CN104395523A - 包括经加强的螺旋缠绕材料条带的工业织物 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种工业织物、皮带或套环，以及制造该织物、皮带或套环的方法。通过螺旋缠绕聚合物材料条带(16)例如工业带材或带状物材料，以及，使用超声波焊接或激光焊接技术将材料条带(16)的相邻边缘连接起来，制成该工业织物、皮带或套环。然后，可以使用适当的技术对织物、皮带或套环进行穿孔，以使其可透过空气和/或水。

Description

包括经加强的螺旋缠绕材料条带的工业织物

相关申请的交叉引用

本申请是2009年12月10日提交的美国专利申请No.12/635,458的部分继续申请，该美国专利申请No.12/635，458享有以下优先权：2009年9月29日提交的美国临时专利申请No.61/246,812；2009年9月29日提交的美国临时专利申请No.61/246,801；2009年1月27日提交的美国临时专利申请No.61/147,637；以及，2008年12月12日提交的美国临时专利申请No.61/121,998。

以引用的方式并入本文

针对本文中所有产品所提及的所有专利、专利申请、文档、引文、厂家使用说明、说明书、产品技术规格、以及产品图表，在此以引用的方式并入本文，并且可以在本发明的实践中采用。

背景技术

1.技术领域

本发明涉及造纸技术。更具体地，本发明涉及纸机织物，即成形织物、压榨织物、干燥织物、以及空气穿透干燥(TAD)织物，纸机织物也称为造纸机织物，在造纸机上，在该造纸机织物上制造纸张。此外，本发明可用作靴型压榨机的基材或传送带或压延带，上述任一带也可用在造纸机上。另外，本发明可应用于使用工业皮带来使材料脱水的其他工业设备中。此外，本发明可用作在通过例如干法成网加工、熔喷加工、纺粘加工、及水力缠结加工来制造非织造物时使用的皮带和/或套环。

2.现有技术描述

造纸过程中，在造纸机成形部，通过将纤维浆沉积到移动的成形织物上形成纤维素纤维网，纤维浆也就是纤维素纤维的水分散体。浆体中大量的水通过成形织物排出，而纤维素纤维网则留在成形织物的表面上。

刚形成的纤维素纤维网从成形部进入压榨部，压榨部包括一系列压榨压区。纤维素纤维网被压榨织物支撑，或者通常情况下位于两层这样的压榨织物之间，穿过压榨压区。在压榨压区中，纤维素纤维网受到压缩力的作用，该压缩力将水从网中挤出，并使网中的纤维素纤维彼此粘附，使得纤维素纤维网转变为纸幅。水由该一层压榨织物或多层压榨织物所吸收，并且理想的情况是不回到纸幅中去。

纸幅最终进入干燥部，干燥部包括至少一个可转动的干燥转鼓系列或烘筒系列，这些转鼓或烘筒由蒸汽在内部进行加热。干燥织物引导刚形成的纸幅以弯曲路径依次绕行该系列中的每个转鼓，且干燥织物将纸幅紧贴在转鼓的表面。加热的转鼓通过蒸发作用将纸幅的含水量降低到所需水平。

应该了解的是，成形织物、压榨织物及干燥织物在造纸机上都采取无端环的形式，并且都起到传送带的作用。应该进一步了解的是，纸张生产是一种以相当快的速度进行的连续过程。也就是说，在成形部，纤维浆连续地沉积到成形织物上，而刚生产出的纸张在离开干燥部后就被连续地卷绕到辊筒上。

还应了解的是，成形织物、压榨织物和干燥织物的绝大部分，或至少包括一部分为无端环形式的织造织物，该织造织物在纵向环绕测量时具有规定的长度，而在横向跨越测量时具有规定的宽度。因为造纸机的结构变化很多，因此纸机织物制造商必须将成形织物、压榨织物和干燥织物做成所需要的尺寸，以配合其客户所用造纸机成形部、压榨部和干燥部中的具体位置。无需详细说明，因为每一织物通常必须按定单制作，因此这个需求使生产流程很难流水化。

此外，织造织物的表面在一定程度必然是不平整的，这是因为位于织物一个方向上的纱线缠绕位于表面另一方向上的纱线形成结节，很难制造完全不存在纸幅留痕的纸张产品。

为了解决这些问题，现有技术进行了多种尝试。例如，发明人为Beaumont等人的美国专利No.3,323,226涉及一种包括一层或多层聚酯膜的合成干燥带。通过机械冲孔形成穿透皮带的穿孔。发明人为Beck的美国专利No.4,495,680示出的方法和装置用于形成仅由经纱构成的基底织物，用于制造造纸机皮带。要点在于，使经纱围绕两个平行辊进行螺旋缠绕。接着，将纤维毛层或其他非织造材料施加于经纱的螺旋阵列并使其相粘结，以提供无纬纱的造纸机皮带，这就是说，该造纸机皮带没有机器横向纱线。

发明人为Albert的美国专利No.4,537,658示出一种由多个联结起来的细长的有槽部件所形成的纸机织物。通过整体形成的舌状物，或者，通过使用从一个细长部件伸向相邻部件的销状连接装置，将细长部件一个挨一个联结。细长部件在所披露纸机织物的机器横向延伸，并具有平坦且平行的顶面和底面。

发明人为Albert的美国专利No.4,541,895描述的纸机织物由多个非织造物片材叠置到一起形成，以构成织物或皮带。对非织造物片材由激光钻孔进行穿孔。这种片材由未取向的聚合物材料构成，以及，如果这种片材以造纸应用所需的精细程度进行制造，会缺少足够的尺寸稳定性，因而不能在造纸机上作为无端环状皮带运行。

发明人为Stech的美国专利No.4,842,905示出一种镶嵌式铺装(嵌装式)的纸机织物以及用于制造此种织物的元件。该元件形成为具有与凹状或凹入状部件相互锁的凸状或隆起部件。纸机织物包括多个嵌装元件，这些嵌装元件互相连接以制成具有所需长度和宽度的嵌装部件。

发明人为Romanski的美国专利No.6,290,818示出一种靴型压榨带，其中，基底织物由可穿孔延展薄膜(expanded film)形成的无端环状管制成。

发明人为Hansen的美国专利No.6,630,223示出一种由多根异形(非圆形横截面)单丝螺旋缠绕而形成的工业皮带，这些单丝彼此抵接，相邻环圈边缘对边缘布置并且通过适当的方式彼此固定。

发明人为Hansen的美国专利No.6,989,080示出一种非织造的纸机织物，该纸机织物由螺旋缠绕的机器方向原料基底层制成，该机器方向基底层上叠置有相似或不相似原料的机器横向层，机器方向层与机器横向层通过适当的方式配合起来。

发明人为Sayers的美国专利申请公开No.2007/0134467A1提供了一种方法，其包括如下步骤：将许多层薄膜材料叠置起来，以及，在叠置体中切出穿孔，以提供有小孔的织物。

现代造纸机的织物宽度可为5英尺到33英尺以上，长度可为40英尺到400英尺以上，重量则可为100磅左右到3,000磅以上。这些织物会磨损并需要更换。织物更换通常包括停机、拆除磨损的织物、准备安装织物以及安装新织物。虽然许多织物是环状的，但当前使用的多种织物是可机上缝合形式。此类织物的安装包括牵引织物本体至造纸机并将该织物的首尾端相连以形成无端环状皮带。

响应于这种需求，为了更快速且有效地制造具有多种长度和宽度的织物，近年来使用发明人为Rexfelt等人的美国专利No.5,360,656(下文称为“′656专利”)中所披露的螺旋缠绕技术来制造织物，该专利所教导内容以引用方式并入本文。

′656专利说明了包括基底织物的织物，该基底织物中针刺有一层或多层短纤维材料。基底织物包括至少一层螺旋缠绕的织造织物条带，该条带具有的宽度小于基底织物的宽度。基底织物在纵向或机器方向为无端环状。螺旋缠绕条带的长度方向纱线与织物的纵向形成一定角度。该织造织物条带可以在窄于制造纸机织物所用常规织机的织机上平织而成。

发明内容

针对上文所讨论现有技术专利/专利申请所解决的问题，本发明提供一种替代解决方案。

因此，本发明一个实施例为用于造纸机成形部、压榨部及干燥部的工业织物或皮带，干燥部包括空气穿透干燥器(TAD)。本发明的织物或皮带还可以用作纸幅传送带、长压区压榨(LNP)带或压延带、或其他工业加工皮带例如瓦楞成形机皮带。织物还可以用作纺织成品皮带的一部分，例如机械预缩处理带(机械防缩处理带)或制革带。此外，本发明的织物可以用于其他使用工业皮带进行材料脱水的工业设备中。例如，织物可以用于：纸浆成形带或纸浆压榨带中，在纸浆精化处理中用于使循环纸脱水的皮带中，诸如双压区洗浆机(DNT)纸浆精化机中的脱水带；或用在淤浆脱水带中。本发明织物还可用作在通过诸如干法成网加工、纺粘加工、熔喷加工、或水力缠结加工来制造非织造物时使用的皮带和或套环。皮带和或套环为无端环的形式，并具有内表面和外表面。

在示例性实施例中，无端环状的皮带由材料条带以边缘对边缘邻接的方式围绕两个辊进行螺旋缠绕而形成。通过适当的方式使条带彼此牢固连接，以针对特定用途以所需长度和宽度形成无端环。在套环的情况下，条带可以围绕单个辊或芯轴的表面进行缠绕，该辊或芯轴的直径尺寸和机器横向(CD)长度接近于待使用该套环的转鼓。所使用的材料条带一般制成为工业带材材料。带材特别是塑料带材材料通常定义为：用于将物品紧固或夹在一起的相对较薄的塑料绑带。出乎意料的发现是，这种类型的塑料材料具有用于形成本发明皮带的材料条带的合适的特性。

(塑料)带材与单丝之间的定义差别涉及尺寸、形状和应用。带材和单丝都是通过挤出加工制成的，具有相同的基本步骤，即挤出步骤、单轴取向步骤和缠绕步骤。单丝通常尺寸小于带材，并且形状大致为圆的。单丝广泛应用于多种应用领域，例如渔线和工业织物，包括纸机织物。带材的尺寸通常远大于单丝，并且总是基本上沿主轴更宽，因此，形状为矩形以用于其所需目的。

在挤出技术领域已知的是，塑料带材通过挤出加工制成。同样已知的是，此加工包括挤出材料的单轴取向。同样已知的是，有两种使用单轴取向的基本挤出加工。一种加工是对较宽片材进行挤出和取向，将其切成分开的带材。另一种加工是挤出已取向的单独的带材。第二种加工很像制造单丝的加工，容易看出这两种加工的设备相似。

使用带材材料优于单丝之处在于制造织物所需的螺旋缠绕次数。单丝通常被视为在其最大轴(axis)处不大于5mm的纱线。用于造纸机织物以及其他前述应用的单轴取向单丝尺寸很少在其最大轴处超过1.0mm。使用的带材材料通常宽度最少为10mm，有时宽度可超过100mm。可以预见的是，还可以使用宽度高达1000mm的带材材料。可使用带材材料的供应商包括例如Signode的公司。

本发明提供一种改进的织物、皮带或套环，作用为取代常规的皮带或套环，并且，赋予其上所生产的纸或非织造产品以期望的物理特性，诸如松厚度、外观、纹理、吸收性、强度、以及手感。

本发明提供其他优点，例如但不限于，与现有技术织造织物相比改善了纤维支撑性和分离性(没有残留)，以及，由于不存在纱线交叉结构会抓住初级原纤的问题，清洁起来更容易。如果皮带/套环具有表面纹理，那么可以将更有效的图案/纹理转印到纸/非织造物，以及，还可以得到更佳的物理性能，诸如松厚度/吸收性。

另一优点是厚度与拉伸模量的关系。例如，现有技术中的聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET)膜在长轴(或机器方向，机器方向)的拉伸模量为约3.5GPa。PET带材(或带状物)材料的拉伸模量在10GPa至12.5GPa范围。为了用膜获得相同的模量，结构体需要更厚，使厚度达到3至3.6倍。

因此，根据一个示例性实施例，本发明的织物、皮带或套环用这些螺旋缠绕带状物形成为单层或多层结构体。织物、皮带或套环可具有平坦、光滑的顶面和底面。还可以使用本领域已知的方式，例如砂纸打磨、刻挖、压花或蚀刻，使织物、皮带或套环具有某种形式的纹理。皮带可以不透过空气和/或水。还可以使用机械方式或热加工(激光)方式对皮带进行穿孔，使其可以透过空气和/或水。

在另一示例性实施例中，带状物形成为具有互锁形状。皮带通过这些互锁条带螺旋缠绕而形成，以及，相比于相邻带状物条带的边缘仅平行以及/或者垂直相邻接的情况，这样的皮带会具有更高的整体性。这种皮带也可以不透过空气和/或水，或者对其进行穿孔以使其可透过空气和/或水。

本发明的织物、皮带或套环可选地在其一个表面或两个表面上包括功能性涂层。功能性涂层可具有平面状或平滑的顶面，或者，也可以使用本领域已知的方法使顶面具有某种形式的纹理，例如通过砂纸打磨、刻挖、压花或蚀刻。功能性涂层可以为本领域普通技术人员已知的材料，例如，聚氨酯、聚酯、聚酰胺、或任意其他聚合物树脂材料甚至于橡胶，以及，功能性涂层可选地包括颗粒，例如纳米填料，其可改善本发明织物、皮带或套环的抗挠曲疲劳性、抗裂纹扩展性、或耐磨特性。

本发明的织物、皮带或套环还可用作：在成形织物、压榨织物、干燥织物、空气穿透干燥(TAD)织物、靴形压榨或传送带或压延带的增强基底或基材，用于干法成网加工、熔喷加工、纺粘加工、或水力缠结加工中的处理皮带，纸幅传送带，长压区压榨(LNP)带或压延带(轧光带)，瓦楞成形机带，机械预缩处理带，制革带，纸浆成形带或纸浆压榨带，双压区洗浆机(DNT)纸浆精化机的脱水带，或淤浆脱水带。

虽然前述实施例为螺旋缠绕带状物的单层条带，更佳的是，使用具有多种几何形状的条带来形成具有两层或更多层的皮带。因此，根据一个示例性实施例，皮带可具有两层或更多层，其中，可以将条带形成为两层或更多层机械方式互锁，或者通过本领域技术人员已知的其他方式连接到一起。同样，结构体可以不透过空气和/或水，或者可进行穿孔以使其可透过空气和/或水。

另一示例性实施例为使用“焊接条带”概念形成的多层结构体，该“焊接条带”用于进一步改善皮带的整体性。该结构体可以不透过空气和/或水，或者可进行穿孔以使其可透过空气和/或水。

虽然使用术语织物和织物结构体，但在描述本发明结构体时，织物、皮带、传送带、套环、支撑件、以及织物结构体可以互换使用。类似的，在本文说明中，术语带材、带状物、材料的条带(strip ofmaterial)材料条带(material strips)可互换使用。

构成本发明特点的多个新颖性特征特别列于所附权利要求中，该权利要求构成本文披露内容的一部分。为了更好地理解本发明、其操作优点以及使用本发明所获得的具体目的，参照下文进行的具体说明，其中在附图中例示了本发明的优选但非限制性实施例，附图中，对应的部件用相同的附图标号表示。

本文中术语“包含的”和“包含”可以指“包括的”、“包括”，或者可以具有美国专利法中通常赋予术语“包含的”或“包含”的含义。如果在权利要求中使用，术语“主要由......构成的”或“主要由......构成”具有它们归于美国专利法中的含义。下文描述本发明的其他方面，或者，通过下文描述，本发明的其他方面(在本发明的范围内)将更为明了。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，附图并入说明书中，并且构成说明书的一部分。本文给出的附图图示本发明的不同实施例，并与说明书一起来说明本发明的原理。附图中：

图1为根据本发明一个方面的织物、皮带或套环的轴测图；

图2示出可以构造出本发明织物、皮带或套环的方法；

图3(a)至图3(i)为在宽度方向所取的剖视图，示出用于制造本发明织物、皮带或套环的几种材料条带实施例；

图4(a)至图4(d)为在宽度方向所取的剖视图，示出用于制造本发明织物、皮带或套环的几种材料条带实施例；

图5(a)至图5(c)为在宽度方向所取的剖视图，示出用于制造本发明织物、皮带或套环的几种材料条带实施例；

图6(a)至图6(d)为在宽度方向所取的剖视图，示出用于制造本发明织物、皮带或套环的几种材料条带实施例；

图7(a)至图7(d)为在宽度方向所取的剖视图，示出用于制造本发明织物、皮带或套环的几种材料条带实施例；

图8(a)至图8(c)为在宽度方向所取的剖视图，示出用于制造本发明织物、皮带或套环的几种材料条带实施例；

图9为图表，示出使用单轴取向材料(带材/带状物)优于双轴取向材料(膜)和挤出材料(成型件)的优点；

图10(a)至图10(d)示出可以构造出本发明织物、皮带或套环的方法所包括的步骤；

图11(a)和图11(b)为示意图，示出可用于形成根据本发明一个方面织物、皮带或套环的装置；

图12为示意图，示出可用于形成根据本发明一个方面织物、皮带或套环的装置；

图13为根据本发明一个方面的织物、皮带或套环的剖视图；以及

图14示出用于制造根据本发明一个方面织物、皮带或套环的装置。

具体实施方式

现在参见附图，图1是本发明工业织物、皮带、或套环10的轴测图。织物、皮带、或套环10具有内表面12和外表面14，并通过将聚合物材料条带16螺旋缠绕成多个相抵接并相互连接的环圈而形成，聚合物材料条带16例如工业带材材料。以构造出织物、皮带或套环10的螺旋方式，围绕织物10的长度，材料条带16在大致纵向进行螺旋。

图2示出可以制造织物、皮带或套环10的示例性方法。装置20包括第一加工辊22和第二加工辊24，各加工辊可围绕其纵向轴线转动。第一加工辊22和第二加工辊24彼此平行，并间隔开一定距离，该距离确定所制造织物、皮带或套环10在纵向环绕测出的总体长度。在第一加工辊22侧，设置有供给卷轴(图中未示出)，该供给卷轴安装为可围绕轴线转动，并可移置地与加工辊22和24相平行布置。供给卷轴容纳宽度例如为大于等于10mm的材料条带16卷绕供给物。例如，供给卷轴首先位于例如第一加工辊12的左手端，然后以预定速度向右侧或其他侧连续移置。

开始制造织物、皮带或套环10时，聚合物材料条带16的起始端以拉紧状态从第一加工辊22朝第二加工辊24延伸，绕过第二加工辊24，然后回到第一加工辊22，形成第一圈闭合螺旋26。为了封闭第一圈闭合螺旋26，将材料条带16的起始端在点28处连接至其第一圈的端部。如下文所述，螺旋缠绕材料条带16的相邻环圈通过机械和/或粘合剂方式彼此连接。

因此，通过使第一加工辊22和第二加工辊24在图2箭头所示的共同方向旋转，同时将材料条带16送入第一加工辊22，制成后续圈闭合螺旋26。同时，通过例如机械和/或粘合剂或其他适于制造附加圈闭合螺旋26的方式，将新缠绕在第一加工辊22上的材料条带16连续地连接至已置于第一加工辊22和第二加工辊24上的材料条带。

持续进行此加工，直至沿第一加工辊22或第二加工辊24在轴向测量该闭合螺旋26具有所需宽度。此时，切去尚未缠绕至第一加工辊22和第二加工辊24上的材料条带16，并将所制成的闭合螺旋26从第一加工辊22和第二加工辊24取下，以提供本发明的织物、皮带或套环10。

虽然本文描述了两个辊的配置，但本领域普通技术人员容易理解，可以围绕单个辊或芯轴的表面缠绕条带，以形成本发明的织物、皮带或套环。可以基于待制造织物、皮带或套环的所需尺寸，选择辊或芯轴的适宜尺寸。

对于制造具有不同纵向尺寸和横向尺寸的造纸织物和/或工业织物或皮带来说，本发明用于制造织物、皮带或套环10的方法非常通用且适宜。也就是说，通过采用本发明，制造者无需再为指定的造纸机制造具有适宜长度和宽度的织造织物。取而代之，制造者只需以适宜间隔将第一加工辊22和第二加工辊24分隔开，以确定织物、皮带或套环10的适宜长度，并且将材料条带16缠绕在第一加工辊22和第二加工辊24上，直至闭合螺旋26达到大致所需宽度即可。

此外，由于织物、皮带或套环10不是织造织物，而是通过聚合物材料条带16螺旋缠绕制成，织物、皮带或套环10的外表面12可以为平滑且连续的，并且不存在致使织造织物不具备完全平滑表面的结节。然而，本发明的织物、皮带或套环可以具有为其上所加工纸或非织造产品提供增强的构形和松厚度的几何特征。本发明支撑件的其他优点包括：容易使纸张或纤维网分离，改善的抗污染性能，以及降低纤维残留。另一优点在于本发明支撑件避免了常规织机皮带来的限制及要求，这是由于通透空隙可以置于任意期望部位或图案中。织物、皮带或套环还可在一个表面或两个表面具有纹理，通过使用现有技术已知方式制成这种纹理，例如，砂纸打磨、刻挖、压花或蚀刻。可选地，织物、皮带或套环可在一个表面或两个表面为平滑的。图3(a)至图3(i)为在宽度方向所取的剖视图，示出用于制造本发明织物、皮带或套环的几种材料条带实施例。各实施例包括的上表面和下表面可以为平坦的(平面状)且彼此平行，或者，可以具有适用于特定应用的某种外形。参照图3(a)，根据本发明的一个实施例，材料条带16具有上表面15、下表面17、第一平面状侧面18和第二平面状侧面19。上表面15和下表面17可以为平坦的(平面状)且彼此平行，以及，第一平面状侧面18和第二平面状侧面19可以在平行的方向倾斜，使得各螺旋缠绕材料条带16的第一平面状侧面18紧密抵靠该材料条带紧邻环圈的第二平面状侧面19。通过例如粘合剂(例如可为热敏粘合剂、室温固化(RTC)粘合剂或热熔粘合剂)或其他适合的方式，将材料条带16的各环圈与相邻环圈各自的第一平面状侧面18和第二平面状侧面19彼此结合，从而使各环圈与相邻环圈相结合。

在图3(b)中，材料条带16的横截面结构可允许机械互锁，以将相邻材料条带16结合成螺旋方式形成的织物、皮带或套环。相邻的材料条带16可以具有相同或不同的尺寸和/或外形，但各自具有锁定部位，如图3(b)所示。机械互锁结构的其他实施例示于图3(c)至图3(g)中，其中示出单个材料条带16的横截面。在各情况下，材料条带16的一个侧面可以设计成与相邻材料条带16的另一侧面机械互锁或相连。例如，参见图3(g)所示出的实施例，材料条带16可以具有上表面42、下表面44、位于一个侧面上的舌状物46、以及位于另一侧面上的对应沟槽48。舌状物46可以具有对应于沟槽48尺寸的尺寸，从而，条带16的各螺旋缠绕环圈上的舌状物46配合进条带紧邻环圈的沟槽48中。通过将舌状物46固定于沟槽48中，将材料条带16的各环圈连接至其相邻环圈。基于应用，上表面42和下表面44可以为平坦的(平面状)且彼此平行，或者为非平面状且不平行的，或者，甚至可以在其宽度方向上为凸出或凹入的圆形，如图3(f)所示。类似地，条带的各侧面可以形成为具有相同曲率半径的圆柱状凸起或凹部。图3(h)示出本发明另一实施例。

除了上述使挤出的材料条带具有相对的半球形或外形之外，可以挤出多种其他形状或者将矩形挤出物加工成多种其他形状，以具有带横栏(rails)的配对边缘，这便于通过机械和/或粘合剂的方式结合。图3(i)示出根据本发明一个示例性实施例的一个这种结构。可选择地，材料条带可以不需要配对或结合到一起的左侧面和右侧面。例如，如图4(a)所示，材料条带16的横截面可以在其上表面或顶侧面具有互锁沟槽，或者，材料条带16可以在其下表面或底侧面具有互锁沟槽，如图4(b)所示。

以举例的方式，图4(c)示出定位以进行互锁的图4(a)和图4(b)所示材料条带。例如，图4(c)中的箭头指示各材料条带16将要移动的方向，以与沟槽相接合并使两个条带互锁。图4(d)示出彼此互锁或结合到一起之后的两个材料条带16。虽然示例性实施例中仅示出两个配对的材料条带，应了解的是，成品织物、皮带或套环由数个互锁到一起的材料条带形成。显然，如果在螺旋缠绕加工中使材料条带互锁，可以形成无端环形式的材料片。还应了解的是，虽然示出机械互锁方式，但也可以通过例如热粘合的方式改善互锁的强度，特别是通过例如已知为“Clearweld”的商业化工艺的选择性粘合技术(参见www.clearweld.com)。

图5(a)示出在其顶面侧和底面侧都具有沟槽的材料条带16的剖视图。图5(b)示出具有图5(a)所示横截面形状的两个材料条带16如何互锁。互锁结构得到位于终端产品的顶面和底面上的沟槽。

参见图5(c)所示实施例，图5(c)示出图5(a)和图4(b)中所示两种材料条带16的互锁。这样所得到的片材在底面上具有沟槽，并具有平坦的顶面。类似地，也可以将结构体形成为在顶面具有沟槽，并具有平坦的底面。

另一示例性实施例是由具有把手状互锁或“主动(positive)”锁定的材料条带16所形成的织物、皮带或套环，这种锁定方式因其机械设计而形成更牢固的互锁。这样的设计采用“主动”互锁的理念，即，销件以及用于此销件的收纳件具有机械阻碍，这需要相当大的力来使带状物结合到一起或使其彼此分离。例如，图6(a)示出单个带状材料条带16中的把手状互锁结构特征。图6(b)示出，在设计用于与图6(a)所示结构体互锁的相对构造中，单个带状材料条带16的把手状互锁特征。图6(c)示出定位用于互锁的图6(a)和图6(b)所示单个带状材料条带。这里应了解的是，顶部带状物和底部带状物的错开位置是为了容纳另外的具有相对构造的材料条带16。最后，图6(d)示出这些相同条带压配合到一起以形成互锁结构的状态。可以将数个类似于这种结构的带状材料条带互锁到一起，以形成成品织物、皮带或套环。

另一示例性实施例为由在其顶面侧和底面侧都具有沟槽的材料条带16所形成的织物、皮带或套环，例如，如图7(a)所示。这两种带状材料条带16设计成结合到一起以形成主动互锁，如图7(b)所示。应了解的是，顶面和底面在各自的表面上都具有保持沟槽。同样，参见图7(a)和图7(b)，本领域普通技术人员容易理解，可以将三个或更多个条带组合以形成多层结构体，或者，如果仅使用两个条带，顶侧条带中的沟槽可以在顶面侧与底面侧具有不同的沟槽外形。类似的，底侧条带中的沟槽可以在任一侧具有相同或不同的沟槽外形。如前文所述，虽然本文所描述实施例用于单层螺旋缠绕带状物或条带，有利的是，使用具有不同构形的条带形成具有两层或更多层的皮带。因此，根据一个示例性实施例，皮带可以具有两层或更多层，其中，条带可形成为使得两层或更多层机械互锁。各层可以螺旋缠绕于相反方向，或者，在机器方向具有一定角度，以提供附加的强度。

举例来说，图7(c)示出的互锁结构具有带沟槽底面和平坦顶面，而图7(d)示出的互锁结构具有平坦底面和带沟槽顶面。

本领域普通技术人员容易理解，可以采用多种形状来形成上述主动互锁。例如，前述几个实施例集中于圆形的把手状突起和圆形的收纳件。然而，也可以使用其他形状例如梯形来实现相同的效果。具有这种形状的主动互锁实施例示出于图8(a)。可选择地，可以混合多种形状来实现主动互锁。混合形状的实施例示出于图8(b)和图8(c)。

如上述实施例所述，以这种方式在相邻材料条带之间形成机械互锁，更容易制造螺旋缠绕基底织物或结构体，因为如果不提供这种锁定，在螺旋缠绕织物制造过程中相邻的材料条带可能会发生偏离以及分离。通过相邻螺旋的机械互锁，可以防止相邻螺旋之间发生偏离和分离。另外，由于还可以在织物的机械互锁区域中形成热熔接，连接强度无需仅依赖于机械互锁的强度。根据本发明的一个实施例，这可以通过下述方式实现：在将凸状部件/凹状部件锁定到一起之前，放置近红外或红外或激光吸收染料，然后使机械互锁部位暴露于近红外或红外光源或激光源，导致机械互锁部位发生热熔接，而无需使机械互锁区域之外的材料发生熔融。

上述实施例所描述的材料条带可以用本领域普通技术人员已知的聚合物树脂材料挤出而成，例如，聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯、聚醚醚酮树脂等。由于工业带材为单轴取向，即，其拉伸模量为双轴取向材料(膜)的至少两倍，并可高达挤出材料(成型件)模量的十倍，工业带材用作基底材料是有利的，虽然如此，也可以使用其他适合的材料。也就是说，单轴取向材料得到的结构体所需厚度小于双轴取向材料(膜)，为其一半厚度，并小于挤出材料(成型件)厚度，为其十分之一。此特征示于图9中，其中所示结果为，针对设定的固定宽度以及特定的力和应变的一个部件的结果。此设计问题中所用的等式为应力与应变之间的关系，如下式所示：

在此图表中，力(或载荷)连同宽度和应变保持恒定。该等式示出，所需厚度与材料模量成反比。此等式表示关于尺寸稳定性设计纸机织物的问题，即，载荷已知，最大应变已知，并且机器宽度固定。结果表示为该部分基于所采用材料模量所需的最终厚度。显然，诸如带材或带状物的单轴材料明显优于膜及成型聚合物，如图9所示。然而，本发明的织物、皮带或套环并不局限于单轴或双轴取向的带材，因为在实践本发明时可以使用上述取向中的任一种或两种都采用。

根据一个实施例，上文实施例所述的材料条带或材料带材可以包括加强材料，以改善整体结构的机械强度。例如，加强材料可以是纤维、纱线、单丝或多丝纱线，沿着带材材料的长度在织物、套环或者皮带的机器方向取向。通过挤出加工或拉挤成型加工，将纤维或者纱线与形成材料条带或者材料带材的材料一起挤出或者拉挤，可以加入该加强材料。加强材料可以完全嵌入带材材料内，或者部分嵌入带材材料的一个或者两个表面上，或者两种情况都有。加强纤维或者加强纱线可以由高模量材料形成，例如芳族聚酰胺，包括但不限于和并可以为材料条带或材料带材提供额外的强度、拉伸模量、抗撕裂性和/或抗断裂性、耐磨性和/或耐化学降解性能。概括地说，加强纤维或加强纱线可由热塑性和/或热固性聚合物制成。合适的纤维材料的非限制性示例包括玻璃、碳、聚酯、聚乙烯、以及金属(例如钢)。根据另一实施例，所述加强纤维或加强纱线的熔融温度可以高于材料条带或材料带材的熔融温度，或反之亦然。

带材通常提供成具有连续长度，且产品具有矩形横截面。带材为坚韧的、通用的、通常未经处理的聚酯条带，具有优异的操作处理特性，这使其适合用于许多工业应用。如前文所述，其具有优异的机械强度和尺寸稳定性，并且在正常条件下不会随使用时间增加而变脆。带材对湿气和大部分化学品具有很好的耐受性，并且可以承受-70℃至150℃或更高的温度。可用在本发明中的带材材料典型横截面尺寸为，例如，厚度为0.30mm(或更大)，以及，宽度为10mm(或更大)。在带材可为螺旋缠绕时，对于带材中不具有互锁装置(用于保持到一起)的相邻绕圈，需要进行焊接或其他方式进行连接。在这种情况下，可以使用激光焊接或超声波焊接，以将相邻的带状物或材料条带固定或焊接到一起，从而改善机器横向(“CD”)性能，例如强度，以及减低相邻材料条带发生分离的风险。

虽然发现单轴带材具有最大的机器方向模量，模量之外的其他性能也很重要。例如，如果机器方向模量对于带材材料来说过高，则成品结构体的抗裂性和抗挠曲疲劳性可能会不可接受。作为其他选择，成品结构体的机器横向性能也很重要。例如，当涉及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料和具有相同厚度的材料条带时，未取向的条带可具有典型的大约3GPa的机器方向模量以及大约50MPa的强度。另一方面，双轴取向的条带可具有大约4.7GPa的机器方向模量以及大约170MPa的强度。已经发现，通过对单轴条带的加工处理进行更改，使得机器方向模量可以在6GPa至10GPa之间，以及，强度可以等于或大于250MPa，这样可以得到机器横向强度接近于大约100MPa的条带。此外，这种材料会更不易破碎(断裂)，即，当反复挠曲时不会破裂，以及，在将条带连接到一起时这种材料的加工处理更佳。在制造机上进行预期应用时，条带之间的结合仍可以抗分离。

根据本发明的一个实施例，一种将相邻条带保持到一起的方法是，通过超声波方式将相邻条带的边缘与边缘相焊接，同时，提供的侧向压力，以将边缘保持为彼此接触。例如，焊接装置的一部分可以将一个条带(优选为已经缠绕成螺旋的条带)保持为朝下抵靠支撑辊，同时，装置的另一部分将另一条带(优选为未卷绕的条带)推向该保持为向下的条带。例如，此种边缘对边缘的焊接例示于图11(a)中。

采用超声波断续焊接(ultrasonic gap welding)得到特别牢固的结合。相反，以时间模式或能量模式进行的超声波焊接(其也为常规的超声波焊接)所得到的结合可以描述为脆的(易断裂)。因此，可以得到这样的结论，通过超声波断续焊接所形成的结合优于通过常规超声波焊接所形成的结合。

根据本发明一个实施例，另一种将相邻条带保持到一起的示例性方法是将粘合剂30施加于相邻条带16、16的端部34、36并将其连接到一起，如图10(a)至图10(d)所示。应了解的是，可以使用填充材料32来填充条带没有彼此接触的间隙或部位。

根据本发明一个实施例，另一种将相邻材料条带或功能性条带保持到一起的方法是，使用与材料条带相同的基底材料所组成的“焊接条带”。例如，这种焊接条带示出于图11(b)中，作为出现在材料条带上方和下方的薄材料。在这种布置中，焊接条带为待焊接材料条带提供了一种材料，使得所组成的结构体不依赖于图11(a)所示出的边缘对边缘焊接。使用焊接条带的方法，可以得到边缘对边缘的焊接；然而，这并不是必需的，也不是优选的。使用焊接条带的方法，可以形成“夹层式”或叠置式结构体，材料条带的水平表面与焊接条带的水平表面相焊接，如图11(b)所示。应了解的是，焊接条带无需既位于材料条带上方也位于材料条带下方，焊接条带可以仅位于材料条带的上方或仅位于其下方。根据一个方面，焊接条带还可以为夹层式结构体的中间部分，此时材料条带位于焊接条带的上方和/或下方。另外，焊接条带示出为比材料条带薄，以及，示出为具有与材料条带相同的宽度，这仅为例示说明之用。焊接条带可以适当地窄于或宽于材料条带，以及，其所具有的厚度可以与材料条带的相同或者甚至于更厚。焊接条带还可以为另一片材料条带，而不是仅为焊接条带的目的而制成的特殊材料。焊接条带还可以在其表面之一上施加有粘合剂，以辅助将焊接条带保持就位进行焊接操作。然而，如果使用这样的粘合剂，优选将粘合剂局部施加于焊接条带而不是整个表面，因为，在进行超声波焊接或激光焊接时，局部施加可以促进相似材料(例如，聚酯与聚酯)的材料条带与焊接条带之间牢固焊接。

如果焊接条带由没有取向的挤出聚合物制成，则优选的是，焊接条带比材料条带薄很多，因为未取向的挤出焊接条带保持成品结构体尺寸稳定性的能力较差，如前文所述。然而，如果焊接条带由经过取向的聚合物制成，优选的是，与材料条带相结合的焊接条带尽可能薄。如前文所述，焊接条带可以为另一片材料条带。然而，在这种情况下，优选的是，对各个材料的厚度进行选择，使得夹层体或叠置体的总厚度可以最小化。同样如前文所述，焊接条带可以涂覆有粘合剂，以用于在进一步加工处理中将结构体保持到一起。根据一个方面，具有粘合剂的焊接条带可以用于例如生产出直接进入穿孔步骤(可以为激光钻孔)的结构体而不用进行超声波结合，使得激光钻孔或激光穿孔产生可以将夹层结构体保持到一起的点焊接。

根据本发明的一个实施例，另一种将相邻材料条带保持到一起的方式是，使用激光焊接技术焊接相邻的条带。

图14示出根据本发明一个方面可用于激光焊接加工中的示例装置320。在此加工处理中，图14所示出的织物、皮带或套环322应理解为成品织物、皮带或套环整个长度的相对较短部分。虽然织物、皮带或套环322可以为无端环状，最可实践的方式是将其围绕一对辊进行安装，虽然图中没有示出，但是对于本领域普通技术人员来说此为已知的。在这种布置中，装置320可以在两个辊之间放置于织物322的两个表面之一上，最方便的是放置于顶面上。无论是否为无端环状，织物322可优选在加工处理过程中以适当程度的张紧状态进行放置。此外，为了防止下垂，随着织物322移动穿过装置320，可从下方用水平支撑件对织物进行支撑。

现在更具体地参照图14，其中，在实践本发明方法时，织物322示出为在向上的方向移动穿过装置320。在焊接加工处理中使用的激光头可以在机器横向或宽度“X”方向横向越过织物，同时织物可以在机器方向或“Y”方向移动。还可以构建这样的系统，其中织物相对于机械方式固定的激光焊接头进行三维移动。

激光焊接优于超声波焊接之处在于，激光焊接可以以每分钟100米范围内的速度进行，而超声波焊接最高速度为约每分钟10米。向条带的边缘添加光吸收染料或油墨吸收剂，还可以辅助汇集激光的热效应。吸收剂可以为黑色油墨或者肉眼不可见的近红外染料，例如“Clearweld”使用的那些吸收剂(参见www.clearweld.com)。

一旦制成成品织物、皮带或套环以及织物、皮带或套环中的相邻条带以某种方式焊接或连接，可以通过例如激光钻孔的方式，设置允许流体(空气和/或水)从织物一侧行进至织物另一侧的孔或通透空隙。应了解的是，这些允许流体从织物一侧行进至织物另一侧的透孔或通透空隙可以在螺旋缠绕和连接加工之前制成，亦可以在之后制成。可以通过激光钻孔或其他适宜的孔/穿孔制造工艺(例如使用机械方式或热加工方式)，制成这种孔或通透空隙，并且，基于所需应用，这种孔或通透空隙可以具有任意尺寸、形状、取向、形式和/或图案。通透空隙或孔可具有在0.005英寸至0.01英寸范围内或更大的标称直径。图13为在本发明织物80的横向或机器横向所取的剖视图，其示出一示例性实施例，沿材料条带82的整个长度设置有多个孔84用于通过空气和/或水。

如前文所述，本发明的织物可用作：在成形织物、压榨织物、干燥织物、空气穿透干燥(TAD)织物、靴形压榨带或传送带或压延带中使用的基材；或者，在干法成网加工、熔喷加工、纺粘加工、或水力缠结加工中使用的处理皮带。在使用材料条带所形成的基材的上方或下方，本发明的织物、皮带或套环可包括一个或多个附加层，例如纺织物层，仅用于提供功能性而不是用于增强。例如，可以在皮带或套环的背面侧叠置机器方向纱线阵列，以产生空隙空间。或者，可以在两层带材之间设置一个或多个层。使用的附加层可以为以下材料的任一种：织造材料或非织造材料，机器方向纱线阵列或机器横向纱线阵列、宽度小于织物宽度的织造材料螺旋缠绕条带、纤维网、膜，或其组合，并且，可以使用本领域普通技术人员已知的适当技术将附加层附接于基材。针刺技术、热粘合以及化学粘合仅为几种示例。

如前文所述，本发明的工业织物、皮带或套环可用于造纸机成形部、压榨部及干燥部中，干燥部包括空气穿透干燥器(TAD)。织物、皮带或套环还可以用作纸幅传送带、长压区压榨(LNP)带或压延带、或其他工业加工皮带，例如瓦楞成形机皮带。本发明的织物、皮带或套环可在一个表面或两个表面具有纹理，纹理通过使用现有技术已知方式制成，例如，砂纸打磨、刻挖、压花或蚀刻。织物还可以用作纺织成品皮带的一部分，例如机械预缩处理皮带(机械防缩处理皮带)或制革皮带。此外，本发明的织物、皮带或套环可以用于其他使用工业皮带进行材料脱水的工业设备中。例如，织物、皮带或套环可以用于纸浆成形带或纸浆压榨带中，用于在纸浆精化处理中使循环纸脱水的皮带中，诸如双压区洗浆机(DNT)纸浆精化机中的脱水带；或用在淤浆脱水带中。本发明织物、皮带或套环还可用作在通过诸如干法成网加工、纺粘加工、熔喷加工、或水力缠结加工来制造非织造物时使用的皮带。

根据一个示例性实施例，本发明的织物、皮带或套环可选地在其一个表面或两个表面上包括功能性涂层。功能性涂层可具有平面状或平滑的顶面，或者，也可以使用本领域已知的方法使其具有某种形式的纹理，例如通过砂纸打磨、刻挖、压花或蚀刻。功能性涂层可以为本领域普通技术人员已知的材料，例如，聚氨酯、聚酯、聚酰胺、或任意其他聚合物树脂材料甚至于橡胶，以及，功能性涂层可任选地包括颗粒，例如纳米填料，其可改善本发明织物、皮带或套环的抗挠曲疲劳性、抗裂纹扩展性、或耐磨特性。

本发明的织物、皮带或套环还可用作：在成形织物、压榨织物、干燥织物、空气穿透干燥(TAD)织物、靴形压榨或传送带或压延带的增强基底或基材，用于干法成网加工、熔喷加工、纺粘加工、或水力缠结加工中的处理皮带，纸幅传送带，长压区压榨(LNP)带或压延带，瓦楞成形机皮带，机械预缩处理皮带，制革皮带，纸浆成形带或纸浆压榨带，双压区洗浆机(DNT)纸浆精化机的脱水皮带，或淤浆脱水皮带。增强基底或基材可具有平滑的平面状表面，或者其可具有纹理。增强基底或基材可选地在其一个表面或两个表面上具有功能性涂层，功能性涂层可具有平滑的平面状表面或者可具有纹理。

尽管本文详细描述了本发明的优选实施例及其修改，但应当理解，本发明并不局限于这些确切的实施例和修改，在不偏离本发明精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行多种修改和变化。本发明的精神和范围由所附权利要求限定。

Claims (36)

1.一种工业织物、皮带或套环，包括：

一个或多个螺旋缠绕聚合物材料条带，其中，所述一个或多个聚合物材料条带为工业带材或带状物材料。

2.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，其中，所述织物、皮带或套环为：用在成形织物、压榨织物、干燥织物、空气穿透干燥(TAD)织物、靴形压榨或传送带或压延带中的基材，用于干法成网加工、熔喷加工、纺粘加工、或水力缠结加工中的处理带，纸幅传送带，长压区压榨(LNP)带或压延带，瓦楞成形机带，机械预缩处理带，制革带，纸浆成形带或纸浆压榨带，双压区洗浆机(DNT)纸浆精化机的脱水带，或淤浆脱水带。

3.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，其中，所述工业带材或带状物材料具有等于或大于0.30mm的厚度，以及，等于或大于10mm的宽度。

4.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，其中，所述织物、皮带或套环对空气和/或水可透过或不可透过。

5.根据权利要求4所述的织物、皮带或套环，其中，所述织物、皮带或套环可透过空气和/或水，以及，使用机械方式或热加工方式在所述织物、皮带或套环中制造通透空隙或孔。

6.根据权利要求5所述的织物、皮带或套环，其中，以预定尺寸、形状或取向形成所述通透空隙或孔。

7.根据权利要求6所述的织物、皮带或套环，其中，所述通透空隙或孔具有0.005英寸至0.01英寸范围内或更大的标称直径。

8.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，进一步包括一层或多层如下材料：织造材料或非织造材料、机器方向纱线阵列或机器横向纱线阵列、宽度小于所述织物宽度的螺旋缠绕织造材料条带、纤维网、膜，或其组合。

9.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，其中，所述织物、皮带或套环在一个表面或两个表面上具有纹理。

10.根据权利要求9所述的织物、皮带或套环，其中，所述纹理通过砂纸打磨、刻挖、压花或蚀刻提供。

11.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，其中，所述织物、皮带或套环在一个或两个表面上为平滑的。

12.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，其中，所述织物、皮带或套环包括至少两层带材材料，该两层带材材料在彼此相反的方向或者关于机器方向相对进行螺旋缠绕。

13.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，在所述织物、皮带或套环的一侧或两侧上进一步包括功能性涂层。

14.根据权利要求8所述的织物、皮带或套环，其中，所述一层或多层设置在所述织物、皮带或套环的一侧或两侧上，或者设置在两层带材之间。

15.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，其中，相邻的聚合材料条带以机械方式互锁。

16.根据权利要求13所述的织物、皮带或套环，其中，所述功能性涂层在其顶面上具有纹理。

17.根据权利要求1所述的织物、皮带或套环，其中，所述工业带材或带状物材料包括在所述织物、套环或皮带的机器方向取向的加强材料，所述加强材料选自由纤维、纱线、单丝纱线以及多丝纱线组成的组。

18.根据权利要求17所述的织物、皮带或套环，其中，制成所述纤维、纱线、单丝纱线以及多丝纱线的材料选自由芳族聚酰胺、热塑性聚合物、热固性聚合物、玻璃、碳、以及钢组成的组。

19.一种用于形成工业织物、皮带或套环的方法，所述方法包括以下步骤：

围绕多个辊螺旋缠绕一个或多个聚合物材料条带，其中，所述一个或多个聚合物材料条带为工业带材或带状物材料；以及

使用预定的技术连接相邻材料条带的边缘。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述预定的技术为激光焊接、红外焊接或超声波焊接。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述工业带材或带状物材料具有0.30mm或更大的厚度，以及，10mm或更大的宽度。

22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述织物、皮带或套环制成为对空气和/或水可透过或不可透过。

23.根据权利要求19所述的方法，其中，使用机械方式或热加工方式在所述织物、皮带或套环中制造通透空隙或孔，将所述织物、皮带或套环制成为可透过空气和/或水。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，以预定尺寸、形状或取向形成所述通透空隙或孔。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述通透空隙或孔具有0.005英寸至0.01英寸范围内或更大的标称直径。

26.根据权利要求19所述的方法，进一步包括如下步骤：

向所述织物、皮带或套环的上表面或下表面施加一层或多层如下材料：织造材料或非织造材料、机器方向纱线阵列或机器横向纱线阵列、宽度小于所述织物宽度的螺旋缠绕织造材料条带、纤维网、膜，或其组合。

27.根据权利要求19所述的方法，其中，以机械方式使相邻的聚合物材料条带互锁。

28.根据权利要求19所述的方法，其中，所述织物、皮带或套环在一个表面或两个表面上设置有纹理。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述纹理通过砂纸打磨、刻挖、压花或蚀刻提供。

30.根据权利要求19所述的方法，其中，所述织物、皮带或套环在一个或两个表面上为平滑的。

31.根据权利要求19所述的方法，其中，所述织物、皮带或套环包括至少两层带材材料，该两层带材材料在彼此相反的方向或者关于机器方向相对进行螺旋缠绕。

32.根据权利要求19所述的方法，进一步包括用功能性涂层对所述织物、皮带或套环的一侧或两侧进行涂覆的步骤。

33.根据权利要求26所述的方法，其中，所述一层或多层设置在所述织物、皮带或套环的一侧或两侧上，或者设置在两层带材之间。

34.根据权利要求32所述的方法，进一步包括向所述功能性涂层提供纹理的步骤。

35.根据权利要求19所述的方法，进一步包括用纤维、纱线、单丝纱线或者多丝纱线在所述织物、套环或皮带的机器方向加强所述工业带材或带状物材料的步骤。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，制成所述纤维、纱线、单丝纱线或者多丝纱线的材料选自由芳族聚酰胺、热塑性聚合物、热固性聚合物、玻璃、碳、以及钢组成的组。