CN105026647B - 工业织物以及使用超声波焊接来焊接接缝区域的方法 - Google Patents

工业织物以及使用超声波焊接来焊接接缝区域的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业织物的超声波焊接。具体地，本发明涉及使用带纹理的焊头(20)和/或焊座(30)以超声波焊接工业织物的接缝区域的方法。织物边缘以织造状态重叠，或者，一个或两个边缘可以使一些经纱或纬纱散开。本方法涉及对重叠的织物边缘超声波接合，减小两个堆叠边缘的厚度，以匹配织物自身的本体厚度。之后，可以对结合区域使用激光或者其他机械方法穿孔，以产生具有与织物本体同样的织造纹理和可透过性(空气和/或水)的接缝。

Description

工业织物以及使用超声波焊接来焊接接缝区域的方法
技术领域
本发明涉及工业织物，并且更具体地，涉及一种使用超声波焊接来焊接工业织物的接缝区域的方法。
以引用方式并入
本文所提及的所有专利、专利申请、文件和/或参考资料以引用方式并入，并且可以在本发明的实践中采用。
背景技术
在造纸过程中，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。浆体中大部分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。
刚成形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，该压缩力从其中将水挤出，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。干燥织物引导刚成形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降低纸幅的含水量至所需的水平。
应当了解的是，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。应当进一步了解的是，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。
还应当了解的是，成形织物、压榨织物和干燥织物的绝大部分为无端环形式的织造织物，或至少包括一部分，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，因此造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，以配合客户所用造纸机成形部、压榨部和干燥部中的具体位置。毋庸多说，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。
织造基底织物自身采取许多不同的形式。例如，它们可以为织造无端环，或者它们可以使用一个或多个机器方向(“MD”)和机器横向(“CD”)的纱线层平织，而随后用织造的接缝成为无端环的形式。可替代地，可以通过通常称为改进的无端环织造的加工处理来生产它们，其中，基底织物的宽度方向边缘设置有使用其MD纱线的缝合环。在此处理中，MD纱线连续地在织物的宽度边缘之间来回织造，在各边缘折回并形成缝合环。在安装在造纸机上时，以此方式生产的基底织物布置为无端环的形式，并由于此原因被称之为可机上缝合织物。为了将这样的织物布置为无端环的形式，将两个宽度方向的边缘聚在一起，在两个边缘处的缝合环彼此交错，将接合销或栓引导穿过由交错的缝合环所形成的通道。
在任何情况中，织造基底织物为无端环的形式，或者为可缝合成无端环的形式，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，因此造纸机织物制造商要求生产压榨织物以及其他造纸机织物，以配合其客户所用造纸机的具体位置，因此各织物通常必须按定单制作。
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、移除磨损的织物、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端部相连以形成无端环状带。
在例如造纸以及在非织造物的生产中，接缝在工业织物或皮带的功能和使用中显示出明显的问题。接缝的厚度(thickness或caliper)不同于接缝连接处的工业织物边缘的厚度，以及，接缝与织物边缘之间的厚度变化，这些会导致承载在皮带上的产品留痕。如果接缝区域的厚度大于织物边缘，由于接缝变得暴露于机器组件并导致磨损或摩擦，还会导致缝合失效。如果皮带可透过流体(空气和/或水)，接缝区域与织物本体之间的可透过性/孔隙度的差异还会导致使用织物所制造的产品上具有令人反感的痕迹，或者其他操作性问题。
因此，无论工业织物为成形织物、压榨织物、干燥织物、空气穿透干燥(TAD)织物，或者在通过例如熔喷、纺粘或水力缠结的加工过程制造非织造物中使用的工程织物，或者用于例如DNT皮带或淤浆过滤带等的湿法加工的工程织物，或者纺织整理带，接缝的均匀性以及完整性的性能是关键的。
当织物承受机器方向(MD)的拉伸时在造纸机、纸板机或薄纸/纸巾或其他工业设备上运转，织造或交织以形成接缝的织物接缝末端或纱线端部容易受到影响而回拉。为了减小这种接缝“回拉”，常规地，使用粘合剂将接缝中的纱线末端与相邻纱线粘合。然而，粘合剂不能完全耐受机器运转条件，随时间仍会发生回拉或纱线滑移。同样，在使用其他增强方法(例如缝合造纸机织物(PMC)、TAD或工业织物的末端)的情况下使用粘合剂，也不能获得理想的接缝完整性或均匀性。
此外，在MD测量时，使用常规技术形成的接缝区域的宽度通常为例如3.5英寸至20英寸之间的值或更高。因此由于多种原因，期望能够减小此接缝区域的MD长度。
图1(a-d)示出了与用于TAD织物的常规接缝形成技术有关的问题，例如，其中，两个织物边缘的末端重新织入织物，在接缝区域“重叠”，以及标识出关键点512(图1a)，在这些点处，这些端部会在机器方向“回拉”，并且端部本身会突出于纸张侧表面。最终，如箭头所示，由于织物内的局部应力增加，导致在重叠区域的滑移增加(图1b)，并且在织物的接缝区域内出现了完全滑移及孔洞516(图1c)。因此，接缝的重叠区域通常通过人工胶合518(图1d)来加强，从而增加其强度；然而，胶合是费时费力的过程。由于其较低的精度，还会难以将胶料仅仅限制在重叠纱线上。另外，当织物在造纸机上运转时，胶料最终会由于织物的挠曲而脱落以及/或者磨损。
因此，需要不同或改进的方式强化接缝纱线末端，并因此强化接缝强度。
一种可用于强化织物的接缝纱线末端的技术为热焊接，例如超声波焊接。超声波是指超过人类听觉范围(即>20,000Hz)的声音，以及，超声波焊接是指使用声波将材料熔合。许多尝试致力于使用超声波能量将织物边缘连接在一起，即，将织物段连接为无端环状形式，以生产无端环状皮带。
然而，超声波焊接经常产生不可接受的接缝形成结果，例如纱线过度熔融、接缝的可透过性降低和由于局部收缩而引起的织物扭曲变形，产生这些一定程度上是由于常规超声波焊接是基于更改时间、能量以及距离的多个参数。
发明内容
因此，本领域仍然需要能获得具有可接受的表面平滑度、均匀性、孔隙率、开放性、强度以及耐久性的织物接缝的方法，该方法可应用于较大范围的织物类型。
据此，本发明为一种通过使用超声波能量将一个织物边缘结合至另一织物边缘的方法。织物由合成聚合树脂的MD纱线和CD纱线织造而成。可以重新织造平织织物的CD边缘中的MD纱线和CD纱线，以形成接缝区域，并且，该接缝区域可以暴露于超声波能量，将MD纱线端部彼此结合，以及/或者结合至一个或多个CD端部，以形成无端环状织物或皮带。
在另一个实施例中，一段带有两个CD边缘的平织织物，可以使该织物的各CD边缘(其包括这些相同的MD和CD纱线)与另一个在MD重叠一定距离并且相结合，以使该平织织物形成为无端环状织物或皮带。
还可以将平织织物的两个CD边缘在各端折回至织物本体之上。一些CD纱线可以散开，露出一段MD纱线，其可以形成环。来自各CD织物边缘的环之后彼此相互交错而形成通道，以及，销或栓插入通道中而形成接缝。通过在各CD边缘将一段织物围绕销折回，将折叠处的多根CD纱线拆散，使得当织物端部折回时，散开区域允许MD纱线形成环，并且折回的织物段通过以上描述的超声波焊接而附接至本体，从而可以形成该缝合环。折回部分可以在5-30cm范围内。该折回式接缝可以用于固定缝合线圈(一个或至每边缘一个)，该缝合线圈插入在MD纱线环之间，并与销或栓连接以形成螺旋连接接缝。在任一种情况中，通过实践本发明，折回区域可以在环相互交错之前便连结至织物本体。
可替代地，平织织物的接缝可以形成为本领域技术人员已知的“针缝”，其要求将MD纱线再织入各CD边缘的织物本体内，并在各CD边缘形成环。来自各CD边缘的环之后彼此互相交错，而销或栓插入该空间中以形成针缝。可替代地，螺旋线圈可以通过栓或销连接至环，形成本领域技术人员所知的螺旋连接接缝。这样的织物还可以通过本文描述的超声波焊接技术得以改善。在这样的接缝中，形成缝合环自身的MD纱线可以在环相互交错之前便焊接或熔接至CD纱线，以防止它们在使用的运行张力下被拉出。
进一步，美国专利No.5,360,656详细描述了要求边对边接缝的织造材料螺旋缠绕条带，其全部内容以引用方式加入本文，该方法也可以通过本文描述的超声波焊接技术得到改善。
本发明可以与现有技术相区别在于：通过对超声波能量施加至彼此连结的织物层的时间长度进行控制，以及，通过对提供超声振动的焊头所施加于其上的压力进行控制。
本发明方法的一个实施例包括如下步骤：提供超声波焊接装置，其具有带纹理的焊头用于将超声波能量传递至平织织物的接缝区域，以及，提供带纹理或不带纹理的焊座，焊头可以朝向该焊座移动并抵靠，以将两个织物层夹紧在一起进行结合。焊头和焊座可以都适当地具有纹理，或者只是焊头或焊座有纹理。
在实践此方法的本实施例中，两个织物边缘以一个在另一个上面的方式放置在焊座上，以及，焊头朝焊座上的两个重叠的织物边缘移动。
当焊头朝向焊座夹紧两个重叠织物边缘的力达到预选的级别时，启动焊头向两个重叠织物边缘传递超声波能量。当焊头向两个重叠边缘传递超声波能量时，该力增加为超过此预选的触发力，使织造该边缘的纱线熔化并融合达到所需要的级别。当焊头达到与焊座相距预选距离时，停用焊头以停止从其传递超声波能量。之后，焊头向两个重叠织物边缘所施加的力维持预选保持时间，以允许熔融的纱线聚合树脂材料冷却，并在压力下硬化。最终，将焊头从两个重叠的织物边缘和焊座处拉回，露出当前的无端环状织物的接缝区域。
在实践中，通过多次重复以上所描述的步骤，将两个织物边缘彼此结合，这是因为彼此结合的织物层在CD上通常比超声波焊头/焊座装置的宽度宽得多。据此，为进行缝合操作，例如，两个重叠的织物边缘必须以等于焊头/焊座宽度的增量结合在一起，相邻增量间的重叠保持为最小。这要求在所形成接缝的各装置宽度段已经被结合之后，装置相对于重叠的织物边缘移动一段距离，该距离等于装置的宽度。该过程必须在跨越织物的宽度上，以等于装置宽度的步距重复必要的次数，以移动该装置。
本发明可以用于将织物缝合成为用作制造纸、板以及类似产品中的工业皮带的无端环。例如，可以根据本发明缝合双压区洗浆机(DNT)上所用的带。可以通过实践本发明来缝合用于处理纸浆和/或淤浆的双网挤浆机(twin wire press)的带、或者其他必须通过移除流体使其固体含量上升的材料。
本发明还可以应用于在下述带中形成接缝：空气穿透干燥(TAD)织物，用于非织造物生产的工程织物，瓦楞机带，或纺织整理过程中所用的织物/皮带或者皮革处理带。本发明解决了在造纸机织物或者其他织物中形成接缝的需求，期望接缝区域就纹理以及透气性和/或透水性而言，尽可能地与织物本体相似或相同。这些接缝可以在机器方向(“MD”)、机器横向(“CD”)或者沿织物的长度螺旋。
据此，本发明的一个实施例是一种缝合具有长度和宽度的工业织物的方法，该方法包括如下步骤：以预定的距离将织物的第一边缘与织物的第二边缘相重叠，将至少一部分重叠边缘放置在超声波焊头与焊座之间，以及，通过施加预定时间长度的超声波能量，或者直至被焊接部分吸收了预定量的能量后，将该部分重叠边缘焊接起来，其中，焊头和/或焊座的织物接触表面具有纹理或图案。
根据一个实施例，该预定距离为20cm或更小，10cm或更小，或优选为5cm或更小。纹理或图案可以为反映或者模仿织物织造图案的压痕。可以通过多根经纱与多根纬纱的交织生产该织物。该织物可以为平织织物，或者为通过使织造纱线材料的织物条带螺旋缠绕而制成的织物。可选地，该织物可以是包括在织物的平行环的相邻边缘上具有MD接缝的平织材料条带的织物。该平行环可以具有CD接缝区域，其可以在MD对齐或交错。
根据本发明的一个实施例，该方法可以包括如下步骤：在重叠边缘之前，自织物的一个或两个边缘散开一根或多根纱线。该方法还可以包括如下步骤：在焊接两个边缘之前，在织物的焊头和/或焊座侧增加一根或多根单丝、多丝纱线、带状物或者带子。焊头和/或焊座可以具有适于接触织物表面的凸起部分。焊头和/或焊座可以具有一个或多个沟槽，以保持“所增加”的一根或多根单丝、多丝纱线、带状物或者带子。织物的第一和第二边缘可以为宽度方向边缘或长度方向边缘。
根据本发明的一个实施例，本方法可以包括如下步骤：在织物的焊接部分中形成一个或多个通孔或孔隙。可以通过激光钻孔或机械冲压来形成该一个或多个通孔或孔隙。
根据一个实施例的本发明为一种具有长度和宽度的工业织物，该织物包括：织物的第一边缘，其与织物的第二边缘以预定的距离相重叠，其中，焊接至少一部分重叠边缘，以及，其中，被焊接部分具有纹理或图案。预定距离可以为20cm或更小，10cm或更小，或优选为5cm或更小。该织物可以为下述织物之一：造纸机织物(PMC)、TAD织物、用于生产非织造物的工程织物和带、用于纺织整理过程(包括压延或制革)的淤浆脱水织物、纸浆脱水织物、以及瓦楞机带。
根据一个实施例，纹理或图案可以为反映或者模仿织物纱线的织造图案的压痕。可以通过多根经纱与多根纬纱的交织生产该织物。该织物可以为平织织物，或者为通过使织造纱线材料的织物条带螺旋缠绕而制成的织物。可选地，该织物可以是包括在织物的平行环的相邻边缘中具有MD接缝的平坦织造材料条带的织物。该平行环可以具有CD接缝区域，其在MD对齐或交错。
在焊接之前，可以自织物的一个或两个边缘散开一个方向的一根或多根纱线。另外，在焊接之前，可以在平行于散开纱线的方向上增加一根或多根单丝、多丝纱线、带状物或者带子。织物的第一和第二边缘可以为宽度方向边缘或长度方向边缘。
根据一个实施例，在织物的焊接部分处，织物可以包括一个或多个通孔或孔隙。可以通过激光钻孔或机械冲压，形成该一个或多个通孔或孔隙。织物焊接部分的透气性和/或透水性可以与织物本体其余部分的透气性和/或透水性相似或相同。
通过消除与常规超声波焊接相关的缺点，本发明的超声波焊接技术能够获得具有增加强度、增加耐久性和/或织物使用寿命的织物接缝，并且接缝的纹理以及透气性/透水性相同或相似于织物本体的纹理以及透气性/透水性。
本发明的一种示例性实施例为一种工业织物或皮带，用在造纸机的成形部、压榨部以及干燥部(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、长压区压榨(LNP)或压延带、或者其他工业处理带例如瓦楞机带的组件。该织物还可以用作纺织整理带例如预缩带或制革带的一部分。此外，本发明的织物还可以用在工业带用于使材料脱水的其他工业设施中。例如，织物可以用在纸浆成形带或纸浆压榨带中，用在纸浆精化过程期间用于运送和/或使循环纸脱水的带(例如双压区洗浆机(DNT)纸浆精化机的脱水带)中；或者用在淤浆脱水带中。本发明织物还可以用于通过例如气流成网、熔喷、纺粘或水力缠结的加工过程制造非织造物中使用的带和/或套环中。
尽管在本文公开中主要使用术语织物、工业织物以及织物结构，但是为了描述本发明的结构，可互换地使用织物、皮带、传送带以及织物结构。
构成本发明特点的多个新颖性特征特别列于所附的权利要中，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、其操作优点和使用本发明获得的具体目的，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，对应的组件用相同的附图标号表示。
本文公开中的术语“包含的”和“包含”意味着“包括的”和“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
现在参考附图以更完整细节的方式描述本发明，其中，相似的附图标号表示相似的元件和部件，附图说明如下。
图1(a)至图1(d)示出使用常规方法缝合某些工业织物时的缺点；
图2(a)至图2(d)示出根据本发明一个实施例的超声波焊接法所涉及的步骤；
图3为织物的一个示例，该织物通过使用根据本发明一个方面的超声波焊接制备；
图4(a)至图4(g)示出根据本发明一个实施例的超声波焊接法所涉及的步骤；
图5(a)至图5(b)示出根据本发明一个实施例的超声波焊接法所涉及的步骤；
图6示出一个超声波焊头/焊座的剖视图；
图7(a)至图7(f)示出根据本发明一个实施例的超声波焊接法所涉及的步骤；
图8(a)至图8(e)示出根据本发明一个实施例的超声波焊接法所涉及的步骤；以及
图9(a)至图9(c)示出根据本发明一个实施例的超声波焊接法所涉及的步骤。
具体实施方式
现在参见附图，图2(a)为示意图，示出根据本发明一个实施例用于缝合工业织物的方法所涉及的步骤。工业织物的基底织物100可以为平织织物，例如其中，经纱16与纬纱14交织，以形成具有长度和两个宽度方向边缘10、12的织物。在织造基底织物100时可以使用本领域普通技术人员已知的织造图案。
在织造基底织物之后，例如，图2(a)所示，织物边缘10、12引到一起并放置在超声波焊头20与焊座30之间而将被焊接。边缘10、12的重叠部分可以为20cm或更小，10cm或更小，或者优选为5cm或更小。焊头20或焊座30或二者可具有带纹理的表面22、32，或者图案形成于其上，使得表面22、32反映基底织物100本体内的织造图案。换言之，可以以这样一种方式构造带纹理的表面：其采用被焊接织物的织造图案的形状。该纹理可以包括多个凸起部分和多个凹陷，其反映了基底织物本体内的织造图案。
可以通过下述方式控制焊接的深度：例如，设定机械止动件或者利用其他方式，以控制焊头与焊座之间的距离，把将要焊接的织物放置在焊头与焊座之间；以及，使用超声波能量焊接该织物的一部分，直至焊头到达预定的深度，之后，继续在该深度处焊接预定的时间段，或者继续焊接直至吸收预定量的能量。
机械止动件(未示出)可以用于控制焊头所能到达的与焊座的最近距离。换言之，机械止动件规定了超声波焊头所能深入被焊接织物的深度。焊头与焊座之间的此距离为间隙。一旦焊头到达机械止动件，其继续在该距离处焊接，无论是焊接指定的是时间还是能量，都不再损失织物厚度。当施加超声波能量时，材料保持为受到压缩。但是，该任务是控制焊头的深入深度或者焊座的深入深度。在任一种情况下，焊座与焊头顶端之间的距离决定了焊接的深度以及由此形成焊接处的强度。
例如，如图2(b)所示，焊接时，织物边缘10、12中的纱线材料至少部分地熔化，并且边缘连结或缝合。由于在焊接时来自任一边缘或两个边缘的纱线材料熔融并流入织物的间隙中，该焊接部分处形成例如图2(c)所示的焊接区域18。
用于本发明超声波焊接中的示例性装置包括超声波焊接机或者本领域中通常称为超声波堆(ultrasonic stack)(或声堆(acoustic stack))的装置。该堆含有三个部分，即转换器、增强器、和焊头。增强器周围的环是将该堆夹持在堆保持器内之处。设置机械止动件，从而，防止保持堆中性点或增强器环的堆保持器或夹具从期望位置处进一步向下移动。当超声波焊接机开启(ON)时，焊头的末端以特定振幅在此设定点上方和下方振动。然而，当超声波焊接器关闭(OFF)，那时，该机械止动件是设定焊头与焊座之间固定距离的部件。例如，如果要将部分1与部分2焊接到一起，基于这些部分的厚度以及焊接所需深度，将止动件设定于预定高度。当堆开始向下移动，超声波末端关闭(OFF)，以及，在焊头接触样品之后，很快就达到预定负载值。由安装在堆壳体上的压力传感器例如载荷传感器，测量此负载。此时，将超声波能量转为打开(ON)。应注意的是，在此点处，堆壳体(这里由进行夹持操作的增强器环表示)尚未接触该止动件。随着焊接继续进行，焊接连同焊头对该部分的向下压力所产生的热量，导致焊接区域中材料的厚度减少，直至堆壳体触碰到止动件，从而防止织物厚度的进一步减少。然而，超声波能量维持开启(ON)，并继续进行焊接。在超声波能量转为关闭(OFF)之后，通常在压力下保持该焊接部分预定时间，以允许焊接部分冷却并硬化到一起，这提供了改善的物理性能，例如对焊接区域的强度。然后，该堆缩回，并且结束焊接。
可以利用时间、能量或距离控制焊接。例如，一旦达到特定的触发力，机器便焊接设定量的时间，或至设定量的能量，或下降一定的距离而进入织物。超声波焊接技术产生具有可接受量的纱线扭曲的牢固结合，并允许横越织物整个宽度的一致焊接，这是因为已经固定了所有用于焊接的参数，并且增加了额外的控制度，其导致更为稳健的处理过程，可接受处理条件的范围更大。
焊头与焊座之间的距离还由待焊接的材料所决定。在本发明的一个实施例中，待焊接的材料为织物，而焊头与焊座之间的初始距离等于织物厚度。
各焊接部分在MD上的实际长度取决于经纱与纬纱的尺寸以及它们的密度(数目和间隔)。各焊接部分的宽度还取决于丝线直径以及经纱或MD纱线的间隔。为了维持与织物本体中继而与纸中或生产于织物上的其他产品中类似的特性例如纹理和透气性/透水性，焊接区域可以尽可能的小，并仍然获得所需的接缝强度。
本发明还涉及使用本文所描述的方法改善接缝。通过超声波焊接过程所形成的接缝得到这样的优点：相比于常规接缝更短(如果使用“平行”环状缝合，在MD或CD测量)；更牢固的接缝；该接缝减小了纸张出现例如纸幅留痕的可能性；以及，接缝保持为与织物本体其余部分的透气性和透水性相似或相同。
本发明还涉及改善接缝的完整性。例如，当使用织物时，在织物运转于例如造纸机或面巾纸机上时，接缝区域维持其完整性是重要的。维持织物接缝的完整性增加了织物使用运转的寿命。已经讨论过用于平织织物的多种接缝，而本发明的超声波焊接技术可以应用于例如针缝的接缝，其中，形成缝合环自身的MD纱线可以焊接或融合至CD纱线，以防止它们在使用的运行张力下被拉出，由此改善接缝强度以及耐久性。
现在通过以下非限制性示例的方式进一步描述本发明。本发明的一个示例性实施例是一种利用超声波焊接以及激光钻孔的工业织物缝合方法。根据本实施例，织物的两端重叠，重叠量根据所需的织物接缝强度而改变。织物接缝区域可以保持为MD纱线与CD纱线“织造”，或者保持为一个或两个织物边缘可以具有从待焊接织物区域散开的CD纱线。现在包含两个织物层的重叠区域在所施加的载荷之下进行所述的超声波焊接，使得最终接缝厚度等于原始织物的单层的厚度。图2(a)示出本发明的一个示例性实施例。
图2(b)示出一种固定插焊(stationary plunge welding)或连续焊接，具有斜面焊头或者旋转焊头，其能够用于连接织物的端部。由于原始织物经压缩至期望的厚度，单位面积质量(mass per area)大于原始织物的的单位面积质量，结合区域的可透过性变小。如图2(c)所示，在使用散开织物的情况中，密度是原始织物密度的两倍。
根据一个实施例，可以使用带纹理的焊头20，使得该区域具有相同于织物的形态。带纹理的焊座30也可以产生期望的形态。焊头和焊座二者都可以具有适当的纹理。
根据一个实施例，焊头420可以具有凸起销450以制造凹口，在此凹口处将使用激光钻出孔424，例如，图9(a)至图9(c)所示。相似地，焊座430可以具有凸起销440，以从相对侧制造凹口，在此凹口处将使用激光钻出孔424。
例如，可以对焊接区域418激光钻孔，以产生相似于原始织物的透气性和/或透水性。可以使孔424垂直于织物的表面或者形成不同的角度，以更接近地模拟原始织物。例如，图2(d)示出根据本发明一个实施例所缝合织物的示意图，其具有等效于每平方厘米324个孔。在接缝处，1cm长(MD)乘以10m宽(横越织物)为面积1000cm2，使用每秒1000孔的保守钻孔速度，会花费大约5.5分钟的激光钻孔时间以产生所需的孔24。
本发明焊接方法的一些优点为：结合区域将具有与织物本体的其余部分相似或相同的厚度、形态以及可透过性。在织物的整个寿命中，焊接接缝可以比常规接缝更为耐久。本文描述的方法可以用于生产造纸织物，其包括成形织物、压榨织物、干燥织物、工程织物、空气穿透干燥(TAD)织物，以及这些织物之一或者上述其他造纸、工程、或工业处理织物/皮带的组成部分。其还可以用于其他期望结合区域模拟织物本体的应用中。
本方法可以用于通过如下方式形成螺旋缠绕织物100(例如在发明人为Rexfelt的‘656专利中所教导的)：
1.围绕两个平行辊在黑色箭头方向馈送织物条带，该平行辊以适当的距离彼此分开放置(辊未示出)，其距离大约为织物/皮带最终要求长度的一半，例如图3所示。织物条带会馈送进入系统，以些许少量(5cm或更小)与相邻的已存在织物环重叠。初始织造织物可以就这样重叠，或者，一个或两个相邻的织物边缘层中可以使一些或全部的MD纱线或经向纱线以重叠距离散开。
2.在A点处进行超声波结合。此结合会减小织物2个堆叠层的厚度，以匹配织物自身的本体厚度。此结合接缝可以为织物条带重叠部分的宽度(5cm或更小)。超声波焊头(和/或可能采用的焊座)在其/它们的表面上可以具有纹理以赋予图案，该图案可以模拟周围织物的表面。在此，在结合之前，重叠的织物边缘放置在焊头与焊座之间。在结合之后，接缝的厚度与织物本体的厚度相同。但是，例如图2(c)的俯视图示出，孔已经被熔融的材料封闭，并且失去了可透过性。
3.在结合的接缝区域从A点向B点前进时，可以进行激光钻孔。钻孔的图案与尺寸可以与织物本体中的空隙接近。此方法可以用于插焊(织物在固定长度的区段内换位(index))或连续焊接，其以固定的速度前行。但是应当注意的是，孔的尺寸可以等于、小于或大于织物本体内的孔尺寸。孔的尺寸以及孔的密度可以取决于织物焊接区域中所期望的可透过性。
但是应当注意的是，当使用以上超声波焊接方法通过将“平行”织物环的相邻边缘连接而制造无端环状织物时，如果形成织物环的条带为需要CD接缝的平织以形成无端环状，则也可以通过所描述的方法将环中的CD接缝超声波结合，并且接缝可以是交错的或者线状横穿整个织物宽度方向(CD)。
在其他实施例中，一段具有两个CD边缘(在各端处向回折叠至织物本体之上)的平织织物。一些CD纱线可以是散开的，露出一段MD纱线，其可以形成环。之后，来自各CD织物边缘的环彼此相互交错而形成通道，而销或栓插入通道中而形成接缝。可以通过下述方式形成该缝合环：在各CD边缘处将一段织物围绕销折回，将折叠处的多根CD纱线拆散，使得当织物端部折回时，散开区域允许MD纱线形成环，并且折回的织物段通过以上描述的超声波焊接而附接至本体。折回部分可以在5-30cm范围内。该折回接缝可以用于固定缝合线圈(一个或至每边缘一个)，该接合线圈插入在MD纱线环之间，并与销或栓连接以形成螺旋连接接缝。在任一种情况中，通过实践本发明，折回区域可以在环相互交错之前便连结至织物本体。
可替代地，平织织物的接缝可以形成为本领域技术人员已知的“针缝”，其要求在各CD边缘处将MD纱线再织入织物本体内，并在各CD边缘处形成环。之后，来自各CD边缘的环彼此互相交错，而销或栓插入该空间中以形成针缝。可替代地，螺旋线圈可以通过栓或销连接至环，形成本领域技术人员所知的螺旋连接接缝。这样的织物也可以通过本文描述的超声波焊接技术得以改善。在这样的接缝中，形成缝合环自身的MD纱线可以在环相互交错之前便焊接或熔接至CD纱线，以防止它们在使用的运行张力下被拉出。
在本发明的一个示例性实施例中，例如，焊头120可以具有小的凸起区域。焊头和/或焊座可以是有纹理的或者是平滑的。但是，大和小、有纹理、以及平滑的焊头和焊座的其他结构也有利于焊接织物的端部，以保持织物一侧或两侧上的形态。
本发明的一个示例性实施例是一种用于连接接缝区域内互相啮合的毛边纱线(fringe yarn)的方法，例如，图4(d)所示。根据本实施例，通过移除一个方向上的纱线而使织物的两个边缘散开，并且，毛边纱线啮合在一起。可以将超声波焊头施加于一侧，而焊座在另一侧。在形成接缝时，可以将独立于被焊接织物边缘的单丝以90度定向于毛边纱线的方式添加至焊接区域。可以将该单丝焊接至织物接缝区域中，并使其跨越由于散开而造成的间隙。通过此方法可以看到，如果以特定定向精确地保持织物的间隔，并且将附加的单丝精确地添加至连接区域，并且添加适当数量的单丝，因此接缝近乎不能与织物本体相区别。
根据本实施例的方法可以使用单根单丝或多根单丝添加至焊接区域中。单丝纱线可以如所期望的添加在焊接部分的焊头或焊座侧。在实践本发明时，可以利用具有脊(如所示)或者具有沟槽的焊座或焊头，保持所增加的单丝纱线。
如图2(c)所示，焊头在凸起区域的面上具有平滑表面，其会导致织物焊接部分具有平滑的平坦化区域。但是，如果维持丝线的原始形态或形状是所期望的，那么可以使用有纹理的凸起区域。此方法是一种不使用机械止动件而延长焊接次数获得受控深度焊接的方式。此方法也可以用于机械止动件不可行的情况中。
根据另一个实施例的本发明是这样的一种方法，通过将织物的两个边缘重叠较小的量(例如20cm或更小，10cm或更小，或者优选为5cm或更小)，产生具有纹理和可透过性的接缝。织物边缘可以如织造状态重叠，或者一个层或两个层可以在织物的边缘部分使一些或全部经纱或纬纱散开。下一步涉及超声波结合重叠的织物边缘，这会减小两个堆叠织物的厚度，以匹配织物自身的本体厚度。此结合区域(接缝)为织物边缘原始重叠的宽度。
超声波焊头和/或焊座在它们的表面上可以具有纹理，以赋予图案而模拟织物本体的表面。
根据一个实施例，在保持期间，机械力(凸轮、连杆或空气压力)导致一系列的压印或凸起240(平的、点状的、圆柱的、矩形的等)，其嵌入在焊头220或焊座230内以向外延伸，穿过织物而进入相对部件250的压模内，例如如图7(a)所示。这样，凸起240挤压位于相对凸起之间的一小部分材料218，当焊头和焊座聚拢在一起时，相对凸起可以相互接触或不接触，在此聚焦的超声波能量快速地将材料218熔化并使其流出凸起之间的区域，留下直穿织物260的孔或空隙224，例如如图7(f)所示。如图7(b)至图7(d)所示，这些压印定位为使得它们与带纹理焊座的图案相对应，即，形成孔的地方是未焊接织物中可透过的通道。另一种可能性是在凸起之间被撞击的材料218可能并没有完全熔融而保留了薄膜。在此情况下，可以在之后步骤中使用一些其他的能量(压缩空气、化学溶解、激光能量)移除该膜，例如如图7(e)所示。
所形成空隙的形状可以为圆的、椭圆的、方形、三角形、梯形或者其他合适的形状。可以采用气压，将压印240撤回，并移除聚合物片段(slugs)以及将焊头220与焊座230分离。可替代地，可以通过压模将片段吹回，以产生厚度、纹理以及可透过性相似于织物本体的接缝。
根据一个示例性实施例，在随后的步骤中，使用激光或者其他机械冲压/穿孔/钻孔方法，在以上描述的焊接区域内制造孔，从而，要不就移除一部分熔融材料并将该区域内的局部可透过性恢复至焊接前的状况，或者甚至从纱线之间的间隙中移除一些材料，使得焊接接缝的局部可透过性与织物本体其余部分的可透过性相似或相同。
但是，分别焊接的一个负面效果可能是织物中的空隙和通道在压力下被熔化材料封闭，并且需要随后的操作(激光钻孔等)来形成孔并使织物开放以恢复接缝区域的可透过性，以匹配织物本体的可透过性。此随后的操作有时候会耗时、高成本、难以与织物的纹理相对其以使得孔精确地形成在所希望的位置，并且，施加至织物的热会损害其强度。
因此，根据一个示例性实施例，本发明的方法还可以适用于这样的情况，超声波能量既将两个相邻织物边缘彼此结合，又在一个单独装置中移除已结合的材料，例如图8(a)至图8(e)所示，在焊头和/或焊座的织物接触表面上可以采用销或凸起340来形成通孔，其允许流体(例如空气和水)穿过织物接缝区域。
以上实施例中所描述的一些方法的示例如下：
示例1
使用具有纹理的40kHz的超声波焊接机，TAD织物暴露于500ms的焊接时间以及1秒的保持时间(即，焊接后，在抬起焊头之前，有纹理的焊头在焊接位置停留1秒)，40微米的振幅。接缝区域上的表压为144kPa，而触发力(TRS)为111N。
该处理的结果为接缝区域强于常规接缝的的TAD织物，并且其具有相似于或相同于织物本体其余部分的纹理以及可透过性。
尽管以上实施例是参考织造织物所描述的，但是本发明并不局限于此。例如，以上描述的方法可以用于非织造物、膜、MD或CD纱线阵列、或者这些结构与织造织物的组合所制成的接缝工业织物基底。相似地，一些实施例涉及在机器横向(CD)形成接缝，本发明并不局限于此。本文描述的方法也可以应用于在机器方向(“MD”)形成的接缝。
如本领域普通技术人员所理解的，织物例如PMC织物以及工程织物典型地包括由聚合物(例如聚酯、聚丙烯、聚酰胺和聚醚醚酮)制成的单丝股或纱线。但是，根据以上实施例所生产的织物并不局限于此，本领域普通技术人员已知的聚合物材料都可以用于本发明的实践之中。
因此，实现了本发明的目标与优点，尽管本文详细公开并描述了优选实施例，其范围和目的并不限制于此；其范围应当由所附权利要求确定。

Claims (58)

1.一种用于缝合具有多根经纱与多根纬纱以及具有长度和宽度的工业织物的方法，所述方法包括如下步骤：
以预定的距离将所述织物的第一边缘与所述织物的第二边缘相重叠，其中，所述经纱以及所述纬纱在所述第一边缘处或者所述第二边缘处都没有连接；
将至少一部分所重叠的边缘放置在超声波焊头与焊座之间；以及
通过施加超声波能量，将所重叠的边缘的所述部分焊接，
其中，所述焊头和/或焊座的织物接触表面具有纹理或图案，所述纹理或图案为反映或者模仿所述织物的本体部分中的织造图案的压痕。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定距离为20cm或更小。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定距离为10cm或更小。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定距离为5cm或更小。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，焊接的所述部分为所述织物的接缝区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述焊接接缝区域具有的厚度等于所述织物的本体的厚度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述多根经纱与所述多根纬纱的交织制成所述织物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述织物为平织织物或者为通过使织造纱线材料的织物条带螺旋缠绕而制成的织物；或者，所述织物包括在所述织物的平行环的相邻边缘中具有机器方向接缝的平织材料条带。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括如下步骤：
在重叠之前，自所述织物的第一和/或第二边缘散开一根或多根纱线。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括如下步骤：
在焊接所述两个边缘之前，在所述焊头和/或焊座侧增加一根或多根单丝、多丝纱线、带状物或者带子。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊头和/或焊座具有适于接触织物表面的凸起部分。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述焊头和/或焊座具有一个或多个沟槽，以保持所加入的一根或多根单丝、多丝纱线、带状物或者带子。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述织物的所述第一和第二边缘为所述织物的机器横向边缘或机器方向边缘。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述织物包括在织物的平行环的相邻边缘中具有机器方向接缝的平织材料条带。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述织物的所述平行环包括机器横向接缝区域。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述织物的所述平行环中的所述机器横向接缝区域在机器方向对齐或交错。
17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：
在所述织物的焊接的所述部分中，形成一个或多个用于流体通过的通孔。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，通过激光钻孔或机械冲压，形成所述一个或多个通孔。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述焊头和/或焊座的织物接触表面包括选自包括销和凸起所组成组的机械冲压装置。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述织物为最终结构，或者为用于最终织物的组成结构，所述最终织物选自的群组包括：成形织物，压榨织物，干燥织物，靴形压榨带，长压区压榨带，传送或压延带，在通过包括气流成网、熔喷、纺粘或水力缠结的加工过程制造非织造物中使用的工程带，瓦楞机带，包括预缩带或压延带的纺织整理带，制革带，纸浆成形带或纸浆压榨带，双压区洗浆机的脱水带，或淤浆脱水带。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述干燥织物包括空气穿透干燥织物。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，在焊接之前，自所述织物的第一和/或第二部分散开一根或多根纱线。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述织物的第一和第二边缘为所述织物的宽度方向边缘或长度方向边缘。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述织物包括在织物的平行环的相邻边缘中具有机器方向接缝的平织材料条带。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述织物的所述平行环包括机器横向接缝区域。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述织物的所述平行环中的所述机器横向接缝区域在机器方向对齐或交错。
27.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工业织物基底由非织造物、膜、机器方向或机器横向纱线阵列、或这些结构与织造织物的组合制成。
28.根据权利要求17所述的方法，其中，所述工业织物基底由非织造物、膜、机器方向或机器横向纱线阵列、或这些结构与织造织物的组合制成。
29.一种用于缝合工业织物的方法，包括如下步骤：
将多根机器方向纱线与多根机器横向纱线织造，以形成具有两个机器方向边缘和两个机器横向边缘的平织织物；
在所述织物的所述机器横向边缘处形成缝合环，其中，所述机器方向纱线以及所述机器横向纱线没有在所述机器横向边缘处连接；
将所述织物的接缝区域的至少一部分放置在超声波焊头与焊座之间；以及
通过施加超声波能量焊接所述接缝区域的所述部分，其中，所述焊头和/或焊座的织物接触表面具有纹理或图案，所述纹理或图案为反映或者模仿所述织物的本体部分中的织造图案的压痕。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述平织织物包括回织机器方向纱线，其在所述织物的宽度方向边缘处形成所述缝合环。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，通过在各机器横向边缘处围绕一销往回折叠一段所述织物，在折叠处散开多根机器横向纱线，使得当所述织物端回折时散开区域允许所述机器方向纱线形成环，以及，通过所述焊接步骤使所述往回折叠的织物段附接至所述本体，从而形成所述缝合环。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述往回折叠的范围为5cm至30cm。
33.根据权利要求29所述的方法，其中，所述织物接缝包括销接缝或者顺排的螺旋接缝。
34.根据权利要求29所述的方法，进一步包括如下步骤：
在所述织物的焊接部分中形成一个或多个用于流体通过的通孔。
35.根据权利要求29所述的方法，其中，所述织物为最终结构，或者为用于最终织物的组成结构，所述最终织物选自的群组包括：成形织物，压榨织物，干燥织物，靴形压榨带，长压区压榨带，传送或压延带，在通过包括气流成网、熔喷、纺粘或水力缠结的加工过程制造非织造物中使用的工程带，瓦楞机带，包括预缩带或压延带的纺织整理带，制革带，纸浆成形带或纸浆压榨带，双压区洗浆机的脱水带，或淤浆脱水带。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述干燥织物包括空气穿透干燥织物。
37.一种具有多根经纱与多根纬纱以及具有长度和宽度的工业织物，所述织物包括：
所述织物的第一边缘，其与所述织物的第二边缘重叠预定的距离，其中，所述经纱以及所述纬纱都没有在所述第一边缘处或者所述第二边缘处连接；
其中，将所重叠的边缘的至少一部分放置在超声波焊头与焊座之间，以及，使用超声波能量焊接接缝区域的部分，以及，
其中，所述焊头和/或焊座的织物接触表面具有纹理或图案，以及，所述纹理或图案为反映或者模仿所述织物的本体部分中的织造图案的压痕，使得焊接的所述部分具有的纹理或图案与织物本体的纹理或图案相似。
38.根据权利要求37所述的织物，其中，所述预定距离为20cm或更小。
39.根据权利要求38所述的织物，其中，所述预定距离为10cm或更小。
40.根据权利要求38所述的织物，其中，所述预定距离为5cm或更小。
41.根据权利要求37所述的织物，其中，焊接的所述部分为所述织物的接缝区域。
42.根据权利要求41所述的织物，其中，所述焊接接缝区域具有的厚度与所述织物的本体部分的厚度相似或相同。
43.根据权利要求37所述的织物，其中，通过所述多根经纱与所述多根纬纱的交织制成所述织物。
44.根据权利要求43所述的织物，其中，所述织物为平织织物，或者为通过使织造纱线材料的织物条带螺旋缠绕而制成的织物；或者，所述织物包括在所述织物的平行环的相邻边缘中具有机器方向接缝的平织材料条带。
45.根据权利要求37所述的织物，在所述织物的所述焊接接缝区域进一步包括一个或多个通孔。
46.根据权利要求45所述的织物，其中，通过激光钻孔或机械冲压，形成所述一个或多个通孔。
47.根据权利要求37所述的织物，其中，所述织物的所述焊接接缝区域的透气性和/或透水性与所述织物本体其余部分的透气性和/或透水性相似或相同。
48.根据权利要求37所述的织物，其中，所述织物为最终结构，或者为用于最终织物的组成结构，所述最终织物选自的群组包括：成形织物，压榨织物，干燥织物，靴形压榨带，长压区压榨带，传送或压延带，在通过包括气流成网、熔喷、纺粘或水力缠结的加工过程制造非织造物中使用的工程带，瓦楞机带，包括预缩带或压延带的纺织整理带，制革带，纸浆成形带或纸浆压榨带，双压区洗浆机的脱水带，或淤浆脱水带。
49.根据权利要求48所述的织物，其中，所述干燥织物包括空气穿透干燥织物。
50.一种工业织物，包括：
多根机器方向纱线，其与多根机器横向纱线交织，以形成具有两个机器方向边缘和两个机器横向边缘的平织织物；
所述织物在织物的机器横向边缘处具有缝合环，其中，所述机器方向纱线以及所述机器横向纱线没有在所述机器横向边缘处连接；
其中，将所述织物的接缝区域的至少一部分放置在超声波焊头与焊座之间；以及，通过施加超声波能量将所述接缝区域的所述部分焊接，
其中，所述焊头和/或焊座的织物接触表面具有纹理或图案，以及，所述纹理或图案为反映或者模仿所述织物的本体部分中的织造图案的压痕。
51.根据权利要求50所述的织物，其中，所述平织织物包括回织机器方向纱线，其在所述织物的宽度方向边缘处形成所述缝合环。
52.根据权利要求50所述的织物，其中，通过在各机器横向边缘处围绕一销往回折叠一段所述织物，在折叠处散开多根机器横向纱线，使得当所述织物端向回折叠时，散开区域允许所述机器方向纱线形成环，以及，所述往回折叠的织物段通过所述焊接步骤附接至所述本体，从而，形成所述缝合环。
53.根据权利要求52所述的织物，其中，所述往回折叠的范围为5cm至30cm。
54.根据权利要求52所述的织物，其中，所述织物接缝包括销接缝或者顺排的螺旋接缝。
55.根据权利要求50所述的织物，在所述织物的所述焊接接缝区域中进一步包括一个或多个通孔。
56.根据权利要求50所述的织物，其中，所述织物的所述焊接接缝区域的透气性和/或透水性与所述织物本体其余部分的透气性和/或透水性相似或相同。
57.根据权利要求50所述的织物，其中，所述织物为最终结构，或者为用于最终织物的组成结构，所述最终织物选自的群组包括：成形织物，压榨织物，干燥织物，靴形压榨带，长压区压榨带，传送或压延带，在通过包括气流成网、熔喷、纺粘或水力缠结的加工过程制造非织造物中使用的工程带，瓦楞机带，包括预缩带或压延带的纺织整理带，制革带，纸浆成形带或纸浆压榨带，双压区洗浆机的脱水带，或淤浆脱水带。
58.根据权利要求57所述的织物，其中，所述干燥织物包括空气穿透干燥织物。
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