網狀結構件/織物層壓製品的製作方法
2023-06-27 12:32:21
專利名稱：網狀結構件/織物層壓製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製造層壓製品的方法，這種方法包含提供一種諸如具有由較厚的並且是非取向的或較少取向的部份連接起來的取向線股的網格或土木建築網格(geogrid)或網那樣的塑料網狀結構件；提供一種用於層壓到該網狀結構件上的織物；加熱所述較厚部份使其表面軟化或熔化；將網狀結構件與織物一起通過由擠壓構件與承託構件形成的輥隙，使所述較厚部份的軟化的或熔化的塑料材料穿入織物內；最後將這樣成形的層壓製品冷卻。本發明還涉及層壓製品本身和層壓機。
在US5,152,633(Mercer等人)中公開了這種方法與層壓製品。在所述的工藝過程中，網狀結構件和織物在形成一種起始輥隙的兩輥之間通過。但是這些輥子有一種所謂的「櫻桃核效應」(cherry stone effect)的將塑料材料從其起始位置向後擠壓的傾向。這就降低了可用於穿入織物的塑料材料的厚度，並降低了網狀結構件與織物之間的粘結強度。
在US5,152,633所示的工藝過程中，熱通過織物加到網狀結構件上，為了避免織物收縮，選用其軟化或熔化溫度比所述較厚部份的表面的軟化或熔化溫度高的織物。但是，在一些情況下希望採用其軟化或熔化溫度跟所述較厚部份的表面的軟化或熔化溫度相同或低一些的織物。
網狀結構件的取向線股不應加熱太過以致使線股變成非取向的；對於一些諸如增強瀝青這樣的應用場合來說，不希望線股粘附到織物上。
在本申請文件中使用了「軟化或熔化」的說法。塑料材料在其熔化點前顯著地軟化，因而使其熔化點顯得不確定。塑料材料並非必須要熔化來使它穿入織物內，但應當理解到塑料材料此時必須要足夠地軟。
根據本發明，所述擠壓構件具有表面凸起，這些表面凸起跟織物的與網狀結構件接觸的面的反面接合，通常至少有一個凸起通過織物跟網狀結構件的需要粘結的基本上每個所述較厚部份接合。權利要求2至14要求保護的是本發明的優選的或可供選擇的特徵。本發明擴展到由本發明的方法制出的層壓製品和設置來實現本發明的方法的機器。
使用本發明，凸起跟網狀結構件的所述較厚部份接合併且軟化或熔化的塑料材料大致保持就位在較厚的部份上，將織物壓入每一較厚部份的軟化或熔化的表面內，並在織物上壓出刻痕。這就可以部份地或全部地防止「櫻桃核效應」出現，這是因為軟化或熔化的塑料材料被截留在凸起之間並且不會被擠壓出較厚部份之外。在不存在織物時，凸起將完全嵌入軟化或熔化的塑料材料內並且在凸起之間的溝槽將被軟化或熔化的塑料材料填滿。在存在織物時，每個凸起的尖頂將織物劇烈地壓入軟化或熔化的塑料材料內，但在成對的凸起之間的織物被繃緊橫跨軟化或熔化的塑料材料溶池，因此，軟化或熔化的塑料材料不得不通過織物進入溝槽的空間內。與僅僅將織物粘附到網狀結構件上的情況不同，這種方式保證了織物纖維最大限度地被塑料材料包裹住。換句話說，由於塑料材料被凸起扣留住，可用於穿入織物的塑料材料的厚度就變得較大，因而顯著地提高了粘結強度。這樣，本發明使人們能夠通過將織物與網狀結構件兩層材料僅在網狀結構件的節點上離散地連接而將織物層壓到網狀結構件上，而不須外加諸如熱熔劑或粘接劑的其它材料。
凸起從沿機器方向取的截面看最好是不連續的。凸起最好是以離散的小凸起的形式呈現，一般是公知的滾花形式。凸起最好呈金字塔形。但是，只在是規則的和精確的，任何形狀的凸起都是可用的，諸如由橫向的(平行於擠壓輥的軸線的)溝槽形成的軸向凸脊、或縱向的(圓周向的)凸脊或螺旋形凸脊。每個凸起的通過織物跟一個所述較厚部份接合的尖端的面積最好是顯著地小於在該較厚部份上的軟化或熔化的塑料材料的面積。凸起的大小與間隔最好是設置成使多個凸起將通過織物跟網狀結構件的基本上每個所述較厚部份接合。例如，如該面積是20mm×20mm，凸起的間距最好不小於約1mm；如該面積是1/2mm×1/2mm，凸起的間距最好是約0.1mm到約0.2mm。這樣的凸起跟所述較厚部份的表面面積的只有一個小的部份牢固地接合。這就保證織物在這些點上被強烈地壓入軟化或熔化的塑料材料內並且還保證軟化或熔化的塑料材料的主熔池保持跟織物接觸以保證最大的接合。在每個所述較厚部份上只有單一的一個接觸點起作用也是可以的，但這不是優選的方式。
如果不需要在全部所述較厚部份上進行粘結或全強度粘結，可以在擠壓構件上只選定一些區域配設凸起，其它區域是平滑的或凹陷的。例如，在擠壓輥上可在周向的或螺旋形的或橫向的帶上配設凸起。
凸起的高度最好不要小於織物的平均壓縮厚度(即在一個試驗過程中測得的厚度，在這個試驗過程中，織物在兩塊平板之間被壓縮，並測量兩平板之間的距離)，並且最好不小於織物中的最大直徑的纖維的平均壓縮直徑(該直徑可以用同樣的方法測得)。凸起的高度取決於所預期的軟化或熔化的塑料材料的深度。該高度可以例如不小於該較厚部份的大約5％；該高度可以例如不大於該較厚部份的大約20％；該高度可以例如為該較厚部份的大約10％。該高度最好不小於約0.2mm或0.3mm，或在一些實施例中甚至不小於約0.7mm。在一個優選實施例中，該高度不大於約0.6mm或0.5mm；在另一優選實施例中，該高度不大於約1.5mm或1mm，並可以是約1mm或稍小一些。
沿機器方向(MD)與沿橫向方向(TD)的間距取決於接合點的機器方向與橫向方向的尺寸。一個或兩個間距都可以例如不小於該較厚部份或其軟化或熔化表面的在相應方向上的長度的約15％或20％；一個或兩個間距都可以例如不大於該較厚部份或其軟化或熔化表面的在相應方向上的長度的45％、50％或60％。在一個優選實施例中，一個或兩個間距都不小於約1.5mm；在一個優選實施例中，一個或兩個間距都不大於約3mm。
希望要進行層壓的織物能夠跟網狀結構件的表面具有相同的軟化或熔化溫度，甚至希望織物的軟化或熔化溫度低於網狀結構件的表面的軟化或熔化溫度。例如，一種聚丙烯織物/網格層壓製品可用於瀝青增強，並且瀝青表面可以在後來通過拿起、熔化進行回收並重鋪。在這種情況下，在本發明的方法中，織物纖維可能有一些表面熔化，但應避免使織物結構有顯著的熔化。這是通過小心平衡織物的溫度和在所述較厚部份上的軟化或熔化的塑料材料的體積與被塑料材料包住的纖維的體積之比來實現。如果有過多的軟化或熔化的塑料材料，那就有可能會出現織物纖維會有一些不可接受的軟化或熔化；如果軟化或熔化的塑料材料太少，那就將導致不足夠的粘結；如果軟化或熔化的塑料材料的份量大致正合適，由於軟化或熔化的塑料材料包裹著每根纖維，塑料材料跟纖維接觸的表皮就會立即被急冷至低於其軟化或熔化溫度並低於纖維的軟化或熔化溫度，在纖維之間沒有足夠份量的熔化的塑料材料來將該表皮重新加熱到其軟化或熔化溫度。在實踐中經已發現，當織物與網狀結構件具有相同的軟化或熔化溫度時，機器在工藝過程顯示得非常「結實」，沒有很臨界的控制極限。
雖然網狀結構件經過加熱，但是發現如果將織物加熱、例如在其跟網狀結構件接合前加熱，粘結強度可得到進一步提高，因為即使織物具有相對於網狀結構件的表面的軟化或熔化溫度是相同的或低一些的軟化或熔化溫度，這將降低塑料材料的急冷並使塑料材料能夠進一步穿入織物內或甚至穿到織物的另一側；這將改進網狀結構件的較厚的部份的塑料材料對織物纖維的包裹。通常在進行層壓過程中不需要將與第一幅料的熔化表面接觸的第二幅料進行預熱，這是因為可以對表面進行處理或對表面提供各種粘接性能以改進表面的粘結。預熱可以例如通過使織物圍繞一個分立的預熱輥與/或通過加熱該擠壓輥並使織物在到達輥隙前跟擠壓構件的一段較大的長度或弧面接觸來實現。加熱擠壓構件的優點在於使熔化的塑料材料的溫度在輥隙中的整個擠壓過程中保持儘可能地高以保證塑料材料與織物的纖維有良好的接合。
如有需要，層壓製品可以在離開輥隙後立即進行強制冷卻。
網狀結構件最好在與織物接合前加熱。這使人們能夠使用相對於網狀結構件的表面的軟化或熔化溫度相同的或較低的軟化或熔化溫度的織物。儘管如此，如果織物具有較高的軟化或熔化溫度，就有可能在織物跟網狀結構件接觸時將熱加到織物的對面以對網狀結構件的較厚部份的表面加熱。
網狀結構件加熱輥、如有需要的話連同織物預熱輥與/或擠壓構件可以通過例如250赫的電感應加熱，這種加熱方式使輥子或構件能夠保持乾淨並避免複雜的管路系統。輥子或構件可以具有任何合適的不粘表面。
雖然網狀結構件與織物的優選材料都是聚丙烯，但任何合適的材料都可以用，例如網狀結構件用高密度聚乙烯，織物用聚酯。
所述較厚部份可以是一種雙軸向取向的網狀結構件的或一種單軸向取向的網狀結構件的部份的(或幾乎全部的)橫條的接合點中的節點。
網狀結構件可以是例如通過拉抻一種由描述在US2,919,467(Mercer)或US 3,252,181(Hureau)中的方法之一生產的原材料制出的一種重量較輕的、網眼間距小的、雙軸向取向的網。由於可以用一個很小直徑的加熱輥來加熱這種網，所以這種機器的製造成本是低的；由於網眼節距小，就不會出現取向線股接觸熱輥的風險。但是，本發明在加熱例如其沿機器方向的網眼間距不小於約25mm或30mm的所謂網格(如用在土木建築工程(geoengineering)中則稱為土木建築網格)的大網眼間距的網狀結構件方面具有特別的效用。這樣的網格的重量不大於約150g/m2，儘管重量取決於例如橫向取向的數量，如果有的話。這樣的網格可以是例如由在US 4,374,798(Mercer)或US5,053,264(Beretta)中描述的方法之一制出的單軸向或雙軸向的拉抻網格。對於沿機器方向有很大間距的網狀結構件，就需要有一個很大的加熱輥來使取向線股不與熱輥接觸，或者是可以用一條被加熱的鋼傳送帶來進行加熱。一般說來，任何合適的加熱裝置都可以使用，最好是那種通過傳導將熱從一個以跟網狀結構件同樣的速度移動的熱構件轉移到所述較厚部份的接觸型加熱裝置。
本發明的層壓製品可以用於一種重量輕的或較脆弱的、一般是非織造的織物需要承託的任何應用場合中，例如在過濾系統中、在防侵蝕材料中或在既要求有織物的特性又要求有高強度網狀結構件或網格的特性的土木工程或其它類型的工程應用場合中。通過將網狀結構件層壓到織物上，就會大大地方便了安裝工作。本發明的層壓製品的一個具體用途是用在增強一種帶鋪面的表面，如US5,152,633(Mercer等人)所述。
本發明將通過實例結合附圖進一步描述。在附圖中，
圖1是一個用於根據本發明製造一種層壓製品的機器的示意性垂直截面；圖2是一個上擠壓輥的表面的部份的放大視圖。
圖1示出一個合適的層壓機的實例。網格1在受控制的張力的狀態下饋送入機器內。在圍繞著託輥2通過以後，該網格圍繞著一個被加熱的輥或鼓3的表面。鼓3的表面覆上一種合適的耐磨的不粘的表面，例如燒結的聚四氟乙烯與不鏽鋼。鼓3通過一個電感應加熱器4加熱，鼓3的溫度由一個紅外高溫計5測量。感應加熱器的輸出功率受控制以使鼓3的溫度保持恆定。格網1在離開鼓3後在以下擠壓輥6的形式呈現的承託構件與以上擠壓輥7的形式呈現的擠壓構件之間通過。鼓3和下擠壓輥6以與網格1通過機器的速度相同的表面速度驅動。織物8在受控制的張力的狀態下饋送入機器內，有需要的話可先圍繞著一個被加熱的預熱輥9通過，該預熱輥9的表面溫度保持在織物8的軟化或熔化溫度以下；預熱輥9的表面可鍍鉻。織物8然後圍繞著上擠壓輥7通過並在擠壓輥7與6之間的擠壓點部位與網格1接觸。有需要的話上擠壓輥7也可以被加熱以保持織物的溫度。上擠壓輥7在其表面上具有例如如圖2所示的滾花那樣的合適的凸起的圖案。上擠壓輥7可以跟鼓3一樣覆上一層不粘的表面，以保證任何穿過織物8的熔融的聚合物都被織物8帶走而不會留在擠壓輥7上積聚起來堵塞溝槽。如有需要，下擠壓輥6可用橡膠覆蓋。
網格1示出成一種在其接合點處具有較厚的節點的雙軸向取向的網格1，但也可以是一種具有較粗的橫條的單軸向取向的網格1。網格1的跟鼓3接觸的節點或條的表面被軟化或熔化，軟化或熔化的程度受控於鼓3的溫度、網格1進入機器時的張力以及網格1包繞鼓3的包繞角，該包繞角可通過改變託輥2的位置來調節。網格預熱鼓3的直徑足夠大以在網格1在張力下包繞著鼓3時以及在定向的機器方向的線股被拉成在接合點或節點之間的直線時防止鼓表面與定向的機器方向線股接觸。網格1以其節點的軟化或熔化表面在最上面的狀態進入擠壓輥7與6之間的輥隙，而織物8通過擠壓輥7與6之間的壓力被壓進此軟化或熔化表面內，使網格1與織物8層壓在一起。層壓製品10離開機器並自然冷卻。
在圖2中，線11平行於上擠壓輥7的軸線。以示例方式示出的凸起12呈菱形滾花，具有多組跟擠壓輥7的軸線成一個相當大的角度的溝槽，形成金字塔形的凸起。機器參數的實例擠壓輥7和預熱輥9的長度4700mm；擠壓輥7和預熱輥9的直徑300mm；加熱鼓3的長度4700mm；加熱鼓3的直徑1000mm；凸起的高度0.4mm；凸起的間距沿機器方向約為2.7mm，沿橫向方向為1.6mm(見圖2)；凸起的外形如圖2所示。工藝參數的實例網格是一種由US 4,374,798所描述的方法製成的雙軸向取向的聚丙烯網狀結構件塑料材料的熔化溫度約170℃；網格每平方米的重量200g；網格節點的機器方向節距65mm；網格節點的橫向節距65mm；網格節點的厚度4.4mm；網格股線的直徑0.8mm；
織物是一種用單絲縫編的聚丙烯無紡織物織物的熔化溫度約170℃；織物每平方米的重量130g；織物的平均壓縮厚度0.54mm；織物的最大纖維的直徑0.14mm；加熱鼓的溫度240℃；織物預熱輥9和上擠壓輥7的溫度120℃；軟化或熔化的節點的面積約7mm×7mm；層壓製品的前進速度4.7m/秒；層壓製品的寬度3800mm。
在上面的對本發明的描述純粹是示例性質，在本發明的精神內可以作出很多改變。
權利要求
1.一種製造層壓製品的方法，包含以下步驟提供一種具有由較厚的並且是非取向的或較少取向的部份連接起來的取向線股的塑料材料網狀結構件；提供一種用於層壓到所述網狀結構件上的織物；加熱該網狀結構件的所述較厚部份以軟化或熔化該較厚部份的表面；將網狀結構件與織物一起通過一個由一個擠壓構件與一個承託構件形成的輥隙，使該較厚部份的軟化或熔化的塑料材料穿入織物內；以及冷卻這樣成型的層壓製品；所述擠壓構件具有表面凸起，這些表面凸起跟織物的與網狀結構件接觸的面的反面接合，通常至少有一個凸起通過織物跟網狀結構件的需要粘結的基本上每個所述較厚部份接合。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，有多個所述的凸起通過織物跟網狀結構件的需要粘結的基本上每個所述較厚部份接合。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，凸起的高度不小於織物的大約平均壓縮厚度。
4.按前述權利要求中之任一項所述的方法，其特徵在於，凸起的高度不小於織物中的最大直徑的纖維的大約平均壓縮直徑。
5.按前述權利要求中之任一項所述的方法，凸起的高度不小於網狀結構件的所述較厚部份的大約5％。
6.按前述權利要求中之任一項所述的方法，其特徵在於，所述凸起以離散的小凸起的形式呈現。
7.按權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述凸起通過滾花形成。
8.按前述權利要求中之任一項所述的方法，其特徵在於，所述凸起呈金字塔形。
9.按前述權利要求中之任一項所述的方法，其特徵在於，織物在其跟網狀結構件結合之前被加熱。
10.按權利要求9所述的方法，其特徵在於，織物被加熱到一個比所述較厚部份的表面的溫度低的溫度。
11.按權利要求9或10所述的方法，其特徵在於，所述擠壓構件被加熱到一個比織物的軟化或熔化溫度低的溫度。
12.按前述權利要求中之任一項所述的方法，其特徵在於，所述較厚部份的表面在其與織物接合之前被加熱。
13.按權利要求12所述的方去，其特徵在於，所述較厚部份通過跟一個以與網狀結構件相同的速度移動的熱構件接合而被加熱。
14.按前述權利要求中之任一項所述的方法，其特徵在於，織物的軟化或熔化溫度約等於或小於所述較厚部份的表面的軟化或熔化溫度。
15.按前述權利要求中之任一項所述的方法制出的層壓製品。
16.一種用於將一種織物層壓到一種具有由較厚的並且是非取向的或較少取向的部份連接起來的取向線股的塑料材料網狀結構件上的層壓機，其特徵在於該層壓機包含一個具有表面凸起的擠壓構件；一個用於跟擠壓構件一起形成一個輥隙的承託構件；用於將織物饋送到所述輥隙的裝置；以及用於將網狀結構件饋送到所述輥隙及用於將所述較厚部份的表面加熱以使該表面軟化或熔化的裝置；其中織物與網狀結構件一起通過所述輥隙並且所述較厚部份的軟化或熔化的塑料材料穿入織物內；在所述擠壓構件上的凸起設置成使得通常至少有一個凸起通過織物跟網狀結構件的需要粘結的基本上每個所述較厚部份接合。
全文摘要
為了將一種織物8層壓到一種由通過具有較厚的與非取向的或較少取向的節點的接合點連接起來的取向線股形成的塑料材料網格1上，織物與網格具有相同的熔化溫度，網格由鼓3加熱以將節點的表面熔化，網格與織物一起通過由擠壓輥6、7形成輥隙，織物經已圍繞著一個預熱輥9通過而被預熱。擠壓輥6具有通過滾花形成的表面凸起，凸起的尺寸設計成使多個凸起通過織物跟網格的每個節點接合。
文檔編號E01C19/00GK1128823SQ9511894
公開日1996年8月14日 申請日期1995年11月30日 優先權日1994年12月2日
發明者N·E·裡格利, B·奧爾 申請人:P.L.G.研究有限公司