專利名稱：包覆高模量材料的紗線和由其形成的織物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明領域是涉及高模量材料，例如聚合物材料，被第二種材料包覆的紗線。該紗線可被用于構成使用在造紙機網(wǎng)布中的織物和其它工業(yè)上使用的織物。
背景技術：
造紙機網(wǎng)布是對使用于造紙機之成形，壓制和干燥部分中的工業(yè)織物的專用術語。其通常用聚酯或是聚酰胺復合絲和/或單線在普通的大型紡織機上織造而成。這些織物一般由傳統(tǒng)的紡織技術織造而成。
所有造紙機網(wǎng)布(PMC)的主要功能是從紙張片材中去除水。由于造紙機的制造廠和造紙者二者都要增加造紙工藝過程的速度和改善紙張質量，而對PMC織物已發(fā)現(xiàn)一些新的障礙，因而需要改善材料和織物結構。此外，PMC制造廠也尋求更有效的PMC織物產(chǎn)品和增強其關鍵的質量特性。
現(xiàn)今，造紙機有著非?？斓乃俣龋灾掠谑箍椢锝Y構厚度首先限定了除水速率，尤其是在成形部分中，未充分的除水造成片材的低強度。而片材的強度對于輸送并保持片材特性經(jīng)過下一步驟，亦即更有危害性的片材去水步驟是十分關鍵的。一種可能的解決方法是加長機器的成形部分的長度，但這種方法相當?shù)牟唤?jīng)濟并因此減少其使用壽命。另一解決方式是PMC制造廠生產(chǎn)更薄的織物，但在織造工藝過程中，盡可能最小尺寸是使用在經(jīng)紗和緯紗方向上的長絲的混合直徑。一些標準如尺寸穩(wěn)定性，織物強度和織物壽命實際上造成對于長絲直徑細度及織物的整體厚度的限定。在許多PMC配置中，其特性的折衷方案是不適宜的或不實際的，而事實上現(xiàn)今較高的機器速度還要求其特性更進一步增強。
因此，比較于目前現(xiàn)有的網(wǎng)布無疑需要高強度，低重量，相對更薄的網(wǎng)布。
PMC織物的表面外形是影響紙張產(chǎn)品質量的因素之一。已做了大量工作以使得形成一個與紙張片材相接觸的較光滑的表面。然而，PMC機織織物的表面光滑度要受到由織物組織圖和長絲物理特性形成的外形之限制。在機織織物(或針織織物)中，光滑度受到形成在交叉紗線的交點上之結節(jié)的固有限制。
高模量材料是供應用于要求高機械性能和輕質量使用的潛在材料。在重量特性的基礎上，高模量聚合物比起金屬和陶瓷來具有一特殊的優(yōu)點。
高模量聚合物是高異向性的，并且高模量是僅在分子鏈取向方向上獲得的。事實上，垂直于分子軸的特性比在縱向方向上表現(xiàn)的特性顯示出非常低的值。因此，低的剪切變形和壓縮特性呈現(xiàn)在垂直于分子軸的方向上。
為了補償特性上的差異，在本技術領域中已知一些組合設計原理。其代表是US 4,927,698，該專利揭示了這樣的紗線，即在可收縮的短纖維外層內(nèi)有例如是Kevlar和Nomex的阻燃長絲的芯，其外層紗線通過在第一交聯(lián)樹脂，第二交聯(lián)樹脂，Kevlar和Nomex組分和短纖維組之間的反應而呈現(xiàn)出以化學方式粘合到阻燃芯部上。
發(fā)明概述本發(fā)明針對一種包覆有高模量長絲材料的紗線及由該紗線形成的織物。本發(fā)明目的是用來提供一種復合長絲材料，其表現(xiàn)出了高模量材料的一些優(yōu)點，同時為補償在垂直分子鏈取向方向上由此纖維表現(xiàn)出的被減少的特性提供一種方法。
本發(fā)明為一種復合長絲結構，其中高模量長絲材料被雙組分長絲所包覆。復合長絲結構具有高模量長絲材料的第一內(nèi)層和雙組分纖維的第二外層，雙組分纖維的第二外層圍繞著高模量材料的第一內(nèi)層并沿著其整個長度而進行包覆。。高模量材料的整個表面區(qū)域應被包覆。
本發(fā)明的雙組纖維既可以是皮芯型排列的或是并列排列的，而被優(yōu)選的是采用皮芯型的。更好的是皮組分具有比芯組分低的熔點。
相適應的雙組分纖維包括如下的一些皮芯型組合共聚多酯/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚酰胺/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚酰胺/聚酰胺，聚乙烯/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚丙烯/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚乙烯/聚酰胺，聚丙烯/聚酰胺，熱塑性聚氨基甲酸酯/聚酰胺和熱塑性聚氨基甲酸酯/聚(對苯二甲酸乙二酯)。
在此所使用的“模量”表示如由在室溫下一變形的樣品的負荷拉伸特性曲線(應力-應變曲線)之初始線性部分的斜度而確定的抗拉模量。
在此所使用的高模量材料包括高模量聚合物，其表現(xiàn)出抗拉模量大于理論的約25％。換句話說，高模量聚合物就是一種具有抗拉模量大于約25GPA的聚合物，(見聚合物學百科全書2d ed.Vol 7.PP.699-722.)。應當注意的是，高取向聚合物結構是非均質的，而作為模量隨著提高分子鏈聚向度而增加，而在其它方向模量成適應比例地減小。
相適宜的高模量聚合物包括如下，但不限于此芳族聚酰胺例如聚(對苯二甲酰對苯二胺)，可從杜邦(DUPont)獲得，商品名Vevlal，其它的芳族聚酰胺例如Vevlal(可從Phone-Poulenc獲得)Arenka可從Akzo獲得，Nomex(可從Dopont獲得)，聚萘乙二醇酯(PEN)，聚(對苯苯并雙噻唑)，聚酯，玻璃纖維(glass)，芳族聚酰胺樹脂Arenka，可從Akzo獲得的芳族聚酰胺，熱致的共聚酯例如Vevlal(Celanese)和Xydar(Dart)，高模量聚乙烯纖維例如Spectra 900(Allied)。
本專業(yè)普通技術人員應理解的是可有一些將高模量內(nèi)芯(部)包覆的方法，例如編織和包纏。雙組分纖維繞著高模量內(nèi)芯(部)的編織提供了一種具有良好穩(wěn)定性的結構。將高模量纖維用雙組分纖維材料包纏是另一種適宜的方法。既可用單包覆機或者也可用雙包覆機來包覆纖維。在任何一種情況下，芯纖維以選定的間距而被螺旋形地包覆。
在本發(fā)明所構成的織物中，利用了雙組分長絲特殊結構的優(yōu)點。皮組分的熔點低于芯組分的熔點，并低于高模量內(nèi)芯(部)的熔點。改善的結構完整性是通過加熱織物而被賦予的，其織物是由紗線而形成的，在織物中紗線相互相交，加熱織物時使溫度超過皮組分熔點溫度，但低于芯組分和高模量內(nèi)芯(部)的溫度，隨后接下來進行冷卻。下面提及的熱熔的工藝過程使雙組分纖維的皮組分進入一軟化狀態(tài)，于是當冷卻到低于皮組分材料的熔點時，紗線在接觸點熔合在一起。這樣的接觸點多半是紗線相互相交的點。
因為本發(fā)明的織物改善了穩(wěn)定性，應當確信的是，由本發(fā)的復合紗線構成的單層織物可成功地運用在造紙機上。即，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)單層狀織物的方法，該織物能夠承受住造紙機網(wǎng)布所經(jīng)受的需求條件。通常，為了承受所要求的運行條件，織物必須由至少兩層構成，以確?？椢锞哂幸欢ǖ某叽绶€(wěn)定性和強度。
本發(fā)明還能用于多層結構的頂層結構，應當確信的是，以這樣的作為一個頂層的使用方式，就為普通材料之應用提供了一些優(yōu)點。這是由于在織物的表面上減少了結節(jié)尺寸并減小了織物厚度。減少的結節(jié)尺寸會產(chǎn)生一種較光滑的織物表面，這是造紙廠所希望的特征。也有可能的是，使用本發(fā)明高模量復合紗線可制成較薄的織物，由于高模材料具有極好的抗拉特性，這就意味著可使用較少的材料而達到由普通織物所具有的強度。本發(fā)明還可用于多層結構的基層。該層材改善的尺寸穩(wěn)定性使其非常好的適用于這種應用。把根據(jù)本發(fā)明的織物作為基層的應用會給整個織物結構賦予一定的優(yōu)點。因為本發(fā)明的復合紗線在沿紗線軸向上顯示出相對高的強度，故利用這種織物層作為基層能提供整個織物結構所要求的穩(wěn)定性和強度。因此，較少剛性的材料可用于其它織物層，例如使造紙廠能夠選擇細旦的纖維來構成其它層。于是，織物以這種方式同樣可制成較薄。由于能夠改善排水特性，而較薄的織物正是所希望的。
在本發(fā)明的一個較佳的實施例中，本發(fā)明的紗線是一種網(wǎng)布的至少一層的底部組成部分。在多層網(wǎng)布的情況下，至少一層是由本發(fā)明的紗線構成的，并且最好是使這個表面層和紙張片材相接觸。不管織物是單層還是多層，雙組分纖維是以有序的非隨意的方式而排列的。由于以有序非隨意的方式排列，這就意味著，網(wǎng)布的纖維沿著第一個方向布置；第一方向的纖維不與沿第一方向布置的其它纖維相交；而網(wǎng)布的纖維還沿著第二方向布置；該第二方向上的纖維不與沿第二方向布置的其它纖維相交，反之亦然。例如，在機器方向上排列的纖維相互之間將不相交，而這些纖維將僅與沿機器橫向方向的纖維相交。較好的是，本發(fā)明的網(wǎng)布是由沿機器方向或機器橫向方向布置的纖維構成，但是這樣的網(wǎng)布也可由沿與造紙機的機器方向和機器橫向方向成一些角度的方向布置的纖維構成。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的一種復合編織物；圖2是本發(fā)明的另一種復合編織物；
圖3是本發(fā)明紗線的橫截面圖；最佳實施例的詳細說明圖1是由本發(fā)明的紗線構成的一種織物。該織物是一種平紋組織結構，經(jīng)向和緯向方向上所采用的紗線是由本發(fā)明的紗線構成。由圖1可觀察到，紗線在一些位置上與其它紗線相互連接，在所述的這些位置處紗線相交，這可歸因于紗線的熱熔合，其中，雙組分材料的皮層在把織物加熱到皮層材料的熔點之上而低于芯部材料的熔點之后時相互被熔合。
示于圖1中的織物的經(jīng)紗和緯紗兩種紗線是相同的結構。高模量內(nèi)部的紗線約是Kevlar49的134根長絲。8根雙組分紗線被繞著Kevlar內(nèi)芯(部)編織。每一紗線由16根雙組分長絲構成。長絲源于Kanebo的Bellcouple16根長絲支數(shù)為250旦尼爾，其具有低熔點的共聚酯皮層材料和聚(對苯二甲酸乙二醇酯)的芯部，而共聚酯皮層的熔點低于PET芯部的熔點。
8根據(jù)雙組分紗線繞著Kevlar內(nèi)芯(部)編織。其編織形成一種相對穩(wěn)定的結構，并且這種包覆高模量的紗線能夠用于形成如圖1所示的織物。這樣的織物可根據(jù)專業(yè)技術人員熟知的一些方法而形成。在織物形成之后，被放在張力下，加熱至高于皮層熔點而低于芯部熔點的溫度，然后冷卻到低于皮層熔點溫度。
由于本發(fā)明的織物改善了穩(wěn)定性，可以確信，由本發(fā)明的復合紗線構成的單層織物可成功地運行在造紙機上。即本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)單層織物的方法，該織物能夠承受住造紙機網(wǎng)布所經(jīng)受的需求條件。
通常，織物必須由至少兩層構成，以確?？椢锞哂行枰某叽绶€(wěn)定性和強度，以便承受住所要求的運行條件。然而，因為本發(fā)明的造紙機網(wǎng)布的特點在于是高模量，低牽伸材料；織物的剛性和尺寸穩(wěn)定性通過高模量材料的層材而提供，因此，一層織物就能滿足了。換句話說，由于通過這樣的材料而提供有高強度，故能夠在所構成的織物中使用較少材料而產(chǎn)生等于或者甚至大于那些含有非常多材料的多層材料的強度。
實現(xiàn)一個單層織物設計是PMC設計上的一個實質性的重要技術革新。隨著機器速率的增加，減少了排水時間，實現(xiàn)盡可能最薄厚度的能力變得更加重要，由于單層組物比多層織物薄，從而減少了為排除其液體(水)所需通過的距離。
本發(fā)明還可用于多層結構的頂層結構，并且可以確信的是，以這樣的作為一個頂層的使用方式，為在普通材料上提供了一些優(yōu)點，這是由于在表面上增加了平整性。增加平整性是在紗線相交位置上減少了結節(jié)尺寸的結果。當織物熱熔時，雙組分纖維的低熔點組分陷縮并流動，從而減少了交點處的結節(jié)尺寸。
本發(fā)明還可用于多層結構的基層。這種層材所被改善的尺寸穩(wěn)定性使其非常適用于這種用途。這樣，其它材料，例如細直徑材料可用于其它層，這是由于通過高模量材料構成的層材已被賦予穩(wěn)定性和強度。在紙張層材接觸層上采用細直徑材料能夠改善表面光滑度，這是造紙機網(wǎng)布所希望的一個特征。
圖2示出了一種織物，其中相對于圖1所述的紗線被用于經(jīng)紗方向上。緯紗方向的紗線是由9根(Ply)材料構成。即它們是如圖1所述的雙組分材料的9根紗線的一合股線。這些合股線被松馳地捻在一起。該紗線具有一個明顯變平的外觀。即在熱熔之后，紗線呈現(xiàn)一帶狀外觀。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的復合紗線的一橫截面。Kevlar內(nèi)芯(部)是如一清楚區(qū)域可見的。雙組分外部是非離散的。
當運行在造紙機上時，根據(jù)本發(fā)明的織物將比普通單絲構成的網(wǎng)布保持得更清潔。由雙組分纖維構成的織物的熱熔之特征在于，部分熔融相交的紗線。比較起來，普通的單絲在紗線相交點處具有一些間隙。在雙組分纖維的相交處的熔融接合則減少了并盡可能消除了這種間隙。間隙就是一些窄點，在該窄點處一些碎屑隨時可能被夾住并被收集。因此，熱熔所相交的由雙組分纖維生產(chǎn)的紗線提供了一種比由普通單絲構成的網(wǎng)布能保持較清潔的結構。
本發(fā)明的造紙機網(wǎng)布被認為具有優(yōu)于由單絲構成的普通網(wǎng)布的另一優(yōu)點是這種網(wǎng)布在相交點處呈現(xiàn)出相對平的，無結節(jié)的表面。應能容易理解到，當纖維是被機織(或針織)時，則形成一些結節(jié)，其減弱了表面光滑度。如上所述，當雙組分纖維熱熔接合時，可減少結節(jié)尺寸，這就改善了表面光滑度。表面光滑度是影響紙張質量的一個因素。因此，改善了光滑度的網(wǎng)布是紙和有關產(chǎn)品制造廠商所關心的。當由雙組分纖維構成的網(wǎng)布熱熔時，在所相交的纖維之間粘合的網(wǎng)狀物將會形成。這種物理粘合比起由單絲構成的普通網(wǎng)布來改善了尺寸穩(wěn)定性。由于雙組分纖維的特征和它們形成的特有結構，比起要求用于普通單絲的旦數(shù)來說可使用旦數(shù)較低的纖維。采用較低旦數(shù)的纖維具有網(wǎng)布較薄于普通單絲構成的網(wǎng)布的優(yōu)點，而無損于織物強度。
權利要求
1.一種由第一種高模量長絲材料和至少一個第二種長絲組成的復合紗線，其中第一種高模量材料被第二種材料包覆，其包括第一種高模量長絲材料；第二種雙組分長絲材料，該第二種雙組分長絲材料具有一外皮組分和一芯部組分，其中第二種雙組分長絲材料繞著第一種高模量長絲材料包覆并且沿著復合紗線的長度把第一種高模量材料包起來。
2.根據(jù)權利要求1的復合紗線，其中第一種高模量材料選自下列(材料)所構成的組；高模量聚酰胺，芳族聚酰胺，聚(萘乙二醇酯)，玻璃纖維，熱致的，芳族共聚酯，聚(對苯-苯并雙噻唑)，聚酯，高模量聚乙烯纖維，和它們的混合物。
3.根據(jù)權利要求1的復合紗線，其中雙組分纖維的皮-芯型組合物是選自下列組合物共聚多酯/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚酰胺/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚酰胺/聚酰胺，聚乙烯/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚丙烯/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚乙烯/聚酰胺，聚丙烯/聚酰胺和熱塑性聚氨基甲酸酯/聚(對苯甲二酸乙二酯)。
4.根據(jù)權利要求1的復合紗線，其中第一內(nèi)部紗線層由許多高模量長絲進一步組成。
5.根據(jù)權利要求1的復合紗線，其中第二種外部紗線層是由一些雙組分紗線進一步組成，每一雙組分紗線將是由具有皮芯型排列的雙組分長絲進一步組成。
6.一種用于造紙機的成形，壓制或干燥部分中的織物，該織物具有至少一層，該至少一層包括一種由高模量材料和至少第二種材料構成的復合紗線，其中高模量材料被第二種材料包覆，其包括高模量長絲材料的第一種內(nèi)部紗線層；雙組分長絲材料的第二種紗線層，該雙組分長絲材料具有皮層組分和芯部組分，其中雙組分長絲材料繞著第一種高模量長絲材料而包覆，并且沿著復合紗線的長度把第一種高模量長絲材料包起來。
7.根據(jù)權利要求6所述的織物，其中構成織物的紗線是機織的。
8.根據(jù)權利要求6所述的織物，其中構成織物的紗線是針織的。
9.根據(jù)權利要求6所述的織物，其中復合紗線在經(jīng)紗方向和緯紗方向上延伸。
10.根據(jù)權利要求6所述的織物，其中復合紗線在經(jīng)紗方向上延伸。
11.根據(jù)權利要求6所述的織物，其中復合紗線在緯線方向上延伸。
12.根據(jù)權利要求8所述的織物，其中第一種高模量材料選自下列(材料)構成的組高模量聚酰胺，芳族聚酰胺，聚萘乙二醇酯，玻璃纖維，熱致的芳族共聚酯，聚對苯苯并雙噻唑，聚酯，高模量聚乙烯，和它們的混合物。
13.根據(jù)權利要求6所述的織物，其中雙組分纖維的皮-芯型組合物是選自下列組合物共聚多酯/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚酰胺/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚酰胺/聚酰胺，聚乙烯/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚丙烯/聚(對苯二甲酸乙二酯)，聚乙烯/聚酰胺，聚丙烯/聚酰胺，熱塑性聚氨基甲酸酯/聚(對苯二甲酸乙二酯)。
14.根據(jù)權利要求6的織物，其由許多高模量長絲進一步組成。
15.根據(jù)權利要求6的織物，其中第二種外部紗線層是由許多雙組分紗線進一步組成，每一雙組分紗線是由具有皮芯型排列的雙組分長絲進一步組成的。
16.根據(jù)權利要求6的織物，其中織物被加熱到高于皮層組分的熔點而低于芯部組分的熔點溫度，并冷卻到低于皮層組分熔點的溫度。
17.根據(jù)權利要求6的織物，其中復合紗線在織物形成之前被熱熔。
18.根據(jù)權利要求6的織物，其中織物是一種單層織物。
全文摘要
本發(fā)明涉及包覆高模量長絲材料的紗線及由該紗線形成的織物。本發(fā)明是用來提供一種復合長絲材料,其呈現(xiàn)出高模量材料的優(yōu)點,同時提供一種方法用于補償織物在垂直于分子鏈取向方向上表現(xiàn)的被削弱的一些特性。本發(fā)明的復合長絲結構是一種用雙組分長絲包覆的高模量長絲材料。復合長絲結構具有高模量長絲材料的第一內(nèi)部層和雙組分纖維的第二外部層,雙組分纖維的第二外部層是繞著高模量材料的第一內(nèi)部層沿著其整個長度包覆的,高模量材料的整個表面區(qū)域應被包覆。
文檔編號D02G3/22GK1207144SQ97191589
公開日1999年2月3日 申請日期1997年9月12日 優(yōu)先權日1996年9月18日
發(fā)明者J·S·登頓, D·B·伊格勒斯, J·G·奧肯諾, R·B·達維斯 申請人:阿爾巴尼國際公司