單絲、螺旋織物及其形成方法與流程

本發明涉及一種特別用作螺旋織物中的組件的單絲，其中所述單絲由包含熱塑性聚合物的樹脂組合物形成。

背景技術：

由卷繞的聚合單絲制造的螺旋織物廣泛用于干燥器、傳送機及其他工業應用中。例如，螺旋織物的環形帶為造紙機的干燥部的重要組成，其也被稱作造紙機用布(pmc)。所述造紙機用布例如公開在gb2141749a和us2008/0169039a1中。

螺旋織物可包括延伸穿過卷繞單絲的相互配合部分并將各單絲連接在一起的樞軸。此外，螺旋織物可以提供有充填元件或填充元件，其延伸穿過卷繞單絲的中心部分并且用于控制織物的透氣性質以及支撐織物的結構完整性。所述樞軸和/或充填元件可以同樣地由單絲形成，優選由細長而不是卷繞的單絲形成。卷繞的單絲通常通過熱機械方法轉化成成形的螺旋產物，以形成螺旋織物。用于制造螺旋織物的這種熱機械方法通常包括兩個熱定形步驟，其在例如超過180℃的高溫下進行。雖然第一熱定形步驟用于釋放在織物內的結構應力并穩定單絲的螺旋形狀，但是第二熱定形步驟對于穩定充填元件是必要的。

然而，熱定形方法是耗能且耗時的。由于這些原因，需要減少制造螺旋織物所需的能量消耗和生產時間。

技術實現要素：

由于這些原因，本發明的目的在于提供一種具有低收縮率的單絲。

根據本發明的第一方面，本發明的目的通過特別用作螺旋織物中的組件的單絲滿足，其中所述單絲由包含熱塑性聚合物的樹脂組合物形成，其中所述熱塑性聚合物具有小于14200g/mol的數均分子量。

已經驚奇地發現由具有這一相當低的分子量的聚合物形成的單絲的特征在于格外低的收縮率。具體地說，已經確定由這種聚合物組合物形成的單絲的收縮率足夠低，以便消除在上述織物制造方法中的這兩個熱定形步驟中的一個。省略所述熱定形過程之一帶來顯著的能源節約和可持續性。此外，這引起織物加工時間和生產成本的顯著降低。由于根據本發明的單絲的低收縮率，單絲甚至可以含有再循環的聚合物。因此，本發明能夠減少與織物制造有關的碳足跡。

根據本發明，數均分子量通過凝膠滲透層析色譜法使用聚苯乙烯標準物測量。

當熱塑性聚合物具有5000g/mol～11000g/mol的數均分子量時，實現特別好的結果。

根據本發明的另一方面，特別用作螺旋織物中的組件的單絲具有小于1％的自由熱收縮率，其中所述自由熱收縮率被確定為與在熱處理之前的單絲長度相比較在烘箱中在177℃將單絲保溫5分鐘之后單絲長度的變化的百分數，即，其中自由熱收縮率為(在烘箱中在177℃將單絲保溫5分鐘之前的單絲長度減去在烘箱中在177℃將單絲保溫5分鐘之后的單絲長度)/(在烘箱中在177℃將單絲保溫5分鐘之前的單絲長度)。具有這一低收縮率的單絲在用作螺旋織物中的充填紗線和/或樞軸時，提供在制造螺旋織物期間省略一個熱定形步驟的可能性。

當單絲具有小于0.5％且最優選小于0.35％的自由熱收縮率時，實現顯著的良好結果。

對于一些應用，需要即使在更苛刻的熱條件下也顯示出在上述范圍(<1％，或甚至<0.5％或<0.35％)的自由熱收縮率的單絲。因此，根據本發明的另一方面，特別用作螺旋織物中的組件的單絲具有小于1％的自由熱收縮率，其中所述自由熱收縮率被確定為與在熱處理之前的單絲長度相比較在烘箱中在204℃將單絲保溫5分鐘之后單絲長度的變化的百分數，即，其中自由熱收縮率為(在烘箱中在204℃將單絲保溫5分鐘之前的單絲長度減去在烘箱中在204℃將單絲保溫5分鐘之后的單絲長度)/(在烘箱中在204℃將單絲保溫5分鐘之前的單絲長度)。

因為在204℃的自由熱收縮率高于或至少等于在177℃的自由熱收縮率，所以可將滿足“204℃-條件”的單絲視為滿足“177℃-條件”的單絲的亞組。

根據本發明的一個優選的實施方式，在本發明的兩個上述方面中的熱塑性聚合物為聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)。pet具有高尺寸穩定性、足夠的耐磨性和低吸濕性，并且此外以適中的價格購得。此外，pet的拉伸性質和可加工性優良。因此，pet單絲特別適合pmc應用。

根據本發明的一種供選的實施方式，所述熱塑性聚合物為聚苯硫醚、聚酰胺、聚烯烴或pcta。所述聚合物可能在有些應用中有利。

所述熱塑性聚合物可為均聚物或共聚物。

在本發明的另一發展中，提議所述樹脂組合物包含水解穩定劑，其優選為單體碳二亞胺或聚合碳二亞胺。優選地，所述水解穩定劑相對于樹脂組合物的含量為1～2重量％。除了水解穩定劑之外，如果需要，所述樹脂組合物則可包含其他添加劑，諸如一種或多種增塑劑。

所述樹脂組合物可包含使熱降解最少化的熱穩定劑。

根據本發明的又一優選的實施方式，所述單絲具有環形、橢圓形或矩形橫截面。具體地說，所述單絲的橫截面形狀可以根據所制造的螺旋織物的類型和織物的應用領域來選擇。

供選地，單絲的橫截面可以具有“膠囊形狀”、“葉狀”、“凹形”、“ufo形狀”或任何其他合適的形狀。

根據本發明的又一優選的實施方式，所述單絲具有0.005mm～5mm、優選0.05mm～4mm的最大直徑。根據本發明，術語“最大直徑”意指在單絲的橫截面中的最大尺寸。已經發現具有落在該數值范圍內的尺寸的單絲特別適用于pmc應用。

因此，優選單絲具有至少50dtex的線性質量密度。

本發明的第三方面涉及一種特別用作螺旋織物中的組件的單絲，其中所述單絲由包含熱塑性聚合物的樹脂組合物形成，所述熱塑性聚合物具有小于0.72dl/g的特性粘度。根據本發明，特性粘度根據astmd4603使用含有60％苯酚和40％1,1,2,2-四氯乙烷的溶劑測量。因為熱塑性聚合物的特性粘度與其數均分子量直接關聯，所以根據本發明的該方面的單絲具有與根據本發明的第一方面和第二方面的上述單絲相同的優勢。

當熱塑性聚合物具有0.35dl/g～0.6dl/g范圍內的特性粘度時，獲得顯著良好的結果。

本發明的第四方面涉及一種特別用作螺旋織物中的組件的單絲，其中所述單絲由包含熱塑性聚合物的樹脂組合物形成，所述熱塑性聚合物具有小于3000p的熔體粘度，其中p指示泊。與特性粘度類似，熔體粘度是與熱塑性聚合物的數均分子量相關的參數，因此根據本發明的該方面的單絲具有與根據本發明的第一至第三方面的上述單絲相同的優勢。

在本發明的另一發展中，提議熱塑性聚合物具有小于2000p的熔體粘度。這種聚合物能夠形成特別穩定的單絲。

此外，本發明涉及一種螺旋織物，其包括：

-以相互配合關系并排布置的多根卷繞單絲，

-延伸穿過所述卷繞單絲的相互配合部分的多個細長樞軸，和

-延伸穿過在相鄰樞軸之間的卷繞單絲的中心部分的多根充填紗線，

其中所述充填紗線和/或所述樞軸由包含熱塑性聚合物的樹脂組合物形成，且其中所述熱塑性聚合物具有小于14200g/mol的數均分子量。

這種螺旋織物易于制造，經濟高效且足夠穩定，以便用作在高溫環境中的干燥帶或傳送帶，諸如造紙機的干燥部。已經驚奇地發現使用由相當低的分子量的聚合物形成的單絲能夠省略在織物制造方法中的兩個熱定形步驟中的一個。省略所述熱定形過程之一帶來顯著的能源節約和可持續性。此外，這引起織物加工時間和生產成本的顯著降低。由于根據本發明的單絲的低收縮率，單絲甚至可以含有再循環的聚合物。因此，本發明能夠減少與織物制造有關的碳足跡。

根據本發明的另一優選的實施方式，所述熱塑性聚合物具有5000g/mol～11000g/mol的數均分子量。已經證明該分子量范圍提供特別好的結果。

供選地或額外地，所述熱塑性聚合物可以具有小于0.72dl/g的特性粘度和/或小于3000p的熔體粘度。

此外，優選所述充填紗線和/或所述樞軸具有小于1％、更優選小于0.5％且最優選小于0.35％的自由熱收縮率。具有這一低收縮率的充填紗線和/或樞軸提供省略在螺旋織物制造期間的一個熱定形步驟的可能性。

根據本發明的另一優選的實施方式，所述織物形成環形帶。這一環形帶可以作為傳送帶或優選地作為在造紙機中的干燥帶使用。

因此，根據本發明的又一實施方式，所述織物具有足以用作在造紙機中的干燥帶的機械和熱穩定性。

另外，本發明涉及一種形成特別用作螺旋織物中的組件的單絲的方法，其包括以下步驟：

-提供包含熱塑性聚合物的樹脂組合物，所述熱塑性聚合物具有小于14200g/mol的數均分子量；

-將所述樹脂組合物經噴絲頭擠出以形成單絲；和

-拉伸所述單絲一次或多次。

除了使用低分子量聚合物以外，所述單絲的拉伸可以根據在單絲制造領域中通常已知的原理執行。提供低分子量聚合樹脂能夠實現以高熱穩定性和格外低的收縮率為特征的單絲的拉伸。

供選地或額外地，所述熱塑性聚合物可以具有小于0.72dl/g的特性粘度和/或小于3000p的熔體粘度。

此外，優選所述單絲具有小于1％、更優選小于0.5％且最優選小于0.35％的自由熱收縮率。具有這一低收縮率的單絲在用作螺旋織物中的充填紗線和/或樞軸時，提供在制造螺旋織物期間省略一個熱定形步驟的可能性。

在本發明的另一發展中，提議所述樹脂組合物至少部分由再循環的聚合物制備。再循環聚合物的使用不僅降低生產成本，而且減少碳足跡。

根據本發明的又一優選的實施方式，所述單絲以3.0～6.0的總拉伸比拉伸一次或多次。所述拉伸比對于單絲的機械性質是有利的。

當將單絲在烘箱中在90℃～250℃的溫度下拉伸一次或多次時，獲得顯著良好的結果。

根據另一方面，本發明涉及一種形成螺旋織物的方法，其包括以下步驟：

a.提供多根卷繞單絲，

b.以相互配合關系并排布置所述卷繞單絲，

c.使多個細長樞軸延伸穿過所述卷繞單絲的相互配合部分，

d.使具有小于1％、優選小于0.5％且最優選小于0.3％的在烘箱中在177℃5分鐘測量的自由熱收縮率的充填元件延伸穿過在相鄰樞軸之間的卷繞單絲的中心部分，和

e.在高溫下熱定形卷繞單絲和樞軸的布置，釋放所述單絲的結構應力。

使用具有低收縮率的充填紗線生產螺旋織物提供更有效的制造方法。具體地說，已經發現使用低收縮率充填元件消除對于第二熱定形步驟的需要，因此促進能源節約和可持續性。

本發明的另一方面，可能需要充填元件對自由熱收縮具有甚至更好的抵抗性。因此，可能有用的是用以下步驟代替上文提到的方法的步驟d：

b^*使具有小于1％、優選小于0.5％且最優選小于0.3％的在烘箱中在204℃5分鐘測量的自由熱收縮率的充填元件延伸穿過在相鄰樞軸之間的卷繞單絲的中心部分。

根據本發明的另一優選的實施方式，所述充填元件從包含熱塑性聚合物的樹脂組合物中拉伸，所述熱塑性聚合物具有小于14200g/mol的數均分子量。

供選地或額外地，所述充填元件可以從包含熱塑性聚合物的樹脂組合物中拉伸，其中所述熱塑性聚合物具有小于0.72dl/g的特性粘度和/或小于3000p的熔體粘度。

優選地，所述樞軸由具有小于1％、優選小于0.5％、最優選小于0.3％的自由熱收縮率的單絲同樣地形成，其中所述自由熱收縮率被確定為與在熱處理之前的單絲長度相比較在烘箱中在177℃將單絲保溫5分鐘之后單絲長度的變化的百分數。此外，對于特殊的應用，可能需要對于自由熱收縮率具有較高抵抗性的樞軸。在此，所述樞軸可以由具有小于1％、優選小于0.5％且最優選小于0.3％的自由熱收縮率的單絲形成，其中所述自由熱收縮率被確定為與在熱處理之前的單絲長度相比較在烘箱中在204℃將單絲保溫5分鐘之后單絲長度的變化的百分數。

根據本發明的另一優選的實施方式，所述充填元件在高溫下熱定形卷繞單絲和樞軸的布置的步驟之前延伸穿過在相鄰樞軸之間的卷繞單絲的中心部分。

供選地，所述充填元件可以在高溫下熱定形卷繞單絲和樞軸的布置的步驟之后延伸穿過在相鄰樞軸之間的卷繞單絲的中心部分。

優選地，在熱定形步驟之后不對卷繞單絲和樞軸的布置進行任何進一步的熱處理。

此外，本發明涉及上述單絲用于形成螺旋織物的用途。

附圖說明

接著，本發明基于例示性實施方式參考附圖更詳細地解釋，其中：

圖1a為由卷繞單絲、樞軸和充填紗線制成的螺旋織物的放大側視圖；

圖1b為根據一個供選的實施方式的螺旋織物的放大側視圖；

圖2為圖1的螺旋織物的平面視圖；

圖3為由圖1和圖2的螺旋織物形成的環形帶的透視圖；及

圖4為顯示在pet溶液的特性粘度與pet的數均分子量之間的相關性的圖；

圖5a、圖5b、圖5c和圖5d為根據本發明的單絲的多個橫截面的示意繪圖。

具體實施方式

在圖1a、1b和2中，示出由在縱向md上相互配合以形成連續環線的多根卷繞單絲14形成的織物12。如在圖3中所示，形成織物12以提供環形帶20。在卷繞單絲14的交叉點16處，存在垂直縱向md延伸的布置的樞軸18。在交織卷繞單絲14并插入樞軸18之后，插入充填元件10以垂直于縱向md延伸。在圖1a中示出的充填元件10具有圓形橫截面，而在圖1b中示出的充填元件10'具有略圓角的基本矩形的橫截面。為了使螺旋形式的單絲14穩定化并釋放在單絲14內的熱應力，對織物12進行在超過180℃的溫度下進行的稱為熱定形的熱處理。

雖然特別用作充填紗線的單絲可以具有標準橫截面形狀，如圓形、矩形(通常具有圓角)或橢圓形，但其他形狀是可能的并且可能對于某些應用有益。一些實施例示意性示于圖5a-5d中。應注意到諸如彎曲的縱橫比或半徑的幾何細節僅作為示例。真實值在實際應用中可能不同。

圖5a示出具有平頂和底側且強烈彎曲左側和右側的“膠囊形狀”。這些可以例如為半圓形。

圖5b示出具有彎曲的頂側和底側的“葉形”。該形狀也可以描述為透鏡的形狀。

圖5c示出“凹形”。在此，頂邊、底邊和側邊彎曲到單絲的內部。四個角可能是尖的，或者如在圖5c中所示，可為圓形的。

圖5d示出“ufo形狀”，其中中間部分在圖5d中為大體圓形的，而向左側和右側小幅延伸，給出單絲橫截面的ufo外觀。

充填元件10、10'和樞軸18由包含熱塑性聚合物和碳二亞胺的樹脂組合物形成，如上文和以下例示性實施方式所述。

實施例

不同的單絲樣品基于再循環的聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)制造。更具體地說，將pet單絲碎屑粒化且樹脂組合物由粒化的pet單絲碎屑制備。樹脂組合物的特性粘度根據astmd4603用60％苯酚和40％1,1,2,2-四氯乙烷溶劑組合測量。單絲通過擠出制備且隨后將單絲從各樹脂組合物中以不同的拉伸比且在不同烘箱溫度下拉伸以具有1米的長度。所獲得的樣品保持在封閉的熱空氣烘箱中在177℃在無限制的條件下5分鐘。(供選地，如果需要重載長絲，可以將樣品保持在封閉的熱空氣烘箱中在204℃在無限制的條件下5分鐘。)在該熱空氣處理之后，測量各樣品的長度的變化且由此計算自由收縮率百分數。

特性粘度與pet的平均分子量相關。在pet溶液的特性粘度和相應分子量之間的相關性示于圖4中，其基本上為線性的。應該注意到特性粘度為聚合物的相對粘度的自然對數與質量濃度的比率，而特性粘度為在聚合物的無線稀釋下折合粘度或特性粘度的極限值。

表1顯示根據本發明的兩種單絲樣品1和2以及兩個對照實施例的性質。從表1中可以推出使用低粘度pet組合物(這相當于使用低分子量pet)產生具有小于1％的自由收縮率的單絲。這一低收縮率消除對于在如圖1中所示的螺旋織物的制造方法中的第二熱定形步驟的需要。

表1：單絲的拉伸性質

附圖標記列表：

10,10'充填元件

12織物

14單絲

16交叉點

18樞軸

20環形帶

md縱向