CN102471937A - 挤出涂覆的未扭绞的纱线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种未扭绞的纱线和挤出涂覆的强化纱线及其制造方法，该方法是通过用一种胶料组合物来涂覆未扭绞的玻璃丝并且将这些丝并排组合在一起以便提供一种上胶的未扭绞的纱线，其中该胶料组合物在一种熔融热塑性树脂中变为易延展的而释放该未扭绞的玻璃丝使之在该熔融热塑性树脂中径向向内移动从而为该未扭绞的纱线提供适合于用该熔融的热塑性树脂进行挤出涂覆的一种基本上圆形的截面。

Description

挤出涂覆的未扭绞的纱线
技术领域
本发明涉及一种适合于挤出涂覆的纱线及其制造方法。进一步，本发明涉及一种挤出涂覆的纱线及其制造方法。
背景技术
US 6,254,817披露了一种挤出涂覆的强化纱线。该强化纱线是由具有高弹性模量的玻璃纤维制成。一种热塑性树脂材料的连续的、薄的保护涂层保护这些玻璃丝不与湿气和碱性环境相接触。
该挤出涂覆的强化纱线可以用来制造网格强化片材。进而，该网格用来强化一种粘接的基质，如粘接的石膏、灰泥或波特兰水泥。替代地，一种单独的挤出涂覆的强化纱线本身可以用来强化一种粘接的基质。
一种挤出涂覆的强化纱线是通过制造玻璃丝、并将玻璃丝合并成纱线而制造的。典型地，将这些玻璃丝扭绞而形成一个扭绞的纱线。然后将该扭绞的纱线与一种熔融的热塑性树脂材料进行共挤出。要求该共挤出过程来在该纱线表面上连续地生产一种均匀分布的、薄的挤出涂层。
US 5,451,355披露了用于将扭绞的纱线与一种熔融的热塑性树脂材料共挤出的一个十字头尖端和挤出模口组件。将纱线连续供送至该组件的十字头尖端。熔融的树脂材料由一个挤出装置连续供应至该十字头尖端中的一个腔室中，其中在共挤出之前该树脂材料围绕该纱线均匀地分布。通过使纱线和熔融的树脂材料穿过该组件的一个圆形共挤出模口来进行共挤出。
用单独的玻璃丝制成了扭矩的纱线。例如，通过将熔融的玻璃拉拔穿过一个可能包含高达几百个孔的铂合金套管来制造200-1200根玻璃丝。该套管生产出连续的、拉拔的玻璃丝，这些玻璃丝在它们从其孔口中出现时凝固。用一种畅流的胶料组合物对从该套管中出现的丝连续地上胶，然后将其集合成股并卷绕成中间成形包装(结块)用于进一步的处理步骤。
扭绞的纱线的挤出涂覆是相当平常的。在纱线制造过程中进行扭绞过程。在适当的温度和湿度调节之后，将成形结块的股束在一个环式扭绞器上在Z扭绞或S扭绞方向上连续扭绞，这产生了一种圆形的扭绞的纱线。扭绞的纱线的挤出涂覆是相当平常的。
将这个圆形纱线通过使之连续穿过一个圆形共挤出模口(一个具有圆形挤出孔的模口)来进行挤出涂覆。当该圆形纱线连续穿过该圆形挤出孔时，该圆形纱线将在该圆形挤出孔中同中心地定中心。这使得该圆形挤出模口能围绕该圆形纱线均匀地分布挤出压力。其结构是，该共挤出的熔融热塑性树脂材料均匀地分布在该圆形纱线的表面上。这样的均匀压力分布使得能在该圆形纱线的表面上连续地形成热塑性材料的一个均匀的、薄的涂层。圆形纱线的挤出涂覆能以＞300m/min的速度进行，这产生了具有圆形形状的高品质纱线。
要求一个扭绞过程以及相关制造设备来生产适合于挤出涂覆的圆形纱线。将希望的是通过产生用于挤出涂覆的未扭绞的纱线来消除这个扭绞过程。然而，未扭绞的纱线具有一种不适合于挤出涂覆的不对称截面。穿过共挤出模口而输送的不对称截面围绕该纱线产生了该熔融热塑性树脂的不均匀压力分布。其结果是，此类纱线的挤出涂覆由于在挤出过程中在模口中出现的不对称的并且不稳定的树脂流动方式而是困难的。因此，该共挤出模口难以在纱线表面上连续施加一个均匀的薄涂层。这种不对称树脂流动的结果是，该纱线具有围绕该纱线是不对称的一个树脂涂层。该热塑树脂趋向于在某些地方更厚并且在其他地方更薄并且可能具有不希望的空隙。此纱线缺乏粗糙度并且缺乏居中性是不可接受的。
将希望的是生产出适合于挤出涂覆的未扭绞的纱线。此外，将有利的是提供一种挤出涂覆的强化纱线及其制造方法，该强化纱线是未扭绞的并且还具有该热塑性树脂的均匀薄涂层。
发明内容
本发明提供了一种制造未扭绞的纱线的方法，该方法是通过用一种胶料组合物来对未扭绞的玻璃丝上胶并且将这些丝并排组合在一起以便提供一种上胶的未扭绞的纱线，其中该胶料组合物在一种熔融的热塑性树脂中变为易延展的以释放这些未扭绞的玻璃丝以便在该熔融热塑性树脂内在它们长度的侧面移动并且为该未扭绞的纱线提供适合于挤出涂覆的一种基本上圆形的截面。
本发明提供了一种用于制造挤出涂覆的强化纱线的方法，该方法如下：用一种胶料组合物来涂覆未扭绞的玻璃丝并且将这些丝并排组合在一起以便提供一种上胶的未扭绞的纱线；在共挤出之前将一种熔融热塑性树脂分布在该上胶的未扭绞的纱线周围，其中该胶料组合物在该熔融的热塑性树脂中变为易延展的以释放这些玻璃丝使之在该熔融的热塑性树脂内移动；并且将该纱线和该树脂共挤出以便使这些玻璃丝在该熔融的热塑性树脂内从它们长度的侧面移动并且为该纱线提供一种基本上圆形的截面，其中该纱线是未扭绞的并且涂覆有该热塑性树脂的一个均匀薄涂层。
附图说明
作为举例，现在将参照附图对本方法的实施方案详细地进行说明。
图1是制造连续的未扭绞的玻璃丝以及连续的未扭绞的纱线的设备、以及用于制造挤出涂覆的玻璃纱线的十字头挤出尖端与模口组件的一个示意图。
图2是具有图1的十字头挤出尖端与模口组件的挤出设备的示意图。
图3披露了具有TD37胶料的挤出涂覆的纱线的截面。
图4披露了具有5251胶料的挤出涂覆的纱线的截面。
具体实施方式
图1是设备100的示意图，该设备用于制造连续的未扭绞的玻璃丝102以及连续的未扭绞的纱线104，它们适合用于制造一种挤出涂覆的强化纱线106。图1披露了一种玻璃组合物108，该玻璃组合物在由一个箭头所指示的方向上被供应至加热炉110从而将该玻璃组合物108加热以便提供熔融的玻璃112。取决于组合物108，玻璃112包括E玻璃、D玻璃、R玻璃、C玻璃、或AR玻璃。AR玻璃本身是耐碱的并且依赖于挤出涂层122来获得额外保护。
熔融玻璃112通过一个套管或成形模口114而离开加热炉110。熔融玻璃112被拉拔穿过该套管或成形模口114的众多微型孔而产生数量为从800至1200根拉拔的玻璃丝102。离开套管或成形模口114的玻璃丝102充分凝固而增大它们的拉伸模量。
一个胶料(sizing/size)涂布器116将一种粘着的胶料组合物118涂覆到丝102上，优选是通过浸取。在该胶料有机会干燥之前，将这些胶料涂覆的(上胶的)丝102并排聚集在一起而不扭绞并且不彼此连结。在涂布了胶料之后，将聚集在一起而成为一个股束的这些丝缠绕在接纳装置(绕线机)上放置的一个套筒上以构建该成形包装(结块)。然后将这些结块在烘箱中干燥并固化以去除过量的水并且允许胶料形成膜，这是进一步的处理操作所必须的。使粘着的胶料组合物118干燥以便将这些丝102束缚在一起并形成胶料涂覆的(上胶的)未扭绞的纱线104。成形之后，这些结块包含过量的水并将其干燥，并且尤其在未卷绕时，这些结块必须进行干燥。
该胶料组合物118粘在这些丝102上而在玻璃与待施加在未扭绞的纱线104上的一个挤出涂层122之间产生一种结合。该胶料组合物118粘在这些丝102上，并且丝102彼此并排粘合而提供了上胶的未扭绞的纱线104。上胶的纱线104是指用胶料组合物118涂覆了这些丝102并且将它们彼此粘着的这些丝102的纱线。未扭绞的纱线104是指其具有零扭(即，是未扭绞的并且未连结在一起)并且通过该粘着的胶料组合物118而粘在一起的这些丝102。
优选地，该胶料组合物118在一种熔融的热塑性树脂中变得较不粘着，该热塑性树脂包括但不限于：聚乙烯、全同立构的或间同立构的聚丙烯、聚酯、其他烯烃纤维的乙烯丙烯共聚物、尼龙、聚氯乙烯、聚丁烯和丙烯的共聚物、乙烯丙烯橡胶(EPR)、热塑性聚烯烃橡胶(TBR)、聚偏二氯乙烯(SARAN.RTM.)或乙烯-丙烯二烯单体(EPDM)。
图1披露了具有十字头挤出机尖端124与模口组件126的共挤出设备119，用于用一种熔融的热塑性树脂122对未扭绞的纱线104进行浸渍和连续涂覆。将上胶的纱线104连续横向供送至该十字头挤出机尖端124。该上胶的纱线104被输送穿过一个十字头通道128、然后同中心地穿过该模口组件126中的一个模口头空腔130、并且挤出穿过模口组件126的一个出口孔132。图1披露了在涂覆该胶料组合物118之后上胶的纱线104被直接输送至该十字头挤出机尖端124和模口组件126。替代地，将上胶的纱线104卷绕成连续的线卷并包装在一个结块包装物中用于运输和处置。将结块包装物中的上胶的纱线104称为结块纱线。将结块纱线放线，即，从该结块包装物上解开并连续横向供送至该十字头挤出机尖端124。将该结块纱线输送穿过一个十字头通道128、然后同中心地穿过该模口组件126中的一个模口头空腔130，并且挤出穿过模口组件126的一个出口孔132。
该十字头通道128延伸穿过十字头挤出机尖端124的一个截头锥形末端134，在这里通道128被一个充满了处于压力下的熔融的热塑性树脂122的同心腔室136环绕。处于压力下的熔融的热塑性树脂122填充了腔室136并且环绕了该同心十字头尖端134。腔室136与一个进料管道138连通，处于压力下的熔融的热塑性树脂122从挤出机200中被连续供送至该进料管道中，图2。挤出机200具有一个输入料斗202，热塑性树脂122的可熔化球粒被连续供应至该输入料斗中，这些球粒被加热并且在挤出机200中的一个驱动螺杆的压力下被驱赶至进料管道138。提供了一个电动机204来翻转该螺杆驱动器。该十字头末端134和环绕腔室136的金属材料处于熔融的热塑性树脂122的一个升高的熔融温度下以便维持连续的熔体流动。在共挤出之后，挤出涂覆的强化纱线106被输送穿过在模口组件126下游的一个冷却装置206。该冷却装置206具有一系列喷嘴208，用于将冷却水喷雾到冷却装置206的内部。在US 5,451,355描述了设备100的另外的细节。
通过这种特定的内部结构，当模口头空腔130中的纱线104与压力下的熔融热塑性树脂122相接触时，一旦建立接触，后者就在纱线104的整个外周上分布均匀的径向压力。其结果是，纱线104中的所有丝102都经受相同的压力。
该胶料组合物118将这些丝102暂时保持在一起，而纱线104被输送穿过十字头124。当纱线104沿模口头空腔130被输送时，这些丝102上的胶料组合物与周围的熔融热塑性树脂122接触。这些丝102上的胶料组合物118通过浸渍在处于压力下的熔融热塑性树脂122的热的以及化学组合物中而软化。由此致使该胶料组合物118是易延展的并且失去其拉伸强度。被易延展的胶料组合物118所保持的丝102通过使易延展的胶料组合物118变形而自由移动。使胶料组合物118是易延展的，这释放了丝102而使之在环绕纱线104和丝102的熔融热塑性树脂122施加在其上的径向压力下移动。其结果是，胶料组合物118在该熔融的热塑性树脂122中变为易延展的而释放未扭绞的玻璃丝102以便纱线104的径向朝内移动，同时位于处于压力下的熔融热塑性树脂122中，从而对未扭绞的纱线104提供一个基本上圆形的截面。由于空腔130在朝圆形出口孔132的方向上逐渐变窄，对应的单位压力在未扭绞的玻璃丝102上径向向内增大，从而使它们径向向内移动而形成具有圆的或圆形的截面的纱线104。将具有释放的玻璃丝102以及熔融的热塑性树脂122的纱线104通过输送穿过该圆形出口孔132而进行共挤出。熔融的热塑性树脂122在压力下被输送，而纱线104通过例如拉长拉伸而输送。
出口孔132被机加工为具有一个圆形孔，用于在纱线104表面上分布该熔融热塑性树脂122的均匀压力，并且其尺寸为围绕未扭绞的纱线104施加热塑性树脂122的一个均匀薄涂层。纱线104基本上具有一个圆形截面，是通过使所释放的玻璃丝102在本身处于压力下的熔融热塑性树脂122所施加的径向压力下移动而得到的。在从出口孔132离开之后得到了挤出涂覆的强化纱线104，该纱线104是未扭绞的并且具有未扭绞的玻璃丝102。未扭绞的玻璃纤维102被聚集在一起而为纱线104提供一个基本上圆形的截面。该树脂在纱线104上形成了一个均匀分布的、薄的挤出涂层122。根据本发明的一个实施方案，可以在横向供送至共挤出设备119之前将上胶的纱线104的表面加热。将上胶的纱线104的表面加热至该胶料组合物、包括一种成膜剂组合物的胶料组合物或该熔融热塑性树脂122之一的熔体温度或略高于其熔体温度。
图1披露了连续输送穿过一个预热烘箱140的上胶的纱线104，替代地是一个结块纱线。与扭绞的纱线相比，以更大的生产速度制造出了未扭绞纱线。有利的结果是，这个更大的生产速度允许在对应的更大生产速度下未扭绞纱线的挤出涂层的性能。本发明的一个实施方案有利地在高生产速度下使用未扭绞的纱线。可以通过在高的生产速度下将扭绞的纱线解扭的一个方法步骤来使用扭绞的纱线。
实例
使用图1和2的设备生产了未扭绞的E玻璃丝33特(9微米丝)的结块纱线，并用不同的不粘着的胶料组合物进行涂覆：部分编号：T61(淀粉油粘合剂)；5339(不含淀粉的胶料，由作为成膜剂的改性的马来酸酐丙烯以及氨基硅烷组成)；5251(淀粉油胶料，具有用于以PVC增塑溶胶进行涂覆的助黏附剂)；TD37(不含淀粉的胶料，具有熔点为40℃-50℃的成膜剂)，它们是从法国尚贝里的维特克斯-法国股份有限公司(Vetrotex France S.A.)可商购的。将这些丝不扭绞地并且不连结地并排组合在一起以便提供以一种未扭绞的上胶的纱线。该上胶的纱线具有并排的丝所提供的不规则的截面尺寸。
将该上胶的纱线的不同样品与一种填充的PVC树脂的热塑性树脂组合物根据以下制造参数进行共挤出：
结块纱线：33特(9微米丝)
对应样品的胶料组合物类型：T61(施加在丝上的平均胶料含量：1.00％)；5339(施加在丝上的胶料含量在0.4％至1.00％的范围内)；5251(施加在丝上的平均胶料含量：0.85％)；TD37胶料，TD37包括一种成膜剂组合物并且具有在40℃-50℃范围的熔体温度(施加在丝上的平均胶料含量：0.60％)。其他具有不同熔体温度范围的成膜剂组合物是可获得的，例如优选的熔体温度范围是30℃-140℃并且最优选的熔体温度范围是40℃-60℃。TD37胶料具有在该最优选的熔体温度范围内的熔体温度。
涂料组合物：填充的PVC树脂
对应样品的DPU：140％；170％；230％
共挤出速度的范围：800-1000m/min。
工具加工温度范围：187.8℃-193.3℃(370℉-380℉)
挤出机压力：1900-2000psi
对应样品的预热烘箱温度：室温；320℃(600℉)；540℃(1000℉)；700℃(1300℉)。在挤出的方法步骤之前，将该玻璃纱线的表面加热至该胶料组合物、包括成膜剂组合物的胶料组合物或该挤出涂层之一的熔体温度或略高于其熔体温度。
图3披露了纱线截面的粗糙度以及在该实例的不同DPU值以及该实例的不同预热器温度下生产的树脂涂层TD37的粗糙度。胶料TD37包含了具有40℃-50℃的熔体温度范围的一种成膜剂。这些截面表明了纱线截面的粗糙度通过加热至高于540℃(1000℉)的温度值而改善。这些截面表明树脂涂层的粗糙度随着更高的DPU值而改善。
图4披露了纱线截面的粗糙度以及在不同DPU值以及不同预热器温度下生产的树脂涂层5251的粗糙度。这些截面表明纱线截面的粗糙度通过加热至高于540℃(1000℉)的温度值而改善。这些截面表明树脂涂层的粗糙度随着更高的DPU值而改善。图4中的温度是该预热器的温度设定值。当纱线以800-1000m/min移动时，在预热器中的停留时间为0.1至0.09秒。由于这个停留时间，预热器温度必须设定得相当高以便实际上获得一个允许胶料熔化的温度。如果预热器更长或纱线移动更慢，则该预热器的温度设定值必须降低。通过穿过该预热器的纱线速度、预热器长度、胶料熔化温度、以及预热器温度的平衡调整以便达到以下内容而实现了出乎意料的结果：
1.)熔化的胶料，它释放该结块纱线的玻璃丝从而使得它们在十字头的压力下自由移动(聚集)。
2.)温暖的纱线，这允许十字头中的树脂在纱线束的外边缘或外表面处更好地渗透并粘在丝的外表面上。
对这些示例性实施方案的说明旨在结合附图进行阅读，这些附图应被认为整个书面说明的一部分。在本说明中，相对性术语，如“下”、“上”、“水平的”、“垂直的”、“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”、连同它们的派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应被解释为是指如此描述的或如所讨论的附图中示出的取向。这些相对性术语是为了便于说明，并且不要求这些装置以一种具体的方向来构造或操作。涉及附着、连接以及类似含义的术语，如“连接的”和“互连的”，是指一种关系，其中多个结构或直接地或通过介于中间的结构间接地彼此相固定或附着，连同可移动的或刚性的附着或关系二者，除非另外明确说明。
在此提到的专利和专利申请通过引用将它们的全文结合在此。尽管已经以示例性实施方案的形式说明了本发明，但是它不局限于此。相反，所附权利要求书应该广义地解释为包括可能由本领域的普通技术人员不脱离本发明的等效物的范围和程度而做出的其他变体以及实施方案。

Claims (13)

1.一种制造未扭绞的纱线的方法，包括：
用一种胶料组合物来涂覆未扭绞的玻璃丝并且将这些丝并排组合在一起以便提供一种上胶的未扭绞的纱线，其中该胶料组合物在一种熔融的热塑性树脂中变为易延展的而释放该未扭绞的玻璃丝使之在该熔融的热塑性树脂内从它们长度的侧面移动并且为该未扭绞的纱线提供适合于共挤出的一种基本上圆形的截面。
2.如权利要求1所述的方法，其中该胶料组合物不含淀粉。
3.如权利要求1所述的方法，其中该胶料组合物包括一种成膜剂组合物。
4.一种挤出涂覆的强化纱线，包括：
在具有基本上圆形截面的未扭绞的纱线中的未扭绞的玻璃丝；以及
在该未扭绞的纱线上的一个均匀分布的、薄的热塑性树脂涂层。
5.如权利要求4所述的挤出涂覆的强化纱线，包括：
在这些未扭绞的玻璃丝上的一种胶料组合物，其中该胶料组合物被软化并且使之在一种熔融的热塑性树脂中是易延展的以便释放这些丝使得该未扭绞的纱线径向向内移动从而为该未扭绞的纱线提供一个基本上圆形的截面。
6.如权利要求4所述的挤出涂覆的强化纱线，其中该胶料组合物包括一种成膜剂组合物。
7.如权利要求4所述的挤出涂覆的强化纱线，其中使得该胶料组合物在该热塑树脂中是易延展的以便释放这些玻璃丝而使得该未扭绞的纱线在该热塑性树脂被熔化时径向向内移动，其中为该未扭绞的纱线提供了该基本上圆形的截面。
8.一种用于制造挤出涂覆的强化纱线的方法，包括：
用一种胶料组合物来涂覆未扭绞的玻璃丝并且使这些丝并排组合在一起以便提供一种上胶的未扭绞的纱线；
在共挤出之前将一种熔融的热塑性树脂分布在该上胶的未扭绞的纱线周围，其中该胶料组合物在该熔融的热塑性树脂中变为易延展的从而释放这些未扭绞的玻璃丝使之在该熔融的热塑性树脂内移动并且使得该纱线在该熔融的热塑性树脂中径向向内移动，并且
将该未扭绞的纱线和该熔融的热塑性树脂共挤出以便使得这些未扭绞的玻璃丝在该熔融的热塑性树脂内从它们长度的侧面移动并且为该未扭绞的纱线提供一个基本上圆形的截面，其中该纱线是未扭绞的并且涂覆有该热塑性树脂的一个基本上均匀的、薄的涂层。
9.如权利要求8所述的方法，包括：在将该纱线与该树脂共挤出之前，将该未扭绞的纱线的一个表面和该胶料组合物加热至该胶料组合物的熔体温度。
10.如权利要求8所述的方法，包括：
将该胶料组合物与一种成膜剂组合物进行组合；并且
在将一种熔融的热塑性树脂分布在该未扭绞的纱线周围之前，将该未扭绞的纱线的一个表面至少加热至该胶料组合物与该成膜剂组合物的所述熔化温度。
11.如权利要求8所述的方法，包括：
在将一种熔融的热塑性树脂分布在该未扭绞的纱线周围之前，将该未扭绞的纱线的一个表面加热至该熔融的热塑性树脂的温度。
12.如权利要求8所述的方法，包括：
包装该上胶的纱线以便提供一个结块纱线；并且
在共挤出之前将一种熔融的热塑性树脂分布在该上胶的未扭绞的纱线周围。
13.一种挤出涂覆的强化纱线，包括：
在一个未扭绞的纱线中的未扭绞的玻璃丝；以及
在该未扭绞的纱线上的一个均匀分布的、薄的热塑性树脂涂层，所述涂层包括与一种熔融的热塑性树脂组合的一种不粘着的胶料组合物，其中该不粘着的胶料释放了这些未扭绞的玻璃丝使之在该熔融的热塑性树脂内移动从而形成了具有基本上圆形截面的未扭绞的纱线。
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