙的砂纸与细砂纸相比；和轨道直径是1.59mm与轨道直径是4.76mm相比。如由图2中表示的结果所示，当接触材料粗糙并且轨道直径是4.76mm时毡(干态)压缩最好。在该方法的这个实施例中的向下力看起来对结果几乎没有影响。如由图3中的结果所示，为了达到较高的抗张强度，使用4.76mm直径轨道运转压缩(干态)纤维毡。图2示出，不管被压缩的毡是湿态或是干态或者不管砂纸是粗糙的或是细的，在振动压缩后，轨道直径对毡的厚度的影响要大于在第二压盘上的“向下”力的大小的影响。
也测定了该实例中所述的生产出的每块压缩毡的密度(千克每立方米)，以及测定气流的阻力(mmH2O，如弗雷泽透气性测定装置)，抗张强度(该术语用在本文表示破坏毡的2.54cm*7.62cm样品所需要的负载，以千克为单位)和毡的2.54cm*7.62cm样品在破坏时的伸长百分率。这些值列在下面的表格中。(在此实例中除了另外说明的以外，所有样品都是干法成网。水分仅在压缩前添加。在1至15号的试验中，所有湿态样品的含水量大约为30％。)
 
试样编号 密度(kg/m<sup>3</sup>) 对气流阻力(mmH2O)     抗张强度(kg) 百分伸长率
1 92 127 0.9 4.3
2 69 110 0.4 4.5
3 124 115 1.2 3.1
4 128 113 1.3 2.2
5 88 121 1.0 3.7
6 86 119 0.7 4.0
7 104 137 0.9 2.9
8 103 126 1.1 2.3
9 83 118 0.7 3.7
10 94 133 1.0 3.3
11 148 112 1.0 2.5
12 147 124 2.0 1.9
13 90 126 0.9 4.0
14 120 156 1.3 2.1
15 125 148 1.4 1.9
当(1)随着轨道运转振动在第二压盘上的“向下”力是9.06kg时；(2)随着轨道运转振动在第二压盘上的“向下”力是27.3kg时；(3)毡是干态的；(4)毡是湿态的；(5)粗砂纸使用在压盘上；(6)细砂纸使用在压盘上；(7)轨道直径是1.59mm；和(8)轨道直径是4.76mm时，从前述表格中给出的数据计算毡的抗张强度，。平均值表示在图3中，9.06kg的向下力与27.3kg的向下力相比；湿态时的毡与干态时的毡相比；粗糙的砂纸与细的砂纸相比；和当轨道直径是1.59mm与轨道直径是4.76mm时相比。
图3表明，不管压缩的毡是湿态的还是干态的，在振动压缩后，作用在第二压盘上的向下力对毡的抗张强度的影响大于轨道直径或者砂纸粗糙程度的影响。
测定每个毡在10.3kPa、20.7kPa和51.7kPa负载下被压缩的百分比，以及当除去压缩负载时的回复率(percentage recovery)。每个毡在指定负载下的压缩率(％C)和当除去负载时的回复率(％R)一起表示在下面的表格中。
Figure C200510097647D00271
在上面表格中的结果表示当在51.7kPa压力下时(当湿态或干态压缩)轨道运转压缩的毡能够回复到它的初始厚度的约90％。
实例3
在压盘之间包含档块的振动压缩装置
与实例1中描述的相似的装置经过改进，增加档块，其在第二压盘的底部表面下面延伸3mm。这个改进的装置用来压缩如在实例1和2中所述的干态的或经过调节后含水量大约为75％的湿态的玻璃纤维毡。当档块撞击第一压盘时，它们防止第二压盘朝第一压盘的进一步运动，以使在每次压缩结束时两个压盘保持至少3mm的间距。在一些情况中，在压盘上的砂纸是粗的，而在其他的情况中，是细砂纸。
下面表格概括了在毡(所有干法毡)被压缩前的条件，在第一和第二压盘上使用的砂纸类型，和第二压盘所振动的轨道运转的直径，“克重”(初始毡的重量以克每平方米(g/m2)为单位)和在10kPa下以及不加压时的压缩毡的厚度。
 
试样编号 毡的条件 砂纸 轨道直径(mm)     克重(g/m<sup>2</sup>) 厚度(mm在10kPa)
1 湿态 细 1.59 955 7.76
2 干态 细 1.59 895 7.31
3 湿态 粗 1.59 884 6.85
4 干态 粗 1.59 871 7.00
5 湿态 细 4.76 921 6.99
6 干态 细 4.76 894 6.89
7 湿态 粗 4.76 864 6.76
8 干态 粗 4.76 881 6.88
从上述表格中在10kPa压力下的数据计算毡的厚度的平均值，以mm为单位。，(1)当毡是干的；(2)当毡是湿的；(3)当粗砂纸使用在压盘上；(4)当细砂纸使用在压盘上；(5)当轨道直径是1.59mm；和(6)当轨道直径是4.76mm。平均值表示在图4中，湿态的毡与干态的毡相比；粗糙的砂纸与细砂纸相比；和当轨道直径是1.59mm与轨道直径是4.76mm相比。图4示出，在振动压缩后，毡的干湿状态对毡的厚度的影响要小于砂纸粗糙程度和轨道直径对其的影响。
测定每块压缩毡(编号1至8，干法成网)的密度(千克每立方米)，以及测定气流的阻力(mmH2O，使用弗雷泽透气性测定装置测定，可以从弗雷泽精密仪器公司购买)，抗张强度和伸长百分率。这些值列在下表中：
 
试样编号 密度(kg/m<sup>3</sup>) 对气流阻力(mmH<sub>2</sub>O)     抗张强度(kg)     伸长百分率
1 128 152 1.5 1.7
2 107 167 1.0 3.0
3 127 146 1.4 1.9
4 112 183 1.2 3.3
5 132 193 1.2 2.0
6 117 156 0.9 3.3
7 142 144 1.5 1.8
8 117 200 1.3 2.8
平均值根据上表中以kg/m3为单位的毡的密度和以kg为单位的毡的抗张强度的数据计算出来，(1)当毡是干态的；(1)当毡是湿态的；(3)当粗砂纸使用在压盘上；(4)当细砂纸使用在压盘上；(5)当轨道直径是1.59mm；和(6)当轨道直径是4.76mm。这些平均值表示在图7和8中，湿态的毡与干态的毡相比；粗糙的砂纸与细砂纸相比；和当轨道直径是1.59mm与轨道直径是4.76mm相比。图7给出的数据显示，压缩的毡的干湿状态对毡厚度的影响大于砂纸的粗糙程度对其的影响，并且也大于轨道直径对其的影响。图8给出的数据显示轨道直径对抗张强度的影响小于压缩毡的任何特征(湿态或干态)或者压盘上砂纸粗糙程度对其的影响。
最后，测定每个毡在10.3kPa、20.7kPa和51.7kPa负载下被压缩的百分比，以及当除去压缩负载时回复率。每个毡在指定负载下的压缩率(％C)和当除去负载时的回复率(％R)一起在下面的表格中给出。
Figure C200510097647D00301
在上面表格中的结果表示，通过利用防止毡受到持续压力的间隙，不管毡被压缩的毡是湿态还是干态或者不管所使用的接触材料是粗糙的还是细的，毡仍回复到大于它的初始厚度的约90％。在51.7kPa的压力下，毡被压缩为它初始厚度的约35％。
实例4
具有不同水分含量的玻璃纤维毡的振动压缩
在实例1中描述的装置被用于压缩如实例1所述的干法成网的，且经过调节使含水量达到水分和纤维总重的25％、50％、或75％的玻璃纤维毡经过。使用的接触材料是在实例1中描述的砂纸。施加在第二压盘上用于压缩毡的作用力(随着振动压缩一起)是18.1kg。在毡被压缩前的毡的水分含量，和其中第二压盘振动的轨道直径，和“克重”(以克每平方米为单位的重量)和在10kPa下以及不加压时的压缩毡的厚度被列入下表。
 
试样编号 水分含量％ 轨道直径(mm)     克重(g/m<sup>2</sup>) 厚度(mm在10kPa下) 
1 25 1.59 842 6.91
2 50 1.59 892 6.73
3 75 1.59 867 6.59
4 25 4.76 875 6.75
5 50 4.76 849 6.68
6 75 4.76 874 6.70
根据上表中在10kPa负载下以mm为单位的毡厚度的的数据计算出平均值，(1)当轨道直径是1.59mm时；(2)当轨道直径是4.76mm时；(3)当毡的水分含量是25％时；(4)当毡的水分含量是50％时；和(5)当毡的水分含量是75％时。这些平均值表示在图7中，图7给出的数据表明，毡的水分含量对在振动压缩后的毡的厚度影响大于轨道直径所产生的影响。
在毡被压缩前干法成网的毡的水分含量，和其中第二压盘振动的轨道直径，加之压缩毡的密度，压缩毡对气流的阻力，压缩毡的抗张强度和压缩毡的伸长百分率列入下表。
 
试样编号 密度(kg/m<sup>3</sup>) 对气流阻力(mm H<sub>2</sub>O)     抗张强度(kg)     百分伸长率
1 126 143 1.23 2.0
2 134 169 1.81 1.8
3 135 143 1.53 1.8
4 131 161 1.62 2.3
5 139 181 1.81 1.6
6 138 141 1.70 1.6
结果表明，约50％的水分提供较高的抗张强度。
根据上表中以kg为单位的毡的抗张强度的数据计算出平均值，(1)当轨道直径是1.59mm时；(2)当轨道直径是4.76mm时；(3)当毡的水分含量是25％时；(4)当毡的水分含量是50％时；和(5)当毡的水分含量是75％时。这些平均值表示在图8中，图8中的数据表明，，毡的水分含量对在振动压缩后的毡的厚度影响大于轨道直径所产生的影响，并且当毡的含水量在50％时压缩能够达到最高的抗张强度。
Figure C200510097647D00321
来自这些实例的结果表明，当含水量为25％、50％、75％或干态时，通过轨道运转压缩对毡压缩时，在51.7kPa的压力下被压缩为它的初始厚度的约29％之后毡将回复到大于它的初始厚度的约90％。
实例5
轨道运转速率和直径对振动压缩的玻璃纤维毡的特性的影响
用实例1中描述的装置压缩玻璃纤维毡，与实例1中描述的方法相似，不同之处在于试样的尺寸是10.2 x 10.2cm，使用每分钟不同转数(orbits)以及不同轨道直径。在所有的情况中，使用4.5kg的力20秒来导致第二压盘向下移动。在下面的表格中概括了振动和力压缩以及获得结果的详情。该实例的结果表明，当使用具有列出的克重和厚度的毡时，毡的整个压缩随着轨道直径和速度的增加而增加。在抗张强度和密度上的效果在图9中示出，图9表明，抗张强度随着使用1.59mm和4.76mm的轨道运转速度的方法增加。由于轨道运转速度增加，纤维毡的密度也增加。
 
试样编号 轨道直径(mm)     每分运行 克重(g/m<sup>2</sup>) 密度(kg/m<sup>3</sup>) 抗张强度(kg)     伸长百分
1 1.59 2000 905 26 0.5 4.9
2 4.76 2000 890 62 0.7 4.1
3 1.59 8000 853 63 0.9 4.4
4 4.76 8000 891 103 0.9 3.2
5 1.59 5000 933 51 0.7 4.8
6 4.76 5000 894 97 0.7 3.4
图9是以千克为单位的抗张强度相对以千克每立方米为单位的密度的图，它们是基于在前述表格中的数据。在图9中，邻近数据点的数字表明在振动压缩中所使用的轨道运转速度和以kg为单位的抗张强度；菱形数据点表示当以1.59mm的轨道直径进行振动压缩时观察的值；圆形数据点表示当以4.76mm的轨道直径进行振动压缩时观察的值。
实例6
振动压缩和液压压缩的对比
在实例1中描述的装置被用于压缩玻璃纤维毡，与实例1中描述的方法相似，不同之处在于试样的尺寸是10.2 x 10.2cm。在所有的情况中，使用每分钟3700转，4.76mm轨道直径和持续20秒9.06kg的力。在一些情况中，毡以“干态”压缩，，在其他的情况中毡以“湿态”压缩，含水量被调节到纤维加水总重的75％。为了进行比较，湿态和干态的毡试样在液压机的压盘之间都受到“液压压缩”。在下面的表格中概述压缩的详情和获得结果。
 
试样编号 压缩方法 试样重量(克) 克重(g/m<sup>2</sup>) 厚度(mm在10kPa下)
1(比较例) 干态液压压缩 9.27 900 4.79
2(比较例) 湿态液压压缩 13.40 870 6.56
3 干态液压压缩 9.48 920 5.78
4(比较例) 干态液压压缩 8.84 858 6.75
5(比较例) 湿态液压压缩 13.37 869 6.83
6 干态液压压缩 9.92 963 6.65
7(比较例) 干态液压压缩 9.16 889 5.35
8(比较例) 湿态液压压缩 13.64 886 6.07
9 干态液压压缩 9.17 890
如上表所示，比较例表明在液压和轨道运转压缩之间的压缩。液压压缩是向干法成网的毡施加作用力直到毡保持在或约目标厚度。
 
试样编号 密度(kg/m<sup>3</sup>) 对气流阻力(mmH<sub>2</sub>O)     抗张强度(kg) 伸长百分率
1 90 ND<sup>*</sup> ND<sup>*</sup> ND<sup>*</sup>
2 104 120 0.5 2.3
3 138 160 1.8 3.3
4 55 0 0.3 3.2
5 101 120 0.4 2.6
6 126 188 1.6 3.4
7 71 0 0.00 0.0
8 104 120 0.4 2.3
9 130 176 1.8 3.4
*由于液压压缩造成试样的严重降解，没有测定该数值。
Figure C200510097647D00351
该实例中前述的表格中的数据表明，在增加玻璃纤维毡的密度和抗张强度方面在此公开的振动压缩方法显著地优于液压压缩。
实例7
轨道运转振动和直线振动的比较
在实例1中描述的装置用于压缩玻璃纤维毡，与实例1中描述的方法相似，不同之处在于试样的尺寸是10.2 x 10.2cm。在三个例子中，第二压盘的振动是轨道运转的，每分钟3700转，4.76mm的轨道直径而在另三个例子中振动是摆动的，以每分钟3700次的线性运动作振动的。在所有的情况中，使用9.07kg的力和持续20秒导致第二压盘向下移动。在下面表格中表示了压缩毡的克重、在10kPa负载下的厚度、密度、对气流阻力、抗张强度和伸长百分率。在下面两个表格中的数据表明轨道运转振动压缩比直线振动压缩更有效。
 
试样编号 振动 克重(k/m<sup>2</sup>) 厚度(mm在10kPa下)
1 直线 891 6.25
2 直线 872 6.42
3 直线 867 6.46
4 轨道运转 920 5.78
5 轨道运转 963 6.65
6 轨道运转 890 5.88
 
试样编号 密度(kg/m<sup>3</sup>) 对气流阻力(mmH<sub>2</sub>O)     抗张强度(kg)     伸长百分率
1 126 160 1.6 3.7
2 117 146 1.5 3.2
3 119 164 1.6 3.4
4 138 160 1.8 3.3
5 126 188 1.6 3.4
6 130 176 1.8 3.4
测定在该实例中生产的每个毡在10.3kPa、20.7kPa和51.7kPa负载下被压缩的百分比，以及当除去压缩负载时回复率。每个毡在指定负载下的压缩率(％C)和当除去负载时的回复率(％R)一起表示在下面的表格中。下面表格表明在使用直线振动运动相对轨道运转振动运动之间在压缩结果上的差别。两种方法都对毡进行了充分的压缩；然而轨道运转振动更有效。
实例8
由图1的装置生产的玻璃纤维的几个试样利用本发明中的振动压缩的方法在上压盘和下压盘之间被压缩成不同的厚度，其中所述上、下压盘具有10.2 x 15.2cm的主表面，并且相对的表面上具有粗砂纸。下压盘被支撑，以使其不向下移动，而上压盘被振动，所以它的主表面沿具有4.76mm直径的圆形路径以约8000RPM的速度移动。平均纤维直径为0.8μm的10.2 x 10.2cm的毡的试样放置在下压盘上并且承受振动压缩，该振动压缩通过推动振动的上压盘与超过试样的在下压盘端部上的档块接触而实现。上压盘被振动，并且施加约0.9kg的力将上压盘推向下压盘；当上压盘接触到档块时振动结束。因为可使用不同的档块，所以各试验之间当振动结束时两个压盘之间的距离不同，范围从最小的5至6mm到差不多约70mm。每个试验的试样由四块毡组成。四块毡中的每一个在无负载下具有约19mm的初始厚度和约每平方米220克的重量。在振动之后，四块毡的相邻的主表面互相相连，因此一个毡的纤维与相邻的毡的纤维的缠结以形成一块毡。
测定了无负载和负载为10kPa时的被压缩的毡的厚度。还测定了具有足够完整性从而能够被测定的所有的被压缩毡的抗张强度。发现，每块被压缩的毡的厚度近似等于当上压盘靠在档块上时的上下压盘之间的距离，其中所述档块在制造毡的振动压缩时被使用。具有足够完整性从而能够被测定的抗张强度近似保持不变。不受任何理论的限制，可以认为，因为玻璃纤维毡的振动压缩增加了毡纤维的互相缠结，使得纤维不发生明显的断裂，所以，在压缩之前和之后，对毡的强度产生贡献的长度基本相同的纤维仍保持数量基本相同。
为了比较，重复在该实例中所述的程序，除了在压缩期间上压盘不是振动的和使用液压缸以在上压盘上施加较大的力而使它与档块接触之外。如果如此设计档块尺寸使得当上压盘与档块接触时在两个压盘之间的距离是大约3.8mm或者更大，毡在压缩之后当升起上压盘使得毡不再被压缩时返回到它的大约7.6mm的初始厚度。另一方面，如果如此设计档块尺寸使得当上压盘与档块接触时在两个压盘之间的距离是小于3.8mm，当升起上压盘使得毡不再被压盘压缩时毡返回到小于约7.6mm的厚度。已经发现，在如所述压缩之后毡的厚度减小的原因是由压缩产生的纤维断裂引起的，并且，纤维断裂的数量是毡厚度的正函数，其中毡被压缩的厚度小于毡初始厚度的50％。也可以发现，在如所述的压缩后毡厚度的减小量是纤维断裂的正函数，并且毡的抗张强度是纤维破损量的反函数。因此，无振动的压缩能够用来增加毡的密度，但减小被压缩毡的抗张强度，并且纤维的断裂导致其他不理想的结果，诸如减小的压缩/回复，或撕裂强度。另外，毡易于松散并且难于搬运。
前述实例的数据表明，使用振动压缩可以增加气流成网的玻璃纤维毡的密度，同时对纤维几乎没有损伤。纤维的损伤，在某种程度上的确发生了，通常导致抗张强度减小。实例9和10下面示出，使用振动压缩以增加聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的气流成网的毡的密度。
实例9
聚丙烯纤维毡的振动压缩
当纤维处于热软化条件下时，收集几块聚丙烯纤维熔喷毡的试样，而没有使用利用压缩增加毡的表观密度的通常步骤。这样的聚丙烯纤维毡通过使用在实例1中所述的装置的振动压缩被压缩成不同的厚度。聚丙烯纤维具有基本上4μm的平均直径。毡是17mm厚，75.9g/m2重，并且是大约10.2 x 10.2cm。这些毡放置在被支撑住不向下移动的下压盘上，受到上压盘向下朝下压盘移动而产生的振动压缩。上压盘振动使其主表面在具有4.8mm直径的圆形轨迹中以8000RPM的速度移动，并且推动上压盘与在下压盘的端部上超过试样的档块接触。约0.9kg的力用于将上压盘向下压盘推进；当上压盘接触档块时振动结束。使用不同的档块，所以当振动结束时在两个压盘之间的间距范围从5至6mm到最多约12mm。
实施例10
聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维毡的振动压缩
当纤维处于热软化条件下时，收集几块聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维熔喷毡的试样，而没有使用利用压缩增加毡的表观密度的通常步骤。这样的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维毡通过使用在实例1中所述的装置的振动压缩被压缩成不同的厚度。聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维具有基本上4μm的平均直径。毡是17mm厚，75.9g/m2重，并且是大约10.2 x 10.2cm。这些毡放置在被支撑不向下移动的下压盘上，并且受到上压盘向下朝下压盘移动而产生的振动压缩。上压盘振动使其主表面在具有4.8mm直径的圆形轨迹中以8000RPM的速度移动，并且推进上压盘与在下压盘的端部上超过试样的档块接触。约0.9kg的力用于将上压盘向下压盘推进；当上压盘接触档块时振动结束。使用不同的档块，所以当振动结束时在两个压盘之间的间距范围从5至6mm到最多约12mm。
实例11
碳纤维毡的振动压缩
几个碳纤维毡的试样通过使用如在实例1中所述的装置的振动压缩被压缩为不同的厚度。碳纤维具有基本上4μm的平均直径。在振动压缩前，碳纤维毡是17mm厚，135g/m2重，并且是大约10.2 x 10.2cm。这样的毡由熔喷法制成的织物(克重约200g/m2)制成，所述织物由熔融加工的聚丙烯腈聚合物残余成分和挥发性聚合物成分组成，该挥发性聚合物成分是通过冲洗片状的挥发性聚乙烯醇得到，并且，对残余聚丙烯腈的纤维进行一系列的热处理，使他们变成碳纤维(参见，例如，U.S.专利号6,583,075)。
碳纤维毡放置在被支撑而不向下移动的下压盘上并且受到上压盘向下朝下压盘移动而产生的振动压缩。上压盘是动使其主表面在具有4.8mm直径的圆形轨迹中以8000RPM的速度移动，并且推进上压盘与在下压盘的端部上超过试样的档块接触。约0.9kg的力用于将上压盘向下压盘推进；当上压盘接触档块时振动结束。使用不同的档块，所以当振动结束时在两个压盘之间的范围从5至6mm到最多约12mm。
实例12
湿法成网的Bgo65玻璃纤维隔板材料的振动压缩
一片3mm厚的湿法成网的玻璃纤维隔板材料(从Hollingsworth &Vose Company，East Walpole，Massachusetts购买名称为“BGO 440 65”)通过使用在实例1中所述的装置的振动压缩至不同厚度。隔板材料由具有约1.4μm的平均直径的玻璃纤维组成，并且在振动压缩前具有3.09mm的平均厚度和135.5kg/m3密度。
这些片放置在被支撑而不向下移动的下压盘上并且受到上压盘向下朝下压盘移动而产生的振动压缩。上压盘是振动以使它的主表面在具有4.8mm直径的圆形轨迹中以8000RPM的速度移动，并且以约27.2kg的力向下压盘推动上压盘。在大约20秒后，振动结束。在振动压缩之后，隔板(separator)在10kPa(减少12.9％)负载下具有2.69mm的平均厚度，和164.1kg/m3(增加21％)的密度。
通过玻璃纤维纸的振动压缩能够得到与在前几段中所述结果相似的结果，所述的玻璃纤维纸通过将桨料(furnish)放置在铁丝网或筛网上并且排出桨料。该装置包括在底部具有筛网的箱、在筛网下面的排水管、能打开和关闭排水管的阀以及手动划桨，其能够被前后移动以模拟在商用的造纸装置中桨料的运动并且建立平形于桨运动方向的“加工方向”。能够这样生产桨料，即通过向槽中加入Ph2.7的酸性水和固体并且搅拌大约5分钟，其中所述固体如下组成：重量比为74.5％的平均纤维直径0.76μm的Johns Manville’s 206玻璃纤维，重量比为12.8％的名义纤维直径2.6μm的Evanite Fiber Corporation’s 610玻璃纤维，和重量比为12.8％的名义纤维直径13μm的Johns ManvilleA20-BC-13mm玻璃纤维。然后，打开阀，所以水通过筛网排出同时隔板被保留在筛网上。桨料能够包含足够的玻璃纤维以生产在10kPa负载下具有3.09mm的平均厚度和135.5kg/m3的密度的隔板。
实例13
振动压缩的湿法成网的纤维板鞋垫
该实例说明湿法成网的纤维板鞋垫的振动压缩。如本领域的一般技术人员所知的，在圆压印刷机(有时称为“真空圆网抄纸机”)上由被回收得到皱形板和装淀粉和糖的牛皮纸(ground kraft bibers fromflour and sugar bags)构成的浆生产纤维板鞋垫。该浆被制成浆并且精炼到80cc打浆度的加拿大标准(Canadian Standard)，并且被装到真空圆网抄纸机。通过真空圆网抄纸机的圆筒从浆中获得的板材被卷绕在制造辊上直到收集到纤维网的厚度为约6.4mm为止。然后从制造辊卷上切割纤维网，并且对纤维网施加振动压缩。
在具有粗糙相对表面的相对的压盘之间进行振动压缩的步骤，通过固定相对的压盘中的下压盘使之不能向下移动，将纤维网放在下压盘上，并且向下推动上压盘压靠在纤维网的上表面，同时使上压盘产生振动，以使它的主表面在4.8mm的直径的运行轨迹中以约8000RPM的速度移动。约13.8kg(kPa)的力用来向下推动上压盘。纤维网受到约5至约30秒的振动压缩。然后被压缩的材料被送到风洞式干燥室干燥约一个小时，并且被分成较窄的片状，允许进行含水量调节，并且用轧辊整理到最终的目标厚度。
虽然通过强调特别实施例描述了本发明公开的内容，但是，显而易见的是，现有技术中的一些普通技术，也可以用来对本发明中的特别实施例进行改变，并实施本发明，这里就不再进行特别地描述了。因此，本发明公开的内容包括了所有由权利要求所限定的在本发明的宗旨和范围内的所有的改进。

Claims (31)

1.一种纤维毡，通过振动干法成网的纤维毡来生产出，以提高纤维相互缠结的程度和毡的密度，该纤维毡包括：
具有平均直径从0.2μm至30μm的玻璃纤维，用于干法成网法制造纤维网，其中该干法成网的纤维网基本是无粘结的；
纤维毡，其在基本没有外力情况下具有最少60kg/m3的密度；并且
其中纤维毡没有被水刺缠结或者针刺。
2.如权利要求1所述的纤维毡，其中纤维毡在基本没有外力情况下具有最少120kg/m3的密度。
3.如权利要求1所述的纤维毡，其中纤维毡在基本没有外力情况下具有最少175kg/m3的密度。
4.如权利要求1所述的纤维毡，其中纤维毡在基本没有外力情况下具有最少200kg/m3的密度。
5.如权利要求4所述的纤维毡，其中纤维毡是柔性的。
6.如权利要求1所述的纤维毡，其中纤维毡在基本没有外力情况下具有最少300kg/m3的密度。
7.如权利要求1所述的纤维毡，还包括与聚烯烃混合的玻璃纤维、聚乙烯甲二酸、碳、丙烯酸、硫化聚苯醚、纤维素纤维或它们的混合物。
8.如权利要求1所述的纤维毡，还包括混合有天然或人造有机纤维或它们的混合物的玻璃纤维。
9.如权利要求1所述的纤维毡，其中玻璃纤维具有平均直径从0.2μm至10μm。
10.如权利要求1所述的纤维毡，其中纤维毡具有至少0.45Kg的抗张强度。
11.如权利要求1所述的纤维毡，其中纤维毡具有至少2.2Kg的抗张强度。
12.如权利要求1所述的纤维毡，其中纤维毡被振动压缩。
13.如权利要求1所述的纤维毡，其中纤维毡被轨道运转振动压缩。
14.如权利要求1所述的纤维毡，其中所述
纤维毡在基本没有外力情况下具有最少100kg/m3的密度。
15.一种纤维的干法成网毡，通过振动干法成网的纤维毡来生产出，以提高纤维相互缠结的程度和毡的密度，该纤维的干法成网毡包括：
纤维，所述纤维惰化于电池反应和存在于在电池中的材料，所述纤维具有从0.2至30μm的直径；
所述纤维在基本无粘结的纤维网中发生缠结并形成干法成网的毡；
在不受到水刺缠结或者针刺情况下并且当基本无外力时，干法成网的纤维毡具有至少大于60kg/m3的密度。
16.如权利要求15所述的干法成网的毡，其中纤维包括玻璃纤维。
17.如权利要求15所述的纤维毡，其中纤维包括玻璃纤维、聚烯烃纤维、聚乙烯二甲酸纤维、碳、丙烯酸、硫化聚苯醚、纤维素或它们的混合物。
18.如权利要求15所述的纤维毡，其中纤维包括混合有天然或人工有机纤维或它们的混合物的玻璃纤维。
19.一种非水刺缠结的非针刺纤维毡，包括：
玻璃纤维，所述玻璃纤维形成基本无粘结的干法成网的纤维网，从而具有最小60kg/m3的密度；并且
其中纤维毡已经被振动压缩。
20.如权利要求19所述的纤维毡，其中纤维毡已经被轨道运转振动压缩。
21.一种用于提高由纤维缠结形成的毡的密度的方法，所述纤维具有从0.2至50μm的直径，该方法包括：
形成干法成网或湿法成网的纤维毡；以及
振动纤维毡，以提高纤维相互缠结的程度和毡的密度。
22.如权利要求21所述的方法，其中，纤维包括由惰化于电池反应和电池中化学物质的材料制成的纤维。
23.如权利要求21所述的方法，其中纤维毡的振动包括轨道运转振动纤维毡。
24.如权利要求21所述的方法，还包括通过5kg-50kg的外力压缩纤维毡。
25.如权利要求21所述的方法，其中通过5kg-50kg的外力进行压缩纤维毡是与振动纤维毡基本上同时进行的。
26.如权利要求21所述的方法，其中通过具有粗糙表面的压盘与第一主表面接触使得在毡的第一主表面和邻接毡的第一主表面处的纤维振动，并且该振动足以增加毡的密度。
27.如权利要求21所述的方法，其中对纤维毡进行轨道运转振动，以使得当纤维毡在基本没有外力的情况下具有至少60kg/m3的密度。
28.如权利要求27所述的方法，其中轨道运转的速度从每分钟1000至20,000转。
29.如权利要求21所述的方法，其中毡由干法成网形成，并且毡的密度由于毡的振动增加至少5％。
30.如权利要求21所述的方法，其中毡由湿法成网形成，并且毡的密度由于毡的振动增加至少5％。
31.如权利要求21所述的方法，其中毡的密度由于毡的振动增加至少20％。
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