ТЕХНИЧЕСКАЯ ТКАНЬ, СОДЕРЖАЩАЯ НАВИТЫЕ ПО СПИРАЛИ ПОЛОСЫ МАТЕРИАЛА С УСИЛЕНИЕМ
MECHANICAL FABRIC CONTAINING STRIPES OF MATERIAL WITH REINFORCEMENT WOUND SPIRALLY

Ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка представляет собой частичное продолжение заявки на патент США №12/635,367, поданной 10 декабря 2009 года, которая испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США №61/246,812, поданной 29 сентября 2009 года, предварительной заявки на патент США №61/246,801, поданной 29 сентября 2009 года, предварительной заявки на патент США №61/147,637, поданной 27 января 2009 года, и предварительной заявки на патент США №61/121,998, поданной 12 декабря 2008 года.
Включение посредством ссылки
Все патенты, заявки на патенты, документы, ссылки, инструкции производителя, описания, технические требования к изделиям и технологические карты для любых изделий, упомянутые в настоящем описании, включены в него посредством ссылки и могут быть использованы при реализации настоящего изобретения.
Область техники
Настоящее изобретение относится к бесконечным тканям и, в частности, к техническим материалам, используемым в производстве нетканых изделий. Более конкретно, настоящее изобретение относится к созданию поддерживающих элементов, таких как ленты или рукава, используемые в производстве имеющих рисунок или маркированных нетканых изделий. Кроме того, настоящее изобретение может быть использовано в качестве ленты и/или рукава в производстве нетканых изделий способами, такими как суховоздушное формирование полотна, мелтблоун (melt blowing), спанбонд (spunbonding) или гидросплетение волокон (hydroentangling).
Уровень техники
Способы изготовления нетканых изделий были известны в течение многих лет. Согласно одному способу волоконный слой или полотно подвергают обработке потоком воды или струями воды для спутывания волокон друг с другом и улучшения физических свойств, таких как прочность, полотна. Такие способы обработки струями воды были известны в течении десятилетий, как описано в патентах США №3,214,819, №3,508,308 и №3,485,706.
В общих чертах этот способ содержит переплетение единичных волокон друг с другом посредством воздействия струй воды под давлением, которые действуют на волокнистую структуру как иглы и позволяют переориентировать часть волокон для формирования полотна, в направлении толщины.
В настоящее время такой способ широко развивается и используется не только для создания структур, известных как «гидросплетенные» или «гидрозапутанные», для использования в текстильной промышленности, например, для применения в медицинских областях и больницах, для очистки, фильтрации и упаковки чайных пакетиков, и полученные изделия могут быть регулярными и однородными, как следует из описания патента США №3,508,308, и при необходимости содержать структуры, полученные в результате переориентирования волокон, что важно в эстетических целях, как видно из описания патента США №3,485,706.
В отношении изделий типа «гидросплетенные» или «гидрозапутанные», давно известно, что окончательные свойства изделия могут быть подобраны путем создания смеси материала, например, комбинирования полотен, содержащих волокна различных типов, например, натуральные, искусственные или синтетические волокна, или даже полотен, в которых волокна предварительно смешаны (полотна типа «гидросплетенные» и т.д.) с армирующими элементами, которые могут быть включены в нетканую структуру.
В патентах Франции FR-A-2730246 и 2734285, соответствующих патентам США №5,718,022 и патенту США №5,768,756 соответственно, описаны решения, которые позволяют успешно обрабатывать гидрофобные волокна или смеси этих волокон с другими гидрофильными волокнами или даже полотнами, состоящими полностью из натуральных волокон, посредством струй воды.
В общих чертах, согласно описаниям этих документов, обработка включает обработку полотна основы, сформированного из единичных волокон одного типа или разных типов, сжатие и увлажнение этого полотна основы и затем переплетение волокон посредством по меньшей мере одного ряда смежных струй воды под высоким давлением, воздействующих на полотно основы.
С этой целью полотно основы перемещается вперед на движущейся бесконечной пористой подложке и поступает на поверхность перфорированного вращательного цилиндрического барабана, внутри которого создано частичное разряжение. Полотно основы подвергается механическому сжатию между пористой опорой и вращающимся барабаном, которые перемещаются по существу с одинаковой скоростью. Непосредственно ниже по потоку от зоной сжатия на полотно направляют водный занавес, который непрерывно проходит через пористую опору, сжатое полотно основы и поддерживающий перфорированный барабан, в который всасывает избыток воды.
Единичные волокна непрерывно переплетаются, еще находясь на вращающемся цилиндрическом барабане, когда сжатое и увлажненное полотно подвергается действию по меньшей мере одного ряда водяных струй под высоким давлением. В целом связывание осуществляется посредством множества последовательных рядов водяных струй, которые действуют на одну и ту же сторону или поочередно на две стороны полотна, при этом давление струй в одном ряду и скорость струй варьируют от одного ряда к другому, как правило, поступательно.
Следует отметить, что согласно описанию в FR 2734285 перфорированный вал/барабан может содержать распределенные случайным образом микроотверстия. В случае необходимости, после первоначального переплетения волокнистая нетканая структура может быть подвергнута второй обработке, применяемой к обратной стороне.
В процессе производства гидросплетенных или гидросцепленных нетканых изделий, зачастую требуется придать конечному изделию рисунок или маркировку, создавая таким образом на изделии требуемую структуру. Этот рисунок или маркировку, как правило, создают отдельно от процесса формирования нетканого полотна и процесса навивки с использованием отдельного процесса, в котором используется каландр для тиснения/нанесения рисунка. Эти вальцы, как правило, дорогостоящие и работают по принципу сжатия определенных областей волокнистого полотна для создания заданного рисунка или маркировки. Однако существует несколько недостатков при использовании отдельного процесса для создания рисунка или маркировки на нетканом изделии. Например, для приобретения каландров могут потребоваться высокие первоначальные вложения, что может ограничить размер партии продукции, который может быть экономически обоснован производителем. Во-вторых, будут возникать более высокие производственные затраты вследствие отдельного этапа формирования рисунка или отпечатка. В-третьих, конечное изделие будет содержать большее количество материала, чем это требуется, для обеспечения нужной толщины изделия после сжатия на этапе каландрирования. Наконец, двухэтапный процесс приведет к меньшему, нежели необходимо, объему конечного изделия вследствие сильного сжатия в процессе каландрирования. Нетканые изделия, известные из уровня техники, изготовленные с использованием этих известных процессов нанесения рисунка, не имеют четких хорошо определенных рельефных частей, и поэтому заданные рисунки трудноразличимы. Кроме того, размеры рельефных частей известных тисненых нетканых изделий не стабильны и рельефные части имеют тенденцию терять свою трехмерную структуру под воздействием нагрузки через некоторое время в зависимости от применения.
В патентах США №№5,098,764 и 5,244,711 раскрыто использование поддерживающего элемента в более современном способе производства нетканых материалов или изделий. Поддерживающие элементы имеют конфигурацию, которая характеризуется рельефом поверхности, а также массив отверстий. В этом процессе исходное волокнистое полотно размещают на поддерживающем элементе с рельефной поверхностью. Поддерживающий элемент с расположенным на нем волокнистым полотном проходит под струями текучей среды высокого давления, как правило, воды. Струи воды вызывают переплетение и спутывание волокон друг с другом с формированием характерного рисунка, в соответствии с конфигурацией рельефа поверхности поддерживающего элемента.
Рисунок особенностей рельефа поверхности и отверстий в поддерживающем элементе имеет большое значение для структуры получаемого нетканого изделия. Кроме того, поддерживающий элемент должен обладать достаточной структурной целостностью и прочностью для поддержания волокнистого полотна в процессе переориентации и перемешивания волокон в их новом положении струями текучей среды для формирования прочной ткани. Поддерживающий элемент не должен подвергаться существенному искривлению под действием струй жидкости. Кроме того, поддерживающий элемент должен иметь средства для удаления относительно больших объемов жидкости, использованной для гидросплетения волокон, для предотвращения «затопления» волокнистого полотна, которое препятствовало бы эффективному сплетению. Как правило, поддерживающий элемент содержит дренажные отверстия, которые должны иметь небольшой размер для сохранения целостности волокнистого полотна и предотвращения потери волокна через формирующую поверхность. Кроме того, поддерживающий элемент, по сути, не должен содержать задир, зацепов или подобных неровностей, которые могли бы препятствовать снятию с него волокнистого нетканого материала, выполненного гидросплетением волокон. Вместе с тем поддерживающий элемент должен быть таким, чтобы волокна обрабатываемого волокнистого полотна не вымывались (то есть хорошая сохранение и удержание волокон) под действием струй жидкости.
Одной из главных проблем, которая возникает в процессе производства нетканых изделий, состоит в том, чтобы достичь сцепления волокон, составляющих нетканый материал, для придания нетканым изделиям прочностных характеристик согласно рассматриваемому применению, наряду с сохранением или приданием специальных физических характеристик, такие как объем, тактильные ощущения, внешний вид и т.д.
Свойства - объем, впитывающая способность, прочность, мягкость и эстетичный внешний вид - действительно важны для многих изделий, когда они используются по прямому назначению. Для производства нетканых изделий с данными характеристиками поддерживающий элемент зачастую будет создаваться таким образом, чтобы на поверхности контакта с полотном имеет рельеф.
Следует понимать, что эти поддерживающие элементы (ткани, ленты, рукава) могут принимать форму бесконечных петель и функционировать в виде конвейеров. Кроме того, следует понимать, что нетканое производство представляет собой непрерывный процесс, который протекать на значительных скоростях. Другими словами, единичные волокна или полотна непрерывно укладываются на формирующую ткань/ленту в формирующей части, в то время как только что изготовленное нетканое полотно непрерывно переносят от поддерживающего элемента к следующей операции.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает альтернативное решение проблем, на устранение которых были направлены вышерассмотренные патенты и патентные заявки, указанные в приведенном выше описании.
Настоящее изобретение предлагает улучшенную ленту или рукав, которые пригодны для применения вместо традиционной ленты или рукава и придают требуемые физические характеристики, такие как объем, внешний вид, текстура, впитывающая способность, прочность и тактильные свойства, изготовленным на них нетканым изделиям.
Таким образом, основной задачей настоящего изобретения является создание гидросплетенного поддерживающего элемента, такого как лента или рукав, который имеет сквозные пустоты, расположенные с образованием заданного рисунка.
Дополнительная задача заключается в создании ленты или рукава, которые могут иметь рельеф или текстуру на одной или обеих сторонах, созданную любым способом, известным в уровне техники, таким как, например, шлифование, гравировка, тиснение или травление. Настоящим изобретением достигнуты эти и другие цели и преимущества. Кроме того, обеспечены другие преимущества такие как, без ограничения, улучшенная поддержка волокон и освобождение (без отрывания) по сравнению с ткаными изделиями, известными из уровня техники, и возможность более легкой очистки в результате отсутствия мест перекрещивания нитей, способных удерживать единичные волокна.
Если лента/рукав имеет текстуру поверхности, то рисунок/текстура более эффективно передаются нетканому материалу, и кроме того, это придает лучшие физические свойства, такие как объемный вес/впитывающая способность.
Настоящее изобретение относится к бесконечному поддерживающему элементу, такому как лента или рукав, для поддержки и перемещения натуральных, искусственных или синтетических волокон в процессе гидросплетения или гидроспутывания. Пористые структуры, ленты или рукава согласно настоящему изобретению обладают следующими неограничивающими преимуществами в сравнении с технологией каландрирования: тканевые рукава являются относительно менее дорогие и не требуют больших капиталовложений в стационарное оборудование; формирование рисунка выполняют одновременно с процессом гидросплетения волокон, исключена необходимость отдельной операции каландрирования; можно достигнуть низкой материалоемкости в конечном изделии, поскольку калибр/толщина не уменьшается при сжатии; можно производить готовое изделие с большим удельным объемом, так как оно не сжимается на этапе каландрирования. Для производителя нетканых рулонных материалов эти преимущества процесса дополнительно приводят к преимуществам конечного изделия: более низкая стоимость гидросплетенных материалов с заданными рисунками, разметкой или текстурой; возможность изготовления изделий на заказ, поскольку уменьшен размер партии конкретных изделий; производство высокопроизводительных изделий, например, изделий с большим удельным объемом, придают большую впитывающую способность, которая имеет большое значение для товаров широкого потребления.
В одном варианте реализации, бесконечная лента или рукав сформированы из полос материала, которые навиты по спирали вокруг двух валов с примыканием сторон полос друг другу. Полосы прочно скреплены друг с другом подходящим способом с формированием бесконечной петли необходимой длины и ширины соответствующим применению. В случае рукава полосы могут быть навиты вокруг поверхности одного вала или сердечника, имеющего диаметр и поперечный размер, приблизительно равный диаметру барабана, на котором будет использоваться рукав. Используемые полосы материала обычно выполнены как материал технического ремня. Технический ремень, в частности пластиковый ремень, обычно выполнен как относительно тонкая пластиковая полоса, используемая для крепления или фиксации предметов вместе. Неожиданным образом было обнаружено, что пластиковый материал такого типа обладает характеристиками, подходящими для того, чтобы использоваться как материал для полос для формирования ленты или рукава согласно настоящему изобретению.
Различие между (пластмассовым) ремнем и моноволокном заключается в размере, форме и применении. Как ремень, так и моноволокно изготавливают процессами экструзии, содержащими одинаковые основные этапы экструзии, одноосной ориентации и наматывания. Моноволокно в целом имеет меньший размер, чем ремень и обычно круглый по форме. Моноволокно широко используют в разных областях применения, таких как лески и технические ткани, в том числе, одежда бумагоделательной машины. Ремень в целом имеет намного больший размер, чем моноволокно и всегда шире в своей основе вдоль главной оси и, по сути, имеет прямоугольную форму в соответствии с областью применения.
В области техники, относящейся к экструзии, известно, что пластмассовый ремень изготавливается процессом экструзии. Также известно, что этот процесс содержит одноосную ориентацию экструдированного материала. Также известно, что существует два основных процесса экструзии, использующие одноосную ориентацию. Один процесс представляет собой экструзию и ориентацию широкого полотна, которое разрезается на отдельные полосы. Другой процесс представляет собой экструзию отдельного ремня, который ориентирован. Этот второй процесс очень походит на процесс изготовления моноволокна, о чем свидетельствует сходство оборудования для обоих процессов.
Преимущество в использовании ремня в сравнении с моноволокном заключается в количестве спиральных витков, необходимых для производства ткани. Моноволокнами, как правило, считаются нити, которые имеют длину не более 5 мм по их длинной оси. Размеры одноосно-ориентированного моноволокна, используемого для одежды бумагоделательной машины и других указанных в приведенном выше описании применениях, редко превышают 1,0 мм по длинной оси. Используемый ремень обычно имеет ширину по меньшей мере 10 мм и иногда превышает 100 мм. Предполагается, что также мог бы быть использован ремень с шириной до 1000 мм. Поставщики ремней, которые могут быть использованы, включают компании, такие как Signode.
Еще одним преимуществом является толщина в сравнении с коэффициентом растяжения. Например, известные полиэфирные (PET) пленки имеют коэффициент растяжении по продольной оси (или машинном направлении - MD) приблизительно 3,5 ГПа. Ремень (или лента) из полиэтилентерефталата (PET) имеет коэффициент растяжения в пределах от 10 ГПа до 12,5 ГПа. Для получения такого же коэффициента растяжения пленки, структура должна была быть в 3-3,6 раза толще.
Таким образом, настоящее изобретение согласно одному варианту реализации представляет собой ткань, ленту или рукав, сформированную в виде однослойной или многослойной структуры из этих навитых по спирали лент. Ткани, ленты или рукава могут иметь плоские гладкие верхние и нижние поверхности. Кроме того, лента или рукав может быть текстурирована с использованием любого из способов, известных в уровне техники, такого как, например, шлифование, гравировка, тиснение или травление. Лента или рукав может быть непроницаемой для воздуха и/или воды. Лента или рукав может также быть перфорирована некоторыми механическими или термическими (лазер) средствами, таким образом, она может быть проницаемой для воздуха и/или воды.
В другом варианте реализации лента сформирована таким образом, что она имеет профиль взаимного сцепления. Лента или рукав сформированы путем навивки по спирали этих взаимно сцепленных полос и будет иметь большую целостность, чем просто расположенные впритык параллельные и/или перпендикулярные стороны смежных полос ленты. Эта лента или рукав также могут быть непроницаемыми для воздуха и/или воды или перфорированными для проницаемости.
Несмотря на то что варианты реализации, указанные в приведенном выше описании, предназначены для одного слоя полос навитой по спирали ленты, тем не менее, использование полос с различными конфигурациями, которые формируют ленту или рукав, из двух или более слоев, может быть предпочтительным. Поэтому, согласно одному типовому варианту реализации лента или рукава может содержать по меньшей мере два слоя, в котором полосы могут быть сформированы таким образом, чтобы эти по меньшей мере два слоя были механически сцеплены друг с другом или скреплены друг с другом другими средствами, известными специалистам в данной области техники. Кроме того, структура может быть непроницаемой или перфорированной для того, чтобы быть проницаемой для воздуха и/или воды.
Другой типовой вариант реализации представляет собой многослойную структуру, сформированную с использованием принципа «сварной шов с накладкой», используемого для дополнительного повышения целостности рукава или ленты. Структура может быть непроницаемой или перфорированной для обеспечения проницаемости для воздуха и/или воды.
Различные признаки новизны, которые характеризуют настоящее изобретение, подробно раскрыты в пунктах формулы изобретения, приложенной и составляющей неотъемлемую часть настоящего описания. Для лучшего понимания настоящего изобретения, его функциональных преимуществ и конкретных целей, достигаемых его использованием в описании предпочтительных, но неограничивающих вариантов реализации настоящего изобретения, приведенных в иллюстративных целях, сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых сходные элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами.
Несмотря на то что использован термин ткань и структура ткани, тем не менее, для описания структуры настоящего изобретения ткань, лента, конвейер, рукав, поддерживающий элемент и структура ткани используются как взаимозаменяемые. Подобным образом, термины ремень, лента, полоса материала и полосы материала используются как взаимозаменяемые по всему описанию.
Термин «содержащий» и «содержит» в настоящем изобретении может означать «включающий в себя» и «включает в себя» или могут иметь значение, обычно присвоенное термину «содержащий» или «содержит» в Патентном законе США. Термины «по существу состоящий из» или «по существу состоит из» при использовании в пунктах формулы изобретения имеют значение, приписанное им в Патентном законе США. Другие аспекты настоящего изобретения описаны или очевидны из (и в пределах настоящего изобретения) представленного ниже подробного описания.
Краткое описание чертежей
Сопроводительные чертежи, которые включены для лучшего понимания настоящего изобретения, содержатся в и составляют часть настоящего описания. Чертежи, представленные в настоящем описании, изображают различные варианты реализации настоящего изобретения и совместно с описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения. На чертежах:
На фиг. 1 показан вид в перспективе ткани, ленты или рукава согласно одному аспекту настоящего изобретения;
На фиг. 2 изображен способ, посредством которого может быть сформирована ткань, лента или рукав согласно настоящему изобретению;
На фиг. 3 (A)-3 (i) показаны поперечные разрезы, выполненные по направлению в ширину, полосы материала нескольких вариантов реализации, используемой для создания ткани, ленты или рукава по настоящему изобретению;
На фиг. 4 (A)-4 (D) показаны поперечные разрезы, выполненные по направлению в ширину полосы материала нескольких вариантов реализации, используемой для производства ткани, ленты или рукава согласно настоящему изобретению;
На фиг. 5 (A)-5 (C) показаны поперечные разрезы, выполненные по направлению в ширину полосы материала нескольких вариантов реализации, используемой для производства ткани, ленты или рукава согласно настоящему изобретению;
На фиг. 6 (A)-6 (D) показаны поперечные разрезы, выполненные по направлению в ширину полосы материала нескольких вариантов реализации, используемой для производства ткани, ленты или рукава согласно настоящему изобретению;
На фиг. 7 (A)-7 (D) показаны поперечные разрезы, выполненные по направлению в ширину полосы материала нескольких вариантов реализации, используемой для производства ткани, ленты или рукава согласно настоящему изобретению;
На фиг. 8 (A)-8 (C) показаны поперечные разрезы, выполненные по направлению в ширину полосы материала нескольких вариантов реализации, используемой для производства ткани, ленты или рукава согласно настоящему изобретению;
На фиг. 9 представлена гистограмма, изображающая преимущества использования одноосно-ориентированного материала (ремня/ленты) в сравнении с двухосно ориентированным материалом (пленкой) и экструдированным материалом (формованной частью);
На фиг. 10 (A)-10 (D) изображены этапы способа, посредством которого может быть создана ткань, лента или рукав согласно настоящему изобретению;
На фиг. 11 (A) и 11 (B) схематически изображено устройство, которое может быть использовано при формировании ткани, ленты или рукава согласно одному аспекту настоящего изобретения;
На фиг. 12 схематически изображено устройство, которое может быть использовано при формировании ткани, ленты или рукава согласно одному аспекту настоящего изобретения;
На фиг. 13 изображен поперечный разрез ткани, ленты или рукава согласно одному аспекту настоящего изобретения;
На фиг. 14 показано устройство, используемое при производстве ткани, ленты или рукава согласно одному аспекту настоящего изобретения; и
На фиг. 15 и 16 схематически изображены виды различных типов устройств для производства нетканых материалов с использованием поддерживающих элементов настоящего изобретения.
Подробное описание
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть реализовано во множестве других форм и не должно быть рассмотрено как ограниченное представленными вариантами реализации, сформулированными в настоящем описании. Напротив, данные варианты реализации приведены для того, чтобы настоящее описание было полным и исчерпывающим, и полностью передавало объем настоящего изобретения для специалистов в данной области техники.
В настоящем изобретении предлагается непрерывный поддерживающий элемент, такой как бесконечная лента, для использования, например, в устройстве, показанном на фиг. 15. Нетканый поддерживающий элемент функционирует вместо традиционного тканого поддерживающего элемента и придает необходимую текстуру, тактильные свойства и объем нетканым изделиям, созданным на указанном нетканом поддерживающем элементе. Поддерживающий элемент согласно настоящему изобретению может уменьшить затраты и время изготовления, связанные с производством нетканых материалов.
2
На фиг. 15 изображено устройство для непрерывного производства нетканых материалов с использованием поддерживающего элемента в соответствии с настоящим изобретением. Устройство на фиг. 15 содержит ленту 80, которая фактически служит поддерживающий элемент с рельефной поверхностью в соответствии с настоящим изобретением. Ленту непрерывно перемещают в направлении против часовой стрелки вокруг пары разнесенных валов, что является общеизвестным в уровне техники. Над указанной в приведенном выше описании лентой 80 расположен коллектор 79 выброса текучей среды, соединяющий множество линий или групп 81 выпускных отверстий. Каждая группа содержит по меньшей мере один ряд выпускных отверстий очень маленького диаметра, каждое из которых приблизительно равно 0,018 см (0,007 дюйма) в диаметре, с 30 такими отверстиями на один дюйм. Вода поступает к группам 81 выпускных отверстий под предварительно заданным давлением и выбрасывается из выпускных отверстий в форме очень тонких, по существу колоннообразных, неотклоняющихся потоков или струй воды. Коллектор оборудован манометрами 88 и распределительными клапанами 87 для регулирования давления текучей среды в каждой линии или группе выпускных отверстий. Под каждой линией или группой выпускных отверстий расположена камера 82 всасывания для удаления избытка влаги и предотвращения залива области. Волокнистое полотно 83, которое должно быть сформировано в нетканое изделие, подводят к поддерживающему элементу/ленте согласно настоящему изобретению. Вода распыляется через соответствующую форсунку 84 на волокнистое полотно для предварительного увлажнения поступающего полотна 83 и содействия в управлении волокнами по мере их прохождения под коллекторами выброса текучей среды. Щель 85 отсоса размещена под этой водной форсункой для удаления избытка воды. Волокнистое полотно проходит под коллектором выброса текучей среды в направлении против часовой стрелки. Давление, при котором работает любая заданная группа 81 выпускных отверстий, может быть установлено независимо от давления, при котором работает любая из других групп 81 выпускных отверстий. Однако, как правило, группа 81 выпускных отверстий, самая близкая к форсунке 84, работает при относительно низком давлении, например, 7,03 кг/см (100 фунт/кв. дюйм). Это помогает улаживать поступающее полотно на поверхности поддерживающего элемента. Поскольку полотно проходит в направление против часовой стрелки, как изображено на фиг. 15, давление в группах 81 выпускных отверстий, обычно увеличено. Необязательно, чтобы каждая последующая группа 81 выпускных отверстий работала при более высоком давлении, чем давление в соседней группе в направлении по часовой стрелке. Например, по меньшей мере две соседние группы 81 выпускных отверстий могут работать при одинаковом давлении, после которых следующая группа 81 выпускных отверстий (в направлении против часовой стрелки) может работать под другим давлением. Обычно рабочее давление в конце ленты, с которого отводится полотно, выше, чем рабочее давление на конце, на который полотно первоначально подается на ленту. Хотя на фиг. 15 показаны шесть групп 81 выпускных отверстий, данное количество не является определяющим, но будет зависеть от веса полотна, скорости, применяемого давления, количества рядов отверстий в каждой группе и т.д. После прохода между выбрасывающим жидкость коллектором и всасывающим коллектором, только что сформированная нетканая ткань проходит поверх дополнительной всасывающей щели 86 для удаления избытка воды. Расстояние от нижних поверхностей групп 81 выпускных отверстий до верхней поверхности волокнистого полотна 83, как правило, изменяется приблизительно от 1,27-5,08 см (0,5-2 дюйма); предпочтительно 1,91-2,54 см (0,75-1,0 дюйма). Очевидно, что полотно не может быть расположено так близко к коллектору, чтобы полотно соприкасалось с коллектором. С другой стороны, если расстояние между нижними поверхностями выпускных отверстий и верхней поверхностью полотна будет слишком большим, то потоки жидкости будут терять энергию, и процесс будет менее эффективным.
Предпочтительное устройство для создания нетканых материалов с использованием поддерживающих элементов согласно настоящему изобретению, схематично изображено на фиг. 16. В этом устройстве рельефный поддерживающий элемент представляет собой рукав 91 поворотного барабана. Барабан под рукавом 91 барабана вращается в направлении против часовой стрелки. Наружная поверхность рукава 91 барабана содержит необходимую рельефную поддерживающую конфигурацию. Вблизи периферийной части барабана расположен коллектор 89, соединяющий множество полос 92 отверстий для подачи воды или другой жидкости на волокнистое полотно 93, размещенное на внешней поверхности изогнутых пластин. Каждая полоса выпускных отверстии может содержать по меньшей мере один ряд отверстий очень маленького диаметра, или отверстия упомянутого в приведенном выше описании типа. Как правило, номинальный диаметр отверстия равен, например, приблизительно от 0,013 до 0,025 см (от 0,005 дюйма до 0,01 дюйма). При необходимости могут быть использованы другие размеры, формы и ориентации. Кроме того, при необходимости можно обеспечить, например, до 50 или 60 отверстий на дюйм или больше. Вода или другая текучая среда направляется через ряды отверстий. В целом и согласно представленному в приведенном выше описании объяснению давление в каждой группе выпускных отверстий, как правило, возрастает от первой группы, под которой волокнистое полотно проходит, к последней группе. Давление регулируют соответствующими распределительными клапанами 97 и контролируют посредством манометров 98. Барабан соединен со отстойником 94, в котором может быть создано разряжение для содействия в удалении воды и препятствования залива области. При работе волокнистое полотно 93 размещают на верхнюю поверхность рельефного поддерживающего элемента перед коллектором 89 выброса текучей среды согласно фиг. 16. Волокнистое полотно проходит под полосками выпускных отверстий и формируется в нетканый продукт. Сформированный нетканый материал затем проходит над участком 95 устройства, в котором отсутствуют полосы отверстий, но по-прежнему создано разряжение. Ткань после ее обезвоживания отводят от барабана и пропускают вокруг ряда сушильных барабанов 96 для сушки ткани.
Далее рассмотрена структура поддерживающих элементов, лент или рукавов, причем поддерживающие элементы могут иметь набор сквозных пустот. Сквозные пустоты могут содержать, помимо всего прочего, геометрические характеристики, которые обеспечивают улучшенный рельеф поверхности и удельный объем нетканых изделий или материалов при их изготовлении, например, на поддерживающем элементе, ленте или рукаве. Другие преимущества настоящих поддерживающих элементов содержат более легкое открепление полотна, улучшенную устойчивость к загрязнению и уменьшенное удержание волокна. Еще одно преимущество состоит в том, что отсутствуют ограничения и необходимость в традиционном ткацком станке, поскольку сквозные пустоты могут быть размещены в любом требуемом месте или рисунке. Поддерживающий элемент также может иметь текстуру на одной или обеих сторонах, созданную с использованием любого из способов, известных в уровне техники, таких как, например, шлифование, гравировка, тиснение или травление.
Понятно, что термин «сквозные пустоты» представляет собой синоним термину «сквозное отверстие» и представляет любое отверстие, которое проходит полностью через поддерживающий элемент, такой как лента или рукав. Поддерживающий элемент в контексте настоящего описания содержит, без ограничения, промышленные ткани, такие как ленты или конвейеры и рукава или цилиндрические ленты, специально используемые в нетканом производстве. Согласно представленному выше описанию несмотря на то, что термин ткань и тканевая структура использованы для описания предпочтительных вариантов реализации, тем не менее, ткань, лента, конвейер, рукав, поддерживающий элемент и тканевая структура являются взаимозаменяемыми при описании структур согласно настоящему изобретению.
На фиг. 1 показан вид в перспективе технической ткани, ленты или рукава 10 согласно настоящему изобретению. Ткань, лента или рукав 10 имеет внутреннюю поверхность 12 и наружную поверхность 14 и сформирована путем наматывания по спирали полосы полимерного материала 16, например технического ремня, с множеством смежных и примыкающих друг к другу витков. Полоса материала 16 навита спиралью по существу в продольном направлении по всей длине ткани, ленты или рукава 10 в форме винтовой линии, по которой выполнена ткань, лента или рукав 10.
Типовой способ, которым может быть произведена ткань, лента или рукав 10, изображен на фиг. 2. Устройство 20 содержит первый технологический вал 22 и второй технологический вал 24, каждый из которых выполнен с возможностью поворота вокруг своей продольной оси. Первый технический вал 22 и второй технический вал 24 параллельны друг другу и разнесены на расстояние, которое определяет полную длину ткани, ленты или рукава 10, подлежащих изготовлению на указанных валах, измеренную в продольном направлении вокруг вальцов. Со стороны первого технологического вала 22 расположена подающая бобина (на чертежах не показана), установленная с возможностью поворота вокруг оси и параллельного перемещения к технологическим валам 22 и 24. Подающая бобина обеспечивает подачу полосы материала 16, имеющей ширину, например, 10 мм или более. Подающая бобина первоначально размещена у левого конца первого технического вала 12, например, перед тем, как будет непрерывно перемещаться вправо или к другой стороне на заданной скорости.
Для запуска процесса изготовления ткани, ленты или рукава 10 начало полосы полимерного ремня 16 вытягивают от первого технологического вала 22 ко второму технологическому валу 24, вокруг второго технологического вала 24 и назад к первому технологического валу 22 с формированием первого витка замкнутой спирали 26. Для замыкания первого витка замкнутой спирали 26 начало полосы материала 16 присоединяют к концу ее первого витка в точке 28. Согласно приведенному ниже описанию смежные витки навитой по спирали полосы материала 16 соединяют друг с другом механическим способом и/или посредством клеящего вещества.
Таким образом, последовательные витки замкнутой спирали 26 сформированы вращением первого технологического вала 22 и второго технологического вала 24 в одном направлении, обозначенном стрелками на фиг. 2, в то время как полосу материала 16 подают на первый технологический вал 22. Вместе с тем полоса материала 16, только что навитая на первый технологический вал 22 непрерывно присоединяется к полосе материала, уже расположенной на первом технологическом вале 22 и втором технологическом вале 24, например, механическим и/или клеящим или любым другим подходящим способом для создания дополнительных витков замкнутой спирали 26.
Данный процесс продолжается до тех пор, пока замкнутая спираль 26 не будет иметь требуемую ширину, измеренную в осевом направлении вдоль первого технологического вала 22 или второго технологического вала 24. В данной точке полоса материала 16, еще не навитая на первый технологический вал 22 и второй технологический вал 24, обрезается, и замкнутая спираль 26, созданная из указанной полосы материала, снимается с первого технологического вала 22 и второго технологического вала 24 для изготовления ткани, ленты или рукава 10 согласно настоящему изобретению.
Несмотря на то, что в настоящем описании представлено устройство из двух валов, для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что полосы могут быть навиты вокруг поверхности одного вала или сердечника с формированием такой ткани, ленты или рукава. Вал или сердечник соответствующего размера могут быть выбраны на основе требуемого размера подлежащих изготовлению ткани, ленты или рукава.
Настоящий способ создания ткани, ленты или рукава 10 достаточно универсальный и адаптируемый к изготовлению нетканых материалов и/или технических тканей или ленты или рукавов различных продольных и поперечных размеров. Другими словами, изготовителю при реализации настоящего изобретения больше не требуется производить текстильную ткань соответствующей длины и ширины для конкретной бумагоделательной машины. Напротив, изготовителю необходимо только расположить первый технологический вал 22 и второй технологический вал 24 на соответствующем расстоянии друг от друга для создания приблизительной длины ткани, ленты или рукава 10 и наматывать полосу материала 16 на первый технологический вал 22 и второй технологический вал 24 до тех пор, пока замкнутая спираль 26 не достигнет приблизительно необходимой ширины.
Кроме того, поскольку ткань, лента или рукав 10 изготовлены путем наматывания по спирали полосы полимерного ремня 16 и не являются текстильными, наружная поверхность 12 ткани, ленты или рукава 10 может быть гладкой и однородной и не содержит мест переплетения, которые препятствуют созданию текстильной ткани с абсолютно гладкой поверхностью. Однако ткани, ленты или рукава согласно настоящему изобретению могут иметь геометрические характеристики, которые обеспечивают улучшенный рельеф и объем нетканому изделию, создаваемому на указанных ткани, ленте или рукаве. Другие преимущества настоящих поддерживающих элементов включают более легкое отсоединение полотна, улучшенное сопротивление загрязнению и уменьшением собиранием волокон. Еще одно преимущество состоит в том, что отсутствуют ограничения и необходимость в традиционном ткацком станке, поскольку сквозные пустоты могут быть размещены в любом требуемом месте или рисунке. Ткань, лента или рукав также могут иметь текстуру на одной или обеих поверхностях, сформированную с использованием любого известного в уровне техники способа, такого как, например, шлифование, гравировка, тиснение или травление. В качестве альтернативы, ткань, лента или рукав могут быть гладкими на одной или обеих поверхностях.
На фиг. 3 (A)-3 (i) показаны виды в поперечных разрезах, выполненных в направлении ширины, нескольких вариантов реализации полосы материала, используемой для создания настоящей ткани, ленты или рукава. Каждый вариант реализации содержит верхнюю и нижнюю поверхности, которые могут быть плоскими и параллельными друг другу или могут иметь соответствующий применению профиль. Согласно фиг. 3 (A) полоса 16 материала имеет верхнюю поверхность 15, нижнюю поверхность 17, первую плоскую сторону 18 и вторую плоская сторону 19 согласно одному варианту реализации настоящего изобретения. Верхняя поверхность 15 и нижняя поверхность 17 могут быть плоскими и параллельными друг другу, а первая плоская сторона 18 и вторая плоская сторона 19 могут быть скошены параллельно друг другу так что первая плоская сторона 18 каждой навитой по спирали полосы материала 16 примыкает ко второй плоской стороне 19 непосредственно предшествующего витка. Каждый виток полосы материала 16 присоединен к соседним виткам путем присоединения друг к другу их соответствующих первых и вторых плоских сторон 18, 19, например, с помощью клея, который может быть активируемым при нагреве, отверждаемым при комнатной температуре клеем или термоклеем, например, или любым другим подходящим способом.
На фиг. 3 (B) полоса 16 материала может иметь структуру поперечного сечения, которая обеспечивает возможность механического взаимного сцепления для соединения смежных полос 16 материала в сформированных по спирали ткани, ленте или рукаве. Смежные полосы материала 16 могут быть одинакового и/или профили или разных размеров и/или профиля, но каждая имеет положение соединения согласно фиг. 3 (B). Другие примеры механического соединения структур друг с другом показаны на фиг. 3 (C)-3 (G), на которых изображено поперечное сечение отдельных полос материала 16. В каждом случае одна сторона полосы материала 16 может быть сформирована для механического взаимного сцепления или соединения с другой стороной смежной полосы материала 16. Например, согласно варианту реализации, показанному на фиг. 3 (G), полоса материала 16 может иметь верхнюю поверхность 42, нижнюю поверхность 44, выступ 46 на одной стороне и соответствующий паз 48 на другой стороне. Выступ 46 может иметь размеры, соответствующие размерам паза 48 так, чтобы выступ 46 на каждом спиральном витке полосы 16 входит с натягом в паз 48 предыдущего витка. Каждый виток полосы материала 16 соединен с его смежными витками путем закрепления выступов 46 в пазах 48. Верхняя поверхность 42 и нижняя поверхность 44 могут быть плоскими и параллельными друг другу, или неплоскими и непараллельными в зависимости от области применения, или даже могут быть выпукло или вогнуто скругленными по ширине полосы согласно фиг. 3 (F). Подобным образом, любые стороны полосы могут быть сформированы цилиндрически выпуклыми или вогнутыми с одинаковым радиусом искривления.
На фиг. 3 (H) показан другой вариант реализации настоящего изобретения.
В дополнение к получению экструдированной полосы материала с противоположными полусферами или профилями согласно представленному выше описанию различные другие формы могут быть экструдированы или фрезерованы из прямоугольных полученных путем экструзии изделий с сформированием сопрягаемых краев с приподнятыми направляющими, которые могут облегчить соединение посредством механического и/или клеящего средства. Одна такая структура согласно одному варианту реализации настоящего изобретения показана на фиг. 3 (i). В альтернативном варианте может не требоваться, чтобы полосы материала имели правую и левую стороны, что позволяло бы им сопрягаться или соединяться. Например, согласно фиг. 4 (A) профиль полосы материала 16 может иметь взаимно зацепляющиеся пазы на своей верхней поверхности или верхней стороне, или полоса 16 материала может иметь взаимно зацепляющиеся пазы на ее нижней поверхности или нижней стороне согласно фиг. 4 (B).
На фиг. 4 (C), например, показаны полосы материала с фиг. 4 (A) и 4 (B), размещенные для взаимного сцепления. Стрелки на фиг. 4 (C) указывают, например, направление, в котором должна перемещаться каждая полоса 16 материала для зацепления пазов и сцепления двух полос друг с другом. На фиг. 4 (D) показаны две полосы 16 материала после их сцепления или соединения друг с другом. Хотя в вариантах реализации показаны только две сопряженные полосы материала, следует отметить, что конечная ткань, лента или рукав сформированы из нескольких полос материала, сцепленных вместе. Очевидно, при взаимном сцеплении полос материала в процессе спиральной навивки можно сформировать полотно материала в форме бесконечной петли. Следует также отметить, что несмотря на то, что показаны механические взаимные сцепления, прочность взаимных сцеплений может быть улучшена с помощью, например, термического соединения, в частности, способом, известным как избирательное соединение, которое представлено в качестве примера коммерческим процессом, известным как «Clearweld» (см. www.clearweld.com).
На фиг. 5 (A) показан вид в поперечном разрезе полосы 16 материала, которая содержит пазы на ее верхней стороне и на ее нижней стороне. На фиг. 5 (B) показано каким образом могут быть сцеплены друг с другом две полосы 16 материала, имеющие форму поперечного сечения, представленную на фиг. 5 (A). Структура со взаимным сцеплением в результате образует пазы на верхней и нижней поверхности конечного изделия.
Вариант реализации, представленный на фиг. 5 (C), показывает взаимное сцепление двух полос 16 материала, показанных на фиг. 5 (A) и на фиг. 4 (B). Это приводит в результате к образованию листового изделия, которое имеет пазы на нижней поверхности, с плоской верхней поверхностью. Подобным образом, можно также сформировать структуру, имеющую пазы на верхней поверхности, с плоской нижней поверхностью.
Еще один вариант реализации представляет собой ткань, ленту или рукав, сформированные из полос 16 материала, которые имеют взаимные сцепления кнопочного типа или принудительные взаимные сцепления, которые формируют более прочные взаимные сцепления вследствие их механической конструкции. Конструкции имеют принудительные взаимные сцепления в том смысле, что шпильки и гнезда для шпилек имеют механическое сопряжение, которое требует значительного усилия соединения лент вместе или для их разъединения. Например, на фиг. 6 (A) изображены элементы взаимных сцеплений кнопочного типа в отдельных лентообразных полосах 16 материала. На фиг. 6 (B) изображены элементы сцеплений кнопочного типа в отдельных лентообразных полосах 16 материала противоположной конфигурации, которые предназначены для взаимного сцепления со структурой, показанной на фиг. 6 (A). На фиг. 6 (C) показаны отдельные лентообразные полосы материала, представленные на фиг. 6 (A) и 6 (B), расположенные для сцепления друг с другом. Здесь следует отметить, что ступенчатое положение верхней и нижней лент выполнено с целью пригнать другую полосу 16 материала противоположной конфигурации. Наконец, на фиг. 6 (D) изображены эти же самые полосы после того, как они были прижаты друг к другу с формированием взаимно сцепленной структуры. Подобным образом, несколько лентообразных полос материала могут быть сцеплены вместе для формирования конечной ткани, ленты или рукава.
Другой вариант реализации представляет собой ткань, ленту или рукав, сформированные из полос 16 материала, содержащих пазы на верхней и нижней сторонах, например, согласно фиг. 7 (A). Эти две лентообразные полосы 16 материала выполнены с возможностью соединения вместе с формированием принудительного взаимного сцепления согласно фиг. 7 (B). Следует отметить, что верхняя и нижняя поверхности содержат пазы на своих соответствующих поверхностях. Кроме того, согласно фиг. 7 (A) и 7 (B) для специалиста в данной области техники может быть очевидным объединение трех полос для создания трехслойной структуры, или, если использованы только две полосы, профиль пазов в верхней полосе может отличаться на верхней стороне от нижней стороны. Подобным образом, профиль пазов в нижней полосе может быть такой же или другой на любой стороне. Согласно приведенному выше описанию, несмотря на то, что варианты реализации, представленные в настоящем описании, предназначены для одного слоя навитых по спирали лент или полос, тем не менее, может быть предпочтительно использовать полосы с различными конфигурациями, при формировании ленты из двух или более слоев. Поэтому, согласно одному варианту реализации лента может содержать по меньшей мере два слоя, в которой полосы могут быть сформированы таким образом, чтобы эти по меньшей мере два слоя были механически сцеплены друг с другом. Каждый слой может быть навит по спирали в противоположном направлении или в направлении под углом к машинному направлению для обеспечения дополнительной прочности.
На фиг. 7 (C) показана взаимно сцепленная структура, которая в результате образует нижнюю поверхности с пазами и плоскую верхнюю поверхность, тогда как на фиг. 7 (D) показана взаимно сцепленная структура, которая в результате образует плоскую нижнюю поверхность и верхнюю поверхность с пазами.
Как может быть очевидно для специалиста в данной области техники для создания принудительных взаимных сцеплений согласно приведенному выше описанию можно рассматривать множество форм. Например, несколько предыдущих вариантов реализации направлены на круглые выступы кнопочного типа и круглые принимающие части. Однако можно также использовать другие формы, такие как трапецеидальная, для достижения того же эффекта. Пример имеющего такую форму принудительного взаимного сцепления показан на фиг. 8 (A). В качестве альтернативы для создания принудительного взаимного сцепления можно смешать формы. Пример смешанных форм показан на фиг. 8 (B) и 8 (C).
Таким образом, механическое взаимное сцепление, сформированное между смежными полосами материала согласно представленным в приведенном выше описании вариантам реализации, упрощает изготовление такой ткани основы или структуры, содержащей спирально навитые полосы материала, поскольку без такого сцепления существует возможность, что смежные полосы материала будут отклоняться и отделяться в процессе создания навитой спиралью ткани. Посредством механического сцепления друг с другом смежных витков можно предотвратить их отклонение и разделение. Кроме того, уменьшается зависимость от прочности механического сцепления для обеспечения прочности соединения, поскольку в зонах механического сцепления ткани также можно формировать термические сварные соединения. Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения этого можно достигнуть размещением красителя, поглощающего ближний ИК-диапазон или ИК-излучение или лазерное излучение, перед зацеплением охватываемого/охватывающего компонентов вместе с последующим воздействием на механическое сцепление энергии ближнего ИК-диапазона или ИК-излучения или лазерного источника, которое приводит к термическому свариванию механического сцепления без плавления материала, расположенного за пределами зоны механического сцепления.
Полоса материала, раскрытая в указанных в приведенном выше описании вариантов реализации, может быть экструдированной из любой известной полимерной смолы, известной специалистам в данной области техники, такой как, например, полиэфирная, полиамидная, полиуретановая, полипропиленовая, полиэфирэфиркетонная смола и т.д. Несмотря на то что техническая лента привлекательна в качестве материала основы в связи с тем, что она одноосно ориентирована, т.е. она имеет по меньшей мере вдвое больший коэффициент растяжения, чем двуосноориентированный материал (пленка), и до десяти раз больший коэффициент растяжения, чем экструдированный материал (формованный), тем не менее, любой другой подходящий материал может быть использован. Другими словами структура, полученная из одноосно-ориентированного материала, требует менее половины толщины двухосно-ориентированного материала (пленки) и менее одной десятой толщины экструдированного (формованного) материала. Данная характеристика изображена на фиг. 9, на которой показаны результаты разработки изделия, которое бы отвечало требованиям заданной нагрузки и натяжения при фиксированной ширине. Уравнение, используемое для решения этой задачи проектирования, представляет собой отношение между сжатием и растяжением, выраженное следующим образом:
В данном примере сила (или нагрузка) поддерживается постоянным за счет ширины и растяжения. Уравнение показывает, что необходимая толщина обратно пропорциональна коэффициенту растяжения материала. Это уравнение отражает задачу проектирования, связанную со стабильностью размеров оснащения бумагоделательной машины, то есть при заданных нагрузке и максимальном растяжении, ширина машины является фиксированной. Результат показан с точки зрения конечной толщины требуемой части в зависимости от коэффициента растяжения используемого материала. Очевидно, что одноосно-ориентированные материалы, такие как ремни или ленты, имеют существенное преимущество в сравнении с пленками и формованными полимерами согласно фиг. 9. Однако настоящие поддерживающие элементы, ленты или рукава не ограничиваются одноосной или двуосной ориентацией связывания, в том смысле, что в практическом применении настоящего изобретения может быть использована одна или обе ориентации.
Согласно одному варианту реализации полоса материала или ремень, раскрытые в представленных в приведенном выше описании вариантах реализации, могут содержать усиливающий материал для повышения механической прочности всей структуры. Например, усиливающий материал может представлять собой волокна, нити, моноволокна или комплексные нити, которые могут быть ориентированы в машинном направлении ткани, рукава или ленты, вдоль ремня. Усиливающий материал может быть включен в процессе экструзии или пултрузии, в котором волокна или нити подвергаются экструзии или пултрузии наряду с материалом, формирующим материал полосы или ремня. Они могут быть полностью включены в материал ремня, или они могут быть частично включены в одну или обе поверхности материала ремня, или и то и другое. Усиливающие волокна или нити могут быть сформированы из материала с высоким коэффициентом растяжения, такого как, например, арамиды, включая, без ограничения, Kevlar и Nomex, и могут обеспечить материалу полосы или ремня дополнительную прочность, коэффициент растяжения при растяжении, устойчивость к разрыву и/или устойчивость к растрескиванию, устойчивость к истиранию и/или химическому расщеплению. Усиливающие волокна или нити ориентировочно могут быть изготовлены из термопластика и/или термоотверждающихся полимеров. Неограничивающие примеры подходящих волоконных материалов содержат стекло, углерод, полиэстер, полиэтилен и металлы, такие как сталь. Согласно дополнительно варианту реализации температура плавления указанных усиливающих волокон или нитей может быть выше температуры плавления указанного материала полосы или ремня, или наоборот.
Обычно ремень поставляется в виде изделия неизменной длины, имеющего прямоугольное поперечное сечение. Она представляет собой жесткую универсальную как правило необработанную полиэфирную полосу с превосходными характеристиками управляемости, что делает ее подходящей для множества промышленных применений. Она обладает превосходной механической прочностью и стабильностью размеров согласно приведенному выше описанию и не становится ломкой в течение срока службы при нормальных условиях. Ремень имеет хорошую устойчивость к влаге и к большинству химикатов и может выдерживать температуры в диапазоне от -70°C до 150°C или более. Типичные размеры поперечного сечения ремня, который может быть использован в настоящем изобретении составляет, например, 0,30 мм (или более) в толщину и 10 мм (или более) в ширину. Несмотря на то что ремень может быть навит по спирали, смежные витки ремня, которые не имеют средств взаимного сцепления, посредством которого они должны удерживаться вместе, могут быть приварены или соединены иным образом. В таких случаях может быть использована лазерная сварка или ультразвуковая сварка для фиксации или сваривания смежных лент или полос материала для улучшения свойств в направлении, поперечном машинному (CD), таких как прочность, и снижение вероятности разъединения соседних полос материала.
Несмотря на то что одноосно-ориентированный ремень имеет максимальный коэффициент растяжения в машинном направлении (MD), другие свойства также могут быть важны. Например, если коэффициент растяжения в машинном направлении (MD) ремня слишком высокий, то устойчивость к растрескиванию и устойчивость к изгибу конечной структуры могут быть неприемлемыми. В качестве альтернативы свойства конечной структуры в поперечном направлении (CD) также могут быть важны. Например, обращаясь к материалу полиэтилентерефталат (PET) и полосам материала одинаковой толщины, неориентированные полосы могут иметь обычный коэффициент растяжения в машинном направлении (MD) приблизительно равный 3 ГПа, и прочность, приблизительно равную 50 МПа. С другой стороны, двухосно-ориентированные полосы могут иметь коэффициент растяжения в машинном направлении (MD), приблизительно равный 4,7 ГПа, и прочность, приблизительно равную 170 МПа. Выявлено, что при изменении обработки одноосно-ориентированной полосы таким образом, чтобы коэффициент растяжения в машинном направлении (MD) мог быть в диапазоне от 6 до 10 ГПа и прочность могла быть равна или больше чем 250 МПа, можно получить полосу с прочностью в поперечном направлении, достигающей приблизительно 100 МПа. Кроме того, материал может быть менее ломким, т.е. он может не разрываться при многократных изгибах и может лучше обрабатываться при соединении полос вместе. Соединение между полосами также может быть устойчивым к разъединению при соответствующем использовании на производственном станке.
Один способ скрепления смежных полос согласно одному варианту реализации настоящего изобретения заключается в сваривании ультразвуком краев смежных полос, с одновременным созданием бокового давления для фиксации краев в контакте друг с другом. Например, одна часть сварочного устройства может зафиксировать одну полосу, предпочтительно полосу, которая уже скручена спиралью, в нажатом состоянии к поддерживающему ролику, в то время как другая часть устройства надавливает другую полосу, предпочтительно наматываемую полосу, к удерживаемой полосе. Такое приваривание край к краю изображено, например, на фиг. 11 (A).
При применении ультразвуковой прерывистой сварки получают особо прочное соединение. В отличие от этого, при ультразвуковой сварке во временном режиме или в энергетическом режиме, которая также известна в качестве традиционной ультразвуковой сварки, получают соединение, которое может быть описано как ломкое. Таким образом, можно сделать вывод, что соединение, созданное посредством ультразвуковой прерывистой сварки, предпочтительнее по сравнению с традиционной ультразвуковой сваркой.
На фиг. 10 (A)-10 (D) показан другой способ скрепления смежных полос согласно одному варианту реализации настоящего изобретения заключается в нанесении клеящего вещества 30 на концы 34, 36 смежных полос 16, 16 и их соединения. Следует отметить, что заполнитель 32 может быть использован для заполнения зазоров или участков, в которых полосы не соприкасаются друг с другом.
Другой способ скрепления смежных полос материала или функциональных полос согласно одному варианту реализации настоящего изобретения заключается в использовании «сварного шва с накладкой», содержащего такой же материал основы, как полоса материала. Например, такой сварной шов с накладкой показан на фиг. 11 (B) в виде тонкого материала, нанесенного сверху и снизу полос материала. В такой схеме расположения сварной шов с накладкой образует материал для свариваемых полос материала таким образом, чтобы собранная структура не зависела от сварки край к краю, изображенной на фиг. 11 (A). При использовании сварного шва с накладкой можно получить сварку край к краю; хотя это не является необходимым, а также предпочтительным. С использованием сварного шва с накладкой можно сформировать структуру слоистого типа или типа «сандвич» с приваренной горизонтальной поверхностью полосы материала к горизонтальной поверхности сварного шва с накладкой согласно фиг. 11 (B). Здесь следует отметить, что сварной шов с накладкой не должен быть расположен сверху и снизу полос материала, в том смысле, что сварной шов с накладкой может быть расположен только сверху или только снизу полос материала. Согласно одному аспекту сварной шов с накладкой может также быть центральной частью слоистой структуры с полосой материала расположенной сверху и/или снизу сварного шва с накладкой. Кроме того, сварной шов с накладкой показан более тонким, чем полоса материала, и такой же ширины, как полоса материала лишь в качестве примера. Сварной шов с накладкой может быть значительно уже или шире полосы материала, и может иметь одинаковую толщину с полосой материала или иметь меньшую толщину. Накладка сварного шва также может быть другой частью полосы материала и не обязательно специальной частью материала, изготовленного исключительно для сварного шва с накладкой. Кроме того, сварной шов с накладкой может содержать клеящее вещество, нанесенное на одну из ее поверхностей для того, чтобы зафиксировать сварной шов с накладкой на месте в процессе сварочной операции. Однако при использовании такого клеящего вещества предпочтительно, чтобы клеящее вещество было частично нанесено на сварной шов с накладкой, не на всю поверхность, так как частичное нанесение может способствовать созданию прочного сварного соединения между одинаковыми материалами (например, полиэфир с полиэфиром) полосы материала и сварного шва с накладкой при ультразвуковой или лазерной сварке.
Если сварой шов с накладкой изготовлен из экструдированного неориентированного полимера, то предпочтительно, чтобы он был намного тоньше, чем полоса материала, поскольку неориентированный экструдированный сварной шов с накладкой менее подходит для обеспечения стабильности размеров конечной структуры согласно приведенному выше описанию. Однако если сварной шов с накладкой изготовлен из ориентированного полимера, то предпочтительно, чтобы такой сварной шов с накладкой в комбинации с полосой материала была максимально тонким. Согласно приведенному выше описанию сварной шов с накладкой может быть другой частью полосы материала. Однако в таком случае предпочтительно, чтобы толщина отдельных материалов была выбрана таким образом, чтобы можно было минимизировать общую толщину многослойной или слоистой структуры. Кроме того, согласно приведенному выше описанию сварной шов с накладкой может быть покрыт клеящим веществом, которое использовано для скрепления структуры для последующей обработки. Согласно одному аспекту сварной шов с накладкой с клеящим веществом может быть использован, например, для создания структуры, которая прямо переходит к этапу формирования отверстия, который мог бы представлять собой лазерное сверление без применения ультразвукового соединения таким образом, чтобы лазерное сверление или лазерная перфорация создавала точечные сварные соединения, которые могут скреплять многослойную структуру.
Другой способ скрепления смежных полос материала согласно одному варианту реализации настоящего изобретения заключается в сваривании смежных полос с использованием технологии лазерной сварки.
На фиг. 14 изображено устройство 320, которое может быть использовано в процессе лазерной сварки согласно одному аспекту настоящего изобретения. Следует понимать, что согласно фиг. 14 в данном процессе ткань, лента или рукав 322 являются относительно короткой частью общей длины конечной ткани, ленты или рукава. Несмотря на то, что ткань, лента или рукав 322 могут быть бесконечными, тем не менее, наиболее целесообразно удерживать их вокруг пары валов, которые на чертежах не изображены, но известны для специалистов данной области техники. В такой схеме расположения устройство 320 может быть расположено на одной из двух поверхностей, наиболее удобно на верхней поверхности ткани 322 между двумя валами. Независимо от того, является ли ткань 322 бесконечной, она предпочтительно может быть размещена с подходящей степенью натяжения в процессе. Кроме того, для предотвращения провисания ткань 322 может быть поддержана снизу горизонтальным поддерживающим элементом, по мере ее перемещения через устройство 320.
На фиг. 14 ткань 322 изображена перемещающейся в направлении вверх через устройство 320 при осуществлении способа согласно настоящему изобретению. Лазерные головки, которые используются в сварочном процессе, могут перемещаться по ткани в поперечном (CD) направлении, или в направлении ширины «X», в то время как ткань может перемещаться в машинном (MD) направлении или в направлении «Y». Кроме того, можно установить систему, в которой ткань перемещается в трех направлениях относительно механически зафиксированной лазерной сварочной головки.
Преимущество лазерной сварки перед ультразвуковой сваркой состоит в том, что лазерная сварка может быть выполнена на скоростях в диапазоне 100 м/мин, тогда как ультразвуковая сварка имеет верхний предел скорости приблизительно 10 м/мин. Добавление светопоглощающего красителя или чернильного поглотителя на края полос может также способствовать концентрации теплового действия лазера. Поглотители могут представлять собой темные чернила или красители ближнего ИК-диапазона, которые не видимы человеческому глазу, такие как, например, используемые в «Clearweld» (см. www.clearweld.com).
После изготовления конечной ткани, ленты или рукава и сваривания или соединения иным образом смежных полос в ткани, ленте или рукаве, посредством, например, лазерного сверления могут быть обеспечены отверстия или перфорированные отверстия, обеспечивающие возможность прохождения текучих сред (воздух и/или вода) от одной стороны ткани к другой стороне ткани. Следует отметить, что эти сквозные отверстия или сквозные пустоты, которые обеспечивают возможность прохождения текучей среды от одной стороны ткани к другой стороне, могут быть выполнены до или после процесса скручивания спиралью и соединения. Такие отверстия или сквозные пустоты отверстия могут быть выполнены лазерным сверлением или любым другим подходящим процессом изготовления отверстий/перфорированных отверстий, и могут иметь любой размер, вид, форму и/или шаблон, в зависимости от предполагаемого применения. На фиг. 13 представлено изображение типового варианта реализации, которое представляет собой поперечное сечение, выполненное в поперечном направлении, или в направлении, поперечном машинному направлению, ткани 80 согласно настоящему изобретению, полосы материала 82 имеют множество отверстий 84 для прохода воздуха и/или воды, расположенных по всей их длине.
Ткань по настоящему изобретению согласно приведенному выше описанию может быть использована в качестве технологической ленты или рукава, использующихся в процессах суховоздушного формования полотна, мелтблоун (melt blowing), спанбонд (spunbonding) или гидросплетения волокон (hydroentangling). Ткань, лента или рукав по настоящему изобретению могут содержать по меньшей мере один дополнительный слой сверху или снизу основы, сформированной с использованием полос материала, лишь для обеспечения функциональности, а не усиления. Например, система ориентированных в машинном направлении (MD) нитей может быть нанесена в виде слоя на заднюю сторону ленты или рукава для создания пористого пространства. В качестве альтернативы по меньшей мере один слой может быть сформирован между двумя слоями ремня. Используемые дополнительные слои могут быть любым тканым или нетканым материалом, системой нитей, ориентированных в машинной (MD) направлении или в поперечном направлении (CD), навитыми по спирали полосами текстильной ткани, ширина которых меньше ширины ткани волокнистых полотен, пленок или их комбинации, и могут быть присоединены к основе с использованием любого подходящего способа, известного специалисту в данной области техники. Иглопробивание, термическое соединение и химическое соединение представляют собой лишь немногие примеры. Ткань, лента или рукав по настоящему изобретению может также иметь функциональное покрытие с обеих сторон. Текстура на ткани, ленте или рукаве согласно настоящему изобретению может быть создана до или после нанесения функционального покрытия. Согласно приведенному выше описанию текстура на ткани, ленте или рукаве может быть создана любым способом, известным в уровне техники, таким как, например, шлифование, гравировка, тиснение или травление.
Несмотря на то что в настоящем описании подробно были рассмотрены предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения и его модификаций, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено этими определенными вариантами реализации и модификациями, и что другие модификации и изменения могут быть выполнены специалистами в данной области техники без отступления от сущности и объема настоящего изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.