由互相连接的双组份纤维织造的造纸机织物的制作方法

专利名称：由互相连接的双组份纤维织造的造纸机织物的制作方法
技术领域：
本发明的领域这里公开的发明涉及造纸机织物领域。
本发明的背景造纸机织物是一术语，指的是在成形、加压、干燥工序用于造纸机的工业织物。它们一般用在常规的大型纺织机中纺成的聚酯或聚酰胺复丝和/或单丝生产。这些织物已经用常规的纺织技术生产。尽管有工业标准，但材料和工艺有某些如下描述的固有的局限性。
所有造纸机织物(PMC)的主要作用是从纸张中除去水份。当造纸机的制造者和造纸者两者都想增加造纸过程的速度和提高纸的质量时，已经发现PMC织物的新障碍，要求对材料和织物设计进行革新。还有，PMC制造者也在寻找PMC织物更有效的生产方法，并提高其关键的质量性能。
今天，造纸机的速度快得以致于织物结构的厚度开始限制脱水的速度。特别是在成形工序，脱水不充分造成纸张强度低。对于传送和保持纸张特性通过其次的纸张脱水更为显著的阶段来说，纸张强度是极为关键的。一种可能的解决办法是加长造纸机的成形工序，但这是很昂贵的，因而可能性不大。对PMC制造者来说，另一种方法是生产更薄的织物，但在纺织过程中，可以达到的最小尺寸是在经线和纬线方向上所用丝的直径的组合。指标如尺寸稳定性、织物强度和织物使用寿命实际上都限制了单丝直径的细度，因而也限制了织物整个的厚度，对许多PMC的情况，这些特性的折衷方案是不可行的或不实际的，事实上较高的机器速度实际上需要这些特性的进一步提高。
PMC织物也是多孔的介质，它必须有效地使流体流动，即在成形和加压工序中水流动或在干燥工序中空气流动。织物的多孔性可以极大地影响纸张的特性，这在造纸机的成形和加压工序中是很重要的。由在经纱和纬纱之间的空隙或缝隙形成传送的渠道。渠道也存在于交叉点处各丝之间。因为纱丝是正交的，纺织过程限制了细孔的几何形状。
PMC织物的表面外形决定纸产品的质量。已经进行很多努力来形成与纸张接触的更平滑表面。但是，PMC织物的表面平滑度是由纺织式样得到的表面外形和单丝物理特性所限制。在机织的织物(或针织的织物)中，平滑度是内在地被相交纱在交叉点形成的节所限制。
由于纸的供给累积的废料，PMC织物需要经常的清洗。已经找出两种织物被沾污的机理。当从供给的纸来的微粒被捕集在织物中各细丝之间存在的空间中时，发生机械粘结。在纺织物中正交的交叉点处存在的缝隙促进了这种机械粘结。化学粘结描述了微粒的粘合，这些微粒包含由于存在化学的亲合力，粘附到织物的微粒。这个问题已经研究了许多年，结果显示机械粘结比化学粘合总的来说更加重要。由于微粒累积使渗透性减小导致织物的使用寿命减小。已经应用高压冲洗来清洗织物，但是这种冲洗所产生的严重的磨损也减少了PMC织物的使用寿命。
通过加速纺织过程可以提高PMC制造技术。在纺织中，经线是通过综片穿线，纺织式样是在挑纬线前对每一根经线方向的单丝提升和降低综片位置形成的。由于它有很多步所以这是一个慢的过程。对典型的成形、加压或干燥织机，实际的生产速率限制在100次投梭/分钟。
在过去的几十年里已经开发了大部分用聚酯单丝编织成的各种各样织物。这些开发研究中最先进的是两层单丝织物，在织物中两织物层是用连接单丝接合在一起。这种织物在市场上有售，由纽约州，奥尔巴尼市奥尔巴尼国际公司生产，名为“Triotex”(注册商标)。连接单丝是“Triotex”结构中唯一的单丝，它将两织物层接合在一起。顶层织物层一般是平纹结构，设计用于最优的纸张成形。底层织物层是考虑了磨损而设计的，典型地有长的浮纱，其中纬线单丝在3根或更多根的经线单丝下通过。利用这些长的浮纱作为磨损表面，在可能对经线单丝产生磨损之前，此磨损表面已经被磨损掉。连接单丝是纬线单丝，它通过在顶层织物层中经线单丝的上面和在底层织物层中经线单丝的下面穿过机械地将顶层和底层织物结合在一起。在使用的情况下，底层和顶层织物层互相相对运动。这种相对运动导致连接单丝由于反复地在结构内前后弯曲而疲劳和磨损。最后，连接单丝将断裂，引起顶层和底层织物互相分离。这种分离引起产品失效。
PMC加压织物是由单丝和复丝纺织的基底织物构成的。将人造丝的粗梳纤维网用针穿入基底织物，形成一种结构能够将水从成形的纸张中除去。针刺能伤害基底织物中的单丝，使织物受损。加压织物也易脱毛，底部纤维从毡上掉下。脱毛导致纸张污染和缩短加压织物的使用寿命。纸张再润湿常常是加压织物的一个问题。从压机辊缝内的纸张中除去的流体，在纸张从辊缝出来后会立刻又回到纸张中，降低了加压操作总的效率。
美国专利4,740,409公开了一种无纺织物，它有无节的平表面，由在单个平面上平行的线性的机器方向的纱线，和也在该平面上互相连接的、横穿机器方向的聚合物材料组成，横穿机器方向的材料完全包围机器方向的纱。一排并排的外皮芯纱供入销轴式轧辊部件的机器方向的凹槽中，在此工序通过加热和加压将它们压入槽中。外皮芯丝的横截面积大于机器方向凹槽的面积，因此多余的外皮材料被迫进入到横方向凹槽中以形成横向互相连接的结构。
美国专利5,077,116号公开了有无纺表面涂层的成形织物。该成形织物有粘接在基底织物层的横向的无纺纸张接触层。在无纺纸张接触层中邻近的结构部件之间的流体流动通道是小于邻近的基底织物层中流体流动通道，前者与无纺纸张接触表面或者与邻近基底织物的无纺表面，或者与两者都呈流体相通状态。无纺纸张接触层可以由双组份纤维构成，该双组份纤维有聚酯芯和低熔化温度的共聚酯外皮。公开了这些纤维可以通过熔化粘合方法互相粘接和粘接到基底织物上。
美国专利5,366,797号公开了一种粘合纱束，该纱束包含至少一种加捻的由第一合成聚合物组成的复丝纱，它的各个丝在其整个丝的横截面上通过熔化第二热塑性合成聚合物而粘合在一起，第二聚合物的熔点至少低于第一合成聚合物的熔点或分解点10℃。
由第一合成聚合物纱组成的纱束是可熔的或不可熔的聚合物，它提供高强度的特性。第二合成聚合物的纱是可熔的材料，它的熔点低于第一材料的熔点。
英国专利GB 2 097 435号公开了一种造纸织物，使用由高熔点的单丝或复丝经纱和相似的顶和底纬纱纺织成的纱。在织物的中心平面中较硬的纬纱是熔点较低的合成纱。将织物加热到某一温度，使低熔化温度的填充纱熔化和稍微有点流动，使它们充填纺织式样中的空隙，减小渗透性。
美国专利4,731,281号公开了一种造纸织物，由均匀预先涂覆的整个包胶的单丝纱纺织而成。该纱在纺织成造纸织物之前进行涂覆，以便使造纸织物具有抗粘附的特性。涂层可以是，在机器方向纱的厚度不同于在横穿机器方向纱的厚度。
本发明的概要本发明的目的在于由互相连接的双组份纤维组成的造纸机织物。在本发明的一个实施方案中，造纸机织物完全由在机器方向和横穿机器方向两个方向上的双组份纤维构成。
这里描述的造纸机织物可以是机织的、针织的或无纺的结构。应该理解该双组份纤维是以有序的方式排列的。
在本发明中，造纸机织物的各层中至少使用一层双组份纤维，并不需要各层全部是双组份纤维。例如，双组份纤维可以是构成造纸织物表面接触层的纤维，表面接触层接触要形成为纸或相应产品的纤维材料。
独特的双组份纤维结构的优点，允许选择不同的材料作为外皮和芯的组份。例如，外皮材料的熔点可以低于芯材料的熔点。因此，在外皮组份的熔点低于芯组份熔点的地方可以形成双组份纤维的熔化的、粘合的结构。通过加热由双组份纤维构造的织物到某一温度，该温度高于外皮组份的熔点，但低于芯组份的熔点，接着把织物冷却到低于外皮组份的熔化温度，将得到一种熔化的、粘合的结构。
适合的双组份纤维包括下述外皮一芯组合物共聚酯/聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，聚酰胺/聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，聚酰胺/聚酰胺，聚乙烯/聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，聚丙烯/聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，聚乙烯/聚酰胺，聚丙烯/聚酰胺，热塑聚氨酯/聚酰胺，和热塑聚氨酯/聚(对苯二甲酸乙二醇酯)。
在本发明的一个优选实施方案中，双组份纤维是该造纸织物至少一层的唯一组成纤维。在多层造纸织物的情况下，至少一层是由双组份纤维构成，它可以是与纸张接触的表面层或基底层。不管织物是单层或多层，双组份纤维都是有序地非随机方式排列。按照有序地非随机方式的排列，意谓着造纸织物的纤维在第一方向上延伸；第一方向纤维不与其他在第一方向上延伸的纤维相交；和造纸织物的纤维在第二方向上延伸；第二方向纤维不与其他在第二方向上延伸的纤维相交；但在第一方向延伸的纤维与在第二方向延伸的纤维相交，和反之亦然。例如，在机器方向排列的纤维互相将不会相交，这样的纤维将只与在横穿机器方向延伸的纤维相交。最好是本发明的造纸织物由在机器或横穿机器方向延伸的纤维构成，但这样的造纸织物也可由与造纸机的机器和横穿机器方向成各种角度延伸的纤维构成。
在造纸机织物中使用双组份纤维可在功能和结构两个方面得到改进，而这在常规的单丝构造的造纸织物是无法实现的。通过相交点的热熔改善了织物的尺寸稳定性。热熔也提高了抗污染性。织物厚度减小了，也就是说，减少了厚度的织物归因于使用了较细的丝和在相交点处厚度减小。在相交点厚度减小也提高了织物的平整性。
双组份纤维依靠热熔也形成了独特的细孔几何形状。各种独特的形状决定于在构造织物中所用的各种类型的细丝。纸张上痕迹的减小也是超过常规单丝织物的另一种改进。
上述的各种改进是造纸者所希望的，特别是由于造纸机的速度在不断提高。这些特性都与脱水有关，脱水是对高速机器很重要的问题。平滑性和可印刷性也与脱水有关，在高速机器上这些考虑可以互相兼顾。由于各种因素之一的织物厚度减小，双组份纤维可以对该问题提供合适的解决办法。
上述的织物平整性的改进使纸张的痕迹减小。这是造纸者非常希望的。
在本发明的一个优选实施方案中，造纸织物是由包括双组份复丝的纱线构成的。也就是说，纱线是由至少两条构造成复丝的双组份丝组成。在合适的时间，以上述的方式将并列的双组份单丝加热熔化。在织物成形之前可以发生这样的加热熔化，或者也可发生在织物已经成形之后。
在热熔之后，这样的双组份复丝纱线有至少两个芯组份设在外皮组份材料的基体内，该外皮材料在热熔之后形成基本均一的外皮围绕在至少两个芯组份上。在热熔之前存在的单独的外皮不能再区分，而这至少两个芯组份是与外皮明显不同的，而且两个芯组份互相之间也不同。
如所述注解的那样，芯材料在外皮或基体材料中保持为一个性质不同的区或几个区。单丝典型的失效机理是原纤化作用，沿着该丝的定向方向失去应力。在粘合之后，外皮成为无定向基体，不易原纤化。此外，围绕一组芯线的连续基体将会消除诱导原纤化作用的应力，如果芯元件原纤化，连续的基体将作为粘合剂保护整个结构的整体性。理想的是，最小外皮含量是横截面积的10％，最大可到50％。
本发明的造纸机织物可用任何常规已知的方法形成。例如，构成造纸织物的双组份纤维可以机织，或者它们也可针织成熟练技工知道的任何式样或构形。
相信本发明造纸机织物所具有的超过单丝构成的常规造纸织物的优点之一是，机织(或针织)的这样造纸织物显示出较好的平整性，在熔化之后没有节。这很容易理解，在机织(或针织)纤维时，形成节，它降低表面的平滑度。在加热熔化双组份纤维过程中，当温度超过外皮组份的熔化温度时，材料变得流动和塌陷使节尺寸缩小，从而改善了表面平滑度。表面平滑度是影响纸张质量的一个因素。因此纸和有关产品的制造者对改善平滑度的造纸织物是感兴趣的。双组份纤维构成的造纸织物经过热熔化将在相交纤维之间形成粘合的网络。这种物理上的粘合将提高尺寸稳定性，比单丝构造的常规造纸织物要好。
当在造纸机上运行时，按照本发明的织物将比常规单丝构成的造纸织物保持更加清洁。由双组份纤维构成的织物的热熔，其特征在于熔化的相交纱线部分。与此相反，常规的单丝在纱线相交的地方有空隙或节点。双组份纤维相交处的熔化减少了并可能消除了这样的节点，不然在那里会汇集起碎屑并将其浮获在纱线之间。因此用双组份纤维生产的热熔的相交纱提供一种结构，它将比常规单丝构成的造纸织物保持更加清洁。
附图的简要描述

图1是完成本发明方法的图。
图2,3和4是现有技术的样板。
图5,6是本发明一方面的侧视图。
图7是本发明的顶视图。
图8是本发明的顶视图。
图9是本发明的顶视图。
优选实施方案的描述用250旦尼尔(denier)纱线制作一简单的粘合外皮/芯结构。这个结构通过在热熔之前熔化平纹组织制成。造纸织物的最终粘合结构比用相同旦尼尔单丝制作的非粘合织物或纺织结构相对更加平整。用外皮/芯纱线纺织的被熔化的织物将显示其尺寸稳定性增加。在热粘合之后，每个相交点将变成织物中的焊接接点。各根纱的运动将不可能，织物将作为单一的单元移动。这些焊接的交叉点也起消除各丝之间的摩擦磨损的作用。这种物理粘合将提高尺寸的稳定性超过单丝构造的常规造纸织物。
并且有几个其他的优点派生出来。实验显示粘合的织物比纺织结构显著地提高了抗高压冲洗造成损害的能力。在压力为3兆帕(MPa)和冲洗距离为300毫米(mm)的高压冲洗(HPS)试验环状物中，在180分钟之后粘合的织物显示出没有损害。对照的织物在150分钟之后受损。试验后的粘合粘物与试验前的粘合织物没有区别。其次，对同样的基底重量和纺织式样，粘合结构的抗磨损能力较高。因为有较大的表面面积与磨损表面接触。在纺织的织物中磨损表面是暴露的纬线和经线丝的各个高点所限定的面积。热粘合的外皮/芯丝获得有曲面的平滑相交点的结构。由于相交点各丝之间的空隙减小，由机械粘合的织物污染是最小的。
虽然本发明的造纸织物可以由机织或针织双组份纤维构造，但在织物成形中这不是必要的步骤，由于该造纸织物的纤维可以排列成相交的型式，然后热熔以便将造纸织物的纱线基本固定在合适位置上。
在用这些纱织造该造纸织物时，不排除常规的机织或针织方法，但其他的方法也是可以的。制作织物的一种工艺包括生产经线1，将纬线方向纱线2的第二层直接铺设在经线1上而不是用纺织，和将成层的各丝通过一加热区4，在或超过外皮材料的熔点，加压或不加压以便粘合所有的交叉点，如图1中描述的那样，这将是用于制作有紧密间隔的细孔的织物的较快制造方法，如在造纸过程中第一干燥机织物位置所需的织物。
图2和3分别显示由常规单丝机织而成的三层织物顶层的在机器方向和横穿机器方向的横截面。单丝平纹组织卡规测厚度是0.116英寸。图5和6分别显示从Kanebo有限公司获得的双组份单丝所织造的相似地纺织顶层的机器和横穿机器方向的横截面。其卡规测厚度是0.070英寸。
图4是计算机生成的图2中显示的机器方向单丝外形的模型。在该模型中，有三个变量卡规测量厚度，平面差和经线及纬线的压缩量。目标是用模型对照实际的单丝样品，所以卡规测量厚度固定在0.0116英寸和平面差固定在0.0001英寸纬线高，仅留下压缩变量是未知数。对图3-4中外形的测验揭示在纬线中存在更大的压缩量。因此在模型中纬线压缩量选为5级，经线压缩量选为0级。这样产生与实际布样对照的模型图象卡规测量厚度(0.0116英寸)平面差(0.0001英寸纬线高)网孔数×织物支数(86×77)直径(0.15毫米MD和CD)应用相同的计算机模型和限定线的密度，在直径和表面的平面差与样品保持一致情况下，取尽可能高的压缩量(20％)以便确定适合于造纸者可能得到的最薄的卡规测量厚度。这里使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)经线和纬线，通过经验分析得到20％压缩量的极限。得到卡规测量厚度为0.0095英寸。用这些直径的单丝组份不能得到带BIKE层的0.0070英寸卡规测量厚度。
粘合结构可以用在多层PMC产品中作为顶层，以便获得更薄的结构，更强的抗腐蚀和抗污染力，对高压冲洗的排水有增强的耐受力和独特的细孔结构等等优点。
图7显示平纹结构的织物，在经线和纬线中用的纱是由双组份纤维编织在凯夫拉尔(Kevlar)芯周围的纱直接构成。从图7中可以观察到在纱的相交点纱与其他的纱互相连接。这可归因于纱的热熔，在将织物加热到高于外皮材料的熔点，但低于芯材料的熔点后，双组份材料的外皮互相熔化在一起。
图7中显示的织物的经纱和纬纱两者有相同的结构。内芯纱是高模量Kevlar49的约134根单丝。围绕Kevlar内芯编织8根双组份纱。每根纱由16根双组份单丝组成。该单丝是250旦尼尔，16长丝支数，有低熔的共聚酯外皮材料和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的芯，共聚酯外皮的熔点低于PET芯的熔点，市场上有售kanebo公司的产品，注册商标为贝尔卡布尔(BellCoaple)。
8根双组份纱围绕kevlar内芯编织。编织物形成相对稳定的结构，且可以用缠绕的高模量纱来织造织物。对该技术熟悉的人很容易理解按照各种方法织造的这样的织物。在织物织造完工后，在张力状态下放置，加热到高于外皮的熔点，但低于芯的熔点的温度，然后冷却到低于外皮熔点的温度。
由于熔化的包覆的双组份纤维的特性和它们可以形成的独特结构，可以使用比常规单丝所要求旦尼尔低的纤维。使用低的旦尼尔纤维提供如下优点，造纸织物要比常规单丝构成的造纸织物薄，而不会牺牲织物的强度。
由于高模量材料，象Kevlar的优良性能，有可能织造与常规材料织造的织物相比具有相同的强度，或者甚至更大强度的织物，而且在织物结构中使用更少的材料。也就是说，本发明的织物在一个重量基准上具有更大的或相同的强度。
图8显示一种织物，其中在经线方向使用上面图7描述的纱。纬线方向纱是由9股材料组成。也就是说，它们是图7中描述的双组份材料的9根纱的合股。合股纱是松捻在一起的。该纱有明显的扁平外表。也就是说，在热熔之后，纱取带状的外表。
此外，因为各个单丝可以与经纱成一倾斜角放置，有可能获得独特的细孔形状，利用外皮/芯丝的针织织物，接着粘合成如图9中所示的结构，也可以得到另一种独特的细孔。还有，可以应用这种结构作为多层织物的顶层，以便利用其独特的细孔形状和单平面织物具有的其他优点。
在PMC加压织物中使用外皮/芯丝可增加三方面的好处。针的损伤将减小。针可以穿透纱束而对该束几乎没有损害。这样可推进毛层纤维通过纱线，和在粘合之后，毛层纤维将基本上被锁定在合适位置上。由于热粘合，毛层纤维的脱毛将减小。毛细管作用是纸张从压机辊隙出来后重新变湿的原因。水可沿着基底织物中的经线纤维被推向前，在纸张从压机辊隙出来后水又回到纸张中。基底织物的热粘合将消除流体移动的这些路径，将迫使水通过基底织物进入到底纤维网，以便将其捕捉并用真空技术除去。
在讨论进入织机时双组份纱中加捻水平的影响时产生几种说法。加工过的纱，即使有的话也只有一点点捻度。如果在加载的纱中存在捻度，在重绕和整经操作中一般会丧失捻度。当纱通过织机前进时没有加捻的纱易于磨损和缠绕。缠绕产生很不容易清理的棱口，所以制造的织物是用手工纺织。
加捻的纱在整个纺织过程将保持互相密合的束状，避免了纱线磨损和缠绕问题，这样有助于织物的整个可织性。
已经显示加捻的结构与相同特性的不加捻纱比较有较高的断裂强度，但是当加捻的水平超过一临界时断裂强度又减小，超过临界值由于各个单丝的轴向定向和内部应力增加，使断裂强度实际上下降。在纺织过程中纱的强度有很重要的意义，所以加捻的程度是应该关注的。
加捻的水平可以影响织物顶层表面的整个特性。用松捻纱纺织的织物是密实的，换句话说，它们缺乏孔隙度，因为在熔化成带状结构时纱变平。较高的加捻水平将影响成品结构中纱的圆度。加捻水平可以控制顶层的孔隙度，只要改变纱中加捻的程度就可简单地制造不同的织物。通过加捻的水平可以改变孔的几何形状。在经线和纬线两个方向上对称加捻得到方孔。不对称加捻将得到矩形的，细长的孔。低水平的加捻将得到平的织物，较高的加捻水平将把网纹传给表面，接近常规织物的表面。可以不改变织机的构型而改变孔的尺寸。可以不改变织机的构型而改变孔的几何形状。可以用加捻水平改变织物表面特征。
权利要求
1．适合用于造纸机成形、加压和干燥工序的造纸机织物，包含相交和互相连接的纱线的一种结构，纱线由一组双组份单丝纤维组成，该双组份单丝纤维有外皮组份和芯组份，其中外皮组份从熔点低于芯组分熔点的材料中挑选，其特征在于将该组双组份单丝纤维加热到高于外皮熔点但低于芯熔点的温度，和将纱在第一方向和第二方向呈有序的非随机相交式样排列，并且这些纱线互相连接。
2．如权利要求1所述的造纸机织物，其特征在于，造纸织物的纱是机织的。
3．如权利要求1所述的造纸机织物，其特征在于，造纸织物的纱是针织的。
4．如权利要求1所述的造纸机织物，其特征在于，造纸织物的纱是排列在第一机器方向和第二横穿机器的方向。
5．适合用于造纸机成形、加压和干燥工序的造纸机织物，包含相交和互相连接的纱线的一种结构，纱线由一组双组份单丝纤维组成，该双组份单丝纤维有外皮组份和芯组份，其中外皮组份是从熔点低于芯组份熔点的材料中挑选的，其特征在于将该组双组份单丝纤维加热到高于外皮熔点但低于芯熔点的温度，和将纱在第一方向和第二方向呈有序的非随机相交式样排列，并且这些纱线互相连接，其中该造纸织物与常规单丝织造的造纸织物相比较，显示比较平，更光滑，更薄，呈现抗污染性提高，表现出尺寸稳定性改进，显示抗沾污力增加，不易原纤维化，表现抗磨损性提高，耐用性增加。
全文摘要
本发明的目的在于包含互相连接的双组分纤维(1、2)的造纸机织物。在本发明的一个实施方案中,造纸机织物完全由在机器和横穿机器的方向两个方向上的双组分纤维构成。优点是采用独特的双组分纤维结构,此结构允许选择不同的材料作为外皮组分和芯的组分。例如,外皮材料的熔点可以低于芯材料的熔点。因此,在外皮组分的熔点低于芯组分熔点的地方可以形成双组分纤维的熔化的、粘结的结构(5)。通过加热由双组分纤维构造的织物到某一温度,该温度大于外皮组分的熔点,但低于芯组分的熔点,接着把织物冷却到低于外皮组分的熔化温度,将得到一种熔化的、粘结的结构。
文档编号D03D15/00GK1208444SQ97191734
公开日1999年2月17日 申请日期1997年9月12日 优先权日1996年9月17日
发明者J·S·登顿, D·B·伊格勒斯, J·G·奥肯诺, R·B·达维斯 申请人:阿尔巴尼国际公司