CN109154112A - 在经向和纬向上具有相当的拉伸强度的织造织物 - Google Patents

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Abstract

一种具有纬向和经向的织造土工合成织物，其包括在纬向上织造的纬纱和交织所述纬纱以形成具有相当模量的织物的在经向上织造的经纱；经纱包括高模量单丝纱，所述高模量单丝纱的根据ASTM国际标准4595确定的韧度为在1％应变下至少0.75g/旦尼尔、在2％应变下至少1.5g/旦尼尔以及在5％应变下至少3.75g/旦尼尔。

Description

在经向和纬向上具有相当的拉伸强度的织造织物
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年4月7日提交的美国临时专利申请序列号62/319,481的权益，其通过引用整体并入本文。
背景技术
在材料的传统织造中，卷曲被引入到在机器方向上织造的纱(即，经纱)中。由于经纱与纬纱交错(interlace)，所以经纱包含固有的卷曲。这种经向卷曲导致机器方向(MD)上的拉伸强度在与横向机器方向(CD)上的拉伸强度相比时显著降低。
在拉伸测试期间，拉伸强度(模量)有两个主要影响因素：纱的1)经向卷曲和2)拉伸强度。在应力/应变曲线的初始部分中，在低应变值(例如，1％至5％应变)下，材料中的经向卷曲被去除。这种卷曲的去除通常需要非常小的拉伸载荷，导致在这些较低应变(即，1％至5％应变)下的较低拉伸值。因此，期望尽可能地使经向卷曲最小化以使织物的MD拉伸强度最大化。许多土工合成应用具有描述产品的最弱主方向的成文条款。然而，在许多应用中，无法指示或预测应用的应力和应变在哪个方向上将接受更多的主要载荷。此外，接合土工织物板容易在各接合处产生较弱的拉伸特性。
因此，需要这样的模量平衡的织造土工合成织物：其中在保持土木应用期望的其他特性(例如，相对高的水流量和颗粒保留率)的同时，经向卷曲的效果被最小化。
发明内容
本文公开了具有纬向和经向的织造土工合成织物。纬纱在纬向上织造并且在经向上织造的经纱交织(interweave)纬纱以形成织物。在一个方面中，织物的根据ASTM国际标准D4595分别测量的在经向和纬向二者上的拉伸强度为在2％应变下至少100磅/英寸(lb/in)。在另一个方面中，织物的根据ASTM国际标准ASTM国际标准D4595分别测量的在经向和纬向二者上的拉伸强度为在5％应变下至少200lb/in。此外，在另一个方面中，织物具有第一梭口和第二梭口的重复图案，所述第一梭口包括总旦尼尔为约200旦尼尔至约1000旦尼尔的一根或更多根纱，并且第二梭口包括总旦尼尔为约400旦尼尔至约15000旦尼尔的一根或更多根纱，第二梭口的总旦尼尔比第一梭口的总旦尼尔大至少50％，并且第一梭口邻近第二梭口。此外，在另一个方面中，织物具有设置在第一梭口中的至少一根纱和设置在第二梭口中的至少两根纱的重复图案，其中第一梭口邻近第二梭口，并且如根据ASTM国际标准D4595在5％应变下分别测量的，织物在经向上的拉伸强度为在纬向上的拉伸强度的约80％至约120％。如本文所公开的，织物的根据ASTM国际标准D475测量的表观开口尺寸(AOS)可以为至少30。此外，织物的根据ASTM国际标准D449测量的水流量可以为至少75gpm/ft2。
通过以下附图和具体实施方式举例说明上述特征和其他特征。
附图说明
以下附图为示例性实施方案，其中相同要素的编号相同。
图1是织造土工合成织物的一个实施方案的截面视图。
图2是织造土工合成织物的另一个实施方案的截面视图。
图3是使用2/2斜纹组织的织造土工合成织物的俯视图。
具体实施方式
本文公开了具有相当模量拉伸特性的土工合成织物。即，在与土木工程规格相关的特定伸长率值下，织造织物在经向(机器)方向和纬向(横向机器)方向二者上具有相当的拉伸强度值。拉伸强度根据美国试验与材料协会国际标准(American Society forTesting and Materials International Standard，ASTM)D4595测量。此外，织物的根据ASTM D4751测量的表观开口尺寸(AOS)可以为至少30。此外，织物的根据ASTM D4491测量的水流量可以大于75加仑/分钟平方英尺(gpm/ft2)。
例如，织造土工合成织物具有在纬向上织造的纬纱和交织纬纱以形成织物的在经向上织造的经纱。织物的AOS为至少30并且水流量为至少75gpm/ft2。此外，织物在经向和纬向二者上的拉伸强度各自为在2％应变下至少100lb/in。在另一个方面中，织物在经向和纬向二者上的拉伸强度各自为在2％应变下至少125lb/in。此外，在另一个方面中，织物在经向和纬向二者上的拉伸强度各自为在2％应变下至少130lb/in。
在另一个方面中，织造土工合成织物具有在纬向上织造的纬纱和交织纬纱以形成织物的在经向上织造的经纱。织物的AOS为至少30并且水流量为至少75gpm/ft2。此外，织物在经向和纬向二者上的拉伸强度各自为在5％应变下至少200lb/in。在另一个方面中，织物在经向和纬向二者上的拉伸强度各自为在5％应变下至少250lb/in。此外，在另一个方面中，织物在经向和纬向二者上的拉伸强度各自为在5％应变下至少300lb/in。此外，在另一个方面中，织物在经向和纬向二者上的拉伸强度各自为在5％应变下至少350lb/in。此外，在另一个方面中，织物在经向和纬向二者上的拉伸强度各自为在5％应变下至少400lb/in。
此外，在另一个方面中，织造土工合成织物具有在纬向上织造的纬纱和交织纬纱以形成织物的在经向上织造的经纱。织物具有至少30的AOS并且具有第一梭口和第二梭口的重复图案，所述第一梭口包括总旦尼尔为约200旦尼尔至约1000旦尼尔的一根或更多根纱，并且第二梭口包括总旦尼尔为约400旦尼尔至约15000旦尼尔的一根或更多根纱，并且第二梭口的总旦尼尔比第一梭口的总旦尼尔大至少50％，第一梭口邻近第二梭口。在另一个方面中，第二梭口的总旦尼尔比第一梭口的总旦尼尔大至少100％。此外，在另一个方面中，第二梭口的总旦尼尔比第一梭口的总旦尼尔大至少150％。此外，在另一个方面中，第二梭口的总旦尼尔比第一梭口的总旦尼尔大至少200％。术语“总旦尼尔”意指设置在特定梭口中的各纱的旦尼尔之和。例如，设置在同一梭口中的1000旦尼尔纱和1500旦尼尔纱的总旦尼尔为2500旦尼尔。
此外，在另一个方面中，织造土工合成织物具有在纬向上织造的纬纱和交织纬纱以形成织物的在经向上织造的经纱。织物具有至少30的AOS并且具有设置在第一梭口中的至少一根纱和设置在第二梭口中的至少两根纱的重复图案，第一梭口邻近第二梭口。此外，如在5％应变下分别测量的，织物在经向上的拉伸强度为在纬向上的拉伸强度的约80％至约120％。在另一个方面中，如在5％应变下分别测量的，织物在经向上的拉伸强度为在纬向上的拉伸强度的约85％至约115％。此外，在另一个方面中，如在5％应变下分别测量的，织物在经向上的拉伸强度为在纬向上的拉伸强度的约90％至约110％。此外，在另一个方面中，如在5％应变下分别测量的，织物在经向上的拉伸强度为在纬向上的拉伸强度的约95％至约105％。此外，在另一个方面中，织物具有设置在第一梭口中的一根纱和设置在第二梭口中的两根纱，第二梭口的纱相同或不同，并且第一梭口的纱与第二梭口的纱相同或不同。此外，在另一个方面中，织物具有设置在第一梭口中的一根纱和设置在第二梭口中的三根纱，第二梭口的纱相同或不同，并且第一梭口的纱与第二梭口的纱相同或不同。此外，在另一个方面中，织物具有设置在第一梭口中的两根纱和设置在第二梭口中的两根纱，第一梭口的纱相同或不同，第二梭口的纱相同或不同，并且第一梭口的纱与第二梭口的纱相同或不同。此外，织物具有设置在第一梭口中的两根纱和设置在第二梭口中的三根纱，第一梭口的纱相同或不同，第二梭口的纱相同或不同，并且第一梭口的纱与第二梭口的纱相同或不同。第一梭口中的一根或更多根纱为单丝纱、原纤化扁丝(tape)或其任意组合，第二梭口中的一根或更多根纱为单丝纱、原纤化扁丝或其任意组合，并且分别设置在第一梭口和第二梭口中的纱可以相同或不同。例如，第一梭口中的一根或更多根纱可以包括单丝纱并且第二梭口中的一根或更多根纱可以包括原纤化扁丝。此外，第一梭口中的一根或更多根纱可以包括单丝纱，并且第二梭口中的一根或更多根纱可以包括单丝纱和原纤化扁丝的组合。
如上所述，土工合成织物包括两个专用织物梭口的重复图案。第一梭口是“高拉伸/高模量”梭口，由此经纱在大旦尼尔纬纱上浮动，使得经纱具有低水平的织造卷曲。第二梭口是“高流量/高AOS”梭口，由此经纱在单丝纬纱上浮动，导致经纱中稍高水平的织造卷曲。这两个专用梭口形成了一个较高的梭口和一个较低的梭口，即具有不同的经向卷曲幅度的梭口。结果是土工织物上较粗糙的表面，其在期望与土工织物密切接触的土壤和/或集料材料具有足够的剪切面相互作用的土木应用中是有益的。两个表面之间的剪切角越大，越难以将土工织物从原位系统中推出或拉出。交替梭口图案还在产物中产生协同作用，其允许在单个经向织造织物中在经向和纬向上实现相当的拉伸强度特性并且实现“水力”特性(AOS、水流量、强度等)。
参照图1至3，其中相同的附图标记在所有图中表示相同的部分。图1至3示出了使用2/2斜纹组织图案的在经向和纬向上具有相当的拉伸强度的织造土工合成织物10的各个实施方案。如图1和图3所示，织物10包括在纬(weft)(纬(fill))向上的第一纬纱20和第二纬纱30。第一纬纱20和第二纬纱30与经纱40交织。第一纬纱20在第一梭口50中并且第二纬纱在与第一梭口50相邻的第二梭口60中。第一梭口50和第二梭口60在织物组织中形成交替梭口的重复图案。具体地，在图1中，织物10具有在第一梭口中的一根单丝和在第二梭口中的一根原纤化扁丝。图2示出了具有在第一梭口中的一根单丝(第一纱20)和在第二梭口中的两根原纤化扁丝(第二纱30和32)的织物。虽然第二纱30和32被示为原纤化扁丝，但是不要求第二纱30和第二纱32相同。在一个方面中，织造织物10包括在第一梭口50中的两根或更多根第一纬纱20和在第二梭口60中的一根第二纬纱30的重复图案。在一个方面中，织造织物10包括在第一梭口50中的两根第一纬纱20和在第二梭口60中的一根第二纬纱30的重复图案。在又一个方面中，织造织物10包括在第一梭口50中的三根第一纬纱20和在第二梭口60中的一根第二纬纱30。
第一纬纱20和第二纬纱30可以相同或者它们可以不同。在一个方面中，第一纬纱20和第二纬纱30不同并且包括具有不同截面形状的两种类型的纱。第一纬纱20是具有宽度大于其厚度的直线形截面的原纤化扁丝纱。第一纬纱20包括约500旦尼尔至约6500旦尼尔的原纤化扁丝。在一个方面中，第一纬纱20包括约3000旦尼尔至约6500旦尼尔的原纤化扁丝。在另一个方面中，第一纬纱20包括约3600旦尼尔至约6200旦尼尔的原纤化扁丝，并且在又一个方面中，第一纬纱20包括约4600旦尼尔至约5600旦尼尔的原纤化扁丝。在一个方面中，第一纬纱20包括约4600旦尼尔的原纤化扁丝。
在多个方面中，第一纬纱20是韧度为在1％应变下至少0.75g/旦尼尔、在2％应变下至少1.5g/旦尼尔、以及在5％应变下至少3.75g/旦尼尔的高模量原纤化扁丝纱。本文提及的韧度根据ASTM D2256确定。
第二纬纱30是几何形状的截面与第一纬纱不同的单丝纱。在一个方面中，第二纬纱30具有基本上圆形的截面形状，即基本上环形的截面形状。在一个方面中，第二纬纱30是约400旦尼尔至约1600旦尼尔的单丝纱。在另一个方面中，第二纬纱30是约400旦尼尔至约925旦尼尔的单丝纱，并且在又一个方面中，第二纬纱30是约425旦尼尔至约565旦尼尔的单丝纱。
第一纬纱20和第二纬纱30与经纱40织造在一起。经纱40包括约1000旦尼尔至约1500旦尼尔的高模量单丝纱。在一个方面中，经纱40包括约1200旦尼尔至约1400旦尼尔的高模量单丝纱。在又一个方面中，经纱40包括约1360旦尼尔的高模量单丝纱。在多个方面中，经纱40是韧度为在1％应变下至少0.75g/旦尼尔、在2％应变下至少1.5g/旦尼尔以及在5％应变下至少3.75g/旦尼尔的高模量单丝纱。
本文中采用的单丝、纱或扁丝纱(在本文中统称为“纱(yarn或yarns)”)包括包含聚丙烯的纱、包含聚丙烯和聚丙烯/乙烯共聚物的混合物的纱、或者包含聚丙烯和聚乙烯的混合物的纱或者这样的纱的任意组合。经纱和纬纱可以相同或不同。此外，设置在第一梭口或第二梭口中的纱可以相同或不同。此外，设置在给定梭口中的纱可以相同或不同。在一个方面中，所述纱可以包含聚丙烯组合物，所述聚丙烯组合物包含约94重量％至约95重量％的聚丙烯和至少约5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物或聚合物共混物的熔体共混混合物。在另一个方面中，纱可以包含约90重量％的聚丙烯和约10重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的聚合物共混物的混合物。此外，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约5重量％至约20重量％。在一个方面中，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约16重量％。在另一个方面中，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约5重量％至约17重量％。在又一个方面中，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％、约10重量％、约11重量％、约12重量％、约13重量％、约14重量％、约15重量％、约16重量％、约17重量％、约18重量％、约19重量％、或约20重量％或者其间的任意范围。此外，在另一个方面中，聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约16重量％。这样的混合物在本文中称为“高模量”纱。Jones等的题为“Polypropylene Yarn HavingIncreased Young’s Modulus and Method of Making Same,”(“Jones等”)的美国专利申请序列号13/085,165中描述了高模量纱，其通过引用整体并入本文。
如Jones等所述，与由纯聚丙烯均聚物制成的单丝、纱、扁丝或短纤维相比，所述单丝、纱或扁丝具有提高的杨氏模量。杨氏模量(E)，也称作弹性模量，为各向同性弹性材料的刚度的量度。其被定义为在胡克定律成立的应力范围内单轴应力相对于单轴应变的比率。这可以通过实验由在对材料样品进行拉伸测试期间产生的应力-应变曲线的斜率来确定。参见国际纯粹与应用化学联合会(International Union of Pure and AppliedChemistry)，“弹性模量(杨氏模量)，E”，化学术语概略，网络版。
单丝、纱、扁丝或短纤维的杨氏模量大于3.5。本文提及的杨氏模量根据ASTMD2256确定。在另一个方面中，本发明的单丝、纱、扁丝或短纤维的杨氏模量为至少4吉帕斯卡(GPa)、至少4.5GPa、至少5GPa、至少5.5GPa、至少6GPa、至少6.5GPa或者至少6.9GPa。
此外，在多个方面中，单丝、纱或扁丝各自的韧度为在1％应变下至少0.75g/旦尼尔、在2％应变下至少1.5g/旦尼尔以及在5％应变下至少3.75g/旦尼尔。在另一个方面中，这样的单丝、纱、扁丝或短纤维的韧度各自为在1％应变下至少0.9g/旦尼尔、在2％应变下至少1.75g/旦尼尔以及在5％应变下至少4g/旦尼尔。此外，在另一个方面中，这样的单丝、纱、扁丝或短纤维的韧度各自为在1％应变下约1g/旦尼尔、在2％应变下约1.95g/旦尼尔以及在5％应变下约4.6g/旦尼尔。
织造织物通常具有两个主方向，一个为经向，另一个为纬向。纬向(weftdirection)也被称为纬向(fill direction)。经向是织物的长度方向或机器方向(MD)。纬向(fill direction或weft direction)是从边缘至边缘穿过织物的方向或横跨织机的宽度的方向(即横向机器方向，CD)。因此，经向和纬向通常彼此垂直。在各方向上延伸的纱、线或单丝的组分别称为经纱和纬纱。
可生产具有不同密度的织造织物。这通常根据每个方向(即，经向和纬向)上每英寸的端数来规定。该值越高，每英寸的端越多，因此，织物密度越大或越高。
构造织造织物使得经向上的端数为约20根/英寸至约55根/英寸。在另一根方面中，经向上的端数约为35根/英寸至约50根/英寸。此外，在另一根方面中，经向上的端数为约35根/英寸、36根/英寸、37根/英寸、38根/英寸、39根/英寸、40根/英寸、41根/英寸、42根/英寸、43根/英寸、44根/英寸、45根/英寸、46根/英寸、47根/英寸、48根/英寸、49根/英寸、和50根/英寸或在其范围内。在又一根方面中，织造织物被构造为45根端/英寸。
期望保持纬纱(pick)/英寸值尽可能低以使经向卷曲最小化并因此使机器方向模量增加。织造织物的纬向通常具有在约6根/英寸至约20根/英寸范围内的纬纱数。在另一个方面中，纬纱数为约8根/英寸至约15根/英寸以提供足够的紧实度，从而限制空气流动穿过织物。在又一个方面中，每英寸织物具有约10根纬纱至14根纬纱。此外，在另一个方面中，纬向上的纬纱数约为10根/英寸、10.5根/英寸、11根/英寸、11.5根/英寸、12根/英寸、12.5根/英寸、13根/英寸、13.5根/英寸、和14根/英寸或在该范围内。
术语“梭口”源自上经纱与下经纱之间的暂时分离，在织造过程期间纬纱通过梭口而织造。梭口使得纬纱交错到经纱中以形成织造织物。通过使一些经纱与另一些经纱分离，梭子可以携带纬纱例如垂直于经纱通过梭口。已知在织造中，上升经纱和下降经纱在每次通过梭子之后分别变为下降经纱和上升经纱。在织造过程期间，梭口升高；梭子携带纬纱通过梭口；梭口关闭；纬纱被按压到适当位置。因此，对于织造织物，如本文使用的术语“梭口”意指由经纱围住的相应纬纱组。
织物结构的组织图案是其中经纱与纬纱交错的图案。织造织物的特征在于这些纱的交错。例如，平纹组织的特征在于这样的重复图案：其中每根经纱被织造在一根纬纱上方，然后被织造在下一根纬纱下方。纺织工业中通常采用的组织图案有许多变型，并且本领域普通技术人员熟悉大多数基本图案。虽然引入这些众多组织图案的公开内容超出本申请的范围，但本发明可以采用基本的平纹和斜纹组织图案。然而，这些图案仅是说明性的，并且本发明不限于这些图案。应理解，本领域普通技术人员将能够根据本文公开的参数容易地确定可以如何在本发明的实践中采用给定的组织图案。
相对于平纹组织，斜纹组织在给定面积中具有较少的交错。斜纹为一种基本的组织类型，并且存在众多不同的斜纹组织。斜纹组织以单根经纱在上方行进然后在下方行进的纬纱的数目来命名。例如，在2/2斜纹组织中，单根经纱端织造在两根纬纱上方，然后织造在两根纬纱下方。在3/1斜纹组织中，单根经纱端织造在三根纬纱上方，然后织造在一根纬纱下方。对于由相同类型和尺寸的具有相同线密度或单丝密度的纱构造的织物，斜纹组织的单位面积的交错比相应的平纹组织织物少。
在一个方面中，在织造织物中，经纱交织纬纱以形成包括平纹组织、2/1斜纹组织、2/2斜纹组织和3/1斜纹组织中的一者或更多者的组织。在另一个方面中，经纱交织纬纱以形成斜纹组织，所述斜纹组织包括在第一梭口中的包括高模量原纤化扁丝纱的两根或更多根第一纬纱和在第二梭口中的包括单丝纱的第二纬纱的重复图案。图1是具有包括多根在第一梭口中的原纤化扁丝纱和在第二梭口中的单丝纱的重复图案的结构的2/2斜纹组织的截面视图。图3是包括在第一梭口中的两根原纤化扁丝纱和在第二梭口中的单丝纱的重复图案的2/2斜纹组织的俯视图。
织造土工合成织物具有相当的拉伸强度。即，织物在特定伸长率值下在经向(机器)方向和纬向(横向机器)方向二者上具有相近的拉伸强度值。如上所讨论的，在一个方面中，织造织物在经向上的拉伸强度为在2％应变下至少100磅/英寸(lb/in)并且在纬向上的拉伸强度为在2％应变下至少100lb/in。在另一个方面中，织造织物在经向上的拉伸强度为在2％应变下至少125lb/in并且在纬向上的拉伸强度为在2％应变下125lb/in。此外，在另一个方面中，织造织物在经向上的拉伸强度为在2％应变下至少130lb/in并且在纬向上的拉伸强度为在2％应变下130lb/in。在另一些方面中，织造织物在经向上的拉伸强度为在5％应变下至少200lb/in并且在纬向上的拉伸强度为在5％应变下至少200lb/in。在又一个方面中，织造织物在经向上的拉伸强度为在5％应变下至少250lb/in并且在纬向上的拉伸强度为在5％应变下至少250lb/in。此外，在另一个方面中，织造织物在经向上的拉伸强度为在5％应变下至少300lb/in并且在纬向上的拉伸强度为在5％应变下至少300lb/in。此外，在另一个方面中，织造织物在经向上的拉伸强度为在5％应变下至少350lb/in并且在纬向上的拉伸强度为在5％应变下至少350lb/in。此外，在另一个方面中，织造织物在经向上的拉伸强度为在5％应变下至少400lb/in并且在纬向上的拉伸强度为在5％应变下至少400lb/in。
在一些方面中，织造织物的根据ASTM D4595测量的在经向上的拉伸强度为在2％应变下至少100lb/in和在5％应变下至少200lb/in，并且在纬向上的拉伸强度为在2％应变下至少100lb/in和在5％应变下至少200lb/in。在另一些方面中，织造织物的根据ASTMD4595测量的在经向上的拉伸强度为在2％应变下至少125lb/in和在5％应变下至少250lb/in，并且在纬向上的拉伸强度为在2％应变下至少125lb/in和在5％应变下至少250lb/in。
织造织物具有穿过织物用于水流动的开放通道。对于包括在同一第一梭口中的两根或更多根第一纬纱和在第二梭口中的一根第二纬纱的重复图案的织造织物，水能够以约5加仑/分钟·平方英尺(gpm/ft2)至约195加仑/分钟·平方英尺的流量流动穿过织物。本文提及的水流量根据ASTM D4491测量。在另一个方面中，织造织物的穿过织物的水流量为约30gpm/ft2至约150gpm/ft2。在另一个方面中，织造织物的水流量为至少约75gpm/ft2。在又一个方面中，织造织物的水流量为至少约80gpm/ft2、至少约85gpm/ft2、至少约90gpm/ft2、至少约95gpm/ft2或者至少约100gpm/ft2。
包括在同一第一梭口中的两根或更多根第一纬纱和在第二梭口中的一根第二纬纱的重复图案的织造织物的表观开口尺寸(AOS)为至少30。在一个方面中，织造织物的AOS为至少35。并且在另一个方面中，织造织物的AOS为至少40。
因此，织造土工合成织物具有相当的拉伸强度以及至少30AOS的孔尺寸和高水流量。本文提及的AOS根据ASTM国际标准D4751确定。相比之下，当在第一梭口和第二梭口中仅使用单丝纬纱时，产生水流量非常高(例如，200gpm/ft2或更高)，但是AOS值非常低(例如，20AOS或更低)的织物。此外，当仅将多根原纤化扁丝纱置于单个梭口中时，水流量非常低，而当将多根单丝置于单个梭口中时，经向卷曲不会减少到足以实现相当的拉伸强度、至少30AOS和至少75gpm/ft2的水流量的期望组合。
制造织物(包括上述织造土工合成织物)的方法在本领域中是公知的。因此，所采用的织造过程可以在适于生产织造织物的任何常规纺织操作设备上进行。在对织造土工合成织物进行织造时，通过织机分别使上升经纱上升，并使下降经纱下降以打开梭口。在一个方面中，采用高模量单丝纱作为经纱，而采用高模量原纤化扁丝纱和单丝纱作为纬纱。
通过以下非限制性实施例进一步说明本公开内容。
实施例
制备了许多不同的织物样品并且比较了它们的特性。通过AOS、水流量、拉伸强度、线/英寸、组织、经纱和纬纱来鉴定织物样品。
使用在提交本申请时有效的在下表1中列出的标准美国试验与材料协会国际(ASTM国际)测试方法来测量织造织物的特性。目标拉伸旨在理论商业实施方案并且不应视为限制此处本发明的描述或所附权利要求的范围。
表1
*所记载的测试方法是公认的ASTM国际标准。
实施例1至9
使用实施例1至9来提供初始基线数据组。实施例1至9的结构和结果提供在下表2中。
表2
未对实施例5和实施例8进行测试，因为相邻的实施例均未超过所有规格。如表2所示，对于每个实施例，在2％和5％经向(机器方向，MD)上的拉伸强度分别显著低于125lb/in和250lb/in的期望拉伸强度。
实施例10至14
在实施例10至14中测试了多个概念，如下表3中所示。实施例10和实施例11是565旦尼尔的单丝与4602旦尼尔的原纤化扁丝缠绕在一起以制成用于纬向上的纬纱的单根复合纱的2/2斜纹组织图案。实施例12和实施例13是纬向上具有3602旦尼尔扁丝纬纱以减少MD纱中的一些卷曲并保持CD拉伸强度的特殊3/1斜纹图案。实施例14使用King等的美国专利第8,598,054号(其通过引用整体并入本文)中描述的双层组织图案。
表3
如表3所示，实施例10和实施例11的织物(单丝和原纤化扁丝缠绕在一起)具有低的2％MD拉伸强度，未达到40AOS并且具有非常高的水流量(322gpm/ft2)。对于实施例12和实施例13，织物的CD 2％和5％拉伸值为边界值至低的，未达到40AOS，并且具有低的水流量。对于实施例14，织物具有过多的经向卷曲，导致低的2％MD拉伸值并且未达到40AOS并且具有低的水流量。
实施例15至20
实施例15至20的织物的材料、结构和测试结果示于表4中。
表4
如表4所示，实施例15和实施例16是破损的3/1斜纹组织，实施例17和实施例18是单根扁丝纱和单根单丝纱在纬向上交替的2/2斜纹组织图案。实施例19和实施例20是单根扁丝纱、单根扁丝纱和单根单丝纱在纬向上交替的2/2斜纹组织图案。实施例17和实施例18旨在通过减少经向卷曲和织物交错来增加2％MD值，但是没有成功。此外，所有实施例均未达到40AOS。
实施例21至26
实施例21至26的材料、结构和测试结果示于下表5中。实施例21和实施例22使用其中两根填充纬纱彼此相邻的双层组织图案(例如，如King等所述)。实施例23和实施例24使用较早样品的组织图案扁丝&单丝纬纱交替的2/2斜纹，并且实施例26使用扁丝&单丝纬纱交替的特殊3/2斜纹组织以进一步减少经向卷曲。
表5
未对实施例21A和实施例22A进行测试，因为双层2根填充纬纱组织图案在织物中产生孔并且将不会超过40AOS。如表5所示，实施例21和实施例22二者由于在这种组织图案中的相对高水平的经向卷曲而具有低2％MD值。二者也未达到40AOS。实施例23和实施例24二者具有低2％MD值并且未达到40AOS。实施例26具有低2％MD值并且未达到40AOS。
实施例27至31的材料和结构示于下表6中。实施例27、27A和28使用其中两根填充纬纱彼此相邻的双层组织图案。实施例29至30使用由具有不同纬纱支数的两区组成的不同组织图案。其由较高密度的单丝纬纱的区(为了流量/AOS)和较低密度的原纤化扁丝纱的区(为了强度)组成。
实施例31使用865旦尼尔尼龙连续长丝纱而不是单丝。
表6
未对实施例27和实施例27A进行测试。实施例28由于这种组织图案中固有的相对高水平的经向卷曲而具有边缘2％MD值。它也未达到40AOS。实施例29至30不满足2％MD值并且未达到40AOS，而实施例31未提供物理特性的改善。
这是这一系列原型的结论。确定1011旦尼尔经纱需要更重以提高2％和5％拉伸强度。
实施例32至59：PC-1C-14-304-01B
在以下PC-1C-14-304-01B的实施例的系列中使用1362旦尼尔高模量高拉伸经纱。
实施例32至37
实施例32至37提供在下表7中。如表7所示，实施例32、34、35和37的2％CD低(未实现125lb/in的拉伸强度)，而实施例33、34、36和37的2％MD低或略低(未实现125lb/in的MARV)。
表7
实施例38至45
实施例38、39、40、41和42使用比先前试验更小的单丝纬纱(425旦尼尔)，试图通过减少经向卷曲来提高MD模量(表8)。在使用基于2/2斜纹但其中在同一梭口中的2根扁丝纱与在相邻(邻近)梭口中的一根单丝纱交替的实施例43和实施例44中产生了新的组织图案。这样做为了减少经向卷曲和织物交错以增加MD模量。实施例45再次使用双层组织图案(具有1362旦尼尔经纱)。
表8
实施例38至42在通过减少经向卷曲来改善MD模量方面仅略微成功，因为实施例39、41和42在2％MD下小于125lb/in，并且实施例38和实施例40是可接受的。对于实施例43和实施例44，2％MD值非常好(分别为231lb/in和196lb/in)，然而，实施例43的AOS未达到30并且实施例44的AOS未达到40。虽然实施例45使用了通过引用整体并入本文的King等的美国专利第8,589,054号中描述的双层组织图案，但是仍未达到2％MD下的目标拉伸强度和40AOS。然而，其成功地提供了30AOS和至少100lb/in的在2％应变下测量的经向和纬向上的拉伸强度。
以下实施例的目标是30AOS、75gpm/ft2的水流量和2％应变下125x125和5％应变下250x250的拉伸强度值。较小的AOS例如40AOS可以通过采用在第一梭口中的约350旦尼尔至约2000旦尼尔的小旦尼尔扁丝或单丝和/或在第二梭口中的各自为约600旦尼尔至约6500旦尼尔的两根单丝来实现。
实施例46至53
实施例46至53为使在同一第一梭口中的两根纬纱与在第二(相邻)梭口中的一根单丝纬纱交替的2/2斜纹组织(表9)。实施例46、47、48和49使用4000旦尼尔(连续长丝)聚酯纱替代先前使用的原纤化PP扁丝。实施例50至53在纬向上使用3602旦尼尔扁丝聚丙烯纱和565旦尼尔或425旦尼尔单丝。
表9
对实施例46至53，使用4000旦尼尔(连续长丝)聚酯纱，认为较高纱模量的聚酯纱将带入织物CD中，允许使用较低的纬纱密度，因此允许较少的经向卷曲和较高MD模量。然而，如表9所示，这些试验都未通过2％CD规格。此外，纬纱密度和交错太高，导致低的2％MD值。实施例50至53全部通过40AOS，然而，由于各个梭口中的单个纬纱产生的高经向卷曲和12ppi至14ppi的相对高的纬纱密度，所有的2％MD值都低。实施例54至59
在实施例54至59中测试了多个概念，如下表10中所示。
表10
实施例54在纬向上使用椭圆形的525旦尼尔单丝(而不是在所有其他试验中使用的圆形)。未观察到实施例54的特性的改善。
实施例55和实施例56与先前的实施例44非常相似并且结果也非常相似，提供了结构的初步小规模验证。然后实施例57以每英寸13根纬纱进行以优化结构。进行实施例57的100LYD辊，并且2％MD的拉伸强度值平均高于125lb/in(参见上表10)。
然后进行实施例58和实施例59。实施例58的数据看起来是好的。实施例59使用另一种不同的组织图案，其中将3根扁丝纱的纬纱置于单个梭口中，而不是将2根纬纱置于梭口中。这导致2％MD值大大提高，原因是交错减少，然而，织物中的孔大得多，因此织物未达到30AOS。
下表11示出实施例57的100码(yd)辊的详细结果，其中包括用于比较的原始原型样品。
表11
下表12示出实施例58的100码(yd)辊的详细结果，其中包括用于比较的原始原型样品。
表12
为了示出将单丝和扁丝纬纱混合的益处，进行了以下实施例(表13)。试验PA14&PA15以12根纬纱/英寸制成，而PA18和PA19以13根纬纱/英寸制成。
试验PA14和PA18在纬向上仅使用565旦尼尔圆形单丝，而试验PA15和PA19在纬向上仅使用4602旦尼尔原纤化扁丝。所有PA14、PA15、PA18和PA19上的组织图案与上面详述的实施例57和实施例58相同。
表13
如表13所示，当在纬向上仅使用565旦尼尔单丝时，2％和5％MD值非常低(即<50lb/in)，水流量非常高(<200gpm/ft2)，并且AOS超过30AOS。当在纬向上仅使用4602旦尼尔原纤化扁丝时，所有拉伸值都非常高，AOS值超过30AOS，并且水流量低(<50gpm/ft2)。
在下表14中提供了实施例57与试验PA18和PA19的比较。
表14
如表14所示，当在单个材料中使用两种不同的纬纱时，以规定的方式，在一个单个材料中可以获得所有期望的特性(参照实施例57)，例如125x125lb/in@2％应变、250x250lb/in@5％应变的相当的拉伸强度、30AOS和75gpm/ft2流量。
或者，如果使用单一纬纱，则在单个材料中无法获得期望的特性(参照试验PA19)。试验PA18在纬向上仅使用565旦尼尔单丝产生了与实施例57相同的组织图案和纬纱密度。在纬向上未使用扁丝纱。试验PA18达到高流量(211gpm/ft2)和30AOS，但是CD拉伸强度值非常低(15lb/in@2％应变和35lb/in@5％应变)。
试验PA19产生了与实施例57相同的组织图案和纬纱密度，但是在纬向上使用4600旦尼尔原纤化扁丝纱(即，在纬向上未使用单丝纱)。试验PA19达到了期望的CD上的拉伸强度值和30AOS，然而，46gpm/ft2的水流量低于75gpm/ft2的期望水平。
组合物、方法和制品可以可替代地包括本文所公开的任何适当的组分或步骤，由其组成或者基本上由其组成。组合物、方法和物品可另外地或者可替代地进行配制以不含或基本上不含对实现组合物、方法和物品的功能或目标并不必要的任何步骤、组分、材料、成分、助剂或物类。
本文公开的所有范围包括端点，并且端点可独立地彼此组合。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、量或重要性，而是用于使要素彼此区分。除非本文另有指出或上下文明显矛盾，否则没有明确数量词修饰的术语不表示量的限制，而应解释为包括单数和复数二者。除非另有清楚地说明，否则“或”意指“和/或”。
在整个说明书中，提及“一个方面”、“另一个方面”等意指结合该方面描述的特定要素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文所述的至少一个方面中，并且可以或可以不存在于另一些方面中。此外，应理解，所描述的要素可以在多个方面中以任何适当的方式组合。
一般而言，组合物或方法可以可替代地包括本文所公开的任何适当的组分或步骤，由其组成或者基本上由其组成。本发明可另外地或者可替代地进行配制以不含或基本不含现有技术组合物中使用的或者对实现本权利要求书的功能和/或目标并不必要的任何组分、材料、成分、助剂或物类或者步骤。
本文使用的术语“第一”、“第二”等、“初级”、“次级”等不表示任何顺序、量或重要性，而是用于使要素彼此区分。除非另有指出，否则本文使用的术语“前”、“后”、“底”和/或“顶”仅为了方便描述，并不限制任何一个位置或空间取向。
与量结合使用的修饰词“约”包括所述值并且具有上下文所描述的含义(例如，包括与测量特定量相关的误差度)。
除非另有定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的相同含义。所有引用的专利、专利申请和其他参考文献均通过引用整体并入本文。然而，如果本申请中的术语与并入的参考文献中的术语相矛盾或冲突，则本申请中的术语优先于并入的参考文献中的冲突术语。
虽然对具体实施方案进行了描述，但是申请人或本领域其他技术人员可能会想到目前无法预见或者可能无法预见的替代方案、修改、变化、改进和实质性等同物。因此，所提交的和可能被修改的所附权利要求旨在涵盖所有这些替代方案、修改、变化、改进和实质性等同物。

Claims (15)

1.一种具有纬向和经向的织造土工合成织物，包括：
在所述纬向上织造的纬纱和交织所述纬纱以形成织物的在所述经向上织造的经纱；
所述织物的根据ASTM国际标准D4751测量的表观开口尺寸(AOS)为至少30以及根据ASTM国际标准D4491测量的水流量为至少75gpm/ft2；以及
所述织物的根据ASTM国际标准D4595分别测量的在所述经向和所述纬向二者上的拉伸强度为在2％应变下至少100lb/in。
2.根据权利要求1所述的织物，其中所述经纱包括高模量单丝纱，所述高模量单丝纱的根据ASTM国际标准D2265测量的韧度为在1％应变下至少0.75g/旦尼尔、在2％应变下至少1.5g/旦尼尔以及在5％应变下至少3.75g/旦尼尔。
3.根据权利要求1或2所述的织物，其中所述纬纱包括约3000旦尼尔至约6500旦尼尔的高模量原纤化扁丝并且具有根据ASTM国际标准D2265测量的在1％应变下至少0.75g/旦尼尔、在2％应变下至少1.5g/旦尼尔以及在5％应变下至少3.75g/旦尼尔的韧度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的织物，其中所述经纱和所述纬纱独立地为包含聚丙烯的纱、包含聚丙烯和聚丙烯/聚乙烯共聚物的混合物的纱、包含聚丙烯和聚乙烯的混合物的纱、或者这样的纱的任意组合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的织物，其中所述经纱交织所述纬纱以形成包括平纹组织、2/1斜纹组织、2/2斜纹组织和3/1斜纹组织中的一者或更多者的组织。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的织物，其中所述织物的根据ASTM国际标准D4595分别测量的在经向和纬向二者上的拉伸强度为在5％应变下至少250lb/in。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的织物，其中所述织物具有第一梭口和第二梭口的重复图案，所述第一梭口包括总旦尼尔为约200旦尼尔至约1000旦尼尔的一根或更多根纱，所述第二梭口包括总旦尼尔为约400旦尼尔至约15000旦尼尔的一根或更多根纱，所述第二梭口的总旦尼尔比所述第一梭口的总旦尼尔大至少50％，所述第一梭口邻近所述第二梭口。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的织物，其中如根据ASTM国际标准D4595在5％应变下分别测量的，所述织物在所述经向上的拉伸强度为在所述纬向上的拉伸强度的约80％至约120％。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的织物，其中所述织物具有设置在第一梭口中的至少一根纱和设置在第二梭口中的至少两根纱的重复图案。
10.根据权利要求9所述的织物，其中所述织物具有设置在所述第一梭口中的一根纱和设置在所述第二梭口中的两根纱，所述第二梭口的纱相同或不同，所述第一梭口的纱与所述第二梭口的纱相同或不同。
11.根据权利要求9所述的织物，其中所述织物具有设置在所述第一梭口中的两根纱和设置在所述第二梭口中的两根纱，所述第一梭口的纱相同或不同，所述第二梭口的纱相同或不同，所述第一梭口的纱与所述第二梭口的纱相同或不同。
12.根据权利要求9所述的织物，其中所述织物具有设置在所述第一梭口中的两根纱和设置在所述第二梭口中的三根纱，所述第一梭口的纱相同或不同，所述第二梭口的纱相同或不同，所述第一梭口的纱与所述第二梭口的纱相同或不同。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的织物，其中所述第一梭口中的一根或更多根纱为单丝纱、原纤化扁丝或其任意组合，所述第二梭口中的一根或更多根纱为单丝纱、原纤化扁丝或其任意组合，分别设置在所述第一梭口和所述第二梭口中的纱可以相同或不同。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的织物，其中所述第一梭口中的一根或更多根纱包括单丝纱，所述第二梭口中的一根或更多根纱包括原纤化扁丝。
15.根据权利要求9至12中任一项所述的织物，其中所述第一梭口中的一根或更多根纱包括单丝纱，所述第二梭口中的一根或更多根纱包括单丝纱和原纤化扁丝的组合。
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