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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Stoffes mit ge- florter Oberfläche, bei welchem ein thermoplastisches Material auf einer Stützlage einer im wesent- lichen glatten, auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen
Materials erwärmten Fläche zugeführt, mittels der Stützlage an die erwärmte Fläche angedrückt und nach Ablösen des Materials von der beheizten Fläche über eine Umlenkstelle unter Kühlung durch einen Kühlluftstrom abgezogen wird, wobei der Kühlluftstrom auf die Stelle gerichtet wird, an der das Material von der beheizten Fläche getrennt wird.
Ausserdem betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einer im wesentlichen glatten Walze, die auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials er- wärmt ist, einer Zuführung für das thermoplastische Material auf einer Stützlage zur beheizten
Walze, gegen welche das thermoplastische Material mittels der unter Zugspannung stehenden Stütz- lage angedrückt ist und von welcher das Material mittels einer Abzugseinrichtung um eine Um- lenkung entfernbar ist, sowie einer Düse zur Kühlluftzufuhr.
Es wurde bereits vorgeschlagen, auf der Oberfläche eines synthetischen polymeren Materials einen Flor zu bilden, indem man das Material an die Oberfläche einer beheizten Walze anpresst und dann von dieser Fläche loslöst, während das Material unter seinen Erweichungspunkt gekühlt wird. Auf diese Weise werden von der Bahnoberfläche kleine Fasern ausgezogen, und durch den
Kühleffekt wird gewährleistet, dass ein Grossteil jeder Faser mit dem Thermoplast in einstückiger
Verbindung bleibt. Bei der bevorzugten Ausführungsform dieser Methode wird Kaltluft oder ein anderes Kühlmittel in den beim Loslösen des Thermoplasts von der Heizwalze zwischen dieser und dem Thermoplast gebildeten Spalt geblasen.
Es ist ferner vorgeschlagen worden, den Thermoplast der Walze in Form von dünnen Platten oder Bahnen zuzuführen und mit dem Thermoplast ein Ver- steifungsmaterial derart zuzuführen, dass Thermoplast und Versteifungsmaterial unter dem Einfluss der beheizten Walze miteinander verklebt werden.
Bei einigen andern bekannten Herstellungsverfahren wird ein Oberflächenflor dadurch gebildet, dass ein Thermoplast in Vertiefungen in der Walzenoberfläche gepresst und dann die Bahn von der Walze losgelöst wird, so dass das in die Vertiefungen gepresste thermoplastische Material zu kleinen Fasern gezogen wird. Der Nachteil dieser Verfahrenstype liegt jedoch darin, dass eine kostspielige Apparatur mit exakt bearbeiteten Walzen erforderlich ist und dass diese Verfahren zur Herstellung eines kurzen Flors nur beschränkt geeignet sind, da die für einen kurzen Flor erforderlichen seichten Vertiefungen zum Verkleben durch das thermoplastische Material neigen würden. Ausserdem ist die Art des Flors (d. h. Faserdiohte und-länge) von Tiefe und Grösse der Vertiefungen abhängig, so dass mit einer bestimmten Walze nur eine Flortype erzielt werden kann.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, dass bei Verfahren dieser Art der Thermoplast, der zu Fasern gezogen wird, kaltgezogen und gereckt wird, und es wurde vorgeschlagen, das Material von der mit Vertiefungen versehenen, beheizten Walze über einen kreisförmigen Stab abzuziehen, so dass das Polymere aus den Vertiefungen in der Walze herausgezogen wird. Bei diesem Verfahren, bei dem mit einer mit Vertiefungen versehenen Walze gearbeitet wird, ist jedoch der Winkel, unter dem das Material von der Walze entfernt wird, nur von geringer Bedeutung für die Dichte des Flors.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vielfalt an geflorten Oberflächen zu schaffen. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch gelöst, dass der Kühlluftstrom auf die beheizte Fläche, u. zw. unmittelbar vor der Trennungsstelle, gerichtet und in Richtung des abgezogenen Materials abgelenkt wird.
Man erreicht dadurch eine optimale Kühlung der Walze unmittelbar vor Abtrennung der Fasern, die dann leicht abbrechen, so dass sich auch ein kurzer gleichmässiger Flor erzielen lässt, der wegen seiner Abriebfestigkeit häufig bevorzugt wird. Da die Strömung der Kühlluft nur in einer Richtung verläuft, entsteht kein Stau, und es sind höhere Produktionsgeschwindigkeiten möglich.
Die oben erwähnte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss so ausgebildet, dass die Umlenkung in einer Entfernung von der Walze angeordnet ist, die zwischen der Dicke von thermoplastischem Material plus Stützlage und einem um 25 mm grösseren Abstand liegt und dass die Mündung der Kühlluftdüse so montiert ist, dass sie von einer durch den Mittelpunkt der Walze gehenden an die Umlenkung gelegten Tangente einen Abstand von höchstens 20 mm und von der im Schnittpunkt dieser Tangente mit dem Walzenumfang an die Walze gelegten Tangente
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einen Abstand von 0, 5 bis 40 mm hat und dass sie die Kühlluft unter einem Winkel von 22 bis
75 zu der an die Umlenkung gelegten Tangente zuführt.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung lässt sich auf vorteilhafte Weise eine Steuerung und Verbesserung der Struktur und Einheitlichkeit eines Flors erreichen.
Die Walze der erfindungsgemässen Vorrichtung wird vorzugsweise von innen auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Thermoplasts erhitzt. Der Begriff "im wesentlichen glatt" umfasst auch mattierte oder sandstrahlbehandelte Oberflächen, nicht aber Oberflächen, die Vertiefungen aufweisen, in die das Polymere zur Bildung von Fäden hineingepresst wird. Beispiele für unter diesen Begriff fallende Flächen sind polierte, mattierte und sandstrahlbehandelte Metallwalzen sowie Walzen, die mit nicht-klebenden Stoffen, etwa Polytetrafluoräthylen, überzogen sind. Die
Stützlage kann mit dem thermoplastischen Material zu einem Laminat verbunden sein, oder sie kann mit dem thermoplastischen Material, während dieses bei Berührung mit der beheizten Walze schmilzt, verbunden werden.
Vorzugsweise werden auch noch Hilfseinrichtungen zum Anpressen des thermo- plastischen Materials an die beheizte Walze, wie etwa eine Walze oder ein Riemen, verwendet.
Der Kühlluftstrahl soll die gesamte Breite des Spaltes zwischen der beheizten Fläche und dem sich ablösenden thermoplastischen Material erfassen. Es hat sich erwiesen, dass die Richtung dieses Kühlluftstrahles von Bedeutung und dass es wesentlich ist, in dem Zwischenraum zwischen der beheizten Fläche und dem thermoplastischen Material eine möglichst freie Strömung der Luft zu gewährleisten. Vorzugsweise wird daher die Kühlluft aus einer schmalen Schlitzdüse von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0, 5 mm Weite unter verhältnismässig hohem Druck gegen die beheizte Fläche gerichtet. Lage und Richtung des Kühlmittelstrahles sowie die vom thermoplastischen
Material beim Ablösen von der Walze eingeschlagene Bewegungsbahn beeinflussen wesentlich die
Art des bei einer bestimmten Arbeitsgeschwindigkeit erzielten Flors.
Die optimale Laufbahn des thermoplastischen Materials beim Entfernen von der beheizten Walze hängt von Stärke und Art des thermoplastischen Materials sowie von der Art des gewünschten Produktes ab. In den meisten Fällen jedoch ist ein anfänglicher Krümmungsradius der Bahn von
1, 5 bis 8 mm besonders zweckmässig ; wenn der Radius weniger als etwa 1 mm beträgt, besteht die Gefahr einer Beschädigung des Produktes. Ist der Radius jedoch grösser als etwa 8 mm, dann entsteht ein langer schwacher Flor. Als Umlenkung wird daher vorteilhaft ein Stab oder eine Leiste verwendet, deren Form die gewünschte Laufbahn des thermoplastischen Materials sicherstellen.
Der Stab muss steif sein, damit ein gleichförmiger Kontakt zwischen Kunststoffbahn und beheizter Walze gewährleistet ist. Die Florstruktur des Endproduktes kann nicht nur durch Veränderung des Abstandes zwischen Stab und Walze, sondern auch durch Veränderung von Grösse und Form des Stabes variiert werden.
Es hat sich erwiesen, dass die Geschwindigkeit, mit der ein einwandfreier Flor erzielt werden kann, durch mehrere Faktoren bestimmt wird. Die optimalen Bedingungen zur Herstellung einer bestimmten Florart hängen von dem jeweiligen thermoplastischen Material ab, es können jedoch mit bestimmten Thermoplasten umso höhere Produktionsraten erzielt werden, je höher die Temperatur der beheizten Fläche ist, vorausgesetzt, dass eine ausreichende Kühlung bei der Florbildung vorgesehen ist.
Das thermoplastische Material wird vorteilhaft in steilem Winkel von der Oberfläche der beheizten Walze abgezogen, wodurch ein möglichst grosser Zwischenraum zwischen Material und Walze verbleibt, in welchem das eingeblasene Kühlmedium frei strömen und aus welchem es leicht entweichen kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist zusätzlich den Vorteil auf, dass durch Anordnung der Umlenkung nahe der beheizten Fläche gewährleistet wird, dass das Material die Heizfläche immer an derselben Stelle verlässt, während ohne diese Steuerung der Trennungspunkt zu Verschiebungen neigt, wodurch ein ungleichförmiger Flor entstehen kann.
Die schematisch gehaltenen Zeichnungen zeigen in Fig. l den florbildenden Teil einer Maschine, in den Fig. 2 bis 4 Einzelheiten zur Erläuterung der Beschreibung und in Fig. 5 einen Teil einer typischen Vorrichtung gemäss der Erfindung.
Die Fig. 5 zeigt eine beheizte Walze-3-, an die das thermoplastische Material angedrückt
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werden kann, und einen Stab-7-, um den das Material von der beheizten Walze abgezogen werden kann.-11-ist eine Kühlmitteldüse, die ein Kühlmittel zwischen Walze --3- und Stab --7-- lenkt. Die Florarten, die nach diesem Verfahren hergestellt werden können, hängen ab vom Abstand zwischen Stab-7-und Walze-3- (s in Fig. 5), dem Abstand zwischen der Kühldüse und der
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(Y in Fig. 5) und dem Winkel (e in Fig. 5), unter dem das Kühlmittel zugeführt wird.
Vorzugsweise liegen diese Variablen jedoch innerhalb der nachstehenden Grenzwerte :
X zwischen 0, 5 und 40 mm
Y zwischen -10 und 20 mm (der negative Wert zeigt an, dass die Düse unter der Umlenk- kante des Stabes-7-liegt)
6 zwischen der Stärke des durch den Spalt zwischen Walze --3-- und Stab --7-- geführten
Materials und einer um 25 mm grösseren Stärke 6 zwischen-15 und 750 (der negative Wert zeigt an, dass der Kühlmittelstrahl von unterhalb der Ebene der Umlenkkante des Stabes--7-- zugeführt wird).
Alle oben erwähnten Variablen können einzeln oder gemeinsam variiert werden, um von einem bestimmten thermoplastischen Material zu der gewünschten Floroberfläche zu gelangen, wie dies in den nachfolgenden Beispielen erläutert ist.
Als synthetisches thermoplastisches Material können Folien, z. B. aus Polyolefinen, insbesondere
Polyäthylen hoher und niedriger Dichte, Polypropylen und Olefincopolymeren, Polymeren und Co- polymeren von Vinylchlorid, Polymeren und Copolymeren von Styrol, Polyestern und den ver- schiedenen Nylonarten verwendet werden. Die Wahl des verwendeten Materials wird natürlich durch die Art des gewünschten Produktes sowie dessen Verwendungszweck bestimmt werden.
Das thermoplastische Material kann mit der Stützlage zu einem Laminat verbunden sein, bevor es der Heizfläche zugeführt wird, oder Thermoplast und Stützlage werden getrennt der Heizfläche zugeführt und durch die beim erfindungsgemässen Verfahren erzeugte Wärme und Drücke miteinander verbunden. Wahlweise kann das Material in pulverisierter oder gekörnter Form auf eine Stützlage aufgebracht werden und mit dieser der beheizten Walze zugeführt werden, wo beide zu einer im wesentlichen zusammenhängenden Schicht verschmolzen werden. Vorzugsweise wird aus wirtschaftlichen Erwägungen Papier als Unterlagsmaterial verwendet.
Gegenüber maschigen Materialien wie Geweben und offenzelligen Schaumstoffen ist die Verwendung von Papier zwar mit dem Nachteil verbunden, dass die Papieroberfläche nur wenige Stellen aufweist, wo sie mit dem Thermoplast verkeilt werden kann, so dass eine gute Verbindung schwieriger herzustellen ist. Bei Verwendung einer offenmaschigen Stützlage, z. B. eines Gewebes kann die Kühlung auch wirksam von der Rückseite her erfolgen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders zweckmässig, wenn Papier als Stützlage verwendet wird. Polyäthylen und Papier sind eine besonders günstige Kombination für die Herstellung versteifter Produkte mit geflorter Oberfläche ; es können entweder getrennte Bahnen von Papier und Polyäthylen oder polyäthylenbeschichtetes Papier zugeführt werden. Wird Papier als Stützlage verwendet, dann erfolgt die Umlenkung vorzugsweise über einen Stab mit einem Krümmungsradius von 1, 5 bis 5 mm. Bei Verwendung einer Polyäthylenbeschichtung von 0, 025 mm Stärke auf Kraftpapier (50 g/m2) beträgt der Krümmungsradius z. B. vorzugsweise etwa 2 mm.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat sich als besonders geeignet für die Herstellung von mit Papier versteiften Produkten erwiesen, wobei das erzielte Produkt einen gleichförmigen Flor besitzt und die Fäden eher eine Schichtstruktur als eine faserige Struktur aufweisen.
Zur Erzielung der erforderlichen Kühlwirkung, besonders bei der Herstellung von mit Papier versteiftem Polyäthylenmaterial mit geflorter Oberfläche, soll der Winkel zwischen dem Material und der Tangente an die beheizte Fläche an der Stelle, an der das Material die Walze verlässt (Abgangswinkel) vorzugsweise zwischen 10 und 70 , insbesondere zwischen 25 und 50 , betragen, damit die Kühlluft die Stelle erreichen kann, an der sich das thermoplastische Material von der Heizfläche loslöst, und somit ein einwandfreier Flor bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten erzielt werden kann. Ausserdem soll der Abzugswinkel (Winkel B in Fig. 4) gross genug sein, um ein freies Strömen der Kühlluft zu ermöglichen und so Lufteinschlüsse zu verhindern, die zu Temperaturschwankungen und einem ungleichförmigen Produkt führen würden.
Vorzugsweise beträgt der Abzugswinkel mehr als 90 , insbesondere wenn Papier als Stützlage verwendet wird.
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<tb>
<tb> Bahngeschwindigkeit <SEP> Walzentemperatur <SEP> Temperatur <SEP> des <SEP> Abriebfestigkeit
<tb> m/min <SEP> Umlenkstabes <SEP> des <SEP> Produktes
<tb> 1, <SEP> 50 <SEP> 216 C <SEP> 100"C <SEP> 85
<tb> 1, <SEP> 50 <SEP> 216 C <SEP> 20 C <SEP> 155 <SEP>
<tb> 2, <SEP> 60 <SEP> 206 C <SEP> 100 C <SEP> 91
<tb> 2, <SEP> 60 <SEP> 206 C <SEP> 20 C <SEP> 114
<tb>
Wie aus obiger Tabelle ersichtlich ist, wird also durch eine Kühlung des Umlenkstabes die relative Abriebfestigkeit des Produktes, gemessen nach dem Frankhauser Test, erhöht.
Auch hat sich gezeigt, dass die Höchstgeschwindigkeit, mit der bei Verwendung eines heissen Umlenkstabes ein einwandfreies Produkt erzielt werden konnte, 2, 60 m/min betrug, jedoch konnte diese Ge- schwindigkeit bei Verwendung eines gekühlten Stabes erhöht werden. Ähnliche Ergebnisse wurden mit verschiedenen Materialproben erzielt, es hat sich dabei aber auch gezeigt, dass das Vorhanden- sein eines Pigmentstoffes in der Materialbahn sowie die Menge des vorhandenen Pigmentstoffes auch einen Einfluss haben auf die Höchstgeschwindigkeit, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann, jedoch konnte bei allen Proben derselbe Trend festgestellt werden, wie in obiger Tabelle veranschaulicht ist.
Beispiel 3 : Polyäthylen und Papier wurden mit einer Geschwindigkeit von 2 m/min durch eine Vorrichtung gemäss Fig. 5 geführt. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 herrschten folgende Arbeits- bedingungen :
X = 18 mm
Y = 18 mm
6 = 13 mm 9 = 220
Man erhielt ein Produkt mit Papierrückseite und einer Florlänge von etwa 5 mm ; dieses Produkt erwies sich als besonders geeignet zur Herstellung von gepolsterten Verpackungsmaterialien, wie sie beispielsweise in der FR-PS Nr. 7. 220. 716 beschrieben sind.
Beispiel 4 : Das in Beispiel 3 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei die Variablen wie folgt abgeändert wurden :
X = 3, 2 mm
Y = 0, 15 mm ô = 0, 4 mm e = 380 und die Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung 1, 5 m/min betrug. Man erhielt einen sehr hübschen kurzflorigen Stoff mit einer Florhöhe von etwa 1 mm, der ohne weiteres als Samtersatz verwendet werden konnte.
Beispiel 5 : Es wurde ein ähnliches Verfahren wie in Beispiel 4 verwendet, wobei folgende Einstellungswerte verwendet wurden :
X = 2, 0 mm Y = 5, 0 mm 6 = 0, 4 mm e = 300
Auch hier erhielt man sehr hübsche samtartig geflorte Stoffe mit einer Fadenlänge von etwa 1, 5 mm.
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